JP2003305043A - 高調波変換器素子構造及び特性 - Google Patents
高調波変換器素子構造及び特性Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】超音波撮影において画質を向上させる。
【解決手段】 超音波受信のための変換器素子（６５）
は、第１の受信器に接続された第１の活性変換器層（７
３）と、第１の活性変換器層（７３）に積層され且つ第
２の受信器に接続された第２の活性変換器層（７７）と
を具備する。超音波送信のための変換器素子（６５）
は、第１の送信器に接続された第１の活性変換器層（７
３）と、第１の変換器層（７３）に積層され且つ第２の
送信器に接続された第２の活性変換器層（７７）とを具
備する。
は、第１の受信器に接続された第１の活性変換器層（７
３）と、第１の活性変換器層（７３）に積層され且つ第
２の受信器に接続された第２の活性変換器層（７７）と
を具備する。超音波送信のための変換器素子（６５）
は、第１の送信器に接続された第１の活性変換器層（７
３）と、第１の変換器層（７３）に積層され且つ第２の
送信器に接続された第２の活性変換器層（７７）とを具
備する。
Description
【０００１】
【発明の背景】医療の分野における撮影用超音波プロー
ブは、通常、相対帯域幅の９０％までを支援する。超音
波撮影の場合、帯域幅は絶対的な意味で実現可能な距離
分解能に正比例するが、超音波中心周波数は実現可能な
撮影距離に反比例する。従って、適切な撮影距離で高い
距離分解能を得るためには高い相対帯域幅が望ましい。
例えば、成人、小児及び乳児の心臓を撮影する場合、典
型的な中心周波数が２.５ＭＨｚ、５ＭＨｚ及び９ＭＨ
ｚの３種類のプローブを有することが必要になることが
多い。帯域が広いプローブでは、それらの用途に必要と
される距離を２つのプローブでカバーでき、更に、各々
の撮影状況で課される必要条件に合わせて送信信号及び
受信フィルタリングを最適化するためにより大きな融通
性を有することができるであろう。
ブは、通常、相対帯域幅の９０％までを支援する。超音
波撮影の場合、帯域幅は絶対的な意味で実現可能な距離
分解能に正比例するが、超音波中心周波数は実現可能な
撮影距離に反比例する。従って、適切な撮影距離で高い
距離分解能を得るためには高い相対帯域幅が望ましい。
例えば、成人、小児及び乳児の心臓を撮影する場合、典
型的な中心周波数が２.５ＭＨｚ、５ＭＨｚ及び９ＭＨ
ｚの３種類のプローブを有することが必要になることが
多い。帯域が広いプローブでは、それらの用途に必要と
される距離を２つのプローブでカバーでき、更に、各々
の撮影状況で課される必要条件に合わせて送信信号及び
受信フィルタリングを最適化するためにより大きな融通
性を有することができるであろう。
【０００２】血流速度及び／又は組織の運動を測定する
場合にドップラーを使用するときの限界は多くの場合に
検出感度であるが、適切な組織撮影を行うために要求さ
れる空間分解能の重要性は低い。例えば、２ＭＨｚを中
心周波数とするドップラーを使用することを望む場合で
も、撮影は５ＭＨｚまでの範囲にわたる周波数に成る可
能性があり、これは今日の規格を越えるプローブ帯域幅
を有していなければ、あるいはドップラー測定に使用さ
れる通過帯域と、撮影に使用される別の通過帯域という
２つの通過帯域を示すプローブでなければ実現すること
は不可能である。
場合にドップラーを使用するときの限界は多くの場合に
検出感度であるが、適切な組織撮影を行うために要求さ
れる空間分解能の重要性は低い。例えば、２ＭＨｚを中
心周波数とするドップラーを使用することを望む場合で
も、撮影は５ＭＨｚまでの範囲にわたる周波数に成る可
能性があり、これは今日の規格を越えるプローブ帯域幅
を有していなければ、あるいはドップラー測定に使用さ
れる通過帯域と、撮影に使用される別の通過帯域という
２つの通過帯域を示すプローブでなければ実現すること
は不可能である。
【０００３】今日市場に出ている超音波スキャナの多く
で、組織で発生される第２高調波信号の検出が使用され
ている。第２高調波超音波ビームは、基本周波数ビーム
と比較してサイドローブが抑制されている。第２高調波
信号を改善し且つ受信器の基本波を抑制することによ
り、画質は著しく向上する。最良の性能を得るために
は、超音波変換器は基本周波数及び第２高調波周波数を
共に高い帯域幅をもってカバーすることができなければ
ならない。
で、組織で発生される第２高調波信号の検出が使用され
ている。第２高調波超音波ビームは、基本周波数ビーム
と比較してサイドローブが抑制されている。第２高調波
信号を改善し且つ受信器の基本波を抑制することによ
り、画質は著しく向上する。最良の性能を得るために
は、超音波変換器は基本周波数及び第２高調波周波数を
共に高い帯域幅をもってカバーすることができなければ
ならない。
【０００４】研究者により、超音波造影剤からの反射超
音波の強力な非線形発生を使用することにより、造影剤
の検出を著しく改善できることが提案されている。基本
超音波周波数の第３高調波及び第４高調波を検出するこ
とにより、組織からの造影剤の識別は著しく改善される
であろう。
音波の強力な非線形発生を使用することにより、造影剤
の検出を著しく改善できることが提案されている。基本
超音波周波数の第３高調波及び第４高調波を検出するこ
とにより、組織からの造影剤の識別は著しく改善される
であろう。
【０００５】上述のような超音波の適用には、極めて広
帯域であるか、又は送信モードと受信モードで異なる周
波数を管理できるかのいずれかである変換器技術が要求
される。
帯域であるか、又は送信モードと受信モードで異なる周
波数を管理できるかのいずれかである変換器技術が要求
される。
【０００６】現在のプローブ技術は約７０％から９０％
の範囲の帯域幅に制限されている。例えば、高調波撮影
の場合、送信パルスの中心周波数は変換器の通過帯域の
低周波数側に位置している。そこで、第２高調波はプロ
ーブ通過帯域の高周波数側に位置する。その結果、送信
パルスと受信高調波パルスが共に変換器でひずみを生じ
ることになる。このひずみはパルス持続時間の延長につ
ながり、それに伴って画像の距離分解能が低下する。更
に、ひずみは撮影感度を回復不可能なほど損なわせる。
プローブの中心周波数及び帯域幅の製造時のばらつきは
画質のばらつきをもたらすと共に、第２高調波検出の挿
入損失のばらつきをもたらす。今日、第３高調波及び第
４高調波を検出する技術を有する市販のプローブは存在
していない。
の範囲の帯域幅に制限されている。例えば、高調波撮影
の場合、送信パルスの中心周波数は変換器の通過帯域の
低周波数側に位置している。そこで、第２高調波はプロ
ーブ通過帯域の高周波数側に位置する。その結果、送信
パルスと受信高調波パルスが共に変換器でひずみを生じ
ることになる。このひずみはパルス持続時間の延長につ
ながり、それに伴って画像の距離分解能が低下する。更
に、ひずみは撮影感度を回復不可能なほど損なわせる。
プローブの中心周波数及び帯域幅の製造時のばらつきは
画質のばらつきをもたらすと共に、第２高調波検出の挿
入損失のばらつきをもたらす。今日、第３高調波及び第
４高調波を検出する技術を有する市販のプローブは存在
していない。
【０００７】高調波による画質向上におけるもう１つの
重要な問題点は、送信信号で高調波周波数を抑制しなけ
ればならないことである。画質の利点はほぼ組織内で発
生される高調波からのみ得られる。送信される高調波信
号は基本周波数とほぼ同じサイドローブを有し、狭いビ
ームの画質の優越は失われる。従って、共に高調波撮影
に最適である送信パルスを得られるように設計されてい
る変換器及び送信器が必要である。
重要な問題点は、送信信号で高調波周波数を抑制しなけ
ればならないことである。画質の利点はほぼ組織内で発
生される高調波からのみ得られる。送信される高調波信
号は基本周波数とほぼ同じサイドローブを有し、狭いビ
ームの画質の優越は失われる。従って、共に高調波撮影
に最適である送信パルスを得られるように設計されてい
る変換器及び送信器が必要である。
【０００８】組織からの反射信号は基本波からの周波数
と、高調波からの周波数とを含む。プローブの付近で
は、高調波は展開することができなかったため、エネル
ギーの大半は基本周波数にある。身体に深く入るにつれ
て（通常は１ｃｍを越える程度）、高調波信号は展開し
て、受信器で基本波から取り出すことができ、画質向上
をもたらすような強力なエコーを発生する。更に深くな
ると、第２高調波は基本波より更に大きく減衰され、反
射エネルギーの大半は基本周波数にある。高調波パワー
と基本波パワーとの比は出力送信パワーに伴って増加す
るため、高調波が撮影に有効である距離も出力送信パワ
ーに伴って増加する。従って、異なる周波数帯域におけ
るエネルギーの混合は基本周波数、送信パルスパワー、
組織内の減衰及び撮影深さ距離に伴って変化する。その
ため、戻って受信される信号は非常に大きく変化される
ので、単純な素子設計では、通常、あらゆる深さにおけ
る送信にも受信にも共に最適ではない。
と、高調波からの周波数とを含む。プローブの付近で
は、高調波は展開することができなかったため、エネル
ギーの大半は基本周波数にある。身体に深く入るにつれ
て（通常は１ｃｍを越える程度）、高調波信号は展開し
て、受信器で基本波から取り出すことができ、画質向上
をもたらすような強力なエコーを発生する。更に深くな
ると、第２高調波は基本波より更に大きく減衰され、反
射エネルギーの大半は基本周波数にある。高調波パワー
と基本波パワーとの比は出力送信パワーに伴って増加す
るため、高調波が撮影に有効である距離も出力送信パワ
ーに伴って増加する。従って、異なる周波数帯域におけ
るエネルギーの混合は基本周波数、送信パルスパワー、
組織内の減衰及び撮影深さ距離に伴って変化する。その
ため、戻って受信される信号は非常に大きく変化される
ので、単純な素子設計では、通常、あらゆる深さにおけ
る送信にも受信にも共に最適ではない。
【０００９】高調波撮影の１つの方法はDe Jong他（２
０００ＩＥＥＥUltrasonics Symposium１８６９〜１８
７６）により説明されている。De Jong他は２重周波数
アレイ変換器を作製した。変換器は２種類の変換器素子
から構成されており、２種類の素子は異なる中心周波数
を有する。変換器はそれぞれの種類の素子を４８個有
し、素子は交互に重ね合わされ、隣接して並んだ素子は
異なる中心周波数を有する。De Jong他の構成は大きな
変換器フットプリントをもたらしたが、それは多くの用
途で欠点となった。
０００ＩＥＥＥUltrasonics Symposium１８６９〜１８
７６）により説明されている。De Jong他は２重周波数
アレイ変換器を作製した。変換器は２種類の変換器素子
から構成されており、２種類の素子は異なる中心周波数
を有する。変換器はそれぞれの種類の素子を４８個有
し、素子は交互に重ね合わされ、隣接して並んだ素子は
異なる中心周波数を有する。De Jong他の構成は大きな
変換器フットプリントをもたらしたが、それは多くの用
途で欠点となった。
【００１０】もう１つの従来の装置は互いに上下に重ね
合わされた２つの変換器のスタックから構成される。変
換器はサンドイッチ構造として積層されているため、音
響的に密接に結合される。各変換器は計器用送信器又は
受信器のいずれか一方に接続されるが、送信器と受信器
の双方には接続されない。
合わされた２つの変換器のスタックから構成される。変
換器はサンドイッチ構造として積層されているため、音
響的に密接に結合される。各変換器は計器用送信器又は
受信器のいずれか一方に接続されるが、送信器と受信器
の双方には接続されない。
【００１１】
