JPH02265681A - Ultrasonic converter driving circuit - Google Patents

Ultrasonic converter driving circuit

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JPH02265681A
JPH02265681A JP8694489A JP8694489A JPH02265681A JP H02265681 A JPH02265681 A JP H02265681A JP 8694489 A JP8694489 A JP 8694489A JP 8694489 A JP8694489 A JP 8694489A JP H02265681 A JPH02265681 A JP H02265681A
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Abstract

PURPOSE:To always certainly lock in resonance frequency by simple circuit constitution by locking a drive signal in reference signal frequency in a surgical ultrasonic knife and detecting a rosonance point to transfer to rosonance point tracking control. CONSTITUTION:At the time of starting, a switch circuit 18 is connected to a reference signal generating circuit 19 and a reference signal is inputted to the PC 15 in a phased lock loop PLL 12 from a transmitter 21 and the voltage phase signal of the drive signal applied to the vibrator 11 of a handpiece 10 is fed back through a VCO 17 and a power amplifier 13 and the PLL 12 is operated so as to lock an output signal in the reference signal. When the current phase signal from a voltage current detection circuit 14 coincides with the voltage phase signal locked in the reference signal in phase, the resonance point state thereof is detected by a resonance point detection circuit 22 to change over the switch circuit 18 to transfer to resonance point tracking control due to the PLL 12. By this method, a drive signal can be always locked in resonance frequency.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波変換器駆動回路に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an ultrasonic transducer drive circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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。
Various devices using ultrasonic transducers have been proposed in the past, such as surgical ultrasonic scalpels, ultrasonic processing devices, and the like. Ultrasonic transducers used in such ultrasonic surgical scalpels and ultrasonic processing equipment are preferably driven at their resonant frequency in order to increase efficiency, but the resonant frequency varies depending on load conditions and temperature. There is a problem with doing so.

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。
For this reason, conventionally, so-called phase locking techniques have been used, for example, to detect the phase difference between the drive voltage and drive current of the ultrasonic transducer or the vibration speed detection signal, and to control the drive frequency of the ultrasonic transducer based on the detected output. A system using a loop (PLL) type resonance point tracking circuit has been proposed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

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、以下に説明す
るような重大な問題があることが解った。
However, according to experiments conducted by the present inventor, it has been found that the conventionally proposed PLL type drive circuits have serious problems as described below.

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R1
インダクタL1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
国人に示すようになり、インピーダンスI Z l (
Dm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f1およびその前後の副共振点f+
、fzで零となり、インピーダンスI21は共振点【、
、で最小、副共振点f+、fzで最大となる。
That is, the ultrasonic transducer includes a resistor R1 connected in series, as shown in FIG.
It consists of an inductor L1 capacitor C and a braking capacitance Cd connected in parallel to this series circuit, and in actual use, a correction inductor Ld is generally connected in parallel to cancel the braking capacitance cd. In this case, the frequency characteristic of the phase difference θ between the drive voltage and drive current of the vibrator 1 is the 12th
Impedance I Z l (
The Dm wavenumber characteristic is as shown in FIG. 12B. That is, the phase difference θ is the resonance point f1 and the sub-resonance points f+ before and after it.
, fz, and the impedance I21 is at the resonance point [,
, and is the maximum at the sub-resonance points f+ and fz.

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r、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副共振点のf、からf、の間だ
けとなり、f、以下あるいは12以上ではループの帰還
制御が働がず、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、共振周波数にロックできないと
いう問題がある。
In the conventional drive circuit, the PLL monitors the phase difference θ and controls the drive frequency to be r, so as is clear from FIGS. 12A and 12B, the PLL
The resonance point tracking range is only between the sub-resonance point f and f, and below f or above 12, loop feedback control does not work and tracking becomes impossible. For this reason, there is a problem in that it is not possible to lock onto the resonant frequency, especially at the start of oscillation.

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。
One possible way to solve the above problem is to control the oscillation frequency range in the PLL using a limiter or the like. However, in this case, it is necessary to set the limiter with high precision, which makes the circuit configuration complicated and impractical.

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内の電圧制御発振器(V
CO)の制御電圧をスィーブ回路により変化させること
によってVCOの発振周波数をスィーブさせ、共振点を
検出した時点でスイープを停止させて、PLLによる追
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ィーブ回路の出力が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る
という問題がある。
In addition, as another method, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-10792, a voltage controlled oscillator (V
It is conceivable to sweep the oscillation frequency of the VCO by changing the control voltage of the VCO with a sweep circuit, stop the sweep when the resonance point is detected, and start the tracking operation by the PLL. However, in this case, the output of the sweep circuit is applied to the VCO during the tracking operation, resulting in an offset to the control voltage of the Vco, which poses a problem of adversely affecting the loop characteristics of the PLL.

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、P
LLへのフィードバック信号中にパルスを負荷°シ、こ
れによりフィードバック信号の見かけ一トの周波数を高
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のループ特性に顧ること
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。
Still another method, as disclosed in U.S. Pat. No. 4,754,186, is to
While oscillating at a certain frequency below f1 shown in B, P
It is conceivable to load a pulse during the feedback signal to the LL, thereby increasing the apparent frequency of the feedback signal and biasing and locking the oscillation frequency of the VCO toward the resonant frequency of the ultrasonic transducer. . However, in this case, the locking operation depends on the loop characteristics of the PLL, so it is extremely difficult to reliably lock the oscillation frequency of the VCO to the resonant frequency of the ultrasonic transducer, and the reliability of the locking operation is The problem is that it is extremely low.

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、常にその共振周波数に確
実にロックインできるよう適切に構成した超音波変換器
駆動回路を提供することを目的とする。
This invention was made by focusing on the various problems mentioned above, and allows the driving frequency of an ultrasonic transducer using a PLL to be changed to various types of ultrasonic transducers using a simple circuit configuration without causing an offset. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer drive circuit that is appropriately configured so as to be able to reliably lock-in to the resonant frequency at all times.

