DE4428500C2 - Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements - Google Patents

Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements

Info

Publication number
DE4428500C2
DE4428500C2 DE4428500A DE4428500A DE4428500C2 DE 4428500 C2 DE4428500 C2 DE 4428500C2 DE 4428500 A DE4428500 A DE 4428500A DE 4428500 A DE4428500 A DE 4428500A DE 4428500 C2 DE4428500 C2 DE 4428500C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
function
transducer elements
blackman
array
elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4428500A
Other languages
German (de)
Other versions
DE4428500A1 (en
Inventor
Hartmut Bartelt
Ekkert Bartosch
Peter Kraemmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE4428500A priority Critical patent/DE4428500C2/en
Priority to US08/311,376 priority patent/US5488956A/en
Priority claimed from US08/311,376 external-priority patent/US5488956A/en
Publication of DE4428500A1 publication Critical patent/DE4428500A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4428500C2 publication Critical patent/DE4428500C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629Square array
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G01S15/8915Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G01S15/8925Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being a two-dimensional transducer configuration, i.e. matrix or orthogonal linear arrays

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallwandlerarray.The invention relates to an ultrasonic transducer array.

In der medizinischen Ultraschalldiagnostik wird ein Raumge­ biet des menschlichen Körpers mit Ultraschallpulsen beschallt und aus den reflektierten Ultraschallechopulsen wird von einer Signalverarbeitungseinheit ein Ultraschallbild aufge­ baut, das einem zweidimensionalen (2-D) Schnitt durch den Körper entspricht. Zum Senden und Empfangen der Ultraschall­ pulse werden bislang hauptsächlich eindimensionale (1-D), insbesondere lineare Arrays von piezoelektrischen Wandler­ elementen eingesetzt, die von einer elektronischen Steuerein­ heit mit vorgegebenen Phasenverzögerungen angesteuert werden. Mit solchen phasenverzögert angesteuerten linearen Arrays können in einer von der Normalen zur Arrayoberfläche und der Längsrichtung des Arrays aufgespannten Ebene schwenkbare und fokussierbare Ultraschallstrahlen gesendet und empfangen wer­ den. Der relativ zur Normalen gemessene Schwenkwinkel für den Ultraschallstrahl ist im allgemeinen um so größer, je kleiner die Wandlerelemente sind. Der Abstand der Wandlerelemente wird im allgemeinen gleichmäßig über das gesamte Array etwa gleich der Hälfte der Wellenlänge des Ultraschalls gewählt, um zusätzliche Beugungsmuster (Nebenkeulen) zu vermeiden, und beträgt beispielsweise bei einer Untersuchungsfrequenz von 3,5 MHz etwa 0,2 mm. Andererseits ist eine bestimmte Mindest­ länge des linearen Arrays erforderlich, um eine hinreichende Schallamplitude und ein genaues Fokussieren des Strahls zu erreichen. Aus diesen beiden Forderungen des maximalen Ab­ stands der Wandlerelemente und der Mindestlänge des Arrays folgt eine Mindestanzahl von typischerweise 64 Wandlerelemen­ ten für das Array, die nicht unterschritten werden sollte. In medical ultrasound diagnostics, space is provides the human body with ultrasound pulses and the reflected ultrasound echo pulses become from an ultrasound image is applied to a signal processing unit builds a two-dimensional (2-D) section through the Body corresponds. For sending and receiving the ultrasound So far, pulses have mainly been one-dimensional (1-D), especially linear arrays of piezoelectric transducers elements used by an electronic control unit can be controlled with predetermined phase delays. With such phase-controlled linear arrays can be in one of the normal to the array surface and the Longitudinal direction of the array spanned plane and Focusable ultrasound beams are sent and received the. The swivel angle measured for the In general, the smaller the ultrasonic beam, the larger the smaller are the transducer elements. The distance of the transducer elements is generally even across the entire array chosen equal to half the wavelength of the ultrasound, to avoid additional diffraction patterns (side lobes), and is, for example, at an examination frequency of 3.5 MHz about 0.2 mm. On the other hand, there is a certain minimum length of the linear array required to provide an adequate Sound amplitude and precise focusing of the beam to reach. From these two demands of the maximum Ab status of the transducer elements and the minimum length of the array a minimum number of typically 64 converter elements follows for the array, which should not be undercut.  

