JPS61259649A - 超音波扇形スキヤナ - 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】 本発明は空気の透磁率よりも高い透磁率を有し、互いに
対向して、その間にギャップを有する２つの端面を有し
ており、これらの端面が長手方向軸線の両側に配置され
た第１固定子と； 空気の透磁率よりも高い透磁率を有し、前記第１固定子
の端面間にて長手方向軸線上に配置され、該長手方向軸
線を囲む外側面を有している第１回転子と； 前記第１回転子に連結され、かつ該第１回転子と一緒に
前記長手方向軸線のまわりに回動自在に配回された超音
波１ヘランスジコーサ：とを具えている超音波扇形スキ
ャナに関するものである。断種の装詔は例えば医療診断
用に用いられる。

超音波”Ａ−スキャナ”では、超音波トランスジユーザ
によって音圧信号を発生させ、この信号を物体に真直ぐ
段用させる。投射信号はその伝搬通路に沿って散乱して
、エコー音圧信号を発生ずる。エコー音圧信号は、その
伝搬通路に沿う物体の特性に関する情報を含んでいる。

超音波トランスジューサはエコー音圧信号を受信して、
この信号を電気信号に変換する。

物体を通過する断面の二次元像は、断層を走査するため
に成る選択角度範囲にわたり超音波トランスジユーザを
旋回させることによって超音波”Ａ−スキャナ″にて得
られる。この場合の各電気的なエコー信号は断層内にお
ける放射線像を表わし、これらすべての電気エコー信号
によって物体のパイ状の断層像が表わされる。電気的な
エコー信号を適当に処理し、かつトランスジユーザの旋
回角度を正確に測定することによって断層像を例えば陰
極線管のスクリーン上に表示させることができる。

実際上、超音波トランスジューサは選択角度範囲にわた
り１度だけ旋回させるのではなく、トランスジユーザは
前後に多数回にわたり振動させる。

トランスジユーザの各繰返し振動によって物体の新規の
断層像が得られるため、断層像は実時間で結像すること
になる。

超音波１〜ランスジコー１ノを振動させるのに用いる［
−タは、（ｉ）そのトランスジコーリの回転方向を周期
的に反転させ、（１ｊ）通常１〜ランスジフ−−ザを浸
す液体のＸｉ！ｉ性抵抗によるような摩擦損に打ち勝ち
、かつ（ｉｉｉ　）サーボ制御系を利用する際にｌ−ラ
ンスジョー１ノが基準信号を追跡するように覆るだめの
１〜ルクを供給４−る必要がある。摩擦損に打ら勝つの
に必要な１−ルクは通常比較的小ざい。さらに、１−ラ
ンスジコーリの角速度は全走査にねたり一定とするのが
好適であり、このようにすれば１〜ラツキング（追跡）
１ヘルクが小ざくて演む。従って、走杏装首に必要な１
〜ルクの代表的には７５％〜９０％が方向反転に必要と
される。

本発明の目的は１−ランスジコーリを一定の回転ｊ卑Ｕ
ｒ振動させるのに必要な高１〜ルクを発生し得るモータ
を有している超音波扇形スキャナを提供することにある
。

本発明の他の目的は振動中の１−ランスジコーリーの回
転方向を迅速に反転させるのに必要な高トルクを発生し
１ｑるモータを有している超音波扇形スキャナを提供す
ることにある。

さらに本発明の他の目的は、トランスジューサの角度位
置及び角速度を正確に、しかも精密に決定するサーボ制
御系を具えている超音波扇形スキャナを提供することに
ある。

