JP4294150B2 - 電子機械特性を検出することにより圧電アクチュエータ、特に水晶体超音波吸引器の駆動を最適化する方法とこれによる装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機械特性を動的に検出することにより圧電アクチュエータを制御する方法とその装置に広く関係し、特に前記方法により制御される圧電アクチュエータを含む水晶体超音波吸引器（phacoemulsifier）に関係する。
【０００２】
特に、本発明は圧電アクチュエータを含む装置での使用に関係し、これは前記アクチュエータのその動作時の電気的励起特性を最適化することを可能とし、これによりその機械的振動の振幅の制御を保証し、変動する負荷と環境条件下でのこの装置の効率を最大にする。
【０００３】
圧電アクチュエータを備えた機器は各種の医療・外科分野で非常に一般的である事は公知である。このような応用分野での完全なリストではないが、眼科外科がこれに含まれ、ここで前記機器は白内障切除手術、神経外科、腫瘍除去手術、歯科に用いられる。
【０００４】
限定の意味ではなく、単に一例として、以下の説明では、白内障除去手術の眼科外科の分野で水晶体超音波吸引器装置の名前で知られている機器の利用を参照する。
【０００５】
白内障除去は眼科外科の分野で最も一般的な間入物（intervent）であり、このような間入物を取去る各種の可能な技術の中でも、水晶体超音波吸引器は非常に一般的になってきている。
【０００６】
【従来の技術】
いわゆる水晶体超音波吸引器技術は、小さな切開部を通して針を水晶体域に到達させるよう導入し、超音波周波数の数十マイクロメータの振幅で振動する針の機械的作動により白内障を小片に崩すものである。前記小片は同振動針に接続した吸引器装置により患者の目から以後取り除かれる。
【０００７】
除去された容積物は、前記針の外側に配置されたシリコン・スリーブにより全体を形成される、針と同軸の導管を通して渡される生理的食塩水により同時に置換えられ、このシリコン・スリーブは角膜又は鞏膜のような目の器官と前記振動針との間の直接の接触を防止する重要な機能も有し、これにより壊死効果を生じるような過熱から局所器官を防御する。
【０００８】
従来の水晶体超音波吸引器装置は、機械的な観点からは直列関係に、電気的な観点からは並列関係に配置した、２個以上の圧電材料セラミックのスタックを含む。前記セラミックのスタックは通常チタン又は鋼鉄である一対の金属質量に機械的に結合され、その一方は前記針に結合される。これらのセラミック部材は正弦波電圧により励起され、逆圧電効果により、対応してその幾何学的形状を変更し、前記金属質量の対に結合された振動機械的歪を発生し、この金属質量は問題の白内障に作用する針点に振動する軸方向変位を伝える。
【０００９】
前記セラミック、金属質量の対及び針を含む装置は、幾何学的形状と装置の質量によって決定される自身の固有周波数で軸方向に共振する振動子として作動する。特に、前記装置中に定在波が確立され、このように発生された定在波は点の頂点と一致する最大変位点、すなわち「腹」とセラミック・スタックの中心点と一致する静止点、すなわち「節」とを有する。
【００１０】
装置の励起用の正弦波信号を発生する回路は励起信号の周波数と振幅の両方を制御できるようになっていなければならない。特に、励起周波数は装置の固有機械周波数と常に一致するものでなければならず、一方信号の振幅は装置に伝達される動力を決定する。一般的には、励起信号の振幅は、問題の白内障の硬度と共にその他の手術条件を基にこれを調整する外科医により調節される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この点に関して、励起信号の周波数と振幅を効率的に制御する際に出会う各種の困難のため、全ての従来の水晶体超音波吸引器装置は各種の問題を有する。
【００１２】
実際、前記水晶体超音波吸引器装置と関連する問題の一つは、前記振動針を含む機械的装置に白内障が負荷効果を及ぼすことによる：針点が白内障に接触すると、装置の特性機械周波数が変動するのみならず、振動振幅も減少挙動を示し、従って乳濁吸引（emulsifying）効果も減少する。
