JP2647713B2 - 超音波駆動装置 - Google Patents
超音波駆動装置Info
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- JP2647713B2 JP2647713B2 JP1086944A JP8694489A JP2647713B2 JP 2647713 B2 JP2647713 B2 JP 2647713B2 JP 1086944 A JP1086944 A JP 1086944A JP 8694489 A JP8694489 A JP 8694489A JP 2647713 B2 JP2647713 B2 JP 2647713B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波変換器を駆動する超音波駆動装置
に関するものである。
に関するものである。
超音波変換器を用いる装置は、従来種々提案されてお
り、例えば外科用超音波メス、超音波加工装置等が知ら
れている。このような外科用超音波メスや超音波加工装
置等に使用されている超音波変換器は、効率を高めるた
め、その共振周波数で駆動することが望ましいが、共振
周波数は負荷条件や温度によって変動するという問題が
ある。
り、例えば外科用超音波メス、超音波加工装置等が知ら
れている。このような外科用超音波メスや超音波加工装
置等に使用されている超音波変換器は、効率を高めるた
め、その共振周波数で駆動することが望ましいが、共振
周波数は負荷条件や温度によって変動するという問題が
ある。
このようなことから、従来、例えば超音波変換器の駆
動電圧と駆動電流あるいは振動速度検出信号との位相差
を検出し、その出力に基づいて超音波変換器の駆動周波
数を制御するいわゆるフェーズロックループ（PLL）方
式の共振点追尾回路を用いるものが提案されている。
動電圧と駆動電流あるいは振動速度検出信号との位相差
を検出し、その出力に基づいて超音波変換器の駆動周波
数を制御するいわゆるフェーズロックループ（PLL）方
式の共振点追尾回路を用いるものが提案されている。
しかしながら、本発明者の実験によれば、従来提案さ
れているPLL方式の駆動回路においては、以下説明する
ような重大な問題があることが解った。
れているPLL方式の駆動回路においては、以下説明する
ような重大な問題があることが解った。
すなわち、超音波変換器は、第11図に圧電型の振動子
１の等価回路を示すように、直列接続された抵抗Ｒ、イ
ンダクタＬ、キャパシタＣと、この直列回路に並列に接
続された制動容量Cdとから成り、実際の使用において
は、一般に制動容量Cdを打ち消すため、補正インダクタ
Ldを並列接続している。この場合、振動子１の駆動電圧
と駆動電流との位相差θの周波数特性は、第12図Ａに示
すようになり、インピーダンス｜｜の周波数特性は第
12図Ｂに示すようになる。すなわち、位相差θは共振点
frおよびその前後の反共振点f1,f2で零となり、インピ
ーダンス｜｜は共振点frで最小、反共振点f1,f2で最
大となる。
１の等価回路を示すように、直列接続された抵抗Ｒ、イ
ンダクタＬ、キャパシタＣと、この直列回路に並列に接
続された制動容量Cdとから成り、実際の使用において
は、一般に制動容量Cdを打ち消すため、補正インダクタ
Ldを並列接続している。この場合、振動子１の駆動電圧
と駆動電流との位相差θの周波数特性は、第12図Ａに示
すようになり、インピーダンス｜｜の周波数特性は第
12図Ｂに示すようになる。すなわち、位相差θは共振点
frおよびその前後の反共振点f1,f2で零となり、インピ
ーダンス｜｜は共振点frで最小、反共振点f1,f2で最
大となる。
従来の駆動回路では、PLLにより上記の位相差θを監
視しながら、駆動周波数がfrとなるように制御している
ため、第12図A,Bから明らかなように、PLLによる共振点
追尾範囲が反共振点のf1からf2の間だけとなり、f1以下
あるいはf2以上ではループの帰還制御が働かず、追尾不
能となってしまう。このため、特に発振開始時におい
て、共振点周波数にロックできないという問題がある。
視しながら、駆動周波数がfrとなるように制御している
ため、第12図A,Bから明らかなように、PLLによる共振点
追尾範囲が反共振点のf1からf2の間だけとなり、f1以下
あるいはf2以上ではループの帰還制御が働かず、追尾不
能となってしまう。このため、特に発振開始時におい
て、共振点周波数にロックできないという問題がある。
上記の問題を解決する方法として、例えばPLLにおけ
る発振周波数範囲をリミッタ等で制御することが考えら
れる。しかし、この場合にはリミッタの設定を精度良く
行う必要があるため、回路構成が複雑となり、実用的で
ない。
る発振周波数範囲をリミッタ等で制御することが考えら
れる。しかし、この場合にはリミッタの設定を精度良く
行う必要があるため、回路構成が複雑となり、実用的で
ない。
また、他の方法として特開昭56−10792号公報に開示
されているようにPLLの動作を停止させた状態で、PLL内
の電圧制御発信機（VCO）の制御電圧をスイープ回路に
より変化させることによってVCOの発振周波数をスイー
プさせ、共振点を検出した時点でスイープを停止させる
と共に、PLLを動作状態にして追尾動作を開始させるこ
とが考えられる。しかし、この場合には追尾動作におい
てスイープ回路の出力がVCOに印加されるため、VCOの制
御電圧にオフセットをもたらす結果となり、PLLのルー
プ特性に悪影響を与え、追尾動作開始が非常に不安定と
なって、共振点追尾に失敗するという問題がある。
されているようにPLLの動作を停止させた状態で、PLL内
の電圧制御発信機（VCO）の制御電圧をスイープ回路に
より変化させることによってVCOの発振周波数をスイー
プさせ、共振点を検出した時点でスイープを停止させる
と共に、PLLを動作状態にして追尾動作を開始させるこ
とが考えられる。しかし、この場合には追尾動作におい
てスイープ回路の出力がVCOに印加されるため、VCOの制
御電圧にオフセットをもたらす結果となり、PLLのルー
プ特性に悪影響を与え、追尾動作開始が非常に不安定と
なって、共振点追尾に失敗するという問題がある。
更に他の方法として、米国特許第4,754,186号明細書
に開示されているように、VCOを第12図A,Bに示すf1以下
のある周波数で発振させながら、PLLへのフィードバッ
ク信号中にパルスを付加し、これによりフィードバック
信号の見かけ上の周波数を高めてVCOの発振周波数を超
音波変換器の共振周波数方向へ付勢してロックすること
が考えられる。しかし、この場合にはロック動作がPLL
のループ特性に頼ることになるため、VCOの発振周波数
を超音波変換器の共振周波数に確実にロックすることが
極めて困難であり、ロック動作の確実性が極めて低いと
いう問題がある。
に開示されているように、VCOを第12図A,Bに示すf1以下
のある周波数で発振させながら、PLLへのフィードバッ
ク信号中にパルスを付加し、これによりフィードバック
信号の見かけ上の周波数を高めてVCOの発振周波数を超
音波変換器の共振周波数方向へ付勢してロックすること
が考えられる。しかし、この場合にはロック動作がPLL
のループ特性に頼ることになるため、VCOの発振周波数
を超音波変換器の共振周波数に確実にロックすることが
極めて困難であり、ロック動作の確実性が極めて低いと
いう問題がある。
この発明は、上述した種々の問題点に着目してなされ
たもので、PLLによる超音波変換器の駆動周波数を、オ
フセットをもたらすことなく、簡単な回路構成で多種類
の超音波変換器に対しても、その共振周波数に常に安定
して確実にロックインできるよう適切に構成した超音波
駆動装置を提供することを目的とするものである。
たもので、PLLによる超音波変換器の駆動周波数を、オ
フセットをもたらすことなく、簡単な回路構成で多種類
の超音波変換器に対しても、その共振周波数に常に安定
して確実にロックインできるよう適切に構成した超音波
駆動装置を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、この発明の超音波駆動装置
においては、 超音波変換器の駆動信号に基づいて２つの帰還信号を
生成する帰還信号生成手段と、 周波数が変化する基準信号を発生する基準信号発生手
段と、 前記２つの帰還信号の一方と前記基準信号とを受け
て、それらの一方を選択的に出力する信号切り換え手段
と、 この信号切り換え手段から出力される信号と、前記２
つの帰還信号の他方とを受けてそれらの位相を比較する