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では、超音波変換器の駆動信号に
基づく2つの帰還信号をフェーズロックループの位相比
較器に供給して、該フェーズロックループにより前記超
音波変換器を、その駆動信号周波数が当該超音波変換器
の共振周波数となるように追尾制御するようにした超音
波変換器駆動回路において、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、この基準信号発生手段
からの基準信号と前記2つの帰還信号の一方とを切り換
えて前記位相比較器に供給する信号切換手段と、前記帰
還信号に基づいて前記超音波変換器の駆動信号周波数が
該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
づいて前記信号切換手段を制御する制御手段とを具え、
前記基準信号発生手段からの基準信号と前記2つの帰還
信号の他方とを前記位相比較器に供給することにより、
前記駆動信号周波数が前記共振周波数とほぼ等しい周波
数で、前記フェーズロックループを前記2つの帰還信号
による共振周波数追尾制御に移行し得るよう構成する。
[Means and operations for solving the problem] In order to achieve the above object, in the present invention, two feedback signals based on the drive signal of the ultrasonic transducer are supplied to the phase comparator of the phase-locked loop, and the phase In an ultrasonic transducer drive circuit that tracks and controls the ultrasonic transducer using a lock loop so that the drive signal frequency becomes the resonance frequency of the ultrasonic transducer, a reference signal whose frequency changes is generated. a reference signal generating means; a signal switching means for switching between the reference signal from the reference signal generating means and one of the two feedback signals and supplying the same to the phase comparator; a resonance point detection means for detecting whether the drive signal frequency of the ultrasonic transducer is substantially equal to the resonance frequency of the ultrasonic transducer; and a control means for controlling the signal switching means based on the output of the resonance point detection means. ,
By supplying the reference signal from the reference signal generating means and the other of the two feedback signals to the phase comparator,
The phase-locked loop is configured to be able to shift to resonance frequency tracking control using the two feedback signals when the drive signal frequency is approximately equal to the resonance frequency.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

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11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θ9、
振動に応じた電流位相θ1およびインピーダンスZ1を
検出するようにする。
This embodiment is applied to an ultrasonic scalpel device using a Langevin type vibrator, and the Langevin type vibrator 11 provided in the hand piece 10 is connected to and the voltage phase θ9 applied to the vibrator 11 by the voltage/current detection circuit 14 based on the drive signal.
The current phase θ1 and impedance Z1 corresponding to vibration are detected.

PLL12は、位相比較器(PC)15の出力をループ
フィルタ16を経て電圧制御発振器(■Co)17に供
給するよう°構成し、VCO1’l)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、PCl
5のバリアプル入力端子(V)に電圧・電流検出回路1
4から出力される電圧位相信号θ9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θ、をスイッチ回路1日を介して選
択的に供給するようにする。
The PLL 12 is configured to supply the output of the phase comparator (PC) 15 to the voltage controlled oscillator (■Co) 17 via the loop filter 16, and drives the resonator 11 with the output of the VCO 1'l) by the power amplifier 13. In addition, the PCl
Voltage/current detection circuit 1 is connected to the barrier pull input terminal (V) of 5.
4, and selectively supplies the current phase signal θ output from the voltage/current detection circuit 14 to the reference input terminal (R) via the switch circuit 1. do.

また、PCl5のR入力端子には基準信号発生回路19
からの基準信号θ9.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と発振器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振器21から周波数
が変化する基準信号θ、、□を出力させるようにする。
In addition, the reference signal generation circuit 19 is connected to the R input terminal of PCl5.
Reference signal θ9. is selectively supplied via the switch circuit 18. The reference signal generation circuit 19 includes a generator 20 and an oscillator 21, and the oscillator 21 outputs reference signals θ, , □ whose frequency changes based on the output of the generator 20.

一方、電圧・電流検出回路14から出力される電圧位相
信号θ9、電流位相信号θ1およびインピーダンス信号
IZ1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θ9、電流位相信号θ1およびインピーダン
ス信号I71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θ、と基準信号θrofとの切り
換え動作を制御するようにする。
On the other hand, the voltage phase signal θ9, current phase signal θ1, and impedance signal IZ1 output from the voltage/current detection circuit 14 are supplied to the resonance point detection circuit 22, where these voltage phase signal θ9, current phase signal θ1, and impedance signal Based on I71, it is detected whether the frequency of the drive signal applied to the vibrator 11 is approximately equal to the resonant frequency of the vibrator 11, and based on the output, the switch circuit 18
The switching operation between the current phase signal θ and the reference signal θrof is controlled.

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θ1および基準信号θr、f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θ、を、ロー(L)レベルにあるとき
に基準信号θ、、□を、それぞれPLL12内のPCl
5のR入力端子に供給するようにしたものである。
FIGS. 2 to 5 show four examples of the switch circuit 18 shown in FIG. 1. Switch circuit 18 shown in FIG.
supplies the current phase signal θ1 and the reference signals θr, f to the 3-state buffers 25-1 and 25-2, respectively, and directly supplies the output of the resonance point detection circuit 22 to the control terminal of the 3-state buffer 25-1. , by supplying the output of the resonance point detection circuit 22 to the control terminal of the 3-state buffer 25-2 via the inverter 26, when the output of the resonance point detection circuit 22 is at a high (H) level, for example, the current phase When the signal θ, is at low (L) level, the reference signal θ, , □ is set to the PCL in the PLL 12.
The signal is supplied to the R input terminal of No. 5.

