NL8703091A

NL8703091A - Werkwijze en inrichting voor een volledige digitale bundelvorming bij een coherent fase-array beeldstelsel.

Info

Publication number: NL8703091A
Application number: NL8703091A
Authority: NL
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1988-07-18
Also published as: JPH0641945B2; DE3742550C2; US4809184A; DE3742550A1; JPS63167265A

Description

N.0. 34683 1

Werkwijze en Inrichting voor een volledige digitale bundel vorming bij een coherent fase-array beeldstelsel.__

De uitvinding heeft betrekking op coherente beeldstelsels onder 5 toepassing van trillingsenergie, zoals ultrasone of elektromagnetische golven, en heeft meer in het bijzonder betrekking op een nieuwe werkwijze voor het vormen van de (ultrasone) trilllngsbundel, met inbegrip van bundelrichtlng (besturing)-, focusserlng- en apodlsatlefunctles, in het geheel door digitale (in plaats van analoge) signaalverwerking van 10 het (ultrasone) trillingssignaal.

Het Is welbekend dat ultrasone beeldstelsels bij de verschillende analytische kundes, zoals heelkunde en dergelijke, aanzienlijke voordelen opleveren. Een bijzonder nuttige vorm van ultrasone afbeelding maakt gebruik van een fase-array sectorscanner (PASS) om een gevormde 15 bundel met de grootste snelheid en nauwkeurigheid aftastend te bewegen. Oorsponkelijk werden analoge signaalverwerkingstechnieken gebruikt om een coherente sommatie van de verschillende signalen, die van een aantal van N elementen van het fronteinde van de PASS array waren ontvangen, uit te voeren. Dat wil zeggen, dat het welbekend is dat de nauw-20 keurigheid van de bundel vorming en in het bijzonder van de aanwijsrich-ting daarvan, rechtstreeks gerelateerd is aan de nauwkeurigheid van de faseverhouding of tijdvertragingen tussen de verschillende elementen van de PASS array. Het is aangetoond dat een fasenauwkeurigheid van ongeveer een deel op tweeëndertig nodig is om ultrasone bundels met 25 voldoende nauwkeurigheid voor medische beeldtoepassingen te vormen. Daarom moet elke van de tijdvertragingen in de PASS array instelbaar zijn met een nauwkeurigheid van tenminste zo klein als een-tweeënder-tigste (1/32) van het tijdinterval dat nodig is voor een enkelvoudige cyclus van de fundamentele frequentie van het beeldstelsel. Bij een 30 fundamentele frequentie van het beeldstelsel van ongeveer 4,5 MHz bijvoorbeeld is een nauwkeurigheid van de tijdvertraging van ongeveer 7 nsec nodig. Als gevolg van deze eis zijn vroegere stelsels enigszins vervangen door stelsels die basisbandsignaalverwerking toepassen, zoals beschreven in het in 1979 verleende Amerikaanse octrooischrift 35 4.155.260 en in de op 31 oktober 1985 ingediende Amerikaanse octrooiaanvrage serial no. 794.095 beide op naam van aanvraagster van deze aanvrage. Het basisbandverwerkingsstelsel is zodanig dat de fasenauwkeurigheid en tijdvertragingsnauwkeurigheid van elkaar zijn ontkoppeld teneinde op dramatische wijze de eisen ten aanzien van de voor bundel-40 vorming gebruikte schakelingen te verminderen. Dat wil zeggen, dat de f t 2 fasekarakteristieken van de basisbanddemodulatoren zodanig worden gestuurd dat de faseverhoudingen tussen de bij de array elementen ontvangen hoogfrequente signalen na omzetting in de basisbandfrequenties worden behouden. Daarom kunnen de gedemoduleerde signalen op coherente 5 wijze worden gesommeerd hetgeen in een dramatische reductie van de nauwkeurigheid resulteert die nodig is voor de tijdvertragingen die zich nu in plaats van op hoogfrequent op basisbandniveau (frequenties) bevinden. Ook echter bij basisbandfrequentieverwerking is het frontein-de van een PASS array: betrekkelijk inflexibel; gevoelig voor kleine 10 variaties in de eigenschappen van analoge schakelingen; en betrekkelijk kostbaar (daar er 2N individuele analoge demodulatieschakelingen en 2N individuele en volledige tijdvertragingssecties voor een N-kanaal array nodig zijn).

Een geheel digitaal PASS fronteinde zal het mogelijk maken dat een 15 ware-tijd bundelvorming op een nauwkeurige, flexibele en kosteneffectieve wijze kan worden uitgevoerd. Terwijl volledige digitale stelsels, zoals in het Amerikaanse octrooischrift 4.324.257 en dergelijke, voor het eerst in de zeventiger jaren werden voorgesteld in een poging om wat van de inflexibiliteit van analoge verwerking te overwinnen hebben 20 de tegenwoordig in de literatuur beschreven volledige digitale stelsels nog geen bundels teweeggebacht die voor medische beeldtoepassingen aanvaardbaar zijn. Het hoofdproblem blijkt te zijn dat de tijdvertragings-nauwkeurigheid van dergelijke stelsels, die bepaald wordt door de be-monstersnelheid van de daarin toegepaste analoog-digitaal omzetter 25 (ADC) middelen kenmerkend een orde van grootte zijn kleiner dan het niveau van nauwkeurigheid vereist voor medische toepassingen, waarin de bundel uit energie in het 2 tot 5 MHz bereik wordt gevormd. Dat wil zeggen dat de analoog-digitaal omzettermiddelen bij dergelijke stelsels een bemonstervermogen hebben tussen ongeveer 10 MHz en ongeveer 20 MHz, 30 zodat een resulterende nauwkeurigheid van tijdvertraging van slechts tussen ongeveer 100 nsec en ongeveer 150 nsec kan worden verkregen in plaats van de gewenste nauwkeurigheid van tussen ongeveer 6 nsec en ongeveer 15 nsec.

Daar er vele andere vormen van trillingsenergie gebruikt kunnen 35 worden, zoals coherente elektromagnetische energie bij ladar en radar beeldstelsels, evenals andere typen van acoustische energiestelsels (sonar en dergelijke), is het gewenst om een werkwijze en een inrichting voor bundelvorming te verschaffen die in elk stelsel toepasbaar zijn voor het verkrijgen van een beeld van een voorwerp door reflectie 40 of een invallende bundel van trillingsenergie.

3

Volgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het besturen van een bundel van trillingsenergie onder een gewenste hoek e ten opzichte van het vlak van een array van een aantal van N energieom-zetters, die elk zijn toegewezen aan een verschillend kanaal uit een 5 aantal van N kanalen en die elk een verschillend energiesignaal Vj verschaffen, waarin l<j<N, van een overeenkomstig aantal van N teruggekeerde trillingsenergiesignalen, welke werkwijze omvat de stappen van: het opwekken van een aantal van N sequenties die elk een veelvoud van pulsen hebben van een bemonsterstrobe signaal Sj, waarbij elke 10 strobepuls in wezen optreedt een tijdinterval T na de voorgaande stro-bepuls, waarin T tenminste kleiner is dan het omgekeerde van tweemaal de frequentie Fu van de trillingsexcitatie van de omzetters; het toewijzen van een verschillend signaal Sj van de strobesignalen aan elk j-de kanaal; het verschuiven (offsetting) van de begintijd van het 15 strobesignaal Sj in de j-de kanaal sequentie van de begintijden van strobesignalen in alle andere sequenties over een tijdinterval t$j dat een eerste positief geheel veelvoud Mj is, gekozen voor elke hoek e, van een verschuift!jdinterval At, waarin At niet groter is dan l/32ste van het omgekeerde van de excitatiefrequentie Fu; het omzet-20 ten, in antwoord op de strobesignaal Sj sequentie voor dat j-de kanaal, van dat ene terugkeersignaal Vj rechtstreeks in een woord van digitale data in een bijbehorend j-de omzettermiddel van een gelijk aantal van N analoog-digitaal omzetter (ADC) middelen; en het digitaal vertragen van elk datawoord in elk kanaal van de N kanalen over een 25 vertragingstijdinterval t^j gekozen teneinde de gesommeerde data-woorden voor alle N kanalen elke verandering in reflectiefactor in de energiebundel onder de gewenste hoek e te doen representeren.

