JP3010054B2 - 超音波変換器の二次元フェーズドアレイ - Google Patents
超音波変換器の二次元フェーズドアレイInfo
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
- B06B1/0629—Square array
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、超音波画像形成技術に関するものであっ
て、更に詳細には、超音波変換器の新規な二次元フェー
ズドアレイに関するものである。
て、更に詳細には、超音波変換器の新規な二次元フェー
ズドアレイに関するものである。
従来技術 医学的診断などの目的のために使用する多くの超音波
画像形成システムにおいて、アパーチャの長さに亘って
単一次元（例えば、カーテシアン座標系におけるＸ次
元）に延在して複数個の独立した変換器からなるアレイ
が形成される。これら変換器の各々へ独立的に印加され
るエネルギは、変調されて（振幅、時間、位相、周波数
などのパラメータにおいて）、エネルギビームを形成し
且つそのビームを伸長させたアレイ次元を介して通過す
る面（例えば、Ｘ−Ｚ面、尚、Ｚ方向はアレイ表面に対
して直交する）においてそのビームを電子的にスティァ
（操縦）及びフォーカス（合焦）させる。しかしなが
ら、横断方向のＹ−Ｚ面においては、そのビームは一つ
の距離においてのみ実際にフォーカスされる。なぜなら
ば、アレイの伸長次元と直交する方向においてフォーカ
スを得るために使用される固定した機械的レンズが存在
するからである。Ｘ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面の両方におい
て、即ち、ビーム指向（大略、Ｚ）方向に垂直なＸ及び
Ｙ方向において、そのビームを電子的に可変的にフォー
カスすることが可能であることが極めて望ましい。フェ
ーズドアレイ次元の各々が異なった役割を有する電子的
に制御される二次元アパーチャを有するアレイを提供す
ることが望ましい。従って、与えられた、例えばＺ軸方
向に指向されるビームの場合、第一即ちＸ直交方向にお
けるビーム制御は、照射のスティア及びフォーカスの両
方を行なう作用をし、一方直交する第二の即ちＹ方向に
おけるビーム制御を使用して、該ビームを、そのビーム
をスティアすることが可能な全ての位置における一点へ
フォーカスさせる（それは、一次元アレイによっては達
成することは不可能である）。従って、所望の変換器ア
レイは、ビーム（Ｚ）方向と直交する（Ｘ又はＹ）方向
において明確に異なった特性を有する照射パターンを射
出する。従って、複数個の変換器から形成されており、
第一方向においてスティアリング（操縦）及びフォーカ
ッシング（合焦）能力を持っており且つ直交する第二方
向においてフォーカッシング能力を持っている二次元超
音波フェーズドアレイを提供することが極めて望まし
い。
画像形成システムにおいて、アパーチャの長さに亘って
単一次元（例えば、カーテシアン座標系におけるＸ次
元）に延在して複数個の独立した変換器からなるアレイ
が形成される。これら変換器の各々へ独立的に印加され
るエネルギは、変調されて（振幅、時間、位相、周波数
などのパラメータにおいて）、エネルギビームを形成し
且つそのビームを伸長させたアレイ次元を介して通過す
る面（例えば、Ｘ−Ｚ面、尚、Ｚ方向はアレイ表面に対
して直交する）においてそのビームを電子的にスティァ
（操縦）及びフォーカス（合焦）させる。しかしなが
ら、横断方向のＹ−Ｚ面においては、そのビームは一つ
の距離においてのみ実際にフォーカスされる。なぜなら
ば、アレイの伸長次元と直交する方向においてフォーカ
スを得るために使用される固定した機械的レンズが存在
するからである。Ｘ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面の両方におい
て、即ち、ビーム指向（大略、Ｚ）方向に垂直なＸ及び
Ｙ方向において、そのビームを電子的に可変的にフォー
カスすることが可能であることが極めて望ましい。フェ
ーズドアレイ次元の各々が異なった役割を有する電子的
に制御される二次元アパーチャを有するアレイを提供す
ることが望ましい。従って、与えられた、例えばＺ軸方
向に指向されるビームの場合、第一即ちＸ直交方向にお
けるビーム制御は、照射のスティア及びフォーカスの両
方を行なう作用をし、一方直交する第二の即ちＹ方向に
おけるビーム制御を使用して、該ビームを、そのビーム
をスティアすることが可能な全ての位置における一点へ
フォーカスさせる（それは、一次元アレイによっては達
成することは不可能である）。従って、所望の変換器ア
レイは、ビーム（Ｚ）方向と直交する（Ｘ又はＹ）方向
において明確に異なった特性を有する照射パターンを射
出する。従って、複数個の変換器から形成されており、
第一方向においてスティアリング（操縦）及びフォーカ
ッシング（合焦）能力を持っており且つ直交する第二方
向においてフォーカッシング能力を持っている二次元超
音波フェーズドアレイを提供することが極めて望まし
い。
目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上
述した如き従来技術の欠点を解消し、変換器の新規な超
音波二次元フェーズドアレイを提供することを目的とす
る。
述した如き従来技術の欠点を解消し、変換器の新規な超
音波二次元フェーズドアレイを提供することを目的とす
る。
構 成 本発明によれば、二次元超音波フェーズドアレイは、
複数個の変換器によって形成される円形状のアパーチャ
に対する直線近似を有しており、各変換器は電気的エネ
ルギを送信時間間隔期間中は機械的運動へ変換し且つ受
信時間間隔期間中は機械的運動を電気的エネルギへ変換
させる。これらの変換器は、第一（Ｘ）軸及び第二
（Ｙ）軸の両方に関して実質的に対称的に二次元アレイ
形状に配列されている。これらの変換器は、複数個2N個
のサブアレイに配列されており、各サブアレイは、第一
方向（即ち、スキャン軸Ｘに対して平行）に延在してお
り且つダイナミックフォーカッシングを容易とするため
に選択された第二の直交する（スキャン面外、即ちＹ）
方向における範囲を有している。各サブアレイは、スキ
ャン（Ｘ）方向において異なった長さを有しており、且
つ異なった複数個の変換器を有している。これらの異な
った形状のサブアレイは、全体として、卵型乃至は湾曲
形状のアパーチャを近似しており、それは予め選択した
偏心を有している。一実施例においては、この偏心度は
１であり、その場合は円形形状のアパーチャを画定す
る。各サブアレイ変換器は、２−２セラミック複合体に
おいて複数個の平行なピエゾ電気シートから形成されて
おり、これらのシートは一定の間隔（約0.6音響波長）
