JPH09145691A - 周波数偏差検出回路及びそれを利用した測定器 - Google Patents

周波数偏差検出回路及びそれを利用した測定器

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JPH09145691A JP8233406A JP23340696A JPH09145691A JP H09145691 A JPH09145691 A JP H09145691A JP 8233406 A JP8233406 A JP 8233406A JP 23340696 A JP23340696 A JP 23340696A JP H09145691 A JPH09145691 A JP H09145691A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数偏差検出回路を利用した硬さ測定器に
おいて、軟質の被測定物から硬質の被測定物までの広い
範囲において硬さ情報を正確に測定する。また、構成を
簡単にし、安価に製作する。 【解決手段】 周波数偏差検出回路を利用した硬さ測定
器において、接触要素５、振動子３、自励発振回路１１
及びゲイン変化補正回路１３を備える。自励発振回路１
１は振動子３の振動情報を帰還し共振状態にする。ゲイ
ン変化補正回路１３は自励発振回路１１に設けられる。
ゲイン変化補正回路１３は、自励発振回路１１の中心周
波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対して
ゲインを上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周波数偏差検出回
路及びこの周波数偏差検出回路を利用した測定器に関す
る。本発明は、特に硬さ測定器に関し、振動子により振
動する接触要素を被測定物に接触させて被測定物の硬さ
を測定する硬さ測定器に関する。本発明に係る硬さ測定
器は、充分に硬さ測定が行えなかった軟質の被測定物の
硬さ測定、より詳細にはゴム、樹脂、食材、食品等の被
測定物の硬さ測定、人体の皮膚、臓器等の生体組織を被
測定物とした硬さ測定に有効である。さらに、本発明
は、周波数偏差検出回路を利用した加速度測定器、流体
圧力測定器、流体粘度測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、周波数の変化を利用して各種の測
定を行う測定器が知られている。例えば、特公昭４０−
２７２３６号公報、特開平１−１８９５８３号公報、特
開平２−２９０５２９号公報等には、周波数偏差を利用
し被測定物の硬さを測定する硬さ測定器が開示されてい
る。これらの公報に開示される硬さ測定器は、超音波振
動するプローブを対象物（被測定物）に接触させ、プロ
ープの共振周波数の変化又は振動振幅の変化を検知する
ことにより、硬さを測定する。この種の硬さ測定器にお
いては、対象物に接触させる対物接触振動子を含む振動
系が帰還ループを形成する自励発振回路により共振す
る。対物接触振動子又はこの対物接触振動子に機械的に
結合された接触子が共振状態において対象物に接触する
と、対象物のインピーダンスにより自励発振回路の発振
周波数が変化し、また振動振幅が変化し、この変化から
対象物の硬さ情報が得られる。この種の硬さ測定器には
下記の利点がある。
【０００３】（１）対象物の硬さが定量的に測定でき
る。
【０００４】（２）電気的に対象物の硬さが測定できる
ので、硬さ測定時間が短い。
【０００５】（３）対象物を破壊しない非破壊的な硬さ
測定が行える。
【０００６】このような利点を生かし、硬さ測定器は人
体の皮膚、人体内の臓器等の生体組織の弾性度の測定
（硬さの測定）、動植物の生体組織の弾性度の測定、工
業用ロボットの触覚センサ等への応用が期待されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、自励発振回
路等で帰還ループを形成した回路により、共振振動状態
の振動子に対象物が接触すると振動子に機械的インピー
ダンスが付加され、振動子の共振周波数及び振動振幅が
変化する現象は例えば下記文献にも記載されている通
り、従来から知られている。高谷 治、赤塚孝雄著、
「計測と制御」、Vol.14、No.3、1975年、pp.281-292。
通常、振動子を含む自励発振回路の周波数−ゲイン（電
流増幅率）特性は、周波数の増加に従ってゲインが上昇
し、共振周波数を超えた時点で周波数の増加に対してゲ
インが減少し、共振周波数（中心周波数）で頂点を持つ
山なりの特性を示す。このような周波数−ゲイン特性を
持つ自励発振回路においては、特に人体の皮膚、臓器等
の生体組織の弾性に富んだ軟質の対象物にある面積を持
って接触した場合には、下記文献にも記載されるよう
に、共振周波数、ゲインはいずれも減少する。S.Omat
a、"Technical Digest of The9th Sensor Symposium"、
1990、pp.257-260。特に、生体組織の硬さ測定は、生体
組織に病変部位が存在すると生体組織の硬さが病変部位
で変化し、生体組織に病変部位が存在することを簡易に
診断できるので、この分野への応用が期待されている。
【０００８】しかしながら、このような生体組織等の軟
質の対象物の硬さ測定においては、ゲインの減少により
共振周波数の変化、振動振幅の変化を充分な検出電圧と
して取り出すことができないので、生体組織の正確な硬
さが測定できない。特に、硬さ測定器において、対物接
触振動子又は接触子が対象物に接触状態で取り出す硬さ
情報にはノイズが多く、このノイズが検出電圧に付加さ
れるので、正確な硬さ情報を得ることがより難しい。さ
らに、硬さの測定を行う対象物には例えば軟質の対象物
であっても様々の硬さを持っており、対象物毎に周波数
特性が異なり、ゲインの変化量が異なるので、これら様
々な対象物において正確な硬さ情報を得ることが難しか
った。
【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は以下の通りであ
る。
【００１０】（１）本発明の第１目的は、振動子の振動
情報を広帯域に渡って正確に検出でき、しかも構成が簡
単で安価に製作できる周波数偏差検出回路の提供にあ
る。
【００１１】（２）本発明の第２目的は、軟質の被測定
物から硬質の被測定物までの広い範囲において硬さ情報
を正確に測定できる硬さ測定器の提供にある。
【００１２】（３）本発明の第３目的は、前記本発明の
第２目的に加えて、構成が簡単でしかも安価に製作でき
る硬さ測定器の提供にある。
【００１３】（４）本発明の第４目的は、前記本発明の
第３目的に加えて、装置の小型軽量化が実現できる硬さ
測定器の提供にある。
【００１４】（５）本発明の第５目的は、生体組織、特
に人体の生体組織の硬さ測定を簡易にかつ確実に行え、
医学的診断が簡易に行えるとともに、この診断に基づき
病気の予防が簡易に行える硬さ測定器の提供にある。
【００１５】（６）本発明の第６目的は、前記周波数偏
差検出回路を利用した各種装置、具体的には加速度測定
器、流体圧力測定器、流体粘度測定器の提供にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載された発明は、周波数偏差検出回路
において、振動を発生させる振動子と、前記振動子の振
動情報を帰還し共振状態にする自励発振回路と、前記自
励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心周波数
と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対してゲイ
ンを上昇させるゲイン変化補正回路と、を備え、前記振
動子及び自励発振回路により機械電気振動系を構築し、
前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したこと
を特徴とする。請求項１に記載された発明においては、
機械電気振動系の共振周波数の変化に応じてゲイン変化
補正回路はゲインを上昇させる。このゲインの上昇によ
り、振動子の振動情報としての検出電圧が増大できるの
で、正確に振動情報が検出できる。さらに、振動子の共
振周波数の変化に対してゲインが上昇できるので、広い
範囲において振動子の振動情報が正確に検出できる。
【００１７】請求項２に記載された発明は、前記請求項
１に記載された周波数偏差検出回路において、前記ゲイ
ン変化補正回路は前記自励発振回路の入力位相と出力位
相との位相差である入出力合成位相差を零に調節し帰還
発振を促進するフェーズトランスファ機能を備え、前記
入出力合成位相差が零になるまで前記周波数を変化させ
るとともに前記ゲインを上昇させることを特徴とする。
請求項２に記載された発明においては、ゲイン変化補正
回路にフェーズトランスファ機能を備え、機械電気振動
系の周波数が変化した際に、この機械電気振動系の入出
力位相差に相当する分、さらに周波数が変化できるとと
もに、この周波数の変化に応じてゲインが上昇できる。
従って、ゲインのより一層の上昇により、振動子の振動
情報としての検出電圧が増大できるので、正確な振動情
報が検出できる。さらに、振動子の共振周波数の変化に
対してゲインが上昇できるので、広い範囲において振動
子の振動情報が正確に検出できる。
【００１８】請求項３に記載された発明は、被測定物の
硬さ情報を得る硬さ測定器において、被測定物に接触す
る接触要素と、前記接触要素を振動させる振動子と、前
記接触要素を被測定物に接触させた状態で前記振動子の
振動情報を帰還し共振状態にする自励発振回路と、前記
自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心周波
数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対してゲ
インを上昇させるゲイン変化補正回路と、を備え、前記
接触要素、振動子及び自励発振回路により機械電気振動
系を構築し、前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯
域化したことを特徴とする。請求項３に記載された発明
においては、接触要素を被測定物に接触させた状態の時
に、被測定物の硬さである機械的インピーダンスに応じ
て変化する機械電気振動系の共振周波数の変化に応じて
ゲイン変化補正回路はゲインを上昇させる。このゲイン
の上昇により、被測定物の硬さ情報としての検出電圧が
増大できるので、正確な硬さ測定が行える。さらに、様
々な硬さを持つ被測定物の硬さ測定においても、共振周
波数の変化に対してゲインが上昇できるので、軟質の被
測定物から硬質の被測定物までの広い範囲において硬さ
情報を正確に測定できる。
【００１９】請求項４に記載された発明は、前記請求項
３に記載された硬さ測定器において、前記機械電気振動
系の周波数の変化で被測定物の硬さを測定することを特
徴とする。
【００２０】請求項５に記載された発明は、前記請求項
３に記載された硬さ測定器において、前記機械電気振動
系の位相の変化で被測定物の硬さを測定することを特徴
とする。
【００２１】請求項６に記載された発明は、前記請求項
３に記載された硬さ測定器において、前記ゲイン変化補
正回路は周波数の低下に対してゲインを上昇させ、前記
機械電気振動系の実効共振帯域は軟質の被測定物の硬さ
を測定する領域で広帯域化されることを特徴とする。
【００２２】請求項７に記載された発明は、前記請求項
３に記載された硬さ測定器において、前記振動子は、圧
電セラミック振動子、積層セラミック振動子、ＰＶＤＦ
で形成された振動子、磁歪素子、バイモルフ振動子、水
晶発振子、ＳＡＷのいずれかであることを特徴とする。
【００２３】請求項８に記載された発明は、前記請求項
３に記載された硬さ測定器において、前記自励発振回路
は、前記振動子の振動情報を増幅する増幅回路を備えて
構成されることを特徴とする。
【００２４】請求項９に記載された発明は、前記請求項
３に記載された硬さ測定器において、前記ゲイン変化補
正回路は、バンドパスフィルタ回路、ローパスフィルタ
回路、ハイパスフィルタ回路、ノッチフィルタ回路、積
分回路、微分回路、ピーキング増幅回路、アクティブフ
ィルタ回路、パッシブルフィルタ回路のいずれかで構成
されることを特徴とする。
【００２５】請求項１０に記載された発明は、前記請求
項８に記載された硬さ測定器において、前記ゲイン変化
補正回路は、前記振動子の出力と前記自励発振回路の増
幅回路の入力との間に、又は前記自励発振回路の増幅回
路の出力と前記振動子の入力との間に介設されたことを
特徴とする。
【００２６】請求項１１に記載された発明は、被測定物
の硬さ情報を得る硬さ測定器において、被測定物に接触
する接触要素と、前記接触要素を振動させる振動子と、
前記接触要素を被測定物に接触させた状態で前記振動子
の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振回路と、前
記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心周
波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対して
ゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、前記接触要
素、振動子及び自励発振回路により構築される機械電気
振動系と、前記機械電気振動系の周波数の変化を検出す
る周波数測定回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】請求項１２に記載された発明は、前記請求
項３乃至請求項１１のいずれかに記載された硬さ測定器
において、前記ゲイン変化補正回路は前記自励発振回路
の入力位相と出力位相との位相差である入出力合成位相
差を零に調節し帰還発振を促進するフェーズトランスフ
ァ機能を備え、前記入出力合成位相差が零になるまで前
記周波数を変化させるとともに前記ゲインを上昇させる
ことを特徴とする。請求項１２に記載された発明におい
ては、ゲイン変化補正回路にフェーズトランスファ機能
を備え、機械電気振動系の周波数が変化した際に、この
機械電気振動系の入出力位相差に相当する分、さらに周
波数が変化できるとともに、この周波数の変化に応じて
ゲインが上昇できる。従って、ゲインのより一層の上昇
により、振動子の振動情報としての検出電圧が増大でき
るので、正確な硬さ測定が行える。さらに、振動子の共
振周波数の変化に対してゲインが上昇できるので、軟質
の被測定物から硬質の被測定物まで広い範囲において正
確な硬さ測定が行える。
【００２８】請求項１３に記載された発明は、前記請求
項１１に記載された硬さ測定器において、前記振動子の
振動情報を検出する検出素子を備え、前記振動子を複数
枚の圧電セラミックを積層した積層型圧電セラミック振
動子で形成するとともに、前記検出素子を膜状のバイモ
ルフ振動子で形成したことを特徴とする。
【００２９】請求項１４に記載された発明は、前記請求
項１１に記載された硬さ測定器において、前記振動子の
振動情報を検出する検出素子を備え、前記振動子、検出
素子のそれぞれを複数枚の圧電セラミックを積層した積
層型圧電セラミック振動子で形成したことを特徴とす
る。
【００３０】請求項１５に記載された発明は、前記請求
項１１に記載された硬さ測定器において、前記振動子の
振動情報を検出する検出素子を備え、前記振動子、検出
素子のそれぞれを薄板形状の圧電材料で形成したことを
特徴とする。
【００３１】請求項１６に記載された発明は、被測定物
の硬さ情報を得る硬さ測定器において、被測定物に接触
する接触要素と、前記接触要素を振動させる振動子と、
前記接触要素を被測定物に接触させた状態で前記振動
子の振動情報を帰還し共振状態にするフェーズロックル
ープ回路と、前記フェーズロックループ回路に設けら
れ、このフェーズロックループ回路の中心周波数と異な
る中心周波数を有し、周波数の変化に対してゲインを上
昇させるゲイン変化補正回路と、を備え、前記接触要
素、振動子及びフェーズロックループ回路により機械電
気振動系を構築し、前記機械電気振動系の実効共振帯域
を広帯域化したことを特徴とする。
【００３２】請求項１７に記載された発明は、前記請求
項３に記載された硬さ測定器において、前記被測定物は
生体組織であり、前記生体組織に前記接触要素を接触さ
せて生体組織の硬さを測定したことを特徴とする。
【００３３】請求項１８に記載された発明は、前記請求
項１７に記載された硬さ測定器において、前記生体組織
は人体の皮膚、内臓、体腔、骨、歯、爪のいずれかの生
