Brevet FR2598581A1 — publié le 19871113

La présente invention concerne un procédé permettant de produire un champ sonore de forme sensiblement gaussienne au moyen d'un transducteur d'ultrasons. On sait diviser une électrode en anneaux et appli5 quer des tensions alternatives d'amplitudes variables aux divers anneaux. Toutefois, ce processus nécessite des circuits de commande particuliers. Le but de l'invention est donc de montrer comment on peut éviter ces circuits de commande, et le procédé de l'inven10 tion est caractérisé en ce qu'on fait varier de manière continue le potentiel se trouvant d'un côté du transducteur au moyen d'une électrode en pellicule épaisse appliquée suivant une épaisseur uniforme ou variable. La pellicule épaisse peut être une pâte résistante ou une pâte conductrice applicable en diverses épais15 seurs sur des parties variables de la surface considérée. La pâte résistante peut par exemple être ramenée par découpage à diverses valeurs de résistance sur diverses parties de la surface. Cette technique permet de modifier la distribution du potentiel ainsi que de faire varier la distribution de la pression dans le champ 20 sonore, de la manière voulue. Ainsi, on peut obtenir un champ sonore de forme sensiblement gaussienne. Un autre avantage de cette technique d'apodisation est qu'elle ne demande pas de place pour les composants, etc., puisque le transducteur ne prend pas plus de place qu'un trans25 ducteur non apodisé. L'invention concerne en outre un transducteur d'ultrasons comprenant un élément oscillant piézoélectrique facultativement polarisé dans le sens de l'épaisseur et doté d'une couche de surface électriquement conductrice. Le transducteur d'ultra30 sons est caractérisé par le fait que la couche de surface conductrice est une pâte appliquée suivant une épaisseur uniforme ou variable, de sorte que l'on obtient un transducteur simple particulier. La description suivante, conçue à titre d'illustra35 tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: la figure 1 montre un transducteur d'ultrasons non apodisé comprenant le champ sonore rayonné; la figure 2 montre un transducteur d'ultrasons non apodisé comprenant une surface courbe; la figure 3 montre un transducteur d'ultrasons apodisé de façon traditionnelle, comprenant des boucles latérales dans le champ sonore rayonné; la figure 4 montre un transducteur d'ultrasons apodisé en pellicule épaisse sans boucles latérales dans le champ 10 sonore rayonné; et la figure 5 montre, à une échelle agrandie, le transducteur d'ultrasons. Le fait de faire varier la vitesse de surface sur l'étendue d'un transducteur piézoélectrique implique qu'il soit 15 possible d'établir une distribution de la pression sonore produisant un faisceau sonore adapté au but visé. On souhaite par exemple avoir une distribution de forme gaussienne pour la pression sonore obtenue en faisant varier continûment le potentiel sur l'étendue du transducteur. Selon l'invention, on fait varier le potentiel 20 de manière continue en employant pour l'une des électrodes une pellicule épaisse. Il est possible d'appliquer cette pellicule épaisse sur des surfaces planes aussi bien que courbes de transducteurs rectangulaires aussi bien que circulaires. La pellicule épaisse peut être une pâte résistante ou une pâte conductrice, 25 ou bien diverses pâtes, placées sur diverses parties de la surface. On peut également l'appliquer suivant différentes épaisseurs et l'ajuster par découpage à des valeurs de résistance choisies sur des parties choisies de la surface. On peut polariser les matériaux aussi bien avant 30 qu'après l'application et le durcissement. Une semblable technique permet une distribution voulue du potentiel sur la surface de sorte qu'on puisse faire varier de la manière voulue la distribution de la pression dans le champ sonore. Le matériau transducteur est par exemple la céramique BaTiO3, la céramique PbZrO3, ZnO, CdS ou PVDF. 35 La figure 4 montre un exemple du potentiel de surface ainsi que de la distribution de la pression dans le champ sonore d'un transducteur d'ultrasons selon l'invention, c'est-àdire la pression sonore comparée à la pression existant au niveau de la ligne centrale (les diverses isobares). La figure 5 montre, à une échelle agrandie, le 5 transducteur d'ultrasons, o la référence 1 désigne l'élément piézoélectrique, 2 la pâte résistante, 3 une pâte conductrice, et 4 la deuxième électrode. Des pâtes en matériau polymère, c'est-à-dire une pâte conductrice ou une pâte résistante, sont de préférence uti10 lisées, car ces pâtes peuvent être durcies à basse température, c'est-à-dire au-dessous du point de Curie du cristal piézoélectrique et, par conséquent, appliquées sur une céramique polarisée sans destruction de la polarisation pendant l'opération de durcissement. On peut toutefois également employer d'autres types de pâtes qui doivent durcir à une température supérieure au point de Curie du cristal piézoélectrique. Dans ce dernier cas, il faut effectuer la polarisation après le processus de durcissement. Application Le substrat peut être une céramique sur laquelle des électrodes ont été pulvérisées ou étalées, ou bien une céramique sans électrodes. Selon un mode de réalisation particulier, on pulvérise des électrodes d'argent des deux côtés de la céramique, que l'on polarise ultérieurement. Ensuite, on retire par meulage une partie de l'électrode postérieure, une zone de soudage étant maintenue dans le milieu de l'électrode postérieure de la céramique, ainsi qu'une zone de soudage circulaire formant la partie la plus extérieure de l'électrode postérieure de la céramique. Les zones de soudage peuvent être réparties de la manière 30 voulue, puisque les impulsions de potentiel variables peuvent leur être appliquées. De cette manière, on peut faire varier le rayonnement. Un pellicule épaisse peut également être appliquée sur des circuits de division de tension, car une couche isolante dotée de composants peut être appliquée à l'électrode. Selon le mode 35 de réalisation particulier, on applique la pâte résistante dans la zone de la céramique o l'électrode a été enlevée. Une céramique plane implique la sérigraphie, et une céramique concave et, ou bien, convexe implique un pressage au tampon. En relation avec les céramiques à utiliser comme transducteurs simples ou dans des unités transductrices pour dispositifs de balayages mécaniques, 5 on applique la pâte symétriquement par rapport au centre du transducteur et, en relation avec des unités transductrices destinées à des réseaux, on applique la pâte symétriquement par rapport à la ligne centrale du réseau. Les transducteurs simples et les unités transduc10 trices pour dispositifs de balayage mécaniques sont typiquement circulaires, tandis que les unités transductrices destinées à des réseaux sont rectangulaires. L'application peut toutefois être effectuée sur des transducteurs possédant toutes les formes géométriques possibles. Une fois l'application faite, on fait sécher la pâte de la manière indiquée par le fabricant, c'est-à-dire, dans le mode de réalisation particulier, à 110 C pendant 5 minutes. Une fois le séchage effectué, on fait durcir la céramique de la manière indiquée par le fabricant. Aiustement par découpage On peut faire varier la résistance dans la pâte de manière à obtenir la répartition voulue du potentiel sur l'étendue de la céramique. On peut effectuer cette opération soit pendant l'application, o on peut répéter l'application plusieurs fois en 25 employant divers masques, après quoi on applique diverses configuration de diverses épaisseurs, comme des anneaux ou des bandes, les unes au- dessus des autres, ou bien on peut obtenir le résultat par un traitement mécanique des couches, à savoir rapiècement, meulage, dépouillement, fraisage, etc., permettant d'obtenir les 30 configurations voulues. Il est toujours possible de réaliser une distribution continue du potentiel, car la couche n'a pas besoin d'être interrompue du tout. Les zones de soudage peuvent être distribuées de la manière voulue sur l'électrode postérieure de la céramique, car 35 l'application d'impulsions de tension variables à diverses distances depuis le centre de la céramique implique qu'il soit facile d'obtenir la distribution voulue du potentiel. Les circuits de division de tension peuvent être produits au moyen d'une pellicule épaisse sur la couche isolante. Le transducteur d'ultrasons fonctionne de préfé5 rence à une fréquence de 2 à 20 MHz, grâce à la délivrance d'impuLsions de tension pouvant aller jusqu'à 200 V environ. Selon l'invention, il est proposé un transducteur d'ultrasons ne prenant pas plus de place qu'un transducteur non apodisé et ne comprenant pas de boucles latérales non voulues. On peut par exemple utiliser le transducteur d'ultrasons ayant une apodisation par pellicule épaisse pour le diagnostic médical, les soins médicaux, les examens non destructifs, les mesures de l'épaisseur d'une couche, les mesures sous-marines, etc., une étroite largeur de bande étant nécessaire pour obtenir la réso15 lution d'image souhaitée dans la plus grande partie possible du champ de l'image. R E V E N D I C AT I 0 N S 1. Procédé permettant de produire un champ sonore voulu, de préférence un champ sonore de forme sensiblement gaussienne, au moyen d'un transducteur d'ultrasons, caractérisé en ce que l'on fait varier de manière continue le potentiel se trouvant d'un côté du transducteur au moyen d'une électrode en pellicule épaisse appliquée suivant une épaisseur uniforme ou variable à l'aide d'une ou plusieurs pâtes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux du transducteur sont polarisés avant le durcissement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on emploie des pâtes en pellicule épaisse de matériau polymère pouvant durcir à une température qui est suffisamment 15 basse pour que la polarisation du matériau du transducteur soit maintenue. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux du transducteur sont polarisés après le durcissement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le substrat considéré est fait d'une céramique sur laquelle des électrodes ont été pulvérisées ou étalées. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on pulvérise initialement des électrodes d'argent des deux 25 côtés de la céramique, on polarise la céramique, et, ensuite, on retire une partie de l'électrode postérieure en la meulant d'une manière telle qu'une ou plusieurs zones de soudage soient maintenues sur le côté postérieur de la céramique, après quoi on applique une pâte résistante (2) sur la partie du côté postérieur o l'élec30 trode a été retirée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on réalise l'application plusieurs fois au moyen de divers masques, après quoi on effectue l'application de diverses configurations à épaisseurs variables les unes sur les 35 autres. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le potentiel présent dans l'électrode en pellicule épaisse est déterminé au moyen de circuits supplémentaires se trouvant dans plusieurs couches en pellicule épaisse situées sur l'électrode en pellicule épaisse. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on ajuste par découpage la pellicule épaisse par un traitement mécanique des couches. 10. Transducteur d'ultrasons comprenant un élément oscil10 lant piézoélectrique plan ou courbe (1) facultativement polarisé dans le sens de l'épaisseur et doté d'une couche de surface étectriquement conductrice (3), caractérisé en ce que la couche de surface conductrice est faite d'une ou plusieurs pâtes (2, 3) appliquées suivant une épaisseur uniforme ou variable. 11. Transducteur d'ultrasons selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pâte est appliquée symétriquement par rapport au centre du transducteur. 12. Transducteur d'ultrasons selon la revendication 10, ce transducteur étant situé dans un réseau, et étant caractérisé 20 en ce que la pâte est appliquée symétriquement par rapport à la ligne centrale du réseau.