JP4039627B2 - Ultrasonic generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導子間から発生する超音波エネルギーにより、生体組織に振動を与える超音波発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、この種の超音波発生装置は、美顔器,医療器または工業用などに使用される超音波振動子を内蔵し、この超音波振動子から発生する超音波エネルギーを導子間から生体に与えるようになっている。また超音波振動子は、基本波振動モードの他に、オーバートーン(高調波)振動モードを備え、例えば基本波が1MHzの振動子を、3MHzや5MHzの奇数倍の周波数などで振動させることが可能である。
【0003】
一方、生体すなわち人体は、高い周波数に比べて低い周波数を与えたほうが、深部まで振動を伝えることができると共に、高い周波数は人体の浅部を集中的に振動させることができ、例えば1MHz程度の低い周波数の超音波は、腹部の痩身(脂肪遊離燃焼)に利用され、3MHz程度の高い周波数の超音波は、顔面の美容に利用される。そのため、超音波振動子を内蔵する超音波発生装置において、電子的に振動(周波数)モードを瞬時に切り替えることができれば、基本波振動モードによる低い周波数での深部までの振動と、オーバートーン振動モードによる高い周波数での浅部への集中的な振動とを組み合わせて、あたかも同時に異なる複数の周波数で振動を与えるような効果が得られる。また、こうした振動モードの瞬時切替えは、生体の浅部から深部に至る広い範囲を同時に治療するという効果だけでなく、単一の振動モードで刺激信号を与えた場合に避けられない一部分へのエネルギー集中による弊害を軽減することができる。
【0004】
従来の超音波発生装置の内部構成は、超音波振動子を駆動回路のフィードバックループ内に入れ、いわゆる自励発振による電流で超音波振動子を振動させるタイプと、他励発振回路に電力増幅器を接続した発振出力回路を備え、フィルタ作用を有するマッチング回路を機械的に切り替えて、発振出力回路から複数の周波数で出力される出力信号を、マッチング回路から単独の超音波振動子に与えることで、この超音波振動子を基本波またはオーバートーン振動させるタイプの2つが知られている。特に後者の構成は上述の効果を達成するに好適な内部構成を有しているが、これに関連する技術として、例えば特許文献1には、発振回路の出力を次段の電力増幅器で高周波電力増幅し、マッチング回路を介して2つの出力端子に交互にアンプ出力を供給することにより、2箇所同時に治療できる超短波治療器が開示されている。
【0005】
【特許文献】
特開2002−165892号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1の構成において、マッチング回路の出力段に単独の超音波振動子を設けて、この超音波振動子から複数の周波数を振動させようとする場合は、それぞれの周波数に応じてフィルタ作用を有するマッチング回路の切替えが必要となる。その場合、高周波で低インピーダンスの非常に大きな電力(数W〜数十W)を扱うことになるため、従来はスイッチやリレー接点でマッチング回路の切替えを機械的に行なわざるを得なかった。そのため、機械的な部品を使用する分、頻繁な高速での切替えができず、生体の浅部から深部に至る広い範囲を同時に治療する効果が十分得られなかった。
【0007】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、単一の超音波振動子を利用して、生体の浅部から深部に至る広い範囲を同時に治療することができる超音波発生装置を提供することをその目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明における超音波発生装置は、発振出力回路からの異なる周波数の出力信号をマッチング回路を介して単独の超音波振動子に供給し、この超音波振動子から生体に超音波エネルギーを付与する超音波発生装置において、前記発振出力回路は、前記超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数の中から、いずれか一つの周波数の矩形波状発振信号を生成する発振回路と、前記各周波数の発振信号をそれぞれ独立して減衰する減衰器,および前記各周波数の発振信号を正弦波状に波形整形して高調波を取除くフィルタからなる可変周波フィルタと、前記可変周波フィルタから出力する正弦波状の発振信号を増幅し、前記出力信号として前記マッチング回路に導く増幅回路と、からなり、前記発振信号の周波数を切り替えて出力させるために、前記発振回路に分周比切替信号を出力すると共に、前記超音波振動子に流れる電流と前記増幅回路からの電流とを監視して、前記減衰器の減衰量を調整する制御手段を備え、前記マッチング回路は、前記超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数において、前記超音波振動子に前記増幅回路の出力インピーダンスを整合させるものであることを特徴とする。
【0009】
