專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲探頭(在下文中被稱(chēng)為“短軸振蕩探頭”)，其中壓電元件組在探頭的短軸方向振蕩以獲得三維圖像，尤其涉及使用步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)單構(gòu)造的短軸振蕩探頭。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中已知的短軸振蕩探頭通過(guò)在探頭的長(zhǎng)軸方向電子掃描壓電元件組和通過(guò)在短軸方向機(jī)械掃描(振蕩)所述壓電元件組來(lái)獲得三維圖像(參見(jiàn)日本專(zhuān)利公開(kāi)No.7-38851和日本專(zhuān)利特開(kāi)No.2003-175033)。由于可以簡(jiǎn)單地配置該類(lèi)型的短軸振蕩探頭的諸如配線(連接線)和掃描電路這樣的部件，與水平和垂直地排列壓電元件以提供二維掃描的矩陣型探頭相比，可以容易地實(shí)現(xiàn)該探頭。
在圖5A中示出了短軸振蕩探頭的現(xiàn)有技術(shù)的例子(參見(jiàn)日本專(zhuān)利公開(kāi)No.7-38851)，其中圖5A是沿探頭的長(zhǎng)軸方向(X-X方向)獲得的截面，圖5B是沿其短軸方向(Y-Y)方向獲得的截面。
該現(xiàn)有技術(shù)的短軸振蕩探頭帶有壓電元件組101，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分102，和旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)103。所述壓電元件組101排列在基底材料所附著的基座104上，多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件101a的寬度方向?qū)?zhǔn)長(zhǎng)軸方向并且其長(zhǎng)度方向也對(duì)準(zhǔn)短軸方向?；撞牧瞎潭ㄔ诨?04的頂上，其在長(zhǎng)軸方向由塑料材料形成凸拱頂形，并且被配置成使得所述壓電元件組101在長(zhǎng)軸方向向外彎曲。
在探頭的整個(gè)區(qū)域上在其長(zhǎng)軸方向電連接到所述壓電元件組101的撓性襯底105在短軸方向從探頭的一個(gè)端側(cè)面向下引出，如圖5B中所示。在該情況下，撓性襯底105的導(dǎo)電路徑105a電連接到每個(gè)壓電元件101a的驅(qū)動(dòng)電極。
圖5A中所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分102由金屬材料的固定板106，殼體107，段形第一錐齒輪108a，第二錐齒輪108b，控制軸109，和步進(jìn)電機(jī)110形成。固定板106在其下表面上沿長(zhǎng)軸方向在兩個(gè)邊緣側(cè)面上具有腿部106a和106b，并且保持由多個(gè)壓電元件101a組成的所述壓電元件組101的基座104被固定到其上表面。在腿部106a和106b中，穿過(guò)腿部106a和106b的中心軸111a和111b在長(zhǎng)軸方向由軸承111c和111d旋轉(zhuǎn)地支承(沿殼體107的水平方向在線X-X上)，腿部106a和106b被設(shè)置成可圍繞中心軸111a和111b自由旋轉(zhuǎn)。
殼體107在截面上被成形為凹形，其上表面開(kāi)口，并且承受腿部106a和106b的中心軸111a和111b的突出端被固定到殼體107的圍壁。在殼體107的底壁的長(zhǎng)軸方向形成狹槽112，如圖5B中所示，并且連接到壓電元件組101的撓性襯底105通過(guò)其被引出到殼體107的外部。在狹槽112中嵌入諸如塑料材料這樣的材料以密封它。
段形的第一錐齒輪108a由螺釘或類(lèi)似物固定到腿部106a的內(nèi)表面，所述腿部106a是設(shè)在固定板106上的腿部中的一個(gè)，所述第一錐齒輪在通過(guò)其中并且由此旋轉(zhuǎn)地被支承的中心軸111a之下，并且具有弧形(扇形)齒，其頂點(diǎn)在垂直方向處于下端。第二錐形齒輪108b可旋轉(zhuǎn)地被支承在與垂直于中心軸111a和111b(線X-X)的垂直方向?qū)?zhǔn)的控制軸109的自由端上，與第一錐齒輪108a嚙合，并且在水平方向旋轉(zhuǎn)?？刂戚S109從殼體107的底壁被引出殼體107并且由軸承密封件114密封，其另一端依靠諸如齒輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接到步進(jìn)電機(jī)110。
旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)103被配置成光學(xué)編碼器(參見(jiàn)圖6)并且由光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)103a和光學(xué)計(jì)數(shù)器103b組成，所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)與控制軸109形成一體，所述光學(xué)計(jì)數(shù)器的截面為U形并且光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)103a的外周邊插入到所述光學(xué)計(jì)數(shù)器中。設(shè)在光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)103a的外周邊周?chē)O(shè)置大量的小孔103c，并且光學(xué)計(jì)數(shù)器103b在面對(duì)光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)103a的腿部上具有光發(fā)射部分和光接收部分。
由光接收部分探測(cè)從光學(xué)計(jì)數(shù)器103b的光發(fā)射部分通過(guò)許多小孔103c中的一個(gè)傳輸?shù)墓猓⑶彝ㄟ^(guò)計(jì)數(shù)傳輸通過(guò)其中的光的次數(shù)探測(cè)壓電元件組101的參考位置。作為例子，該參考位置位于等分短軸方向的中心線上，并且依靠許多光學(xué)或磁性傳感器進(jìn)行探測(cè)。需要注意的是為殼體107提供了封閉壓電元件組101的蓋，所述壓電元件組101和其它部件被密封在其中，并且其內(nèi)部充滿(mǎn)諸如油這樣的超聲傳輸介質(zhì)。
在這樣配置的現(xiàn)有技術(shù)的探頭中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分102的第二錐齒輪108b的水平向左和向右旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致與之嚙合的第一錐齒輪108a相對(duì)于垂直平面旋轉(zhuǎn)和振蕩，從而其頂點(diǎn)從中心向上朝左或朝右傾斜。換句話說(shuō)，第一錐齒輪108a的頂點(diǎn)朝著作為中心的垂直方向的左和右旋轉(zhuǎn)和振蕩。因此固定板106的腿部106a和106b相對(duì)于中心軸111a和111b朝左和朝右旋轉(zhuǎn)和振蕩，并且壓電元件組101也在短軸方向，在與之相反的方向朝左和朝右旋轉(zhuǎn)和振蕩。另外，在短軸方向的壓電元件組101的旋轉(zhuǎn)角由旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)103探測(cè)，保證了從待探測(cè)對(duì)象(有機(jī)體)的準(zhǔn)確位置獲得生物信息。
現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題然而，該配置的現(xiàn)有技術(shù)的短軸振蕩探頭具有的問(wèn)題在于，由于在短軸方向從壓電元件組101的參考位置的旋轉(zhuǎn)角由作為旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)103的光學(xué)編碼器探測(cè)，它在機(jī)械上和結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，因而昂貴。
由于所述原因，在日本專(zhuān)利特開(kāi)No.2003-175033中公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)的探頭具有一種配置，在該配置中圖5A中所示的驅(qū)動(dòng)電機(jī)110是由脈沖間歇地旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)，并且通過(guò)從壓電元件組101的參考位置計(jì)數(shù)脈沖的數(shù)量來(lái)探測(cè)旋轉(zhuǎn)角，使得光學(xué)編碼器成為多余。
在現(xiàn)有技術(shù)的探頭中，磁體115a在其中的短軸方向設(shè)在壓電元件組101的中心之中，如圖7A中所示，并且壓電元件組101的參考位置由磁體115a與設(shè)在探頭的殼體107a的中心之中的霍爾傳感器115b的相互操作探測(cè)。換句話說(shuō)，壓電元件組101的參考位置被視為從旋轉(zhuǎn)中心O等分短軸方向的中心線OP與蓋107a的中心重合的點(diǎn)，如圖7A中所示。更具體而言，該參考位置被視為在短軸方向壓電元件組101的中心在等分旋轉(zhuǎn)角的中心線OP上所處的位置，壓電元件組101通過(guò)朝左和朝右旋轉(zhuǎn)振蕩通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)角。所述參考位置由為此配置成磁性傳感器的參考位置探測(cè)傳感器探測(cè)。
然而，如圖7B中所示如果在現(xiàn)有技術(shù)的該短軸振蕩探頭的操作開(kāi)始時(shí)壓電元件組101朝右旋轉(zhuǎn)通過(guò)角θ°，并不清楚“移位”的方向(在中心線OP′上)是朝左還是朝右，因此用于確定參考位置的壓電元件組101的旋轉(zhuǎn)方向也是不清楚的。這產(chǎn)生的問(wèn)題在于探測(cè)和設(shè)置參考位置變得極難。
另外，由于壓電元件組101在該現(xiàn)有技術(shù)探頭的短軸方向旋轉(zhuǎn)和振蕩，因此從壓電元件組101向外延伸的撓性襯底105被密封和容納在殼體107中，同時(shí)保持其撓性。為了所述原因，存在的危險(xiǎn)是撓性襯底105將開(kāi)始與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分102的部件接觸，特別是與第一錐齒輪108a接觸，并且撓性襯底105將遭到損壞，例如其導(dǎo)電路徑105a的破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目標(biāo)是簡(jiǎn)化短軸振蕩探頭中用于探測(cè)壓電元件組的旋轉(zhuǎn)角的機(jī)構(gòu)，其第二目標(biāo)是防止損壞撓性襯底。
為了實(shí)現(xiàn)上述第一目標(biāo)，本發(fā)明涉及一種超聲探頭，其包括由在探頭的長(zhǎng)軸方向排列的多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件組成的壓電元件組，以及電連接到壓電元件并且在探頭的短軸方向從至少一個(gè)端側(cè)面向外延伸的連接線；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分，其在短軸方向圍繞長(zhǎng)軸方向的中心旋轉(zhuǎn)和振蕩所述壓電元件組；參考位置探測(cè)傳感器，其在短軸方向探測(cè)壓電元件組的參考位置；以及聯(lián)接到所述參考位置傳感器并且驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分的控制軸和步進(jìn)電機(jī)；其中用于所述參考位置傳感器的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)聯(lián)接到所述控制軸，所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)在光阻滯部分和光傳輸部分之間具有邊界區(qū)；所述光阻滯部分和所述光傳輸部分在互相相反的方向關(guān)于邊界區(qū)以預(yù)定的角度從所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)的中心順序地形成，而且所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)也不旋轉(zhuǎn)超過(guò)關(guān)于所述邊界區(qū)的預(yù)定角度；所述邊界區(qū)由所述光阻滯部分和所述光傳輸部分所產(chǎn)生的光的傳輸或阻滯探測(cè)；并且根據(jù)這樣探測(cè)的邊界區(qū)設(shè)置所述壓電元件組的參考位置。
為了實(shí)現(xiàn)上述第二目標(biāo)，本發(fā)明涉及一種超聲探頭，其至少具有由在長(zhǎng)軸方向排列的多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件組成的壓電元件組，以及電連接到壓電元件并且在探頭的短軸方向從至少一個(gè)端側(cè)面向外延伸的連接線，例如撓性襯底；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分，其在短軸方向圍繞長(zhǎng)軸方向的中心旋轉(zhuǎn)和振蕩所述壓電元件組；參考位置探測(cè)傳感器，其在短軸方向探測(cè)壓電元件組的參考位置；以及聯(lián)接到所述參考位置傳感器的步進(jìn)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分；其中所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分帶有固定板，所述固定板在其上表面上支承所述壓電元件組，并且在長(zhǎng)軸方向在下表面的每一側(cè)上具有腿部；凹形的殼體，在所述殼體中連接到其圍壁的所述腿部在聯(lián)接所述兩個(gè)腿部的直線的任一側(cè)上可自由旋轉(zhuǎn)，所述撓性襯底被密封在所述殼體內(nèi)并且通過(guò)其底壁被引出到外部；第一錐齒輪，其固定到所述腿部的一個(gè)內(nèi)表面并且具有弧形的齒；第二錐齒輪，其嚙合第一錐齒輪并且在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和可旋轉(zhuǎn)支承第二錐齒輪的控制軸，其由所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)并且也從所述底壁被密封和從其引出；并且其中覆蓋第二錐齒輪的保護(hù)蓋被固定到所述底壁以防止所述撓性襯底接觸在第二錐齒輪上。
本發(fā)明允許探測(cè)聯(lián)接到控制軸的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)的邊界區(qū)，以允許簡(jiǎn)單探測(cè)和設(shè)置壓電元件組的參考位置。通過(guò)計(jì)數(shù)由步進(jìn)電機(jī)所旋轉(zhuǎn)的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)傳輸或阻滯光所產(chǎn)生的脈沖的數(shù)量，允許簡(jiǎn)單掌握在短軸方向壓電元件組距離所述參考位置的位置(旋轉(zhuǎn)角)。這允許在短軸方向簡(jiǎn)化壓電元件組的探測(cè)機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，用作參考位置傳感器的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)在互相相反的方向從邊界區(qū)順序地具有光阻滯部分和光傳輸部分，而且該光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)也不旋轉(zhuǎn)超過(guò)關(guān)于所述邊界區(qū)的預(yù)定角度。由于在光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)期間僅僅遇到邊界區(qū)的一個(gè)點(diǎn)，因此可以可靠地探測(cè)限定參考位置的邊界區(qū)。
即使在參考位置傳感器開(kāi)始工作時(shí)壓電元件組在任一方向(右或左)從參考位置“移位”，也可以可靠地探測(cè)所述“移位”的方向，這是因?yàn)樵趯?duì)應(yīng)于參考位置的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)的邊界區(qū)的任一側(cè)上具有光阻滯部分和光傳輸部分。所以，舉例來(lái)說(shuō)，由于當(dāng)“移位”朝著光傳輸側(cè)時(shí)光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)可以朝著光阻滯側(cè)旋轉(zhuǎn)，或者當(dāng)“移位”朝著光阻滯側(cè)時(shí)光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)可以朝著光傳輸側(cè)旋轉(zhuǎn)，因此可以簡(jiǎn)單地探測(cè)壓電元件組的參考位置，因此可以簡(jiǎn)單地設(shè)置壓電元件組的參考位置。
此外，由于根據(jù)本發(fā)明的防止撓性襯底和第二錐齒輪之間接觸的保護(hù)蓋覆蓋了第二錐齒輪，因此有可能避免對(duì)撓性襯底的損壞，特別是其導(dǎo)電路徑的破壞。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分并不限于步進(jìn)電機(jī)；使用各種其它類(lèi)型的電機(jī)中的任何一種可以獲得類(lèi)似的效果。


圖1示出了本發(fā)明的短軸振蕩探頭的實(shí)施例，其中圖1A是在短軸振蕩探頭的長(zhǎng)軸方向的部分切除縱截面，圖1B是在本發(fā)明的探頭的短軸方向的橫截面，特別顯示了壓電元件組和其中的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分；圖2顯示了本發(fā)明的探頭的參考位置探測(cè)傳感器，其中圖2A是其光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)具有半圓形狀的實(shí)施例的透視圖，圖2B是其光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)帶有作為光傳輸部分的的半圓形狹槽的實(shí)施例的透視圖；圖3示出了本發(fā)明的探頭的實(shí)施例的操作，其中圖3A是一種狀態(tài)的平面圖，在該狀態(tài)中參考位置探測(cè)傳感器的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)阻滯光探測(cè)器(非光傳輸狀態(tài))，圖3B是一種狀態(tài)的平面圖，在該狀態(tài)中光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)并不阻滯光探測(cè)器(光傳輸狀態(tài))；圖4示出了本發(fā)明的參考位置探測(cè)傳感器的截面圖，其中圖4A顯示了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中壓電元件組處于參考位置，圖4B顯示了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中壓電元件組從參考位置轉(zhuǎn)過(guò)θ°；圖5示出了短軸振蕩探頭的現(xiàn)有技術(shù)例子的壓電元件組和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分，其中圖5A是沿其長(zhǎng)軸方向的獲得的截面，圖5B是沿其短軸方向獲得的截面；圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)例子的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)；和圖7示出了現(xiàn)有技術(shù)例子的參考位置探測(cè)傳感器的截面圖，其中圖7A顯示了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中壓電元件組處于參考位置，圖7B顯示了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中壓電元件組從參考位置轉(zhuǎn)過(guò)θ°。
具體實(shí)施例方式
在圖1A和圖1B中顯示了根據(jù)本發(fā)明的短軸振蕩探頭的實(shí)施例，其中圖1A是在長(zhǎng)軸方向(X-X方向)獲得的具有旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)(參考位置探測(cè)傳感器)的短軸振蕩探頭的部分切除截面，圖1B是在短軸方向(Y-Y方向)獲得的探頭的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分的橫截面。
本發(fā)明的短軸振蕩探頭具有由在探頭的長(zhǎng)軸方向(圖1A中的X-X方向)排列的多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件1a組成的壓電元件組1，諸如撓性襯底5這樣的連接線從其向外延伸，和在其短軸方向(在圖1B中所示的Y-Y方向，垂直于包括X-X方向的相同平面)旋轉(zhuǎn)和振蕩的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分2。在該情況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)被配置成響應(yīng)脈沖間歇地旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)10，并且在其控制軸9上帶有參考位置探測(cè)傳感器3。需要注意的是步進(jìn)電機(jī)10連接到固定于殼體7的框架構(gòu)件7c，所述框架元件將隨后進(jìn)行描述，并且電力通過(guò)電力電纜7d供應(yīng)到步進(jìn)電機(jī)10和壓電元件組1。
換句話說(shuō)，本發(fā)明的短軸振蕩探頭以與現(xiàn)有技術(shù)的探頭類(lèi)似的方式帶有壓電元件組1，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分2，和旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)(參考位置探測(cè)傳感器)3。壓電元件組1排列在基底材料所附著的基座4上，多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件1a的寬度方向?qū)?zhǔn)長(zhǎng)軸方向并且其長(zhǎng)度方向也對(duì)準(zhǔn)短軸方向。該基底材料固定在基座4的頂上，其在長(zhǎng)軸方向由塑料材料形成凸拱頂形，并且被配置成使得所述壓電元件組1在長(zhǎng)軸方向向外彎曲。
在探頭的整個(gè)區(qū)域上在其長(zhǎng)軸方向電連接到所述壓電元件組1的撓性襯底5在短軸方向從探頭的一個(gè)端側(cè)面懸掛并且向下引出，如圖1B中所示。在該情況下，撓性襯底5的導(dǎo)電路徑5a電連接到所述多個(gè)狹窄卡片形壓電元件1a中的每一個(gè)的驅(qū)動(dòng)電極。圖1A和1B中所示的撓性襯底5可以直接連接到壓電元件1a或者它例如可以借助于其驅(qū)動(dòng)電極和導(dǎo)電路徑5a之間的銀箔和導(dǎo)電配線間接與之連接。
圖1A和1B中所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分2由金屬材料的固定板6，殼體7，段形第一錐齒輪8a，第二錐齒輪8b，控制軸9，和步進(jìn)電機(jī)10形成。固定板6在其下表面上沿長(zhǎng)軸方向在兩個(gè)邊緣側(cè)面上具有腿部6a和6b，并且保持由多個(gè)壓電元件1a組成的所述壓電元件組1的基座4被固定到其上表面。在腿部6a和6b中，穿過(guò)腿部6a和6b的中心軸11a和11b在長(zhǎng)軸方向由軸承11c和11d旋轉(zhuǎn)地支承(沿殼體7的水平方向在線X-X上)，腿部6a和6b被設(shè)置成可圍繞中心軸11a和11b自由旋轉(zhuǎn)。
殼體7在截面上被成形為凹形，其上表面開(kāi)口，并且承受腿部6a和6b的中心軸11a和11b的突出端被固定到殼體7的圍壁。狹槽12在殼體7的底壁的長(zhǎng)軸方向上形成，如圖1B中所示，并且連接到壓電元件組1的撓性襯底5通過(guò)其中被引出到殼體7的外部。諸如塑料材料這樣的材料被嵌入到狹槽12中以密封它。
段形的第一錐齒輪8a由螺釘或類(lèi)似物固定到腿部6a的內(nèi)表面，所述腿部6a是設(shè)在固定板6上的腿部中的一個(gè)，所述第一錐齒輪在通過(guò)其中并且由此旋轉(zhuǎn)地被支承的中心軸11a之下，并且具有弧形(扇形)齒，其頂點(diǎn)在垂直方向處于下端。第二錐形齒輪8b可旋轉(zhuǎn)地被支承在與垂直于中心軸11a和11b(線X-X)的線Y-Y方向?qū)?zhǔn)的控制軸9的自由端上，與第一錐齒輪8a嚙合，并且在水平方向旋轉(zhuǎn)。控制軸9從殼體7的底壁被引出殼體7并且由軸承密封件14密封，其另一端依靠諸如齒輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接到步進(jìn)電機(jī)110。
需要注意的是，為殼體7提供了封閉壓電元件組1的蓋7a，所述壓電元件組1和其它部件被密封在其中，并且其內(nèi)部充滿(mǎn)諸如油這樣的超聲傳輸介質(zhì)，容納旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分2的外殼7b與蓋7a接合。
在這樣配置的本發(fā)明的探頭中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分2的第二錐齒輪8b的水平向左和向右旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致與之嚙合的第一錐齒輪8a相對(duì)于垂直平面振蕩，從而其頂點(diǎn)從中心向上朝左或朝右傾斜。換句話說(shuō)，第一錐齒輪8a的頂點(diǎn)朝著作為中心的垂直方向的左和右振蕩。因此固定板6的腿部6a和6b相對(duì)于中心軸11a和11b朝左和朝右旋轉(zhuǎn)和振蕩，并且壓電元件組1也在短軸方向，在與之相反的方向朝左和朝右旋轉(zhuǎn)和振蕩。這保證了在短軸方向的壓電元件組1的旋轉(zhuǎn)角由旋轉(zhuǎn)角探測(cè)機(jī)構(gòu)3探測(cè)，從而可以從待探測(cè)對(duì)象(有機(jī)體)的準(zhǔn)確位置獲得生物信息。
如圖1A和2A中所示，參考位置探測(cè)傳感器3由一體地聯(lián)接到控制軸9的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a和具有U形截面的光接收部分的光探測(cè)器3d形成。光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a由半圓形(半月形)的光阻滯部分3b和光傳輸部分3c(在圖2A中由虛線表示的區(qū)域)形成，并且具有由所述兩個(gè)部分之間的線性角位置形成的邊界區(qū)P。光阻滯部分3b和光傳輸部分3c被順序地形成以在互相相反的方向關(guān)于邊界區(qū)P從光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的旋轉(zhuǎn)中心延續(xù)180°。
所述配置也使得圖2A中所示的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的旋轉(zhuǎn)和振蕩關(guān)于邊界區(qū)P在互相相反的方向被控制在180°以?xún)?nèi)。在該情況下，所述控制使得所述旋轉(zhuǎn)在互相相反的方向處于90°的角度以?xún)?nèi)。該角控制取決于由齒輪聯(lián)接到步進(jìn)電機(jī)10的控制軸9的旋轉(zhuǎn)。光探測(cè)器3d由諸如螺釘這樣的夾緊機(jī)構(gòu)固定到框架構(gòu)件7c，在它們之間具有墊片或類(lèi)似物，并且光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的外周邊部分被插入到光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的外周邊上的光探測(cè)器的空間部分S(或U形截面)中。
在該情況下，光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的初始位置(參考位置)使得邊界區(qū)P位于光探測(cè)器3d的U形部分的空間部分S內(nèi)，其被假設(shè)為光探測(cè)器3d的光發(fā)射和光接收部分之間的光的傳輸和不傳輸之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)(開(kāi)或關(guān))。在該情況下，壓電元件組1被布置成使得從旋轉(zhuǎn)中心O等分短軸方向的中心線OP位于與蓋7a的中心重合的參考位置上，換句話說(shuō)正中(center front)。
另外，L形截面的保護(hù)蓋19以覆蓋第二錐齒輪8b的配置固定到本發(fā)明的殼體7的內(nèi)部底表面，如圖1B中所示。在短軸方向從壓電元件組1的一個(gè)端側(cè)面向外延伸的撓性襯底5靠其自身的撓性對(duì)折，然后從在殼體7中形成的狹槽12引出到外部，所述部分被密封。
在這樣配置的本發(fā)明的短軸振蕩探頭中，通過(guò)按壓開(kāi)始按鈕(未在圖中示出)開(kāi)始短軸振蕩探頭的操作。在該情況下，舉例來(lái)說(shuō)如圖3A中所示，假設(shè)在探頭開(kāi)始工作之前光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的邊界區(qū)P從參考位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(θ2)以?xún)?nèi)，從而光阻滯部分3b位于光探測(cè)器3b的空間部分S中。當(dāng)在該情況下按壓開(kāi)始按鈕(未在圖中示出)時(shí)，光探測(cè)器3d首先發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是光阻滯部分3b存在并且探測(cè)阻滯信號(hào)。基于該阻滯信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)10被驅(qū)動(dòng)以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a。然后探測(cè)在光的阻滯或傳輸之間形成邊界的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的邊界區(qū)P。然后停止步進(jìn)電機(jī)10以設(shè)置參考位置。
類(lèi)似地，舉例來(lái)說(shuō)如圖3B中所示，假設(shè)在探頭開(kāi)始工作之前光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的邊界區(qū)P從參考位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(θ1)以?xún)?nèi)，從而光傳輸部分3c位于光探測(cè)器3d的空間部分S中。在所述情況下，按壓開(kāi)始按鈕首先導(dǎo)致光探測(cè)器3d探測(cè)傳輸信號(hào)。基于該傳輸信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)10被驅(qū)動(dòng)以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a。以類(lèi)似的方式，邊界區(qū)P被設(shè)置成參考位置。
如圖4A中所示，這些操作將壓電元件組1設(shè)置在正中的參考位置。然后通過(guò)聯(lián)接到步進(jìn)電機(jī)10和控制軸9的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分2從參考位置朝左和朝右旋轉(zhuǎn)和振蕩壓電元件組1，以向待探測(cè)的對(duì)象發(fā)送和從其接收超聲波。這保證可以根據(jù)預(yù)定正或負(fù)數(shù)量的脈沖和旋轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系獲得三維圖像。例如，當(dāng)脈沖為正時(shí)壓電元件組1可以朝右旋轉(zhuǎn)，或者當(dāng)脈沖為負(fù)時(shí)朝左旋轉(zhuǎn)。
上述配置使得光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a有可能振蕩和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)參考該邊界區(qū)P在互相相反的方向被控制在90°以?xún)?nèi)。所以光探測(cè)器3d根據(jù)光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a的旋轉(zhuǎn)位置感測(cè)阻滯信號(hào)或傳輸信號(hào)，從而以預(yù)定方式順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a將確定邊界區(qū)P處于一側(cè)還是另一側(cè)上。所以能夠可靠地探測(cè)邊界區(qū)P和以簡(jiǎn)單的方式確定壓電元件組1的參考位置。
另外，如圖1B中所示，由于保護(hù)蓋19設(shè)在第二錐齒輪8b之上，因此在壓電元件組1的旋轉(zhuǎn)振蕩期間防止了撓性襯底5和第二錐齒輪8b之間的接觸。這使得能夠防止對(duì)撓性襯底5的損壞和導(dǎo)電路徑5a的破壞。另外，由于撓性襯底5可撓地折疊在保護(hù)蓋19的頂上，因此可以保證殼體7內(nèi)的足夠空間，從而可以流暢地進(jìn)行壓電元件組1的旋轉(zhuǎn)和振蕩。
在上述實(shí)施例中，光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a為半圓形，如圖2A中所示，但是由于壓電元件組1從參考位置(正中)的旋轉(zhuǎn)角例如在±45°至±90°以?xún)?nèi)，因此必須在至少±45°的區(qū)域上提供光阻滯部分3b和光傳輸部分3c。另外，如圖2B中所示，光傳輸部分3c可以使得光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a為整圓，弧形狹槽3c作為光發(fā)傳輸部分設(shè)在其外周邊周?chē)?。本質(zhì)上，所述配置應(yīng)當(dāng)使得在光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)3a中以連續(xù)方式從邊界區(qū)P形成光阻滯部分3b和光傳輸部分3c。
此外，壓電元件組1的參考位置在上面被描述成正中，但是可以按照需要同樣適當(dāng)?shù)卦O(shè)置它，舉例來(lái)說(shuō)，不用被布置成使得朝左和朝右形成最大旋轉(zhuǎn)角。類(lèi)似地，保護(hù)蓋19被描述成L形，但是它在橫截面上可以同樣適當(dāng)?shù)厥橇硪恍螤?，例如U形。控制軸9和步進(jìn)電機(jī)10之間的連接被描述成是齒輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是它可以同樣適當(dāng)?shù)貫槠渌?lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如皮帶和滑輪。
權(quán)利要求
1.一種超聲探頭，包括由在其長(zhǎng)軸方向排列的多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件組成的壓電元件組，以及電連接到所述壓電元件并且在短軸方向從至少一個(gè)端側(cè)面向外延伸的連接線；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分，其在短軸方向圍繞所述長(zhǎng)軸方向的中心旋轉(zhuǎn)和振蕩所述壓電元件組；參考位置探測(cè)傳感器，其在所述短軸方向探測(cè)所述壓電元件組的參考位置；以及聯(lián)接到所述參考位置探測(cè)傳感器并且驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分的控制軸和步進(jìn)電機(jī)；其中用于所述參考位置傳感器的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)聯(lián)接到所述控制軸，所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)在光阻滯部分和光傳輸部分之間具有邊界區(qū)；所述光阻滯部分和所述光傳輸部分在互相相反的方向關(guān)于所述邊界區(qū)以預(yù)定的角度從所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)的中心順序地形成，而且所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)也不旋轉(zhuǎn)超過(guò)關(guān)于所述邊界區(qū)的預(yù)定角度；由所述光阻滯部分和所述光傳輸部分所產(chǎn)生的光的傳輸或阻滯探測(cè)所述邊界區(qū)；并且因此基于所述邊界區(qū)探測(cè)和設(shè)置所述壓電元件組的參考位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分帶有固定板，所述固定板在其上表面上支承所述壓電元件組，并且在所述長(zhǎng)軸方向在下表面的每一側(cè)上具有腿部；凹形的殼體，在所述殼體中連接到其圍壁的所述腿部在聯(lián)接所述兩個(gè)腿部的直線的任一側(cè)上可自由旋轉(zhuǎn)，所述連接線被密封在所述殼體內(nèi)并且通過(guò)其底壁被引出到外部；第一錐齒輪，其固定到所述腿部的一個(gè)內(nèi)表面并且具有弧形的齒；第二錐齒輪，其嚙合所述第一錐齒輪并且在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和可旋轉(zhuǎn)支承所述第二錐齒輪的所述控制軸，其由所述步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)并且也從所述底壁被密封和從其引出；其中覆蓋所述第二錐齒輪的保護(hù)蓋被固定到所述底壁以防止所述連接線接觸在所述第二錐齒輪上。
3.一種超聲探頭，至少包括由在長(zhǎng)軸方向排列的多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件組成的壓電元件組，以及電連接到所述壓電元件并且在短軸方向從至少一個(gè)端側(cè)面向外延伸的連接線；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分，其在短軸方向圍繞所述長(zhǎng)軸方向的中心旋轉(zhuǎn)和振蕩所述壓電元件組；參考位置探測(cè)傳感器，其在短軸方向探測(cè)所述壓電元件組的參考位置；以及聯(lián)接到所述參考位置探測(cè)傳感器的電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分；其中所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分帶有固定板，所述固定板在其上表面上支承所述壓電元件組，并且在所述長(zhǎng)軸方向在下表面的每一側(cè)上具有腿部；凹形的殼體，在所述殼體中連接到其圍壁的所述腿部在聯(lián)接所述兩個(gè)腿部的直線的任一側(cè)上可自由旋轉(zhuǎn)，所述撓性襯底被密封在所述殼體內(nèi)并且通過(guò)其底壁被引出到外部；第一錐齒輪，其固定到所述腿部的一個(gè)內(nèi)表面并且具有弧形的齒；第二錐齒輪，其嚙合第一錐齒輪并且在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和可旋轉(zhuǎn)支承第二錐齒輪的控制軸，其由所述步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)并且也從所述底壁被密封和從其引出；并且其中覆蓋所述第二錐齒輪的保護(hù)蓋固定到所述底壁以防止所述撓性襯底接觸在所述第二錐齒輪上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的超聲探頭，其中所述保護(hù)蓋的橫截面是L形或U形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲探頭，包括由在長(zhǎng)軸方向排列的多個(gè)狹窄的卡片形壓電元件組成的壓電元件組，以及電連接到那些壓電元件并且在短軸方向從至少一個(gè)端側(cè)面向外延伸的連接線；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分；參考位置探測(cè)傳感器；以及聯(lián)接到參考位置探測(cè)傳感器并且驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分的控制軸和步進(jìn)電機(jī)；其中用于參考位置傳感器的光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)聯(lián)接到控制軸，光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)在光阻滯部分和光傳輸部分之間具有邊界區(qū)；光阻滯部分和光傳輸部分在互相相反的方向關(guān)于邊界區(qū)以預(yù)定的角度從光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)的中心順序地形成，而且光學(xué)轉(zhuǎn)盤(pán)也不旋轉(zhuǎn)超過(guò)關(guān)于邊界區(qū)的預(yù)定角度。該配置簡(jiǎn)化了用于探測(cè)壓電元件組的旋轉(zhuǎn)角的機(jī)構(gòu)和參考位置的探測(cè)，并且防止了對(duì)撓性襯底的損壞。
文檔編號(hào)G01D5/00GK1880921SQ200610092240
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者長(zhǎng)谷川恭伸 申請(qǐng)人:日本電波工業(yè)株式會(huì)社