FR2476360A1 - - Google Patents
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Abstract
ENSEMBLE DE LENTILLES ACOUSTIQUES A FOCALE VARIABLE COMPRENANT UNE PREMIERE ET UNE DEUXIEME LENTILLE ACOUSTIQUES DISPOSEES L'UNE DERRIERE L'AUTRE A UNE CERTAINE DISTANCE AFIN DE FOCALISER DES ONDES D'ENERGIE ACOUSTIQUE D'UNE LONGUEUR D'ONDE PREDETERMINEE. LA PREMIERE LENTILLE ACOUSTIQUE 106 A UNE OUVERTURE REELLE DONNEE ET UNE FOCALE PREDETERMINEE RELATIVEMENT COURTE UNIQUE, TANDIS QUE LA DEUXIEME LENTILLE 108 COMPORTE UN MOYEN DESTINE A COMMANDER ELECTRONIQUEMENT SA FOCALE ET A COMMANDER SIMULTANEMENT LA DIMENSION DE SON OUVERTURE REELLE CORRESPONDANTE, DE FACON QUE LA PROFONDEUR DE CHAMP ET LE POUVOIR SEPARATEUR DE L'ENSEMBLE DE LENTILLES CONSERVENT DES VALEURS SENSIBLEMENT FIXES. APPLICATION AUX DISPOSITIFS DE FORMATION D'IMAGE PAR ECHOS D'IMPULSIONS ULTRASONORES POUR L'OBTENTION DE L'IMAGE D'UNE STRUCTURE PROFONDE.VARIABLE FOCAL ACOUSTIC LENS KIT INCLUDING A FIRST AND A SECOND ACOUSTIC LENS ARRANGED BEHIND THE OTHER AT A CERTAIN DISTANCE TO FOCUS ACOUSTIC ENERGY WAVES OF A PREDETERMINAL WAVELENGTH. THE FIRST ACOUSTIC LENS 106 HAS A GIVEN ACTUAL OPENING AND A SINGLE PREDETERMINED RELATIVELY SHORT FOCAL, WHILE THE SECOND LENS 108 HAS A MEANS FOR ELECTRONICALLY CONTROL OF ITS FOCAL AND SIMULTANEOUSLY CONTROL OF ITS FOCAL DIMENSION OR THE DEPTH SIZE, OR SIMULTANEOUSLY. DE FIELD AND THE SEPARATING POWER OF THE LENS ASSEMBLY KEEP SENSITIVELY FIXED VALUES. APPLICATION TO IMAGE FORMING DEVICES BY ECHOES OF ULTRASOUND PULSES FOR OBTAINING THE IMAGE OF A DEEP STRUCTURE.
Description
La présente invention concerne un ensemble de lentilles acoustiques àThe present invention relates to a set of acoustic lenses to
focale variable et, plus particulièrement, un semblable ensemble de lentilles du type pouvant être utilisé dans un dispositif de formation d'images par échos d'impulsions ultrasonores permettant d'obtenir l'image d'une structure profonde. Dans ce domaine, il est possible de faire référence au brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.131.022. Celui-ci décrit variable focal length and, more particularly, a similar set of lenses of the type that can be used in an ultrasonic pulse echo image forming device for obtaining the image of a deep structure. In this field, reference can be made to U.S. Patent No. 4,131,022. This one describes
un dispositif d'affichage de formation d'images par échos d'impul- an impulse echo image display device
sions ultrasonores contenant une lentille acoustique de distance focale fixe f et d'ouverture réelle A. (L'expressicn "ouverture ultrasound resonances containing an acoustic lens of fixed focal length f and actual aperture A. (The expressicn "aperture
réelle", telle qu'elle est utilisée dans cette description, "real" as used in this description,
désigne la dimension linéaire maximale de la section droite de la lentille, mesurée dans les mêmes unités de longueur que la distance focale. L"'ouverture relative" de la lentille, définie par A/f, est sans dimension.) La lentille acoustique sert à focaliser un faisceau d'énergie ultrasonore d'une longueur d'onde prédéterminée X. Ce faisceau est normalement au moins aussi ézendu que l'ouverture réelle A, si bien que toute la section droite de denotes the maximum linear dimension of the cross-section of the lens, measured in the same units of length as the focal length. The "relative opening" of the lens, defined by A / f, is dimensionless.) The acoustic lens is used to focus a beam of ultrasonic energy of a predetermined wavelength X. This beam is normally at least as much that the actual opening A, so that the entire cross section of
la lentille acoustique reçoit de l'énergie ultrasonore. the acoustic lens receives ultrasonic energy.
Comme cela est décrit dans le brevet cité ci-dessus, le pouvoir séparateur est directement proportionnel à la valeur de As described in the patent cited above, the separating power is directly proportional to the value of
la longueur d'onde X des ondes d'énergie ultrasonore et est inver- the wavelength X of the ultrasonic energy waves and is inversely
sement proportionnel à la valeur de l'ouverture relative A/f. Ainsi, plus l'ouverture relative est grande, plus le pouvoir séparateur (c'est-à-dire la dimension minimale d'une tache pouvanL être proportional to the value of the relative opening A / f. Thus, the greater the relative openness, the greater the separating power (ie the minimum dimension of a spot that can be
distinguée) qui peut être obtenu au moyen d'ondes d'énergie ultra- distinguished) which can be obtained by means of ultrasonic energy waves
sonore de longueur d'onde donnée est élevé. Toutefois, alors que la profondeur de champ d'une lentille acoustique est également sound of given wavelength is high. However, while the depth of field of an acoustic lens is also
proportionnelle à la longueur d'onde des ondes d'énergie ultra- proportional to the wavelength of ultrahigh energy waves
sonore, elle est inversement proportionnelle au carré de l'ouver- sound, it is inversely proportional to the square of the opening
ture relative. Toutefois, en raison de la longueur d'onde relati- relative strength. However, because of the relative wavelength
vement importante des ondes d'énergie ultrasonore se propageant dans un liquide (par exemple de l'ordre de 1 mm), une lentille acoustique ayant une ouverture relative relativement grande (par exemple de 1/3 à 1/2) présente un bon pouvoir séparateur pour une profondeur de champ notable. De plus, puisque le pouvoir séparateur ne diminue que linéairement avec l'ouverture relative, tandis que la profondeur de champ augmente en fonction du carré de la diminution de l'ouverture relative, il est possible d'obtenir une augmentation relativement grande de la profondeur de champ pour une diminution relativement modérée du pouvoir séparateur. On fera également référence au brevet des Etats-Unis important wave of ultrasonic energy waves propagating in a liquid (for example of the order of 1 mm), an acoustic lens having a relatively large relative opening (for example from 1/3 to 1/2) has a good power separator for a notable depth of field. Moreover, since the separating power decreases only linearly with the relative opening, while the depth of field increases as a function of the square of the decrease of the relative opening, it is possible to obtain a relatively large increase in the depth. field for a relatively moderate decrease in separating power. Reference will also be made to the US patent
d'Amérique n0 4.138.895. Celui-ci décrit un transducteur électro- of America No. 4,138,895. This describes an electronic transducer
acoustique comprenant une lame de matériau piézo-électrique ayant une électrode commune sur une face et, sur l'autre face, une acoustic device comprising a blade of piezoelectric material having a common electrode on one side and on the other side a
électrode centrale entourée par une électrode annulaire. L'ouver- central electrode surrounded by an annular electrode. The open-
ture réelle des électrodes centrale et annulaire, prises ensemble, est assez grande pour produire un faisceau d'énergie ultrasonore dont la largeur est suffisante pour sensiblement frapper toute l'ouverture réelle d'une lentille acoustique d'ouverture relative relativement grande. Toutefois, l'électrode centrale considérée isolément produit un faisceau d'énergie ultrasonore dont la largeur n'est suffisante que pour frapper une partie centrale relativement petite de l'ouverture réelle de la lentille acoustique. Il est prévu un moyen de commutation permettant d'utiliser sélectivement l'électrode centrale seule ou d'utiliser à la fois les électrodes centrale et annulaire. L'ouverture relative effective relativement importante et, par conséquent,la profondeur de champ relativement The actual size of the central and annular electrodes, taken together, is large enough to produce a beam of ultrasonic energy whose width is sufficient to substantially strike the entire aperture of a relatively large relative aperture acoustic lens. However, the central electrode considered alone produces a beam of ultrasonic energy whose width is sufficient only to strike a relatively small central portion of the actual opening of the acoustic lens. There is provided switching means for selectively using the central electrode alone or for using both the central and annular electrodes. Relatively large relative openness and, therefore, the relative depth of field
petite que permettent d'obtenir les électrodes centrale et annu- small that can be obtained from the central and annular electrodes
laire prises ensemble peuvent servir à produire un affichage par balayage de type C, à pouvoir séparateur relativement élevé, d'une image ultrasonore correspondant à une faible profondeur de la structure soumise aux ondes ultrasonores. L'ouverture relative effective relativement petite et, par conséquent, la profondeur de champ relativement grande que permet d'obtenir l'électrode centrale seule peuvent servir à produire un affichage par balayage de type B> à pouvoir séparateur-relativement plus petit, d'une image ultrasonore correspondant à une plus grande profondeur Together, they can be used to produce a relatively high separating type C-scan display of an ultrasonic image corresponding to a shallow depth of the ultrasonic wave structure. The relatively small effective relative aperture and, therefore, the relatively large depth of field afforded by the central electrode alone can be used to produce a relatively smaller, relatively smaller, B-type scanning display. an ultrasound image corresponding to a greater depth
de la structure soumise aux ondes ultrasonores. of the structure subjected to ultrasonic waves.