この場合、発振出力回路から供給する出力信号の周波数が、超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応して高速で頻繁に変わっても、マッチング回路は各周波数の出力信号に対し、発振出力回路と超音波振動子との間のマッチングを最適なものとすることができる。したがって、従来のような機械的な部品を一切介在させずに、単一の超音波振動子を利用して、生体の浅部から深部に至る広い範囲を同時に治療することが可能になる。
【0010】
また、可変周波フィルタから出力する各々の正弦波状の発振信号は、増幅回路により所定の電力に増幅され、マッチング回路に導かれるが、ここでのマッチング回路は特に、超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各々の周波数において、超音波振動子に増幅回路の出力インピーダンスを整合させることができ、これにより出力信号を概ね損失なく安定した状態で超音波振動子に供給できる。
【0011】
しかも制御手段は、超音波振動子に流れる電流や、増幅回路からの電流の状態を監視して、発振信号の周波数が切り替わったときに、発振出力回路やマッチング回路に損失や利得誤差を生じると、これを修正すべく可変周波フィルタの減衰器に対し、各々独立して利得調整のための減衰量切替信号を送出することができる。そのため、各減衰器の減衰量がフィードバック制御され、マッチング回路が各々の周波数に対応したマッチング特性を有することと相俟って、超音波振動子からより安定した超音波エネルギーを供給できる。
【0012】
さらに、制御手段から発振回路に分周比切替信号を供給して、発振出力回路からの出力信号の周波数を頻繁に切り替えることにより、生体の一部分にエネルギーが集中する弊害も一掃することができる。
【0013】
また本発明における超音波発生装置は、上記構成において、前記制御手段は、前記各周波数に対する前記超音波振動子の固有共振周波数と、前記各周波数に対する前記発振出力回路の総合利得とを記憶する不揮発性記憶手段を備え、前記不揮発性記憶手段からの記憶内容を読み出して、前記分周比切替信号や、前記減衰器が減衰する信号の周波数成分および前記フィルタが濾波する信号の周波数成分を変更するフィルタ周波数可変信号を供給する構成としている。
【0014】
この場合、超音波振動子や発振出力回路の特性は、装置の製造後における検査工程において、各部の出力波形を計測しながら調整したものが、不揮発性記憶手段に記憶される。これにより制御手段は、不揮発性記憶手段からの記憶内容を適宜読み出して、個々の超音波振動子の製造誤差や発振出力回路の利得偏差を無くすように、最適な分周比切替信号やフィルタ周波数可変信号を供給することができる。
【0015】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好ましい実施形態における超音波発生装置について、添付図面を参照しながら説明する。図1は超音波発生装置の概略構成を示すもので、1は単独の超音波振動子、2はこの超音波振動子から発生する超音波エネルギーを生体(図示せず)に付与する一対の導子であり、導子2は生体の治療部位に着脱可能に装着される。一方、この超音波振動子1に異なる周波数の出力信号を供給する発振出力回路3として、本実施例では、発振回路に相当する広帯域PLL(Phase Locked Loop)発振器4と、正弦波生成手段としての可変周波フィルタ5と、増幅回路に相当する広帯域電力増幅回路6がそれぞれ順に接続して設けられる。また、発振出力回路3と超音波振動子1との間にはマッチング回路7が設けられているが、本実施例のマッチング回路7は、特に発振出力回路3から供給される異なる周波数の出力信号の全域に渡り、発振出力回路3と超音波振動子1が整合するように回路設計されている。
【0016】
ここで、図2のブロック図も参照して説明すると、広帯域PLL発振器4は、後述する制御手段であるCPU11からの分周比切替信号を受取ると、超音波振動子1の振動モード(基本振動モードの周波数をfとする)に対応して、例えばスプリアスレスポンスに対応する周波数1/2f,基本波振動モードに対応する周波数1f,高調波振動モードに対応する周波数3fのいずれか一つの周波数の発振信号を生成するものである。発振回路としては他に様々なものが考えられるが、ここでは広い周波数(例えば6倍以上)に可変し、かつ周波数ステップを細かくしたいために、それに適応する特殊な広帯域PLL発振器4を使用している。
【0017】
