JPH09507031A - 高解像超音波撮像装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表面を有する人、或いは動物組織を撮像するための超音波撮像システム及びその方法であり、撮像のため組織を支持するように表面（３２）を定めるプラテン（３６）を具備するプローブ・アセンブリが含まれ、トランスデューサ（３４）により出力超音波ビームが提供され、超音波ビームを表面（３２）上に方向付けし、ことを特徴とする超音波撮像システム解像度を最大にするため焦点でのビームのサイズを出来るだけ小さくするよう、手段（３６）により、トランスデューサ（３４）が支持手段（３０）に密接に位置決定される。

Description

【発明の詳細な説明】 高解像超音波撮像装置とその方法技術分野 本発明は、表面走査及び撮像技術に係り、特に表面走査及び撮像用の新規かつ 改良された超音波方法とその装置に関する。発明の背景 本発明の原理は、皮下等の生物測定上の構造の走査、撮像など様々に応用可能 であるが、本発明の一利用領域は、指紋の走査と撮像である。超音波技術を使い 得られた画質は、超音波画像が指の表面状態にそれほど依存せず、光学技術に比 べ優れたものである。その結果、超音波技術を利用し、非常に乾燥した、或いは 油っぽい指、汚れた指、或いは不揃いの隆起面を有する指を持つ人でも、等しく 撮像可能である。 指紋、皮下等の生物測定構造を走査及び撮像するための超音波方法とその装置 を提供することにおいて、システムの解像度、従ってその結果としての画像解像 度が出来る限り高くなければならないということが重要である。また、遅延、不 便を最少にし、対象個人への不快感を避けるため、走査を出来る限り速く実行す ることも重要である。本発明の目的と概要 従って、本発明の目的は、高解像度の画像を結果的に生成し、走査実行が極め て速い人及び動物組織の撮像用の新規かつ改良された超音波方法とその装置を提 供することである。 本発明では、人、或いは動物の表面を有する組織を撮像するための超音波撮像 システム及びその方法が提供され、人、或いは動物組織を撮像するために前記組 織を支持するようにその表面を規定する手段を含むプローブ手段と、支持手段に 密接して配置され、システムの解像度を最大にするために焦点でのビーム・サイ ズが出来る限り小さくなるように、表面に向けて出力超音波ビームを供給するト ランスデューサ手段と、超音波ビームにより表面の二次元走査ができるよう、ト ランスデューサ手段を二方向に移動させる駆動手段が含まれる。また、表面走査 ができるような駆動手段を制御するプローブ手段に操作可能に接続された走査制 御装置手段と、表面走査に応答して生成される信号を受け取り、その信号を処理 するプローブ手段に操作可能に接続された信号プロセッサ手段も含まれる。正確 な経路に沿って超音波ビームが進むよう振動性モータによりトランスデューサ手 段が移動される駆動手段の形態において、モータにより提供される角回転量に関 する情報を提供するモータに操作可能に接続されたエンコーダ手段が設置される 。また、モータ上での妨げを最少にするよう、モータ軸とトランスデューサ手段 を含む液状領域間に振動性柔軟液シーリングも設置される。複数のトランスデュ ーサは、走査速度を向上させるため前記正確な経路に沿って配置可能である。別 の形態の駆動手段は、蓄積された機械的エネルギーの制御放出により動作する。 このシステム及び方法は、指紋走査と処理において使用でき、更に撮像システム が記録された生物測定画像を含む記録部材と比較処理プロセッサと組合わせて利 用される生物測定上の識別及び検査システムで使用可能である。複数のトランス デューサ素子は、超音波ビームの電子的焦点調整と操縦により直線アレイに、或 いは二次元フェーズドアレイに配置可能である。指紋撮像において、指を曲がり プラテンに置き、それに相対してトランスデューサを移動し、或いは前記二次元 フェーズドアレイに接続された平プラテン上で指を回転させることにより、或い はそれと接続されたアレイを有する曲がりプラテンを設置し、指の一方の爪端か ら他方の爪端までの走査が可能である。図面の簡単な説明 図１は、本発明による超音波撮像システムのブロック図である。 図２は、図１のシステム内のプローブ手段の一部を示す部分断面図である。 図３は、図２のプローブ手段の操作を説明する図である。 図４は、図２のプローブ手段操作の一側面を示すグラフである。 図５は、図２のプローブ手段操作の一側面を示すグラフである。 図６は、エンコーダ角解像度とプローブ・アーム長間の関係の一側面を示す概 略図である。 図７は、エンコーダ角解像度とプローブ・アーム長間関係の別の側面を示す概 略図である。 図８は、図２のプローブ手段内のプラテン側面図である。 図９は、図８のプラテン平面図である。 図１０は、図２のプローブ手段のトランスデューサの図である。 図１１〜１３は、図２のプローブ手段にあるモータ軸の振動性シーリングを示 す図である。 図１４及び１５は、本発明のシステムによる二つの別個の走査モードを示す図 である。 図１６及び１７は、レンズの焦点を訂正することによるトランスデューサのス ポット・サイズの減少を示す図である。 図１８は、図１のシステムの信号プロセッサを示すブロック図である。 図１９は、図１８の信号プロセッサ操作を示す波形を含むグラフである。 図２０は、図１のシステムの電源装置の一形態を示す概略図である。 図２１は、図１のシステムの電源装置の別形態を示す慨略図である。 図２２は、図１のシステムの走査制御装置を示す概略ブロック図である。 図２３Ａ〜２３Ｆは、本発明の方法と装置操作を更に説明するソフトウェアの フローチャートを示す図である。 図２４は、本発明の方法と装置のシステム・タイミングを説明する波形を示す グラフである。 図２５は、図１のシステムのデータ・バッファを示すブロック図である。 図２６は、本発明のプローブ用多重トランスデューサ方式を説明する図である 。 図２７は、本発明に従う指紋走査用の別のプローブ構成の一部を示す部分線斜 視図である。 図２８は、識別システムにおける本発明のシステムと方法の利用を示すブロッ ク図である。 図２９は、図２８のシステムのワイヤレス型を示すブロック図である。 図３０及び３１は、検査システムにおける本発明のシステムと方法の利用を示 すブロック図である。 図３２は、図３０のシステムのワイヤレス型を示すブロック図である。 図３３は、本発明によるスプリング駆動プローブ機構の一部を示す展開線斜視 図である。 図３４は、本発明による固体プローブ構成を示すブロック図である。発明の詳細な説明 本発明による超音波撮像システム１０を図１に示す。プローブ・アセンブリ１ ２は、一般に指紋撮像用に０．７５インチ×０．７５インチの寸法を有する二次 元走査ウィンドウを得るため、トランスデューサの移動を司るシステムの一部で ある。プローブ・アセンブリ１２の動作は、走査制御装置１４の電子制御(elect ronics)により制御される。走査制御装置１４には、後述の方法でプローブ・ア センブリ１２のモータを駆動するモータ・ドライバ論理が含まれている。プロー ブ・アセンブリ１２のトランスデューサからのデータが、次に増幅、範囲ゲーテ ィング、ピーク検出、Ａ／Ｄ変換が行われる信号プロセッサ１６により受け取ら れる。このデータは、次に、元の指紋データの受信及び処理に適したどのような 装置にもインタフェース接続される高速データ・バッファのランダム・アクセス ・メモリ（ＲＡＭ）１８に記憶される。この目的では、汎用コンピュータ、或い はカスタム指紋画像プロセッサ等の装置が使用可能である。システム構成部品、 或いはサブアセンブリの全てが、システム操作に必要な電圧を供給するカスタム 電源装置２０により電源供給される。各構成部品の詳細は、後述する。 図１に示すシステム技術の応用の一つは、皮膚紋理、或いは指の摩擦皮膚面、 つまり指紋像を得ることである。光学式技術に比べ、像の指表面状態への依存性 がさほどではないため、超音波技術を利用する画質は優れている。このことは、 米特許第５，２２４，１７４“高解像Ｃ−スキャン超音波検査利用しての表面特 徴マッピング”（１９９３年６月発行）に開示される通りである。この結果、極 めて乾燥した、又はとても油っぽい指、汚れた指、或いは不揃いの隆起面を有す る指を持つ人であっても、その撮像が等しく可能となっている。高品質の指紋画 像を得るためには、本発明によれば、トランスデューサのスポット・サイズを、 名目上径を０．００２インチとし、極めて小さく設定することが重要としている 。このスポット・サイズは、システムの解像力に直接関るものである。前記径の スポット・サイズを得るには、トランスデューサを適切な開口、周波数、焦点長 比を有するように構築する必要がある。本発明によれば、全体の要素開口がおよ そ０．１８０インチ、焦点長が０．２５インチで周波数はおよそ３０ＭＨｚが最 適であるということが判明している。本発明の超音波方法及びシステムは、掌、 足指等、他の人、動物組織の走査にも利用可能である。 指紋撮像に超音波を利用する第２の基本的利点は、摩擦皮膚画像を再生するた めに指内に見つけられる皮下特性の使用である。これは、指外部表面上の隆起詳 細が小さな切傷等により一次的に変化していたり、完全に破壊されていたり、或 いは過度の損傷で識別不可能な時に有益である。皮膚の直下側には、表面摩擦皮 膚の詳細全てが含まれている、従って、表皮の直下側を撮像することにより、指 外面にあるかもしれないどのような傷からも自由な指紋画像を得ることが可能で ある。皮膚の第２層、或いは皮下層には、摩擦皮膚の紋理に対応する人為物も含 まれている。この皮膚層は、各アレイが表皮層の隆起にある２列に配置された皮 膚突起として知られる構造から構成されている。表皮の直下皮下画像を得るため に必要な図１に示すシステム内の変更は、表面ではなく、この深さから返された 超音波信号を処理するようにすることだけである。これは、範囲ゲートを調整す ることにより達成される。範囲ゲートは、反射信号の特定の一部分が信号処理電 子制御部に伝わるようにするため利用されるウィンドウである。従って、範囲ゲ ートを時間的に遅らせることは、指内をより深く撮像することである。このこと に関しては、後で詳細する。 この皮下撮像技術は、特に摩擦皮膚が十分詳細ではなく分析できない人の場合 有益であろう。ここには、指表面の小さな切傷等の些細なものから火傷等損傷の 酷いものまで、指、又は手への外傷を受けた人も含まれる。この技術は、また、 職業上指表面の隆起構造が磨耗傾向にある人の撮像でも有益である。こういった 人達を集めれば全体的人口に占める割合が大きくなり、光学式指紋リーダ等、指 表面下を撮像できない他の装置の性能上の不利は明らかである。 第３の可能性として、図１に示すシステムの技術は、全く新しい生物測定法開 発に応用できることであろう。個人の識別手段として、身体を通る血管パターン が利用されて来たことは良く知られている。一般に、これらの画像を得るために 採用される技術は、ユーザには邪魔と見なされ、よってこのうな技術は一般に商 業的大量市場環境では成功しないものである。ここで記載するシステムは、指表 面下深く、血管等皮下構造まで貫通する能力を有している。これらの構造は極め て多数存在し、個人を明確に識別するための情報が十分含まれている。全く新し い生物測定法は、指紋を使っての個人の識別に必要なポスト処理において、この 生物測定法がより簡単となることを期待して、開発可能であろう。測定法が簡単 になれば、結果的に処理能力も高くなり、より正確となり、システム上の複雑性 も減少し、これによりシステム上のコストも結果的に減少する。指内深く撮像す るためには、低周波数のトランスデューサの利用が必須である。本発明によれば 、減衰が少なく指内より深く貫通する能力を有するため、およそ１５ＭＨｚの周 波数が最適であることが判明している。 次に、図１に示すシステムの様々な構成部品、又はサブアセンブリについて以 下詳細に説明する。プローブ手段、或いはアセンブリ１２は、人又は動物組織の 撮像のためその組織を支持するように表面３２を定めるプラテン３０という手段 と、出力超音波ビームを供給するトランスデューサ手段３４と、超音波ビームを 表面３２上に向け、システムの解像度を最大にするようにその焦点におけるビー ム・サイズが出来るだけ小さくなるように、トランスデューサ手段３４を支持手 段３０に密接に位置決定する通常３６という符号の手段とにより構成される。位 置決定手段３６には、超音波ビームを表面３２に沿って第１方向に向けるようト ランスデューサ３４を移動させる第１手段３８と、ビームを表面に沿って第２方 向に向けるようトランスデューサ３４を移動させる第２手段４０が含まれる。第 １方向は、図２に示す用紙平面の内、又は外への方向であり、第２方向は、図２ に示す用紙の平面内で左から右への方向である。