JP2004188171A - 超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータの回転速度が多少揺らいでも、常に良好な画像が得られる超音波診断装置を実現する。
【解決手段】超音波診断装置１は、フレキシブルシャフト２の先端側に設けた超音波振動子３を回動自在に回転走査する。超音波振動子３は、スリップリング４を介してモータ５及び磁気ロータリーエンコーダ６と機械的に連結されている。磁気ロータリーエンコーダ６は、回転位置検出パルス信号発生部１３に電気的に接続されている。回転位置検出パルス信号発生部１３は、磁気ロータリーエンコーダ６からの複数の出力信号と、これら複数の出力信号の反転信号とに基づき、超音波振動子３の回転に同期した所定の回転位置信号を生成する。そして、制御部７は、回転位置検出パルス信号発生部１３で生成した回転位置信号に基づき、超音波振動子３に対して駆動信号である駆動パルスを生成する。
【選択図】図１
【解決手段】超音波診断装置１は、フレキシブルシャフト２の先端側に設けた超音波振動子３を回動自在に回転走査する。超音波振動子３は、スリップリング４を介してモータ５及び磁気ロータリーエンコーダ６と機械的に連結されている。磁気ロータリーエンコーダ６は、回転位置検出パルス信号発生部１３に電気的に接続されている。回転位置検出パルス信号発生部１３は、磁気ロータリーエンコーダ６からの複数の出力信号と、これら複数の出力信号の反転信号とに基づき、超音波振動子３の回転に同期した所定の回転位置信号を生成する。そして、制御部７は、回転位置検出パルス信号発生部１３で生成した回転位置信号に基づき、超音波振動子３に対して駆動信号である駆動パルスを生成する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療診断に用いる超音波断層像を得るための超音波診断装置に関し、特にメカニカルスキャン方式（機械走査式）の超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超音波診断装置は、医療用分野及び工業用分野において、広く用いられる。超音波診断装置は、超音波を検査対象物に対して送受波することにより、検査対象物内を非侵襲的に診断するものである。
【０００３】
上記超音波診断装置は、フレキシブルシャフトの先端側に設けた超音波振動子（電気音響変換素子とも言う）を機械的に回転（ラジアル方式）又は進退動（リニア方式）もしくは揺動させて超音波画像を得るメカニカルスキャン方式（機械走査式）のものがある。
【０００４】
このような従来の超音波診断装置は、例えば、図８に示すように構成されている。
図８に示すように従来の超音波診断装置１００は、フレキシブルシャフト１０１の先端側に設けた超音波振動子１０２が回転伝達部材１０３を介してモータ１０４と機械的に連結され、回動走査される。また、超音波振動子１０２は、フレキシブルシャフト１０１を介して磁気ロータリーエンコーダ１０５に機械的に連結されている。
【０００５】
超音波振動子１０２は、制御部１０６からの駆動信号がスリップリング１０７を介して送信部１０８により伝達されて励振され、回動自在に回転しながら検査対象物に対して超音波ビームを放射し、反射して戻ってきた超音波エコー信号を受けて電気信号に変換する。
変換された電気信号は、再びスリップリング１０７を介して受信信号処理部１０９に伝達されて信号処理され、最終的に超音波断層像として表示部１１０に表示される。
【０００６】
ここで、モータ１０４は、磁気ロータリーエンコーダ１０５の出力信号を用いて速度制御が行われるようになっている。この磁気ロータリーエンコーダ１０５からの出力信号（Ａ相、Ｚ相）のＡ相は、Ｆ／Ｖ（ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ／ Ｖｏｌｔａｇｅ ）コンバータ１１１にて電圧信号に変換されて、モータドライバ１１２を介してモータ１０４にフィードバックされる。
【０００７】
Ａ相信号は、回転位置検出パルス信号発生部１１３にてパルス信号に整形されて、回転に追従したＰ信号として制御部１０６へ入力される。そして、制御部１０６は、Ｐ信号に基づき、送信タイミングや受信信号処理部の制御を行う。一方、Ｚ相信号は、振動子回転の原点を示す信号であり、波形整形後（Ｚ’）に制御部１０６に送信される。
【０００８】
図９は、図８の磁気ロータリーエンコーダ信号（Ａ相）と波形整形後のパルス信号Ｐとのタイミングチャートである。タイミング信号は、信号Ｐの立上がり、立下がりに同期して生成されている。
【０００９】
図１０は、図８の回転位置検出パルス信号発生部１１３の一例を示す回路ブロック図である。
磁気ロータリーエンコーダ１０５からの出力信号であるＡ相信号は、回転位置検出パルス信号発生部１１３のＯＰアンプ１２１で増幅された後、コンパレータ１２２で所定のバイアス電位Ｖｂと比較することによりパルス信号Ｐが生成されるようになっている。
そして、制御部１０６は、Ｐ信号の立上がり及び立下がりに同期したタイミング信号にて超音波を送信するように送信部１０８から駆動信号を送信し、超音波振動子１０２を駆動するようになっている。
【００１０】
このように従来の超音波診断装置１００は、Ｐ信号の立上がり、立下がりタイミングで送信を行っていた。このため、従来の超音波診断装置１００は、振動子１回転あたりの送信回数がこの範囲で決まってしまい、これ以上増やすには十分な分解能を有するロータリーエンコーダを採用する必要があった。
そこで、従来の超音波診断装置は、Ａ相と９０°位相がずれたＢ相を設けて最終的にこれらの出力を合成することで分解能を上げる方法もある。
【００１１】
図１１は、図１０の回転位置検出パルス信号発生部の他の一例を示す回路ブロック図である。
図１１に示すように回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂは、磁気ロータリーエンコーダ１０５からの出力信号（Ａ相、Ｂ相）をそれぞれ増幅するＯＰアンプ１３１ａ，１３１ｂと、これらＯＰアンプ１３１ａ，１３１ｂとＤＣ直結し、該ＯＰアンプ１３１ａ，１３１ｂからの出力信号を所定のバイアス電位Ｖｂとそれぞれ比較するコンパレータ１３２ａ，１３２ｂと、これらコンパレータ１３２ａ，１３２ｂからの出力信号を逓倍化するためのゲート回路１３３とから構成されている。
【００１２】
この回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂによるタイミングチャートを図１２に示す。図１２（ａ）に示す波形は、コンパレータ入力前のＡ相信号及びＢ相信号である。図１２（ｂ）はコンパレータ１３２ａの出力信号であり、図１２（ｃ）はコンパレータ１３２ｂの出力信号である。また、図１２（ｄ）は、ゲート回路１３３の出力信号である。更に、図１２（ｅ）は、ゲート回路１３３の出力信号に同期して生成されたタイミング信号である。
そして、制御部１０６は、図１２（ｅ）に示すタイミング信号にて超音波を送信するように送信部１０８から駆動パルスを送信し、超音波振動子１０２を駆動するようになっている。
【００１３】
しかしながら、上記超音波診断装置１００は、上記回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂを用いても、単純にＡ相信号、Ｂ相信号の立上がり、立下がりを合成した２逓倍のパルス信号に基づいているので、磁気ロータリーエンコーダ１０５の分解能が２倍になる程度である。
【００１４】
また、上記従来の超音波診断装置１００は、微弱なエンコーダ出力信号（Ａ相）を高ゲインで増幅するためにＯＰアンプのバイアスを厳密に調整する必要があった。
例えば、図１０の回転位置検出パルス信号発生部１１３を例に上げると、ＯＰアンプ１２１の出力バイアスをＶｂに正確に一致させるためにボリュームＶＲの調整に気を使う必要がある。また、ＯＰアンプ１２１は、自身の出力バイアスの温度ドリフトも小さいものを選ぶ必要がある。
【００１５】
また、図１１の回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂでも同様に、ボリュームＶＲ１、ＶＲ２を調整する必要があり、調整工数の増大、及び調整後の安定度がデバイス次第となる問題があった。
また、モータ１０４の回転速度精度を上げるためには、回転速度を表すフィードバック信号が完全にモータ回転に追従しており、しかもその周期はより短いことが望ましい。
【００１６】
上記従来の超音波診断装置１００は、磁気ロータリーエンコーダ１０５のＡ相信号出力をフィードバックさせている。しかしながら、上記従来の超音波診断装置１００において、サイズの制約等により磁気ロータリーエンコーダ１０５の分解能を高くできない場合は、フィードバック信号の周期を十分に短くできず、回転速度精度を上げることが困難になる。
【００１７】
一方、これに対して、従来の超音波診断装置は、例えば、特公平７−１０２５６号公報や特開平１１−１７８８２２号公報に記載されているように補間により、エンコーダの分解能を高くしたようなエンコーダ出力信号をフィードバックしたものが提案されている。