また、次段の可変周波フィルタ5は、超音波振動子1が不必要なモードで振動しないようにすると共に、無効な電流を流さないようにするために、広帯域PLL発振器4から発生する矩形波の発振信号から高調波を取り除いて正弦波状にするもので、これは図2に示すように、広帯域PLL発振器4からの異なる周波数の発振信号に対応して、複数の減衰器15a,15b,15cと、複数のローパスフィルタ16a,16b,16cとを備えると共に、共通のバッファ17を備えて構成される。各減衰器15a,15b,15cはいずれも、CPU11からの減衰量切替信号を受けて、特定の周波数成分における信号を減衰させる利得調整のために設けられているもので、本実施例では広帯域PLL発振器4から1/2f,1f,3fの周波数の発振信号が選択的に出力されることを考慮して、これらの各周波数成分における信号を、それぞれ独立して減衰できる3個の減衰器15a,15b,15cで構成される。また、各減衰器15a,15b,15cの後段にそれぞれ直列接続されるローパスフィルタ16a,16b,16cは、特定の周波数成分における信号だけを濾波するもので、これも1/2f,1f,3fの各周波数以下の信号を濾波できるようになっている。そして、各減衰器15a,15b,15cが減衰する信号の周波数成分、および各ローパスフィルタ16a,16b,16cが濾波する信号の周波数成分は、いずれもCPU11からのフィルタ周波数可変信号を受けて、個々の超音波振動子1に合わせて変更できるようになっている。さらにバッファ17は、可変周波フィルタ5の出力側に接続する回路が、可変周波フィルタ5から広帯域PLL発振器4の動作に影響を与えないようにするためのものである。
【0018】
上記ローパスフィルタ16a,16b,16cは、矩形波の発振信号を正弦波に波形整形して、高調波を取り除くためにあるが、同様の機能を発揮するものとして、例えば単独のディジタルフィルタ(DSP)を利用してもよい。但し、製造コストを下げ、小型化を図ると共に、消費電力を少なくするには、本実施例のような各周波数に対応したフィルタを使用するのが好ましい。そして、可変周波フィルタから出力される正弦波状の発振信号は、次段の広帯域電力増幅回路6にて所定の電力まで増幅された後、発振出力回路3の出力信号としてマッチング回路7から超音波振動子1へと導かれるようになっている。
【0019】
CPU11は、広帯域PLL発振器4から複数の周波数の発振信号を切り替えて出力させるために、広帯域PLL発振器4に対し分周比切替信号を出力する周波数切替手段12を備えると共に、超音波振動子1に流れる電流や、広帯域電力増幅器6からの電流の状態を常時監視するフィードバック監視手段13を備えている。フィードバック監視手段13は、各電流を監視した結果、装置が異常動作を行なっていると判断した場合は、装置の動作を強制的に停止させたり、あるいは発振信号の周波数が切り替わったときに、発振出力回路3やマッチング回路7の損失や利得誤差を、各電流の監視結果から算出して、可変周波フィルタ5を構成する各減衰器15a,15b,15cの減衰量を調整する機能を有する。
【0020】
さらにCPU11は、各々の出力周波数に対する超音波振動子1の固有共振周波数と、各々の出力周波数に対する発振出力回路3の総合利得を記憶する不揮発性記憶手段としてのEEPROM21を備えている。こうした超音波振動子1や発振出力回路3の特性は、装置の製造後における検査工程において、各部の出力波形を計測しながら調整したものが、EEPROM21に記憶される。すなわち、超音波振動子1は個々に共振周波数や静電容量のばらつきが大きく(通常は10%以上)、また例えば周波数3fのオーバートーン振動モードで使用した場合、正確に基本周波数1fの整数倍とはならないため、各々の共振周波数をEEPROM21に記憶する必要がある。これによりCPU11は、EEPROM21からの記憶内容を適宜読み出して、個々の超音波振動子1の製造誤差や発振出力回路3の利得偏差を無くすように、最適な分周比切替信号やフィルタ周波数可変信号を供給することができる。本実施例では、異なる周波数1/2f,1f,3fに応じた合計6個の情報をEEPROM21に記憶している。
【0021】
次に上記構成についてその作用を説明すると、装置の動作時においては、CPU11の周波数切替手段12から、1秒間に100回以上のタイミングで広帯域PLL発振器4に分周比切替信号が出力され、これを受けて広帯域PLL発振器4は、各分周比切替信号に対応する周波数成分の発振信号を可変周波フィルタ5に供給する。その際、一定時間内における各発振信号において、どの周波数成分をどの程度の比率で供給するのかは、CPU11に入力側に接続する例えば操作パネルのスイッチ(図示せず)で調整することができる。これにより、単独の周波数1/2f,1f,3fだけの発振信号群を広帯域PLL発振器4から供給することもできるし、3つの周波数1/2f,1f,3fを適当な比率で混ぜ合わせた発振信号群を広帯域PLL発振器4から供給することもできる。
【0022】
広帯域PLL発振器4から周波数1/2fの矩形波状発振信号が出力されると、この発振信号は対応する可変周波フィルタ5の第1減衰器15aにより最適な利得調整がなされ、次段の第1ローパスフィルタ16aにより高調波成分が取り除かれて正弦波状になる。同様に、広帯域PLL発振器4から出力される周波数1fの矩形波状発振信号は、これに対応する第2減衰器15bにより最適な利得調整がなされた後、第2ローパスフィルタ16bにより正弦波状になると共に、周波数3fの矩形波状発振信号は、これに対応する第3減衰器15cにより最適な利得調整がなされた後、第3ローパスフィルタ16cにより正弦波状になる。こうして、各ローパスフィルタ16a,16b,16cの出力信号は、高調波を含まない振動モードの波形だけとなって、共通のバッファ17を通過する。
【0023】