L'invention propose une amélioration consistant à permettre de faire varier la distance focale dans un ensemble de lentilles acoustiques comprenant une première et une deuxième lentille acoustique séparées permettant de focaliser des ondes d'énergie acoustique d'une longueur d'onde prédéterminée. Selon l'invention, la première lentille acoustique a une unique distance focale prédéterminée relativement courte, tandis que la deuxième lentille acoustique est électraniquement réglée de manière à présenter l'une quelconque choisie d'un nombre prédéterminé de distances focales distinctes présélectionnées différentes. Chacune de ces longueurs focales distinctes est sensiblement plus grande que la distance focale prédéterminée de la première lentille The present invention provides an improvement of varying the focal length in a set of acoustic lenses comprising a first and second acoustic lens separated to focus acoustic energy waves of a predetermined wavelength. According to the invention, the first acoustic lens has a single relatively short predetermined focal length, while the second acoustic lens is electrically adjusted to present any one of a predetermined number of different preselected distinct focal lengths. Each of these distinct focal lengths is substantially larger than the predetermined focal length of the first lens
acoustique.acoustic.
Un tel ensemble de lentilles acoustiques à distance focale variable, ou à focale variable, est particulièrement destiné à être utilisé dans un dispositif de formation d'images par échos d'impulsions ultrasonores permettant de donner des images d'une structure profonde frappée par une impulsion d'onde d'énergie ultrasonore d'une longueur d'onde prédéterminée. Dans ce cas, un moyen de commande de temps répondant à l'instant d'émission d'une impulsion d'énergie ultrasonore est couplé à la deuxième lentille afin de séquentiellement choisir chacune des distances focales distinctes différentes pendant le laps de temps dans lequel des échos ultrasonores sont reçus par des parties successives de la structure profonde soumise aux ondes ultrasonores. Ceci permet d'obtenir une profondeur de champ résultante effective pour l'ensemble de lentilles qui embrasse toute la profondeur de la structure profonde dont des images Such a set of acoustic lenses with variable focal distance, or with variable focal length, is particularly intended for use in an ultrasonic pulse echo image forming device for giving images of a deep structure hit by a pulse of ultrasonic energy wave of a predetermined wavelength. In this case, a time control means responsive to the instant of emission of an ultrasonic energy pulse is coupled to the second lens to sequentially select each of different distinct focal lengths for the period of time in which Ultrasonic echoes are received by successive parts of the deep structure subjected to ultrasonic waves. This provides an effective resultant depth of field for the lens array that embraces the full depth of the deep structure including images.
doivent être obtenues.must be obtained.
La description suivante, conçue à titre d'illustration The following description, designed as an illustration
de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif of the invention, aims to give a better understanding of its features and advantages; it is based on the appended drawings, among which: FIG. 1 is a block diagram of a device
d'affichage de formation d'images par échos d'impulsions ultra- ultrasound pulse echo image display
sonores contenant un ensemble de lentilles acoustiques à focale variable constituant un mode de réalisation de l'invention; - les figures 2a et 2b sont respectivement des vues sound system containing a set of acoustic lenses with variable focal length constituting an embodiment of the invention; FIGS. 2a and 2b are respectively views
en coupe et en plan d'un mode de réalisation de la partie trans- in section and in plan of an embodiment of the trans-
ductrice à plusieurs électrodes de la lentille acoustique électro- multi-electrode conductor of the electro-
nique de l'ensemble de lentilles de la figure 1; - la figure 3 est un schéma de principe d'un mode de réalisation de la partie de couplage de la lentille acoustique électronique de la figure 1; - les figures 3a et 3b représentent une partie de la figure 3 et servent à 'Lexplication-de son fonctionnement; et - la figure 4 est un schéma utilisé pour expliquer le fonctionnement de l'invention et montrant un exemple des longueurs focales respectives d'une lentille acoustique à focale of the lens assembly of Figure 1; FIG. 3 is a block diagram of one embodiment of the coupling portion of the electronic acoustic lens of FIG. 1; FIGS. 3a and 3b show part of FIG. 3 and serve to explain its operation; and FIG. 4 is a diagram used to explain the operation of the invention and showing an example of the respective focal lengths of a focal acoustic lens.
variable utilisant les principes de l'invention. variable using the principles of the invention.
A titre d'illustration, un dispositif 50 de formation d'images ultrasonores par balayage de type B est présenté sur la figure 1. Toutefois, on comprendra que l'invention peut s'appliquer à un dispositif de formation d'images ultrasonores utilisant à la fois le balayage de type B et le balayage de type C. Il est également possible d'appliquer l'invention à un dispositif de formation d'images ultrasonores ne faisant appel qu'au balayage de type C, qui utilise l'ensemble de lentilles acoustiques à focale variable de l'invention pour obtenir une profondeur de champ résultante suffisante pour former des images de tous les points se trouvant à l'intérieur d'une structure profonde avec une bonne mise au point. Sur la figure 1, l'ensemble 100 de lentilles acoustiques à focale variable, qui constitue l'objet de l'invention, est utilisé pour frapper la structure profonde à étudier 102 au moyen d'un faisceau de balayage focalisé d'ondes pulsées d'énergie ultrasonore d'une longueur d'onde prédéterminée se déplaçant dans un milieu 104 de propagation d'ondes ultrasonores. Comme le montre la figure 1, l'ensemble 100 comprend une lentille acoustique réelle 106 et une lentille acoustique électronique 108 disposées l'une derrière l'autre à une certaine distance de séparation. La lentille acoustique électronique 108 comprend un moyen 110 de commande de temps, un moyen de couplage 112 et un transducteur 114 à plusieurs By way of illustration, a device 50 for imaging B-type ultrasound images is shown in FIG. 1. However, it will be understood that the invention can be applied to an ultrasound imaging device using both type B scanning and type C scanning. It is also possible to apply the invention to an ultrasonic imaging device using only C-type scanning, which uses the set of Variable focal length acoustical lenses of the invention to obtain a sufficient depth of field of view sufficient to form images of all points within a deep structure with good focus. In FIG. 1, the set 100 of acoustic lenses with variable focal length, which constitutes the subject of the invention, is used to strike the deep structure to be studied 102 by means of a focused scanning beam of pulsed pulsed waves. ultrasound energy of a predetermined wavelength moving in a medium 104 for propagating ultrasonic waves. As shown in FIG. 1, the assembly 100 comprises a real acoustic lens 106 and an electronic acoustic lens 108 arranged one behind the other at a certain separation distance. The electronic acoustic lens 108 comprises a time control means 110, a coupling means 112 and a multi-transducer 114.