上記特公平７−１０２５６号公報に記載の超音波診断装置は、モータ回転の一周期内でエンコーダ出力信号を増加させてフィードバックしている。一方、上記特開平１１−１７８８２２号公報に記載の超音波診断装置は、エンコーダ出力信号を逓倍してフィードバックしている。
【００１８】
【特許文献１】
特公平７−１０２５６号公報
【００１９】
【特許文献２】
特開平１１−１７８８２２号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公平７−１０２５６号公報や特開平１１−１７８８２２号公報に記載の超音波診断装置は、補間により見かけ上エンコーダの分解能を高くしたようなエンコーダ出力信号をフィードバックしている。このため、上記超音波診断装置は、エンコーダ出力信号自体が厳密に回転に追従しているわけではない。このため、上記超音波診断装置は、モータの回転速度精度を上げることが原理上不可能である。
【００２１】
従って、従来の超音波診断装置は、モータの回転速度の細かい揺らぎが存在する場合、エンコーダ出力信号を送信タイミングとして画像を構築しても良好な画像は得られないばかりか、回路規模が増大するデメリットが大きい。
【００２２】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、モータの回転速度が多少揺らいでも、常に良好な画像が得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の超音波診断装置は、超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、前記超音波振動子の回転に同期した互いに位相の異なる複数の出力信号を発生するロータリーエンコーダと、前記ロータリーエンコーダからの複数の出力信号と、これら複数の出力信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、を具備したことを特徴としている。
また、本発明の請求項２は、請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記回転位置信号発生手段は、前記ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、これら複数の比較回路からの出力を合成する合成手段と、を有し、前記複数の比較回路は、ＡＣカップリング手段を介して所定のバイアス電位でバイアスしていることを特徴としている。
また、本発明の請求項３は、請求項１又は２に記載の超音波診断装置において、
前記回転駆動手段は、前記回転位置信号発生手段で生成した前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴としている。
この構成により、モータの回転速度が多少揺らいでも、常に良好な画像が得られる超音波診断装置を実現する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図４は、本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す回路ブロック図、図２は図１の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図、図３は図２の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャートを示し、図３（ａ）はコンパレータ入力前のＡ相信号と反転Ａ相信号とＢ相信号を示すグラフ、図３（ｂ）は２段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｃ）は４段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｄ）は１段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｅ）は３段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｆ）は１段目のゲート回路の出力信号を示すグラフ、図３（ｇ）は２段目のゲート回路の出力信号を示すグラフ、図３（ｈ）は出力側のゲート回路の出力信号を示すグラフ、図３（ｉ）はタイミング信号を示すグラフ、図４は図１の超音波診断装置の変形例を示す回路ブロック図である。
【００２５】
図１に示すように本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置１は、フレキシブルシャフト２の先端側に設けた超音波振動子３を機械的に回動自在に回転走査するように構成されている。即ち、本形態の超音波診断装置１は、メカニカルスキャン方式（機械走査式）である。
尚、図示しないが、超音波振動子３は、その周囲を流動パラフィン等の超音波伝達媒体で覆われてプローブ又は超音波内視鏡の先端側に内蔵されて構成される。
【００２６】
超音波振動子３は、スリップリング４を介してモータ５（回転駆動手段）及び磁気ロータリーエンコーダ６と機械的に連結され、モータ５からの駆動力によりフレキシブルシャフト２が回動自在に回転されることで、回転走査されるようになっている。本実施の形態では、モータ５は、小型ブラシレス３相モータを用いている。
【００２７】
超音波振動子３は、制御部７からの駆動信号がスリップリング４を介して送信部８により伝達されて励振され、回動自在に回転しながら検査対象物に対して超音波ビームを放射し、反射して戻ってきた超音波エコー信号を受けて電気信号に変換する。変換された電気信号は、再びスリップリング４を介して受信信号処理部９に伝達されて信号処理され、最終的に超音波断層像として表示部１０に表示されるようになっている。
【００２８】
一般に、モータ５は、ＦＧパルス信号又はロータリーエンコーダ６の出力信号を用いて速度制御が行われるようになっている。
本実施の形態では、ＦＧパルス信号をＦ／Ｖコンバータ１１にて回転速度に応じた電圧に変換し、モータドライバ１２を介してモータ５へフィードバックするように構成されている。尚、ＦＧパルス信号は、回転中のモータ巻き線に発生する起電圧を検出してデューティー比５０％のパルス信号として出力されるものであり、一般的な３相モータ用ドライバＩＣの有する機能の１つである。
【００２９】
また、磁気ロータリーエンコーダ６は、回転位置信号発生手段として超音波振動子３の回転に同期した回転位置信号である所定の出力信号を生成する回転位置検出パルス信号発生部１３に電気的に接続されている。
この磁気ロータリーエンコーダ６は、超音波振動子３の回転に同期した所定の出力信号として互いに９０°位相の異なるＡ相、Ｂ相信号のアナログ信号を発生するものである。また、磁気ロータリーエンコーダ６は、振動子回転の原点を示す信号としてＺ相信号を、波形整形後に制御部７に送信するようになっている。
【００３０】
このことにより、回転位置検出パルス信号発生部１３は、例えば、Ａ相、Ｂ相信号それぞれのゼロクロスするタイミング及び、Ａ相、Ｂ相信号及びいずれか一方又は両方の反転信号同士がクロスするタイミングを検出することで、回転角度に対応したタイミング信号を生成することができる。従って、回転位置検出パルス信号発生部１３は、結果的に回転位置信号として少なくとも単純なＡ相、Ｂ相信号の立上がり、立下がりを合成したパルス信号よりも短い周期で生成できるように構成されている。
【００３１】
本実施の形態では、制御部７は、後述するように駆動パルス発生手段として回転位置検出パルス信号発生部１３で生成した回転位置信号に基づき、超音波振動子３に対して駆動信号である駆動パルスを生成するように構成されている。
【００３２】
次に、図２を参照して本実施の形態の回転位置検出パルス信号発生部１３の回路構成を説明する。
図２に示すように回転位置検出パルス信号発生部１３は、磁気ロータリーエンコーダ６からの出力信号（Ａ相、Ｂ相）をそれぞれ増幅するＯＰアンプ２１ａ〜２１ｃと、これらＯＰアンプ２１ａ〜２１ｃからの出力信号をそれぞれＡＣカップリングするコンデンサ２２と、これらコンデンサ２２でＡＣカップリングされた出力信号をそれぞれ、又は、所定のバイアス電位Ｖｂと比較するコンパレータ２３ａ〜２３ｄと、これらコンパレータ２３ａ〜２３ｄからの出力信号を逓倍化するためのゲート回路２４ａ〜２４ｃとから構成されている。
更に、具体的に説明すると、ＯＰアンプ２１ａは、Ａ相信号をボリュームＶＲ１で反転増幅する。また、ＯＰアンプ２１ｂは、Ａ相信号をボリュームＶＲ２で増幅する。ＯＰアンプ２１ｃは、Ｂ相信号をボリュームＶＲ３で増幅するようになっている。
【００３３】
また、コンパレータ２３ａは、反転Ａ相信号をバイアス電位Ｖｂと比較し２値化信号を生成する。コンパレータ２３ｂは、Ａ相信号をバイアス電位Ｖｂと比較し２値化信号を生成する。コンパレータ２３ｃは、Ａ相信号をＢ相信号と比較し２値化信号を生成する。コンパレータ２３ｄは、Ｂ相信号をバイアス電位Ｖｂと比較し２値化信号を生成するようになっている。
【００３４】