図示のプローブ・アセンブリに おいて、第１手段３８は、超音波ビームが表面３２に沿って正確な経路を移動さ せる振動性トランスデューサ３４のモータ手段より構成され、第２手段４０は、 超音波ビームを表面３２に沿って直線経路に移動させるトランスデューサ３４の モータ手段から構成される。よって、プローブ１２では、表面３２上に支持され る人、又は動物組織形状の二次元走査が実行される。 特に、ライン走査は、ＤＣブラッシュレスモータ３８、或いは同等の制限角度 トルク・モータを使い、単一素子固定焦点トランスデューサ３４を前後に振動さ せることにより実行される。光学式エンコーダ４４が、ＤＣブラッシュレスモー タ３８の背に搭載され、モータ３８の回転位置に関するフィードバック情報を走 査制御装置１４内の電子制御部に提供するため、モータの軸に装着される。 トランスデューサ３４は、接着剤等の適切な手段によりプローブ・アーム４８ に搭載され、そのアーム４８が、ＤＣブラッシュレスモータ３８の軸に装着され 、モータが所定の回転角を通って移動する度に掃出されるアークが形成される。 トランスデューサは、撮像される指が置かれるプラテン３０の直下に位置決定さ れる。超音波エネルギーが指に伝わる時のその減衰を最少にするために、全トラ ンスデューサは、液体で満たされた領域、即ち氷分を満たした空洞５０内に位置 決定される。このため、プローブ上の２ヶ所に防水シーリングを設立する必要が ある。第１のシーリングは、通常５２という符号の振動性シーリングであり、振 動性モータ軸を密閉するのに使われる。第２のシーリングは、全体的氷状空洞４ ４を形成するための大きなベロー５４である。ベロー５４の一端は、ネジ５６等 によりモータ・ブラケット５８に防液固定され、ベロー５４の他端は、ネジ６２ 等によりプラテン３０を囲むプローブ・ハウジング６４の一部に防液固定される 。振動性シーリング５２の詳細は後述する。液状領域５０には、従って、氷分、 或いは鉱物等の超音波導伝媒体が含まれる。 単一ラインの走査後、リニア・アクチュエータ・モータからなる第２モータ手 段４０が、第２ラインが走査される第２移動軸に沿って全アセンブリを移動させ るために使用される。このプロセスは、０．７５インチ×０．７５インチと同等 の走査領域が撮像されるまで繰り返される。走査完了後、リニア・アクチュエー タ４０は、後述の位置センサ６８が示すその開始位置まで巻き戻される。 走査形状は、データ・ポイントがＸ−Ｙ軸構成に沿って０．００２インチ毎に とられ、０．７５インチ×０．７５インチの矩形ウィンドウである。図２のプロ ーブ構成は、Ｙ軸移動がリニア・アクチュエータ４０を使うことにより容易に達 成されることを示している。詳細は後述するが、リニア・アクチュエータ４０は 、 別個のモータ回転ステップを０．００２インチステップ・サイズの直線移動に変 換する統合ギア・アセンブリを有するステップ・モータである。一方、図３に示 すように、Ｘ軸の形状は、単一ポイント又はピボット軸７２を枢軸旋回するプロ ーブ・アーム４８による駆動の結果トランスデューサ３４の非線形駆動のためそ の達成はより困難である。この結果、そこでの画像は、トランスデューサ移動経 路のアークにより定められた彎曲量と同等の歪み量を示すことになる。図示のシ ステムでは、６０度のアークは、Ｘ方向での０．７５インチ走査の必要性の結果 である。従って、走査画像は、歪み補正のため、線形化アルゴリズムを経過しな ければならない。アルゴリズムは、システム１０のソフトウェアで実施可能であ り、その機能は、トランスデューサ３４のアーク移動を補填するために各ピクセ ル位置を変更することである。当初、データは走査されたものとして記憶され、 各記憶データ・ポイントアレイが画像アークを表している。走査されたアークの 寸法を基に、アルゴリズムにより画像内の各ピクセルの新しい位置が算出される 。 特に、どの単一走査ラインのデータもアーク形状で捕獲されるため、まずアー ク移動の補填がなければ指の最終的画像に歪みが生じてしまう。このような移動 を補填するため、システム１０のソフトウェアのより“線形化”ルーチンが実行 され、ピクセルがメモリ内の現行位置からメモリ内の適切な位置に効果的に移行 される。画像遅延前にこれを行うことにより、画像がもはや歪むことはない。図 ４及び５を参照に、以下データ移行のアルゴリズムについて説明する。 図４の曲線８０により表される所定の走査アークに沿ったデータは、図５に示 すメモリ８２の単一ラインに記憶される。中央ピクセルの右、或いは左の各ピク セルは、実際は中央ピクセルの下に位置する新しいメモリに移行する必要がある 。問題はその移行量である（つまり、メモリの位置数）。この判定には、メモリ の各ラインが前のラインから０．００２インチ変位していることを理解する必要 がある。更に、ライン上の各ポイントは、前のポイントから０．１７６°角変位 している。このことを前提に、以下のアルゴリズムが実施可能である。 １．移動するメモリ内のポイントを選択する。これが中央ポイントからピクセ ル数で何個分に当たるか判定する。 ２．次を基に角変位ψを算出する： ψ＝（中央ポイントからのピクセルの＃）・（０．１７６°） ３．一番上の中央ポイントからの変位をインチで算出する。 ΔＹ＝Ｒ−Ｒｃｏｓψ ４．次を基に移行すべきメモリ・ライン数を算出する。 ラインの＃＝ΔＹ／０．００２ 前記アルゴリズムに関連して、図４において、半径Ｒはライン８４によって表 され、Ｒｃｏｓψ及びΔＹはそれぞれ８６、８８の符号により表される。角変位 ψもまた図４に示されている。走査の結果記憶されるピクセルは、図５に９０と いう符号で示され、調整されたピクセル、つまり新しいメモリ位置に移行された ピクセルも図５に９２の符号で示される。図５の曲線９４は、線形化ルーチンの 結果記憶されるデータ、つまり一連の調整ピクセルを表す。 このプロセス完了後、記憶画像がもはや歪むことはなくなり、指の本当の像が 示される。０．７５インチ×０．７５インチの最終的画像を形成するために十分 なデータを得るためには、移動Ｙ軸に更にデータを集める必要がある。０．７５ インチの線形化データを形成するには、およそ０．８４インチの走査アークを集 める必要がある。これは、単一一線形化走査ラインは、そのラインの全てのポイ ントが数個のアークのため走査されていない場合、作成不可能という理由からで ある。図３に示す丹念な研究によれば、走査の両極端部上のアークは画像データ の端、或いは中央部に寄与するだけであることが示されている。従って、線形化 すべき十分なデータを捕獲するためには、０．７５インチのウィンドウ上で更に 試料を捕獲しなければならない。 全体的な走査形状において市要な側面は、どのようにして実際のデータ・ポイ ントのタイミングが達成されるかその方法である。一つの方法は、一定間隔でト ランスデューサを励起し、反射エコーを集める自由走行タイマを設置することで ある。このタイマは、０．００２インチ毎にデータ・ポイントを集めるモータ３ ８の速度に比例した速度で走行するものでなければならない。この方法の不利な 点は、適当なサンプリングを行うには極めて一定のＲＰＭモータが必要となるこ とである。このことは、方向転換注にモータの速度が上昇したり、減速したりし て、データ収集が不可能となることを意味している。この結果、時間損失が大量 となり、全体的な走査時間が増大してしまう。 好適方法として本発明のシステム内で実施される方法は、光学式エンコーダ４ ４をモータ３８の軸に接続することである。光学式エンコーダ４４は、所定の角 回転量のパルスを出力する。このパルスは、角回転量のみに依存し、回転速度に 依存するものではない。従って、適切な角解像度を有する光学式エンコーダを選 択し、プローブ・アーム４８を適当な長さに設計することにより、０．００２イ ンチのトランスデューサ移動に対応し、完全にモータ速度から独立した光学式エ ンコーダからのパルスが生成できる。これにより、スキャナに低コスト、低精密 のモータが使用可能となる。更に、この方法を利用することにより、モータ３８ の速度上昇、減速期間中にデータ収集が可能となり、その結果前の方法に比べよ り高速の走査時間が達成される。 以下図６及び７に示すプローブ・アーム長の算出例を基に前記を説明する。プ ローブ・アーム４８の長さは、光学式エンコーダ４４の解像度、所望の走査領域 の全体的サイズに密接に関っている。図示のシステムにおいて、指の撮像に要さ れるステップ・サイズは、およそ０．００２インチであり、０．７５インチ×０ ．７５インチの走査領域が望ましい。光学式エンコーダ４４は、解像毎５１２ラ インの解像度を有し、同相、直角位相出力を提供する。光学式デコーダＩＣ、例 えばモデル＃ＨＣＴＬ２０２０（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ社）、にイン タフェース接続された場合、解像毎２０４８パルスを提供する合成パルスが生成 される。解像毎２０４８パルスにおいて、０．１７５°の角スペーシングが得ら れる。 光学式エンコーダの角インクレメント毎に０．００２インチの距離を横断する には、適当な長さのプローブ・アーム４８を選択する必要がある。プローブ・ア ーム長は次のように算出され、プローブ・アーム長ＰＡＬがライン１０２により 表される図６において、角走査が破線の弓形ライン１０４により表され、必要な ステップ・サイズが破線である直線ライン１０６により表される。図６に示す角 度ψは角スペーシングを表す。必要な０．００２インチのステップ・サィズと０ ．１７５°の角スペーシングにより、プローブ・アーム長ＰＡＬは、次のように およそ０．６５インチになるように算出される。 ｓｉｎψ＝０．００２インチ／ＰＡＬ →ｓｉｎ０．１７５＝０．００２／ＰＡＬ ＰＡＬ＝０．６５インチ 前記に関連して、走査領域サイズの必要条件も考慮する必要がある。０．７５ インチ×０．７５インチの走査サイズを有することが望ましい。ここの示す例で のシステムでは、モータ位置に関するフィードバック情報を提供するため、ブラ ッシュレスモータ３８内のホール効果センサが利用される。一般に、３個のホー ル効果センサが１２０°間隔で配置され、３０°の解像度で角位置情報を提供す る。換言すれば、３０°の倍数（つまり、３０°、６０°、９０°等）サイズで のセクタの走査が非常に簡単である。セクタ・サイズに６０°を選び、０．７５ インチの走査ライン長が必要であることを知っていれば、プローブ・アーム長は 、次のように算出される、プローブ・アーム長ＰＡＬがライン１１０で示される 図７において、角走査が破線である弓形ライン１１２により表され、必要な走査 ライン長は、破線である直線ライン１１４により表される。プローブ・アーム長 ＰＡＬは、次のようにおよそ０．７５インチになるように算出される。 ｓｉｎψ ＝（０．７５インチ／２）／ＰＡＬ →ｓｉｎ３０°＝．３７５インチ／ＰＡＬ ＰＡＬ ＝０．７５インチ この結果は、図６に示した必要なプローブ・アーム長の算出結果とは少し異な るだけである。実際、プローブ・アーム長として０．７５インチを使い図６に応 じ再度ステップ・サイズ解像度を算出した場合、十分指紋撮像のエラー許容範囲 内である０．００２３インチのステップ・サイズが得られる。しかし、光学式エ ンコーダ４４の回路機構に少し修正を加えれば、ホール効果センサに代わって、 光学式エンコーダの出力を利用しモータ位置の情報を提供することが可能である 。このことにより、光学式エンコーダは遥かに高い解像度を有するため、セクタ ・サイズを３０°インクレメントする必要条件が破棄される。従って、プローブ ・アーム長はその理論的に最適な長さ（０．６５インチ）まで短くなり、０．７ ５インチの走査ライン長（およそ７０．５°）を提供するためにセクタ・サイズ の選択が可能となる。 前記のように、プローブ構成の走査形状を達成するため２個のモータが使用さ れる。第１のモータ３８は、Ｘ軸に沿った単一ライン走査に値するデータを捕獲 するため、圧電トランスデューサ３４をアーク状に振動させるためのものである 。第２のモータ４０はリニア・アクチュエータであり、第２走査ラインを捕獲す るためにＹ軸上の次のラインに第１のモータ・アセンブリを移動させるのに使用 される。このプロセスは、対象領域全てが走査されるまで繰り返される。 多数の性能的利点から、従来のＤＣモータに比ベブラッシュレスＤＣモータが 好まれて使用されている。２種間の概念上の主な相違は、モータ・コイルの整流 手段である。どのようなＤＣモータでも、その操作には界磁石に相対してモータ ・コイルへの電流が継続して切換えられる必要がある。ブラシ型装置において、 各モータ・コイルが整流子の対応するバーに接続されたスロット整流子シリンダ に接触する炭素ブラシにより達成される。この切換えは、モータが回転する間継 続される。この構成では、ブラシの磨耗のため速度と寿命に物理的限界がある。 ブラッシュレスモータでは、ロータの位置が検知され、適当な切換えを行うため に整流電子制御部に連続してフィードバックされる。ロータ位置の検知は多くの 方法が可能であるが、ほとんどの製造業者ではホール効果装置が使用されている 。