NL8801776A - Ultrasone transducent omvattende tenminste een rij ultrasone elementen. - Google Patents

Description

Ultrasone transducent omvattende tenminste één rij ultrasone elementen

De uitvinding heeft betrekking op een ultrasone transducent omvattende tenminste één rij ultrasone elementen, waarbij de transversale zijranden van de opeenvolgende elementen schuin verlopen ten opzichte van de laterale middenas van de rij.

Een dergelijke ultrasone transducent bestaande uit een rij ultrasone elementen, in het hiernavolgende te noemen het "array", is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.425.525. Bij het toepassen van dergelijke array's bij onderzoek met behulp van ultrasone trillingen, bijvoorbeeld medisch onderzoek, is het een probleem dat elk van de elementen in het array bij aansturing een drukpatroon afgeeft, dat een hoofdlob en een aantal zijlobben bezit. Deze zijlobben zijn niet alleen aanwezig bij beschouwing van het drukpatroon evenwijdig aan de langsas van het array, de laterale as, maar ook in de richting loodrecht daarop, de transversale richting. Deze zijlobben kunnen een ten opzichte van de hoofdlob relatief grote sterkte bezitten en de interpretatie van een met behulp van het array verkregen ultrasoon echobeeld ernstig bemoeilijken.

Bij het bekende array wordt voorgesteld elk van de deelelementen de vorm van een ruit te geven, waarbij de uiteinden van de ruit, gezien langs de transversale as van elk van de elementen zijn afgevlakt.

Met behulp van de op deze wijze gevormde elementen, waarbij de breedte van ieder element, gezien vanaf de laterale middenas van het array naar de beide langs-zijranden daarvan, dus geleidelijk afneemt, is in de transversale richting van het array een drukpatroon verkregen waarvan de zijlobben aanmerkelijk zijn onderdrukt. Een bezwaar van het bekende array is echter dat de zijlobben van het drukpatroon gezien in de laterale richting in het geheel niet worden onderdrukt. Dergelijke zijlobben leiden bij een array van ultrasone elementen tot interferentie van de zijlobben van aangrenzende elementen, waardoor zogenaamde "grating lobes" of rooster-lobben ontstaan, die het drukpatroon zeer nadelig kunnen beïnvloeden omdat dergelijke roosterlobben onder bepaalde omstandigheden even sterk kunnen zijn als de hoofdlob.

Het is een op zich bekende techniek om dergelijke rooster-lobben in zekere mate te onderdrukken door de elementen door zaagsneden onder te verdelen in subelementen ("sub-dicing"), waarbij een specifieke verhouding tussen de breedte van de zaagsneden en de breedte van de subelementen gekozen wordt voor de met deze techniek best mogelijke onderdrukking van de roosterlobben. Het is gewenst om ter verkrijging van een betere onderdrukking van de roosterlobben de oorzaak daarvan, de aanwezigheid van zijlobben in het drukpatroon van elk van de elementen, aan te pakken.

De uitvinding biedt een oplossing om dit te realiseren door te voorzien in een ultrasone transducent van genoemde soort waarbij de breedte van de ultrasone elementen, gezien in laterale richting, groter is dan de steek van de opeenvolgende elementen in de rij.

Door de maatregel volgens de uitvinding is het, zoals onderstaand nader zal worden toegelicht, mogelijk gebleken om zowel de zijlobben in het drukpatroon in transversale richting alsook in laterale richting te onderdrukken, zodat deze zijlobben en in het bijzonder de roosterlobben die daaruit door interferentie ontstaan, de analyse van het ultrasone echobeeld niet nadelig beïnvloeden. ·

Opgemerkt wordt, dat het uit het Duitse octrooi-schrift 3.304.666 op zich bekend is om de zijlobben van de elementen van een ultrasone transducent te onderdrukken. Hiertoe worden in de langsrichting van het array, naar de beide uiteinden van het array toe, elementen toegepast die geleidelijk aan steeds minder sterk gepolariseerd zijn, waardoor de elementen in het midden van het array de grootste bijdrage aan de bundel leveren.