位相比較器と、 この位相比較器とともにフェーズロックループを構成
し、該位相比較器の出力に基づいて前記超音波変換器を
駆動するための信号を発生する発振器と、 この発振器から発生される信号に基づいて前記超音波
変換器に供給される前記駆動信号の周波数が、前記超音
波変換器の共振周波数とほぼ等しいか否かを検出する共
振点検出手段と、 この共振点検出手段の出力に基づいて前記信号切り換
え手段を制御する切り換え制御手段と、 前記超音波変換器の駆動開始を指示するスイッチ手段
と、 を有し、 前記スイッチ手段からの開始指示に基づいて、前記基
準信号発生手段からの基準信号を、前記信号切り換え手
段を経て前記位相比較器に供給して、前記超音波変換器
に供給される前記駆動信号の周波数を、フェーズロック
ループにより前記基準信号の周波数の変化に応じて変化
させ、その駆動信号の周波数が前記共振周波数とほぼ等
しいことが前記共振点検出手段で検出されたのに基づい
て、前記切り換え制御手段により前記切り換え手段を制
御して、前記２つの帰還信号の一方を前記位相比較器に
供給するよう構成する。
においては、 超音波変換器の駆動信号に基づいて２つの帰還信号を
生成する帰還信号生成手段と、 周波数が変化する基準信号を発生する基準信号発生手
段と、 前記２つの帰還信号の一方と前記基準信号とを受け
て、それらの一方を選択的に出力する信号切り換え手段
と、 この信号切り換え手段から出力される信号と、前記２
つの帰還信号の他方とを受けてそれらの位相を比較する
位相比較器と、 この位相比較器とともにフェーズロックループを構成
し、該位相比較器の出力に基づいて前記超音波変換器を
駆動するための信号を発生する発振器と、 この発振器から発生される信号に基づいて前記超音波
変換器に供給される前記駆動信号の周波数が、前記超音
波変換器の共振周波数とほぼ等しいか否かを検出する共
振点検出手段と、 この共振点検出手段の出力に基づいて前記信号切り換
え手段を制御する切り換え制御手段と、 前記超音波変換器の駆動開始を指示するスイッチ手段
と、 を有し、 前記スイッチ手段からの開始指示に基づいて、前記基
準信号発生手段からの基準信号を、前記信号切り換え手
段を経て前記位相比較器に供給して、前記超音波変換器
に供給される前記駆動信号の周波数を、フェーズロック
ループにより前記基準信号の周波数の変化に応じて変化
させ、その駆動信号の周波数が前記共振周波数とほぼ等
しいことが前記共振点検出手段で検出されたのに基づい
て、前記切り換え制御手段により前記切り換え手段を制
御して、前記２つの帰還信号の一方を前記位相比較器に
供給するよう構成する。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
る。この実施例は、ランジュバン型振動子を用いた超音
波メス装置に適用したもので、ハンドピース10に設けら
れたランジュバン型振動子１は、フェーズロックループ
（PLL）12により電力増幅器13を介して駆動するように
すると共に、その駆動信号に基づいて電圧・電流検出回
路14により振動子11に加わる電圧位相θｖ、振動に応じ
た電流位相θ１およびインピーダンス｜｜を検出する
ようにする。
る。この実施例は、ランジュバン型振動子を用いた超音
波メス装置に適用したもので、ハンドピース10に設けら
れたランジュバン型振動子１は、フェーズロックループ
（PLL）12により電力増幅器13を介して駆動するように
すると共に、その駆動信号に基づいて電圧・電流検出回
路14により振動子11に加わる電圧位相θｖ、振動に応じ
た電流位相θ１およびインピーダンス｜｜を検出する
ようにする。
PLL12は、位相比較器（PC）15の出力ループフィルタ1
6を経て電圧制御発振器（VCO）17に供給するよう構成
し、VCO17の出力を電力増幅器13により振動子11を駆動
するのに十分な電力まで増幅して振動子11に供給するよ
うにすると共に、PC15のバリアブル入力端子（Ｖ）に電
圧・電流検出回路14から出力される電圧位相信号θｖを
供給し、リファレンス入力端子（Ｒ）に電圧・電流検出
回路14から出力される電流位相信号θ１をスイッチ回路
18を介して選択的に供給するようにする。
6を経て電圧制御発振器（VCO）17に供給するよう構成
し、VCO17の出力を電力増幅器13により振動子11を駆動
するのに十分な電力まで増幅して振動子11に供給するよ
うにすると共に、PC15のバリアブル入力端子（Ｖ）に電
圧・電流検出回路14から出力される電圧位相信号θｖを
供給し、リファレンス入力端子（Ｒ）に電圧・電流検出
回路14から出力される電流位相信号θ１をスイッチ回路
18を介して選択的に供給するようにする。
また、PC15のＲ入力端子には基準信号発生回路19から
の基準信号θrefをスイッチ回路18を介して選択的に供
給するようにする。この基準信号発生回路19は、ジェネ
レータ20と発信器21とをもって構成し、ジェネレータ20
の出力に基づいて発信器21から周波数が変化する基準信
号θrefを出力させるようにする。
の基準信号θrefをスイッチ回路18を介して選択的に供
給するようにする。この基準信号発生回路19は、ジェネ
レータ20と発信器21とをもって構成し、ジェネレータ20
の出力に基づいて発信器21から周波数が変化する基準信
号θrefを出力させるようにする。
一方、電圧・電流検出回路14から出力される電圧位相
信号θｖ、電流位相信号θＩおよびインピーダンス｜
｜は共振点検出回路22に供給し、ここでこれら電圧位相
信号θｖ、電流位相信号θＩ、およびインピーダンス｜
｜に基づいて振動子11に加わっている駆動信号の周波
数が該振動子11の共振周波数とほぼ等しいか否かを検出
し、その出力に基づいてスイッチ回路18における電流位
相信号θＩと基準信号θrefとの切り換え動作を制御す
るようにする。
信号θｖ、電流位相信号θＩおよびインピーダンス｜
｜は共振点検出回路22に供給し、ここでこれら電圧位相
信号θｖ、電流位相信号θＩ、およびインピーダンス｜
｜に基づいて振動子11に加わっている駆動信号の周波
数が該振動子11の共振周波数とほぼ等しいか否かを検出
し、その出力に基づいてスイッチ回路18における電流位
相信号θＩと基準信号θrefとの切り換え動作を制御す
るようにする。
第２図〜第５図は第１図に示すスイッチ回路18の４つ
の例を示すものである。第２図に示すスイッチ回路18
は、電流位相信号θＩ、および基準信号θrefをそれぞ
れ３ステートバッファ25−１および25−２に供給すると
共に、３ステートバッファ25−１の制御端子に共振点検
出回路22の出力を直接供給し、３ステートバッファ25−
２の制御端子に共振点検出回路22の出力をインバータ26
を介して供給することにより、共振点検出回路22の出力
がハイ（Ｈ）レベルにあるときに、例えば電流位相信号
θＩを、ロー（Ｌ）レベルにあるときに基準信号θref
を、それぞれPLL12内にPC15のＲ入力端子に供給するよ
うにしたものである。
の例を示すものである。第２図に示すスイッチ回路18
は、電流位相信号θＩ、および基準信号θrefをそれぞ
れ３ステートバッファ25−１および25−２に供給すると
共に、３ステートバッファ25−１の制御端子に共振点検
出回路22の出力を直接供給し、３ステートバッファ25−
２の制御端子に共振点検出回路22の出力をインバータ26
を介して供給することにより、共振点検出回路22の出力
がハイ（Ｈ）レベルにあるときに、例えば電流位相信号
θＩを、ロー（Ｌ）レベルにあるときに基準信号θref
を、それぞれPLL12内にPC15のＲ入力端子に供給するよ
うにしたものである。
第３図に示すスイッチ回路18は、電流位相信号θＩ、
および基準信号θrefをそれぞれANDゲート27−１および
27−２の一方の入力端子に供給すると共に、ANDゲート2
7−１の他方の入力端子に共振点検出回路22の出力を直
接供給し、ANDゲート27−２の他方の入力端子に共振検
出回路22の出力をインバータ28を介して供給して、共振
点検出回路22の出力がＨレベルにあるときに、例えば電
流位相信号θＩを、Ｌレベルにあるときに基準信号θ
refを、それぞれORゲート29を経てPLL12内のPC15のＲ入
力端子に供給するようにしたものである。
および基準信号θrefをそれぞれANDゲート27−１および
27−２の一方の入力端子に供給すると共に、ANDゲート2
7−１の他方の入力端子に共振点検出回路22の出力を直
接供給し、ANDゲート27−２の他方の入力端子に共振検
出回路22の出力をインバータ28を介して供給して、共振