これらの装置は、通常、コストに対して最適の性能及びサイズを提供するもの である。センサは１２０°間隔で配置され、対で作動し位置情報を提供する。各 機械解像度に７２０°の電気度がある。これにより、３０°の位置フィードバッ ク解像度が提供される。 ３相ＤＣブラッシュレスモータ３８は、単一ラインのアーク操作を生成するた めトランスデューサを振動するために使用される。モータ内部には、走査制御装 置回路１４にフィードバック情報を提供する３個のホール効果スイッチが存在す る。この情報は、モータ３８の角度位置に関して極めて粗雑なフィードバックを 提供する。ホール効果スイッチの状態に応じ、走査制御装置回路は、モータ上の ３ウィンドウの何れか、或いは全てを通して電流を出力したり、減少したりする 。これにより、モータ３８の速度及び方向の制御が可能となる。従って、ホール 効果装置の状態を適切に監視することにより、ホール効果スイッチが定める最少 解像度の整数倍であるセクタ・サイズにおいてモータ３８は前後に振動させられ る。 図示のシステムにおて、０．７５インチの走査ライン長を達成するのに要するお よそ６０度のセクタが排除される。 モータ３８によりトランスデューサ３４が単一ラインを横切って掃引された後 、リニア・アクチュエータ・モータ１２０が動作し、全アセンブリが第２走査軸 に沿って進む。リニア・アクチュエータ４０は、回転運動を線形運動に変換する ため装着された一体型親ネジ１２２を有する小型ＤＣステップ・モータ１２０で ある。走査制御装置１４によりトランスデューサが１ライン走査を完了したこと を検知されたら、単一ライン分第２移動軸に沿って移動するようリニア・アクチ ュエータ４０が指令される。次に、トランスデューサ３４の移動が反転されて、 トランスデューサが指を横断して反対方向に引き戻される。このプロセスは、所 望の領域が走査されるまで繰り返される。リニア・アクチュエータ４０は、次に 、新しい走査の準備のためその開始位置に巻き戻される。センサ６８は、リニア ・アクチュエータ４０が開始位置に巻き戻されたことを示す位置のフィードバッ クを提供するものである。このアプリケーションでは、マイクロスイッチ、ホー ル効果装置、光センサ等数種のセンサが適している。例として、図示のシステム では、モータ３８はモデル＃５５９Ａ１０４（Ｇｌｏｂｅ Ｍｏｔｏｒｓ社）、 光学式エンコーダはモデル＃ＨＥＤＳ−５６４０（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａ ｒｄ社）、リニア・アクチュエータ４０はモデル＃３５９６２（ＨａｙｄｃｎＳ ｗｉｔｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）となっている。 図８及び図９に支持手段、或いはプラテン３０が更に詳細に示されている。前 記のように、プラテン３０により、指と超音波トランスデューサ３４の氷路間に インタフェースが形成される。走査プロセス中に指を確実に支持できるように十 分な機械的な力が必要である。プラテン３０が歪んだり、変形した場合、結果的 に画像も歪んでしまい、ポスト処理ソフトウェアがより困難になる。理想的には 、プラテン３０の音響インピーダンスが、指の皮膚に出来るだけ合致するのが良 い。更に、どのような種類の音響結合子を使わないで指をプラテン３０上に設置 することが極めて望ましいので、プラテン・インタフェースが、指の表面に完全 に接触し、その間の空気ギャップを最少にできるようにすることが必要である。 これらの必要条件は全て、目に見えるほどの減衰及び周波数減少なしに高周波数 の超 音波を伝送するプラテン３０の能力と共に、指の高品質画像を得るためには満足 されなければならない。 プラテン３０は、シリコンＲＴＶの薄膜層１３２で被覆した架橋結合ポリスチ レン、又はパースペックス材１３０を利用し構成される。ポリスチレン、又はパ ースペックス材１３０本体は、人の組織に非常に近い音響インピーダンスと必要 な機械的剛性を提供し、出来るだけ短い超音波経路を提供するのに適した、例え ば１／１６〜１／８インチの範囲内の厚さを有している。３０ＭＨｚの超音波周 波数は、目に見える修正なしに材を通過可能である。指への最大結合を提供する ため、所望であれば、プラテン３０はシリコンＲＴＶの薄膜層１３２で被覆でき る。他の種類のシリコン製ラテックス・ゴムの使用も可能である。ＲＴＶにより 、適切な音響インピーダンスを保持し、指への機械的結合が向上する。ＲＴＶは 、ポリスチレン／ＲＴＶの反射エコーを範囲ゲーティング・アウトすることがで き、またＲＴＶ／指インタフェースに関連したエコーのみ処理できるように、十 分な厚さを有する必要がある。ＲＴＶに要する厚さは、トランスデューサ３４の 全体的な′Ｑ′に依存する。例えば、図示のシステムでは、本体１３０が約１／ １６〜１／８の厚さを有し、被覆１３２は約０．０１０〜０．０３０インチの公 称厚を有している。一連の実装穴１３４が、プラテン３０周辺に設置することが できる。 トランスデューサ３４の形状が図１０に示されている。トランスデューサの本 体１４０は、ステンレス鋼のハウジング内に収納される。商品名Ｍｉｃｒｏｄｏ ｔという形態のコネクタ内で終了するケーブル１４２は、ハウジング１４０内の 圧電トランスデューサ素子に電気的に接続され、この接続は、変形軽減兼用の瓶 詰め混合物等の本体１４６により強化され固く封じられる。走査形態により２種 のトランスデューサ３４が利用可能である。指紋撮像では、約０．１８０インチ の開口と約０．２５インチの焦点長を有するおよそ３０ＭＨｚの高周波数トラン スデューサが利用できる。このトランスデューサでは、最も高い解像度、即ち最 も小さいスポット・サイズが得られたが、指内への貫通の深さに限界がありそれ ほど減衰することはなかった。指紋構造ではなく人為物を対象とする皮下走査の 場合、同様の物理的特性を有するが、周波数が約１５ＭＨｚに低下した第２のト ランスデューサを利用することができる。この撮像では、３０ＭＨｚの超音波の 減衰が激しいため、信号プロセッサ１６のコストが途方もなく増大することが考 えられる。従って、２因数分周波数を低下させることにより、更に強い信号が受 信される。 トランスデューサ３４上での主要が必要条件は、生成する全体的スポット・サ イズを最少にすることである。スポット・サイズは、トランスデューサ周波数、 開口、全体的焦点長の関数であり、次の式のから求められる。 ｄ＝２．４４（ｆ_L/Ｄ）λ ここで、ｄは０交差点で測定したスポット・サイズ、ｆ_Lはトランスデューサの 焦点長、Ｄはトランスデューサの開口、λは音波の波長を表す。トランスデュー サの設計上、ｆ_L／Ｄの比率を出来るだけ小さくするのが望ましい。これは、外 部焦点合せレンズ、曲線トランスデューサ素子、或いは両方の組合せ等の様々な 良く知られた技術を利用し達成できる。例えば、図示のシステムにおいて、トラ ンスデューサ３４により、ＡＳＴＭＥ１０６５毎−６ｄｂ点の測定で０．００２ インチのスポット・サイズが生成され、ピーク時より下降して−２０ｄｂ測定で １サイクルのリング時間を有している。ケーブル１４２は、クーナ同軸、或いは 径約０．０３７インチの物と同等である。図示の市販用トランスデューサ３４は 、モデル第３８９−００５−８６０としてＫｒａｕｔｋｍｅｒ・Ｂ−ｒａｎｓｅ ｎより手に入れることができる。 図１１〜図１３は、モータ３８の振動性軸１５０を密閉するのに利用される振 動性シーリング５２を更に詳細に示す図である。超音波をここで記載する走査形 態に使われる周波数においてどのような目に見える距離でも伝送するためには、 音が空気に対して氷も通過する必要がある。この結果、トランスデューサ３４か らプラテン３０の第１又は内部１５２面までの全音声経路が、全体的に氷分経路 となる必要がある。走査動作の形成を司るモータ３８及び１２０は、氷中で十分 な時間動作することができないため、防水シーリングが必要である。このシーリ ングにより、その角運動が制限された回転振動ロッド用に防止環境が形成される 。角運動は、約６０°の回転である。１０年間における氷分漏れは、どのような ものでもここで記載する走査アプリケーション上容認できないものと考えられる 。 更に、シーリング製造業で知られるある共通技術の利用を避けるシーリング上 には何等の差圧も存在しなかった。最後に、このシーリングでは、そのトルク能 力が制限された３相ＤＣブラッシュレスモータ３８が直接装着される場合、この シーリングはモータ３８にかかるトルクに対して最少の負荷を加えるものとしな ければならない。 本発明による長寿命の絶対シーリングを提供する方法は、ロッド、或いはモー タ軸１５０、そしてモータ軸１５０が通って伸びる壁、又は同様の構造部材１５ ６に確実に装着された柔軟性袋５２の採用である。装着方法には、クランピング 及び接着手段の少なくとも一方が含まれる。袋５２は、伸長可能な材から成り、 ラテックス、或いは他のゴム、又はゴムのような材を流体が通過することが不可 能となる。袋５２は、２装着箇所間で緩くなるような方法で装着される。この緩 みと材の伸長性により、モータ３８上での引きずりがほとんどない制限された回 転振動運動が可能となる。 この種の袋シーリングの使用は、回転運動に限られ、振動運動の全角度は、緩 み、許容伸長、装着点、有効モータ・トルク等により制約を受ける。このアプリ ケーションで選択された材は、約０．０２０インチ厚の壁を有するラテックスを ベースとする製品であり、ラテックス材に対して不活性の耐氷性エポキシ樹脂に よりロッド１５０と壁１５６に密閉されたものである。 次に、様々な走査モード、指表面、或いは例えば皮下指紋撮像の場合などの指 表面近くからの画像獲得において、超音波信号の減衰量は最少である。従って、 最大空間解像度を得るには、トランスデューサ３４の周波数がとても高いレベル となる。このアプリケーションでは、トランスデューサ周波数はおよそ３０ＭＨ ｚである。指表面直下の構造から画像を捕獲するには、対象とする深さから返却 されたエコーのみ処理されるよう、図１４に示すような電子範囲ゲートが使用さ れる。従って、皮下指紋画像対表面指紋画像を処理するために要するシステム修 正は、範囲ゲートのアプリケーションにおいてのみである。この範囲ゲートのタ イミングは、撮像中の人の透明変化が可能なソフトウェアにより制御できる。 前記両ケースにおいて、超音波エネルギが、図１４に示すように、指表面に対 して９０度角で指に入力される。この方法でトランスデューサ３４を方向づける ことで、可能な最大信号強度が得られる。一方、プラテン３０の各前後方からの 鏡面反射１６０及び１６２もトランスデューサ３４に戻される。これは、範囲ゲ ーティング・アウトの可能性があるため表面撮像においては問題ではない。しか し、深い皮下撮像では、特定の深さまで撮像する場合、多数の鏡面反射は深刻な 問題となる。従って、トランスデューサ３４は、これらのエコーを排除するよう な方法で方向づけする必要がる。 指内のより深い箇所を撮像する場合、高周波数超音波信号の減衰量が非常に大 きいため、信号が完全に消失してしまうか、或いは信号プロセッサ１６内で見つ けられる増幅段階の利得帯域積が非常に大きくなり、システムのコストが途方も なく増大してしまうかのどちらかである。従って、これらの構造を撮像するには 、例えば１５ＭＨｚの低周波数が使用される。これにより、空間的解像度はやや 低下するが、高減衰の問題は解消される。一方、対象とする皮下構造が指表面上 の隆起構造よりも大きいため、解像度の損失はそれほど重大ではない。 指内深く撮像する場合の第２の問題は、エコーが収集される深さに応じ、音波 経路の鏡面反射からの多重経路のエコーにより対象人為物が隠れてしまう可能性 である。よって、鏡面反射が原因で起こる多重経路のエコーは、対象とする実際 の信号の撮像を可能とするため取り除く必要がある。これは、図１５に示すよう に、鏡面反射エコーが見落とされるに十分な小角度分トランスデューサ３４を軸 を離れて回転させることにより達成可能である。これにより、また、滑らかな表 面による何れのエコー１６６でも、反射エコーが決してトランスデューサ３４に 戻らないような角度で反射することになる。トランスデューサ３４が感知可能な エコーは、音波を全方向に散乱させるエコー１６８のみである。対象とする身体 内部のほとんどの構造は音波を散乱させる傾向にあるため、この技術は本記載の 走査アプリケーションでは大変効果的な技術である。 超音波焦点合わせ用レンズの製造に関する工業規格では、レンズ曲率の形成に 一定半径が利用される。レンズ材は、通常ポリスチレンから成り、所望のサイズ 及び曲率に加工される。この形状により、トランスデューサの焦点長とスポット ・サイズが決定される。一方、レンズ方程式を分析すれば、一定半径のレンズは 回折が制限されたスポット・サイズを提供するものではないことが容易に理解で きる。