JPH07218620A - 超音波変換器システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変動する走査深度において適正な送受信深度
が得られ、画像の解像度の向上とフレーム率低下の抑制
を可能とする超音波変換器システムを提供することを目
的とする。 【構成】 高度方向のアパーチャ３１〜３４の深度に対
応させた送出焦点を設け、アパーチャ３１〜３４はそれ
ぞれセグメントにグループ化し、制御プロセッサ５０の
指示に基づき、少なくとも二つのセグメントを選択し、
送出器ドライバ６２が送受信（Ｔ／Ｒ）回路５４を送出
側に切り換えて、異なる時間に選択したステアリング角
で対象物に少なくとも二つの走査線を送出し、その反射
エコーは送出器ドライバ６２により受信側に切り換えら
れた送受信（Ｔ／Ｒ）回路５４を経て線バッファ・メモ
リ８６に入力され、対応する高度方向のアパーチャを合
焦する部分を使用するように選択されたステアリング角
について線接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波変換器システムに
関し、より詳細には、大きな深さに亘って、焦点合わせ
が改善され、したがって解像度が改善された超音波変換
器システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波走査システムは現在さまざまな医
療用および産業用アプリケーションにおいて表面からは
見えない深さにある組織や他の人体の部分および機械的
構造の画像を非浸食的、非破壊的に獲得するのに用いら
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ほとんどの既存の超音
波走査システムの問題点の一つとして、超音波変換器は
通常送出及び受信のいずれについても所定の深さまで焦
点合わせが行われることである。すなわち、超音波ビー
ムは焦点より浅い点、特に焦点より深い点において方位
方向（超音波変換器の通常の走査方向に平行）と高度方
向（走査方向に対して直角）との両方に相対的に広い。
対象とする領域の深さが同じであるときこれは問題にな
らない。しかし、超音波走査を行う領域は通常かなりの
範囲の深さに及んでいる。したがって、ビームは通常は
かかる範囲の中間点付近で焦点が合わされ、したがって
走査中このビームは程度は様々であるがほとんど焦点を
外れたものとなる。

【０００４】この問題を解決するために従来様々な技術
が用いられてきた。しかし、かかる技術にもほとんどの
場合送出用の単一の焦点を有する単一の送出アパーチャ
を用い、受信時には一般に方位方向にアパーチャを変化
させてより均一なｆナンバを維持し、また可変の焦点を
得られるようにしている。米国特許第４，３５９，７６
７号と第４，６７０，６８３号では同様の技術を用いて
高度方向に受信焦点を制御している。

【０００５】しかし、これらの技術は、深い場所からの
エコーを受けるときに可変の受信焦点を提供することに
よって解像度は改善されるものの、送出ビームが走査の
深度範囲のほとんどにおいて焦点を外れることから依然
として解像度の劣化があるという点で問題の半分を解決
するにすぎない。方位方向にあるステアリング角で複数
の送出アパーチャを有し、異なる深さの適当な送出走査
線に対するデータの利用を可能にするための線接合を行
うシステムが近年市場に現われているが、高度方向の送
出と受信あるいは高度および方位の両方向の送出と受信
のいずれかに用いる適当なアパーチャと焦点を提供する
システムは従来技術にはない。さらに、複数の走査線を
あるステアリング角で送出するとフレーム率がかなり低
下し、これは心臓のような運動する組織を走査する際に
は許容できないものであるが、従来技術では複数の送出
アパーチャを使用する際にこれを補償するためのフレー
ム率の改善の問題が解決されていない。複数の走査線を
特定のステアリング角で使用することができれば、解像
度をさらに上げることが可能であり、これは従来の技術
では望めなかったことである。

【０００６】したがって、高度方向および／または高度
方向と方位方向の両方に複数の走査アパーチャを提供
し、それによって変動する走査深度において適正な送受
信焦点を提供し、画像の解像度を向上させる改善された
超音波走査システムが必要とされている。これを行う場
合、複数の走査線に起因するフレーム率の低下を抑え、
複数のアパーチャから所定のステアリング角で送出され
る複数の走査線を用いてより大きな解像度の向上を得る
ことが望ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】そこで、本発明
は方位方向にＭ個の超音波変換器エレメントあるいはチ
ャネルを備えた超音波変換器アレーを有する超音波変換
器システムを提供する。これらの超音波変換器エレメン
トのうちの少なくとも選択された１つが高度方向にＮ個
のセグメントに分割され、かかるセグメントをグループ
にしてＥ個の高度方向のアパーチャが形成される。送出
焦点がこれらの高度方向のアパーチャに対して選択され
た深さに設けられ、焦点深度は高度方向のアパーチャの
サイズが大きくなるのにともなって大きくなる。選択さ
れた超音波変換器チャネルのセグメントが付勢されて走
査線が選択されたステアリング角で送出される。少なく
とも選択されたステアリング角について、少なくとも２
つの異なる高度方向のアパーチャのためのセグメントが
異なる時間に付勢され、少なくとも２つの走査線がかか
るステアリング角で送出される。超音波変換器が付勢さ
れるたびにそれに応じて超音波変換器アレーからのエコ
ー信号が受信される。受信されたエコー信号は、受信さ
れた各走査線から対応する高度方向のアパーチャが合焦
される部分を用いるように選択されたステアリング角に
ついて線接合される。走査線を所定のステアリング角で
送出するのに用いられる高度方向のアパーチャの制御に
加えて、各走査線の受信に用いられる高度方向のアパー
チャも制御することができる。ある走査線に用いられる
受信高度方向のアパーチャが所定の方法で送出高度方向
のアパーチャと関係付けられ、所定の応答が得られる。
好適な実施例においては、ある走査線の送出高度方向ア
パーチャと受信高度方向のアパーチャは同じである。好
適な実施例において、送出焦点は各高度方向のアパーチ
ャについて異なるセグメント構成を有するセグメント化
されたレンズによって提供され、各高度方向のアパーチ
ャについて異なるセグメント構成を有するセグメント化
された超音波変換器面を用いてあるいはその組み合わせ
を用いて所望の焦点深度が提供される。

【０００８】また、これらのチャネルをグループにして
方位方向に複数のアパーチャが形成され、方位焦点がそ
れぞれの方位アパーチャについて確立される。好適な実
施例においては、Ｅ個の方位方向のアパーチャがあり、
各方位方向のアパーチャに対する方位焦点は対応する高
度方向のアパーチャの高度焦点と同じである。かかる実
施例において、少なくとも２つの異なるアパーチャに対
する超音波変換器チャンネルとセグメントは、選択され
たステアリング角について異なる時間に付勢される。実
施例において、各高度方向のアパーチャのセグメントは
より大きい高度方向のアパーチャのそれぞれに含まれ、
少なくとも２つの高度方向のアパーチャからの送出が行
われる選択されたステアリング角は走査線が送出される
すべてのステアリング角である。

【０００９】走査線の合焦されたセグメントが線接合さ
れて所定のステアリング角での表示が生成される上述し
た技術によれば解像度が向上するが、解像度は上述した
ように、各高度方向のアパーチャに対して対応する高度
方向のアパーチャに一致させた異なる方位方向のアパー
チャを提供することによってさらに向上させることがで
きる。同様に、解像度はより高い周波数の超音波信号を
用いて向上させることができる。しかし、かかる信号は
より大きい深度では減衰される。したがって、システム
解像度はアパーチャ深度に合わせた各高度方向のアパー
チャに対する周波数を用いて向上させることができる。
線接合は少なくとも１つの線バッファ・メモリを設け
て、各走査線の対応する高度方向のアパーチャが合焦さ
れる深度に対するステアリング角に対する部分がこの線
バッファ・メモリに記憶され、したがってこのステアリ
ング角での走査が終了した後所望の線接合された走査線
データがこの線バッファ・メモリに記憶される。