を有しており、従って変換器内のシート数は、その変換
器が位置されているサブアレイに依存して変化する。こ
れらのシートは、各変換器における全てのシートの並置
された第一端部へ付与される変換器電極によって全て並
列して電気的に接続されており、一方共通電極が、アレ
イのスキャン（Ｘ）次元の各値に沿っての全ての変換器
における全ての要素の残りの端部を接続している。
複数個の変換器によって形成される円形状のアパーチャ
に対する直線近似を有しており、各変換器は電気的エネ
ルギを送信時間間隔期間中は機械的運動へ変換し且つ受
信時間間隔期間中は機械的運動を電気的エネルギへ変換
させる。これらの変換器は、第一（Ｘ）軸及び第二
（Ｙ）軸の両方に関して実質的に対称的に二次元アレイ
形状に配列されている。これらの変換器は、複数個2N個
のサブアレイに配列されており、各サブアレイは、第一
方向（即ち、スキャン軸Ｘに対して平行）に延在してお
り且つダイナミックフォーカッシングを容易とするため
に選択された第二の直交する（スキャン面外、即ちＹ）
方向における範囲を有している。各サブアレイは、スキ
ャン（Ｘ）方向において異なった長さを有しており、且
つ異なった複数個の変換器を有している。これらの異な
った形状のサブアレイは、全体として、卵型乃至は湾曲
形状のアパーチャを近似しており、それは予め選択した
偏心を有している。一実施例においては、この偏心度は
１であり、その場合は円形形状のアパーチャを画定す
る。各サブアレイ変換器は、２−２セラミック複合体に
おいて複数個の平行なピエゾ電気シートから形成されて
おり、これらのシートは一定の間隔（約0.6音響波長）
を有しており、従って変換器内のシート数は、その変換
器が位置されているサブアレイに依存して変化する。こ
れらのシートは、各変換器における全てのシートの並置
された第一端部へ付与される変換器電極によって全て並
列して電気的に接続されており、一方共通電極が、アレ
イのスキャン（Ｘ）次元の各値に沿っての全ての変換器
における全ての要素の残りの端部を接続している。
現在好適な実施例においては、大人の心臓検診に対す
る二次元変換器アレイは5MHzで動作し、アパーチャは約
1.52cm（0.600インチ）である。Ｙ＝０アレイ中心線の
各々の側に、複数個Ｎ＝４の別々のサブアレイが独立的
に設けられている。変換器長さ及び数は、|Y|＞０の場
合に減少して、円形状のアパーチャを段階的に近似する
異なった直線サブアレイを与える。
る二次元変換器アレイは5MHzで動作し、アパーチャは約
1.52cm（0.600インチ）である。Ｙ＝０アレイ中心線の
各々の側に、複数個Ｎ＝４の別々のサブアレイが独立的
に設けられている。変換器長さ及び数は、|Y|＞０の場
合に減少して、円形状のアパーチャを段階的に近似する
異なった直線サブアレイを与える。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態
様について詳細に説明する。
様について詳細に説明する。
第1a図を参照すると、２−２ピエゾ電気セラミック複
合体の単一の正方形（又は八角形）ブロック10から形成
した二次元変換器アレイが示されている。このブロック
は、例えば鉛チタン酸ジルコニウム物質（PZT−５）な
どのようなピエゾ電気セラミックからなら複数個のシー
ト11から形成されており、その各々は厚さt1（例えば、
約7.6mm（３ミリインチ即ちミル）を有しており、それ
は意図した超音波操作周波数（例えば、5MHz）での音響
波長の半分未満である。シート11は、厚さt2（例えば2.
5mm（１ミル）の例えばエポキシなどのような音響的に
不活性のポリマー物質からなるインターリーブ層12によ
って互いに分離されており、従ってピエゾ電気セラミッ
クシート11は所望の中心間離隔距離Ｓを有している。従
って、ブロック10は、ピエゾ電気シート11の各々及び二
次元面（ここでは、Ｘ−Ｚ面）内に接続したポリマー物
質層12を有しており、選択した寸法はこれらの方向のう
ちの少なくとも一つにおけるものであり、ここではＺ方
向における高さＨである（例えば、Ｈは約51mm（20ミ
ル）である）。理想的には、これらのシート及び層は、
全て、アレイが製造されるべき正方形のブロックの側部
の長さに等しい長さに亘って他の（Ｘ）方向に延在する
（しかしながら、八角形、矩形又はその他の形状の開始
ブロックを使用することが可能である）。シート11及び
インターリーブ層12の数は残存する（Ｙ）方向における
ブロック厚さがＸ方向におけるブロック長と実質的に同
一であるように選択される。各ピエゾ電気セラミックシ
ート11は隣接するシートと実質的に平行であるが少なく
とも１個の実質的に同一面上のポリマー層12によってそ
れから分離されており、各ポリマー層12は、それ自身、
その他のポリマー層と同一面上であるが、それから実質
的に分離されている。従って、各活性（ピエゾ電気）物
質シートは、各不活性接続用ポリマー層と同じく、二つ
の方向（Ｘ及びＺ）において１音響長波よりも大きな寸
法を有している。各ピエゾ電気層11は、単一方向（ここ
では、Ｙ方向）においてのみ音響波長よりもかなり短い
距離に亘って延在しており、このことは、その方向にお
いて個々のシートの実効的結果を減少する上で特に有用
であり、弾性及びピエゾ電気定数の非等方性を向上させ
る（ここで、好適な非等方的ピエゾ電気物質を、ピエゾ
電気比d33/d31≧５を持つものとして定義する）。その
ようにして音響波長と比較して小さな少なくとも一つの
次元を有する等方性ピエゾ電気セラミックからなる２−
２複合体を形成することにより、構成物質からの偶発的
音響波の散乱を防止することが可能であり、特に、本新
規なフェーズドアレイの変換器においてこの複合体を複
数個「積層」したシート部材を使用する場合にそのこと
が言える。幾分異なった言い方をすれば、全ての次元が
音響波長よりかなり大きい場合に例えばPZTなどのよう
なピエゾ電気セラミックの均一なプレートが有するであ
ろうような比較的等方的な値（即ち、d33/d31≦３）よ
りも大きな非等方性を持った非等方性ピエゾ電気部材
（インターリーブ層12及びシート11から形成されてい
る）を合成的に発生させるために変換器のピエゾ電気部
分の構造を変更した。
合体の単一の正方形（又は八角形）ブロック10から形成
した二次元変換器アレイが示されている。このブロック
は、例えば鉛チタン酸ジルコニウム物質（PZT−５）な
どのようなピエゾ電気セラミックからなら複数個のシー
ト11から形成されており、その各々は厚さt1（例えば、
約7.6mm（３ミリインチ即ちミル）を有しており、それ
は意図した超音波操作周波数（例えば、5MHz）での音響
波長の半分未満である。シート11は、厚さt2（例えば2.
