EP0383972B1 - Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung - Google Patents

Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung Download PDF

Info

Publication number
EP0383972B1
EP0383972B1 EP19890103112 EP89103112A EP0383972B1 EP 0383972 B1 EP0383972 B1 EP 0383972B1 EP 19890103112 EP19890103112 EP 19890103112 EP 89103112 A EP89103112 A EP 89103112A EP 0383972 B1 EP0383972 B1 EP 0383972B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
characterised
laser
laser light
side
ceramic
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 - Lifetime
Application number
EP19890103112
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0383972A1 (de
Inventor
Hans Dr. Rer Nat. Kaarmann
Wolfram Dipl.-Phys. Wersing
Martina Dipl.-Phys. Vogt
Reinhard Dr.-Ing. Lerch
Karl Dr. Dipl.-Phys. Lubitz
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 EP19890103112 priority Critical patent/EP0383972B1/de
Publication of EP0383972A1 publication Critical patent/EP0383972A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0383972B1 publication Critical patent/EP0383972B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

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 piezo-electric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezo-electric effect or with electrostriction using a single piezo-electric element
    • B06B1/0648Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezo-electric effect or with electrostriction using a single piezo-electric element of rectangular shape
    • 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 piezo-electric 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 piezo-electric 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 piezo-electric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Array mit einer Anzahl nebeneinander liegender Schwingerelemente, die an einer ersten und zweiten Elektrodenfläche, die einander gegenüberliegen, mit einem Elektrodenmaterial belegt sind, wobei alle Schwingerelemente mit ihrer zweiten Elektrodenfläche in einer Grundfläche angeordnet sind, welche Schwingerelemente eine erste und eine zweite Berandungsfläche aufweisen, die einander gegenüberliegen und nicht-parallel zueinander ausgerichtet sind, und welche Schwingerelemente so ausgerichtet sind, daß sich ihr Querschnitt von der ersten Elektrodenfläche zur zweiten Elektrodenfläche in gleicher Weise ändert. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Arrays.
  • Ein Ultraschall-Array der eingangs genannten Art ist aus PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Vol. 6, No. 132 (E-119) (1010), 17 Juli 1982 & JP-A-57-58 498 bekannt. Die ein Array bildenden Schwingerelementen sind trapezförmig ausgebildet und mit wechselnder Polaritätsrichtung so aneinandergereiht, daß sie einen Kreisbogen bilden. Durch die gleiche Form, aber verschiedene Polarisierungsrichtung der Schwingerelemente wird die Empfangsempfindlichkeit erhöht. Die bogenförmige Anordnung der Schwingerelemente erlaubt eine Sektorabtastung über eine fortlaufende Aktivierung der Schwingerelemente, wobei die Empfangsfläche an der äußeren Bogenseite angeordnet ist. Die Wandlerelemente können jedoch bei diesen Arraytyp nicht so angeordnet werden, daß sie einen maximal möglichen Öffnungswinkel oder Akzeptanzwinkel aufweisen, der eine Voraussetzung zum Aufbau eines Phased-Array ist.
  • Ein weiteres Ultraschall-Array ist aus FIG 5 der DE-C-28 29 570 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein Ultraschall-Array, das auf einem Träger oder Dämpfungskörper eine Anzahl nebeneinander liegender Ultraschall-Wandler- oder Schwingerelemente von trapezförmigem Querschnitt aufweist. Die mit Elektrodenmaterial belegten, einander parallel gegenüberliegenden ersten und zweiten Elektrodenflächen sind jeweils rechteckig ausgebildet. Zwei ebene Berandungsflächen laufen jeweils keilförmig aufeinander zu. Bei diesem Ultraschall-Array werden zwei Typen von Schwingerelementen abwechselnd nebeneinander eingesetzt: solche, bei denen die als Abstrahlfläche dienende erste Elektrodenfläche größer ist als die dem Dämpfungskörper zugewandte oder in einer Grundfläche angeordnete zweite Elektrodenfläche, und solche, bei denen umgekehrt die als Abstrahlfläche dienende erste Elektrodenfläche kleiner ist als die dazu parallele zweite Elektrodenfläche. In dieser DE-C-28 29 570 ist weiter angegeben, daß sich ein Ultraschall-Array, insbesondere ein solches mit Feinunterteilung der einzelnen Wandlerelemente, in einer Sägetechnik, z. B. mittels eines Laser-Schneidstrahls, herstellen läßt.
  • Ein solches Ultraschall-Array ist nicht als Phased-Array-Applikator geeignet, da die beiden jeweils nebeneinanderliegenden Schwingerelement-Typen unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken besitzen. Die Breite der Abstrahlfläche eines jeden Schwingerelementes muß kleiner oder gleich λ/2 sein, wobei λ die Wellenlänge des ausgesandten Ultraschalls im Ausbreitungsmedium ist. Diese Bedingung läßt sich in einem Ultraschall-Array mit zwei verschiedenen Schwingerelement-Typen nicht oder nur unvollkommen einhalten. Die Erfindung basiert daher auf der Forderung, daß in einem Ultraschall-Array mit Anwendung als Phased- Array-Applikator nur gleich ausgebildete Schwingerelemente eingesetzt werden sollten.
