JP2632846B2 - フエーズドアレイソーナ - Google Patents
フエーズドアレイソーナInfo
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- JP2632846B2 JP2632846B2 JP62107066A JP10706687A JP2632846B2 JP 2632846 B2 JP2632846 B2 JP 2632846B2 JP 62107066 A JP62107066 A JP 62107066A JP 10706687 A JP10706687 A JP 10706687A JP 2632846 B2 JP2632846 B2 JP 2632846B2
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- Japan
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- beamformer
- array
- primary
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- beamformers
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はフェーズドアレイソーナに関する。
（従来の技術） フェーズドアレイ方式の医用超音波イメージング装置
においては、各エレメントの受波信号を各々少しずつ異
なる遅延時間を付与する形にて集合加算点に導く必要が
あることから、１本の長大な或いは区間分けされた適度
の長さの多数の、ディレイラインを用い、その加入タッ
プの切換え乃至は個々のつなぎかえにより方位角毎にデ
ィレイマップを設定する作業を行っている。従来この種
のフェーズドアレイ装置の受波ビームフォーマは、上記
の如き作業をその都度１本の受波音線（ビーム）を位相
（若しくは遅延）合成するために１式の可変ディレイ回
路装置を用いていた。
においては、各エレメントの受波信号を各々少しずつ異
なる遅延時間を付与する形にて集合加算点に導く必要が
あることから、１本の長大な或いは区間分けされた適度
の長さの多数の、ディレイラインを用い、その加入タッ
プの切換え乃至は個々のつなぎかえにより方位角毎にデ
ィレイマップを設定する作業を行っている。従来この種
のフェーズドアレイ装置の受波ビームフォーマは、上記
の如き作業をその都度１本の受波音線（ビーム）を位相
（若しくは遅延）合成するために１式の可変ディレイ回
路装置を用いていた。
（発明が解決しようとする問題点） しかるに最近スキャンレートを増大させるために同時
に多方向からの受波を行いたい用途が増大している。例
えばMTI（moving target indication）方式の医用超音
波イメージング（所謂フローマッピングのたぐい）を行
おうとすると、固定反射（クラッタ）を消去するための
ディレイラインキャンセラ乃至２次元MTIフィルタとし
ては同一音線に多数回送受信せればならず、それを行っ
た上で全体のデータレート（フレームレート）を落とさ
ぬためにはMTIの次数に見合うだけの同時多音線受信、
即ち、マルチビーム受信を行わざるを得ない。従来方式
でもってマルチビーム受信を行おうとすると、多重化度
の数だけの同規模のビームフォーマを必要とし、頗る不
経済である。本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、簡易な構成でマルチビーム
受信を行うフェーズドアレイソーナを提供することにあ
る。
に多方向からの受波を行いたい用途が増大している。例
えばMTI（moving target indication）方式の医用超音
波イメージング（所謂フローマッピングのたぐい）を行
おうとすると、固定反射（クラッタ）を消去するための
ディレイラインキャンセラ乃至２次元MTIフィルタとし
ては同一音線に多数回送受信せればならず、それを行っ
た上で全体のデータレート（フレームレート）を落とさ
ぬためにはMTIの次数に見合うだけの同時多音線受信、
即ち、マルチビーム受信を行わざるを得ない。従来方式
でもってマルチビーム受信を行おうとすると、多重化度
の数だけの同規模のビームフォーマを必要とし、頗る不
経済である。本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、簡易な構成でマルチビーム
受信を行うフェーズドアレイソーナを提供することにあ
る。
（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するために、本発明のフェーズドア
レイソーナは、アレイを分割することにより１つのサブ