5mm（１ミル）の例えばエポキシなどのような音響的に
不活性のポリマー物質からなるインターリーブ層12によ
って互いに分離されており、従ってピエゾ電気セラミッ
クシート11は所望の中心間離隔距離Ｓを有している。従
って、ブロック10は、ピエゾ電気シート11の各々及び二
次元面（ここでは、Ｘ−Ｚ面）内に接続したポリマー物
質層12を有しており、選択した寸法はこれらの方向のう
ちの少なくとも一つにおけるものであり、ここではＺ方
向における高さＨである（例えば、Ｈは約51mm（20ミ
ル）である）。理想的には、これらのシート及び層は、
全て、アレイが製造されるべき正方形のブロックの側部
の長さに等しい長さに亘って他の（Ｘ）方向に延在する
（しかしながら、八角形、矩形又はその他の形状の開始
ブロックを使用することが可能である）。シート11及び
インターリーブ層12の数は残存する（Ｙ）方向における
ブロック厚さがＸ方向におけるブロック長と実質的に同
一であるように選択される。各ピエゾ電気セラミックシ
ート11は隣接するシートと実質的に平行であるが少なく
とも１個の実質的に同一面上のポリマー層12によってそ
れから分離されており、各ポリマー層12は、それ自身、
その他のポリマー層と同一面上であるが、それから実質
的に分離されている。従って、各活性（ピエゾ電気）物
質シートは、各不活性接続用ポリマー層と同じく、二つ
の方向（Ｘ及びＺ）において１音響長波よりも大きな寸
法を有している。各ピエゾ電気層11は、単一方向（ここ
では、Ｙ方向）においてのみ音響波長よりもかなり短い
距離に亘って延在しており、このことは、その方向にお
いて個々のシートの実効的結果を減少する上で特に有用
であり、弾性及びピエゾ電気定数の非等方性を向上させ
る（ここで、好適な非等方的ピエゾ電気物質を、ピエゾ
電気比d33/d31≧５を持つものとして定義する）。その
ようにして音響波長と比較して小さな少なくとも一つの
次元を有する等方性ピエゾ電気セラミックからなる２−
２複合体を形成することにより、構成物質からの偶発的
音響波の散乱を防止することが可能であり、特に、本新
規なフェーズドアレイの変換器においてこの複合体を複
数個「積層」したシート部材を使用する場合にそのこと
が言える。幾分異なった言い方をすれば、全ての次元が
音響波長よりかなり大きい場合に例えばPZTなどのよう
なピエゾ電気セラミックの均一なプレートが有するであ
ろうような比較的等方的な値（即ち、d33/d31≦３）よ
りも大きな非等方性を持った非等方性ピエゾ電気部材
（インターリーブ層12及びシート11から形成されてい
る）を合成的に発生させるために変換器のピエゾ電気部
分の構造を変更した。
対照的に、従来の複合物質ブロック14（第1b図）は、
１−３複合体であり、一方向にのみ（ここでは、各ロッ
ドが使用される波長よりもかなり小さな寸法の半径ｒを
持っているので、実質的にＺ方向においてのみ）伸長さ
れた複数個の個別的ピエゾ電気セラミックロッド16を有
しており、これらのロッド16はカーテシアン座標系の全
ての三つの次元において接続されており且つX,Y,Z方向
において複数個の波長次元で延在するポリマー母材18に
よって互いに分離されている。
１−３複合体であり、一方向にのみ（ここでは、各ロッ
ドが使用される波長よりもかなり小さな寸法の半径ｒを
持っているので、実質的にＺ方向においてのみ）伸長さ
れた複数個の個別的ピエゾ電気セラミックロッド16を有
しており、これらのロッド16はカーテシアン座標系の全
ての三つの次元において接続されており且つX,Y,Z方向
において複数個の波長次元で延在するポリマー母材18に
よって互いに分離されている。
第２図は、本発明の現在好適な２−２セラミック複合
体のブロック10を製造する態様を示している。ピエゾ電
気セラミックスのみから形成されるブロック20が初期的
に用意される。複数個の鋸切り目23がブロック20内に刻
設されて、複数個の伸長した固体の「フィンガ」22a,22
b,…,22i,…22nを形成する。各フィンガ22は、三つの全
てのＸ−Y,X−Ｚ及びＺ−Ｘ面において実質的に矩形状
の断面を有しており、各フィンガは例えば端部22a−１
又は端部22i−１などのようなブロックの一端において
連続的なウエブ24を取付けた第一端部を持っており、且
つ例えば端部22a−２又は端部22i−２などのような反対
側の自由端部を有している。従って、もともと固体のピ
エゾ電気セラミックブロック20は、切断されて、複数個
のフィンガ22iの各々を所望の厚さ関数t1（ｙ）で形成
し、ここでは、この関数は実質的に一定の厚さt1（ここ
では、約7.6mm（３ミル）であり、それは深さＨ（ここ
では、約41mm（16ミル）及び所望の幅t2（ここでは、約
2.5mm（１ミル）を持った切れ目23によって画定されて
おり、且つ所望の厚さＷ（ここでは、約10.2mm（４ミ
ル）のウエブ24が並置されたフィンガの第一端部22i−
１の全てを保持している。鋸切れ目23の各々は、所望の
エポキシポリマー26が充填される。ポリマーが満足する
程度にセットすると、層端部22i−１に最も近いブロッ
ク20の端部を、ウエブ24の全てが除去され且つ研摩した
ブロックのＺ軸寸法が第一層端部22i−１によって形成
される表面から他の層端部22i−２によって形成される
表面への所望の距離Ｈへ減少されるまで、研摩される。
体のブロック10を製造する態様を示している。ピエゾ電
気セラミックスのみから形成されるブロック20が初期的
に用意される。複数個の鋸切り目23がブロック20内に刻
設されて、複数個の伸長した固体の「フィンガ」22a,22
b,…,22i,…22nを形成する。各フィンガ22は、三つの全
てのＸ−Y,X−Ｚ及びＺ−Ｘ面において実質的に矩形状
の断面を有しており、各フィンガは例えば端部22a−１
又は端部22i−１などのようなブロックの一端において
連続的なウエブ24を取付けた第一端部を持っており、且
つ例えば端部22a−２又は端部22i−２などのような反対
側の自由端部を有している。従って、もともと固体のピ
エゾ電気セラミックブロック20は、切断されて、複数個