Neben 1-D-Arrays sind auch zweidimensionale (2-D), insbeson­ dere matrixförmige Ultraschallwandlerarrays bekannt, die aus einzelnen, im allgemeinen rechteckigen Wandlerelementen auf­ gebaut sind. Matrixförmige Wandlerarrays sind beispielsweise aus DE-C-34 37 862 und der korrespondierenden US-Patent­ schrift 4 683 396 oder aus DE-A-37 33 776 und der korrespon­ dierenden US-Patentschrift 4 801 835 bekannt. Steuert man nun die Wandlerelemente des Matrixarrays mit entsprechend vorge­ gebenen Phasenverzögerungen an, so kann man im Gegensatz zu den linearen Arrays einen nicht nur in einer, sondern in zwei Winkelrichtungen schwenkbaren und fokussierbaren Ultra­ schallstrahl erzeugen und detektieren. Man erreicht so eine höhere Bildauflösung. Um einen hinreichend großen Raumwinkel­ bereich mit dem Ultraschallstrahl durchfahren zu können, müssen in Analogie zu den linearen Arrays wieder die Bedin­ gungen eines Maximalabstandes von typischerweise etwa 0,2 mm der Wandlerelemente voneinander und einer Mindestfläche (Apertur) des 2-D-Arrays von typischerweise etwa 20 × 20 mm2 bei einem quadratischen Array, d. h. N = M, und 3,5 MHz Unter­ suchungsfrequenz erfüllt sein. Damit ist eine Mindestanzahl von Wandlerelementen auch für das 2-D-Array erforderlich, die beispielsweise 64 × 64 = 4096 betragen kann.In addition to 1-D arrays, two-dimensional (2-D), in particular matrix-shaped ultrasound transducer arrays are also known, which are built up from individual, generally rectangular transducer elements. Matrix-shaped transducer arrays are known, for example, from DE-C-34 37 862 and the corresponding US Pat. No. 4,683,396 or from DE-A-37 33 776 and the corresponding US Pat. No. 4,801,835. If one now controls the transducer elements of the matrix array with correspondingly given phase delays, in contrast to the linear arrays one can generate and detect an ultrasound beam not only in one, but in two angular directions, which can be pivoted and focused. A higher image resolution is thus achieved. In order to be able to travel through a sufficiently large solid angle area with the ultrasound beam, the conditions of a maximum distance of typically about 0.2 mm of the transducer elements from one another and a minimum area (aperture) of the 2-D array of typically must again, in analogy to the linear arrays about 20 × 20 mm 2 with a square array, ie N = M, and 3.5 MHz investigation frequency must be met. A minimum number of converter elements is therefore also required for the 2-D array, which can be, for example, 64 × 64 = 4096.

Probleme bereiten bei einer so großen Anzahl von Wandlerele­ menten und den erforderlichen kleinen Abmessungen die Her­ stellung und Kontaktierung der Wandlerelemente und auch die zum Übertragen der Steuersignale und der Bildsignale erfor­ derliche Anzahl von Steuer- und Datenleitungen. Es sind daher Wege gesucht worden, wie man die Anzahl der Wandlerelemente verringern kann, ohne die Strahlcharakteristik des 2-D-Arrays wesentlich zu verschlechtern. Insbesondere sollen die Neben­ keulen (side lobes) des Ultraschalls im wesentlichen unter­ drückt bleiben.Problems arise with such a large number of converter elements elements and the required small dimensions Positioning and contacting the converter elements and also the for transmitting the control signals and the image signals the number of control and data lines. It is therefore Ways have been sought of how to count the number of transducer elements can decrease without the beam characteristics of the 2-D array to deteriorate significantly. In particular, the secondary side lobes of the ultrasound essentially below keep pressing.