点検出回路22の出力がＨレベルにあるときに、例えば電
流位相信号θＩを、Ｌレベルにあるときに基準信号θ
refを、それぞれORゲート29を経てPLL12内のPC15のＲ入
力端子に供給するようにしたものである。
第４図に示すスイッチ回路18は、電流位相信号θＩ、
および基準信号θrefをそれぞれアナログスイッチ30−
１および30−２に供給すると共に、アナログスイッチ30
−１の制御端子に共振点検出回路22の出力を直接供給
し、アナログスイッチ30−２の制御端子に共振点検出回
路22の出力をインバータ28を介して供給して、共振点検
出回路22の出力がＨレベルにあるときに、例えば電流位
相信号θＩを、Ｌレベルにあるときに基準信号θ
refを、それぞれPLL12内のPC15のＲ入力端子に供給する
ようにしたものである。
および基準信号θrefをそれぞれアナログスイッチ30−
１および30−２に供給すると共に、アナログスイッチ30
−１の制御端子に共振点検出回路22の出力を直接供給
し、アナログスイッチ30−２の制御端子に共振点検出回
路22の出力をインバータ28を介して供給して、共振点検
出回路22の出力がＨレベルにあるときに、例えば電流位
相信号θＩを、Ｌレベルにあるときに基準信号θ
refを、それぞれPLL12内のPC15のＲ入力端子に供給する
ようにしたものである。
また、第５図に示すスイッチ回路18は、電流位相信号
θＩ、および基準信号θrefをそれぞれリレー接点31−
１および31−２に供給すると共に、リレー32に共振点検
出回路22の出力を供給して、共振点検出回路22の出力が
Ｈレベルにあるときに、例えばリレー32を附勢して電流
位相信号θＩを、Ｌレベルにあるときにリレー32を滅勢
して基準信号θrefを、それぞれPLL12内のPC15のＲ入力
端子に供給するようにしたものである。
θＩ、および基準信号θrefをそれぞれリレー接点31−
１および31−２に供給すると共に、リレー32に共振点検
出回路22の出力を供給して、共振点検出回路22の出力が
Ｈレベルにあるときに、例えばリレー32を附勢して電流
位相信号θＩを、Ｌレベルにあるときにリレー32を滅勢
して基準信号θrefを、それぞれPLL12内のPC15のＲ入力
端子に供給するようにしたものである。
次に、この実施例の動作を説明する。
起動時においては、スイッチ回路18はPLL12内のPC15
のＲ入力端子に発振器21からの基準信号θrefが入力す
るように接続され、またPC15のＶ入力端子には、VCO17
および電力増幅器13を介して振動子11に加えられている
駆動信号の電圧位相信号θｖが帰還され、その結果PLL1
2はその出力信号が発振器21からの基準信号θrefにロッ
クされるように作動する。すなわち、振動子11の駆動信
号周波数は、発振器21からの基準信号θrefの周波数と
等しくなるように作動し、基準信号θrefの周波数がジ
ェネレータ20の出力に基づいて変化すると、それに応じ
て振動子11の駆動信号周波数も変化することになる。
のＲ入力端子に発振器21からの基準信号θrefが入力す
るように接続され、またPC15のＶ入力端子には、VCO17
および電力増幅器13を介して振動子11に加えられている
駆動信号の電圧位相信号θｖが帰還され、その結果PLL1
2はその出力信号が発振器21からの基準信号θrefにロッ
クされるように作動する。すなわち、振動子11の駆動信
号周波数は、発振器21からの基準信号θrefの周波数と
等しくなるように作動し、基準信号θrefの周波数がジ
ェネレータ20の出力に基づいて変化すると、それに応じ
て振動子11の駆動信号周波数も変化することになる。
第６図はこのときの基準信号θref、電圧位相信号θ
ｖおよび電流位相信号θＩの位相関係を示すものであ
る。第６図から明らかなように、基準信号θrefを、例
えば周波数の低い方（f1側）から高い方（f2側）へ変化
させると、振動子11の振動に応じた帰還信号である電流
位相信号θＩは、その共振周波数f2の時点で電圧位相信
号θｖと位相が一致する。また、電圧位相信号θｖはPL
L12により基準信号θrefにロックされるので、電流位相
信号θ１は基準信号θrefとも位相が一致する。
ｖおよび電流位相信号θＩの位相関係を示すものであ
る。第６図から明らかなように、基準信号θrefを、例
えば周波数の低い方（f1側）から高い方（f2側）へ変化
させると、振動子11の振動に応じた帰還信号である電流
位相信号θＩは、その共振周波数f2の時点で電圧位相信
号θｖと位相が一致する。また、電圧位相信号θｖはPL
L12により基準信号θrefにロックされるので、電流位相
信号θ１は基準信号θrefとも位相が一致する。
この共振点状態を共振点検出回路22で検出し、それが
検出された時点でその出力を例えばＨレベルとして、ス
イッチ回路18をPC15のＲ入力端子に電流位相信号θＩが
入力されるように切り換える。これにより、PLL12は電
圧位相信号θｖと電流位相信号θＩとの位相比較動作に
入り、その結果振動子11の駆動信号周波数が、電圧位相
信号θｖと電流位相信号θＩとの位相が常に一致するよ
うに制御され、振動子11の共振点追尾動作が行われる。
ここで、スイッチ回路18による基準信号θrefから電流
位相信号θＩへの切り換えは、これを瞬時に行えば、基
準信号θrefと電流位相信号θＩとの位相が一致してお
り、したがってPLL12としては入力信号の位相に変化が
ないので、PLL12でのロック状態に何ら悪影響を与える
ことなく、ロック状態が有効に維持され、PLL12による
共振点追尾制御に確実に移行することができる。
検出された時点でその出力を例えばＨレベルとして、ス
イッチ回路18をPC15のＲ入力端子に電流位相信号θＩが
入力されるように切り換える。これにより、PLL12は電
圧位相信号θｖと電流位相信号θＩとの位相比較動作に
入り、その結果振動子11の駆動信号周波数が、電圧位相
信号θｖと電流位相信号θＩとの位相が常に一致するよ
うに制御され、振動子11の共振点追尾動作が行われる。
ここで、スイッチ回路18による基準信号θrefから電流
位相信号θＩへの切り換えは、これを瞬時に行えば、基
準信号θrefと電流位相信号θＩとの位相が一致してお
り、したがってPLL12としては入力信号の位相に変化が
ないので、PLL12でのロック状態に何ら悪影響を与える
ことなく、ロック状態が有効に維持され、PLL12による
共振点追尾制御に確実に移行することができる。
なお、共振点検出回路22での共振点の検出は、発振器
21からの基準信号θrefの周波数変化範囲が、第６図に
おいてf1〜f2の範囲内にあるときは、電圧位相信号θｖ
と電流位相信号θＩとの位相差θのみを監視して、位相
差θが零の点を共振点として検出するようにすればよ
い。これに対し、振動子11の異なるハンドピース10を用
いたり、ハンドピース10の先端チップを変更する等し
て、ハンドピース10としてバリエーションを持つ場合に
は、共振周波数が広範囲に亘って個々に異なるため、発
振器21からの基準信号θrefの周波数変化範囲もそれに
応じて広くする必要がある。この場合、上記と同様に、
単に電圧位相信号θｖと電流位相信号θＩとの位相差θ
が零の点を共振点として検出すると、第６図からも明ら
かなように共振周波数frの他に反共振点f1およびf2でも
位相差θが零となるため、f1またはf2で誤動作してしま
う。このような場合には、第12図ＡおよびＢに示したイ
ンピーダンス｜｜の周波数特性に着目し、共振周波数
frでインピーダンスの大きさ｜｜が反共振点f1および
f2におけるそれよりも大幅に低くなるのを利用して、共
振点検出回路22にインピーダンスの大きさ｜｜を検出
する手段をも設け、｜｜が設定値以下でかつ位相差θ
が零の点を共振点として検出するようにすれば良い。
21からの基準信号θrefの周波数変化範囲が、第６図に
おいてf1〜f2の範囲内にあるときは、電圧位相信号θｖ
と電流位相信号θＩとの位相差θのみを監視して、位相
差θが零の点を共振点として検出するようにすればよ
い。これに対し、振動子11の異なるハンドピース10を用
いたり、ハンドピース10の先端チップを変更する等し
て、ハンドピース10としてバリエーションを持つ場合に
は、共振周波数が広範囲に亘って個々に異なるため、発
振器21からの基準信号θrefの周波数変化範囲もそれに
応じて広くする必要がある。この場合、上記と同様に、
単に電圧位相信号θｖと電流位相信号θＩとの位相差θ
が零の点を共振点として検出すると、第６図からも明ら
かなように共振周波数frの他に反共振点f1およびf2でも
位相差θが零となるため、f1またはf2で誤動作してしま