【００１３】
一般的な習慣として、針点と白内障との間の接触フェーズの間、いずれにせよ所要の乳濁吸引効果を発生するのに十分な振動振幅を得る目的で、励起発生回路は関連する機械装置へより大きな動力を伝達する。しかしながら、前記回路は一般的に機械装置の動的変動を検出せず、針点が白内障と接触関係にない時にはこれは極度に大きな振動振幅を必然的に伴う。
【００１４】
このような過剰な振幅振動は多数の欠点を生じる。
まず第１に、キャビテーション現象が発生し、この現象により、一方では、小さな気泡と局所的沸騰作用を形成し、これは外科医の視界を著しく制限し、これにより気泡自体を吸引するため水晶体上の乳濁吸引作用を外科医に繰返し中断させ、他方では、これはキャビテーションに関係する水晶体超音波吸引器装置の部品の寿命を減少させる。
【００１５】
加えて、特に大振幅の振動の場合、振動点と同軸シリコン・スリーブとの間の摩擦は、スリーブ自体と接触している目の器官に損傷を与えるような局所的加熱を生じさせる。
【００１６】
最後に、機械装置の振動が過剰に大振幅である時、これはセラミック部品に過剰な機械的大応力を発生させる。これは、その破壊を生じるか、又はキューリ反分極点近くの温度までの過熱を生じさせ、その圧電特性を劣化させる。
【００１７】
前記圧電振動子に白内障により誘起される機械的負荷の結果を最小とするため、及び／又は白内障と作用していない時の機械装置の振動を制限するため各種の解決方法が研究されてきた。
【００１８】
第１の解決方法は完全に機械的な解決法で、問題の白内障により与えられる機械的負荷に応答しなくなるよう、慣性能率により特徴付けられる顕著な寸法の振動質量の利用を基にしている。しかしながら、このような解決法は問題を完全に解決しないばかりか、さらに別な欠点を追加する。事実、増加した重量と大きな寸法は外科医による水晶体超音波吸引器装置の手動制御性特性を劣化させる。加えて、これらの質量を振動状態に保持するにはより大きな動力量を必要とし、この結果、より大量の熱が発生される。
【００１９】
第２の解決方法は、励起時の振動装置の伸びの測定を基にしており、１個以上の別の圧電セラミックのような変位センサ及び／又は加速度センサの装置への挿入により、振動質量により押されている時、直接的な圧電効果により伸び自体に比例する信号を発生する。機械的振動の振幅を安定化し印可された負荷とは無関係になるよう、励起振動の振幅を制御するための帰還信号を発生するためアナログ又はディジタル回路が前記信号を利用する。いずれにせよ、この解決法もいくつかの欠点を有する。最初に、これは水晶体超音波吸引器装置の構造複雑度を増大し、従ってその破損への期間を減少させる欠点を有する。第２に、センサとして利用される受動セラミックが振動機械装置の余分な部品として作動し、これにより効率と破損への期間を劣化させる。これらの欠点のため、上記の第２の解決法は市販の水晶体超音波吸引器装置には採用されない。
【００２０】
問題の機械装置の振動を制御する目的の第３の提案解決法は米国特許第４，２２３，６７６号に開示されている。前記解決法は、負荷自体により誘起される装置の共振周波数の変動の測定を基に、針点に作用する機械的負荷の値の間接的測定を実行する。しかしながら、この解決法は、装置の共振周波数の変動が機械的負荷の存在のみならず、例えば、振動子の伸張を生じさせる温度の増加のような環境条件の変化によっても誘起されるため、非常に信頼できるものではない。
【００２１】
このような関係において、本発明は、上述した全ての問題を同時に解決するよう圧電アクチュエータの励起信号の周波数と振幅を効率的に制御可能とする新規の解決方法を提示する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
それ故、本発明の目的は、動作時に圧電アクチュエータの電気励起特性を簡単かつ信頼できる方法で最適化し、さらに変動する負荷と環境条件下でその機械振動振幅の制御を保証しかつ装置の効率を最大化することである。
【００２３】
