Brevet FR2596269A1 — publié le 19871002

- 1 "ECHOGRAPHE ULTRASONORE APODISE A BARRETTE LINEAIRE DE TRANSDUCTEURS PIEZOELECTRIQUES ET PROCEDE DE REALISATION D'UNE TELLE BARRETTE'. La présente invention concerne un échographe ultrasonore comportant une barrette linéaire de transducteurs piézoélectriques élémentaires disposés, parallèlement à une direction y, le long d'une direction x perpendiculaire à la direction y, lesdits transducteurs piézoélectriques élémentaires étant polarisés de façon que le diagramme de directivité de la barrette présente des lobes secondaires atténués. L'invention est notamment destinée à être utilisée dans des dispositifs d'émission-réception ultrasonore 10 pour examen échographique de tissus biologiques. Une barrette linéaire du type de celle mentionnée dans le préambule est connue du brevet britannique 2 114 857. Ce document divulgue en effet une barrette de transducteurs piézoélectriques dont la polarisation n'est pas 15 uniforme mais présente des variations en fonction de la position afin de fournir un diagramme de directivité dénué des lobes latéraux de diffraction que produit nécessairement une polarisation uniforme. Cependant le brevet britannique cité ne tient pas compte du fait que beaucoup d'échographes ultraso20 nores connus comportent également une lentille mécanique cylindrique en élastomère, par exemple, assurant la focalisation du rayonnement ultrasonore dans le plan yOz (0 et z étant respectivement le centre et la normale à la barrette); la focalisation dans le plan xOz étant obtenue de façon électronique en utilisant des groupes de transducteurs dont les signaux électriques d'émission et de réception subissent des décalages temporels dans des lignes à retard. Or, la présence d'une lentille mécanique, plan-convexe ou plan-concave, dans ces dispositifs introduit obligatoirement 30 -2 des maxima secondaires de directivité du fait même de l'absorption inhomogène de la lentille dans la direction y. C'est le but de l'invention de remédier à cet inconvénient en proposant un échographe ultrasonore dont la 05 barette de transducteurs compenserait les lobes secondaires parasites produits par la lentille mécanique. En effet, selon la présente invention, un échographe ultrasonore comportant une barrette de transducteurs piézoélectriques élémentaires disposés, parallèlement à une direction y, le long d'une direction x perpendiculaire à la direction y, lesdits transducteurs piézoélectriques élémentaires étant polarisés de façon que le diagramme de directivité de la barrette présente des lobes secondaires atténués, est notamment remarquable en ce que, 15 l'échographe ultrasonore comportant également une lentille acoustique cylindrique, accolée à ladite barrette, et dont les génératrices sont parallèles à la direction x, chaque transducteur piézoélectrique élémentaire présente, le long de la direction y, un profil de polarisation prenant en compte 20 l'effet d'antiapodisation dû à l'absorption inhomogène de ladite lentille dans la direction y. Ainsi, s'agissant par exemple d'une lentille plan-convexe dont l'absorption est plus grande au centre que sur les bords, on donnera aux transducteurs piézoélectriques 25 élémentaires un profil de polarisation tel que le coefficient de couplage électromécanique desdits transducteurs soit, relativement, plus grand au centre qu'aux bords. Aussi, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, il est prévu que ledit profil de 30 polarisation est constitué d'une courbe gaussienne tronquée, divisée par la courbe de transmission inhomogène de la lentille acoustique dans la direction y. On sait, en effet, qu'un profil gaussien, même tronqué à 30%' par exemple, du coefficient de couplage électromécanique conduit à un 35 -3 diagramme de directivité pratiquement exempt de lobes secondaires. Afin de restituer ce profil à la sortie de la lentille, l'invention tient compte de la transmission inhomogène de ladite lentille au niveau du profil de polarisation donné aux 05 transducteurs piézoélectriques élémentaires. Le brevet britannique 2 114 857 décrit également un procédé de réalisation de transducteurs piézoélectriques présentant un profil de polarisation non uniforme. Selon ce procédé connu, les transducteurs piézoélectriques sont polarisés 10 sélectivement, la polarisation étant, par exemple, plus intense au centre que sur les bords desdits transducteurs. Cependant, la Demanderesse a observé que ce procédé présentait l'inconvénient de nécessiter le contrôle de deux grandeurs physiques, à savoir la température et le champ électrique, le 15 contrôle de la température s'effectuant au voisinage de la température de Curie du matériau et le contrôle du champ électrique s'effectuant au voisinage du champ coercitif (Physical Acoustics, Mason, Vol.I, part I, chap. 3, p 199, Academic Press, 1964). Par contre, la dépolarisation partielle 20 ou totale d'une piézocéramique peut s'obtenir aisément à température ambiante par une simple application d'un champ électrique de sens opposé au champ initial de polarisation (Piézoelectric Ceramics, Section 2.4, p. 16, Mullard Limited, 1974). La mesure de l'état de polarisation partielle résultant 25 peut s'effectuer par mesure de la capacité basse fréquence ou par mesure de l'impédance électrique en fonction de la fréquence au voisinage de la résonance piézoélectrique ou encore par mesure d'une caractéristique d'amplitude (amplitude crête à crête, amplitude de la première arche, etc...) d'un 30 signal ultrasonore engendré par le transducteur en état de dépolarisation partielle. C'est pourquoi il est prévu que le profil de polarisation des transducteurs élémentaires, ainsi adapté à la lentille, peut être réalisé par dépolarisation partielle d'une 35 barrette linéaire déjà polarisée. Dans ce cas, un procédé de - 4 réalisation d'une barrette linéaire pour un échographe ultrasonore selon l'invention est notamment remarquable en ce que, ladite barrette étant obtenue à partir d'une plaquette piézoélectrique recouverte sur une première et une deuxième 05 faces d'un dépôt métallique et préalablement polarisée, on réalise par rainurage de la première face p électrodes parallèles à la direction x de la barrette, et en ce qu'on applique successivement entre chacune des p électrodes et la deuxième face de la plaquette un champ électrique opposé au 10 champ initial de polarisation de' façon à dépolariser de manière connue le volume de matériau piézoélectrique compris entre ladite électrode et la deuxième face, et en ce qu'ensuite, on rétablit la métallisation sur toute la première face, puis qu'on réalise les transducteurs piézoélectriques 15 élémentaires par sciage de la plaquette dans la direction y. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective d'un échographe ultrasonore comportant -une barrette linéaire de transducteurs piézoélectriques élémentaires et une lentille acoustique cylindrique. La figure 2 montre la courbe de transmission d'une 25 lentille acoustique plan-convexe. La figure 3a donne la répartition du rayonnement ultrasonore, en sortie de l'échographe, dans le cas d'une polarisation gaussienne tronquée de la barrette linéaire de la figure 1, en l'absence (trait continu) et en présence (trait 30 pointillé) d'une lentille acoustique plan-convexe. La figure 3b donne le diagramme de directivité de l'échographe de la figure 1 correspondant aux deux cas présentés à la figure 3a. La figure 3c montre (en trait plein) le profil de 35 -5 polarisation des transducteurs piézoélectriques élémentaires permettant d'obtenir le diagramme de directivité en trait plein de la figure 3b. La figure 4 illustre par une vue en perspective un 05 procédé de réalisation d'une barrette linéaire pour un échographe ultrasonore selon l'invention. La figure 5 donne le schéma d'un dispositif de dépolarisation partielle avec contrôle par mesure de capacité et par mesure de l'amplitude crête à crête d'écho ultrasonore de 10 référence engendré par l'élément sous dépolisation. La figure 1 montre en perspective un échographe ultrasonore 10 comportant une barrette linéaire 11 de transducteurs piézoélectriques élémentaires 12, disposés parallèlement à une direction y, le long d'une direction x perpendiculaire à 15 la direction y. L'échographe ultrasonore de la figure 1 comporte également une lentille acoustique cylindrique 13, accolée à la barrette 11, et dont les génératrices sont parallèles à la direction x. Dans l'exemple de la figure 1, la lentille cylindrique 13 est une lentille plan-convexe qui, du fait de 20 son épaisseur variable, présente une absorption inhomogène dans la direction y. La figure 2 donne un exemple de courbe de transmission T(y) d'une telle lentille plan- convexe. Comme cela est indiqué dans le brevet britannique n 2 114 857, il est possible de polariser sélectivement les transducteurs élémen25 taires 12 dans la direction y de façon que le diagramme de directivité de la barrette 11 seule présente des lobes secondaires atténués. On peut, en particulier, donner aux transducteurs élémentaires un profil de polarisation P(y) gaussien, tronqué à 30% par exemple, (courbe pointillée de la figure 3c) 30 qui correspond en sortie de la barrette, et-en l'absence de la lentille acoustique 13, à 'la répartition I(y) du rayonnement ultrasonore montrée en trait plein à la figure 3a. Cette répartition quasi gaussienne correspond à un diagramme de directivité D(u) (u étant la variable conjuguée de la variable y) 35 également quasi gaussien représenté en trait plein sui la figure 3b. Lorsque la lentille acoustique 13 est mise en place, la répartition I(y) du rayonnement ultrasonore en sortie de la lentille se trouve affectée par la transmission 05 non uniforme T(y) de la figure 2 et elle devient alors représentée par la courbe en pointillé de la figure 3a. En conséquence, le diagramme de directivité D(u) cesse d'être gaussien pour s'élargir et présenter des ailes latérales ainsi que le montre la courbe en pointillé de la figure 3b. Afin de 10 remédier à cet inconvénient et de restituer un diagramme de directivité quasi gaussien, il est prévu de prendre en compte l'effet d'antiapodisation de la lentille acoustique 13 au niveau du profil de polarisation P(y) des transducteurs piézoélectriques élémentaires 12. Pour cela, le profil gaussien de polarisation représenté en pointillé sur la figure 3c est divisé par la courbe de transmission T(y) de la figure 2 pour donner la courbe en trait plein montrée à la figure 3c. La répartition I(y) du rayonnement ultrasonore en sortie de la lentille redevient alors celle de la courbe en trait 20 plein de la figure 3a, et, par conséquent, le diagramme de directivité D(u) de l'échographe 10 retrouve le profil gaussien de la figure 3b. La figure 4 illustre un procédé de réalisation d'une barrette linéaire 11 présentant le profil de polarisation P(y) de la courbe en pointillé de la figure 3c. Selon ce procédé, la barrette 11 est obtenue à partir d'une plaquette piézoélectrique 14 recouverte sur une première 15 et une deuxième 16 faces d'un dépôt métallique 17,18 et préalablement polarisée. On réalise d'abord par rainurage de 30 la première face 15 p électrodes 19 parallèles à la direction x de la barrette 11. On applique ensuite successivement entre chacune des p électrodes 19 et la deuxième face 16 de la plaquette 14 un champ électrique E opposé au champ initial Eo de polarisation de façon à dépolariser de manière connue le 35 volume 20 de matériau piézoélectrique compris entre ladite électrode 19 et la deuxième face 16. A la suite de cette - 7 opération, on rétablit la métallisation sur toute la première face 15, puis on réalise les transducteurs piézoélectriques élémentaires 12 par sciage de la plaquette 14 dans la direction y. La figure 5 montre un dispositif de dépolarisation dans lequel la barrette 11 est placée dans un bain 30 de liquide électronique, sa première face 15 étant disposée en regard d'un bloc 31 d'acier servant à réfléchir l'onde ultrasonore incidente. La barrette 11 est fixée par sa deuxième face 10 16, mise à la masse, sur un support arrière 32. Les électrodes 19 sont portées au potentiel désiré par l'intermédiaire de fils de connexion noyés dans des feuilles de Kapton 33. Le potentiel de dépolarisation est fourni par une alimentation 34,0-2,5 KV par exemple, à travers un séparateur 35, et mesuré 15 par un voltmètre 36. Deux types de contrôle de l'état de polarisation des éléments de la barrette peuvent être réalisés: soit par mesure directe de la capacité à l'aide d'un capacimètre 37 (interrupteur K2.fermé, interrupteur K1 ouvert), soit par mesure crête à crête d'écho ultrasonore de référence par 20 reflexion sur le bloc 31 d'acier, engendré par l'élément sous polarisation (interrupteur K2 ouvert, interrupteur K1 fermé) à l'aide d'un analyseur 38 de transducteurs ultrasonores. Cet appareil comporte un générateur d'impulsions de hautes valeurs en tension (supérieure à 100 V) d'environ 20 ns de largeur à 25 mi-hauteur, un récepteur avec caractéristiques de gain, d'atténuation et de filtrage, une porte dont on peut régler la largeur et l'instant d'ouverture, et un détecteur de crête. L'oscilloscope 39 permet de visualiser l'écho ultrasonore. L'invention ne saurait être limitée au seul exemple 30 de réalisation présenté mettant en oeuvre une lentille acoustique cylindrique de section plan-convexe. Il est bien entendu qu'elle pourrait également être réalisée à l'aide d'une lentille de section plan-concave par exemple, moyennant des adaptations à la portée de l'homme de métier qui ne sortent pas du 35 cadre de la présente invention. - 8 REVENDICATIONS: 1. Echographe ultrasonore (10) comportant une barrette linéaire (11) de transducteurs piézoélectriques élémentaires (12) disposés, parallèlement à une direction y, le long d'une 05 direction x perpendiculaire à la direction ' y, lesdits-. transducteurs piézoélectriques élémentaires étant polarisés de façon que le diagramme de directivité de la barrette (11) présente des lobes secondaires atténués, caractérisé en ce que, l'échographe ultrasonore (10) comportant également une 10 lentille acoustique cylindrique (13), accolée à ladite barrette, et dont les génératrices sont parallèles à la direction x, chaque transducteur piézoélectrique élémentaire (12) présente, le long de la direction y, un profil de polarisation prenant en compte l'effet d'antiapodisation du à 15 l'absorption inhomogène de ladite lentille (13) dans la direction y. 2. Echographe ultrasonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit profil de polarisation est constitué d'une courbe gaussienne tronquée, divisée par la 20 courbe de transmission inhomogène de la lentille acoustique dans la direction y. 3. Procédé de réalisation d'une barrette linéaire (11) pour un échographe ultrasonore (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, ladite barrette 25 étant obtenue à partir d'une plaquette piézoélectrique (14) recouverte sur une première (15) et une deuxième (16) faces d'un dépôt métallique (17,18) et préalablement polarisée, on réalise par rainurage de la première face (15) p électrodes (19) parallèles à ia direction x de la barrette (11), et en ce 30 qu'on applique successivement entre chacune des p électrodes (19) et la deuxième face (16) de la plaquette (14) un champ électrique (E) opposé au champ initial (Eo) de polarisation de façon à dépolariser de manière connue le volume (20) de matériau piézoélectrique compris entre ladite électrode (19) 35 et la deuxième face (16), et en ce qu'ensuite, on rétablit la métallisation sur *toute la première face (15), puis qu'on - 9 réalise les transducteurs piézoélectriques élémentaires (12) par sciage de la plaquette (14) dans la direction y. 10 15 20 25 30