体組織であり、この生体組織の硬さを測定することを特
徴とする。
【００３４】請求項１９に記載された発明は、前記請求
項１７に記載された硬さ測定器において、前記振動子が
収納されかつ前記接触要素が取り付けられたプローブ本
体と、前記振動情報に基づき硬さ情報を表示するモニタ
と、を備えたことを特徴とする。
【００３５】請求項２０に記載された発明は、前記請求
項１９に記載された硬さ測定器において、生体組織を観
察するファイバースコープユニットを備え、前記ファイ
バースコープユニットの観察像を前記モニタで表示する
ことを特徴とする。
【００３６】請求項２１に記載された発明は、前記請求
項１９に記載された硬さ測定器において、接触針で形成
された接触要素を備え、前記接触針で形成された接触要
素の周囲に配設され、生体組織に穿刺するための外針を
前記プローブ本体の先端部分に備えたことを特徴とす
る。
【００３７】請求項２２に記載された発明は、前記請求
項１９に記載された硬さ測定器において、前記プローブ
本体の先端部分を軟性チューブで形成したことを特徴と
する。
【００３８】請求項２３に記載された発明は、運動物体
の加速度変化を測定する加速度測定器において、運動物
体に取り付けられ、振動を発生させる振動子と、前記振
動子の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振回路
と、前記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の
中心周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に
対してゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、を備
え、前記振動子及び自励発振回路により機械電気振動系
を構築し、前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域
化したことを特徴とする。
【００３９】請求項２４に記載された発明は、流体の粘
度変化を測定する流体粘度測定器において、流体中で振
動を発生させる振動子、又は流体中に挿入された流体接
触要素を振動させる振動子と、前記振動子の振動情報を
帰還し共振状態にする自励発振回路と、前記自励発振回
路に設けられ、この自励発振回路の中心周波数と異なる
中心周波数を有し、周波数の変化に対してゲインを上昇
させるゲイン変化補正回路と、を備え、前記振動子及び
自励発振回路により機械電気振動系を構築し、前記機械
電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したことを特徴と
する。
【００４０】請求項２５に記載された発明は、流体の圧
力変化を測定する流体圧力測定器において、流体の圧力
に応じて形状変化する流体接触要素と、振動を発生させ
るとともに、前記流体接触要素の形状変化に応じて位置
が変化する振動子と、前記振動子の振動情報を帰還し共
振状態にする自励発振回路と、前記自励発振回路に設け
られ、この自励発振回路の中心周波数と異なる中心周波
数を有し、周波数の変化に対してゲインを上昇させるゲ
イン変化補正回路と、を備え、前記振動子及び自励発振
回路により機械電気振動系を構築し、前記機械電気振動
系の実効共振帯域を広帯域化したことを特徴とする。
【００４１】請求項２６に記載された発明は、前記請求
項１６、請求項２３、請求項２４、請求項２５のいずれ
かに記載された測定器において、前記ゲイン変化補正回
路は前記自励発振回路の入力位相と出力位相との位相差
である入出力合成位相差を零に調節し帰還発振を促進す
るフェーズトランスファ機能を備え、前記入出力合成位
相差が零になるまで前記周波数を変化させるとともに前
記ゲインを上昇させることを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】実施形態１ ＜硬さ測定器のシステム構成＞本発明の実施形態１は周
波数偏差回路を利用した硬さ測定器について説明する。
図１は本発明の実施形態１に係る硬さ測定器の全体構成
図である。本実施形態に係る硬さ測定器は、硬さを測定
する測定者が把持するハンドピース１及びこのハンドピ
ース１の外部に配置された制御ユニット１０を備える。
【００４３】前記ハンドピース１は略有底円筒状のケー
シング２で形成され、このケーシング２の軸心部分には
振動子３が配設される。振動子３は円筒形状で形成さ
れ、本実施形態において振動子３には圧電セラミック振
動子が使用される。図２は前記振動子３の要部断面図で
ある。振動子３は、陽極として使用される第１電極３
Ａ、陰極として使用される第２電極３Ｃ、及び前記第１
電極３Ａと第２電極３Ｃとの間に形成された圧電結晶体
３Ｂで形成される。圧電結晶体３Ｂは円筒形状で形成さ
れる。第１電極３Ａは、圧電結晶体３Ｂの内周面に形成
され、円筒形状を有する。第２電極３Ｃは、圧電結晶体
３Ｂの外周面に形成され、同様に円筒形状を有する。第
２電極３Ｃは接地される。振動子３においては、第１電
極３Ａと第２電極３Ｃとの間に時間変動する電圧が印加
されることにより、圧電結晶体３Ｂが機械的振動を行
う。なお、本実施形態に係る硬さ測定器においては、圧
電セラミック振動子に代えて、振動子３に水晶発振子、
ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）で形成された振動
子、磁歪素子、ＳＡＷ（表面弾性波素子）のいずれかが
使用できる。
【００４４】前記振動子３には振動伝達部材４を介在し
て接触要素（接触子）５が機械的に結合される。振動伝
達部材４の一端側は、振動子３の中心部分に取り付けら
れ、振動子３の第２電極３Ａの内側に接着剤により結合
される。振動伝達部材４の他端側は、ケーシング２内部
を軸方向に延設され、接触要素５に接着剤により結合さ
れる。接触要素５は、図１に示すように、被測定物Ｈと
接触する側の先端部が閉塞された有底円筒体により形成
される。この接触要素５には軸心穴５Ａが形成され、軸
心穴５Ａの内部には振動伝達部材４の他端が挿入され
る。接触要素５の軸心穴５Ａと振動伝達部材４との間は
接着固定される。
【００４５】前記接触要素５はケーシング２の被測定物
Ｈ側の先端部分に形成された振動保持穴２Ａ内部に取り
付けられ、接触要素５の被測定物Ｈ側の先端部分はケー
シング２の先端から外側に突出する。振動保持穴２Ａの
内部に取り付けられた接触要素５は軸心方向において自
由に移動（振動）できる。前記振動保持穴２Ａの内面に
はこの内面に沿ってリング形状の溝２Ｂが形成され、こ
の溝２Ｂには弾性部材６が装着される。接触要素５は前
記弾性部材６を介在してケーシング２の振動保持穴２Ａ
に保持される。振動子３から振動伝達部材４を通して接
触要素５に伝達される振動は弾性部材６により吸収さ
れ、振動がハンドピース１に伝達されない。弾性部材６
には例えばＯリングが使用される。なお、本実施形態に
係る硬さ測定器においては、弾性部材６は後述する電気
機械振動系の振動の節部、具体的には振動伝達部材４と
接触要素５との接続部分であってケーシング２と接触要
素５との間に形成される。なお、弾性部材６の配置位置
は必ずしもこの位置に限定されない。つまり、弾性部材
６は、機械電気振動系とケーシング２との間であって、
機械電気振動系の振動がケーシング２側に伝達されず、
かつケーシング２側から機械電気振動系の振動に影響を
与えない配置位置ならどこでも配置できる。
【００４６】前記振動子３の外周部分においてケーシン
グ２内部には検出素子７が配設される。検出素子７は、
陰極として使用される第１電極７Ａ、陽極として使用さ
れる第２電極７Ｃ、及び前記第１電極７Ａと第２電極７
Ｃとの間に形成された圧電結晶体７Ｂで形成される。検
出素子７の第１電極７Ａは振動子３の第２電極３Ｃを兼
用し使用され（同一の電極が使用され）、この第１電極
７Ａは振動子３の外周面に形成され円筒形状を有する。
圧電結晶体７Ｂは第１電極７Ａの外周面に形成され円筒
形状を有する。第２電極７Ｃは圧電結晶体７Ｂの外周面
に形成され円筒形状を有する。検出素子７は基本的には
振動子３と同様に圧電セラミック振動子で形成される。
検出素子７は、振動子３で発生させる振動に協調して振
動し、この振動を電気信号として取り出すセンサとして
使用される。検出素子７からは振動子３の振動振幅、周
波数、位相をモニタできる硬さ情報が検出電圧として出
力される。
【００４７】前記硬さ測定器の制御ユニット１０は自励
発振回路１１、ゲイン変化補正回路１３、電圧測定回路
１４及び周波数測定回路１５を備える。自励発振回路１
１は増幅回路１２を備え、この増幅回路１２の入力端子
は検出素子７の出力端子（第２電極７Ｃ）に接続され
る。つまり、増幅回路１２の入力端子は検出素子７を介
して間接的に振動子３の出力端子に接続される。増幅回
路１２の出力端子はゲイン変化補正回路１３を介設し振
動子３の入力端子（第１電極３Ａ）に接続される。
【００４８】前記自励発振回路１１は、振動子３、検出
素子７及び増幅回路１２を含み、振動子３の振動情報を
検出素子７で電気信号として取り出し、増幅回路１２で
電気信号を増幅した後に振動子３に帰還する帰還ループ
を形成する。自励発振回路１１は、振動子３の振動情報
を検出素子７、増幅回路１２をそれぞれ通して振動子３
に帰還し、振動子３を共振状態にする、電気振動系を構
築する。一方、振動子３、振動伝達部材４及び接触要素
５は、振動子３の振動情報を振動伝達部材４、接触要素
５のそれぞれを通して被測定物Ｈに伝達する機械振動系
を構築する。すなわち、本実施形態に係る硬さ測定器は
機械振動系と電気振動系とが結合された機械電気振動系
を構築する。自励発振回路１１のゲインは自励発振回路
１１の駆動電圧にほぼ比例する。この自励発振回路１１
の入力端子（機械電気振動系の入力端子）は振動子３の
出力端子に相当し、自励発振回路１１の出力端子（機械
電気振動系の出力端子）は振動子３の入力端子に相当す
る。
【００４９】前記ゲイン変化補正回路１３は、前記機械
電気振動系の共振周波数の変化に対してゲインを上昇さ
せ、このゲインの上昇により検出電圧を上昇させる機能
を備える。さらに、ゲイン変化補正回路１３は、自励発
振回路１１の入力位相と出力位相との位相差である入出
力合成位相差を零に調節し帰還発振を促進するフェーズ
トランスファ機能を備え、入出力合成位相差が零になる
まで周波数を変化させるとともにこの周波数の変化に応
じてゲインをさらに上昇させる機能を備える。本実施形
態において、ゲイン変化補正回路１３には、周波数の変
化に対してゲインが変化する周波数−ゲイン特性を有す
るフィルタ回路が使用される。図３はゲイン変化補正回
路１３に使用される一例のフィルタ回路の回路構成図で
ある。このフィルタ回路は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ
３、Ｒ４、容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、及び増幅
回路ＡＭＰを備える。抵抗素子Ｒ１は１０ＫΩ、抵抗素
子Ｒ２は２２０Ω、抵抗素子Ｒ３は４７０ＫΩ、抵抗素
子Ｒ４は２．２ＫΩにそれぞれ設定される。増幅回路Ａ
ＭＰには電源端子Ｖ１から１２Ｖの電源が供給される。
基準電源端子Ｖ２は−１２Ｖに設定される。図中、符号
Ｖinは信号の入力端子、符号Ｖout は信号の出力端子で
ある。このフィルタ回路はバンドパスフィルタ回路の特
性を備える。前記フィルタ回路の入力端子Ｖinは自励発
振回路１１を構成する増幅回路１２の出力端子に接続さ
れ、出力端子Ｖout は振動子３の第１電極３Ａ（振動子
３の入力端子）に接続される。また、ゲイン変化補正回
路１３は振動子３と自励発振回路１１の増幅回路１２と
の間に配置することもできる。この場合には、前記フィ
ルタ回路の入力端子Ｖinは検出素子７の第２電極７Ｃ
（振動子３の出力端子）に接続され、出力端子Ｖout は
増幅回路１２の入力端子に接続される。
【００５０】本実施形態に係る硬さ測定器においては、
ゲイン変化補正回路１３はバンドパスフィルタ回路だけ
に限定されない。すなわち、ゲイン変化補正回路１３に
は周波数の変化に対してゲインを上昇しこのゲインの上
昇により検出電圧を増加する特性を備えていれば良いの
で、ローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路、ノ
ッチフィルタ回路、積分回路、微分回路、ピーキング増
幅回路のいずれかが使用できる。
【００５１】前述の図１に示す制御ユニット１０の電圧
測定回路１４、周波数測定回路１５はそれぞれゲイン変
化補正回路１３に接続される。具体的には図３に示すフ
ィルタ回路（ゲイン変化補正回路１３）の出力端子Ｖ
out に電圧測定回路１４、周波数測定回路１５のそれぞ
れが接続される。電圧測定回路１４は機械電気振動系の
電圧変化を測定する。周波数測定回路１５は機械電気振
動系の周波数変化を測定する。本実施形態に係る硬さ測
定器は前述のように構築される機械電気振動系の周波数
の変化で硬さを測定でき、さらにゲイン変化補正回路１
３によりゲインを上昇し検出電圧そのものを増幅でき
る。本実施形態に係る硬さ測定器においては、制御ユニ
ット１０の電圧測定回路１４及び周波数測定回路１５に
より被測定物Ｈの硬さ情報がモニタできる。なお、電圧
測定回路１４、周波数測定回路１５は、必ずしもゲイン
変化補正回路１３の出力側に接続される必要はなく、基
本的には機械電気振動系に接続されていればよい。
【００５２】＜硬さ測定器の基本原理＞次に、前述の硬
さ測定器の基本動作原理について説明する。図４は前記
自励発振回路１１、ゲイン変化補正回路１３のそれぞれ
の周波数特性を合成した総合周波数特性を示す周波数−
ゲイン−位相特性曲線図である。横軸は周波数を示し、
縦軸はゲイン、位相のそれぞれを示す。特性曲線ＴＧ
は、振動子３の出力端子（実際には検出素子７の出力端
子）から出力され、ゲイン変化補正回路１３を通して再
び振動子３の入力端子に帰還される自励発振回路１１の
周波数−ゲイン特性曲線である。周波数−ゲイン特性曲
線ＴＧは自励発振回路１１の周波数特性にゲイン変化補
正回路１３の周波数特性を合成した総合周波数特性であ
る。この周波数−ゲイン特性曲線ＴＧは、低周波数側の
帯域において周波数の増加とともにゲインが上昇し、共
振周波数ｆ0 の帯域でゲインが最大になり、高周波数側
の帯域においてゲインが減少する、山なり形状の曲線を
描く。特性曲線θ11は自励発振回路１１の入力位相と出
力位相との差である入出力位相差を示す位相特性であ
る。
【００５３】本実施形態に係る硬さ測定器においては、
周波数−ゲイン特性曲線ＴＧのゲイン極大値ＴＧＰを示
す共振周波数ｆ0 で自励発振回路１１の入出力位相差が
零になる調節がなされる。すなわち、自励発振回路１１
において、振動子３から出力される共振周波数の位相
（入力位相）θ1 とゲイン変化補正回路１３から出力さ
れ振動子３の入力端子に帰還されるゲイン上昇後の位相
（出力位相）θ2 との位相差である入出力合成位相差θ
11が零（θ11＝θ1 ＋θ2 ＝０）に調整される。この入
出力合成位相差θ11の調節により、ゲイン変化補正回路
１３を含む自励発振回路１１の入力位相θ1 と出力位相
θ2 との間に位相差が存在する場合には入出力合成位相
差θ11が零になるまで帰還が繰り返し行われ、入出力合
成位相差θ11が零になった時点で発振が行われる。この
結果、自励発振回路１１の帰還発振が確実に行え、又帰
還発振が促進される。入出力合成位相差θ11の調節は本
実施形態に係る硬さ測定器においてゲイン変化補正回路
１３で行われる。ゲイン変化補正回路１３は周波数特性
において中心周波数を調節することにより簡易に入出力
合成位相差θ11の調節を実現できる。
【００５４】図５は前記自励発振回路１１、ゲイン変化
補正回路１３のそれぞれの周波数特性を示す周波数−ゲ
インー位相特性曲線図である。横軸は周波数を示し、縦
軸はゲイン、位相のそれぞれを示す。特性曲線１３Ｇは
ゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイン特性曲線であ
る。周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇは、低周波数側の帯
域において周波数の増加とともにゲインが上昇し、中心
周波数の帯域でゲインが最大になり、高周波数側の帯域
においてゲインが減少する、山なり形状の曲線を描く。
特性曲線θ13はゲイン変化補正回路１３の入出力位相差
を示す位相特性である。特性曲線ＭＧはゲイン変化補正
回路１３を除く自励発振回路１１つまり機械電気振動系