また、ゲート回路２４ａは、コンパレータ２３ａの出力信号とコンパレータ２３ｄの出力信号とから逓倍信号を生成する。ゲート回路２４ｂは、コンパレータ２３ｂの出力信号とコンパレータ２３ｃの出力信号とから逓倍信号を生成する。そして、ゲート回路２４ｃは、ゲート回路２４ａからの逓倍信号とゲート回路２４ｂからの逓倍信号とから４逓倍信号を生成するようになっている。
【００３５】
また、本実施の形態では、コンパレータ２３ａ〜２３ｄにて比較する前に、ＯＰアンプ２１ａ〜２１ｃからの全ての信号をＡＣカップリングし、改めて所定のバイアス電位Ｖｂを印加することで、回転位置検出パルス信号発生部１３の調整難易度を抑えて大幅に回路調整の難易度を低減し、しかも調整後の安定度の高いものとしている。
【００３６】
次に、回転位置検出パルス信号発生部１３によるタイミングチャートを図３に示す。
図３（ａ）に示す波形は、コンパレータ入力前のＡ相信号と反転Ａ相信号とＢ相信号である。これら波形の振幅の中心は、Ａ相、Ｂ相、反転Ａ相信号共に、バイアス電位Ｖｂとなっている。
【００３７】
図３（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、コンパレータ出力信号である。
ここで、図３（ｂ）はコンパレータ２３ｂの出力信号であり、図３（ｃ）はコンパレータ２３ｄの出力信号であり、図３（ｄ）はコンパレータ２３ａの出力信号であり、図３（ｅ）はコンパレータ２３ｃの出力信号である。
【００３８】
図３（ｆ），（ｇ），（ｈ）は、ゲート回路２４の出力信号である。ここで、図３（ｆ）はゲート回路２４ａの出力信号であり、図３（ｇ）はゲート回路２４ｂの出力信号であり、図３（ｈ）はゲート回路２４ｃの出力信号である。
【００３９】
即ち、磁気ロータリーエンコーダ６からの出力信号（Ａ相、Ｂ相）は、回転位置検出パルス信号発生部１３にて図３（ｈ）に示すような４逓倍のパルス信号に変換されるようになっている。
つまり、この図３（ｈ）に示すパルス信号は、少なくともＡ相周期より１／４に短くでき、しかもその立上がり、立下がり共に回転角度に対応して生成するため、モータ回転に追従したものになっている。
【００４０】
更に、図３（ｉ）は、ゲート回路２４ｃの出力信号に同期して生成されたタイミング信号である。
そして、制御部７は、駆動パルス発生手段として図３（ｉ）に示すタイミング信号にて超音波を送信するように送信部８から駆動パルスを送信し、超音波振動子３を駆動するようになっている。
【００４１】
この結果、本第１の実施の形態の超音波診断装置１は、単純なパルス信号ではない磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号（アナログ信号）の位相情報を用いて回転位置信号の数を増やすことが可能となる。この回転位置信号は、正確に回転角度に対応して生成されるため、これに従って駆動パルスを生成することで、モータ５の回転速度が多少揺らいでもその影響は画像に現れず、常に良好な画像が得られる。
【００４２】
尚、従来の超音波診断装置は、図１１で説明したようにＯＰアンプとコンパレータとがＤＣ直結しているので、ＯＰアンプの出力信号のバイアスレベルがボリュームＶＲ１、ＶＲ２によりそれぞれバイアス電位Ｖｂに高い精度で一致させる必要がある上、温度ドリフト等の少ない高精度なＯＰアンプが必要になる。
【００４３】
しかしながら、本実施の形態の超音波診断装置１は、ボリュームＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３が高ゲインに設定してあるＯＰアンプ２１の出力信号を歪まない程度のバイアスレベルにさえ調整すれば良く、ＯＰアンプ２１の出力バイアスの温度ドリフト等の影響も受けない。
【００４４】
尚、小型の３相モータ５は、内部の極数が制限されるため、振動子一回転あたりのＦＧパルス信号のパルス数が少ない。従って、このようなＦＧパルスを使ってモータ回転を制御しても、間隔が荒いために回転速度を高い精度で安定させるのは困難である。
【００４５】
そこで、超音波診断装置は、図４に示すように構成しても良い。
図４は、超音波診断装置の変形例を示す回路ブロック図である。
図４に示すように超音波診断装置１Ｂは、回転位置検出パルス信号発生部１３の出力をＦ／Ｖコンバータ１１ｂにフィードバックしてモータ回転速度の制御を行うように構成されている。
【００４６】
上述したように回転位置検出パルス信号発生部１３で生成した出力信号（回転位置信号）は、モータ回転に追従したものである。従って、超音波診断装置１Ｂは、この出力信号（回転位置信号）をＦ／Ｖコンバータ１１にフィードバックすることで、より回転精度を上げることができる。
【００４７】
これにより、超音波診断装置１Ｂは、ＦＧパルス信号よりもはるかに単位時間あたりのパルス数が多い回転位置検出パルス信号発生部１３の出力をフィードバックすることで、より細かい間隔で速度制御を行える。従って、本変形例の超音波診断装置１Ｂは、上記第１の実施の形態よりも更にモータ回転速度を安定させることが可能となる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図５ないし図７は、本発明の第２の実施の形態に係り、図５は第２の実施の形態の超音波診断装置の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図、図６は図５の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャートを示し、図６（ａ）は磁気ロータリーエンコーダから入力されるＺ相信号を示すグラフ、図６（ｂ）は高ゲインＯＰアンプによりＤＣバイアス電圧のみをキャンセルした際のＺ相信号を示すグラフ、図６（ｃ）はコンデンサによるＡＣカップリングで所定のバイアス電圧を重畳されたＺ相信号を示すグラフ、図６（ｄ）は電圧Ｖｄと比較してパルス波形に整形されたＺ相信号を示すグラフ、図７は図５の回転位置検出パルス信号発生部で用いられるコンパレータ回路の実際の回路例である。
【００４９】
上記第１の実施の形態は、磁気ロータリーエンコーダ６のＡ相、Ｂ相信号及びいずれか一方又は両方の反転信号同士がクロスするタイミングを検出することで、回転角度に対応したタイミング信号を生成するように構成しているが、本第２の実施の形態は、磁気ロータリーエンコーダ６のＺ相信号を用いて回転角度に対応したタイミング信号を生成するように構成している。それ以外の構成は、上記第１の実施の形態と同様なので説明を省略し、同じ構成には同じ符号を付して説明する。
【００５０】
本第２の実施の形態の超音波診断装置は、図５に示す回転位置検出パルス信号発生部１３Ｂを有して構成される。
図５に示すように回転位置検出パルス信号発生部１３Ｂは、微弱な磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号を所定の大きさの安定した信号に変えるための高ゲインＯＰアンプ５１と、波形整形してパルス信号として出力するためのコンパレータ５２とを有して構成される。
【００５１】
先ず、Ｚ相について簡単に説明する。
図１に示すメカニカルスキャン方式の超音波診断装置１の場合、磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号にはＺ相信号を含むのが一般的である。
【００５２】
Ａ相、Ｂ相が送受信のタイミング信号として超音波振動子３の１回転中に所定数のパルス数を有するのに対して、Ｚ相は超音波振動子３の１回転の起点を示すものであり、超音波振動子３１の回転中に１パルスだけ発生するものである。
【００５３】
一般的な磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号は、非常に微弱である。
このため、高ゲインＯＰアンプ５１は、差動アンプ構成をとることにより、入力信号として図６（ａ）に示すように微弱なＺ相信号のＤＣバイアス電圧のみをキャンセルするようにしている。
【００５４】
このＣＤバイアス電圧を一旦除去する理由は、高ゲインＯＰアンプ５１のゲインが高く、所定のＤＣバイアス成分が入力されると出力信号が飽和するためであり、別の方法でキャンセルすれば出力信号のＤＣバイアスを調整する回路を追加する必要があって回路規模を大きくしてしまうためである。
【００５５】
結果的に、図６（ｂ）に示すようにバイアス電圧が０Ｖとなり、しかも単電源（例えば、＋５Ｖ）で構成しているため、正振幅のみが出力される。
次に、図６（ｂ）に示す増幅されたＺ相信号は、コンデンサ５３によるＡＣカップリングを介してコンパレータ５２に入力される。
【００５６】
ここで、Ｚ相信号は、ＡＣカップリングを通って図６（ｃ）に示すように所定のバイアス電圧Ｖｆを重畳される。
更に、適当なノイズマージンを持たせるための電圧Ｖｄを加算した電位（Ｖｆ＋Ｖｄ）と、Ｚ相信号とを比較することで、図６（ｄ）に示すようにパルス波形に整形された出力信号となる。
【００５７】
尚、図７は、図５に示す回転位置検出パルス信号発生部で用いられるコンパレータ回路の実際の回路例である。この図７に示すコンパレータ回路５２Ｂは、コンパレータ機能にヒステリシス特性を持たせた構成にしてノイズ耐性を向上させている。
【００５８】
この結果、本第２の実施の形態の超音波診断装置は、単電源で、しかも比較的簡単な構成でありながら、磁気エンコーダ信号のＤＣバイアスのバラツキを吸収する調整の必要もなく、安定したパルス出力信号を得ることができる。