このレンズは、焦点調整されたビームをぼかしたり、そのサイズを大きく したりする影響を与える球面収差を引き起こす。このことは図１６に示されてい る。従って、スポット・サイズを理論的に最少とするためには、非球面形のレン ズ、曲線トランスデューサ素子、或いは曲線素子と非球面レンズの組合せの何れ かを採用する必要がある。スポット・サイズ減少するための補正されたレンズ焦 点を図１７に示す。 前記のように、システム制御及び電子制御部は、信号プロセッサ１６、電源装 置２０、走査制御装置１４、データ・バッファ１８の４主要サブアセンブリから 構成される。信号プロセッサ１６は、超音波トランスデューサ３４の駆動とそれ との信号授受を行うものである。アナログからディジタル変換がこのサブアセン ブリ上で実行され、ディジタル・データがデータ・バッファ・カード１８に渡さ れる。データ・バッファ・カード１８は、グレースケール・データの全体的指紋 を記憶可能な高速ＲＡＭである。このカードは、信号プロセッサ１６と指紋デー タの処理に使用されるどのようなポスト処理ハードウェア間のＦＩＦＯの役割を 果たす。走査制御装置サブアセンブリ１４は、トランスデューサ３４の動作を制 御するものである。このサブアセンブリにより、全走査領域上でのＸとＹ両方で の移動が制御される。これら３サブアセンブリに電源を供給するのが電源装置２ ０であり、適切な定格電流での必要電圧の全てを生成可能である。電源装置２０ は、省エネルギー対策として、使用していないどの供給電圧も消す論理入力を有 している。電源を切るかどうかの判定は、走査制御装置１４によって行われる。 図１８は、超音波トランスデューサ３４とデータ・バッファ１８間のインタフ ェース連結である信号プロセッサ１６の機能を示すブロック図である。信号プロ セッサ１６には、トランスデューサ３４を駆動し、信号の授受を行うのに必要な ハードウェア全てが含まれている。信号プロセッサ１６のパルサ・受信器構成部 品２０２は、前記のケーブル１４２とコネクタ１４４を介してトランスデューサ ３４に接続される。パルサ・受信器２０２の出力は、高ゲイン比例増幅器２０４ の入力に接続され、そこからの出力はピーク検出器／Ａ−Ｄ変換器２０６に接続 される。タイミング及び制御構成部品２０８は、パルサ・受信器２０２とピーク 検出器／Ａ−Ｄ変換器２０６に制御接続される。当初トランスデューサ３４の水 晶を発振励起するために、パルサ・受信器２０２により単一端、負落下パルスが 提供される。このパルスは、およそ３ナノ秒の高速落下時間と約１５０ボルトＤ Ｃの振幅を有する。指に起因するエコーが、トランスデューサ３４に戻され、信 号プロセッサ１６のパルサ・受信器２０２により受け取られ、そこで増幅器２０ ４により線形に増幅される。範囲ゲートが信号に加えられ、信号に範囲ゲートが 加えられた部分のみピーク検出回路機構２０６への伝送が許可される。負ピーク 検出が信号上で実行され、特定範囲ゲート内で検出された最大ピークが、構成部 品２０６の出力で提供される８ビットのディジタル・データに変換される。この ８ビットのディジタル・データは、バッファ１８のＲＡＭメモリに保存するため 、ライン２１２上のタイミング・パルス（ＤＡＶ）と共にライン２１０を介しデ ータ・バッファ１８に送られる。信号プロセッサ１６のタイミング及び制御部２ ０８は、また、範囲ゲートのタイミング・パルスも生成する役割を果たす。範囲 ゲートは、反射エコーのどの部が信号プロセッサにより処理されるかを選択する のに使用される。超音波反射信号の後の部分と処理するため範囲ゲートを遅延す ることは、指内より深く撮像することに相当する。選択撮像での範囲ゲートの使 用を示すタイミング図が図１９に示されている。特に、波形２２０は、トランス デューサ３４から出射される主バング超音波信号に応答してのエコー２２２、ト ランスデューサ３４に面するプラテン３０表面からのエコー２２４、プラテン本 体１３０と被覆１３２間のインタフェースからのエコー２２６、走査中の指表面 からのエコー２２８、そして指内より深くからのエコー２３０を含む様々な超音 波エコー信号を表す。パルス２３２及び２３４は、それぞれ表面と皮下撮像用の ディジタル範囲ゲートのパルスである。 スキャナの線形及びディジタル回路、超音波トランスデューサ・ドライバ、更 にＸ、Ｙ走査動作駆動モータに電源供給可能な電源装置が図２０に示されている 。この電源装置は１１０ＶＡＣ、又は２２０ＶＡＣのライン入力のどちらか一方 から作動され、Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ・Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社等の機 関が規定する数種の安全確認必要条件に合致するようラインからの分離が提供さ れる。ライン電圧選択は、スイッチ、或いはワイヤ・ジャンパにより可能である 。二重一次巻線と５６定格ＶＡの単一二次巻線を有する電源トランス２４０が選 択 された。二次巻線は、２つの整流器ネットワーク２４２、２４４を駆動する。一 方の整流器２４２は、＋１７及び−１７ボルトＤＣの無調整供給電圧を生成する ため２つのフィルタ・コンデンサを帯電する二相化ブリッジである。３個の線形 レギュレータ２４６、２４８、２５０は、論理及び増幅器の必要条件に対してこ れらの電圧を＋５、＋１２、−５ボルトＤＣに減少させる。他の整流器２４４は 、高電流容量を有する無調整の＋１７ボルトを提供するためフィルタ・コンデン サを帯電する全波ブリッジである。このラインにより、＋１２ボルトの線形レギ ュレータ２５２が供給される。トランスデューサ・ドライバ用の高電圧も、規制 線形駆動モータ供給ラインを離れて動作するＰＷＭフライバック変換器２５４に より供給される。この変換器は、３００ボルトの出力電圧で最大６ミリアンペア の電流供給が可能である。この容量は、より大きな変圧器のコアを使い増加する ことができる。 変換器は、そのＥＮＢＬ入力を接地電位にすることにより動作不可にできる。 これは、省電力、或いは変換器生成のスイッチングノイズが低レベル信号増幅の 妨害となる場合に有益である。これにより、システムの全体的なベースラインの ノイズを低下することにより最大の画像忠実度が提供される。簡単なフィードバ ック抵抗器の使用を通し、フライバック変換器２５４の出力を色々変更すること ができ、全体的システム構成上更に柔軟性が提供される。 本発明による識別システムの遠隔走査を必要とするあるアプリケーションが存 在する。これらのアプリケーションでは、一般にシステムへの電源としてＤＣ電 圧のみ有効であり、識別システムへ電源供給するために使用できる電流量にも制 限がある。フィールド使用可能な装置を提供することにおいて最初のステップは 、システムから高電流引出モータを排除することである。第２のステップは、Ａ Ｃ電源トランスに代わり、ＤＣ変換器へのＤＣを電源装置デザインに加えること である。ＤＣ変換器へのＤＣは、装置に有効なＤＣ電圧を電源装置の操作に必要 な適切なＤＣ電圧に変換する役割を果たす。主ＰＷＭフライバック変換器２６０ では、アナログ及び論理供給電圧と圧電トランスデューサ駆動用高電圧を生成す るため数本の二次巻線が使用される。この変換器は、機器が使用されていない場 合に完全にその運転を停止することができる。休止状態では、変換器が消費する 電 力はほんの数マイクロワットである。小型のＰＷＭブースト・レギュレータ２６ ２は、マイクロ制御装置２６４の供給電圧を生成する。このレギュレータは機器 の電力が増加される時常にＯＮとなっている。機器の休止期間中、マイクロ制御 装置２６４内を走行する監視ソフトウェア・ループによりさ差し迫った機器の使 用が感知され、作動期間中継続するよう主変換器２６０の電力が増加される。機 器の使用終了後は、主変換器２６０がバッテリの寿命を伸ばせるよう再び停止さ れる。 走査制御装置１４は、プローブ・アセンブリ１２に繋がった２個のモータ３８ 及び４０の走査動作を制御する役割を果たす。ここでは、後述の制御ソフトウェ アを走行させる８ビットのプログラム可能マイクロ制御装置が利用される。走査 制御装置の機能ブロック図が図２２に示されている。マイクロ制御装置２７０は 、各モータの制御に要する命令を送り、モータ装着の光学式エンコーダとホール 効果センサからの位置フィードバック情報を受け取り、システムの残りの部に必 要なタイミング、制御信号を提供する役割を果たす。走査制御装置により制御さ れるモータの一つは、走査モータ３８であり、制限された角度範囲上でトランス デューサ３４を前後に振動させる役割を果たす。この目的で使用できるモータの １タイプは、３相ＤＣブラッシュレスモータである。これらのモータはその効率 が大変高く、よって物理的に小型のモータ・サイズでも大量のトルクを発生する ことができる。更に、整流を実行するためにブラシを使わないことで、長期間信 頼できるシステムが提供される。ＤＣブラッシュレスモータは、モータ回転のた めに、各自独立のモータに電流を供給するか、又は減少させるかのどちらか一方 を行う３本の巻線を有する。従って、この作業の実行には、６セットの別個の高 電圧高電流ドライバが必要である。６個のドライバへの制御ビットは、８ビット のラッチ２７２より駆動される。このラッチは、マイクロ制御装置２７０から有 効なＩ／Ｏラインの延長として利用される。前記ビットは、モータの所望動作に 応じ、論理′１′、或いは論理′０′に設定できる。モータの位置変更に伴い、 モータ内部のセンサが、モータの相対的角度位置に関してフィードバックを行う 。このアプリケーションで最も良く使われるセンサのタイプは、ホール効果セン サである。ホール効果センサの出力は、モータ位置を特定解像度限度内に復合化 す る論理′１′、或いは′０′である。これらセンサの状態はマイクロ制御装置２ ７０に駆動され、そこで読み出され、次の駆動出力状態を如何にすべきかに関し て、その値を基に決定される。 マイクロ制御装置２７０により、走査制御装置１４の全体的機能とシステムの タイミング確立を司るアセンブリ・レベルの言語ソフトウェアが作動される。こ のソフトウェアの論理フローを示すソフトウェア・フロー図が図２３４に示され ており、システム・タイミング図が図２４に示されている。フロー図の各独立論 理素子は、以下の表に示す通りである。 図２４に示すシステム・タイミング図において、ＲＱＳＴＳＣＡＮは、ＭＰＣ 開始ルーチンで使われる信号の走査要求を示し、ＭＢＥＮは主バングのイネーブ ル・パルスであり、ＭＢＡＮＧは主バングのパルスであり、ＤＡＶは後述のデー タ・バッファ１８の操作用のデータ有効パルスであり、ＬＩＮＥＳＴＥＰは、リ ニア・アクチュエータ４０が次の操作ラインに移動するよう命令するパルスであ り、ＳＰＩＮＤＩＲは、モータ３８の回転方向を制御するパルス信号であり、Ｆ ＲＷＤ／ＲＥＶは、リニア・アクチュエータ４０の移動方向を制御するパルス信 号であり、ＥＯＳは、ＡＣＱＤＡＴサブルーチンで使われる操作信号の終わりを 示す。 データ・バッファ１８は、ＦＩＦＯ（先入れ先出し方式）データ記憶アレイと して動作する。捕獲画像の処理に使われるコンピュータでは一般に速度に制限が あるため、ポスト・プロセッサによるデータ受取りに比べ、超音波リーダによる データ供給の方が速度が速い。走査の減速を裂け、ユーザがプラテン３０上にお いて長時間指を設置しておくのを避けるため、データ・バッファ１８がデータの 全走査値の一次記憶装置として機能し、これにより、走査完了後は、ポスト・プ ロセッサによるこのデータのよりゆっくりした読み出しが可能となる。データ・ バッファ１８の機能ブロック図が図２５に示されている。 データ・バッファ１８は、８ビットのデータを５１２行×５１２列の配置であ る。信号プロセッサからの有効データがある場合、データ有効パルス（ＶＡＤ） が作動される。ＤＡＶパルスは、データ・バッファ１８によりデータをＲＡＭ２ ９０に書き込んだり、アドレス・カウンタ２９２をインクレメントしたりするの に使用される。各横アレイには、最大５１２のデータ・ポイントを含むことが可 能である。横アレイの終わりでは、データ・バッファ１８に次のアレイに移動す るよう指示する主バング・イネーブル・パルス（ＭＢＥＮ）が駆動される。第１ 列データ内のデータ・ポイント総数にも対応するアドレス・カウンタ２９２に現 在の状態が、ポスト・プロセッサにより後の利用のために９ビットのラッチ（図 示せず）に記憶される。第２列のデータ走査が有効となる時、アドレス・カウン タ２９２が、前アレイの最大計数値から始まって０までデクリメントされる。そ の後各走査ラインが交互にインクレメントされ、前記のようにアドレス・カウン タ２９２がデクリメントされる。 データ・バッファ１８への全データの書込み後は、ポスト・プロセッサによる データ読み出しが可能となる。データは、２つの例外を除いて、記憶されたのと 同じ様に読み出される。どのようなデータ読み出しでも、その前にポスト・プロ セッサがまず９ビットのデータ・ラッチを読み出し、各アレイで読み出されるデ ータ・ポイント数を判定する必要がある。