の周波数−ゲイン特性曲線である。周波数−ゲイン特性
曲線ＭＧは、中心周波数の帯域及びゲイン極大値は異な
るが、基本的にはゲイン変化補正回路１３の周波数特性
と同様に、山なりの曲線を描く。この機械電気振動系の
周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは接触要素５を被測定物Ｈ
に接触させていない状態にある。
【００５５】本実施形態に係る硬さ測定器においては、
周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ、１３Ｇにそれぞれ示すよ
うに、機械電気振動系のゲイン極大値Ｐ１が示す中心周
波数ｆ1 とゲイン変化補正回路１３のゲイン最大値１３
ＧＰが示す中心周波数ｆ2 とは異なり意図的にずらした
周波数帯域に設定される。ここでは、軟質の被測定物
Ｈ、例えば人体の皮膚、人体内部の臓器等の軟質の被測
定物Ｈに接触要素５を接触した場合にゲインを上昇させ
るので、機械電気振動系の中心周波数ｆ1 に対してゲイ
ン変化補正回路１３の中心周波数ｆ2 は低い周波数帯域
に設定される。なお、硬質の被測定物Ｈ、例えば金属や
人体の骨、歯等の硬質の被測定物Ｈに接触要素５を接触
した場合にゲインを上昇させるには、機械電気振動系の
中心周波数ｆ1 に対してゲイン変化補正回路１３の中心
周波数ｆ2 は高い周波数帯域に設定される。
【００５６】本実施形態に係る硬さ測定器の接触要素５
を軟質の被測定物Ｈに接触させると、被測定物Ｈの機械
的インピーダンス又は音響インピーダンスの増加により
振動子３の振動モードが変化し、機械電気振動系の周波
数特性が変化する。すなわち、機械電気振動系の振動周
波数、ゲイン、位相、振動振幅を含む振動情報がいずれ
も変化する。周波数は軟質の被測定物Ｈのインピーダン
スにより低周波数帯域側に変化する。ゲイン極大値は、
本来は減少するが、本実施形態に係る硬さ測定器におい
てはゲイン変化補正回路１３のゲイン上昇機能により逆
に上昇する。つまり、機械電気振動系の周波数−ゲイン
特性曲線ＭＧのゲイン極大値は、ゲイン極大値Ｐ１から
ゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイン特性曲線１３
Ｇに沿って変化し、ゲイン極大値Ｐ１から上昇する方向
に変化する。接触要素５が軟質の被測定物Ｈに接触した
瞬間においては、機械電気振動系の中心周波数ｆ1 から
被測定物Ｈのインピーダンスで決まる共振周波数ｆ11ま
で周波数が変化する。つまり、機械電気振動系の周波数
−ゲイン特性曲線ＭＧは周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ１
に変化する。周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ１に示すよう
に、ゲイン極大値Ｐ１はゲイン極大値Ｐ１１に変化し、
ゲインＧ１はゲインＧ１１に変化するので、ゲインは上
昇する。この周波数の変化及びゲインの変化を含む振動
情報は検出素子７により検出され、この検出素子７で検
出された振動情報は自励発振回路１１の帰還ループによ
り振動子３に帰還される。
【００５７】自励発振回路１１の帰還ループには抵抗素
子と容量素子とを組み合わせた回路が含まれているの
で、自励発振回路１１の入力位相θ1 と出力位相θ2 と
の間には必ず位相差Δθが存在する。ここで、ゲイン変
化補正回路１３はフェーズトランスファ機能を備えてお
り、ゲイン変化補正回路１３を含む帰還ループの入出力
合成位相差θ11が零になる調節をしているので、入出力
合成位相差θ11が零になる帰還発振の安定点に到達する
まで、周波数はさらに変化し、ゲインはさらに上昇す
る。すなわち、機械電気振動系の周波数−ゲイン特性曲
線ＭＧ１は周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ２に変化し、共
振周波数ｆ11は共振周波数ｆ12に変化する。この共振周
波数ｆ12への変化に伴い、ゲイン極大値Ｐ１１はゲイン
極大値Ｐ１２に変化し、ゲインＧ１１はゲインＧ１２に
変化するので、ゲインはさらに上昇する。すなわち、位
相差Δθに相当する分、機械電気振動系の中心周波数ｆ
1 は共振周波数ｆ12まで連続的に変化するとともに、ゲ
インＧ１はゲインＧ１２まで連続的に上昇する。結果的
に、機械電気振動系において、周波数変化量Δｆが得ら
れるとともにゲイン変化量ΔＧが得られる。機械電気振
動系の周波数変化量Δｆ、ゲイン変化量ΔＧがそれぞれ
得られた時点で入出力合成位相差θ11が零になり、自励
発振回路１１は帰還発振する。
【００５８】本実施形態に係る硬さ測定器においては、
軟質の被測定物Ｈに接触要素５を接触する前と接触した
後の周波数変化量Δｆを硬さ情報として検出することに
より、軟質の被測定物Ｈの硬さが測定できる。同様に、
本実施形態に係る硬さ測定器においては、軟質の被測定
物Ｈに接触要素５を接触する前と接触した後の位相差Δ
θを硬さ情報として検出することにより、軟質の被測定
物Ｈの硬さが測定できる。しかも、本実施形態に係る硬
さ測定器においては、周波数変化量Δｆ、位相差Δθの
それぞれの変化分に対応してゲインが上昇できるので
（ゲイン変化量ΔＧが得られるので）、硬さ測定に充分
な検出電圧が得られる。
【００５９】本実施形態に係る硬さ測定器において、こ
こでは軟質の被測定物Ｈの硬さ測定に適した調節がなさ
れているので、硬質の被測定物Ｈに接触要素５を接触さ
せた場合には周波数、ゲイン、位相、振動振幅はいずれ
も変化するが、ゲインは上昇しない。図６は前記自励発
振回路１１、ゲイン変化補正回路１３のそれぞれの周波
数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。
特性曲線ＭＧ３は接触要素５を硬質の被測定物Ｈに接触
させた状態での機械電気振動系の周波数−ゲイン特性曲
線である。接触要素５を硬質の被測定物Ｈに接触させる
と、接触した瞬間に被測定物Ｈのインピーダンスで決ま
る共振周波数まで周波数が変化する。そして、引き続き
位相差Δθに相当する分、すなわち入出力合成位相差θ
11が零になり帰還発振が行われる共振周波数ｆ3 まで周
波数が変化する。周波数の変化は高帯域側にシフトし、
周波数変化量Δｆは入出力合成位相差θ11が零になるま
で周波数が変化するので大きくなる。結果的に、機械電
気振動系の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ１は周波数−ゲ
イン特性曲線ＭＧ３に変化する。ゲイン極大値Ｐ１は帰
還発振が行われる安定点まで変化しゲイン極大値Ｐ３に
変化する。
【００６０】本実施形態に係る硬さ測定器のゲイン変化
補正回路１３にはゲイン上昇機能とフェーズトランスフ
ァ機能とが共に備えられているが、本発明においてはゲ
イン変化補正回路１３にゲイン上昇機能だけを備えても
よい。
【００６１】なお、振動子の共振周波数と振動子に接触
させた物質の機械的特性との関係にについては下記文献
に記載があり、また同文献の式（１１）に関係式が記載
される。尾股定夫著、医用電子と生体工学、第２８巻第
１号（１９９０年３月）、第１頁−第４頁、「圧電型バ
イブロメータによる軟組織の硬さ測定とその解析」。
【００６２】＜硬さ測定器の使用方法＞次に、本実施形
態に係る硬さ測定器の使用方法について説明する。前述
の図１に示す硬さ測定器において、まず自励発振回路１
１により振動子３、検出素子７、振動伝達部材４、接触
要素５を含む機械電気振動系を共振状態に振動させ、硬
さ測定器の起動が行われる。この振動状態の機械電気振
動系の振動情報、つまり周波数、ゲイン、位相、振動振
幅はそれぞれゲイン変化補正回路１３の出力端子から出
力され、電圧測定回路１４により検出電圧がモニタさ
れ、周波数測定回路１５により周波数がモニタされる。
硬さ測定を行う測定者は、ハンドピース１を手に持ち、
共振振動している接触要素５の先端を被測定物Ｈに接触
させる。
【００６３】このとき、電圧測定回路１４、周波数測定
回路１５のそれぞれでモニタされる機械電気振動系の検
出電圧及び周波数は被測定物Ｈの硬さに応じて以下のよ
うに変化する。被測定物Ｈが例えば人体の皮膚、人体内
の臓器等の生体組織の弾性度が高い、又はゴム等の弾性
度が高い軟質の被測定物Ｈである場合には、被測定物Ｈ
の機械的インピーダンス又は音響インピーダンスが低い
ので、機械電気振動系の共振周波数が低下する。前述の
図５に示すように、接触要素５が被測定物Ｈに接触する
前の状態においては、機械電気振動系は中心周波数ｆ1
でゲイン極大値Ｐ１を持つ特性曲線ＭＧで示される周波
数−ゲイン特性を有する。本実施形態に係る硬さ測定器
は共振周波数の変化に対してゲインを上昇させるゲイン
変化補正回路１３を備え、このゲイン変化補正回路１３
においては接触要素５を軟質の被測定物Ｈに接触した状
態のときの周波数の変化に対してゲインを上昇させる設
定がなされている。従って、接触要素５を軟質の被測定
物Ｈに接触させた場合には機械電気振動系の周波数−ゲ
イン特性曲線ＭＧがゲイン変化補正回路１３の周波数−
ゲイン特性曲線１３Ｇにより補正され、図５中、矢印Ｑ
１に示す方向に機械電気振動系の周波数−ゲイン特性曲
線ＭＧがシフトする。さらに、ゲイン変化補正回路１３
はフェーズトランスファ機能を備え、自励発振回路１１
で構築される帰還ループ（閉回路）の入出力合成位相差
θ11が零に調節されているので、位相差Δθに相当する
分、周波数の変化量が助長され、この周波数の変化に従
いゲインの上昇が助長される。そして、適当な帰還発振
の安定点において周波数の変化、及びゲインの上昇が停
止し、機械電気振動系の帰還発振がなされる。つまり、
機械電気振動系の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは周波数
−ゲイン特性曲線ＭＧ２に変化し、ゲイン極大値Ｐ１か
らゲイン極大値Ｐ１２までゲインが上昇する。
【００６４】一方、本実施形態に係る硬さ測定器は特に
軟質の被測定物Ｈの硬さ測定に適した設定をしているの
で、被測定物Ｈが例えば常温の鉄、合金等、硬質の被測
定物Ｈである場合には、この硬質の被測定物Ｈに接触要
素５の先端を接触させると音響インピーダンスが高いの
で、周波数は変化するが、ゲインは上昇しない。すなわ
ち、前述の図６に示すように、機械電気振動系の周波数
−ゲイン特性曲線ＭＧは矢印Ｑ２に示す方向にシフト
し、機械電気振動系は周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ３に
なる。ゲインは低下するが、周波数の変化量はフェーズ
トランスファ機能により助長され、この周波数の変化量
を周波数測定回路１５でモニタすることにより硬質の被
測定物Ｈの硬さが測定できる。硬質の被測定物Ｈの硬さ
測定において、周波数の変化量とともにゲインの上昇を
高めるには、ゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイン
特性曲線１３Ｇにおいて周波数の増加とともにゲインが
増加する周波数帯域（低周波数帯域側）に機械電気振動
系の中心周波数を設定する。
【００６５】このように本実施形態に係る硬さ測定器に
おいては、機械電気振動系の電圧変化を電圧測定回路１
４で、共振周波数の変化を周波数測定回路１５でそれぞ
れモニタすることにより、被測定物Ｈの硬さを測定する
ことができる。
【００６６】＜硬さ測定結果＞図７は実際の硬さ測定を
行うシステム構成図である。硬さ測定器のハンドピース
１は力量計３０を介して測定器支持台３１に支持された
状態において、硬さ測定が行われる。力量計３０は硬さ
測定器の接触要素５と被測定物Ｈとの接触状態の押圧力
を測定できる。
【００６７】図８は本実施形態に係る硬さ測定器、従来
技術に係る硬さ測定器のそれぞれにおける周波数の変化
量及び検出電圧の変化量と押圧力との関係を示す図であ
る。横軸は力量計３０で測定した押圧力Ｆを示し、縦軸
は共振周波数の変化量Δｆ及び検出電圧の変化量ΔＶを
示す。被測定物Ｈには硬さが異なる２種類の被測定物Ｈ
A 、ＨB が使用される。曲線Ｓ1 、Ｓ2 はそれぞれ本実
施形態に係る硬さ測定器において押圧力に対する周波数
の変化量及び検出電圧の変化量を示す。曲線Ｓ1 は被測
定物ＨA の変化量を、曲線Ｓ2 は被測定物ＨB の変化量
をそれぞれ示す。曲線Ｔ1 、Ｔ2 はそれぞれ従来技術に
係る硬さ測定器において押圧力に対する周波数の変化量
及び電圧の変化量を示す。曲線Ｔ1 は被測定物ＨA の変
化量を、曲線Ｔ2 は被測定物ＨB の変化量をそれぞれ示
す。
【００６８】同図８に示すように、従来技術に係る硬さ
測定器においては、２種類の被測定物ＨA 、ＨB のそれ
ぞれの硬さ（音響インピーダンス）の違いに対して、周
波数の変化量及び検出電圧の変化量が小さい。つまり、
軟質、硬質を問わず被測定物Ｈの硬さ測定に際して、充
分な周波数の変化量及び検出電圧の変化量が得られな
い。これに対して、本実施形態に係る硬さ測定器におい
ては、２種類の被測定物ＨA 、ＨB のそれぞれの硬さの
違いに対して、周波数の変化量及び検出電圧の変化量が
大きい。さらに、本実施形態に係る硬さ測定器の周波数
の変化量及び電圧の変化量は従来技術に係る硬さ測定器
の周波数の変化量及び検出電圧の変化量に比べてはるか
に大きくなる。すなわち、本実施形態に係る硬さ測定器
においては、被測定物Ｈのわずかな硬さ（音響インピー
ダンス）の違いにより共振周波数の変化量及び検出電圧
の変化量を大きくできる特徴がある。
【００６９】このように、硬さ測定器にゲイン変化補正
回路１３を備え、このゲイン変化補正回路１３の周波数
の変化に対してゲインを上昇させる周波数帯域に機械電
気振動系の共振周波数を設定することにより、被測定物
Ｈのわずかな硬さの違いに対して、周波数の変化に応じ
てゲインが上昇するので、硬さ測定に充分な検出電圧が
得らる。しかも、材質は異なるが同様な硬さで同様な周
波数特性を有する被測定物Ｈの硬さ測定においても、わ
ずかな位相差が存在すればゲイン変化補正回路１３のフ
ェーズトランスファ機能により位相差を打ち消し入出力
合成位相差が零になるまで周波数の変化量が助長され、
さらにゲインを上昇できるので、硬さ測定に充分な検出
電圧が得られる。さらに、様々な硬さを持つ被測定物の
硬さ測定においても、周波数の変化量を助長しゲインの
上昇を行えるので、軟質の被測定物Ｈから硬質の被測定
物Ｈまでの広い範囲において硬さ測定が実現できる。つ
まり、硬さ測定器において、機械電気振動系の実効共振
周波数帯域が広帯域化され、あらゆる硬さの被測定物Ｈ
について硬さ測定が実現できる。
【００７０】さらに、本実施形態に係る硬さ測定器にお
いては、抵抗素子、容量素子等を単純に組み合わせたフ
ィルタ回路でゲイン変化補正回路１３が簡易に実現でき
るので、複雑な回路構成を備える必要がなく、シンプル
なシステム構成で、しかも安価に製作することができ
る。
【００７１】＜変形例１＞図９、図１０はそれぞれ本実
施形態１の変形例１に係る硬さ測定器の周波数−ゲイン
特性曲線図である。図９に示す周波数−ゲイン特性曲線
は、ゲイン変化補正回路１３にローパスフィルタ回路を
使用した場合において、このゲイン変化補正回路１３の
周波数ーゲイン特性曲線１３Ｇ１及び機械電気振動系の
周波数ーゲイン特性曲線ＭＧを示す。この硬さ測定器に
おいては、基本的には前述のバンドパスフィルタ回路
（図３参照）を使用した場合と同様に、特に軟質の被測
定物Ｈに接触要素５を接触させた場合に周波数が変化
し、この周波数の変化量を助長し、この周波数の変化に
応じてゲインが上昇できる。前述と同様に、ゲイン変化
補正回路１３にはゲイン上昇機能及びフェーズトランス
ファ機能の双方が備えられているので、この双方の機能
により周波数の変化量が大きく、かつゲインの上昇率が
大きくなる。このゲインの上昇により、硬さ測定に充分
な検出電圧が得られる。
【００７２】一方、図１０に示す周波数−ゲイン特性曲
線は、ゲイン変化補正回路１３にハイパスフィルタ回路
を使用した場合において、このゲイン変化補正回路１３
の周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇ２及び機械電気振動系
の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧを示す。この硬さ測定器
は、鉄、合金等の金属、人体の骨、歯等の比較的硬い生
体組織等、特に硬質の被測定物Ｈの硬さ測定に適してい
る。すなわち、この硬さ測定器においては、硬質の被測
定物Ｈに接触要素５を接触させた場合に周波数が変化
し、この周波数の変化量を助長し、この周波数の変化に