【００５９】
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００６０】
［付記］
（付記項１） 超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した互いに位相の異なる複数の出力信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの複数の出力信号と、これら複数の出力信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６１】
（付記項２） 前記回転位置信号発生手段は、前記ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、これら複数の比較回路からの出力を合成する合成手段と、を有し、
前記複数の比較回路は、ＡＣカップリング手段を介して所定のバイアス電位でバイアスしていることを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００６２】
（付記項３） 前記回転駆動手段は、前記回転位置信号発生手段で生成した前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴とする付記項１又は２に記載の超音波診断装置。
【００６３】
（付記項４） 超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した互いに９０°位相の異なるＡ相信号及びＢ相信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号と、これらＡ相信号及びＢ相信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６４】
（付記項５） 超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期したＺ相信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの前記Ｚ相信号に基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６５】
（付記項６） 超音波振動子を機械的に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した出力信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダの出力信号を基に前記回転を追従した所定の回転位置信号を発生する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段の発生する回転位置に基づいて、前記超音波振動子を駆動して超音波を発生させるための超音波振動子駆動パルスを発生する超音波振動子駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６６】
（付記項７） 前記ロータリーエンコーダは、出力信号として互いに９０°位相の異なるＡ相及びＢ相信号を発生し、
前記回転位置信号発生手段は、前記Ａ相およびＢ相信号とそれらの反転信号を基に所定の回転位置信号を発生する
ことを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００６７】
（付記項８） 前記ロータリーエンコーダは、出力信号としてＺ相信号を発生し、
前記回転位置信号発生手段は、前記Ｚ相信号を基に所定の回転位置信号を発生する
ことを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００６８】
（付記項９） 前記回転位置信号発生手段は、
前記ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、
前記複数の比較回路の出力を合成する合成手段と、
を有し、
前記複数の比較回路の入力部は、ＡＣカップリング手段を介して所定のバイアス電位でバイアスされていることを特徴とする付記項７又は８に記載の超音波診断装置。
【００６９】
（付記項１０） 前記回転駆動手段は、前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴とする付記項５〜付記項９のいずれかに記載の超音波診断装置。
【００７０】
（付記項１１） 超音波振動子を回動自在に回転させる超音波振動子回転制御手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した出力信号を発生する磁気ロータリーエンコーダと、
前記磁気ロータリーエンコーダの出力信号に基づき、前記超音波振動子の回転に追従した所定の回転位置パルス信号を発生する回転位置パルス信号発生手段と、
前記回転位置パルス信号発生手段からの回転位置パルス信号に基づき、前記超音波振動子に対して駆動パルスを発生させるための駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００７１】
（付記項１２） 前記磁気ロータリーエンコーダは、出力信号として互いに９０°位相の異なるＡ相信号及びＢ相信号を発生し、
前記回転位置パルス信号発生手段は、前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号と、これらＡ相信号及びＢ相信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置パルス信号を発生する
ことを特徴とする付記項１１に記載の超音波診断装置。
【００７２】
（付記項１３） 前記磁気ロータリーエンコーダは、出力信号としてＺ相信号を発生し、
前記回転位置パルス信号発生手段は、前記Ｚ相信号に基づき、所定の回転位置パルス信号を発生する
ことを特徴とする付記項１１に記載の超音波診断装置。
【００７３】
（付記項１４） 前記回転位置パルス信号発生手段は、前記磁気ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、
前記複数の比較回路からの出力を合成する合成手段と、
を有し、
前記比較回路に入力する全ての信号に対して、ＡＣカップリングを介して前記所定のバイアス電位でバイアスしていることを特徴とする付記項１２に記載の超音波診断装置。
【００７４】
（付記項１５） 前記駆動パルス発生手段は、前記回転位置パルス信号発生手段で発生した前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴とする付記項１１〜付記項１４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モータの回転速度が多少揺らいでも、常に良好な画像が得られる超音波診断装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す回路ブロック図
【図２】図１の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図
【図３】図２の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャート
【図４】図１の超音波診断装置の変形例を示す回路ブロック図
【図５】第２の実施の形態の超音波診断装置の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図
【図６】図５の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャート
【図７】図５の回転位置検出パルス信号発生部で用いられるコンパレータ回路の実際の回路例
【図８】従来の超音波診断装置の構成を示す回路ブロック図
【図９】図８の磁気ロータリーエンコーダ信号（Ａ相）と波形整形後のパルス信号Ｐとのタイミングチャート
【図１０】図８の回転位置検出パルス信号発生部の一例
【図１１】図１０の回転位置検出パルス信号発生部の他の一例を示す回路ブロック図
【図１２】図１１の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャート
【符号の説明】
１…超音波診断装置
２…フレキシブルシャフト
３…超音波振動子
４…スリップリング
５…モータ（小型ブラシレス３相モータ）
６…磁気ロータリーエンコーダ
７…制御部
８…送信部
９…受信信号処理部
１０…表示部
１１…Ｆ／Ｖコンバータ
１２…モータドライバ
１３…回転位置検出パルス信号発生部
２１ａ〜２１ｃ…ＯＰアンプ
２２…コンデンサ
２３ａ〜２３ｄ…コンパレータ
２４ａ〜２４ｃ…ゲート回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療診断に用いる超音波断層像を得るための超音波診断装置に関し、特にメカニカルスキャン方式（機械走査式）の超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超音波診断装置は、医療用分野及び工業用分野において、広く用いられる。超音波診断装置は、超音波を検査対象物に対して送受波することにより、検査対象物内を非侵襲的に診断するものである。