その後、可変周波フィルタ5から出力する各々の正弦波状の発振信号は、広帯域電力増幅器6により所定の電力に増幅され、マッチング回路7に導かれるが、本実施例のマッチング回路7は特に、各々の周波数1/2f,1f,3fにおいて、低インピーダンスの超音波振動子1に広帯域電力増幅器6の出力インピーダンスを整合させることができ、これにより出力信号を概ね損失なく安定した状態で超音波振動子1に供給できる。そして、各々の出力信号に共振する超音波振動子1から超音波エネルギーが発生し、この超音波エネルギーが導子2間から生体に与えられる。
【0024】
超音波振動子1の振動モードが高い周波数(例えば3f)成分だけである場合は、生体の浅部を集中的に振動させることができ、この高い周波数の超音波エネルギーを例えば顔面の美容に利用することができる。逆に、超音波振動子1の振動モードが低い周波数(例えば1/2f)成分だけである場合は、生体の深部を集中的に振動させることができ、この低い周波数の超音波エネルギーを例えば腹部の痩身に利用することができる。また本実施例では、超音波振動子1の振動モードが、低い周波数と、中間の周波数(例えば1f)と、高い周波数で同じ割合になるように短時間で切り替えることもできる。この場合は、生体の浅部から深部にかけて均一に振動を与えることができ、局部的な超音波エネルギーの集中を回避できる。さらに、切替える周波数の時間比率をそれぞれ均一ではなく、スイッチなどの操作手段で可変可能にすることにより、使用部位の刺激深度のバランスを微妙に調整することもできる。
【0025】
またこの一連の動作中、CPU11はフィードバック監視手段13により、超音波振動子1に流れる電流や、広帯域電力増幅器6からの電流の状態を常時監視している。そして、発振信号の周波数が切り替わったときに、発振出力回路3やマッチング回路7に損失や利得誤差を生じると、これを修正すべく可変周波フィルタ回路5の減衰器15a,15b,15cに対し、各々独立して利得調整のための減衰量切替信号を送出する。これにより、各減衰器15a,15b,15cの減衰量がフィードバック制御され、マッチング回路7が各々の周波数1/2f,1f,3fに対応したマッチング特性を有することと相俟って、超音波振動子1からより安定した超音波エネルギーを供給できる。
【0026】
以上のように本実施例によれば、発振出力回路3からの異なる周波数の出力信号をマッチング回路7を介して単独の超音波振動子1に供給し、この超音波振動子1から生体に超音波エネルギーを付与する超音波発生装置において、発振出力回路3は、超音波振動子1の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数の中から、いずれか一つの周波数の矩形波状発振信号を生成する発振回路としての広帯域PLL発振器4と、各周波数の発振信号をそれぞれ独立して減衰する減衰器15a,15b,15c,および各周波数の発振信号を正弦波状に波形整形して高調波を取除くローパスフィルタ16a,16b,16cからなる可変周波フィルタ5と、可変周波フィルタ5から出力する正弦波状の発振信号を増幅し、これを出力信号としてマッチング回路7に導く増幅回路としての広帯域電力増幅回路6と、からなり、発振信号の周波数を切り替えて出力させるために、広帯域PLL発振器4に分周比切替信号を出力すると共に、超音波振動子1に流れる電流と広帯域電力増幅回路6からの電流とを監視して、減衰器15a,15b,15cの減衰量を調整する制御手段としてのCPU11を備え、マッチング回路7は、超音波振動子1の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数において、この超音波振動子1に広帯域電力増幅回路6の出力インピーダンスを整合させるように構成している。
【0027】
この場合、発振出力回路3から供給する出力信号の周波数が高速で頻繁に変わっても、マッチング回路7はあらゆる周波数の出力信号に対し、発振出力回路3と超音波振動子1との間のマッチングを最適なものとすることができる。したがって、従来のような機械的な部品を一切介在させずに、単一の超音波振動子1を利用して、生体の浅部から深部に至る広い範囲を同時に治療することが可能になる。
【0028】
また、可変周波フィルタ5から出力する各々の正弦波状の発振信号は、広帯域電力増幅器6により所定の電力に増幅され、マッチング回路7に導かれるが、ここでのマッチング回路7は特に、超音波振動子1の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各々の周波数1/2f,1f,3fにおいて、超音波振動子1に広帯域電力増幅器6の出力インピーダンスを整合させることができ、これにより出力信号を概ね損失なく安定した状態で超音波振動子1に供給できる。
【0029】
しかもCPU11は、超音波振動子1に流れる電流や、広帯域電力増幅器6からの電流の状態を監視して、発振信号の周波数が切り替わったときに、発振出力回路3やマッチング回路7に損失や利得誤差を生じると、これを修正すべく可変周波フィルタ5の減衰器15a,15b,15cに対し、各々独立して利得調整のための減衰量切替信号を送出する。これにより、各減衰器15a,15b,15cの減衰量がフィードバック制御され、マッチング回路7が各々の周波数1/2f,1f,3fに対応したマッチング特性を有することと相俟って、超音波振動子1からより安定した超音波エネルギーを供給できる。