う。このような場合には、第12図ＡおよびＢに示したイ
ンピーダンス｜｜の周波数特性に着目し、共振周波数
frでインピーダンスの大きさ｜｜が反共振点f1および
f2におけるそれよりも大幅に低くなるのを利用して、共
振点検出回路22にインピーダンスの大きさ｜｜を検出
する手段をも設け、｜｜が設定値以下でかつ位相差θ
が零の点を共振点として検出するようにすれば良い。
以上のように、この実施例によれば共振周波数の異な
る振動子11やハンドピース10を用いる場合でも、PLL12
による共振点追尾制御に確実に移行することができる。
る振動子11やハンドピース10を用いる場合でも、PLL12
による共振点追尾制御に確実に移行することができる。
第７図はこの発明に係る超音波駆動装置を具える超音
波メス装置の一例の構成を示すブロック図である。ハン
ドピース35に設けられたランジュバン型振動子36は、PL
L37の出力に基づいてマッチング用トランス38を介して
駆動するようにする。振動子36は、マッチング用トラン
ス38の二次側に接続すると共に、このマッチング用トラ
ンス38の二次側には振動子36の制動容量を打ち消す補正
インダクタ39を並列に接続する。
波メス装置の一例の構成を示すブロック図である。ハン
ドピース35に設けられたランジュバン型振動子36は、PL
L37の出力に基づいてマッチング用トランス38を介して
駆動するようにする。振動子36は、マッチング用トラン
ス38の二次側に接続すると共に、このマッチング用トラ
ンス38の二次側には振動子36の制動容量を打ち消す補正
インダクタ39を並列に接続する。
PLL37は、位相比較器（PC）40と、そのデジタル出力
をアナログ信号に変換するチャージポンプ41と、ループ
フィルタ42と、電圧制御発振器（VCO）43とをもって構
成し、チャージポンプ41の出力をループフィルタ42を介
してVCO43に制御電圧として供給するようにする。VCO43
の出力は、フィルタ44に供給すると共に、分周回路45で
分周してフィルタ44に供給し、これによりVCO43から出
力される矩形波の駆動信号を振動子36の共振周波数成分
のみの正弦波の駆動信号に変換して、振動子36内での無
駄な発熱を引き起さないようにする。この例では、フィ
ルタ44としてカットオフ周波数が外部クロック入力によ
って変更可能なスイッチド・キャパシタ・フィルタ（SC
F）を用いる。このように、フィルタ44としてSCFを用い
れば、VCO43の発振周波数が変化しても、フィルタの出
力波形の大きさや位相回転の変動が無くなり、その結果
後述する定電流制御やPLL動作に与える影響が減少し、
理想的な矩形波−正弦波変換を行うことが可能となる。
をアナログ信号に変換するチャージポンプ41と、ループ
フィルタ42と、電圧制御発振器（VCO）43とをもって構
成し、チャージポンプ41の出力をループフィルタ42を介
してVCO43に制御電圧として供給するようにする。VCO43
の出力は、フィルタ44に供給すると共に、分周回路45で
分周してフィルタ44に供給し、これによりVCO43から出
力される矩形波の駆動信号を振動子36の共振周波数成分
のみの正弦波の駆動信号に変換して、振動子36内での無
駄な発熱を引き起さないようにする。この例では、フィ
ルタ44としてカットオフ周波数が外部クロック入力によ
って変更可能なスイッチド・キャパシタ・フィルタ（SC
F）を用いる。このように、フィルタ44としてSCFを用い
れば、VCO43の発振周波数が変化しても、フィルタの出
力波形の大きさや位相回転の変動が無くなり、その結果
後述する定電流制御やPLL動作に与える影響が減少し、
理想的な矩形波−正弦波変換を行うことが可能となる。
フィルタ44の出力は、増幅率が変更可能な電圧制御増
幅回路（VCA）46、バッファアンプ47、スイッチ回路48
および電力増幅器49を経てマッチング用トランス38の一
次側に供給する。このようにして、マッチング用トラン
ス38により、振動子36の回路系とその駆動回路系とを分
離して電気的絶縁を図ると共に、電力増幅器49と負荷と
なる振動子36とのマッチングをとるようにする。
幅回路（VCA）46、バッファアンプ47、スイッチ回路48
および電力増幅器49を経てマッチング用トランス38の一
次側に供給する。このようにして、マッチング用トラン
ス38により、振動子36の回路系とその駆動回路系とを分
離して電気的絶縁を図ると共に、電力増幅器49と負荷と
なる振動子36とのマッチングをとるようにする。
電力増幅器49を経て振動子36に加わる電圧および振動
子36に流れる電流は、マッチング用トランス38の一次側
に設けた電圧・電流検出回路50で検出し、これら電圧検
出信号および電流検出信号をそれぞれ差動増幅器51−１
および51−２に供給して同相ノイズを除去するようにす
る。
子36に流れる電流は、マッチング用トランス38の一次側
に設けた電圧・電流検出回路50で検出し、これら電圧検
出信号および電流検出信号をそれぞれ差動増幅器51−１
および51−２に供給して同相ノイズを除去するようにす
る。
第８図は電圧・電流検出回路50および差動増幅器51−
1,51−２の一例の構成を示すものである。振動子36に加
わる電圧は、抵抗52による分圧によって検出し、その出
力を差動増幅器51−１に供給して電圧検出信号Ｖを得る
ようにする。また、振動子36に流れる電流は、カレント
センサ53で検出し、その出力を差動増幅器51−２に供給
して電流検出信号Ｉを得るようにする。このように、電
圧・電流検出回路50で検出した電圧，電流をそれぞれ差
動増幅器51−1,51−２に供給して電圧検出信号V,電流検
出信号Ｉを得るようにすることにより、高電圧、大電流
を低電流にて検出する場合の同相ノイズの問題を有効に
解消できると共に、電力増幅器49の出力の正負の接続を
逆にしても、また出力の一方が接地された出力形式でな
いものであっても、電圧，電流の各信号V,Iを安定して
検出することができる。
1,51−２の一例の構成を示すものである。振動子36に加
わる電圧は、抵抗52による分圧によって検出し、その出
力を差動増幅器51−１に供給して電圧検出信号Ｖを得る
ようにする。また、振動子36に流れる電流は、カレント
センサ53で検出し、その出力を差動増幅器51−２に供給
して電流検出信号Ｉを得るようにする。このように、電
圧・電流検出回路50で検出した電圧，電流をそれぞれ差
動増幅器51−1,51−２に供給して電圧検出信号V,電流検
出信号Ｉを得るようにすることにより、高電圧、大電流
を低電流にて検出する場合の同相ノイズの問題を有効に
解消できると共に、電力増幅器49の出力の正負の接続を
逆にしても、また出力の一方が接地された出力形式でな
いものであっても、電圧，電流の各信号V,Iを安定して
検出することができる。
第７図において、差動増幅器51−１から得られる電圧
検出信号は、比較器54および絶対値検出信号55にそれぞ
れ供給し、比較器54において電圧位相信号θｖを、絶対
値検出信号55において電圧検出信号の絶対値│Ｖ│を検
出するようにする。同様に、差動増幅器51−２から得ら
れる電流検出信号は、比較器56および絶対値検出信号57
にそれぞれ供給し、比較器56において電流位相信号θＩ
を、絶対値検出信号57において電圧検出信号の絶対値│
Ｉ│を検出するようにする。
検出信号は、比較器54および絶対値検出信号55にそれぞ
れ供給し、比較器54において電圧位相信号θｖを、絶対
値検出信号55において電圧検出信号の絶対値│Ｖ│を検
出するようにする。同様に、差動増幅器51−２から得ら
れる電流検出信号は、比較器56および絶対値検出信号57
にそれぞれ供給し、比較器56において電流位相信号θＩ
を、絶対値検出信号57において電圧検出信号の絶対値│
Ｉ│を検出するようにする。
比較器54から得られる電圧位相信号θｖは位相比較器
58に供給すると共に、PLL37を構成するPC40のバリアブ
ル入力端子Ｖに供給し、比較器56から得られる電流位相
信号θＩは位相比較器58に供給すると共に、スイッチ回
路59を介してPC40のリファレンス入力端子Ｒに供給す
る。また、絶対値検出回路55から得られる電圧検出信号
の絶対値│Ｖ│は、電圧比較器60に供給して所定の設定
値と比較し、その出力を位相比較器58に供給する。この
ようにして、位相比較器58において電圧比較器60の出
力、比較器54からの電圧位相信号θｖおよび比較器56か
らの電流位相信号θＩに基づいて、振動子36に加わって
いる駆動信号の周波数が該振動子36の共振周波数とほぼ
等しいか否かを検出し、その出力に基づいてスイッチ回