応じてゲインが上昇できる。図１０中、硬質の被測定物
Ｈに接触要素５を接触しない状態の機械電気振動系の周
波数−ゲイン特性曲線ＭＧは周波数−ゲイン特性曲線Ｍ
Ｇ３に変化する。ゲインの上昇により、硬さ測定に充分
な検出電圧が得られる。なお、この硬さ測定器において
は、軟質の被測定物Ｈに接触要素５を接触させた場合、
機械電気振動系の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは周波数
−ゲイン特性曲線ＭＧ２に変化し、ゲインは減少する。
【００７３】＜変形例２＞図１１は本実施形態１の変形
例２に係る硬さ測定器の全体構成図である。この硬さ測
定器は、積層型圧電セラミック振動子で形成された振動
子３及び膜状のバイモルフ振動子で形成された検出素子
７を備える。この振動子３及び検出素子７は機械電気振
動系を構築する。前記振動子３を形成する積層型圧電セ
ラミック振動子は、リング形状を有する圧電セラミック
を振動伝達部材４の周囲に接着固定するとともにこの圧
電セラミックを振動伝達部材４の軸心方向に沿って複数
枚積層し構成される。積層型圧電セラミック振動子は小
型であるが、入力電圧に対して大きな振幅が得られる。
【００７４】前記バイモルフ振動子で形成された検出素
子７は振動子（積層型圧電セラミック振動子）３の外周
面に貼り付けられる。この検出素子７は膜状で形成され
るので、軽量でありかつハンドピース１のケーシング２
内において収納のためのスペースをほとんど必要としな
い。なお、検出素子７にはバイモルフ振動子に代えて同
様な膜状のＰＶＤＦフィルムで形成される振動子が使用
できる。
【００７５】このように構成される硬さ測定器において
は、積層型圧電セラミック振動子で形成された振動子３
及び膜状のバイモルフ振動子で形成された検出素子７を
備えるので、前述の図１に示す硬さ測定器で得られる作
用効果に加えて、振動子３は充分な振動振幅が得られる
ので小型軽量化でき、検出素子７は膜状で形成されるの
で同様に小型軽量化できる。従って、ハンドピース１内
部の構成素子を小型軽量化でき、ハンドピース１自体の
小型軽量化が実現できる。この結果、ハンドピース１の
操作性、つまり硬さ測定器の操作性が向上できる。
【００７６】＜変形例３＞図１２は本実施形態１の変形
例３に係る硬さ測定器の全体構成図である。この硬さ測
定器は、積層型圧電セラミック振動子で形成された振動
子３、同様に積層型圧電セラミック振動子で形成された
検出素子７及び絶縁体３Ｄを備える。この振動子３及び
検出素子７は機械電気振動系を構築する。前記振動子３
を形成する積層型圧電セラミック振動子は、リング形状
を有する圧電セラミックを振動伝達部材４の周囲に接着
固定するとともにこの圧電セラミックを振動伝達部材４
の軸心方向に沿って複数枚積層し構成される。積層型圧
電セラミック振動子は前述の通り小型であるが、入力電
圧に対して大きな振動振幅が得られる。
【００７７】前記検出素子７を形成する積層型圧電セラ
ミック振動子は、振動子３よりも接触要素５側に配置さ
れ、振動子３と同様にリング形状を有する圧電セラミッ
クを振動伝達部材４の周囲に接着固定するとともにこの
圧電セラミックを振動伝達部材４の軸心方向に沿って複
数枚積層し構成される。
【００７８】前記絶縁体３Ｄは振動子３と検出素子７と
の間に形成される。振動子３の積層型圧電セラミック振
動子、絶縁体３Ｄ及び検出素子７の積層型圧電セラミッ
ク振動子は一体的に製作される。
【００７９】このように構成される硬さ測定器において
は、積層型圧電セラミック振動子で形成された振動子３
及び積層型圧電セラミック振動子で形成された検出素子
７を備えるので、前述の図１に示す硬さ測定器で得られ
る作用効果に加えて、振動子３は充分な振動振幅が得ら
れるので小型軽量化でき、検出素子７も同様に小型軽量
化できる。従って、ハンドピース１内部の構成素子を小
型軽量化でき、ハンドピース１自体の小型軽量化が実現
できる。この結果、ハンドピース１の操作性、つまり硬
さ測定器の操作性が向上できる。
【００８０】＜変形例４＞図１３は本実施形態１の変形
例４に係る硬さ測定器の全体構成図である。この硬さ測
定器は、ハンドピース１の略有底円筒形状を有するケー
シング２の先端開口部にこの先端開口部を閉蓋する略半
球形状の接触要素（接触子）５を備える。接触要素５の
ケーシング２側の表面上には振動子３、検出素子７が順
次密着し取り付けられる。振動子３は、前述の図１に示
す硬さ測定器と同様に、陽極として使用される第１電極
３Ａ、陰極として使用される第２電極３Ｃ、及び第１電
極３Ａと第２電極３Ｃとの間に形成された圧電結晶体３
Ｂで形成される。検出素子７は陰極として使用される第
１電極７Ａ、陽極として使用される第２電極７Ｃ、及び
前記第１電極７Ａと第２電極７Ｃとの間に形成された圧
電結晶体７Ｂで形成される。これら振動子３の第１電極
３Ａ、圧電結晶体３Ｂ、第２電極３Ｃ、検出素子７の第
１電極７Ａ、圧電結晶体７Ｂ及び第２電極７Ｃの各層は
例えば半導体製造技術のスパッタリング法等の成膜技術
を利用することにより簡易に製作でき、かつ微細パター
ンで製作できる。振動子３、検出素子７の積層順序は逆
でもよい。また、振動子３、検出素子７は、それぞれ圧
電セラミック材、水晶発振材等の圧電材料を薄板形状で
切り出しこの圧電材料を接着剤で貼り合わせることによ
り簡易に製作できる。
【００８１】このように構成される硬さ測定器において
は、略半球形状の接触要素５を備え、この接触要素５の
ケーシング２側の表面上に直接振動子３、検出素子７を
一体的に取り付けたので、機械電気振動系の機械振動系
の部分、つまり被測定物Ｈに接触する測定部分の大幅な
小型軽量化が実現できる。振動子３、検出素子７のそれ
ぞれの製作に前述した半導体製造技術を応用すれば、測
定部分はかなり小型に製作することができ、例えば生体
組織等の微小な被測定物Ｈの硬さ測定が実現できる。
【００８２】なお、本実施形態に係る硬さ測定器におい
て、接触要素５と振動子３とを一体的に形成し、振動子
３の振動が直接被測定物Ｈに伝達される構成が採用でき
る。さらに、本実施形態に係る硬さ測定器において、自
励発振回路１１の帰還ループに代えてフェーズロックル
ープ（PLL:phase−lock loop）回路の帰還ループが採用
できる。
【００８３】実施形態２ 本実施形態２は、周波数偏差回路を利用した硬さ測定器
であって、人体等の生体組織の硬さ測定を行う体内触診
用硬さ測定器について説明する。
【００８４】＜体内触診用硬さ測定器のシステム構成＞
図１４は本実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器の全
体構成図である。体内触診用硬さ測定器はプロープ本体
１及びこのプローブ本体１の外部に配置された制御ユニ
ット１０を備える。
【００８５】前記体内触診用硬さ測定器のプロープ本体
１はケーシング２を備える。ケーシング２は生体内（例
えば人体内部）に挿入可能な細長い形状のパイプで形成
される。ケーシング２は生体である被測定物Ｈに接触す
る側に触診部２Ｃ、中央部分に中間部２Ｄ、測定者が把
持する部分に把持部２Ｅを有し、中間部２Ｄに対して触
診部２Ｃ、把持部２Ｅはいずれも若干大きな外径寸法で
形成される。ケーシング２は、生体内に挿入するので、
高剛性を有し耐腐食性能に優れた材料、例えばステンレ
ス鋼で形成される。
【００８６】前記ケーシング２の触診部２Ｃ内部には超
音波振動を発生する振動子３及び検出素子（振動検出素
子）７が配設される。振動子３は、前述の実施形態１に
係る硬さ測定器と同様に、例えば圧電セラミック振動子
で形成される。振動子３には生体内の生体組織である被
測定物Ｈに接触しこの被測定物Ｈの硬さを検出する接触
要素（触診部材）５が機械的に連設される。接触要素５
の先端部はケーシング２の触診部２Ｃの先端開口部から
突出し、この接触要素５の最先端部は半球形状で形成さ
れる。従って、接触要素５は点接触から面接触までの広
い範囲で被接触物Ｈに接触できる。前記検出素子７は振
動子３に取り付けられ固定され、この検出素子７は振動
子３の振動を検出する。検出素子７は振動子３と同様に
例えば圧電セラミック振動子で形成される。検出素子７
は前述の実施形態１に係る硬さ測定器で説明したように
振動子３と一体的に形成する。また、検出素子７には振
動子３と別部材で形成しこの振動子３を機械的に結合し
たものが使用できる。
【００８７】前記ケーシング２の触診部２Ｃ内部には、
触診部２Ｃの内壁と振動子３及び検出素子７との間に弾
性部材６が設けられる。この弾性部材６は、振動子３、
検出素子７及び接触要素５を含む機械振動系を保持する
とともに、この機械振動系の振動のケーシング２側への
伝達を吸収する。弾性部材６は例えばシリコンゴムで形
成される。また、弾性部材６は、ウレタン樹脂、フッ素
ゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）のいずれかの振動吸収材
料で形成できる。
【００８８】前記制御ユニット１０は自励発振回路１
１、ゲイン変化補正回路１３、周波数カウンタ回路１
５、コントローラ回路１６、モニタ１７及びファイバー
スコープユニット１８を備える。前記制御ユニット１０
の自励発振回路１１は増幅回路１２を備える。増幅回路
１２は本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器において
はケーシング２の把持部２Ｅ内部に配設される。増幅回
路１２の入力端子は検出素子７の出力端子に接続され、
増幅回路１２の出力端子はゲイン変化補正回路１３を介
し振動子３の入力端子に接続される。つまり、増幅回路
１２は、検出素子７から出力される振動情報を増幅し、
この増幅された振動情報を振動子３に帰還する帰還ルー
プを構築する。前述の振動子３、検出素子７及び接触要
素５を含む機械振動系は自励発振回路１１を含む電気振
動系とともに機械電気振動系を構築する。この機械電気
振動系は、自励発振回路１１により振動子３を共振状態
で振動させ、この振動子３の振動により接触要素５を振
動させる。そして、接触要素５が被測定物Ｈに接触する
と被測定物Ｈの機械的インピーダンス又は音響インピー
ダンスにより振動子３の振動モードが変化し、機械電気
振動系の周波数特性が変化するので、この周波数特性の
変化から被測定物Ｈの硬さが測定できる。
【００８９】前記ゲイン変化補正回路１３は増幅回路１
２と振動子３との間に組み込まれる。ゲイン変化補正回
路１３は、前述の実施形態１に係る硬さ測定器と基本動
作原理は同様で、機械電気振動系の周波数特性の変化に
対してゲインを上昇させるゲイン上昇機能を備える。勿
論、ゲイン変化補正回路１３は、自励発振回路１１の入
出力合成位相差を零に調節し帰還発振を促進するフェー
ズトランスファ機能を備える。
【００９０】前記周波数カウンタ回路１５の入力端子は
ゲイン変化補正回路１３の出力端子に接続される。周波
数カウンタ回路１５は機械電気振動系の周波数を計測す
る。
【００９１】前記コントローラ回路１６の入力端子は周
波数カウンタ回路１５の出力端子に接続される。コント
ローラ回路１６は画像生成機能を有する。共振振動状態
の接触要素５を被測定物Ｈに接触させる前、接触させた
状態のそれぞの機械電気振動系の周波数の変化が前記周
波数カウンタ回路１５で計測されると、この計測データ
に基づきコントローラ回路１６は機械電気振動系の周波
数の変化を検出する。そして、このコントローラ回路１
６において被測定物Ｈの機械的特性である硬さ情報が求
められる。
【００９２】前記ファイバースコープユニット１８、モ
ニタ１７はそれぞれコントローラ回路１６に接続され
る。ファイバースコープユニット１８は生体内の硬さを
測定する部分を撮像しこの撮像により得られた画像デー
タ（内視鏡像又は観察像を生成する画像データ）をコン
トローラ回路１６に出力する。本実施形態２に係る体内
触診用硬さ測定器において、ファイバースコープユニッ
ト１８には内視鏡装置が使用される。モニタ１７におい
ては、ファイバースコープユニット１８からの画像デー
タと周波数カウンタ回路１５からの計測データに基づい
て得られる被測定物Ｈの硬さ情報とがコントローラ回路
１６において合成され、この合成された硬さ情報が画像
として表示される。図１５は前記モニタ１７の画像表示
状態を示す図である。本実施形態に係る体内触診用硬さ
測定器において、モニタ１７はそれぞれ分割された２つ
の内視鏡像表示画面１７Ａ及び硬さ情報表示画面１７Ｂ
を備える。内視鏡像表示画面１７Ａにおいては、ファイ
バースコープユニット１８で観察される内視鏡像が表示
される。例えば、同図１５に示すように、内視鏡像表示
画面１７Ａにおいては、被測定物Ｈの表面にプローブ本
体１の接触要素５が接触している状態が表示される。ま
た、硬さ情報表示画面１７Ｂにおいては、被測定物Ｈの
硬さと柔らかさの度合を示すグラフが表示される。図１
６は前記モニタ１７の他の画面表示状態を示す図であ
る。図１６に示すように、モニタ１７には２つの内視鏡
像表示画面１７Ａ及び硬さ情報表示画面１７Ｂを備え、
内視鏡像表示画面１７Ａの特定の領域（例えば、左下領
域）内に硬さ情報表示画面１７Ｂが重ね合わされる。
【００９３】図１７は前述の機械電気振動系の周波数特
性及びゲイン変化補正回路１３の周波数特性を示す周波
数−ゲインーアドミタンス特性曲線図である。図１７
中、横軸は周波数を示し、縦軸はゲイン、振動系アドミ
タンスのそれぞれを示す。特性曲線ＭＧは、接触要素５
が被測定物Ｈに接触しない状態において、ゲイン変化補
正回路１３を除く機械電気振動系の周波数−ゲイン特性
曲線（周波数−アドミタンス特性曲線）である。特性曲
線１３Ｇはゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイン特
性曲線である。本実施形態２に係る体内触診用硬さ測定
器のゲイン変化補正回路１３は前述の実施形態１に係る
ゲイン変化補正回路１３と同様に例えばバンドパスフィ
ルタ回路が使用され、ゲイン変化補正回路１３の特性曲
線１３Ｇは機械電気振動系のゲインが周波数の変化に対
して変化する周波数帯域に設定される。すなわち、ゲイ
ン変化補正回路１３の周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇの
ゲイン極大値１３ＧＰを示す中心周波数ｆ2 は、機械電
気振動系の特性曲線ＭＧのゲイン極大値（アドミタンス
極大値）Ｐ１を示す中心周波数ｆ1 よりも低い周波数帯
域に設定される。従って、接触要素５を被測定物Ｈに接
触した状態においては、中心周波数ｆ1 よりも低い周波
数で中心周波数ｆ2 よりも高い周波数の範囲で機械電気
振動系は共振状態になる。
【００９４】プローブ本体１の接触要素５が柔らかい生
体組織である軟質の被測定物Ｈにある程度の面積を持っ
て接触した場合、ゲイン変化補正回路１３を備えていな
い従来の硬さ測定器においては、機械電気振動系の周波
数−ゲイン特性曲線ＭＧは周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ
４に変化する。この周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ４にお
いては、被測定物Ｈの音響インピーダンスが低いので、
ゲイン極大値Ｐ４が示す共振周波数ｆ4 が低下し、ゲイ
ンも減少する。このような現象については下記文献に記
載がある。尾股定夫著、医用電子と生体工学、「軟組織
のコンプライアンス特性測定用圧電型トランスジューサ
の試作」、第２４巻５号、１９８６年９月、第３８頁−
第４２頁。
【００９５】本実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器
において、プローブ本体１の接触要素５が生体組織であ
る被測定物Ｈに接触しない状態の機械電気振動系が周波
数−ゲイン特性曲線ＭＧ５を有するものとする。周波数
−ゲイン特性曲線ＭＧ５はゲイン極大値Ｐ５を持ち、こ
のゲイン極大値Ｐ５は中心周波数ｆ5 を示す。被測定物
Ｈに接触要素５をある程度の面積で接触させると、周波
数−ゲイン特性曲線ＭＧ５は周波数−ゲイン特性曲線Ｍ
Ｇ６に変化する。すなわち、被測定物Ｈの音響インピー
ダンスが低いので、中心周波数ｆ5 は低い周波数帯域側
にシフトし共振周波数ｆ6 で安定する。さらに、機械電
気振動系において、ゲイン変化補正回路１３のゲイン上
昇機能及びフェーズトランスファ機能によりゲイン変化
補正回路１３の周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇに沿って
ゲインが上昇し、ゲイン極大値Ｐ５が得られる。このゲ