【０００３】
上記超音波診断装置は、フレキシブルシャフトの先端側に設けた超音波振動子（電気音響変換素子とも言う）を機械的に回転（ラジアル方式）又は進退動（リニア方式）もしくは揺動させて超音波画像を得るメカニカルスキャン方式（機械走査式）のものがある。
【０００４】
このような従来の超音波診断装置は、例えば、図８に示すように構成されている。
図８に示すように従来の超音波診断装置１００は、フレキシブルシャフト１０１の先端側に設けた超音波振動子１０２が回転伝達部材１０３を介してモータ１０４と機械的に連結され、回動走査される。また、超音波振動子１０２は、フレキシブルシャフト１０１を介して磁気ロータリーエンコーダ１０５に機械的に連結されている。
【０００５】
超音波振動子１０２は、制御部１０６からの駆動信号がスリップリング１０７を介して送信部１０８により伝達されて励振され、回動自在に回転しながら検査対象物に対して超音波ビームを放射し、反射して戻ってきた超音波エコー信号を受けて電気信号に変換する。
変換された電気信号は、再びスリップリング１０７を介して受信信号処理部１０９に伝達されて信号処理され、最終的に超音波断層像として表示部１１０に表示される。
【０００６】
ここで、モータ１０４は、磁気ロータリーエンコーダ１０５の出力信号を用いて速度制御が行われるようになっている。この磁気ロータリーエンコーダ１０５からの出力信号（Ａ相、Ｚ相）のＡ相は、Ｆ／Ｖ（ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ／ Ｖｏｌｔａｇｅ ）コンバータ１１１にて電圧信号に変換されて、モータドライバ１１２を介してモータ１０４にフィードバックされる。
【０００７】
Ａ相信号は、回転位置検出パルス信号発生部１１３にてパルス信号に整形されて、回転に追従したＰ信号として制御部１０６へ入力される。そして、制御部１０６は、Ｐ信号に基づき、送信タイミングや受信信号処理部の制御を行う。一方、Ｚ相信号は、振動子回転の原点を示す信号であり、波形整形後（Ｚ’）に制御部１０６に送信される。
【０００８】
図９は、図８の磁気ロータリーエンコーダ信号（Ａ相）と波形整形後のパルス信号Ｐとのタイミングチャートである。タイミング信号は、信号Ｐの立上がり、立下がりに同期して生成されている。
【０００９】
図１０は、図８の回転位置検出パルス信号発生部１１３の一例を示す回路ブロック図である。
磁気ロータリーエンコーダ１０５からの出力信号であるＡ相信号は、回転位置検出パルス信号発生部１１３のＯＰアンプ１２１で増幅された後、コンパレータ１２２で所定のバイアス電位Ｖｂと比較することによりパルス信号Ｐが生成されるようになっている。
そして、制御部１０６は、Ｐ信号の立上がり及び立下がりに同期したタイミング信号にて超音波を送信するように送信部１０８から駆動信号を送信し、超音波振動子１０２を駆動するようになっている。
【００１０】
このように従来の超音波診断装置１００は、Ｐ信号の立上がり、立下がりタイミングで送信を行っていた。このため、従来の超音波診断装置１００は、振動子１回転あたりの送信回数がこの範囲で決まってしまい、これ以上増やすには十分な分解能を有するロータリーエンコーダを採用する必要があった。
そこで、従来の超音波診断装置は、Ａ相と９０°位相がずれたＢ相を設けて最終的にこれらの出力を合成することで分解能を上げる方法もある。
【００１１】
図１１は、図１０の回転位置検出パルス信号発生部の他の一例を示す回路ブロック図である。
図１１に示すように回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂは、磁気ロータリーエンコーダ１０５からの出力信号（Ａ相、Ｂ相）をそれぞれ増幅するＯＰアンプ１３１ａ，１３１ｂと、これらＯＰアンプ１３１ａ，１３１ｂとＤＣ直結し、該ＯＰアンプ１３１ａ，１３１ｂからの出力信号を所定のバイアス電位Ｖｂとそれぞれ比較するコンパレータ１３２ａ，１３２ｂと、これらコンパレータ１３２ａ，１３２ｂからの出力信号を逓倍化するためのゲート回路１３３とから構成されている。
【００１２】
この回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂによるタイミングチャートを図１２に示す。図１２（ａ）に示す波形は、コンパレータ入力前のＡ相信号及びＢ相信号である。図１２（ｂ）はコンパレータ１３２ａの出力信号であり、図１２（ｃ）はコンパレータ１３２ｂの出力信号である。また、図１２（ｄ）は、ゲート回路１３３の出力信号である。更に、図１２（ｅ）は、ゲート回路１３３の出力信号に同期して生成されたタイミング信号である。
そして、制御部１０６は、図１２（ｅ）に示すタイミング信号にて超音波を送信するように送信部１０８から駆動パルスを送信し、超音波振動子１０２を駆動するようになっている。
【００１３】
しかしながら、上記超音波診断装置１００は、上記回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂを用いても、単純にＡ相信号、Ｂ相信号の立上がり、立下がりを合成した２逓倍のパルス信号に基づいているので、磁気ロータリーエンコーダ１０５の分解能が２倍になる程度である。
【００１４】
また、上記従来の超音波診断装置１００は、微弱なエンコーダ出力信号（Ａ相）を高ゲインで増幅するためにＯＰアンプのバイアスを厳密に調整する必要があった。
例えば、図１０の回転位置検出パルス信号発生部１１３を例に上げると、ＯＰアンプ１２１の出力バイアスをＶｂに正確に一致させるためにボリュームＶＲの調整に気を使う必要がある。また、ＯＰアンプ１２１は、自身の出力バイアスの温度ドリフトも小さいものを選ぶ必要がある。
【００１５】
また、図１１の回転位置検出パルス信号発生部１１３ｂでも同様に、ボリュームＶＲ１、ＶＲ２を調整する必要があり、調整工数の増大、及び調整後の安定度がデバイス次第となる問題があった。
また、モータ１０４の回転速度精度を上げるためには、回転速度を表すフィードバック信号が完全にモータ回転に追従しており、しかもその周期はより短いことが望ましい。
【００１６】
上記従来の超音波診断装置１００は、磁気ロータリーエンコーダ１０５のＡ相信号出力をフィードバックさせている。しかしながら、上記従来の超音波診断装置１００において、サイズの制約等により磁気ロータリーエンコーダ１０５の分解能を高くできない場合は、フィードバック信号の周期を十分に短くできず、回転速度精度を上げることが困難になる。
【００１７】
一方、これに対して、従来の超音波診断装置は、例えば、特公平７−１０２５６号公報や特開平１１−１７８８２２号公報に記載されているように補間により、エンコーダの分解能を高くしたようなエンコーダ出力信号をフィードバックしたものが提案されている。
上記特公平７−１０２５６号公報に記載の超音波診断装置は、モータ回転の一周期内でエンコーダ出力信号を増加させてフィードバックしている。一方、上記特開平１１−１７８８２２号公報に記載の超音波診断装置は、エンコーダ出力信号を逓倍してフィードバックしている。
【００１８】
【特許文献１】
特公平７−１０２５６号公報
【００１９】
【特許文献２】
特開平１１−１７８８２２号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公平７−１０２５６号公報や特開平１１−１７８８２２号公報に記載の超音波診断装置は、補間により見かけ上エンコーダの分解能を高くしたようなエンコーダ出力信号をフィードバックしている。このため、上記超音波診断装置は、エンコーダ出力信号自体が厳密に回転に追従しているわけではない。このため、上記超音波診断装置は、モータの回転速度精度を上げることが原理上不可能である。
【００２１】
従って、従来の超音波診断装置は、モータの回転速度の細かい揺らぎが存在する場合、エンコーダ出力信号を送信タイミングとして画像を構築しても良好な画像は得られないばかりか、回路規模が増大するデメリットが大きい。
【００２２】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、モータの回転速度が多少揺らいでも、常に良好な画像が得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の超音波診断装置は、超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、前記超音波振動子の回転に同期した互いに位相の異なる複数の出力信号を発生するロータリーエンコーダと、前記ロータリーエンコーダからの複数の出力信号と、これら複数の出力信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、を具備したことを特徴としている。