【００１０】場合によっては、解像度は、Ｅ個の高度方
向のアパーチャのそれぞれに対する走査線をほぼ均一に
間隔をおいた複数のステアリング角で送出し、これら複
数のステアリング角の中間のステアリング角に対するＥ
個より少ない選択された数の高度方向のアパーチャに対
する走査線を送出することによっても向上させることが
できる。好適には、中間的ステアリング角に対する選択
された数の高度方向のアパーチャはより深い場所で合焦
される１つあるいはそれ以上の高度方向のアパーチャで
あり、さもなければそのような深い深度では角度のつい
た走査線の間隔がより大きくなるため解像度が低下す
る。中間的ステアリング角に対して用いられる選択され
たアパーチャはまた方位方向のアパーチャを含む。

【００１１】上述した線接合技術の問題点の一つとし
て、システムのフレーム率の低下がある。システムのフ
レーム率を上げることによってこの問題を低減するのに
さまざまな技術を用いることができる。かかる技術の一
つに、選択された走査線の走査深度を小さくする方法が
ある。深度を小さくした選択された走査線はたとえば走
査の終端におけるステアリング角等の選択されたステア
リング角の走査線とすることができる。一実施例におい
ては、走査深度の縮小はステアリング角が走査の２つの
終端に近づくにつれて大きくなる。あるいは、深度を縮
小した選択された走査線は最も短い焦点深度を有する高
度方向のアパーチャの走査線とすることができ、かかる
走査線の走査深度はかかる走査線に対する受信エコー信
号を用いて線接合が行われる最大深度に対応する。この
技術を用いる場合、走査線は、縮小された深度の走査線
に同じあるいは近接するステアリング角の長い走査線が
続かないようにステアリング角に対して順序づけること
ができる。これによって、短い走査線のエコーがその後
に生成された長い走査線に干渉しないようにすることが
できるが、時間的な不調和あるいは画像の不連続性のた
めに実用的でない場合がある。これを行う場合、線接合
のために複数の走査バッファが必要な場合があり、ある
ステアリング角で受信される走査線の部分はそのステア
リング角に対するすべての走査線が送出されるまでバッ
ファ中で組み立てられる。必要なバッファの数は一般に
アパーチャＥ個の数に等しく、あるいは最低でもあるス
テアリング角で走査線を送出するのに用いられる可能性
のあるかかるアパーチャの最大数に等しい。

【００１２】走査深度は送出のために超音波変換器セグ
メントを付勢するのに提供される電力を下げることによ
って縮小することができる。これを行う場合、一般にエ
コー信号の受信利得を大きくして所望の信号レベルを維
持することが望ましい。また、深度を小さくした走査線
の周波数を上げることが望ましい。これは、高周波数信
号はより周波数の低い信号より速く減衰されるためであ
る。

【００１３】また、フレーム率は走査線が送出される方
位方向のステアリング角の数を少なくすることによって
上げることができる。一実施例においては、隣接する選
択されたステアリング角の間の間隔はステアリング角の
コサインに反比例する。これによって特に走査の終端に
おけるステアリング角の数を少なくすることができる。

【００１４】少なくとも一実施例においては、超音波変
換器ケーブルへの配線は、超音波変換器アレーに用いら
れるアパーチャの変化に応じて動作して適当なアパーチ
ャの超音波変換器チャネルのセグメントが通電されるよ
うにするスイッチを設けることによって少なくすること
ができる。

【００１５】本発明の以上の目的、特徴および利点また
その他の目的、特徴および利点は添付図面に示す本発明
の実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。

【００１６】

【実施例】図１に示す超音波変換器１０は内部アパーチ
ャ（以下、小アパーチャという）１２と外部アパーチャ
（以下、大アパーチャという）１４を有する。超音波変
換器アレー１０は、方位方向１６に、複数のエレメント
あるいはチャネルＣ１−ＣＮから構成される。たとえば
医療用アプリケーションに用いられる超音波走査変換器
は６４個、１２８個あるいは２５６個のエレメントを有
する。一実施例において、大アパーチャ１４中のエレメ
ントの数は小アパーチャ１２中のエレメントの数の１.
４倍から２倍である。したがって、この比率を２倍と
し、１２８のエレメントからなる超音波変換器を想定す
ると（すなわちＮ＝１２８）、エレメントＣ１−Ｃ３２
とＣ１−Ｃ１２８は大アパーチャのみの一部をなす。さ
らに、それぞれのアパーチャは高度方向１８に複数のセ
グメントに分割される。２アパーチャ超音波変換器の場
合、各エレメントは三つのセグメントＳ１−Ｓ３に分割
される。好適な実施例においては、セグメントＳ２はセ
グメントＳ１とセグメントＳ３との和に等しい。つま
り、高度方向の小アパーチャ１２のサイズは大アパーチ
ャ１４の半分である。方位方向と同様に、高度方向のア
パーチャ・サイズの好適な比率は１．４から２である。
超音波変換器のエレメントおよびセグメントへの分割は
単一の超音波変換器材料のブロックに適当に分割された
電極を用いることによって行うことができる。あるいは
エレメントおよびセグメントは当該技術分野において周
知である方法を用いて刻み目を入れたり、その他の方法
で個々の超音波変換器エレメントおよび／またはセグメ
ントを形成することによって形成することができる。し
たがって、図１から小アパーチャ１２はチャネルＣ３３
−Ｃ９６用のＳ２セグメントによって形成され、大アパ
ーチャ１４はＮ個の超音波変換器エレメントあるいはチ
ャネルすべての三つのセグメントのすべてによって形成
されることがわかる。さらに、動作上の理由からチャネ
ルＣ１−Ｃ３２およびＣ９７−Ｃ１２８の超音波変換器
エレメントを分割する必要はなく、本発明はこれらのチ
ャネルを分割することなく実施することが可能である
が、超音波変換器アレーを小アパーチャ１２によって使
用されるチャネルだけではなくすべてのチャネルが分割
された状態に製作する方が通常は簡単であることに注意
しなければならない。

【００１７】超音波変換器１０は通常利用可能なチャネ
ルの選択されたアパーチャを用い、またかかるチャネル
とそのチャネルから受信されるエコー信号の通電を選択
的に遅延することによって方位方向に特定の深度とステ
アリング角で合焦される。しかし、焦点の幅を決定する
ｆナンバは距離範囲すなわち目標深度に正比例し、アパ
ーチャのサイズに反比例する。したがって、対象となる
距離範囲全体にわたってほぼ均一なｆナンバ、すなわち
ほぼ均一なビーム幅を得るためには、アパーチャのサイ
ズは方位方向と高度方向の両方向への深度が増すにつれ
て大きくなるのが望ましい。さらに、真の均一なビーム
幅を得るためにはこの深度にともなったアパーチャサイ
ズの変化は方位方向と高度方向の両方向に存在すること
が望ましい。

【００１８】しかし、それぞれのステアリング角で送出
される走査線は通常１本だけであるため、従来、アパー
チャの修正は主として受信時にまた主として方位方向に
のみ実施されていた。詳しくは後述するが、本発明では
（ａ）送出と受信のいずれの場合にもアパーチャの修正
を可変とし、（ｂ）かかる送出時と受信時のアパーチャ
の変更を高度方向（好適には方位方向と高度方向の両方
向）に行い、少なくとも対象とする深度範囲全体にわた
って最適に近いビーム幅と焦点を提供することを考えて
いる。

