NL8006718A

NL8006718A - Inrichting voor het vormen van een afbeelding met behulp van ultrazone bundels.

Info

Publication number: NL8006718A
Application number: NL8006718A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1982-07-01
Also published as: DE3174484D1; IL64487A; EP0054318A1; IL64487A0; JPS57122373A; ES507796A0; EP0054318B1; US4455630A; AU547885B2; AU7839681A; BR8107963A; ES8301033A1; EP0054318B2; CA1187598A

Description

FHN 9914 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Inrichting voor het vormen van een afbeelding met behulp van ultrasone bundels" \ v·-'

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het vormen van een afbeelding van een object met behulp van ultrasone bundels, bevattende een aftastkop met N elektro-akoestische omzetters, elk waarvan is ingericht voer het opwekken van een elektrisch signaal, 5 wanneer hij door een akoestisch signaal getroffen wordt, middelen voor het verbinden van een geselecteerde groep van M omzetters (MéN) met een vertragingseenbeid die is ingericht cm het door elke omzetter van de groep opgewekte elektrische signaal gedurende een vooraf bepaalde tijd te vertragen en de vertraagde signalen bij elkaar op te 10 tellen teneinde een resulterend signaal te vormen, dat een elektrische weergave is van de van een geselecteerde afstand of uit een geselecteerde richting afkomstige akoestische signalen.

Een dergelijke inrichting is bekend uit bijvoorbeeld het Europese inzageschrift 0 015 130. In de bekende inrichting zijn 15 aan elke omzetter een of twee vertragingslijnen toegevoegd, waarvan de uitgangen verbonden zijn met een optelversterker. Door een geschikte keuze van de vertragingstijden die door de verschillende vertragingslijnen geïntroduceerd worden kan bereikt worden, dat de elektrische signalen die met dezelfde fase bij de optelversterker aankomen over-20 eenkomen met akoestische signalen van een tevoren bepaalde afstand (focussering) en/of uit een te voren bepaalde richting (bundelsturing). Ook is het mogelijk, tegelijk zowel focussering als bundelsturing toe te passen.

Wanneer men, zoals meestal gewenst is, tijdens het 25 vormen van een afbeelding de focusafstand en/of de buödelrichting wil veranderen, moeten de vertragingstijden van de vertragingslijnen veranderd worden. Daartoe kan men per focusafstand en per bundelrichting een complete serie vertragingslijnen inbouwen met een schakeleenheid die achtereenvolgens de verschillende series inschakelt, of men kan 30 vertragingslijnen toepassen, waarvan de vertragingstijd instelbaar is. In het laatste geval moet per vertragingseenheid een besturingseenheid aanwezig zijn. Beide oplossingen zijn ingewikkeld en duur en het doel van de uitvinding is, een inrichting van de in de aanhef genoemde 8006718

• - V

ΕΝΝ 9914 2 soort te verschaffen, waarbij de vertragingseenheid relatief eenvoudig en goedkoop is en zeer gemakkelijk op andere vertragingstijden kan worden overgegaan.

De inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe 5 het kenmerk, dat de vertragingseenheid gevormd wordt door een af getakte vertragingslijn, waarvan de aftakkingen dienen als ingangen voor de van de verschillende omzetters afkomstige signalen en waarvan de uitgang is verbonden net een signaalverwerkingsinrichting voor het verder verwerken van het resulterende signaal.

10 In dit geval is per focusafstand of per bundelrichting slechts één af getakte vertragingslijn nodig, hetgeen een aanzienlijke vereenvoudiging en besparing oplevert.

Teneinde de aftakkingen van de vertragingslijn zo weinig mogelijk te belasten heeft een voorkeursuitvoering van de 15 inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat de aftakkingen van de vertragingslijn via strocmhronschakelingen verbonden zijn met de bijbehorende omzetters.

De uitvinding zal nu nader warden toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin is ^ Fig. 1 een blokschema van een uitvoer ingsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding,

Fig. 2 een schematische weergave van een vertragingseenheid voor de inrichting volgens fig. 1,

Fig. 3 een schema ter illustratie van de werking van 25 de inrichting volgens fig. 1 volgens een eerste variant,

Fig. 4 een schama ter illustratie van de werking van de inrichting volgens fig. 1 volgens een tweede variant, en

Fig. 5 een blokschema van een uitvoeringsvoorbeeld van een tot de inrichting volgens fig. 1 behorende ontvanginrichting.