上記の点から、本発明の固有主題事項は、電圧信号により、望ましくは正弦波信号により、さらに望ましくは超音波周波数正弦波信号により駆動される圧電変換器を含む圧電アクチュエータの駆動機能を最適化する方法であって、前記圧電変換器は２個の端子を有し、前記方法は、圧電アクチュエータの電子機械的特性の検出のため、前記２個の端子の端部で、前記変換器により発生された信号の望ましくは周波数と振幅の検出によりその自由運動の特性パラメータを検出するため、前記変換器の駆動動作を周期的に中断することを特徴とする前記方法である。
【００２４】
本発明によると、前記２個の端子の端部で発生された信号の振幅挙動も前記駆動動作の中断時に検出可能である。
【００２５】
さらに本発明によると、駆動動作の中断期間は、変換器の駆動作用の中断と自由振動の発生との間に延びる遷移フェーズの消滅期間と、正弦波１サイクルに等しいことが望ましい１自由振動サイクルの期間との和に等しい最小値から、前記２端子の端部に発生された信号の振幅が駆動動作中断の開始時に取られた値の−４０ｄＢまで減少するのに必要な時間に等しい最大値、で変動可能である。
本発明によると、前記中断の繰返し周波数は２Hzから１０００Hzで変化し、駆動信号は４０kHzに等しく、中断期間は５０マイクロ秒の最小値から２ミリ秒の最大値まで変化することが望ましい。
【００２６】
本発明のさらに固有の目的は、前記方法を実施する装置、望ましくは水晶体超音波吸引器装置を実現することであり、この装置は、交流電圧により駆動され、針に機械的に結合され、以下で記述するように２個の端子と共に前記方法を実施するため必要な全ての操作を実行する電子部品とを有する圧電変換器を含む。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで図１を参照すると、本発明による水晶体超音波吸引器装置の携帯装置は、従来の全ての水晶体超音波吸引器装置と同様に、チタン又は鋼鉄が望ましい図示していない１対の金属質量により、針２に機械的に結合した圧電変換器１を含む。電圧駆動される変換器１は、２個の端子を有し、その一方は参照番号１ａにより指示される回路アースに接地され、これは機械的には直列に配置され電気的には並列に配置された１個以上の圧電材料セラミックから構成される。変換器１と針２との間の機械的結合は、前記セラミックの変形が前記針２の軸方向変位を発生するようになっている。
【００２８】
変換器１は前記端子２ａにより、励起回路３、動力（又は振幅）検出器４、周波数検出器５及び振幅挙動検出器６に接続される。
【００２９】
前記励起回路３は第１入力端子３ａ、第２入力端子３ｂ、第３入力端子３ｃ及び出力端子３ｄを含み、この出力端子は前記変換器１の端子１ａに接続され、高インピーダンス状態に切換わる。特に、前記励起回路３は、第２入力端子３ｂに現れる正弦波信号を、前記第１入力端子３ａに現れる信号により制御される量まで増幅し、高インピーダンス状態でない時には、出力端子３ｄにアクチュエータとして作用する前記変換器１を駆動する正弦波信号を供給する。前記第３入力端子３ｃに現れる適切な信号が前記出力端子３ｄを高または低インピーダンス状態に予め設定する。
【００３０】
本発明による水晶体超音波吸引器装置の異なる実施例は、変換器１から励起回路３を分離する電子切替回路を含むように実装可能である。
【００３１】
第２入力端子３ｂに現れる正弦波信号は周波数シンセサイザ７の出力端子７ｂから来る。前記シンセサイザ７は、発生すべき正弦波信号の周波数を制御するための信号をその入力端子７ａに受取る。前記シンセサイザの精度と安定度は、圧電変換器１の通過帯域に依存する。本発明による水晶体超音波吸引器装置の望ましい実施例では、シンセサイザは１０Ｈｚの分解能で、３８ｋＨｚから４２ｋＨｚの範囲内の周波数で動作する。
【００３２】
動力検出器４は、変換器１の端子１ａに接続された第１入力端子４ａ、第２入力端子４ｂ及び出力端子４ｃを含む。前記検出器４は、第１入力端子４ａに現れる振動電圧信号の振幅を検出し、前記出力端子４ｃにその値を表す対応する信号を供給する。特に、第２入力端子４ｂの適切な信号が前記検出を付勢又は減勢する。
【００３３】