【0030】
また、制御手段であるCPU11から広帯域PLL発振器4に分周比切替信号を供給して、発振出力回路3からの出力信号の周波数を頻繁に切り替えることにより、生体の一部分にエネルギーが集中する弊害も一掃することができる。
【0031】
さらに、本実施例のCPU11は、前記各周波数1/2f,1f,3fに対する超音波振動子1の固有共振周波数と、前記各周波数1/2f,1f,3fに対する発振出力回路3の総合利得とを記憶する不揮発性記憶手段としてのEEPROM21を備え、EEPROM21からの記憶内容を読み出して、前記分周比切替信号や、各減衰器15a,15b ,15cが減衰する信号の周波数成分および各ローパスフィルタ16a,16b,16cが濾波する信号の周波数成分を変更するフィルタ周波数可変信号を供給する構成となっている。
【0032】
この場合、超音波振動子1や発振出力回路3の特性は、装置の製造後における検査工程において、各部の出力波形を計測しながら調整したものが、EEPROM21に記憶される。これによりCPU11は、EEPROM21からの記憶内容を適宜読み出して、個々の超音波振動子1の製造誤差や発振出力回路3の利得偏差を無くすように、最適な分周比切替信号やフィルタ周波数可変信号を供給することができる。
【0033】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。実施例中における周波数の選び方はあくまでも一例に過ぎず、装置の設計仕様に合わせて適宜変更してよい。例えば、実施例中の周波数1/2fの信号は、超音波振動子1のスプリアスレスポンスを利用したもので、通常は偶数倍で振動しないが、超音波振動子1の設計如何によっては利用可能になる。
【0034】
【発明の効果】
本発明の請求項1の超音波発生装置は、発振出力回路からの異なる周波数の出力信号をマッチング回路を介して単独の超音波振動子に供給し、この超音波振動子から生体に超音波エネルギーを付与する超音波発生装置において、前記発振出力回路は、前記超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数の中から、いずれか一つの周波数の矩形波状発振信号を生成する発振回路と、前記各周波数の発振信号をそれぞれ独立して減衰する減衰器,および前記各周波数の発振信号を正弦波状に波形整形して高調波を取除くフィルタからなる可変周波フィルタと、前記可変周波フィルタから出力する正弦波状の発振信号を増幅し、前記出力信号として前記マッチング回路に導く増幅回路と、からなり、前記発振信号の周波数を切り替えて出力させるために、前記発振回路に分周比切替信号を出力すると共に、前記超音波振動子に流れる電流と前記増幅回路からの電流とを監視して、前記減衰器の減衰量を調整する制御手段を備え、前記マッチング回路は、前記超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数において、前記超音波振動子に前記増幅回路の出力インピーダンスを整合させるものであることを特徴とし、これにより単一の超音波振動子を利用して、生体の浅部から深部に至る広い範囲を同時に治療することが可能になる。また、出力信号を概ね損失なく安定した状態で超音波振動子に供給でき、超音波振動子からより安定した超音波エネルギーを供給できると共に、生体の一部分にエネルギーが集中する弊害も一掃することができる。
【0035】
本発明の請求項2の超音波発生装置は、前記制御手段は、前記各周波数に対する前記超音波振動子の固有共振周波数と、前記各周波数に対する前記発振出力回路の総合利得とを記憶する不揮発性記憶手段を備え、前記不揮発性記憶手段からの記憶内容を読み出して、前記分周比切替信号や、前記減衰器が減衰する信号の周波数成分および前記フィルタが濾波する信号の周波数成分を変更するフィルタ周波数可変信号を供給する構成としており、個々の超音波振動子の製造誤差や発振出力回路の利得偏差を無くすように、最適な分周比切替信号やフィルタ周波数可変信号を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例における超音波発生装置の概略をあらわしたブロック図である。
【図2】 同上、可変周波フィルタのより詳細な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 超音波振動子
3 発振出力回路
4 広帯域PLL発振器(発振回路)
5 可変周波フィルタ
6 広帯域電力増幅回路
7 マッチング回路
11 CPU(制御手段)
15a,15b,15c 減衰器
16a,16b,16c ローパスフィルタ(フィルタ)
21 EEPROM(不揮発性記憶手段) [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic generator that vibrates biological tissue with ultrasonic energy generated between conductors.