Bij een tegenwoordige voorkeursuitvoering van de nieuwe werkwijze omvat de digitale vertragingsstap de deelstappen van: het doen optreden 30 van de g-de omzetting in elk ADC middel na een tijdinterval t$j volgend op een stelsel-omzetting synchronisatiesignaal; het opslaan van elk digitaal datawoord van het j-de ADC middel, in volgorde van omzetting, in een bijbehorende plaats van een j-de geheugenmiddel van een aantal van N geheugenmiddelen; na de opslagtijd t^j voor dat ka-35 naai, het gelijktijdig lezen van het g-de datawoord uit alle N geheugenmiddelen; en het sommeren van de gelijktijdig uit alle geheugenmiddelen gelezen g-de datawoorden. Het kanaal vertragingstijdinterval tdj kan met een extra hoeveelheid worden geïncrementeerd teneinde de array te focusseren wanneer het bereik R toeneemt.

40 De boven aangegeven uitvinding zal nu worden beschreven met be- Γ * 4 paalde nadruk op een energievorm, b.v. ultrasone mechanische trillingen, bij een tegenwoordige voorkeursuitvoering. Het zal duidelijk zijn dat deze energievorm een voorbeeld is en niet als beperkend moet worden opgevat.

5 Het is dienovereenkomstig een doeleinde van de onderhavige uitvin ding om een nieuwe werkwijze te verschaffen voor het vormen van een trillingenergiebundel die gestuurd wordt naar en gefocusseerd wordt in een gekozen plaats, ten opzichte van het vlak van een array van omzet-ters, door digitale behandeling van data die rechtstreeks uit de ont-10 vangen trillingsenergie terugkeersignalen is omgezet.

Het is een ander doeleinde van de onderhavige uitvinding om een nieuwe inrichting te verschaffen voor het vormen van een trillingsener-giebundel die naar een gekozen plaats wordt bestuurd en gefocusseerd, ten opzichte van het vlak van een array van omzetters, door digitale 15 behandeling van data die rechtstreeks uit de ontvangen tril!ingsener-giesignalen is omgezet.

De uitvinding zal aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin:

Fig. 1 een blokschema geeft van het fronteinde van een bekend PASS 20 tril!ingsenergie (ultrasoon) beeldstelsel;

Fig. la een stel tijdgerelateerde grafieken toont van de analoge signalen die afkomstig zijn van een deelstel van de omzetterarray van het bekende stelsel uit fig. 1 en van een stel bemonster-strobesignalen die daarmee worden toegepast; 25 Fig. lb een grafiek toont van het coherente somsignaal, over de array apertuur, onder toepassing van een uniforme bemonsterfunctie S zoals aangegeven in fig. la en eveneens van het coherente somsignaal onder toepassing van een niet-uniforme rechtstreekse bemonstering van het basisbandsignaal; 30 Fig. lc een ander stel van tijdgecoördineerde grafieken toont van een niet-uniforme bemonstering voor een hoogfrequente kanaal -tijd-vertragingsbewerking met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding; en

Fig. 2 een schema geeft van de structuur van de fronteindesignaal- en 35 logische middelen en van de bijbehorende delen van een logische hoofdschakeling van een tegenwoordige voorkeursuitvoering van de inrichting die de werkwijze volgens de uitvinding toepast.

Verwezen wordt nu naar de fig. 1, la en lb, waarin in een triΠingsenergie (b.v. ultrasoon) beeldstelsel 10 van het PASS-type, 40 een fronteinde array 11 bestaat uit een aantal van N individuele omzet- "·. a »

j' I

' / 5 ters 11-1 tot 11-n, die elk in overdrachtconditie electrische energie van een hoogfrequent signaal omzetten in een gewenste (b.v. ultrasone mechanische) vorm van trillingsenergie, en die in ontvangconditie gereflecteerde (ultrasone) trillingen omzetten in een hoogfrequent analoog 5 electrisch ontvangsignaal op een bekende wijze. Andere vormen van energie, zoals electromagnetische energie (licht, radio, enz.) e.d., kunnen eveneens evengoed worden toegepast. De array wordt toegepast voor het afbeelden van een ruimtelijke plaats 10a die zich op een bereikafstand R langs de lijn 10b onder de een of andere hoek e ten opzichte van de 10 lijn llx loodrecht op het vlek van de array 11 ligt. Het van het punt 10a gereflecteerde (ultrasone) trillingssignaal heeft een golffront 10b' dat het vlak van de array 11 onder een hoek e nadert. Het bij elke uitgang van een bijbehorende omzetter van de omzetters Xl-Xn opgewekte analoge electrische signaal wordt versterkt in een versterker van 15 de tijd-versterking gestuurde versterkers 12a-12n met een op de amplitude van een TGC stuursignaal reagerende versterking en het signaal wordt gedemoduleerd tot een paar analoge quadratuursignalen jl en jQ, waarin 1< j<n, in een bijbehorend paar demodulatiemiddelen 13-la, 13-2a, ..., 13-na en 13-lb, 13-2b,..., 13-nb, in antwoord op een paar 20 quadratuur lokale-oscillatorsignalen, verschaft met de ultrasone frequentie Fu uit quadratuurmiddelen 14. Elk analoog signaal in de basisband quadratuursignaalparen 1I/1Q, 2I/2Q,..., nl/nQ wordt individueel bemonsterd en de amplitude daarvan wordt omgezet in een digitaal data-woord in een bijbehorend analoog-digitaal omzettermiddel 15-la tot 25 15-na of 15-lb tot 15-nb. Elk omzettingsdatawoord, gevormd in antwoord op een strobesignaalpuls van een veelvoud van sequentiële strobesig-naalpulsen 16a, 16b,..., 16n wordt vervolgens in de tijd vertraagd in een vertragingsmiddel van de vertragingsmiddelen 17-la tot 17-na of 17-lb tot 17-nb. Alle omzettingsdatawoorden worden individueel ver-30 traagd over een vertragingstijd vastgesteld door een bijbehorend stuur-middel van de vertragingsstuurmiddelen 19-j (voor dat kanaal j) en op deze wijze wordt zowel een vertraagd basisband I signaal jld aan een eerste sommeermiddel 18a en een vertraagbasisband Q signaal jQd aan een tweede sommeermiddel 18b verschaft. Het resulterende coherente som 35 (RCS) in-fase signaal RSCI aan de uitgang 10c en het kwadraat-fase RCSU signaal aan de uitgang lOd kunnen worden bewerkt teneinde de amplitude van het terugkeersignaal van alleen die voorwerpen langs de lijn 10b onder de hoek e te extraheren die gekozen zijn door de kanaal vertragingen ttfj vast te stellen in overeenstemming met de formule 40 t(jj“(j-l)(d/V)sin e, waarin V de snelheid is van de ultrasone r - ‘ • · j 6 voortplanting in de media direct naast de omzetters 11 en d de ruimte-afstand is tussen aangrenzende omzetters in de array.

