DE2857246C2

DE2857246C2 - Ultraschall-Impulsecho-Abbildungseinrichtung

Info

Publication number: DE2857246C2
Application number: DE2857246T
Authority: DE
Inventors: Reuben Saul Rocky Hill N.J. Mezrich; David Hermann Raphael Princeton N.J. Vilkomerson
Original assignee: Technicare Corp; RCA Corp
Current assignee: Technicare Corp; RCA Corp
Priority date: 1977-12-12
Filing date: 1978-12-05
Publication date: 1985-07-25
Also published as: FR2475246A1; FR2475246B1; DE2857246T1; EP0007309A1; WO1979000371A1

Description

rungsbcispiclen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen naher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsforni einer erfindungsgemäßen Ultraschall-Impulsecho-Abbildungseinrichtung,

Fig. la eine schematische Darstellung der Verbindung zwischen dem mechanisch verschwenkbaren Ultraschall-Wandler und der mechanischen Antriebseinrichtung der in der F i g. 1 dargestellten Abbildungseinrichtung,

Fig. Ib einen cosinusförmigen Verlauf, der die Winkelstellung als eine Zeitfunktion des Ultraschall-Wandlers der Fig. 1 während jeder ganzen Periode seiner Verschwenkbewegung darstellt,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Anzcigcrastcrsdcr ß-Abtasiabbildungsciniiehtungder Fi g. I.

Fig. 2a eine grafische Darstellung eines Histogrammes des an die ^-Abtasteinrichtung angelegten Ablast-P;i3;tions:gnü!s (vertikale Ablenkung) und

Fi g. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsforni des elektronischen Teiles der Abtasteinrichtung der F i g. 1 zum Erlangen des Abtast-Positionssignals für die S-Abtasteinrichtung.

In der Fig. 1 ist ein mechanisch zu Schwingungen anregbarer Ultraschall-Wandler 100 vollständig in eine Flüssigkeit 102 eingetaucht, in der sich Ultraschall-Wellen fortpflanzen können. Bei dieser Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser handeln. Wie durch die gestrichelte Linie 104 angezeigt ist, ist der Ultraschall-Wandler 100 mechan^: ch mit einer Abtasteinrichtung 106 verbunden. Die Abtasteinrichtung 106 umfaßt eine mechanische Antriebseinrichtung, die zusammen mit der Verbindung 104 und dem Wandler 100. in der Fig. Ia ausführlich dargestellt ist. Die Fig. la wird weiter unten erläutert. Die Abtasteinrichtung 106 umfaßt außerdem einen elektronischen Teil, der in der Fig.3 dargestellt ist und einen Trigger-Impuls und ein Abtast-Positionssignal erzeugt. Das Abtast-Positionssignal wird an den vertikalen Ablenkkreis der ß-Abtastabbildungseinrichtung 108 angelegt. Das Trigger-Impuls-Ausgangssignal von der Abtasteinrichtung 106 wird als ein Eingangssignal an einen Erregungssignalgenerator 110 angelegt, der den Ultraschall-Wandler 100 mit einem Impuls {bei einer Frequenz in dem Bereich von 1,0 bis 100 MHz) bei jedem an ihn angelegten Trigger-Impuls erregt. Dies führt zu einem gepulsten Ultraschall-Abtaststrahl, der durch den Ultraschall-Wandler 100 erzeugt wird. Der Ultraschall-Abtaststrahl pflanzt sich durch die Flüssigkeit 102 zu der durch Ultraschall abzutastenden Struktur 112 fort. Die Struktur 112 (bei der es sich um einen Teil eir.js menschlichen Körpers handeln kann) sendet Ultraschall-Echosignale zu dem Ultraschall-Wandler 100 zurück, der diese in elektrische Signale umwandelt Diese Signale werden über die Bildelektronik 114 an eine die Intensität modulierende Elektrode der ß-Abtastabbildungseinrichtung 108 angelegt

Wie aus F i g. 1 a ersichtlich ist, weist die mechanische Antriebseinrichtung der Abtasteinrichtung 106 eine sich drehende Welle 120 und ein an dieser befestigtes Rad 122 auf. Die Welle 120 und das Rad 122 werden mit einer gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit durch einen Antrieb 124 gedreht Das Verbindungsstück 104 weist eine Stange 126 auf, deren eines Ende mit dem Rad 122 am Punkt 128 verbunden ist, der in der Nähe des Umfanges des Rades 122 liegt Der Wandler 100 ist in bezug auf die Achse 130 drehbar gelagert. Das andere Ende der Stange 126 ist mit einem Ende des Wandlers 100 über ein Universalgelenk 132 verbunden.

Die Winkelposition Φ der Welle 120 und des Rades 122 ändert sich während ihrer Drehung und daher auch diejenige des Punktes 128 linear /.wischen 0" und J60". Die Bewegung des Punktes 128 bewirkt die Sehwcnkbe-Ί wcgungdcN Ultraschall-Wandlers 100durch dus Verbindungsstück 104. Gcnmier gesagt wird der Ultiaschall-Wandler 100 während jeder Umdrehung der Welle 120 winkelmäüig um die Achse 130 gedreht und führt eine vollständige Schwenkperiode aus. Während jeder Schwenkperiode ändert sich die Winkelposition θ des Ultraschall-Wandlers 100 von einer ersten Winkelgrcnze 6Ί über Null zu einer /weiten Winkelgrcn/.e — 6Ί. Anschließend ändert sich die Winkelposition θ wieder über Null zurück zur ersten Winkclgren/e 6Ί.

Obwohl sich der Punkt 128 des Rades 122 mit einer gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit dreht, so daß eine vollständige Umdrehung des Punktes 128 einer kompletten .Schwenkperiode des Ultraschall-Wandlers 100 gleich ist. sm<_! d»_· Winkelgeschwindigkeit und die Drchung des Ultraschall-Wandlers 100 nicht gleichmäßig. Genauer gesagt handelt es sich, wie dies in der Fig. Ib dargestellt ist. bei dem Bcwegungsverlauf um einen Cosinus, wobei der Verlauf dadurch hergeleitet wurde, daß die Winkelposition θ des sich schwenkenden Ultraschall-Wandlers 100 als eine Funktion der Winkelposition Φ des sich drehendes Rades 122 (d. h. des Punktes 128) aufgetragen wurde. Bekannterweise handelt es sich bei einem cc sinusförmigen Verlauf um eine nichtlineare, kontinuierliche, periodische Funktion. Aus diesem Grund gibt es im Gegensatz zu einer linearen Funktion, wie beispielsweise bei einer sägezabnförmigen Welle oder bei anderen Arten dreieckiger periodischer Wellenverläufe, bei einem cosinusförmigen Wellenverlauf keine Unstetigkeiten. Insbesondere ist die Steigung des cosinusförmigen Wellenverlaufes an den Winkelgrenzen θ\ und — 6Ί. an denen sich die Richtung der Schwenkbewegung des Ultraschall-Wandlers 100 umkehrt. Null (d. h. die Geschwindigkeit ist Null). Aus diesem Grund erzeugt der sich verschwenkende Ultraschall-Wandler 100 keine bedeutenden Turbulenzen in der Fortpfianzungsflüssigkcit 102, selbst wenn die Frequenz groß ist (beispielsweise im Bereich von 100 bis 1500 Perioden pro Minute liegt).
Die Fig. 2 zeigt das Anzcigcrasicr der ß-Abtastan-Zeigeeinrichtung 108. Ein linearer Kipp-Bereich in der horizontalen Richtung der Einrichtung 108 erscheint bei jedem daran von der Elektronik 114 angelegten Kipp-Bereich-Synchronisierimpuls. Bekannterweise kann die Bildelektronik 114 eine den Bereich abtastende Einrichtung enthalten, die für diesen Bereich einen Synchronisier-Kipp-Impuls erzeugt, der mit einer bestimmen Zeitverzögerung beim Auftreten jedes Trigger-Eingangsimpulses zur Bildelektronik 114 erscheint Außerdem erscheint jeder Trigger-Impuls in zeitlicher Übereinstimmung mit einem an den Ultraschall-Wandler 100 angelegten Erregungsimpuls. Das Zeitintervall jedes Kipp-Bereiches auf der Anzeigeeinrichtung 108 enthält das Zeitintervall, während dessen die von der Struktur 112 zurückgekehrten Ultraschall-Echosignale durch den Ultraschall-Wandler 100 ermittelt werden und als ein für den Bereich an die ß-Abtastanzeigeeinrichtung 108 über das dann gerade geöffnete Bereichstor der Bildelektronik 114 durchgeschaltetes Video-Eingangssignal angewendet werden.

Die vertikale Position jedes aufeinanderfolgenden horizontalen Kipp-Berciches an der Anzeigeeinrichtung 108 hängt von der Winkclposilion Hdes in .Schwenkbewegung versetzten Ultraschall-Wandlers 100 zn dieser

/eil ill). (Im citii; möglichst IcIurc und deutliche Anzeige /u ermöglichen, ist es wesentlich, daß der Ablusl-Positionsschrilt ΔΘ/wischen jedem Paar aufeinanderfolgender Kipp-Bereichc auf der Anzeigeeinrichtung 108 während der gesamten Anzeige im wesentlichen konstant ist. Die Ablast-Position θ des Strahles ändert sich jedoch nicht linear, sondern in Übereinstimmung mit der in de· ."^:ig. Ib dargestellten Cosinus-Funktion. Aus diesem Grunde würde der Wert ΔΘ am oberen Ende und am unteren Ende jeder Anzeige zu klein und in der Mille jeder Anzeige zu groß sein, wenn die Trigger-Impulse mit im wesentlichen konstanier periodischer Rate erscheinen würden (wie es im Zusammenhang mil B-Abtastanzeigeeinrichtungen üblich ist). Der Grund hierfür kann aus der F i g. 1 b entnommen werden. Während der ersten I lälfte jeder Periode der Verschwenkung des Ultraschall-Wandlers 100 nimmt die Steigung der cosinusförmigcn Welle von Null (Θ = 6Ί) bis zu einer maximalen Steigung {Θ = O) zu und niinmi dann uis /.ur Steigung Null (Θ = — θ\) ab. Während dieser ersten halben Periode verläuft die vertikale Ablenkung der Anzeigeeinrichtung 108 vom oberen Ende zu dem linieren Ende. Während der zweiten Hälfte einer Periode der cosinusförmigen Welle nimmt die Steigung von Null (Θ = —θ\) bis zu einer maximalen Steigung zu (Θ = O) und nimmt dann bis zu einer Steigung Null (Θ = θ\) ab. Während der zweiten Halbperiode der cosinusförmigen Welle erfolgt die Ablenkung in vertikaler Richtung der Anzeigeeinrichtung 108 von dem unteren zu dem oberen F.nde. Auf diese Weise überstreicht der Strahl dieselbe Winkelposition θ während jedes kompletten Abtastzyklus zweimal, einmal auf dem Weg nach unten von dem oberen Ende zu dem unteren Ende und einmal auf dem Weg nach oben von dem unteren Ende zu dem oberen Ende.

Es ist erstrebenswert, daß aufeinanderfolgende Kipp-Bcrcichc zu fester;, vorbssiirjir^ier; Wirikelschritten des in Schwenkbewegung versetzten Ultraschall-Wandlers 100 erfolgen. Um jedoch zu vermeiden, daß jeder der jeweiligen Kipp-Berciche, der während der vertikalen Ablenkung der Anzeigeeinrichtung 108 von dem unteren Ende zu dem oberen Ende erscheint, mit einem entsprechenden Kipp-Bercich der jeweiligen Kipp-Bereiche koinzidiert. die während der vertikalen Ablenkung der Anzeigeeinrichtung 108 vom oberen Ende zu dem unteren Ende erscheinen, sollten die Kipp-Bereiche für die Ablenkung vom unteren Ende zu dem oberen Ende und die Kipp-Bereiche für die Ablenkung vom oberen Ende zu dem unteren Ende ineinandergreifen.

Die Fig. la zeigt einen cosinusförmigen Verlauf 200 (der mit dem cosinusförmigen Verlauf der F i g. Ib identisch ist) und ein Histogramm 202, das mit dem cosinusförmigen Verlauf 200 eng übereinstimmt. Das Histogramm 200 unterteilt jede vollständige Periode (360°) •des cosinusförmigen Verlaufs 200 in eine erste ganzzahligc Anzahl π von gleichen Abtiist-Zcitintervallen.

Die Cosinuswclle 200 weist eine normalisierte positive Spitzenampliiudc von 1,0 und eine normalisierte negative Spitzenampliiudc von —0,1 auf. Das Histogramm 202 unterteilt das Intervall zwischen dem Spitzcnamplitudcnwcrien 1,0 und —1,0 in eine zweite ganzzahlige Anzahl m von verschiedenen, gleichmäßig voneinander bcabstandctcn Amplitudenpegeln. Der Wert m ist der Anzahl der Kipp-Bereich innerhalb eines Anzeigeausschnitics der β-Abiastanxcigccinrichlung 108 gleich. In der Praxis liegt der Wert m gewöhnlich im Bereich von 100 bis 200 oder sogar darüber. Zur Erläuterung weist das in der F i g. 2a dargestellte m jedoch nur den Wert 20 iiuf. Die in der l^; i g. 2a dargestellte Gruppe von 20 Pegeln enthält eine erste Untergruppe von 10 Amplitudcnpegeln, die während der ersten Halbperiode der Cosinuswelle 200 erscheinen, und eine zweite Untergruppe von 10 Amplitudenpegeln, die während der zweiten I lalbperiode der Cosinuswelle 200 erscheinen. Die erste (Jntcrgruppe der 10 Amplitudcnpcgel besteht aus den Pegeln 1,0, 0,8,0,6,0,4,0,2, 0, -0,2, -0,4, -0.6 und -0,8. Die zweite Untergruppe der 10 Amplitudenpegel besteht aus den Pegeln —1,0, —0,9, —0,7, -0,5, -0,3, -0,1,0,1,0,3.0,5,0.7 und 0,9.

Das Histogramm 202 hält irgendeinen der 20 Ampliludcnpcgcl, bis das besondere Zeitintervall der η Abtasl-Zeitintervalle erscheint, an dessen Ende die Amplilude der Cosinuswellc 200 auf den nächsten Amplitudenpcgel in der besonderen Untergruppe fällt oder steigt, die der dann gerade erscheinenden Halbperiode der Welle 200 entspricht.

... -ji„_ r; : „ -1.. r\ ιιλ UiVi ι ■ g. «.ei

Ainp'iitudcnpcgels in der Nähe der positiven oder der negativen Spitzenamplitude (wo die Steigung der CosinuswL'lle klein ist) langer ist als die Dauer eines Amplitudenpegels in der Nähe des Nulldurchganges (wo die Steigung einer Cosinuswelle groß ist). Jedes Abtast-Zeitintervall muß eine kleinere Dauer aufweisen als die minimale Dauer eines Amplitudenpegels (d. h. der Amplitudenpegel 204 und 206). Aus diesem Grunde ist der Wert der ersten Anzahl η immer wesentlich größer als der Wert der zweiten Anzahl m. Vorzugsweise ist die Dauer der minimalen Dauer des Amplitudenpegels 204 oder 206 mehrmals so groß wie die Dauer eines individuellen Abtast-Zeitintervalles, um zu erreichen, daß das Histogramm 202 und die Cosinuswellc 200 sehr gut übereinstimmen. Außerdem tritt die Zeit, zu der jeder

j5 Wechsel des Amplitudenpegels (jedes vertikale Segment hi, hi...) des Histogrammes 202 erscheint, in einer zeilsynchronen Beziehung mit einem Trigger-Impuls auf, der an den Erregungssignalgenerator 110 für die Ultraschall-Frcqucnzimpulsc angelegt wird, um die Erzcugung eines Impulses von dem Ultraschall-Wandler 100 zu bewirken, wobei jeder unterschiedliche Amplitudenpegel des Histogrammes 202 einem eigenen Kipp-Bcrcich der ß-Abtastanzeigeeinrichtung 108 entspricht. Die Abtasteinrichtung 106 weist einen elektronischen Teil zur Erzeugung dieser Trigger-Impulse auf. Außerdem erzeugt dieser elektronische Teil ein Abtast-Positionssignal (vertikale Ablenkung) mit einem dem Histogramm 202 entsprechenden Verlauf für die ß-Abtastanzeigecinrichtung 108.

Die F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform eines solchen elektronischen Teiles der Abtasteinrichtung 106. Wie in der Fig.3 dargestellt ist, ist der sich drehenden Welle 120 der mechanischen Antriebseinrichtung der Abtasteinrichtung 106(Fig. la)sowohlein Umdrehungsfühler 300 mit einem Element als auch eine Fühlereinrichtung 302 für den Winkel Φ mit η Elementen zugeordnet. Beispielsweise kann der Umdrchungsfühler 300 ein magnetisches Elcmeni in der Welle 120 enthalten, das bei jeder Umdrehung der Welle 120 an einer ortsfest angeordne-

bo ten Spule vorbeiläuft und am Ende jeder Umdrehung der Welle 120 einen Spannungsimpuls induziert, in einer ähnlichen Weise kann die Fühlereinrichtung 302 eine Gruppe von π magnetischen, räumlich mit gleichen Intervallen über den Umfang der sich drehenden Welle

ns 120 verteilten Elementen aufweisen, von denen jedes einen Spannungsimpuls induziert, wenn es sich an einer ortsfesten Spule der Fühlereinrichtung 302 vorbeibewegt. An der Stelle der soeben beschriebenen

tischen Fühler können auch optische Umsetzer und optische Fühler verwendet werden.

Während jeder Umdrehung des Rades 122 werden die von der Fühlereinrichtung 302 erzeugten η Impulse als ein Eingangssignal an den Zähler 304 angelegt. Das Ausgangssignal des Zählers 304, das den dann in dem Zähler 304 registrierten Zählerstand beinhaltet, stellt eine digitale Adresse für den /n-pegclorganisiertcn Nur-Lese-Speicher 306 dar. Der Nur-Lese-Speichcr 306 ist so organisiert, daß er jeden digitalen Adresscn/.ählcrstand und jeden nachfolgenden digitalen Adrcssen/ählerstand, der einen Wert aufweist, der kleiner ist als der Zählerstand, bei dem /», erscheint (siehe F i g. 2a). in einen digitalen Ausgangswert umwandelt, der den Wert 1,0 darstellt. Der Nur-Lcse-Spcichcr 306 wandelt dann jeden digitalen Adressenziihlerslnnd und alle nachfolgenden digitalen Adrcssenzählerstäiule. die gleich oder größer sind als der Zählerstand, bei dem h\ erscheint, die sber kleiner sind als der Zählerstand, b^pi ^¹Mn b.^ °rschcint (Fig.2a), in einen digitalen Ausgangswert um. der den Wert 0.8 darstellt. In einer ähnlichen Weise wandelt der Nur-Lese-Speicher 306 den gesamten Rest der π digitalen Adressenzählerstände in einen entsprechenden digitalen Ausgangswert um. der einen geeigneten Amplitudenpegel der m Amplitudenpegel des in der Fig.2a dargestellten Histogrammes 202 darstellt. Aus diesem Grunde handelt es sich bei dem Nur-Lese-Speicher 306 tatsächlich um eine Nachschlagtabelle, die jeden der aufeinanderfolgenden Pegel eines Histogrammes eines vorgegebenen, sich in Abhängigkeit von der jo Zeit ändernden Verlaufes (z. B. cosinusförmig) in einer digitalen Form herleitet.

Jedes digitale Ausgangssignal des Nur-Lesc-Speichers 306 wird als ein erstes digitales Eingangssignal an den Vergleicher 308 angelegt, während das digitale Aus- js gangssignal jeder dann gerade in dem Signalspcicher 310 gespeicherten digitalen Zahl als ein zweites digitales Eingangssignal an den Vcrgleicher 308 angelegt wird. Wenn das erste und das zweite digitale Eingangssignal des Vergleichers 308 denselben Wert darstellen, gcschieht nichts. Wenn jedoch das erste und das zweite digitale Eingangssignal de« Vergleichers 308 unterschiedliche Werte darstellen, erzeugt der Vergleicher 308 einen Steuerimpuls, der das normalerweise geschlossene Tor 312 öffnet. Wenn das Tor 312 geöffnet ist, wird das digitale Ausgangssignal von dem Nur-Lese-Speicher 306 als ein digitales Eingangssignal in den Signalspeicher 310 gegeben und dort gespeichert, und es ersetz·, dort die zuvor gespeicherte Zahl. Dies führt dazu, daß das erste und das zweite digitale Eingangssignal im Vergleicher 308 wieder gleich werden, wodurch das Tor 312 geschlossen wird. Der Digital-Analog-Wandler 314 wandelt die durch das Ausgangssignal des Signalspeichers 310 dargestellten digitalen Werte in die Abtast-Positions-Ablenksignale für die ß-Abtastanzeigceinrichtung 108 um.

Wenn, wie es vorausgesetzt wurde, der Nur-Lese-Speicher 306 so organisiert ist. daß er ein dem Histogramm 202 entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, ändert sich das Abtast-Positionssignal von dem Digital- to Analog-Wandler 314 bezüglich seiner Zeit notwendigerweise übereinstimmend mit dem Histogramm 202 und synchron zur Winkelposition des Ultraschall-Wandlers 100.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer ß-Abtastanzeigeeinrichtung beschränkt. Sie kann auch im Zusammenhang mit einer C-Abtastanzeigeeinrichtnqg angewendet werden. In diesem Fall wird der Ultraschall-Wandler 100 in einem kardanischen Rahmen angeordneter um eine Achse verschwenkbar ist, die senkrecht zur Achse 130 des Ultraschall-Wandlers 100 steht. Bei einer C-Abtastunzcigccinrichtung kann die Schwenkgeschwindigkeil des Abtaststrahl um die Achse 130 sehr groß sein (100 Perioden pro Minute und größer). Die Vcrschwenkungsgeschwindigkeit des kardanischen Rahmens um die senkrechte Achse ist jedoch immer klein und liegt beispielsweise bei 10 bis 20 Verschwenkungcti pro Minute. (Dadurch werden vernachlässigbare Turbulenzen in der Fortpflan/ungsfliissigkeit erzeugt.)

Es kann daher ein Zahnstangengetriebe angewendet werden, um diese kleine Versehwenkungsgesehwindigkeii zu erzeugen, oiler es kann alternativ da/.u eine Anordnung verwendet werden, die der Anordnung ahnlieh ist. die für die schnelle Abtastung verwendet wird. Bei einer C-Abtastiing liegt die Abtastperioden (rV) der Anzeige de« ri-l:)iiv whnrllcn Ahtnxlstrahlcs herkömmlichcrwcise in der horizontalen Richtung, wahrend die langsame, lineare Abtastung herkömmlichcrweisc in der vertikalen Richtung erfolgt.

Wenn zur Erzeugung der Schwenkbewegung eines Ultraschall-Abtaststrahls ein Paar von Risley-Prismen verwendet wird, die sich mit einer honen gleichmäßigen Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen drehen, so erfolgt dabei ebenfalls eine sinusförmige Ultraschall-Strahlabtastung. Deshalb ist der in der F i g. 3 dargestellte elektronische Teil der Abtasteinrichtung 106 in gleicher Weise bei einer sinusförmigen Strahlabtastung verwendbar, die durch solche sich entgegengesetzt drehenden Prismen oder auch durch irgendeine andere mechanische Einrichtung erzeugt wird.

Hierzu 3 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Impulsecho-Abbildungseinrichtung, mit einem vollständig in eine Flüssigkeit eingctauchten, um eine vorgegebene Achse verschwenkbar angeordneten Ultraschall-Wandler, dem von einer ersten Einrichtung Erregungssignale zur Erzeugung eines gepulsten Ultraschaü-Abtaslstrahlcs zuführbar sind, welcher sich durch die Flüssigkeit in Riehtung auf eine mit Ultraschall abzutastende Struktur fortpflanzt, und mit von der Struktur zurückgesandten Ultraschallechosignalen bcaufschlagbar ist. so wie mit einer Antriebseinrichtung, die mechanisch mit dem Ultraschall-Wandler gekoppelt ist und is durch die der Ultraschall-Wandler periodisch mit einer vorgegebenen Folgefrequenz um die vorgegebene Achse zwischen ersten und zweiten Winkelgrenzen mit einer Geschwindigkeit verschwenkbar ist die sich fessiäß einer glatten, kontinuierlichen Zeitfunktion ändert, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung (302, 304, 306, 308, 310, 312) mit der ersten Einrichtung (110, 106) und mit der Antriebseinrichtung (120,122,124, 126) verbunden ist, und daß durch die zweite Einrichtung (302, 304, 306, 308, 310, 312) die erste Einrichtung (110,106) zur Abgabe eines Erregungssignals an den Ultraschall-Wandler (100) bei jeder Winkelposrtion eines ersten Satzes von vorgegebenen Winkelpositionen des Ultraschall-Wandlers (100) während ungerader Halbperioden der Schwingung des Ultraschall-Wandlers (100) un£ bei je^r Winkelposition eines zweiten Satzes von vorgegebenen Winkelpositionen des Ultraschall-Wandlers (ΡΛ) während gerader Halbperioden der Schwingung des Ultraschall-Wandlers (100) ansteuerbar ist.

2. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Winkelpositionen des ersten Satzes zwischen den vorgegebenen Winkelpositionen des zweiten Satzes eingeschoben sind.

3. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelschritt zwischen jedem Paar aufeinanderfolgender Winkelpositionen des ersten Satzes und der Winkelschritt zwisehen jedem Paar der aufeinanderfolgenden Winkclpositionen des zweiten Satzes im wesentlichen dieselben vorgegebenen Werte aufweisen, und daß die jeweiligen Winkelpositionen des zweiten Satzes im wesentlichen in der Mitte zwischen jedem Paar auf- w einanderfolgender Winkelpositionen des ersten Satzes liegen.

4. Abbildungseinrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine erste Digital-Einrichtung (302, 304), durch die μ jeweils die Dauer einer Verschwenkpcriodc in η gleich lange Zeilintervalle, mit η einer ganzen Zahl, unterteilbar und das jeweilige Auftreten der Zeitintervalle zählbar ist, und eine zweite Digital-Einrichtung umfaßt, die eine Ausgangsschaltungsanord- eo nung (308) und einen mit dieser verbundenen, auf die Zählerstände der gewählten Zeitintervalle ansprechenden Festwertspeicher (306) aufweist, der dcrarl organisiert ist, daß durch diesen digitale Ausgangssignale in Übereinstimmung mil einem der Zeitfunk- h'. tion (200) entsprechenden, stufenförmigen K'jrvcnzug (202) erzeugbar sind, wobei die Spitzen-Spilzcn-Amolitudc der Zeitfunktion (202) in m. mil //; einer ganzen Zahl und m < n, den Stufen des Kurvenzuges (202) entsprechende Amplitudenpegel unterteilt ist, und zwischen benachbarten Amplitudcnpegcln die gleiche Schrittweile (h\, h₂) vorliegt, und daß von der Ausgangsschaltungsanordnung (308). wenn eine Stufenänderung erfolgt, ein Ausgangssignal er/.eiigbar und dieses der ersten Einrichtung (120, 106) zugeführt wird, durch die ein Erregungssignal für den Ultraschall-Wandler(100) er/.cugbar ist.

5. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Einrichtung (314) mit der zweiten Einrichtung (302,304,306,308, 310, 312) verbunden is; und daß durch die dritte Einrichtung (314) ein Abtast-Posilionssignal für eine Anzeigeeinrichtung (108) in Übereinstimmung mit den jeweiligen Werten der vorgegebenen Winkelpositioncn des ersten Satzes und des zweiten Salzes erzeugbar ist

6. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitfunktion eine cosinusförmige Funktion ist und daß der Festwertspeicher (306) derart organisiert ist, daß durch diesen während der ersten Halbperiode der cosinusförmigen Funktion ein digitales Ausgangssignal bei jeder zweiten Änderung einer einem Amplitudenpegel entsprechenden Stufe (1,0, 0,8, 0,6,...) und während der zweiten Halbpcriode bei den restlichen Stufenänderungen (03.0.7,0,5 ) erzeugba r ist.

7. Abbildungseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung ein mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit drehbares Teil aufweist, das zum Verschwenken des Ultraschall-Wandlers mit diesem gekoppelt ist und durch welches der Verschwenkwinkel des Ultraschall-Wandlers als Funktion des Drehwinkels des drehbaren Teils veränderbar ist. nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die crsle Digital-Einrichtung eine Fühlcrcinrichtung (302), durch die bei jeder Umdrehung des drohbarcn Teils (120) η gleichbcabstandcte Zeitimpuisc erzeugbar sind, und einen Zähler (304) zum Zählen der Zeitimpuise umfaßt, daß der jeweilige Zählerstand des Zählers (304) als Eingangsadresse dem Festwertspeicher (306) zugeführt wird, daß ein Signalspeicher (310) zum Speichern eines digitalen Ausgangssignals des Festwertspeichers (306) und eine Vergleicherschaltung (308) vorgesehen sind, wobei durch die Vergleicherschaltung (308) feststellbar ist, ob das jeweils gerade von dem Festwertspeicher (306) abgegebene, digitale Ausgangssignal mit dem in dem Signalspcicher (310) gespeicherten übereinstimmt und bei einer Abweichung das gerade von dem Festwertspeicher (306) abgegebene, digitale Ausgangssignal das in dem Signalspeicher (310) gespeicherte Signal ersetzt und ein Steuersignal erzeugt wird, welches die Änderung einer einem Amplitudenpegel entsprechenden Stufe angibt.

8. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digital-Analog-Umsetzer (314) vorgesehen ist. daß beim Auftreten des Steuersignals das in dem Signalspeicher (310) gespeicherte Signal als Eingangssignal an den Digital-Analog-Umsetzer (314) gelegt wird und daß die Ausgangssignale des Digital-Analog-Umsetzers (314) den jeweiligen Stufenwerten entsprechen.

9. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Digital-Analog-1 imwundlcrs (314) als ein Ablenksignal für eine Richtung des Elektronenstrahls einer

Bildschirmanzeige einer Bildschirmanzeigeeinrichtung (108) zuführbar ist

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Impulsecho-Abbildungseinrichtung, mk einem vollständig in eine Flüssigkeit eingetauchten, um eine vorgegebene Achse verschwenkbar angeordneten Ultraschall-Wandler, dem von einer ersten Einrichtung Erregungssignale zur Erzeugung eines gepulsten Ultraschall-Abtaststrahles zuführbar sind, welcher sich durch die Flüssigkeit in Richtung auf eine mit Ultraschall abzutastende Struktur fortpflanzt, und mit von der Struktur zurückgesandten Ultraschallechosignalen beaufschlagbar ist, sowie mit einer Antriebseinrichtung, die mechanisch mit dem Ultraschall-Wandler gekoppelt ist und durch die der Ultraschall-Wandler periodisch mit einer vorgegebenen Folgefrequenz um die vorgegebene Achse zwischen ersten und zweiten Winkelgrenzen mit einer Geschwindigkeit verschwenkbar ist die sich gemäß einer glatten, kontinuierlichen Zeitfunktion ändert.

Eine solche Ultraschall-lmpulsecho-Abbildungseinrichtung ist aus der US-DS 31 59 023 bekannt

Wenn die Winkelgeschwindigkeit mit der sich ein Ultraschall-Wandler um seine Drehachse während eines Abtastvorganges dreht nicht linear in der Zeit ist so tritt eine Schwierigkeit auf. Diese soll im Zusammenhang mit den Fig. Ib und 2a erläutert werden. In F i g. 1 b ist auf der Ordinate der Verschwcnkwinkel θ abgetragen. Auf der Abszisse ist ein Winkel Φ abgetragen. Der funktionale Zusammenhang zwischen dem Verschwenkwinkel und dem Winkel Φ ist hier durch eine Cosinusfunktion gegeben. Beim vorliegenden Beispiel ist der Winkel θ der Drehwinkei eines sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit drehenden Teils, das zur Verschwenkung des Ultraschall-Wandlers mit diesem gekoppelt ist, wie es in F i g. la dargestellt ist. Statt des Drehwir'tels fließe sich auch als Parameter unmittelbar die Zeit verwenden, welche benötigt wird, damit der Ultraschall-Wandler eine vollständige Bewegungsperiode durchführt.

Wenn nun zu Zeitpunkten, welche gleich beabstandeten Winkeln Φ entsprechen, Erregungsimpulse an den Ultraschall Wandler gegeben werden, so ist der Zuwachs des Verschwenkungswinkels θ zwischen aufeinanderfolgenden Erregungsimpulsen nicht konstant. Wenn nun jeder Erregungsimpuls auch als Ablenkimpuls eines Elektronenstrahls des Bildschirms einer Bildschirmanzeigeeinrichtung bei einer ß-Abtastung verwendet wird, so liegen die einzelnen Abtastlinien dann naher beieinander, wenn der Ultrasehall-Wandler nahe in seine Endwinkclstcllung verschwenkt worden ist während ein größerer Absland zwischen den Ablastlinien vorhanden ist, wenn sich der Ultraschall-Wandler in seiner minieren Schwcnkstcllung bcfindcl. Diese ungleichmäßige Verteilung auf einem Sichtschirm isi beispielsweise deshalb von Nachteil, weil Dcini Abtasten einer Struktur er/.cugle Rcflexionssignale die vorhergehende Ablasilinic auf dt'm Siehtsehirm überschneiden. Soll dies vermieden werden, so muß die maximale Signalhöhc entsprechend verringert werden, wodurch über die Genauigkeit der Anzeige beeinträchtigt wird.

Es ist allgemein bekannt, Ultraschall-Impulsccho-Abbildungseinrichtungen mit einer ß-Abtastan/.eigecinrichtung oder einer C-A^'asieinrichtung zu verwenden.

Wenn eine /7-Abtastanzcigccinrichtung vorgesehen ist lenkt ein Abtastpositionssignal der Abtasteinrichtung den Elektronenstrahl einer Kathodenstrahlröhre entsprechend der Abtast-Position des Ultraschall-Ab taststrahls ab. Zur selben Zeit lenken aufeinanderfolgende Kippbereiche den Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre in der Strahlabtastrichtung ab, wobei die Kippbereiche in einer zeitsynchronen Beziehung mit den Erregungssignalen oder den Ultraschall-Impulsen erscheinen, die von dem Ultraschall-Wandler abgestrahlt werden und der Tiefendimension der abzubildenden Struktur entsprechen. Bei einer ß-Abtastung können mehrere Hundert Kippbereiche pro Abtastzyklus und mehrere hundert Abtastzyklen pro Minute auftreten. Bei einer C-Abtastung werden sowohl der Ultraschall-Abtaststrahl als auch der Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre in zwei Dimensionen abgetastet Die Abtastgeschwindigkeit in einer ersten Richtung ist relativ groß (beispielsweise 100 oder mehr Perioden pro Minute) während die- Abtastgeschwindigkeit in der zweiten Richtung relativ klein (beispielsweise 20 oder weniger Perioden pro Minute) ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugr jnde, eine Ultraschall-Impulsecho-Abbildungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß gleichmäßig beabstandete Abtastlinien erhalten werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zweite Einrichtung mit der ersten Einrichtung und mit der Antriebseinrichtung verbunden ist, und daß die zweite Einrichtung durch die erste Einrichtung zur Abgabe eines Erregungssignals an den Ultraschall-Wandler bei jeder Winkelposition eines ersten Satzes von vorgegebenen Winkelpositionen des Ultraschall-Wandlers während ungerader Halbperioden der Schwingung des Ultraschall-Wandlers und bei jeder Winkelposilion eines zweiten Satzes von vorgegebenen Winkelpositionen des Ultraschall-Wandlers während gerader Halbperioden der Schwingung des Ultraschall-Wandlers ansteuerbar ist.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, daß die Zeitpunkte zur Abgabe von Erregerimpulsen an den Ultraschall-Wandler so gewählt werden, daß sich der Ultraschall-Wandler zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten stets mit einer konstanten Winkeländerung gedreht hat. Da zwischen den Verschwenkwinkeln und der Zeit kein linearer Zusammenhang besteht, sind die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Erregerpulsen voneinander verschieden, wenn die diesen Zeitintervallen entsprechenden Schwenkwinkelintervalle des Ultraschall-Wandlers gleich groß sind. Nach der Erfindung wird die kontinuierliche Zeitfunktion durch einen stufenförmigen Kurven/.ug angenähert. Die Stufenhohe entspricht jeweils dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vcrschwcnkwinkeln des Ultraschall-Wandlers und ist konstant. Die Stufenbreite, welche der Zeit entspricht, ist unterschiedlich.

In vorteilhafter Weise ist es mit der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung möglich, Erregcrsignale an den Ultraschall-W-'ndlcr in zeitlicher l-'olge so zu legen,

w) daß zwischen aufeinanderfolgenden Erregersignalen die Änderung des Verschwenkwinkels des Uliraschall-Wandlers stets gleich groß ist Infolgedessen kann bei der sichtbaren Wiedergabe der Ultraschall-Echosignale eine Gleichbcabstandung der Abtastlinien auf einer An-

b5 /eigecinrichtung erhalten werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die· Erfindung anhand von Ausfüh-