Deze oplossing is echter omslachtig omdat elementen met een onderling verschillende polarisatiegraad moeten worden toegepast.

De uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening. Hierin toont: fig. 1 een schematisch aanzicht in perspectief van een bekend ultrasoon array? fig. 2a, b, c en d een bovenaanzicht van een bekende configuratie van ultrasone elementen en in bovenaanzicht een drietal configuraties van ultrasone elementen volgens de uitvinding voor toepassing in een array volgens fig. 1.

Fig. 1 toont een conventioneel ultrasoon array omvattende een staaf piêzoelektrisch keramisch materiaal 10, waaruit de feitelijke ultrasone elementen gevormd worden. Deze staaf is op op zich bekende wijze aangebracht op een drager 11. Aan de bovenzijde van de staaf 10 is een elektrodelaag 12 aangebracht en aan de onderzijde een elektrodelaag 13. In het in fig. 1 getoonde array zijn de afzonderlijke ultrasone elementen gevormd door de staaf 10 met de beide elektrodelagen en de drager 11 op onderling gelijke afstanden door te zagen, waardoor een groot aantal afzonderlijke, in hoofdzaak identieke ultrasone elementen 14 met elk een bovenste elektrode 12 en een onderste elektrode 13 ontstaat. Uit dit grote aantal ultrasone elementen kan op op zich bekende wijze een ultrasoon array worden gevormd.

In het in fig. 1 getoonde array hebben de ultrasone elementen in bovenaanzicht een rechthoekige vorm, zoals ook fig. 2a, dat drie van de elementen 14 uit het array volgens fig. 1 toont, aangeeft. De figuren 2b, c, d tonen in bovenaanzicht vormen van steeds drie opeenvolgende ultrasone elementen volgens de uitvinding in een array, welke ultrasone elementen respectievelijk zijn aangegeven met 14b, 14c en 14d en die in tegenstelling tot de bekende ultrasone elementen 14 volgens fig. 2a een drukpatroon opwekken waarvan de zijlobben ten opzichte van de hoofdlob steeds in aanzienlijke mate zijn onderdrukt, zodat ook het ontstaan van roosterlobben in het drukpatroon van het totale array vergaand kan worden onderdrukt.

De uitvinding berust op het inzicht dat een aanzienlijke onderdrukking van de zijlobben in het stralingspatroon van een ultrasoon element, zowel in een richting evenwijdig aan de langsas van het array als in de richting loodrecht daarop kan worden verkregen, wanneer de steek van de opeenvolgende elementen in het array kleiner is dan de breedte van elk van de elementen. In fig. 2b bezit elk van de ultrasone elementen 14b de vorm van een vleugel, waarbij de elementbreedte is aangegeven met 2a? de elemênthoogte met 2b? de hoek tussen het eerste paar zijranden aan weerszijden van de langsas met 2a en de hoek tussen het tweede paar zijranden aan weerszijden van de langsas met 23. De steek tussen de opeenvolgende elementen 14b in de rij is aangegeven met p.

De in fig. 2c en 2d getoonde vormen van de ultrasone elementen volgens de uitvinding, respectievelijk 14c en 14d, vormen in wezen varianten van de uitvoeringsvorm volgens fig. 2b. De afmetingen en de hoeken zijn in fig. 2c en 2d met dezelfde verwijzings-cijfers aangegeven als in fig. 2b. Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 2c geldt dat 2a=23 , terwijl bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 2d de lengte van de begrenzingen van de ultrasone elementen evenwijdig aan de langsas van het array een lengte = 0 hebben. Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 2c en 2d geldt eveneens dat de elementbreedte 2a groter is dan de steek tussen de opeenvolgende elementen p.

In de praktijk is gebleken dat bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 2c een goede onderdrukking van de zijlobben in het drukpatroon kan worden verkregen, wanneer geldt dat 2a=26fcl40°. Voor de uitvoeringsvorm volgens fig. 2b en 2d geldt dat 2a<2B< 180° om te kunnen voldoen aan de voorwaarde 2a > p.

Bij toepassing van de ultrasone elementen 14b, 14c of 14d in een lineaire array transducent, zoals getoond in fig. 1, is het vanzelfsprekend mogelijk een transducent op te bouwen door in transversale, Y-richting een aantal arrays naast elkaar te plaatsen.

Tevens is het mogelijk om bij toepassing van de ultrasone elementen 14b, 14c of 14d in een array gebruik te maken van op zich reeds bekende technieken voor het onderdrukken van rooster- en zijlobben. Deze bekende technieken omvatten het zogenaamde "subdicen" van elementen voor het onderdrukken van zijlobben? het wegen van de drukamplitude van een element als functie van de plaats van dat element in het array, op zodanige wijze dat de bijdrage van de aan de beide uiteinden van het array gelegen elementen minder zwaar wordt gewogen dan de bijdrage van de in het midden gelegen elementen, waardoor een verdere onderdrukking van de zijlobben mogelijk is. Wanneer een aantal arrayrs in de Y-richting naast elkaar wordt toegepast kan een dergelijke weging ook in de Y-richting plaatsvinden.

Een verdere methode voor het verzwakken van de zijlobben omvat het plaats afhankelijk maken van de absorbtie van een voor het array geplaatste ultrasone lens? het gedeeltelijk wegetsen van de elektroden van de elementen in de richting van de randen daarvan en het aanpassen van de polarisatie van de elementen aan de plaats van de elementen in het array.

Een mogelijke werkwijze voor het vervaardigen van een array met ultrasone elementen volgens de figuren 2b, c of d bestaat uit het vervaardigen van twee deel-transducent array's, die ten opzichte van de laterale middenas van het array eikaars spiegelbeeld zijn. In een dergelijke deeltransducent, die gezien in het bovenaanzicht van fig. 2, dus de ultrasone elementgedeelten aan de boven- of onderzijde van de X-as bevat, kunnen de elementen op eenvoudige wijze gevormd worden door in een staaf piëzoelektrisch keramisch materiaal met aan weerszijden elektroden en aangebracht op een drager de elementen door middel van zagen of door snijden met behulp van een laser van elkaar te scheiden en de gewenste vorm te geven. Het uiteindelijke array kan dan worden gevormd door de beide deeltransducenten aan elkaar te bevestigen.

Alhoewel bij de bovenstaand beschreven uitvoeringsvormen de gedeelten van het array ter weerszijden van de X-as eikaars spiegelbeeld zijn, is het in principe ook mogelijk deze arraydelen ten opzichte van elkaar r in de X richting te verschuiven of zelfs aan weerszijden van de X-as verschillend gevormde elementdelen toe te passen.

Claims (4)

1. Ultrasone transducent omvattende tenminste één rij ultrasone elementen, waarbij transversale zijranden van opeenvolgende elementen schuin verlopen ten opzichte van de laterale middenas van de rij, met het kenmerk, dat de breedte van de ultrasone elementen, gezien in laterale richting, groter is dan de steek van de opeenvolgende elementen in de rij.

2. Ultrasone transducent volgens conclusie 1, waarbij de elementen spiegelbeeldsymmetrisch zijn ten opzichte van de laterale middenas van de rij, waarbij elk van de elementen een paar transversale zijranden bezit, en waarbij elk van deze transversale zijranden een paar zijrandgedeelten omvat, met het kenmerk, dat, gezien in een bepaalde richting langs de laterale middenas, elk van de zijrandgedeelten met de laterale middenas een hoek maakt die kleiner is dan 90°.

3. Ultrasone transducent volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat alle zijrandgedeelten een identieke hoek maken met de laterale middenas.

4. Ultrasone transducent volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat steeds de zijrandgedeelten aan een zijde van de laterale middenas convergeren.