électrodes.electrodes.
De préférence, la lentille acoustique réelle, c'est-à-dire matérielle, qui est constituée d'un matériau plein (tel que polystyrène) d'indice acoustique de réfraction inférieur Preferably, the actual acoustic lens, that is to say material, which consists of a solid material (such as polystyrene) of lower refractive index
à celui du milieu environnant 104 de propagation d'ondes ultra- to that of the surrounding environment 104 of ultrasonic wave propagation
sonores (tel que l'eau), est maintenue en position fixe. Dans ce cas, on effectue le balayage de la structure 102 à l'aide d'un sound (such as water), is held in a fixed position. In this case, the structure 102 is scanned using a
faisceau d'énergie ultrasonore soit par déplacement du transduc- beam of ultrasonic energy either by displacement of the transducer
teur 114 seul, soit par l'intermédiaire d'un moyen de balayage 114 only, or via a scanning means
auxiliaire, tel que des prismes de Risley (non représentés). auxiliary, such as Risley prisms (not shown).
Toutefois, il est également envisagé selon l'invention de déplacer à la fois la lentille matérielle 106 et la lentille électronique 108 pour réaliser le balayage de la structure 102 au moyen d'un However, it is also envisaged according to the invention to move both the material lens 106 and the electronic lens 108 to effect the scanning of the structure 102 by means of a
faisceau d'énergie ultrasonore.beam of ultrasonic energy.
Le moyen 110 de commande de temps comporte une horloge qui applique par intermittence une impulsion de commande à une source 116 d'impulsions d'un dispositif 50 de formation d'images ultrasonores par balayage de type B. La source d'impulsions 116 comporte un oscillateur de haute fréquence qui applique une impulsion de fréquence ultrasonore (par exemple 1,5 Kiz) par l'intermédiaire du moyen de couplage 112 au transducteur 114 à plusieurs électrodes en réponse à chaque impulsion de commande The time control means 110 includes a clock that intermittently applies a control pulse to a source 116 of pulses of a B-type ultrasound imaging device 50. The pulse source 116 includes high frequency oscillator which applies an ultrasonic frequency pulse (e.g. 1.5 Kiz) through the coupling means 112 to the multi-electrode transducer 114 in response to each control pulse
venant du moyen 110 de commande de temps. from the time control means 110.
Les structures respectives du transducteur 114 à plusieurs électrodes et du moyen de couplage 112 (dont des modes de réalisation sont présentés sur les figures 2a, 2b et 3, 3a et 3b) seront discutées en détail ci- après. Pour le moment, il suffit de dire que, en réponse à l'application d'une impulsion de fréquence ultrasonore par la source d'impulsions 116, le transducteur 114 à plusieurs électrodes émet un faisceau d'ondes pulsées d'énergie The respective structures of the multi-electrode transducer 114 and the coupling means 112 (of which embodiments are shown in Figures 2a, 2b and 3, 3a and 3b) will be discussed in detail below. For the moment, it suffices to say that, in response to the application of an ultrasonic frequency pulse by the source of pulses 116, the multi-electrode transducer 114 emits a beam of pulsed pulses of energy.
ultrasonore possédant une focale choisie parmi un nombre prédé- ultrasound device having a focal length selected from a predetermined number
terminé de distances focales distinctes présélectionnées, chacune des distances focales distinctes étant sensiblement plus grande que la distance focale prédéterminée relativement courte de la pre-selected distinct focal lengths, each of the distinct focal lengths being substantially greater than the relatively short predetermined focal length of the
lentille acoustique matérielle 106. material acoustic lens 106.
La structure profonde 102, en réponse à l'énergie ultrasonore reçue, émet un écho, dont une partie revient, via la lentille acoustique matérielle 106, au transducteur 114 à plusieurs électrodes, ce qui donne naissance à des signaux électriques détectés. Le moyen de couplage 112, sous commande du moyen 110 de commande de temps, n'applique, via un circuit électronique 118 de formation d'image, au dispositif d'affichage à balayage de type B du dispositif de formation d'image, que ceux des signaux qui se produisent pendant un certain laps de temps après l'application d'énergie ultrasonore à la structure profonde 102. Il est essentiel que toute la profondeur de la structure 102 se trouve dans les limites de la profondeur de champ de l'ensemble de lentilles 100 pour qu'il puisse être formée une image de toute la structure profonde 102 sur le dispositif 120 d'affichage par balayage de type B. Toutefois, la structure 102 a une profondeur qui est supérieure à la profondeur de champ de n'importe quelle longueur focale unique choisie de l'ensemble de lentilles 100. Afin de produire la profondeur de champ totale voulue de l'ensemble de lentilles 100, le moyen de couplage 112 sélectionne séquentiellement, sous commande du moyen 110 de The deep structure 102, in response to the received ultrasound energy, echoes, a portion of which returns, via the material acoustic lens 106, to the multi-electrode transducer 114, which gives rise to detected electrical signals. The coupling means 112, under the control of the time control means 110, applies, via an image forming electronic circuit 118, to the type B scanning display device of the image forming device, that those signals that occur for a certain period of time after the application of ultrasonic energy to the deep structure 102. It is essential that the entire depth of the structure 102 is within the depth of field of the lens assembly 100 so that an image of the entire deep structure 102 can be formed on the B-scan display device 120. However, the structure 102 has a depth which is greater than the depth of field of any desired single focal length of the lens assembly 100. In order to produce the desired total depth of field of the lens assembly 100, the coupling means 112 sequentially selects, under control of the means 110 of
commande de temps, chacune des distances focales distinctes dif- time control, each of the different focal distances differs
férentes de la lentille acoustique électronique 108, pendant chacune de plusieurs parties successives dudit intervalle de temps, ce qui produit une profondeur de champ résultante effective pour l'ensemble de lentilles acoustiques à focale variable 100 qui embrasse toute la profondeur de la structure profonde 102. Pour permettre une meilleure compréhension de la manière dont ceci est réalisé, on va maintenant se reporter aux figures 2a, 2b, 3, 3a et 3b. Comme le montrent les figures 2a et 2b, le transducteur the resultant effective depth of field for the variable focus acoustic lens assembly 100 which embraces the entire depth of the deep structure 102. To allow a better understanding of how this is achieved, reference will now be made to Figures 2a, 2b, 3, 3a and 3b. As shown in FIGS. 2a and 2b, the transducer
114 à plusieurs électrodes comprend une lame de matériau piézo- 114 with several electrodes comprises a blade of piezo material
électrique 200 dont les faces sont recouvertes par plusieurs électrodes. Plus spécialement, une électrode commune 202 recouvre l'une des deux faces opposées de la lame 200, tandis que l'autre 200 whose faces are covered by several electrodes. More specifically, a common electrode 202 covers one of the two opposite faces of the blade 200, while the other
de ces deux faces est sensiblement recouverte par plusieurs élec- of these two faces is substantially covered by several electri-
trodes contiguds séparées spatialement réparties 204, 206, 208, 210, 212 et 214. Comme le montrent les figures 2a et 2b, l'électrode 204 est une électrode centrale à section droite circulaire de separated spatially distributed contiguous trodes 204, 206, 208, 210, 212 and 214. As shown in FIGS. 2a and 2b, the electrode 204 is a central electrode with a circular cross-section of
diamètre présélectionné et est entourée par des électrodes annu- preselected diameter and is surrounded by annular electrodes
laires contiguës 206, 208, 210, 212 et 214. Les électrodes 204 à 214 couvrent sensiblement toute la section droite définie par le diamètre extérieur de l'électrode 214 située le plus à l'extérieur (c'est-à-dire que le diamètre interne de chaque électrode annulaire est sensiblement égal au diamètre externe de l'électrode qu'elle entoure). Comme cela est indiqué sur les figures 2a et 2b, les largeurs radiales (c'est-à-dire la différence entre les rayons intérieur et extérieur des électrodes annulaires 206 à 214) sont différentes les unes des autres et sont différentes du diamètre de l'électrode centrale 204. La raison de ces largeurs radiales The electrodes 204 to 214 substantially cover the entire cross-section defined by the outer diameter of the outermost electrode 214 (i.e. inner diameter of each annular electrode is substantially equal to the outer diameter of the electrode it surrounds). As indicated in FIGS. 2a and 2b, the radial widths (that is the difference between the inner and outer radii of the annular electrodes 206 to 214) are different from one another and are different from the diameter of the central electrode 204. The reason for these radial widths
différentes sera discutée ci-après. different will be discussed below.