のフィンガ22iの各々を所望の厚さ関数t1（ｙ）で形成
し、ここでは、この関数は実質的に一定の厚さt1（ここ
では、約7.6mm（３ミル）であり、それは深さＨ（ここ
では、約41mm（16ミル）及び所望の幅t2（ここでは、約
2.5mm（１ミル）を持った切れ目23によって画定されて
おり、且つ所望の厚さＷ（ここでは、約10.2mm（４ミ
ル）のウエブ24が並置されたフィンガの第一端部22i−
１の全てを保持している。鋸切れ目23の各々は、所望の
エポキシポリマー26が充填される。ポリマーが満足する
程度にセットすると、層端部22i−１に最も近いブロッ
ク20の端部を、ウエブ24の全てが除去され且つ研摩した
ブロックのＺ軸寸法が第一層端部22i−１によって形成
される表面から他の層端部22i−２によって形成される
表面への所望の距離Ｈへ減少されるまで、研摩される。
第３図を参照すると、本変換器アレイは、円形状フレ
ネルレンズに対する直線近似を形成しており、従ってス
キャン／フォーカス方向（Ｘ軸）及びフォーカスのみの
方向を有している。本アレイは、アレイの二つの直交す
る次元の各々において必要とされるチャンネル、即ち独
立変換器の数が等しくないことを支配するフォーカスの
みの方向（ここでは、Ｙ方向）における範囲を有してい
る。スティアリングとフォーカッシングの両方が行なわ
れるＸ方向におけるチャンネルの数及び間隔は、最初
に、所望のアパーチャ寸法Ｌ及び所定組のスキャニング
条件によって主に決定されねばならない。次いで、Ｙ次
元におけるチャンネル要素の数及び間隔が、予め確立さ
れたアパーチャ次元及びフォーカッシング条件によって
決定される。与えられた全体的なアパーチャ寸法Ｌに対
して、Ｙ方向における適宜のフォーカスのために必要と
されるチャンネル数は、画像形成システムが最小のｆス
トップ及び最大の画像範囲Rmaxに制限される場合にアパ
ーチャが呈示する独立的なフォーカルゾーンの数Ｎを計
算することによって得ることが可能である。位相及び時
間遅れ補正に対する放物線近似を使用して、独立的フォ
ーカルゾーンの数は、最小ｆストップ条件において得ら
れる最大位相シフトと最大範囲Rmaxにおいて得られる最
大位相シフトとの間のπフェーズシフトの数Ｎによって
与えられる。従って、独立的なフォーカルゾーンの数Ｎ
は次式で与えられる。
ネルレンズに対する直線近似を形成しており、従ってス
キャン／フォーカス方向（Ｘ軸）及びフォーカスのみの
方向を有している。本アレイは、アレイの二つの直交す
る次元の各々において必要とされるチャンネル、即ち独
立変換器の数が等しくないことを支配するフォーカスの
みの方向（ここでは、Ｙ方向）における範囲を有してい
る。スティアリングとフォーカッシングの両方が行なわ
れるＸ方向におけるチャンネルの数及び間隔は、最初
に、所望のアパーチャ寸法Ｌ及び所定組のスキャニング
条件によって主に決定されねばならない。次いで、Ｙ次
元におけるチャンネル要素の数及び間隔が、予め確立さ
れたアパーチャ次元及びフォーカッシング条件によって
決定される。与えられた全体的なアパーチャ寸法Ｌに対
して、Ｙ方向における適宜のフォーカスのために必要と
されるチャンネル数は、画像形成システムが最小のｆス
トップ及び最大の画像範囲Rmaxに制限される場合にアパ
ーチャが呈示する独立的なフォーカルゾーンの数Ｎを計
算することによって得ることが可能である。位相及び時
間遅れ補正に対する放物線近似を使用して、独立的フォ
ーカルゾーンの数は、最小ｆストップ条件において得ら
れる最大位相シフトと最大範囲Rmaxにおいて得られる最
大位相シフトとの間のπフェーズシフトの数Ｎによって
与えられる。従って、独立的なフォーカルゾーンの数Ｎ
は次式で与えられる。
Ｎ＝（L/4λ）（（1/（f/stop）−L/Rmax）） 尚、f/stopは画象形成システムに対する最小ｆストッ
プ（即ち、Rmin/L）であり、Ｌはアパーチャ長さであ
り、Rmaxは最大画像フォーカス範囲である。アパーチャ
寸法Ｌが増加し且つ画像形成用波長λが減少すると、独
立的フォーカルゾーンの数が、単一固定フォーカスレン
ズによって適切に近似することが可能な独立的フォーカ
ルゾーンの数（一般的に、Ｎ＞１）を超えて増加し、従
ってＹ方向フォーカッシングが顕著な問題となり始め、
且つ固定フォーカス変換器を使用する何れの画像形成用
システムの全体的な分解能を制限する。この分解能の損
失を解消するために、アパーチャをＹ軸に沿ってセグメ
ント化することが可能であり、Ｙ次元においてダイナミ
ックフォーカッシング及び／又はダイナミックアポダイ
ゼーション（apodization）を可能としている。一般的
に、必要とされるセグメントの数は、目安として、独立
的フォーカルゾーンの数と等しいものとして近似するこ
とが可能である。従って、Ｙ方向に十分な数のチャンネ
ルが存在し、従って各変換器は、任意の興味範囲に位置
された点源からの経路長において半波長未満の変化を経
験する。４個の独立ゾーンでフォーカッシングする二次
元アパーチャに対するフレネルゾーンプレートの一例を
第３図に示してある。アレイのＹ＝０中心線からの４個
のゾーンの各々の幅は、Ay次元によって与えられる。
尚、１≦ｙ≦４である。従って、第一ゾーンは、Ｙ＝０
中心線から距離A1に亘っての範囲であり、一方第二ゾー
ンはそれを超えての範囲A2を有しており、以下同様であ
る。経路長差ｌの各整数倍の場合、cosφｙ＝１−（yl/
F）であり、従って平均焦点距離Ｆ（その範囲の）及び
経路長差ｌが選択されると、与えられるべきゾーンの数
Ｎが与れられている場合、角度φｙの組を計算すること
が可能である。各ゾーンは、マスタの全体的なアレイの
一つの異なったサブアレイである。各サブアレイのＹ方
向における範囲を加算して、各サブアレイゾーンのＹ次
元半分幅Byを得ることが可能である。図示した如き４ゾ
ーン円形レンズ近似の場合、最大半直径B4は、更に、ス
ティアリング（Ｘ）方向におけるアパーチャ次元（Ｌ）
の半分と等しくすることが可能である。例示的に説明す
ると、1.5cmのアパーチャ（Ｌ）を持ったＮ＝４ゾーン
二次元アレイの場合、アレイ主軸（Ｘ次元）直径は約1.