また、本発明の請求項２は、請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記回転位置信号発生手段は、前記ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、これら複数の比較回路からの出力を合成する合成手段と、を有し、前記複数の比較回路は、ＡＣカップリング手段を介して所定のバイアス電位でバイアスしていることを特徴としている。
また、本発明の請求項３は、請求項１又は２に記載の超音波診断装置において、
前記回転駆動手段は、前記回転位置信号発生手段で生成した前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴としている。
この構成により、モータの回転速度が多少揺らいでも、常に良好な画像が得られる超音波診断装置を実現する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図４は、本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す回路ブロック図、図２は図１の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図、図３は図２の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャートを示し、図３（ａ）はコンパレータ入力前のＡ相信号と反転Ａ相信号とＢ相信号を示すグラフ、図３（ｂ）は２段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｃ）は４段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｄ）は１段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｅ）は３段目のコンパレータの出力信号を示すグラフ、図３（ｆ）は１段目のゲート回路の出力信号を示すグラフ、図３（ｇ）は２段目のゲート回路の出力信号を示すグラフ、図３（ｈ）は出力側のゲート回路の出力信号を示すグラフ、図３（ｉ）はタイミング信号を示すグラフ、図４は図１の超音波診断装置の変形例を示す回路ブロック図である。
【００２５】
図１に示すように本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置１は、フレキシブルシャフト２の先端側に設けた超音波振動子３を機械的に回動自在に回転走査するように構成されている。即ち、本形態の超音波診断装置１は、メカニカルスキャン方式（機械走査式）である。
尚、図示しないが、超音波振動子３は、その周囲を流動パラフィン等の超音波伝達媒体で覆われてプローブ又は超音波内視鏡の先端側に内蔵されて構成される。
【００２６】
超音波振動子３は、スリップリング４を介してモータ５（回転駆動手段）及び磁気ロータリーエンコーダ６と機械的に連結され、モータ５からの駆動力によりフレキシブルシャフト２が回動自在に回転されることで、回転走査されるようになっている。本実施の形態では、モータ５は、小型ブラシレス３相モータを用いている。
【００２７】
超音波振動子３は、制御部７からの駆動信号がスリップリング４を介して送信部８により伝達されて励振され、回動自在に回転しながら検査対象物に対して超音波ビームを放射し、反射して戻ってきた超音波エコー信号を受けて電気信号に変換する。変換された電気信号は、再びスリップリング４を介して受信信号処理部９に伝達されて信号処理され、最終的に超音波断層像として表示部１０に表示されるようになっている。
【００２８】
一般に、モータ５は、ＦＧパルス信号又はロータリーエンコーダ６の出力信号を用いて速度制御が行われるようになっている。
本実施の形態では、ＦＧパルス信号をＦ／Ｖコンバータ１１にて回転速度に応じた電圧に変換し、モータドライバ１２を介してモータ５へフィードバックするように構成されている。尚、ＦＧパルス信号は、回転中のモータ巻き線に発生する起電圧を検出してデューティー比５０％のパルス信号として出力されるものであり、一般的な３相モータ用ドライバＩＣの有する機能の１つである。
【００２９】
また、磁気ロータリーエンコーダ６は、回転位置信号発生手段として超音波振動子３の回転に同期した回転位置信号である所定の出力信号を生成する回転位置検出パルス信号発生部１３に電気的に接続されている。
この磁気ロータリーエンコーダ６は、超音波振動子３の回転に同期した所定の出力信号として互いに９０°位相の異なるＡ相、Ｂ相信号のアナログ信号を発生するものである。また、磁気ロータリーエンコーダ６は、振動子回転の原点を示す信号としてＺ相信号を、波形整形後に制御部７に送信するようになっている。
【００３０】
このことにより、回転位置検出パルス信号発生部１３は、例えば、Ａ相、Ｂ相信号それぞれのゼロクロスするタイミング及び、Ａ相、Ｂ相信号及びいずれか一方又は両方の反転信号同士がクロスするタイミングを検出することで、回転角度に対応したタイミング信号を生成することができる。従って、回転位置検出パルス信号発生部１３は、結果的に回転位置信号として少なくとも単純なＡ相、Ｂ相信号の立上がり、立下がりを合成したパルス信号よりも短い周期で生成できるように構成されている。
【００３１】
本実施の形態では、制御部７は、後述するように駆動パルス発生手段として回転位置検出パルス信号発生部１３で生成した回転位置信号に基づき、超音波振動子３に対して駆動信号である駆動パルスを生成するように構成されている。
【００３２】
次に、図２を参照して本実施の形態の回転位置検出パルス信号発生部１３の回路構成を説明する。
図２に示すように回転位置検出パルス信号発生部１３は、磁気ロータリーエンコーダ６からの出力信号（Ａ相、Ｂ相）をそれぞれ増幅するＯＰアンプ２１ａ〜２１ｃと、これらＯＰアンプ２１ａ〜２１ｃからの出力信号をそれぞれＡＣカップリングするコンデンサ２２と、これらコンデンサ２２でＡＣカップリングされた出力信号をそれぞれ、又は、所定のバイアス電位Ｖｂと比較するコンパレータ２３ａ〜２３ｄと、これらコンパレータ２３ａ〜２３ｄからの出力信号を逓倍化するためのゲート回路２４ａ〜２４ｃとから構成されている。
更に、具体的に説明すると、ＯＰアンプ２１ａは、Ａ相信号をボリュームＶＲ１で反転増幅する。また、ＯＰアンプ２１ｂは、Ａ相信号をボリュームＶＲ２で増幅する。ＯＰアンプ２１ｃは、Ｂ相信号をボリュームＶＲ３で増幅するようになっている。
【００３３】
また、コンパレータ２３ａは、反転Ａ相信号をバイアス電位Ｖｂと比較し２値化信号を生成する。コンパレータ２３ｂは、Ａ相信号をバイアス電位Ｖｂと比較し２値化信号を生成する。コンパレータ２３ｃは、Ａ相信号をＢ相信号と比較し２値化信号を生成する。コンパレータ２３ｄは、Ｂ相信号をバイアス電位Ｖｂと比較し２値化信号を生成するようになっている。
【００３４】
また、ゲート回路２４ａは、コンパレータ２３ａの出力信号とコンパレータ２３ｄの出力信号とから逓倍信号を生成する。ゲート回路２４ｂは、コンパレータ２３ｂの出力信号とコンパレータ２３ｃの出力信号とから逓倍信号を生成する。そして、ゲート回路２４ｃは、ゲート回路２４ａからの逓倍信号とゲート回路２４ｂからの逓倍信号とから４逓倍信号を生成するようになっている。
【００３５】
また、本実施の形態では、コンパレータ２３ａ〜２３ｄにて比較する前に、ＯＰアンプ２１ａ〜２１ｃからの全ての信号をＡＣカップリングし、改めて所定のバイアス電位Ｖｂを印加することで、回転位置検出パルス信号発生部１３の調整難易度を抑えて大幅に回路調整の難易度を低減し、しかも調整後の安定度の高いものとしている。
【００３６】
次に、回転位置検出パルス信号発生部１３によるタイミングチャートを図３に示す。
図３（ａ）に示す波形は、コンパレータ入力前のＡ相信号と反転Ａ相信号とＢ相信号である。これら波形の振幅の中心は、Ａ相、Ｂ相、反転Ａ相信号共に、バイアス電位Ｖｂとなっている。
【００３７】
図３（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、コンパレータ出力信号である。
ここで、図３（ｂ）はコンパレータ２３ｂの出力信号であり、図３（ｃ）はコンパレータ２３ｄの出力信号であり、図３（ｄ）はコンパレータ２３ａの出力信号であり、図３（ｅ）はコンパレータ２３ｃの出力信号である。
【００３８】
図３（ｆ），（ｇ），（ｈ）は、ゲート回路２４の出力信号である。ここで、図３（ｆ）はゲート回路２４ａの出力信号であり、図３（ｇ）はゲート回路２４ｂの出力信号であり、図３（ｈ）はゲート回路２４ｃの出力信号である。
【００３９】
即ち、磁気ロータリーエンコーダ６からの出力信号（Ａ相、Ｂ相）は、回転位置検出パルス信号発生部１３にて図３（ｈ）に示すような４逓倍のパルス信号に変換されるようになっている。
つまり、この図３（ｈ）に示すパルス信号は、少なくともＡ相周期より１／４に短くでき、しかもその立上がり、立下がり共に回転角度に対応して生成するため、モータ回転に追従したものになっている。
【００４０】
更に、図３（ｉ）は、ゲート回路２４ｃの出力信号に同期して生成されたタイミング信号である。
そして、制御部７は、駆動パルス発生手段として図３（ｉ）に示すタイミング信号にて超音波を送信するように送信部８から駆動パルスを送信し、超音波振動子３を駆動するようになっている。