Comme le montrent la figure 2a et la figure 3, l'électrode ccmmune 202 est reliée au potentiel de la terre, et chacune des électrodes 204 à 214 est séparément connectée au moyen de couplage 112. Le moyen de couplage 112, comme le montre la figure 3, comprend un circuit d'isolation 300, faisant fonction de commutateur émission-réception. Le circuit 300 permet que des impulsions de fréquence ultrasonore venant de la source d'impulsions As shown in FIG. 2a and FIG. 3, the ccmmune electrode 202 is connected to the earth potential, and each of the electrodes 204 to 214 is separately connected to the coupling means 112. The coupling means 112, as shown in FIG. FIG. 3 comprises an isolation circuit 300 acting as a transmission-reception switch. The circuit 300 allows ultrasonic frequency pulses from the source of pulses
116 soient appliquées à chacune des électrodes 204 à 214 du trans- 116 are applied to each of the electrodes 204 to 214 of the trans-
ducteur 114, mais empêche que les signaux reçus par les électrodes 204 à 214 ne soient renvoyés à la source d'impulsions 116. A titre d'exemple, le circuit d'isolation 300 peut être constitué d'un commutateur à seuil (du type décrit dans le brevet cité no 4.138.895) formé de diodes semiconductrices polarisées en sens opposés. Un tel commutateur à seuil permet que les impulsions de fréquence ultrasonore venant de la source d'impulsions 116, lesquelles impulsions ont des valeurs absolues d'amplitude supérieure à la tension de seuil d'un semi-conducteur (par exemple 0,7 V), soient 114, but prevents the signals received by the electrodes 204 to 214 from being sent back to the source of pulses 116. By way of example, the isolation circuit 300 may consist of a threshold switch (of the type described in cited patent No. 4,138,895) formed of semiconductor diodes polarized in opposite directions. Such a threshold switch allows the ultrasonic frequency pulses from the source of pulses 116, which pulses have absolute values of amplitude greater than the threshold voltage of a semiconductor (for example 0.7 V). , be
chacune appliquées en parallèle à toutes les électrodes 204 à 214. each applied in parallel to all the electrodes 204 to 214.
Toutefois, puisque l'amplitude du signal reçu est toujours très inférieure à la tension de seuil, les signaux reçus sont isolés However, since the amplitude of the received signal is always much smaller than the threshold voltage, the received signals are isolated
vis-à-vis de la source d'impulsions 116. vis-à-vis the source of pulses 116.
Si, comme cela a été supposé dans l'exemple donné ci-dessus, les impulsions de fréquence ultrasonore sont appliquées en parallèle à toutes les électrodes 204 à 214 du transducteur 114, la fonction de celui-ci est d'émettre un front d'onde plan If, as has been assumed in the example given above, the ultrasonic frequency pulses are applied in parallel to all the electrodes 204 to 214 of the transducer 114, the function of this transducer is to emit a front of plane wave
d'énergie ultrasonore dans le milieu de propagation 104, c'est-à- of ultrasound energy in the propagation medium 104, that is,
dire que la distance focale de la lentille électronique 108 est dans ce cas infinie. - Le moyen de couplage 112 comporte également un moyen de commutation et des circuits de déphasage qui couplent une combinaison choisie quelconque d'électrodes 204 à 214, via un additionneur 302, à une borne commune 304 (se trouvant à la sortie de l'additionneur 302) connectée au circuit électronique 118 de say that the focal length of the electronic lens 108 is in this case infinite. The coupling means 112 also comprises a switching means and phase shift circuits which couple any selected combination of electrodes 204 to 214, via an adder 302, to a common terminal 304 (located at the output of the adder). 302) connected to the electronic circuit 118 of
formation d'image. Pour ne pas compliquer la description du fonc- image formation. To avoid complicating the description of the func-
tionnement du moyen de commutation, celui représenté sur la switching device, the one represented on the
figure 3 est fonctionnellement indiqué comme comprenant un commu- FIG. 3 is functionally indicated as comprising a
tateur à trois directions 306 qui couple l'électrode 204 à une première entrée de l'additionneur 302, un commutateur à deux directions 308 qui couple l'électrode 206 à une deuxième entrée de l'additionneur 302, un commutateur à deux directions 310 qui couple l'électrode 208 à une troisième entrée de l'additionneur 302, un commutateur à une direction 312 qui couple l'électrode 212 à une cinquième entrée de l'additionneur 202, et un commutateur à une direction 314 qui couple l'électrode 214 à une sixième entrée de l'additionneur 302. (Comme le montre la figure 3, l'électrode 210 est connectée directement à-une quatrième entrée de l'additionneur 302.) Fonctionnellement, ce moyen de commutation comporte également un circuit 316 de commande de commutation qui actionne sélectivement les commutateurs 306, 308, 310, 312 et 314 en fonction de signaux de commande temporelle qui lui sont appliqués par le circuit 110 de commande de temps. On comprendra que, en pratique, le moyen de commutation comprend normalement plusieurs portes électroniques normalement fermées qui sont sélectivement a three-way controller 306 which couples the electrode 204 to a first input of the adder 302, a two-way switch 308 which couples the electrode 206 to a second input of the adder 302, a two-way switch 310 which couples the electrode 208 to a third input of the adder 302, a one-direction switch 312 which couples the electrode 212 to a fifth input of the adder 202, and a one-direction switch 314 which couples the electrode 214 to a sixth input of the adder 302. (As shown in FIG. 3, the electrode 210 is connected directly to a fourth input of the adder 302.) Functionally, this switching means also comprises a control circuit 316. switching circuit which selectively actuates the switches 306, 308, 310, 312 and 314 based on time control signals applied thereto by the time control circuit 110. It will be understood that, in practice, the switching means normally comprises a plurality of normally closed electronic gates which are selectively
ouvertes selon l'une quelconque de diverses combinaisons prédé- opened in any one of a variety of predetermined combinations
terminées en fonction de signaux appliqués par le circuit 110 de commande de temps. Toutefois, le fonctionnement de ces portes électroniques est équivalent à celui des commutateurs 306, 308, terminated according to signals applied by the time control circuit 110. However, the operation of these electronic gates is equivalent to that of the switches 306, 308,
310, 312 et 314 décrits de façon détaillée ci-après. 310, 312 and 314 described in detail below.
Le moyen de couplage 112 comporte également plusieurs circuits de déphasage. Plus spécialement, lorsque le conmmnutateur à deux directions 310 se trouve dans sa position supérieure, tout signal apparaissant sur l'électrode 208 est appliqué à la troisième entrée de l'additionneur 302 sans aucun déphasage. Mais, lorsque le commutateur 310 se trouve dans sa position inférieure, tout signal apparaissant sur l'électrode 208 est appliqué à la troisième entrée de l'additionneur 302 avec un retard de phase d'un quart de cycle de la fréquence ultrasonore, ce retard étant procuré par le circuit 318 de déphasage I. De la même manière, tout signal apparaissant sur l'électrode 206 est appliqué à la deuxième entrée de l'additionneur 302 sans déphasage lorsque le commutateur à deux directions 308 se trouve dans sa position supérieure, ou The coupling means 112 also comprises a plurality of phase shift circuits. More specifically, when the two-way controller 310 is in its upper position, any signal appearing on the electrode 208 is applied to the third input of the adder 302 without any phase shift. But when the switch 310 is in its lower position, any signal appearing on the electrode 208 is applied to the third input of the adder 302 with a quarter-cycle phase delay of the ultrasonic frequency, this delay being provided by the phase shift circuit 318. In the same way, any signal appearing on the electrode 206 is applied to the second input of the adder 302 without phase shift when the two-way switch 308 is in its upper position, or
bien avec un déphasage d'un quart de cycle de la fréquence ultra- well with a quarter-cycle phase shift of the ultrasonic frequency
sonore, ce déphasage étant procuré par le circuit 320 de déphasage sound, this phase shift being provided by the phase shift circuit 320
II, lorsque le commutateur se trouve dans sa position inférieure. II, when the switch is in its lower position.
De plus, tout signal apparaissant sur l'électrode 204 est appliqué à la première entrée de l'additionneur 302 sans déphasage lorsque le commutateur à trois directions 306 se trouve dans sa position supérieure, ou bien avec un déphasage d'un quart de cycle de la fréquence ultrasonore, ce déphasage étant procuré par un circuit 322 de déphasage III, lorsque le commutateur 306 est dans sa position moyenne, ou bien avec un déphasage d'un demi-cycle de la fréquence ultrasonore, ce déphasage étant procuré par le circuit In addition, any signal appearing on the electrode 204 is applied to the first input of the adder 302 without phase shift when the three-way switch 306 is in its upper position, or with a phase shift of one quarter of a cycle. the ultrasonic frequency, this phase shift being provided by a phase shift circuit 322, when the switch 306 is in its average position, or with a half-cycle phase shift of the ultrasonic frequency, this phase shift being provided by the circuit
324 de déphasage IV, lorsque le commutateur 306 est dans sa posi- 324 phase shift IV, when the switch 306 is in its posi-
tion inférieure.lower level.
L'invention fait appel à certaines relations optiques connues, qui vont maintenant être exposées. D'abord, la distance focale résultante f d'un ensemble de lentilles constitué d'une première lentille de focale f1 disposée en sirie avec une deuxième lentille de focale f est donnée par la relation suivante The invention makes use of certain known optical relationships, which will now be discussed. First, the resulting focal length f of a lens assembly consisting of a first focal lens f1 disposed in alignment with a second focal lens f is given by the following relationship
= Y1 (1)= Y1 (1)
En second lieu, une lentille matérielle de formation d'image déphase le front d'onde incident d'une quantité qui varie de façon continue en proportion inverse de la distance séparant Secondly, a material imaging lens displaces the incident wavefront by an amount that varies continuously in inverse proportion to the distance separating
chaque point d'incidence du front d'onde de l'axe de la lentille. each point of incidence of the wavefront of the axis of the lens.
Une lentille électronique, du type de celle représentée sur les figures 2a, 2b, 3, 3a et 3b, utilise un certain nombre fini d'électrodes distinctes associées à un nombre fini discret de circuits de déphasage électrique pour simuler la fonction d'une lentille matérielle. Une telle lentille nécessiterait un nombre infini d'électrodes placées infiniment proches les unes des autres (ce qui est impossible) pour qu'une lentille matérielle soit reproduite exactement. Toutefois, comme cela est connu (d'après la condition de Rayleigh), une lentille dans laquelle le déphasage varie de manière discontinue en fonction inverse de la distance à l'axe produit néanmoins une image, sans dégradation notable, dans la mesure o le déphasage produit pour chaque point d'incidence du front d'onde ne s'écarte pas de celui qui serait procuré par le déphasage à variation continue d'une lentille matérielle de An electronic lens, of the type shown in FIGS. 2a, 2b, 3, 3a and 3b, uses a finite number of discrete electrodes associated with a discrete finite number of electrical phase shifting circuits to simulate the function of a lens. hardware. Such a lens would require an infinite number of electrodes placed infinitely close to each other (which is impossible) for a material lens to be reproduced exactly. However, as is known (according to the Rayleigh condition), a lens in which the phase shift varies discontinuously as a function of the distance from the axis nevertheless produces an image, without any appreciable degradation, insofar as the phase shift produced for each wavefront incidence point does not deviate from that which would be provided by the continuously variable phase shift of a material lens of
plus d'un quart de longueur d'onde de l'onde incidente (c'est-à- more than a quarter wavelength of the incident wave (ie
dire un quart de cycle de la fréquence ultrasonore). Une lentille électronique du type de celle représentée sur les figures 1, 2a, 2b, 3, 3a et 3b est conçue pour respecter cette condition de Rayleigh. On peut montrer qu'une lentille électronique comprenant un transducteur à n électrodes concentriques électriquement séparées sur l'une de ses faces a une distance focale f2 et satisfait à la condition de Rayleigh pour un front d'onde incident d'énergie say a quarter cycle of the ultrasonic frequency). An electronic lens of the type shown in FIGS. 1, 2a, 2b, 3, 3a and 3b is designed to respect this Rayleigh condition. It can be shown that an electron lens comprising a transducer with n electrically separated concentric electrodes on one of its faces has a focal length f2 and satisfies the Rayleigh condition for an incident energy wavefront.
ultrasonore de longueur d'onde x si les rayons extérieurs respec- ultrasonic wavelength x if the outer radii respec-
tifs r1 à r des n électrodes respectives obéissent aux équations suivantes f2X 1/2 ri =] (2-1) 2f2\' 1/2 r2 2 (2-2) nf2S 1/2 r 2 (2-n) n 2 Puisque le but de l'invention est de produire sélectivement l'une quelconque de plusieurs distances focales différentes, il faut, pour chaque longueur focale différente, un jeu différent d'électrodes de rayons r1 à r. De plus, il est nécessaire que l'ouverture relative de la lentille ait une valeur R1 to r of respective n electrodes obey the following equations f2X 1/2 ri =] (2-1) 2f2 \ '1/2 r2 2 (2-2) nf2S 1/2 r 2 (2-n) n 2 Since the object of the invention is to selectively produce any one of several different focal lengths, a different set of ray electrodes r1 to r is required for each different focal length. In addition, it is necessary that the relative openness of the lens has a value
sensiblement constante (c'est-à-dire soit sensiblement indépen- substantially constant (i.e. substantially independent of
dante de la focale choisie). Pour satisfaire ces conditions, il faut que le transducteur de la lentille électronique possède un nombre suffisant d'électrodes concentriques contiguës sur l'une chosen focal length). To satisfy these conditions, the transducer of the electronic lens must have a sufficient number of contiguous concentric electrodes on one side.
de ses faces, chaque électrode ayant une largeur radiale appro- of its faces, each electrode having an appropriate radial width
priée, afin de pouvoir donner chacun des différents jeux de asked, in order to be able to give each of the different games of
rayons pour chacune des focales différentes par connexion sélec- radii for each of the different focal lengths by selective connection
tive d'au moins certaines électrodes en un ou plusieurs groupes, chaque groupe étant formé d'une ou plusieurs électrodes connectées en parallèle. Ceci fait que la largeur radiale de certaines des électrodes est relativement petite. La taille réelle des largeurs radiales des électrodes dépend des dimensions respectives des at least some electrodes in one or more groups, each group being formed of one or more electrodes connected in parallel. This causes the radial width of some of the electrodes to be relatively small. The actual size of the radial widths of the electrodes depends on the respective dimensions of the
distances focales différentes voulues. different focal lengths desired.
En particulier, les équations (2-1) à (2-n) montrent que les dimensions respectives des rayons ri à r varient en fonction directe de la dimension de la distance focale f Ainsi, lorsque le nombre des distances focales qui peuvent être choisies In particular, the equations (2-1) to (2-n) show that the respective dimensions of the radii ri to r vary in direct function of the dimension of the focal length f Thus, when the number of focal lengths that can be chosen
par la lentille électronique est important, les dimensions mini- the electronic lens is important, the minimum dimensions
males de la largeur radiale des électrodes concentriques de la lentille électronique qui est nécessaire pour produire ces distances focales s'accroît. C'est pour cette raison que l'invention, selon l'équation (1), combine une lentille acoustique électronique à focale relativement longue variable avec une lentille acoustique matérielle à focale relativement courte fixe pour produire un ensemble de lentilles acoustiques à focale The radial widths of the concentric electrodes of the electronic lens that is needed to produce these focal lengths increase. It is for this reason that the invention, according to equation (1), combines a relatively long focal length electronic acoustic lens with a relatively fixed focal length material acoustic lens to produce a set of focal acoustic lenses.
relativement courte variable. De plus, la valeur n et, par consé- relatively short variable. Moreover, the value n and, consequently,
quent, le nombre total d'électrodes nécessaires, en est diminuée, puisque l'ouverture relative de la lentille acoustique électronique à focale relativement longue variable devient seule petite par rapport à l'ouverture relative voulue de l'ensemble de lentilles the total number of electrodes required is reduced, since the relative opening of the relatively long focal length electronic acoustic lens becomes only small relative to the desired relative opening of the lens assembly
acoustiques à focale relativement courte variable. acoustics with relatively short focal lengths.
A titre d'illustration, et dans le but d'expliquer le fonctionnement de l'invention, on suppose que les ondes d'énergie ultrasonore ont une longueur d'onde X valant 1 mm. On suppose également que l'ensemble 100 de lentilles acoustiques à focale variable est conçu de manière à avoir une distance focale à choisir entre 150 mm, 200 mm et 250 mm, pour une ouverture relative sensiblement constante de 1/3. On suppose également que la lentille acoustique matérielle 106 a une longueur focale fixe de 250 mm et une ouverture réelle qui est au moins aussi grande By way of illustration, and in order to explain the operation of the invention, it is assumed that the ultrasonic energy waves have a wavelength λ of 1 mm. It is also assumed that the set 100 of acoustic lenses with variable focal length is designed to have a focal length to choose between 150 mm, 200 mm and 250 mm, for a relatively constant relative opening of 1/3. It is also assumed that the material acoustic lens 106 has a fixed focal length of 250 mm and an actual aperture which is at least as large
que l'ouverture réelle maximale de la lentille acoustique électro- the maximum effective aperture of the electrically
nique 108, si bien que l'ouverture réelle présentée par la lentille acoustique électronique 108 détermine l'ouverture réelle de l'ensemble 100 de lentilles acoustiques à focale variable. Avec ces hypothèses, on peut utiliser l'équation (1) pour déterminer les différentes distances focales relativement longues nécessaires pour la lentille acoustique électronique 108. Plus spécialement, avec une lentille matérielle 106 de distance focale 250 mm, il 108, so that the actual opening presented by the electronic acoustic lens 108 determines the actual opening of the set 100 of acoustic lenses with variable focal length. With these assumptions, one can use equation (1) to determine the different relatively long focal lengths required for the electronic acoustic lens 108. More specifically, with a material lens 106 of focal length 250 mm, it
faut que les distances focales respectives de la lentille électro- the respective focal lengths of the electro-
nique 108 soient égales à 375 mm, à 1000 mm, ou à l'infini pour produire des distances focales respectives de 150 mm, 200 mm, ou 108 are equal to 375 mm, 1000 mm, or infinity to produce respective focal lengths of 150 mm, 200 mm, or
250 mm pour l'ensemble de lentilles 100. De plus, puisque l'ouver- 250 mm for the set of lenses 100. Moreover, since the opening
ture réelle de l'ensemble de lentilles 100 est déterminée par l'ouverture réelle de la lentille électronique 108, cette dernière doit avoir des ouvertures réelles respectives de 50 mm, 66,7 mm the actual set of the lens assembly 100 is determined by the actual aperture of the electronic lens 108, the latter must have respective actual apertures of 50 mm, 66.7 mm
ou 83,3 mm pour les longueurs focales respectives de 150 mm, - or 83.3 mm for the respective focal lengths of 150 mm, -
mm ou 250 mm de l'ensemble de lentilles 100, afin que l'ensemble de lentilles 10 ait toujours une ouverture relative mm or 250 mm of the lens assembly 100, so that the lens assembly 10 always has a relative opening
sensiblement égale à 1/3.substantially equal to 1/3.
Les largeurs radiales et les rayons extérieurs respectifs des électrodes 204 à 214 qui permettent de choisir, d'après le réglage des commutateurs 306 à 314, l'une quelconque des trois distances focales supposées de la lentille électronique 108 (ainsi que leurs ouvertures réelles correspondantes) sont The radial widths and the respective outer radii of the electrodes 204 to 214 which make it possible to choose, according to the setting of the switches 306 to 314, any one of the three supposed focal lengths of the electronic lens 108 (and their corresponding actual openings ) are
donnés dans le tableau I ci-dessous. given in Table I below.
TABLEAU ITABLE I
Electrode Largeur radiale Rayon extérieur (mm) (mm) Electrode Radial Width Outer Radius (mm) (mm)
204 13,69 13,69204 13.69 13.69
206 5,67 19,36206 5.67 19.36
208 3,00 22,36208 3.00 22.36
210 1,36 23,72210 1.36 23.72
212 7,90 31,62212 7.90 31.62
214 10>05 41,67214 10> 05 41.67
Plus spécialement, le circuit 316 de commande de commutation place les commutateurs 306 à 314 dans l'une quelconque choisie de trois combinaisons données de réglages de commutation, chaque combinaison différente correspondant à l'une des trois distances focales (et à l'ouverture réelle correspondante) de la lentille électronique 108. La figure 3 présente une première combinaison donnée de réglages des commutateurs 306 à 314, qui est la combinaison permettant d'obtenir une distance focale de 375 mm pour la lentille électronique 108. Dans cette première combinaison, les commutateurs à une direction 314 et 312 sont ouverts, si bien que les signaux venant des électrodes 214 et 212 ne sont pas appliqués à l'additionneur 302. Le commutateur à deux directions 310 est dans sa position supérieure, si bien que les signaux présents à l'électrode 208 sont appliqués directement à l'additionneur 302. Le commutateur à deux positions 308 est dans sa position inférieure, si bien que les signaux présents sur More specifically, the switching control circuit 316 places the switches 306 to 314 in any one of three given combinations of switching settings, each different combination corresponding to one of the three focal lengths (and the actual opening corresponding) of the electronic lens 108. FIG. 3 shows a first given combination of settings of the switches 306 to 314, which is the combination that makes it possible to obtain a focal length of 375 mm for the electronic lens 108. In this first combination, the one-direction switches 314 and 312 are open, so that the signals from the electrodes 214 and 212 are not applied to the adder 302. The two-way switch 310 is in its upper position, so that the signals present at the electrode 208 are applied directly to the adder 302. The two-position switch 308 is in its lower position, if although the signals present on
l'électrode 206 sont appliqués à l'additionneur 302 par l'inter- the electrode 206 are applied to the adder 302 through the
médiaire du circuit 320 de déphasage II avec un déphasage d'un quart de cycle de la fréquence ultrasonique. Le commutateur à trois directions 306 est dans sa position inférieure, si bien que les signaux présents surl'électrode 204 sont appliqués via le circuit 324 de déphasage IV à l'additionneur 302 avec un déphasage d'un demi-cycle de la fréquence ultrasonore. Le tableau Il ci-dessous présente les conditions supposées pour cette première combinaison de commutation. Les intermediate phase shift circuit 320 with a quarter-cycle phase shift of the ultrasonic frequency. The three-way switch 306 is in its lower position, so that the signals present on the electrode 204 are applied via the phase shift circuit 324 to the adder 302 with a half-cycle phase shift of the ultrasonic frequency. Table II below shows the conditions assumed for this first switching combination. The
rayons extérieurs respectifs de 13,69, 19,36 et 23,72 mm (présen- outer radius of 13.69, 19.36 and 23.72 mm respectively (
tés dans le tableau II) correspondent aux valeurs respectives de r1, r2 et r3 des équations (2-1) à (2-n), lorsque l'on remplace les grandeurs f2 et X respectivement par 375 mm et 1 mm. De plus, l'ouverture réelle de la lentille électronique 108 dans sa première combinaison de commutation est 47,44 mm (c'est-à-dire le double du rayon le plus extérieur de 23,72 mm). Cette valeur est sensiblement égale à l'ouverture réelle servant de critère, Table II) correspond to the respective values of r1, r2 and r3 of equations (2-1) to (2-n), when the quantities f2 and X are replaced by 375 mm and 1 mm, respectively. In addition, the actual aperture of the electronic lens 108 in its first switching combination is 47.44 mm (i.e. twice the outermost radius of 23.72 mm). This value is substantially equal to the actual opening serving as a criterion,
qui est de 50 mm.which is 50 mm.
TABLEAU ilTABLE he
Première combinaison de commutation 1. Ensemble de lentilles 100 (critères de conception) 2. Lentille matérielle 106 First switching combination 1. Lens set 100 (design criteria) 2. Material lens 106
3. Lentille électronique 108 -3. Electronic lens 108 -
(critères de conception) 4. Electrodes Largeur effectives radiale 204 13, 69 mm 206 5,67 mm 208-,210 4,36 mm - Distance focale - Ouverture réelle Ouverture relative - Distance focale - Ouverture réelle ai - Distance focale - Ouverture réelle Rayon. extérieur 13,69 mm 19,36 mm 23,72 mm mm 1/3 250 mm Lu moins 83,3 mm 375 mm mm Déphasage 1/2 cycle 1/4 cycle o La figure 3a montre une deuxième combinaison donnée de réglages des commutateurs 306 à 314, cette combinaison opérant le choix d'une distance focale de 1000 mm pour la lentille électronique 108. Dans cette deuxième combinaison, le commutateur à une seule direction 314 est ouvert, si bien que les signaux (design criteria) 4. Electrodes Radial effective width 204 13, 69 mm 206 5.67 mm 208-, 210 4.36 mm - Focal distance - Actual aperture Relative aperture - Focal distance - Actual aperture ai - Focal distance - Actual aperture Ray. outside 13.69 mm 19.36 mm 23.72 mm mm 1/3 250 mm minus 83.3 mm 375 mm mm phase shift 1/2 cycle 1/4 cycle o Figure 3a shows a second given combination of switch settings 306 to 314, this combination operating the choice of a focal length of 1000 mm for the electronic lens 108. In this second combination, the single-direction switch 314 is open, so that the signals
présents sur l'électrode 214 ne sont pas appliqués à l'addi- present on the electrode 214 are not applied to the addi-
tionneur 302. Le commutateur à une direction 312 est fermé, si bien que les signaux présents sur l'électrode 212 sont directement appliqués à l'additionneur 302. Le commutateur à deux directions 310 est dans sa position inférieure. si bien que les signaux présents sur l'électrode 208 sont appliqués à l'additionneur 302 via le circuit 318 de déphasage I avec un déphasage d'un quart de cycle de la fréquence ultrasonore. Le commutateur à deux directions 308 est dans sa position inférieure, si bien que les signaux présents sur l'électrode 206 sont appliqués à l'additionneur 306 via le circuit 320 de déphasage Il avec un déphasage d'un quart de cycle de la fréquence ultrasonore. Le commutateur à trois directions 306 est dans sa position médiane, si bien que les signaux présents sur l'électrode 204 sont appliqués via le circuit 322 de déphasage III à l'additionneur 302. The one-way switch 312 is closed, so that the signals on the electrode 212 are directly applied to the adder 302. The two-way switch 310 is in its lower position. so that the signals present on the electrode 208 are applied to the adder 302 via the phase shift circuit 318 with a quarter-cycle phase shift of the ultrasonic frequency. The two-way switch 308 is in its lower position, so that the signals present on the electrode 206 are applied to the adder 306 via the phase shift circuit 320 with a quarter-cycle phase shift of the ultrasonic frequency. . The three-way switch 306 is in its middle position, so that the signals present on the electrode 204 are applied via the phase-shift circuit 322 to the adder
302 avec un déphasage d'un quart de cycle de la fréquence ultra- 302 with a quarter-cycle phase shift of the ultrasonic frequency
sonore. Le tableau III ci-dessous présente les conditions supposées pour cette deuxième combinaison de commutation. Les rayons extérieurs respectifs de 22,36 et 31,62 mm (présentés dans le tableau III) correspondent aux valeurs respectives r1 sound. Table III below shows the conditions assumed for this second switching combination. The respective outer radii of 22.36 and 31.62 mm (presented in Table III) correspond to the respective values r1
et r2 des équations (2-1) à (2-n), lorsqu'on remplace les gran- and r2 equations (2-1) to (2-n), when replacing the
deurs f2 et X respectivement par 1000 mm et 1 mm. De plus, l'ouverture réelle de la lentille électronique 108 dans cette f2 and X respectively by 1000 mm and 1 mm. In addition, the actual opening of the electronic lens 108 in this
deuxième combinaison de commutation est de 63>24 mm (c'est-à- second switching combination is 63> 24 mm (i.e.
dire le double du rayon le plus extérieur de 31,62 mm). Cette valeur est sensiblement égale à l'ouverture réelle de 66,7 mm say twice the outer radius of 31.62 mm). This value is substantially equal to the actual opening of 66.7 mm
constituant le critère de conception. constituting the design criterion.
- TABLEAU III- TABLE III
Deuxième combinaison de commutation 1. Ensemble de lentilles 100 Distance focale 200 mm (critères de conception) - Ouverture réelle 66,7 mm - Ouverture relative 1/3 2. Lentille matérielle 106 - Distance focale 250 mm - Ouverture réelle au moins 83,3 mm 3. Lentille électronique 108 Distance focale 1000 mm (critères de conception) - Ouverture réelle 66,7 mm 4. Electrodes Largeur Rayon Déphasage effectives radiale extérieur 204+ 206+208 22,36 mm 22,36 mm 1/4 cycle 210+212 9,26 mm 31>62 0 La figure 3b présente la troisième combinaison de réglages des commutateurs 306 à 314, cette combinaison opérant la Second switching combination 1. Lens assembly 100 Focal distance 200 mm (design criteria) - Actual aperture 66.7 mm - Relative aperture 1/3 2. Material lens 106 - Focal length 250 mm - Actual aperture at least 83.3 mm 3. Electronic lens 108 Focal length 1000 mm (design criteria) - Actual aperture 66.7 mm 4. Electrodes Width Radius Actual radial phase shift 204+ 206 + 208 22.36 mm 22.36 mm 1/4 cycle 210+ 212 9,26 mm 31> 62 0 FIG. 3b shows the third combination of settings of the switches 306 to 314, this combination operating the
sélection d'une longueur focale infinie pour la lentille électro- selection of an infinite focal length for the electronic lens.
nique 108. Dans cette troisième combinaison, les commutateurs à une seule direction 314 et 312 sont fermés, si bien que les signaux présents sur les électrodes 214 et 212 sont directement appliqués à l'additionneur 302. Les commutateurs à deux directions 310 et 308 sont dans leurs positions supérieures, si bien que les signaux présents sur les électrodes 208 et 206 sont directement appliqués à l'additionneur 302. Le commutateur à trois directions 306 est dans sa position supérieure, si bien que les signaux In this third combination, the single-direction switches 314 and 312 are closed, so that the signals on the electrodes 214 and 212 are directly applied to the adder 302. The two-way switches 310 and 308 are in their upper positions, so that the signals present on the electrodes 208 and 206 are directly applied to the adder 302. The three-way switch 306 is in its upper position, so that the signals
présents sur l'électrode 204 sont directement appliqués à l'addi- present on the electrode 204 are directly applied to the addi-
tionneur 302.302.
Le tableau IV ci-dessous présente les conditions supposées pour cette troisième combinaison de commutation. Du fait que, dans cette troisième combinaison de commutation, toutes les électrodes 204 à 214 sont directement couplées à l'additionneur 302, un front d'onde plan de signaux reçus est détecté par la Table IV below shows the conditions assumed for this third switching combination. Since in this third switching combination all the electrodes 204 to 214 are directly coupled to the adder 302, a plane wavefront of received signals is detected by the
lentille électronique 108 (c'est-à-dire que la lentille électro- electronic lens 108 (i.e., the electronic lens
nique 108 possède, dans cette troisième combinaison, une longueur focale f2 infinie). Ainsi, dans la troisième combinaison, toutes 108 has, in this third combination, an infinite focal length f2). So, in the third combination, all
les électrodes 204 à 214 sont effectivement connectées en paral- the electrodes 204 to 214 are effectively connected in parallel
lèle et fonctionnent électriquement comme si elles formaient une seule électrode à section droite circulaire d'un rayon de 41,67 mm (égal au rayon extérieur de l'électrode 214 située le plus à l'extérieur). Le rayon extérieur de 41,67 mm de l'électrode 214 est celui choisi pour donner à la lentille électronique 108 une ouverture réelle de 83,34 mm (c'est-à-dire le double du rayon de 41,67 mm), ce qui constitue la valeur nécessaire pour que and electrically operated as if they formed a single electrode with a circular cross section with a radius of 41.67 mm (equal to the outer radius of the outermost electrode 214). The outer radius of 41.67 mm of the electrode 214 is the one chosen to give the electronic lens 108 an actual opening of 83.34 mm (that is to say twice the radius of 41.67 mm), what constitutes the value necessary for that
l'ensemble de lentilles 100 ait l'ouverture relative voulue de 1/3. the lens assembly 100 has the desired relative opening of 1/3.
TABLEAU IVTABLE IV
Troisième combinaison de commutation 1. Ensemble de lentilles 100 (critères de conception) 2. Lentille matérielle 106 3. Lentille électronique 108 4. Electrodes effectives Third switching combination 1. Set of lenses 100 (design criteria) 2. Material lens 106 3. Electronic lens 108 4. Effective electrodes
204+206204 + 206
+208+210+ 208 + 210
+212 Largeur radiale 41,67 mn - Distance focale - Ouverture réelle Ouverture relative - Distance focale - Ouverture réelle - Distance focale - Ouverture réelle Rayon extérieur R 41,67 mm 250 mm 83,3 mn 1/3 250 mm au moins 83,3 mm infinie 83,3 mm Déphasage -O cycle Ainsi que le montre la figure 4, la surface avant 400 de la structure profonde 102, dont il doit être formé des images, est située à 125 mm du plan principal effectif 402 de l'ensemble de lentilles acoustiques, tandis que la surface arrière 404 de la structure profonde 102 se trouve à 275 mm du plan principal 402. Ainsi, la profondeur totale de la structure profonde 102 +212 Radial width 41.67 nm - Focal distance - Actual aperture Relative aperture - Focal distance - Actual aperture - Focal distance - Actual aperture Outer radius R 41.67 mm 250 mm 83.3 nm 1/3 250 mm at least 83, 3 mm infinite 83.3 mm phase shift -O cycle As shown in FIG. 4, the front surface 400 of the deep structure 102, of which images must be formed, is located 125 mm from the effective main plane 402 of the set of acoustic lenses, while the rear surface 404 of the deep structure 102 is 275 mm from the main plane 402. Thus, the total depth of the deep structure 102
est de 150 mm.is 150 mm.
A la suite de l'émission de chacune des impulsions d'énergie ultrasonore, le circuit 110 de commande de temps Following the emission of each of the ultrasonic energy pulses, the time control circuit 110
actionne le moyen de commutation de façon à maintenir l'addi- actuates the switching means so as to maintain the addi-
tionneur 302 non connecté au transducteur 114, jusqu'à un premier instant donné pour lequel des échos en provenance de la surface antérieure 400 sont reçus par le transducteur 114. A ce premier instant, le circuit 110 de commande de temps active le moyen de commutation de manière à le placer dans la première combinaison de commutation donnée, si bien que l'ensemble 100 de lentilles acoustiques présente une longueur focale de 150 mm. Cette première combinaison est maintenue jusqu'à un deuxième instant donné pour lequel des échos en provenance de 175 mm du plan principal 402 sont reçus par le transducteur 114. A ce deuxième instant donné, le circuit 110 de commande de temps active le moyen de commutation de manière à le placer dans la deuxième combinaison de commutation donnée, si bien que l'ensemble 100 de lentilles acoustiques présente alors une longueur focale de mm. Cette deuxième combinaison est maintenue jusqu'à un troisième instant donné, pour lequel des échos en provenance de 302 not connected to the transducer 114, until a given first instant for which echoes from the front surface 400 are received by the transducer 114. At this first instant, the time control circuit 110 activates the switching means so as to place it in the first given switching combination, so that the set 100 of acoustic lenses has a focal length of 150 mm. This first combination is maintained until a second instant for which echoes from 175 mm of the main plane 402 are received by the transducer 114. At this second given instant, the time control circuit 110 activates the switching means. so as to place it in the second given switching combination, so that the set 100 of acoustic lenses then has a focal length of mm. This second combination is maintained until a third instant, for which echoes from
225 mm du plan principal 402 sont reçus par le transducteur 114. 225 mm of the main plane 402 are received by the transducer 114.
A ce troisième instant donné, le circuit 110 de commande de temps active le moyen de commutation de manière à le placer dans la troisième combinaison de commutation, si bien que l'ensemble de lentilles 100 présente une longueur focale de 250 mm. Le circuit de commande de temps maintient le moyen de commutation dans la troisième combinaison jusqu'à ce que des échos en provenance de 275 mm du plan principal 402 soient reçus par le transducteur 114. Il est nécessaire que tous les échos reçus par le transducteur 114, qui proviennent de points situés à l'intérieur de la structure profonde 102, restent dans les limites de la profondeur de champ de l'ensemble 100 de lentilles acoustiques à focale variable, pour qu'ils puissent être mis en image au foyer dans le dispositif d'affichage 120 à balayage de type B. On peut voir sur la figure 4 que cette condition est satisfaite tant At this third instant, the time control circuit 110 activates the switching means so as to place it in the third switching combination, so that the lens assembly 100 has a focal length of 250 mm. The time control circuit maintains the switching means in the third combination until echoes from 275 mm from the main plane 402 are received by the transducer 114. It is necessary that all echoes received by the transducer 114 , which come from points inside the deep structure 102, remain within the depth of field of the set 100 of acoustic lenses with variable focal length, so that they can be imaged at home in the display device 120 scanning type B. It can be seen in Figure 4 that this condition is satisfied both
que la profondeur de champ de l'ensemble 100 de lentilles acous- that the depth of field of the set 100 of acoustic lenses
tiques pour chaque distance focale choisie est d'au moins 25 mm. ticks for each selected focal length is at least 25 mm.
Comme cela est connu, la profondeur de champ d'une lentille acoustique est égale au rapport de quatre fois la longueur d'onde As is known, the depth of field of an acoustic lens is equal to the ratio of four times the wavelength
des ondes d'énergie ultrasonore au carré de l'ouverture relative. ultrasonic energy waves squared the relative opening.
La valeur supposée pour la longueur d'onde est de 1 mm et l'ouverture relative est supposée égale à 1/3. Ces valeurs The assumed value for the wavelength is 1 mm and the relative aperture is assumed to be 1/3. These values
supposées produisent une profondeur de champ dépassant 25 mm. supposed to produce a depth of field exceeding 25 mm.
Dans le mode de réalisation préféré du moyen de couplage 112 que présente la figure 3, la lentille électronique 108 a une longueur focale infinie pendant l'émission des impulsions d'énergie ultrasonore. Ceci est souhaitable pour simplifier la structure du circuit d'isolation 300. Toutefois, on admettra que In the preferred embodiment of the coupling means 112 shown in FIG. 3, the electronic lens 108 has an infinite focal length during the emission of the pulses of ultrasonic energy. This is desirable to simplify the structure of the isolation circuit 300. However, it will be recognized that
le circuit d'isolation 300 puisse comporter des circuits dépha- the isolation circuit 300 may comprise circuit circuits
seurs appropriés donnant à la lentille électronique 108 une longueur d'onde voulue non infinie (d'après les équations (2-1) à (2-n)). Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif, dont, à titre simplement illustratif et nullement limitatif, il vient d'être donné and the electronic lens 108 has a desired non-infinite wavelength (according to equations (2-1) to (2-n)). Of course, those skilled in the art will be able to imagine, from the device, which, by way of illustration and not limitation, has just been given
description, diverses variantes et modifications ne sortant pas description, various variants and modifications not leaving
du cadre de l'invention.of the scope of the invention.
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