52cm（0.600インチ）であり、且つマイナ次元Ｙ最大距
離B4は約0.76cm（0.3インチ）である。約5MHzの周波数
で動作するアレイの場合、このことは、それぞれ、約38
1mm（150ミル）のA1、約157mm（62ミル）のA2、約122mm
（48ミル）のA3及び約102mm（40ミル）のA4からなるゾ
ーン次元Ayへ変換される。
プ（即ち、Rmin/L）であり、Ｌはアパーチャ長さであ
り、Rmaxは最大画像フォーカス範囲である。アパーチャ
寸法Ｌが増加し且つ画像形成用波長λが減少すると、独
立的フォーカルゾーンの数が、単一固定フォーカスレン
ズによって適切に近似することが可能な独立的フォーカ
ルゾーンの数（一般的に、Ｎ＞１）を超えて増加し、従
ってＹ方向フォーカッシングが顕著な問題となり始め、
且つ固定フォーカス変換器を使用する何れの画像形成用
システムの全体的な分解能を制限する。この分解能の損
失を解消するために、アパーチャをＹ軸に沿ってセグメ
ント化することが可能であり、Ｙ次元においてダイナミ
ックフォーカッシング及び／又はダイナミックアポダイ
ゼーション（apodization）を可能としている。一般的
に、必要とされるセグメントの数は、目安として、独立
的フォーカルゾーンの数と等しいものとして近似するこ
とが可能である。従って、Ｙ方向に十分な数のチャンネ
ルが存在し、従って各変換器は、任意の興味範囲に位置
された点源からの経路長において半波長未満の変化を経
験する。４個の独立ゾーンでフォーカッシングする二次
元アパーチャに対するフレネルゾーンプレートの一例を
第３図に示してある。アレイのＹ＝０中心線からの４個
のゾーンの各々の幅は、Ay次元によって与えられる。
尚、１≦ｙ≦４である。従って、第一ゾーンは、Ｙ＝０
中心線から距離A1に亘っての範囲であり、一方第二ゾー
ンはそれを超えての範囲A2を有しており、以下同様であ
る。経路長差ｌの各整数倍の場合、cosφｙ＝１−（yl/
F）であり、従って平均焦点距離Ｆ（その範囲の）及び
経路長差ｌが選択されると、与えられるべきゾーンの数
Ｎが与れられている場合、角度φｙの組を計算すること
が可能である。各ゾーンは、マスタの全体的なアレイの
一つの異なったサブアレイである。各サブアレイのＹ方
向における範囲を加算して、各サブアレイゾーンのＹ次
元半分幅Byを得ることが可能である。図示した如き４ゾ
ーン円形レンズ近似の場合、最大半直径B4は、更に、ス
ティアリング（Ｘ）方向におけるアパーチャ次元（Ｌ）
の半分と等しくすることが可能である。例示的に説明す
ると、1.5cmのアパーチャ（Ｌ）を持ったＮ＝４ゾーン
二次元アレイの場合、アレイ主軸（Ｘ次元）直径は約1.
52cm（0.600インチ）であり、且つマイナ次元Ｙ最大距
離B4は約0.76cm（0.3インチ）である。約5MHzの周波数
で動作するアレイの場合、このことは、それぞれ、約38
1mm（150ミル）のA1、約157mm（62ミル）のA2、約122mm
（48ミル）のA3及び約102mm（40ミル）のA4からなるゾ
ーン次元Ayへ変換される。
第４図、第4a図及び第4b図を参照すると、本発明の二
次元ピエゾ電気変換器アレイ30の現在の好適実施例が示
されており、それは複数個Ｎ（ここでは、４）の別々の
ゾーン（ここでは、ゾーン32−1,32−2,32−3,32−４）
を具備しており、各ゾーンは一対のサブアレイ32−1a/3
2−1b,32−2a/32−2b,32−3a/32−3b,32−4a/32−4bを
有しており、その各々はＹ＝０アレイ中心線の両側に各
ゾーン32−ya又は32−ybにおける主（Ｘ）次元における
複数個Myの変換器を具備しており、全部よりは少ない複
数個のゾーンが同一数の変換器（従って、実質的に同一
の長さLy）を有することが可能であるが、数Myは各ゾー
ンにおいて異ならせることが可能である。空間的混合に
よるスペックル現象を可能とするために、中央ゾーン32
−１を二つの別個のサブアレイ32−1a及び32−1bへ分割
させている。同一ゾーンにおける同様の番号を付したサ
ブアレイ（例えば、第二サブアレイ32−2a及び32−2b）
における変換器は接続していないが、Ｙ＝０中心線の両
側におけるものは接続している。なぜならば、画像形成
用体積における検知した音速不均一性及び上述した空間
的混合を補償するために適合性ビーム形成用技術を使用
することを可能とするためである。選択した直線近似に
おいて、例示として1.5cmアパーチャ5MHzアレイの場
合、第一サブアレイゾーンにおける変換器の数M1は84で
ある。その他のサブアレイゾーンは、L2が約1.37cm（0.
540インチ）であり且つM2＝74であり、L3が約1.12cm
（0.440インチ）であり且つM3＝60であり、一方L4が約
0.80cm（0.314インチ）であり且つM4＝42であるよう
な、変換器の長さLy及び数Myを有している。各サブアレ
イのMy変換器は、ｘ＝０アパーチャ長さ中間点に関して
対称的に配列されている。全部で520個の変換器が使用
されている。理解される如く、活性化可能な変換器のみ
を第４図の直線近似内に示してあり、且つ非活性化可能
な要素がたとえアレイの外側（しかし、矩形、正方形、
八角形又はその他の形状のアレイブロック内）に存在す
るとしても、これらの非活性化可能な要素は変換器では
ない（即ち、ここで使用される用語「変換器」の意味に
おいて）。サブアレイ32は、高さＨの約1/2乃至3/4であ
る高さＨ′にブロックの上部に刻設されており該ブロッ
クを完全に貫通して切断するものではない「垂直」方向
に配設した（即ち、Ｘ軸と平行）鋸切り目34xによって
互いに部分的にのみ分離されている。各サブアレイにお
ける個々の変換器は、「水平」方向に配置した（即ち、
Ｙ軸と平行）鋸切り目34yによって互いに完全に分離さ
れている。即ち、このアレイは、複数個の行の変換器に
切断されており、任意の一つの「水平」（Ｙ軸と平行）
の行における全ての変換器は少なくとも部分的に機械的
に接続（部分的切り目34xによって）されているが隣接
する行から完全に機械的に分離（完全な切れ目34yによ
って）。鋸切り目34の全ての音響的に不活性なギャップ
であり、典型的には空気で充填される。従って、任意の
１本のＹ軸ラインにおける個々の変換器36は、部分的切
れ目34xを介して互いに半接続されており、且つ個別的
変換器上部電極40を除いて、アレイ幅共通底部電極38w
（尚、ｗ＝…,I,J,K,…,H、第4a図参照）を有してい
る。アレイ部材39は、アレイ全体の下側に設けられてお
り、アレイ全体を安定化させている。各変換器36は、36
−Ｚ（ａ又はｂ）−１乃至Myとしてここで確立される完
全な参照指定方法を有しており、尚、Ｚはサブアレイゾ
ーン１−４を表わし、ａ又はｂはｙ負又はｙ正を有する
ゾーンを表わしており、且つMyはそのサブアレイゾーン
内の変換器の最大数である。従って、最も左側のサブア
レイ32−4aは変換器36−4a−１乃至36−4a−42を有して
おり、それらは全て幅A4を有しており、且つ第一部分的
切れ目34xによってサブアレイ32−3aへ接続されてい
る。サブアレイ32−3aは長さL3を有しており、且つ全て
幅A3を有する変換器36−3a−１乃至36−3a−60から構成
されている。別の部分的切れ目34xが長さL2の第三サブ
アレイ36−2aに先行しており、且つ全てが幅A2を有する
変換器36−2a−１乃至36−2a−74から構成されている。
第三部分的切れ目34xの後、左側中心変換器サブアレイ3
6−1aは長さL1であり、且つ変換器36−1a−１乃至36−1
a−84から構成されており、一方右側中心サブアレイ32
−1bは変換器36−1b−１乃至36−1b−84から構成されて
おり且つ部分的鋸切り目34xによって左側中心サブアレ
イから分離されている。サブアレイ32−1bは、５番目の
部分的鋸切り目34xによって、次のサブアレイ32−2bか
ら分離されている。サブアレイ32−2bは、その長さL2に
沿って変換器36−2b−１乃至36−2b−74を有しており、
且つ長さL3であり且つ変換器36−3b−１乃至36−3b−60
から構成されている７番目のサブアレイ32−3bから別の
（６番目）部分的鋸切り目によって分離されている。７
番目の且つ最後のＸ方向部分的鋸切り目34x（約12ミル
の高さＨ′）の後、長さL4の８番目のサブアレイ32−4b
が変換器36−4b−１乃至36−4b−42を有している。これ
ら全てのサブアレイは、Ｘ＝０軸に関して対称的に配置
されている。
次元ピエゾ電気変換器アレイ30の現在の好適実施例が示
されており、それは複数個Ｎ（ここでは、４）の別々の
ゾーン（ここでは、ゾーン32−1,32−2,32−3,32−４）
を具備しており、各ゾーンは一対のサブアレイ32−1a/3
2−1b,32−2a/32−2b,32−3a/32−3b,32−4a/32−4bを
有しており、その各々はＹ＝０アレイ中心線の両側に各
ゾーン32−ya又は32−ybにおける主（Ｘ）次元における
複数個Myの変換器を具備しており、全部よりは少ない複
数個のゾーンが同一数の変換器（従って、実質的に同一
の長さLy）を有することが可能であるが、数Myは各ゾー
ンにおいて異ならせることが可能である。空間的混合に
よるスペックル現象を可能とするために、中央ゾーン32
−１を二つの別個のサブアレイ32−1a及び32−1bへ分割
させている。同一ゾーンにおける同様の番号を付したサ
ブアレイ（例えば、第二サブアレイ32−2a及び32−2b）
における変換器は接続していないが、Ｙ＝０中心線の両
側におけるものは接続している。なぜならば、画像形成
用体積における検知した音速不均一性及び上述した空間
的混合を補償するために適合性ビーム形成用技術を使用
することを可能とするためである。選択した直線近似に
おいて、例示として1.5cmアパーチャ5MHzアレイの場
合、第一サブアレイゾーンにおける変換器の数M1は84で
ある。その他のサブアレイゾーンは、L2が約1.37cm（0.
540インチ）であり且つM2＝74であり、L3が約1.12cm
（0.440インチ）であり且つM3＝60であり、一方L4が約
0.80cm（0.314インチ）であり且つM4＝42であるよう
な、変換器の長さLy及び数Myを有している。各サブアレ
イのMy変換器は、ｘ＝０アパーチャ長さ中間点に関して
対称的に配列されている。全部で520個の変換器が使用
されている。理解される如く、活性化可能な変換器のみ
を第４図の直線近似内に示してあり、且つ非活性化可能
な要素がたとえアレイの外側（しかし、矩形、正方形、
八角形又はその他の形状のアレイブロック内）に存在す
るとしても、これらの非活性化可能な要素は変換器では
ない（即ち、ここで使用される用語「変換器」の意味に
おいて）。サブアレイ32は、高さＨの約1/2乃至3/4であ
る高さＨ′にブロックの上部に刻設されており該ブロッ
クを完全に貫通して切断するものではない「垂直」方向
に配設した（即ち、Ｘ軸と平行）鋸切り目34xによって
互いに部分的にのみ分離されている。各サブアレイにお
ける個々の変換器は、「水平」方向に配置した（即ち、
Ｙ軸と平行）鋸切り目34yによって互いに完全に分離さ
れている。即ち、このアレイは、複数個の行の変換器に
切断されており、任意の一つの「水平」（Ｙ軸と平行）
の行における全ての変換器は少なくとも部分的に機械的
に接続（部分的切り目34xによって）されているが隣接
する行から完全に機械的に分離（完全な切れ目34yによ
って）。鋸切り目34の全ての音響的に不活性なギャップ
であり、典型的には空気で充填される。従って、任意の
１本のＹ軸ラインにおける個々の変換器36は、部分的切
れ目34xを介して互いに半接続されており、且つ個別的
変換器上部電極40を除いて、アレイ幅共通底部電極38w
（尚、ｗ＝…,I,J,K,…,H、第4a図参照）を有してい
る。アレイ部材39は、アレイ全体の下側に設けられてお
り、アレイ全体を安定化させている。各変換器36は、36
−Ｚ（ａ又はｂ）−１乃至Myとしてここで確立される完
全な参照指定方法を有しており、尚、Ｚはサブアレイゾ
ーン１−４を表わし、ａ又はｂはｙ負又はｙ正を有する
ゾーンを表わしており、且つMyはそのサブアレイゾーン
内の変換器の最大数である。従って、最も左側のサブア
レイ32−4aは変換器36−4a−１乃至36−4a−42を有して
おり、それらは全て幅A4を有しており、且つ第一部分的
切れ目34xによってサブアレイ32−3aへ接続されてい
る。サブアレイ32−3aは長さL3を有しており、且つ全て
幅A3を有する変換器36−3a−１乃至36−3a−60から構成
されている。別の部分的切れ目34xが長さL2の第三サブ
アレイ36−2aに先行しており、且つ全てが幅A2を有する
変換器36−2a−１乃至36−2a−74から構成されている。
第三部分的切れ目34xの後、左側中心変換器サブアレイ3
6−1aは長さL1であり、且つ変換器36−1a−１乃至36−1
a−84から構成されており、一方右側中心サブアレイ32
−1bは変換器36−1b−１乃至36−1b−84から構成されて
おり且つ部分的鋸切り目34xによって左側中心サブアレ
イから分離されている。サブアレイ32−1bは、５番目の
部分的鋸切り目34xによって、次のサブアレイ32−2bか
ら分離されている。サブアレイ32−2bは、その長さL2に
沿って変換器36−2b−１乃至36−2b−74を有しており、
且つ長さL3であり且つ変換器36−3b−１乃至36−3b−60
から構成されている７番目のサブアレイ32−3bから別の
（６番目）部分的鋸切り目によって分離されている。７
番目の且つ最後のＸ方向部分的鋸切り目34x（約12ミル
の高さＨ′）の後、長さL4の８番目のサブアレイ32−4b
が変換器36−4b−１乃至36−4b−42を有している。これ
ら全てのサブアレイは、Ｘ＝０軸に関して対称的に配置
されている。
第4a図を特に参照すると、例えば変換器36−1a−Ｊ
（左側中心サブアレイゾーンにおけるＪ番目の変換器）
などの個々の変換器の各々は、約13mm（5.1ミル）の変
換器長さＰを持ったエポキシ分離型セラミックシートで
製造されることが理解され、従って水平方向に指向した
全空気ギャップ34y（例えば、変換器36−1a−Ｊと、
「垂直方向」に隣接した変換器36−1a−Ｉ及び36−1a−
Ｋの間）は、約5.1mm（２ミル）のギャップ寸法Ｇを有
している。垂直方向に配置した部分的切れ目34xに対す
るより小さいギャップ寸法Ｇを使用することも可能であ
るが、必ずしもそうする必要はない。Ｘ方向変換器間分
離距離Ｅは、従って、約18mm（7.1ミル）であり、例え
ば人体などの画像形成媒体における約0.6音響波長に対
応している。理解されるように、Ｘ軸変換器間間隔Ｅ
は、グレーチングローブを制限するために約半波長に維
持されており、一方シート長さＰ対高さＨ比は横方向モ
ード共振から厚さモード共振を分離するのに十分に小さ
く維持されている。
（左側中心サブアレイゾーンにおけるＪ番目の変換器）
などの個々の変換器の各々は、約13mm（5.1ミル）の変
換器長さＰを持ったエポキシ分離型セラミックシートで
製造されることが理解され、従って水平方向に指向した
全空気ギャップ34y（例えば、変換器36−1a−Ｊと、
「垂直方向」に隣接した変換器36−1a−Ｉ及び36−1a−
Ｋの間）は、約5.1mm（２ミル）のギャップ寸法Ｇを有
している。垂直方向に配置した部分的切れ目34xに対す
るより小さいギャップ寸法Ｇを使用することも可能であ
るが、必ずしもそうする必要はない。Ｘ方向変換器間分
離距離Ｅは、従って、約18mm（7.1ミル）であり、例え
ば人体などの画像形成媒体における約0.6音響波長に対
応している。理解されるように、Ｘ軸変換器間間隔Ｅ
は、グレーチングローブを制限するために約半波長に維
持されており、一方シート長さＰ対高さＨ比は横方向モ
ード共振から厚さモード共振を分離するのに十分に小さ
く維持されている。
特に第4b図を参照すると、個々の変換器36−1a−Ｉの
一部が示されており、複数個のピエゾ電気セラミックシ
ート11はシート間隔Ｓでインターリーブした音響的に不
活性なエポキシ層12によって互いに分離されており、且
つ変換器上部電極40−1a−Ｉは行共通電極38によって接
続される端部から最も離れた端部において複数個のシー
ト11の全てを並列接続すべく作用している。第一サブア
レイ変換器（例えば、変換器36−1a−Ｉ）は、複数個の
シート11要素から構成されており、従って、異なったサ
ブアレイ変換器が異なったＹ軸幅（例えば、A1−381mm
（150ミル）及びA2＝157mm（62ミル）を有している場合
であっても、全ての変換器シート要素が同一の物理的寸
法を有しているので、機械的共振において実効的差異は
なく実効的に電気的に並列接続されるシート数のみが変
化する。アレイ全体は、共通部材39上に位置されており
且つそれによって安定化されている。個々の変換器上部
電極40の各々及びＸライン行電極38の各々は、任意の許
容可能な形態の高密度相互接続（HDI）技術を使用し
て、アレイの周辺部の周りのどこかに配設した別個の変
換器端子（不図示）へ別個に電気的に接続されている。
一部が示されており、複数個のピエゾ電気セラミックシ
ート11はシート間隔Ｓでインターリーブした音響的に不
活性なエポキシ層12によって互いに分離されており、且
つ変換器上部電極40−1a−Ｉは行共通電極38によって接
続される端部から最も離れた端部において複数個のシー
ト11の全てを並列接続すべく作用している。第一サブア
レイ変換器（例えば、変換器36−1a−Ｉ）は、複数個の
シート11要素から構成されており、従って、異なったサ
ブアレイ変換器が異なったＹ軸幅（例えば、A1−381mm
（150ミル）及びA2＝157mm（62ミル）を有している場合
であっても、全ての変換器シート要素が同一の物理的寸
法を有しているので、機械的共振において実効的差異は
なく実効的に電気的に並列接続されるシート数のみが変
化する。アレイ全体は、共通部材39上に位置されており
且つそれによって安定化されている。個々の変換器上部
電極40の各々及びＸライン行電極38の各々は、任意の許
容可能な形態の高密度相互接続（HDI）技術を使用し
て、アレイの周辺部の周りのどこかに配設した別個の変
換器端子（不図示）へ別個に電気的に接続されている。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。例えば、B4
がL/2と等しくない湾曲アレイアパーチャに対する矩形
近似を使用することが可能である。実際、円形アレイア
パーチャの正方形近似（B4＝L/2）は、より一般的な湾
曲（偏心が１以上）アパーチャの特別の場合（偏心度＝
１）として考えることが可能である。
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。例えば、B4
がL/2と等しくない湾曲アレイアパーチャに対する矩形
近似を使用することが可能である。実際、円形アレイア