インの上昇により、硬さ測定に充分な検出電圧が得られ
る。
【００９６】＜体内触診用硬さ測定器の使用方法＞次
に、本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器の使用方法
について、人体の胸腔内の肺臓器を被測定物Ｈとしこの
被測定物Ｈの硬さを医学的見地から測定する場合を説明
する。図１８は本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器
のシステム構成図である。まず、人体（患者）の胸壁部
Ｘの体表面に設けられた内視鏡挿入孔を通してファイバ
ースコープユニット１８が胸腔内に挿入される。ファイ
バースコープユニット１８は胸腔内の内視鏡観察像を画
像データとしてコントローラ回路１６に送り、このコン
トローラ回路１６はモニタ１７の内視鏡像表示画面１７
Ａ（図１５、図１６参照）に内視鏡像を表示する。この
モニタ１７の内視鏡像表示画面１７Ａを観察することに
より、測定者はファイバースコープユニット１８の視野
内において内視鏡像の観察を行える。
【００９７】次に、人体の胸腔部Ｘの体表面の別の場所
に設けられたプローブ挿入孔にトラカール１９が刺入さ
れ、このトラカール１９を通して本実施形態に係る体内
触診用硬さ測定器のプローブ本体１が胸腔内に挿入され
る。そして、モニタ１７の内視鏡像表示画面１７Ａを観
察しながら、測定者は胸腔内に挿入されたプロープ本体
１の先端側に設けられた接触要素５を目的とする体内の
被測定物Ｈ、つまり肺臓器に接触させる。内視鏡像表示
画面１７Ａには目的とする被測定物Ｈに接触要素５を接
触させた状態の内視鏡像が観察できる。本実施形態に係
る体内触診用硬さ測定器においては、接触要素５を被測
定物Ｈに接触させると同時に、機械電気振動系の周波数
の変化により硬さが測定でき、この硬さの測定結果は硬
さ情報としてモニタ１７の硬さ情報表示画面１７Ｂに表
示される。
【００９８】図１９は前記プローブ本体１の操作方法を
説明する被測定物Ｈ部分の生体組織断面図、図２０は生
体組織の断面に対応した硬さ情報を表わす硬さ情報表示
画面の拡大図である。図１９に示すように、プローブ本
体１の接触要素５は被測定物Ｈの表面に接触させた状態
で矢印方向にスライドさせ、体内触診用硬さ測定器はこ
のスライド操作を行った領域において被測定物Ｈの硬さ
を測定する。肺臓器（被測定物Ｈ）の表面又は肺組織の
深部に癌組織等の腫瘍部Ｙが存在する場合、正常な肺組
織の硬さに比べて腫瘍部Ｙの組織は通常硬い。従って、
プローブ本体１の接触要素５が正常な肺組織から腫瘍部
Ｙにスライドした時点で、図２０に示すように硬さ情報
表示画面１７Ｂに表示される被測定物Ｈの硬さが増加
し、肺組織に存在する腫瘍部Ｙが検出できるとともに、
腫瘍部Ｙの位置が特定できる。
【００９９】なお、本実施形態に係る体内触診用硬さ測
定器は、肺臓器の硬さ測定の他に、肝臓器の硬さ測定つ
まり肝硬変の硬さ測定、筋肉組織の硬さ測定等に使用で
きる。すなわち、体内診断用硬さ測定器は体内の生体組
織の中で使用する部位が特定されるものではない。さら
に、本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器は動植物の
生体組織の硬さ測定にも使用できる。
【０１００】このように本実施形態に係る体内触診用硬
さ測定器においては、前述の実施形態１に係る硬さ測定
器と同様にゲイン変化補正回路１３を備え、このゲイン
変化補正回路１３のゲイン上昇機能及びフェーズトラン
スファ機能により周波数の変化に対してゲインを上昇さ
せ、硬さ測定に充分な検出電圧が得られるので、被測定
物Ｈのわずかな硬さの違いが測定でき、正確な硬さ測定
が行える。しかも、材質は異なるが同様な硬さで同様な
共振周波数を有する被測定物Ｈの硬さ測定においても、
わずかな位相差が存在すればゲイン変化補正回路１３の
フェーズトランスファ機能により自励発振回路１１の入
出力合成位相差が零になる帰還発振の安定点まで周波数
を変化しかつゲインを上昇するので、硬さ測定に充分な
検出電圧が得られる。さらに、軟質、硬質の硬さを問わ
ず、様々な硬さを持つ被測定物の硬さ測定においても、
周波数を変化し、周波数の変化量を助長し、この周波数
の変化量に応じてゲインを上昇できるので、硬さ測定に
充分な検出電圧が得られる。従って、軟質の被測定物Ｈ
から硬質の被測定物Ｈまでの広い範囲において硬さ測定
が実現できる。つまり、硬さ測定器において、機械電気
振動系の実効共振周波数帯域が広帯域化され、あらゆる
硬さの被測定物Ｈの硬さ測定が実現できる。
【０１０１】さらに、本実施形態に係る体内触診用硬さ
測定器においては、抵抗素子、容量素子等を単純に組み
合わせたフィルタ回路でゲイン変化補正回路１３が簡易
に実現できるので、複雑な回路構成を備える必要がな
く、シンプルなシステム構成で、しかも安価に製作する
ことができる。
【０１０２】さらに、本実施形態に係る体内触診用硬さ
測定器においては、体内に挿入されるプローブ本体１の
接触要素５と体内の生体組織（被測定物Ｈ）との接触に
よって生体組織の表面又は生体組織の深部に存在する腫
瘍部Ｙが検出でき、この腫瘍部Ｙの存在位置が特定でき
る。従って、癌、腫瘍、肝硬変等の医学的診断が簡易に
実現でき、しかも医師が直接手で触れる触診を行えない
患者の体内の生体組織においても本実施形態に係る体内
触診用硬さ測定器は医師の触診と同様な触診を実現で
き、簡易にかつ高精度に医学的診断が行える。診断の結
果、医学的予防が即座に講じられる。
【０１０３】さらに、本実施形態に係る体内触診用硬さ
測定器においては、制御ユニット１０のモニタ１７に２
つの内視鏡像表示画面１７Ａ及び硬さ情報表示画面１７
Ｂを備えたので、プローブ本体１の接触要素５と体内の
生体組織（被測定物Ｈ）との接触状態を内視鏡像表示画
面１７Ａで表示される内視鏡像により確認しつつ、生体
組織の硬さ測定作業（医学的診断作業）が行える。従っ
て、体内の生体組織の硬さ測定箇所を間違えることがな
く、安全にかつ効率良く硬さ測定が行える。
【０１０４】＜体内触診用硬さ測定器の応用例＞前述の
本実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器は、体内の生
体組織に限定されるものではなく、体外の皮膚の硬さを
測定する体外診断用硬さ測定器として使用できる。この
体外診断用硬さ測定器は、例えば、電気メス、レーザ治
療器又は高周波治療器により皮膚等の生体組織を凝固し
た治療部位を被測定物Ｈとし、この被測定物Ｈの硬さを
測定できる。すなわち、治療部位の硬さ測定を継続して
行うことにより、治療部位の治療後の回復具合が容易に
診断できる。
【０１０５】さらに、本実施形態に係る体内触診用硬さ
測定器、体外診断用硬さ測定器はいずれも前述の実施形
態１に係る硬さ測定器と同様に、圧電セラミック振動子
に代えて、振動子３に積層型圧電セラミック振動子、バ
イモルフ振動子、水晶発振子、ＰＶＤＦで形成された振
動子、磁歪素子、ＳＡＷのいずれかが使用できる。ま
た、検出素子７についても同様な変形が行える。同様
に、ゲイン変化補正回路１３についても、ローパスフィ
ルタ回路、ハイパスフィルタ回路、ノッチフィルタ回
路、積分回路、微分回路、ピーキング増幅回路のいずれ
かが使用できる。さらに、ゲイン変化補正回路１３に
は、アクティプフィルタ回路、パッシブルフィルタ回路
のいずれかが使用できる。
【０１０６】＜変形例１＞本実施形態２の変形例１に係
る体内触診用硬さ測定器は、ハンドピース１に代えてプ
ローブ本体１が使用され、このプロープ本体１の先端部
分の形状及び接触要素５の形状を代えたものである。図
２１は体内触診用硬さ測定器のプローブ本体１先端部分
の一部断面図である。体内触診用硬さ測定器の接触要素
５は生体組織に刺入可能な接触針で形成される。プロー
プ本体１の触診部２Ｃの被測定物Ｈ側の先端には細管形
状の外針２Ｆが形成される。外針２Ｆは接触要素５であ
る接触針の周囲を覆いこの接触針を保護する。この外針
２Ｆのさらに被測定物Ｈ側の最先端部分には穿刺刃２Ｇ
が形成される。穿刺刃２Ｇは、外針２Ｆの軸心に対して
斜めで鋭角的に外針２Ｆを切欠し、生体組織に穿刺可能
な形状で形成される。接触要素（接触針）５の最先端部
分のみが穿刺刃２Ｇの外部に突出する。接触要素５の最
先端部分以外の部分は外針２Ｆの内部に収納されてお
り、接触要素５の最先端部分のみが生体組織である被測
定物Ｈに接触できる。
【０１０７】前記外針２Ｆの内部中央部分には保持部材
６Ａが配設される。保持部材６Ａは、接触要素５を外針
２Ｆの軸心位置に位置決めするとともに、接触要素５と
外針２Ｆとの接触を防止する。さらに、保持部材６Ａ
は、外針２Ｆの管内部を塞ぎ、外部からの異物がプロー
プ本体１内部に侵入することを防止する。さらに、保持
部材６Ａは、振動子３、検出素子７のそれぞれとケーシ
ング２との間に配設される保持部材６と同様に、機械振
動系の共振周波数の節となる位置に配置され、外針２Ｆ
等、ケーシング２に振動が伝達されることなく、接触要
素５だけを振動できる。
【０１０８】なお、体内触診用硬さ測定器において、接
触要素５、外針２Ｆ、穿刺刃２Ｇ及び保持部材６Ａ以外
の構成は前述の実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器
の構成と同様である。
【０１０９】次に、前述の体内触診用硬さ測定器の使用
方法について説明する。図２２は触診作業手順を各手順
毎に示すプローブ本体１及び被測定物Ｈ（生体組織）の
要部断面図である。体内触診用硬さ測定器は、触診手順
（Ａ）−（Ｃ）に従い、プローブ本体１の外針２Ｆを被
測定物Ｈである生体組織の表面から生体組織内部に穿刺
することにより、生体組織の硬さ測定を行う。外針２Ｆ
の最先端部分には穿刺刃２Ｇが形成されているので、生
体組織への穿刺がスムースに行える。本実施形態２の変
形例１に係る体内触診用硬さ測定器においては、外針２
Ｆの内部に収納され、穿刺刃２Ｇから突出する接触要素
（接触針）５に接触する部分の生体組織の硬さが測定さ
れる。触診手順（Ｃ）の段階は生体組織の深部に存在す
る腫瘍部Ｙに接触要素５が接触した状態を示す。前述の
本実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器において説明
したように、接触要素５が接触する生体組織の硬さが変
化すると機械電気振動系の周波数が変化する。ゲイン変
化補正回路１３はこの機械電気振動系の周波数の変化に
対してゲインを上昇させ、生体組織の硬さ測定に充分な
検出電圧が得られる。生体組織の硬さは最終的にはモニ
タ１７の硬さ情報表示画面１７Ｂにグラフ画面として表
示される。
【０１１０】図２３は前記モニタ１７の硬さ情報表示画
面１７Ｂに表示されるグラフ画面を示す図である。縦軸
は被測定物（生体組織）Ｈの硬さを示し、横軸は被測定
物Ｈの表面からの深さを示す。外針２Ｆの穿刺刃２Ｇを
被測定物Ｈに穿刺する初期の触診手順（Ａ）の段階にお
いては、生体組織の表面が外針２Ｆにより押され生体組
織の表面が引っ張られ生体組織の表面が硬くなり、この
表面が硬くなった部分に接触要素５が接触するので、硬
さが硬くなった状態が測定される。外針２Ｆを被測定物
Ｈに穿刺している間である触診手順（Ｂ）の段階におい
ては、生体組織の内部組織に接触要素５が接触しながら
接触要素５が生体組織の内部に穿刺されるので、硬さが
柔らかい一定の状態が測定される。接触要素５が腫瘍部
Ｙに接触しさらに腫瘍部Ｙの内部に穿刺する触診手順
（Ｃ）の段階においては、前述の触診手順（Ａ）の段階
と同様に、まず正常な生体組織と腫瘍部Ｙとの境界部分
で外針２Ｆの穿刺刃２Ｇが腫瘍部Ｙの組織表面を引っ張
り、腫瘍部Ｙの組織表面が硬くなった部分に接触要素５
が接触するので、硬さが硬くなった状態が測定される。
そして、腫瘍部Ｙの組織内部に接触要素５が穿刺され、
腫瘍部Ｙの硬さが一定な状態が測定される。前述のよう
に、腫瘍部Ｙの硬さは正常な生体組織の硬さに比べて若
干硬く、この硬さの違いが本実施形態２に係る体内触診
用硬さ測定器により確実に測定できる。
【０１１１】プローブ本体１の外針２Ｆと被測定物Ｈで
ある生体組織との接触状態、例えば前述のように外針２
Ｆが肺臓器の表面の生体組織に穿刺される状態は、ファ
イバースコープユニット１８によりモニタ１７の内視鏡
像表示画面１７Ａに内視鏡像として観察される（図１
４、図１５及び図１８参照）。従って、肺臓器の表面の
外針２Ｆの穿刺位置が内視鏡像表示画面１７Ａで観察さ
れ、この観察下において硬さ情報表示画面１７Ｂに肺臓
器の深方向の硬さが測定できるので、腫瘍部Ｙの存在が
確実に検出できるとともに、この腫瘍部Ｙの表面上の位
置、表面からの深さがいずれも特定できる。
【０１１２】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、プローブ本体１の接触要素５を接触針で
形成し、この接触針の周囲をカバーするとともに最先端
部に穿刺刀２Ｇを有する外針２Ｆを備えたので、接触要
素５を生体組織の深部組織に穿刺することができ、生体
組織の深部組織の硬さ情報を直接得ることができる。本
実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器は前述のように
わずかな硬さの違いでも生体組織の硬さ測定に充分な検
出電圧が得られる。そして、接触要素５により直接生体
組織の深部組織の硬さを測定することにより、高い精度
で生体組織の病変部分が検出できる。従って、高精度の
医学的診断が実現できる。
【０１１３】さらに、本実施形態に係る体内触診用硬さ
測定器においては、モニタ１７に２つの内視鏡像表示画
面１７Ａ及び硬さ情報表示画面１７Ｂを備えたので、生
体組織に外針２Ｆを介して接触要素５を接触させる実際
の位置を内視鏡像表示画面１７Ａで表示される内視鏡像
で確認しながら生体組織の硬さ、特に生体組織の深部組
織の硬さが測定できる。従って、生体組織の測定位置を
間違えることなく安全に触診作業が行えるとともに、効
率良く触診作業が行える。
【０１１４】本実施形態の変形例２に係る体内触診用硬
さ測定器は、肺臓器の生体組織の硬さ測定、また前述の
ように肝臓器の生体組織の硬さ測定に限るものではな
く、例えば甲状線の生体組織の硬さ測定（医学的診断）
にも使用できる。甲状線の生体組織の硬さ測定を行う場
合は、皮膚表面から甲状線に向かって外針２Ｆを穿刺
し、甲状線の生体組織を接触要素５に接触させる。この
甲状線の生体組織に接触要素５が接触することにより、
モニタ１７の硬さ情報表示画面１７Ｂに甲状線の硬さ情
報が表示される。なお、甲状線の生体組織の硬さ測定に
おいては、ファイバースコープユニット１８は必要とし
ない。
【０１１５】＜変形例２＞本実施形態２の変形例２に係
る体内触診用硬さ測定器は、前述の変形例１に係る体内
触診用硬さ測定器のプローブ本体１を軟性プロープ本体
１に代えたものである。図２４は本実施形態２の変形例
２に係る体内触診用硬さ測定器の全体構成図である。体
内触診用硬さ測定器は人体の体腔内に挿入可能な軟性プ
ローブ本体１を備える。軟性プローブ本体１の触診部２
Ｃは、体腔内に挿入でき、湾曲可能なフレキシブル性を
有する軟性チューブで形成される。この軟性チューブに
は例えばフッ素樹脂チューブが使用される。また、軟性
チューブとしては、ポリ塩化ビニールチューブ、ポリウ
レタンチューブ、コイルシースチューブのいずれかが使
用できる。
【０１１６】軟質プローブ本体１は基本的には前述の触
診部２Ｃ及び把持部２Ｅを備え、把持部２Ｅの内部には
前述の実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器と同様に
自励発振回路１１の増幅回路１２が内蔵される。図２５
は前記軟性プローブ本体１の触診部２Ｃの拡大断面図で
ある。軟性チューブで形成された触診部２Ｃは先端側
（被測定物Ｈ側）の軸心部分に超音波振動を行う振動子
３が配設される。触診部２Ｃの最先端側には被測定物Ｈ
に接触する接触要素５が設けられる。接触要素５は半球
形状で形成され、触診部２Ｃの最先端部分よりも被測定
物Ｈ側に突出する。接触要素５には振動子３が連接さ
れ、振動子３からの超音波振動が接触要素５に伝達され
る。
【０１１７】前記振動子３は検出素子７に接続され、こ
の検出素子７は振動子３の振動を検出する。検出素子７
は軟性プローブ本体１の把持部２Ｅの内部に配設された
自励発振回路１１の増幅回路１２に接続される。
【０１１８】前記軟性チューブで形成された触診部２Ｃ
においては、振動子３、検出素子７及び接触要素５を含
む機械振動系を保持する保持部材６が配設される。保持
部材６は、前述の実施形態２に係る体内触診用硬さ測定
器の保持部材と同様に、機械振動系を触診部２Ｃの軸心
部に保持するとともに機械振動系の振動の触診部２Ｃへ
の伝達を防止する。ここで説明する体内触診用硬さ測定
器において、保持部材６は断面に円形形状を有するリン
グ形状の保持部材を使用し、振動子３と保持部材６との
間の接触面積、保持部材６と触診部２Ｃの内壁との間の
接触面積がいずれも小さくなる設定がなされている。つ
まり、触診部２Ｃに対して振動子３が柔軟な状態に保持
され、触診部２Ｃが湾曲して使用されても過度に振動子
３が圧迫されないので、振動子３の振動が外部から影響
されない。保持部材６は、例えばシリコンゴム、ＮＢＲ
ゴム等のゴム材料、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂等の
樹脂材料で形成される。
【０１１９】図２６は前記軟性プローブ本体１が組み込
まれたファイバースコープユニット１８とこのファイバ
ースコープユニット１８が挿入された生体組織の断面を
示す図である。前記体内触診用硬さ測定器の軟性チュー
ブで形成された触診部２Ｃはファイバースコープユニッ
ト１８の処理具導通チャンネル１８Ａに挿入され、この
処理具導通チャンネル１８Ａを通して触診部２Ｃは体腔
内に導かれる。ファイバースコープユニット１８には消
化管用ビデオスコープ、消化管用ファイバースコープ等
の軟性構造を有するファイバースコープユニットが使用
される。前記ファイバースコープユニット１８は体腔内
に挿入可能な挿入部１８Ｂを備える。この挿入部１８Ｂ
の体腔内挿入側の先端には可撓管部１８Ｃを介在し先端
部１８Ｄが連結される。可撓管部１８Ｃは挿入部１８Ｂ
と先端部１８Ｄとの間を連結するとともに挿入部１８Ｂ
に対して先端部１８Ｄを自在に湾曲変形できる。先端部
１８Ｄの最先端面には、前述の処理具導通チャンネル１
８Ａとともに、照明光を導くライトガイドの照明用窓１
８Ｅ、観察光学系に連結された観察窓１８Ｆがそれぞれ
設けられる。前記軟性プローブ本体１の軟性チューブで
形成された触診部２Ｃは軟性構造を有するファイバース
コープユニット１８の処理具導通チャンネル１８Ａに挿
入できる外径サイズで形成される。
【０１２０】なお、体内触診用硬さ測定器において、前
記軟性プローブ本体１及び軟性構造を有するファイバー
スコープユニット１８以外の構成は前述の実施形態２に
係る体内触診用硬さ測定器の構成と同様である。
【０１２１】次に、前記体内触診用硬さ測定器の使用方
法について説明する。体内触診用硬さ測定器は例えば食
道静脈瘤患者の食道を被測定物Ｈとしその食道内壁の生
体組織表面の硬さ測定を行う。まず、前記第２６図に示
すように、患者の食道内に軟性のファイバースコープユ
ニット１８の挿入部１８Ｂを経口的に挿入し、ファイバ
ースコープユニット１８によりモニタ１７の内視鏡像表
示画面１７Ａに表示される内視鏡像に基づき食道内壁を
観察する。食道内壁の観察により食道内壁に静脈瘤Ｚが
発見されると、ファイバースコープユニット１８の挿入
部１８Ｂの処理具導通チャンネル１８Ａに軟性プローブ
本体１の触診部２Ｃを挿入する。軟性プローブ本体１の
触診部２Ｃの先端部分は処理具導通チャンネル１８Ａの
先端開口部より食道内に突出させ、静脈瘤Ｚ（被測定物
Ｈ）に接触要素５を接触させる。軟性構造のファイバー
スコープユニット１８は可撓管部１８Ｃの湾曲変形操作
により先端部１８Ｄの向きを自在に変えられ、先端部１
８Ｄは内視鏡像を観察したい方向に、かつ接触要素５を
接触させたい方向に自由に方向を変えられる。
【０１２２】前記接触要素５が静脈瘤Ｚに接触すると、
前記図２４に示す周波数カウンタ回路１５で機械電気振
動系の周波数が計測される。この周波数カウンタ回路１
５の計測データに基づき、静脈瘤Ｚに接触要素５を接触
させた状態における機械電気振動系の周波数の変化をコ
ントローラ回路１６により検出し、静脈瘤Ｚの硬さ情報
を得る。さらに、ファイバースコープユニット１８から
送られる食道内壁の内視鏡像の画像データと周波数カウ
ンタ回路１５から送られる計測データに基づいて得られ
る静脈瘤Ｚの硬さ情報とがコントローラ回路１６で合成
され、モニタ１７に内視鏡像、硬さ情報がそれぞれ表示
される。前述の体内触診用硬さ測定器のモニタ１７（図
１５、図１６参照）と同様に、モニタ１７には２つの内
視鏡像表示画面１７Ａ及び硬さ情報表示画面１７Ｂを備
え、内視鏡像表示画面１７Ａには静脈瘤Ｚを含む内視鏡
像が表示され、硬さ情報表示画面１７Ｂには静脈瘤Ｚの
硬さ情報が表示される。
【０１２３】本実施形態２の変形例２に係る体内触診用
硬さ測定器は、食道だけに限るものではなく、前立線の
生体組織の硬さ測定にも使用できる。すなわち、軟性プ
ローブ本体１の接触要素５を経尿道鏡的に前立線（被測
定物Ｈ）に接触し、接触要素５を前立線に接触させた状
態で機械電気振動系の周波数の変化を周波数カウンタ回
路１５で計測することにより、前立線の生体組織の硬さ
測定が行える。硬さ測定結果はモニタ１７の硬さ情報表
示画面１７Ｂに表示される。モニタ１７の内視鏡像表示
画面１７Ａには前立線の内視鏡像が表示される。
【０１２４】さらに、体内触診用硬さ測定器は膀胱の生
体組織の硬さ測定にも使用できる。すなわち、軟性プロ
ーブ本体１の接触要素５を経尿道鏡的に膀胱（被測定物
Ｈ）の内部まで挿入し、接触要素５を膀胱の内壁に接触
させた状態で機械電気振動系の周波数の変化を周波数カ
ウンタ回路１５で計測することにより、膀胱の生体組織
の硬さ測定が行える。硬さ測定結果はモニタ１７の硬さ
情報表示画面１７Ｂに表示される。モニタ１７の内視鏡
像表示画面１７Ａには膀胱内壁の内視鏡像が表示され
る。本実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器により、
前立線、膀胱のそれぞれの生体組織の硬さ測定を行うこ
とにより、前立線肥大症の進行度について医学的診断が
行える。本実施形態２に係る体内触診用硬さ測定器は、
人体の肺臓器、肝臓器、食道、前立線、膀胱のいずれか
に限るものではなく、人体のあらゆる生体組織の硬さ測
定が行え、医学的診断が行えるとともに、この医学的診
断に基づき適切な治療、予防が行える。
【０１２５】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、軟性プローブ本体１を備え、この軟性プ
ローブ本体１の触診部２Ｃが湾曲変形を自在に行える軟
性チューブで形成されるので、軟性構造を有するファイ
バースコープユニット１８の挿入部１８Ｂの処理具導通
チャンネル１８Ａを通して体腔内に接触要素５が挿入で
きる。ファイバースコープユニット１８は挿入部１８Ｂ
の先端側に可撓管部１８Ｃを備え、この可撓管部１８Ｃ
は先端部１８Ｄを自由に湾曲変形できるので、この先端
部１８Ｄの湾曲変形に従い接触要素５は体腔内を自由に
動き回れる。すなわち、ファイバースコープユニット１
８の先端部１８Ｄの先端端面に配設された照明窓１８Ｅ
及び観察窓１８Ｆを自由に病変部分に向けることができ
るとともに、接触要素５を病変部分に確実に接触させ病
変部分の硬さを測定することができる。従って、体内触
診用硬さ測定器を使用することにより、体腔内の生体組
織の診断が精度良くかつ簡易に行える。
【０１２６】さらに、体内触診用硬さ測定器は体腔内に
挿入できる軟性プローブ本体１を備え、患者に苦痛を伴
う開腹手術を施すことなく、患者の体腔内の生体組織の
硬さが測定（医学的診断）できる。
【０１２７】さらに、体内触診用硬さ測定器において
は、モニタ１７に２つの内視鏡像表示画面１７Ａ及び硬
さ情報表示画面１７Ａを備えたので、体腔内の生体組織
（病変部分）に接触要素５を接触させる実際の位置を内
視鏡像表示画面１７Ａで表示される内視鏡像で確認しな
がら生体組織の硬さが測定できる。従って、生体組織の
測定位置を間違えることなく安全に触診作業が行えると
ともに、効率良く触診作業が行える。
【０１２８】＜変形例３＞本実施形態２の変形例３に係
る体内触診用硬さ測定器は、前述の実施形態２に係る体
内触診用硬さ測定器の制御ユニット１０の構成を一部変
更したものである。図２７は本実施形態２の変形例３に
係る体内触診用硬さ測定器の全体構成図である。体内触
診用硬さ測定器は周波数カウンタ回路１５に代えて振幅
電圧測定回路２０を備える。プローブ本体１の接触要素
５が被測定物Ｈに接触すると、被測定物Ｈの音響インピ
ーダンスにより、接触要素５が被測定物Ｈに接触する前
の機械電気振動系の共振周波数、共振振幅電圧がいずれ
も変化する。振幅電圧測定回路２０はこの機械電気振動
系の共振振幅電圧を計測する。
【０１２９】前述の図１７（周波数−ゲインーアドミタ
ンス特性曲線図）において、周波数−ゲイン特性曲線１
３Ｇで示すゲイン変化補正回路１３の中心周波数ｆ
2 が、周波数−ゲイン特性曲線ＭＧで示す機械電気振動
系の中心周波数ｆ1 に対して低い周数数帯域に設定され
ているので、接触要素５が被測定物Ｈに接触すると機械
電気振動系の周波数が変化し、この周波数の変化に対し
てゲインが上昇するともに、振幅電圧が上昇する。
【０１３０】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、前述の実施形態２に係る体内触診用硬さ
測定器で得られる作用効果と同様の作用効果が得られ
る。なお、前述の実施形態２の変形例１、変形例２のそ
れぞれに係る体内触診用硬さ測定器の周波数カウンタ回
路１５を振幅電圧測定回路２０に代えることができる。
【０１３１】＜変形例４＞本実施形態２の変形例４に係
る体内触診用硬さ測定器は、ゲイン変化補正回路１３を
バンドパスフィルタ回路からローパスフィルタ回路に代
えたものである。図２８は本実施形態２の変形例４に係
る体内触診用硬さ測定器において機械電気振動系の周波
数特性及びゲイン変化補正回路１３の周波数特性を示す
周波数−ゲインーアドミタンス特性曲線図である。横軸
は周波数を示し、縦軸はゲイン、振動系アドミタンスの
それぞれを示す。前述の図１７に示す周波数−ゲイン−
アドミタンス特性曲線図と同様に、特性曲線ＭＧは、接
触要素５が被測定物Ｈに接触しない状態で、ゲイン変化
補正回路１３を除く機械電気振動系の周波数−ゲイン特
性曲線（周波数−アドミタンス特性曲線）である。特性
曲線１３Ｇ１はゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイ
ン特性曲線である。本実施形態２の変形例４に係る体内
触診用硬さ測定器のゲイン変化補正回路１３はローパス
フィルタ回路が使用され、ゲイン変化補正回路１３の特
性曲線１３Ｇ１は機械電気振動系のゲインが周波数の変
化に対して変化する周波数帯域に設定される。すなわ
ち、ゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイン特性曲線
１３Ｇ１のゲイン極大値１３ＧＰを示す中心周波数ｆ2
は、機械電気振動系の特性曲線ＭＧのゲイン極大値Ｐ１
を示す中心周波数ｆ1 よりも低い周波数帯域に設定され
る。従って、接触要素５を被測定物Ｈに接触した状態に
おいては、中心周波数ｆ1 よりも低い周波数で中心周波
数ｆ2 よりも高い周波数の範囲で機械電気振動系は共振
状態になる。
【０１３２】プローブ本体１（前述の図１４参照）の接
触要素５が生体組織である被測定物Ｈに接触した場合、
従来技術に係る硬さ測定器においては、機械電気振動系
の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは周波数−ゲイン特性曲
線ＭＧ４に変化する。この周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ
４においては、被測定物Ｈの音響インピーダンスが低い
ので、ゲイン極大値Ｐ４が示す共振周波数ｆ4 に変化す
る。
【０１３３】本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器に
おいて、プローブ本体１の接触要素５が生体組織である
被測定物Ｈに接触しない状態の機械電気振動系が周波数
−ゲイン特性曲線ＭＧ５を有するものとする。周波数−
ゲイン特性曲線ＭＧ５はゲイン極大値Ｐ５を持ち、この
ゲイン極大値Ｐ５は中心周波数ｆ5 を示す。被測定物Ｈ
に接触要素５を接触させると、周波数−ゲイン特性曲線
ＭＧ５は周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ６に変化する。す
なわち、被測定物Ｈの音響インピーダンスが低いので中
心周波数ｆ5 は共振周波数ｆ6 に変化し、ゲイン変化補
正回路１３によりゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲ
イン特性曲線１３Ｇ１に沿ってゲインが上昇し、ゲイン
極大値Ｐ５が得られる。このゲイン上昇により硬さ測定
に充分な検出電圧が得られる。
【０１３４】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、前述の実施形態２に係る体内触診用硬さ
測定器と同様の作用効果が得られる。
【０１３５】＜変形例５＞本実施形態２の変形例５に係
る体内触診用硬さ測定器は、ゲイン変化補正回路１３を
ハイパスフィルタ回路に代えたものである。図２９は本
実施形態２の変形例５に係る体内触診用硬さ測定器にお
いて機械電気振動系の周波数特性及びゲイン変化補正回
路１３の周波数特性を示す周波数−ゲイン−アドミタン
ス特性曲線図である。横軸は周波数を示し、縦軸はゲイ
ン、振動系アドミタンスのそれぞれを示す。特性曲線Ｍ
Ｇは、接触要素５が被測定物Ｈに接触しない状態におい
て、ゲイン変化補正回路１３を除く機械電気振動系の周
波数−ゲイン特性曲線である。特性曲線１３Ｇ２はゲイ
ン変化補正回路１３の周波数−ゲイン特性曲線である。
本実施形態２の変形例５に係る体内触診用硬さ測定器の
ゲイン変化補正回路１３にはハイパスフィルタ回路が使
用される。ゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイン特
性曲線１３Ｇ２の傾きは、バンドパスフィルタ回路又は
ローパスフィルタ回路が使用される場合に対して逆の傾
きになる。すなわち、ゲイン変化補正回路１３の周波数
−ゲイン特性曲線１３Ｇ２のゲイン極大値１３ＧＰを示
す中心周波数ｆ2 は、機械電気振動系の特性曲線ＭＧの
ゲイン極大値Ｐ１を示す中心周波数ｆ1 よりも高い周波
数帯域に設定される。従って、接触要素５を被測定物Ｈ
に接触した状態においては、中心周波数ｆ1 よりも高い
周波数で中心周波数ｆ2 よりも低い周波数の範囲で機械
電気振動系は共振状態になる。
【０１３６】本実施形態２の変形例５に係る体内触診用
硬さ測定器は特に硬質の被測定物Ｈの硬さ測定に適して
いる。例えば、人体の骨、歯、爪等の比較的硬い生体組
織の硬さ測定が行える。プローブ本体１（前述の図１４
参照）の接触要素５が硬質の被測定物Ｈに接触した場
合、従来技術に係る硬さ測定器においては、機械電気振
動系の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは周波数−ゲイン特
性曲線ＭＧ４に変化する。この周波数−ゲイン特性曲線
ＭＧ４においては、被測定物Ｈの音響インピーダンスが
高いので、ゲイン極大値Ｐ４が示す共振周波数ｆ4 が高
い周波数帯域側にシフトする。
【０１３７】本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器に
おいて、プローブ本体１の接触要素５が硬質の被測定物
Ｈに接触しない状態の機械電気振動系が周波数−ゲイン
特性曲線ＭＧ５を有するものとする。周波数−ゲイン特
性曲線ＭＧ５はゲイン極大値Ｐ５を持ち、このゲイン極
大値Ｐ５は中心周波数ｆ5 を示す。硬質の被測定物Ｈに
接触要素５を接触させると、周波数−ゲイン特性曲線Ｍ
Ｇ５は周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ６に変化する。すな
わち、被測定物Ｈの音響インピーダンスが高いので中心
周波数ｆ5 は共振周波数ｆ6 に変化し、ゲイン変化補正
回路１３によりゲイン変化補正回路１３の周波数−ゲイ
ン特性曲線１３Ｇ２に沿ってゲインが上昇し、ゲイン極
大値Ｐ６が得られる。このゲイン上昇により硬さ測定に
充分な検出電圧が得られる。
【０１３８】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、前述の実施形態２に係る体内触診用硬さ
測定器と同様の作用効果が得られる。
【０１３９】さらに、前記体内触診用硬さ測定器におい
ては、患者の体内の硬い生体組織のわずかな硬さの変化
を測定することができる。例えば、膝関節にファイバー