アレイが複数のエレメントにより構成される複数のサブ
アレイと、該サブアレイの各々の出力信号を入力して粗
調のために第１次のビームフォーミングを行う複数の１
次ビームフォーマと、全体としてダイナミックフォーカ
スを行うように該１次ビームフォーマの出力信号を可変
遅延する複数の可変遅延手段と、複数の該可変遅延手段
の出力信号を入力して主方位角の偏向のために第２次の
ビームフォーミングを行う複数の２次ビームフォーマ
と、該２次ビームフォーマの各々の出力信号を入力して
マルチビームを生成するビームスプリッタとを備えたこ
とを特徴とする。
レイソーナは、アレイを分割することにより１つのサブ
アレイが複数のエレメントにより構成される複数のサブ
アレイと、該サブアレイの各々の出力信号を入力して粗
調のために第１次のビームフォーミングを行う複数の１
次ビームフォーマと、全体としてダイナミックフォーカ
スを行うように該１次ビームフォーマの出力信号を可変
遅延する複数の可変遅延手段と、複数の該可変遅延手段
の出力信号を入力して主方位角の偏向のために第２次の
ビームフォーミングを行う複数の２次ビームフォーマ
と、該２次ビームフォーマの各々の出力信号を入力して
マルチビームを生成するビームスプリッタとを備えたこ
とを特徴とする。
（作用） アレイ全体を複数個のサブアレイに分割し、先ず各サ
ブアレイに対して第１次ビームフォーミングを行い、次
に、第１次ビームフォーミングを行った結果に対して第
２次ビームフォーミングを行う。
ブアレイに対して第１次ビームフォーミングを行い、次
に、第１次ビームフォーミングを行った結果に対して第
２次ビームフォーミングを行う。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の原理ブロック図である。図におい
て、11〜1m（ｍは整数）はｎ個（ｎは整数でｎ＞ｍ）の
エレメントを複数個（ここでは４個）の単位で分割した
サブアレイ、21〜2mはそれぞれ対応するサブアレイの受
信信号に対して第１次のビームフォーミングを行う１次
ビームフォーマである。３は各１次ビームフォーマ21〜
2mの出力を受けて全体の受信信号に対する第２次ビーム
フォーミングを行う２次ビームフォーマである。そし
て、該２次ビームフォーマ３から出力された信号は、後
段の処理回路（図示せず）に送られる。１次ビームフォ
ーマ21〜2mには粗設定のための信号が入り、２次ビーム
フォーマ３には粗設定用と微小偏向用の信号が入ってい
る。このように構成された回路の動作を説明すれば、以
下の通りである。
て、11〜1m（ｍは整数）はｎ個（ｎは整数でｎ＞ｍ）の
エレメントを複数個（ここでは４個）の単位で分割した
サブアレイ、21〜2mはそれぞれ対応するサブアレイの受
信信号に対して第１次のビームフォーミングを行う１次
ビームフォーマである。３は各１次ビームフォーマ21〜
2mの出力を受けて全体の受信信号に対する第２次ビーム
フォーミングを行う２次ビームフォーマである。そし
て、該２次ビームフォーマ３から出力された信号は、後
段の処理回路（図示せず）に送られる。１次ビームフォ
ーマ21〜2mには粗設定のための信号が入り、２次ビーム
フォーマ３には粗設定用と微小偏向用の信号が入ってい
る。このように構成された回路の動作を説明すれば、以
下の通りである。
図では、ｎ個のエレメントをｍ個のサブアレイに分割
しているが、サブアレイの概念について説明する。ビー
ムフォーマ（ディレイマップ）を多段構成とする場合、
最初に何個かのエレメントをまとめて整相し、受波の場
合、その出力を次に又何個がまとめて整相するというよ
うな操作を行わせる。この時、最初にまとめられる１群
のエレメントをサブアレイという。例えば、ｎ＝64のエ
レメントを４個のエレメント毎に分割するとサブアレイ
の数ｍはｍ＝16となる。２次ビームフォーマ３は16個の
サブアレイの出力を受けることになる。
しているが、サブアレイの概念について説明する。ビー
ムフォーマ（ディレイマップ）を多段構成とする場合、
最初に何個かのエレメントをまとめて整相し、受波の場
合、その出力を次に又何個がまとめて整相するというよ
うな操作を行わせる。この時、最初にまとめられる１群
のエレメントをサブアレイという。例えば、ｎ＝64のエ
レメントを４個のエレメント毎に分割するとサブアレイ
の数ｍはｍ＝16となる。２次ビームフォーマ３は16個の
サブアレイの出力を受けることになる。
このような取扱いは、広くアレイプロセシングにおい
て見られる。これを音響学的に考えると、サブアレイ11
〜1mが“電子的に回転させられる”と考えることができ
る。つまり、第１図に示す構成は、第２図に示すように
サブアレイ11〜1mに等価な回転しうる大きなエレメント
41〜4mを具備した音響学的に等価に考えることができ