周波数検出器５は、変換器１の端子１ａに接続された第１入力端子５ａ、第２入力端子５ｂ及び出力端子５ｃを含む。検出器５は、その第１入力端子５ａに現れる振動電圧信号の周波数を検出し、出力端子５ｃにこれを表す対応する信号を供給する。特に、第２入力端子５ｂの適切な信号が前記検出を付勢又は減勢する。
【００３４】
振幅挙動検出器６は、変換器１の端子１ａに接続した第１入力端子６ａ、第２入力端子６ｂ及び出力端子６ｃを含む。検出器６は、その第１入力端子６ａに現れる振動電圧信号の振幅、特に減衰率の挙動を検出し、出力端子６ｃにこれを表す対応する信号を供給する。特に、第２入力端子６ｂの適切な信号は、第１入力端子に現れる信号の振幅挙動を検討する時間窓を決定することにより、前記検出を付勢又は減勢する。
【００３５】
励起回路３、検出器４、５、６とシンセサイザ７は、少なくとも制御信号に関する限り、ディジタル的にインターフェースされていることが望ましい。それ故、励起回路３の第１及び第３入力端子３ａと３ｃの各々、前記検出器４の第２入力端子４ｂと出力端子４ｃ、前記検出器５の第２入力端子５ｂと出力端子５ｃ、前記検出器６の第２入力端子６ｂと出力端子６ｃ、及び前記シンセサイザ７の入力端子７ａ上に現れる信号は全てディジタル信号である。
【００３６】
本発明による水晶体超音波吸引器装置は、マイクロプロセッサ又はディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）から構成される制御及び処理装置８をさらに含む。前記制御及び処理装置８は、上述の部品に印加されるべき全ての制御ディジタル信号を発生し、かつ前記検出器４、５、６から受信したディジタル信号に実施すべき処理動作に応じてこれらを変更する。特に、装置８は：
動力検出器４の出力端子４ｃに接続した第１入力端子８ａと、
周波数検出器５の出力端子５ｃに接続した第２入力端子８ｂと、
振幅挙動検出器６の出力端子６ｃに接続した第３入力端子８ｃと、
動力検出器４、周波数検出器５及び振幅挙動検出器６の各々の第２入力端子４ｂ、第２入力端子５ｂ、及び第２入力端子６ｂに接続した第１出力端子８ｄと、
励起回路３の第１入力端子に接続した第２出力端子８ｅと、
前記シンセサイザ７の入力端子７ａに接続した第３出力端子８ｆと、
励起回路３の第３入力端子３ｃに接続した第４出力端子８ｇと（特に、第４出力端子８ｇに現れる信号は第１出力端子８ｄに現れる信号と一致可能である）、を含む。
【００３７】
本発明による水晶体超音波吸引器装置は、変換器１自体、針２を含む装置又白内障により誘起される機械的負荷による電子機械特性の検出器として前記圧電変換器１を利用することにより、動作時及び全ての機械的負荷条件で針２へ起動力を与えるアクチュエータとして動作する、圧電変換器１の振動振幅、機械的共振周波数及び効率を測定可能とする。前記制御及び処理装置８は本発明の方法を実行するようプログラムされ、これによると前記変換器１は伝送モード、すなわちモードＴＸとして指示される第１動作フェーズではアクチュエータとしてもっぱら動作し、受信モード、すなわちモードＲＸとして指示される第２動作フェーズではもっぱらセンサとして動作する。
【００３８】
モードＴＸでは、前記装置８は、逆圧電効果により前記圧電セラミックを振動状態に駆動するのに十分な、超音波周波数の駆動電圧を圧電変換器１へ励起回路３により供給するため前記励起回路３と前記シンセサイザ７へ適切な信号を送信する。
【００３９】
第４出力端子８ｇに現れる信号を変更することにより、前記装置８は励起回路３を定期的に切替え、その出力端子３ｄを高インピーダンス状態にし、これにより動作モードＲＸに切替える変換器１の駆動電圧を結果として中断する。
【００４０】
モードＲＸの動作時に、変換器１、針２及び多分問題の白内障により誘起される機械的負荷を含む機械装置はその自身の特性周波数で自由振動を続ける。前記変換器１の振動は、直接圧電効果により、機械装置の自由共振周波数に等しい周波数と、機械振動の振幅に比例する振幅とを有する電圧を、端子１ａの端部に発生する。それ故、モードＲＸの動作時には、前記変換器１はセンサとして動作する。端子１ａの端部に現れる前記振動電圧は、時間の関数として減少する振幅を有する。
【００４１】
