JPH02237397A

JPH02237397A - 超音波変換器の二次元フェーズドアレイ

Info

Publication number: JPH02237397A
Application number: JP1336820A
Authority: JP
Inventors: Lowell S Smith; ローウェル　スコット　スミス; William E Engeler; ウィリアム　アーネスト　エンゲラー; Matthew O'donnell; マシュー　オドーネル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1990-09-19
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: DE68924057D1; DE68924057T2; EP0376567B1; EP0376567A3; EP0376567A2; DE3941943A1; US4890268A; JP3010054B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

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月つ
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ア（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。フェースドア
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ヘフオーカス
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
おいてステイアリング（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
。

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
てあり、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、ＩＹＩ＞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　　　　　　　　　　　　　　一以下、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。

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る複数個の
シ一ト１１から形成されており、その各々は厚さｔｌ（
例えば、約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。シ一ト１１は、厚さｔ２（
例えば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
ックシ一ト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、ピエゾ電気シ一ト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２
０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）。シト１１及
びインターリーブ層］２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、各ボリマー層１２は
、それ自身、その他のポリマー層と同一面」二であるが
、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音響波長
よりも大きな司法を有している。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合を減少
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ｄ　３　３／ｄ　３　１≧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もかなり
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／ｄ　３　１≦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］１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っＸＹ
，Ｚ方向において複数個の波長次元で延在ずるポリマー
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Ｊ　
２２ａ，２２ｂ，・・・，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２２
ｉ−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２２　ｉ−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ｔ＋　　（
ｙ）で形成し、ここでは、この関数は実質的に一定の厚
さ１＋　　（ここでは、約３ミル）であり、それは深さ
Ｈ（ここでは、約１６ミル）及び所望の幅ｔ２　（ここ
では、約１ミル）を持った切れ口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４ミル）のウ
エブ２４が並置されたフィンガの第一端部２２１−１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−２６で充填される。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
変換器の数が等シ＜ナ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
。

ステイ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Ｒ　ｍ　ａ　ｘ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力ルゾーンの数Ｎ
を語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？近似を使用して、独立的
フォー力ルゾーンの数は、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Ｒ。８８において得
られる最大位相シフトとの間のπフエーズシフトの数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／ｓ　ｔ　ｏｐ）
−Ｌ／Ｒ■ｘ））尚、ｆ　／　ｓ　ｔ　ｏ　ｐは画像形成システムに対す
る最小ｆストップ（即ち、Ｒｆｆｌｌｏ／Ｌ）であり、
Ｌはアパーチャ長さであり、Ｒ■８８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、独立的フォー力ルソーンの数
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（ａｐｏｄｉｚ
ａｔ　ｉｏｎ）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、独立的フォー力ル
ゾーンの数と等しいものとして近似することか可能であ
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、］−≦ｙ
≦４である。

従って、第一ゾーンは、Ｙ＝Ｏ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ρの各
整数倍の場合、ｃｏｓφ，＝１　−　（ｙｊ２　／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ｇが選択されると、与えられるべきゾーンの数Ｎが
与えられている場合、角度φｙの組を計算することが可
能である。

各ゾーンは、マスク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、ステイアリン
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０．６０
０インチであり、且つマイナ次元Ｙ最大距離Ｂ４は約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１５０ミルのＡ　
１　、約６２ミルのＡ２、約４８ミルのＡ３及び約４０
ミルのＡ４からなるゾーン次元Ａｌ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３２−１．３２−２．３
２−３．３２−４）を具備しており、各ゾーンは一対の
サブアレイ３２−１　ａ／３２−１ｂ，３２−２ａ／３
２−２ｂ３２−３ａ／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３２２ｂ）におけ
る変換器は接続していないが、Ｙ１つ一〇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５　Ｍ　Ｈ　ｚ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０．５４０インチであり
且つＭ２＝７４であり、Ｌ３が約０．４４０インチであ
り且つＭ３＝６０であり、一方Ｌ４が約０．３１４イン
チであり且つＭ４＝４２であるような、変換器の長さＬ
ｙ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Ｊ　　（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）。鋸切り口３４の全ては音響的に不活
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３
６は、部分的切れ口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、且っ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３２３ａ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
切れ口３４ｘが長さＬ２の第三サブアレイ３６−２ａに
先行しており、旧つ全てが幅Ａ２を有する変換器３６２
ａ−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Ｌ］であり、且つ変換器３６−１８−１
乃至３６−１ａ−８４から構成されており、一方右側中
心サブアレイ３２ｌｂは変換器３　６　−　１．　ｂ　
−　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３　２　−　１．　ｂ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Ｌ
２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３６−３
ｂ−１乃至３６−３ｂ−６０から構成されている７番目
のサブアレイ３２３ｂ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
向部分的鋸切り口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３６１ａ−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一トで製造さ
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−コａ−Ｊと、「
垂直方向」に隣接した変換器３６−１ａ−Ｉ及び３６ｌ
ａ−Ｋの間）は、約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口３４ｘに対するよ
り小さなギャップ寸法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３６１ａ−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
シ一ト］−］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］−２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
いて複数個のシ一ト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、複数個のシ一ト］１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、Ａ　１．−１．　５　０　ミル及びＡ２
＝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、
共通部祠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（ＭＤＩ）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。

【図面の簡単な説明】

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
ルブレトアレイの種々の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。１０　：１　１　：１２　：２０　：２２　・２３　：２４　．（符号の説明）ブロックピエゾ電気セラミックシ一トインターリーブ層ブロックフィンガ鋸切れ目連続ウエブ

Claims

【特許請求の範囲】

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
的に配列されると共に複数個のサブアレイに配列されて
おり、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、そのサブアレイの平均
距離より大きな前記第一軸からの平均距離においてその
他のサブアレイから異なった長さを持っており、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適用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ることを特徴と
するアレイ。
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
されていることを特徴とするアレイ。
３．特許請求の範囲第２項において、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、尚、Ｌは第一方向における最大アパーチャ長さ
であり、λは前記変換器における音響波長であり、且つ
Ｒｍｉｎ及びＲｍａｘは、それぞれ、前記アレイの最小
及び最大画像フォーカッシング範囲であることを特徴と
するアレイ。
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こ
とを特徴とするアレイ。
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ことを特徴とするアレイ。
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
ことを特徴とするアレイ。
７．特許請求の範囲第６項において、各サブアレイにお
ける変換器の長さＬｙ（１≦ｙ≦Ｎ）、第二方向におけ
る幅Ａｙ及び数Ｍｙ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
されることを特徴とするアレイ。
８．特許請求の範囲第７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ことを特徴とする
アレイ。
９．特許請求の範囲第８項において、Ｎ＝４であること
を特徴とするアレイ。
１０．特許請求の範囲第９項において、約５ＭＨｚの励
起周波数及びアパーチャＬ＝０．６インチの場合に、を有しており、且つ偏心が実質的に１に等しいことを特
徴とするアレイ。
１１．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ことを特徴とするアレイ。
１２．特許請求の範囲第１１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ことを特徴とするアレイ。
１３．特許請求の範囲第１２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ことを特徴とするアレイ。
１４．特許請求の範囲第１３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
約半分乃至約３／４の間の高さＨ′へ刻設されているこ
とを特徴とするアレイ。
１５．特許請求の範囲第１４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ことを特徴とする
アレイ。
１６．特許請求の範囲第１５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
ことを特徴とするアレイ。