Zoals uit fig. la blijkt is het bekend dat de analoge basisband-signalen (b.v. signalen 15-1 tot 15-4 voor de eerste vier in-fase I ka-5 nalen 11-41) zoals verschaft aan de ADC-middelen, zullen maxima en minima hebben die in het tijddomein variëren met verhoudingen (zoals aangegeven door de maximalijn 13x en minimalijn 13y) die worden bepaald door de ruimtelijke besturingshoek θ en met een afstand daartussen bepaald door de halve golflengte van de toegepaste (ultrasone) tri 1 -10 lingsenergie. Wanneer het sectorscanningstelsel 10 een uniforme bemon-sterfunctie S toepast, waarin alle analoge signalen in wezen gelijktijdig worden bemonsterd in antwoord op elk bemonsterstrobesignaal 16 (waarbij elke bemonsterstrobe gescheiden is van de voorgaande bemon-sterstrobe over een in hoofdzaak constant vast tijdinterval T, dat het 15 omgekeerde is van de ADC-werkfrequentie en ten minste tweemaal de ba-sisbandfrequentie is maar niet hoger dan de maximale ADC frequentie) en de gedigitiseerde data van elke omzetter vervolgens in de tijd wordt vertraagd op een in de techniek bekende wijze, zullen vervolgens de resulterende coherente som (RCS) signalen ruwweg de vereiste signaalgolf-20 vorm benaderen. Dit kan men in fig. lb zien, waarin de tijd met toenemende waarde langs de abscis 20 is uitgezet en de RCS-amplitude met toenemende waarde langs de ordinaat 21 is uitgezet. De amplitude van het resulterende coherente somsignaal, gesommeerd over de array, bestaat als een van een aantal bemonsterwaarden, elk aangeduid door een 25 van de X punten 22a, 22b, ..., 22g, ..., maar alleen op tijdpunten (b.v. tijdstippen tg, t^, tg, t^g» ^16» ^20» t24.···) die van elkaar gescheiden zijn door het in wezen constante bemonstertijdinterval T. Het zal blijken dat het resulterende coherente somsignaal 22 niet bijzonder nauwkeurig is in vergelijking tot de in-30 deale signaal kromme 23. Zoals in de eerder genoemde aanvrage is vermeld zullen meer nauwkeurige coherente somsignalen, zoals aangegeven door de RCS amplitudepunten 24a, 24b, ..., 24g (aangegeven door de grotere cirkels langs de kromme 24 van fig. lb) het gevolg zijn wanneer de basisbands ignal en niet-uniform worden bemonsterd.

35 In overeenstemming met een principe van de onderhavige uitvinding worden de hoogfrequente energieresponssignalen (b.v. na T6C voorver-sterkers 12) rechtstreeks bemonsterd zonder omzetting naar de basisband. Elke j-de omzetter van de N analoog-digitaal (ADC) omzetters die het hoogfrequente analoge signaal Vj uit een bijbehorende j-de omzetter 40 van de N omzetters van de groepering digitiseert, wordt sequentieel in 7 werking gesteld met een bemonsterstrobe Sj signaal dat ten opzichte van de strobe van het voorgaande signaal over een of ander geheel veelvoud van de apertuur beginverschuiving (offset) of resolutietijdinterval At verschoven is. Dit verschoven (offset) tijdinterval wordt zodanig geko-5 zen dat het niet groter is dan één-tweeëndertigste (1/32) van het omgekeerde van de (ultrasone) hoogfrequente trillingsfrequentie Fu·

Daarom is het verschuivingstijdinterval in wezen onafhankelijk van het door de Hyquist-frequentie vastgelegde interstrobe tijdinterval T. In de meest eenvoudige uitvoering ontvangt elke analoog-digitaal omzetter 10 een sequentiële trein van bemonsterpulsen die zelf elk over het bemonstert ijdinterval T van elkaar gescheiden zijn, waarbij de trein van bemonsterstrobesignalen tussen elk paar van aangrenzende analoog-digitaal omzetters, in aangrenzende kanalen, over een geheel veelvoud Mj van het At tijdinterval daartussen "tijd-geslipt" wordt. De vermenig-15 vuldigfactor Mj kan op dezelfde wijze voor elk j-de kanaal worden gekozen dat de kanaalexcitatievertraging is gekozen (b.v. voor elke hoek e en met een bekende At, Mj=(j-l)(d/VAt)sin e).

De werkwijze voor de rechtstreekse niet-uniforme bemonstering van het hoogfrequente omzetterarraysignaal is in fig. 1c aangegeven. Ten 20 behoeve van de illustratie zijn slechts vier van de N omzetters aangegeven. Het omzettingsbemonsterstrobe Sj signaal, voor elk van de vier kanalen (waarin j=I, 2,...k, ..·., n), heeft sequentiële strobesig-naalpulsen gescheiden door het strobebemonsterinterval T, maar waarbij de kanaal strobe voor een bepaalde aflezing, in de strobesequentie van 25 een willekeurig kanaal, gescheiden wordt door het kanaalverschuift!jd~ interval Mj.At van de strobe voor de overeenkomstig genummerde aflezing voor een aangrenzend kanaal. Het verschuivingstijdinterval At wordt zelf gesteld uit een stelsel-breed hoofkloksignaal, zodat de resolutie in alle kanalen in hoofdzaak gelijk is. Het dient duidelijk te 30 zijn dat het verschuivingstijdinterval At op zijn best een geheel deel-veelvoud is van het interstrobetijdinterval T. Dit maakt het mogelijk dat de gebeurtenissen in alle kanalen van het aantal kanalen op veelvouden van één stelsel-brede klokperiode, ten opzichte van een stelsel-breed synchronisatiegebeurtenissen, vastgesteld kan worden.

35 Bij wijze van illustratie, een synchronisatiesignaal 27g zal op het een of ander tijdstip worden verschaft duidelijk voorafgaande aan het vroegste signaal van de N bemonsterstrobesignalen in elke bemonstering-uitvoerstel. Een aantal hoofdklokpulsen kan geteld worden om het tijdinterval t$i vast te stellen tot dat tijdstip wanneer, voor een be-40 paald stel van een aflezing per kanaal, er een eerste kanaalstrobepuls r 8 26g in het signaal SI optreedt voor het bemonsteren van het eerste hoogfrequente kanaalsignaal VI voor het g-de leesstel; dit treedt bijvoorbeeld op op het tijdstip ta· Zelfs ofschoon het strobesignaal SI van de eerste kanaal AD omzetter een trein van sequentiële strobe-5 pulssignalen 26a, 26b, 26c,..., 26g,... omvat met het basisbemonsterin-terval T tussen elk paar daarvan, wordt het exacte tijdstip waarop een bepaalde puls van de strobepulsen, b.v. pulsen 26g, optreedt ingesteld door een initieel tijd-slip interval t$j vast te stellen na een synchronisatieverschijnsel (in het algemeen betrokken op de excitatie-10 sequentie voor de op dat moment in gebruik zijnde bundel hoek e). Bij een stelsel bijvoorbeeld met een 20 MHz bemonstering is het strobetijd-interval T=(l/20xl06)=50 nsec. Voor elk stel aflezingen treedt het strobesignaal voor het j-de kanaal op met een kanaalbemonstertijdinter-val t§j na een stelselsynchronisatiepuls 27. Dat wil zeggen dat elk 15 stel een omzetting van data uit elke AD omzetter in een dan-actief kanaal bevat. Derhalve zal een sync puls 27g optreden om of de start van een eerste stel van een aantal stellen van gebeurtenissen (b.v. het eerste van 200 stellen van sequentiële omzettingen in elk kanaal, na een excitatie) of de start signaleren van elk stel gebeurtenissen 20 (waarbij elk individueel stel gebeurtenissen een omzetting is van de hoogfrequente ultrasone analoge signaalamplitude). In het algemeen heeft elk opvolgend kanaal een groter kanaal bemonstert!jdinterval t$j dan dat van het voorgaande kanaal, wanneer e negatief is (zoals gedefinieerd in fig. 1) en in de richting van de klok ten opzichte 25 van de normaal llx, waarbij de richting van verandering van deze initiële kanaal vertraging wordt omgekeerd wanneer e wordt omgekeerd, d.w.z. wanneer e positief is en tegen de richting van de klok is (aan de tegenover gestelde zijde) van de normaal llx.