モードＲＸの動作時には、端子１ａの端部に現れる振動電圧信号は、装置８の第１出力端子８ｄから来る信号により適切に付勢された検出器４、５、６により解析される。特に、検出器４と５は前記信号の振幅と周波数を検出し、一方検出器６は、変換器１、針２そして多分白内障により誘起された機械的負荷を含む機械装置の減衰自由振動の振幅減衰を測定し、これにより全装置の効率の尺度を与える。前記変換器がモードＲＸで動作している期間の終了時に、前記装置８は第１出力端子８ｄに現れる信号を適切に変更し、信号の振幅、すなわち動力及び周波数と共に、上述の機械装置の効率に関連する全ての情報が前記検出器４、５、６に、前記装置の第１入力端子８ａ、第２入力端子８ｂ、第３入力端子８ｃに各々送信される。
【００４２】
装置８は、性能と共に効率を最適化するよう、携帯機器を正しい共振周波数で駆動するため、第３出力端子８ｆに印可される信号を変更することにより、前記変換器１の励起信号の周波数を設定するよう、また第２出力端子８ｅに送信された信号の対応する変化により駆動正弦波信号の振幅を適切に変更することにより、携帯機器の機械的負荷の関数として振動の振幅を安定化するよう、受信した情報を処理する。さらに、前記装置８は携帯機器の針２の変位振幅を安定化し、これにより携帯機器特性の中長期変動にも抵抗する。
【００４３】
変換器がモードＲＸで動作している期間の終了時に、前記装置８は、再びモードＴＸでアクチュエータとして動作させるよう前記圧電変換器１を駆動するため、第４出力端子８ｇに現れる信号を変更する。
【００４４】
以後説明するように、動作モードＲＸの期間は、変換器１に与える動力を著しく減少することのないよう、中断の繰返し期間に対して無視できることが望ましい。
【００４５】
本発明による水晶体超音波吸引器装置は、検出器４がモードＴＸでの動作時も変換器１に印可される信号の振幅を検出し、関連情報が装置８に通信できるように配置可能である。モードＲＸでセンサとして利用される変換器１はモードＴＸでアクチュエータとして利用される同じ変換器１であるため、モードＲＸで測定された装置の自由振動により発生される電圧信号の振幅Ｖ_RXと、モードＴＸで測定した変換器１を励起するために利用される電圧信号の振幅Ｖ_TXとの比率Ｖ_RX／Ｖ_TXは、装置の効率の評価を得るために装置８で処理され、前記検出器６により得られるデータを支持するか、又は前記検出器６を完全に除去できる。
【００４６】
同様に、本発明による水晶体超音波吸引器装置は、検出器がモードＴＸの動作時にも変換器１に印可される信号の周波数を検出し、関連情報が装置８へ通信可能であるように配置可能である。特に、上述のシンセサイザ７が周波数ロック型式である場合、駆動信号の測定周波数値を利用してシンセサイザ自体を制御可能である。
【００４７】
加えて、制御及び処理装置８は、測定電圧と印可電圧との間の比率を評価することにより、及び／又は非励起状態の前記変換器１の自由振動の減衰を解析することにより、携帯機器の故障又は電子機械効率の劣化状態を決定可能であり、及び／又は信号を与えることにより、及び／又は制限することにより、及び／又は防止することにより空気中の動作のような、携帯機器の異常使用状態を認識可能である。
【００４８】
ここで図２を参照すると、モードＲＸとモードＴＸの２つの動作フェーズでの図１の圧電変換器１の端子に現れる電圧信号の波形を観察可能である。特に、モードＴＸに関係する波形は参照番号１０により指示され、一方モードＲＸに関係する波形は参照番号１１により指示される。
【００４９】
動作モードＲＸの最小期間は、超音波周波数で励起された前記変換器１の１振動期間となりうる切替え遷移期間の完了と共に、少なくとも２サイクルの減衰振動の検出を可能としなければならない。動作モードＲＸの最大期間は、携帯機器の構造特性に依存し、かつ機械装置の自由振動により発生される、端子１ａの端部に現れる信号の振幅にとって、検出器４、５、６が検出可能な最小値より低い値まで減衰するのに必要な時間を超えてはならない。事実、初期値の−４０ｄＢまでの全減衰域が制御系に有用である。一例として、励起周波数が４０ｋＨｚに等しい時、モードＲＸの動作の持続時間は、２５から２０００マイクロ秒の期間に対応する変換器１の１から８０自由振動期間で好都合に変動可能である。