本発明による超音波扇形スキャナは、前記第１回転子の
外側面を＋’＋ｆｆ記第１固定子の前記端面からギャッ
プの厚さ分だけ鐸１間させ、該ギャップの厚さを前記第
１回転子が第１角度位置から第２角度位置へと第１方向
に３６０°以下の角度回転するにつれて薄くなるｊ：う
にし、かつ前記スキＶすが、空気のｊΔ磁率よりも高い
透磁率を有し、互いに対向して、その間にギャップを有
する２つの端面を有しており、これらの端面が長手方向
軸線の両側に配置され、前記第１固定子からは長手方向
に離間された第２固定子と； 空気の透磁率よりも高い透磁率を有し、前記第２固定子
の端面間にて前記長手方向軸線上に配置され、前記第１
回転子に連結され、かつ該第１回転子と一緒に前記長手
方向軸線のまわりに回動内＝　７− 在に配置された第２回転子：も具え、 前記第２回転子が＋’＋ｉｆ記長手方向軸線を囲む外側
面を有しており、該第２回転子の外側面を前記第２固定
子の前記端面からギャップの厚さ分だけ離間させ、該ギ
ャップの厚さを前記回転子が前記第１方向とは反対に第
２角度位置から第１角度位置へと第２方向に３６０°以
上の角度回転するにつれて薄くなるように構成したこと
を特徴とする。

超音波扇形スキャナには固定子に磁束を発生させる手段
も設け、この磁束発生手段を固定子のまわりに巻回した
導電性のワイヤコイルと、これらの固定子コイルに電流
を交互に供給するドライバ手段とで（？４成づるのが好
適である。

各固定子の端面ば長手方向軸線のまわりに対称的とげる
のが好適である。各固定子によって規定される磁束通路
は長手方向軸線に対し垂直な平面に平行とするのも好適
である。

本発明による超音波扇形スキャナにおＩＪる回転子及び
固定子は強磁性材料製のものとし、しかも積層構造のも
のとするのが好適である。また、各固定子の端面は２つ
だけとするのが好適である。

本発明による超音波扇形スキャナには光学的なエンコー
ダアセンブリと、基準信号発生手段と、比較手段を設け
ることもできる。光学式エンコーダアセンブリは軸線の
まわりの超音波１〜ランスジコーサの実際の角度位置を
表わす角度位置信号を発生する。基準信号発生手段は軸
線のまわりの超音波トランスジューサの所望角度位置を
表わす基準信号を発生ずる。比較手段は基準信号と角度
位置信号とを比較し、このＭ単信号と角度位置信号との
差を表わず誤差信号を発生する。

ドライバ手段は、誤差信号が正の場合に第１コイルに電
流を供給し、誤差信号が負の場合に第２コイルに電流を
供給する。

本発明による超音波扇形スキャナは超音波トランスジコ
ーリを極めて一定な速度で振動させる。

振動中のトランスジューサの各方向反転は極めて速く行
われる。このために走査が均一となる。

本発明による超音波扇形スキャナのサーボ制御系はトラ
ンスジューサの角度位置及び角速度を時間の関数として
正確かつ精密に決定する。

以下図面につぎ本発明を説明する。

第１及び２図を参照するに、本発明による超音波扇形ス
キャナ（走査装置）は第１固定子１０及び第２固定子１
２を具えている。これら双方の固定子の透磁率は空気の
透磁率よりも高くし、これらの固定子は例えば４％シリ
コン−鉄又は他の強磁性材料製とすることができる。固
定子１０及び１２は積層ＩＭ　Ｙｌｉのものと１−るの
が良いが、このことは低い振動周波数では左程小要な要
件ではない。

第１及び第２の各固定子１０及び１２は２つの端面１４
を有している。第１固定子１０の端面１４は、これら端
面の間にキャップ１６を形成ザるように長手方向軸線１
８の両側に配置する。第２固定子１２の端面１４も、こ
れらの端面間にギャップを形成するように長手方向軸線
１８の両側に配置する。なお、各固定子の端面１４は軸
線１８のまわりに対称と覆るのが好適である。

第２固定子１２は第１固定子１０から長手方向に離間さ
せる。第１図に示すように、各固定子１０及び１２は軸
線１８に対し垂直の平面に平行な磁束通路を規定すべく
配置する。