[0002]
[Prior art]
In general, this type of ultrasonic generator has a built-in ultrasonic vibrator used for facial instruments, medical instruments, industrial use, etc., and the ultrasonic energy generated from this ultrasonic vibrator is transferred between the conductors to the living body. To give. The ultrasonic vibrator has an overtone (harmonic) vibration mode in addition to the fundamental vibration mode. For example, a vibrator having a fundamental wave of 1 MHz can be vibrated at an odd multiple of 3 MHz or 5 MHz. Is possible.
[0003]
On the other hand, the living body, that is, the human body can transmit vibration to a deeper part when a lower frequency is given than a higher frequency, and the higher frequency can vibrate the shallow part of the human body intensively, for example, about 1 MHz. Low frequency ultrasonic waves are used for abdominal slimming (fat free burning), and high frequency ultrasonic waves of about 3 MHz are used for facial beauty. Therefore, if the vibration (frequency) mode can be instantaneously switched electronically in an ultrasonic generator with a built-in ultrasonic transducer, vibration up to the deep part at the low frequency by the fundamental wave vibration mode and overtone vibration mode Combined with the concentrated vibration to the shallow part at a high frequency, the effect of giving vibrations at a plurality of different frequencies at the same time can be obtained. Moreover, such instantaneous switching of vibration modes not only has the effect of treating a wide range from the shallow part to the deep part of the living body at the same time, but also energy to a part that cannot be avoided when a stimulus signal is given in a single vibration mode. The harmful effects of concentration can be reduced.
[0004]
The internal configuration of a conventional ultrasonic generator is composed of a type in which an ultrasonic transducer is placed in a feedback loop of a drive circuit, and the ultrasonic transducer is vibrated by a current caused by so-called self-excited oscillation, and a power amplifier is provided in a separately excited oscillation circuit. By providing a connected oscillation output circuit, mechanically switching a matching circuit having a filter action, and providing an output signal output at a plurality of frequencies from the oscillation output circuit to a single ultrasonic transducer, Two types are known in which this ultrasonic vibrator vibrates with a fundamental wave or overtone. In particular, the latter configuration has an internal configuration suitable for achieving the above-described effect. As a related technology, for example,
[0005]
[Patent Literature]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-165892
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the configuration of
[0007]
Therefore, in view of the above problems, the present invention provides an ultrasonic generator that can simultaneously treat a wide range from a shallow part to a deep part of a living body using a single ultrasonic transducer. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An ultrasonic generator according to the present invention supplies output signals of different frequencies from an oscillation output circuit to a single ultrasonic transducer through a matching circuit, and applies ultrasonic energy from the ultrasonic transducer to a living body. In the sound wave generator,The oscillation output circuit includes: an oscillation circuit that generates a rectangular wave oscillation signal having any one frequency among frequencies corresponding to a fundamental vibration mode, a harmonic vibration mode, and a spurious response of the ultrasonic vibrator; An attenuator that attenuates each oscillation signal of each frequency independently; a variable frequency filter comprising a filter that removes harmonics by shaping the oscillation signal of each frequency into a sine wave; and the variable frequency filter. An amplification circuit that amplifies a sinusoidal oscillation signal to be output and guides it to the matching circuit as the output signal. In order to switch and output the frequency of the oscillation signal, a division ratio switching signal is supplied to the oscillation circuit. A controller for adjusting the attenuation of the attenuator by monitoring the current flowing through the ultrasonic transducer and the current from the amplifier circuit. Equipped with a,The matching circuit includes theEach corresponding to the fundamental vibration mode, harmonic vibration mode, and spurious response of an ultrasonic transducerfrequencyThe output impedance of the amplifier circuit to the ultrasonic transducerAlignmentWhatIt is characterized by being.