第3図に示すスイッチ回路18は、電流位相信号θ、お
よび基準信号θ、、をそれぞれANDゲ−)27−4お
よび27−2の一方の入力端子に供給すると共に、AN
Dゲー)27−1の他方の入力端子に共振点検出回路2
2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θ1を、Lレベル
にあるときに基準信号θ、、、を、それぞれORゲート
29を経てPLL12内のPCl5のR入力端子に供給
するようにしたものである。
The switch circuit 18 shown in FIG.
D game) Resonance point detection circuit 2 is connected to the other input terminal of 27-1.
The output of the resonance point detection circuit 22 is directly supplied to the other input terminal of the AND gate 27-2.
For example, when the output of the resonance point detection circuit 22 is at H level, the current phase signal θ1 is supplied, and when the output of the resonance point detection circuit 22 is at L level, the reference signal θ, . It is designed to be supplied to the R input terminal of PCl5 inside.

第4図に示すスイッチ回路18は、電流位相信号θ1お
よび基準信号θ4.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θ1を、Lレベルにあるときに基準
信号θrmfを、それぞれPLL12内のPCl5のR
入力端子に供給するようにしたものである。
The switch circuit 18 shown in FIG. 4 includes a current phase signal θ1 and a reference signal θ4. Each analog switch 30-
1 and 30-2, the output of the resonance point detection circuit 22 is directly supplied to the control terminal of the analog switch 30-1, and the output of the resonance point detection circuit 22 is directly supplied to the control terminal of the analog switch 30-2. When the output of the resonance point detection circuit 22 is at H level,
For example, when the current phase signal θ1 is at the L level, the reference signal θrmf is set to the R of PCl5 in the PLL 12.
It is designed to be supplied to the input terminal.

また、第5図に示すスイッチ回路18は、電流位相信号
θ1および基準信号θraf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2
2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θ、を、Lレベルにあるときにリ
レー32を減勢して基準信号θ、。、を、それぞれPL
L12内のP、C15のR入力端子に供給するようにし
たものである。
Further, the switch circuit 18 shown in FIG. 5 sends the current phase signal θ1 and the reference signal θraf to the relay contacts 31 and
-1 and 31-2, and also supplies the output of the resonance point detection circuit 22 to the relay 32.
When the output of No. 2 is at the H level, for example, the relay 32 is energized to generate the current phase signal θ, and when the output is at the L level, the relay 32 is deenergized to generate the reference signal θ. , respectively, PL
The signal is supplied to the P in L12 and the R input terminal of C15.

次に、この実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

起動時においては、スイッチ回路18はPLL12内の
PCl5のR入力端子に発振器21からの基準信号θ1
.fが入力するように接続され、またPCl5の■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θ7
が帰還され、その結果PLL12はその出力信号が発振
器21からの基準信号θ、、、f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θr、、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。
At startup, the switch circuit 18 connects the reference signal θ1 from the oscillator 21 to the R input terminal of PCl5 in the PLL 12.
.. The voltage phase signal θ7 of the drive signal applied to the vibrator 11 via the VCO 17 and the power amplifier 13 is connected to the input terminal (1) of the PCl5.
is fed back, so that the PLL 12 operates such that its output signal is locked to the reference signal θ,...f from the oscillator 21. That is, the drive signal frequency of the vibrator 11 operates so as to be equal to the frequency of the reference signal θref from the oscillator 21, and when the frequency of the reference signal θr, , changes based on the output of the generator 20, the vibration increases accordingly. The drive signal frequency of the child 11 will also change.

第6図はこのときの基準信号θr、t、電圧位相信号θ
9および電流位相信号θ、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θ、、、fを、
例えば周波数の低い方(f、側)から高い方(rz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θ1は、その共振周波数f、の時点で
電圧位相信号θ9と位相が一致する。また、電圧位相信
号θ9はPLL12により基準信号θ、、、、にロック
されるので、電流位相信号θ1は基準信号θrotとも
位相が一致する。
Figure 6 shows the reference signal θr, t and voltage phase signal θ at this time.
9 and the current phase signal θ. As is clear from FIG. 6, the reference signals θ,..., f are
For example, from the lower frequency side (f side) to the higher frequency side (rz side)
When the current phase signal θ1 is a feedback signal corresponding to the vibration of the vibrator 11, its phase matches that of the voltage phase signal θ9 at the resonance frequency f. Furthermore, since the voltage phase signal θ9 is locked to the reference signal θ, . . . by the PLL 12, the current phase signal θ1 also has the same phase as the reference signal θrot.

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PCl5のR入力端子に電流位相信号
θ1が入力されるように切り換える。これにより、PL
L12は電圧位相信号θ9と電流位相信号θ1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θ9と電流位相信号θ1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θ、。、から電流位相信号θ、への切り換えは、これ
を瞬時に行えば、基準信号θratと電流位相信号θ1
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、PLL 12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。
This resonance point state is detected by the resonance point detection circuit 22, and when it is detected, its output is set to, for example, an H level, and the switch circuit 18 is switched so that the current phase signal θ1 is inputted to the R input terminal of the PCl5. . As a result, P.L.
L12 enters a phase comparison operation between the voltage phase signal θ9 and the current phase signal θ1, and as a result, the drive signal frequency of the vibrator 11 is controlled so that the phases of the voltage phase signal θ9 and the current phase signal θ1 always match. , a resonance point tracking operation of the vibrator 11 is performed. Here, the reference signal θ, generated by the switch circuit 18. , to the current phase signal θ, if this is done instantaneously, the reference signal θrat and the current phase signal θ1
Since the phase of the input signal matches the PLL 12, the phase of the input signal does not change, so the lock state is effectively maintained without any adverse effect on the lock state of the PLL 12, and the PLL 12 can track the resonance point. It is possible to reliably shift to control.