パーチャの正方形近似（B4＝L/2）は、より一般的な湾
曲（偏心が１以上）アパーチャの特別の場合（偏心度＝
１）として考えることが可能である。
第1a図は本発明のアレイの変換器を形成するために使用
する２−２複合体のブロックを示した概略図、第1b図は
従来の変換器において使用される１−３複合体のブロッ
クを示した概略図、第２図は本発明における複合体を製
造することが可能な一方法を示した２−２セラミック複
合体の一部を示した概略図、第３図は二次元フレネルプ
レートアレイの種々のＹ軸次元が得られる態様を示した
説明図、第４図は本発明の原理に基づいて構成されたマ
ルチ変換器二次元フレネルフェーズドアレイを示した概
略図、第4a図は第４図のアレイの拡大部分を示した概略
図、第4b図は第4a図のアレイ部分の更に拡大部分を示し
た概略図、である。 （符号の説明） 10:ブロック 11:ピエゾ電気セラミックシート 12:インターリーブ層 20:ブロック 22:フィンガ 23:鋸切れ目 24:連続ウエブ
する２−２複合体のブロックを示した概略図、第1b図は
従来の変換器において使用される１−３複合体のブロッ
クを示した概略図、第２図は本発明における複合体を製
造することが可能な一方法を示した２−２セラミック複
合体の一部を示した概略図、第３図は二次元フレネルプ
レートアレイの種々のＹ軸次元が得られる態様を示した
説明図、第４図は本発明の原理に基づいて構成されたマ
ルチ変換器二次元フレネルフェーズドアレイを示した概
略図、第4a図は第４図のアレイの拡大部分を示した概略
図、第4b図は第4a図のアレイ部分の更に拡大部分を示し
た概略図、である。 （符号の説明） 10:ブロック 11:ピエゾ電気セラミックシート 12:インターリーブ層 20:ブロック 22:フィンガ 23:鋸切れ目 24:連続ウエブ
フロントページの続き (72)発明者 マシュー オドーネル アメリカ合衆国，ニューヨーク 12309, スケネクタデイ，レキシントン パーク ウェイ 2009 (56)参考文献 特開 昭59−131337（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−196969（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 17/00 330 G01S 7/52 A61B 8/00 G01N 29/24 502
Claims (15)
- 【請求項１】二次元超音波フェーズドアレイにおいて、
予め選択した偏心を有する二次元湾曲アパーチャの直線
近似で配列した複数個の超音波変換器を有しており、前
記アレイは、前記変換器を前記アレイの少なくとも第一
軸に関して実質的に対称的に配置すると共に複数個2Nの
サブアレイの配列して構成されていて、各サブアレイは
少なくとも１個の変換器を含み、サブアレイは前記第一
軸の周りに配置され、少なくとも２個のサブアレイは前
記第一軸の両側に並置され、前記第一軸の両側のサブア
レイのうちの少なくとも１個のサブアレイが、前記第一
軸と実質的に平行な第一方向において、前記少なくとも
１個のサブアレイの前記第一軸から距離より大きな距離
にあるその他の全てのサブアレイの長さより大きな長さ
を持っており、前記変換器の各々は、結果的に得られる
エネルギビームの前記第一方向における動的スキャニン
グ及びフォーカッシングの両方及び前記第一方向に直交
する第二方向における動的フォーカッシング及び動的ア
ポタイゼーションの少なくとも一方を容易とするため
に、エネルギの送信及び受信の少なくとも一方に対して
個別的に活性化可能であり、各サブアレイの変換器の長
さLy（１≦ｙ≦Ｎ）、前記第二方向における幅Ay、及び
数Myの内の少なくとも一つが、そのサブアレイがアレイ
中心線からより遠くに位置されるに従い減少されている
アレイ。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記第二
方向におけるサブアレイ数2Nは、選択した組の焦点範囲
内の任意の範囲に前記第二方向において前記アパーチャ
に亘って予め選択した数未満のπ位相シフトを発生させ
るべく選択されているアレイ。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記アレ
イは前記第一方向に最大アパーチャ長さＬ及び前記変換
器における音響波長λを有し、前記第一軸の両側で前記
第二方向におけるサブアレイの数Ｎが、 Ｎ＝（L/4λ）（（L/Rmin）−（L/Rmax）） であり、Rmin及びRmaxは、それぞれ、前記アレイの最少
及び最大画像フォーカッシング範囲であるアレイ。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記偏心
が１に実質的に等しく、且つ前記アレイが円の直線近似
であるアレイ。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項において、前記同一
の複数個Ｎのサブアレイが前記第一方向におけるアレイ
中心線の両側に配列されているアレイ。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項において、結果的に
得られる2N個のサブアレイの各々が矩形状のサブアレイ
であるアレイ。 - 【請求項７】特許請求の範囲第１項において、変換器の
サブアレイ長さ、幅及び数の全てが、そのサブアレイが
アレイ中心線から更に遠ざかるに従い減少するアレイ。 - 【請求項８】特許請求の範囲第７項において、Ｎ＝４で
あるアレイ。 - 【請求項９】特許請求の範囲第８項において、約5MHzの
励起周波数及びアパーチャＬ＝1.52cmの場合に、 を有しており、且つ偏心が実質的に１に等しいアレイ。 - 【請求項１０】特許請求の範囲第１項において、各変換
器が複数個の実質的に平行であるが離隔されたピエゾ電
気物質のシートから形成されており、これら全てのシー
トが電気的に並列接続されているアレイ。 - 【請求項１１】特許請求の範囲第10項において、各シー
トが２−２セラミック複合体における実質的に音響的に
不活性な物質からなる少なくとも一つの層によって隣接
するシートから離隔されているアレイ。 - 【請求項１２】特許請求の範囲第11項において、前記第
二方向に平行な前記アレイの特定の行に沿って位置され
た任意の対の隣接する変換器は、それらの間に刻設した
部分的切り目を有しており且つ少なくとも部分的に機械
的に互いに接合されているアレイ。 - 【請求項１３】特許請求の範囲第12項において、前記部
分的切れ目は、前記変換器のピエゾ電気セラミックの全
高Ｈの約半分乃至3/4の間の高さＨ′へ刻設されている
アレイ。 - 【請求項１４】特許請求の範囲第13項において、各アレ
イ行の全ての変換器は、前記第二方向に延在し底部表面
上に形成されており且つその他の全ての行の変換器の共
通電極から分離されている共通電極を有するアレイ。 - 【請求項１５】特許請求の範囲第14項において、各変換
器は、前記底部表面と反対の上部表面上に個別的電極を
有するアレイ。
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