【００４１】
この結果、本第１の実施の形態の超音波診断装置１は、単純なパルス信号ではない磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号（アナログ信号）の位相情報を用いて回転位置信号の数を増やすことが可能となる。この回転位置信号は、正確に回転角度に対応して生成されるため、これに従って駆動パルスを生成することで、モータ５の回転速度が多少揺らいでもその影響は画像に現れず、常に良好な画像が得られる。
【００４２】
尚、従来の超音波診断装置は、図１１で説明したようにＯＰアンプとコンパレータとがＤＣ直結しているので、ＯＰアンプの出力信号のバイアスレベルがボリュームＶＲ１、ＶＲ２によりそれぞれバイアス電位Ｖｂに高い精度で一致させる必要がある上、温度ドリフト等の少ない高精度なＯＰアンプが必要になる。
【００４３】
しかしながら、本実施の形態の超音波診断装置１は、ボリュームＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３が高ゲインに設定してあるＯＰアンプ２１の出力信号を歪まない程度のバイアスレベルにさえ調整すれば良く、ＯＰアンプ２１の出力バイアスの温度ドリフト等の影響も受けない。
【００４４】
尚、小型の３相モータ５は、内部の極数が制限されるため、振動子一回転あたりのＦＧパルス信号のパルス数が少ない。従って、このようなＦＧパルスを使ってモータ回転を制御しても、間隔が荒いために回転速度を高い精度で安定させるのは困難である。
【００４５】
そこで、超音波診断装置は、図４に示すように構成しても良い。
図４は、超音波診断装置の変形例を示す回路ブロック図である。
図４に示すように超音波診断装置１Ｂは、回転位置検出パルス信号発生部１３の出力をＦ／Ｖコンバータ１１ｂにフィードバックしてモータ回転速度の制御を行うように構成されている。
【００４６】
上述したように回転位置検出パルス信号発生部１３で生成した出力信号（回転位置信号）は、モータ回転に追従したものである。従って、超音波診断装置１Ｂは、この出力信号（回転位置信号）をＦ／Ｖコンバータ１１にフィードバックすることで、より回転精度を上げることができる。
【００４７】
これにより、超音波診断装置１Ｂは、ＦＧパルス信号よりもはるかに単位時間あたりのパルス数が多い回転位置検出パルス信号発生部１３の出力をフィードバックすることで、より細かい間隔で速度制御を行える。従って、本変形例の超音波診断装置１Ｂは、上記第１の実施の形態よりも更にモータ回転速度を安定させることが可能となる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図５ないし図７は、本発明の第２の実施の形態に係り、図５は第２の実施の形態の超音波診断装置の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図、図６は図５の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャートを示し、図６（ａ）は磁気ロータリーエンコーダから入力されるＺ相信号を示すグラフ、図６（ｂ）は高ゲインＯＰアンプによりＤＣバイアス電圧のみをキャンセルした際のＺ相信号を示すグラフ、図６（ｃ）はコンデンサによるＡＣカップリングで所定のバイアス電圧を重畳されたＺ相信号を示すグラフ、図６（ｄ）は電圧Ｖｄと比較してパルス波形に整形されたＺ相信号を示すグラフ、図７は図５の回転位置検出パルス信号発生部で用いられるコンパレータ回路の実際の回路例である。
【００４９】
上記第１の実施の形態は、磁気ロータリーエンコーダ６のＡ相、Ｂ相信号及びいずれか一方又は両方の反転信号同士がクロスするタイミングを検出することで、回転角度に対応したタイミング信号を生成するように構成しているが、本第２の実施の形態は、磁気ロータリーエンコーダ６のＺ相信号を用いて回転角度に対応したタイミング信号を生成するように構成している。それ以外の構成は、上記第１の実施の形態と同様なので説明を省略し、同じ構成には同じ符号を付して説明する。
【００５０】
本第２の実施の形態の超音波診断装置は、図５に示す回転位置検出パルス信号発生部１３Ｂを有して構成される。
図５に示すように回転位置検出パルス信号発生部１３Ｂは、微弱な磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号を所定の大きさの安定した信号に変えるための高ゲインＯＰアンプ５１と、波形整形してパルス信号として出力するためのコンパレータ５２とを有して構成される。
【００５１】
先ず、Ｚ相について簡単に説明する。
図１に示すメカニカルスキャン方式の超音波診断装置１の場合、磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号にはＺ相信号を含むのが一般的である。
【００５２】
Ａ相、Ｂ相が送受信のタイミング信号として超音波振動子３の１回転中に所定数のパルス数を有するのに対して、Ｚ相は超音波振動子３の１回転の起点を示すものであり、超音波振動子３１の回転中に１パルスだけ発生するものである。
【００５３】
一般的な磁気ロータリーエンコーダ６の出力信号は、非常に微弱である。
このため、高ゲインＯＰアンプ５１は、差動アンプ構成をとることにより、入力信号として図６（ａ）に示すように微弱なＺ相信号のＤＣバイアス電圧のみをキャンセルするようにしている。
【００５４】
このＣＤバイアス電圧を一旦除去する理由は、高ゲインＯＰアンプ５１のゲインが高く、所定のＤＣバイアス成分が入力されると出力信号が飽和するためであり、別の方法でキャンセルすれば出力信号のＤＣバイアスを調整する回路を追加する必要があって回路規模を大きくしてしまうためである。
【００５５】
結果的に、図６（ｂ）に示すようにバイアス電圧が０Ｖとなり、しかも単電源（例えば、＋５Ｖ）で構成しているため、正振幅のみが出力される。
次に、図６（ｂ）に示す増幅されたＺ相信号は、コンデンサ５３によるＡＣカップリングを介してコンパレータ５２に入力される。
【００５６】
ここで、Ｚ相信号は、ＡＣカップリングを通って図６（ｃ）に示すように所定のバイアス電圧Ｖｆを重畳される。
更に、適当なノイズマージンを持たせるための電圧Ｖｄを加算した電位（Ｖｆ＋Ｖｄ）と、Ｚ相信号とを比較することで、図６（ｄ）に示すようにパルス波形に整形された出力信号となる。
【００５７】
尚、図７は、図５に示す回転位置検出パルス信号発生部で用いられるコンパレータ回路の実際の回路例である。この図７に示すコンパレータ回路５２Ｂは、コンパレータ機能にヒステリシス特性を持たせた構成にしてノイズ耐性を向上させている。
【００５８】
この結果、本第２の実施の形態の超音波診断装置は、単電源で、しかも比較的簡単な構成でありながら、磁気エンコーダ信号のＤＣバイアスのバラツキを吸収する調整の必要もなく、安定したパルス出力信号を得ることができる。
【００５９】
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００６０】
［付記］
（付記項１） 超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した互いに位相の異なる複数の出力信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの複数の出力信号と、これら複数の出力信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６１】
（付記項２） 前記回転位置信号発生手段は、前記ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、これら複数の比較回路からの出力を合成する合成手段と、を有し、
前記複数の比較回路は、ＡＣカップリング手段を介して所定のバイアス電位でバイアスしていることを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００６２】
（付記項３） 前記回転駆動手段は、前記回転位置信号発生手段で生成した前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴とする付記項１又は２に記載の超音波診断装置。
【００６３】
（付記項４） 超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した互いに９０°位相の異なるＡ相信号及びＢ相信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号と、これらＡ相信号及びＢ相信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６４】
（付記項５） 超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期したＺ相信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの前記Ｚ相信号に基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６５】