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θrafの周波数変化範囲が、第6
図においてf、〜fzの範囲内にあるときは、電圧位相
信号θ9と電流位相信号θ1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θ、。、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θ9と電流位相信号
θ1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f、の他に副共
振点f。
Note that the resonance point detection circuit 22 detects the resonance point when the frequency change range of the reference signal θraf from the oscillator 21 is the sixth
In the figure, when it is within the range of f, to fz, only the phase difference θ between the voltage phase signal θ9 and the current phase signal θ1 is monitored, and the point where the phase difference θ is zero is detected as the resonance point. Bye. On the other hand, if the handpiece 10 has variations, such as by using a handpiece 10 with a different vibrator 11 or changing the tip of the handpiece 10, the resonance frequencies will vary over a wide range. Therefore, the reference signal θ, from the oscillator 21. , it is necessary to widen the frequency change range accordingly. In this case, similarly to the above, if the point where the phase difference θ between the voltage phase signal θ9 and the current phase signal θ1 is zero is simply detected as the resonance point,
As is clear from FIG. 6, in addition to the resonance frequency f, there is also a sub-resonance point f.

およびf2でも位相差θが零となるため、f、またはf
z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+21の周波数特性
に着目し、共振周波数f、でのインピーダンスの大きさ
IZlが副共振点f。
Since the phase difference θ is zero also in and f2, f or f
It malfunctions with z. In such a case, paying attention to the frequency characteristics of impedance +21 shown in FIGS. 12A and 12B, the impedance magnitude IZl at the resonance frequency f is the sub-resonance point f.

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+
21を検出する手段をも設け、IZ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。
By taking advantage of the fact that the impedance is significantly lower than that at f2, the resonance point detection circuit 22
21 may be provided, and a point where IZ is equal to or less than a set value and the phase difference θ is zero may be detected as a resonance point.

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、PL
L 12による共振点追尾制御に確実に移行することが
できる。
As described above, according to this embodiment, even when using the vibrator 11 and handpiece 10 with different resonance frequencies, the PL
It is possible to reliably shift to resonance point tracking control using L12.

第7図はこの発明に係る超音波変換器駆動回路を具える
超音波メス装置の一例の構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an example of an ultrasonic scalpel device including an ultrasonic transducer drive circuit according to the present invention.

ハンドピース35に設けられたランジュバン型振動子3
6は、PLL37の出力に基づいてマツチング用トラン
ス38を介して駆動するようにする。振動子36は、マ
ツチング用トランス38の二次側に接続すると共に、こ
のマツチング用トランス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。
Langevin type vibrator 3 provided on handpiece 35
6 is configured to drive via a matching transformer 38 based on the output of the PLL 37. The vibrator 36 is connected to the secondary side of a matching transformer 38, and a correction inductor 39 for canceling the braking capacity of the vibrator 36 is connected in parallel to the secondary side of the matching transformer 38.

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)4
3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4
4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
を引き起こさないようにする。
The PLL 37 includes a phase comparator (PC) 40, a charge pump 41 that converts its digital output into an analog signal, a loop filter 42, and a voltage controlled oscillator (VCO) 4.
3, and the output of the charge pump 41 is supplied to the VCO 43 as a control voltage via the loop filter 42. The output of the VCO 43 is passed through the filter 44.
At the same time, the frequency is divided by the frequency dividing circuit 45 and the filter 4
4, thereby converting the rectangular wave drive signal output from the VCO 43 into a sine wave drive signal containing only the resonant frequency component of the vibrator 36, so as not to cause unnecessary heat generation within the vibrator 36. Make it.

この例では、フィルタ44としてカットオフ周波数が外
部クロック人力によって変更可能なスイッチド・キャパ
シタ・フィルタ(SCF)を用いる。
In this example, a switched capacitor filter (SCF) whose cutoff frequency can be changed manually by an external clock is used as the filter 44.

このように、フィルタ44としてSCFを用いれば、V
CO43の発振周波数が変化しても、フィルタ出力波形
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。
In this way, if the SCF is used as the filter 44, V
Even if the oscillation frequency of CO43 changes, there is no variation in the size or phase rotation of the filter output waveform, and as a result, the influence on constant current control and PLL operation, which will be described later, is reduced, allowing ideal rectangular wave to sine wave conversion. It becomes possible to do so.

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を経てマツチング用トラ
ンス38の一次側に供給する。このようにして、マツチ
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とのマツチングをと
るようにする。
The output of the filter 44 is supplied to the primary side of the matching transformer 38 via a voltage control amplifier circuit (VCA) 46 whose amplification factor can be changed, a buffer amplifier 47, a switch circuit 48, and a power amplifier 49. In this way, the matching transformer 38 separates the circuit system of the vibrator 36 and its drive circuit system for electrical insulation, and also matches the power amplifier 49 with the vibrator 36 serving as a load. Make it.

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、マツチング用トランス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。
The voltage applied to the vibrator 36 and the current flowing through the vibrator 36 via the power amplifier 49 are detected by a voltage/current detection circuit 50 provided on the primary side of the matching transformer 38, and these voltage detection signals and current detection signals are respectively detected. It is supplied to differential amplifiers 51-1 and 51-2 to remove common mode noise.

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■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51−151−2に供給
して電圧検出信号■、電流検出信号Iを得るようにする
ことにより、高電圧、大電流を低電圧にて検出する場合
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
FIG. 8 shows a voltage/current detection circuit 50 and a differential amplifier 51.
-1.51-2 shows the configuration of an example. The voltage applied to the vibrator 36 is detected by voltage division using a resistor 52, and its output is supplied to a differential amplifier 51-1 to obtain a voltage detection signal (2). Further, the current flowing through the vibrator 36 is detected by a current sensor 53, and its output is supplied to a differential amplifier 51-2 to obtain a current detection signal I. In this way, by supplying the voltage and current detected by the voltage/current detection circuit 50 to the differential amplifier 51-151-2 to obtain the voltage detection signal (■) and the current detection signal (I), high voltage, It can effectively solve the problem of common mode noise when detecting a large current at a low voltage, and even if the positive and negative connections of the output of the power amplifier 49 are reversed, it is not an output type in which one of the outputs is grounded. Even if there is voltage.

電流の各信号■、■を安定して検出することができる。Each of the current signals ■ and ■ can be detected stably.

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および絶対値検出回路55にそ
れぞれ供給し、比較器54において電圧位相信号θ9を
、絶対値検出回路55において電圧検出信号の絶対値I
VI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
値検出回路57にそれぞれ供給し、比較器56において
電流位相信号θ、を、絶対値検出回路57において電流
検出信号の絶対値IIIを検出するようにする。
In FIG. 7, the voltage detection signal obtained from the differential amplifier 51-1 is supplied to a comparator 54 and an absolute value detection circuit 55, respectively. Absolute value I of detection signal
Detect VI. Similarly, the differential amplifier 51-
The current detection signal obtained from 2 is supplied to a comparator 56 and an absolute value detection circuit 57, respectively, and the comparator 56 detects the current phase signal θ, and the absolute value detection circuit 57 detects the absolute value III of the current detection signal. do it like this.

比較器54から得られる電圧位相信号θ9は位相比較器
5日に供給すると共に、PLL37を構成するPC40
のバリアプル入力端子■に供給し、比較器56から得ら
れる電流位相信号θ1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6
0に供給して所定の設定値と比較し、その出力を位相検
出器58に供給する。このようにして、位相検出器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θ9および比較器56からの電流位相信号θ1
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θ1と、後述する発振器からの基準信号θr
of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。
The voltage phase signal θ9 obtained from the comparator 54 is supplied to the phase comparator 5, and is also supplied to the PC 40 that constitutes the PLL 37.
The current phase signal θ1 obtained from the comparator 56 is supplied to the phase comparator 58 and is also supplied to the reference input terminal R of the PC 40 via the switch circuit 59. Further, the absolute value +V+ of the voltage detection signal obtained from the absolute value detection circuit 55 is determined by the voltage comparator 6
0 and compares it with a predetermined set value, and its output is supplied to the phase detector 58. In this way, the phase detector 58
The output of voltage comparator 60, the voltage phase signal θ9 from comparator 54 and the current phase signal θ1 from comparator 56 at
Based on this, it is detected whether the frequency of the drive signal applied to the vibrator 36 is approximately equal to the resonance frequency of the vibrator 36, and based on the output, a current phase signal θ1 in the switch circuit 59 is determined, which will be described later. Reference signal θr from oscillator
In addition to controlling the switching operation with "off", the lighting of the light emitting diode 61 is controlled to display whether or not the PLL 37 has shifted to the resonance point tracking operation.

第9図は位相検出器58および電圧比較器60の一例の
構成を示すものである。位相検出器58は3つのD−フ
リップフロップ(1)−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θ9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θ、
は、D−FF62のクロック入力端子に供給する。この
D−FF62のQ出力および頁出力は、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。
FIG. 9 shows the configuration of an example of the phase detector 58 and voltage comparator 60. The phase detector 58 includes three D-flip-flops (1)-FF) 62, 63 and 64, and an OR gate 65. The voltage phase signal θ9 obtained from the comparator 54 is supplied to the D input terminal of the D-FF 61, and the current phase signal θ9 obtained from the comparator 56 is
is supplied to the clock input terminal of the D-FF62. The Q output and page output of this D-FF62 are respectively supplied to the clock input terminal of D-FF63 and the clock input terminal of D-FF64, and the Q outputs of these D-FF63 and 64 are supplied to the OR gate 65 to switch Control signals for the circuit 59 and the light emitting diode 61 are obtained.

なお、D−FF63および64のD入力端子には、VC
C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IVIを供給し、非反
転入力端子に設定電圧VSEア、を印加して、その出力
をD −F F 6.3および64のクリア端子に供給
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)に供給すると共に、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。
Note that the D input terminals of D-FF63 and 64 are connected to VC
Apply C. Further, the voltage comparator 60 is configured with an OP amplifier, and supplies the absolute value IVI of the voltage detection signal obtained from the absolute value detection circuit 55 to its inverting input terminal, and applies a set voltage VSEa to its non-inverting input terminal. and supplies its output to the clear terminals of D-FF 6.3 and 64. The output of the OR gate 65 is supplied to a control circuit 66 (see FIG. 7), and the control circuit 66 supplies a reset signal to the clear terminal of the D-FF 62.

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II+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、リミンタ回路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5.絶対値検出回路57から得られる電
流検出信号の絶対値III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。
In FIG. 7, the absolute value II+ of the current detection signal obtained from the absolute value detection circuit 57 is supplied to the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 67. A setting signal from a current value setting circuit 68 is supplied to a non-inverting input terminal of this differential amplifier circuit 67,
Based on the output, the amplification factor of the VCA 46 is controlled via the limiter circuit 69 so that the vibrator 36 is always driven with a constant current corresponding to the setting signal. The current value setting circuit 68 is provided with a variable resistor 70 for setting the output amplitude and a variable resistor 71 for setting the low constant current drive, and these are selected based on the signal from the control circuit 66 and set at startup. The output of the variable resistor 71 for setting low constant current drive is supplied to the differential amplifier circuit 67, and the output of the variable resistor 70 for setting output amplitude is supplied to the differential amplifier circuit 67 in the resonance point tracking operation. Like this 5. The absolute value III of the current detection signal obtained from the absolute value detection circuit 57 and the setting signal from the current value setting circuit 68 are compared in the differential amplifier circuit 67, and the amplification factor of the VCA 46 is controlled based on the output thereof. By controlling the signal voltages input to the buffer amplifier 47 and the power amplifier 49, the vibrator 36 can always respond to the setting signal from the current value setting circuit 68 even when the impedance changes due to changes in the load of the handpiece 35. It can be driven with a constant current, and the amplitude of the handpiece 35 can be made constant.

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θ、、、、を発生させるようにする。この基準信号
θ1..は1、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P
O40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エツク用の発光ダイオード76
を点灯させるようにする。なお、この力°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。
A trigger output circuit 72 is connected to the control circuit 66 to generate a trigger signal under the control of the control circuit 66. This trigger signal is supplied to a generator 73 to generate a sawtooth wave, which is supplied to an oscillator 74 so that the oscillator 74 generates a reference signal θ, . . . whose frequency changes. This reference signal θ1. .. 1, P that configures the PLL 37 via the switch circuit 59 under the control of the phase comparator 58 as described above.
Supplied to the R input terminal of O40. Further, the trigger signal from the trigger output circuit 72 is supplied to a counter 75 for counting, and when the count value exceeds a set value, the switch circuit 48 is turned off, and the hand piece 35 is turned off.
The light emitting diode 76 for probe check is detected as an abnormality.
so that it lights up. Note that this force counter 75 is reset by a reset signal from the control circuit 66.

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。
On the other hand, the output of the loop filter 42 constituting the PLL 37 is also supplied to a low pass filter (LPF) 77 to remove spike-like noise contained in the control voltage of the VCO 43.

このLPF77の出力は、ウィンドコンパレータ78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、VC
O43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、■C043の
制御電圧をウィンドコンパレータ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によっである程度平滑化された信号となるが、例
えばPLL37のPO20にエツジトリガ式のものを使
用して、ループの特性をループフィルタ42の設計によ
っで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PO20の2つの入力信号のエツジの
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、ウィンドコンパレータ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LPF
77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。
The output of this LPF 77 is supplied to a window comparator 78, which monitors the output frequency range of the VCO 43, and when it is out of a predetermined range, the control circuit 66
output a reset signal. That is, V.C.
The oscillation frequency of O43 changes depending on the control voltage from the loop filter 42, but when the PLL 37 is removed from the resonance point tracking control of the vibrator 36, the oscillation frequency of the VCO 43 is saturated at its highest or lowest oscillation frequency. Therefore, in order to detect this unlocked state, the control voltage of C043 is monitored by the window comparator 78. Here, the control voltage supplied to the VCO 43 becomes a signal that has been smoothed to some extent by the loop filter 42. For example, by using an edge trigger type for PO 20 of the PLL 37, the loop characteristics can be adjusted to the loop filter 42. If the speed is set to some extent by design, spike-like noise will leak into the control voltage supplied to the VCO 43 at the edge comparison portion of the two input signals of the PO 20. This spike-like noise adversely affects the operation of the window comparator 78, so in this example, the LPF
77 is inserted to remove spike-like noise.

また、コントロール回路66には、振動子36の0N1
0FF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ィンドコンパレータ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ユニット81の
動作を制御するようにする。
The control circuit 66 also includes a 0N1
A foot switch 79 that controls 0FF is connected, and the signal from this foot switch 79 is input to the phase comparator 58 described above.
The operation of the above-mentioned parts is controlled based on the signal from the window comparator 78 and the reset signal from the window comparator 78, and the suction unit 80 that removes the tissue excised by the ultrasonic scalpel and the probe of the hand piece 35 are cooled. , to control the operation of the water supply unit 81 for washing away the excised site.

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。
The operation of this ultrasonic scalpel device will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

フットスイッチ79のOFF状態では、スイッチ回路4
8はOFF、スイッチ回路59は発振器74の出力をP
LL37のPO40のR入力端子に供給するように接続
されている。
When the foot switch 79 is in the OFF state, the switch circuit 4
8 is OFF, and the switch circuit 59 switches the output of the oscillator 74 to P.
It is connected to be supplied to the R input terminal of PO40 of LL37.

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6
8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にすると共にζトリガ出力回
路72を作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θrat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θ4.にロックされるようにスキャンさせる
When the foot switch 79 is turned on, the control circuit 66 obtains a starting signal, resets the phase detector 58 and the counter 75, and also resets the current value setting circuit 6.
The low constant current drive setting variable resistor 71 of No. 8 is selected and its output is supplied to the differential amplifier circuit 67. Further, the switch circuit 48 is turned ON and the ζ trigger output circuit 72 is operated to generate a trigger signal from the trigger output circuit 72. As a result, the PLL 37 has an oscillator 74.
A reference signal θrat whose frequency changes according to the output of the generator 73 is supplied via the switch circuit 59, and as a result, the PLL 37 changes the drive signal frequency of the vibrator 36 to the reference signal θ4. scan so that it is locked.

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51−1、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Vs!y  (第9図参照)以下、すなわち基準
信号θ1.f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
θ9および比較器56からの電流位相信号θ1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θ1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5日の出力に基づいてコントロール回路6
6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θ9と電流位相信号θ1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。
Here, since the vibrator 36 is driven and controlled with a low constant current set by the variable resistor 71 of the current value setting circuit 68,
The voltage applied to the vibrator 36 is proportional to its impedance, and therefore the voltage applied to the vibrator 36 changes by scanning in a manner similar to the frequency characteristic of its impedance. This change in drive voltage is monitored by the voltage comparator 60 via the voltage/current detection circuit 50, the differential amplifier 51-1, and the absolute value detection circuit 55, and it is determined that the set voltage Vs! y (see FIG. 9) or less, that is, the reference signal θ1. An enable signal is output to the phase comparator 58 when the frequency of f becomes close to the resonance frequency of the handpiece 35 and the impedance becomes less than or equal to the set value. In the phase comparator 58, when the enable signal is output from the voltage comparator 60 and the phase difference between the voltage phase signal θ9 from the comparator 54 and the current phase signal θ1 from the comparator 56 becomes zero, The output becomes H level and is held, thereby switching the switch circuit 59 and supplying the current phase signal θ1 from the comparator 56 to the R input terminal of the PC 40, and the light emitting diode 61 lights up to track the resonance point. A message indicating that the operation has started is displayed. At the same time, based on the output of the phase comparator 5, the control circuit 6
6, the output amplitude setting variable resistor 70 of the current value setting circuit 68 is selected, and its output is supplied to the differential amplifier circuit 67. Therefore, from now on, the handpiece 35 is driven and controlled with a predetermined current set by the variable resistor 70 so that the phases of the voltage phase signal θ9 and the current phase signal θ1 always match. Furthermore, by shifting to the resonance point tracking operation, a drive signal is supplied from the control circuit 66 to the suction unit 80 and the water supply unit 81,
Each action is performed. The above operation is performed using the foot switch 79.
It is canceled by turning OFF.

一方、−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θ、、、tにロックされて上昇または下降し、ウィ
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6
6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OFI’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
による危険をを効に防止することができる。
On the other hand, when the resonance point is not detected by - times of scanning, the oscillation frequency of the VCO 43 is locked to the reference signal θ,...t from the oscillator 74 and rises or falls, and the oscillation frequency of the VCO 43 is locked to the reference signal θ,... This is detected and a reset signal is output to the control circuit 66. As a result, the control circuit 6
6 sends a signal to the trigger output circuit 72 to output the trigger again, and the above operation is repeated. The number of times the trigger signal is output from the trigger output circuit 72, that is, the number of times the drive signal frequency is scanned, is counted by a counter 75, and when it reaches a predetermined value, in this example, the foot switch 79 is turned ON once. If the resonance frequency cannot be locked in even after scanning the drive signal frequency 10 times, it is assumed that there is no resonance point of the handpiece 35 within the predetermined frequency range, and at that point the switch circuit 48 is activated by the output of the counter 75. OFI' occurs and the drive of the vibrator 36 is stopped, and the light emitting diode 76 lights up to indicate an abnormality in the hand piece 35. This effectively prevents the danger of the handpiece 35 continuing to drive in an abnormal state.

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。
According to the above-described ultrasonic scalpel device, it is possible to reliably shift to the resonance point tracking operation, and even if the tracking operation is unlocked, it can be restarted, and it is also possible to detect abnormalities in the handpiece 35.

また、−船釣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かでき、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。
In addition, by combining a constant current drive circuit,
In addition to being able to perform constant amplitude operation, the frequency characteristics of impedance can be detected using a simple method, thereby making it possible to accurately and reliably detect the resonance point.

さらに、振動子36に加わっている電圧および振動子3
6に流れる電流を差動方式で検出するようにしたので、
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。
Furthermore, the voltage applied to the vibrator 36 and the vibrator 3
Since the current flowing through 6 is detected using a differential method,
In addition to being able to effectively remove common mode noise, the power amplifier 49
It is possible to effectively detect the desired voltage and current regardless of the output format, and this makes it possible to lift the circuitry around the power amplifier that generates high voltages from ground.
The leakage current to ground of the vibrator circuit, that is, the patient circuit, can be significantly reduced.

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
ツチング用トランス38の一次側において検出するよう
にしたが、これらはマツチング用トランス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θ、、、fの周波数範囲を、振動
子36がもつ副共振点を含まない範囲として、副共振点
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。
In the above ultrasonic scalpel device, the voltage applied to the vibrator 36 and the current flowing through the vibrator and 36 are detected on the primary side of the matching transformer 38; It is also possible to detect it on the secondary side. In addition, the oscillator 74
The frequency range of the reference signals θ, . can.

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
駆動回路に有効に適用することができる。
Furthermore, the present invention is not limited to ultrasonic scalpel devices, but can be effectively applied to drive circuits for ultrasonic transducers used in ultrasonic processing devices and other ultrasonic devices.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば基準信号発生手段から
の基準信号をフェーズロックループの位相比較器に供給
して超音波変換器の駆動信号周波数を基準信号周波数に
ロックし、これにより共振点を検出して共振点追尾制御
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確実にロックインするこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the reference signal from the reference signal generating means is supplied to the phase comparator of the phase-locked loop to lock the drive signal frequency of the ultrasonic transducer to the reference signal frequency, thereby is detected and shifts to resonance point tracking control, so it always reliably locks in to the resonance frequency of many types of ultrasonic transducers with a simple circuit configuration without introducing undesirable offsets. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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変換器駆動回路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 ジェネレータ 1−発振器 共振点検出回路 第2図 許出願人 オリンパス光学工業株式会社 22力゛−” 第3図 /、l? 22〃タ 1a r−−=−−−−−イ 22〃9 第5図 第8図 口−−一−一一−−−−−−一−イ ベ9 第9図 第10図
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are diagrams showing four examples of the switch circuit shown in FIG. 1, and FIG. 6 explains the operation of FIG. 1. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an example of an ultrasonic scalpel device equipped with an ultrasonic transducer drive circuit according to the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing the voltage/current detection circuit portion shown in FIG. 7. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of an example of the phase detector and voltage comparator. FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of FIG. 7. FIGS. 11 and 12 A and B are diagrams for explaining the conventional technology. 10 - Handpiece 11 - - Vibrator 12 - Phase-locked loop (PLL) 13 -
- Power amplifier 14 - Voltage/current detection circuit 15 - Phase comparator (PC) 16 - Loop filter 17 - Voltage controlled oscillator (VCO) 18 - Switch circuit 19 - Reference signal generation circuit generator 1 - Oscillator resonance point detection circuit Figure 2 Applicant: Olympus Optical Industry Co., Ltd. Figure entrance--1-11--1-Event 9 Figure 9 Figure 10

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、超音波変換器の駆動信号に基づく2つの帰還信号を
フェーズロックループの位相比較器に供給して、該フェ
ーズロックループにより前記超音波変換器を、その駆動
信号周波数が当該超音波変換器の共振周波数となるよう
に追尾制御するようにした超音波変換器駆動回路におい
て、 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、 この基準信号発生手段からの基準信号と前 記2つの帰還信号の一方とを切り換えて前記位相比較器
に供給する信号切換手段と、 前記帰還信号に基づいて前記超音波変換器 の駆動信号周波数が該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 信号切換手段を制御する制御手段とを具え、前記基準信
号発生手段からの基準信号と前 記2つの帰還信号の他方とを前記位相比較器に供給する
ことにより、前記駆動信号周波数が前記共振周波数とほ
ぼ等しい周波数で、前記フェーズロックループを前記2
つの帰還信号による共振周波数追尾制御に移行し得るよ
う構成したことを特徴とする超音波変換器駆動回路。
[Claims] 1. Two feedback signals based on the drive signal of the ultrasonic transducer are supplied to a phase comparator of a phase-locked loop, and the phase-locked loop controls the ultrasonic transducer according to its drive signal frequency. In an ultrasonic transducer drive circuit that performs tracking control so that the resonant frequency of the ultrasonic transducer becomes the resonant frequency of the ultrasonic transducer, there is provided a reference signal generating means for generating a reference signal whose frequency changes, and a reference signal from the reference signal generating means. signal switching means for switching between the signal and one of the two feedback signals and supplying the signal to the phase comparator; and based on the feedback signal, the driving signal frequency of the ultrasonic transducer is adjusted to match the resonance frequency of the ultrasonic transducer. Resonance point detection means for detecting whether or not they are substantially equal; and control means for controlling the signal switching means based on the output of the resonance point detection means, the reference signal from the reference signal generation means and the two By supplying the other of the feedback signals to the phase comparator, the phase-locked loop is switched to the second one at a frequency where the drive signal frequency is approximately equal to the resonant frequency.
An ultrasonic transducer drive circuit characterized in that the ultrasonic transducer drive circuit is configured to be able to shift to resonance frequency tracking control using two feedback signals.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07313937A (en) * 1995-06-16 1995-12-05 Olympus Optical Co Ltd Driving circuit for ultrasonic converter
JP2012110867A (en) * 2010-11-26 2012-06-14 Wako Denshi:Kk Piezoelectric vibrator drive circuit
WO2014171219A1 (en) * 2013-04-18 2014-10-23 東レエンジニアリング株式会社 Ultrasonic transducer
JP2022514994A (en) * 2019-11-27 2022-02-17 ペキン シャオミ モバイル ソフトウェア カンパニー, リミテッド Electronic devices and their control methods, devices, readable storage media
CN114653565A (en) * 2022-03-25 2022-06-24 广州市弘健生物医用制品科技有限公司 Ultrasonic wave biomaterial welding machine circuit and self-adaptation resonant circuit
JP2023513177A (en) * 2020-02-07 2023-03-30 デーエムゲー モリ ウルトラソニック レーザーテック ゲーエムベーハー Method and system for controlling an ultrasonic generator of a machine tool for machining a workpiece
CN116430139A (en) * 2023-03-29 2023-07-14 河南省驼人医疗科技有限公司 Ultrasonic cutting hemostatic cutter fault detection system and detection method thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6569109B2 (en) 2000-02-04 2003-05-27 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic operation apparatus for performing follow-up control of resonance frequency drive of ultrasonic oscillator by digital PLL system using DDS (direct digital synthesizer)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 1982-07-21 1984-01-27 多賀電気株式会社 Method of controlling drive frequency of ultrasonic converter drive
JPS6034776A (en) * 1983-08-05 1985-02-22 多賀電気株式会社 Drive control method of ultrasonic converter
JPS62140686A (en) * 1985-12-12 1987-06-24 多賀電気株式会社 Method of controlling drive of ultrasonic converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 1982-07-21 1984-01-27 多賀電気株式会社 Method of controlling drive frequency of ultrasonic converter drive
JPS6034776A (en) * 1983-08-05 1985-02-22 多賀電気株式会社 Drive control method of ultrasonic converter
JPS62140686A (en) * 1985-12-12 1987-06-24 多賀電気株式会社 Method of controlling drive of ultrasonic converter

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07313937A (en) * 1995-06-16 1995-12-05 Olympus Optical Co Ltd Driving circuit for ultrasonic converter
JP2012110867A (en) * 2010-11-26 2012-06-14 Wako Denshi:Kk Piezoelectric vibrator drive circuit
WO2014171219A1 (en) * 2013-04-18 2014-10-23 東レエンジニアリング株式会社 Ultrasonic transducer
JP2014212413A (en) * 2013-04-18 2014-11-13 東レエンジニアリング株式会社 Ultrasonic transducer
JP2022514994A (en) * 2019-11-27 2022-02-17 ペキン シャオミ モバイル ソフトウェア カンパニー, リミテッド Electronic devices and their control methods, devices, readable storage media
US11652915B2 (en) 2019-11-27 2023-05-16 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Electronic equipment, control method and device thereof, and readable storage medium
JP2023513177A (en) * 2020-02-07 2023-03-30 デーエムゲー モリ ウルトラソニック レーザーテック ゲーエムベーハー Method and system for controlling an ultrasonic generator of a machine tool for machining a workpiece
CN114653565A (en) * 2022-03-25 2022-06-24 广州市弘健生物医用制品科技有限公司 Ultrasonic wave biomaterial welding machine circuit and self-adaptation resonant circuit
CN116430139A (en) * 2023-03-29 2023-07-14 河南省驼人医疗科技有限公司 Ultrasonic cutting hemostatic cutter fault detection system and detection method thereof
CN116430139B (en) * 2023-03-29 2023-12-05 河南省驼人医疗科技有限公司 Ultrasonic cutting hemostatic cutter fault detection system and detection method thereof

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