【００５０】
モードＲＸの動作持続時間は、振動子に供給される動力を著しく減少することのないよう、中断の繰返し時間に関して無視できる長さであることが望ましい。特に、モードＲＸでの動作フェーズの繰返し周波数は固有の応用例に応じて２から１０００Ｈｚの範囲内が可能である。
【００５１】
繰返し期間と共に中断の持続時間（モードＲＸ）は、制御系の応答速度と関連する要件に応じて決定可能であることは、当業者には明らかである。
【００５２】
前記変換器１を含む携帯機器は、その中又は前記水晶体超音波吸引器装置との接続用に利用される挿入コネクタ内に、前記制御及び処理装置８により書込み及び読取り操作でアクセスされる、不揮発性電子的プログラム可能消去可能メモリ素子（ＥＥＰＲＯＭ：電子的消去可能なプログラム可能読取専用メモリ）のような不揮発性メモリ素子も含むことが可能である。前記メモリ素子は、携帯機器と共に携帯機器制御及び励起電子回路の電子機械的特性を特徴付ける一連のデータを記憶するようにされる。
【００５３】
特に、前記メモリ素子は、その試験処理中に、予め設定された基準伸びＥ_Oに対して、動作モードＲＸでの端子１ａの端部で測定した信号の振幅Ｖ_RXと動作モードＴＸで端子１ａの端部で測定した信号の振幅Ｖ_RXとの間のＶ_RX／Ｖ_TX比の本来の値を記憶するようプログラム可能である。前記本来の値は、Ｖ_RX／Ｖ_TX比の不変性を検査するため、また製造段階時に測定した値からの前記比率の逸脱が閾値量より大きい時に問題の携帯機器を保守する又は置換える必要性を指示するために、水晶体超音波吸引器装置の動作寿命の間装置８により利用可能である。
【００５４】
上記のメモリ素子はまた、ある基準伸びＥ₀と動作モードＲＸで測定した信号の対応する振幅Ｖ_RXとの間の比例定数Ｋ₀を記憶するようプログラム可能である。特に、このような比例定数Ｋ₀は、多数の構造変数の関数であるため、異なる携帯機器では異なる値を取ることが当業者には公知である。前記メモリ素子に記憶した比例定数Ｋ₀の読取りを基にして、装置８により外科医は針２の振動の振幅をマイクロメータの単位で直接設定可能である。
【００５５】
前記メモリ素子はまた、携帯機器自体の有効累積利用時間を記憶するため、携帯機器の各操作の終了時に前記装置８によりプログラム可能である。このような場合、装置８はまた周期的な保守介入又は問題の携帯機器の取替えの必要性を指示可能である。
【００５６】
本発明の装置の望ましい実施例によると、圧電変換器１を制御し励起する電子回路もディジタル技術で実装可能である。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、前記回路をアナログ部品により完全に実現することも可能であることも理解すべきである。
【００５７】
さらに、本発明による装置は水晶体超音波吸引器装置を特に参照して記述してきた。上述の装置は、本発明の範囲から逸脱することなく、圧電アクチュエータを含む任意の装置でも可能であることを理解すべきである。
【００５８】
本発明の望ましい実施例を記述し、多数の変例を以上に示唆してきたが、添付の特許請求の範囲に定めるような、その範囲から逸脱することなく、当業者はその他の変更や変化を実行できることを明白に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
添付の図面を特に参照することにより、望ましい実施例による水晶体超音波吸引器装置と関連した、限定の意味ではなく図解により、本発明を記述する。
【図１】本発明により、アクチュエータとして作用する圧電変換器を制御し励起する電子回路線図。
【図２】図１の圧電変換器の端部に現れる電圧信号の波形を図示する図。
【符号の説明】
１ 圧電変換器
１ａ 端子
２ 針
３ 励起回路
４ 振幅検出器
５ 周波数検出器
６ 振幅挙動検出器
７ シンセサイザ
８ 制御及び処理装置

Claims (12)

1. 電子機械特性の動的検出により、電圧駆動２端子（１ａ）の圧電変換器（１）を含む圧電アクチュエータを駆動する励起信号を最適化する方法において、