スコープユニット（例えば、関節鏡）１８を挿入した状
態で、膝関節付近の骨にプローブ本体１の接触要素５を
接触させることにより、関節付近の骨表面を覆う滑膜の
硬さが測定できる。この硬さ測定結果に基づき、膝関節
の医学的診断が行える。すなわち、本実施形態２の変形
例５に係る体内触診用硬さ測定器においては、骨は勿論
のこと、軟骨、滑膜等の比較的硬い生体組織の硬さ測定
が高精度で、しかも簡易に行える。
【０１４０】さらに、前記体外診断用硬さ測定器におい
ては、歯の硬さ測定が行える。歯の硬さ測定には歯の象
牙質の硬さ測定及びエナメル質の硬さ測定がある。この
歯の象牙質の硬さ測定、エナメル質の硬さ測定を行った
結果、歯の硬さが軟質である場合には虫歯になり易い。
この歯の硬さ測定の結果に基づき、軟質の歯である診断
がなされた場合には歯の表面にフッ素樹脂が塗布され、
虫歯が予防できる。
【０１４１】＜変形例６＞本実施形態２の変形例６に係
る体内触診用硬さ測定器は、前述の実施形態２に係る図
１４に示す体内触診用硬さ測定器のプローブ本体１の構
成を一部代えたものである。図３０は本実施形態２の変
形例６に係る体内触診用硬さ測定器のプローブ本体１の
要部拡大断面図である。体内触診用硬さ測定器のプロー
ブ本体１は、積層型圧電セラミック振動子で形成された
振動子３及び膜状のバイモルフ振動子で形成された検出
素子７を備える。この振動子３及び検出素子７は機械電
気振動系を構築する。前記振動子３を形成する積層型圧
電セラミック振動子は、ケーシング２の軸心方向に沿っ
て複数枚積層し構成される。この振動子３は接触要素５
に機械的に連結される。積層型圧電セラミック振動子は
小型であるが、入力電圧に対して大きな振幅が得られ
る。
【０１４２】前記バイモルフ振動子で形成された検出素
子７は振動子（積層型圧電セラミック振動子）３の外周
面に貼り付けられる。この検出素子７は膜状で形成され
るので、軽量でありかつプローブ本体１のケーシング２
内において収納のためのスペースをほとんど必要としな
い。なお、検出素子７にはバイモルフ振動子に代えて同
様な膜状のＰＶＤＦフィルムで形成された振動子が使用
できる。
【０１４３】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、積層型圧電セラミック振動子で形成され
た振動子３及び膜状のバイモルフ振動子で形成された検
出素子７を備えるので、前述の実施形態２に係る体内触
診用硬さ測定器で得られる作用効果に加えて、振動子３
は充分な振幅が得られるので小型軽量化でき、検出素子
７は膜状で形成されるので同様に小型軽量化できる。従
って、プローブ本体１内部の構成素子を小型軽量化で
き、プローブ本体１自体の小型軽量化が実現できる。こ
の結果、プローブ本体１の操作性、つまり体内触診用硬
さ測定器の操作性が向上できる。
【０１４４】＜変形例７＞本実施形態２の変形例７に係
る体内触診用硬さ測定器は、前述の実施形態２に係る図
１４に示す体内触診用硬さ測定器のプローブ本体１の構
成をさらに一部代えたものである。図３１は本実施形態
２の変形例７に係る体内触診用硬さ測定器のプローブ本
体１の要部拡大断面図である。体内触診用硬さ測定器の
プローブ本体１は、積層型圧電セラミック振動子で形成
された振動子３、同様に積層型圧電セラミック振動子で
形成された検出素子７及び絶縁体３Ｄを備える。この振
動子３及び検出素子７は機械電気振動系を構築する。前
記振動子３を形成する積層型圧電セラミック振動子はプ
ローブ本体１の軸心方向に沿って複数枚の圧電セラミッ
クを積層し構成される。積層型圧電セラミック振動子は
前述の通り小型であるが、入力電圧に対して大きな振幅
が得られる。
【０１４５】前記検出素子７を形成する積層型圧電セラ
ミック振動子は振動子３と同様にプローブ本体１の軸心
方向に沿って複数枚の圧電セラミックを積層し構成され
る。この検出素子７は振動子３の周囲に接着固定され
る。
【０１４６】前記絶縁体３Ｄは振動子３と検出素子７と
の間に形成され、振動子３の積層型圧電セラミック振動
子、絶縁体３Ｄ及び検出素子７の積層型圧電セラミック
振動子は一体的に製作される。
【０１４７】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、積層型圧電セラミック振動子で形成され
た振動子３及び積層型圧電セラミック振動子で形成され
た検出素子７を備えるので、振動子３は充分な振動振幅
が得られるので小型軽量化でき、検出素子７も同様に小
型軽量化できる。従って、プローブ本体１内部の構成素
子を小型軽量化でき、プローブ本体１自体の小型軽量化
が実現できる。この結果、プローブ本体１の操作性、つ
まり体内触診用硬さ測定器の操作性が向上できる。
【０１４８】＜変形例８＞本実施形態２の変形例８に係
る体内触診用硬さ測定器は、前述の図２４−図２６に示
す実施形態２の変形例２に係る体内触診用硬さ測定器の
軟性プローブ本体１の構成を一部代えたものである。図
３２は本実施形態２の変形例８に係る体内触診用硬さ測
定器の軟性プローブ本体１の要部拡大断面図である。体
内触診用硬さ測定器の軟性プローブ本体１は前述のよう
に軟性チューブで形成され、この軟性プローブ本体１の
被測定物Ｈに接触する側の先端開口部には支持部材２Ｈ
がはめ込み状態において取り付けられる。支持部材２Ｈ
は、略有底円筒形状で形成され、例えば導電性を有する
金属材料で形成される。支持部材２Ｈの接触要素５側の
表面には振動子３が取り付けられ、支持部材２Ｈの触診
部２Ｃ側（触診部２Ｃの内部）の裏面には検出素子７が
取り付けられる。振動子３、検出素子７は例えばいずれ
も板形状の圧電セラミック振動子で形成される。図３２
には構成を詳細に示していないが、振動子３は電極（陽
極）、圧電結晶体及び電極（陰極）の積層構造で形成さ
れる。同様に、検出素子７は電極（陰極）、圧電結晶体
及び電極（陽極）の積層構造で形成される。
【０１４９】前記振動子３には接触要素５が機械的に連
結され、振動子３の振動が接触要素５に伝達される。接
触要素５は略半球形状で形成され、支持部材２Ｈの表面
上に取り付けられる。この接触要素５は被測定物Ｈであ
る生体組織と振動子３及び支持部材２Ｈとの間を分離す
る分離領域としての機能を備える。また、支持部材２Ｈ
には振動子３の入力端子（陽極としての電極）とゲイン
変化補正回路１３の出力端子との間を電気的に接続する
配線ケーブル貫通孔２Ｉが確保される。支持部材２Ｈは
共通基準電源板としても使用され、振動子３の陰極とし
ての電極、検出素子７の陰極としての電極がそれぞれ電
気的に接続される。検出素子７の出力端子（陽極として
の電極）は自励発振回路１１の増幅回路１２に電気的に
接続される。
【０１５０】このように構成される体内触診用硬さ測定
器は、前述の実施形態２の変形例２に係る体内触診用硬
さ測定器で得られる作用効果と同様の作用効果が得られ
る。さらに、体内触診用硬さ測定器においては、軟性プ
ローブ本体１の触診部２Ｃの先端開口部に支持部材２Ｈ
を取り付け、この支持部材２Ｈの表面に振動子３、裏面
に検出素子７がそれぞれ取り付けられるので、機械振動
系が小型軽量化できる。さらに、振動子３及び検出素子
７により触診部２Ｃの先端部分のフレキシブル性を損な
うことがなくなるので、軟性構造を有するファイバース
コープユニット１８の処理具導通チャンネル１８Ａにス
ムースに触診部２Ｃが挿入できる。従って、軟性プロー
ブ本体１の操作性が向上し、結果として体内触診用硬さ
測定器の操作性が向上できる。
【０１５１】＜変形例９＞本実施形態２の変形例９に係
る体内触診用硬さ測定器は、前述の図２１−図２３に示
す実施形態２の変形例１に係る体内触診用硬さ測定器の
プローブ本体１の構成を一部代えたものである。図３３
は本実施形態２の変形例９に係る体内触診用硬さ測定器
のプローブ本体１の要部拡大断面図である。体内触診用
硬さ測定器のプローブ本体１は触診部２Ｃに外針２Ｆを
備え、この外針２Ｆの最先端部分の穿刺刃２Ｇが先端に
向かうに従い除々に外径寸法が小さくなり絞り込まれた
鋭利な形状で形成される。接触針で形成された接触要素
５は外針２Ｆの穿刺刃２Ｇの最先端開口から突出し、接
触要素５は穿刺刃２Ｇには接触しない。
【０１５２】このように構成される体内触診用硬さ測定
器においては、前述の実施形態２の変形例１に係る体内
触診用硬さ測定器で得られる作用効果と同様の作用効果
が得られる。さらに、体内触診用硬さ測定器において
は、プローブ本体１の外針２Ｆに鋭利な形状の穿刺刃２
Ｇが形成されるので、外針２Ｆが生体組織に穿刺し易す
くなる。さらに、穿刺刃２Ｇを含む外針２Ｆの形状が対
称形状で形成されるので、外針２Ｆの生体組織への穿刺
状態に関係なく、接触要素５と生体組織との接触状態が
安定化する。さらに、外針２Ｆと接触要素５との間の隙
間が小さくできるので、生体組織等の異物が隙間に詰ま
ったり、外針２Ｆの内部への異物の侵入が防止でき、安
定な硬さ測定が行える。
【０１５３】実施形態３ 本発明の実施形態３は周波数偏差回路を利用した測定器
のうち、加速度測定器、流体粘度測定器及び流体圧力測
定器について説明する。
【０１５４】＜加速度測定器＞図３４は本発明の実施形
態３に係る加速度測定器（ジャイロスコープ）のシステ
ム構成図である。加速度測定器は、基本的には前述の硬
さ測定器の基本構造と同様であり、振動子３及び検出素
子７で形成される加速度測定部と制御ユニット１０とを
備える。振動子３は運動物体に取り付けられる。振動子
３においては運動物体に働く加速度（コリオリの力）に
より振動モードが変化する。検出素子７はこの振動子３
の振動モードの変化を検出する。
【０１５５】前記制御ユニット１０は増幅回路１２を有
する自励発振回路１１、ゲイン変化補正回路１３及び加
速度測定回路２１を備える。ゲイン変化補正回路１３
は、ゲイン上昇機能及びフェーズトランスファ機能を備
え、周波数の変化に対してゲインを上昇させる。加速度
測定回路２１は前述の周波数の変化から加速度の変化を
検出する。
【０１５６】このように構成される加速度測定器におい
ては、運動物体に働く加速度を振動子３の振動モードの
変化としてとらえ、機械電気振動系の周波数の変化で加
速度の変化を測定できる。しかも、ゲイン変化補正回路
１３で機械電気振動系のゲインを上昇できるので、加速
度の測定に充分な検出電圧が得られる。
【０１５７】＜流体粘度測定器＞図３５は本発明の実施
形態３に係る流体粘度測定器のシステム構成図である。
流体粘度測定器は、基本的には前述の硬さ測定器の基本
構造と同様であり、振動子３及び検出素子７で形成され
る粘度測定部と制御ユニット１０とを備える。振動子３
は粘度を測定する流体２３に直接的に、又は図示しない
流体接触要素を介して間接的に接触する。振動子３にお
いては流体２３の粘度に応じて振動モードが変化する。
検出素子７はこの振動子３の振動モードの変化を検出す
る。
【０１５８】前記制御ユニット１０は増幅回路１２を有
する自励発振回路１１、ゲイン変化補正回路１３及び流
体粘度測定回路２２を備える。ゲイン変化補正回路１３
は、ゲイン上昇機能及びフェーズトランスファ機能を備
え、周波数の変化に対してゲインを上昇させる。流体粘
度測定回路２２は前述の周波数の変化から流体２３の粘
度を検出する。
【０１５９】このように構成される流体粘度測定器にお
いては、流体２３の粘度に応じて振動子３の振動モード
が変化するので、機械電気振動系の周波数の変化で流体
２３の粘度を測定できる。しかも、ゲイン変化補正回路
１３で機械電気振動系のゲインを上昇できるので、粘度
の測定に充分な検出電圧が得られる。
【０１６０】図３６は本発明の実施形態３の変形例に係
る流体粘度測定器のシステム構成図である。この流体粘
度測定器においては振動子３、検出素子７がそれぞれ絶
縁体３Ｄを介在したバイモルフ振動子で形成される。
【０１６１】＜流体圧力測定器＞図３７は本発明の実施
形態３に係る流体圧力測定器（圧力センサ）のシステム
構成図である。流体圧力測定器は、基本的には前述の硬
さ測定器の基本構造と同様であり、流体接触要素５、振
動子３及び検出素子７で形成される流体圧力測定部と制
御ユニット１０とを備える。流体接触要素５は流体２５
に直接接触し、この流体接触要素５は流体２５で発生す
る圧力Ｆに応じて形状変化する。流体接触要素５には例
えばダイヤフラムが使用される。振動子３は流体接触要
素５に取り付けられ、流体接触要素５の形状変化に応じ
て振動子３の位置が変化する。同図３７に示すように、
流体２５が下から上に向かって流れている場合には流体
２５の圧力Ｆに応じて流体接触要素５が形状変化し、振
動子３の位置が上下に変化する。この変化により振動子
３の振動モードが変化する。検出素子７はこの振動子３
の振動モードの変化を検出する。
【０１６２】前記制御ユニット１０は増幅回路１２を有
する自励発振回路１１、ゲイン変化補正回路１３及び流
体圧力測定回路２４を備える。ゲイン変化補正回路１３
は、ゲイン上昇機能及びフェーズトランスファ機能を備
え、周波数の変化に対してゲインを上昇させる。流体圧
力測定回路２４は前述の周波数の変化から流体圧力の変
化を検出する。
【０１６３】このように構成される流体圧力測定器にお
いては、流体２５の圧力Ｆに応じて振動子３の位置が変
化し、振動子３の振動モードが変化するので、機械電気
振動系の周波数が変化し、この変化から圧力の変化が測
定できる。しかも、ゲイン変化補正回路１３で機械電気
振動系のゲインを上昇できるので、圧力の測定に充分な
検出電圧が得られる。
【０１６４】図３８は本発明の実施形態３の変形例に係
る流体圧力測定器のシステム構成図である。流体圧力測
定器は円筒形状に形成された振動子３を備える。振動子
３の円筒の一端には流体の圧力Ｆに応じて形状変化する
流体接触要素５が取り付けられ、振動子３及び流体接触
要素５で形成される円筒の内部には流体接触要素５の形
状変化に応じて振動子３の円筒内部を移動する移動体２
６が収納される。流体接触要素５には例えばダイヤフラ
ムが使用される。移動体２６には、水、水銀等の液体、
不活性ガス等の気体、砂、粉等の微粒子が使用される。
【０１６５】このように構成される流体圧力測定器は、
流体接触要素５に圧力Ｆが加わると流体接触要素５が形
状変化し、振動子３の内部に収納された移動体２６が移
動する。移動体２６の移動で相対的には振動子３の位置
が変化し、この振動子３の位置の変化により振動モード
が変化する。従って、前述の流体圧力測定器と同様に、
機械電気振動系の周波数が変化し、この変化から圧力の
変化が測定できる。しかも、ゲイン変化補正回路１３で
機械電気振動系のゲインを上昇できるので、圧力の測定
に充分な検出電圧が得られる。
【０１６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果が得られる。
【０１６７】（１）振動子の振動情報を広帯域に渡って
正確に検出でき、しかも構成が簡単で安価に製作できる
周波数偏差検出回路が提供できる。
【０１６８】（２）軟質の被測定物から硬質の被測定物
までの広い範囲において硬さ情報を正確に測定できる硬
さ測定器が提供できる。
【０１６９】（３）構成が簡単でしかも安価に製作でき
る硬さ測定器が提供できる。
【０１７０】（４）装置の小型軽量化が実現できる硬さ
測定器が提供できる。
【０１７１】（５）生体組織、特に人体の生体組織の硬
さ測定が簡易にかつ確実に行え、医学的診断が簡易に行
えるとともに、この医学的診断に基づき予防が簡易に行
える硬さ測定器が提供できる。
【０１７２】（６）前記周波数偏差検出回路を利用した
加速度測定器、流体粘度測定器、流体圧力測定器の各種
測定器が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る硬さ測定器の全体
構成図である。
【図２】 前記振動子の要部断面図である。
【図３】 ゲイン変化補正回路に使用されるフィルタ回
路の回路構成図である。
【図４】 前記自励発振回路、ゲイン変化補正回路のそ
れぞれの周波数特性を合成した総合周波数特性を示す周
波数−ゲイン−位相特性曲線図である。
【図５】 前記自励発振回路、ゲイン変化補正回路のそ
れぞれの周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲
線図である。
【図６】 前記自励発振回路、ゲイン変化補正回路のそ
れぞれの周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲
線図である。
【図７】 実際の硬さ測定を行うシステム構成図であ
る。
【図８】 共振周波数の変化量及び電圧変化量と押圧力
との関係を示す図である。
【図９】 本実施形態の変形例に係る硬さ測定器の周波
数−ゲイン特性曲線図である。
【図１０】 本実施形態の変形例に係る硬さ測定器の周
波数−ゲイン特性曲線図である。
【図１１】 本実施形態の変形例２に係る硬さ測定器の
全体構成図である。
【図１２】 本実施形態の変形例３に係る硬さ測定器の
全体構成図である。
【図１３】 本実施形態の変形例４に係る硬さ測定器の
全体構成図である。
【図１４】 本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器の
全体構成図である。
【図１５】 モニタの画像表示状態を示す図である。
【図１６】 モニタの画像表示状態を示す図である。
【図１７】 周波数−ゲイン−アドミタンス特性曲線図
である。
【図１８】 本実施形態に係る体内触診用硬さ測定器の
システム構成図である。
【図１９】 プローブ本体の操作方法を説明する被測定
物部分の生体組織断面図である。
【図２０】 情報表示画面の拡大図である。
【図２１】 プローブ本体先端部分の一部断面図であ
る。
【図２２】 触診作業手順を各手順毎に示すプローブ本
体及び被測定物の要部断面図である。
【図２３】 硬さ情報表示画面に表示されるグラフ画面
を示す図である。
【図２４】 本実施形態２の変形例２に係る体内触診用
硬さ測定器の全体構成図である。
【図２５】 軟性プローブ本体の触診部の拡大断面図で
ある。
【図２６】 ファイバースコープユニットと生体組織の
断面を示す図である。
【図２７】 本実施形態２の変形例３に係る体内触診用
硬さ測定器の全体構成図である。
【図２８】 本実施形態２の変形例４に係る体内触診用
硬さ測定器における周波数−ゲイン−アドミタンス特性
曲線図である。
【図２９】 本実施形態２の変形例５に係る体内触診用
硬さ測定器における周波数−ゲイン−アドミタンス特性
曲線図である。
【図３０】 本実施形態２の変形例６に係る体内触診用
硬さ測定器のプローブ本体の要部拡大断面図である。
【図３１】 本実施形態２の変形例７に係る体内触診用
硬さ測定器のプローブ本体の要部拡大断面図である。
【図３２】 本実施形態２の変形例８に係る体内触診用
硬さ測定器の軟性プローブ本体の要部拡大断面図であ
る。
【図３３】 本実施形態２の変形例９に係る体内触診用
硬さ測定器のプローブ本体の要部拡大断面図である。
【図３４】 本発明の実施形態３に係る加速度測定器の
システム構成図である。
【図３５】 本発明の実施形態３に係る流体粘度測定器
のシステム構成図である。
【図３６】 本発明の実施形態３の変形例に係る流体粘
度測定器のシステム構成図である。
【図３７】 本発明の実施形態３に係る流体圧力測定器
のシステム構成図である。
【図３８】 本発明の実施形態３の変形例に係る流体圧
力測定器のシステム構成図である。
【符号の説明】
１ ハンドピース又はプローブ本体、２ ケーシング、
２Ｃ 触診部、２Ｆ外針、２Ｇ 穿刺刃、２Ｈ 支持部
材、３ 振動子、３Ｄ 絶縁体、４ 振動伝達部材、５
接触要素、６ 弾性部材、６Ａ 保持部材、７ 検出
素子、１０制御ユニット、１１ 自励発振回路、１２
増幅回路、１３ ゲイン変化補正回路、１４ 電圧測定
回路、１５ 周波数測定回路又は周波数カウンタ回路、
１６コントローラ回路、１７ モニタ、１７Ａ 内視鏡
像表示画面、１７Ｂ 硬さ情報表示画面、１８ ファイ
バースコープユニット、２０ 振幅電圧測定回路、２１
加速度測定回路、２２ 流体粘度測定回路、２４ 流
体圧力測定装置、Ｈ被測定物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 11/16 Ｇ０１Ｎ 11/16 Ｂ Ｇ０１Ｐ 15/10 Ｇ０１Ｐ 15/10

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 振動を発生させる振動子と、 前記振動子の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振
    回路と、 前記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心
    周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対し
    てゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、 を備え、 前記振動子及び自励発振回路により機械電気振動系を構
    築し、 前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したこと
    を特徴とする周波数偏差検出回路。
  2. 【請求項２】 前記請求項１に記載された周波数偏差検
    出回路において、 前記ゲイン変化補正回路は前記自励発振回路の入力位相
    と出力位相との位相差である入出力合成位相差を零に調
    節し帰還発振を促進するフェーズトランスファ機能を備
    え、 前記入出力合成位相差が零になるまで前記周波数を変化
    させるとともに前記ゲインを上昇させることを特徴とす
    る周波数偏差検出回路。
  3. 【請求項３】 被測定物の硬さ情報を得る硬さ測定器に
    おいて、 被測定物に接触する接触要素と、 前記接触要素を振動させる振動子と、 前記接触要素を被測定物に接触させた状態で前記振動子
    の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振回路と、 前記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心
    周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対し
    てゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、 を備え、 前記接触要素、振動子及び自励発振回路により機械電気
    振動系を構築し、 前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したこと
    を特徴とする硬さ測定器。
  4. 【請求項４】 前記請求項３に記載された硬さ測定器に
    おいて、 前記機械電気振動系の周波数の変化で被測定物の硬さを
    測定することを特徴とする硬さ測定器。
  5. 【請求項５】 前記請求項３に記載された硬さ測定器に
    おいて、 前記機械電気振動系の位相の変化で被測定物の硬さを測
    定することを特徴とする硬さ測定器。
  6. 【請求項６】 前記請求項３に記載された硬さ測定器に
    おいて、 前記ゲイン変化補正回路は周波数の低下に対してゲイン
    を上昇させ、 前記機械電気振動系の実効共振帯域は軟質の被測定物の
    硬さを測定する領域で広帯域化されることを特徴とする
    硬さ測定器。
  7. 【請求項７】 前記請求項３に記載された硬さ測定器に
    おいて、 前記振動子は、圧電セラミック振動子、積層セラミック
    振動子、ＰＶＤＦで形成される振動子、磁歪素子、バイ
    モルフ振動子、水晶発振子、ＳＡＷのいずれかであるこ
    とを特徴とする硬さ測定器。
  8. 【請求項８】 前記請求項３に記載された硬さ測定器に
    おいて、 前記自励発振回路は、前記振動子の振動情報を増幅する
    増幅回路を備えて構成されることを特徴とする硬さ測定
    器。
  9. 【請求項９】 前記請求項３に記載された硬さ測定器に
    おいて、 前記ゲイン変化補正回路は、バンドパスフィルタ回路、
    ローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路、ノッチ
    フィルタ回路、積分回路、微分回路、ピーキング増幅回
    路、アクティブフィルタ回路、パッシブルフィルタ回路
    のいずれかで構成されることを特徴とする硬さ測定器。
  10. 【請求項１０】 前記請求項８に記載された硬さ測定器
    において、 前記ゲイン変化補正回路は、前記振動子の出力と前記自
    励発振回路の増幅回路の入力との間に、又は前記自励発
    振回路の増幅回路の出力と前記振動子の入力との間に介
    設されたことを特徴とする硬さ測定器。
  11. 【請求項１１】 被測定物の硬さ情報を得る硬さ測定器
    において、 被測定物に接触する接触要素と、 前記接触要素を振動させる振動子と、 前記接触要素を被測定物に接触させた状態で前記振動子
    の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振回路と、 前記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心
    周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対し
    てゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、 前記接触要素、振動子及び自励発振回路により構築され
    る機械電気振動系と、 前記機械電気振動系の周波数の変化を検出する周波数測
    定回路と、 を備えたことを特徴とする硬さ測定器。
  12. 【請求項１２】 前記請求項３乃至請求項１１のいずれ
    かに記載された硬さ測定器において、 前記ゲイン変化補正回路は前記自励発振回路の入力位相
    と出力位相との位相差である入出力合成位相差を零に調
    節し帰還発振を促進するフェーズトランスファ機能を備
    え、 前記入出力合成位相差が零になるまで前記周波数を変化
    させるとともに前記ゲインを上昇させることを特徴とす
    る硬さ測定器。
  13. 【請求項１３】 前記請求項１１に記載された硬さ測定
    器において、 前記振動子の振動情報を検出する検出素子を備え、 前記振動子を複数枚の圧電セラミックを積層した積層型
    圧電セラミック振動子で形成するとともに、前記検出素
    子を膜状のバイモルフ振動子で形成したことを特徴とす
    る硬さ測定器。
  14. 【請求項１４】 前記請求項１１に記載された硬さ測定
    器において、 前記振動子の振動情報を検出する検出素子を備え、 前記振動子、検出素子のそれぞれを複数枚の圧電セラミ
    ックを積層した積層型圧電セラミック振動子で形成した
    ことを特徴とする硬さ測定器。
  15. 【請求項１５】 前記請求項１１に記載された硬さ測定
    器において、 前記振動子の振動情報を検出する検出素子を備え、 前記振動子、検出素子のそれぞれを薄板形状の圧電材料
    で形成したことを特徴とする硬さ測定器。
  16. 【請求項１６】 被測定物の硬さ情報を得る硬さ測定器
    において、 被測定物に接触する接触要素と、 前記接触要素を振動させる振動子と、 前記接触要素を被測定物に接触させた状態で前記振動子
    の振動情報を帰還し共振状態にするフェーズロックルー
    プ回路と、 前記フェーズロックループ回路に設けられ、このフェー
    ズロックループ回路の中心周波数と異なる中心周波数を
    有し、周波数の変化に対してゲインを上昇させるゲイン
    変化補正回路と、 を備え、 前記接触要素、振動子及びフェーズロックループ回路に
    より機械電気振動系を構築し、 前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したこと
    を特徴とする硬さ測定器。
  17. 【請求項１７】 前記請求項３に記載された硬さ測定器
    において、 前記被測定物は生体組織であり、 前記生体組織に前記接触要素を接触させて生体組織の硬
    さを測定したことを特徴とする硬さ測定器。
  18. 【請求項１８】 前記請求項１７に記載された硬さ測定
    器において、 前記生体組織は人体の皮膚、内臓、体腔、骨、歯、爪の
    いずれかの生体組織であり、この生体組織の硬さを測定
    することを特徴とする硬さ測定器。
  19. 【請求項１９】 前記請求項１７に記載された硬さ測定
    器において、 前記振動子が収納されかつ前記接触要素が取り付けられ
    たプローブ本体と、 前記振動情報に基づき硬さ情報を表示するモニタと、 を備えたことを特徴とする硬さ測定器。
  20. 【請求項２０】 前記請求項１９に記載された硬さ測定
    器において、 生体組織を観察するファイバースコープユニットを備
    え、 前記ファイバースコープユニットの観察像を前記モニタ
    で表示することを特徴とする硬さ測定器。
  21. 【請求項２１】 前記請求項１９に記載された硬さ測定
    器において、 接触針で形成された接触要素を備え、 前記接触針で形成された接触要素の周囲に配設され、生
    体組織に穿刺するための外針を前記プローブ本体の先端
    部分に備えたことを特徴とする硬さ測定器。
  22. 【請求項２２】 前記請求項１９に記載された硬さ測定
    器において、 前記プローブ本体の先端部分を軟性チューブで形成した
    ことを特徴とする硬さ測定器。
  23. 【請求項２３】 運動物体の加速度変化を測定する加速
    度測定器において、 運動物体に取り付けられ、振動を発生させる振動子と、 前記振動子の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振
    回路と、 前記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心
    周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対し
    てゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、 を備え、 前記振動子及び自励発振回路により機械電気振動系を構
    築し、 前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したこと
    を特徴とする加速度測定器。
  24. 【請求項２４】 流体の粘度変化を測定する流体粘度測
    定器において、 流体中で振動を発生させる振動子、又は流体中に挿入さ
    れた流体接触要素を振動させる振動子と、 前記振動子の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振
    回路と、 前記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心
    周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対し
    てゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、 を備え、 前記振動子及び自励発振回路により機械電気振動系を構
    築し、 前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したこと
    を特徴とする流体粘度測定器。
  25. 【請求項２５】 流体の圧力変化を測定する流体圧力測
    定器において、 流体の圧力に応じて形状変化する流体接触要素と、 振動を発生させるとともに、前記流体接触要素の形状変
    化に応じて位置が変化する振動子と、 前記振動子の振動情報を帰還し共振状態にする自励発振
    回路と、 前記自励発振回路に設けられ、この自励発振回路の中心
    周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対し
    てゲインを上昇させるゲイン変化補正回路と、 を備え、 前記振動子及び自励発振回路により機械電気振動系を構
    築し、 前記機械電気振動系の実効共振帯域を広帯域化したこと
    を特徴とする流体圧力測定器。
  26. 【請求項２６】 前記請求項１６、請求項２３、請求項
    ２４、請求項２５のいずれかに記載された測定器におい
    て、 前記ゲイン変化補正回路は前記自励発振回路の入力位相
    と出力位相との位相差である入出力合成位相差を零に調
    節し帰還発振を促進するフェーズトランスファ機能を備
    え、 前記入出力合成位相差が零になるまで前記周波数を変化
    させるとともに前記ゲインを上昇させることを特徴とす
    る測定器。
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