JPH0226546A - 機械走査式超音波プローブの回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波断層像を得て超音波診断を行うための
超音波診断装置に用いる機械走査式超音波プローブの回
転角度検出装置に関するものである。

〔従来の技術］ いわゆるメカニカルスキャナと呼ばれる超音波振動子を
機械的に走査するための超音波プローブは、医療分野を
初めとして広く用いられている。

この場合、超音波振動子は超音波プローブの挿入部を通
して延在した回転伝達部を介して回転駆動するようにさ
れており、超音波の走査方位を知るために超音波振動子
の回転角度と回転角度の基準となる基準位置とを検出す
る必要がある。

このために従来用いられてきた一般的な回転角度検出装
置としては、例えば特開昭６２−８２９４４号公報に開
示されているように超音波振動子と一体動する表示体に
光反射部と無反射部から成るスリットパターンを設け、
これに発光素子からの光を照射し反射光をカウントして
超音波振動子の回転角度を検出するという方法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記従来の回転角度検出装置で高分解能
化を実現するには、表示体に設けるスリット数を増やす
必要があるが、この表示体は超音波プローブの先端に設
ける構成部材であるため小型でなければならずそのため
の微細加工が容易でなくコストアップとなる問題があっ
た。一方、回転角度検出装置を超音波プローブの手元側
に配設すると、延在する回転体のねじれ等により適正な
回転角度の検出ができないという問題があった。

本発明は、回転角度検出部を超音波プローブの先端部に
コンパクトに設けることができるとともに高分解能な超
音波プローブの回転角度検出装置を提供することを目的
としたものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は、上
記目的を達成するため超音波振動子を駆動手段からの駆
動力により回転させ、その回転角度を検出する機械走査
式超音波プローブの回転角度検出装置において、先端キ
ャップ内に絶縁端子を有する抵抗体、接地用金属体を設
け、これらと接触するように超音波振動子と一体的に固
定した電流出力部を設け、更に抵抗体に電圧を発生させ
るための基準電源、超音波振動子の回転角度及び基準位
置で発生する電圧と電流出力部が抵抗体に電流を流すこ
とによって発生する電圧とを比較する比較手段を設け、
前記における電圧と基準値とを比較することにより超音
波振動子の回転角度情報を得るようにしたものである。

このように超音波振動子の回転角度、基準位置で発生す
る電圧と抵抗体に電流を流すことにより発生した電圧と
を比較することにより、超音波振動子の回転角度情報を
出力できる。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る機械走査式超音波プローブの回
転角度検出装置の全体を示したブロック図である。超音
波プローブの先端部５にはモータ６により回転動する超
音波振動子４とこれと一体動する電流出力部３を設ける
とともに、超音波振動子４の回転角度情報を与えるため
の抵抗体等から成る電極部２を設ける。７は電流出力部
３に電流を流し、回転角度情報及び回転角度の基準とな
る基準位置情報を電極部２に発生させる電流伝達部であ
る。１は電極２に定電流を流す基準電源である。回転角
度情報等は信号処理部８を介して観測装置９に出力され
るようになっている・第２図は、本発明の第１実施例に
係る透視概要図で超音波プローブの挿入部１０を表して
いる。この挿入部１０は手元側において操作部と連結し
ている。操作部及びそれとの連結個所の構成は周知であ
るので説明を省略する。先端部５には超音波伝搬効率の
よい合成樹脂などから成る先端キャップ１１が液密に設
けてあり、内部には超音波振動子４が配設してありその
周囲の充満部１３には超音波伝搬効率のよい液体を充満
させている。超音波振動子４にはフレキシブルシャフト
１２が連結してあり、フレキシブルシャフト１２の他端
にはモータの出力軸を連結してあり、超音波振動子４を
回転させ先端キャップ１１の径方向に超音波を送受信す
るようにしである。受信されたエコー信号は信号処理さ
れた後、観測装置に超音波断層像として映出するのであ
る。

