專利名稱：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在探頭的長軸方向電子掃描壓電元件組和通過在短軸方向機(jī)械掃描(振蕩)所述壓電元件組來獲得三維圖像(參見日本專利公開No.7-38851和日本專利特開No.2003-175033)。由于可以簡單地配置該類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(參見日本專利公開No.7-38851)，其中圖5A是沿探頭的長軸方向(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)長軸方向并且其長度方向也對準(zhǔn)短軸方向。基底材料固定在基座104的頂上，其在長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在長軸方向向外彎曲。
在探頭的整個(gè)區(qū)域上在其長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，穿過腿部106a和106b的中心軸111a和111b在長軸方向由軸承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)動機(jī)構(gòu)聯(lián)接到步進(jìn)電機(jī)110。
旋轉(zhuǎn)角探測機(jī)構(gòu)103被配置成光學(xué)編碼器(參見圖6)并且由光學(xué)轉(zhuǎn)盤103a和光學(xué)計(jì)數(shù)器103b組成，所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤與控制軸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103a的外周邊周圍設(shè)置大量的小孔103c，并且光學(xué)計(jì)數(shù)器103b在面對光學(xué)轉(zhuǎn)盤103a的腿部上具有光發(fā)射部分和光接收部分。
由光接收部分探測從光學(xué)計(jì)數(shù)器103b的光發(fā)射部分通過許多小孔103c中的一個(gè)傳輸?shù)墓?，并且通過計(jì)數(shù)傳輸通過其中的光的次數(shù)探測壓電元件組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。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，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)角探測機(jī)構(gòu)103探測，保證了從待探測對象(有機(jī)體)的準(zhǔn)確位置獲得生物信息。
現(xiàn)有技術(shù)的問題然而，該配置的現(xiàn)有技術(shù)的短軸振蕩探頭具有的問題在于，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)角探測機(jī)構(gòu)103的光學(xué)編碼器探測，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，在日本專利特開No.2003-175033中公開的現(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)，并且通過從壓電元件組101的參考位置計(jì)數(shù)脈沖的數(shù)量來探測旋轉(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。換句話說，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通過朝左和朝右旋轉(zhuǎn)振蕩通過所述旋轉(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傳感器探測。
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始時(shí)壓電元件組101朝右旋轉(zhuǎn)通過角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)生的問題在于探測和設(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)是簡化短軸振蕩探頭中用于探測壓電元件組的旋轉(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；參考位置探測傳感器，其在短軸方向探測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)盤聯(lián)接到所述控制軸，所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤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)盤的中心順序地形成，而且所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤也不旋轉(zhuǎn)超過關(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；并且根據(jù)這樣探測的邊界區(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；參考位置探測傳感器，其在短軸方向探測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)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動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)明允許探測聯(lián)接到控制軸的光學(xué)轉(zhuǎn)盤的邊界區(qū)，以允許簡單探測和設(shè)置壓電元件組的參考位置。通過計(jì)數(shù)由步進(jìn)電機(jī)所旋轉(zhuǎn)的光學(xué)轉(zhuǎn)盤傳輸或阻滯光所產(chǎn)生的脈沖的數(shù)量，允許簡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化壓電元件組的探測機(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)盤也不旋轉(zhuǎn)超過關(guān)于所述邊界區(qū)的預(yù)定角度。由于在光學(xué)轉(zhuǎn)盤的旋轉(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限定參考位置的邊界區(qū)。
即使在參考位置傳感器開始工作時(shí)壓電元件組在任一方向(右或左)從參考位置“移位”，也可以可靠地探測所述“移位”的方向，這是因?yàn)樵趯?yīng)于參考位置的光學(xué)轉(zhuǎn)盤的邊界區(qū)的任一側(cè)上具有光阻滯部分和光傳輸部分。所以，舉例來說，由于當(dāng)“移位”朝著光傳輸側(cè)時(shí)光學(xué)轉(zhuǎn)盤可以朝著光阻滯側(cè)旋轉(zhuǎn)，或者當(dāng)“移位”朝著光阻滯側(cè)時(shí)光學(xué)轉(zhuǎn)盤可以朝著光傳輸側(cè)旋轉(zhuǎn)，因此可以簡單地探測壓電元件組的參考位置，因此可以簡單地設(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)動部分并不限于步進(jìn)電機(jī)；使用各種其它類型的電機(jī)中的任何一種可以獲得類似的效果。


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傳感器，其中圖2A是其光學(xué)轉(zhuǎn)盤具有半圓形狀的實(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)中參考位置探測傳感器的光學(xué)轉(zhuǎn)盤阻滯光探測器(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)盤并不阻滯光探測器(光傳輸狀態(tài))；圖4示出了本發(fā)明的參考位置探測傳感器的截面圖，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是在長軸方向(X-X方向)獲得的具有旋轉(zhuǎn)角探測機(jī)構(gòu)(參考位置探測傳感器)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，本發(fā)明的短軸振蕩探頭以與現(xiàn)有技術(shù)的探頭類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)角探測機(jī)構(gòu)(參考位置探測傳感器)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)長軸方向并且其長度方向也對準(zhǔn)短軸方向。該基底材料固定在基座4的頂上，其在長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在長軸方向向外彎曲。
在探頭的整個(gè)區(qū)域上在其長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，穿過腿部6a和6b的中心軸11a和11b在長軸方向由軸承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)?？刂戚S9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，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)角探測機(jī)構(gòu)3探測，從而可以從待探測對象(有機(jī)體)的準(zhǔn)確位置獲得生物信息。
如圖1A和2A中所示，參考位置探測傳感器3由一體地聯(lián)接到控制軸9的光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a和具有U形截面的光接收部分的光探測器3d形成。光學(xué)轉(zhuǎn)盤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°以內(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°的角度以內(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似物，并且光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a的外周邊部分被插入到光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a的外周邊上的光探測器的空間部分S(或U形截面)中。
在該情況下，光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a的初始位置(參考位置)使得邊界區(qū)P位于光探測器3d的U形部分的空間部分S內(nèi)，其被假設(shè)為光探測器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，通過按壓開始按鈕(未在圖中示出)開始短軸振蕩探頭的操作。在該情況下，舉例來說如圖3A中所示，假設(shè)在探頭開始工作之前光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a的邊界區(qū)P從參考位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(θ2)以內(nèi)，從而光阻滯部分3b位于光探測器3b的空間部分S中。當(dāng)在該情況下按壓開始按鈕(未在圖中示出)時(shí)，光探測器3d首先發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是光阻滯部分3b存在并且探測阻滯信號?；谠撟铚盘枺竭M(jìn)電機(jī)10被驅(qū)動以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a。然后探測在光的阻滯或傳輸之間形成邊界的光學(xué)轉(zhuǎn)盤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。
類似地，舉例來說如圖3B中所示，假設(shè)在探頭開始工作之前光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a的邊界區(qū)P從參考位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(θ1)以內(nèi)，從而光傳輸部分3c位于光探測器3d的空間部分S中。在所述情況下，按壓開始按鈕首先導(dǎo)致光探測器3d探測傳輸信號?；谠搨鬏斝盘?，步進(jìn)電機(jī)10被驅(qū)動以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a。以類似的方式，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，以向待探測的對象發(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°以內(nèi)。所以光探測器3d根據(jù)光學(xué)轉(zhuǎn)盤3a的旋轉(zhuǎn)位置感測阻滯信號或傳輸信號，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邊界區(qū)P和以簡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°以內(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)在其外周邊周圍。本質(zhì)上，所述配置應(yīng)當(dāng)使得在光學(xué)轉(zhuǎn)盤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，舉例來說，不用被布置成使得朝左和朝右形成最大旋轉(zhuǎn)角。類似地，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?？刂戚S9和步進(jìn)電機(jī)10之間的連接被描述成是齒輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)，但是它可以同樣適當(dāng)?shù)貫槠渌?lián)動機(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；參考位置探測傳感器，其在所述短軸方向探測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傳感器并且驅(qū)動所述旋轉(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)盤聯(lián)接到所述控制軸，所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤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)盤的中心順序地形成，而且所述光學(xué)轉(zhuǎn)盤也不旋轉(zhuǎn)超過關(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所述邊界區(qū)；并且因此基于所述邊界區(qū)探測和設(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；參考位置探測傳感器，其在短軸方向探測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傳感器的電機(jī)，其驅(qū)動所述旋轉(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；參考位置探測傳感器；以及聯(lián)接到參考位置探測傳感器并且驅(qū)動旋轉(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)盤聯(lián)接到控制軸，光學(xué)轉(zhuǎn)盤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)盤的中心順序地形成，而且光學(xué)轉(zhuǎn)盤也不旋轉(zhuǎn)超過關(guān)于邊界區(qū)的預(yù)定角度。該配置簡化了用于探測壓電元件組的旋轉(zhuǎn)角的機(jī)構(gòu)和參考位置的探測，并且防止了對撓性襯底的損壞。
文檔編號G01D5/00GK1880921SQ200610092240
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者長谷川恭伸 申請人:日本電波工業(yè)株式會社