次に、ポスト・プロセッサは、各アレ イの各データ・ポイント用のＤＡＶパルスと同様のリード・パルスを生成する。 第２に、ポスト・プロセッサが、データが記憶された実際のアレイ数に関らず、 全５１２アレイを読み出す必要がある。 システムの全体的走査時間を減少するには、人、又は動物の組織、つまり指を より高速に走査する必要がある。これは、２つの方法のうちどちらか一方を使い 達成される。まず、モータ３８の速度を上げることである。これには、より大き く、より強力なモータが必要となり、早急に物理的なその周辺デザインを行うの が繁雑になり、また費用もかさんで来る。ここで述べる第２の方法は、指上の数 点を同時に捕獲する多重トランスデューサの使用である。簡単に言えば、２個の トランスデューサが使われる場合、各トランスデューサが指表面の半分を走査す るだけでよく、３個の場合であれば、３分１というふうになる。各トランスデュ ーサの追加で、走査時間が比例して減少される。多重トランスデューサの方法を 示す図が図２６に示されている。トランスデューサはアークに沿って走査可能で あるため、多重トランスデューサの方法では、各トランスデューサが他のトラン スデューサと等しい半径で走査するが保障されなければならない。これは、線形 化アルゴリズムが機能するよう、捕獲された全データが連続ラインに沿っている ことを保障することを意味する。 特に、図２６に示すように、複数のトランスデューサ、図示では２個のトラン スデューサ３０２、３０４が、パイ形素子３０６を含む手段により支持される。 各トランスデューサ、３０２、３０４は、図２のプローブ手段内のトランスデュ ーサと同等物であり、素子３０６はプローブ・アーム４８に代わって提供される 。素子３０６は、図２６のピボット軸３０８付近での振動移動のため、プローブ 振動性モータの出力軸、つまりモータ３８の軸に接続される。図２のプローブの 様に、トランスデューサ３０２、３０４は、人、又は動物組織、つまり指を撮像 するために、該指を支持するプラテンに密接して位置決定される。トランスデュ ーサ３０２、３０４は、図では素子３０６の弓形端３１０に対応する曲率を有し 、トランスデューサ３０２、３０４の中央に連結するトランスデューサ経路に沿 って一定間隔に配置される。軸３０８付近の枢軸、或いは振動移動のための素子 ３０６への振動性モータ、つまりモータ３８の軸出力の補正により、トランスデ ューサ経路が第１走査経路と共に登録されるようトランスデューサ３０２、３０ ４がプラテン表面に沿った第１走査経路に沿って移動され、走査された部分の合 計が走査経路の全長と等しくなるようトランスデューサ３０２、３０４からの各 超音波ビームが第１走査経路の一部に沿って方向付けされる。図２６の配置では 、トランスデューサ３０２、３０４が、トランスデューサ経路に沿って等しく一 定間隔で設置されている。従って、超音波ビームがそれに沿って方向付けされる 第１走査経路の部分が等価となり、合計すると第１走査経路の全長に等しくなる 。図２６の配置では、トランスデューサ経路と第１走査経路は弓形であり、ピボ ット軸３０８から伸びる共通の半径を有している。第２駆動手段、即ち図２に示 すプローブ内のリニア・アクチュエータ４０により、第２経路が弓形経路に相対 して半径方向に直線にある表面に沿った第２走査経路に沿って複数のトランスデ ューサ３０２、３０４が移動される。トランスデューサ３０２、３０４から返却 されたデータを処理するためには、サンプル及びホールド回路の後に設置される 高速マルチプレクサを利用可能である。走査制御装置１４により、データの連続 化が可能となるよう、多重トランスデューサ間での多重化も可能である。 ある特定走査アプリケーションにおいて、図３に示すよりも大きな領域を走査 する必要がある場合がある。例えば、ＦＢＩ（米連邦捜査局）等の特定指紋捜査 の必要条件を満足させるためには、本発明のシステムにおいて、３５ｍｍ×３５ ｍｍの領域走査し、指爪の一方端から他方端まで指全体の表面を走査する必要が ある。指の全表面、つまり指爪から指爪まで、の走査には、図２に関連し前記し た平面プラテンを曲線プラテンに変更しなければならない。曲線プラテンは指の 周辺と完全に当接し、これによりより大きな領域の走査が可能となる。この方法 でのかぎは、トランスデューサがそれでも指表面から鏡面返却を収集できる方法 である。これを達成するには、トランスデューサが円筒面軸、つまり指の爪から 爪までの表面に対応するプラテン曲線面、付近を回転する必要がある。これは、 図２７に示すプローブ構成により達成可能である。 曲線プラテン３２０は、断面形状が半円筒であり、走査中の指表面を受け入れ るのに改良された半円筒形曲線内部面３２２を有している。プラテン３２０の縦 に伸びる端３２４、３２６は、大体、指当接面３２２の指爪端と共に記録される 。プラテン３２０は、走査中の指の縦軸と実質的に一致する縦軸３２８を有して いる。図２に示すモータ３８と同様の振動性モータ３３０が、円筒レンズ、或い はプラテン３２０の半径中央に実装される。換言すれば、モータ出力軸３３２の 軸がプラテン３２０の縦軸３２８に一致する。プローブ・アームにより、円筒レ ンズ、或いはプローブ３２０の表面をちょうど過ぎた所までトランスデューサ３ ４０が伸ばされる。プローブ・アーム３３８は、モータ出力軸３２２に対して直 角に伸びる第１部３４２と軸３２２と実質的に平行の第２部３４４を有している 。トランスデューサ３４０は、図２に示すトランスデューサ３４と同一とするこ とができる。次に、トランスデューサ３４０は、所定の走査ラインに沿って円状 に振動させられる。モータ３３、トランスデューサ・アーム、トランスデューサ ３４０の全アセンブリは、図２に示すリニア・アクチュエータ４０と同様に支持 ３５０に固定されたリニア・アクチュエータ３４６により直線進行させられ、第 ２走査ラインが、平面プラテンの方法と同じように掃引される。 この方法における主な相違点は、前記の方法におけるアーク移動に対して、指 上の直線経路に沿って円掃引が行われることである。この結果、何等の線形化ル ーチンも必要とされない。図２７に、１８０°経路を通る回転の中央、またその 両端部にあるプローブ・アーム３３８が示されている。この方法においても、前 記同様に、走査時間の改善に多数のトランスデューサが使われる。トランスデュ ーサは、それぞれがｙ軸での指の一部の走査を受け持つ（つまり別個の走査ライ ン）直線ライン軸に沿って実装可能である。これは、多数のトランスデューサが それぞれ同じライン上で走査される前記の方法とは対照的な点である。 本発明のシステム及び方法が構成される数種の基本システムがある。このよう な基本システムは、指が走査され、システムが個人の識別を受け持つ識別システ ムと、指が走査され、ある個人が本人に間違いないと確認するための基準と比較 される検査システムとに基本的に分類される。 図２８において、走査された指から得られた画像を取り出し、前に走査された 画像のデータベースに鑑みて合致するものかどうか判定する識別システム構成に よる本発明のシステム及び方法が示されている。これらの識別システムは、一般 に極めて大きく、法執行機門、移民局等で利用されるが、総称ＡＦＩＳ（自動指 紋識別システム）と呼ばれている。図２８において、超音波生物測定リーダ３６ ０は、プローブ・アセンブリ１２、信号プロセッサ１６、走査制御装置１４、電 源装置２０を含む本発明によるシステムにより構成されている。所望であれば、 データ・バッファ１８も含むことが可能である。前に記憶した画像、つまり記憶 された指紋画像のデータベースを保存するための質量記憶装置３６２の形態での 手段が設置される。また、データベース記憶手段３６２、リーダ３６０からの走 査画像を装置３６２に前に記憶された画像と比較し、合致するかどうか判定する ための超音波生物測定リーダ３６０内のプロセッサ出力に連結された入力を有す るシステム・プロセッサ手段３６４も設置される。図２８では、超音波生物測定 リーダ３６０′、質量記憶装置３６２′、プロセッサ３６４と３６４′を接続す るローカル・エリア・ネットワーク手段３６６を持つプロセッサ３６４′の第２ の組合せも示されている。 図２９では、超音波生物測定リーダ３６０とプロセッサ３６４間の配線通信リ ンクが、生物測定リーダ３６０の出力に接続されたＲＦ送信器／受信器３７０、 プロセッサ３６４の入力に接続されたＲＦ送信器／受信器３７２、その間の送信 媒体３７４等の無線通信リンクと交換されている。この結果、超音波生物測定リ ーダ３６０は、パトロールカー、他の遠隔データ入力地などの遠隔、或いは移動 地に設置可能である。指がリーダ上に置かれ、走査され、そのデータがＡＦＩＳ プロセッサに無線で送られ処理される。この通信リンクは、二方向であり、関係 あるどのような情報でもリーダに送信して戻される。光学式、超音波等他の通信 リンクも採用して良い。 図３０、図３１では、指が走査され、個人が本人と主張する人がどうか確認す るため単一の基準プリントと比較される検査システムで構成された本発明のシス テム及び方法が示されている。このタイプのシステムは、高速プロセッサ、大き なデータベース等を必要とする大型ＡＦＩＳシステムがしなければならない広範 な検索をする必要がないため、識別システムに比べてその性格上さほど複雑では ない。このようなシステムを実施する一つの方法は、スマートカード、或いはマ グ・ストライプカード、光学式記憶カード、半導体記憶カード等の他形態の携帯 用データ記憶装置を利用することである。スマートカードは、一般のクレジット カードと大きさが同じプラスチック製のカードである。カードの裏側にある従来 のマグ・ストライプは、内蔵のマイクロプロセッサに取って代わられるか、捕捉 されるかのどちらかである、マイクロプロセッサにはメモリが内蔵されており、 全体的システム構成に２つの選択を可能としている。まず、生物測定データをス マートカードのメモリ内に簡単に符号化することである。自分のＩＤを確認した いと思う人がその指を超音波リーダ上に置き、指が走査される。次に、そのデー タ個人提供のスマートカードから読み出され、コンピュータを使い２つの画像が 比較される。これは、図３０に示すように、超音波生物測定リーダ３８０が、プ ローブ・アセンブリ１２、信号プロセッサ１６、走査制御装置１４、電源装置２ ０を含む本発明によるシステムにより構成されるものである。所望であれば、デ ータ・バッファ１８を含むことも可能である。前記スマートカード形態での記録 部材３８２は、記録された生物測定画像を含む、即ち記録された指紋画像を記憶 するための記憶手段を有している。プロセッサ手段３８４は、超音波生物測定リ ーダからの出力信号を受けるための第１入力と、走査画像、記録画像が合致する かどうか判定するため、記録された画像の信号表示を受ける第２入力とを有して いる。従って、図３０に示す配置において、記録部材３８２とプロセッサ３８４ とは物理的に別個である。 第２の選択は、コンピュータを使い２画像の比較を行う代わりに、スマートカ ードのプロセッサが利用されることを除いて第１の選択と同様である。よって、 スマートカードには、指の生物測定データが含まれるばかりでなく、そのデータ を指の走査データと比較する役割も果たす。これは図３１に示す通りであり、ス マートカード、或いは記録部材３９０は、記録された生物測定画像を含む記憶手 段と、超音波生物測定リーダ３８０′からの出力信号を受ける第１入力と、走査 画像と記録画像が一致するかどうか判定するため記録された画像の信号表示を受 ける第２入力を持つその上のプロセッサ手段とを有している。従って、図３１に 示す配置では、記録部材３９０とプロセッサ３９２とは物理的に一体化されてい る。 図３２は別の配置を示す図であり、図３０での配置におけるプロセッサ３８４ 、超音波生物測定リーダ３８０、記録部材３８２間の配線通信リンクに代わり、 無線通信リンクが使用されている。この無線通信リンクは、生物測定リーダ３８ ０、記録部材３８２の出力に接続されたＲＦ送信器／受信器４００、プロセッサ ３８４とその間の送信媒体４０４に接続されたＲＦ送信器／受信器４０２により 構成されている。ＲＦ通信リンクは二方向であり、マッチングの結果がリーダの サブシステムに送り返される。光学式、超音波等の他の無線通信リンクも利用可 能である。 識別／検査システムが、全くＡＣ電力が供給されない遠隔地で操作しなければ ない場合がある。通常、これらの状況下では、１２ＶＤＣの電源しか存在せず、 電流引込みにも限度がある。この結果、本発明による低電源のプローブと提供す る必要が生じる。前記のように、プローブ内での２つの大きな電源引込みは、走 査動作に関連する２個のモータ３８と４０である。これら２個のモータを取り除 くことにより、プローブの全体的な電力消費が数桁分減少される。 図３３に示す本発明のプローブの実施例に従い、オペレータは、走査動作を実 行するため、システム内に必要なエネルギーを分配する必要がある。