本發(fā)明涉及一種機(jī)械3D超聲波探頭(mechanical scanning 3D ultrasonic transducer)，特別涉及一種機(jī)械3D超聲波探頭，具備：對原點(diǎn)位置進(jìn)行檢測的檢測裝置，所述原點(diǎn)位置在對機(jī)械3D超聲波探頭的超聲波收發(fā)部的擺動進(jìn)行控制時作為基準(zhǔn)。

背景技術(shù)：

在以往的機(jī)械3D超聲波探頭，例如，使超聲波探頭的超聲波收發(fā)部在短軸方向上擺動的圓弧狀掃描超聲波探頭中，旋轉(zhuǎn)圓板(光學(xué)旋轉(zhuǎn)板)設(shè)置于驅(qū)動部件，通過透射型光傳感器來檢測超聲波收發(fā)部的旋轉(zhuǎn)位置，所述驅(qū)動部件設(shè)置在將驅(qū)動馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)傳遞至超聲波收發(fā)部的機(jī)構(gòu)的中途。

例如，在圓弧狀掃描超聲波探頭中，如以往的圖5(a)所示，盒體31設(shè)置在外殼30內(nèi)，保持板33通過中心軸32擺動自如地設(shè)置于盒體31的兩側(cè)壁，并且在保持板33的上表面部設(shè)置有超聲波收發(fā)部34，所述超聲波收發(fā)部34包含壓電元件群。

而且，在盒體31的下表面部固定有框體36，驅(qū)動馬達(dá)35設(shè)置于框體36的下表面，并且控制軸39經(jīng)由齒輪機(jī)構(gòu)而連結(jié)于設(shè)置在盒體31內(nèi)的傘齒輪機(jī)構(gòu)37，通過驅(qū)動馬達(dá)35，使控制軸39與固定于保持板31的一側(cè)壁的傘齒輪嚙合并旋轉(zhuǎn)，從而使超聲波收發(fā)部34在短軸方向上擺動。

此處，如圖5(c)的詳細(xì)圖所示，半月狀的光學(xué)旋轉(zhuǎn)板38結(jié)合于圖5(a)所示的控制軸39，以邊界部P為基準(zhǔn)，從光學(xué)旋轉(zhuǎn)板38的旋轉(zhuǎn)中心向彼此相反的方向分別隔開180°的間隔而形成有遮光部38a與透光部38b。

而且，能夠通過設(shè)置于框體36的內(nèi)側(cè)面的透射型光傳感器40，來檢測短軸方向上的超聲波收發(fā)部34的原點(diǎn)位置，從而根據(jù)被檢測體(生物)的準(zhǔn)確位置來獲得生物信息(參照專利文獻(xiàn)1)。

另外，圖5(b)所示的使超聲波探頭的超聲波收發(fā)部在短軸方向上平行地往返移動的線性掃描超聲波探頭，采用如下結(jié)構(gòu)：在容器主體50的側(cè)面部設(shè)置移動機(jī)構(gòu)51，所述移動機(jī)構(gòu)51包含同步帶(timing belt)與驅(qū)動帶輪，所述移動機(jī)構(gòu)51受到設(shè)置于容器主體50側(cè)面部的一對直線導(dǎo)軌52引導(dǎo)，使電動馬達(dá)53旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，使探頭主體(超聲波探頭)54在短軸方向上往返移動而進(jìn)行線性掃描。

線性掃描超聲波探頭也能夠使超聲波收發(fā)部在短軸方向上擺動而進(jìn)行掃描，與圓弧狀掃描超聲波探頭同樣地，通過透射型光傳感器(未圖示)來檢測超聲波收發(fā)部的短軸方向移動的右端部(R端)與左端部(L端)，檢測原點(diǎn)位置而形成被檢測體的二維圖像，接著，使超聲波收發(fā)部在短軸方向上移動，與所述二維圖像合成而形成三維圖像，根據(jù)被檢測體(生物)的準(zhǔn)確位置來獲得生物信息(參照專利文獻(xiàn)2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2006-346125號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利第4584321號說明書

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[發(fā)明所要解決的問題]

通常，若想要擴(kuò)大在使用超聲波診斷裝置對被檢測體進(jìn)行診斷時的視野范圍，則需要增大超聲波收發(fā)部的擺動量。但是，對于所述以往的原點(diǎn)檢測方法來說，若增大擺動量，則有時會產(chǎn)生如下情況：如圖6所示，旋轉(zhuǎn)圓板在全行程(full stroke)中旋轉(zhuǎn)了1旋轉(zhuǎn)以上。

此處，圖6表示在線性掃描超聲波探頭中，將半月狀的圓板38安裝于所述專利文獻(xiàn)1所示的驅(qū)動軸(控制軸39)，由縱軸表示來自透射型光傳感器的傳感器輸出，另外，由橫軸表示超聲波收發(fā)部的全行程中的L端、原點(diǎn)及R端的檢測位置。

如此，在圖6的情況下，如所述圖5(c)所示，在原點(diǎn)檢測過程中，將光學(xué)旋轉(zhuǎn)板38的旋轉(zhuǎn)角度范圍一分為二而分割為透射型光傳感器的遮光狀態(tài)與透射狀態(tài)，檢測所述兩個狀態(tài)的邊界部P并判斷為原點(diǎn)。因此，若光學(xué)旋轉(zhuǎn)板38在全行程中旋轉(zhuǎn)了1旋轉(zhuǎn)以上，則在超聲波收發(fā)部在R端與L端之間進(jìn)行全行程驅(qū)動的期間，會兩次以上地檢測原點(diǎn)位置(圖6所示的檢測出傳感器輸出低的原點(diǎn)位置)，導(dǎo)致產(chǎn)生無法準(zhǔn)確地檢測原點(diǎn)這一不良情況。

另外，在超聲波收發(fā)部停止時，對透射型光傳感器的輸出進(jìn)行檢測，判斷超聲波收發(fā)部相對于原點(diǎn)位于L端或R端中的哪一側(cè)，從而決定原點(diǎn)檢測時的初始驅(qū)動方向。因此，導(dǎo)致光學(xué)旋轉(zhuǎn)板38在全行程中旋轉(zhuǎn)了1旋轉(zhuǎn)以上的以往的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生如下的不良情況：相對于超聲波收發(fā)部的位置，無法唯一地決定透射型光傳感器的輸出，無法判斷超聲波收發(fā)部的移動方向。

作為針對如上所述的問題的對策，可考慮增大從驅(qū)動馬達(dá)至中間部件為止的轉(zhuǎn)數(shù)(rotation speed)的減速比R1，另外，減小從中間部件至超聲波收發(fā)部為止的減速比R2，由此，減小中間部件的總轉(zhuǎn)數(shù)(total rotation speed)。

但是，對于此種減速方法來說，為了減小R2，在現(xiàn)有例的使用大小傘齒輪來使超聲波收發(fā)部擺動的機(jī)構(gòu)中，必須增大小齒輪，例如導(dǎo)致圖5(a)所示的外殼30內(nèi)的密封有超聲波傳播液體的框體31內(nèi)的液體室的尺寸增大，從而會妨礙超聲波探頭的小型化、輕量化。相反地，也可考慮減小傘齒輪中的大齒輪，但由于超聲波收發(fā)部的擺動用的軸承機(jī)構(gòu)(參照圖5(a)的中心軸32)方面的制約，極難減小大齒輪。

[解決問題的技術(shù)手段]

為了解決所述問題，本發(fā)明的超聲波探頭的特征在于包括：外殼，內(nèi)部具有超聲波收發(fā)部且在所述外殼封入有超聲波傳播液體；驅(qū)動裝置，傳遞驅(qū)動馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力而使所述超聲波收發(fā)部擺動；以及檢測裝置，檢測在對所述超聲波收發(fā)部的擺動進(jìn)行控制時作為基準(zhǔn)的原點(diǎn)位置，其中，所述驅(qū)動裝置傳遞所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力到中間部件，所述檢測裝置從所述中間部件抽出旋轉(zhuǎn)，使所述旋轉(zhuǎn)減速并傳遞至所述檢測裝置的檢測部件，所述檢測裝置利用傳感器來檢測所述檢測部件的旋轉(zhuǎn)，由此檢測原點(diǎn)位置。

另外，本發(fā)明的超聲波探頭的特征在于：所述檢測部件的整個旋轉(zhuǎn)范圍被分割為所述傳感器的輸出狀態(tài)不同的兩個區(qū)域，將所述兩個區(qū)域的邊界部作為所述原點(diǎn)位置進(jìn)行檢測。

而且，本發(fā)明的超聲波探頭的特征在于：以即使在對所述超聲波收發(fā)部進(jìn)行全行程驅(qū)動的情況下，所述檢測部件的總轉(zhuǎn)數(shù)成為1旋轉(zhuǎn)以下的方式來設(shè)定所述檢測部件的減速比。

此外，特征在于：使被驅(qū)動齒輪嚙合于設(shè)置在所述中間部件上的驅(qū)動齒輪而抽出所述旋轉(zhuǎn)，所述被驅(qū)動齒輪直接或經(jīng)由別的聯(lián)動部件使所述檢測部件旋轉(zhuǎn)。

而且，特征在于：所述被驅(qū)動齒輪是以向與所述驅(qū)動齒輪之間的軸間距發(fā)生變化的方向相對自如移動的方式而受到支撐，所述被驅(qū)動齒輪與所述驅(qū)動齒輪向彼此嚙合的方向彈性地被施力。

[發(fā)明的效果]

準(zhǔn)確地檢測在對機(jī)械3D超聲波探頭的超聲波收發(fā)部的擺動進(jìn)行控制時作為基準(zhǔn)的原點(diǎn)位置，形成更準(zhǔn)確的三維圖像。

附圖說明

圖1是從斜上方觀察本申請的機(jī)械3D超聲波探頭，特別是線性掃描型機(jī)械3D超聲波探頭的第一實(shí)施例的驅(qū)動裝置與檢測裝置的立體圖。

圖2是切斷地表示圖1所示的線性掃描型機(jī)械3D超聲波探頭的基座與外殼，并從A方向觀察的箭視圖。

圖3是表示本申請的機(jī)械3D超聲波探頭的全行程的L端、原點(diǎn)及R端位置的驅(qū)動軸與檢測部件的順時針方向轉(zhuǎn)數(shù)及傳感器輸出的強(qiáng)弱的曲線圖。

圖4是圖1所示的減速機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。

圖5(a)是以往的圓弧狀掃描型機(jī)械3D超聲波探頭的縱剖視圖。

圖5(b)是線性掃描型機(jī)械3D超聲波探頭的探頭移動機(jī)構(gòu)的立體圖。

圖5(c)是圖5(a)所示的圓弧狀掃描型機(jī)械3D超聲波探頭的透射型光傳感器的放大立體圖。

圖6是表示以往的減速機(jī)構(gòu)的探頭的全行程中的L端、原點(diǎn)及R端位置的傳感器輸出的曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下，基于附圖來對本申請的機(jī)械3D超聲波探頭的實(shí)施例進(jìn)行說明。

如圖1及圖2所示，在將本發(fā)明的機(jī)械3D超聲波探頭應(yīng)用于線性掃描型機(jī)械3D超聲波探頭的第一實(shí)施例中，超聲波收發(fā)部(探頭主體)100向短軸方向的擺動(往返移動)機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動馬達(dá)1、與使驅(qū)動軸3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的減速機(jī)構(gòu)2，所述驅(qū)動軸3向超聲波收發(fā)部100傳遞所述驅(qū)動馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。而且，如圖1所示，所述減速機(jī)構(gòu)2包括：小帶輪2a、大帶輪2c以及掛在兩個帶輪2a、2c之間的第一同步帶2b，所述小帶輪2a固定于受到圖2所示的基座20軸支撐的驅(qū)動馬達(dá)1的輸出軸1a。

另外，如圖2所示，驅(qū)動軸3經(jīng)由油封(oil seal)5而軸支撐于基座20，固定于驅(qū)動馬達(dá)1的輸出軸1a的小帶輪2a的旋轉(zhuǎn)通過掛在兩個帶輪2a、2c之間的第一同步帶2b，減速傳遞至大帶輪2c，使在一端部軸支撐著大帶輪2c的驅(qū)動軸3向順時針方向(CW)及逆時針方向(CCW)旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)此種結(jié)構(gòu)，交替地向L端及R端方向驅(qū)動第二同步帶4，所述第二同步帶4與軸支撐于驅(qū)動軸3的另一端部的驅(qū)動軸帶輪3a的外周部接觸，并橫跨架設(shè)在第一惰輪(idle pulley)7a及第二惰輪7b之間，且由第一張緊輪6a、6b及第二張緊輪施加了張力，所述第一惰輪7a及第二惰輪7b分別設(shè)置于與超聲波收發(fā)部(探頭主體)100的L端及R端相當(dāng)?shù)亩梯S方向的擺動端部的基座20的側(cè)壁。

通過所述第二同步帶4受到驅(qū)動，超聲波收發(fā)部100受到鋪設(shè)于外殼21的內(nèi)底面的一對平行的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)21a(參照現(xiàn)有例的圖5所示的直線導(dǎo)軌52)引導(dǎo)，從而在短軸方向上呈直線狀地移動(若驅(qū)動軸3向圖1所示的CW方向旋轉(zhuǎn)，則超聲波收發(fā)部100向L端方向移動，另外，若驅(qū)動軸3向CCW方向旋轉(zhuǎn)，則超聲波收發(fā)部100向R端方向移動)。

而且，如圖1所示，在驅(qū)動軸3的左右兩端部的中間位置設(shè)置有驅(qū)動齒輪10，所述驅(qū)動齒輪10與齒數(shù)比所述驅(qū)動齒輪10更多的被驅(qū)動齒輪11嚙合。由此，驅(qū)動軸3的轉(zhuǎn)數(shù)(rotation speed)在驅(qū)動系統(tǒng)的中途被分散而減速，使與被驅(qū)動齒輪11一體地設(shè)置的旋轉(zhuǎn)圓板14旋轉(zhuǎn)，與圖5(c)所示的光學(xué)旋轉(zhuǎn)板同樣地，通過遮光部14a與透光部14b來檢測這兩個部分的邊界部P，從而檢測原點(diǎn)位置O。

此處，當(dāng)超聲波收發(fā)部100向R端方向移動時，旋轉(zhuǎn)圓板(檢測部件)14向圖1所示的CW方向旋轉(zhuǎn)，另外，當(dāng)超聲波收發(fā)部100向L端方向移動時，旋轉(zhuǎn)圓板14向CCW方向旋轉(zhuǎn)。

而且，若在驅(qū)動齒輪10與被驅(qū)動齒輪11的嚙合部有所謂的側(cè)隙(backlash)，則會導(dǎo)致超聲波收發(fā)部100在擺動時通過預(yù)先設(shè)定的原點(diǎn)位置的時刻、與來自旋轉(zhuǎn)圓板14的傳感器輸出發(fā)生變化的時刻產(chǎn)生誤差。所述時刻誤差(timing error)在超聲波收發(fā)部100的移動(擺動)方向相反的情況下，即在從L端向R端方向移動的情況、與從R端向L端方向移動的情況下變得顯著，并在利用超聲波診斷裝置來形成被檢測體的三維圖像時成為問題。

為了解決所述問題點(diǎn)，在本發(fā)明的線性掃描型機(jī)械3D超聲波探頭中，如圖1所示，通過未圖示的保持部件，以使所述被驅(qū)動齒輪11與驅(qū)動齒輪10之間的軸間距能夠自如地發(fā)生變化的方式來支撐所述被驅(qū)動齒輪11，并通過螺旋彈簧12來一直向驅(qū)動齒輪10的方向?qū)Ρ或?qū)動齒輪11施力，所述螺旋彈簧12的一端支撐于基座20，另一端安裝于被驅(qū)動齒輪11。

由所述螺旋彈簧12施力，由此，能夠使驅(qū)動齒輪10與被驅(qū)動齒輪11之間所產(chǎn)生的側(cè)隙幾乎為零。再者，旋轉(zhuǎn)圓板(傳感器)14只要固定于所述未圖示的被驅(qū)動齒輪11的保持部件即可，因此，與另外設(shè)置旋轉(zhuǎn)圓板14的情況相比，能夠使超聲波探頭小型化且能夠減少制造成本。

另外，特別如圖2所示，驅(qū)動軸3由油封5密封、支撐于基座20，因此，封入至外殼21內(nèi)的油等超聲波傳播液體22不會從基座20與外殼21漏出。

此外，如圖1所示，第二同步帶4橫跨架設(shè)在第一惰輪7a及第二惰輪7b之間，且由第一張緊輪6a及第二張緊輪6b施加張力，從而繞回鋪設(shè)于基座20與外殼21內(nèi)，所述第一惰輪7a及第二惰輪7b分別設(shè)置于與超聲波收發(fā)部100的L端及R端相當(dāng)?shù)亩梯S方向的擺動端部的基座20的側(cè)壁。

此處，可以通過未圖示的彈簧對第一張緊輪6a或第二張緊輪6b中的任一個張緊輪施力，從而適當(dāng)?shù)貙Φ诙綆?賦予張力，另外，也可以通過彈簧對第一惰輪7a及第二惰輪7b施力，從而對第二同步帶4賦予張力。

如上所述，在本發(fā)明的機(jī)械3D超聲波探頭中，代替如圖5(a)所示的全部減速均使用平齒輪或傘齒輪的以往的減速機(jī)構(gòu)，使用了由同步帶與帶輪及齒輪機(jī)構(gòu)形成的減速機(jī)構(gòu)，因此，能夠大幅增大從驅(qū)動馬達(dá)向驅(qū)動軸減速的減速比，并且通過驅(qū)動齒輪與被驅(qū)動齒輪的組合，使構(gòu)成透射型光傳感器的旋轉(zhuǎn)圓板的全行程中的總轉(zhuǎn)數(shù)(total rotation speed)大幅減速。

結(jié)果是如下所述，能夠在全行程中，將旋轉(zhuǎn)圓板的總轉(zhuǎn)數(shù)減速至1旋轉(zhuǎn)以下。

即，如圖3所示，橫軸采用超聲波收發(fā)部的全行程，另外，縱軸采用驅(qū)動軸3及檢測部件(旋轉(zhuǎn)圓板)11的順時針方向的轉(zhuǎn)數(shù)及透射型光傳感器13的輸出，對從超聲波收發(fā)部100的L端經(jīng)過原點(diǎn)O到達(dá)R端的所述轉(zhuǎn)數(shù)及傳感器輸出進(jìn)行繪制而形成曲線圖。

根據(jù)所述曲線圖(圖3)，當(dāng)超聲波收發(fā)部100在從L端至R端為止的全行程中移動時，驅(qū)動軸3旋轉(zhuǎn)了±1.6旋轉(zhuǎn)，因此，所述驅(qū)動軸3的總轉(zhuǎn)數(shù)為3.2旋轉(zhuǎn)。但是，在本發(fā)明的機(jī)械3D超聲波探頭的實(shí)施例1中，根據(jù)驅(qū)動齒輪10與被驅(qū)動齒輪11之間的減速比，旋轉(zhuǎn)圓板11已減速至驅(qū)動軸3的轉(zhuǎn)數(shù)的四分之一，因此，旋轉(zhuǎn)圓板11僅旋轉(zhuǎn)了±0.4旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是旋轉(zhuǎn)圓板11的總轉(zhuǎn)數(shù)為0.8旋轉(zhuǎn)，即，在全行程中旋轉(zhuǎn)了1旋轉(zhuǎn)以下，超聲波收發(fā)部100的原點(diǎn)位置O未產(chǎn)生誤差。

再者，在本發(fā)明的機(jī)械3D超聲波探頭的實(shí)施例1中，使用了透射型光傳感器來檢測原點(diǎn)，但不限于此，也可以使用反射型光傳感器、磁檢測傳感器、接觸式電刷編碼器(brush encoder)等。

另外，在所述本發(fā)明的第一實(shí)施例中，使一個驅(qū)動齒輪與一個被驅(qū)動齒輪嚙合來使旋轉(zhuǎn)圓板減速，但如圖4所示，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中采用如下結(jié)構(gòu)：在所述第一實(shí)施例的第一被驅(qū)動齒輪11的下一段，進(jìn)一步設(shè)置第二被驅(qū)動齒輪15，并使所述第二被驅(qū)動齒輪15嚙合于與第一被驅(qū)動齒輪11同軸地形成的小齒輪11a，進(jìn)一步獲得減速比。

此處，在所述第二實(shí)施例中，以使第一被驅(qū)動齒輪11與驅(qū)動齒輪10及第二被驅(qū)動齒輪15之間的軸間距均能夠發(fā)生變化的方式來支撐所述第一被驅(qū)動齒輪11，且由第二拉伸彈簧16，向與任一個嚙合齒輪嚙合的方向?qū)λ龅谝槐或?qū)動齒輪11施力。因此，能夠同時消除各個驅(qū)動齒輪嚙合時的側(cè)隙。

因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，能夠獲得比所述第一實(shí)施例更大的減速比，另外，即使減速比與第一實(shí)施例的減速比同等，也能夠減小各大驅(qū)動齒輪的直徑，因此，即使超聲波探頭在布局上有限制，其設(shè)計自由度仍極高。

再者，本發(fā)明的超聲波探頭也能夠應(yīng)用于圓弧狀掃描型機(jī)械3D超聲波探頭，但能夠更有效地應(yīng)用于超聲波收發(fā)部需要更多驅(qū)動量(移動量)的線性掃描型機(jī)械3D超聲波探頭。

[符號的說明]

1：驅(qū)動馬達(dá)

1a：輸出軸

2：減速機(jī)構(gòu)

2a：小帶輪

2b：第一同步帶

2c：大帶輪

3：驅(qū)動軸

3a：驅(qū)動軸帶輪

4：第二同步帶

5：油封

6a：第一張緊輪

6b：第二張緊輪

7a：第一惰輪

7b：第二惰輪

10：第一驅(qū)動齒輪

11：第一被驅(qū)動齒輪

12：第一拉伸彈簧

13：透射型光傳感器

14：旋轉(zhuǎn)圓板

14a：遮光部

14b：透光部

15：第二被驅(qū)動齒輪

16：第二拉伸彈簧

20：基座

21：外殼

22：聲音傳播液體

100：超聲波收發(fā)部

P：邊界部

O：原點(diǎn)位置