（付記項６） 超音波振動子を機械的に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した出力信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダの出力信号を基に前記回転を追従した所定の回転位置信号を発生する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段の発生する回転位置に基づいて、前記超音波振動子を駆動して超音波を発生させるための超音波振動子駆動パルスを発生する超音波振動子駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００６６】
（付記項７） 前記ロータリーエンコーダは、出力信号として互いに９０°位相の異なるＡ相及びＢ相信号を発生し、
前記回転位置信号発生手段は、前記Ａ相およびＢ相信号とそれらの反転信号を基に所定の回転位置信号を発生する
ことを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００６７】
（付記項８） 前記ロータリーエンコーダは、出力信号としてＺ相信号を発生し、
前記回転位置信号発生手段は、前記Ｚ相信号を基に所定の回転位置信号を発生する
ことを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００６８】
（付記項９） 前記回転位置信号発生手段は、
前記ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、
前記複数の比較回路の出力を合成する合成手段と、
を有し、
前記複数の比較回路の入力部は、ＡＣカップリング手段を介して所定のバイアス電位でバイアスされていることを特徴とする付記項７又は８に記載の超音波診断装置。
【００６９】
（付記項１０） 前記回転駆動手段は、前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴とする付記項５〜付記項９のいずれかに記載の超音波診断装置。
【００７０】
（付記項１１） 超音波振動子を回動自在に回転させる超音波振動子回転制御手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した出力信号を発生する磁気ロータリーエンコーダと、
前記磁気ロータリーエンコーダの出力信号に基づき、前記超音波振動子の回転に追従した所定の回転位置パルス信号を発生する回転位置パルス信号発生手段と、
前記回転位置パルス信号発生手段からの回転位置パルス信号に基づき、前記超音波振動子に対して駆動パルスを発生させるための駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【００７１】
（付記項１２） 前記磁気ロータリーエンコーダは、出力信号として互いに９０°位相の異なるＡ相信号及びＢ相信号を発生し、
前記回転位置パルス信号発生手段は、前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号と、これらＡ相信号及びＢ相信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置パルス信号を発生する
ことを特徴とする付記項１１に記載の超音波診断装置。
【００７２】
（付記項１３） 前記磁気ロータリーエンコーダは、出力信号としてＺ相信号を発生し、
前記回転位置パルス信号発生手段は、前記Ｚ相信号に基づき、所定の回転位置パルス信号を発生する
ことを特徴とする付記項１１に記載の超音波診断装置。
【００７３】
（付記項１４） 前記回転位置パルス信号発生手段は、前記磁気ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、
前記複数の比較回路からの出力を合成する合成手段と、
を有し、
前記比較回路に入力する全ての信号に対して、ＡＣカップリングを介して前記所定のバイアス電位でバイアスしていることを特徴とする付記項１２に記載の超音波診断装置。
【００７４】
（付記項１５） 前記駆動パルス発生手段は、前記回転位置パルス信号発生手段で発生した前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴とする付記項１１〜付記項１４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モータの回転速度が多少揺らいでも、常に良好な画像が得られる超音波診断装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す回路ブロック図
【図２】図１の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図
【図３】図２の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャート
【図４】図１の超音波診断装置の変形例を示す回路ブロック図
【図５】第２の実施の形態の超音波診断装置の回転位置検出パルス信号発生部を示す回路ブロック図
【図６】図５の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャート
【図７】図５の回転位置検出パルス信号発生部で用いられるコンパレータ回路の実際の回路例
【図８】従来の超音波診断装置の構成を示す回路ブロック図
【図９】図８の磁気ロータリーエンコーダ信号（Ａ相）と波形整形後のパルス信号Ｐとのタイミングチャート
【図１０】図８の回転位置検出パルス信号発生部の一例
【図１１】図１０の回転位置検出パルス信号発生部の他の一例を示す回路ブロック図
【図１２】図１１の回転位置検出パルス信号発生部によるタイミングチャート
【符号の説明】
１…超音波診断装置
２…フレキシブルシャフト
３…超音波振動子
４…スリップリング
５…モータ（小型ブラシレス３相モータ）
６…磁気ロータリーエンコーダ
７…制御部
８…送信部
９…受信信号処理部
１０…表示部
１１…Ｆ／Ｖコンバータ
１２…モータドライバ
１３…回転位置検出パルス信号発生部
２１ａ〜２１ｃ…ＯＰアンプ
２２…コンデンサ
２３ａ〜２３ｄ…コンパレータ
２４ａ〜２４ｃ…ゲート回路
Claims (3)
- 超音波振動子を回動自在に回転させる回転駆動手段と、
前記超音波振動子の回転に同期した互いに位相の異なる複数の出力信号を発生するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの複数の出力信号と、これら複数の出力信号の反転信号とに基づき、所定の回転位置信号を生成する回転位置信号発生手段と、
前記回転位置信号発生手段で生成した回転位置信号に基づき、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス発生手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記回転位置信号発生手段は、前記ロータリーエンコーダの出力信号同士、及び該出力信号と所定のバイアス電位とを比較する複数の比較回路と、これら複数の比較回路からの出力を合成する合成手段と、を有し、
前記複数の比較回路は、ＡＣカップリング手段を介して所定のバイアス電位でバイアスしていることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。 - 前記回転駆動手段は、前記回転位置信号発生手段で生成した前記所定の回転位置信号を用いて前記超音波振動子の回転速度制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003165648A JP2004188171A (ja) | 2002-10-15 | 2003-06-10 | 超音波診断装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002300635 | 2002-10-15 | ||
| JP2003165648A JP2004188171A (ja) | 2002-10-15 | 2003-06-10 | 超音波診断装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105011906A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-11-04 | 北京大学 | 一种结合滑环的光声计算层析成像系统及其成像方法 |
| CN117949516A (zh) * | 2024-03-22 | 2024-04-30 | 山西天和盛环境检测股份有限公司 | 一种水体检测装置 |
-
2003
- 2003-06-10 JP JP2003165648A patent/JP2004188171A/ja active Pending
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