超音波扇形スキャナは第１回転子２０及び第２回転子２
２も具えている。これら双方の回転子２０及び２２は空
気の透磁率よりも大ぎい透磁率を有している。これらの
回転子も例えば４％シリコン−鉄又は他の強磁性材料製
とすることができる。また、これらの回転子も積層構造
のものとするのが良いが、このことは低振動周波数が用
いられる場合には必ブしもそのようにする必要はない。

第１回転子２０は第１固定子１０の端面１４間にて長手
方向軸線１８上に配置する。第２回転子２２は第２固定
子１０の端面１４間にて長手方向軸線１８上に配置する
。第１及び第２回転子２０及び２２ば、これらが長手方
向軸線１８のまわりを回転し得るように軸受内に取付り
る。これらの軸受は各回転子の中央孔２６内に配置され
る軸２４を具えている。軸２４の両端部は軸受２８の孔
内に取付（プる。各軸２４及びその関連する軸受２８は
スリーブ軸受を形成する。

上記回転子と、軸と、軸受とのアセンブリを軸受ハウシ
ング３０ににつて支持する。一方の軸受ハウジング３０
は第１固定子１０に取（＝ｌけると共に、他方の軸受ハ
ウジング３０は第２固定子１２に取付ける。

両ＩＩｑｉｌ受ハウジングは例えばねじ３２によって固
定、子に取付ける。

回転子２０ど２２との間にはトランスジユーザ保持器３
４を配置する。各軸２４の端部はトランスジュー牙す保
持器３４に掛合ざＵる。

１ヘランスジユーザ保持器３４はその両側にビン３６を
具えている。これらの各ピン３６は回転子の孔（図示せ
ず）内に掛合させて、回転子２０及び２２並びにトラン
スジユーザ保持器３４のいずれもが単一アセンブリとし
て軸線１８のまわりを回転するようにする。

第１図に示すＪζうに、各回転子２０及び２２は外側面
３′８を有している。第１回転子２０の外側面３８はギ
ャップの分だ【ノ第１固定子１０の端面１４から離間さ
せる。この第１回転子の外側面と第１固定子の端１ｉｊ
１４との間のキャップの厚さは、回転子が第１角度位置
から第２角度位置へと第１方向（第１図で一時計方向）
に３６０°以下の角度だけ回転するにつれて薄くなるＪ
：うにする。

第２回転子２２の外側面もギャップの分だけ第２固定子
１２の端面１４から離間させ、この第２回転子の外側面
と第２固定子の端面との間のギャップの厚さは、第２回
転子２２が第１方向とは反対に第２角度位置から第１角
度位置へと第２方向く第１図で反時計方向）に３６０°
以下の角度回転するにつれて薄くなるようにする。

双方の外側面３８ば長手方向軸線１８を包囲する。

第１図に示した第１及び第２回転子２０及び２２は第１
角度位置と第２角度位置との間に向けられている。

超音波トランスジューサ４０をトランスジューサ保持器
３４内に取付ける。従って、トランスジューサ４０は回
転子２０及び２？に連結され、この１〜ランスジユーサ
は回転子と一緒に軸線１８のまわりを回転し得るように
配置される。

１〜ランスジユーサ４０には、このトランスジューサを
附勢するため、及びトランスジューサに入射する工］−
音圧信号によってこの１〜ランスジコーサに発生ずる電
気信号を伝送するだめの２木の電気リード線４２（１本
のみ図示）を設（プる。電気信号はブラシ４４及びブラ
シ保持器４６によってリード線４２に送給されたり、リ
ード線４２から送給されたりする。各ブラシ保持器４６
はねじ４８によって軸受ハウジング３０に固着する。

超音波扇形スキャナを作動させるためには、固定子に磁
束を発生させる必要がある。これがため、各固定子１０
及び１２の中央部のまわりに導電性のワイヤコイル５０
を巻回する。第１固定子１０のコイル５０に電流を流す
と、第１回転子２０の外側面３８と第１固定子１０の端
面１４どの間のギャップの斤ざが最小となるまで回転子
／１〜ランスジユーサアセンブリが時計方向に回転する
ようになる。