る。つまり、ある方向（図の各θ）を設定したならば、
この１つの（各々の）サブアレイが成す指向性の鋭さの
許す範囲内（図のΔθ）では、サブアレイの指向性（１
次ビームフォーマのセッティング）を変えないで、後段
の２次ビームフォーマ３のみで音線の方向づけ乃至その
修正ができる。そこで、１次ビームフォーマ21〜2mに
は、例えば左30゜，正面，右30゜という程度の粗い選択
をさせるだけでよく、又、この程度の選択はエレメント
間に位相（乃至遅延）の差をつけるか否かによりコント
ロールできる。従って、この選択のためのスイッチを簡
単に実現することができる。
て見られる。これを音響学的に考えると、サブアレイ11
〜1mが“電子的に回転させられる”と考えることができ
る。つまり、第１図に示す構成は、第２図に示すように
サブアレイ11〜1mに等価な回転しうる大きなエレメント
41〜4mを具備した音響学的に等価に考えることができ
る。つまり、ある方向（図の各θ）を設定したならば、
この１つの（各々の）サブアレイが成す指向性の鋭さの
許す範囲内（図のΔθ）では、サブアレイの指向性（１
次ビームフォーマのセッティング）を変えないで、後段
の２次ビームフォーマ３のみで音線の方向づけ乃至その
修正ができる。そこで、１次ビームフォーマ21〜2mに
は、例えば左30゜，正面，右30゜という程度の粗い選択
をさせるだけでよく、又、この程度の選択はエレメント
間に位相（乃至遅延）の差をつけるか否かによりコント
ロールできる。従って、この選択のためのスイッチを簡
単に実現することができる。
第３図は、各サブアレイが２エレメントで構成されて
いる場合における１次ビームフォーマの構成例を示す図
である。図において、ELn,ELn+1はエレメント、Lnはコ
イル,Sn,Sn+1はスイッチである。ELn,ELn+1とでサブア
レイを構成している。そして、コイルLnとエレメントEL
n,ELn+1はエレメントの静電容量によりπ回路を構成し
ている。
いる場合における１次ビームフォーマの構成例を示す図
である。図において、ELn,ELn+1はエレメント、Lnはコ
イル,Sn,Sn+1はスイッチである。ELn,ELn+1とでサブア
レイを構成している。そして、コイルLnとエレメントEL
n,ELn+1はエレメントの静電容量によりπ回路を構成し
ている。
ここで、スイッチSn,Sn+1のオンオフを第４図に示す
ように決めることにより第３図に示すような正面，右，
左の選択を行わせることができる。ここでは、π回路の
区間数が極めて小さいので反射は問題とならず、位相回
転のみとして扱うことができる。ここで、スイッチSn,S
n+1としては例えばDMOSの高耐圧マルチプレクサを用い
ることができる。尚、図中の×印は存在しないことを示
している。
ように決めることにより第３図に示すような正面，右，
左の選択を行わせることができる。ここでは、π回路の
区間数が極めて小さいので反射は問題とならず、位相回
転のみとして扱うことができる。ここで、スイッチSn,S
n+1としては例えばDMOSの高耐圧マルチプレクサを用い
ることができる。尚、図中の×印は存在しないことを示
している。
第５図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図で
ある。図に示す実施例はT/R実装チャネル数256回線で１
段〜４段の４段構成の多段ビームフォーミングを行って
いる。エレメントは、ここでは２エレメントで１サブア
レイとなるようにグループ化している。従って、サブア
レイは合計A1〜A128の128個存在する。P1〜P128は１段
目を構成するプリフェーザである。D1〜D128はそれぞれ
対応する前段のプリフェーザ出力を受けるバリキャップ
式可変ディレイで２段目を構成している。これらバリキ
ャップ式可変ディレイD1〜D128には、例えばD/A変換器
とスプラインを介してコントロール信号が与えられ、40
0nS〜２μＳの間で連続可変できるようになっている。
ある。図に示す実施例はT/R実装チャネル数256回線で１
段〜４段の４段構成の多段ビームフォーミングを行って
いる。エレメントは、ここでは２エレメントで１サブア
レイとなるようにグループ化している。従って、サブア
レイは合計A1〜A128の128個存在する。P1〜P128は１段
目を構成するプリフェーザである。D1〜D128はそれぞれ
対応する前段のプリフェーザ出力を受けるバリキャップ
式可変ディレイで２段目を構成している。これらバリキ
ャップ式可変ディレイD1〜D128には、例えばD/A変換器
とスプラインを介してコントロール信号が与えられ、40
0nS〜２μＳの間で連続可変できるようになっている。
MD1〜MD8はそれぞれ２段目からの信号を受ける主ディ
レイサムで３段目を構成している。これら主ディレイサ
ムにおいて、１グループ16回線として１つの主ディレイ
サムが16回線を担当している。これら主ディレイサムMD
1〜MD8は、それぞれが各１本のディレイと加入点選択ス
イッチより構成されている。そして、ディレイ全長で10
μＳ程度の遅れ時間を尽ることができ、きざみステップ
としては640nS程度である。Ｂは各主ディレイサムMD1〜
MD8の出力を受けて隣り合うマルチビームを出力するビ
ームスプリッタで４段目を構成している。そして、該ビ
ームスプリッタの各出力（マルチビーム受波出力）は後
段の処理回路（例えば対数変換回路，ドップラプロセッ
サ等）に送らせる。
レイサムで３段目を構成している。これら主ディレイサ
ムにおいて、１グループ16回線として１つの主ディレイ
サムが16回線を担当している。これら主ディレイサムMD
1〜MD8は、それぞれが各１本のディレイと加入点選択ス
イッチより構成されている。そして、ディレイ全長で10
μＳ程度の遅れ時間を尽ることができ、きざみステップ
としては640nS程度である。Ｂは各主ディレイサムMD1〜
MD8の出力を受けて隣り合うマルチビームを出力するビ
ームスプリッタで４段目を構成している。そして、該ビ
ームスプリッタの各出力（マルチビーム受波出力）は後
段の処理回路（例えば対数変換回路，ドップラプロセッ
サ等）に送らせる。
このように構成された装置において、１段目のプリフ
ェーザP1〜P128は、サブアレイA1〜A128の受波ビームの
粗設定を行い１次ビームフォーマを構成している。プリ
フェーザP1〜P128出力は、各回線の位相分布のずれを修
正するためのバリキャップ式可変ディレイD1〜D128にそ
れぞれ入って位相のずれが修正される。位相のずれが修
正されたビームは、１グループ16回線にグループ化され
た後、続く主ディレイサム（２次ビームフォーマ）MD1
〜MD8に入って、主方位角（音線群の中の中心線）の設
定がなされる。主方位角が設定されたビームは、続くビ
ームスプリッタＢに入って、該ビームスプリッタＢから
マルチビームとして出力される。
ェーザP1〜P128は、サブアレイA1〜A128の受波ビームの
粗設定を行い１次ビームフォーマを構成している。プリ
フェーザP1〜P128出力は、各回線の位相分布のずれを修
正するためのバリキャップ式可変ディレイD1〜D128にそ
れぞれ入って位相のずれが修正される。位相のずれが修
正されたビームは、１グループ16回線にグループ化され
た後、続く主ディレイサム（２次ビームフォーマ）MD1
〜MD8に入って、主方位角（音線群の中の中心線）の設
定がなされる。主方位角が設定されたビームは、続くビ
ームスプリッタＢに入って、該ビームスプリッタＢから
マルチビームとして出力される。
尚、１次ビームフォーマにおいては、各サブアレイの
指向性と音線を大略目的とする焦点を通過するように構
成される。
指向性と音線を大略目的とする焦点を通過するように構
成される。
又、１次,2次ビームフォーマにおいて大略同じで若干
異なる焦点を設定するようにする。具体的には、度の強
い凸レンズの前後に、度の弱い凹レンズを着脱させて焦
点を変えることで実現することができる。
異なる焦点を設定するようにする。具体的には、度の強
い凸レンズの前後に、度の弱い凹レンズを着脱させて焦
点を変えることで実現することができる。
又、上述説明では、１次ビームフォーマを探触子（サ
ブアレイを組合せたもの）とは別個に設けた場合を例に
とったが、１次ビームフォーマを探触子内に収容するよ
うにしてもよい。このようにすると、そうしない場合よ
りケーブルの回線数を著しく減らすことができる。
ブアレイを組合せたもの）とは別個に設けた場合を例に
とったが、１次ビームフォーマを探触子内に収容するよ
うにしてもよい。このようにすると、そうしない場合よ
りケーブルの回線数を著しく減らすことができる。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、簡易な
構成でマルチビーム受信を実現することができる。
構成でマルチビーム受信を実現することができる。
第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は第１図の音
響学的等価構成を示す図、第３図はサブアレイの構成例
を示す図、第４図はスイッチのオンオフ状態による回転
方向を示す図、第５図は本発明の実施例を示す図であ
る。 11〜1m,A1〜A128……サブアレイ 21〜2m……１次ビームフォーマ 3,31〜3l……２次ビームフォーマ 41〜4m,ELn,ELn+1……エレメント P1〜P128……プリフェーザ D1〜D128……バリキャップ式可変ディレイ MD1〜MD8……主ディレイサム Ｂ……ビームスプリッタ Ln……コイル,Sn,Sn+1……スイッチ