【００１９】高度方向の焦点合わせは各セグメントの遅
延を変化させることによって行うことができるが、この
ような方法による高度方向の合焦を行うための装置は特
に可変の焦点合わせが送出時と受信時にともに発生する
場合には複雑なものになる。したがって、図２に示す本
発明の好適な実施例においては、大アパーチャ１４が用
いられるときに送出のために同時に付勢されるチャネル
Ｃの超音波変換器のセグメントＳ１、Ｓ２およびＳ３を
用いて高度方向の合焦機能を行うためのレンズが設けら
れる。高度方向の焦点合わせに用いられるレンズ２２は
超音波変換器のセグメントＳ２に重なる凹面レンズ部分
２４と超音波変換器アレー全体に重なる凸面レンズ部分
２６を有する。凹面レンズ部分２４は小アパーチャ１２
上にのみ伸長していればよいが、セグメントＳ２全部に
伸長するのが好適である。凹面レンズ部分２４と凸面レ
ンズ部分２６が結合されて小アパーチャ１２のための焦
点距離の短い複合レンズが形成され、凸面レンズ部分２
６は大アパーチャ１４のための焦点距離の長いレンズを
形成する。したがって、これらのアパーチャに対して高
度方向に所望の２つの焦点が得られる。

【００２０】図３と図４は４つのアパーチャ３１−３４
を有する超音波変換器アレー１０Ａを示し、それぞれの
アパーチャは方位方向と高度方向の両方向にある。説明
を簡単にするために、これらの図には各種のチャネルお
よびセグメントは示さない。アパーチャ３１、３２およ
び３３にはそれぞれ凹面レンズ部分３６−３８が重なっ
ており、凸面レンズ部分４０が超音波変換器全体に重な
っている。図４に示す実施例においては、凹面レンズ部
分３６、３７および３８は方位方向に超音波変換器アレ
ーの全長にわたって伸長するものとすることができる。
凹面レンズ部分３６は凸面レンズ部分４０と組み合わさ
れて焦点距離の最も短い複合レンズが形成される。レン
ズ部分３７および３８がレンズ４０に組み合わされてよ
り焦点距離の長い複合レンズが形成され、凸面レンズ部
分４０は単体で最も長い焦点距離を有する。

【００２１】ここで、図２ないし図４には高度方向に所
望の深度アパーチャを合焦するための複合レンズを形成
するための凹面レンズ部分２４、３６、３７および３８
を示したが、超音波変換器アレーの面自体をレンズのよ
うに構成してこれらのレンズを削除することもできる。
しかし、一般に超音波変換器の面を所望の形状に形成す
るよりレンズを構成するほうが簡単である。さらに、ア
プリケーションによっては所望の焦点距離を得るのに複
合レンズより適当な形状の簡単なレンズを用いることが
望ましい場合がある。しかし、このような簡単なレンズ
は超音波変換器アレーの平滑な面に比べてぎざぎざを持
ったものになるため好適ではない。かかる面の隆起部に
気泡やほこり等が集まり不透明な部分ができたり、散乱
等の他の問題が発生する可能性がある。当該技術分野で
周知の他の手段を用いて所望の焦点距離を達成すること
もできる。

【００２２】図５は超音波変換器アレー１０の各セグメ
ントへの電気的接続を示す図である。説明の目的上、こ
の超音波変換器アレーは１２８のチャネルを有するもの
と仮定する。チャネルＣ１−Ｃ３２およびＣ９７−１２
８はそれぞれ大アパーチャ中にのみ用いられるため、単
一の大アパーチャ線９０. １−９０. １２８を接続して
これらのチャネルのそれぞれの超音波変換器アレーのセ
グメントを付勢することができる。しかし、小アパーチ
ャと大アパーチャの両方に用いられるチャネルＣ３３−
Ｃ９６についてはかかるチャネルの大アパーチャ線９０
は２つの外部のセグメントＳ１とＳ３にのみ接続され
る。別の小アパーチャ線９２がこれらのチャネルのそれ
ぞれに用いられ、その中心セグメントＳ２にのみ接続さ
れている。したがって、本発明の好適な実施例におい
て、小アパーチャ１２（図１）によって生成される走査
線に対しては小アパーチャ線９２だけが付勢され、大ア
パーチャ１４の走査線の送受信には大アパーチャ線９０
と小アパーチャ線９２のみが付勢される。本発明の代替
実施例においては、小アパーチャの走査には小アパーチ
ャ線９２だけが付勢され、大アパーチャの走査には大ア
パーチャ線９０だけが付勢される。しかし、この代替実
施例には考慮すべき課題が存在する。

【００２３】図５に示す実施例の課題の一つは、２つ以
上のアパーチャに用いることのできるチャネルＣ３３−
Ｃ９６のそれぞれの超音波変換器アレーに２本の電線を
接続しなければならないことである。図３および図４に
示すような四つのアパーチャを有する超音波変換器アレ
ーを用いる場合、４つの別々の線を接続しなければなら
ないチャネルがある。これによって、超音波変換器アレ
ーを含むヘッドを接続するケーブルが大きく、重く、ま
た非常に硬くなり、したがって超音波変換器システムが
使いにくいものになる。

【００２４】図６は複数のアパーチャを備える超音波変
換器アレーを有するヘッドの接続に必要な線の数を低減
する方法を示す。図６において、１本の大アパーチャ線
９０が外部のチャネルＣ１−Ｃ３２およびＣ９７−Ｃ１
２８のそれぞれに接続されている。また小アパーチャ線
９２は小アパーチャに用いられるチャネルＣ３３−Ｃ９
６のそれぞれのセグメントにも接続されている。しか
し、これらの各チャネルのセグメントＳ１およびＳ３に
別の大アパーチャ線９０を設ける代わりに、これらのチ
ャネルのそれぞれのリード小チャネル線９２. ３３−９
２. ９６が対応するスイッチ９４. ３３−９４. ９６を
介してこのチャンネルの外部セグメントＳ１−Ｓ３に接
続された電線９６. ３３−９６. ９６に接続されてい
る。スイッチ９４は好適にはたとえばＭＯＳＦＥＴのよ
うな電子式スイッチであり、すべて単一の電線で付勢す
ることができる。したがって、小アパーチャの走査を行
うときは、スイッチ９４は消勢されるか図６に示すよう
に開き、小アパーチャ線９２に印加９２に印加される信
号は対応するチャネルの中央のセグメントＳ２だけを付
勢する。大アパーチャの走査を行うときは、信号が別の
線に印加されてスイッチ９４のすべてを閉状態にし、そ
の結果大アパーチャ線９０および小アパーチャ線９２上
の信号がすべてのチャネルセグメントを付勢する。図６
に示す技術に加えてチャネルを用いることのできる各ア
パーチャに追加のスイッチを設け、各アパーチャの超音
波変換器ヘッドへの別の線を１本設けることによって対
応するスイッチの付勢を制御することができる。

【００２５】図７は４アパーチャの超音波変換器システ
ムを制御するための簡略化した回路の概略ブロック図で
ある。図７は主として高度方向の制御に関するが、実施
例において、方位方向にも制御を行って複数のアパーチ
ャを提供することができる。図７参照すると、４アパー
チャ超音波変換器アレーは少なくとも高度方向にアパー
チャ３１−３４を有する。アパーチャ３４のグループ４
のセグメントはセグメントＳ１およびＳ７であり、アパ
ーチャ３３のグループ３のセグメントはセグメントＳ２
およびＳ６であり、アパーチャ３２のグループ２のセグ
メントはセグメントＳ３およびＳ５であり、アパーチャ
３１のグループ１のセグメントはセグメントＳ４であ
る。各アパーチャのセグメントは共通の線４５. １−４
５. ４を介して結合回路４６に接続される。結合回路４
６に接続される共通の線４５はそれぞれ実際には各チャ
ンネルにつき１本の合計１２８本の線で形成されてい
る。結合回路４６へのもう一つの入力は制御プロセッサ
５０からの「線番号」線４８（以下、単に「線」とい
う）上の信号である。アパーチャの数とその組み合わせ
の態様に応じて、送出および／または受信に現在使用さ
れている高度方向および／または方位方向のアパーチャ
を示す複数の線４８を設けることができる。結合回路４
６は複数のスイッチを有し、かかるスイッチは好適には
ＭＯＳＦＥＴ等の電子式スイッチであり、線４８上の入
力に応じて選択的に付勢されて高度方向および／または
方位方向の適当な変換器セグメントを線５２に接続す
る。結合回路４６はハードワイヤ回路とするか、あるい
はスイッチ制御機能を実行する特殊なあるいは適当にプ
ログラムされた汎用プロセッサを含むものとすることが
できる。たとえば、結合回路４６は線４８によってアド
レス指定が可能でアドレス入力に応じて選択的に付勢さ
れて各種のアパーチャ・スイッチを制御する出力を有す
るＲＡＭあるいはＲＯＭを有するものとすることができ
る。

【００２６】線５２は送出器ドライバ６２から送出され
たエネルギに応じて動作して線５２を送出線５８あるい
は受信線６０に接続するスイッチング回路である送受信
（Ｔ／Ｒ）回路５４に接続される。送出線５８は送出器
ドライバ６２からの変換器通電信号に接続されている。
送出器ドライバ６２は送出タイミング回路６４と送出レ
ベル制御回路６６によって制御される。送出タイミング
回路６４は各チャネルの付勢のタイミングを制御し、ま
た適宜セグメントおよび送出駆動信号の持続時間のタイ
ミングを制御する。送出タイミング回路６４はまた超音
波変換器への駆動信号の超音波周波数を制御する制御プ
ロセッサ５０からの線６８上の周波数選択入力を有す
る。送出タイミング回路６４への他の入力は線あるいは
アパーチャ番号の線４８とステアリング角線７０であ
る。制御プロセッサ５０からのステアリング角線７０は
ステアリング角あるいは走査線の現在の送出角度を示
す。送出レベル制御回路６６は送出器ドライバ６２から
の送出信号の電力あるいは利得を制御する。アパーチャ
番号の線４８はまた送出レベル制御回路６６への入力と
して接続される。

【００２７】受信線６０は時間利得制御（以下、ＴＧＣ
という）増幅器７２を介して可変アナログ遅延回路７４
に接続される。これらの回路はいずれも制御プロセッサ
５０からのタイミング線と線あるいはアパーチャ番号の
線４８からの入力を受ける。ステアリング角線７０は可
変アナログ遅延回路７４への最終入力である。当該技術
分野において周知のとおり、受信される信号は深度が増
すにつれて弱くなるため、利得を深度の関数として増大
させてほぼ均一な出力を維持するＴＧＣ増幅器が設けら
れる。可変アナログ遅延回路７４は超音波走査システム
において受信焦点を制御するのに用いられる標準的な装
置である。

【００２８】可変アナログ遅延回路７４からの出力は加
算回路７８で加算され、その出力は従来のバンドパスフ
ィルタ回路８０と包絡線検波器８２を介してＡ／Ｄ変換
器８４に送られる。Ａ／Ｄ変換器８４はまたアパーチャ
番号の線４８とタイミング線７６からの入力を有する。
Ａ／Ｄ変換器８４からの出力は線バッファ・メモリ８６
に印加される。線接合はこの線バッファ・メモリ中で行
われ、あるステアリング角の受信信号のうちの線あるい
はアパーチャが焦合される深度部分だけが線バッファ・
メモリに記憶される。アパーチャ番号の線４８上の線あ
るいはアパーチャ番号は線バッファ・メモリ８６に追加
入力として印加され、この処理を容易にしている。ある
ステアリング角の走査線が線バッファ・メモリ８６中で
組み立てられると、この情報は標準表示システム８８中
のフレーム・バッファを含む適当な回路に送られる。

【００２９】図８および図９は図７に示す超音波変換器
システムの動作の一般的タイミングを示す。図８および
図９は本発明にしたがった改善を行っていない標準的な
超音波変換器システムの図であり、本発明のさまざまな
特徴を実施するのに必要な基本システムの変更を理解す
るための比較の目的に用いるものである。

【００３０】まず図８には単一の走査線の送出と受信の
タイミングを示す。同図を参照すると、送受信（Ｔ／
Ｒ）回路５４は始めは送出モードであり、比較的短期間
この状態にとどまる。走査線サイクルの大半において、
送受信（Ｔ／Ｒ）回路５４は「受信」モードである。線
（ｂ）は送出器ドライバ６２が送出モードの後半に付勢
され、送受信（Ｔ／Ｒ）回路５４は送出駆動パルスが終
わると受信モードに切り替わることを示す。線（ｃ）は
ＴＧＣ増幅器７２がエコー信号の受信が始まるまで低利
得状態であることを示す。エコー信号が受信される深度
が深くなるにつれて、ＴＧＣ利得は所定の態様で増大
し、受信モード終了時に最大利得が発生する。線（ｄ）
は可変アナログ遅延回路７４が特定のアレーさらにステ
アリング角および走査線に対する所望の焦点深度に対し
て幾何学的特性を有することを示す。最後に、線（ｅ）
はＡ／Ｄ変換器８４が受信モードの始めにオンされ、所
定の深度からの信号が受信されるまでオン状態にとどま
ることを示す。Ａ／Ｄ変換器８４はしたがって走査線の
距離範囲を制御するのに用いられる。図９は単一の表示
フレームのタイミングを示し、図９の線（ａ）および線
（ｂ）は図８の線（ｂ）および線（ｅ）に対応する。

【００３１】図１０には結合回路４６の簡略化された図
を示す。同図において、線４５のそれぞれは対応するス
イッチ・アレー１００. １−１００. ４に接続されてい
る。スイッチ・アレー１００のそれぞれの他の側は出力
線５ ２に接続されている。図１０の結合回路４６は高
度方向のセグメントの切り替えを行うだけである。すな
わち、高度方向に複数のアパーチャを提供する。各スイ
ッチ・アレー１００に接続された１２８本の線に対して
追加の従来の切り替えを方位角方向に複数のアパーチャ
を提供することができる。より詳細には、スイッチ・ア
レー１００はそれぞれは選択的に使用可能とされて方位
角方向のアパーチャを提供する複数のスイッチから形成
することができる。スイッチ・アレー１００は、通常前
述した種類の電子式スイッチである。さらに、結合回路
４６は線４５の信号プロセッサ側に設けることができる
が、線５２は超音波変換器ヘッド・ケーブルとすること
もでき、この場合結合回路４６はこのケーブルの超音波
変換器アレー側である。これはケーブル中の線の数を低
減する際に図６に示す技術に代わるものである。

【００３２】図１１はスイッチ・アレー１００. １−１
００. ４を用いて送出アパーチャを制御する好適な手段
を示す。図１１においては、拡張するアパーチャが設け
られている。したがって、線（ａ）はスイッチ・アレー
１００. １はそれぞれのステアリング角で送出される４
つの走査線すべての送出と受信中にオンあるいは閉じた
状態であることを示す。スイッチ・アレー１００. ２は
２番目に小さいアパーチャに対応する。アパーチャ３２
（図３）は第２、第３および第４の走査線｛線（ｂ）｝
の送出と受信の間のみ閉じた状態である。同様に、線
（ｃ）および線（ｄ）に示すように、スイッチ・アレー
１００. ３は第３および第４の走査線についてのみ閉
じ、アパーチャ３４（図３）に対応するスイッチ・アレ
ー１００. ４は走査線４の期間中にのみ閉じている。ア
パーチャはこのように拡張し、各アパーチャに対する追
加的超音波変換器アレーエレメント（チャネル）とセグ
メントが追加される。図１１の線（ｅ）および線（ｆ）
に示すように、アパーチャが拡張するたびに、送出焦点
と受信焦点は人体あるいは他の走査対象のより深い位置
に移動する。高度方向のアパーチャを制御する代替の構
成としては、拡張するアパーチャではなく各走査線に対
して単一のアパーチャのみを用いることが挙げられる
が、先の構成がより好ましい。

【００３３】図１２は線バッファ・メモリ８６（図７）
中で行われる線接合の態様を示す。基本的には、これは
Ａ／Ｄ変換器８４を各受信サイクルのうち特定の走査線
の対象とする深度からのエコー信号が受信されている部
分においてのみオンする。すなわち起動することによっ
て行われる。また、線バッファ・メモリ８６はアパーチ
ャ番号線４８からの入力を有し、したがって現在受信さ
れている情報を線バッファ・メモリのどこに記憶すべき
かがわかる。走査線が順次送出される場合、これは必要
ではない。なぜなら、それぞれの受信デジタル信号は単
に線バッファ・メモリ中の次の記憶場所に記憶できるだ
けであるためである。しかし、後述するように、あるス
テアリング角の走査線は順次送出されるとは限らず、し
たがって線バッファ・メモリ８６に線番号を入力して、
ある走査線について受信されたエコーが線バッファ・メ
モリ中の適正な位置に記憶されるようにする必要があ
る。

【００３４】図１２は線（ａ）はあるステアリング角の
連続する各走査線の最適な高度方向ビーム幅を示す。線
（ｂ）は各走査線中のＡ／Ｄ変換器８４が起動される期
間を示す。この期間は連続する各走査線の受信サイクル
中に発生し、４つの走査線に対してＡ／Ｄがオン状態あ
るいは起動されている期間は受信サイクル全体にわたる
ことがわかる。したがって、ある走査線についてＡ／Ｄ
変換器がターン・オフされるあるいは起動解除される時
間は、Ａ／Ｄ変換器が次の走査線について起動される時
間とほぼ同じであり、その結果情報が線バッファ・メモ
リ８６に記憶される深度には重複やギャップがほとんど
ない。線（ｃ）は連続する走査線についての線バッファ
・メモリ８６へのエコーデータの蓄積を示し、線（ｄ）
は標準表示システム８８に送出されるこの線バッファ・
メモリの内容を示す。

【００３５】以上の説明において可変アパーチャは高度
方向にのみ発生するものと仮定した。しかし、前述した
ように解像度の向上はアパーチャを方位方向に制御する
ことによっても達成することができる。方位方向とアパ
ーチャの数は異なっていてもよい。しかし、複数の送査
線を送出する場合に最適な性能を得るためには、アパー
チャの数は通常同じとし、各走査線に対して異なるアパ
ーチャを用いるようにする。必要であれば、方位方向の
アパーチャを各走査線の受信部分においては連続して変
化しうるようにし、方位方向のアパーチャだけを切り替
えるようにして解像度をさらに向上させることができ
る。方位方向の受信アパーチャを連続的に変化させる技
術は当該技術分野において周知であり、たとえば可変ア
ナログ遅延回路７４の遅延を変化させる。受信サイクル
中に切り替えが起こる場合、画像に切り替えによる影響
が発生しないように静かに行わなければならない。方位
方向アパーチャの増大は図１３に示すように連続する走
査線に対して方位方向のビーム幅を制御あるいは改善す
る方法の一つである。解像度を上げるための方位方向ビ
ーム幅の縮小は可変アナログ遅延回路７４を適当に制御
することによって行うことができる。

【００３６】解像度は超音波周波数を上げることによっ
て改善することができることは、超音波走査技術の分野
において周知である。しかし、高周波数超音波信号は走
査される人体中で速く減衰する。したがって、あるステ
アリング角で１つの超音波パルスが送出される場合、か
かるパルスあるいは走査線の周波数は対象とする最大深
度に到達し、かかる深度からのエコー信号が減衰せずに
返るように十分低くなければならない。したがって、使
用される超音波送出周波数は、最適な解像度を得るため
に望ましい高周波数と過剰な減衰を防止するために必要
なより低い周波数の間の妥協点である。

【００３７】本発明はあるステアリング角の複数の走査
線を用いるため、かかる走査線はそれぞれ選択された深
度に焦点合わせされ、各走査線の周波数はその深度に対
して減衰なく用いることのできる最も高い周波数に選択
することができる。これによって、より高い周波数の信
号を小さい深度で合焦される小さいアパーチャの走査に
用い、その後のそれより深く合焦される走査にはより低
い周波数を用いることができる。図１４はこれを周波数
が低くなっていく連続する各走査線で示す。

【００３８】複数の走査線をあるステアリング角で送出
する上述の技術の問題の一つは、超音波変換器システム
のフレーム率が大幅に劣化することである。特に、２つ
の走査線がそれぞれのステアリング角で送出されると
き、１つの走査を完了するのに要する時間は基本的には
２倍になり、フレーム率は５０％低下する。４つの走査
線がそれぞれのステアリング角で送出されるとき、フレ
ーム率は従来の超音波変換器システムのフレーム率の４
分の１になる。かかる低下したフレーム率は走査あるい
は検査を行うのに要する時間を増大させるが、通常多く
の産業用アプリケーションや肝臓等の組織の検査の場合
のような医療用アプリケーションのように対象となる物
体が静止している場合の画像を劣化させることはない。
しかし、フレーム率の低下は心臓等の運動する組織を検
査する場合に重大な画像上の問題を発生させる。

【００３９】したがって、フレーム率を上げてこの問題
を解決する技術を提供することが望ましい。次に、この
ようなフレーム率の向上を行うための本発明のさまざま
な実施例を説明する。

【００４０】図１５および図１６はフレーム率を上げる
手段、すなわち走査の切り捨てて対象とする組織等を含
まない領域を排除する手段を示す。たとえば、図１５を
参照すると、心臓１０２とそれを取り巻く部分だけを見
たい場合、領域１０４の走査を有益な情報を失うことな
く削除することができる。これは一般に走査線３、２、
１を順に短くしていき、また走査線ｎ−２、ｎ−１、ｎ
を順に短くすることによって行うことができる。実際に
は、かかる切り捨て動作にはもっと多くの走査線が関係
することに注意すべきであるが、説明の目的上それぞれ
の側に３本の走査線のみを示している。

【００４１】図１６は図１５に示す各走査線の起動期間
を示す。したがって、ステアリング角Ｎo.１の走査線の
起動期間が最も短く、ステアリング角２、３、４の走査
線は順に長くなっていく。同様に、方向ｎ−３、ｎ−
２、ｎ−１、ｎの走査線の起動時間はこの順に短くなっ
ていく。走査線４と走査線ｎ−３の間の走査線は全持続
時間にわたってオン状態である。つまり、走査線４およ
びｎ−３の持続時間の間オン状態である。図１６の最後
の線は切り捨て技術を用いることによって走査時間を多
少短縮することが可能であることを示す。

【００４２】図１５と図１６では説明の目的上各ステア
リング角で１本の走査線だけが送出されるが、実際には
本発明によればこれらの角度のそれぞれについて複数の
走査線が送出されることに注意しなければならない。こ
れらの複数の走査線のそれぞれは図示するように切り捨
てられる。

【００４３】選択された角度の走査線の切り捨てはさま
ざまな技術を用いて行うことができる。好適な実施例に
おいて、これはこれらの線の送出すべき制御回路６６か
ら送出ドライバへの駆動レベルを下げることによって行
われる。均一な信号対雑音比を保つためには、ＴＧＣ増
幅器７２の受信レベルがそれに対応して上がらなければ
ならない。また、切り捨てるべき角度の走査線の線６８
に適当な制御を加えることによって送出周波数を上げる
ことが望ましい。これは周波数を上げることによってこ
れらの線の減衰が大きくなるためである。

【００４４】図１７から図１９はフレーム率を上げるの
に用いることのできる他の技術を示す。ある走査の有効
アパーチャはステアリング角θのコサインの関数として
変化する。したがって、有効アパーチャ＝（実際のアパ
ーチャ）（ｃｏｓθ）である。ビーム幅は有効アパーチ
ャに反比例することは周知である。したがって、ビーム
幅はθ＝０である走査の中央部分の近傍で最小になり、
角度θが大きくなるのにつれて両翼に向かって大きくな
る。これを図１７と図１８に示す。

【００４５】ビーム幅が広い場合必要な走査線の数は小
さくなるため、ビームが送出されるステアリング角の総
数は、走査漏れの部分を残すことなく、連続するステア
リング角の間の間隔をｃｏｓθの関数として変化させ、
ステアリング角線７０上のステアリング角入力に応じて
送出タイミング回路６４と可変アナログ遅延回路７４を
プログラムすることによって少なくすることができる。
図１９はステアリング角の間隔をこのようにして変化さ
せたときの走査を示す。

【００４６】図２０および図２１はフレーム率を上げる
他の手段を示す。本発明のこの実施例において、各走査
線はその走査線のアパーチャが合焦され用いられるべき
深さから超音波変換器アレーが受信するエコー信号の所
要時間にほぼ等しい持続時間を有する。したがって、線
（ａ）と線（ｂ）に示すように、１ステアリング角あた
り４本の走査線がある場合、かかる走査線の持続時間は
その走査深度が大きくなるにつれて長くなる。線（ｃ）
および線（ｄ）から、Ａ／Ｄ 変換器８４はほぼ全走査
期間にわたって線バッファ・メモリ８６に走査１からの
情報を記憶し、かかる走査線の最後の期間中の残りの走
査線からの情報を線バッファ・メモリ８６に記憶する動
作をすることがわかる。したがって、各走査線は必要な
エコー信号を得るのに要する時間だけ持続する。

【００４７】図２１はこれがどのように行われるかを示
す。図２１の線（ｃ）から、信号の送出レベルは線１に
ついては低く、その後の線については高くなっていくこ
とがわかる。前述したように、線１に周波数の高い信号
を用い、それに続く線に対する信号の周波数をしだいに
下げていくことが望ましいことがある。また、これによ
って前の信号はより急速に減衰し、また解像度が上が
る。送出信号と周波数を適切に選択することによって、
信号は対象とする深度を超えるとエコーがほぼ完全に減
衰される点まで小さくすることができる。線（ｅ）に示
すように、ＴＧＣ増幅器７２の受信利得は線１に対して
は増大し、それに続く各線に対してはしだいに減少し、
送出レベルの低下と高周波数を補償している。走査線の
使用されていない領域からの不要なエコーは、各走査線
の対象領域の最後で受信利得を急激に下げ、前の走査か
らの反響ノイズの発生する可能性の高い後続の走査線の
受信信号の最初の部分を用いないようにすることによっ
て低減することができる。これを図２１の線（ｅ）に示
す。Ａ／Ｄ変換器は各走査線の最後の部分においてのみ
活動状態であることがわかる。この技術を用いると、１
ステアリング角あたり４本の走査線を用いた走査は通常
の走査の４倍ではなく２. ５倍の時間しかかからず、２
つのアパーチャを用いた走査は２倍ではなく１. ５倍の
時間しかかからない。

【００４８】フレーム率を上げる他の手段としては、対
象とする領域においてのみあるステアリング角の追加の
走査線を用いる技術がある。したがって、特定の走査に
おいて対象とする領域が表示の左側にある場合、あるス
テアリング角の追加の走査線をその領域に対してのみ送
出することができ、対象とする領域が人体中の深い部分
にあるときは、選択されたステアリング角の走査線はこ
の通常解像度の低くなる深い部分にのみ送出される。

【００４９】図２２には、走査線が複数のほぼ均一な間
隔のステアリング角で送出される従来の走査を示す。図
２３は対象となる特定の領域がより深い位置にあり、１
ステアリング角につき２本の走査線がある場合を示す。
ステアリング角１１０で送出される走査線については両
方の走査線が送出され、中間ステアリング角１１２につ
いては外部アパーチャの走査線が送出される。空間的サ
ンプリングを増やすために本発明の原理にしたがって設
けられたかかる深度での焦点合わせの向上のために、ビ
ーム幅が深度にともなってほとんど増大しない場合、図
２３に示すように走査線を発生する必要があるか、少な
くともある状況ではそうすることが望ましい。それは、
ビーム幅が不十分でより深い場所で領域全体をカバーで
きない可能性があるためである。

【００５０】長さの異なる線を同じステアリング角で送
出する場合の潜在的な問題点として、直前のより持続時
間の短い線からの残留反響信号がそれに続くより長い線
にエコーとして重畳する可能性があることがある。これ
は、長い線の後に短い線が続く場合にはあまり問題では
ない。すなわち、長い線はその外側では十分減衰される
ためにかかる反響が防止されるためである。

【００５１】図２０および図２１に関連して前述した通
り、この問題は小さいアパーチャからの短い線に対して
は送出電力を小さくし、かかる短い線に対する受信利得
を上げて適当な信号対雑音比を維持することによって緩
和することができる。送出利得と受信利得を各線につい
て調整してすべての線についてほぼ一定の信号対雑音比
を維持することが理想的である。さらに、前述したよう
に、この問題はそれぞれの長い線について受信される信
号の最初の部分、信号の中ですなわち残留ノイズが最も
発生しやすい部分を使用しないことによってさらに緩和
することができる。あるいは、スプリアス反響の問題は
線の送出順序を逆にする、すなわち深い部分への長い線
を最初に送出し、次に短い線をそれより浅い部分に送出
するというようにすることによって緩和される。

【００５２】反響が問題であり、画像の時間的な不調和
あるいは不連続性の問題が解決できる場合、長い線と短
い線の送出方向を変化させることによってこの問題を解
決することができる。より詳細には、小さいアパーチャ
からの短い線をあるステアリング角で送出し、次に送出
される線をステアリング角の異なる長い線とすることが
できる。第２のステアリング角は前の短い線の音響デー
タからの干渉が最小限になるように選択することができ
る。さらに詳細には、短い線に続く長い線は短い線が送
出されるステアリング角から少なくとも１５゜の間隔、
好適には３０゜の間隔をおいた角度で送出されることが
望ましい。これによって、長い線には短い線からの反響
ノイズがなくなる。上述した理由から短い線にはその前
の長い線からの干渉や反響がほとんどないため、長い線
に続いて送出される線は前の長い線と同じ方向に送出さ
れる短い線とすることができる。フレーム率を上げるた
めのもう１つの同様な方法は、２つの走査線を異なる間
隔のステアリング角で同時に送出することである。

【００５３】フレーム率を上げるための多数の異なる実
施例を説明したが、２つあるいはそれ以上のかかる技術
を同時に採用してフレーム率を上げることができる。し
たがって、小さいアパーチャに短い線を用いることと大
きなアパーチャに長い線を用いることを走査領域の切り
捨て（図１５および図１６）組み合わせてより大きなフ
レーム率の改善を行うことができる。さらに、上述した
技術はすべて、２アパーチャ超音波変換器に関連して説
明したものであるか４アパーチャ超音波変換器に関連し
て説明したかを問わず、任意の所望の数のアパーチャを
有する超音波変換器アレーに用いることができ、実際に
用いられるアパーチャの数は要求される解像度の改善の
程度とかかる解像度の改善を得るために許容できるフレ
ーム率の低下の程度によって決まる。

【００５４】さらに、上述の解像度とフレーム率の改善
を達成するための各種の技術は制御コンピュータとそれ
ぞれがそれ自体マイクロプロセッサや専用の処理回路を
有する各種の専用機能ブロックを有するシステムを参照
して説明したが、切り替え機能と制御機能のほとんどは
適当にプログラムした汎用コンピュータで実行するか、
あるいはかかるすべての機能を実行するための専用の回
路を設けることができる。専用回路と汎用回路を上述し
た考え方に沿って混合することが好適である。

【００５５】本発明をさまざまな実施例を参照して図示
および説明したが、当業者にはその態様や細部に関する
上記した変更およびその他の変更を本発明の精神と範囲
から逸脱することなく行うことができるであろう。

【００５６】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施例毎に列挙する。 （１）． 方位方向にＭ個の変換器チャネルを有し、前
記変換器チャネルの少なくとも選択されたものが高度方
向にＮ個のセグメントに分割され、前記セグメントがＥ
個の高度アパーチャを形成するためにグループ化された
超音波変換器アレーと、選択された深度で前記高度アパ
ーチャの各々に対して選択され、前記高度アパーチャの
サイズにともなって大きくなる焦点距離を得るための手
段と、少なくとも２つの走査線が各ステアリング角で送
出され、エコー信号が前記変換器の各付勢に応じて前記
変換器アレーから受信されるために、選択されたステア
リング角で走査線を送出するために選択された変換器チ
ャネルのセグメントを付勢し、前記ステアリング角の少
なくとも選択されたものについて少なくとも２つの異な
る高度アパーチャのセグメントを異なる時間で付勢する
ために作動する手段と、前記少なくとも選択されたステ
アリング角について受信された前記エコー信号を各受信
された走査線から対応する高度アパーチャが合焦する部
分を使用するように線接合するための手段と、を有する
超音波変換器システムである。

【００５７】（２）． 各走査線を受信するために使用
される高度方向における前記変換器変換器アレーのアパ
ーチャを制御するための手段とを有し、走査線用の前記
（受信）高度アパーチャが、所望の応答を得るために所
定の手段で前記（送出）高度アパーチャに関連する前項
（１）に記載の超音波変換器システムである。

【００５８】（３）． 定められた走査線用の前記送受
信高度方向のアパーチャが、同じである前項（２）に記
載の超音波変換器システムである。

【００５９】（４）． 選択された焦点距離を提供する
ための前記手段が、所望の焦点距離を得るために各高度
アパーチャに対して異なるセグメント構成の分割された
レンズを有する前項（１）に記載の超音波変換器システ
ムである。

【００６０】（５）． 選択された焦点距離を提供する
ための前記手段が、所望の焦点距離を得るために各高度
方向のアパーチャに対して異なるセグメント構成の分割
された超音波変換器表面を有する前項（１）に記載の超
音波変換器システムである。

【００６１】（６）． 前記チャネルが、方位方向に複
数のアパーチャを形成するためにグループ化され、かつ
前記方位方向のアパーチャの各々に方位方向の焦点を設
定するための手段を含む前項（１）に記載の超音波変換
器システムである。

【００６２】（７）． Ｅ個の方位アパーチャがあり、
かつ各方位アパーチャの方位方向の焦点が、対応する高
度アパーチャの高度方向の焦点と同じであり、付勢する
ための前記手段が、ステアリング角の少なくとも選択さ
れたものについて異なる時間に少なくとも２つの異なる
アパーチャのための変換器チャネルとセグメントとを付
勢する前項（６）に記載の超音波変換器システムであ
る。

【００６３】（８）． 各高度アパーチャのセグメント
が、各大高度アパーチャに含まれる前項（１）に記載の
超音波変換器システムである。

【００６４】（９）． 走査線が少なくとも２つの異な
る高度アパーチャに送出される前記ステアリング角が、
走査線が送出される全てのステアリング角である前項
（１）に記載の超音波変換器システムである。

【００６５】（１０）． 前記システムの解像度をエン
ハンスするための手段を含む前項（１）に記載の超音波
変換器システムである。

【００６６】（１１）． 解像度をエンハンスするため
の前記手段が、各高度アパーチャ用の異なり、前記アパ
ーチャのための前記焦点距離に一致する方位ビーム幅を
提供するための手段を有する前項（１０）に記載の超音
波変換器システムである。

【００６７】（１２）． 解像度をエンハンスするため
の前記手段が、各高度アパーチャに対して異なり、前記
アパーチャのための前記焦点距離に一致する送出周波数
を提供するための手段を有する前項（１０）に記載の超
音波変換器システムである。

【００６８】（１３）． 線接合するための前記手段
が、少なくとも１つの線バッファ・メモリと、前記線バ
ッファ・メモリにおいて対応する高度アパーチャが合焦
する焦点距離での定められたステアリング角についての
各走査線の部分を蓄積するための手段とを含む前項
（１）に記載の超音波変換器システムである。

【００６９】（１４）． 付勢するための前記手段が、
各Ｅ個の高度方向のアパーチャの走査線に複数の実質的
に均等間隔のステアリング角で送出させ、かつＥ個未満
の高度アパーチャの選択された数の走査線に前記複数の
ステアリング角の中間のステアリング角で送出させる前
項（１）に記載の超音波変換器システムである。

【００７０】（１５）． 前記中間のステアリング角に
ついての高度アパーチャの前記選択された数が、最大深
度の焦点距離を有する１つ以上の高度アパーチャである
前項（１４）に記載の超音波変換器システムである。

【００７１】（１６）． 前記システムが、ステアリン
グ角の所望の範囲を通して走査を完全にするための所要
時間に基づくフレーム率を有し、かつ前記システムのフ
レーム率をエンハンスするための手段を含む前項（１）
に記載の超音波変換器システムである。

【００７２】（１７）． エンハンスするための前記手
段が、前記走査線の選択されたものについて走査深度を
減少するための手段を含む前項（１６）に記載の超音波
変換器システムである。

【００７３】（１８）． 走査用のステアリング角が、
−Ｄ°から＋Ｄ°まで拡大し、かつ前記走査線の前記走
査深度が、前記−Ｄ°と＋Ｄ°との走査端でのステアリ
ング角で減少され、走査深度の減少が、ステアリング角
が−Ｄ°及び＋Ｄ°の端に近づくにつれて大きくなる前
項（１７）に記載の超音波変換器システムである。

【００７４】（１９）． 前記走査線のうちの選択され
た走査線が、前記最短焦点距離を有する前記高度アパー
チャに対する前記走査線であり、走査線に対して受信さ
れたエコー信号の前記最大深度に対応する走査線の前記
走査深度が、線接合のために前記手段によって使用され
る前項（１７）に記載の超音波変換器システムである。

【００７５】（２０）． 走査深度を減少するための前
記手段が、前記走査線を送出するために付勢するための
前記手段によって得られた電力を減少するための手段を
含む前項（１７）に記載の超音波変換器システムであ
る。

【００７６】（２１）． 走査深度を減少するための前
記手段が、減少されたその深度を有する前記走査線の前
記周波数をエンハンスするための手段を含む前項（１
７）に記載の超音波変換器システムである。

【００７７】（２２）． 走査用の前記方位方向におけ
る前記ステアリング角が、−Ｄ°から＋Ｄ°の範囲にあ
り、かつエンハンスするための前記手段が、付勢するた
めの前記手段が走査線に送出させる前記範囲内の選択さ
れたステアリング角の前記数を減少するための手段を含
む前項（１６）に記載の超音波変換器システムである。

【００７８】（２３）． 隣接する選択されたステアリ
ング角間の前記間隔が、ｃｏｓθ（θ：ステアリング
角）に反比例する前項（２２）に記載の超音波変換器シ
ステムである。 （２４）． 前記適当なアパーチャについての変換器チ
ャネルのセグメントに付勢させるために用いられる前記
アパーチャの変化に応じて作動するスイッチ手段を有す
る前項（１）に記載の超音波変換器システムである。

【００７９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、高度方向および／または高度方向と方位方向の
両方に複数の走査アパーチャを提供し、そのアパーチャ
の深度に対応させて送出焦点を設け、かつアパーチャの
サイズが大きくなるにつれて焦点深度を大きくし、異な
る時間にアパーチャを付勢して異なるステアリング角で
走査線を送出し、対象物からエコー信号を受信して各受
信走査線から対応するアパーチャが合焦された部分を使
用するように選択されたステアリング角について線接合
ように構成したので、変動する走査深度において適正な
送受信焦点を提供し、画像の解像度を向上させる改善さ
れた超音波走査システムが提供される。このとき、複数
の走査線に起因するフレーム率の低下を抑え、複数のア
パーチャから所定のステアリング角で送出される複数の
走査線を用いてより大きな解像度の向上を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２アパーチャ超音波変換器アレーの正面図であ
る。

【図２】図１に示す２アパーチャ超音波変換器アレーの
線２−２に沿った側断面図である。

【図３】４アパーチャ超音波変換器アレーの部分正面図
である。

【図４】４アパーチャ超音波変換器アレーの側断面図で
ある。

【図５】本発明の２アパーチャの実施例のための超音波
変換器アレーセのグメントへの電気的接続を示す図であ
る。

【図６】２アパーチャ超音波変換器アレーの超音波変換
器アレーセのグメントへの電気的接続を行うための代替
実施例を示す図である。

【図７】本発明の教示を実施するのに用いることのでき
る超音波変換器システムの概略ブロック図である。

【図８】図５に示す本発明の実施例を用いた従来の走査
のための１つの走査線のタイミング図である。

【図９】図５に示す本発明の実施例を用いた従来の走査
のための１つの表示フレームのタイミング図である。

【図１０】図５の接続網として用いるのに適した接続網
の簡略化した図である。

【図１１】拡張する高度方向のアパーチャを有する本発
明の一実施例のタイミング図である。

【図１２】変動する高度方向のアパーチャに対応する線
接合を示す図である。

【図１３】変動する方位方向の帯域幅に対応する線接合
を示す図である。

【図１４】変動する周波数帯域幅に対応する線接合を示
す図である。

【図１５】フレーム率を上げるためにフレームが切り詰
められるような１つの走査フレームを示す図である。

【図１６】図１５に示す種類の切り詰められた扇型の表
示のタイミング図である。

【図１７】ステアリング角の異なる有効アパーチャを示
す図である。

【図１８】ステアリング角の異なる有効アパーチャを示
す図である。

【図１９】線間隔がステアリング角のコサインとして変
動する走査パターンを示す図である。

【図２０】あるステアリング角で送出される異なる走査
線の可変の線持続時間を示すタイミング図である。

【図２１】図２０の走査線に対する送出利得レベルと受
信利得レベルの例を示す図である。

【図２２】完全な走査線がほぼ均一な間隔をおいたステ
アリング角で送受される従来の扇形走査を示す図であ
る。

【図２３】深度の大きい領域において追加走査線が間に
挟まれる代替の扇形走査パターンを示す図である。

【符号の説明】

１０、１０Ａ 超音波変換器 １２ 小アパーチャ １４ 大アパーチャ １６ 方位方向 Ｃ１−ＣＮ チャンネル １８ 高度方向 Ｓ１−Ｓ３ セグメント ２２ レンズ ２４ 凹面レンズ部分 ２６ 凸面レンズ部分 ３１−３４ アパーチャ ３６−３８ 凹面レンズ部分 ４０ 凸面レンズ部分 ４６ 結合回路 ５０ 制御プロセッサ ５４ 送受信（Ｔ／Ｒ）回路 ６０ 受信線 ６２ 送出器ドライバ ６４ 送出タイミング回路 ６６ 送出レベル制御回路 ７０ ステアリング角線 ７２ 時間利得制御（ＴＧＣ）増幅器 ７４ 可変アナログ遅延回路 ７８ 加算回路 ８０ バンドパスフィルタ回路 ８２ 包絡線検波器 ８４ Ａ／Ｄ 変換器 ８６ 線バッファメモリ ９０ 大アパーチャ線 ９２ 小アパーチャ線 ９４ スイッチ ９６ 電線 １００ スイッチアレー １０２ 心臓 １０４ 領域 １１０、１１２ ステアリング角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｓ 7/521 Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３２ Ｂ 9382−5Ｊ Ｇ０１Ｓ 7/52 Ｋ 9382−5Ｊ Ｊ 9382−5Ｊ Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 方位方向にＭ個の変換器チャネルを有
   し、前記変換器チャネルの少なくとも選択されたものが
   高度方向にＮ個のセグメントに分割され、前記セグメン
   トがＥ個の高度アパーチャを形成するためにグループ化
   された超音波変換器アレーと、 選択された深度で前記高度アパーチャの各々に対して選
   択され、前記高度アパーチャのサイズにともなって大き
   くなる焦点距離を得るための手段と、 少なくとも２つの走査線が各ステアリング角で送出さ
   れ、エコー信号が前記変換器の各付勢に応じて前記変換
   器アレーから受信されるために、選択されたステアリン
   グ角で走査線を送出するために選択された変換器チャネ
   ルのセグメントを付勢し、前記ステアリング角の少なく
   とも選択されたものについて少なくとも２つの異なる高
   度アパーチャのセグメントを異なる時間で付勢するため
   に作動する手段と、 前記少なくとも選択されたステアリング角について受信
   された前記エコー信号を各受信された走査線から対応す
   る高度アパーチャが合焦する部分を使用するように線接
   合するための手段と、を有する超音波変換器システム。