これは、操 作前にスプリングを引き伸ばし、スプリング力に単一走査周期の間継続する機構 を持たせることにより達成される。プラットフォーム４１０は、アーム４１４上 で搬送されるトランスデューサ４１２を支持し、走査Ｙ方向に２つの静止ガイド ・トラック４１６、４１８を走行する。機械エネルギーを保存するドライブ・ス プリング４２２が、プラットフォーム背面に装着され、伸ばしたり、離したりし てプラットフォーム４１０がスプリングにより走査Ｙ方向に駆動される。スプリ ング４２２からのエネルギー放出率は、スキャナの動作を規制するため、それと 一体操作される機械ダンパ４２４により制御される。 ドライブ・スプリング４２２内にエネルギーを保存するための、つまりスプリ ングを引き伸ばすための手段４２６は、移動プラットフォーム４１０に取り付け られる。引張ケーブル４３０がまず固定プーリ４３２上を通過し、次に巻取りス プリング４３６と共にドライブ・スプリングが引き伸ばされ、緩められた両方の 状態で器具ケース内にプルケーブルを回収するスプリング駆動巻取り浮動プーリ ４３４の回りを通過する。次に、ケーブルが別の固定プーリ４３８の回りを通過 し、距離と力を交換することによりドライブ・スプリングの引張を緩和する４： １の比率を有する力増幅器４４０（複滑車）を通過する。 ギアボックス４４４は、スキャナ・プラットフォーム４１０の頂部面に実装さ れる。ギアボックスの横側から突出するギア４４６がラック４２０に系合し、プ ラットフォーム４１０の走査Ｙ方向への移動に伴い、スプリングのエネルギーの ほとんどをＸ走査ドライブ・ディスク４４８の送信する。ボックスのギア比率は 、０．８インチのプラットフォーム走行でＸドライブがおよそ２００の解像度を 形成するように設定される（２００：１のギア比）。 Ｘ走査は、走査ウィンドウ上で１インチ長アーク状にトランスデューサ４１２ を搬送するピボット・アーム４１４により実行される。Ｘドライブ・ディスク４ ４８周辺のピン４５４が、４５８で枢軸される走査アーム４１４内のスロット（ 図示せず）に系合する。ディスク４４８の回転に伴い、その円形動作は、アーム ４１４のトランスデューサ端でほとんど直線の動作に変更される。ディスク４４ ８の各全回転毎に２本のＸ走査ラインが生成される。Ｙ走査プラットフォームの 底面に実装された光学式エンコーダ（図示せず）は、プラットフォーム４１０を 通って突出するＸドライブ・ディスク軸４６０により駆動される。その信号を 使い、Ｘ走査が同期化される。Ｙ走査の始まり部は、プラットフォーム４１０に 実装の光センサ（図示せず）により合図される。 走査実行に当たっては、ユーザが、視覚インジケータ（図示せず）が完全伸長 を合図するまで、スプリング引張ハンドル４６４を適当な長さまで引き伸ばす。 次に、オペレータはハンドル４６４を離し、指を走査領域に設置する。その後、 すぐにソレノイド（図示せず）によりギアボックス４４４のロックが外され、走 査が開始される。 従って、ケーブル４３０、プーリ４３２、４３４、４３８、巻取りスプリング ４３６、複滑車４４０の配置では、支持手段４１０、保存エネルギーを支持手段 ４１０、それと共に直線経路に沿ったトランスデューサ手段に保存エネルギーを 制御転送するエネルギー保存手段４２６に操作結合された動作手段により構成さ れる。ラック４２０、ギア４４６、ディスク４４８、ピン４５４、アーム４１４ 内のスロットは、前記動作手段に駆動結合され、また動作手段の操作に応じて直 線経路と交差する経路に沿ってトランスデューサ手段を移動するトランスデュー サ手段４１２に駆動結合された動作変換手段を備えている。交差経路は弓形経路 であり、トランスデューサ４１２はこの弓形経路に沿って前後に移動される。 トランスデューサ４１２は、図２に示すプローブ内のトランスデューサ４３と 同じで良く、図２に示すのと同じ方法で指を支持するプラテンに密接して位置決 定される。 ここで記載する指走査用プローブ構成により、厳密に機械的手段を通し二次元 形状の走査が可能となる。例えば、図２に示す配置では、単一ライン走査が、Ｄ Ｃブラッシュレスモータ（或いは、同等の制限角度トルク・モータ）を使い単一 素子固定焦点トランスデューサを前後に振動させることにより実行される。単一 ラインの走査後、第２モータを使い第２移動軸に沿って全アセンブリが移動され 、よって第２走査ラインが排除される。トランスデューサの高速振動移動は、長 期の信頼性に関連し考慮すべき事項である。更に、この移動に関連しある量の可 聴騒音が発生する。従って、プローブのほとんど機械的な走査動作を固体プロー ブに転換することが極めて望ましい。 新しい走査構成を開発する上での第１ステップは、単一素子の固定焦点で調整 されたトランスデューサを線形配列のトランスデューサと入れ替えることである 。線形配列は、単一ラインの適切なサイズを持ち、一定間隔で配置されたトラン スデューサ素子であり、指の単一ライン撮像に利用可能である。この配列には、 配列軸に平行する軸でのどのような移動も避けるため、適当な間隔で十分な素子 を含んでも良い。１ライン全ての撮像後、次に指の第２ライン走査のため、線形 配列が第２移動軸に進められる。これは、図２に示すアクチュエータ４０と同じ リニア・アクチュエータにより達成される。この動作は、指全体の走査が完了す るまで繰り返される。このような構成の実施により、ＤＣブラッシュレスモータ に起因する高速振動移動が排除される利点が提供される。このこと一つでも、全 体的信頼性及びユーザの操作性に関して大きな改善である。当分野において、外 部素子に対して内部素子の励起を遅延することにより、音声ビームの形状があた かも焦点調整レンズを通過したかのようになることは良く知られている。この焦 点調整は一つの軸のみで実行されるため、第２軸内の個別素子のサイズが、必要 とする解像度を得るため十分小さくしなければならない。 固体プローブ方法の開発における第２のステップは、二次元フェーズドアレイ の利用である。二次元フェーズドアレイは、十分なサイズを有し密接に一定間隔 配置された素子と、どのような形態においても機械的動作を伴うことなく指全体 を走査するスペーシングのマトリクスである。これは、電子ビーム操縦により達 成される。当分野では、二次元フェーズドアレイからの超音波ビームが純粋に電 子的手段により表面上を掃引されることは良く知られている。各個別の素子は、 その隣接素子との位相関係が明確に定められ駆動される。これにより、出力が軸 を離れて偏向し、空間内の予定点に達することができる。第２の利点は、前記の ように、線形配列のための電子的焦点合わせの能力である。しかし、この場合、 焦点調整が両軸で実行され左右対称のスポット・サイズが提供される。 前記を示したのが図３４であり、密接に一定間隔で配置されたトランスデュー サ素子４８２のアレイ４８０が示されている。アレイ４８０は、線形配列、又は 二次元フェーズドアレイのどちらか一方を表している。走査中の組織、つまり指 が、図２のプローブ内のプラテン３０等のアレイ４８０に走査関連して適切な手 段により支持される。パルサ／受信器構成部品４８４が提供され、各トランスデ ューサ素子４８２に接続される。構成部品は、それぞれ高電圧ＤＣ電源装置４８ ６により電源供給される。各パルサ／受信器構成部品４８４は、アナログ式マル チプレクサ４８８に接続される。また、対応する複数のディジタル式プログラム 可能遅延構成部品４９０も提供され、それぞれがパルサ／受信器構成部品４８４ の対応する一つ用として各自接続されている。アナログ式マルチプレクサ４８８ の出力は、増幅器４９４を通しピーク検出器／アナログ・ディジタル変換器回路 ４９６に結合され、そこからの出力が８ビットのグレースケール情報信号となる 。タイミング制御回路５００は、マルチプレクサ４８８とプログラム可能遅延構 成部品４９０に接続される。 送信モードにおいて、アレイ４８０の各素子４８２が、周辺素子から少しずれ る時駆動される。素子に対して配列上直線にパルスを作動遅延（相変更）するこ とにより、結果的に送信された超音波信号が電子的に操縦可能となる。配列上に 球面時間遅延曲率を負荷することにより、所望の深さにおいてビームの収束と焦 点調整が可能となる。これら２つの方法を組み合わせれば、ビーム掃引とビーム 焦点調整の両方ができるようになる。これら技術の詳細は良く知られており、医 療用超音波スキャナ用として医学界ではよく使用されている。 受信モードでは、各パルサ／受信器４８４からの反射エコーが、アナログ式マ ルチプレクサ４８８に送られる。配列素子は、その送信方法と同じ様に、またそ れぞれが隣接素子と時間的にずらされて読み出される。高速アナログ式マルチプ レクサ４８８は、適当な時間に各配列素子を読み出すよう順次設置される。マル チプレクサ４８８の出力は更に増幅され、ピーク検出される。次に、各セルのピ ーク検出器４９６の結果が合算され、最終的８ビット値が提供される。 アナログ式マルチプレクサ４８８とプログラム可能遅延ライン４９０の実施は 、当分野では良く知られたものである。一般に、プログラム可能遅延ラインは、 ディジタル式カウンタＩＣを使い達成される。ユニーク値が各ＩＣにロードされ 、遅延生成のため０まで逆に数えられる。このような装置で一般に使われるＩＣ は、７４ＨＣｌ６１、７４ＨＣｌ６３、７４ＨＣｌ９１、７４ＨＣｌ９３等であ る。 アナログ式マルチプレクサ４８８は、容易に入手可能なＩＣを使っても実施さ れる。通常、十分なアナログ入力を得るため多数のＩＣが必要である。一般に利 用できるアナログ式マルチプレクサとしては、Ａｎａｌｏｇ・Ｄｅｖｉｃｅｓ社 （マサチューセッツ州ノーウッド）のＡＤＧ４０９が挙げられる。 前記トランスデューサ配列の方法、特に二次元フェーズドアレイの方法は、爪 の一端から他端まで指を走査するため、指が平面プラテン上で横から横に回転さ れる配置において採用可能である。これに代わり、静止して指を受け入れられる よう、図２７に示すプラテン３２０のような形状の曲線プラテンも設置可能であ る。曲線配列のトランスデューサ素子は、一方向、つまり弓形経路に沿って設置 でき、またプラテンの縦方向に沿って配列を移動できる手段も設置できる。更に 代わって、曲線プラテンの全表面上に、二次元フェーズドアレイのトランスデュ ーサ素子も設置できる。 従って、本発明ではその意図する目的が達成されるのは明らかである。本発明 の超音波走査及び撮像方法とその装置により、極めて高速の走査実行が可能とな り、非常に高い解像度を有する画像が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドレイクス、ラッセル・ジェイ アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14227、 チークトワガ、ペンウッド・ドライブ 35 (72)発明者 ゴジェビック、スティーブン・エム アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14207、 バッファロー、ロスウェル・アベニュー 89 (72)発明者 レスチンスキー、ニコラス・ジー アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14228、 アムハースト、ウィロー・レーン 93 (72)発明者 シュナイダー、マーク・シー アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14051、 イースト・アムハースト、ランブリング・ ロード 24 (72)発明者 ウォブシャール、ダロルド・シー アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14221、 ウィリアムズヴィル、ブラッサム・ヒース 25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表面を有する人、或いは動物組織を走査する出力超音波ビームを供給する超 音波撮像システムのプローブにおいて、 ａ） 前記人、或いは動物組織を撮像するために、前記人、或いは動物組織を 固定支持するように前記表面を規定する手段と、 ｂ） 出力超音波ビームを供給するトランスデューサ手段と、 ｃ） 前記超音波ビームを前記表面上で方向付けし、前記システムの解像度を 最大にするため出来るだけ前記ビームのその焦点におけるサイズを小さくするよ う、前記トランスデューサ手段を前記支持手段に密接して位置決定する手段と、 を具備することを特徴とするプローブ。 ２．前記表面を規定する手段が、撮像中の組織の音響インピーダンスにほぼ合致 する音響インピーダンスを有する材料のプラテン手段を具備することを特徴とす る請求項１記載のプローブ。 ３．前記表面を規定する手段が、撮像中の組織の音響インピーダンスにほぼ合致 する音響インピーダンスを有し、偏向、又は変形なく組織を支持するために十分 な機械的強度を有する材料本体からなるプラテン手段より構成され、前記本体が 、音響インピーダンスのマッチングを維持し、撮像中の組織に対する前記本体の 機械的結合を向上する材料によりその内部が被覆されることを特徴とする請求項 １記載のプローブ。 ４．前記位置決定手段が、 ａ）前記ビームを前記表面に沿って第１方向に向けるため、前記トランスデュ ーサ手段を移動する第１手段と、 ｂ）前記ビームを前記表面に沿って第２方向に向けるため、前記トランスデュ ーサ手段を移動する第２手段と、 を具備することを特徴とする請求項１記載のプローブ。 ５．前記第１手段が、前記トランスデューサ手段を前記表面に沿って弓形経路に おいて振動させるモータ手段を具備することを特徴とする請求項４記載のプロー ブ。 ６．前記第２手段が、前記トランスデューサ手段を前記表面に沿って直線経路に おいて移動させる動作手段を具備すること特徴とする請求項５記載のプローブ。 ７．前記動作手段には、前記弓形経路の半径に一致する前記直線経路に沿って前 記トランスデューサ手段を案内する手段を含むことを特徴とする請求項６記載の プローブ。 ８．前記モータ手段に操作接続され、前記モータ手段が提供する角回転量に関す る情報を提供するエンコーダ手段を更に含むことを特徴とする請求項５記載のプ ローブ。 ９． ａ）前記トランスデューサ手段と前記表面間に液体で満たされた領域を提供す る手段と、 ｂ）前記モータ手段と前記液体で満たされた領域を提供する前記手段間に振動 性の柔軟防液シーリングを提供する手段と、 を更に含むことを特徴とする請求項５記載のプローブ。 １０．表面を有する人、或いは動物組織を走査するため、出力超音波ビームを供 給する超音波撮像システム用プローブにおいて、 ａ）前記人、或いは動物組織を撮像するため、前記人、或いは動物組織を支持 するように前記表面を規定する手段と、 ｂ）出力超音波ビームを供給するトランスデューサ手段と、 ｃ）振動性出力運動を提供する出力軸を有するモータ手段と、 ｄ）前記軸の振動に応じ、前記出力超音波ビームが弓形経路において前記表面 に沿って向けられるよう、前記出力軸を前記トランスデューサ手段に結合させる 手段と、 ｅ）前記出力超音波ビームが、直線経路において前記表面に沿い、且つ前記弓 形経路に対して半径方向に向けられるよう、前記トランスデューサ手段を移動す る動作手段と、 を具備すること特徴とするプローブ。 １１．前記モータ手段の前記出力軸に操作結合され、前記動作手段が提供する角 回転量に関する情報を提供するエンコーダ手段を更に含むことを特徴とする請求 項１０記載のプローブ。 １２．前記エンコーダ手段が、前記モータ手段の前記出力軸の所定量の角回転毎 に出力パルスを提供する光学式エンコーダ手段を具備すること特徴とする請求項 １１記載のプローブ。 １３．前記光学式エンコーダ手段の角解像度と前記結合手段の寸法が、前記光学 式エンコーダ手段からの出力パルスが、前記超音波ビームの前記モータ手段の速 度と独立した前記弓形経路に沿っての所定移動量に対応するように関連付けられ ることを特徴とする請求項１２記載のプローブ。 １４． ａ）前記トランスデューサ手段と前記表面間に液体で満たされた領域を提供す る手段と、 ｂ）前記モータ手段での引きずりが最少となるよう、前記モータ手段の前記出 力軸と前記液体で満たされた領域を提供する手段間に振動性の柔軟防液シーリン グを提供する手段と、 を更に含むことを特徴とする請求項１０記載のプローブ。 １５．前記液体で満たされた領域を提供する手段は前記出力軸が通って伸びる開 口を有する壁を含み、前記シーリング提供手段が、前記壁と前記出力軸に取り付 けられることを特徴とする請求項１４記載のプローブ。 １６．前記シーリング提供手段が、両端部に開口部を有し、前記端部に隣接して 前記軸と前記壁に固着されるブラダーの形状であることを特徴とする請求項１５ 記載のプローブ。 １７．前記ブラダーが伸長可能であり、前記モータ手段上での引きずりが最少で ある制限回転振動性モータを提供するために、装着位置間で緩められるよう取り 付けられることを特徴とする請求項１６記載のプローブ。 １８．前記ブラダーが、比較的薄いラテックス材から成り、前記軸と前記壁に接 着固定されることを特徴とする請求項１６記載のプローブ。 １９．前記ビームを前記直線経路に向けるよう前記トランスデューサ手段を移動 させる前記手段に操作連結され、開始基準位置を確立するためのセンサ手段を更 に含むことを特徴とする請求項１０記載のプローブ。 ２０．表面を有する人、あるは動物組織の超音波撮像方法において、 ａ）反射信号を提供するため、表面の一定領域上で三次元で超音波走査を実行 するステップと、 ｂ）組織表皮の直底部からの反射信号の部分のみ伝達されるよう、前記反射信 号に高解像度範囲ゲートを加えるステップと、 を具備することを特徴とする超音波撮像方法。 ２１．前記超音波走査を実行するステップが、約３０ＭＨｚの周波数を有する超 音波エネルギーであることを特徴とする請求項２０記載の超音波撮像方法。 ２２．表面を有する人、或いは動物組織の超音波撮像方法において、 ａ）反射信号を提供するため、表面の一定領域上で三次元での超音波走査を実 行するステップと、 ｂ）組織表面下の所望位置から反射信号部分のみ伝達されるよう、前記反射信 号に高解像度範囲ゲートを加えるステップと、 を具備することを特徴とする超音波撮像方法。 ２３．請求項２２記載の超音波撮像方法であり、前記超音波走査を実行するステ ップが、約１５ＭＨｚの周波数を有する超音波エネルギーであることを特徴とす る超音波撮像方法。 ２４．超音波走査が、撮像のため散乱返却のみ受け取られるように実行されるこ とを特徴とする請求項２２記載の超音波撮像方法。 ２５．表面を有する人、或いは動物組織の超音波撮像方法において、 ａ）前記人、或いは動物組織を撮像するため、前記人、或いは動物組織を確実 に支持するように前記表面を定めるステップと、 ｂ）超音波エネルギーのビームを提供するステップと、 ｃ）前記超音波ビームを弓形経路に方向付けするステップと、 ｄ）前記超音波ビームを、前記表面に沿って直線経路に、且つ前記弓形経路に 対して半径方向に向けるステップと、 を具備することを特徴とする超音波撮像方法。 ２６．前記超音波ビームを弓形経路に方向付ける前記ステップの結果生じる走査 画像を線形化するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５記載の超音波 撮像方法。 ２７．前記線形化ステップは、超音波ビームのアーク運動を補填するため、撮像 内の各ピクセル位置を変更するステップを具備することを特徴とする請求項２６ 記載の超音波撮像方法。 ２８．前記線形化ステップは、 ａ）記憶されたデータ・ポイントの各列が画像のアークを表すように走査され たデータを記憶するステップと、 ｂ）走査されたアークの寸法上の画像帯域内の各ピクセルに対する新しい位置 を算出するステップと、 を具備することを特徴とする請求項２６記載の超音波撮像方法。 ２９．前記弓形経路に沿った表面走査の結果生じるデータ・ポイントに対するタ イミングを提供するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５記載の超音 波撮像方法。 ３０．前記タイミングは、前記弓形経路に沿って一定間隔で前記超音波ビームを 加圧することにより提供されることを特徴とする請求項２９記載の超音波撮像方 法。 ３１．表面を有する人、或いは動物組織を撮像するための超音波撮像システムに おいて、 ａ）前記人、或いは動物組織を撮像するために、前記人、或いは動物組織を確 実に支持するように前記表面を規定する手段と、前記支持手段に密接して位置決 定され、前記システムの解像度を最大にするため、焦点における出力超音波ビー ムのサイズを出来るだけ小さくするよう、前記表面に前記出力超音波ビームを供 給するトランスデューサ手段と、前記超音波ビームにより前記表面の二次元走査 ができるよう二方向に前記トランスデューサを移動させる動作手段とを含むプロ ーブ手段と、 ｂ）前記プローブ手段に操作接続され、前記表面の前記走査を提供する前記動 作手段を制御する走査制御装置手段と、 ｃ）前記プローブ手段に操作接続され、前記表面の前記走査に応じて生成され た信号を受け取り、前記信号を処理する信号プロセッサ手段と、 を具備する超音波撮像システム。 ３２．前記信号プロセッサ手段に接続され、前記信号の前記処理の結果生じるデ ータを記憶するデータ・バッファ手段が更に含まれる請求項３１記載の超音波撮 像システム。 ３３．前記走査制御装置手段は、 ａ）前記動作手段を制御する命令信号を提供するための手段と、 ｂ）前記動作手段からの位置情報を受け取る手段と、 ｃ）前記超音波撮像システムにタイミング及び制御信号を提供する手段と、 を具備することを特徴とする請求項３１記載の超音波撮像システム。 ３４．前記撮像超音波撮像システムが、前記プロセッサ手段が前記データ・バッ ファ手段からデータを読み出す速度とは独立に、比較的速い速度で前記表面を走 査できるよう、前記データ・バッファ手段に操作接続されたプロセッサ手段が更 に含まれることを特徴とする請求項３２記載の超音波撮像システム。 ３５．表面を有する人、或いは動物組織を走査するため、出力超音波ビームを供 給する超音波撮像システムのプローブにおいて、 ａ）前記人、或いは動物組織を撮像するために、前記人、或いは動物組織を支 持するように前記表面を規定する手段と、 ｂ）出力超音波ビームを供給するトランスデューサ手段と、 ｃ）前記トランスデューサ手段を支持する手段と、 ｄ）機械エネルギーを保存する手段と、 ｅ）操作上前記支持手段と前記エネルギー保存手段とに結合され、前記支持手 段と前記トランスデューサ手段を直線経路に沿って移動するため、前記保存エネ ルギーを前記支持手段に制御転送する動作手段と、 ｆ）前記動作手段に駆動結合され、前記トランスデューサ手段に駆動結合され 、前記動作手段の操作に応じて、前記直線経路に対して交差する経路に沿って前 記トランスデューサ手段を移動させる移動変換手段と、 を具備すること特徴とするプローブ。 ３６．前記移動変換手段には、前記線形経路と交差して伸びる弓形経路に沿って 、前記動作手段からの直線移動を前記トランスデューサ手段の振動移動に変換す る手段を含むことを特徴とする請求項３５記載のプローブ。 ３７．前記機械エネルギー保存手段が、スプリング手段と、前記スプリング手段 に操作結合され、前記スプリング手段をその中にエネルギーを保持するため引き 伸ばす引張手段とにより構成され、前記動作手段が、前記スプリング手段に操作 連結し、前記スプリング手段内に保持されたエネルギーの放出を制御するダンパ 手段と、前記スプリング手段に保持されたエネルギーの放出を前記支持手段の直 線運動に変換する力変換手段とを具備すること特徴とする請求項３５記載のプロ ーブ。 ３８．前記移動変換手段が、前記支持手段に対して固定されたラック手段と、前 記支持手段の直線移動の際にピニオンが回転されるよう、前記支持手段に搬送さ れるピニオン手段とを具備すること特徴とする請求項３５記載のプローブ。 ３９．前記支持手段の前記直線経路と交差して伸びる弓形経路に沿って、前記ピ ニオン手段の回転運動を前記トランスデューサ手段の振動運動に変換する手段を 更に含むことを特徴とする請求項３８記載のプローブ。 ４０．表面を有する人、或いは動物組織を操作するため、超音波ビームを提供す る超音波撮像システムのプローブにおいて、 ａ）前記人、或いは動物組織を撮像するために、前記人、或いは動物組織を支 持するように前記表面を規定する手段と、 ｂ）それぞれが出力超音波ビームを供給する、複数のトランスデューサ手段と 、 ｃ）トランスデューサ経路に沿って一定間隔で配置された前記トランスデュー サ手段を支持する手段と、 ｄ）前記支持手段に操作接続され、前記トランスデューサ経路が第１走査経路 と共に記録され、前記複数のトランスデューサ手段からの各超音波ビームが、走 査された部分の合計が前記走査経路の全長と等しくなるように前記第１走査経路 の一部に沿って方向付けられるよう、前記トランスデューサ手段を前記表面に沿 った前記１走査経路に沿って移動させる第１動作手段と、 ｅ）前記複数のトランスデューサ手段を前記表面に沿った第２走査経路に沿っ て移動させる第２動作手段と、 を具備すること特徴とするプローブ。 ４１．前記複数のトランスデューサ手段が、前記トランスデューサ経路に沿って 等しく一定間隔で配置されることを特徴とする請求項４０に記載のプローブ。 ４２．前記超音波ビームがそれに沿って方向付けされる前記第１走査経路の部分 が等しく、その合計が前記第１走査経路の全長に等しくなることを特徴とする請 求項４０記載のプローブ。 ４３．前記トランスデューサ経路と前記第１走査経路が弓形であり、共通の半径 を有することを特徴とする請求項４０記載のプローブ。 ４４．前記第１動作手段により、前記トランスデューサ経路と前記第１走査経路 の共通半径に位置する軸周辺に振動運動が生成されることを特徴とする請求項４ ３記載のプローブ。 ４５．前記第２動作手段が、前記弓形経路に対して半径方向に直線運動させるこ とを特徴とする請求項４３記載のプローブ。 ４６．生物測定識別ことを特徴とする超音波撮像システムにおいて、 ａ）表面を有する人、或いは動物組織を撮像するための超音波撮像システムに おいて、超音波撮像システムが、前記人、或いは動物組織を撮像するために、前 記人、或いは動物組織を支持するように前記表面を規定する手段と、前記支持手 段に密接に位置決定され、前記超汗波撮像システムの解像度を最大にするため焦 点におけるビームのサイズが出来る限り小さくなるよう、前記表面上に向けて出 力超音波ビームを供給するトランスデューサ手段と、前記超音波ビームにより前 記表面の二次元走査ができるように、前記トランスデューサ手段を二方向に移動 させる動作手段、とを含むプローブ手段により構成され、前記超音波撮像システ ムが、前記プローブ手段に操作接続され、前記表面の前記走査を提供する前記動 作手段を制御する走査制御装置手段と、前記プローブ手段に操作接続され、前記 表面の前記走査に応じて生成された信号を受け取り、前記信号を処理し出力する 信号プロセッサ手段、とを更に具備し、 ｂ）前に記憶された画像のデータベースを記憶する手段と、 ｃ）前記データベース記憶手段と前記プロセッサ手段の出力に結合された入力 を有し、前記超音波撮像システムからの走査画像を前記データベース記憶手段内 の前に記憶された画像と比較し、一致するかどうか判定することを特徴とするシ ステム・プロセッサ手段と、 を具備する生物測定識別システム。 ４７．前記システム・プロセッサ手段が、前記データ・バッファ手段からデータ を読み出す速度と独立に、比較的高速に前記表面を走査できるように、前記信号 プロセッサ手段の出力と前記生物測定識別システム・プロセッサ間に接続される データ・バッファ手段が更に含まれることを特徴とする請求項４６記載の生物測 定識別システム。 ４８．別の超音波撮像システム、データベース記憶手段、システム・プロセッサ 手段が、前記第１命名のシステム・プロセッサ手段と前記別のシステム・プロセ ッサ手段とを接続するローカル・エリア・ネットワーク手段と共に組み合わせて 使用されることを特徴とする請求項４６記載の生物測定識別システム。 ４９．前記超音波撮像システムと前記システム・プロセッサ手段間に無線通信リ ンクを提供する手段が更に含まれることを特徴とする請求項４６記載の生物測定 識別システム。 ５０． ａ）人、或いは動物組織を撮像し、走査された生物測定画像を表す出力信号を 提供する超音波撮像システムと、 ｂ）記録された生物測定画像を含む記憶手段を有し、携帯できるよう十分その サイズが小さく、軽い記録部材と、 ｃ）前記走査画像と記録画像間でマッチングが存在するかどうか判定するため 、前記生物測定識別システムからの出力信号を受け取る第１入力と、前記記録画 像の信号表示を受け取る第２入力を有するプロセッサ手段と、 を具備することを特徴とする生物測定検証システム。 ５１．前記記録部材と前記プロセッサ手段が物理的に別個であることを特徴とす る請求項５０記載の生物測定検証システム。 ５２．前記記録部材と前記プロセッサ手段が物理的に一体であることを特徴とす る請求項５０記載の生物測定検証システム。 ５３．前記生物測定識別システムが、 ａ）前記人、或いは動物組織を撮像するために、前記人、或いは動物組織を支 持するように表面を規定する手段と、前記支持手段に密接に位置決定され、前記 生物測定識別システムの解像度を最大にするため焦点でのビームのサイズが出来 る限り小さくなるよう、前記表面上に向けて出力超音波ビームを供給するトラン スデューサ手段と、前記超音波ビームにより前記表面の二次元走査ができるよう 、前記トランスデューサ手段を二方向に移動させる動作手段とを含むプローブ手 段と、 ｂ）前記プローブ手段に操作接続され、前記表面の前記走査を提供するために 、前記動作手段を制御する走査制御装置手段と、 ｃ）前記プローブ手段に操作接続され、前記表面の前記走査に応じて生成され た信号を受取り、前記信号を処理し出力する信号プロセッサ手段と、 を具備することを特徴とする請求項５０記載の生物測定検証システム。 ５４．前記プロセッサ手段、前記生物測定識別システム、前記記録部材間に無線 通信リンクを提供する手段を更に含むことを特徴とする請求項５０記載の生物測 定検証システム。 ５５．対称とする指を走査するための出力超音波ビームを供給する超音波撮像シ ステムのプローブにおいて、 ａ）爪の一端から他端まで走査するため、縦軸を有し、指の縦軸と実質的に平 行な前記縦軸で指を支持する曲線支持手段と、 ｂ）出力超音波ビームを供給するトランスデューサ手段と、 ｃ）前記超音波ビームが、指爪の一端から他端までの経路に沿って方向付けさ れるよう、前記支持手段の前記縦軸付近で実質的に半径方向の第１経路に沿って 前記トランスデューサ手段を移動する手段と、 ｄ）前記超音波ビームが指の縦軸に実質的に平行な経路に沿って向けられるよ う、前記支持手段の縦軸にほぼ平行な第２経路に沿って前記トランスデューサ手 段を移動する手段と、 を具備すること特徴とするプローブ。 ５６．前記支持手段が実質的に断面半円筒形であり、前記第１経路が、約１８０ 度のアーク長を有する弓形経路であることを特徴とする請求項５５記載のプロー ブ。 ５７．前記超音波ビームを指上に方向付けし、前記超音波撮像システムの解像度 を最大にするため、その焦点における前記ビームのサイズを出来る限り小さくす るように、前記トランスデューサ手段を前記支持手段に密接して位置決定する手 段を更に含むことを特徴とする請求項５５記載のプローブ。 ５８．前記支持手段が、指に当接する改良された曲面と、指爪の端と近い記録の 縦に伸びる端を有することを特徴とする請求項５５記載のプローブ。 ５９．前記トランスデューサ手段が、前記支持手段の縦軸に沿った方向に一定間 隔で配置された複数のトランスデューサを具備すること特徴とする請求項５５記 載のプローブ。 ６０．表面を有する人、或いは動物組織を撮像するための超音波撮像システムに おいて、 ａ）それぞれが出力超音波ビームを供給する複数のトランスデューサ素子より 構成され、前記トランスデューサ素子がアレイ内に配置されたトランスデューサ 手段と、 ｂ）前記トランスデューサ素子の表面が前記トランスデューサ素子アレイから の超音波ビームにより走査できるよう、前記人、或いは動物組織を支持する手段 と、 ｃ）前記トランスデューサ素子を加圧し、表面走査に応じて生成される信号を 受け取る手段と、 を具備することを特徴とする超音波撮像システム。 ６１．前記加圧受信手段が、 ａ）各前記トランスデューサ素子に操作接続され、前記トランスデューサ素子 を加圧し、反射エコー信号を受け取るパルサ／受信器手段と、 ｂ）前記パルサ／受信器手段に操作接続され、各前記パルサ／受信器手段から 受け取った信号を読み出すマルチプレクサ手段と、 を具備することを特徴とする請求項６０記載の超音波撮像システム。 ６２．前記マルチプレクサ手段に操作接続され、画像情報を含む信号を提供する ピーク検出器手段を更に含むことを特徴とする請求項６１記載の超音波撮像シス テム。 ６３．前記トランスデューサ素子アレイが、表面に対しての第１方向に伸びるリ ニアアレイにより構成され、前記第１方向に対してほぼ垂直の第２方向に前記ア レイを移動する手段が更に含まれることを特徴とする請求項６０記載の超音波撮 像システム。 ６４．前記トランスデューサ素子アレイが、走査される表面の領域上に伸びる二 次元アレイにより構成され、前記トランスデューサ素子アレイからの超音波ビー ムを電子的に操縦する手段を更に含むことを特徴とする請求項６０記載の超音波 撮像システム。 ６５．前記トランスデューサ素子アレイが、走査される表面領域上に伸びる二次 元アレイにより構成され、 前記加圧受信手段が、 ａ）前記トランスデューサ素子の対応する素子に操作接続され、前記トランス デューサ素子の対応する素子を加圧し、反射エコー信号を受取る、各トランスデ ユーサ素子に対して一個の複数のパルサ／受信器手段と、 ｂ）前記パルサ／受信器手段の対応する手段に操作接続され、前記トランスデ ューサ素子からの超音波ビームを掃引したり、操縦したりするように、前記トラ ンスデューサ素子の加圧を差動遅延する各トランスデューサ素子に対して一本の 複数のプログラム可能遅延ラインと、 を具備することを特徴とする請求項６０記載の超音波撮像システム。 ６６． ａ）前記パルサ／受信器手段に操作接続され、各前記パルサ／受信器手段から 受信した信号を読み出すマルチプレクサ手段と、 ｂ）前記マルチプレクサ手段と前記プログラム可能遅延ラインに操作接続され 、前記マルチプレクサ手段と前記プログラム可能遅延ラインにタイミング、制御 信号を提供するタイミング制御手段と、 ｃ）前記マルチプレクサ手段に操作接続され、画像情報を含む信号を生成する ため、前記マルチプレクサ手段の出力をピーク検出するピーク検出手段と、 を更に含むことを特徴とする請求項６５記載の超音波撮像システム。 ６７．表面を有する人、或いは動物組織を撮像するための超音波撮像方法におい て、 ａ）配列内に配置され、それぞれが出力超音波ビームを供給する複数の超音波 トランスデューサ素子を提供するステップと、 ｂ）その表面が、前記トランスデューサ配列からの超音波ビームにより走査で きるよう、前記人、或いは動物組織を確実に支持するステップと、 ｃ）前記トランスデューサ素子を加圧するステップと、 ｄ）表面の走査に応じ生成される信号と受け取るステップと、 を具備することを特徴とする超音波撮像方法。 ６８．受信した信号を処理し、画像情報を提供するステップを更に含むことを特 徴とする請求項６７記載の超音波撮像方法。 ６９． ａ）第１方向で前記表面を走査するため、前記トランスデューサ素子を線形配 列に配置するステップと、 ｂ）前記第１方向にほぼ垂直の第２方向に前記トランスデューサ素子アレイを 移動するステップと、 を含むことを特徴とする請求項６７記載の超音波撮像方法。 ７０．前記トランスデューサからの超音波ビームが電子的に操縦できるように、 アレイ上において適当な方法で前記トランスデューサ素子の加圧を差動遅延する ステップを更に含むことを特徴とする請求項６９記載の超音波撮像方法。 ７１．超音波ビームの収束及び焦点調整ができるよう、トランスデューサ素子の 加圧中にアレイ上に球面時間遅延曲率を負荷するステップを更に含むことを特徴 とする請求項６９記載の超音波撮像方法。 ７２． ａ）アレイ上において、適当な方法で前記トランスデューサ素子の加圧を差動 遅延するステップと、 ｂ）トランスデューサ素子の加圧中にアレイ上に球面時間遅延曲率を負荷する ステップと、 ｃ）表面走査中に前記トランスデューサ素子からの超音波ビームが掃引され、 焦点調整されるようにするステップと、 を更に含むことを特徴とする請求項６９記載の超音波撮像方法。 ７３．走査される表面の領域上に伸びる二次元アレイに前記トランスデューサ素 子アレイを配置するステップが含まれることを特徴とする請求項６７記載の超音 波撮像方法。 ７４．前記トランスデューサからの超音波素子が電気的に操縦できるよう、アレ イ上において適当な方法で前記トランスデューサ素子の加圧を差動遅延するステ ップを更に含むことを特徴とする請求項７３記載の超音波撮像方法。 ７５．超音波ビームの収束及び焦点調整ができるよう、トランスデューサ素子の 加圧中に、アレイ上に球面時間遅延曲率を負荷するステップが更に含まれること を特徴とする請求項７３記載の超音波撮像方法。 ７６． ａ）アレイ上において適当な方法で前記トランスデューサ素子の加圧を差動遅 延するステップと、 ｂ）トランスデューサ素子の加圧中にアレイ上に球面時間遅延曲率を負荷する ステップと、 ｃ）表面の走査中に、前記トランスデューサ素子からの超音波ビームが掃引、 焦点調整されるようにするためのステップと、 を更に含むことを特徴とする請求項７３記載の超音波撮像方法。 ７７．前記人、或いは動物組織を支持する前記ステップが、指が爪の一端から他 端まで走査されるよう、対象となる指を平面プラテン上で横側から横側に回転さ せるステップを更に具備することを特徴とする請求項６７記載の超音波撮像方法 。 ７８．前記人、或いは動物組織を支持する前記ステップが、対象となる指を曲線 プラテンに設置するステップにより構成され、前記トランスデューサ素子アレイ が、プラテン曲部に沿って一方向に配置され、指が爪の一端から他端まで走査さ れるよう、プラテンの縦軸に沿って別の方向に移動されることを特徴とする請求 項６７記載の超音波撮像方法。 ７９．前記人、或いは動物組織を支持する前記ステップが、対象となる指を曲線 プラテンに設置するステップにより構成され、指が爪の一端から他端まで走査さ れるよう、前記トランスデューサ素子アレイが、プラテン表面上で二次元に配置 されることを特徴とする請求項６７記載の超音波撮像方法。