   前記圧電変換器（１）の駆動を周期的に中断し、この駆動が中断されているときの前記２端子（１ａ）の端部に発生している前記圧電変換器（１）の信号のパラメータを検出し、この駆動が中断されているときの前記圧電変換器（１）の特性パラメータを検出して、圧電アクチュエータの電子機械特性の検出をすることを特徴とする、前記方法。
2. 特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記変換器（１）は周期的信号により駆動され、前記変換器（１）の自由振動の特性パラメータは、前記２端子（１ａ）の端部に発生される信号の周波数と振幅とを検出することにより駆動動作の中断時に検出される方法。
3. 特許請求の範囲第２項記載の方法において、前記駆動動作の中断時に前記２端子（１ａ）の端部に発生された信号の振幅挙動も検出される方法。
4. 特許請求の範囲第２項又は第３項記載の方法において、駆動動作の中断期間は、駆動動作の中断と変換器（１）の自由振動の発生との間に延びる遷移フェーズの消滅期間と、１自由振動サイクルの期間との和に等しい最小値から、前記２端子（１ａ）の端部に発生する信号の振幅が駆動動作中断の開始時に取られた値の−４０ｄＢまで減少するのに必要な時間に等しい最大値まで変化する方法。
5. 特許請求の範囲第２項及至第４項のいずれかに記載の方法において、前記圧電変換器（１）を駆動する周期的信号が正弦波信号である方法。
6. 特許請求の範囲第５項に記載の方法において、励起正弦波信号が超音波周波数を有する方法。
7. 特許請求の範囲第６項記載の方法において、中断の繰返し周波数は２Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で変化する方法。
8. 特許請求の範囲第６項記載の方法において、
   駆動正弦波信号は４０ｋＨｚの周波数を有し、中断期間は５０マイクロ秒の最小値から２ミリ秒の最大値まで変化する方法。
9. 特許請求の範囲第２項及至第８項のいずれかに記載の方法を実施する装置において、電圧信号により駆動され２端子（１ａ）を有する圧電変換器（１）と、励起回路（３）と、振幅検出器（４）と、周波数シンセサイザ（７）と、制御及び処理装置（８）とを含み、前記変換器（１）は機械的な観点からは直列関係に、電気的な観点からは並列関係に配置された１個以上の圧電材料セラミックにより実現され、前記変換器（１）はまた前記端子（１ａ）により前記励起回路（３）へ、前記振幅検出器（４）へ、前記周波数検出器（５）へ接続され、前記励起回路（３）は前記シンセサイザ（７）から来る正弦波信号を増幅し、前記制御及び処理装置（８）はマイクロプロセッサ又はディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含んで前記振幅検出器（４）と前記周波数検出器（５）により実行された検出に対応する信号を受取り、前記制御及び処理装置（８）は前記励起回路（３）を制御する制御信号と、前記励起回路（３）と変換器（１）との間の接続を付勢する信号と、シンセサイザ（７）の周波数を制御する信号と、前記振幅検出器（４）の動作を付勢する信号と、前記周波数検出器（５）の動作を付勢する信号とを発生する、装置。
10. 特許請求の範囲第９項記載の装置において、前記変換器（１）は、前記制御及び処理装置（８）による読取り書込み操作でアクセスされる不揮発性メモリ素子もさらに含む携帯機器に含まれる装置。
11. 特許請求の範囲第９項又は第１０項記載の装置において、これはまた前記端子（１ａ）により前記変換器（１）に接続された振幅挙動検出器（６）を含み、前記制御及び処理装置（８）は前記振幅挙動検出器（６）により実行された振幅挙動の検出に対応する信号を受取り、前記振幅挙動検出器（６）による振幅挙動の検出を付勢する信号を発生する装置。
12. 特許請求の範囲第９項及至第１１項のいずれかに記載の装置において、水晶体超音波吸引器装置と前記圧電変換器（１）は、チタン又は鋼鉄が望ましい１対の金属質量により針（２）に機械的に結合され、前記機械的結合は、前記変換器（１）の変形が前記針（２）の軸方向変位を発生するようになっている装置。

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