Aus "IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control", Vol. 38, No. 4, July 1991, Seiten 320 bis 333 ist eine Ultraschallwandlermatrix mit einer für die Kar­ diographie typischen quadratischen Apertur von 10 × 10 mm2 und quadratischen, äquidistant angeordneten Wandlerelementen bekannt. Da der Abstand der Wandlerelemente kleiner ist als die halbe Wellenlänge, sind Nebenkeulen in der Strahlcharak­ teristik dieser Wandlermatrix praktisch vollständig unter­ drückt. Ausgehend von dieser Ausführungsform einer Ultra­ schallwandlermatrix sind zwei Möglichkeiten bekannt, wie die Anzahl der Wandlerelemente reduziert werden kann. Bei der ersten Möglichkeit werden die in den Ecken der Matrix liegen­ den Wandlerelemente entfernt, so daß ein Wandlerarray mit kreisförmiger Apertur mit einem der Seitenlänge des ursprüng­ lichen Quadrats entsprechenden Durchmessers entsteht. Die Ab­ stände der Wandlerelemente bleiben dabei gleich, so daß die Nebenkeulen weiterhin unterdrückt sind. Jedoch wird die Hauptkeule etwas breiter. Die zweite Möglichkeit besteht darin, aus dem Matrixarray durch eine statistische Auswahl Wandlerelemente zu entfernen. Dadurch vergrößert sich der mittlere Abstand der Wandlerelemente, und die Intensität der Nebenkeulen steigt mit abnehmender Anzahl von in dem Array verbliebenen Wandlerelementen. Außerdem sinkt die Leistung des Wandlerarrays.From "IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control", Vol. 38, No. 4, July 1991, pages 320 to 333, an ultrasound transducer matrix with a square aperture of 10 × 10 mm 2 typical for cardiography and square, equidistantly arranged transducer elements is known. Since the distance between the transducer elements is smaller than half the wavelength, side lobes in the beam characteristics of this transducer matrix are practically completely suppressed. Starting from this embodiment of an ultrasound converter matrix, two possibilities are known for how the number of converter elements can be reduced. In the first possibility, the transducer elements located in the corners of the matrix are removed, so that a transducer array with a circular aperture with a diameter corresponding to the side length of the original square is created. From the states of the transducer elements remain the same, so that the side lobes are still suppressed. However, the main lobe gets a little wider. The second option is to remove converter elements from the matrix array by statistical selection. This increases the average distance between the transducer elements, and the intensity of the side lobes increases with a decreasing number of transducer elements remaining in the array. The performance of the converter array also decreases.

Aus der US-Patentschrift 2 928 068 ist ein Druckwellenwandler mit einem massiven Keramikkörper bekannt. Auf einander gegen­ überliegende Flächen des Keramikkörpers sind Elektroden so angeordnet, daß zwischen den Elektroden unterschiedlich pie­ zoelektrisch aktivierte Bereiche entstehen. Der Polarisa­ tionsgrad dieser Bereiche nimmt vom Zentrum des Keramikkör­ pers nach außen ab.A pressure wave converter is known from US Pat. No. 2,928,068 known with a solid ceramic body. Towards each other Overlying surfaces of the ceramic body are electrodes arranged that different pie between the electrodes zoelectrically activated areas arise. The Polarisa degree of these areas decreases from the center of the ceramic body pers outward.

Aus "Journal of the Acoustical Society of America", Vol. 49, No. 5 (Part 2), May 1971, Seiten 1668 bis 1669 ist ein Ultra­ schallwandler mit einem massiven Quarzkörper bekannt. Durch eine besondere Elektrodenanordnung wird in den Quarzkörper eine Gaußverteilung der Amplitude des abgestrahlten Ultraschallstrahls mit Maximum in der Mitte des Quarzkörpers er­ zeugt.From "Journal of the Acoustical Society of America", Vol. 49, No. 5 (Part 2), May 1971, pages 1668 to 1669 is an Ultra sound transducer with a solid quartz body known. By a special electrode arrangement is placed in the quartz body a Gaussian distribution of the amplitude of the emitted ultrasound beam  with maximum in the middle of the quartz body testifies.

Aus der DE-C-33 34 090 und der korrespondierenden US-Patent­ schrift 4 518 889 ist ein Ultraschallwandlerarray mit stab­ förmigen, parallel angeordneten Wandlerelementen bekannt. Die Abstände der Wandlerelemente nehmen auf beiden Seiten eines Zentralpunkts oder einer Zentrallinie nach außen derart zu, daß die akustische Reaktion der wirksamen Oberfläche des Arrays und damit die Polarisation bei gleichmäßiger elektri­ scher Erregung mit größer werdendem Abstand vom Zentralpunkt oder von der Zentrallinie nach einer Gaußfunktion abnimmt.From DE-C-33 34 090 and the corresponding US patent Font 4 518 889 is an ultrasonic transducer array with rod shaped, parallel transducer elements known. The Distances of the transducer elements take one on both sides Center point or a central line to the outside in such a way that the acoustic response of the effective surface of the Arrays and thus the polarization with uniform electri excitation with increasing distance from the central point or decreases from the central line after a Gaussian function.

Aus der US-Patentschrift 2 837 728 ist ein Ultraschallwand­ lerarray bekannt mit einer Vielzahl gleicher und gleichmäßig elektrisch erregter Wandlerelemente. Die Abstände der Wandlerelemente nehmen bei einem matrixförmigen Array von einer Zentrallinie als Symmetrieachse und bei einem kreis­ förmigen Array von einem Zentralpunkt nach außen hin zu gemäß der mathematischen Vorschrift
An ultrasonic wall lerarray is known from US Pat. No. 2,837,728 with a large number of identical and uniformly electrically excited transducer elements. The distances between the transducer elements increase in the case of a matrix-shaped array from a central line as an axis of symmetry and in the case of a circular array from a central point to the outside in accordance with the mathematical regulation