  • Die ältere deutsche Patentanmeldung P DE-A-37 39 226 gibt an, daß akustische Querkopplungen zwischen den einzelnen Ultraschallwandlern eines Ultraschallwandler-Arrays verringert werden können, wenn die dem Tragkörper zugewandten zweiten Elektrodengrundflächen größer sind als ihre vom Tragkörper abgewandten Stirnflächen oder ersten Elektrodenflächen. Bei einem linearen Array entstehen so Ultraschallwandler, deren parallel zur Längsrichtung des Arrays verlaufende Querschnittsfläche die Gestalt eines gleichschenkligen Trapezes hat. Die gegenüberliegenden Seitenflächen der zwischen den Ultraschallwandlern befindlichen Trennfugen sind dann nicht mehr parallel und die Querschnittsfläche der Trennfuge hat dann eine trapezförmige Gestalt. Die Herstellung derartiger Trennfugen mit trapezförmigem Querschnitt kann beispielsweise mittels zweier zueinander in einem spitzen Winkel geneigter Sägeschnitte durchgeführt werden. Bei größeren Ultraschallwandler-Arrays ist jedoch der Anstellwinkel des Sägeblatts relativ zur Stirnfläche des Arrays begrenzt. Außerdem sind exakte Schrägschnitte nur mit größerem technischen Aufwand zu realisieren.
  • Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein aus einzelnen Schwingerelementen aufgebautes Ultraschall-Array anzugeben, das die Erzeugung von kurzen Ultraschallimpulsen mit einer Mittenfrequenz im Bereich von 1 bis 50 MHz mit hoher Bandbreite ermöglicht. Die Schwingerelemente, die aus einem beidseitig mit Elektrodenmaterial belegten piezoelektrischen Keramikmaterial bestehen, sollen dabei als Dickenschwinger arbeiten. Die Richtdiagramme der einzelnen Schwingerelemente, und zwar aller Schwingerelemente, sollen einen möglichst großen Öffnungswinkel besitzen, damit das Ultraschall-Array als lineare Phased-Array-Antenne eingesetzt werden kann, die dem Abtasten (Scannen) akustisch transparenter Medien mit Hilfe von Ultraschall-Impulsen dient, vorzugsweise zur Ultraschall-Untersuchung von Patienten. Natürlich sollen die einzelnen Schwingerelemente hohe Sende- und Empfangsübertragungsfaktoren aufweisen.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Array der eingangs genannten Art anzugeben, das als Phased-Array-Antenne zum Abtasten akustisch transparenter Medien eingesetzt werden kann. Weiterhin sollen ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ultraschall-Arrays sowie eine Vorrichtung für die Herstellung angegeben werden.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 für AT, CH, GB, FR, LI und NL.
  • Es werden somit alles gleichartige Schwingerelemente mit nicht- parallelen Berandungsflächen eingesetzt. Alle Schwingerelemente haben somit dieselbe Richtcharakteristik und - bei geeignet gewählter Dimensionierung - alle denselben Öffnungswinkel geeigneter Größe.
  • Die Anordnung ist so getroffen, daß die der Abstrahlfläche der Schwingerelemente zugewandte erste Elektrodenfläche jeweils kleiner ist als die dem Dämpfungskörper zugewandte zweite Elektrodenfläche.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Ultraschall-Arrays geht aus von einer Methode, bei der ein piezoelektrisches Material mit einem Laser-Schneidstrahl an parallel beabstandeten Linien bestrahlt wird. Die zweitgenannte Aufgabe wird unter Zugrundelegung dieser Methode erfindungsgemäß dadurch gelöst (Anspruch 1 für DE und Anspruch 7 für AT, CH, GB, FR, LI und NL.), daß eine piezoelektrische Keramik nur an einer Seite mit konvergierendem Laserlicht an den parallel beabstandeten Linien bestrahlt wird derart, daß in der Keramik nebeneinanderliegende Einschnitte mit nicht-parallelen Wänden entstehen.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen Laser, dessen Laserstrahl auf ein piezoelektrisches Material lenkbar ist. Zwischen dem piezoelektrischen Material und dem Laser ist eine Fokussiereinrichtung angeordnet, die auf dem piezoelektrischen Material einen konvergierenden Laserlicht-Schneidstrahl erzeugt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • FIG 1
    einen Ausschnitt eines Ultraschall-Arrays in perspektivischer Ansicht;
    FIG 2
    einen zentralen Schnitt in Längsrichtung der Schwingerelemente des Ultraschall-Arrays nach FIG 1 zur Illustration der Elektrodenanschlüsse;
    FIG 3
    einen seitlichen Blick auf die Schwingerelemente des Ultraschall-Arrays nach FIG 1 zur Illustration der Elektrodenanschlüsse;
    Fig. 4
    eine Vorrichtung mit einer Sammellinse zur Herstellung eines Arrays,
    Fig. 5
    eine Vorrichtung mit einer Zylinderlinse zur Herstellung eines Ultraschall-Arrays; und
    Fig. 6
    eine Vorrichtung mit einer Maske und einem Abbildungssystem zur Herstellung eines Ultraschall-Arrays.
  • Bisher wurden in der Praxis vorwiegend Schwingerelemente mit gleicher quaderförmiger Geometrie in phasengesteuerten Ultraschall-Antennen (Phased Arrays) eingesetzt. Die parallelen geometrischen Begrenzungsflächen der Schwingerelemente führen nachteiligerweise zu sehr definierten und ausgeprägten Resonanzen der Querschwingungsmoden. Die Resonanzstellen solcher Wandler-oder Schwingerelemente ergeben sich unmittelbar aus der Schallausbreitungsgeschwindigkeit und der geometrischen Länge oder Breite nach folgender Gleichung (1):