響学的等価構成を示す図、第３図はサブアレイの構成例
を示す図、第４図はスイッチのオンオフ状態による回転
方向を示す図、第５図は本発明の実施例を示す図であ
る。 11〜1m,A1〜A128……サブアレイ 21〜2m……１次ビームフォーマ 3,31〜3l……２次ビームフォーマ 41〜4m,ELn,ELn+1……エレメント P1〜P128……プリフェーザ D1〜D128……バリキャップ式可変ディレイ MD1〜MD8……主ディレイサム Ｂ……ビームスプリッタ Ln……コイル,Sn,Sn+1……スイッチ
Claims (1)
- 【請求項１】アレイを分割することにより１つのサブア
レイが複数のエレメントにより構成される複数のサブア
レイと、 該サブアレイの各々の出力信号を入力して粗調のために
第１次のビームフォーミングを行う複数の１次ビームフ
ォーマと、 全体としてダイナミックフォーカスを行うように該１次
ビームフォーマの出力信号を可変遅延する複数の可変遅
延手段と、 複数の該可変遅延手段の出力信号を入力して主方位角の
偏向のために第２次のビームフォーミングを行う複数の
２次ビームフォーマと、 該２次ビームフォーマの各々の出力信号を入力してマル
チビームを生成するビームスプリッタとを備えたことを
特徴とするフェーズドアレイソーナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107066A JP2632846B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | フエーズドアレイソーナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107066A JP2632846B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | フエーズドアレイソーナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63272330A JPS63272330A (ja) | 1988-11-09 |
| JP2632846B2 true JP2632846B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=14449623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62107066A Expired - Fee Related JP2632846B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | フエーズドアレイソーナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2632846B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6540682B1 (en) * | 2000-11-09 | 2003-04-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Portable, configurable and scalable ultrasound imaging system |
| JP5649576B2 (ja) * | 2008-09-15 | 2015-01-07 | テラテク・コーポレーシヨン | ３次元超音波画像形成システム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6031739A (ja) * | 1983-07-30 | 1985-02-18 | アロカ株式会社 | 超音波診断装置 |
| JPH06100583B2 (ja) * | 1985-07-10 | 1994-12-12 | 株式会社日立製作所 | 超音波装置 |
| DE3525179A1 (de) * | 1985-07-15 | 1987-01-22 | Siemens Ag | Verfahren und geraet zur ultraschall-abtastung eines objekts |
-
1987
- 1987-04-30 JP JP62107066A patent/JP2632846B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63272330A (ja) | 1988-11-09 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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