路59における電流位相信号θＩと、後述する発振器から
の基準信号θrefとの切り換え動作を制御すると共に、
発光ダイオード61の点灯を制御してPLL37が共振点追尾
動作に移行したか否かを表示させるようにする。
58に供給すると共に、PLL37を構成するPC40のバリアブ
ル入力端子Ｖに供給し、比較器56から得られる電流位相
信号θＩは位相比較器58に供給すると共に、スイッチ回
路59を介してPC40のリファレンス入力端子Ｒに供給す
る。また、絶対値検出回路55から得られる電圧検出信号
の絶対値│Ｖ│は、電圧比較器60に供給して所定の設定
値と比較し、その出力を位相比較器58に供給する。この
ようにして、位相比較器58において電圧比較器60の出
力、比較器54からの電圧位相信号θｖおよび比較器56か
らの電流位相信号θＩに基づいて、振動子36に加わって
いる駆動信号の周波数が該振動子36の共振周波数とほぼ
等しいか否かを検出し、その出力に基づいてスイッチ回
路59における電流位相信号θＩと、後述する発振器から
の基準信号θrefとの切り換え動作を制御すると共に、
発光ダイオード61の点灯を制御してPLL37が共振点追尾
動作に移行したか否かを表示させるようにする。
第９図は位相比較器58および電圧比較器60の一例の構
成を示すものである。位相比較器58は３つのＤ−フリッ
プフロップ（Ｄ−FF）62,63および64と、ORゲート65と
をもって構成する。比較器54から得られる電圧位相信号
θｖは、Ｄ−FF61のＤ入力端子に供給し、比較器56から
得られる電流位相信号θＩは、Ｄ−FF62のクロック入力
端子に供給する。このＤ−FF62のＱ出力および出力
は、Ｄ−FF63のクロック入力端子およびＤ−FF64のクロ
ック入力端子にそれぞれ供給し、これらＤ−FF63および
64のＱ出力をORゲート65に供給してスイッチ回路59およ
び発光ダイオード61の制御信号を得るようにする。な
お、Ｄ−FF63および64のＤ入力端子には、VCCを印加す
る。また、電圧比較器60はOPアンプをもって構成し、そ
の反転入力端子に絶対値検出回路55から得られる電圧検
出信号の絶対値│Ｖ│を供給し、非反転入力端子に設定
電圧VSETを印加して、その出力をＤ−FF63および64のク
リア入力端子に供給する。なお、ORゲート65の出力はコ
ントロール回路66（第７図参照）に供給されると共に、
コントロール回路66からはＤ−FF62のクリア端子にリセ
ット信号を供給するようにする。
成を示すものである。位相比較器58は３つのＤ−フリッ
プフロップ（Ｄ−FF）62,63および64と、ORゲート65と
をもって構成する。比較器54から得られる電圧位相信号
θｖは、Ｄ−FF61のＤ入力端子に供給し、比較器56から
得られる電流位相信号θＩは、Ｄ−FF62のクロック入力
端子に供給する。このＤ−FF62のＱ出力および出力
は、Ｄ−FF63のクロック入力端子およびＤ−FF64のクロ
ック入力端子にそれぞれ供給し、これらＤ−FF63および
64のＱ出力をORゲート65に供給してスイッチ回路59およ
び発光ダイオード61の制御信号を得るようにする。な
お、Ｄ−FF63および64のＤ入力端子には、VCCを印加す
る。また、電圧比較器60はOPアンプをもって構成し、そ
の反転入力端子に絶対値検出回路55から得られる電圧検
出信号の絶対値│Ｖ│を供給し、非反転入力端子に設定
電圧VSETを印加して、その出力をＤ−FF63および64のク
リア入力端子に供給する。なお、ORゲート65の出力はコ
ントロール回路66（第７図参照）に供給されると共に、
コントロール回路66からはＤ−FF62のクリア端子にリセ
ット信号を供給するようにする。
第７図において絶対値検出回路57から得られる電流検
出信号の絶対値│Ｉ│は、差動増幅回路67の反転入力端
子に供給する。この差動増幅回路67の非反転入力端子に
は、電流値設定回路68からの設定信号を供給し、その出
力に基づいて振動子36が常に設定信号に対応する一定電
流で駆動されるように、リミッタ回路69を介してVCA46
の増幅率を制御するようにする。電流値設定回路68に
は、出力振幅設定用可変抵抗器70と低定電流駆動設定用
可変抵抗器71とを設け、これらをコントロール回路66か
らの信号に基づいて選択して、起動時においては低定電
流駆動設定用可変抵抗器71の出力を、共振点追尾動作に
おいては出力振幅設定用可変抵抗器70の出力を差動増幅
回路67に供給するようにする。このように、絶対値検出
回路57から得られる電流検出信号の絶対値│Ｉ│と、電
流値設定回路68からの設定信号とを差動増幅回路67で比
較し、その出力に基づいてVCA46の増幅率を制御してバ
ッファアンプ47および電力増幅器49に入力する信号電圧
を制御することにより、ハンドピース35の負荷変動等に
よるインピーダンス変化に対しても、振動子36を常に電
流値設定回路68からの設定信号に対応する一定電流で駆
動することができ、ハンドピース35の振幅を一定にする
ことができる。
出信号の絶対値│Ｉ│は、差動増幅回路67の反転入力端
子に供給する。この差動増幅回路67の非反転入力端子に
は、電流値設定回路68からの設定信号を供給し、その出
力に基づいて振動子36が常に設定信号に対応する一定電
流で駆動されるように、リミッタ回路69を介してVCA46
の増幅率を制御するようにする。電流値設定回路68に
は、出力振幅設定用可変抵抗器70と低定電流駆動設定用
可変抵抗器71とを設け、これらをコントロール回路66か
らの信号に基づいて選択して、起動時においては低定電
流駆動設定用可変抵抗器71の出力を、共振点追尾動作に
おいては出力振幅設定用可変抵抗器70の出力を差動増幅
回路67に供給するようにする。このように、絶対値検出
回路57から得られる電流検出信号の絶対値│Ｉ│と、電
流値設定回路68からの設定信号とを差動増幅回路67で比
較し、その出力に基づいてVCA46の増幅率を制御してバ
ッファアンプ47および電力増幅器49に入力する信号電圧
を制御することにより、ハンドピース35の負荷変動等に
よるインピーダンス変化に対しても、振動子36を常に電
流値設定回路68からの設定信号に対応する一定電流で駆
動することができ、ハンドピース35の振幅を一定にする
ことができる。
コントロール回路66には、トリガ出力回路72を接続し
て、コントロール回路66の制御の下にトリガ信号を発生
させるようにする。このトリガ信号は、ジェネレータ73
に供給してノコギリ波を発生させ、これを発振器74に供
給して該発振器74から周波数が変化する基準信号θref
を発生させるようにする。この基準信号θrefは、上述
したように位相比較器58の制御の下にスイッチ回路59を
介してPLL37を構成するPC40のＲ入力端子に供給する。
また、トリガ出力回路72からのトリガ信号はカウンタ75
に供給してカウントし、そのカウント値が設定値以上と
なったときに、スイッチ回路48をOFFすると共に、ハン
ドピース35の異常としてプローブチェック用の発光ダイ
オード76を点灯させるようにする。なお、このカウンタ
75はコントロール回路66からのリセット信号によりリセ
ットするようにする。
て、コントロール回路66の制御の下にトリガ信号を発生
させるようにする。このトリガ信号は、ジェネレータ73
に供給してノコギリ波を発生させ、これを発振器74に供
給して該発振器74から周波数が変化する基準信号θref
を発生させるようにする。この基準信号θrefは、上述
したように位相比較器58の制御の下にスイッチ回路59を
介してPLL37を構成するPC40のＲ入力端子に供給する。
また、トリガ出力回路72からのトリガ信号はカウンタ75
に供給してカウントし、そのカウント値が設定値以上と
なったときに、スイッチ回路48をOFFすると共に、ハン
ドピース35の異常としてプローブチェック用の発光ダイ
オード76を点灯させるようにする。なお、このカウンタ
75はコントロール回路66からのリセット信号によりリセ
ットするようにする。
一方、PLL37を構成するループフィルタ42の出力は、
ローパスフィルタ（LPF）77にも供給し、ここでVCO43の
制御電圧中に含まれるスパイク状のノイズを除去するよ
うにする。このLPF77の出力は、ウインドコンパレータ7
8に供給し、ここでVCO43の出力周波数範囲を監視してそ
れが所定の範囲を外れたときにコントロール回路66にリ
セット信号を出力するようにする。すなわち、VCO43は
ループフィルタ42からの制御電圧によって発振周波数が
変化するが、PLL37が振動子36の共振点追尾制御から外
