Brevet FR2569513A1 — publié le 19860228

SONDE D'ECHOGRAPHIE A LENTILLE DE FOCALISATION DE COURBURE REGLABLE PAR VARIATION DU VOLUME DU LIQUIDE DE COUPLAGE DANS LAQUELLE ELLE EST IMMERGEE. Dans la demande de brevet français No 84 05296 dépose par la Demanderesse le 4 Avril 1984 pour : "Sonde d'échographie à disque piézoélectrique oscillant solidaire d'une membrane déformable formant lentille de focalisation", on a décrit une sonde à disque piézoélectrique oscillant, dans laquelle une membrane déformable délimite, avec ce disque, une chambre fermée contenant un liquide auxiliaire d'indice de réfraction, pour les ondes acoustiques, different de celui du liquide de couplage avec l'objet examiné. Le disque est logé dans une partie terminale du boitier allongé de la sonde, partie terminale delimitée par une membrane transparente aux ultrasons et contenant le liquide de couplage. La chambre est reliée à un soufflet fixe contenant le liquide auxiliaire par une canalisation souple qui permet l'oscilla- tion.En comprimant plus ou moins le soufflet, on modifie la courbure de la lentille de focalisation constituée par la chambre et le liquide auxiliaire. Un tel dispositif permet de régler la focalisation du faisceau ultrasonore émis par la sonde, en vue d'effectuer une mise au point précise dans la zone d'examen dans ses applications à l'échographie. I1 n'est pas applicable aux sondes à élément piézoélectrique rotatif et, même pour les sondes à disque oscillant, la canalisation souple n'est pas toujours fiable. L'invention propose de s'affranchir de cette limitation et de cet inconvénient au moyen d'un dispositif principalement caractérisé en ce que la membrane de la chambre auxiliaire est directement déformée par variation de la pression exercée sur elle par le liquide de couplage, ladite variation étant obtenue en faisant varier le volume du liquide de couplage à l'intérieur du bottier. Dans un mode de réalisation préféré, ladite chambre auxiliaire, fixée à la face active de l'élément piézoélectrique, communique avec un réservoir de volume variable délimité par la face opposée et par une membrane déformable qui sépare ledit réservoir d'une cavité remplie de gaz. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma de principe d'une sonde conforme à un mode d'exécution préféré de l'inven tion La figure 2 est le schéma de principe d'un dispositif de compensation des variations de pression à l'inté rieur du bottier en fonction de la température ; La figure 3 illustre une première forme d'exécution du dispositif de la figure 2, dont Les figures 4 et 5 illustrent une variante. A la figure 1, on a représenté un élément piézoélectrique désigné dans son ensemble par le numéro de référence 1 et entraîné en rotation autour d'un axe XX' par des moyens non représentés, à l'intérieur d'un bottier allongé 2, dans une portion terminale de celui-ci délimitée par une membrane rigide 21 constituant une fenêtre transparente aux ultrasons. Le bottier contient un liquide de couplage. L'élément 1 comprend un cristal piézoélectrique 10 muni sur sa face avant d'une membrane déformable 11 qui délimite, avec ladite face, une chambre 12 contenant un liquide auxiliaire d'indice de réfraction différent de celui du liquide de couplage vis-à-vis des ultrasons. Sur sa face arrière, le cristal 10 est muni d'un élément 13 amortisseur des ondes acoustiques et est fixé à une cavité à paroi rigide 14 à l'intérieur de laquelle une membrane souple 15 délimite, avec l'amortisseur 13, une chambre 16 contenant également le liquide auxiliaire et communiquant avec la chambre 12 par un conduit 17 qui traverse le cristal et l'amortisseur. L'espace compris entre la membrane 15 et la paroi rigide 14 est rempli d'air ou d'un gaz approprié. La pression du liquide de couplage à l'intérieur du bottier 21 peut être réglée au moyen d'un dispositif 3 par exemple conforme à celui qui est décrit dans la demande de brevet français susvisée. Il comporte un soufflet 30 contenant le -liquide de couplage et que l'on comprime au moyen d'un pointeau 31. Le soufflet est évidemment ici relié par un simple orifice 32 au bottier 2. Lorsqu'on augmente la pression du liquide de couplage, la membrane 11 refoule le liquide auxiliaire dans la chambre 16, ce qui déforme la membrane 15 et comprime le gaz contenu dans la cavité 14, jusqu a égalité des pressions dans ladite cavité et le bottier 2. On règle ainsi la déformation de la membrane 11, donc la distance focale de la lentille qui porte la face avant du cristal. Il suffit que l'ensemble 1 et la membrane 21 aient une forme de révolution autour de l'axe XX' pour que la rotation de l'ensemble 1 ne modifie pas le point de focalisation du faisceau ultrasonore. L'ensemble 1 n'a ainsi pas besoin d'entre relié par une connexion hydraulique et son mouvement peut être quelconque (rotation ou oscillation par exemple). A la figure 2, on a illustré le principe d'un dispositif de compensation de l'effet, sur la focale de la lentille, de la dilatation thermique du liquide de couplage. Ce dispositif comprend une cavité auxiliaire 40 montée à l'intérieur du boitier 2, en contact thermique étroit avec le liquide de couplage. Cette cavité est remplie d'un liquide à fort coefficient de dilatation et communique, par un tube 41, avec un cylindre 42 fixé à l'extérieur du boitier 2 et communiquant avec celui-ci par un orifice 420. Dans le cylindre 42 se déplace un piston 43 dont la tige 44 pénètre à l'intérieur du tube 41. Cette tige forme elle-même piston et est refoulée par la dilatation du liquide auxiliaire contenu dans la cavité 40, ce qui a pour effet, en augmentant le volume correspondant à la face du piston 43 située du côté de l'orifice 420, d'aspirer du liquide du boitier principal. Pour compenser l'augmentation de pression due à la dilatation, on peut montrer qu'il suffit de réaliser S2/S1 = V2/V1 x (K2/K1) V1 et V2 étant les volumes respectifs de liquide de couplage et de liquide auxiliaire, K1 et K2 leurs coefficients de dilatation thermique, S1 et S2 les surfaces utiles des pistons 43 et 44. Si l'on prend K1 = K2, le rapport des surfaces devra être égal au rapport des volumes. Plusieurs formes d'exécution d'un dispositif de compensation basé sur le principe illustré par la figure 2 peuvent être imaginées par l'homme du métier. Pour éliminer les problèmes de fuite, on pourra remplacer les pistons mobiles par des surfaces déformables. Dans la forme d'exécution de la figure 3, la cavité auxiliaire 40 est munie d'une petite ouverture circulaire 401 obturée par une bille 402 retenue, en partie à l'extérieur de la paroi 2 du boitier, en partie dans une ouverture pratiquée dans ladite paroi, par une membrane souple 403 Cette membrane souple est fixée sur la face intérieure de la paroi 2 et sur la face extérieure d'une portion mobile 20 de la paroi 2. La bille 402 est en appui sur un levier 45 articulé à une extrémité 450 sur la face extérieure de la paroi 2 et poussé vers la portion mobile 20 à son autre extrémité par un ressort 451 dont l'extrémité opposée est fixée à une pièce 452 solidaire de la paroi 2. Une pastille élastique 453 est fixée à l'extrémité du levier poussée par le ressort et à la portion 20, étant interposée entre celle-ci et ladite extrémité.La membrane 403 réalise évidemment l'étanchéité entre la portion 20 et la paroi 2, tout en autorisant un certain déplacement de la portion 20, entraînant une variation du volume interne du boîtier. Lorsque la température s'élève, la bille 402 est poussée vers l'extérieur et déplace le levier comprenant le ressort, avec déplacement de la portion 20 dans un sens qui augmente le volume interne du boitier. Cet effet compensateur de la dilatation du liquide de couplage est multiplié par le rapport des surfaces entre la portion 20 et l'ouverture 401 et par le rapport de multiplication du levier. L'effet compensateur peut être ajusté avec précision en déplaçant le point d'articulation 450. Aux figures 4 et 5, on a représenté une variante d'exécution très simple du dispositif de compensation, dans laquelle la cavité auxiliaire 40 contenant le liquide de compensation, est fixée sur la face interne de la paroi 2 du boîtier, sur l'une de ses parois par un soufflet 404 qui délimite, avec ladite face interne, une chambre remplie d'air communiquant avec l'extérieur par un orifice 4040. La paroi opposée de la cavité 40 est traversée par un piston coulissant 405 (repré senté à échelle plus grande et de manière plus précise à la figure 5) dont l'extrémité opposée à celle qui pénètre dans la cavité 40 est fixée sur une pièce rigide 406 solidaire de la face interne de la paroi 2. Tout changement de température entraine, par variation du volume du liquide de compensation, un déplacement relatif entre le piston et la paroi correspondante de la cavité auxiliaire, donc, le piston étant fixe par rapport à la paroi 2, un déplacement de la cavité 40 par rapport à cette paroi 2. Le volume interne du bottier non occupé par la cavité 40 et le soufflet 404 varie en conséquence. C'est le rapport des surfaces entre le piston et la paroi correspondante de la cavité qui détermine la variation de volume. A la figure 5, on voit que, dans une forme d'exécution pratique, le piston coulisse dans un orifice 4070 formé dans la paroi 407 de la cavité 40 et que son extrémité opposée à celle qui pénètre dans la cavité est fixée par une tige 4050 à la pièce 406. Une gaine élastique 4051 entoure ladite extrémité et est fixée, d'une part, à la tige 4050, d'autre part, à la face externe de la paroi 407. Cette membrane assure l'étanchéité et son extension vers la droite de la figure sous la poussée du liquide de compensation entrain le déplacement de la paroi 407 vers la droite. Une gaine rigide 4052, fixée à la paroi 407, entoure la gaine élastique 4051 et l'empêche de se gonfler, ce qui supprimerait le déplacement de la paroi 407. I1 va de soi que diverses modifications et variantes pourront être imaginées par l'homme du métier, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Revendications de brevet 1. Sonde d'échographie comportant un transducteur composé d'un boitier (2) contenant un liquide de couplage et muni d'une fenêtre (21) de passage d'un faisceau ultrasonore, dans lequel est immergé un élément piézoélectrique (10) à la face active duquel est solidarisée une membrane déformable (11) de façon à constituer avec lui une chambre (12) contenant un liquide d'indice de réfraction pour les ondes acoustiques différent de celui du liquide de couplage, et des moyens de déformer ladite membrane (il) pour régler la focalisation dudit faisceau, caractérisée en ce que la membrane (il) de la chambre auxiliaire (12) est directement déformée par variation de la pression exercée sur elle par le liquide de couplage, ladite variation étant obtenue en faisant varier (moyens 30-31) le volume du liquide de couplage à l'intérieur du bottier (2). 2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite chambre auxiliaire (12), fixée à la face active de l'élément piézoélectrique, communique avec un réservoir de volume variable (16) délimité par la face opposée et par une membrane déformable (15) qui sépare ledit réservoir d'une cavité (14) remplie de gaz. 3. Sonde selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par une cavité auxiliaire (40) placée en contact thermique étroit avec le liquide de couplage et remplie d'un liquide de compensation thermique et par des moyens (43-44) de convertir la variation de volume du liquide de compensation thermique en fonction de la température du liquide de couplage en variation de pression de signe contraire à l'intérieur du boitier. 4. Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens convertissent la variation de volume du liquide de compensation en variation de signe contraire du volume de liquide de couplage contenu dans le bottier. 5. Sonde selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de conversion comportent un cylindre (42) dont une chambre est en communication (en 420) avec l'intérieur du bottier (2), dans laquelle se meut un premier piston (43) lui-même actionné par un second piston (44) de section plus réduite, sur lequel est appliquée la poussée du liquide de compensation. 6. Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens convertissent la variation de volume du liquide de compensation en variation de même signe du volume intérieur du boitier occupé par le liquide de couplage. 7. Sonde selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de conversion comportent une portion mobile (20) de la paroi du boîtier (2) reliée de manière élastique et etanche (membrane 403) au reste de la paroi et des moyens (402, 45, 453) de transformer la variation de volume dù liquide de compensation en déplacement de ladite portion (20) de paroi. 8. Sonde selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de conversion comportent un soufflet (404) reliant une face de la cavité auxiliaire (40) à une paroi du bottier (2) et en communication (en 4040) avec l'air extérieur, un piston (405) qui pénètre à une extrémité dans un orifice (4070) ménagé dans la face opposée (407) de la cavité auxiliaire et dont l'autre extrémité est fixe par rapport au bottier. 9. Sonde selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite extrémité fixe du piston (405) est entourée d'une gaine élastique (4051) agencée de façon telle que sa déformation par la poussée du liquide de compensation ait pour effet d'entraîner le déplacement d'une portion de sa surface fixée à ladite face opposée (407).