30 De in fig. 1 schematisch weergegeven inrichting bevat een aftastkop 1 met een rij van N elektro-akoestische omzetters , T2' *** TN' k^jvoorkee-^ piezo-elektrisch materiaal, elk voorzien van twee elektroden, waarvan er een geaard is, terwijl de andere verbonden is roet een schakelorgaan 3 dat N elektronsiche schakelaars qc bevat voor het selectief verbinden van een groep van M omzetters roet een zendinrichting 5 of een ontvanginrichting 7. Daarbij is Μ ^ N,

De waarde van M kan gevarieerd worden en behoeft tijdens het zenden 8006718 PHN 9914 3 ook niet gelijk te zijn aan de waarde tijdens het ontvangen. Tijdens het zenden worden hoogfrequente elektrische signalen via een leidingen-bundel 9 en het schakelorgaan 3 van de zendinrichting 5 naar de anzetters gevoerd. Elke omzetter zet een dergelijk elektrisch signaal cm in een 5 akoestisch signaal (ultrasone bundel) dat naar een te onderzoeken object gezonden en door discontinuïteiten in dat object gereflecteerd wordt. Een deel van de gereflecteerde signalen (echo's) treft weer de anzetters en wordt door deze omgezet in elektrische signalen die via een leidingenbundel 11 naar de onvanginrichting 7 gevoerd worden. De 10 ontvanginrichting 7 is voorts verbonden met een qp zichzelf bekende weergeef inrichting 13, die een beeldscherm bevat, waarop een te onderzoeken object wordt af geheeld.

De voor het vormen van een afbeelding noodzakelijke samenwerking tussen het schakelorgaan 3, de zendinrichting 5, de 15 ontvanginrichting 7 en de weergeef inrichting 13 wordt geregeld door een hoofdstuurketen 15.

De algemene ophouw van de verschillende onderdelen van de in fig. 1 beschreven inrichting is op zichzelf bekend (zie bijvoorbeeld de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 20 7608280). Zij zullen in het vervolg dan ook slechts nader worden beschreven voor zover dit voor een goed begrip van de uitvinding van belang is.

De ontvanginrichting 7 bevat tenminste een vertra-gingseenheid 17 die is ingericht cm het door elk van de M anzetters 25 van de groep opgewekte elektronische signaal gedurende een vooraf bepaalde tijd te vertragen en de vertraagde signalen bij elkaar op te tellen. Daardoor wordt een resulterend signaal gevormd, dat een elektrische weergave is van door de anzetters ontvangen akoestische signalen. Zoals bijvoorbeeld in het reeds genoemde Europese inzage-30 schrift 0 015 130 is uiteengezet kan door een geschikte keuze van de vertraging per elektrisch signaal geselecteerd worden, van welke afstand de door het resulterende signaal weergegeven echo's afkomstig zijn en/of uit welke richting zij komen.

Een voorbeeld van een vertragingseenheid volgens 35 de uitvinding is in fig. .,2 schematisch weergegeven. Deze bevat een ver-tragingsïijn 19 met aftakkingen 21 die dienen als ingangen voor de van de verschillende anzetters afkomstige signalen. De uitgang 23 van de vertragingslijn is binnen de ontvanginrichting 7 verbonden met een 8006718 PHN 9914 4 signaalverwerklngsinrichting 25 (fig. 1) voor het verder verwerken van het resulterende signaal. Deze signaalverwerklngsinrichting kan bijvoorbeeld een versterker of een geheugenschakeling bevatten.

Tussen de net de leidingenbundel 11 verbonden ingangen £ 27 van de vertragingseenheid en de aftakkingen 21 zijn strocmbron- schakelingen geschakeld, elk gevormd door een transistor 29 met een weerstand 31 in de emitterleiding. Deze strocmbrcnschakelingen hebben het voordeel, dat de aftakkingen van de vertragingslijn aanzienlijk minder belast worden dan wanneer de amzetters rechtstreeks met 10 deze aftakkingen verbonden zouden zijn.