    f res = c 2w (2n+1)   (1)
    Figure imgb0001


    mit
       n = 0,1,2,3,... und
  • fres:
    Resonanzfrequenz der Schwingerelemente,
    c:
    Schallausbreitungsgeschwindigkeit,
    w:
    Breite (bzw. Länge) des Schwingers.
  • Diese ausgeprägten Resonanzen sind zwar in Dickenrichtung z durchaus erwünscht. In Querrichtung (x und/oder y) jedoch haben solche Moden parasitären Charakter. Sie deformieren das Ultraschallfeld und reduzieren den Wirkungsgrad. Die Unterdrückung dieser parasitären Schwingungsmoden ist daher wesentlich.
  • Nach Fig. 1 enthält ein als Phased-Array für medizinische Zwecke geeignetes Ultraschall-Array 2 eine Anzahl nebeneinanderliegender Schwingerelemente 4. Kern jedes Schwingerelementes 4 ist ein piezoelektrisches Material 6, insbesondere eine Piezokeramik wie z. B. vom PZT-5 Typ, das an einander parallel gegenüberliegenden ersten und zweiten Elektrodenflächen mit einem Elektrodenmaterial 8 bzw. 10 belegt ist. Alle (nicht quaderförmigen) Schwingerelemente 4 sind gleich und sind so ausgerichtet, daß sich ihr Querschnitt in Richtung von der ersten zur zweiten Elektrodenfläche 8 bzw. 10 in derselben Weise kontinuierlich ändert, hier ist die erste Elektrodenfläche 8 kleiner als die zweite Elektrodenfläche 10. Alle Schwingerelemente sind mit ihrer zweiten Elektrodenfläche 10 in einer Grundfläche angeordnet. Zur Vermeidung definierter Querresonanzen werden Schwingerelemente 4 mit einander gegenüberliegenden, nicht parallelen ersten und zweiten Berandungsflächen 12 bzw. 14 in Querrichtung x verwendet. Auch die dritten und vierten Berandungsflächen in Längsrichtung y jedes Schwingerelementes 4, die in Fig. 1 mit 16 und 18 bezeichnet sind, sind vorzugsweise nicht-parallel zueinander. Dies hat zur Folge, daß obige Resonanzbedingung (1) für diese Raumrichtungen x, y nicht mehr erfüllt ist.
  • Beispielsweise eignet sich dazu jeweils ein Schwingerelement 4 mit trapezförmigem Querschnitt, wie in Fig. 1 gezeigt. Die seitlichen Berandungslinien des Trapezes kann man sich zur Veranschaulichung durch eine Treppenfunktion approximiert denken. Für jede dieser Treppenstufen gilt die obige Resonanzbedingung (1). Man erreicht durch den trapezförmigen Schwingerquerschnitt also die Verschmierung einer definierten Querresonanz, die bei parallelen Wänden aufträte, auf das Frequenzband, das durch fresu und freso gegeben ist:
    Figure imgb0002

    wobei
  • wu:
    Länge der unteren Trapezkante und
    wo:
    Länge der oberen Trapezkante bedeutet.
  • Auch/oder der jeweilige Längsschnitt kann trapezförmig ausgebildet sein.
  • Durch Schwingerelementgeometrien mit nicht-parallelen Berandungsflächen 12, 14 und/oder 16, 18 werden die parasitären Schwingungsmoden unterdrückt, während der Nutzmode (= Dickenmode) angehoben wird.
  • Die einzelnen Schwingerelemente 4 befinden sich auf einem gemeinsamen Dämpfungskörper 20, dessen Oberfläche die Grundfläche darstellt, in der die zweiten Elektrodenflächen 10 der Schwingerelemente 4 angeordnet sind. Dieser kann bekanntermaßen aus einem mit Teilchen gefüllten Kunststoff, der z. B. auf Epoxid-oder Polyurethan basiert, bestehen. Die einzelnen Schwingerelemente 4 mit im wesentlichen glatten Berandungsflächen 12, 14 sind dabei durch V-förmige Spalte oder Einschnitte 22 voneinander getrennt. Es ist bemerkenswert, daß sich die V-förmigen Einschnitte 22 bei der vorliegenden Ausführung jeweils bis in den Dämpfungskörper 20 hinein erstrecken. Jedes Schwingerelement 4 ist abstrahlseitig mit einer Ankoppelschicht 24 versehen. Es ist also hervorzuheben, daß bei der vorliegenden Ausführung nicht eine gemeinsame, alle Schwingerelemente 4 überdeckende Ankoppelschicht eingesetzt wird. Vielmehr sind vorliegend die einzelnen Ankoppelschichten 24 ebenfalls durch den V-förmigen Spalt 22 voneinander getrennt. Dies gewährleistet eine gute akustische Entkopplung. Der für alle Schichten 24, 8, 6, 10 und 20 gemeinsame Einschnitt 22 wird bei der Herstellung des Ultraschall-Arrays 2 jeweils in einem Arbeitsgang hergestellt. Die Ultraschall-Abstrahlfläche auf jeder Ankoppelschicht 24 ist jeweils mit 26 bezeichnet.
  • Es hat sich gezeigt, daß ein Keilwinkel von 2° bis 3° des Einschnitts 22 für die Verhinderung von Quermoden ausreichend ist. Dieser Keilwinkel ist durch die Nichtparallelität der Berandungsflächen 12, 14 bestimmt.
  • Vorliegend ist also die der Abstrahlfläche der Schwingerelemente 4 zugewandte erste Elektrodenfläche 8 kleiner als die der Dämpfungsschicht 20 zugewandte wirksame zweite Elektrodenfläche 10.
  • In einem realisierten Ausführungsbeispiel betrug der Keilwinkel 2,5°, die Dicke t des einzelnen Schwingerelements 4 t = 0,4 mm, die Länge l = 12 mm und die Breite wu = 0,2 mm. Anzumerken ist, daß die zu verwendende Dicke t vom Piezomaterial und die Breite wu vom Medium, in dem sich nach der Ankopplung der Ultraschall ausbreitet, abhängig ist. Die Breite wu sollte kleiner oder gleich λ/2 sein, wobei λ die Wellenlänge ist. Die Dicke t und die Breite wu sollten sich um einen Faktor 2 oder größer unterscheiden. Vorliegend wurde bei der Dimensionierung ein Faktor von ziemlich genau 2 gewählt.
  • In der verkleinerten Seitenansicht von Fig. 2 ist schematisch dargestellt, daß die abstrahlseitige erste Elektrode 8 seitwärts an beiden Rändern umgebogen und von den Rändern über eine Masseleitung 28 elektrisch zu einem gemeinsamen Punkt 30, z. B. zu einem geerdeten Anschluß 32, geführt ist. Die rückseitige zweite Elektrode 10 hat einen Mittelabgriff, der über eine Leitung 34 mit einem weiteren Anschluß 36 verbunden ist.
  • Aus Fig. 3 ergibt sich, daß seitwärts eine Anzahl von nach unten geführten Leitungen 34 aus dem Ultraschall-Array 2 herausragen.
  • Schwingerelemente 4 mit nicht-parallelen Berandungsflächen 12, 14 und/oder 16, 18 sind mit den üblichen Bearbeitungsverfahren (mechanisches Sägen oder Trennschleifen) nur unter großen Schwierigkeiten herzustellen. Deshalb wird dieses Problem vorliegend durch den Einsatz einer Einrichtung mit Laser-Sägetechnik ("Laser-Säge") gelöst. Prinzipiell können hierfür verschiedene Arten von Lasern verwendet werden, wie z. B. Argon-Ionen- und Nd-YAG-Laser. Dabei ist allerdings Voraussetzung, daß die Energie zum Schneiden in sehr kurzen energiereichen Impulsen dem vorbereiteten Schichtenpaket 40 (bestehend aus den Schichten 24, 8, 6, 10, 20 mit Piezokeramik 6) zugeführt wird, so daß in der Umgebung der Schnittkante oder Rille keine größere Erhitzung des Materials eintritt. Diese wurde eine hohe Bleiverarmung in der PZT-Keramik 6 hervorrufen, so daß die Keramik 6 in der entsprechenden Umgebung des jeweiligen Schnittes, z. B. des Einschnitts 22, inaktiv würde.
  • Da die Keramik 6 für das Licht der obengenannten Laser prinzipiell durchsichtig ist, erfolgt die Absorption der Laserstrahlung nur aufgrund nichtlinearer Effekte. Dies bedingt, daß die Schnittoberflächen nicht sehr glatt werden und an den Kanten 22 Wülste entstehen.
  • Nach den Vorrichtungen von Fig. 4 bis 6 kommt deshalb zur Vermeidung von Überhitzungen und zur Erzielung glatter Flächen ein Excimer-Laser 42 zum Einsatz, dessen im ultravioletten Bereich liegendes Licht direkt von der Piezokeramik 6 im Schichtenpaket 40 absorbiert wird.
  • Nach Fig. 4 wird die aus dem Laser 42 austretende Strahlung 44 mit einer Fokussiereinrichtung 46, die einen Punktfokus 48 erzeugt, also vorzugsweise mit einer Sammellinse, fokussiert und auf die abzutragende Stelle der Keramik 6 im Paket 40 eingestrahlt. Durch die Fokussiereinrichtung 46 kann die gewünschte V-Form der Einschnitte 22 und damit die Trapezform der Schwingerelemente 4 gewählt werden. Die Einschnitte 22 entstehen nun durch eine relative Bewegung der piezoelektrischen Keramik 6 und des Laserlichts mit dem Punktfokus 48 während der Bestrahlung zueinander. Vorzugsweise wird nur das Schichtenpaket 40 zur Erzeugung der Einschnitte 22 bewegt. Dazu ist das Schichtenpaket 40 auf einen Halter 50 montiert, der in Pfeilrichtung 52 bewegt wird.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 5 ist ähnlich aufgebaut wie die Vorrichtung nach Fig. 4. Die Fokussiereinrichtung 46 besteht hier aus einer Zylinderlinse, die das Laserlicht 44 zu einem Strichfokus 54 konvergiert, der die Länge des Einschnittes 22 aufweist. Durch die Verwendung des Strichfokus 54 zur Erzeugung der Einschnitte 22 kann die Relativbewegung, die durch den Pfeil 52 in Fig. 4 angedeutet ist, vermieden werden.
  • Der Abstand der Einschnitte (22, d. h. die Breite w der Schwingerelemente 4, wird in Fig. 4 und 5 durch entsprechenden mechanischen (schrittweisen) Vorschub des Pakets 40 quer zur Hauptstrahlrichtung s des Laserstrahls eingestellt. Dazu wird dieses Paket 40 mit dem Halter 50 schrittweise in Pfeilrichtung 56 bewegt.
  • Eine weitere Vorrichtung zur Herstellung von V-förmigen Einschnitten zeigt Fig. 6. Die aus dem Laser 42 austretende Strahlung 44 wird über die Strahlaufweitungseinrichtung 58 verbreitert, so daß der aufgeweitete Laserstrahl 59 die gesamte Array-Fläche bestrahlt. Der Laserstrahl 59 passiert dann eine Maske 60, die mit Schlitzen 62 versehen ist. Die Anordnung der Schlitze 62 stellt ein Abbild der nebeneinanderliegenden Einschnitte 22 in der Keramik 6 dar. Diese Maske 60 wird mit der Fokussiereinrichtung 46, die nun ein abbildendes System darstellt, auf der Oberfläche des Schichtenpakets 40 abgebildet, so daß aus dem aufgeweiteten Laserstrahl 59 ebenso viele Linienfokusse gleichzeitig erzeugt werden, wie Einschnitte 22 in die Keramik 6 einzubringen sind. Die Vorrichtung nach Fig. 6 erlaubt somit die Herstellung aller parallel beabstandeten Einschnitte 22 im Ultraschall-Array 2 in einem Arbeitsgang.
  • Bei den Herstellverfahren nach Fig. 4 bis 6 wird durch die Anzahl der Laserimpulse die Schnittiefe der Einschnitte 22 eingestellt. Dies ist mit sehr hoher Wiederholgenauigkeit möglich.

Claims (15)

  1. Ultraschall-Array (2) mit einer Anzahl in Querrichtung (x) nebeneinanderliegender Schwingerelemente (4), die an einer ersten und einer zweiten Elektrodenfläche (8 bzw. 10), die einander gegenüberliegen, mit einem Elektrodenmaterial belegt sind, wobei alle Schwingerelemente (4) mit ihrer zweiten Elektrodenfläche (10) in einer Grundfläche angeordnet sind, welche Schwingerelemente (4) eine erste und eine zweite Berandungsfläche (12 bzw. 14) aufweisen, die einander in der Querrichtung (x) gegenüberliegen und nicht-parallel zueinander ausgerichtet sind, und welche Schwingerelemente (4) so ausgerichtet sind, daß sich ihr Querschnitt in Richtung von der ersten Elektrodenfläche (8) zur zweiten Elektrodenfläche (10) in gleicher Weise ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingerelemente (4) gleichartig und mit gleicher Polaritätsrichtung ausgebildet sind und daß die als Abstrahlflächen dienenden ersten Elektrodenflächen (8) kleiner sind als die in der Grundfläche angeordneten zweiten Elektrodenflächen (10).
  2. Ultraschall-Array nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch eine dritte und eine vierte Berandungsfläche (16, 18), die einander in Längsrichtung (y) der Schwingerelemente gegenüberliegen, nicht-parallel zueinander ausgebildet sind.
  3. Ultraschall-Array nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-parallelen Berandungsflächen (12, 14; 16, 18) im wesentlichen eben ausgebildet sind.
  4. Ultraschall-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingerelemente (4) einen trapezförmigen Längsschnitt und einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
  5. Ultraschall-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingerelemente (4) auf einem gemeinsamen Dämpfungskörper (20) angeordnet und jeweils durch einen im Schnitt V-förmigen Einschnitt (22) voneinander getrennt sind.
  6. Ultraschall-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schwingerelement (4) abstrahlseitig mit einer Ankoppelschicht (24) versehen ist, und daß die Ankoppelschichten (24) nebeneinanderliegender Schwingerelemente (4) voneinander durch einen V-förmigen Einschnitt (22) getrennt sind.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschall-Arrays nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem ein piezoelektrisches Material mit einem Laser-Schneidstrahl an parallel beabstandeten Linien bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine piezoelektrische Keramik (6) nur an einer Seite mit konvergierendem Laserlicht (44) an den parallel beabstandeten Linien bestrahlt wird derart, daß in der Keramik (6) nebeneinanderliegende Einschnitte (22) mit nicht-parallelen Wänden (12, 14; 16, 18) entstehen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (44) in einem Punktfokus (48) konvergiert und daß der Einschnitt (22) durch eine relative Bewegung der piezoelektrischen Keramik (6) und des Laserlichts während der Bestrahlung zueinander entsteht.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (44) in einem Strichfokus (54) konvergiert, der die Länge des Einschnitts (22) aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Bestrahlen die Keramik (6) um einen Schritt quer zur Hauptstrahlungsrichtung (s) des konvergierenden Laserlichtes verschoben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des in den Strichfokus (54) konvergierenden Laserlichts ein Laser (42) vorgesehen ist, dessen Laserstrahl (44) auf eine Zylinderlinse gelenkt ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (59) über eine Maske (60) gelenkt wird, die mit Schlitzen (62) versehen ist, wobei die Anordnung der Schlitze (62) ein Abbild der nebeneinanderliegenden Einschnitte (22) in der Keramik (6) ist und daß diese Maske (60) während des Bestrahlens auf der Keramik (6) so abgebildet wird, daß nebeneinanderliegende Einschnitte (22) entstehen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der parallel beabstandeten Linien mehrere Laserlichtimpulse in die Keramik (6) eingestrahlt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Laserlichts ein Laser (42) vorgesehen ist, dessen Laserlicht (44) im ultravioletten Bereich liegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (42) ein Excimer-Laser ist, dessen Laserlicht (44) von der piezoelektrischen Keramik (6) absorbiert wird.
EP19890103112 1989-02-22 1989-02-22 Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung Expired - Lifetime EP0383972B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19890103112 EP0383972B1 (de) 1989-02-22 1989-02-22 Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1989506448 DE58906448D1 (de) 1989-02-22 1989-02-22 Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung.
EP19890103112 EP0383972B1 (de) 1989-02-22 1989-02-22 Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung
AT89103112T AT98530T (de) 1989-02-22 1989-02-22 Ultraschall-array mit trapezfoermigen schwingerelementen sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung.
JP2039535A JP2960093B2 (ja) 1989-02-22 1990-02-19 超音波アレー及びその加工方法と装置
US07/484,352 US5045746A (en) 1989-02-22 1990-02-22 Ultrasound array having trapezoidal oscillator elements and a method and apparatus for the manufacture thereof
US08/116,800 USRE35011E (en) 1989-02-22 1993-09-03 Ultrasound array having trapezoidal oscillator elements and a method and apparatus for the manufacture thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0383972A1 EP0383972A1 (de) 1990-08-29
EP0383972B1 true EP0383972B1 (de) 1993-12-15

Family

ID=8200994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19890103112 Expired - Lifetime EP0383972B1 (de) 1989-02-22 1989-02-22 Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (2) US5045746A (de)
EP (1) EP0383972B1 (de)
JP (1) JP2960093B2 (de)
AT (1) AT98530T (de)
DE (1) DE58906448D1 (de)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59008863D1 (de) * 1990-06-21 1995-05-11 Siemens Ag Verbund-Ultraschallwandler und Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Bauelementes aus piezoelektrischer Keramik.
US5329202A (en) * 1991-11-22 1994-07-12 Advanced Imaging Systems Large area ultrasonic transducer
US5744898A (en) * 1992-05-14 1998-04-28 Duke University Ultrasound transducer array with transmitter/receiver integrated circuitry
US5311095A (en) * 1992-05-14 1994-05-10 Duke University Ultrasonic transducer array
US5281887A (en) * 1992-06-15 1994-01-25 Engle Craig D Two independent spatial variable degree of freedom wavefront modulator
US5329496A (en) * 1992-10-16 1994-07-12 Duke University Two-dimensional array ultrasonic transducers
US5282005A (en) * 1993-01-13 1994-01-25 Xerox Corporation Cross process vibrational mode suppression in high frequency vibratory energy producing devices for electrophotographic imaging
US5410208A (en) * 1993-04-12 1995-04-25 Acuson Corporation Ultrasound transducers with reduced sidelobes and method for manufacture thereof
US5371717A (en) * 1993-06-15 1994-12-06 Hewlett-Packard Company Microgrooves for apodization and focussing of wideband clinical ultrasonic transducers
US5434827A (en) * 1993-06-15 1995-07-18 Hewlett-Packard Company Matching layer for front acoustic impedance matching of clinical ultrasonic tranducers
US5423319A (en) * 1994-06-15 1995-06-13 Hewlett-Packard Company Integrated impedance matching layer to acoustic boundary problems for clinical ultrasonic transducers
US5460181A (en) * 1994-10-06 1995-10-24 Hewlett Packard Co. Ultrasonic transducer for three dimensional imaging
US5493541A (en) * 1994-12-30 1996-02-20 General Electric Company Ultrasonic transducer array having laser-drilled vias for electrical connection of electrodes
US5644085A (en) * 1995-04-03 1997-07-01 General Electric Company High density integrated ultrasonic phased array transducer and a method for making
EP0777913B1 (de) * 1995-06-27 1999-08-25 Philips Electronics N.V. Methode zur herstellung von mehrlagigen elektronischen komponenten
US5698928A (en) * 1995-08-17 1997-12-16 Motorola, Inc. Thin film piezoelectric arrays with enhanced coupling and fabrication methods
US5855049A (en) * 1996-10-28 1999-01-05 Microsound Systems, Inc. Method of producing an ultrasound transducer
JP2927286B1 (ja) * 1998-02-05 1999-07-28 日本電気株式会社 圧電アクチュエータ及びその製造方法
DE19833213C2 (de) * 1998-07-23 2002-11-07 Siemens Ag Ultraschall-Sendeanordnung
WO2000044054A1 (fr) * 1999-01-22 2000-07-27 Kansai Research Institute Dispositif a film mince piezoelectrique, procede de production associe et tete d'enregistrement a jet d'encre
US6894425B1 (en) * 1999-03-31 2005-05-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Two-dimensional ultrasound phased array transducer
US6390985B1 (en) * 1999-07-21 2002-05-21 Scimed Life Systems, Inc. Impedance matching transducers
US7105985B2 (en) * 2001-04-23 2006-09-12 Product Systems Incorporated Megasonic transducer with focused energy resonator
JP3485904B2 (ja) * 2001-04-24 2004-01-13 松下電器産業株式会社 音響変換器
JP3883823B2 (ja) * 2001-06-19 2007-02-21 日本電波工業株式会社 マトリクス型の超音波探触子及びその製造方法
US7309948B2 (en) * 2001-12-05 2007-12-18 Fujifilm Corporation Ultrasonic transducer and method of manufacturing the same
US7230368B2 (en) * 2004-04-20 2007-06-12 Visualsonics Inc. Arrayed ultrasonic transducer
US20070222339A1 (en) * 2004-04-20 2007-09-27 Mark Lukacs Arrayed ultrasonic transducer
US20060100522A1 (en) * 2004-11-08 2006-05-11 Scimed Life Systems, Inc. Piezocomposite transducers
JP4619845B2 (ja) * 2005-03-25 2011-01-26 東芝メディカルシステムズ株式会社 超音波プローブ及び超音波診断装置
US20070046149A1 (en) * 2005-08-23 2007-03-01 Zipparo Michael J Ultrasound probe transducer assembly and production method
CN101351724B (zh) 2005-11-02 2013-03-20 视声公司 高频阵列超声系统
US7622848B2 (en) * 2006-01-06 2009-11-24 General Electric Company Transducer assembly with z-axis interconnect
WO2008016599A2 (en) * 2006-08-02 2008-02-07 Cts Corporation Laser capacitance trimmed piezoelectric element and method of making the same
US9173047B2 (en) 2008-09-18 2015-10-27 Fujifilm Sonosite, Inc. Methods for manufacturing ultrasound transducers and other components
CN104889042B (zh) 2008-09-18 2018-09-18 富士胶片索诺声公司 用于制造超声换能器和其他部件的方法
US9184369B2 (en) 2008-09-18 2015-11-10 Fujifilm Sonosite, Inc. Methods for manufacturing ultrasound transducers and other components
JP5511202B2 (ja) * 2009-03-09 2014-06-04 キヤノン株式会社 圧電体素子、それを用いた液体吐出ヘッド及び記録装置
US8345511B1 (en) * 2010-03-15 2013-01-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Blazed array for broadband transmission/reception
JP6052233B2 (ja) * 2014-05-26 2016-12-27 Tdk株式会社 積層型圧電素子

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB595154A (en) * 1941-04-03 1947-11-27 Submarine Signal Co Improvements in or relating to piezoelectric vibrators
US2716708A (en) * 1950-11-17 1955-08-30 Nat Res Dev Apparatus for launching ultrasonic waves
US2833999A (en) * 1953-09-28 1958-05-06 Douglas H Howry Transducer
US3059130A (en) * 1957-10-03 1962-10-16 United Insulator Company Ltd Electromechanical transducers
DE2829570C2 (de) * 1978-07-05 1979-12-20 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen
US4211948A (en) * 1978-11-08 1980-07-08 General Electric Company Front surface matched piezoelectric ultrasonic transducer array with wide field of view
US4211949A (en) * 1978-11-08 1980-07-08 General Electric Company Wear plate for piezoelectric ultrasonic transducer arrays
JPS5927560B2 (de) * 1980-09-26 1984-07-06 Hitachi Ltd
JPS57113700A (en) * 1980-12-30 1982-07-15 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Array type ultrasonic wave probe and its manufacture
JPS57148247A (en) * 1981-03-09 1982-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of ultrasonic probing contact
US4604542A (en) * 1984-07-25 1986-08-05 Gould Inc. Broadband radial vibrator transducer with multiple resonant frequencies
US4825116A (en) * 1987-05-07 1989-04-25 Yokogawa Electric Corporation Transmitter-receiver of ultrasonic distance measuring device
DE3739226A1 (de) * 1987-11-19 1989-06-01 Siemens Ag Verfahren zur herstellung eines ultraschallwandler-arrays
MX344974B (es) 2010-12-20 2017-01-12 Akzo Nobel Coatings Int Bv Membranas y revestimientos a base de mdi de los prepolimeros con muy bajo contenido de isocianatos monomericos.

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02246700A (en) 1990-10-02
AT98530T (de) 1994-01-15
USRE35011E (en) 1995-08-08
DE58906448D1 (de) 1994-01-27
EP0383972A1 (de) 1990-08-29
JP2960093B2 (ja) 1999-10-06
US5045746A (en) 1991-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1738407B1 (de) Array-ultraschallwandler
DE2916234C2 (de)
EP0099024B1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zum Messen von Remissionen
DE2905132C2 (de)
EP0028615B1 (de) Vorrichtung zur behandlung eines substrates mittels laserstrahlen
US4572981A (en) Transducer comprising composite electrical materials
DE3733439C2 (de)
US9997696B2 (en) Methods of manufacturing high frequency piezocomposite ultrasound transducers
EP0244755B1 (de) Bauelement mit akustischen Eigenschaften
EP0219171B1 (de) Zweiflächige phasengesteuerte Wandleranordnung für medizinisches Ultraschallabbilden
DE3003967C2 (de)
DE3711388C2 (de)
DE3635482C2 (de)
DE2945177C2 (de)
EP0173864B1 (de) Poröse Anpassungsschicht in einem Ultraschallapplikator
US4305014A (en) Piezoelectric array using parallel connected elements to form groups which groups are ≈1/2λ in width
US6710290B2 (en) Method for processing ceramic green sheet and laser beam machine used therefor
DE3932967C2 (de)
DE3639580C2 (de)
DE3721940C2 (de)
US4425525A (en) Ultrasonic transducer array shading
US4371805A (en) Ultrasonic transducer arrangement and method for fabricating same
EP0143936B1 (de) Vorrichtung zum Verbinden bzw. Verdichten elektrischer Leiter
DE3613958C2 (de)
DE3225578C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated contracting states:

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT CH DE FR GB LI NL

17P Request for examination filed

Effective date: 19900919

17Q First examination report

Effective date: 19921120

REF Corresponds to:

Ref document number: 98530

Country of ref document: AT

Date of ref document: 19940115

Kind code of ref document: T

Format of ref document f/p: P

AK Designated contracting states:

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT CH DE FR GB LI NL

REF Corresponds to:

Ref document number: 58906448

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19940127

Format of ref document f/p: P

ET Fr: translation filed
GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19940310

26N No opposition filed
PGFP Postgrant: annual fees paid to national office

Ref country code: GB

Payment date: 19960122

Year of fee payment: 08

PGFP Postgrant: annual fees paid to national office

Ref country code: AT

Payment date: 19960124

Year of fee payment: 08

PGFP Postgrant: annual fees paid to national office

Ref country code: NL

Payment date: 19960215

Year of fee payment: 08

PGFP Postgrant: annual fees paid to national office

Ref country code: FR

Payment date: 19960221

Year of fee payment: 08

PGFP Postgrant: annual fees paid to national office

Ref country code: CH

Payment date: 19960520

Year of fee payment: 08

PG25 Lapsed in a contracting state announced via postgrant inform. from nat. office to epo

Ref country code: AT

Effective date: 19970222

Ref country code: GB

Effective date: 19970222

PG25 Lapsed in a contracting state announced via postgrant inform. from nat. office to epo

Ref country code: CH

Effective date: 19970228

Ref country code: LI

Effective date: 19970228

PG25 Lapsed in a contracting state announced via postgrant inform. from nat. office to epo

Ref country code: NL

Effective date: 19970901

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 19970222

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PG25 Lapsed in a contracting state announced via postgrant inform. from nat. office to epo

Ref country code: FR

Effective date: 19971030

NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee

Effective date: 19970901

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

PGFP Postgrant: annual fees paid to national office

Ref country code: DE

Payment date: 20040419

Year of fee payment: 16

PG25 Lapsed in a contracting state announced via postgrant inform. from nat. office to epo

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050901