れると、VCO43の発振周波数はその最高または最低発振
周波数に飽和してしまう。そこで、このロック外れ状態
を検出するために、VCO43の制御電圧をウインドコンパ
レータ78で監視する。ここで、VCO43に供給される制御
電圧は、ループフィルタ42によってある程度平滑化され
た信号となるが、例えばPLL37のPC40にエッジトリガ式
のものを使用して、ループ特性をループフィルタ42の設
計によってある程度高速のものにすると、VCO43に供給
される制御電圧にはPC40の２つの入力信号のエッジの比
較部分でスパイク状のノイズが漏れてくる。このスパイ
ク状のノイズは、ウインドコンパレータ78の動作に悪影
響を与えるので、この例では上述したようにLPF77を挿
入して、スパイク状のノイズを除去するようにしてい
る。
ローパスフィルタ（LPF）77にも供給し、ここでVCO43の
制御電圧中に含まれるスパイク状のノイズを除去するよ
うにする。このLPF77の出力は、ウインドコンパレータ7
8に供給し、ここでVCO43の出力周波数範囲を監視してそ
れが所定の範囲を外れたときにコントロール回路66にリ
セット信号を出力するようにする。すなわち、VCO43は
ループフィルタ42からの制御電圧によって発振周波数が
変化するが、PLL37が振動子36の共振点追尾制御から外
れると、VCO43の発振周波数はその最高または最低発振
周波数に飽和してしまう。そこで、このロック外れ状態
を検出するために、VCO43の制御電圧をウインドコンパ
レータ78で監視する。ここで、VCO43に供給される制御
電圧は、ループフィルタ42によってある程度平滑化され
た信号となるが、例えばPLL37のPC40にエッジトリガ式
のものを使用して、ループ特性をループフィルタ42の設
計によってある程度高速のものにすると、VCO43に供給
される制御電圧にはPC40の２つの入力信号のエッジの比
較部分でスパイク状のノイズが漏れてくる。このスパイ
ク状のノイズは、ウインドコンパレータ78の動作に悪影
響を与えるので、この例では上述したようにLPF77を挿
入して、スパイク状のノイズを除去するようにしてい
る。
また、コントロール回路66には、振動子36のON/OFFを
制御するフットスイッチ79を接続し、このフットスイッ
チ79からの信号、上述した位相比較器58からの信号およ
びウインドコンパレータ78からのリセット信号に基づい
て上記の各部の動作を制御するようにすると共に、超音
波メスにより切除した組織を除去する吸引ユニット80、
ハンドピース35のプローブを冷却したり、切除部位を洗
い流すための送水ニット81の動作を制御するようにす
る。
制御するフットスイッチ79を接続し、このフットスイッ
チ79からの信号、上述した位相比較器58からの信号およ
びウインドコンパレータ78からのリセット信号に基づい
て上記の各部の動作を制御するようにすると共に、超音
波メスにより切除した組織を除去する吸引ユニット80、
ハンドピース35のプローブを冷却したり、切除部位を洗
い流すための送水ニット81の動作を制御するようにす
る。
以下、この超音波メス装置の動作を、第10図に示すフ
ローチャートを参照しながら説明する。
ローチャートを参照しながら説明する。
フットスイッチ79のOFF状態では、スイッチ回路48はO
FF、スイッチ回路59は発振器74の出力をPLL37のPC40の
Ｒ入力端子に供給するように接続されている。
FF、スイッチ回路59は発振器74の出力をPLL37のPC40の
Ｒ入力端子に供給するように接続されている。
フットスイッチ79をONにすると、これによりコントロ
ール回路66は始動信号を得、位相検出器58およびカウン
タ75をリセットすると共に、電流値設定回路68の低定電
流駆動設定用可変抵抗器71を選択してその出力を差動増
幅回路67に供給するようにする。さらに、スイッチ回路
48をONすると共に、トリガ出力回路72を差動して該トリ
ガ出力回路72からトリガ信号を発生させる。これによ
り、PLL37には発振器74からスイッチ回路59を介してジ
ェネレータ73の出力に応じて周波数が変化する基準信号
θrefが供給され、その結果PLL37は振動子36の駆動信号
周波数を基準信号θrefにロックされるようにスキャン
させる。
ール回路66は始動信号を得、位相検出器58およびカウン
タ75をリセットすると共に、電流値設定回路68の低定電
流駆動設定用可変抵抗器71を選択してその出力を差動増
幅回路67に供給するようにする。さらに、スイッチ回路
48をONすると共に、トリガ出力回路72を差動して該トリ
ガ出力回路72からトリガ信号を発生させる。これによ
り、PLL37には発振器74からスイッチ回路59を介してジ
ェネレータ73の出力に応じて周波数が変化する基準信号
θrefが供給され、その結果PLL37は振動子36の駆動信号
周波数を基準信号θrefにロックされるようにスキャン
させる。
ここで、振動子36は、電流値設定回路68の可変抵抗器
71で設定された低い定電流で駆動制御されるので、振動
子36に加わる電圧とそのインピーダンスの大きさとは比
例し、したがって振動子36に加わる電圧はそのインピー
ダンスの大きさの周波数特性に相似した形でスキャンに
よって変化する。この駆動電圧の変化は、電圧・電流検
出回路50、差動増幅器51、絶対値検出回路55を介して電
圧比較器60で監視され、それが設定電圧VSET（第９図参
照）以下、すなわち基準信号θrefの周波数がハンドピ
ース35の共振周波数近傍となってインピーダンスが設定
値以下となった時点で、位相比較器58にイネーブル信号
が出力される。位相比較器58においては、電圧比較器60
からイネーブル信号が出力され、かつ比較器54からの電
圧位相信号θｖおよび比較器56からの電流位相信号θＩ
の位相差が零となった時点で、その出力がＨレベルとな
ってホールドされ、これによりスイッチ回路59が切り換
わって比較器56からの電流位相信号θＩがPC40のＲ入力
端子に供給されると共に、発光ダイオード61が点灯して
共振点追尾動作に移行したことが表示される。同時に、
位相比較器58の出力に基づいてコントロール回路66を介
して電流値設定回路68の出力振幅設定用可変抵抗器70が
選択され、その出力が差動増幅回路67に供給される。し
たがって、ハンドピース35は、以後は電圧位相信号θｖ
と電流位相信号θＩとの位相が常に一致するように、可
変抵抗器70で設定された所定の電流で駆動制御されるこ
とになる。また、共振点追尾動作に移行することによ
り、コントロール回路66から吸引ユニット80、送水ユニ
ット81に駆動信号が供給されて、各動作が行われる。以
上の動作は、フットスイッチ79をOFFとすることにより
解除される。
71で設定された低い定電流で駆動制御されるので、振動
子36に加わる電圧とそのインピーダンスの大きさとは比
例し、したがって振動子36に加わる電圧はそのインピー
ダンスの大きさの周波数特性に相似した形でスキャンに
よって変化する。この駆動電圧の変化は、電圧・電流検
出回路50、差動増幅器51、絶対値検出回路55を介して電
圧比較器60で監視され、それが設定電圧VSET（第９図参
照）以下、すなわち基準信号θrefの周波数がハンドピ
ース35の共振周波数近傍となってインピーダンスが設定
値以下となった時点で、位相比較器58にイネーブル信号
が出力される。位相比較器58においては、電圧比較器60
からイネーブル信号が出力され、かつ比較器54からの電
圧位相信号θｖおよび比較器56からの電流位相信号θＩ
の位相差が零となった時点で、その出力がＨレベルとな
ってホールドされ、これによりスイッチ回路59が切り換
わって比較器56からの電流位相信号θＩがPC40のＲ入力
端子に供給されると共に、発光ダイオード61が点灯して
共振点追尾動作に移行したことが表示される。同時に、
位相比較器58の出力に基づいてコントロール回路66を介
して電流値設定回路68の出力振幅設定用可変抵抗器70が
選択され、その出力が差動増幅回路67に供給される。し
たがって、ハンドピース35は、以後は電圧位相信号θｖ
と電流位相信号θＩとの位相が常に一致するように、可
変抵抗器70で設定された所定の電流で駆動制御されるこ
とになる。また、共振点追尾動作に移行することによ
り、コントロール回路66から吸引ユニット80、送水ユニ
ット81に駆動信号が供給されて、各動作が行われる。以
上の動作は、フットスイッチ79をOFFとすることにより
解除される。
一方、一回のスキャンによって共振点が検出されない
ときは、VCO43の発振周波数は発振器74からの基準信号
θrefにロックされて上昇または下降し、ウインドコン
パレータ78において所定の周波数範囲から外れたことが
検出されて、コントロール回路66にリセット信号が出力
される。これにより、コントロール回路66からトリガ出
力回路72に再トリガを出力するように信号が送出され、
上記の動作が繰り返される。この、トリガ出力回路72か
らのトリガ信号の出力回数すなわち駆動信号周波数のス
キャン回数は、カウンタ75でカウントされ、それが所定
の値に達したとき、この例では一回のフットスイッチ79
のON操作で駆動信号周波数を10回スキャンしても共振周
波数にロックインできないときは、所定の周波数範囲内
にハンドピース35の共振点が存在しないものとして、そ
の時点でカウンタ75の出力によりスイッチ回路48がOFF
となって振動子36の駆動が停止すると共に、発光ダイオ
ード76が点灯してハンドピース35の異常が表示される。
これにより、ハンドピース35が異常の状態で駆動を続け
ることによる危険を有効に防止することができる。
ときは、VCO43の発振周波数は発振器74からの基準信号
θrefにロックされて上昇または下降し、ウインドコン
パレータ78において所定の周波数範囲から外れたことが
検出されて、コントロール回路66にリセット信号が出力
される。これにより、コントロール回路66からトリガ出
力回路72に再トリガを出力するように信号が送出され、
上記の動作が繰り返される。この、トリガ出力回路72か
らのトリガ信号の出力回数すなわち駆動信号周波数のス
キャン回数は、カウンタ75でカウントされ、それが所定
の値に達したとき、この例では一回のフットスイッチ79
のON操作で駆動信号周波数を10回スキャンしても共振周
波数にロックインできないときは、所定の周波数範囲内
にハンドピース35の共振点が存在しないものとして、そ
の時点でカウンタ75の出力によりスイッチ回路48がOFF
となって振動子36の駆動が停止すると共に、発光ダイオ
ード76が点灯してハンドピース35の異常が表示される。
これにより、ハンドピース35が異常の状態で駆動を続け
ることによる危険を有効に防止することができる。
上述した超音波メス装置によれば、確実に共振点追尾
動作に移行することができると共に、追尾動作のロック
が外れても再起動ができ、しかもハンドピース35の異常
も検出することができる。また、一般的な定電流駆動回
路を組み合わせることで、定振幅動作を行うことができ
ると共に、簡単な方法でインピーダンスの周波数特性を
検出することができ、これにより共振点を正確かつ確実
に検出することができる。さらに、振動子36に加わって
いる電圧および振動子36に流れる電波を差動方式で検出
するようにしたもので、同相ノイズを有効に除去できる
と共に、電力増幅器49の出力形式にこだわらず所望の電
圧および電流を有効に検出でき、これにより高電圧を発
生している電力増幅器周辺の回路部分を接地から浮かせ
ることが可能となり、振動子回路すなわち患者回路の対
接地漏れ電流を大幅に減少させることができる。
動作に移行することができると共に、追尾動作のロック
が外れても再起動ができ、しかもハンドピース35の異常
も検出することができる。また、一般的な定電流駆動回
路を組み合わせることで、定振幅動作を行うことができ
ると共に、簡単な方法でインピーダンスの周波数特性を
検出することができ、これにより共振点を正確かつ確実
に検出することができる。さらに、振動子36に加わって
いる電圧および振動子36に流れる電波を差動方式で検出
するようにしたもので、同相ノイズを有効に除去できる
と共に、電力増幅器49の出力形式にこだわらず所望の電
圧および電流を有効に検出でき、これにより高電圧を発
生している電力増幅器周辺の回路部分を接地から浮かせ
ることが可能となり、振動子回路すなわち患者回路の対
接地漏れ電流を大幅に減少させることができる。
なお、上記の超音波メス装置においては、振動子36に
加わっている電圧および振動子36に流れる電流をマッチ
ング用トランス38の一次側において検出するようにした
が、これらはマッチング用トランス38の二次側で検出す
るようにすることもできる。また、発振器74から発生す
る基準信号θrefの周波数範囲を、振動子36がもつ反共
振点を含まない範囲として、反共振点での不所望なロッ
クインを更に確実に防止するようにすることもできる。
加わっている電圧および振動子36に流れる電流をマッチ
ング用トランス38の一次側において検出するようにした
が、これらはマッチング用トランス38の二次側で検出す
るようにすることもできる。また、発振器74から発生す
る基準信号θrefの周波数範囲を、振動子36がもつ反共
振点を含まない範囲として、反共振点での不所望なロッ
クインを更に確実に防止するようにすることもできる。
また、この発明は超音波メス装置に限らず、超音波加
工装置やその他の超音波装置に用いられる超音波変換器
の駆動装置に有効に適用することができる。
工装置やその他の超音波装置に用いられる超音波変換器
の駆動装置に有効に適用することができる。
以上のように、この発明によれば、超音波変換器の駆
動信号に基づく２つの帰還信号のうちの一つと、基準信
号発生手段からの周波数が変化する基準信号とをフェー
ズロックループを構成する位相比較器に供給して、超音
波変換器の駆動信号の周波数をフェーズロックループに
より基準信号の周波数の変化に応じて変化させ、これに
より共振点を検出したら、基準信号に代えて上記２つの
帰還信号のうちの他の一つを位相比較器に供給して、こ
れら２つの帰還信号の位相比較に基づく共振点追尾制御
に移行するようにしたので、不所望なオフセットをもた
らすことなく、簡単な回路構成で多種類の超音波変換器
に対して、その共振周波数に常に安定して確実にロック
インすることができる。
動信号に基づく２つの帰還信号のうちの一つと、基準信
号発生手段からの周波数が変化する基準信号とをフェー
ズロックループを構成する位相比較器に供給して、超音
波変換器の駆動信号の周波数をフェーズロックループに
より基準信号の周波数の変化に応じて変化させ、これに
より共振点を検出したら、基準信号に代えて上記２つの
帰還信号のうちの他の一つを位相比較器に供給して、こ
れら２つの帰還信号の位相比較に基づく共振点追尾制御
に移行するようにしたので、不所望なオフセットをもた
らすことなく、簡単な回路構成で多種類の超音波変換器
に対して、その共振周波数に常に安定して確実にロック
インすることができる。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、 第２図〜第５図は第１図に示すスイッチ回路の４つの例
を示す図、 第６図は第１図の動作を説明するための図、 第７図はこの発明に係る超音波駆動装置を具える超音波
メス装置の一例の構成を示すブロック図、 第８図は第７図に示す電圧・電流検出回路部分の一例の
構成を示す図、 第９図は同じく位相検出器および電圧比較器の一例の構
成を示す図、 第10図は第７図の動作を説明するためのフローチャー
ト、 第11図および第12図A,Bは従来の技術を説明するための
図である。 10……ハンドピース 11……振動子 12……フェーズロックループ（PLL） 13……電力増幅器 14……電圧・電流検出回路 15……位相比較器（PC） 16……ループフィルタ 17……電圧制御発振器（VCO） 18……スイッチ回路 19……基準信号発生回路 20……ジェネレータ 21……発振器 22……共振点検出回路
を示す図、 第６図は第１図の動作を説明するための図、 第７図はこの発明に係る超音波駆動装置を具える超音波
メス装置の一例の構成を示すブロック図、 第８図は第７図に示す電圧・電流検出回路部分の一例の
構成を示す図、 第９図は同じく位相検出器および電圧比較器の一例の構
成を示す図、 第10図は第７図の動作を説明するためのフローチャー
ト、 第11図および第12図A,Bは従来の技術を説明するための
図である。 10……ハンドピース 11……振動子 12……フェーズロックループ（PLL） 13……電力増幅器 14……電圧・電流検出回路 15……位相比較器（PC） 16……ループフィルタ 17……電圧制御発振器（VCO） 18……スイッチ回路 19……基準信号発生回路 20……ジェネレータ 21……発振器 22……共振点検出回路
Claims (1)
- 【請求項１】超音波変換器の駆動信号に基づいて２つの
帰還信号を生成する帰還信号生成手段と、 周波数が変化する基準信号を発生する基準信号発生手段
と、 前記２つの帰還信号の一方と前記基準信号とを受けて、
それらの一方を選択的に出力する信号切り換え手段と、 この信号切り換え手段から出力される信号と、前記２つ
の帰還信号の他方とを受けてそれらの位相を比較する位
相比較器と、 この位相比較器とともにフェーズロックループを構成
し、該位相比較器の出力に基づいて前記超音波変換器を
駆動するための信号を発生する発振器と、 この発振器から発生される信号に基づいて前記超音波変
換器に供給される前記駆動信号の周波数が、前記超音波
変換器の共振周波数とほぼ等しいか否かを検出する共振
点検出手段と、 この共振点検出手段の出力に基づいて前記信号切り換え
手段を制御する切り換え制御手段と、 前記超音波変換器の駆動開始を指示するスイッチ手段
と、を有し、 前記スイッチ手段からの開始指示に基づいて、前記基準
信号発生手段からの基準信号を、前記信号切り換え手段
を経て前記位相比較器に供給して、前記超音波変換器に
供給される前記駆動信号の周波数を、フェーズロックル
ープにより前記基準信号の周波数の変化に応じて変化さ
せ、その駆動信号の周波数が前記共振周波数とほぼ等し
いことが前記共振点検出手段で検出されたのに基づい
て、前記切り換え制御手段により前記信号切り換え手段
を制御して、前記２つの帰還信号の一方を前記位相比較
器に供給するよう構成したことを特徴とする超音波駆動
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086944A JP2647713B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 超音波駆動装置 |
| US07/365,826 US4965532A (en) | 1988-06-17 | 1989-06-14 | Circuit for driving ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086944A JP2647713B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 超音波駆動装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7150222A Division JP2672797B2 (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 超音波変換器駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02265681A JPH02265681A (ja) | 1990-10-30 |
| JP2647713B2 true JP2647713B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=13900982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1086944A Expired - Lifetime JP2647713B2 (ja) | 1988-06-17 | 1989-04-07 | 超音波駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647713B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6761690B2 (en) | 2000-02-04 | 2004-07-13 | Olympus Corporation | Ultrasonic operation apparatus for performing follow-up control of resonance frequency drive of ultrasonic oscillator by digital PLL system using DDS (direct digital synthesizer) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2672797B2 (ja) * | 1995-06-16 | 1997-11-05 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波変換器駆動回路 |
| JP5693177B2 (ja) * | 2010-11-26 | 2015-04-01 | 株式会社 和光電子 | 圧電振動子駆動回路 |
| JP6259584B2 (ja) * | 2013-04-18 | 2018-01-10 | 東レエンジニアリング株式会社 | 超音波トランスデューサ |
| CN112865612B (zh) * | 2019-11-27 | 2023-05-16 | 北京小米移动软件有限公司 | 电子设备及其控制方法、装置、可读存储介质 |
| DE102020201540A1 (de) * | 2020-02-07 | 2021-08-12 | Sauer Gmbh | Verfahren und system zum steuern eines ultraschallgenerators einer werkzeugmaschine zur bearbeitung eines werkstücks |
| CN114653565B (zh) * | 2022-03-25 | 2023-04-21 | 广州市弘健生物医用制品科技有限公司 | 一种超声波生物材料焊接机电路及自适应谐振电路 |
| CN116430139B (zh) * | 2023-03-29 | 2023-12-05 | 河南省驼人医疗科技有限公司 | 一种超声切割止血刀故障检测系统及其检测方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5610792A (en) * | 1979-07-06 | 1981-02-03 | Taga Denki Kk | Method and circuit for driving ultrasonic-wave converter |
| JPS5916572A (ja) * | 1982-07-21 | 1984-01-27 | 多賀電気株式会社 | 超音波変換器駆動装置の駆動周波数制御方法 |
| JPH0630734B2 (ja) * | 1983-08-05 | 1994-04-27 | 多賀電気株式会社 | 超音波変換器駆動制御方法 |
| JPS62140686A (ja) * | 1985-12-12 | 1987-06-24 | 多賀電気株式会社 | 超音波変換器駆動制御方法 |
-
1989
- 1989-04-07 JP JP1086944A patent/JP2647713B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6761690B2 (en) | 2000-02-04 | 2004-07-13 | Olympus Corporation | Ultrasonic operation apparatus for performing follow-up control of resonance frequency drive of ultrasonic oscillator by digital PLL system using DDS (direct digital synthesizer) |
| US7270646B2 (en) | 2000-02-04 | 2007-09-18 | Olympus Corporation | Ultrasonic operation apparatus for performing follow-up control of resonance frequency drive of ultrasonic oscillator by digital PLL system using DDS (direct digital synthesizer) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02265681A (ja) | 1990-10-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080509 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090509 Year of fee payment: 12 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |