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Probe for an ultrasonic apparatus with an concave arrangement of piezoelectric elements

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EP0272960A1
EP0272960A1 EP19870402638 EP87402638A EP0272960A1 EP 0272960 A1 EP0272960 A1 EP 0272960A1 EP 19870402638 EP19870402638 EP 19870402638 EP 87402638 A EP87402638 A EP 87402638A EP 0272960 A1 EP0272960 A1 EP 0272960A1
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probe
ultrasonic
apparatus
concave
arrangement
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Withdrawn
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EP19870402638
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French (fr)
Inventor
Patrick Dubut
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Thomson-CGR SA
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    • G10K11/32Sound-focusing or directing, e.g. scanning characterised by the shape of the source

Abstract

Dans l'invention pour réaliser une sonde à face d'attaque concave, on utilise une lame (5) de transition acoustique continue. In the invention for producing a probe in front of concave attack, a blade is used (5) of continuous sound transition. Cette lame est métallisée (7), et est au contact en commun de toutes les métallisations avant (6) des éléments piézo-électriques de la sonde. This plate is metallized (7), and is in common contact with all the front metallizations (6) of the piezoelectric elements of the probe. Les métallisations arrières (8) des éléments débouchent électriquement indépendamment vers l'arrière de la sonde. The rear metallizations (8) of the elements lead electrically independently rearwardly of the probe. Il en résulte que la connexion électrique des éléments piézo-électriques est simplifiée. As a result, the electrical connection of the piezoelectric elements is simplified. Cette sonde est utilisable dans des expériences avec ultrasons où une bonne focalisation est recherchée. This probe is used in experiments with ultrasound where a good focusing is desired.

Description

  • [0001] [0001]
    La présente invention a pour objet une sonde pour appareil à ultrasons munie d'un arrangement concave d'éléments piézo-électriques. The present invention relates to an ultrasonic device for probe provided with a concave arrangement of piezoelectric elements. Une telle sonde est utilisable en particulier dans le domaine médical en association avec un appareil de type échographe. Such a probe is used in particular in the medical field in combination with an ultrasound device type. Elle peut néanmoins trouver son application dans d'autres domaines où on emploie des ultrasons et où, pour des besoins de focalisation, on a de préférence recours à des sondes munies d'éléments piézo-électriques répartis sur une surface concave. It may nevertheless find application in other areas where it employs ultrasound and where, for focusing purposes, we preferably use of probes provided with piezoelectric elements distributed on a concave surface.
  • [0002] [0002]
    Une sonde d'appareil à ultrasons comporte en principe une pluralité d'éléments transducteurs piézo-électriques pour transformer des signaux électriques appliqués aux éléments en excitations mécaniques et réciproquement. A sonicator probe comprises in principle a plurality of piezoelectric transducer elements for converting electrical signals applied to the elements into mechanical excitations and vice versa. Ces éléments piézo-électriques sont arrangés dans la tête de la sonde selon une répartition de type matriciel, le plus souvent à deux dimensions, quelques fois à une dimension par exemple en une barrette. These piezoelectric elements are arranged in the head of the probe according to a matrix type distribution, usually in two dimensions, sometimes to a size for example in an array. La réalisation d'une telle sonde confrontée à la nécessité d'alimenter électriquement, indépendamment, chacun des éléments n'est pas un problème simple. The realization of such a probe faced with the need to supply electrically independently, each of the elements is not a simple problem. Une solution de principe consiste à fixer sur un support souple métallisé une plaque d'un cristal piézo-électrique, et à effectuer des découpes dans cette plaque sans entamer trop le support. A tentative solution is to fix on a flexible support a metallic plate of a piezoelectric crystal, and to make cutouts in the plate without encroaching too the support. De cette manière on obtient la distribution recherchée des éléments. In this way the desired distribution is obtained from the elements. En ayant effectué des découpes suffisamment larges et en courbant le support élastique, on peut lui imposer une forme concave voulue. Having made sufficiently large cuts and bending the resilient support, it may impose a desired concave shape. Ce faisant l'alimentation électrique des deux faces des éléments piézo-électriques n'est pas facilement résolue. In doing so the power of the two faces of the piezoelectric elements is not easily resolved. En effet l'émission acoustique utile se propageant du coté de la cancavité, il est malvenu de réaliser sur cette surface des circuits de connexion indépendants. In fact, the useful acoustic emission propagating from the side of the cancavité, it is inappropriate to perform on that surface of the independent connection circuits. Ceci est d'autant plus génant que pour des raisons de propagation acoustique il est nécessaire de placer au dessus de chacun des éléments une lame de transition acoustique dont l'épaisseur est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de l'onde, qui la traverse, à la fréquence de travail de la sonde. This is especially annoying for acoustic propagation reasons it is necessary to place on top of each element an acoustic transition blade whose thickness is substantially equal to a quarter of the wave wavelength, therethrough, the probe working frequency. Ce problème de connexion est un frein important au développement des sondes, en particulier celles dont l'arrangement piézo-électrique est bidimensionnel. This connection problem is a major impediment to the development of probes, such as those that the piezoelectric arrangement is two-dimensional.
