JPS60242381A - 測定点の位置測定方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波パルスを用い所定の座標系において
少なくとも１測定点の位置を測定する方法およびその装
置に関する。

〔従来の技術〕

先行技術については本特許出願の発明者が雑誌『整形外
科における機能診断』エンケ社、シュトウソトガルト１
９７９年刊第６９〜７２頁に発表した論文に記載してあ
る。そこではこのいわゆる実時間超音波トポメータが医
療給断、特に患者の被験部位、特に膝関節または背柱の
運動経過を表示するのに用いられる。そこでは衝突時パ
ルスを発生する超音波送波器が用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この周知方法は十分な評価を受けた。本発明は、一層広
い適用範囲での使用、特に表面一般の測定を含め、この
周知方法および装置を改良することを目的とする。

周知方法では衝撃波の波速として比較的長いものが用い
られるが一次の超音波パルスを発射できるようになるま
で波速が減衰するのを待ねばならないので分解能が比較
的劣化する。つまりこの周知方法で早い動きを十分に表
示または分解することはできない。

ドイツ特許公開明細書第２４２２８３７号にも言及して
おく。これは模型をやはり超音波パルスを使って三次元
座標で測定する方法およびその装置を記載したものであ
り、送波器がＬ座標系に固着され、発射した超音波パル
スの伝搬時間を測定し、測定値の分析後３座標において
被測定輪郭線が明らかとなる。そこにもやはり縦長のビ
ンからなる探触子が記載してあり、２個の離間した超音
波送波器が探触子の片側に取付けて固着してある。

画一音波送波器を結ぶ線の延長上に、本来の探触子から
曲折した探触子先端がある。この探触子を手で被検面の
上に導き、やはり空間固定式受波器に到る超音波パルス
伝搬時間を測定分析する。だがこの場合特に面の輪郭を
検出するさい両送波器がパルスを受波器に向けて発射す
ることに常に注意しないと受波器はこの信号を十分な強
さで受信できなくなるので不利である。また走査時には
探触子が自己自身に対しできるだけ平行に留まるよう注
意せねばならない。つまり探触子を特定角度傾頭させる
と受波器も送波器の放射範囲から外れることがあり、２
個の送波器と１個の受波器とにより形成した測定三角形
で付加時にひずみを生じ、このひずみが後続のデータ処
理装置でもはや補正できなくなる。こうした制限は手動
式探触子にとって事実上役に立たない。この印刷物は発
射すべき超音波の種類について何ら言及していない。超
音波パルスを用いるかどうかさえそこには指摘がない。

さらに、以上の説明でも以下の説明でも超音波送・受波
器が問題となっており、また一般に送波器は測定点にあ
り、そして受波器は位置が固定され不動であることを指
摘しておく。だが肝要なのは送・受波器間で放射された
パルスの伝搬時間のみであるので送波器と受波器とは相
互に取り替ることもできる。その場合受波器は測定点に
あり、そして送波器は位置が固定される。この点に関連
し、この器械が少なくとも４台、すなゎも少なくとも３
台の送波器と１台の受波器または少なくとも３台の受波
器と１台の送波器が必要であることも述べておく。この
ことも単純な幾何学上の思慮に基づいている。

本発明の目的はこの方法を改良し、特に測定点の位置を
測定するさいにも分解能が著しく向上するようにするこ
とである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は特許請求の範囲第１項ないし第４項の特徴に
より達成される。

つまり本発明では急激に減衰する衝撃パルスを用いる。

主としてこの衝撃パルスは振幅２回、３回、最高でも４
回後には完全に減衰する。パルス全エネルギーがただち
に用意されるよう衝撃パルスの前縁はできるだけ急峻で
なければならない。

ただし前縁は９０’以下にとどめるべきである。

さもないと振動エネルギーは送波器を取囲んだ空気で完
全に吸収されてしまうからである。本発明方法の利点は
、周波数を知るのに事実上分析時間が不要であることに
ある。後続の測定を実施できるにはパルスがまず沈静せ
ねばならないことからむだ時間が生じるが、このむだ時
間がごく短くなる。それに伴って本発明方法では空間・
時間的分解能がきわめて高くなる。それゆえ本発明方法
ではまず、測定点の動き、を空間座標、普通デカルト座
標において表示する目的で測定点の測定を繰返すことが
考えられる。或は別の例えば極座標等の座標系を用いる
こともできる。本発明に用いる衝撃パルスは、前縁の急
峻さが増すにつれて高まる周囲空気によるパルスの吸収
と周囲空気に放出されやはり前縁の急峻さが増すにつれ
て高まる音波強度とが合理的な比率になるよう゛その前
縁を選定すべきである。普通、４５°〜８０°間の前縁
、それもむしろ上側範囲の前縁を用いる。

多くの用途、特に医学の分野で用いる場合、複数個の超
音波送波器を当該測定点に固着し、後段のデータ処理装
置で受波器の受信信号がどの送波器に付属しているかが
わかるよう超音波送波器は時間的に相前後して衝撃パル
スを発生する。

複数個の送波器と１個以上の受波器との間の距離が測定
シリーズ中、例えば患者がランニングヘルド上を走ると
きのように常時変わる場合がある。

こうした場合でも時間的順序に従ってパルスの正しい帰
属関係を確保するため送波器は所定の順序でそれぞれ先
行の送波に対し、全超音波送波器の遅延時間のうち測定
中に予想される最大の遅延時間に等しい時間遅延させて
励起するのが望ましい。

このため簡単な予備実験を行って例えば患者がランニン
グベルト上を走る間に予想される送波器相互の最大遅延
時間をめる。次に、送波器の幾つかが測定中に他の送波
器を空間的に追い越すか否かにはかわりなくこの測定シ
リーズ中パルスが常に所定の順序で受波器に到達するよ
う、送波器の相前後して行う励起の時間間隔を電子機器
で調整する。

本発明の装置は上述の理由からやはり、前縁ができるだ
け惣峻で９０’以下の衝撃パルスを発生することができ
る超音波送波器を用い、衝撃パルスが最高６の振動を含
むことを特徴としている。

本発明方法を表面形状の測定に適用する場合には、超音
波送波器を探触子の一端に固着し、その他端を探触子先
端として構成するのが望ましい。

こうして、超音波の伝搬を乱すことなく手動でもまた好
適な案内ブシュ等を介しても問題なく案内することので
きるいわば平滑に連続した探触子が得られる。

特許請求の範囲第６項の特徴により、探触子は単純な構
造でデカルト座標系において案内し、必要ならば座標の
１つをブロックすることができる。

例えば高さ座標をブロックした場合、探触子は被走査面
の同じ高さを線上に移動し、これを特徴する 特許請求の範囲第７項は別の実施態様であり、この場合
探触♀は手動で案内することができる。

３個の送波器が探触子の上面に固着しであるので探触子
は全く自由に動くことができる。つまり探触子は、冒頭
挙げたドイツ特許公開明細書の探触子では不可能であっ
た傾動や回転も行うことかできる。この場合でも付属の
受波器ば送波器の放射範囲内、すなわち一般に送波器か
ら十分離れた上部に設けである。

本発明の重要な１構成が特許請求の範囲第９項に示して
あり、受渡器は前述の先行技術の場合のように被検者の
前の１平面上にのみ配置されるのでなくこの平面外の任
意の位置に配置される。送波器はパルスを主として１前
方方向に発射することをここで考慮せねばならない。被
検者が動く場合先行技術では音波放射テーバが受波器の
受信領域外に出で受波器に情報が入ってこなくなること
がありうる。この欠点を特許請求の範囲第９項の処置が
防止する。

特許請求の範囲第１０項によれば、前記平面の外に配置
した４個の受波器が第１平面に対し直角な第２平面上に
固定される。普通受波器はすべて直方体表面に配置され
るので、測定信号の分析が著しく簡単となる。受波器は
例えば直方体の角の　１゜頂点に配置する。測定区間に
明確なベースを提供するため受波器間の距離は十分大き
くなければならない。必要ならば被検者または測定点の
後方や横にも受渡器を配置し、これらの方向に放射され
た信号も受信できるようにする。

特許請求の範囲第１１項に示す重要な特徴により、測定
値は大きな精度と早さで用意し表示できるようになる。

タイマーがパルスを発生するや該当する超音波送波器が
衝撃パルスを発生する。この衝撃パルスは振幅が大きく
、従ってエネルギー含量が大きく、短時間で励起してた
だちに零に低下することを特徴とし、好ましくは単一の
前縁を有し、ただちに強度零に、またはほぼ零に低下す
る。これにより測定誤差はほぼ排除される。タイマーを
介しスタートパルスが発生されると同時にカウンタは零
にセットされ、連続的に送られてくる高周波発振器の振
動を針数する。この計数値は、受渡器側メモリが受信パ
ルスを受けるや、このメモリに伝送される。つまりメモ
リ内の計数値は衝撃パルスが発射されてから受渡器でそ
れが受信されるまでの時間間隔を直接示す尺度である。

そこから表示装置は当該媒質中、一般に空気中における
周知の音波伝搬速度に基づいて送波器と受波器の間の距
離を直接表示することができる。

高周波発振器からカウンタに送られてくるパルスをカウ
ンタがたえず受渡器側メモリに伝送し、付属の受信パル
スを受けるやメモリが当該計数値を表示するよう回路を
構成することも可能である。

以上の如くにして１個の送波器と少なくとも３個の受波
器との間の全パルスが前記ＥＤＰ装置とそのプログラム
を頼りに処理される。

前述の装置により、直径が１ｆｉ以下の球内で測定点の
位置を測定することが容易に可能である。

この測定を短時間のうちに繰返す。繰返し数はタイマー
の周波数によって決まる。それゆえタイマーは例えばＩ
Ｈｚ〜１００Ｈｚ間で閲整可能であるのが望ましい。使
用測定装置−特に送・受波器の使用台数が重要であり、
信号の分析に用いたソフトウェア・プログラムやそして
当然使用計算機の高速性も鍵となる−に応じてタイマー
の周波数を適当な値に調整する。この値は各条件に適合
した十分な時間的分解能を当然生じるものでなければな
らない。送・受波器の台数が多すぎない場合４０Ｈｚ前
後の周波数において良い測定結果を得ることができるこ
とが実験で判明した。

高周波発振器の振動数は、表示装置に現われ、すでに述
べたように衝撃パルスの伝搬時間に比例し、従って送・
受波器間の距離にも比例した計数値が当該単位系、一般
にメートル法で測定した距離を直接表示するように調整
すると有利である。

温度２０℃における空気中の音速が周知の如く３４３、
８　ｍ　／　ｓｅｃであるから、高周波発振器の周波数
は前記数値に１０ｙＬ　（ｎは１，２．３・・・）を乗
じたものに等しい数値に調整すると、回路および表示装
置にとって有利となる。ｎ＝４であるのが望ましい。こ
の場合表示装置に現われる数字は測定した各距離の１／
１０ミリメートルを直接示す。

別の単位系、例えばインチ系での表示にも当然同じこと
がいえる。

空気中の音速が温度に依存しているのであるから、温度
変化または２０℃の前記室温との偏差を考慮して測定精
度を一層高めるため、高周波発振器の周波数も調整可能
にすることができる。

超音波送波器が衝撃パルスを発生することから主要な利
点が得られることはすでに指摘した。これを達成する設
計上の可能性は幾つかある。ピエゾセラミック材からな
る超音波送波器が特に有利である。勿論別の原理も適用
することができ、それについては後に詳しく説明する。

こうした超音波送波器は主に、それが２個の同一寸法の
ピエゾセラミック材を上下に重ねて貼り合わせた板片を
有し、板片の金属外面に所定の極性を有する電圧を印加
すると板片が球殻状に一方向に、そして電圧が逆転する
と他方向に偏向するよう板片を分極化し、また下面の縁
範囲で振動減衰して板片をケーシングに固着したことを
特徴としている。この超音波送波器は、急上昇する高振
幅、換言するなら所期の衝撃パルスと結び付いてほぼ理
想的なゼロ球面波または第一球面波を発射する。この点
についても後に詳しく説明する。

板片の直径はピエゾセラミック材で発射される音波の波
長より小さい方が望ましい。この条件の下でゼロ球面波
が得られる。

実験の結果板片は正方形で４隅がケーシングに固着しで
あるだけであると特に良好な結果を得ることができるこ
とがわかった。

測定点およびそれに固着した超音波送波器の各運動およ
び旋回に左右されることなく各衝撃パルスを少なくとも
３個の受波器が受信し分析するのを保鉦するため、超音
波送波器ができるだけ大きな立体角で衝撃パルスを発射
すると、多くの場合有利である。他方、大きな立体角で
発射すると受信性能が著しく低下して不利である。そこ
で両者間で妥協がはかられる。

衝撃パルスをできるだけ大きな角度で空間に発射するた
め、板片の音波発射面の直前にピンホールを配置するの
が望ましい。ピンホールの縁で衝撃パルスが回折し、希
望する立体放射が得られる。

ピンホールの孔径は、過度のエネルギー損失をピンホー
ルで防ぐため波長程度とずべきである。音波長７１１ｍ
のとき直径約４鶴のピンホールで良い結果が得られた。

ピンホールは板片の発振面の直前、例えば約０．１　ｍ
ｍの距離に設けるのが望ましい。これにより、薄膜（二
板片発振装置）の裏と表との間の音響短絡が大部分阻止
され、エネルギー放射が一層向上する。板片の音波発射
面にボーンを嵌着しても目的に役立つ。

〔実施例〕

本発明を以下実施例に基づいて詳しく説明する。

実施例からは別の重要な特徴も明らかとなる。

まず第２図を基に本測定方法の基本的特徴を説明する。

この図は単一の超音波送波器１と単一の超音波受波器２
とによる一次元測定区間を示す。

自由振動する発振器３は例えば２５Ｈｚの周波数に調整
してあり、送波器増幅器４に例えば４０ｍ５ｅｃごとに
スタートパルスを発生し、それを受けて送波器１が超音
波信号を発生する。同時にカウンタ５が零にセットされ
、その後カウンタは水晶発振器６のパルスを計数しはじ
める。発振器６は本実施例の場合３．４３８ＭＨｚで振
動する。

送波器より発生した超音波パルスは送波器と受渡器との
間の距離に応した特定の伝搬時間ののち受波器２で受信
される。この瞬間に受波器２が中間記憶装置７　（ラソ
チュ（Ｌａ　ｔｓｃｈ）中間記憶装置）に引取信号を送
り、それを受けて中間記憶装置がカウンタの実カウント
を（線路８を介し）受は取る。受信信号は予め受信増幅
器９で増幅されている。カウンタ５から中間記憶装置７
に受け取られたカウンタは次の個別測定で当該パルスが
くるまで記憶装置７に記憶される。ドライバ（デコーダ
ドライバ）が記憶装置７の内容をそれぞれ表示装置１０
で表示する。これは例えば７セグメント発光ダイオード
・ディスプレイである。

空気中の音速が（温度２０℃の場合）正確に３４３、８
　ｍ　／　ｓｅｅであるので表示袋Ｗ１０は送波器１と
受波器２との間の距離を１　／　１０　ｍ＋＋単位で表
示する。温度依存性は、摂氏で測定し、温度差１゜につ
き０．２％である。言い換えるなら、発振器６の振動を
空気中の音波に調整することにより表示が簡単となる。

発振器６は空気中の音速の前記温度依存性を自動的に考
慮することによりその振動周波数を調整することもでき
る。発振器を別の周波数に調整することも当然可能であ
り、この場合表示袋ｆｌｏは適宜に検定せねばならない
。

以上のようにして表示袋ｆｆ１ｏで送波器１と受波器２
との間の距離が本実施例の場合１／１０−：リメートル
単位の精度で得られる。上述の距離測定を送波器１およ
び／または受波器２が動く場合に繰返すと表示装置１０
は新たな周波数を再生する。発振器３がタイマーとして
働き、例えば２５Ｈｚの周波数で発振するので、この例
の場合測定は毎秒２５回繰返される。送波器１と受波器
２との間の動きがそんなに早くない場合はこれで極めて
良好な表示が得られる。

表示装置」０は例えばアナログレコーダ、ＣＲＴモニタ
および／またはプリンタとして構成することもできる。

記憶装置７にすべてのデータが用意されているのでそこ
から別の量、例えば送波器１と受波器２との間で距離が
変化するさいの速度、そこから導出した加速度等をひき
出すことができる。これらもすべて表示することができ
る。モジュール７はたんなる記憶装置でなく電子データ
処理装置（ＥＤＰ装置）に拡張しである。

受波器２を１個用いるのでなく、空間的に分離し空間固
定方式に配置した３個の受波器を用い、所与の座標系に
対し相対的なそれらの距離をＥＤＰ装置に入力すると、
送波器１の立体的動きも測定することができる。この実
施例では送波器１が動き、受波器２が空間固定式に配置
したと仮定しである。だがその逆に配置し、送波器１を
空間的に固定し、受波器２を可動することも、ＥＤＰ装
置のソフトウェアの点で支出が増すけれども基本的には
可能である。

この原理を利用したものが第１図に示す本発明による検
出器である。これは被験量１１の表面を測定するもので
ある。第１図が示すようにこの被験量表面は３次元方向
に曲っている。この検出器では例えば１軸方向の寸法が
変化しない単純な物体の表面も測定することができる。

探触子１２が下端に探触子先端１３を備え、これが被験
量１１の表面１４を所定の線に沿って走査する。所定の
直角座標系において探触子１２ば　□直立しており、そ
の上端に送波器１が固着しである。この送波器はほぼ全
方向性を有する超音波圧縮パルスを発射し、本実施例の
場合４個の受波器２がそれを受信する。すでに述べたよ
うに表面１４を立体的に走査するには少なくとも３個の
受波器２が必要である。第４の受波器は点検に用いる。

探触子先端１３と探触子１２の送波器１との間の（一定
した）距離をＥＤＰ装置に入力する。第２図に関連して
すでに述べた方法で送波器１の動きが測定され、この動
きは送波器１と探触子先端１３との間の既知の距離を介
し探触子先端１３の動きに換算される。こうして被験量
１１の被ＩＩＩ定面を介して動く探触子先端の動きを表
示装置１０で表示することができる。

受波器２は図示したように１平面上に配置しなくともよ
く、実際に起きろるあらゆる場合に各受渡器が−また少
なくとも３個の受波器が−たえず超音波パルスを受信す
るように配置すべきである。

送波器と受波器との間における超音波パルスの進路を符
号１５で示唆した。受波器を１６個以上配置した場合に
はデータ処理作業が法外に大きくなる。図示したように
４個の受波器できわめて良い結果が得られることが実験
から判明した。

探触子１２のため被測定表面１４に沿ってガイドを設け
る。図示実施例の場合このガイドはやはり３つのデカル
ト座標上に設置しである。このため探触子１２はＸ軸方
向で摺動できるよう案内ブシュ１６で保持する。

案内ブシュ１６を保持腕１７に固定結合し、該腕の他端
に別の案内ブシュ１８が設けである。案内ブシュ１８は
Ｘ軸方向に延びた連接棒１９に沿ってやはり摺動可能で
ある。

連接棒１８の両端に別の案内ブシュ２０が設けてあり、
該ブシュを介して連接棒はＹ軸方向に延びた案内棒２１
に沿って摺動可能である。送波器１より発射した超音波
パルスは測定、特に計算機内でのパルスの割当を損うよ
うな彼達が生しることのないようにできるだけ減衰させ
るべきである。

それゆえ、圧縮パルスは急上昇し、そしてただちに強力
な減衰により零近くまで低下するのが望ましい。送波器
の超音波パルスは受波器がなお十分なパルス振幅を得る
に十分な強さでなければならない。６ｍ程度の伝搬区間
を支障なく橋絡できることが実験から判明した。この値
は上述の検出器にとって十分なものである。

送波器の放射特性はできるだけ球形とずべきであるが、
しかしこれは受波器の下で超音波パルスの強さが大きく
失なわれることと引き換えに得られるものである。そこ
で、指向性の強い超音波パルスを頼りとすることができ
る。ただしこの場合、送波器１の各位置にかかわりなく
各パルスを少なくとも３個の受波器が受信することにな
るよう処置せねばならない。被験品を１線上、例えばＸ
Ｙ平面でのみ測定する場合には２個の受波器２でも間に
合う。

すでに指摘したように送波器および受波器の機能を相互
に取り替えることができ、その場合複数個の受波器と１
個の送波器とを設ける。このように配置して送波器から
同時に超音波パルスを発生すると被測定面の分解能が特
に高くなる。だがそのさい個々の信号間の関係について
ＥＤＰ装置で行う分析が複雑となる。それゆえ上記のよ
うにする代わりに送波器から短い時間間隔で順次超音波
パルスを発生ずることもできる。

第１図では探触子１２がリンク機構１６〜２１により３
軸すべての方向で案内されるが、基本的には第３図に示
す自在探触子も用いることができる。この探触子は上面
に１個でなく３個の送波器１を備えている。第１図に示
す受波器２の配置はそのまま維持される。ＦＤＰ装置に
入力される３個の送波器１の幾何学的配置、送波器相互
の距離および送波器と探触子先端１３との距離について
好適にプログラミングすることによりＥＤＰ装置ば探触
子先端１３の実際の動きを明確に逆算することができる
。第１図の配置と第３図の配置との間の差異は主として
、第１図では探触子がＸＹ座標上で案内されそしてＺ座
標上を摺動することができ、つまり傾動できないが、第
３図の配置ではこの傾動運動が可能である点にある。ガ
イ］を省いて簡素化できるのと引き換えにデータ処理が
複雑になる。探触子１２を案内する手が震える場合を想
定し、電子的手段によってこの震動を平滑にすることが
できる。しかし前述の理由から、探触子を傾動可能に案
内した第１図の配置が望ましい。

第１図はまた各座標で運動可能性を確認するごとにより
断層像測定を行うことができることも示す。案内ブシュ
１８を連接棒１９土の特定個所に係止すると縦断面図が
得られ、案内ブンユ２ｏを案内棒２１に係止すると横断
面図が得られ、そして探触子１２を案内ブシュ１６に係
止すると等直線が得られる。それゆえ、前記案内ブシュ
１６゜１８．２０に係止手段例えば係止ねじを設けるの
が望ましい。

第４図は診断や治療を目的とした適用を示１゜被験者１
３の身体に複数個の超音波送波器１１を固着し、その衝
撃パルスを複数個の空間固定式超音波受波器が受信する
。超音波送波器１１は身体の当該部位に固着する。この
点については後になお詳細に説明する。送波器１１が発
射する超音波衝撃波はほぼ全方位性と、当該測定装置の
到達範囲に調整した開口角とを有する。複数個の超音波
受波器１２は符号１４で示唆した各超音波を少なくとも
３個の受波器１２が受信することになるよう配置して空
間固定式に設ける。図は被験者１３の１平面上に、しか
も想定直方体の角に、合計３個の受波器１２を配置した
例である。ここで用いた座標軸ｘ、ｙ、ｚの座標系は第
１図にやはり示しである。

さらに別の超音波受波器１５が、超音波受波器１２によ
り限定された平面の外に付加的に設けである。この付加
的超音波受波器１５は図示した想定直方体の角、縁また
は面に、或はその他任意の空間位置に配置することがで
きる。付加的超音波受波器は、実施した各測定に応じて
少なくとも３個の超音波受波器１２．１５が各超音波パ
ルスを受信するのをそれぞれ保証することになるようそ
れぞれ配置すべきである。受波器１２，１５は立体調整
可能に台架、ロンドまたは他の好適な取付具に取付ける
ことができるのが望ましい。

超音波送波器１１の給電を符号１６で示した。

第５二８図に示した超音波送波器はその主要部品がケー
ス１１からなり、該ケース内に発振薄膜が収めである。

この発振薄膜は２個の同一形状のピエゾセラミンク板片
１２．１３を上下に重ねて貼り合わせそして互に逆極性
にしたものである。

一方のリード線工４を介し上側板片１３の金属上面に電
位を印加し、他方のリード線１５を介して下側板片１２
の金属下面に電位を印加することができる。

図示実施例の場合、画板片１２．１３は辺の長さ約８ｆ
ｌの正方形である。板片１２，１３からなる発振薄膜は
４隅がシリコンゴム体１６を介しケース１１に固着しで
ある。さらに薄膜の上面中央に音波発射ホーン１７、主
としてプラスチック材からなるホーンを載置し、それに
薄膜が接着して−ある。

ケース１１は薄膜とその部品の全面を取囲んでいる。音
波発射側である上面にのみ孔１８を介し絞りがケース内
に設けである。

第６〜８図はこの超音波送波器の機能様式を説明するも
のである。第６図は静止状態、つまりリード線１４．　
、１５を介し薄膜に電圧が印加されていない状態を示す
。第７図では薄膜が下方に、すなわちケース１１の底面
に向かつて付勢されている。これは薄膜に適宜な電圧を
印加することにより得られる。

衝撃パルスを発射する場合には電圧の極が逆転され、先
に述べた周知のピエゾセラミック効果により薄膜が第８
図の形姿となり、衝撃パルスは符号１９で示したように
孔１８を有するピンホールを介し発射される。このこと
から、十分な空間特性が得られることもわかる。　・ 薄膜を縁または角に吊すと振幅が大きくなるので有利で
ある。なぜなら、第４図及び第５図との比較から明らか
となるようにこの場合薄膜の中央範囲はごく短時間のう
ちに第７図の緊張状態から第６図の高状態を経て第８図
の発射状態へと移行するからである。シリコンゴムまた
は他の減衰材からなる小片を介して薄膜を吊すと振動は
事実上パルス特性を得るほどに十分減衰される。ボーン
１７が音波の発射を強める。孔１８を有するピンホール
は衝撃パルスの放射角を孔１８の縁で回折し空間的に拡
大するとともになお十分な音響エネルギーが孔１８を通
過できるよう設計しである。

本発明装置において別の超音波送波器を用いることも基
本的には可能である。十分な全方向性は例えば小さな空
気容積からなる発振球を有し、これが急加熱により膨張
する。この発振球は、音響放射体と音響導体が両方とも
空気であるため両者間でインピーダンスが最適に適合さ
れるので有利である。この音響放射体は原理的には最新
スピーカーのイオン高温部と同じ構成である。つまり金
属尖頭が極端に小さな曲率半径で振幅変調した高周波を
発射し、該高周波が強力な電場強度勾配により空気分子
をイオン化して振幅変調により振動させる。かかる変換
装置の効率は約１００ＫＨｚまでごく良好であり、本発
明の目的にとって基本的には適している。しかしケーシ
ングが大きくて重く、また高周波導線が比較的剛性であ
るため、測定器の影響をできるだけ小さくせねばならな
い微動運動構造の測定にかかる音響放射体を用いるのは
不利であると考えられる。

圧縮波のみを放射するかかる空気法音響放射体は基本的
には短時間で点弧したアークによっても形成することが
できる。しかしこのアーク送波器は動作信頼性が十分で
なく、また数キロボルト程度の電圧で動作させねばなら
ない。このことから、特に本発明装置を患者、スポーツ
選手等の者に適用する場合安全技術上の問題が生じる。

またこうした送波器は比較的扱い難く、重い。それに対
し第２〜５図に示した上述の超音波送波器は寸法がきわ
めて小さく軽量であり、供給電圧が比較的低く、とりた
てて安全上の処理をこうしる必要がない。

超音波送波器を６個用いた場合上述の装置の時間的分解
能はほぼ１／３０秒に等しいこ゛とが実験から明らかと
なった。それより少ない数の送波器を用いるとこの値は
一層向上する。

別の周知の測定系、主としてフィルム撮影を介して光学
的に動作する測定系と比較して本発明装置は位置分解能
が約３０倍〜１００倍である。送受波器の使用個数に応
じて、また計算機の速度に応じて、測定・分析時間は数
分から約１／１００秒に低下する。事象（運動）とその
表示との間の時間間隔がこのように短いことから例えば
医療リハビリテーションやスポーツ教育の分野で新しい
適用領域が開かれる。この場合該当者自身が、場合によ
っては医者やスポーツ指導者とともに、当該運動を事実
上瞬時に観察しコントロールすることができる。

第９図は本発明による衝撃パルスの振幅と時間ｔとの関
係を示す線図である。前縁２０がきわめて急激に立ち上
っているのがわかる。次に振幅は迅速に零値に減衰され
る。本実施例の場合振動がこの減衰値零になるのは符号
２１、すなわち完全振動２回の後である。

特許請求の範囲第８項の方法は感知できる計算機速度の
上昇を認め、−力計算機はパルス１４が、あらゆる試験
条件において常に所定の等しく維持された順序で受波器
１２．１５に届くことを感知する。（第４図参照）。

第４図について一般的に言えば、測定点１１の１つの場
所を正確に決定するためには位置の固定した３つの受波
器１２．１５で足りる。かくして計算器は受波器１２．
１５間の距離を知る。この測定により計算器はその外に
パルス１４の経過時間について測定点（送波器）と３つ
の受波器１２゜１５のそれぞれとの間の３つの距離１４
を検知する。このデータによりその底辺が３つの受波器
１２．１５より構成されその頂上が測定点１１であるピ
ラミッドが画定される。

もちろん、送波器と受波器を相互に交換して１個の受波
器と３個の送波器を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による検出器の基本構成を説明した斜視
図、第２図は第１図の検出器における測定方法を説明し
たブロック線図であり、第２図に示した回路は本発明の
あらゆる用途で用いられることを指摘しておく。第３図
は第１図の装置の変形態様における手動式探触子の斜視
図、第４図は人間の測定点を測定する本発明装置のやは
り斜視図であり、受波器は空間内に配置しである。第５
図は本発明による超音波送波器の基本構成を説明する送
波器の斜視図、第６図は第５図の超音波送波器の側面図
であり、静止状態を示し、第７図は第５，６図と同様の
送波器の側面図であり、緊張状態を示し、第８図は第５
〜７図と同様の送波器の側面図であり、超音波衝撃パル
スの発射時を示す。第９図は発射された衝撃パルスの振
幅と時間との関係を示す図である。 ■・・・超音波送波器、２・・・超音波受波器。 特許出願人　トラヴエノール　ゲー・ エム・ヘー・ハ− 第１頁の続き 優先権主張　＠１９８ｍ２月２１日［相］西ドイツ（ｒ
＠１９８４−手２月２１日［相］西ドイツ（１＠　Ｉ　
９８４１；手２月２１日［相］西ドイツ（ＬＩＥ）［相
］Ｐ３４０６１８０．０ ＋　Ｅ　）＠Ｐ３４０６２１０．６ ＩＥ）［相］Ｐ３４０６２１２．２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１超音波パルスを用い所定の座標系において少なく
   とも１測定点の位置を測定する方法であって、各測定点
   に超音波送波器を固着しそして少なくとも３個の空間固
   定式超音波受波器を設け、超音波送波器を励起して衝撃
   パルスを発生し、該衝撃パルスは前縁ができるだけ急峻
   で９０゜以下であり、そして最高６の振動を含み、超音
   波受波器に到る衝撃パルスの伝搬時間を測り、測定結果
   からデータ処理により測定点の位置を検出する方法。 （２）複数個の超音波送波器を設け、それを時間的に相
   前後して励起して衝撃パルスを発生することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）短い間隔で測定を繰り返し、■または複数の測定
   点が動いた場合それを測り、また場合によってはそれか
   ら導出した量を測ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 （４）　前縁ができるだけ急峻で、所用角度が９０’以
   内、振動数が最高６である衝撃パルスを発生することの
   できる超音波送波器を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の方法を実施する装置。 （５）　超音波送波器を探触子の一端に固着し、その他
   端は探触子先端として構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲の第４項に記載の装置。 （６）探触子は連接棒で３つの座標において直角に案内
   し、少なくとも１つの案内がロック可能であることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 （７）探触子を手動で案内することができ、探触子の先
   端とは逆の末端に３個の超音波送波器を設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 （８）　複数個の超音波送波器（１１）を設けてそれを
   所定の順序で衝撃パルスに次いで励起せしめ、この順序
   を測定中に等しくし、各測定順番の衝撃パルス間の時間
   的遅延を非常に大きくし、これにより相互に相対的に移
   動する超音波送波器においてもその超音波パルス（１４
   ）が常に同一順序で超音波受波器（１２、Ｉ　３）によ
   って受信されるようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第３項に記載の方法。 （９）少なくとも４個の空間固定式超音波受波器を設け
   、そのうち少なくとも１個の超音波受波器は残りの３個
   の超音波受波器によって限定された第一平面の外の空間
   に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の方法。 ００）　この第一平面の外に配置した超音波受波器は他
   の第一平面を限定した２個の超音波受波器とともに、第
   一平面に対し直角な第二平面を限定することを特徴とす
   る特許請求の範囲第９項に記載の装置。 （１１）タイマーを有する回路を設け、該タイマーは送
   波器側増幅器を介し超音波送波器に衝撃パルスを印加し
   また同時にカウンタからスタートパルスを発生し、該カ
   ウンタには高周波発振器がら計数パルスを印加し、カウ
   ンタの出力端子は受波器側の計数パルス用メモリに接続
   し、該メそりの入力端子は受信増幅器を介し超音波受波
   器にも接続し、該受波器の出力端子に表示装置を接続し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置
   。 （１２）超音波受波器が２個の同一寸法のピエゾセラミ
   ンク材を上下に重ねて貼り合わせた板片を有し、該板片
   はその金属外面に所定の極性を有する電圧を印加すると
   板片が球殻状に一方向に、そして電圧が逆転すると他方
   向に偏向するよう分極してあり、また板片は下面の縁範
   囲で振動減衰してケーシングに固着してあることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 （１３）板片の音波発生面の直前にピンホールを配置し
   、板片の音波発生面にホーンを嵌着したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 （１４）超音波送波器と超音波受波器とを相互に取り　
   ｌ’１替えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の方法の変形方法。