Wanneer bijvoorbeeld een sync puls 27 elk stel van kanaal aflezin-30 gen voorafgaat, moet daarom voor het eerste kanaal het na-sync vertra-gingsinterval tSj (=Μι·Δΐ) verlopen voor dat de eerste kanaal-strobepuls 26g optreedt voor het oproepen van de dataomzetting voor de ene kanaal 1 omzetting in het g-de afleesstel. Het strobesignaal S2 voor de analoog-digitaalomzetter in het tweede kanaal omvat een sequen-35 tie van strobepulsen 28a, 28b, ...,28g, ... die elk over in wezen hetzelfde tijdinterval T van de aangrenzende signaalpulsen van de tweede kanaalsequentie zijn gescheiden. In het geïllustreerde geval, waarin de sync puls elke afleesstel voorafgaat, treedt de g-de strobepuls 28g van deze sequentie op in een kanaal na-sync (of bemonstering) tijdin-40 terval t$2=(M2*At) ten opzichte van de bijbehorende sync signaal- 9 puls 27g die als de starttijd wordt gebruikt in dat g-de rerefentie-stel. In het K-de kanaalstrobe Sk signaal zijn de pulsen 29a, 29b, ..., 28g, ... daarvan gescheiden van elkaar over in wezen hetzelfde interval T, maar waarbij het exacte tijdstip van de g-de stel data-aflees-5 puls 29g optreedt in een kanaalbemonstertijdinterval tj^, dat gelijk is aan M^.At, na de bijbehorende sync puls 27g. Op soortgelijke wijze heeft het laatste kanaal n strobepulsen 30a, 30b, 30g, ...

met in wezen hetzelfde tijdinterval T daartussen, maar waarbij het n-de kanaalbemonstertijdinterval tsn=Mn.At optreedt voor de bemonster-10 puls 27g ten opzichte van de sync puls 27g voor dat bepaalde stel aflezingen. Resumerend, een synchronisatiepuls 27g treedt op voor een g-de stel van aflezingen, bestaande uit een omzetting in elk kanaal, waarbij de feitelijke kanaalbemonsterstrobesignalen 26g, 28g, ...» 29g, ..., 30g (in de eerste, tweede, ..., k-de, ... en n-de kanalen resp.) optre-15 den met respectievelijke kanaalbemonstertijdinterval1 en tsi> t$2> ···, ..., t$n na de sync puls 27g. De duur van elk bemonstertijdinterval is Mj.At, waarin Mj bepaald wordt door de bundelbesturingshoek e, de arraykarakteristieken (b.v. onderlinge afstand d), de snelheid V van voortplanting van het medium grenzend aan 20 de array, enz. en kan worden afgenomen uit een opzoek-tabel en dergelijke, of kan berekend worden naar wens. Elk bemonstertijdinterval wordt ingesteld met een resolutie van At en kan worden ingesteld of "geslipt11 in beide richtingen teneinde de omzettingstrobe voor dat af-Teesstel en kanaal binnen het dichtsbij gelegen resolutie-interval te 25 doen liggen voor het stel omzettingen dat nodig is om een bundel onder de gewenste hoek e te vormen.

Bij toepassing van de nieuwe niet-uniforme bemonstering-op-hoog-frequentniveau werkwijze zal blijken dat elke analoog-digitaal omzetter in staat moet zijn het ontvangen "terugkeer" (ultrasone) trillingsener-30 giesignaal te bemonsteren met een snelheid die zo laag als de Nyquist snelheid (ofschoon de bemonstersnelheid gewoonlijk verscheidene malen groter is) kan zijn zo lang als de "apertuur jitter" of bemonster-initiatieresolutie tijd kleiner is dan het gewenste deel veelvoud (hier een factor van 32) van het interbeinonstertijdinterval T teneinde de 35 vereiste fase nauwkeurigheid te verkrijgen. Derhalve kan elke analoog-digitaal omzetter met ten minste een 9 MHz bemonstersnelheid en met een bemonsterstrobe apertuuronzekerheid van minder dan ongeveer 6 nsec gebruikt worden voor een fronteinde van een ultrasoon stelsel, waarin een 4,5 MHz excitatiefrequentie wordt gebruikt.

40 Verwezen wordt nu weer naar ffg- lc. Het zal blijken dat het omge- 10 zette datawoord in het j-de kanaal vervolgens over een kanaalvertra-gingstijd t^j in de tijd wordt vertraagd. Deze vertragingstijd wordt individueel voor elk individueel j-de kanaal vastgelegd door een ander geheel veelvoud Lj van het verschuivingsinterval At. Elke ka-5 naaltijdvertraging (of vertragingssequentie) kan dus opgewekt worden wanneer de bemonsterfunctie voor elk kanaalelement onafhankelijk wordt gestuurd. Dat wil zeggen, de bemonsterfunctie voor elk gegeven element van de ultrasone array zal identiek zijn aan het faseringschema voor hetzelfde kanaalelement in een conventioneel basisbandfase-arraysector-10 scanningstelsel (zoals dat stelsel uit het eerder genoemde Amerikaanse octrooischrift 4.155.260). Daarom kan een kanaaltijdvertraging inderdaad verschaft worden onafhankelijk van de bemonstert!jd voor dat kanaal en in reactie alleen op de array parameter j en de besturingshoek e (en het bereik R wanneer er auto-focus moet worden uitgevoerd). De 15 eerste kanaaltijdvertraging t^ is bijvoorbeeld het interval tussen een bepaalde kanaal 1 bemonsterstrobe voor een gegeven stel kanaal aflezingen, b.v. strobe 26g voor het g-de stel, en de volgende alle-kana-lenvertragingsafsluiting, of data-aflezing, signaal 271 g waarop alle N datawoorden in dat g-de datastel gelijktijdig beschikbaar worden 20 gesteld voor het vormen van de RCS voor dat stel. De verschillende kanaal vertragingstijdintervall en tjjj, waarin elk de tijd is van de bijbehorende strobepuls (b.v. pulsen 26g, 28g, 29g, ..., 30g voor de eerste, tweede, ..., k-de, ..., n-de kanalen) tot de alle-kanalen af-leespuls, zijn elk oplosbaar tot het tijdinterval At. Het zal begrepen 25 worden dat een dynamische apodisatie gemakkelijk verkregen wordt door alleen dat aantal Pmi-n van kanalen initieel te bemonsteren, waarin P<N, die dan nodig zijn in de array (waarbij de Pm-jn kanalen symmetrisch rond het midden van de array zijn geplaatst) voor het focu-seren van de bundel in dichterbij gelegen punten op de besturingslijn 30 10b; waarbij aanvullende symmetrisch geplaatste paren van kanalen in werking worden gesteld wanneer nodig voor het focuseren in punten bij een groter bereik R. Wanneer het bereik toeneemt zal het vertragings-tijdinterval tdp worden "gesprongen" of veranderd (over gehele veelvouden Pp van het verschuivingsinterval van At) om veranderingen in 35 de tijdvertraging te accomoderen. Het zal blijken dat de som van de ka-naaltijden constant is, b.v. tsj+t^k (de tijd tussen elke sync puls 27g en de leespuls 27' voor dat g-de stel van data-aflezingen).