[0009]
In this case, the frequency of the output signal supplied from the oscillation output circuit isCorresponding to fundamental vibration mode, harmonic vibration mode, and spurious response of ultrasonic transducerEven if it changes frequently at high speed,MaThe etching circuit iseachThe matching between the oscillation output circuit and the ultrasonic transducer can be optimized for the frequency output signal. Therefore, it is possible to simultaneously treat a wide range from the shallow part to the deep part of the living body by using a single ultrasonic transducer without any conventional mechanical parts.
[0010]
In addition, each sine wave oscillation signal output from the variable frequency filter is amplified to a predetermined power by an amplifier circuit and guided to a matching circuit. The matching circuit in this case is particularly a fundamental wave vibration of an ultrasonic transducer. At each frequency corresponding to the mode, harmonic vibration mode, and spurious response, the output impedance of the amplifier circuit can be matched to the ultrasonic transducer, so that the ultrasonic vibration can be performed in a stable state with almost no loss of the output signal. Can be supplied to children.
[0011]
In addition, the control means monitors the current flowing through the ultrasonic transducer and the state of the current from the amplifier circuit, and when the frequency of the oscillation signal is switched, a loss or gain error occurs in the oscillation output circuit or the matching circuit. In order to correct this, an attenuation amount switching signal for gain adjustment can be independently sent to the attenuator of the variable frequency filter. Therefore, the attenuation amount of each attenuator is feedback-controlled, and coupled with the fact that the matching circuit has matching characteristics corresponding to each frequency, it is possible to supply more stable ultrasonic energy from the ultrasonic transducer.
[0012]
Furthermore, by supplying a frequency division ratio switching signal from the control means to the oscillation circuit and frequently switching the frequency of the output signal from the oscillation output circuit, the adverse effect of energy concentration on a part of the living body can be eliminated.
[0013]
In the ultrasonic generator according to the present invention, in the above configuration, the control unit stores a natural resonance frequency of the ultrasonic transducer for each frequency and a total gain of the oscillation output circuit for each frequency. And storing the content stored in the non-volatile storage means to change the frequency division switching signal, the frequency component of the signal attenuated by the attenuator, and the frequency component of the signal filtered by the filter. The filter frequency variable signal is supplied.
[0014]
In this case, the characteristics of the ultrasonic transducer and the oscillation output circuit, which are adjusted while measuring the output waveform of each part in the inspection process after the manufacture of the device, are stored in the nonvolatile storage means. As a result, the control means reads out the stored contents from the non-volatile storage means as appropriate, and eliminates the manufacturing error of each ultrasonic transducer and the gain deviation of the oscillation output circuit so as to eliminate the optimum frequency division ratio switching signal and filter frequency. A variable signal can be supplied.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an ultrasonic generator according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an ultrasonic generator, in which 1 is a single ultrasonic vibrator, and 2 is a pair of guides for applying ultrasonic energy generated from this ultrasonic vibrator to a living body (not shown). It is a child and the conductor 2 is detachably attached to the treatment site of the living body. On the other hand, as an
[0016]
Here, referring to the block diagram of FIG. 2 as well, the wideband PLL oscillator 4 receives the frequency division ratio switching signal from the
[0017]
Further, the
[0018]
The low-
[0019]
The
[0020]
Further, the
[0021]
Next, the operation of the above configuration will be described. During the operation of the apparatus, the frequency switching means 12 of the
[0022]
When a rectangular wave oscillation signal having a frequency of 1 / 2f is output from the broadband PLL oscillator 4, this oscillation signal is optimally adjusted by the
[0023]
afterwards,Output from variable frequency filter 5Each sinusoidal oscillation signal is amplified to a predetermined power by the broadband power amplifier 6 and guided to the matching circuit 7. The matching circuit 7 of the present embodiment particularly has the
[0024]
When the vibration mode of the
[0025]
During this series of operations, the
[0026]
As described above, according to the present embodiment, output signals of different frequencies from the
[0027]
In this case, even if the frequency of the output signal supplied from the
[0028]
Further, each sinusoidal oscillation signal output from the
[0029]
In addition, the
[0030]
Further, by supplying a frequency division ratio switching signal from the
[0031]
Further, the
[0032]
In this case, the characteristics of the
[0033]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. The method of selecting a frequency in the embodiments is merely an example, and may be appropriately changed according to the design specifications of the apparatus. For example, the signal of the
[0034]
【The invention's effect】
Of the present inventionClaim 1An ultrasonic generator supplies output signals of different frequencies from an oscillation output circuit to a single ultrasonic transducer via a matching circuit, and applies ultrasonic energy to the living body from this ultrasonic transducer. InThe oscillation output circuit includes: an oscillation circuit that generates a rectangular wave oscillation signal having any one frequency among frequencies corresponding to a fundamental vibration mode, a harmonic vibration mode, and a spurious response of the ultrasonic vibrator; An attenuator that attenuates each oscillation signal of each frequency independently; a variable frequency filter comprising a filter that removes harmonics by shaping the oscillation signal of each frequency into a sine wave; and the variable frequency filter. An amplification circuit that amplifies a sinusoidal oscillation signal to be output and guides it to the matching circuit as the output signal. In order to switch and output the frequency of the oscillation signal, a division ratio switching signal is supplied to the oscillation circuit. A controller for adjusting the attenuation of the attenuator by monitoring the current flowing through the ultrasonic transducer and the current from the amplifier circuit. Equipped with a,The matching circuit includes theEach corresponding to the fundamental vibration mode, harmonic vibration mode, and spurious response of an ultrasonic transducerfrequencyThe output impedance of the amplifier circuit to the ultrasonic transducerAlignmentIt is characterized byThis makes it possible to simultaneously treat a wide range from the shallow part to the deep part of the living body using a single ultrasonic transducer.In addition, the output signal can be supplied to the ultrasonic transducer in a stable state with almost no loss, and more stable ultrasonic energy can be supplied from the ultrasonic transducer, and the adverse effects of energy concentration on a part of the living body can be eliminated. it can.
[0035]
Of the present inventionClaim 2The ultrasonic generatorThe control unit includes a non-volatile storage unit that stores a natural resonance frequency of the ultrasonic transducer with respect to each frequency and a total gain of the oscillation output circuit with respect to each frequency, and stores from the non-volatile storage unit The contents are read, and the frequency division ratio switching signal, the frequency component of the signal attenuated by the attenuator, and the filter frequency variable signal for changing the frequency component of the signal filtered by the filter are supplied. An optimal frequency division ratio switching signal and a variable filter frequency signal can be supplied so as to eliminate manufacturing errors of the acoustic wave vibrator and gain deviation of the oscillation output circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an ultrasonic generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a more detailed configuration of the variable frequency filter.
[Explanation of symbols]
1 Ultrasonic vibrator
3 Oscillation output circuit
4 Broadband PLL oscillator (oscillation circuit)
5Variable frequency filter
6 Broadband power amplifier circuit
7Matching timesRoad
11 CPU (control means)
15a, 15b, 15c Attenuator
16a, 16b, 16c Low-pass filter (filter)
21 EEPROM (nonvolatile storage means)
Claims (2)
前記発振出力回路は、前記超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数の中から、いずれか一つの周波数の矩形波状発振信号を生成する発振回路と、
前記各周波数の発振信号をそれぞれ独立して減衰する減衰器,および前記各周波数の発振信号を正弦波状に波形整形して高調波を取除くフィルタからなる可変周波フィルタと、
前記可変周波フィルタから出力する正弦波状の発振信号を増幅し、前記出力信号として前記マッチング回路に導く増幅回路と、からなり、
前記発振信号の周波数を切り替えて出力させるために、前記発振回路に分周比切替信号を出力すると共に、前記超音波振動子に流れる電流と前記増幅回路からの電流とを監視して、前記減衰器の減衰量を調整する制御手段を備え、
前記マッチング回路は、前記超音波振動子の基本波振動モード,高調波振動モード,およびスプリアスレスポンスに対応する各周波数において、前記超音波振動子に前記増幅回路の出力インピーダンスを整合させるものであることを特徴とする超音波発生装置。In an ultrasonic generator that supplies output signals of different frequencies from an oscillation output circuit to a single ultrasonic transducer via a matching circuit, and applies ultrasonic energy from the ultrasonic transducer to a living body.
The oscillation output circuit includes: an oscillation circuit that generates a rectangular wave oscillation signal having any one frequency among the frequencies corresponding to the fundamental vibration mode, the harmonic vibration mode, and the spurious response of the ultrasonic vibrator; ,
A variable frequency filter comprising an attenuator that attenuates each oscillation signal of each frequency independently, and a filter that shapes the oscillation signal of each frequency into a sine wave and removes harmonics;
An amplification circuit that amplifies a sinusoidal oscillation signal output from the variable frequency filter and guides it to the matching circuit as the output signal;
In order to switch and output the frequency of the oscillation signal, a frequency division ratio switching signal is output to the oscillation circuit, and a current flowing through the ultrasonic transducer and a current from the amplification circuit are monitored to reduce the attenuation Control means for adjusting the attenuation of the vessel,
The matching circuit is configured to match the output impedance of the amplification circuit to the ultrasonic transducer at each frequency corresponding to the fundamental vibration mode, the harmonic vibration mode, and the spurious response of the ultrasonic transducer. An ultrasonic generator characterized by.
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