Een verder voordeel is, dat door een geschikte keuze van de waarden van de weerstanden 31 de van de verschillende cmzetters afkomstige signalen ten opzichte van elkaar selectief versterkt of verzwakt kunnen worden, waardoor ongewenste zij lobben onderdrukt 15 worden (apodisatie).

In het beschreven voorbeeld is de vertragingslijn 19 een elektromagnetische vertragingslijn die aan het begin en aan het einde afgesloten is met weerstanden 33. Andere af getakte vertragings-lijnen kunnen echter ook worden toegepast.

20

De vertraging die een signaal ondergaat is groter naarmate de aftakking, waaraan dit signaal wordt toegevoerd, verder van de uitgang 23 ligt. De verdeling van de M amzetters over de aftakkingen hangt dus af van het doel, dat men net de vertragingseenheid wil bereiken.

25

Dit zal geïllustreerd worden aan de hand van fig.

3 en 4.

Fig. 3 toont schematisch een deel van de aftastkqp 1, waarbij een groep van 10 amzetters TR ... TK+g met de vertragingseenheid verbonden is (M = 10). Het doel is, echo's te selecteren, 30 die uit een klein gebied rondom een tevoren bepaald punt P op een afstand F (fccusafstand) van de aftastkop afkomstig zijn. De geluidsgolven die van het punt P naar de buitenste cmzetters en TK+g gaan leggen de grootste afstand af en kamen dus later aan dan de geluidsgolven die naar de meer naar binnen gelegen 35 cmzetters gaan. Teneinde alle signalen weer met elkaar in fase te brengen moeten de signalen van de middelste cmzetters TK+^ en 8006718 PHN 9914 5 TK+(- meer vertraagd, worden dan die van de meer naar buiten gelegen omzetters. In fig. 3 is aangegeven, dat de onzetters TK+^ en TK+^ daartoe verbonden zijn met de eerste ingang 27(1) van de vertragings-lijn 19 (de meest linkse aftakking in fig. 2) en de meer naar buiten 5 gëLegen onzetters steeds met verdere aftakkingen, zodat de buitenste omzetters met de vijfde (meest rechtse) ingang 27(5) verbonden zijn.

De grootte van de focusafstand F wordt bepaald door de totale ver-tragingstijd tussen de eerste en de laatste van de gebruikte ingangen.

Fig. 4 toont eveneens schematisch een deel van de 10 aftastkop 1 met 10 geselecteerde onzetters T„ ... T^,0. In dit geval is het doel, echoÏste selecteren, die uit een bepaalde richting afkomstig zijn, dat wil zeggen alleen:, die echo's, waarvan de richting 35, waarin het golffront 37 zich voortbeweegt, een tevoren bepaalde hoek oi insluit met de normaal 39 op de aftastkop 1. Uit de figuur 15 blijkt, dat de bij de meest linkse onzetter IL aankomende geluids-golven dan de langste weg hebben af gelegd en de bij de meest rechtse onzetter de kortste weg. Teneinde alle signalen weer in fase te brengen moet de vertraging lineair toenemen van links naar rechts, dus van onzetter naar omzetter TK+g. Daartoe is de onzetter TK 20 verbonden met de meest rechtse ingang 27(10) en alle volgende omzetters met een meer naar links gelegen aftakking tot aan de omzetter TT..Q, i\T-y die met de meest linkse ingang 27(1) verbonden is. De waarde van oC hangt ook hier af van de totale vertraging tussen de eerste en de laatste van de gebruikte aftakkingen.

25 Uit het bovenstaande blijkt, dat voor elke focusafstand F een aparte vertragingseenheid 17 nodig is. Voor een bepaald aantal verschillende bundelrichtingen oC kan echter volstaan warden net een kleiner aantal vertragingseenheden. Eenzelfde vertragingseenheid kan namelijk gebruikt worden voor twee bundels, waarvan de richtingen 35 30 beide eenzelfde hoek 06 insluiten met de normaal 39, maar waarbij de eerste bundel de aftastkop 1 van rechtsonder-· (in fig. 4) nadert en de tweede van linksonder. Het volstaat in dat geval, deze vertragingseenheid de tweede maal omgekeerd met de onzetters te verbinden, dus in het voorbeeld van fig. 4: TK met ingang 27(1), TK+1 met 27(2), 35 enzovoorts.

Teneinde snel en gemakkelijk met. verschillende focus-afstanden en verschillende bundelrichtingen afbeeldingen te kunnen ...........8 00 6 7 1 8 PHN 9914 6 maken, bevat de ontvanginrichting 7 een bij voorkeur elektronische ~ schakeleenheid 41 die is ingericht cm achtereenvolgens verschillende vertragingseenheden in te schakelen. Een en ander zal nu nader worden toegelicht aan de hand van fig. 5. In deze figuur is een antvangin-5 richting 7 weergegeven die drie vertragingseenheden 17(1), 17(2) en 17(3) bevat, die zijn ingericht voor het selecteren van echosignalen net verschillende focusafstanden, respectievelijk F^, ^ en F^.

Achter deze vertragingseenheden zijn vaste vertragingslijnen, respectievelijk 43(1), 43(2) en 43(3) geschakeld. De.vertragingstijden 10 hiervan zijn zo gekozen, dat de totale looptijd van de signalen door een vertragingseenheid 17 plus de bijbehorende vaste vertragingslijn 43 steeds dezelfde is.

De schakeleenheid 41 verbindt naar keuze êên van de vaste vertragingslijnen 43 met de signaalverwerkingsinrichting 25.

15 Teneinde hinderlijke storingen in het beeld als gevolg van de omschakeling te voorkomen, is de schakeleenheid 41 zo ingericht, dat het overschakelen relatief langzaam geteurt, zodat het slechts laagfrequente storingen introduceert. De signaalverwerkingsinrichting 25 bevat bij voorkeur een geschikt filter voor het onderdrukken van deze laag-20 frequente storingen.

In het in fig. 5 getooide voorbeeld bevat de ontvanginrichting 7 drie voor focussering ingerichte vertragingseenheden 17.

Het is uiteraard ook mogelijk een ander aantal van zulke eenheden en/of een gewenst aantal voor bundelsturing ingerichte vertragingseenheden 25 in te bouwen.

De aftastkop 1 kan, zoals in de aan de hand van fig.

3 en 4 beschreven voorbeelden, een aantal cmzetters op een rechte lijn bevatten, maar andere vormen zijn evenzeer mogelijk, zoals bijvoorbeeld een aantal cmzetters qp een gebogen lijn of een schijf vormige aftast-30 kop met cmzetters in de vorm van concentrische ringen.

De zendinrichting 5 (fig. 1) kan eveneens een of meer af getakte vertragingslijnen 19 overeenkomstig fig. 2 bevatten voor het _ selectief vertragen van de aan de cmzetters toegevoerde zendimpulsen teneinde de uitgezonden bundels te focusseren en/of te richten.

35 8006718

Claims

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aftakkingen (21) van de vertragingslijn (19) via strocmbronschakelingen 20 (29, 31) verbonden zijn met de bijbehorende omzetters (T^, ... T^).
3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat elk der stroombronschakelingen een transistor (29) met een weerstand (31) in zijn emitterleiding bevat en dat de waarden van deze weerstanden zo gekozen zijn, dat de van de verschillende omzetters afkomstige 25 signalen ten opzichte van elkaar op een tevoren bepaalde wijze versterkt of verzwakt worden.
4. Inrichting volgens conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat meer dan een vertragingseenheid (17) aanwezig is en dat een schakel-eenheid (41) aanwezig is, die is ingericht om de verschillende ver- 30 tragingseenhèden achtereenvolgens in te schakelen.
5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat achter de vertragingseenheden (17) vaste vertragingslijnen (43) zijn geschakeld, waarvan de vertragingstijden zo gekozen zijn, dat de totale looptijd van signalen door een vertragingseenheid plus de bijbehorende 35 vaste vertragingslijn steeds dezelfde is. 8006718