更に先端キャップ１１内の充満部１３前方には中空部１
４を設は回転角度の基準となる基準位置用の絶縁子１７
を有する抵抗体１５と環状の接地用金属体１６とを中空
部１４の内壁円周方向に沿って設けている。

第３図Ａは本実施例をより具体的にした断面図であるが
、中空部１４内部は挿入部先端方向に向かって拡がるテ
ーパー状に形成している。この中空部１４内には超音波
振動子４と一体動するように連結した中空シャフト２４
を設け、この中空シャフト２４には電流出力部を設けて
いる。ケーブル２５は、抵抗体１５、接地用金属体１６
へ腕部２２．２３を介して電流を供給できるようにしで
ある。超音波振動子４と中空シャフト２４はマグネット
２７で連結し、中空シャフト２４の他端は先端キャンプ
の先端蓋２１にネジ２０を介して固定しである。充満部
１３へ液体を注入する場合は、中空シャフト２４のネジ
２０を外して行うが液体は流出口１９から吐出するよう
にしてある。

第３図Ｂは、抵抗体１５個所の断面図であり、腕部２２
を介して信号線２５が絶縁端子１７を有する抵抗体１５
と接触している状態を示している。１８は、抵抗体１５
に定電流を流す安定化直流電流源である・第４図Ａは、
電流出力部と超音波振動子４を示したもので、超音波振
動子４０回転角度に比例した電圧Ｖ、を発生させるため
に、抵抗体１５に端部を接触させながら回転するり８発
生用腕部２２と接地用金属体１６に端部を接触させなが
ら回転する接地電位発生用腕部２３を中空シャフト２４
に設けている。

これら腕部２２．２３は中空シャフト２４に電気的に絶
縁状態で固定され超音波振動子４の回転とともに抵抗体
１５、金属体１６に沿って接触口・転する。Ｖ、発生用
腕部２２に接続しているケーブル２５は、超音波振動子
４内に設けたターミナル２６において電流伝達部からの
ケーブルと接続している。一方、接地電位発生用腕部２
３に接続しているケーブル２５も、ターミナル２６にお
いて電流伝達部からのケーブルと接続している。第４図
Ｂは、抵抗体１５、接地用金属体１６、絶縁端子１７の
接続状態を示したものである。

第５図は、電流出力部で発生した電圧Ｖ、　（安定化直
流電流源の端子電圧）から超音波振動子４の回転角度に
あたるパルスを発生させる信号処理部の実施例を示す回
路図である。前記電圧Ｖ、は、コンパレータ２８と増幅
器２９に入力するように接続し、増幅器２９の他入力側
は可変直流電圧源３０に接続している。更に増幅器２９
の出力側はコンパレータ３１の入力側に接続し、コンパ
レータ３１の出力はｎ進カウンタ３２に入力され、その
出力はＤ／Ａ変換器３３に人力されるとともにコンパレ
ータ３５に入力するように接続している。更にコンパレ
ータ２８の出力側はワンショット３４とｎ進カウンタ３
２のクリアー入力端に接続している。ワンショット３４
の出力はＯＲ回路３５に入力される。

本実施例は以上のように構成しであるので超音波振動子
４の回転角度を検出するには次のようにして行う。第３
図Ｂに示すように抵抗体１５に安定化直流電流源１８か
ら定電流Ｉを流すと変位量ΔＸと、超音波振動子４と一
体的に回転する電流出方部３で発生する電圧ｖＸとはＶ
、−１ΔＸσ（σは抵抗線の線抵抗値Ω／　ｃｍ　）と
なる、したがって、回転角度情報は安定化直流電流源１
８の端子電圧Ｖ、を測定することにより得られる。端子
電圧Ｖヨは、超音波振動子４０回転と一体動するｖ８発
生用腕部２２と接地電位発生用腕部２３とがそれぞれ抵
抗体１５と接地用金属体１６とを走査することによって
、超音波振動子４の回転角度で発生するものである。