Abstand = K.sec (n.θ),
Distance = K.sec (n.θ),

wobei K eine Konstante, θ ein konstanter Winkel von etwa 10° und n die Anzahl der Wandlerelemente gerechnet von der Zen­ trallinie bzw. dem Zentralpunkt ist.where K is a constant, θ is a constant angle of approximately 10 ° and n the number of transducer elements calculated from the Zen tralline or the central point.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ultra­ schallwandlerarray anzugeben, bei dem die Anzahl seiner Wand­ lerelemente reduziert ist im Vergleich zu einem Array mit gleicher Fläche und äquidistanter Belegung mit Wandlerelemen­ ten und bei dem zugleich die Strahlcharakteristik nicht wesentlich verschlechtert ist.The invention is based on the object, an Ultra sound transducer array specifying the number of its wall ler elements is reduced compared to having an array same area and equidistant assignment with converter elements and at the same time not the beam characteristics is significantly deteriorated.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merk­ malen des Anspruchs 1. Die Abstände der Wandlerelemente in jeder Zeile (x-Richtung) nehmen nach außen monoton ab gemäß der Vorschrift:
This object is achieved according to the invention with the characteristics of claim 1. The distances between the transducer elements in each line (x direction) decrease monotonically towards the outside according to the regulation:

  • a) es ist eine bezüglich eines Symmetriezentrums (S) mit den Koordinaten x = O und y = O gerade und nach beiden Seiten monoton fallende Funktion f(x) in x-Richtung vorgesehen;a) it is with respect to a center of symmetry (S) with the Coordinates x = O and y = O straight and on both sides monotonically falling function f (x) provided in the x direction;
  • b) die x-Koordinaten der Mittelpunkte Mij der Wandlerele­ mente Tij in jeder Zeile sind derart gewählt, daß das bestimmte Integral der Funktion f(x) über x zwischen den Mittelpunkten Mij und Mij+1 benachbarter Wandler­ elemente Tij und Tij+1 wenigstens annähernd konstant ist.b) the x coordinates of the center points M ij of the transducer elements T ij in each line are chosen such that the specific integral of the function f (x) over x between the center points M ij and M ij + 1 of adjacent transducer elements T ij and T ij + 1 is at least approximately constant.

In einer Formel läßt sich dies so ausdrücken:
This can be expressed in a formula:

wenn xij die x-Koordinate des Mittelpunkts Mij des Wandler­ elements Tij und xij+1 die x-Koordinate des Mittelpunkts Mij+1 des Wandlerelements Tij+1 sind. Das bestimmte Integral
when x ij is the x coordinate of the center M ij of the transducer element T ij and x ij + 1 is the x coordinate of the center M ij + 1 of the transducer element T ij + 1 . The definite integral

entspricht der Fläche zwischen der Abszisse (x-Achse) und dem Graphen der Funktion f(x) sowie den beiden durch x = xij und x = xij+1 definierten Geraden. Das Ultraschallwand­ lerarray kann ein lineares Array mit nur einer Zeile oder auch ein zweidimensionales, insbesondere matrixförmiges, Array mit mehreren Zeilen sein.corresponds to the area between the abscissa (x-axis) and the graph of the function f (x) and the two straight lines defined by x = x ij and x = x ij + 1 . The ultrasonic wall lerarray can be a linear array with only one line or also a two-dimensional, in particular matrix-shaped, array with several lines.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die Empfindlichkeit des Arrays an seinem Rand durch die Variation der Mittelpunktabstände der Wandlerelemente gemäß der Erfin­ dung herabgesetzt werden kann, ohne die Strahlcharakteristik wesentlich zu verschlechtern, d. h. ohne Nebenkeulen erheblich zu verstärken oder die Hauptabstrahlkeule wesentlich zu ver­ breitern.The invention is based on the knowledge that the Sensitivity of the array at its edge due to the variation the center distances of the transducer elements according to the Erfin dung can be reduced without the beam characteristic deteriorate significantly, d. H. without sidelobes considerably to reinforce or to ver the main beam significantly breitern.

In der Ausführungsform eines zweidimensionalen Arrays wächst vorzugsweise auch der Abstand der benachbarten Wandlerelemente in jeder Spalte (y-Richtung) monoton nach außen nach der gleichen Vorschrift wie in den Zeilen mit einer entsprechen­ den Funktion g(y) für die Spalten, d. h.
In the embodiment of a two-dimensional array, the distance between the adjacent transducer elements in each column (y direction) preferably also increases monotonically outwards according to the same rule as in the rows with a corresponding function g (y) for the columns, ie

wenn yij die y-Koordinate des Mittelpunkts Mij des Wandler­ elements Tij und yi+1j die y-Koordinate des Mittelpunkts Mi+1j des Wandlerelements Ti+1j sind.when y ij is the y coordinate of the center M ij of the transducer element T ij and y i + 1j is the y coordinate of the center M i + 1j of the transducer element T i + 1j .

Als Funktion f(x) und/oder g(y) ist vorzugsweise eine Drei­ ecksfunktion, Hanning-, Hamming-, Riesz-, De la-Vall- Puissin-, Tukey-, Bohman-, Poisson-, Hanning-Poisson-, Cauchy-, Gauß-, Dolph-Chebyshev-, Kaiser-Bessel-, Barilon- Femes-, Exact Blackman-, Blackman-, Minimum 3-Sample-Black­ man-Harris- oder Minimum-4-Sample-Blackman-Harris-Funktion vorgesehen. Diese Funktionen sind im Rahmen einer theoreti­ schen Arbeit für die harmonische Spektralanalyse mittels dis­ kreter Fouriertransformation in Anwendungen für die Signal­ erkennung bekannt ("Proceedings of the IEEE", Vol. 66, No. 1, Jan. 1978, Seiten 51 bis 83). Die Fouriertransformierten dieser Funktionen weisen ausgeprägte Hauptkeulen und ver­ gleichsweise kleine Nebenkeulen auf. Diese Eigenschaft wird in dieser vorteilhaften Weiterbildung gemäß der Erfindung für die Strahlcharakteristik ausgenutzt.The function f (x) and / or g (y) is preferably a three corner function, Hanning, Hamming, Riesz, De la Vall Puissin, Tukey, Bohman, Poisson, Hanning-Poisson, Cauchy, Gauss, Dolph Chebyshev, Kaiser Bessel, Barilon Femes, Exact Blackman, Blackman, Minimum 3-Sample Black man-Harris or minimum 4-sample Blackman-Harris function intended. These functions are part of a theoreti work for harmonic spectral analysis using dis creter Fourier transform in applications for the signal recognition known ("Proceedings of the IEEE", Vol. 66, No. 1, Jan. 1978, pages 51 to 83). The Fourier transform of these functions have pronounced main lobes and ver equally small side lobes. This property will in this advantageous development according to the invention for the beam characteristic exploited.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines matrixförmigen Ultraschallwandlerarrays. Es ist ein Ausschnitt des Zentralbereichs einer solchen Wandlermatrix um ein Symmetriezentrum S schematisch dargestellt. Die Wandler­ elemente sind mit Tij bezeichnet und weisen vorzugsweise eine quadratische Gestalt auf. Mit den Wandlerelementen Tij sind Zeilen i und Spalten j der M × N-Matrix gebildet mit 1 ≦ i ≦ M und 1 ≦ j ≦ N, die in einem orthogonalen (x, y)-Koordinaten­ system mit dem Ursprung S = (0, 0) und einer x- und einer y- Achse liegen. Die Zeilen i verlaufen in x-Richtung und die Spalten j in y-Richtung. Die Ultraschallwandlermatrix kann quadratisch, d. h. die Anzahl M der Zeilen ist gleich der An­ zahl N der Spalten, oder auch rechteckig sein, d. h. die An­ zahl M der Zeilen ist verschieden zur Anzahl N der Spalten. Die Abstände der Mittelpunkte benachbarter Wandlerelemente, beispielsweise Mij und Mij+1, Mij+1 und Mij+2 sowie Mij+2 und Mij+3, nehmen von innen nach außen immer weiter zu. Dazu wird eine Funktion f(x) für die Zeilen i und eine Funktion g(y) für die Spalten j gewählt, die jeweils bezüglich des Symme­ triezentrums S gerade Funktionen sind, d. h. f(x) = f(-x) bzw. g(y) = g(-y) und für größer werdende Beträge |x| bzw. |y| streng monoton abnehmen. Damit sind diese Funktionen f(x) und g(y) Fensterfunktionen, die in diesem Ausführungsbeispiel bei einem einstellbaren Maximalwert ±xmax bzw. ±ymax ver­ schwinden, d. h. f(xmax) = f(-xmax) = 0 bzw. g(ymax) = g(-ymax) = 0. Die Ränder der Fensterfunktionen ±xmax bzw. ±ymax können auch bei positiven oder negativen Funktionswer­ ten liegen.The only figure in the drawing shows an exemplary embodiment of a matrix-shaped ultrasound transducer array. A section of the central region of such a converter matrix around a center of symmetry S is shown schematically. The transducer elements are denoted by T ij and preferably have a square shape. With the converter elements T ij , rows i and columns j of the M × N matrix are formed with 1 ≦ i ≦ M and 1 ≦ j ≦ N, which are in an orthogonal (x, y) coordinate system with the origin S = (0 , 0) and an x and a y axis. The rows i run in the x direction and the columns j in the y direction. The ultrasound transducer matrix can be square, ie the number M of rows is equal to the number N of columns, or it can also be rectangular, ie the number M of rows is different from the number N of columns. The distances between the centers of adjacent transducer elements, for example M ij and M ij + 1 , M ij + 1 and M ij + 2 as well as M ij + 2 and M ij + 3 , continue to increase from the inside to the outside. For this purpose, a function f (x) is selected for the rows i and a function g (y) for the columns j, which are straight functions with respect to the symmetry center S, ie f (x) = f (-x) or g (y) = g (-y) and for increasing amounts | x | or | y | lose weight monotonously. These functions f (x) and g (y) are window functions which, in this exemplary embodiment, disappear at an adjustable maximum value ± x max or ± y max , ie f (x max ) = f (-x max ) = 0 or g (y max ) = g (-y max ) = 0. The edges of the window functions ± x max or ± y max can also lie with positive or negative function values.

Vorzugsweise sind beide Funktionen f und g gleich, d. h. f(z) = g(z) für ein reelles Argument z.Preferably, both functions f and g are the same, i. H. f (z) = g (z) for a real argument z.

Das Symmetriezentrum S fällt in der dargestellten Ausfüh­ rungsform mit dem Mittelpunkt Mij des Wandlerelements Tij zu­ sammen, kann aber auch außerhalb der einzelnen Wandlerele­ mentflächen liegen.In the embodiment shown, the center of symmetry S coincides with the center M ij of the transducer element T ij , but can also lie outside the individual transducer elements.

Aus der angegebenen Vorschrift für die Abstände der Mittel­ punkte Mij der Wandlerelemente Tij folgt, daß wenigstens die Zahl N der Spalten j größer als 3 ist, und vorzugsweise auch die Zahl M der Zeilen i.From the specified rule for the distances between the center points M ij of the transducer elements T ij it follows that at least the number N of the columns j is greater than 3, and preferably also the number M of the rows i.

Die Variation der Abstände zwischen den Mittelpunkten Mij der Wandlerelemente Tij ist nur schematisch eingezeichnet und kann auch experimentell nachträglich etwas korrigiert werden.The variation of the distances between the center points M ij of the transducer elements T ij is shown only schematically and can also be corrected somewhat experimentally afterwards.

Claims (4)

1. Ultraschallwandlerarray mit wenigstens einer in einer x- Richtung verlaufenden Zeile (i) und mit in einer y-Richtung verlaufenden Spalten (j) von Wandlerelementen (Tij), bei dem die Abstände zwischen den Mittelpunkten (Mij und Mij+1) benachbarter Wandlerelemente (Tij und Tij+1) in jeder Zeile (i) monoton nach außen zunehmen gemäß folgender Vorschrift:
  • a) es ist eine bezüglich eines Symmetriezentrums (S) mit den Koordinaten x = O und y = O gerade und nach beiden Seiten monoton fallende Funktion f(x) in x-Richtung vorgesehen;
  • b) die x-Koordinaten der Mittelpunkte (Mij) der Wandler­ elemente (Tij) in jeder Zeile (i) sind derart gewählt, daß das bestimmte Integral der Funktion f(x) über x zwischen den Mittelpunkten (Mij und Mij+1) benachbarter Wandler­ elemente (Tij und Tij+1) wenigstens annähernd konstant ist.
1. Ultrasonic transducer array with at least one row (i) extending in an x direction and with columns (j) of transducer elements (T ij ) extending in a y direction, in which the distances between the center points (M ij and M ij + 1 ) of adjacent transducer elements (T ij and T ij + 1 ) increase monotonically outwards in each line (i) according to the following rule:
  • a) a function f (x) falling in the x direction with respect to a center of symmetry (S) with the coordinates x = O and y = O is straight and monotonically falling on both sides;
  • b) the x coordinates of the center points (M ij ) of the transducer elements (T ij ) in each line (i) are chosen such that the determined integral of the function f (x) over x between the center points (M ij and M ij +1 ) adjacent transducer elements (T ij and T ij + 1 ) is at least approximately constant.
2. Ultraschallwandlerarray nach Anspruch 1, bei dem die Funktion f(x) gewählt ist aus der Gruppe folgender Funk­ tionen: Dreiecksfunktion, Hanning-, Hamming-, Riesz-, De la- Vall-Puissin-, Tukey-, Bohman-, Poisson-, Hanning-Poisson-, Cauchy-, Gauß-, Dolph-Chebyshev-, Kaiser-Bessel-, Barilon- Femes-, Exact Blackman-, Blackman-, Minimum 3-Sample- Blackman-Harris- oder Minimum 4-Sample-Blackman-Harris- Funktion.2. Ultrasonic transducer array according to claim 1, wherein the Function f (x) is selected from the group of the following radio tion: triangular function, Hanning, Hamming, Riesz, De la Vall-Puissin, Tukey, Bohman, Poisson, Hanning-Poisson, Cauchy, Gauss, Dolph Chebyshev, Kaiser Bessel, Barilon Femes, Exact Blackman, Blackman, Minimum 3-Sample Blackman-Harris or minimum 4-sample Blackman-Harris Function. 3. Ultraschallwandlerarray nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Abstände zwischen den Mittelpunkten (Mij und Mi+1j) benachbarter Wandlerelemente (Tij bzw. Ti+1j) auch in jeder Spalte (j) monoton nach außen zunehmen gemäß der Vor­ schrift:
  • a) es ist eine bezüglich eines Symmetriezentrums (S) gerade und nach beiden Seiten monoton fallende Funktion g(y) in y-Richtung vorgesehen;
  • b) die y-Koordinaten der Mittelpunkte (Mij) der Wandler­ elemente (Tij) in jeder Zeile (i) sind derart gewählt, daß das bestimmte Integral der Funktion g(y) über y zwischen den Mittelpunkten (Mij und Mij+1) benachbarter Wandler­ elemente (Tij und Ti+1j) für jede Spalte (j) wenigstens annähernd konstant ist.
3. Ultrasonic transducer array according to claim 1 or 2, wherein the distances between the centers (M ij and M i + 1j ) of adjacent transducer elements (T ij and T i + 1j ) also increase monotonically outwards in each column (j) according to Before writing:
  • a) there is provided a function g (y) in the y direction which is straight and monotonically falling with respect to a center of symmetry (S);
  • b) the y coordinates of the center points (M ij ) of the transducer elements (T ij ) in each line (i) are selected such that the determined integral of the function g (y) over y between the center points (M ij and M ij +1 ) adjacent transducer elements (T ij and T i + 1j ) for each column (j) is at least approximately constant.
4. Ultraschallwandlerarray nach Anspruch 3, bei dem die Funktion g(y) gewählt ist aus der Gruppe folgender Funktionen:
Dreiecksfunktion, Hanning-, Hamming-, Riesz-, De la-Vall- Puissin-, Tukey-, Bohman-, Poisson-, Hanning-Poisson-, Cauchy-, Gauß-, Dolph-Chebyshev-, Kaiser-Bessel-, Barilon- Femes-, Exact Blackman-, Blackman-, Minimum 3-Sample- Blackman-Harris- oder Minimum 4-Sample-Blackman-Harris- Funktion.
4. Ultrasonic transducer array according to claim 3, in which the function g (y) is selected from the group of the following functions:
Triangular function, Hanning, Hamming, Riesz, De la Vall Puissin, Tukey, Bohman, Poisson, Hanning Poisson, Cauchy, Gauss, Dolph Chebyshev, Kaiser Bessel, Barilon - Femes, Exact Blackman, Blackman, Minimum 3-Sample Blackman-Harris or Minimum 4-Sample Blackman-Harris function.
DE4428500A 1993-09-23 1994-08-11 Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements Expired - Fee Related DE4428500C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4428500A DE4428500C2 (en) 1993-09-23 1994-08-11 Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements
US08/311,376 US5488956A (en) 1994-08-11 1994-09-23 Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4332429 1993-09-23
DE4428500A DE4428500C2 (en) 1993-09-23 1994-08-11 Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements
US08/311,376 US5488956A (en) 1994-08-11 1994-09-23 Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4428500A1 DE4428500A1 (en) 1995-03-30
DE4428500C2 true DE4428500C2 (en) 2003-04-24