Verwezen wordt nu naar fig. 2. Een tegenwoordige voorkeursuitvoe-40 ring van het fronteinde 10' van de nieuwe fase-array sectorscanner 11 heeft een omzetterarray 11 met een aantal van N kanaalomzetters lla-lln. Zelfs wanneer apodisatie wordt gebruikt zal een of ander centraal geplaatst minimaal aantal Pmin van deze omzetters altijd worden geëxciteerd. De schakeling voor het exciteren van de omzetters 5 teneinde een trillingsenergiesignaal op te wekken Is wel bekend en niet aangegeven ten behoeve van de eenvoud. Ten behoeve van de illustratie kan N gelijk zijn aan 64.

Het van elke omzetter ontvangen "terugkeer" uitgangssignaal wordt bewerkt in een bijbehorend tijd-afhankelijk versterkinggestuurde voor-10 versterker/versterker (TGC) orgaan 12. Het analoge uitgangssignaal van de eerste omzetter 11a wordt dus versterkt door het TGC orgaan 12a, terwijl het analoge uitgangssignaal van de tweede kanaalomzetter 11b wordt versterkt door het TGC orgaan 12b, enz. De versterking van alle kanalen wordt ingesteld door een (niet aangegeven) gemeenschappelijk 15 TGC stuursignaal. In overeenstemming met de uitvinding wordt het versterkte hoogfrequente signaal in elk kanaal rechtstreeks, zonder frequentie omzetting of demodulatie, toegevoerd aan de analoge ingang 321-1 van die omzetter van een aantal van N analoog-digitaalomzetters 32 voor dat i-de kanaal, waarin 1< i<N. Het zal onmiddellijk duidelijk 20 zijn dat deze inrichting geen lokale-oscillatorsignaalgenerator, geen menger/demodulatoren en slechts N (in plaats van 2N) analoog-digitaal-omzetters en vertragingsorganen ten opzichte van het AD omzetting-op-basisbandniveau fronteinde van fig. 1 nodig heeft. In elk kanaal van de N kanalen wordt één digitisatie uitgevoerd in antwoord op de toevoer 25 van een individuele strobesignaal Si puls aan de omzetting-machtigings-ingang 381-2 van de bijbehorende analoog-digitaalomzetter, waarbij elke analoog-digitaalomzetter onafhankelijk met een strobe bediend kan worden ten opzichte van alle andere analoog-digitaalomzetters 32. In antwoord op elke strobepuls wordt aan een parallelle data-uitgangspoort 30 38-13 een woord van uitgangsdata verschaft. Bij voorkeur is elke omzetter van de analoog-digitaalomzetters in wezen identiek aan elke andere van de analoog-digitaalomzetters en zal bij een verschuivingstijd (om-zettingsinitiatie) nauwkeurigheid van minder dan 7 nsec hebben en zal bij het mogelijk maken dat de analoge signaal amplitude omgezet wordt in 35 digitale data met ongeveer 20 megabemonsteringen per sec. Bij wijze van illustratie kan elke analoog-digitaalomzetter van de analoog-digitaalomzetters 32 het analoge ultrasone ingangssignaal digitiseren in een uitgangsdatawoord met een nauwkeurigheid van zeven bits, waardoor aan het fronteinde een ogenblikkelijk dynamisch bereik van meer dan 48 dB 40 wordt gegeven.

y / ; 12

Het AD uitgangsdatawoord wordt aan de data-ingangspoort 35-ia toegevoerd van het bijbehorende geheugen van een aantal van N eerst-in-eerst-uit (FIFO) kanaal lees/schrijf (R/S) geheugens 35i, waarvan elke wordt gebruikt om de tijdvertraging t^· voor het bijbehorende ka-5 naai van de kanalen vast te stellen. De ingangsdata wordt in het geheugen ingeschreven in antwoord op een geheugenschrijfstrobe Wi signaal-puls aan een geheugenschrijf W ingang. Deze schrijfpuls treedt wat later na elke bijbehorende strobe Si puls (waarbij de vertraging vastgelegd wordt om rekening te houden met de eindige omzettingstijd nodig 10 voor de data om, nadat de strobe S puls is ontvangen, aan de analoog-digitaalomzetteruitgang te verschijnen) op. De opgeslagen data wordt vervolgens aan de geheugenuitgangspoort 35-ib verschaft in antwoord op een geheugenleesstrobesignaal puls aan de geheugenlees R ingang.

De geheugenlees R ingangen van alle geheugens van de N (FIFO) geheugens 15 zijn parallel verbonden zodat alle opgeslagen enkelvoudige-kanaaldata aflezingen van een stel in wezen gelijktijdig worden uitgelezen zelfs ofschoon elke j-de kanaal data individueel aan het j-de kanaal geheugen is toegevoerd en in een sequentie die bepaald wordt door de niet-uni-forme bemonsterstrobesignaalsequentie (die zelf wordt bepaald door ka-20 naai nummer en hoek). Elk geheugen moet derhalve een minimale opslagcapaciteit SCmin of diepte hebben ten minste gelijk aan het aantal data-woorden dat in het tijdinterval (ts-j+td-j) tussen de sync puls 27g en de bijbehorende lees Rd puls 27'g verschaft kan worden, derhalve SCmin=(ts-j+tdi)/T. Daar het totale tijdinterval 25 (t$j+tdi) en strobetijdinterval T vooraf bepaalde constanten zijn is de minimale opslagcapaciteit van elk geheugen eveneens vooraf selecteerbaar. De (niet aangegeven) adrespoort van de geheugens kan als gevolg van hun FIFO mode van bedrijf van cyclische aard zijn, waarbij het adres door elke sync strobe, schrijf of dergelijke puls wordt ver-30 anderd. Het individuele kanaalbemonsterstrobe S signaal en geheugenschrijf Wi signaal (dat hierna met ten minste het AD omzetterornzet-tingstijdinterval volgt) worden door een bijbehorende logische schakeling van een aantal van N individuele logische kanaal schakelingen 36i verschaft.

35 De uitgangsdata van alle kanaal geheugens 35i worden bij elkaar ge voegd in een combinatieschakeling 38 om aan de uitgang 10'z van het fronteinde het RCS uitgangssignaal te realiseren. De combinatieschake-1ing 38 kan een "boom" van optellers zijn, zoals de optellers 39 en 40. Het is gewenst om een even aantal van N omzetterkanalen te hebben, 40 waardoor meerdere K van 2-ingangoptellers 39a, ..., 39k (waarin K=N/2) t*t- t · 4 r- > \ • ' Λ

J

13 worden gebruikt met ten minste een verder niveau van schakelingen 40 voor het combineren van de uitgangssignalen van de combinatieschakeling 39 teneinde aan de uitgang 101z de uiteindelijke uitgangsdata te verschaffen. Wanneer een binair aantal van N kanalen wordt gebruikt, waar-5 in N=2 exp C (C is een geheel getal, b.v. C=6 voor N=64) kunnen dan alleen twee-ingangencombinatieschakelingen, b.v. zes niveaus van twee-in-gangencombinatieschakelingen 39-40, gebruikt worden in een symmetrisch patroon. Dergelijke "bomen" kunnen een vereenvoudigende invloed hebben op de maskers die nodig zijn om in een enkelvoudige geïntegreerde 10 halfgeleiderschakeling het datageheugen en de datacombinatieschakeling voor een meervoudig-kanaal fronteinde of deel daarvan te verschaffen.

Bij voorkeur zal de digitale schakeling van de bijbehorende logische kanaalschakeling 36 op dezelfde geïntegreerde schakeling worden geïmplementeerd.