こうして発生した電圧ｖ８を信号処理部８で処理する方
法を第５図により説明すると、先ず腕部２２が抵抗体１
５の回転角度基準位置用の絶縁端子１７に接触すると安
定化直流電流源１８の出力電圧が急増する。これを直流
電圧源３６の電圧と比較すると、コンパレータ２８の出
力パルスが出てワンショット３４によりパルス時間の決
まった基準位置信号（回転角度の基準となるもの）が発
生する。この時ｎ進カウンタ３２がクリアーされ、Ｄ／
Ａ変換器３３の出力電圧がＯｖになる。次に抵抗体１５
から発生する電圧以外の電圧を低域通過形特性を有する
増幅器２９の片入力の可変直流電圧源３ｏの値を可変し
てキャンセルする。超音波振動子４が回転し、抵抗体１
５お腕部２２の接触があるとＶ　Ｗ　＝　ＯＶとなるた
めコンパレータ３１によりＤ／Ａ変換器３３の出力電圧
と比較され、ＯＲ回路３５を通って回転角度信号が発生
する。この回転角度信号によりｎ進カウンタ３２は１カ
ウントされる。このカウント信号がＤ／Ａ変換器３３に
入力され電圧値■、となり、これと前記電流出力部で発
生した電圧ＶＸとが等しい回転角になると再度、回転角
度信号が発生する。

この繰り返しによって３６０°方向の超音波振動子４の
回転角度方向、基準位置の検出ができるのである。

なお、回転角度信号はモータ速度制御用ＩＣ（図示され
ていない）に送られ、モータの速度を制御する。

第６図は、本発明の第２実施例を示すもので、第１実施
例の場合と対応する部分には同一符号を付した。本実施
例は抵抗体１５に係る接続構成を変えたものである。接
地用金属体は接地電位発生用腕部、電流伝達部７を通り
、抵抗ブリッジ４０内のＲ１に接続される。Ｒ９は電圧
源３８に接続し、電圧源３８は抵抗群３９に接続し、抵
抗群３９は抵抗ブリッジ４０内のＲ２に接続している。

Ｒ２は電流伝達部７、ｖＸ発生用腕部２２を通り抵抗体
１５へと連続する。この場合、接地用金属体１６からの
出力をＲ２に、抵抗体１５からの出力をＲ１に接続して
もよい。

第７図は、抵抗群３９と信号処理部８の構成を示した回
路図である。

抵抗体の抵抗値を電流伝達部を介して抵抗ブリッジに送
り、抵抗ブリッジの中点電圧は信号処理部に送る。この
中点は、コンデンサ４１に接続し、コンデンサ４１の他
端はバッファアンプ４２に接続し、その出力側は整流回
路４３に接続される。なお、この場合の整流回路４３は
ピーク値検出のものでもよい。整流回路４３の出力側は
増幅器４４に接続し、その出力はコンパレータ４５に入
力される。コンパレータ４５の一方の人力は接地され出
力はｎ進カウンタ４６のクロック端子に入力される。コ
ンパレータ４５の出力はワンショット４７に接続され、
ｎ進カウンタ４６の出力側は抵抗群３９のリレー４８に
接続される。抵抗群３９には微調用抵抗４９を設けてあ
り、抵抗ブリッジの中点にはコンパレータ５０が設けて
ありコンパレータ５０の他入力は接地している。

第６図に示すように抵抗体１５でブリッジ４０を構成し
、第７図に示すように最少分解能にあたる抵抗群３９を
ｎ進カウンタ４６で制御し、抵抗体１５と抵抗群３９と
の非がＲ，：　Ｒ，になったときコンパレータ４５から
パルスが出力され更にワンショット４７から回転角度信
号として出力されるのである。