第１固定子１０における］イル５０への電流を遮断し、
第２固定子１２のコイル５０（図示せず）に電流を供給
すると、回転子／トランスジューサアセンブリは第１図
に示すように反時泪方向に回転するＪ：うに４ｚる。こ
の回転子／１〜ランスジコーサアセンブリは、第２回転
子２２の外側面３８と第２固定子１２の端面１４との間
のギャップの厚さが最小となるまで反時計方向に回転す
る。従って、第１固定子のコイル及び第２固定子のコイ
ルに交互に電流を供給することによって、超音波１＝ラ
ンスジ］−−サ４０を振動ざぜることができる。

超音波トランスジューサ４００角度位置及び角速成を時
間の関数として制御するためにサーボ制御系を設ける。

このり−−水制御系は、軸線１８のまわりにｉＪ３　Ｃ
プる超音波トランスジューサの実際の角度位置を表わす
角度位置信号を発生させるための光学式エンコーダアセ
ンブリを貝えている。この光学式エンコーダアセンブリ
は第１図には図示してないが、第４図に示しである。

第４図に示した光学式エンコーダアはンブリは、米国の
リットン社のリン１ヘンエン］−ダ部門から市販されて
いるものが好適である。このエンコーダアセンブリは、
１−ランスジューサ保持器３４の底部に固着したエンコ
ーダディスク５２と、超音波用形キャナの基部５６（第
１図）に固着した読取器アセンブリ５４とを貝えている
。

周知の明く、エンコーダディスク５２に（ｊ、軸線１８
のまわりの種々の角度位置に分配される一連のスリンｌ
−を設りる。読取器アセンブリ５４は光源、光検出器及
び固定の第２デイスクをいずれも互いに一定の関係で具
え−Ｃいる。光源は固定ディスクのスロットを紅Ｃ光検
出器を照射する。可動エンコーダディスク５２におりる
スロットが固定ディ支りのスロットと並ぶ際には常に光
検出器の出力信号にパルスが発生する。光検出器の出力
信号を適当に処理することによってエンコーダディスク
５２、従って超音波１−ランスジユーザ４０の角度位置
及び角速度を決定することができる。

第３図に示したサーボ制御系は基準信号発生器１００も
具えており、この信号発生器は軸線のまわりの超音波１
〜ランスジユーサの所望角度位置を表わす基ｒ１（信号
を発生する。この基準信号には超音波トランスジューサ
の所望角速度に関する情報を含めることもできる。

サーボ制御系は基準信号と角度位置信号とを比＝１６− 較する比較手段も具えている。第３図ではこの比較手段
をマイクロプロセッサ制御器１０２とする。

このマイクロプロセッサ制御器１０２は基準信号と角度
位置信号との差を表わす誤差信号を発生する。

基準信号が速度信号を含む場合、マイクロプロセッサ制
御器１０２ば光学式エンコーダ（５２，５４）からの実
際の角度位置信書をディジタル的に微分することによっ
て実際の速度信号を取出すことができる。この場合の誤
差信号は位置誤差信号と速度誤差信号とを含むことにな
る。

固定子１０及び１２のまわりに巻゛回したコイル５０に
電力を供給するために、サーボ制御系は電流ドライバ１
０４を具えている。第３図に示すようにこの電流ドライ
バ１０４はディジタル−アナログ変換器１０Ｇを介して
マイクロプロセッサ制御器１０２に接続する。ディジタ
ル−アナログ変換器１０６はマイクロプロセッサ制御器
１０２の出力がディジタル信号であるために設ける。

超音波トランスジューサ４０が基準信号を追跡するよう
にするために、マイクプロセッサ制御器１０２からの誤
差信号が正の場合には電流ドライバ１０４によって電流
を（第１固定子１０に巻回した）第１コイル５０に供給
覆る。マイクロプロセラ４ノ制御器１０２からの誤差信
号が負の場合には、電流ドライバ１０４は（第２固定子
１２に巻回した）第２］イル５０に電流を供給する。

第３図のブロック線図にお（プる電気−機械系１０８は
固定子１０．１２、回転子２０．２２，２４、軸受２８
、トランスジコーリー保持器３４及び超音波トランスジ
ューサ４０を表ねづものである。

第５図は超音波扇形スキャナ用のカバーアセンブリを示
しており、ここに示すように超音波扇形スキャノは第１
聞放端（これは第５図に示したように頂部に配置される
）イｑきの剛性円筒壁を有しているハウジング５８を具
えている。このハウジング５８は回転子、固定子及び超
音波１−ランスジコーサ（これらは図面の明瞭化のため
に第５図には示し−Ｃない。）のまわり全体に延在する
。ハウジングの円筒壁はノーズピース６０を含んでいる
。

円筒壁の周囲外側面は、その円筒壁の外周全体に延在す
る少なくとも１個の満６２を有している。

超音波扇形スキャナは可撓性の円筒状の膜（メンプラン
）部分６６を有している可撓性の膜６４も具えている。

、Ｉｉ！６４は例えばシリコンゴム製とする。

円筒状の膜部分６Ｇは渦６２の個所に円筒壁の外周にほ
ぼ等しい外周を右している。円筒状の膜部分６６の内側
面は、そこに成形した少なくとも１個のり１６８を有し
ている。リブ６８は膜部分６６の外周のまわりに完全に
延在させる。リブ６８はハウジングの壁部の溝６２内に
突出させる。

最後に、カバーアセンブリは円筒状の膜部分６６のダ周
にほぼ等しい外周を有している熱収縮管７０も具えてい
る。この管７０は円筒状の膜部分６６のまわりに配置さ
れ、これは収縮によりリブ６８を満６２内に押込む抑止
リングとして機能する。この結果、ハウジングと膜との
間に気密封止が形成される。

第５図に示すように、ハウジングの壁部と可撓性の膜に
は熱収縮管１０を配置する凹所を形成するのが好適であ
る。

熱収縮管の代りに仙の抑止リングを用いること＝　１　
日　− もできる。例えばステンレス鋼の抑止リングを凹所内は
め込むことができる。

ノーズピース６０は円筒状の壁部を有している以外に、
ハウジングの開放端を部分的に閉成する内方に突出して
いる部分７２も有している。ノーズピース６０の斯かる
内方突出部７２は可撓性の膜６４から頗１間させて、こ
の膜６４を診断する患者の皮膚に押当てた際に、膜６４
と皮膚との接触面積が大きくなるようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波扇形スキャナの一部を展開
して示す斜視図； 第２図は本発明による超音波扇形スキャナのモータ／ト
ランスジューサアセンブリの一部を示す頂面図： 第３図は本発明にＪ：る超音波扇形スキャナのサーボ制
御系を示すブロック線図； 第４図は光学式エンコーダアセンブリを有しているモー
タ／トランスジューサアセンブリの一部を示づ側面図： 第５図は本発明による超音波扇形スキャナの外側ケーシ
ングを一部断面にて示す側面図である。 １０・・・第１固定子　　　１２・・・第２固定子１４
・・・端面　　　　　　１６・・ギャップ１８・・・軸
線　　　　　　２０・・・第１回転子２２・・・第２回
転子　　　２４・・・軸２６・・・回転子の中央孔　２
８・・・軸受３０・・・軸受ハウジング　３２・・・ね
じ３４・・・トランスジューサ保持器 ３６・・・ビン　　　　　　３８・・・回転子の外側面
４０・・・超音波１〜ランスジユーサ ４２・・・リード線　　　　４４・・・ブラシ４６・・
・ブラシ保持器　　４８・・・ねじ５０・・・コイル　
　　　　５２・・・エンコーダディスク５４・・・読取
器アセンブリ ５６・・・基部　　　　　　５８・・・ハウジング６０
・・・ノーズビン　　　６２・・・溝６４・・・膜　　
　　　　　６６・・・円筒状膜部分６８・・・リブ　　
　　　　７０・・・熱収縮管７２・・・突出部　　　　
　　１００・・・基準信号発生器１０２・・・マイクロ
プロセッサ制御器（比較手段）１０４・・・電流ドライ
バ　１０６・・・Ｄ／Ａ変換器１０８・・・電気−機械
系 特ｒ［出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルー
イランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気の透磁率よりも高い透磁率を有し、互いに対向
   して、その間にギャップを有する２つの端面を有してお
   り、これらの端面が長手方向軸線の両側に配置された第
   １固定子と；空気の透磁率よりも高い透磁率を有し、前 記第１固定子の端面間にて長手方向軸線上に配置され、
   該長手方向軸線を囲む外側面を有している第１回転子と
   ； 前記第１回転子に連結され、かつ該第１回 転子と一緒に前記長手方向軸線のまわりに回動自在に配
   置された超音波トランスジューサ；とを具えている超音
   波扇形スキャナにおいて、前記第１回転子の外側面を前
   記第１固定子の前記端面からギャップの厚さ分だけ離間
   させ、該ギャップの厚さを前記第１回転子が第１角度位
   置から第２角度位置へと第１方向に ３６０°以下の角度回転するにつれて薄くなるようにし
   、かつ前記スキャナが、 空気の透磁率よりも高い透磁率を有し、互 いに対向して、その間にギャップを有する２つの端面を
   有しており、これらの端面が長手方向軸線の両側に配置
   され、前記第１固定子からは長手方向に離間された第２
   固定子と；空気の透磁率よりも高い透磁率を有し、前 記第２固定子の端面間にて前記長手方向軸線上に配置さ
   れ、前記第１回転子に連結され、かつ該第１回転子と一
   緒に前記長手方向軸線のまわりに回動自在に配置された
   第２回転子；も具え、 前記第２回転子が前記長手方向軸線を囲む 外側面を有しており、該第２回転子の外側面を前記第２
   固定子の前記端面からギャップの厚さ分だけ離間させ、
   該ギャップの厚さを前記回転子が前記第１方向とは反対
   に第２角度位置から第１角度位置へと第２方向に３６０
   °以下の角度回転するにつれて薄くなるように構成した
   ことを特徴とする超音波扇形スキャ２、前記固定子に磁
   束を発生させる手段も具え、該磁束発生手段を； 前記第１固定子のまわりに巻回した導電性 の第１ワイヤコイルと； 前記第２固定子のまわりに巻回した導電性 の第２ワイヤコイルと； 前記第１及び第２コイルに電流を交互に供 給するドライバ手段； とをもって構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の超音波扇形スキャナ。 ３、前記軸線のまわりの超音波トランスジューサの実際
   の角度位置を表わす角度位置信号を発生させるための光
   学式エンコーダアセンブリ； 前記軸線のまわりの超音波トランスジュー サの所望角度位置を表わす基準信号を発生させるための
   基準信号発生手段； 前記基準信号と前記角度位置信号とを比較 し、該基準信号と角度位置信号との差を表わす誤差信号
   を発生させるための比較手段；及び 前記誤差信号が正の場合に、前記第１コイ ルに電流を供給し、かつ前記誤差信号が負の場合に、前
   記第２コイルに電流を供給するためのドライバ手段； も具えるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の超音波扇形スキャナ。 ４、前記各固定子の端面を前記長手方向軸線のまわりに
   対称的としたことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３
   項のいずれか一項に記載の超音波扇形スキャナ。 ５、前記各固定子が、前記長手方向軸線に対して垂直な
   平面に平行な磁束通路を規定するようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１〜４項のいずれか一項に記載
   の超音波扇形スキャナ。 ６、前記各固定子の端面を僅か２つとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜５項のいずれか一項に記載の
   超音波扇形スキャナ。