15 De logische kanaalschakeling 36i voor elk bijbehorend fronteinde- kanaal i, onafhankelijk of deze geïntegreerd, discreet of van andere vorm is, omvat een teller en vertragingschakeling 42i teneinde de bemonster Si en schrijf Wi signaalpulsen te verschaffen in antwoord op een kanaal gekozenklokfase Ci signaal en logische kanaal Li signalen.

20 De logische Li signalen worden door een i-de logische kanaalschakeling 45i verschaft in antwoord op een opgeslagen sequentie van informatie (d.w.z. werkinstructies) waarvan elke sequentiële stap wordt uitgevoerd in antwoord op een of andere combinatie van klokpulsen na elk ontvangen synchronisatie sync signaal. De exacte instructiesequentie 25 kan wanneer gewenst worden gewijzigd in antwoord op waarden van e en/of R, welke waarden via een informatiepoort 10'p vanaf een centrale computer van het stelsel en dergelijke (niet aangegeven) aan het fronteinde 10' worden verschaft. In welk geval dan ook maakt de instructiesequentie gebruik van de waarde van de bundel besturingshoek e om zo-30 wel het vertragingsinterval t^i als het bemonster!nterval t$i voor het bijbehorende kanaal in te stellen. De logische kanaalschakeling 45i verschaft data aan een kanaalfase jó selectieschakeling 48i om een specifieke fase van het aantal van Q verschillende klok CLKS signaal fasen als de kanaalklokfase te selecteren. Elke kanaal jó se-35 lectieschakeling 48i ontvangt eveneens een aantal van Q verschillende fasen van een hoogfrequent klok SLKC signaal. De data voor het bepalen welke fase, nummer van hoofdklokcyclusvertraging, en soortgelijke karakteristieken van de klok Cj en logische L^ signalen, zoals nodig voor elk i-de kanaal en afhankelijk van de waarde van e en/of waarden 40 van R, evenals de kanaalvertragingsdata, kan worden verkregen met elke 14 willekeurige van de in de techniek bekende methoden (b.v. opzoek-tabel-len, omlaag-lading vanuit een centrale prosessor, enz.)·

De sync en CLKS signalen worden door een hoofdstuurschakeling 50 verschaft die een stabiele oscillator 52 heeft om een hoofdkloksignaal 5 op een vooraf bepaalde frequentie Fm (b.v. 200 MHz) te verschaffen.

Het hoofdkloksignaal wordt aan een ingang 54a van een logische hoofdschakeling 54 toegevoerd. Het hoofdkloksignaal wordt door een Schmitt-triggerschakeling 56 blokvormig gemaakt. Het triggeruitgangssignaal (een in hoofdzaak blokvormig signaal met de frequentie F^) wordt toe-10 gevoerd aan de ingang 58a van de uit meer trappen bestaande Johnson tellerschakeling 58. De logische hoofdschakeling heeft een andere ingang 54b waaraan vanaf een eerste uitgang 58b van de tellerschakeling een klokpuls wordt toegevoerd die gerelateerd is aan het hoofdkloksignaal, b.v. deze kan zo vaak optreden als een klokpuls voor elke halve-15 cyclus kloktijdinterval. De Johnson teller verschaft eveneens aan zijn twee uitgangen 58c een aantal van Q afzonderlijke signalen, die elk tot een gekozen niveau worden gepulseerd slechts eenmaal voor elke Q cycli van de hoofdoscillatorfrequentie F^· Wanneer Q=8 worden deze acht klok CLKS signalen dus elk afzonderlijk en onderling exclusief gepul-20 seerd met een frequentie van F^/Q=25 MHz. De logische hoofdschakeling 54 verschaft onder meer: een reeks van synchronisatie injectiesync signalen bij de eerste uitgang 54c om de strobepuls/geheugen-schrijf/ver-traging sequentie in de verschillende kanalen te initiëren; en de gemeenschappelijke stelsel lees signaal puls bij een tweede uitgang 25 54d om elke omzetting/schrijf/vertraging-tot-lees cyclus van elk front-eindekanaal gemeenschappelijk te beëindigen.

Verwezen wordt nu naar de fig. lc en 2. In bedrijf van het PASS fronteinde 10' zullen sync pulsen alleen optreden na beëindiging van elke transmissie excitatie voor de omzetters van de array 11, waarbij 30 enige extra vertraging toegevoegd kan worden om instel tijden en andere effecten mogelijk te maken. Een initieel interval van een voorgeselecteerde tijd, b.v. van ongeveer 2 /usec, kan dus nodig zijn na beëindiging van de excitatie en voordat het analoge uitgangssignaal van de eerste omzetter van de array 11a wordt omgezet in een digitaal 35 datawoord. Wanneer de hoofdklokfrequentie F^ van de oscillator 52 200 MHz bedraagt zijn hiervoor 400 hoofdklokpulsen nodig. Derhalve wordt het eerste omzetterbemonstertijdinterval t5i (tussen de syn-chronisatiepuls van elk stel, b.v. de g-de stel sync puls 27g en de eerste kanaalstrobe SI puls voor dat zelfde stel, b.v. de g-de stel-40 strobe 26g) bij wijze van illustratie gekozen op ten minste een lengte 15 » van 2 /Usee. Dit zelfde "dode tijd" interval zal aan de start van elk interval van de bemonstertijdintervallen tjj worden toegepast voor elk kanaal van de N omzetterkanalen. Daar alle opgeslagen data voor een bepaald stel gelijktijdig gelezen moet worden in antwoord 5 op een gemeenschappelijke lees Rd puls 271g, is het tijdinterval tussen de synchronisatiepuls 27g en de leespuls 27'g, voor dat bepaalde leesstel, constant zodanig dat het variabele vertragingsrijdinterval tjj voor elk kanaal daarvan wordt afgetrokken teneinde de bemonstert! jd t$j te verkrijgen waarop de strobe na de synchronisatie-10 puls moet optreden. Ten behoeve van illustratie zal worden aangenomen dat de array parameters heeft zodanig dat (d/V)=l /usec zodat het vertragingstijdinterval td.j=(i-l) sin e /usec. Voor de bepaalde hoek e=-30°, d.w.z. e is een hoek van 30° in de richting van de klok ten opzichte van de array normaal (zoals in fig. 1 gedefi-15 nieerd), zal het vertragingstijdinterval voor het i-de kanaal dan gelijk zijn aan tdl-=0,5(i-l) /usec. Het maximale vertragings interval (tdi+tsi) wordt gekozen om het mogelijk te maken dat de meest korte kanaal vertraging, hier tdn, toch voldoende lang zal zijn opdat alle vereiste tijdsturing optreedt. Het kanaalvertragings-20 tijdinterval tdl· zal afnemen en de kanaalsynchronisatie-strobe vertraging t$j zal toenemen wanneer het kanaalnummer i toeneemt.

De hoek e data wordt aan de datapoort 10'p van het fronteinde voorafgaande aan elke sync puls 27 ontvangen. Na dat nu de g-de leesstelsynchronisatiepuls 27g is opgetreden verschaft de logische ka-25 naalschakeling 45a logische informatiesignalen 11a aan de teller en vertragingsschakeling 42a, en verschaft faseselecteerdata aan de selec-tieschakeling 48a voor de selectie van de juiste fase van de acht hoof-klokfasen voor toevoer als het eerste kanaalklok Ca signaal aan de teller en vertragingsschakeling 42a. Deze klokfase doet, na geteld te zijn 30 gedurende een aantal gebeurtenissen vastgesteld door de data van een van de signalen 11a, de eerste kanaalstrobesignaal SI puls 26g optreden op het tijdstip ta· Bij wijze van illustratie, bij een eerste strobe-tijdinterval t$i gelijk aan 2000 /usec (de initiële 2 /isec dode tijd plus 0 extra strobe vertragingstijd voor het 35 eerste arraykanaal, met i=l) zal de eerste logische kanaalschakeling 45a hebben berekend: (a) dat de meervoudige Μ|=400 hoofdklokcycli geteld moeten worden waarbij de eerste fase van het CLKS signaal gebruikt wordt voor het kloksignaal Ca; en (b) dat het Mi/Q=50ste optreden van het kloksignaal Ca na het synchronisatiesignaal tot gevolg moet hebben 40 dat de eerste strobe SI puls 26g aanwezig moet zijn in de eerste kanaal 16 analoog-digitaalomzetter 32a. Het bijbehorende kanaal geheugen schrijf-signaal, b.v. het eerste kanaal schrijfsignaal Wl, treedt niet later op dan de volgende klok Ca puls na de strobe. Deze vertraging kan (door toepassing van poortvertragingen, telling van hoofklokpulsen, of derge-5 lijke) ingesteld worden op ten minste de duur van de omzettingstijd en minder dan de tijd voor het optreden van de volgende strobe S-j voor dat kanaal. Daarna is het eerste kanaalvertragingstijdinterval tdi=td max (bij wijze van illustratie vooraf geselecteerd op 35 /usec) zodat de som (t^-j'+t^-j) constant is op 10 37 /usec (bij aanname van 7400 hoofklokcycli). De algemene formules zijn: tcj1-=(35-(i-l)/2) /usec; en t5-j=(2+(i-l)/2)/Usec. Derhalve is het vertragingsinterval tdi=35 /usec (equivalent aan 7000 hoofklokcycli) daar f51 vooraf geselecteerd was als 2 /usec (400 klokcycli).

15 Voor het tweede kanaal met i=2 is ^2=35-1/2=34,5 /usec (of 6900 klokcycli) en is t5i=37-34,5=2,5 /usec (of 500 klokcycli) die geteld moeten worden in de tweede kanaal teil er en vertragings-schakeling 42b. In het latste (N=64) kanaal is td64=35-63/2=3,5 /usec (of 700 klokcycli) en is 20 t564=37-3,5 /Usec (of 6700 klokcycli). Wanneer de 7400 hoofklokcycli zijn geteld (in de hoofdklokschakeling 54) na de sync puls 27g, wordt de g-de stel alle-kanalen geheugenuitleespuls 271g verschaft. Het zal duidelijk zijn dat een dynamische focusseertijdslip gemakkelijk kan worden geïmplementeerd op basis van invoer van bereik 25 R informatie door een geschikte toename in een willekeurig kanaalvertragingsinterval t^j (waarin de toename is (t>focus=(a2/2RV)(1-(xi/a)2) cos2e, waarbij x·,· de afstand is van het arraymidden tot het midden van de ΐ-de omzetter en a de maximale x-j afstand voor die array is). Kleine veranderingen in tijdvertra-30 ging als gevolg van dynamische focuseffecten kunnen gemakkelijk geïmplementeerd worden door de klokfase te veranderen, gekozen door de bijbehorende selectieschakeling 48, als een functie van het bereik R. Een soortgelijke afname zal optreden in het tijdinterval ΐ$·,·.

Terwijl slechts bepaalde voorkeurskenmerken van de uitvinding bij 35 wijze van illustratie zijn aangegeven kunnen vele wijzigingen en veranderingen ingevoerd worden door de deskundigen. Bijvoorbeeld, het hoogfrequente terugkeersignaal(en) kan in frequentie worden omgezet in een midden (MF) frequentie voorafgaande aan de omzetting in digitale data. Nog steeds worden de signalen op een hoogfrequent niveau beschouwd in 40 plaats van op basisbandniveau. Het zal duidelijk zijn dat de bijgevoeg- t * v 17 de conclusies bedoeld zijn om al deze wijzigingen en veranderingen te * omvatten als binnen het kader van de uitvinding.

P > ‘ ,

Claims

1. Werkwijze voor het besturen van een bundel van trillingsenergie onder een gewenste hoek e ten opzichte van de normaal op het vlak van 5 een array van een aantal van N omzetters, die elk zijn toegewezen aan een verschillend j-de kanaal van een aantal van N kanalen, waarin l<j^N, welke werkwijze omvat de stappen van: (a) het opwekken voor elke j-de kanaal van een verschillende bemon-sterstrobe Sj signaalsequentie met een veelvoud van sequentële 10 pulsen, waarbij elk paar pulsen van die kanaalstrobesequentie in wezen een tijdinterval T daartussen heeft, waarin T ten minste kleiner is dan het omgekeerde van tweemaal de excitatiefrequentie ^u» (b) het verschuiven, ten opzichte van het optreden van elke van 15 een sequentieel stel van synchronisatie signaal pul sen, van de begintijd van een volgende puls van de strobe Sj signaalsequentie in het j-de kanaal in wezen over een bemonstert!jdinterval tgjj die een eerste positief geheel tal lig kanaal veelvoud Mj is, gekozen voor elke hoek Θ, van een verschuivingstijdinterval 20 At, waarin At kleiner is dan T en een vaste fractie is van het omgekeerde van de excitatiefrequentie Fu; (c) het handhaven van alle strobe Sj signaalpulsen, na de volgende verschuivingspuls, met in wezen het tijdinterval T daartussen tot een andere verschuivingsstap optreedt; 25 (d) het omzetten, in antwoord op elke puls van de strobe Sj signaal sequentie, van een j-de kanaalterugkeersignaal Vj rechtstreeks in een woord van digitale data die de huidige amplitude van het terugkeersignaal in dat j-de kanaal representeert; (e) het digitaal vertragen van elk datawoord in elk kanaal van de N 30 kanalen over een kanaalvertragingsinterval t^j, dat een tweede positief geheeltallig kanaal veelvoud pj is, gekozen voor elke hoek e, van het verschuivingstijdinterval At; en (f) het coherent sommeren, in antwoord op een signaal op een in wezen vast tijdinterval na elk synchronisatiesignaal, van elk vertraagd 35 datawoord dat dan gelijktijdig beschikbaar is van alle N kanalen teneinde elk punt van data te verkrijgen dat de reflectiefactor van de energiebundel onder de gewenste hoek e representeert.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de stap (d) omvatde stap 40 van het verschaffen van een bijbehorende j-de omzetter van een gelijk r 7 ·':· ‘ i '* t j ‘ aantal van N analoog-digltaalomzetters (ADC) waarin de omzetting van ? het Vj signaal optreedt in antwoord op elke strobe Sj signaal puls; en de stap (e) omvat de stappen van: (el) het sequentieel opslaan van elk sequentieel digitaal datawoord uit de j-de analoog-digitaalomzetter, 5 in volgorde van omzetting, in een bijbehorende plaats van een j-de geheugen van een aantal van N geheugens; (e2) na het vertragingsinterval tfjj voor dat kanaal het sequentieel lezen van één datawoord uit elk van de N geheugens; en (e3) het sommeren van alle N datawoorden in wezen gelijktijdig uitgelezen van alle N geheugens teneinde de reflectie- 10 factordata te verkrijgen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin een even aantal van N kanalen wordt toegepast, en waarin de stap (e3) omvat de stappen van: (e3a) het in wezen gelijktijdig sommeren van elke van N/2 verschillende paren van datawoorden; en (e3b) vervolgens het in wezen sommeren van 15 alle van de N/2 resulterende eerste- niveau gesommeerde datawoorden.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin N=2C, waarin C een positief geheel getal is groter dan 1, en de stap (e3b) omvat de stappen van: het verder sommeren, bij elk van (C-l) extra niveaus, van elk verschillend paar van gesommeerde datawoorden resulterend uit het vooraf- 20 gaande sommeerniveau teneinde een enkelvoudig uiteindelijk datawoordsom te verkrijgen.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin de stap (e2) verder omvat de stap van het verschaffen van een enkelvoudig stelsel-breed lees R^ signaal met een veelvoud van pulsen, die elk tot gevolg hebben dat elk 25 geheugen van de N geheugens een opgeslagen datawoord afgeeft.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarin de stap (e2) verder omvat de stap om elke puls van het lees signaal te doen optreden op een vast tijdinterval na het optreden van een bijbehorende puls van de syn-chronisatiesignaalpulsen.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin de stap (e2) verder omvat de stap van het instellen van het vaste tijdinterval op een waarde niet kleiner dan (tsj+tdj)·

8. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin de stap (el) verder omvat de stap van het verschaffen van een geheugenschrijf Wj signaal aan 35 het j-de geheugen, op een tijdinterval kleiner dan het tijdinterval T, na elke omzettingsstrobepuls in dat j-de kanaal, teneinde een opslag van het dan aan dat geheugen vanaf de bijbehorende j-de kanaal analoog-digitaal omzetter gepresenteerde datawoord te doen opslaan.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de stap (b) omvat de stap 40 van het selecteren van de vaste fractie op een waarde niet groter dan #* l 4 V v 4 ' 1/32.

10. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de stap (b) omvat de stap van het selecteren van de vaste fractie op een waarde gelijk aan 2"x, waarin het gehele getal x ten minste 5 bedraagt.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de stap (b) omvat de stap van het instellen van de verschuivingsbegintijd van ten minste een bemonsteringstijdinterval tsj over een ander geheel tallig veelvoud van verschuivingstijdinterval At teneinde dynamisch de bundel te focus-seren wanneer het bereik R verandert.

12. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de vibratie-energie ul trasone energie is.

13. Fronteinde ontvanginrichting voor een coherent beeldstelsel met een sector-scanning fase-array met een aantal van N omzetters, een-verschillende omzetter in elk verschillend j-de kanaal, waarin l^j^N, 15 waarbij een ontvangsignaal wordt verschaft op een vibratie-energie excitatiefrequentie Fu met een amplitude in antwoord op de reflectie-factor van media bij een besturingshoek θ ten opzichte van de normaal van de array, omvattende: elke j-de verschillende omzetter van een aantal van N analoog-di-20 gitaal omzetters voor het rechtstreeks omzetten van de ogenblikkelijke amplitude van een j-de kanaal hoogfrequent signaal Vj in een digitaal datawoord in antwoord op elke puls van een strobe Sj signaal voor dat j-de kanaal; elk verschillend j-de geheugen van een aantal van N FIFO geheugens 25 voor het opslaan, in antwoord op elke puls van een j-de kanaal schrijf Wj signaal, en voor het presenteren in FIFO volgorde van het volgende sequentieel opgeslagen datawoord in antwoord op elke puls van een lees Rd signaal; elke verschillende j-de schakeling van een aantal van N logische 30 kanaal schakelingen voor het onafhankelijk opwekken van zowel (a) het j-de kanaal strobe Sj signaal waarbij een veelvoud van sequentiële pulsen elk van de aangrenzende pulsen worden gescheiden door een tijdinterval T, waarin T ten minste kleiner is dan het omgekeerde van tweemaal de omzetter excitatiefrequentie Fu, en waarbij de volgende puls 35 na elke van een aantal synchronisatie signaal pul sen verschoven is ten opzichte van die synchronisatie signaal puls over een tijdinterval t5j dat een eerste positief geheel tal!ig kanaal veelvoud Mj is, gekozen voor elk kanaal en elke hoek e van een verschuivingstijdin-terval At, waarin At kleiner is dan T en een vaste fractie is van het 40 omgekeerde van de excitatiefrequentie Fu, maar waarbij alle strobe Sj signaalpulsen, na de volgende verschuivingspuls, behouden worden met in s wezen het tijdinterval T daartussen tot een andere synchronisatiepuls optreedt; als (b) het j-de kanaal schrijf Wj signaal op een tijdstip na elke strobepuls en voorafgaande aan de volgende sequentiële stro-5 bepuls; een logische hoofdschakeling voor het opwekken van elke puls van een sequentie van de lees signaalpulsen op een tijdstip teneinde elk woord van het aantal van N gepresenteerde opgeslagen datawoorden te doen vertragen in de opslag over een tijdinterval t^j, die een 10 tweede positief geheeltallige veelvoud Pj is, ook gekozen voor elk kanaal en elke hoek e, van het verschuivingstijdinterval At; en een schakeling voor het combineren van de data van alle aan de N geheugens gepresenteerde N datawoorden in antwoord op elke lees R<j signaal puls voor het afgeven vanaf het fronteinde van een woord van co-15 herent gesommeerde data.

14. Inrichting volgens conclusie 13, waarin N even is en de combi-natieschakeling een aantal van N/2 van schakelingen omvat elk voor het combineren van de data-uitgangswoorden van twee verschi11ende geheugens van de N geheugens.

15. Inrichting volgens conclusie 14, waarin N=2^, waarin C een positief geheel getal is groter dan 1, en waarin de combinatieschake-ling verder omvat een binaire boomvorm van (C-l) extra niveaus van schakelingen voor het combineren van twee verschillende uitgangswoorden van de data-uitgangswoorden van de combinatieschakeling van het direct 25 hoger gelegen niveau, waarbij het data-uitgangswoord van de enkelvoudige combinatieschakeling van het laagste (C-de) niveau het uitgangsdata-woord van het fronteinde is.

16. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de vaste fractie gekozen is op een waarde niet groter dan 1/32.

17. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de vaste fractie geko zen is op een waarde gelijk aan 2“x, waarin het gehele getal x ten minste 5 bedraagt.

18. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de logische hoofdscha-keling omvat een schakeling voor het verschaffen van een aantal klok-35 signalen, elk met een verschillende fase van dezelfde frequentie; en elke schakeling van de N logische kanaal schakelingen omvat een schakeling voor het selecteren van een fase van het aantal kloksignaalfasen en voor het tellen van elk cyclusgebeurtenis daarbij voor het opwekken van elke strobe Sj signaal voor dat j-de kanaal.

19. Inrichting volgens conclusie 18, waarin de logische hoofdscha- r keiing verder omvat een schakeling voor het verschaffen van elk syn-chronisatiesignaal op een tijdinterval, voorafgaande aan elke lees R^ signaalpuls, in wezen gelijk aan een geselecteerde constante voor elke bepaalde hoek e.

20. Inrichting volgens conclusie 13, waarin elke j-de logische ka naal schakel ing omvat een schakeling voor het verschaffen, in antwoord op uitwendig-verschafte hoek e data, van de waarden van de veelvouden Mj en Pj.

21. Inrichting volgens conclusie 20, waarin elke j-de logische ka-10 naaischakeling eveneens uitwendig-verschafte bereik R data ontvangt; en verder omvat een schakeling voor het variëren van de geselecteerde bemonsterklokfase teneinde de dan-actieve kanalen van het fronteinde correct dynamisch gefocusseerd te doen zijn bij variërend bereik.

22. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de logische hoofdscha-15 keiing omvat een schakeling voor het sturen van de tijd waarop tenminste een paar kanalen in werking wordt gesteld voor het actief participeren in de array teneinde een dynamische apodisatie toe te passen voor het verminderen van de fout wanneer het bereik R kleiner is dan een vooraf geselecteerde afstand.

23. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de trillingsenergie ultrasone energie is. f: / ' '