(57)【特許請求の範囲】
【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、高さ方向に配列し同時に動作するよう電気的に接続された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、ここに該サブエレメントの縦横比が、該中央縦軸により近いサブエレメントが該中央縦軸からさらに離れているサブエレメントより大きい電気機械結合係数を示すように変化し、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、高さ方向での焦点合わせ可能な超音波診断用変換器アレー。
【請求項２】
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】
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】
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５】
該非圧電性物質がエポキシ素材である請求項４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】
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７】
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８】
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７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】
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近辺に位置し、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の群の両側に位置し、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い距離をもって広がっており、ここにエレメントの第２および第３の群は、第１のエレメント群と同時に動作可能であり、遠隔領域における高さ方向での焦点合わせ可能な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１０】
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９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１１】
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】
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】
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１４】
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１５】
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１４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】
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１４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】
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１８】
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１９】
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９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１９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】
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のアレーであって、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における延長を有する多数の超音波変換器エレメントからなる遠隔領域における高さ方向での焦点合わせ可能な超音波診断用変換器アレー。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  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。
【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。
【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。
【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。
【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１５，１７，１９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，ｅ１Ｃ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。
【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。
【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。
【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。
【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３４ａ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（ｓｐｅｃｋｌｅ  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３２，３４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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図２】図２は、各エレメントが、細分化（ｓｕｂｄｉｃｅｄ）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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