Family

ID=25929825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4428500A Expired - Fee Related DE4428500C2 (en) 1993-09-23 1994-08-11 Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPH07193896A (en)
DE (1) DE4428500C2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9506725D0 (en) 1995-03-31 1995-05-24 Hooley Anthony Improvements in or relating to loudspeakers
EP1224037B1 (en) 1999-09-29 2007-10-31 1... Limited Method and apparatus to direct sound using an array of output transducers
JP4576631B2 (en) * 1999-11-10 2010-11-10 正喜 江刺 Manufacturing method of multilayer piezoelectric actuator
US6726631B2 (en) * 2000-08-08 2004-04-27 Ge Parallel Designs, Inc. Frequency and amplitude apodization of transducers
US7515719B2 (en) 2001-03-27 2009-04-07 Cambridge Mechatronics Limited Method and apparatus to create a sound field
GB0124352D0 (en) * 2001-10-11 2001-11-28 1 Ltd Signal processing device for acoustic transducer array
DE102006015493B4 (en) * 2006-04-03 2010-12-23 Atlas Elektronik Gmbh Electroacoustic transducer
DE102008041356A1 (en) 2008-08-19 2010-02-25 Robert Bosch Gmbh sensor arrangement
JP6395391B2 (en) * 2014-02-07 2018-09-26 キヤノン株式会社 Capacitive transducer and manufacturing method thereof
EP2796209B1 (en) 2013-04-25 2020-06-17 Canon Kabushiki Kaisha Capacitive transducer and method of manufacturing the same
EP2796210B1 (en) 2013-04-25 2016-11-30 Canon Kabushiki Kaisha Capacitive transducer and method of manufacturing the same
JP6299511B2 (en) * 2014-07-31 2018-03-28 セイコーエプソン株式会社 Ultrasonic device and probe and electronic equipment

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2837728A (en) * 1945-12-14 1958-06-03 Schuck Oscar Hugo Means to alter the directivity pattern of energy translating devices
US2928068A (en) * 1952-03-25 1960-03-08 Gen Electric Compressional wave transducer and method of making the same
DE3733776A1 (en) * 1986-10-06 1988-04-07 Hitachi Ltd ULTRASONIC PROBE
DE3437862C2 (en) * 1983-10-17 1992-01-09 Hitachi, Ltd.
DE3334090C2 (en) * 1982-09-22 1992-03-26 North American Philips Corp., New York, N.Y., Us

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2837728A (en) * 1945-12-14 1958-06-03 Schuck Oscar Hugo Means to alter the directivity pattern of energy translating devices
US2928068A (en) * 1952-03-25 1960-03-08 Gen Electric Compressional wave transducer and method of making the same
DE3334090C2 (en) * 1982-09-22 1992-03-26 North American Philips Corp., New York, N.Y., Us
DE3437862C2 (en) * 1983-10-17 1992-01-09 Hitachi, Ltd.
DE3733776A1 (en) * 1986-10-06 1988-04-07 Hitachi Ltd ULTRASONIC PROBE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol.38, No.4, July1991, S. 320-333 *
Journal of the Acoustical Society of America, Vol.49, No.5 (Part 2) May 1971, S.1668-1669 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE4428500A1 (en) 1995-03-30
JPH07193896A (en) 1995-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0268818B1 (en) Equipment for the transmission and reception of ultrasonic signals
DE4405504B4 (en) Method and apparatus for imaging an object with a 2-D ultrasound array
DE4428500C2 (en) Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements
US5488956A (en) Ultrasonic transducer array with a reduced number of transducer elements
DE2855888C2 (en) System and method for ultrasound imaging with improved lateral resolution
DE3334090C2 (en)
DE10262408B3 (en) Block switching with ultrasound imaging
DE19853389A1 (en) Large aperture imaging using a transducer array with adaptive element spacing control
EP1380854A2 (en) Method and radar system for determining the direction angle of radar objects
DE19757479A1 (en) Method of operating ultrasound image generating device with convertor array
EP2120045A1 (en) Device and method for creating an ultrasound image by means of a phased array
DE19820993A1 (en) Ultrasound imaging system with dynamic window function generator
DE3301023A1 (en) COLLIMATION FROM AN ULTRASONIC TRANSDUCER
DE10139160B4 (en) Sensor array and transceiver
DE3025168C2 (en) Circuit for processing the signals received from a mosaic of ultrasonic transducers used in the B-scan method
DE102013004924B4 (en) Imaging system and method
DE19581782B3 (en) Two-dimensional arrangement for phase deviation correction
DE10047942B4 (en) Sensor array, method for producing a sensor array and use of a sensor array
EP0437649B1 (en) Method of ultrasound imaging
DE102005037725A1 (en) Air spring with ultrasonic height measuring device
DE19648327B4 (en) Method for directional beam formation in DF systems and device for carrying out the method
WO2015124301A1 (en) Device for ultrasound-supported reflection and transmission tomography
DE4438643C2 (en) Object recognition method
DE69924683T2 (en) Method for transmit focus adjustment for plane waves
DE2036613C3 (en) Method and device for analyzing discontinuities with regard to their geometrical data by means of a beam of repeating short acoustic pulses directed towards the discontinuity

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8304 Grant after examination procedure
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee