JPH0866395A - 高さ方向焦点合わせ可能な超音波診断用変換器アレー - Google Patents
高さ方向焦点合わせ可能な超音波診断用変換器アレーInfo
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- JPH0866395A JPH0866395A JP7179682A JP17968295A JPH0866395A JP H0866395 A JPH0866395 A JP H0866395A JP 7179682 A JP7179682 A JP 7179682A JP 17968295 A JP17968295 A JP 17968295A JP H0866395 A JPH0866395 A JP H0866395A
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- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】中央縦軸を含む平面内に音響ビームを発信する
超音波変換器エレメントからなるアレーにおいて、高さ
方向に配列するサブエレメントであって、その電気機械
結合係数が、中央縦軸からの距離に関係して変わるよう
に、変化する縦横比を有するサブエレメントから構成さ
れる。 【効果】アレーのエレメントは、高さ方向に分割された
サブエレメントを有しており、このサブエレメントはア
レーの中央縦軸からの距離に応じて変化する縦横比によ
り、発信エネルギーを中央縦軸延長平面上に集中させる
ようにサブエレメントの電気機械結合係数を変化させる
ことができる。エレメントはアレーの縦方向中心からの
それらの距離に比例して高さ方向に延びる延長部分を有
しており、エレメントの延長部分は、高さ方向のサブエ
レメントに音響的に分割されているため発信音響エネル
ギーの、高さ方向での焦点合わせを可能とした。
超音波変換器エレメントからなるアレーにおいて、高さ
方向に配列するサブエレメントであって、その電気機械
結合係数が、中央縦軸からの距離に関係して変わるよう
に、変化する縦横比を有するサブエレメントから構成さ
れる。 【効果】アレーのエレメントは、高さ方向に分割された
サブエレメントを有しており、このサブエレメントはア
レーの中央縦軸からの距離に応じて変化する縦横比によ
り、発信エネルギーを中央縦軸延長平面上に集中させる
ようにサブエレメントの電気機械結合係数を変化させる
ことができる。エレメントはアレーの縦方向中心からの
それらの距離に比例して高さ方向に延びる延長部分を有
しており、エレメントの延長部分は、高さ方向のサブエ
レメントに音響的に分割されているため発信音響エネル
ギーの、高さ方向での焦点合わせを可能とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断用画像処理
に使用する変換器アレーに関し、特に高さ方向の焦点合
わせが可能な超音波変換器アレーに関する。
に使用する変換器アレーに関し、特に高さ方向の焦点合
わせが可能な超音波変換器アレーに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】個々
のエレメント（素子）の群を、電気的に作動させて超音
波エネルギーのビームを操作することで焦点合わせをす
ることにより、画像情報を得る変換器アレーは知られて
いる。アレーの該エレメントは、環状アレーを形成する
同心円状に配置された多数のリングを構成してもよい。
本発明は、従来よりリニア・アレー（linear array）も
しくはフェーズド・アレー（phased array）画像処理に
使用されているエレメントが直線状に配置されているリ
ニア・アレーに関する。このリニア・アレーはまた、ビ
ームが扇状の画像処理平面を形成するように広がる画像
処理平面内での曲がりを有していてもよい。これらのリ
ニア・アレーは、アレー前面の２次元領域での走査およ
び画像形成には理想的である。
のエレメント（素子）の群を、電気的に作動させて超音
波エネルギーのビームを操作することで焦点合わせをす
ることにより、画像情報を得る変換器アレーは知られて
いる。アレーの該エレメントは、環状アレーを形成する
同心円状に配置された多数のリングを構成してもよい。
本発明は、従来よりリニア・アレー（linear array）も
しくはフェーズド・アレー（phased array）画像処理に
使用されているエレメントが直線状に配置されているリ
ニア・アレーに関する。このリニア・アレーはまた、ビ
ームが扇状の画像処理平面を形成するように広がる画像
処理平面内での曲がりを有していてもよい。これらのリ
ニア・アレーは、アレー前面の２次元領域での走査およ
び画像形成には理想的である。
【０００３】アレー・エレメントの縦方向（長さ方向）
の配列は、アレーのビームの画像処理平面で、細いビー
ムに電気的に絞り込むことを可能とする。該アレーのエ
レメントの一つの列では、平面の横軸、厚さ方向におけ
る電気的焦点合わせをすることができないが、それは高
い解像度の薄い画像”薄片（slice）” を得るのには通
常望ましいものである。厚みのない画像平面にビームを
絞り込むための従来技術は、その領域の輪郭に沿ってエ
レメントを進ませるか、または各エレメントをレンズ化
するかにより、この横、即ち高さ方向に、ビームを機械
的に焦点合わせするものである。さらに近年、この方向
におけるエレメントの圧電性特性を制御することによ
り、高さ方向への焦点合わせを実施することができるこ
とが示された。陰影分極（shaded polarization）とし
て知られるこの技術において、エレメントが中央部で最
も強く分極し、高さ方向におけるエレメントの各末端方
向に向けて分極がより小さくなってゆくように、強い濃
淡を付けた電場を一様に各エレメントに適用し、圧電性
エレメントの分極を先細にする。この技術は、各エレメ
ントの音響透過率を、アレーの縦方向の中央線に沿って
より大きく、各高さ方向側に小さくなるようにする。こ
の技術の特徴的な欠点の１つは、分極の陰影（polariza
tion shading）の大きさおよび階調度（gradient）を正
確に制御することが困難な点である。
の配列は、アレーのビームの画像処理平面で、細いビー
ムに電気的に絞り込むことを可能とする。該アレーのエ
レメントの一つの列では、平面の横軸、厚さ方向におけ
る電気的焦点合わせをすることができないが、それは高
い解像度の薄い画像”薄片（slice）” を得るのには通
常望ましいものである。厚みのない画像平面にビームを
絞り込むための従来技術は、その領域の輪郭に沿ってエ
レメントを進ませるか、または各エレメントをレンズ化
するかにより、この横、即ち高さ方向に、ビームを機械
的に焦点合わせするものである。さらに近年、この方向
におけるエレメントの圧電性特性を制御することによ
り、高さ方向への焦点合わせを実施することができるこ
とが示された。陰影分極（shaded polarization）とし
て知られるこの技術において、エレメントが中央部で最
も強く分極し、高さ方向におけるエレメントの各末端方
向に向けて分極がより小さくなってゆくように、強い濃
淡を付けた電場を一様に各エレメントに適用し、圧電性
エレメントの分極を先細にする。この技術は、各エレメ
ントの音響透過率を、アレーの縦方向の中央線に沿って
より大きく、各高さ方向側に小さくなるようにする。こ
の技術の特徴的な欠点の１つは、分極の陰影（polariza
tion shading）の大きさおよび階調度（gradient）を正
確に制御することが困難な点である。
【０００４】ビームを縦方向に焦点を結ばせるのに使用
されるのと同じ原理を適用して、電気的に高さ方向への
焦点合わせを実施することも知られている。第二、第三
そしてさらなるエレメントの列が、第一の縦方向のエレ
メントの列の横に並んで、そしてそれに平行に配置され
る。これが高さ方向におけるエレメントの個々の列を形
成し、そしてこれらエレメントの時間調節された作動と
サンプリングが、高さ方向におけるビームの電気的焦点
合わせを可能とする。しかしこの電気的問題解決方法
は、超音波システムの複雑さを大きく増加させる。該ア
レーのエレメント数は、三倍またはそれ以上になるであ
ろう。即ち、１２８エレメント・アレーは、３８４また
はそれ以上のエレメントの二次元アレーとなる。この２
次元アレーを操作するのに必要な発信器および受信器の
数は、これに対応して増加し、それは装置のコストを大
きく増加させる。従って、大きな価格上昇と、電気的な
高さ焦点合わせの煩雑さを防止しつつ、従来の機械的高
さ焦点合わせ技術を越える改良された性能を発揮する変
換器アレーが望まれる。
されるのと同じ原理を適用して、電気的に高さ方向への
焦点合わせを実施することも知られている。第二、第三
そしてさらなるエレメントの列が、第一の縦方向のエレ
メントの列の横に並んで、そしてそれに平行に配置され
る。これが高さ方向におけるエレメントの個々の列を形
成し、そしてこれらエレメントの時間調節された作動と
サンプリングが、高さ方向におけるビームの電気的焦点
合わせを可能とする。しかしこの電気的問題解決方法
は、超音波システムの複雑さを大きく増加させる。該ア
レーのエレメント数は、三倍またはそれ以上になるであ
ろう。即ち、１２８エレメント・アレーは、３８４また
はそれ以上のエレメントの二次元アレーとなる。この２
次元アレーを操作するのに必要な発信器および受信器の
数は、これに対応して増加し、それは装置のコストを大
きく増加させる。従って、大きな価格上昇と、電気的な
高さ焦点合わせの煩雑さを防止しつつ、従来の機械的高
さ焦点合わせ技術を越える改良された性能を発揮する変
換器アレーが望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明により、高さ方向
への超音波ビームの焦点合わせが可能な変換器アレーが
提供される。第１の実施例では、この変換器アレーは、
圧電性物質のエレメントと、非圧電性物質の結合マトリ
ックスとの複合構造から成っている。圧電性物質のエレ
メントの電気機械結合係数は、アレーの縦方向の中央線
に沿ったエレメントが、アレーの縦方向末端に向かうエ
レメントよりもより大きな電気機械結合を示すように、
これらの個々の縦横比（aspect ratio）を制御すること
により制御される。これによって、複合構造中の圧電性
エレメントの縦横比の制御が、高さ方向における音響ビ
ームの焦点合わせを可能とする。第２の実施例では、変
換器アレーの音響有効口径は、アレーがより深いところ
に焦点合わせされるにつれて、縦方向に拡大される。有
効口径は、動作しているエレメント数が増加することに
より縦方向に拡大するにつれて、高さ方向にも拡大す
る。好ましい実施例において、この拡大は、音響有効口
径を、中央部分よりも、アレーの縦方向末端側でより広
くし、最も縦方向に離れたエレメントには、横方向に分
離されているが電気的に接続したサブエレメントが形成
される。
への超音波ビームの焦点合わせが可能な変換器アレーが
提供される。第１の実施例では、この変換器アレーは、
圧電性物質のエレメントと、非圧電性物質の結合マトリ
ックスとの複合構造から成っている。圧電性物質のエレ
メントの電気機械結合係数は、アレーの縦方向の中央線
に沿ったエレメントが、アレーの縦方向末端に向かうエ
レメントよりもより大きな電気機械結合を示すように、
これらの個々の縦横比（aspect ratio）を制御すること
により制御される。これによって、複合構造中の圧電性
エレメントの縦横比の制御が、高さ方向における音響ビ
ームの焦点合わせを可能とする。第２の実施例では、変
換器アレーの音響有効口径は、アレーがより深いところ
に焦点合わせされるにつれて、縦方向に拡大される。有
効口径は、動作しているエレメント数が増加することに
より縦方向に拡大するにつれて、高さ方向にも拡大す
る。好ましい実施例において、この拡大は、音響有効口
径を、中央部分よりも、アレーの縦方向末端側でより広
くし、最も縦方向に離れたエレメントには、横方向に分
離されているが電気的に接続したサブエレメントが形成
される。
【０００６】
【実施例】次に本発明における超音波診断用変換器アレ
ーについて説明する。最初に、図１は、圧電性変換器エ
レメントからなる従来のリニア・アレー１０を示す。ア
レー１０は、図中、ｅ1，ｅ2，ｅ3等々と表示された多
数の個々の変換器エレメントから成っている。図はま
た、矢印Ｌで表される縦方向、および矢印Ｅで表される
高さ方向（elevational direction）の、アレーの２方
向の配置状態を示している。アレーが作動する平面は、
縦方向の矢印Ｌに平行に、アレー表面の中央から外側に
延びている。良く知られているように、動作平面内に照
射される発信ビームは、エレメントを一群のエレメント
としてほぼ同時であるが、わずかに異なる時に作動させ
ることにより、縦方向に焦点合わせさせることができ
る。かかる時調節された超音波発信により、発信ビーム
を希望する点に焦点合わせするかまたは希望する方向に
導くことができる。
ーについて説明する。最初に、図１は、圧電性変換器エ
レメントからなる従来のリニア・アレー１０を示す。ア
レー１０は、図中、ｅ1，ｅ2，ｅ3等々と表示された多
数の個々の変換器エレメントから成っている。図はま
た、矢印Ｌで表される縦方向、および矢印Ｅで表される
高さ方向（elevational direction）の、アレーの２方
向の配置状態を示している。アレーが作動する平面は、
縦方向の矢印Ｌに平行に、アレー表面の中央から外側に
延びている。良く知られているように、動作平面内に照
射される発信ビームは、エレメントを一群のエレメント
としてほぼ同時であるが、わずかに異なる時に作動させ
ることにより、縦方向に焦点合わせさせることができ
る。かかる時調節された超音波発信により、発信ビーム
を希望する点に焦点合わせするかまたは希望する方向に
導くことができる。
【０００７】かかる焦点合わせもしくは超音波の誘導
は、しかしながら、高さ方向には１つのエレメントが存
在するだけのため、高さ方向には不可能であった。高さ
方向に対する電気的誘導および焦点合わせには、エレメ
ントのさらなる列が必要であり、それは二次元アレーを
形成し、そして発信および受信電子装置の複雑さを相当
量増大させる。単一列において、可能な唯一の実用上の
高さ方向の焦点合わせは、米国特許第3,936,791号に記
載されているような、高さ方向でのアレーの曲線状配置
またはレンズ形状化のような機械的効果によるか、また
は先に述べた陰影分極技術によるものである。
は、しかしながら、高さ方向には１つのエレメントが存
在するだけのため、高さ方向には不可能であった。高さ
方向に対する電気的誘導および焦点合わせには、エレメ
ントのさらなる列が必要であり、それは二次元アレーを
形成し、そして発信および受信電子装置の複雑さを相当
量増大させる。単一列において、可能な唯一の実用上の
高さ方向の焦点合わせは、米国特許第3,936,791号に記
載されているような、高さ方向でのアレーの曲線状配置
またはレンズ形状化のような機械的効果によるか、また
は先に述べた陰影分極技術によるものである。
【０００８】図２は、各エレメントが細分化されている
ことを除いて図１のアレーと同様の変換器アレー１２の
発信面の平面図を示す。図２のアレーの側面図を図２Ａ
に掲げるが、それはさらにエレメントの発信面上の参照
電極１４、および細分化されたエレメントの各対の対向
する表面上の作動電極１５，１７，１９を示している。
アレー１２において、図１のｅ1，ｅ2、その他に対応す
る各エレメントは、ｅ1Aおよびｅ1B；ｅ2Aおよびｅ2B；
等々のように、２つのサブエレメントに細分化されてい
る。図２の図１との比較から、各細分化されたエレメン
トの発信面の面積は、各々当初の全エレメントの半分と
なっており、それは各分割したエレメントの縦横比を変
化させる。各エレメントの性能に影響する縦横比変化
は、図２Ａ中、Ｗで表示される発信面の幅の、図２Ａ
中、Ｔで表される矢印で表示される電極間のエレメント
の厚さに対する比である。エレメントの電気機械結合係
数を決定するのはこの比であり、該係数は作動エネルギ
ーの所定量から生成する音響エネルギーの量を表す。ア
レー１２において、エレメントの発信面から外側に向か
って音響波を発信するために、厚さ次元Ｔの方向におけ
る機械的な動作をすることが好ましい。この縦横比が変
化するにつれて、エレメントの電気機械結合係数の増加
として測定されるように、電気エネルギーの、機械的音
響エネルギーへの変換率が向上する。他の要因は等しい
から、細分化されたエレメントｅ1Aおよびｅ1Bは、図１
の対応するエレメントｅ1よりも、より効率的に電気エ
ネルギーを音響エネルギーに変換することが期待され
る。アレー１２は、細分化された対を同時に作動させて
操作され、それがエネルギーを与えられた電極１５，１
７，１９を、細分化されたエレメント対に橋掛けする理
由である。
ことを除いて図１のアレーと同様の変換器アレー１２の
発信面の平面図を示す。図２のアレーの側面図を図２Ａ
に掲げるが、それはさらにエレメントの発信面上の参照
電極１４、および細分化されたエレメントの各対の対向
する表面上の作動電極１５，１７，１９を示している。
アレー１２において、図１のｅ1，ｅ2、その他に対応す
る各エレメントは、ｅ1Aおよびｅ1B；ｅ2Aおよびｅ2B；
等々のように、２つのサブエレメントに細分化されてい
る。図２の図１との比較から、各細分化されたエレメン
トの発信面の面積は、各々当初の全エレメントの半分と
なっており、それは各分割したエレメントの縦横比を変
化させる。各エレメントの性能に影響する縦横比変化
は、図２Ａ中、Ｗで表示される発信面の幅の、図２Ａ
中、Ｔで表される矢印で表示される電極間のエレメント
の厚さに対する比である。エレメントの電気機械結合係
数を決定するのはこの比であり、該係数は作動エネルギ
ーの所定量から生成する音響エネルギーの量を表す。ア
レー１２において、エレメントの発信面から外側に向か
って音響波を発信するために、厚さ次元Ｔの方向におけ
る機械的な動作をすることが好ましい。この縦横比が変
化するにつれて、エレメントの電気機械結合係数の増加
として測定されるように、電気エネルギーの、機械的音
響エネルギーへの変換率が向上する。他の要因は等しい
から、細分化されたエレメントｅ1Aおよびｅ1Bは、図１
の対応するエレメントｅ1よりも、より効率的に電気エ
ネルギーを音響エネルギーに変換することが期待され
る。アレー１２は、細分化された対を同時に作動させて
操作され、それがエネルギーを与えられた電極１５，１
７，１９を、細分化されたエレメント対に橋掛けする理
由である。
【０００９】本発明によると、複合素材からなる変換器
アレーのエレメントの電気機械結合係数が、高さ方向に
焦点合わせ可能な発射エネルギーの波形を形成するよう
に、高さ方向において変化する。複合変換器は、圧電性
物質が非圧電性マトリックス中に分散しているものであ
る。これらの原理を応用した実施例である変換器アレー
１６を、図３および図４に示す。図３のアレー１６の発
信面の平面図において、アレー１６は、ｅ1，ｅ2等々の
多数のエレメントから成っている。各エレメントは、４
つのサブエレメントに高さ方向に細分化されている。エ
レメントｅ1は、４つのサブエレメントｅ1A，ｅ1B，ｅ
1Cおよびｅ1Dに細分化されている。アレー１２の場合の
ように、この細分化は、単一の一体構造のエレメントの
動作と比較して、エレメントｅ1の電気機械結合係数を
向上させる。変換器エレメントの縦横比が、電気機械結
合係数の希望する変化を達成するために変化する態様
は、物質に依存する。これは、１つの物質からなるエレ
メントの特定の縦横比の変化が、他の物質からなるエレ
メントにおいて同一の縦横比の変化があったとき、他の
物質のものと異なって結合係数に影響する場合があるこ
とを意味している。
アレーのエレメントの電気機械結合係数が、高さ方向に
焦点合わせ可能な発射エネルギーの波形を形成するよう
に、高さ方向において変化する。複合変換器は、圧電性
物質が非圧電性マトリックス中に分散しているものであ
る。これらの原理を応用した実施例である変換器アレー
１６を、図３および図４に示す。図３のアレー１６の発
信面の平面図において、アレー１６は、ｅ1，ｅ2等々の
多数のエレメントから成っている。各エレメントは、４
つのサブエレメントに高さ方向に細分化されている。エ
レメントｅ1は、４つのサブエレメントｅ1A，ｅ1B，ｅ
1Cおよびｅ1Dに細分化されている。アレー１２の場合の
ように、この細分化は、単一の一体構造のエレメントの
動作と比較して、エレメントｅ1の電気機械結合係数を
向上させる。変換器エレメントの縦横比が、電気機械結
合係数の希望する変化を達成するために変化する態様
は、物質に依存する。これは、１つの物質からなるエレ
メントの特定の縦横比の変化が、他の物質からなるエレ
メントにおいて同一の縦横比の変化があったとき、他の
物質のものと異なって結合係数に影響する場合があるこ
とを意味している。
【００１０】エレメントを縦方向に、そして高さ方向に
２回細分化したエレメントの表面域の幅が、その方向の
エレメントの中央からの距離に関係して減少するように
２次元的に、縦方向にエレメントを細分化し、そして高
さ方向に細分化することは有益である。図３および４に
おいて、中央のサブエレメントは５−２と表示された大
きさを有する。この実施例において、該中央のサブエレ
メントは、高さ方向に５単位の幅を、そしてその縦方向
に２単位を有する。中央のサブエレメントの両側のサブ
エレメントは、４−２と表示された大きさを有し、それ
は、この実施例においては高さ方向に４単位、そして縦
方向に２単位の幅を与えられている。中央から外側に延
びるサブエレメントは、３−２、２−２，そして１−２
というように大きさは漸減する。サブエレメントの縦横
比は、中央のサブエレメント５−２から端部のサブエレ
メント１−２まで変化していることが示されている。こ
の変化は中央のサブエレメントに対して上下に対称であ
る。
２回細分化したエレメントの表面域の幅が、その方向の
エレメントの中央からの距離に関係して減少するように
２次元的に、縦方向にエレメントを細分化し、そして高
さ方向に細分化することは有益である。図３および４に
おいて、中央のサブエレメントは５−２と表示された大
きさを有する。この実施例において、該中央のサブエレ
メントは、高さ方向に５単位の幅を、そしてその縦方向
に２単位を有する。中央のサブエレメントの両側のサブ
エレメントは、４−２と表示された大きさを有し、それ
は、この実施例においては高さ方向に４単位、そして縦
方向に２単位の幅を与えられている。中央から外側に延
びるサブエレメントは、３−２、２−２，そして１−２
というように大きさは漸減する。サブエレメントの縦横
比は、中央のサブエレメント５−２から端部のサブエレ
メント１−２まで変化していることが示されている。こ
の変化は中央のサブエレメントに対して上下に対称であ
る。
【００１１】図４が示すように、これら全てのサブエレ
メントは、同じ厚さＴを有する。このように、この縦横
比は、中央のサブエレメントから外側に向かって変化す
る。この変化する縦横比は、中央のサブエレメントから
高さ方向における端部のサブエレメントまでの電気機械
結合係数の減少勾配を生じさせる。図４はまた、作動す
る電極２１，２３，２６，２４，および２２は全て各サ
ブエレメントにハンダ付けされたワイア２８により互い
に接続されていることを示している。ワイア２８に供給
される電気パルスは、中央のサブエレメント（５ー２）
に、他のいずれのサブエレメントよりも大きな強度の音
響エネルギーを発信させ、そしてサブエレメントから発
信される音響エネルギーの大きさは、端（１−１）に進
むにつれて減少する。このように全てのサブエレメント
が動作し音響エネルギーを同時に発信するが、発信エネ
ルギーの波形は、エレメントの端の小さな矢印Ｓと比較
して大きな矢印Ｃで示されるようにエレメントの高さ方
向の中央に集中され、これにより、高さ方向への発信エ
ネルギーの集中を可能とする。この集中は、サブエレメ
ントの縦横比の上記した選択により達成される。
メントは、同じ厚さＴを有する。このように、この縦横
比は、中央のサブエレメントから外側に向かって変化す
る。この変化する縦横比は、中央のサブエレメントから
高さ方向における端部のサブエレメントまでの電気機械
結合係数の減少勾配を生じさせる。図４はまた、作動す
る電極２１，２３，２６，２４，および２２は全て各サ
ブエレメントにハンダ付けされたワイア２８により互い
に接続されていることを示している。ワイア２８に供給
される電気パルスは、中央のサブエレメント（５ー２）
に、他のいずれのサブエレメントよりも大きな強度の音
響エネルギーを発信させ、そしてサブエレメントから発
信される音響エネルギーの大きさは、端（１−１）に進
むにつれて減少する。このように全てのサブエレメント
が動作し音響エネルギーを同時に発信するが、発信エネ
ルギーの波形は、エレメントの端の小さな矢印Ｓと比較
して大きな矢印Ｃで示されるようにエレメントの高さ方
向の中央に集中され、これにより、高さ方向への発信エ
ネルギーの集中を可能とする。この集中は、サブエレメ
ントの縦横比の上記した選択により達成される。
【００１２】各動作電極２１−２６は縦方向の、４つ全
ての細分化されたエレメントｅ1A−ｅ1Dに達している。
エレメントｅ1の全てのサブエレメントは、従って、同
時に動作する。高さ方向における細分化により、電気的
動作エネルギーの音響エネルギーへの効率的変換が行な
われ、そして中央から外側に変化してゆくサブエレメン
トの縦横比が、高さ方向でのエネルギーの焦点合わせを
する。構成の実施例においては、サブエレメントの間の
空隙２０は、空気で満たされていてもよく、エポキシの
ような非圧電性接着剤組成物で満たし、マトリックス中
にサブエレメントを保持してもよい。図４はまた、制振
物質としてフィラー物質１８の裏当てで支持されている
アレーを示す。
ての細分化されたエレメントｅ1A−ｅ1Dに達している。
エレメントｅ1の全てのサブエレメントは、従って、同
時に動作する。高さ方向における細分化により、電気的
動作エネルギーの音響エネルギーへの効率的変換が行な
われ、そして中央から外側に変化してゆくサブエレメン
トの縦横比が、高さ方向でのエネルギーの焦点合わせを
する。構成の実施例においては、サブエレメントの間の
空隙２０は、空気で満たされていてもよく、エポキシの
ような非圧電性接着剤組成物で満たし、マトリックス中
にサブエレメントを保持してもよい。図４はまた、制振
物質としてフィラー物質１８の裏当てで支持されている
アレーを示す。
【００１３】図５は、高さ方向の焦点合わせを達成する
ための、さらにいくつかの概念を付加した本発明の第２
の実施例を示す。図５は、サブアレー３２−４０からな
るアレー３０を示す。中央のサブアレー３２には、縦方
向の両側に、対のサブアレーの３４ａと３４ｂ、および
３６ａと３６ｂが側面に配置されている。図３および図
４の実施例のように、中央サブアレー３２は、側面に配
置されたどのサブアレーよりも大きな縦横比を有し、高
さ方向にさらに延びる側面に配置されたサブアレーを有
する。加えて、この側面に配置されたサブアレーの対
は、互いに分割されている。サブアレー３４ａと３４ｂ
および３６ａと３６ｂには、さらに縦方向に２対のサブ
アレー３８ａと３８ｂおよび４０ａと４０ｂが側面に配
置されている。これら各々の対のサブアレーは、内側の
対３４ａと３４ｂおよび３６ａと３６ｂよりもさらに大
きな距離をもって、高さ方向に分割されている。
ための、さらにいくつかの概念を付加した本発明の第２
の実施例を示す。図５は、サブアレー３２−４０からな
るアレー３０を示す。中央のサブアレー３２には、縦方
向の両側に、対のサブアレーの３４ａと３４ｂ、および
３６ａと３６ｂが側面に配置されている。図３および図
４の実施例のように、中央サブアレー３２は、側面に配
置されたどのサブアレーよりも大きな縦横比を有し、高
さ方向にさらに延びる側面に配置されたサブアレーを有
する。加えて、この側面に配置されたサブアレーの対
は、互いに分割されている。サブアレー３４ａと３４ｂ
および３６ａと３６ｂには、さらに縦方向に２対のサブ
アレー３８ａと３８ｂおよび４０ａと４０ｂが側面に配
置されている。これら各々の対のサブアレーは、内側の
対３４ａと３４ｂおよび３６ａと３６ｂよりもさらに大
きな距離をもって、高さ方向に分割されている。
【００１４】アレー３０は、音響ビームが集中される観
測領域の深さに応じて、異なるサブアレーの組み合わせ
を動作させることにより操作される。アレーの有効口径
は、音響波がより深いところに発信されるにつれて拡大
される。近接領域では、サブアレー３２は、他のどのサ
ブアレーの使用もなしに、単独で操作される。中間の深
さの領域では中央アレーと共に、側面に配置された３４
ａと３４ｂおよび３６ａと３６ｂが使用される。これら
の側面に配置されたサブアレーの追加は、アレーの実効
有効口径を広げ、中央アレーと共に使用して、サブアレ
ー中の個々のエレメントの時間調整された動作を通じ
て、縦方向に発信ビームを導き、焦点合わせされる。高
さ方向への焦点合わせは、２つの方法で達成される。第
１の方法は、中央サブアレー３２のエレメントの、より
大きな縦横比と電気機械結合係数が、中央のサブアレー
に、同レベルの動作エネルギーで、側面に配置されたサ
ブアレーよりも大きな音響エネルギーを発信させる。第
２の方法は、適当な動作時間遅れと組み合わせて、側面
に配置された対の中の対応するサブアレーを分割するこ
とで、アレーの縦方向の中央に向かって高さ方向に音響
ビームが集中する音響エネルギー成分が与えられる。
測領域の深さに応じて、異なるサブアレーの組み合わせ
を動作させることにより操作される。アレーの有効口径
は、音響波がより深いところに発信されるにつれて拡大
される。近接領域では、サブアレー３２は、他のどのサ
ブアレーの使用もなしに、単独で操作される。中間の深
さの領域では中央アレーと共に、側面に配置された３４
ａと３４ｂおよび３６ａと３６ｂが使用される。これら
の側面に配置されたサブアレーの追加は、アレーの実効
有効口径を広げ、中央アレーと共に使用して、サブアレ
ー中の個々のエレメントの時間調整された動作を通じ
て、縦方向に発信ビームを導き、焦点合わせされる。高
さ方向への焦点合わせは、２つの方法で達成される。第
１の方法は、中央サブアレー３２のエレメントの、より
大きな縦横比と電気機械結合係数が、中央のサブアレー
に、同レベルの動作エネルギーで、側面に配置されたサ
ブアレーよりも大きな音響エネルギーを発信させる。第
２の方法は、適当な動作時間遅れと組み合わせて、側面
に配置された対の中の対応するサブアレーを分割するこ
とで、アレーの縦方向の中央に向かって高さ方向に音響
ビームが集中する音響エネルギー成分が与えられる。
【００１５】遠くの領域への発信が必要なときは、全て
のサブアレーが動作する。これによりアレー３０の有効
口径は、その縦方向において極大となる。最も外側のサ
ブアレー３８ａと３８ｂおよび４０ａと４０ｂは、側面
に配置されたサブアレー３４ａと３４ｂおよび３６ａと
３６ｂと同様に、しかし高さ方向についてそれらのさら
に外側にあるという位置の効果により、さらに大きな高
さ方向への焦点合わせ効果を与える。このように、縦方
向および高さ方向の両方に焦点合わせされるビームを、
アレー３０の領域の最大操作深度に発信することが可能
となる。
のサブアレーが動作する。これによりアレー３０の有効
口径は、その縦方向において極大となる。最も外側のサ
ブアレー３８ａと３８ｂおよび４０ａと４０ｂは、側面
に配置されたサブアレー３４ａと３４ｂおよび３６ａと
３６ｂと同様に、しかし高さ方向についてそれらのさら
に外側にあるという位置の効果により、さらに大きな高
さ方向への焦点合わせ効果を与える。このように、縦方
向および高さ方向の両方に焦点合わせされるビームを、
アレー３０の領域の最大操作深度に発信することが可能
となる。
【００１６】アレー３０の構造中、対となるサブアレー
の、垂直方向に対向するエレメントの動作電極は、互い
に電気的に接続されている。アレーのエレメントが、縦
方向に位相動作時間で別個に操作される一方、対をなす
サブアレーの対応するエレメントは、高さ方向における
希望する焦点合わせ効果を達成するように調和して動作
することができる。
の、垂直方向に対向するエレメントの動作電極は、互い
に電気的に接続されている。アレーのエレメントが、縦
方向に位相動作時間で別個に操作される一方、対をなす
サブアレーの対応するエレメントは、高さ方向における
希望する焦点合わせ効果を達成するように調和して動作
することができる。
【００１７】図５のアレー３０の変型の実施例が、図６
および７に示されている。図６において、輪郭線４２
は、輪郭線の中に直線で示されているようにサイの目状
に切断されており、ただし影付きのサブエレメントのみ
が動作電極に接続されて操作可能である棒状の圧電性物
質を表している。中央のサブアレーｅCは、エレメント
ｅ7からエレメントｅ16まで延びている。中央のサブア
レーｅCは、アレーが近接領域に音響エネルギーを発信
するときに動作する。領域の深さが増大するにつれて、
サブエレメントｅ6Aとｅ6Bおよびｅ17Aとｅ17Bから始ま
る縦方向に側面に配置されたサブエレメントが加わる。
領域の深さが増大すると、他のサブエレメントが追加さ
れ、最大深さにおいてｅ1Aおよびｅ1Bからｅ22Aおよび
ｅ22Bまでの全有効口径が使用されるまで有効口径が拡
大する。先の実施例と同様に、中央のサブアレーのエレ
メントは、アレーの中央により大きな強度を供給するた
めに、対をなしているサブエレメントよりもより大きな
縦横比を有する。分割されたサブエレメントの対の外側
に向けての角度の傾きは、領域の深さが増大すると共
に、有効口径が拡大するにつれて、サブエレメント対の
高さ方向での焦点合わせ効果を徐々に向上させる。
および７に示されている。図６において、輪郭線４２
は、輪郭線の中に直線で示されているようにサイの目状
に切断されており、ただし影付きのサブエレメントのみ
が動作電極に接続されて操作可能である棒状の圧電性物
質を表している。中央のサブアレーｅCは、エレメント
ｅ7からエレメントｅ16まで延びている。中央のサブア
レーｅCは、アレーが近接領域に音響エネルギーを発信
するときに動作する。領域の深さが増大するにつれて、
サブエレメントｅ6Aとｅ6Bおよびｅ17Aとｅ17Bから始ま
る縦方向に側面に配置されたサブエレメントが加わる。
領域の深さが増大すると、他のサブエレメントが追加さ
れ、最大深さにおいてｅ1Aおよびｅ1Bからｅ22Aおよび
ｅ22Bまでの全有効口径が使用されるまで有効口径が拡
大する。先の実施例と同様に、中央のサブアレーのエレ
メントは、アレーの中央により大きな強度を供給するた
めに、対をなしているサブエレメントよりもより大きな
縦横比を有する。分割されたサブエレメントの対の外側
に向けての角度の傾きは、領域の深さが増大すると共
に、有効口径が拡大するにつれて、サブエレメント対の
高さ方向での焦点合わせ効果を徐々に向上させる。
【００１８】これらの効果は、図７のアレー４２とその
発信面の斜視図中の遠隔領域に図示されている。発信波
面６０は、アレーの発信器表面に直角であり、その中央
縦軸から延びている。該平面６０の中央線ＣＬは、中央
サブアレーｅCの中央から延びている。図において、ア
レー４２は、点Ｆに焦点を結んでおり、アレーの全部の
エレメントが動作している。発信ビームを縦方向に焦点
を結ばせるため、最も外側のエレメントが最初に起動さ
れ、そしてアレーの中央のエレメントが最後に起動する
まで、内側に向かって作動シークエンスが進行する。平
面６０に発信ビームの焦点を結ばせる高さ方向焦点合わ
せは、上方向に延びるサブエレメント５２とこれらと反
対に下方向に延びるサブエレメント５４および対応する
サブエレメント５６と５８との分割によって達成され
る。アレーの角からの点線は、この高さ方向焦点合わせ
の効果を示している。
発信面の斜視図中の遠隔領域に図示されている。発信波
面６０は、アレーの発信器表面に直角であり、その中央
縦軸から延びている。該平面６０の中央線ＣＬは、中央
サブアレーｅCの中央から延びている。図において、ア
レー４２は、点Ｆに焦点を結んでおり、アレーの全部の
エレメントが動作している。発信ビームを縦方向に焦点
を結ばせるため、最も外側のエレメントが最初に起動さ
れ、そしてアレーの中央のエレメントが最後に起動する
まで、内側に向かって作動シークエンスが進行する。平
面６０に発信ビームの焦点を結ばせる高さ方向焦点合わ
せは、上方向に延びるサブエレメント５２とこれらと反
対に下方向に延びるサブエレメント５４および対応する
サブエレメント５６と５８との分割によって達成され
る。アレーの角からの点線は、この高さ方向焦点合わせ
の効果を示している。
【００１９】図８は、図５−７の実施例における代表的
音響ビームの波形を示している。この図において、変換
器アレーは端部を上に、発信ビームが右に向かう延びる
ように示されている。近接領域において、中央のエレメ
ントｅCが近接領域の焦点Ｆ1でビームＰ1が焦点を結ぶ
ように単独で使用される。本図中エレメントｅCが、図
５の中央のサブアレー３２または図６の中央エレメント
ｅCに対応している。遠隔領域においては、中央のエレ
メントｅCは、点Ｆ2で焦点を結ぶビームＰ2を形成する
ように、外側に向かって延びる対となっているエレメン
トｅnAおよびｅnBと共に使用される。アレーは、近接領
域でも遠隔領域でも共に良好な高さ方向焦点特性を持っ
ている。
音響ビームの波形を示している。この図において、変換
器アレーは端部を上に、発信ビームが右に向かう延びる
ように示されている。近接領域において、中央のエレメ
ントｅCが近接領域の焦点Ｆ1でビームＰ1が焦点を結ぶ
ように単独で使用される。本図中エレメントｅCが、図
５の中央のサブアレー３２または図６の中央エレメント
ｅCに対応している。遠隔領域においては、中央のエレ
メントｅCは、点Ｆ2で焦点を結ぶビームＰ2を形成する
ように、外側に向かって延びる対となっているエレメン
トｅnAおよびｅnBと共に使用される。アレーは、近接領
域でも遠隔領域でも共に良好な高さ方向焦点特性を持っ
ている。
【００２０】図６および７の実施例において、図５と同
様に、垂直方向に整列するエレメント（高さ方向に整列
するエレメント）は、電気的に互いに接続され、同時に
動作する。しかしながら所望により、縦方向に整列する
エレメントの動作電極は、電気的に分離されていてもよ
く、その場合、エレメントは互いに独立に作動する。こ
れは、アレーに由来する付加的操作上の利益を得る機会
を与える。例えば図７を参照すると、下方向に延びるサ
ブエレメント５４，５８とわずかに異なる時間に、上方
向に延びる対応するサブエレメント５２，５６を作動さ
せることが可能となる。これは、サブエレメントのそれ
ぞれの延長線からの音響エネルギーを、焦点に到達さ
せ、焦点にある目標から、わずかに相違する時間と位相
関係で反射させる。このような時間調節と位相変化は、
超音波画像につきもののスペックル・パターン（speckl
e pattern ）の形成の原因となる音波の通常発生する干
渉を乱す音響ビームの空間的な混合を生じさせる。アレ
ー操作のかかる方法が、対向するサブエレメントの同時
動作と比較して、斑紋含有量（speckle content ）の少
ない超音波画像の形成を可能としている。
様に、垂直方向に整列するエレメント（高さ方向に整列
するエレメント）は、電気的に互いに接続され、同時に
動作する。しかしながら所望により、縦方向に整列する
エレメントの動作電極は、電気的に分離されていてもよ
く、その場合、エレメントは互いに独立に作動する。こ
れは、アレーに由来する付加的操作上の利益を得る機会
を与える。例えば図７を参照すると、下方向に延びるサ
ブエレメント５４，５８とわずかに異なる時間に、上方
向に延びる対応するサブエレメント５２，５６を作動さ
せることが可能となる。これは、サブエレメントのそれ
ぞれの延長線からの音響エネルギーを、焦点に到達さ
せ、焦点にある目標から、わずかに相違する時間と位相
関係で反射させる。このような時間調節と位相変化は、
超音波画像につきもののスペックル・パターン（speckl
e pattern ）の形成の原因となる音波の通常発生する干
渉を乱す音響ビームの空間的な混合を生じさせる。アレ
ー操作のかかる方法が、対向するサブエレメントの同時
動作と比較して、斑紋含有量（speckle content ）の少
ない超音波画像の形成を可能としている。
【００２１】斑紋含有量を減少させるための第２の方法
が、図５Ａに図示されており、図５Ａは、図５のアレー
の端面図である。図５Ａにおいて、サブアレー３２，３
４と３６，および３８と４０は、異なる厚さを有し、周
波数応答のそれぞれ異なるサブアレーを提供する。中央
のサブアレーは、最も高い周波数応答を有し、その両側
のサブアレーは、より低い周波数応答を有し、そして最
も外側のサブアレーは、最も低い周波数応答を有する。
深さが増加し、有効口径に外側のサブアレーが付け加わ
るにつれて、より低周波数のサブアレーが動作して、超
音波信号を発信し受信する。全ての動作しているサブア
レーから形成される電気信号が、集束されてビームを形
成するとき、異なる受信信号の周波数が混ぜ合わされ、
生成ビーム中の斑紋含有量を減少させる。
が、図５Ａに図示されており、図５Ａは、図５のアレー
の端面図である。図５Ａにおいて、サブアレー３２，３
４と３６，および３８と４０は、異なる厚さを有し、周
波数応答のそれぞれ異なるサブアレーを提供する。中央
のサブアレーは、最も高い周波数応答を有し、その両側
のサブアレーは、より低い周波数応答を有し、そして最
も外側のサブアレーは、最も低い周波数応答を有する。
深さが増加し、有効口径に外側のサブアレーが付け加わ
るにつれて、より低周波数のサブアレーが動作して、超
音波信号を発信し受信する。全ての動作しているサブア
レーから形成される電気信号が、集束されてビームを形
成するとき、異なる受信信号の周波数が混ぜ合わされ、
生成ビーム中の斑紋含有量を減少させる。
【００２２】以上、本発明を要約すると、本発明は縦方
向平面における電気的焦点合わせ、および高さ方向焦点
合わせができる超音波診断用変換器アレーを提供する。
アレーのエレメントは、高さ方向に分割され、アレーの
中央縦軸までのそれらの距離に比例して変化する縦横比
をサブエレメントに与える。かかる変化が、発信エネル
ギーの強度が中央縦軸に集中するように変化する電気機
械結合係数をサブエレメントに与える。第２の実施例に
おいては、エレメントはアレーの縦方向中心からのそれ
らの位置変化に比例して変化する高さ方向への延長を有
する。当該延長するエレメントは、高さ方向のサブエレ
メントに音響的に分割され、発信音響エネルギーの、高
さ方向での焦点合わせ即ち空間的構成を可能とする。
向平面における電気的焦点合わせ、および高さ方向焦点
合わせができる超音波診断用変換器アレーを提供する。
アレーのエレメントは、高さ方向に分割され、アレーの
中央縦軸までのそれらの距離に比例して変化する縦横比
をサブエレメントに与える。かかる変化が、発信エネル
ギーの強度が中央縦軸に集中するように変化する電気機
械結合係数をサブエレメントに与える。第２の実施例に
おいては、エレメントはアレーの縦方向中心からのそれ
らの位置変化に比例して変化する高さ方向への延長を有
する。当該延長するエレメントは、高さ方向のサブエレ
メントに音響的に分割され、発信音響エネルギーの、高
さ方向での焦点合わせ即ち空間的構成を可能とする。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、縦方向平面での電気的な焦点
合わせ、および高さ方向焦点合わせが可能な超音波診断
用変換器アレーを提供する。本発明のアレーのエレメン
トは、高さ方向に分割されたサブエレメントを有し、こ
のサブエレメントはアレーの中央縦軸からの距離に応じ
て変化する縦横比を有する。かかる縦横比の変化が、発
信エネルギーの強度を中央縦軸上に集中させるようにサ
ブエレメントの電気機械結合係数を変化させる。第２の
実施例においては、エレメントはアレーの縦方向中心か
らのそれらの位置変化に比例して変化する高さ方向への
延長部分を有している。当該延長されたエレメントは、
高さ方向のサブエレメントに音響的に分割され、発信音
響エネルギーの、高さ方向での焦点合わせ即ち空間的集
中を可能とする。
合わせ、および高さ方向焦点合わせが可能な超音波診断
用変換器アレーを提供する。本発明のアレーのエレメン
トは、高さ方向に分割されたサブエレメントを有し、こ
のサブエレメントはアレーの中央縦軸からの距離に応じ
て変化する縦横比を有する。かかる縦横比の変化が、発
信エネルギーの強度を中央縦軸上に集中させるようにサ
ブエレメントの電気機械結合係数を変化させる。第２の
実施例においては、エレメントはアレーの縦方向中心か
らのそれらの位置変化に比例して変化する高さ方向への
延長部分を有している。当該延長されたエレメントは、
高さ方向のサブエレメントに音響的に分割され、発信音
響エネルギーの、高さ方向での焦点合わせ即ち空間的集
中を可能とする。
【図１】 従来の圧電性変換器エレメントのリニア・ア
レーの平面図である。
レーの平面図である。
【図２】 図２は、各エレメントが、細分化（subdice
d）されている圧電性変換器エレメントのリニア・アレ
ーの平面図である。そして図２Ａは、図２の細分化アレ
ーの拡大端面図である。
d）されている圧電性変換器エレメントのリニア・アレ
ーの平面図である。そして図２Ａは、図２の細分化アレ
ーの拡大端面図である。
【図３】 本発明の、高さ方向に焦点合わせ可能な変換
器アレーの平面図である。
器アレーの平面図である。
【図４】 図３の変換器アレーの側面図である。
【図５】は、本発明によって高さ方向に焦点合わせをさ
れた変換器アレーの第２の実施例の平面図である。そし
て図５Ａは、厚さを変化させた場合の、図５のアレーを
製造するための１つの方法の端面図である。
れた変換器アレーの第２の実施例の平面図である。そし
て図５Ａは、厚さを変化させた場合の、図５のアレーを
製造するための１つの方法の端面図である。
【図６】 図５のアレーの変換器配置形状の変形例の平
面図である。
面図である。
【図７】 図６の変換器アレーの焦点合わせ効果を説明
するための斜視図である。
するための斜視図である。
【図８】 図５および６の変換器アレーの高さ方向にお
ける発信音響ビームの形状を示している。
ける発信音響ビームの形状を示している。
───────────────────────────────────────────────────── 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 15/89 Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３２ Ｂ
Claims (22)
- 【請求項１】 その中央縦軸を含む平面内に音響ビーム
を発信する超音波変換器エレメントからなるアレーにお
いて、高さ方向に配列するサブエレメントであって、そ
の電気機械結合係数が該中央縦軸からの距離に対応して
変わるように、変化する縦横比を有するサブエレメント
からなる、縦方向に配列する複数のエレメントを含み、
これにより高さ方向に強度が変化する音響ビームを形成
する超音波変換器エレメントからなる、高さ方向焦点合
わせ可能な超音波診断用変換器アレー。 - 【請求項２】 該中央縦軸により近いサブエレメント
が、該中心縦軸からさらに離れたサブエレメントよりも
大きな電気機械結合係数を有するように、該サブエレメ
ントの縦横比が変化する、請求項１に記載の超音波変換
器エレメントからなるアレー。 - 【請求項３】 高さ方向のある特定の列に並ぶ全てのサ
ブエレメントが、縦方向には共通の厚さ、共通の幅を、
そして高さ方向には異なる長さを示す、請求項２に記載
の超音波変換器エレメントからなるアレー。 - 【請求項４】 アレーの各エレメントが、高さ方向に配
列するサブエレメントの複数の前記列からなる、請求項
３に記載の超音波変換器エレメントからなるアレー。 - 【請求項５】 該サブエレメントが圧電性セラミック物
質からなり、そして該サブエレメントの間の隙間に非圧
電性物質が充填されている複合アレーからなるアレーで
ある請求項１に記載の超音波変換器エレメントからなる
アレー。 - 【請求項６】 該非圧電性物質がエポキシ素材である請
求項５に記載の超音波変換器エレメントからなるアレ
ー。 - 【請求項７】 高さ方向に並ぶサブエレメントの１つの
列の電気機械結合係数が、前記中央縦軸からさらに遠い
サブエレメントよりも前記中央縦軸にさらに近接して位
置してより大きな電気機械結合係数を有するサブエレメ
ントと共に、前記中央縦軸からの距離の関数として変化
し、これにより、高さ方向の端よりも該アレーの高さ方
向中央において、より大きな強度を有する音響ビームを
該アレーが形成する、請求項１に記載の超音波変換器エ
レメントからなるアレー。 - 【請求項８】 該アレーのエレメントの全てのサブエレ
メントが、該サブエレメントの相対する表面上に位置す
る第１および第２の電極を有し、該第１の電極が、電気
的に互いに接続され、かつ該第２の電極が、電気的に互
いに接続されている請求項１に記載の超音波変換器エレ
メントからなるアレー。 - 【請求項９】 該第１の電極が、該サブエレメントの発
信面上に位置し、そして参照電位に接続し、そして該第
２の電極が、前記サブエレメントの相対する面上に位置
し、スイッチで作動する電位に接続している請求項８に
記載の超音波変換器エレメントからなるアレー。 - 【請求項１０】 アレーの中央縦軸から延びる平面内に
音響ビームを発信する該アレーの縦方向に配列する超音
波変換器エレメントからなるアレーであって、 第１のエレメントの群が、該アレーの縦方向中央に位置
し、近接および遠隔領域への音響エネルギー発信の作動
が可能であり、 第２および第３のエレメント群が、縦方向におけるエレ
メントの前記第１の群に相対する側に位置し、前記第２
および第３の群のエレメントは、該第１のエレメント群
よりも、前記中央縦軸から高さ方向により大きく広がっ
ており、ここにエレメントの第２および第３の群は、第
１のエレメント群と協調して動作可能であり、遠隔領域
での高さ方向の焦点合わせを可能とする超音波変換器エ
レメントからなる高さ方向焦点合わせ可能な超音波診断
用変換器アレー。 - 【請求項１１】 エレメントの第２および第３の群の各
々が、高さ方向に互いに相対するサブエレメントの第１
および第２の群からなり、かつ互いに音響的に分離され
ている請求項１０に記載の超音波変換器エレメントから
なるアレー。 - 【請求項１２】 サブエレメントの前記第１および第２
の群の相対するサブエレメントが、一致して動作する、
請求項１１に記載の超音波変換器エレメントからなるア
レー。 - 【請求項１３】 該エレメントおよびサブエレメント
が、前記平面の縦方向において、該ビームの操作および
焦点合わせを縦方向に互いに独立して作動可能な請求項
１２に記載の超音波変換器エレメントからなるアレー。 - 【請求項１４】 第１群のエレメントが、サブエレメン
トの第１および第２群の前記サブエレメントよりも、高
さ方向においてより大きい長さを有する請求項１１に記
載の超音波変換器エレメントからなるアレー。 - 【請求項１５】 エレメントの該第２および第３の群の
各々のサブエレメントの該第１の群が、高さ方向におけ
る該中央縦軸の一角に段をつけられている該アレーの第
２の縦軸に位置し、そしてエレメントの該第２および第
３の群の各々のサブエレメントの前記第２の群が、該第
２の縦軸のものから高さ方向に該中央縦軸の相対する側
に段をつけられている該アレーの第３の縦軸に位置する
請求項１１に記載の超音波変換器エレメントからなるア
レー。 - 【請求項１６】 該第２および第３の縦軸が中央縦軸に
対して対称に段をつけられている請求項１５に記載の超
音波変換器エレメントからなるアレー。 - 【請求項１７】 さらにエレメントの前記第２および第
３の群の相対する側に位置するエレメントの第４および
第５の群からなり、それぞれ、第４および第５の群のそ
れぞれは、高さ方向に互いに相対するサブエレメントの
第１および第２の群からなり、ここに、エレメントの第
４および第５の群の各々のサブエレメントの前記第１の
群は、前記第２の縦軸よりも、より大きい度合いで高さ
方向に前記中央縦軸の一側で段をつけられている前記ア
レーの第４の縦軸に位置しており、そしてエレメントの
前記第４および第５の群の各々のサブエレメントの第２
の群が、前記第３の縦軸よりも大きい度合いで前記第４
の縦軸のそれから高さ方向に前記中央縦軸の相対する側
に段をつけられている前記アレーの第５の縦軸に位置し
ている請求項１５に記載の超音波変換器エレメントから
なるアレー。 - 【請求項１８】 サブエレメントの前記群の各々のサブ
エレメントが、エレメントの前記第１の群の縦側から外
側に縦方向に角度付けされており、そしてエレメントの
前記第１の群から外側に延びるに従って、前記中央縦軸
からより大きな距離をとるように角度付けされている前
記アレーの平面内のそれぞれの線に沿って位置している
請求項１１に記載の超音波変換器エレメントからなるア
レー。 - 【請求項１９】 前記エレメントおよびサブエレメント
が、前記ビームを前記平面の縦方向において、操作し焦
点合わせするために、そして発信音響エネルギーを空間
的に混合するために、縦方向および高さ方向に互いに独
立に動作可能な請求項１１に記載の超音波変換器エレメ
ントからなるアレー。 - 【請求項２０】 エレメントの前記第１の群が、エレメ
ントの前記第２および第３の群よりも高い周波数応答を
有し、これにより異なる周波数内容の信号が、遠隔領域
におけるエレメントの異なる群によって受信される請求
項１０に記載の超音波変換器エレメントからなるアレ
ー。 - 【請求項２１】 エレメントの前記第１の群が、エレメ
ントの第２および第３の群よりも、発信方向における厚
さがより小さい、請求項２０に記載の超音波変換器エレ
メントからなるアレー。 - 【請求項２２】 アレーの中央縦軸から延びる平面に音
響ビームを発信する前記アレーの縦方向に配列された超
音波変換器エレメントからなるアレーであって、該アレ
ーの縦方向中心からの前記エレメントの位置変化に対応
して変化する高さ方向への延長を有する多数の超音波変
換器エレメントからなる高さ方向焦点合わせ可能な超音
波診断用変換器アレー。
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