一方、基準位置用絶縁端子１７位置に超音波振動子が走
査されたとき、ブリッジの平衡が大きくくずれる。この
際の電圧値がスレショルドを超えるように直流電圧源５
１で合わせることにより基準位置信号を発生させるので
ある。抵抗体１５に接続するケーブルによる誤差は微調
用抵抗４９によって補正することができる。

このように本実施例によれば電圧源３８の安定度を必要
とせずに回転角度信号、基準位置信号を得られるほか、
抵抗体１５に接続するケーブルによる誤差もキャンセル
できる。

第８図〜第１０図は、本発明の第３実施例を示すもので
ある。■ｘ検出用腕部２２と抵抗体１５の組合わせを２
対設けるとともに抵抗体１５に電流を流す安定化直流電
流源１８も２つ設ける。

基準位置用絶縁端子１７を有する抵抗体１５と接地用金
属体１６との接続は第９図に示すように構成する。■８
検出用腕部２２からの信号は差動増幅器５２に入るよう
にしてあり、それぞれの抵抗体１５での発生電圧■８の
差動をとった後、前記と同様にして回転角度信号を出力
させるのである。

本実施例では、抵抗体１５以外で発生する電圧による誤
差をキャンセルできる。

本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく例え
ば第１１図、第１２図に示すごとく変形することもでき
る。抵抗体１５、絶縁端子１７を有する接地用金属体１
６を先端キャップの先端蓋２１に取り付け、■に検出用
腕部２２を抵抗体１５に接触するように形成する。中空
シャフト２４の先端のネジ２０を導電性として金属体１
６と接触させ、電流伝達部７を通してグランドに接続す
る。このように構成することにより絶縁用端子１７を有
する抵抗体１５、金属体１６のみの交喚ができる。

〔発明の効果］ 以上のごとく、本発明によれば抵抗体を用いて回転角度
を検出するようにしであるので、低コストで高分解能な
装置を構成できるとともに先端キャップ内に設けること
も困難ではない。また、先端キャップは開閉可能である
ので内部の保守管理も容易である。また分解能を向上さ
せる際も外付は回路の一部に変更を加えるだけで可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の全体を示すブロック図、第２図は、
本発明の第１実施例を示す透視概要図、 第３図Ａは、同断面図、Ｂは抵抗体個所の断面図、 第４図Ａは、電流出力部近辺の断面図、Ｂは抵抗体と接
地用金属体の接続を示す図、 第５図は、信号処理方法を示す回路図、第６図、第７図
は本発明の第２実施例を示す回路図、 第８図〜第１０図は、本発明の第３実施例を示す図、 第１１図、第１２図は本発明の変形例を示す図である。 １・・・基準電源　　　　２・・・電極部３・・・電流
出力部　　　４・・・超音波振動子６・・・モータ　　
　　　７・・・電流伝達部８・・・信号処理部　　　１
５・・・抵抗体１６・・・接地用金属体　　１７・・・
基準位置用絶縁端子時 許 出 願 人 オリンパス光学工業株式会社 第３［ ム 第１図 第５図 第７図 第９図 第１０図 イ盲　号 イｇ歩ｉ 第１１図 第１２図 手 続 補 正　　書 平成元年 ２月

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波振動子を駆動手段からの駆動力により回転さ
   せ、その回転角度を検出する機械走査式超音波プローブ
   の回転角度検出装置において、 先端キャップ内に絶縁端子を有する抵抗体、接地用金属
   体を設け、これらと接触するように超音波振動子と一体
   的に固定した電流出力部を設け、更に抵抗体に電圧を発
   生させるための基準電源、超音波振動子の回転角度及び
   基準位置で発生する電圧と電流出力部が抵抗体に電流を
   流すことによって発生する電圧とを比較する比較手段を
   設け、前記における電圧と基準値とを比較することによ
   り超音波振動子の回転角度情報を得るようにしたことを
   特徴とする機械走査式超音波プローブの回転角度検出装
   置。