【発明の概要】本発明の一実施例は、超音波の送信及び
受信のための変換器素子を具備する。第１の活性変換器
層は第１の受信器及び第１の送信器に接続されている。
第２の活性変換器層は第１の活性変換器層に積層され且
つ第２の受信器及び第２の送信器に接続されている。変
換器素子は受動回路を具備していても良く、第１のパル
ス及び第２のパルスは、１つの超音波パルスとして組み
合わされる前に、受動回路により異なる振幅、異なる時
間遅延及び異なる形状のうちの１つ以上の特性を有する
ように処理される。変換器素子が送信モードにあると
き、各々の活性変換器層は別個の電圧源に接続されても
良い。変換器素子は、変換器素子を送信モードから受信
モードに切り替えるスイッチを具備していても良い。送
信時に変換器層に適用される同調回路は動作モードに従
属し、例えば、撮影、ドップラー及びカラーフローに対
して異なっていても良い。同様に、受信中に変換器層に
適用される同調回路は送信時に適用される同調回路とは
異なっていても良く、また、同調回路は異なる動作モー
ドで異なっていても良い。適切な同調回路への接続を容
易にするためにスイッチを使用しても良い。
受信のための変換器素子を具備する。第１の活性変換器
層は第１の受信器及び第１の送信器に接続されている。
第２の活性変換器層は第１の活性変換器層に積層され且
つ第２の受信器及び第２の送信器に接続されている。変
換器素子は受動回路を具備していても良く、第１のパル
ス及び第２のパルスは、１つの超音波パルスとして組み
合わされる前に、受動回路により異なる振幅、異なる時
間遅延及び異なる形状のうちの１つ以上の特性を有する
ように処理される。変換器素子が送信モードにあると
き、各々の活性変換器層は別個の電圧源に接続されても
良い。変換器素子は、変換器素子を送信モードから受信
モードに切り替えるスイッチを具備していても良い。送
信時に変換器層に適用される同調回路は動作モードに従
属し、例えば、撮影、ドップラー及びカラーフローに対
して異なっていても良い。同様に、受信中に変換器層に
適用される同調回路は送信時に適用される同調回路とは
異なっていても良く、また、同調回路は異なる動作モー
ドで異なっていても良い。適切な同調回路への接続を容
易にするためにスイッチを使用しても良い。
【００１２】本発明の別の実施例は、電子ビームのステ
アリング及び集束を実行するために１つのアレイとして
構成された複数の変換器素子を具備する。様々な素子を
互いに関して任意に配置することができる。しかし、最
も一般的な構造では、１つの平面で扇形の中で任意の方
向にビームステアリング及び集束を容易に実行するため
に変換器素子は一列に編成されるか、又はビームステア
リング及び１つのボリュームへの集束を容易にするため
に行列として編成されても良い。様々な素子は異なる表
面積及び／又は異なる第１及び第２の活性積層変換器層
材料及び／又は異なる厚さを有していても良い。各素子
の第１及び第２の活性積層変換器層は、別個の切り替え
可能同調回路を伴う互いに独立してプログラム可能な送
信器及び受信器に接続しても良い。完璧な撮影シナリオ
に沿った撮影のためにより良く最適化される１つの音響
送信信号として組み合わされるのに先立って、異なる振
幅、異なる時間遅延及び異なるエンベロープを有する信
号を供給するために、様々な送信器をプログラムするこ
とができる。変換器アレイは、第１及び第２の送信器か
らの信号を組み合わせることにより発生される超音波パ
ルスの非基本周波数を減少させるために受動回路を具備
していても良い。変換器アレイは、異なる受信ビーム整
形及びフィルタリングによって１つの領域の同時表示を
実行するために、各活性変換器層からの信号を別個に処
理しても良い。変換器アレイは、画質を向上させるため
に、各活性変換器層からのフィルタリング及び増幅済み
受信信号を表示前に組み合わせても良い。変換器アレイ
は、特定の信号特徴を表示するために、各活性変換器層
からのフィルタリング及び増幅済み受信信号を表示前に
組み合わせても良い。変換器アレイは、組織中の造影剤
の高調波周波数発生及び撮影を表示するために、各活性
変換器層からのフィルタリング及び増幅済み受信信号を
表示前に組み合わせても良い。
アリング及び集束を実行するために１つのアレイとして
構成された複数の変換器素子を具備する。様々な素子を
互いに関して任意に配置することができる。しかし、最
も一般的な構造では、１つの平面で扇形の中で任意の方
向にビームステアリング及び集束を容易に実行するため
に変換器素子は一列に編成されるか、又はビームステア
リング及び１つのボリュームへの集束を容易にするため
に行列として編成されても良い。様々な素子は異なる表
面積及び／又は異なる第１及び第２の活性積層変換器層
材料及び／又は異なる厚さを有していても良い。各素子
の第１及び第２の活性積層変換器層は、別個の切り替え
可能同調回路を伴う互いに独立してプログラム可能な送
信器及び受信器に接続しても良い。完璧な撮影シナリオ
に沿った撮影のためにより良く最適化される１つの音響
送信信号として組み合わされるのに先立って、異なる振
幅、異なる時間遅延及び異なるエンベロープを有する信
号を供給するために、様々な送信器をプログラムするこ
とができる。変換器アレイは、第１及び第２の送信器か
らの信号を組み合わせることにより発生される超音波パ
ルスの非基本周波数を減少させるために受動回路を具備
していても良い。変換器アレイは、異なる受信ビーム整
形及びフィルタリングによって１つの領域の同時表示を
実行するために、各活性変換器層からの信号を別個に処
理しても良い。変換器アレイは、画質を向上させるため
に、各活性変換器層からのフィルタリング及び増幅済み
受信信号を表示前に組み合わせても良い。変換器アレイ
は、特定の信号特徴を表示するために、各活性変換器層
からのフィルタリング及び増幅済み受信信号を表示前に
組み合わせても良い。変換器アレイは、組織中の造影剤
の高調波周波数発生及び撮影を表示するために、各活性
変換器層からのフィルタリング及び増幅済み受信信号を
表示前に組み合わせても良い。
【００１３】本発明の更に別の面は、超音波パルスを送
信する方法であって、第１の送信器に接続された第１の
活性変換器層と、第１の活性変換器層に積層され且つ第
２の送信器に接続された第２の活性変換器層とを有する
変換器素子を設ける過程から成る方法を含む。その他の
過程は、第１の活性変換器層へ第１の信号を送信するこ
とと、第２の活性変換器層へ第２の信号を送信すること
とを含む。
信する方法であって、第１の送信器に接続された第１の
活性変換器層と、第１の活性変換器層に積層され且つ第
２の送信器に接続された第２の活性変換器層とを有する
変換器素子を設ける過程から成る方法を含む。その他の
過程は、第１の活性変換器層へ第１の信号を送信するこ
とと、第２の活性変換器層へ第２の信号を送信すること
とを含む。
【００１４】本発明の別の面は、超音波パルスを送信し
且つ受信する方法である。方法は複数の変換器素子を具
備する変換器アレイを設ける過程を含み、少なくとも２
つの変換器素子は、第１の受信器に接続された第１の活
性変換器層と、第１の活性変換器層に積層され且つ第２
の受信器に接続された第２の活性変換器層とを具備す
る。その他の過程は、少なくとも２つの変換器素子の第
１の活性変換器層へ第１の信号を送信することと、少な
くとも２つの変換器素子の第２の活性変換器層へ第２の
信号を送信することと、変換器素子の第１及び第２の活
性変換器層は超音波パルスを送信することと、少なくと
も２つの変換器素子の第１の受信器で第１の信号をフィ
ルタリングし且つ増幅することと、信号をフィルタリン
グし且つ組み合わせて第１の集束信号を形成すること
と、少なくとも２つの変換器素子の第２の受信器で第２
の信号をフィルタリングし且つ増幅することと、信号を
フィルタリングし且つ組み合わせて第２の集束信号を形
成することと、次に、信号を最終集束信号として組み合
わせる前に２つの集束信号を任意に追加フィルタリング
することとを含む。
且つ受信する方法である。方法は複数の変換器素子を具
備する変換器アレイを設ける過程を含み、少なくとも２
つの変換器素子は、第１の受信器に接続された第１の活
性変換器層と、第１の活性変換器層に積層され且つ第２
の受信器に接続された第２の活性変換器層とを具備す
る。その他の過程は、少なくとも２つの変換器素子の第
１の活性変換器層へ第１の信号を送信することと、少な
くとも２つの変換器素子の第２の活性変換器層へ第２の
信号を送信することと、変換器素子の第１及び第２の活
性変換器層は超音波パルスを送信することと、少なくと
も２つの変換器素子の第１の受信器で第１の信号をフィ
ルタリングし且つ増幅することと、信号をフィルタリン
グし且つ組み合わせて第１の集束信号を形成すること
と、少なくとも２つの変換器素子の第２の受信器で第２
の信号をフィルタリングし且つ増幅することと、信号を
フィルタリングし且つ組み合わせて第２の集束信号を形
成することと、次に、信号を最終集束信号として組み合
わせる前に２つの集束信号を任意に追加フィルタリング
することとを含む。
【００１５】以上の概要、並びに以下の本発明の好まし
い実施例の詳細な説明は、添付の図面と関連させて読む
と更に良く理解されるであろう。本発明の好ましい実施
例を例示する目的で、図面には現時点で好ましい実施例
が示されている。しかし、本発明が添付の図面に示され
る配列及び手段に限定されないことを理解すべきであ
る。
い実施例の詳細な説明は、添付の図面と関連させて読む
と更に良く理解されるであろう。本発明の好ましい実施
例を例示する目的で、図面には現時点で好ましい実施例
が示されている。しかし、本発明が添付の図面に示され
る配列及び手段に限定されないことを理解すべきであ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１に示す。
この実施例は第２高調波撮影又は「オクターブ」撮影、
あるいはその他の用途に使用できるであろう。
この実施例は第２高調波撮影又は「オクターブ」撮影、
あるいはその他の用途に使用できるであろう。
【００１７】図１は、本発明の実施例の１つによる素子
２０の縦断面を概略的に示す。図１の素子２０は第１及
び第２の変換器層２３、２５を含む。あるいは、素子２
０においては１つの変換器層が使用されても良い。変換
器層２３、２５の後に第１の金属層２７、第１のＰＺＴ
−Ｂ複合層２９、第２の金属層３１及び第２のＰＺＴ−
Ｂ層３が続いている。第１及び第２のＰＺＴ−Ｂ複合層
２９、３３である活性層のポーリング方向は矢印により
示されており、図１に示す方向とは異なっていても良い
が、互いに逆でなければならない。第３の金属層３５は
第２のＰＺＴ−Ｂ層３３と第１のＰＺＴ−Ａ層３７との
間に配置されている。第４の金属層３９は第１のＰＺＴ
−Ａ層３７と第２のＰＺＴ−Ａ層４１との間に配置され
ている。第１及び第２のＰＺＴ−Ａ層である活性層３
７、４１のポーリング方向は矢印により示されており、
図１に示す方向とは異なっていても良いが、互いに逆で
なければならない。ＰＺＴ層のＡ層及びＢ層としての指
定は互いに異なる２対の活性層を表すためであるが、特
定の相違を意味してはいない。第５の金属層４３は第２
のＰＺＴ−Ａ層４１とバッキング層４５との間に配置さ
れている。バッキング層４５はそれに対して放出される
全てのエネルギーを吸収すると想定される。
２０の縦断面を概略的に示す。図１の素子２０は第１及
び第２の変換器層２３、２５を含む。あるいは、素子２
０においては１つの変換器層が使用されても良い。変換
器層２３、２５の後に第１の金属層２７、第１のＰＺＴ
−Ｂ複合層２９、第２の金属層３１及び第２のＰＺＴ−
Ｂ層３が続いている。第１及び第２のＰＺＴ−Ｂ複合層
２９、３３である活性層のポーリング方向は矢印により
示されており、図１に示す方向とは異なっていても良い
が、互いに逆でなければならない。第３の金属層３５は
第２のＰＺＴ−Ｂ層３３と第１のＰＺＴ−Ａ層３７との
間に配置されている。第４の金属層３９は第１のＰＺＴ
−Ａ層３７と第２のＰＺＴ−Ａ層４１との間に配置され
ている。第１及び第２のＰＺＴ−Ａ層である活性層３
７、４１のポーリング方向は矢印により示されており、
図１に示す方向とは異なっていても良いが、互いに逆で
なければならない。ＰＺＴ層のＡ層及びＢ層としての指
定は互いに異なる２対の活性層を表すためであるが、特
定の相違を意味してはいない。第５の金属層４３は第２
のＰＺＴ−Ａ層４１とバッキング層４５との間に配置さ
れている。バッキング層４５はそれに対して放出される
全てのエネルギーを吸収すると想定される。
【００１８】同調回路４７及び変換器素子２０に対する
電気的接続４９の構造も図１に示されている。この構造
における様々な層の適切な音響電気特性を図２の表に示
す。抵抗Ｒｌｓａ５１及びＲｌｓｂ５３は（ａ）変換器
素子２０が受信モードにある時の増幅器の入力インピー
ダンス又は（ｂ）変換器素子２０が送信モードにある時
の出力インピーダンスである。Ｌｓａ５５及びＬｓｂ５
７はプローブ中のインダクタを表す。Ｃｃｂ５９及びＣ
ｃａ６１はプローブに接続されるケーブルのキャパシタ
ンスを表す。図１の構成に類似する構成を有する他の変
換器素子における音響電気特性は、特性の単なる一例で
ある図２に示す特性とは著しく異なる場合がある。
電気的接続４９の構造も図１に示されている。この構造
における様々な層の適切な音響電気特性を図２の表に示
す。抵抗Ｒｌｓａ５１及びＲｌｓｂ５３は（ａ）変換器
素子２０が受信モードにある時の増幅器の入力インピー
ダンス又は（ｂ）変換器素子２０が送信モードにある時
の出力インピーダンスである。Ｌｓａ５５及びＬｓｂ５
７はプローブ中のインダクタを表す。Ｃｃｂ５９及びＣ
ｃａ６１はプローブに接続されるケーブルのキャパシタ
ンスを表す。図１の構成に類似する構成を有する他の変
換器素子における音響電気特性は、特性の単なる一例で
ある図２に示す特性とは著しく異なる場合がある。
【００１９】受信モードでは、図１の各Ａ層３７、４１
及び各Ｂ層２９、３３からの信号は、フィルタリングさ
れて組み合わされる前に個別の集束電子回路で集束され
るのが好ましい。Ａ、Ｂにそれぞれ１つの層を含むので
はなく、Ａには２つの層（３７、４１）、Ｂにも２つの
層（２９、３３）がそれぞれあり、２つのＡ層３７、４
１は平行であり且つ２つのＢ層２９、３３は平行である
ので、各活性変換器層の電気的インピーダンスは低下す
る。２つのＡ層と２つのＢ層を含むこの構成は用途によ
っては整合回路の実現を簡単にできるであろう。
及び各Ｂ層２９、３３からの信号は、フィルタリングさ
れて組み合わされる前に個別の集束電子回路で集束され
るのが好ましい。Ａ、Ｂにそれぞれ１つの層を含むので
はなく、Ａには２つの層（３７、４１）、Ｂにも２つの
層（２９、３３）がそれぞれあり、２つのＡ層３７、４
１は平行であり且つ２つのＢ層２９、３３は平行である
ので、各活性変換器層の電気的インピーダンスは低下す
る。２つのＡ層と２つのＢ層を含むこの構成は用途によ
っては整合回路の実現を簡単にできるであろう。
【００２０】信号が組み合わされる前に信号を集束する
ことにより、集束された信号は加算される前に重み付
け、遅延、移相及びフィルタリングのうちの１つ以上の
処理を受けることになる。信号を組み合わせるのに先立
って少なくともいくつかの処理が実行されるように処理
を構成することは、組み合わせ信号の最適の振幅応答及
び雑音応答を実現するのに有用である。所望の特性に合
わせて出力信号を整形することに加えて、オプションで
あるフィルタリングも、有効信号への寄与が小さい１つ
の層からの信号の周波数領域から雑音寄与を除去するの
に役立つであろう。
ことにより、集束された信号は加算される前に重み付
け、遅延、移相及びフィルタリングのうちの１つ以上の
処理を受けることになる。信号を組み合わせるのに先立
って少なくともいくつかの処理が実行されるように処理
を構成することは、組み合わせ信号の最適の振幅応答及
び雑音応答を実現するのに有用である。所望の特性に合
わせて出力信号を整形することに加えて、オプションで
あるフィルタリングも、有効信号への寄与が小さい１つ
の層からの信号の周波数領域から雑音寄与を除去するの
に役立つであろう。
【００２１】送信周波数の第３高調波における受信など
の他の目的のために、あるいは１．５Ｄ撮影システム及
び２Ｄ撮影システムで頻繁に見られる高い素子インピー
ダンスと大きなケーブルキャパシタンスとの不整合に対
処するために、図１の実施例に類似する構造を最適化し
ても良い。
の他の目的のために、あるいは１．５Ｄ撮影システム及
び２Ｄ撮影システムで頻繁に見られる高い素子インピー
ダンスと大きなケーブルキャパシタンスとの不整合に対
処するために、図１の実施例に類似する構造を最適化し
ても良い。
【００２２】図１の実施例の周波数応答及びその他の性
能特徴を図３から図８に示す。図３は、図１の変換器素
子２０の励起パルスの形状のグラフである。図４は、変
換器素子２０の周波数応答とフィルタ応答のグラフであ
る。Ａ１１及びＢ１１は、公称１００Ω負荷を有する二
重素子Ａ３７、４１及びＢ２９、３３の応答である。
０.２５*Ａ１１＋Ｂ１１と表示された曲線は以下の等式
（１）に示すような応答νtr（ω）の形状を示す。「フ
ィルタ応答」と表示された曲線は第２高調波応答の受信
のシミュレーションにおいて使用される線形位相フィル
タの振幅応答を示す（図８を参照）。
能特徴を図３から図８に示す。図３は、図１の変換器素
子２０の励起パルスの形状のグラフである。図４は、変
換器素子２０の周波数応答とフィルタ応答のグラフであ
る。Ａ１１及びＢ１１は、公称１００Ω負荷を有する二
重素子Ａ３７、４１及びＢ２９、３３の応答である。
０.２５*Ａ１１＋Ｂ１１と表示された曲線は以下の等式
（１）に示すような応答νtr（ω）の形状を示す。「フ
ィルタ応答」と表示された曲線は第２高調波応答の受信
のシミュレーションにおいて使用される線形位相フィル
タの振幅応答を示す（図８を参照）。
【００２３】図５は、応答νtr（ω）及び図３に示すパ
ルス形状が送信時に使用される場合の水／組織における
音圧のグラフである。図６は、等式（２）により示され
る手続きを使用して図５に示す音圧形状から取り出され
る組織中の第２高調波信号の形状のグラフである。図７
は、受信時に応答Ｂ１１を使用する場合に図５の音圧か
ら取り出される受信第１高調波信号のグラフである。
ルス形状が送信時に使用される場合の水／組織における
音圧のグラフである。図６は、等式（２）により示され
る手続きを使用して図５に示す音圧形状から取り出され
る組織中の第２高調波信号の形状のグラフである。図７
は、受信時に応答Ｂ１１を使用する場合に図５の音圧か
ら取り出される受信第１高調波信号のグラフである。
【００２４】図８は、２つの場合に図６に示す信号から
取り出される受信第２高調波信号のグラフである。第１
の場合、受信時に応答Ａ１１を使用し、受信信号は「フ
ィルタリングなし」と表示されている。第２の場合に
は、受信時に図４に示され且つ「フィルタ応答」と表示
されているフィルタ応答と組み合わされた応答Ａ１１を
使用し、結果として得られる受信信号は「フィルタリン
グ済み」と表示されている。
取り出される受信第２高調波信号のグラフである。第１
の場合、受信時に応答Ａ１１を使用し、受信信号は「フ
ィルタリングなし」と表示されている。第２の場合に
は、受信時に図４に示され且つ「フィルタ応答」と表示
されているフィルタ応答と組み合わされた応答Ａ１１を
使用し、結果として得られる受信信号は「フィルタリン
グ済み」と表示されている。
【００２５】図３から図８は、送信パルス、システムの
周波数応答、及び図８に示すように組織内で発生される
第２高調波信号からのみ構成される出力信号と、図７の
第２高調波発生を全く伴わないエコーとを発生するよう
に使用されるシステム内の様々に異なるパルス形状とを
示す。第２高調波出力信号における第１高調波信号成分
を更に抑制するためにフィルタを追加すること（図４を
参照）が受信パルス形状に及ぼす効果も示されている
（図８）。この場合、送信パルスは双方の層に印加され
るが、その重みは異なり且つ時間遅延に相違はない。活
性層Ｂ２９、３３と比較した場合の活性層Ａ３７、４１
に与えられる相対重みはＡtr＝０．２５であり、これは
下記の等式により求められる送信時の周波数応答ν
tr（ω）を生じさせる。 νtr（ω）＝Ａtrνa（ω）＋νb（ω） （１） 式中、νa（ω）は活性層Ｂ２９、３３がＲｌｓｂに接
続されているときの活性層Ａ３７、４１の応答（Ａ１
１）であり、νb（ω）は活性層Ａ３７、４１がＲｌｓ
ａに接続されているときの活性層Ｂ２９、３３の応答
（Ｂ１１）である。尚、図４の曲線はこの応答の挿入損
失のレベルを示しているのではなく、その形状のみを示
す。
周波数応答、及び図８に示すように組織内で発生される
第２高調波信号からのみ構成される出力信号と、図７の
第２高調波発生を全く伴わないエコーとを発生するよう
に使用されるシステム内の様々に異なるパルス形状とを
示す。第２高調波出力信号における第１高調波信号成分
を更に抑制するためにフィルタを追加すること（図４を
参照）が受信パルス形状に及ぼす効果も示されている
（図８）。この場合、送信パルスは双方の層に印加され
るが、その重みは異なり且つ時間遅延に相違はない。活
性層Ｂ２９、３３と比較した場合の活性層Ａ３７、４１
に与えられる相対重みはＡtr＝０．２５であり、これは
下記の等式により求められる送信時の周波数応答ν
tr（ω）を生じさせる。 νtr（ω）＝Ａtrνa（ω）＋νb（ω） （１） 式中、νa（ω）は活性層Ｂ２９、３３がＲｌｓｂに接
続されているときの活性層Ａ３７、４１の応答（Ａ１
１）であり、νb（ω）は活性層Ａ３７、４１がＲｌｓ
ａに接続されているときの活性層Ｂ２９、３３の応答
（Ｂ１１）である。尚、図４の曲線はこの応答の挿入損
失のレベルを示しているのではなく、その形状のみを示
す。
【００２６】距離に応じて、最適の画質を与えるため
に、図７及び図８に示す受信パルスの様々に異なる組み
合わせを使用できるであろう。これには、２つの応答の
距離に応じた組み合わせが要求される。
に、図７及び図８に示す受信パルスの様々に異なる組み
合わせを使用できるであろう。これには、２つの応答の
距離に応じた組み合わせが要求される。
【００２７】計算時、第２高調波信号の発生は次のよう
に実行される。ｔ＜０のときに０である圧力ｐ（ｔ）を
想定し、スペクトルＰ（ω）を求めるためにフーリエ変
換を実行した。ωが正であるときのスペクトルのみの逆
フーリエ変換として信号のプレエンベロープＰpr（ｔ）
を計算した。次に、プレエンベロープの二乗の実数部と
して圧力信号の第２高調波ｐ2（ｔ）を求めた。（下記
の等式を参照）ここで挙げるように手続きは第２高調波
信号の正確な大きさを表してはいない。
に実行される。ｔ＜０のときに０である圧力ｐ（ｔ）を
想定し、スペクトルＰ（ω）を求めるためにフーリエ変
換を実行した。ωが正であるときのスペクトルのみの逆
フーリエ変換として信号のプレエンベロープＰpr（ｔ）
を計算した。次に、プレエンベロープの二乗の実数部と
して圧力信号の第２高調波ｐ2（ｔ）を求めた。（下記
の等式を参照）ここで挙げるように手続きは第２高調波
信号の正確な大きさを表してはいない。
【数１】
【００２８】本発明の実施例においては、活性変換器層
はそれぞれ異なる特性を有していても良い。例えば、活
性Ａ層３７は活性Ａ層４１とは異なる特性を有していて
も良い。活性Ｂ層２９は活性Ｂ層３３とは異なる特性を
有していても良い。活性Ａ層３７、４１の一方又は双方
は活性Ｂ層２９、３３の一方又は双方とは異なる特性を
有していて良い。異なる特性は音響特性、厚さ、ＰＺＴ
材料のうちの１つ以上を含むが、それらには限定されな
い。あるいは、Ａ活性層及びＢ活性層２９、３３、３
７、４１は全く同じ特性を有していても良い。Ｂ活性層
２９、３３は送信器及び受信器に接続され、Ａ活性層３
７、４１は送信器及び受信器に接続される。活性Ａ層３
７、４１の送信器及び受信器のフィルタは活性Ｂ層２
９、３３の送信器及び受信器のフィルタとは異なってい
ても良い。変換器スタックの様々な活性層に異なる送信
信号を印加することにより、多くの用途に対してより最
適である組み合わせ出力超音波信号を合成できるであろ
う。
はそれぞれ異なる特性を有していても良い。例えば、活
性Ａ層３７は活性Ａ層４１とは異なる特性を有していて
も良い。活性Ｂ層２９は活性Ｂ層３３とは異なる特性を
有していても良い。活性Ａ層３７、４１の一方又は双方
は活性Ｂ層２９、３３の一方又は双方とは異なる特性を
有していて良い。異なる特性は音響特性、厚さ、ＰＺＴ
材料のうちの１つ以上を含むが、それらには限定されな
い。あるいは、Ａ活性層及びＢ活性層２９、３３、３
７、４１は全く同じ特性を有していても良い。Ｂ活性層
２９、３３は送信器及び受信器に接続され、Ａ活性層３
７、４１は送信器及び受信器に接続される。活性Ａ層３
７、４１の送信器及び受信器のフィルタは活性Ｂ層２
９、３３の送信器及び受信器のフィルタとは異なってい
ても良い。変換器スタックの様々な活性層に異なる送信
信号を印加することにより、多くの用途に対してより最
適である組み合わせ出力超音波信号を合成できるであろ
う。
【００２９】本発明のいくつかの実施例は、高調波撮影
では希望されるような大きな帯域幅を実現する。本発明
のいくつかの実施例は、別個の同調回路を有する別個の
送信器又は別個の同調回路を有する受信器に接続される
いくつかの層に分割される変換器素子を具備する。２つ
の例を有する例を以下に挙げる。これは、約１.６７Ｍ
Ｈｚの第１高調波で送信し且つ第２高調波で受信して、
高調波撮影を指向している。
では希望されるような大きな帯域幅を実現する。本発明
のいくつかの実施例は、別個の同調回路を有する別個の
送信器又は別個の同調回路を有する受信器に接続される
いくつかの層に分割される変換器素子を具備する。２つ
の例を有する例を以下に挙げる。これは、約１.６７Ｍ
Ｈｚの第１高調波で送信し且つ第２高調波で受信して、
高調波撮影を指向している。
【００３０】電気同調回路Ｄi（ｆ）を介して変換器層
「ｉ」に印加される電気信号Ｅi（ｆ）からの音響出力
Ｏi（ｆ）は、 Ｏi（ｆ）＝Ｄi（ｆ）×Ｔi（ｆ）×Ｅi（ｆ） （３） 式中、Ｔi（ｆ）は変換器送信伝達関数であり、総合応
答は次のようになる。 Ｏ（ｆ）＝｛Ｄi（ｆ）×Ｔi（ｆ）×Ｅi（ｆ）｝の全てのｉについて の和 （４）
「ｉ」に印加される電気信号Ｅi（ｆ）からの音響出力
Ｏi（ｆ）は、 Ｏi（ｆ）＝Ｄi（ｆ）×Ｔi（ｆ）×Ｅi（ｆ） （３） 式中、Ｔi（ｆ）は変換器送信伝達関数であり、総合応
答は次のようになる。 Ｏ（ｆ）＝｛Ｄi（ｆ）×Ｔi（ｆ）×Ｅi（ｆ）｝の全てのｉについて の和 （４）
【００３１】実施例によっては、送信時に異なる特性を
有する出力信号を得るために異なる同調回路の間で切り
替えることが可能である。同様に、所望の出力信号を得
るために受信器出力がコヒーレントに組み合わされる前
に、スタック中の様々な層が異なるフィルタ関数及び利
得を有する別個の受信器に接続されても良い。受信変換
器に対する入力音響信号をＵ（ｆ）とすると、変換器層
「ｉ」の伝達関数はＲ i（ｆ）であり、層信号に適用さ
れるフィルタ及び利得関数はＧi（ｆ）であり、組み合
わせ受信器出力Ｍ（ｆ）は次のようになる。 Ｍ（ｆ）＝｛Ｇi（ｆ）×Ｒi（ｆ）×Ｕ（ｆ）｝の全てのｉについて の和 （５）
有する出力信号を得るために異なる同調回路の間で切り
替えることが可能である。同様に、所望の出力信号を得
るために受信器出力がコヒーレントに組み合わされる前
に、スタック中の様々な層が異なるフィルタ関数及び利
得を有する別個の受信器に接続されても良い。受信変換
器に対する入力音響信号をＵ（ｆ）とすると、変換器層
「ｉ」の伝達関数はＲ i（ｆ）であり、層信号に適用さ
れるフィルタ及び利得関数はＧi（ｆ）であり、組み合
わせ受信器出力Ｍ（ｆ）は次のようになる。 Ｍ（ｆ）＝｛Ｇi（ｆ）×Ｒi（ｆ）×Ｕ（ｆ）｝の全てのｉについて の和 （５）
【００３２】実施例によっては、異なる特性を有する出
力信号を得るために異なるＧiを有する並列出力チャネ
ルを使用しても良い。
力信号を得るために異なるＧiを有する並列出力チャネ
ルを使用しても良い。
【００３３】本発明のいくつかの実施例においては、２
つの変換器層が別個の送信器及び受信器に接続される。
２つの送信器と２つの受信器は、結果としてあらゆる組
み合わせ超音波送信パルス及び組み合わせ電気受信パル
スが高調波周波数撮影のために最適化されるように同期
されても良い。
つの変換器層が別個の送信器及び受信器に接続される。
２つの送信器と２つの受信器は、結果としてあらゆる組
み合わせ超音波送信パルス及び組み合わせ電気受信パル
スが高調波周波数撮影のために最適化されるように同期
されても良い。
【００３４】２つの変換器層の各々がＴ1（ｆ）及びＴ2
（ｆ）の送信インパルス応答を有し、同様に受信インパ
ルス応答Ｒ1（ｆ）及びＲ2（ｆ）を有すると仮定する。
総合性能を最適化するためには、出力超音波パルスは次
のようになるであろう。 Ｏ（ｆ）＝Ｔ1（ｆ）×Ｄ1（ｆ）×Ｅ1（ｆ） ＋Ｔ2（ｆ）×Ｄ2（ｆ）×Ｅ2（ｆ） （６） 式中、Ｄ1（ｆ）及びＤ2（ｆ）は電気同調応答であり、
Ｅ1（ｆ）及びＥ2（ｆ）はＯ（ｆ）を最適化するために
選択されたそれぞれ別個の送信器からの入力信号であ
る。一般に、Ｅ1（ｆ）及びＥ2（ｆ）は、異なる振幅及
び位相を有する複素信号である。
（ｆ）の送信インパルス応答を有し、同様に受信インパ
ルス応答Ｒ1（ｆ）及びＲ2（ｆ）を有すると仮定する。
総合性能を最適化するためには、出力超音波パルスは次
のようになるであろう。 Ｏ（ｆ）＝Ｔ1（ｆ）×Ｄ1（ｆ）×Ｅ1（ｆ） ＋Ｔ2（ｆ）×Ｄ2（ｆ）×Ｅ2（ｆ） （６） 式中、Ｄ1（ｆ）及びＤ2（ｆ）は電気同調応答であり、
Ｅ1（ｆ）及びＥ2（ｆ）はＯ（ｆ）を最適化するために
選択されたそれぞれ別個の送信器からの入力信号であ
る。一般に、Ｅ1（ｆ）及びＥ2（ｆ）は、異なる振幅及
び位相を有する複素信号である。
【００３５】２つの送信器からの受信信号の複素和であ
る受信信号Ｍ（ｆ）は次のように形成されるであろう。 Ｍ（ｆ）＝［Ｇ1（ｆ）×Ｒ1（ｆ）＋Ｇ2（ｆ）×Ｒ2（ｆ）］×Ｕ（ｆ） （７） 式中、Ｇ1（ｆ）及びＧ2（ｆ）は信号が加算される前に
各変換器層からの信号に与えられる複素重み付け関数で
ある。
る受信信号Ｍ（ｆ）は次のように形成されるであろう。 Ｍ（ｆ）＝［Ｇ1（ｆ）×Ｒ1（ｆ）＋Ｇ2（ｆ）×Ｒ2（ｆ）］×Ｕ（ｆ） （７） 式中、Ｇ1（ｆ）及びＧ2（ｆ）は信号が加算される前に
各変換器層からの信号に与えられる複素重み付け関数で
ある。
【００３６】現実の撮影状況においては、高調波周波数
成分を含まない優れた距離分解能を得るための短い超音
波パルスであるＯ（ｆ）を発生するようにＥ1（ｆ）及
びＥ2（ｆ）を選択しても良い。Ｇ1（ｆ）及びＧ
2（ｆ）は高調波信号を最適化するように選択される。
しかし、近接音場又は遠距離音場におけるようないくつ
かの状況の下では、基本周波数の反射信号の成分を含め
ることが望ましいであろう。その場合、最終画像を得る
ためにその後に組み合わされる基本波成分と第２高調波
成分をそれぞれ表す２つの別個の受信関数Ｍ1及びＭ2が
形成される。
成分を含まない優れた距離分解能を得るための短い超音
波パルスであるＯ（ｆ）を発生するようにＥ1（ｆ）及
びＥ2（ｆ）を選択しても良い。Ｇ1（ｆ）及びＧ
2（ｆ）は高調波信号を最適化するように選択される。
しかし、近接音場又は遠距離音場におけるようないくつ
かの状況の下では、基本周波数の反射信号の成分を含め
ることが望ましいであろう。その場合、最終画像を得る
ためにその後に組み合わされる基本波成分と第２高調波
成分をそれぞれ表す２つの別個の受信関数Ｍ1及びＭ2が
形成される。
【００３７】この原理を３つ以上の変換器層に拡張して
も良い。Ｎ個の層がある場合、その合計は次のようにな
るであろう。 Ｏ（ｆ）＝ｎ個の［Ｔn（ｆ）×Ｄn（ｆ）×Ｅn（ｆ）］の和 （８ ） 及び Ｍ（ｆ）＝ｎ個の｛Ｇn（ｆ）×Ｒn（ｆ）｝の和×Ｕ（ｆ） （９）
も良い。Ｎ個の層がある場合、その合計は次のようにな
るであろう。 Ｏ（ｆ）＝ｎ個の［Ｔn（ｆ）×Ｄn（ｆ）×Ｅn（ｆ）］の和 （８ ） 及び Ｍ（ｆ）＝ｎ個の｛Ｇn（ｆ）×Ｒn（ｆ）｝の和×Ｕ（ｆ） （９）
【００３８】図９は、本発明の別の実施例を示す。図９
の変換器素子６５は第１のλ／４変換器層６７と、第２
のλ／４変換器層６９と、第１の金属層７１と、ＰＺＴ
−Ｂ層７３と、第２の金属層７５と、ＰＺＴ−Ａ層７７
と、第３の金属層７９と、バッキング８１とを含む。第
１及び第２の変換器層６７、６９の代わりに１つの変換
器層を使用しても良い。活性層である２つのＰＺＴ層７
３、７７のポーリング方向はいずれか一方の方向であれ
ば良い。第１の金属層７１はインダクタ、コンデンサ及
び／又は抵抗器などの受動回路γ2８３に接続されてい
る。γ2８３は整合回路を具備する。第３の金属層７９
は、γ2８３とは異なっていても良く、あるいは同じで
あっても良い受動回路γ1８５に接続されている。送信
モードでは、図９に示すようにγ1８５及びγ2８３はそ
れぞれ対応する整合回路Ｍ1８７及びＭ2８９に接続され
ている。電源Ｅ1９１及び、Ｅ2９３はそれぞれ対応する
整合回路（Ｍ1８７及びγ1８５）又は（Ｍ2８９及びγ2
８３）に交番信号複素パルス形態を供給し、その結果、
Ｏ（ｆ）上向き矢印により指示するように、変換器素子
６５を介して超音波パルスが送信される。
の変換器素子６５は第１のλ／４変換器層６７と、第２
のλ／４変換器層６９と、第１の金属層７１と、ＰＺＴ
−Ｂ層７３と、第２の金属層７５と、ＰＺＴ−Ａ層７７
と、第３の金属層７９と、バッキング８１とを含む。第
１及び第２の変換器層６７、６９の代わりに１つの変換
器層を使用しても良い。活性層である２つのＰＺＴ層７
３、７７のポーリング方向はいずれか一方の方向であれ
ば良い。第１の金属層７１はインダクタ、コンデンサ及
び／又は抵抗器などの受動回路γ2８３に接続されてい
る。γ2８３は整合回路を具備する。第３の金属層７９
は、γ2８３とは異なっていても良く、あるいは同じで
あっても良い受動回路γ1８５に接続されている。送信
モードでは、図９に示すようにγ1８５及びγ2８３はそ
れぞれ対応する整合回路Ｍ1８７及びＭ2８９に接続され
ている。電源Ｅ1９１及び、Ｅ2９３はそれぞれ対応する
整合回路（Ｍ1８７及びγ1８５）又は（Ｍ2８９及びγ2
８３）に交番信号複素パルス形態を供給し、その結果、
Ｏ（ｆ）上向き矢印により指示するように、変換器素子
６５を介して超音波パルスが送信される。
【００３９】金属層７１、７５、７９は主に活性層７
３、７７と整合回路との間の電気接点である。また、金
属層７１、７５、７９は変換器素子６５の周波数応答に
対し何らかの効果を有していても良い。図１の実施例の
場合の図２の表に挙げた材料パラメータは概して図９の
実施例にも適切である。しかし、１つの相違点は活性層
７３、７７の厚さであろう。図１の実施例の場合、各々
の活性ＰＺＴ−Ａ層３７、４１は約１４０μｍの厚さ
（ｌ）を有していたが、図９の実施例における活性ＰＺ
Ｔ−Ａ層７７の厚さ（ｌ）は約２倍の厚さ、すなわち、
約２８０μｍになるであろう。図２の表に示すパラメー
タ以外のパラメータも図９の実施例には適切であろう。
３、７７と整合回路との間の電気接点である。また、金
属層７１、７５、７９は変換器素子６５の周波数応答に
対し何らかの効果を有していても良い。図１の実施例の
場合の図２の表に挙げた材料パラメータは概して図９の
実施例にも適切である。しかし、１つの相違点は活性層
７３、７７の厚さであろう。図１の実施例の場合、各々
の活性ＰＺＴ−Ａ層３７、４１は約１４０μｍの厚さ
（ｌ）を有していたが、図９の実施例における活性ＰＺ
Ｔ−Ａ層７７の厚さ（ｌ）は約２倍の厚さ、すなわち、
約２８０μｍになるであろう。図２の表に示すパラメー
タ以外のパラメータも図９の実施例には適切であろう。
【００４０】そこで、図９の実施例の場合の送信時の周
波数伝達関数は次のように書き表せるであろう。 Ｍ1γ1＝Ｄ1（ｆ）×Ｔ1（ｆ）及びＭ2γ2＝Ｄ2（ｆ）×Ｔ2（ｆ） （ １０） 式中、ｆは周波数であり、Ｄ1及びＤ2は電子同調回路応
答であり、Ｔ1及びＴ2は活性変換器層１及び２の送信伝
達関数である。
波数伝達関数は次のように書き表せるであろう。 Ｍ1γ1＝Ｄ1（ｆ）×Ｔ1（ｆ）及びＭ2γ2＝Ｄ2（ｆ）×Ｔ2（ｆ） （ １０） 式中、ｆは周波数であり、Ｄ1及びＤ2は電子同調回路応
答であり、Ｔ1及びＴ2は活性変換器層１及び２の送信伝
達関数である。
【００４１】整合回路素子Ｍ1８７、γ1８５、ｇ1９
５、Ｍ2８９、γ2８３及びｇ2９７は周波数に依存して
いる。第１の活性変換器層７３の整合回路は第２の活性
変換器層７７の整合回路とは別であるので、信号が加算
される前に、別個の集束、重み付け、遅延、移相及びフ
ィルタリングのうちの１つ以上が実行されても良い。
５、Ｍ2８９、γ2８３及びｇ2９７は周波数に依存して
いる。第１の活性変換器層７３の整合回路は第２の活性
変換器層７７の整合回路とは別であるので、信号が加算
される前に、別個の集束、重み付け、遅延、移相及びフ
ィルタリングのうちの１つ以上が実行されても良い。
【００４２】プローブ（図示せず）内又はケーブルの計
器側にスイッチ８２又は８４があっても良い。スイッチ
８２が計器側にある場合、γ2８３及びγ1８５はケーブ
ルを含み、プローブ内のケーブルの両側に電子回路を含
む。スイッチ８２又は８４がプローブの前にある場合に
は、ケーブルはｇ2９７及びＭ2８９の一部（並びにｇ 1
９５及びＭ1８７）にある。
器側にスイッチ８２又は８４があっても良い。スイッチ
８２が計器側にある場合、γ2８３及びγ1８５はケーブ
ルを含み、プローブ内のケーブルの両側に電子回路を含
む。スイッチ８２又は８４がプローブの前にある場合に
は、ケーブルはｇ2９７及びＭ2８９の一部（並びにｇ 1
９５及びＭ1８７）にある。
【００４３】図１１は、送信モードではなく受信モード
にある図９に示す変換器素子と同じ変換器素子６５を示
す。超音波パルスが送信された後、スイッチ８２及び８
４はエコーが受信されるように切り替えられる。理解を
容易にするため、図１１の整合回路は図９の整合回路と
同じ一般整合回路素子（すなわち、Ｍ1、Ｍ2、ｇ1、
ｇ2、γ1、γ2）を有するものとして示されている。し
かし、素子γ1及びγ2により表される応答は一般に送信
時（図９）と、受信時（図１１）では異なる。その相違
は１つには送信と受信の負荷インピーダンスＭ2対ｇ2の
変化に起因するが、送信／受信スイッチを切り替えると
きにγ2の構成要素を切り替えるために他の理由による
ことが望ましいであろう。受信モードでは、整合回路は
Ｇi＝γiｇi、ｇi又はγiはプローブケーブルを含む
（１１）により定義される。Ｇは総合受信伝達関数
である。
にある図９に示す変換器素子と同じ変換器素子６５を示
す。超音波パルスが送信された後、スイッチ８２及び８
４はエコーが受信されるように切り替えられる。理解を
容易にするため、図１１の整合回路は図９の整合回路と
同じ一般整合回路素子（すなわち、Ｍ1、Ｍ2、ｇ1、
ｇ2、γ1、γ2）を有するものとして示されている。し
かし、素子γ1及びγ2により表される応答は一般に送信
時（図９）と、受信時（図１１）では異なる。その相違
は１つには送信と受信の負荷インピーダンスＭ2対ｇ2の
変化に起因するが、送信／受信スイッチを切り替えると
きにγ2の構成要素を切り替えるために他の理由による
ことが望ましいであろう。受信モードでは、整合回路は
Ｇi＝γiｇi、ｇi又はγiはプローブケーブルを含む
（１１）により定義される。Ｇは総合受信伝達関数
である。
【００４４】受信モードでは、超音波エコーＵ（ｆ）は
変換器素子６５により受信される。変換器接点７９及び
７１で発生される電気信号Ｒ1１０８及びＲ2１１０は変
換器の伝達関数、並びに回路γ1８５、ｇ1１０４及びγ
2８３、ｇ2１０６によりそれぞれ表される電気的インピ
ーダンスによって決まる。ｇ1１０４及びｇ2１０６はフ
ィルタリング及び増幅を含んでいても良く、更にＡ／Ｄ
変換を含んでいても良いが、その場合、合計はデジタル
合計となり、出力Ｍ（ｆ）はデジタル信号である。
変換器素子６５により受信される。変換器接点７９及び
７１で発生される電気信号Ｒ1１０８及びＲ2１１０は変
換器の伝達関数、並びに回路γ1８５、ｇ1１０４及びγ
2８３、ｇ2１０６によりそれぞれ表される電気的インピ
ーダンスによって決まる。ｇ1１０４及びｇ2１０６はフ
ィルタリング及び増幅を含んでいても良く、更にＡ／Ｄ
変換を含んでいても良いが、その場合、合計はデジタル
合計となり、出力Ｍ（ｆ）はデジタル信号である。
【００４５】図１０は、変換器素子の別の構成を示す。
図１０の変換器素子１２０は送信モードにあり、第１の
λ／４変換器層１２３と、第２のλ／４変換器層１２５
と、第１の金属層１２７と、ＰＺＴ−Ｂ層１２９と、第
２の金属層１３１と、ＰＺＴ−Ａ層１３３と、第３の金
属層１３５と、バッキング層１３７とを具備する。２つ
の変換器層の代わりに１つの変換器層を使用しても良
い。活性層である２つのＰＺＴ層１２９、１３３のポー
リング方向はいずれか一方の方向であれば良い。第１の
金属層１２７及び第３の金属層１３５はそれぞれ対応す
る第１のケーブル１４０と、第２のケーブル１４２に接
続されている。送信モードにあるとき、第１のケーブル
１４０及び第２のケーブル１４２はそれぞれ対応する電
圧源Ｅ2１４４及びＥ1１４６に接続されるように切り替
えられる。電圧源Ｅ1１４６及びＥ 2１４４は交番信号又
はパルスを供給する。電圧源Ｅ1１４６及びＥ2１４４は
それぞれ対応する第３の金属層１３５と、第１の金属層
１２７に電力を供給し、その結果、Ｏ（ｆ）上向き矢印
により指示するように、変換器素子１２０を介して超音
波パルスが送信される。超音波パルスは独立した電圧源
Ｅ1１４６及びＥ2１４４により発生されるパルスの合計
である。図１の実施例に関して図２の表に挙げた材料パ
ラメータは図１０の実施例にも概して適切である。しか
し、１つの変更点は活性層１２９、１３３の厚さ（１）
であろう。図１の実施例の場合、各々の活性ＰＺＴ−Ａ
層３７、４１は約１４０μｍの厚さ（ｌ）を有していた
が、図１０の実施例における活性ＰＡＴ−Ａ層１３３の
厚さは約２倍の厚さ、すなわち、約２８０μｍになるで
あろう。図２の表に示されるこのパラメータ以外のパラ
メータは図１０の実施例にも適切であろう。
図１０の変換器素子１２０は送信モードにあり、第１の
λ／４変換器層１２３と、第２のλ／４変換器層１２５
と、第１の金属層１２７と、ＰＺＴ−Ｂ層１２９と、第
２の金属層１３１と、ＰＺＴ−Ａ層１３３と、第３の金
属層１３５と、バッキング層１３７とを具備する。２つ
の変換器層の代わりに１つの変換器層を使用しても良
い。活性層である２つのＰＺＴ層１２９、１３３のポー
リング方向はいずれか一方の方向であれば良い。第１の
金属層１２７及び第３の金属層１３５はそれぞれ対応す
る第１のケーブル１４０と、第２のケーブル１４２に接
続されている。送信モードにあるとき、第１のケーブル
１４０及び第２のケーブル１４２はそれぞれ対応する電
圧源Ｅ2１４４及びＥ1１４６に接続されるように切り替
えられる。電圧源Ｅ1１４６及びＥ 2１４４は交番信号又
はパルスを供給する。電圧源Ｅ1１４６及びＥ2１４４は
それぞれ対応する第３の金属層１３５と、第１の金属層
１２７に電力を供給し、その結果、Ｏ（ｆ）上向き矢印
により指示するように、変換器素子１２０を介して超音
波パルスが送信される。超音波パルスは独立した電圧源
Ｅ1１４６及びＥ2１４４により発生されるパルスの合計
である。図１の実施例に関して図２の表に挙げた材料パ
ラメータは図１０の実施例にも概して適切である。しか
し、１つの変更点は活性層１２９、１３３の厚さ（１）
であろう。図１の実施例の場合、各々の活性ＰＺＴ−Ａ
層３７、４１は約１４０μｍの厚さ（ｌ）を有していた
が、図１０の実施例における活性ＰＡＴ−Ａ層１３３の
厚さは約２倍の厚さ、すなわち、約２８０μｍになるで
あろう。図２の表に示されるこのパラメータ以外のパラ
メータは図１０の実施例にも適切であろう。
【００４６】図１２は、図１０に示す実施例と同じであ
るが、図１２は受信モードを示す。超音波パルスが送信
された直後に、スイッチ１５０及び１５４はエコーが受
信されるように切り替えられる。受信モードでは、第１
及び第２のケーブル１４０、１４２は第１の増幅器１６
４と、第２の増幅器１６６とに接続される。増幅器は演
算増幅器であっても良い。受信モードにおいては、変換
器素子１２０は第１の金属層１２７及び第３の金属層１
３５を通過し、第１のケーブル１４０及び第２のケーブ
ル１４２を通過し、第１の増幅器１６４及び第２の増幅
器１６６を通過して送信される超音波パルスＵ（ｆ）を
受信する。第１の増幅器１６４及び第２の増幅器１６６
を励起する信号が合計されて、出力を発生する。集束に
続いて、また、デジタル符号化を有する実施例ではデジ
タル符号化に続いて、信号は合計されて出力Ｍ（ｆ）を
発生する。合計の過程は、信号の種類に応じて電圧加算
又はデジタル加算であれば良い。
るが、図１２は受信モードを示す。超音波パルスが送信
された直後に、スイッチ１５０及び１５４はエコーが受
信されるように切り替えられる。受信モードでは、第１
及び第２のケーブル１４０、１４２は第１の増幅器１６
４と、第２の増幅器１６６とに接続される。増幅器は演
算増幅器であっても良い。受信モードにおいては、変換
器素子１２０は第１の金属層１２７及び第３の金属層１
３５を通過し、第１のケーブル１４０及び第２のケーブ
ル１４２を通過し、第１の増幅器１６４及び第２の増幅
器１６６を通過して送信される超音波パルスＵ（ｆ）を
受信する。第１の増幅器１６４及び第２の増幅器１６６
を励起する信号が合計されて、出力を発生する。集束に
続いて、また、デジタル符号化を有する実施例ではデジ
タル符号化に続いて、信号は合計されて出力Ｍ（ｆ）を
発生する。合計の過程は、信号の種類に応じて電圧加算
又はデジタル加算であれば良い。
【００４７】理解を容易にするため、図１１の整合回路
は図９の整合回路と同じ一般整合回路素子（すなわち、
Ｍ1、Ｍ2、ｇ1、ｇ2、γ1、γ2）を有するものとして示
されている。しかし、素子γ1及びγ2により表される応
答は一般に送信時（図９）と、受信時（図１１）では異
なる。その相違は１つには送信と受信の負荷インピーダ
ンスＭ2対ｇ2の変化に起因するが、送信／受信スイッチ
を切り替えるときにγ 2の構成要素を切り替えるために
他の理由によることが望ましいであろう。受信モードで
は、整合回路は Ｇi＝γiｇi、ｇi又はγiはプローブケーブルを含む （１２） により定義される。Ｇは総合受信伝達関数である。
は図９の整合回路と同じ一般整合回路素子（すなわち、
Ｍ1、Ｍ2、ｇ1、ｇ2、γ1、γ2）を有するものとして示
されている。しかし、素子γ1及びγ2により表される応
答は一般に送信時（図９）と、受信時（図１１）では異
なる。その相違は１つには送信と受信の負荷インピーダ
ンスＭ2対ｇ2の変化に起因するが、送信／受信スイッチ
を切り替えるときにγ 2の構成要素を切り替えるために
他の理由によることが望ましいであろう。受信モードで
は、整合回路は Ｇi＝γiｇi、ｇi又はγiはプローブケーブルを含む （１２） により定義される。Ｇは総合受信伝達関数である。
【００４８】図１１及び図１２の実施例に関して、第１
及び第２の受信器はフィルタリング装置と関連していて
も良い。信号がこのフィルタリング装置を通過する前、
又は通過した後、あるいは通過する前後にアナログ／デ
ジタル変換が実行されても良い。第１の受信器１６４及
び第２の受信器１６６は、画像符号化に先立って組み合
わせ受信パルスを最適化するために電気フィルタリング
装置をそれぞれ具備していても良い。
及び第２の受信器はフィルタリング装置と関連していて
も良い。信号がこのフィルタリング装置を通過する前、
又は通過した後、あるいは通過する前後にアナログ／デ
ジタル変換が実行されても良い。第１の受信器１６４及
び第２の受信器１６６は、画像符号化に先立って組み合
わせ受信パルスを最適化するために電気フィルタリング
装置をそれぞれ具備していても良い。
【００４９】図９の実施例に関して、第１の活性変換器
層７３からのパルスと、第２の活性変換器層７７からの
パルスとを１つの超音波パルスに組み合わせても良い。
図１０の実施例に関して、第１の活性変換器層１２９か
らのパルスと、第２の活性変換器層１３３からのパルス
とを１つの超音波パルスに組み合わせても良い。変換器
素子６５、１２０は受動回路を具備していても良く、そ
の場合、第１のパルス及び第２のパルスは、１つのパル
スとして組み合わされる前に、異なる振幅、異なる時間
遅延及び異なる形状のうちの少なくとも１つがパルスに
与えられるように受動回路により処理される。第１の送
信器１４４及び第２の送信器１４６は、送信パルスの中
の基本周波数帯域を越える周波数成分を減少させること
により、高調波周波数撮影のために組み合わせ超音波送
信パルスを最適化しても良く、あるいは第１の送信器１
４４及び第２の送信器１４６は他の用途のために組み合
わせ出力パルスを最適化しても良い。
層７３からのパルスと、第２の活性変換器層７７からの
パルスとを１つの超音波パルスに組み合わせても良い。
図１０の実施例に関して、第１の活性変換器層１２９か
らのパルスと、第２の活性変換器層１３３からのパルス
とを１つの超音波パルスに組み合わせても良い。変換器
素子６５、１２０は受動回路を具備していても良く、そ
の場合、第１のパルス及び第２のパルスは、１つのパル
スとして組み合わされる前に、異なる振幅、異なる時間
遅延及び異なる形状のうちの少なくとも１つがパルスに
与えられるように受動回路により処理される。第１の送
信器１４４及び第２の送信器１４６は、送信パルスの中
の基本周波数帯域を越える周波数成分を減少させること
により、高調波周波数撮影のために組み合わせ超音波送
信パルスを最適化しても良く、あるいは第１の送信器１
４４及び第２の送信器１４６は他の用途のために組み合
わせ出力パルスを最適化しても良い。
【００５０】図９から図１２の実施例は活性層を２つし
か有していなかったが、変換器素子に３つ以上の活性層
が含まれていても良い。図９から図１２の実施例の基本
的な特徴がわかりにくくなるのを避けるために、活性層
を２つしか示さなかった。３つ以上の活性層を具備する
変換器素子の場合、２つ以上の活性層にそれぞれ整合回
路が接続されているため、図９から図１２の実施例に関
連して先に説明した利点を実現することができる。
か有していなかったが、変換器素子に３つ以上の活性層
が含まれていても良い。図９から図１２の実施例の基本
的な特徴がわかりにくくなるのを避けるために、活性層
を２つしか示さなかった。３つ以上の活性層を具備する
変換器素子の場合、２つ以上の活性層にそれぞれ整合回
路が接続されているため、図９から図１２の実施例に関
連して先に説明した利点を実現することができる。
【００５１】図１３は、Ｎ個の変換器素子２０５を具備
する本発明の一実施例のアレイ構成２００を示す。Ｎ個
の変換器素子２０５は、図１及び図９から図１２の変換
器素子に装着されるとして示された整合回路のような回
路にそれぞれ接続されていても良い。図１３に示す変換
器素子は図９及び図１１の回路に最も類似する回路に接
続されるが、他の整合回路も望ましいであろう。図１３
の変換器素子２０５は詳細には示されていないが、変換
器素子２０５は第１の活性層２１０と、第２の活性層２
２０とを具備し、２つの活性層は別個の同調回路に接続
されている。
する本発明の一実施例のアレイ構成２００を示す。Ｎ個
の変換器素子２０５は、図１及び図９から図１２の変換
器素子に装着されるとして示された整合回路のような回
路にそれぞれ接続されていても良い。図１３に示す変換
器素子は図９及び図１１の回路に最も類似する回路に接
続されるが、他の整合回路も望ましいであろう。図１３
の変換器素子２０５は詳細には示されていないが、変換
器素子２０５は第１の活性層２１０と、第２の活性層２
２０とを具備し、２つの活性層は別個の同調回路に接続
されている。
【００５２】変換器アレイ２００は、第２の変換器素子
２０５の第１の活性層２１０とは異なる材料から成る第
１の活性層２１０を有する第１の変換器素子２０５を具
備する。変換器アレイ２００は、第２の変換器素子２０
５の第２の活性層２２０とは異なる材料から成る第２の
活性層２２０を有する第１の変換器素子２０５を具備す
る。変換器アレイ２００は、第１の変換器素子２０５の
第２の活性層２２０とは異なる材料から成る第１の活性
層２１０を有する第１の変換器素子２０５を具備する。
２０５の第１の活性層２１０とは異なる材料から成る第
１の活性層２１０を有する第１の変換器素子２０５を具
備する。変換器アレイ２００は、第２の変換器素子２０
５の第２の活性層２２０とは異なる材料から成る第２の
活性層２２０を有する第１の変換器素子２０５を具備す
る。変換器アレイ２００は、第１の変換器素子２０５の
第２の活性層２２０とは異なる材料から成る第１の活性
層２１０を有する第１の変換器素子２０５を具備する。
【００５３】第１の受信器と第２の受信器はアレイ２０
０中で互いに異なる電気的特性を有していても良い。変
換器アレイ２００は、異なる電気的特性を有する回路に
接続された第１の活性変換器層２１０と、第２の活性変
換器層２２０とを具備する。変換器アレイ２００は、第
２の変換器素子２０５の第１の活性変換器層２１０に接
続された回路とは異なる特性を有する回路に接続された
第１の変換器素子２０５の第１の活性変換器層２１０を
有していても良い。変換器アレイ２００の変換器素子２
０５のうちの少なくとも２つは、層ごとに独立した集束
を実行するために、別個の集束電子回路に接続される。
１つの活性変換器層の中の素子は、活性層ごとに独立し
た集束を実行するために、次の活性層とは別の集束電子
回路に接続される。（各活性変換器層における独立した
集束は図示されていない。）各活性変換器層で独立した
集束を実行することにより、同じ活性層の素子からの信
号に共通している、遅延、フィルタリング、スケーリン
グ及び／又は移相などの効率の良い処理が可能になる。
０中で互いに異なる電気的特性を有していても良い。変
換器アレイ２００は、異なる電気的特性を有する回路に
接続された第１の活性変換器層２１０と、第２の活性変
換器層２２０とを具備する。変換器アレイ２００は、第
２の変換器素子２０５の第１の活性変換器層２１０に接
続された回路とは異なる特性を有する回路に接続された
第１の変換器素子２０５の第１の活性変換器層２１０を
有していても良い。変換器アレイ２００の変換器素子２
０５のうちの少なくとも２つは、層ごとに独立した集束
を実行するために、別個の集束電子回路に接続される。
１つの活性変換器層の中の素子は、活性層ごとに独立し
た集束を実行するために、次の活性層とは別の集束電子
回路に接続される。（各活性変換器層における独立した
集束は図示されていない。）各活性変換器層で独立した
集束を実行することにより、同じ活性層の素子からの信
号に共通している、遅延、フィルタリング、スケーリン
グ及び／又は移相などの効率の良い処理が可能になる。
【００５４】第１及び第２の受信器は、画像符号化に先
立って組み合わせ受信パルスを最適化するために、それ
ぞれ電気的フィルタリング能力を有していても良い。第
１及び第２の送信器と、受動回路は、高調波周波数撮影
に使用される組み合わせ超音波送信パルスにおける非基
本周波数を減少させるために第１の信号と第２の信号を
それぞれ修正するように設計されても良い。
立って組み合わせ受信パルスを最適化するために、それ
ぞれ電気的フィルタリング能力を有していても良い。第
１及び第２の送信器と、受動回路は、高調波周波数撮影
に使用される組み合わせ超音波送信パルスにおける非基
本周波数を減少させるために第１の信号と第２の信号を
それぞれ修正するように設計されても良い。
【００５５】変換器素子２０５の第１の活性変換器層２
１０及び第２の活性変換器層２２０は、アレイ２００の
対称位置に配置された変換器素子２０５の対応する活性
変換器層２１０、２２０と同じ周波数応答を有していて
も良い。そのような構成は、送信中にアレイ２００に沿
って周波数可変アポダイゼーションを得ることができる
であろう。例えば、線形変換器アレイが位置１〜Ｎにそ
れぞれ配置されたＮ個の変換器素子２０５を具備してい
るとする。位置１にある変換器素子２０５の活性変換器
層が位置Ｎにある変換器素子の対応する活性変換器層と
同じ周波数応答を有すると仮定する。更に、位置２にあ
る変換器素子２０５の活性層の周波数応答と、位置Ｎ−
１にある変換器層の活性層の周波数応答とが同じである
と仮定する。１からＮまでの位置に配置された全ての変
換器素子２０５について等しい周波数応答のそのパター
ンが当てはまるとすれば、送信中、アレイ２００に沿っ
て周波数可変対称アポダイゼーションが得られる。
１０及び第２の活性変換器層２２０は、アレイ２００の
対称位置に配置された変換器素子２０５の対応する活性
変換器層２１０、２２０と同じ周波数応答を有していて
も良い。そのような構成は、送信中にアレイ２００に沿
って周波数可変アポダイゼーションを得ることができる
であろう。例えば、線形変換器アレイが位置１〜Ｎにそ
れぞれ配置されたＮ個の変換器素子２０５を具備してい
るとする。位置１にある変換器素子２０５の活性変換器
層が位置Ｎにある変換器素子の対応する活性変換器層と
同じ周波数応答を有すると仮定する。更に、位置２にあ
る変換器素子２０５の活性層の周波数応答と、位置Ｎ−
１にある変換器層の活性層の周波数応答とが同じである
と仮定する。１からＮまでの位置に配置された全ての変
換器素子２０５について等しい周波数応答のそのパター
ンが当てはまるとすれば、送信中、アレイ２００に沿っ
て周波数可変対称アポダイゼーションが得られる。
【００５６】変換器アレイ２００の変換器素子２０５
は、変換器アレイ２００が様々に異なる活性変換器層か
らの信号に対して受信増幅、受信フィルタリング、受信
集束のうちの少なくとも１つを実行するような回路を具
備していても良い。集束のための遅延はデジタルに実行
されても良いが、他の方法によっても良い。変換器アレ
イ２００は、同じ領域を異なる受信ビーム整形及びフィ
ルタリングによって同時に表示するために、各層からの
信号を別個に表示しても良い。
は、変換器アレイ２００が様々に異なる活性変換器層か
らの信号に対して受信増幅、受信フィルタリング、受信
集束のうちの少なくとも１つを実行するような回路を具
備していても良い。集束のための遅延はデジタルに実行
されても良いが、他の方法によっても良い。変換器アレ
イ２００は、同じ領域を異なる受信ビーム整形及びフィ
ルタリングによって同時に表示するために、各層からの
信号を別個に表示しても良い。
【００５７】変換器アレイ２００は、画質を向上させる
ために、増幅及びフィルタリング済み受信信号を表示前
に組み合わせても良い。変換器アレイ２００は、他の特
定の信号特徴を改善するために、増幅及びフィルタリン
グ済み受信信号を表示前に組み合わせても良い。従っ
て、変換器アレイは、例えば、組織内の造影剤の高調波
周波数発生及び撮影を表示するために、増幅及びフィル
タリング済み受信信号を表示前に組み合わせても良い。
ために、増幅及びフィルタリング済み受信信号を表示前
に組み合わせても良い。変換器アレイ２００は、他の特
定の信号特徴を改善するために、増幅及びフィルタリン
グ済み受信信号を表示前に組み合わせても良い。従っ
て、変換器アレイは、例えば、組織内の造影剤の高調波
周波数発生及び撮影を表示するために、増幅及びフィル
タリング済み受信信号を表示前に組み合わせても良い。
【００５８】変換器アレイ２００は、送信時と受信時の
双方で、第１のパルス及び第２のパルスが１つのパルス
として組み合わされる前に異なる振幅、異なる時間遅延
及び異なる形状のうちの少なくとも１つを有するように
２つのパルスを処理するために受動回路を具備していて
も良い。
双方で、第１のパルス及び第２のパルスが１つのパルス
として組み合わされる前に異なる振幅、異なる時間遅延
及び異なる形状のうちの少なくとも１つを有するように
２つのパルスを処理するために受動回路を具備していて
も良い。
【００５９】変換器アレイ２００は線形アレイであって
も良い。あるいは、変換器アレイ２００は２次元アレイ
であっても良い。
も良い。あるいは、変換器アレイ２００は２次元アレイ
であっても良い。
【００６０】本発明を好ましい一実施例を参照しながら
説明したが、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を
実施でき且つ等価の構成を代用しても差し支えないこと
は当業者には理解されるであろう。更に、本発明の範囲
から逸脱することなく特定の状況又は材料を本発明の教
示に適応させるために多くの変形を実施できるであろ
う。従って、本発明は以上開示された特定の実施例に限
定されず、本発明は特許請求の範囲の範囲内に入るあら
ゆる実施例を含む。
説明したが、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を
実施でき且つ等価の構成を代用しても差し支えないこと
は当業者には理解されるであろう。更に、本発明の範囲
から逸脱することなく特定の状況又は材料を本発明の教
示に適応させるために多くの変形を実施できるであろ
う。従って、本発明は以上開示された特定の実施例に限
定されず、本発明は特許請求の範囲の範囲内に入るあら
ゆる実施例を含む。
【図１】 同調回路を概略的に示す、本発明の一実施例
に従って形成された変換器素子の断面図。
に従って形成された変換器素子の断面図。
【図２】 図１の変換器素子を構成する部品の特性の
表。
表。
【図３】 図１の変換器素子の励起パルスの形状のグラ
フ。
フ。
【図４】 図１の変換器素子の周波数応答及びフィルタ
応答のグラフ。
応答のグラフ。
【図５】 応答νtr及び図３に示すパルス形状が送信時
に使用されたときの水／組織における音圧のグラフ。
に使用されたときの水／組織における音圧のグラフ。
【図６】 等式（２）により求められる手続きを使用し
て図５に示す音圧から取り出される、組織内の第２高調
波信号の形状のグラフ。
て図５に示す音圧から取り出される、組織内の第２高調
波信号の形状のグラフ。
【図７】 応答Ｂ１１を受信時に使用するときの、図５
の音圧からの受信第１高調波信号のグラフ。
の音圧からの受信第１高調波信号のグラフ。
【図８】 ２つの場合における図６に示す信号からの受
信第２高調波信号のグラフ。
信第２高調波信号のグラフ。
【図９】 送信モードにある同調回路を概略的に示す、
本発明の別の実施例に従って形成された変換器素子の断
面図。
本発明の別の実施例に従って形成された変換器素子の断
面図。
【図１０】 送信モードにある同調回路を概略的に示
す、本発明の別の実施例に従って形成された変換器素子
の断面図。
す、本発明の別の実施例に従って形成された変換器素子
の断面図。
【図１１】 受信モードで示される図９の変換器素子及
び同調回路の断面図。
び同調回路の断面図。
【図１２】 受信モードで示される図１０の変換器素子
及び同調回路の断面図。
及び同調回路の断面図。
【図１３】 本発明の一実施例に従って形成された変換
器アレイの概略図。
器アレイの概略図。
６５…変換器素子、６７…第１のλ／４変換器層、６９
…第２のλ／４変換器層、７１…第１の金属層、７３…
ＰＺＴ−Ｂ層、７５…第２の金属層、７７…ＰＺＴ−Ａ
層、７９…第３の金属層、８１…バッキング層、８２、
８４…スイッチ、８３、８５…受動回路、２００…変換
器アレイ、２０５…変換器素子、２１０…第１の活性変
換器層、２２０…第２の活性変換器層
…第２のλ／４変換器層、７１…第１の金属層、７３…
ＰＺＴ−Ｂ層、７５…第２の金属層、７７…ＰＺＴ−Ａ
層、７９…第３の金属層、８１…バッキング層、８２、
８４…スイッチ、８３、８５…受動回路、２００…変換
器アレイ、２０５…変換器素子、２１０…第１の活性変
換器層、２２０…第２の活性変換器層
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フロントページの続き
(72)発明者 チェル・アルネ・インゲブリッグツェン
ノルウェー、7033・トロンヘイム、エイナ
ー・オフスティス・ヴェイ・27番
(72)発明者 アルネ・ロンネクレイヴ
ノルウェー、エヌ−7049・トロンヘイム、
シュタイナセン・39番
Ｆターム(参考） 2G047 AC13 BC13 CA01 EA02 EA03
EA07 GB02 GB13 GB17 GB21
GB30 GB31 GF06 GF10 GF17
GF18 GF21 GG17 GG32
4C601 BB06 EE01 EE04 GB04 GB07
GB08 GB15 GB19 GB28 GB29
HH04 HH05 HH06 HH09 HH22
HH25 HH26 HH29 HH35 JB33
JB39 KK25
Claims (62)
- 【請求項１】 超音波の送信及び受信のための変換器素
子（６５）において、 第１の受信器及び第１の送信器に接続された第１の活性
変換器層（７３）と、前記第１の活性変換器層（７３）
に積層され且つ第２の受信器及び第２の送信器に接続さ
れた第２の活性変換器層（７７）とを具備する変換器素
子（６５）。 - 【請求項２】 第１のパルス及び第２のパルスを処理す
る受動回路を具備する請求項１記載の変換器素子（６
５）。 - 【請求項３】 前記受動回路は、１つのパルスとして組
み合わされる前に第１のパルスに第２のパルスの振幅と
は異なる振幅を与える請求項２記載の変換器素子（６
５）。 - 【請求項４】 前記受動回路は、１つのパルスとして組
み合わされる前に第１及び第２のパルスに異なる時間遅
延を与える請求項２記載の変換器素子（６５）。 - 【請求項５】 前記受動回路は、１つのパルスとして組
み合わされる前に第１のパルスに第２のパルスの形状と
は異なる形状を与える請求項２記載の変換器素子（６
５）。 - 【請求項６】 前記変換器素子が送信モードにあると
き、各々の活性層（７３、７７）は別個の電圧源に接続
される請求項１記載の変換器素子（６５）。 - 【請求項７】 送信モードにあるとき、前記受動回路は
等式M1γ1=D1(f)T1(f)に従って実行する請求項２記載の
変換器素子（６５）。 - 【請求項８】 受信モードにあるとき、前記受動回路は
等式G1=γ1g1に従って実行する請求項２記載の変換器素
子（６５）。 - 【請求項９】 前記変換器素子（６５）を送信モードか
ら受信モードに切り替えるスイッチ（８２、８４）を具
備する請求項１記載の変換器素子（６５）。 - 【請求項１０】 前記第１及び第２の受信器はそれぞれ
少なくとも１つのフィルタリング装置と関連している請
求項１記載の変換器素子（６５）。 - 【請求項１１】 信号が前記少なくとも１つのフィルタ
リング装置を通過する前及び後の少なくとも一方でアナ
ログ／デジタル変換が実行される請求項１０記載の変換
器素子（６５）。 - 【請求項１２】 フィルタリングは前記受信器の一方に
より信号の増幅に先立って実行される請求項１０記載の
変換器素子（６５）。 - 【請求項１３】 フィルタリングは前記受信器の一方に
より信号の増幅の後に実行される請求項１０記載の変換
器素子（６５）。 - 【請求項１４】 フィルタリングは前記受信器の一方に
より信号の増幅の前後に実行される請求項１３記載の変
換器素子（６５）。 - 【請求項１５】 前記第１の受信器は第１の電気フィル
タリング装置を具備し且つ前記第２の受信器は第２の電
気フィルタリング装置を具備し、前記第１及び第２の電
気フィルタリング装置は画像符号化に先立って組み合わ
せ受信パルスを最適化する請求項１記載の変換器素子
（６５）。 - 【請求項１６】 超音波の送信及び受信のための変換器
素子（６５）において、 第１の受信器及び第１の送信器に接続された第１の活性
変換器層（７３）と、前記第１の活性変換器層（７３）
に積層され且つ第２の受信器及び第２の送信器に接続さ
れた第２の活性変換器層（７７）と、 受動回路とを具備し、前記第１の送信器により発生され
る第１のパルス及び前記第２の送信器により発生される
第２のパルスは、１つの超音波パルスとして組み合わさ
れる前に前記受動回路により処理される変換器素子（６
５）。 - 【請求項１７】 超音波の送信及び受信のための変換器
素子（６５）において、 第１の受信器及び第１の送信器に接続された第１の活性
変換器層（７３）と、前記第１の活性変換器層（７３）
に積層され且つ第２の受信器及び第２の送信器に接続さ
れた第２の活性変換器層（７７）とを具備し、 前記第１及び第２の受信器は、画像符号化に先立って組
み合わせ受信電気パルスを最適化するための電気フィル
タリング装置をそれぞれ具備する変換器素子（６５）。 - 【請求項１８】 複数の変換器素子（２０５）を具備
し、少なくとも２つの変換器素子（２０５）は、それぞ
れ、 第１の受信器に接続された第１の活性変換器層（２１
０）と、 前記第１の活性変換器層（７３）に積層され且つ第２の
送信器に接続された第２の活性変換器層（２２０）とを
具備する変換器アレイ（２００）。 - 【請求項１９】 第１の変換器素子（２０５）の第１の
活性変換器層（２１０）は第２の変換器素子（２０５）
の第１の活性変換器層（２１０）とは異なる材料から形
成されている請求項１８記載の変換器アレイ（２０
０）。 - 【請求項２０】 第１の変換器素子（２０５）の第２の
活性変換器層（２２０）は第２の変換器素子（２０５）
の第２の活性変換器層（２２０）とは異なる材料から形
成されている請求項１９記載の変換器アレイ（２０
０）。 - 【請求項２１】 前記第１の受信器の電気的特性は前記
第２の受信器の電気的特性とは異なる請求項１８記載の
変換器アレイ。 - 【請求項２２】 前記第１の活性変換器層（２１０）は
前記第２の活性変換器層（２２０）の電気的特性とは異
なる電気的特性を有する回路に接続されている請求項１
８記載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項２３】 第１の変換器素子（２０５）の第１の
活性変換器層（２１０）は第２の変換器素子（２０５）
の第１の活性変換器層（２１０）に接続された回路とは
異なる特性を有する回路に接続されている請求項１８記
載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項２４】 前記第１の変換器素子（２０５）の第
２の活性変換器層（２２０）は前記第１の変換器素子
（２０５）の前記第１の活性変換器層（２１０）に接続
された回路とは異なる特性を有する回路に接続されてい
る請求項２３記載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項２５】 変換器素子（２０５）のうちの少なく
とも２つの第１の活性変換器層（２１０）は、独立した
集束を実行するために、同じ少なくとも２つの変換器素
子の第２の活性変換器層（２２０）に接続された集束電
子回路とは別個であり且つそれとは異なる集束電子回路
に接続されている請求項１８記載の変換器アレイ（２０
０）。 - 【請求項２６】 １つの変換器素子（２０５）内の全て
の活性層は独立した集束を実行するために別個の集束電
子回路に接続されている請求項１８記載の変換器アレイ
（２００）。 - 【請求項２７】 各変換器素子（２０５）の前記第１及
び第２の受信器は、それぞれ、画像符号化に先立って組
み合わせ受信パルスを最適化するための電気的フィルタ
リング能力を有する請求項１８記載の変換器アレイ（２
００）。 - 【請求項２８】 第１及び第２の送信器を具備する請求
項１８記載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項２９】 受動回路を具備し、第１のパルス及び
第２のパルスは、１つの超音波パルスとして組み合わさ
れる前に前記受動回路により異なる振幅、異なる時間遅
延及び異なる形状のうちの少なくとも１つを有するよう
に処理される請求項２８記載の変換器アレイ（２０
０）。 - 【請求項３０】 前記第１及び第２の送信器からの信号
を組み合わせることにより発生される超音波パルスの非
基本周波数を減少させるための受動回路を具備する請求
項２８記載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項３１】 前記変換器アレイは、異なる受信ビー
ムの整形及びフィルタリングによって１つの領域の同時
表示を実行するために各々の活性変換器層（２１０、２
２０）からの信号を別個に処理する請求項１８記載の変
換器アレイ（２００）。 - 【請求項３２】 前記変換器アレイ（２００）は、画質
を向上させるために、各々の活性変換器層（２１０、２
２０）からのフィルタリング及び増幅済み受信信号を表
示前に組み合わせる請求項１８記載の変換器アレイ（２
００）。 - 【請求項３３】 前記変換器アレイ（２００）は、特定
の信号特徴を表示するために、各々の活性変換器層（２
１０、２２０）からのフィルタリング及び増幅済み受信
信号を表示前に組み合わせる請求項１８記載の変換器ア
レイ（２００）。 - 【請求項３４】 前記変換器アレイ（２００）は、組織
内部の造影剤の高調波周波数発生及び撮影を表示するた
めに、各々の活性変換器層（２１０、２２０）からのフ
ィルタリング及び増幅済み受信信号を表示前に組み合わ
せる請求項１８記載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項３５】 第１のパルス及び第２のパルスが前記
第１及び第２の受信器により受信された後に異なる振
幅、異なる時間遅延及び異なる形状のうちの少なくとも
１つを有するように第１のパルス及び第２のパルスを処
理する回路を具備する請求項１８記載の変換器アレイ
（２００）。 - 【請求項３６】 第１のパルス及び第２のパルスが前記
第１及び第２の受信器で増幅される前に異なる振幅、異
なる時間遅延及び異なる形状のうちの少なくとも１つを
有するように第１のパルス及び第２のパルスを処理する
回路を具備する請求項１８記載の変換器アレイ（２０
０）。 - 【請求項３７】 第１のパルス及び第２のパルスが前記
第１及び第２の受信器で増幅される前後に異なる振幅、
異なる時間遅延及び異なる形状のうちの少なくとも１つ
を有するように第１のパルス及び第２のパルスを処理す
る回路を具備する請求項１８記載の変換器アレイ（２０
０）。 - 【請求項３８】 第１のパルス及び第２のパルスが前記
第１及び第２の受信器で増幅された後に異なる振幅、異
なる時間遅延及び異なる形状のうちの少なくとも１つを
有するように第１のパルス及び第２のパルスを処理する
回路を具備する請求項１８記載の変換器アレイ（２０
０）。 - 【請求項３９】 前記変換器アレイは直線アレイである
請求項１８記載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項４０】 前記変換器アレイは２次元アレイであ
る請求項１８記載の変換器アレイ（２００）。 - 【請求項４１】 Ｎ固の変換器素子を具備し、活性変換
器素子は送信中にアレイに沿って周波数可変アポダイゼ
ーションを得るように配列されている直線変換器アレ
イ。 - 【請求項４２】 受動回路を具備し、前記受動回路は異
なる層からの信号に対して受信増幅、受信フィルタリン
グ又は受信集束のうちの少なくとも１つを実行する請求
項４１記載の変換器アレイ。 - 【請求項４３】 超音波パルスを送信する方法におい
て、 第１の送信器に接続された第１の活性変換器層（７３）
と、前記第１の活性変換器層（７３）に積層され且つ第
２の送信器に接続された第２の活性変換器層（７７）と
を有する変換器素子（６５）を設ける過程と、 前記第１の活性変換器層（７３）へ第１の信号を送信し
て、第１の超音波パルスを発生する過程と、 前記第２の活性変換器層（７７）へ第２の信号を送信し
て、第２の超音波パルスを発生する過程とから成る方
法。 - 【請求項４４】 超音波パルスを受信する方法におい
て、 第１の受信器に接続された第１の活性変換器層（７３）
と、第２の受信器に接続された第２の活性変換器層（７
７）とを具備する変換器素子（６５）を設ける過程と、 前記第１の受信器で第１の信号を受信する過程と、 前記第２の受信器で第２の信号を受信する過程と、 画像符号化に先立って第１及び第２の信号を組み合わせ
る過程とから成る方法。 - 【請求項４５】 ２つの受信する過程における増幅に先
立って少なくとも１回のフィルタリングする過程が実行
される請求項４４記載の方法。 - 【請求項４６】 ２つの受信する過程における増幅の後
に少なくとも１回のフィルタリングする過程が実行され
る請求項４４記載の方法。 - 【請求項４７】 ２つの受信する過程における増幅に先
立って少なくとも１回のフィルタリングする過程が実行
され且つ２つの受信する過程における増幅の後に少なく
とも１回のフィルタリングする過程が実行される請求項
４４記載の方法。 - 【請求項４８】 ２つの受信する過程におけるアナログ
／デジタル変換の後に少なくとも１回のフィルタリング
する過程が実行される請求項４４記載の方法。 - 【請求項４９】 ２つの受信する過程における増幅後、
アナログ／デジタル変換の前に少なくとも１回のフィル
タリングする過程が実行される請求項４４記載の方法。 - 【請求項５０】 ２つの受信する過程におけるアナログ
／デジタル変換の前に少なくとも１回のフィルタリング
する過程が実行される請求項４４記載の方法。 - 【請求項５１】 超音波パルスを送信し且つ受信する方
法において、 第１の受信器及び第１の送信器に接続された第１の活性
変換器層（７３）と、 前記第１の活性変換器層（７３）に積層され且つ第２の
受信器及び第２の送信器に接続された第２の活性変換器
層（７７）とを具備する超音波の送信及び受信のための
変換器素子（６５）を設ける過程と、 前記第１の活性変換器層（７３）へ第１の信号を送信し
て、超音波パルスを発 生する過程と、 前記第２の活性変換器層（７７）へ第２の信号を送信し
て、超音波パルスを発生する過程と、 前記第１及び第２の受信器の少なくとも一方で信号を受
信する過程とから成る方法。 - 【請求項５２】 前記第１及び第２の受信器の少なくと
も一方で信号が受信された後に信号をフィルタリングす
る過程を含む請求項５１記載の方法。 - 【請求項５３】 前記第１及び第２の受信器の少なくと
も一方で信号を受信する過程は、第１の受信器で第１の
信号を受信する過程と、第２の受信器で第２の信号を受
信する過程とを含み、且つ画像符号化に先立って第１及
び第２の信号をフィルタリングする過程の後に、第１及
び第２の信号を組み合わせる過程が続く請求項５１記載
の方法。 - 【請求項５４】 超音波パルスを送受信する方法におい
て、 複数の変換器素子（２０５）を具備し、第１の変換器素
子及び第２の変換器素子が、第１の受信器に接続された
第１の活性変換器層（２１０）と、前記第１の活性変換
器層に積層され且つ第２の受信器に接続された第２の活
性変換器層（２２０）とをそれぞれ具備する変換器アレ
イ（２００）を設ける過程と、 前記第１の変換器素子の前記第１の活性変換器層（２１
０）へ第１の信号を送信して、第１の超音波パルスを発
生する過程と、 前記第１の変換器素子の前記第２の活性変換器層（２２
０）へ第２の信号を送信して、第２の超音波パルスを発
生する過程と、 前記第２の変換器素子の前記第１の活性変換器層（２１
０）へ第３の信号を送信して、第３の超音波パルスを発
生する過程と、 前記第２の変換器素子の前記第２の活性変換器層（２２
０）へ第４の信号を送信して、第４の超音波パルスを発
生する過程と、 前記第１の変換器素子の前記第１の受信器で第１の受信
信号を受信する過程と、 前記第１の変換器素子で第１の受信信号をフィルタリン
グする過程と、 前記第２の変換器素子の前記第２の受信器で第２の受信
信号を受信する過程と、 前記第２の変換器素子で第２の受信信号をフィルタリン
グする過程と、 第１の受信信号のフィルタリングの後、画像符号化に先
立って、第１の受信信号を前記第１の変換器素子の別の
受信信号と組み合わせる過程と、 第２の受信信号のフィルタリングの後、画像符号化に先
立って、第２の受信信号を前記第２の変換器素子の別の
受信信号と組み合わせる過程とから成る方法。 - 【請求項５５】 第１の変換器素子の第１の活性変換器
層（２１０）は第２の変換器素子の第１の活性変換器層
（２１０）とは異なる材料から形成されている請求項５
４記載の方法。 - 【請求項５６】 第１の変換器素子の第２の活性変換器
層（２２０）は第２の変換器素子の第２の活性変換器層
（２２０）とは異なる材料から形成されている請求項５
５記載の方法。 - 【請求項５７】 前記第１の受信器と前記第２の受信器
は異なる電気的特性を有する請求項５５記載の方法。 - 【請求項５８】 前記第１の活性変換器層（２１０）と
前記活性変換器層（２２０）は異なる電気的特性を有す
る回路に接続されている請求項５４記載の方法。 - 【請求項５９】 第１の変換器素子の第１の活性変換器
層（２１０）は第２の変換器素子の第１の活性変換器層
（２１０）に接続された回路とは異なる特性を有する回
路に接続されている請求項５４記載の方法。 - 【請求項６０】 活性変換器層のうちの少なくとも２つ
は独立した集束を実行するために別個の集束電子回路に
接続されている請求項５４記載の方法。 - 【請求項６１】 １つの変換器素子の中の全ての活性変
換器層は独立した集束を実行するために別個の集束電子
回路に接続されている請求項５４記載の方法。 - 【請求項６２】 前記第１及び第２の受信器は、画像符
号化に先立って組み合わせ受信パルスを最適化するため
の電気フィルタリング能力をそれぞれ有する請求項５４
記載の方法。
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