  • [0003] [0003]
    La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en remarquant que pour les applications recherchées, avec une focalisation imposée par la courbure de l'arrangement des éléments, il n'est pas génant que les sommets des éléments recouverts de leur lame de transition se touchent les uns les autres dans la concavité de la sonde. The present invention aims to remedy these disadvantages by noting that for the desired applications, with a focus imposed by the curvature of the arrangement of elements, it is not annoying the tops of the elements covered with the transition blade touch each other in the concavity of the probe. Dans l'invention on a alors eu l'idée d'inverser le problème et d'utiliser une lame de transition commune, métallisée continuement sur toute sa surface, et contre laquelle sont fixés tous les éléments piézo-électriques. In the invention, has had the idea to reverse the problem and to use a common transition blade continuously metallized over its entire surface, and against which are fixed all the piezoelectric elements. Il en résulte que la connexion électrique de différenciation de tous les éléments peut se faire maintenant par l'arrière de la sonde, là ou auparavant il y avait le support. As a result, the electrical connection of differentiation of all elements can be done now by the back of the probe, or there before there was support. Ces circuits électriques de connexion perturbent l'onde arrière de la sonde, ce qui est sans importance : ils ne gênent pas le fonctionnement utile de la sonde. These connection circuits disturb the wave rear of the probe, which is unimportant: they do not hinder the useful operation of the sensor. On obtient les arrangements concaves d'éléments piézo-électriques en utilisant des lames souples, éventuellement thermo-déformables. the concave arrangements are obtained piezoelectric elements using flexible blades, optionally thermo-deformable.
  • [0004] [0004]
    Les métallisations des faces avant et arrière permettent d'appliquer un champ électrique parallèle à la direction de propagation des ondes acoustiques. The metallizations of the front and rear faces permit to apply a electric field parallel to the propagation direction of the acoustic waves. Cette disposition est avantageuse car elle améliore le coefficient de couplage entre le champ électrique et le champ acoustique. This arrangement is advantageous because it improves the coupling coefficient between the electric field and the acoustic field.
  • [0005] [0005]
    Les éléments piézo-électriques comportent par exemple des éléments en plastique comme par exemple le PVF₂ ou le PVT₂F copolymère ; The piezoelectric elements comprise, for example, plastic parts such as PVF₂ PVT₂F or copolymer; une céramique comme par exemple le PZT, le PZT composite polymère ou le PBTiO₃ ou un cristal. a ceramic such as PZT, PZT composite polymer or PbTiO₃ or a crystal.
  • [0006] [0006]
    L'invention a donc pour objet une sonde pour appareil à ultrasons munie d'un arrangement concave d'éléments piézo-électriques, ces éléments étant recouverts chacun, sur leur face en regard de la concavité, d'une lame de transition acoustique, caractérisée en ce que des lames adjacentes constituent une même lame monobloc continue recouvrant une pluralité d'éléments. The invention therefore relates to an ultrasonic device for probe provided with a concave arrangement of piezoelectric elements, said elements being each covered, on their side facing the concavity, with an acoustic transition plate, characterized in that adjacent blades constitute a single continuous monoblock plate covering a plurality of elements.
  • [0007] [0007]
    La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. The invention will be better understood from reading the following description and examining the accompanying figures. Elles ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. They are indicative only and in no way limit the invention. Les figures montrent: The figures show:
    • - figure 1 : une sonde conforme à l'invention; - Figure 1 is a probe according to the invention;
    • - figure 2 : un détail de réalisation de la sonde de la figure 1 au cours de son procédé de réalisation; - Figure 2: a detail of the probe of Figure 1 during its production process;
    • - figure 3 : un détail de réalisation du circuit de connexion des éléments piézo-électriques. - Figure 3: a detail of the connection circuit of the piezoelectric elements.
  • [0008] [0008]
    La figure 1 représente une sonde conforme à l'invention. Figure 1 shows a probe according to the invention. Celle-ci comporte un arrangement concave 1 d'éléments piézo-électriques tels que 2. La concavité est une concavité dans deux dimensions orthogonales : la surface est gauche. It comprises a concave arrangement 1 of piezoelectric elements such as 2. The concavity is a concavity in two orthogonal dimensions: the surface is left. Elle peut bien entendue être concave dans une dimension et dans ce cas la surface est cylindrique. It may be well understood concave in one dimension and in this case the surface is cylindrical. Les éléments sont recouverts chacun, sur leur face 3 en regard de la concavité, d'une lame de transition acoustique. The elements are each covered, on their face 3 facing the concavity, with an acoustic transition blade. Par exemple pour l'élément 2 sa lame 4 de transition est limitée en partie par des tirets sur le dessin. For example, for item 2 the blade 4 transition is limited in part by dashed lines in the drawing. La caractéristique de la sonde de l'invention réside dans le fait que des lames adjacentes constituent une même lame monobloc 5, continue, recouvrant une pluralité d'éléments, en général la totalité des éléments. The characteristic of the probe of the invention lies in the fact that adjacent blades form one piece blade 5 continues, covering a plurality of elements, in general all the elements. Pour assurer la liaison électrique aux électrodes 6 (obtenues par métallisation) des éléments piézo-électriques, la lame 5 est munie sur sa face en regard de ces éléments d'une métallisation 7 qui vient au contact des métallisations de ces éléments. To ensure the electrical connection to the electrodes 6 (obtained by metallization) of piezoelectric elements, the blade 5 is provided on its face opposite the elements of a metallization 7 which comes into contact metallizations of these elements. Les autres métallisations 8 des éléments piézo-électriques peuvent être raccordés d'une manière classique. Other metallizations 8 of the piezoelectric elements can be connected in a conventional manner. Ces liaisons peuvent être incorporées à une base 9 qui peut servir par ailleurs à maintenir et manipuler la sonde. These bonds can be incorporated into a base 9 which can be used also for holding and manipulating the probe. La présence des raccordements électriques differenciés à l'endroit des métallisations 8 ne peut pas provoquer de perturbation dans les signaux acoustiques émis ou reçus car ils sont situés à l'arrière de la sonde par rapport à la direction utile P de propagation. The presence of the differentiated electrical connections at the location of the metallization 8 can not cause disturbances in the acoustic signals transmitted or received as they are located at the rear of the probe with respect to the useful P propagation direction.
  • [0009] [0009]
    La figure 2 montre un détail de réalisation de la sonde en un endroit repéré en 10 sur la figure 1. Lors de la fabrication d'une sonde selon l'invention à arrangement concave d'éléments, on colle sur une lame 5 préalablement métallisée avec une couche 7 une plaque d'un cristal piézo-électrique métallisée sur ses deux faces. 2 shows a detail of the embodiment of the probe in a position marked as 10 in Figure 1. During manufacture of a probe according to the invention concave arrangement of elements, is bonded on a previously metallized blade 5 with a layer 7 of a plate of piezo-electric crystal metallised on its two faces. La métallisation 7 de la lame est de préférence épaisse : dans un exemple elle vaut entre 15 et 20 micromètres. The metallization 7 of the blade is preferably thick: in one example, it is between 15 and 20 micrometers. La métallisation du cristal est normale, elle peut être d'une épaisseur bien inférieure. The metallization of the crystal is normal, it can be of much lower thickness. La colle utilisée pour fixer le cristal sur la lame est telle qu'elle permet une continuité électrique en tous endroits entre les deux métallisations. The adhesive used for securing the crystal on the blade is such as to allow electrical continuity in all locations between the two metallizations. A ce stade de la fabrication, on exécute sur la face arrière du cristal des découpes 11 ayant pour objet de séparer dans la plaque les éléments des uns des autres. At this stage of manufacture, is carried on the rear face of the crystal of the cutouts 11 are designed to be separated in the plate elements from each other. La découpe 11 a la particularité d'être effectuée avec précaution. The cutout 11 has the particularity to be done with caution. D'une manière préférée sa profondeur étend jusqu'à mi-épaisseur de la métallisation 7 de la lame 5. On sait, avec des tolérances de planéité de l'ordre d'un micromètre, réaliser la rectification des surfaces de la lame et du cristal piézo-électrique. In a preferred way its depth extends to mid-thickness of the metallization 7 of the blade 5. It is known, with the flatness tolerances on the order of one micrometer, to realize the correction of the blade surfaces and piezoelectric crystal. Avec une scie correctement guidée par rapport au plan de l'arrangement, on peut alors faire en sorte que la découpe ne rompe pas la liaison électrique constituée par la métallisation 7. With a correctly guided saw arrangement with respect to the map, it is then possible to ensure that the cut does not break the electrical connection formed by metallization 7.
  • [0010] [0010]
    La figure 3 montre comment on peut réaliser simplement la connexion électrique sur chaque métallisation 8 effectuée sur l'autre face d'un élément. Figure 3 shows how one can simply make the electrical connection on each metallization 8 made on the other side of an element. D'une manière préférée on utilise une technologie de thermo-compression. In a preferred way thermo-compression technology is used. Avec cette technologie on presse l'extrémité 12 de fils de liaison 13 contre les métallisations 8. En échauffant cette extrémité au moment de cette compression, on obtient une connexion électrique suffisante. With this technology it presses the end 12 of link 13 against son metallizations 8. warming this end at the time of compression, a sufficient electrical connection is obtained. On agit de même avec un fil 14 qui aboutit sur une partie périphérique 15 de la métallisation 7 de la lame 5. It is the same with a wire 14 leading to a peripheral part 15 of the metallization 7 of the blade 5.
  • [0011] [0011]
    A ce stade de la réalisation on procède à la courbure de l'arrangement. At this stage of the embodiment is performed to the curvature of the arrangement. Cet arrangement peut être concave à une seule dimension on concave, comme représenté sur la figure 1, à deux dimensions. This arrangement may be concave to a single dimension is concave, as shown in Figure 1, in two dimensions. Dans ce but le matériau qui constitue la lame continue est un matériau déformable. For this purpose the material that constitutes the continuous strip is a deformable material. Dans une réalisation préférée le matériau de la lame 5 est même un matériau thermo-déformable. In a preferred embodiment the blade material 5 is even a thermo-deformable material. Dans un exemple cette lame est en un polyuréthane polymérisable à froid. In one example this plate is a cold polymerizable polyurethane. Dans ces conditions il suffit de faire subir à l'ensemble lame-cristal ainsi constitué puis découpé, un cycle d'échauffement-refroidissement. In these conditions it is sufficient to subject the entire blade cut crystal thus formed then, a heating-cooling cycle. Au cours de ce cycle, à chaud, on soumet l'arrangement à des efforts tendant à le déformer de la manière voulue. During this cycle, hot, the arrangement is subjected to forces tending to deform the intended manner. On peut utiliser dans ce but une forme appropriée pour appuyer contre l'ensemble. Can be used for this purpose a form suitable for support against all. Lors du refroidissement, l'ensemble se durcit avec la forme qu'on lui a imposée. Upon cooling, all hardened with the shape that is imposed. Après cette opération on réalise une base 9 pour l'arrangement en coulant, contre les faces arrières des éléments, une matière synthétique polymérisable. After this operation a base is carried to the arrangement 9 by casting, against the rear faces of the elements, a polymerizable synthetic material. Les fils 13 ou 14 émergent de cette base. The son 13 or 14 emerge from this base. On les relie ultérieurement aux circuits de commande de l'appareil à ultrasons utilisé. subsequently linking it to the ultrasonic device control circuits used.
  • [0012] [0012]
    Les matériaux qui constituent la base sont choisis de préférence parmis ceux susceptibles de présenter une impédance acoustique nulle. The materials that form the basis are preferably chosen among those prone to have a zero acoustic impedance. D'une manière préférée le contact entre les éléments et la base n'est pas très intime. In a preferred way the contact between the elements and the base is not very intimate. La présence d'une mince couche d'air interposée est même favorable à l'abaissement de la valeur de l'impédance acoustique arrière. The presence of a thin air layer interposed is even favorable to the lowering of the value of the rear acoustic impedance. Ce contact lache est rendu possible par le choix d'une liaison thermo-compression comme indiqué : on n'est pas obligé de coller contre les faces arrière des éléments un dispositif de connexion à base de circuit imprimé rigide. This loose contact is made possible by the selection of a thermo-compression bonding as shown: one is not obliged to stick against the rear faces of the elements a printed circuit-based connection means rigid.

Claims (11)

1 - Sonde pour appareil à ultrasons munie d'un arrangement concave (Fig 1) d'élements (2) piézo-électriques, ces éléments étant recouverts (3) chacun, sur leur face en regard de la concavité, d'une lame (4) de transition acoustique, caractérisée en ce que des lames adjacentes constituent une même lame (5) monobloc continue recouvrant une pluralité d'éléments. 1 - sonicator for probe provided with a concave arrangement (Fig.1) of elements (2) piezoelectric, these elements being covered (3) each, on their side facing the concavity of a blade ( 4) acoustic transition, characterized in that adjacent blades are the same blade (5) unitary continuous covering a plurality of elements.
2 - Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lame est métallisée (7) continuement et est reliée électriquement à des métallisations (6) réalisées sur des faces des éléments en regard de cette lame. 2 - probe according to claim 1, characterized in that the plate is metallized (7) continuously and is electrically connected to metallizations (6) formed on the faces of the facing this blade elements.
3 - Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la lame est en un matériau déformable. 3 - probe according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the blade is made of a deformable material.
4 - Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce que la lame est en un matériau thermo-deformable. 4 - probe according to claim 3, characterized in that the blade is made of a thermo-deformable material.
5 - Sonde l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'arrangement est bidimensionnel. 5 - probe of any one of claims 1 to 4, characterized in that the arrangement is bidimensional.
6 - Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'arrangement est une barrette. 6 - probe according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the arrangement is a linear array.
7 - Sonde l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la concavité est une concavité à deux dimensions (Fig 1). 7 - probe of any one of claims 1 to 6, characterized in that the concavity is a concavity in two dimensions (Fig 1).
8 - Sonde l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la concavité est une concavité à une dimension. 8 - probe of any one of claims 1 to 6, characterized in that the concavity is a concavity in one dimension.
9 - Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que la métallisation réalisée sur la lame est épaisse (Fig 2). 9 - probe according to claim 2, characterized in that the metallization produced on the plate is thick (Fig 2).
10 - Sonde selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'arrangement des éléments est matérialisé par des séparations (11) qui se prolongent sensiblement jusqu'à mi-hauteur dans la métallisation de la lame. 10 - A probe according to claim 9, characterized in that the arrangement of elements is materialized by partitions (11) extending substantially halfway up in the metallization of the blade.
11 - Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les éléments sont électriquement reliés par des fils (13) thermo-compressés (12) sur leur face (8) opposée à leur face (6) en regard de la lame (7). 11 - A probe according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the elements are electrically connected by son (13) thermo-compressed (12) on their face (8) opposite to their face (6) facing of the blade (7).
EP19870402638 1986-11-28 1987-11-24 Probe for an ultrasonic apparatus with an concave arrangement of piezoelectric elements Withdrawn EP0272960A1 (en)

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Inventor name: DUBUT, PATRICK