(57)【要約】  超音波トランスデューサ１０４、３１３、トランスデューサアレイ１０３、及び超音波プローブ１００が記載される。
2009505467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側と第２の側とを有するアクティブ層と、
前記第１の側に接続される第１電極、及び前記第１の側に接続される第２電極と、
前記第１電極に接続される第１出力部、及び前記第２電極に接続される第２出力部を有する回路と
を有する超音波トランスデューサ素子であって、
前記第１出力部が前記第１電極に第１電圧を供給し、前記第２出力部が前記第２電極に第２電圧を供給し、前記回路が、前記第１電圧と前記第２電圧との間の差にほぼ等しい電圧を、前記アクティブ層に対して供給する、超音波トランスデューサ素子。
【請求項２】
前記差が、前記第１電圧のピークトゥピーク値又は前記第２電圧のピークトゥピーク値の約１．７５乃至約２倍である、請求項１に記載の超音波トランスデューサ素子。
【請求項３】
前記第１出力部が駆動回路に接続される、請求項１に記載の超音波トランスデューサ素子。
【請求項４】
前記第２出力部が駆動回路に接続される、請求項１に記載の超音波トランスデューサ素子。
【請求項５】
前記駆動回路が反転駆動回路である、請求項４に記載の超音波トランスデューサ素子。
【請求項６】
前記アクティブ層を覆って配置される少なくとも１つの膜層を更に有する、請求項１に記載の超音波トランスデューサ素子。
【請求項７】
前記アクティブ層に印加される電圧のピークトゥピーク値が、前記第１電圧のピークトゥピーク値と、前記第２電圧のピークトゥピーク値との和にほぼ等しい、請求項１に記載の超音波トランスデューサ素子。
【請求項８】
複数のトランスデューサ素子と、各々が前記複数のトランスデューサ素子のそれぞれ１つに接続される複数の回路とを有する超音波トランスデューサアレイであって、前記複数のトランスデューサ素子の各々が
第１の側及び第２の側を有するアクティブ層と、
前記第１の側に接続される第１電極、及び前記第１の側に接続される第２電極とを有し、
前記回路の各々が、
前記複数のトランスデューサ素子のそれぞれの前記第１電極に接続される第１出力部、及び前記複数のトランスデューサ素子のそれぞれの前記第２電極に接続される第２出力部
を有する超音波トランスデューサアレイにおいて、
前記第１出力部の各々が第１電圧を供給し、前記第２出力部の各々が第２電圧を供給し、前記回路の各々が、前記複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの前記アクティブ層に対して、前記第１電圧と前記第２電圧との間の差にほぼ等しい電圧を供給する、超音波トランスデューサアレイ。
【請求項９】
前記差が、前記第１電圧のピークトゥピーク値又は前記第２電圧のピークトゥピーク値の約１．７５倍乃至約２．０倍である、請求項８に記載の超音波トランスデューサアレイ。
【請求項１０】
前記第１出力部が駆動回路に接続される、請求項８に記載の超音波トランスデューサアレイ。
【請求項１１】
前記第２出力部が駆動回路に接続される、請求項８に記載の超音波トランスデューサアレイ。
【請求項１２】
前記複数のトランスデューサ素子に接続されるとともに、複数の駆動回路を含むマイクロビーム形成装置を更に有する、請求項８に記載の超音波トランスデューサアレイ。
【請求項１３】
前記駆動回路が反転駆動回路である、請求項１１に記載の超音波トランスデューサアレイ。
【請求項１４】
前記アクティブ層に印加される前記電圧のピークトゥピーク値が、前記第１電圧のピークトゥピーク値と前記第２電圧のピークトゥピーク値との和である、請求項８に記載の超音波トランスデューサアレイ。
【請求項１５】
ハウジングと、
該ハウジング内に配置されるとともに、複数の超音波トランスデューサ素子を有する超音波トランスデューサアレイと、各々が前記複数の素子のそれぞれ１つに接続される複数の回路とを有する超音波プローブであって、前記複数の超音波トランスデューサ素子の各々が、
第１の側及び第２の側を有するアクティブ層と、
前記第１の側に接続される第１電極、及び前記第１の側に接続される第２電極と、
を有し、
該複数の回路の各々が、
前記複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの前記第１電極に接続される第１出力部、及び前記複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの前記第２電極に接続される第２出力部
を有する超音波プローブにおいて、
前記第１出力部の各々が第１電圧を供給し、前記第２出力部の各々が第２電圧を供給し、前記回路の各々が、前記複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの前記アクティブ層に対して、前記第１電圧と前記第２電圧との間の差にほぼ等しい電圧を供給する、超音波プローブ。
【請求項１６】
前記差が、前記第１電圧のピークトゥピーク値又は前記第２電圧のピークトゥピーク値の約１．７５倍乃至約２倍である、請求項１５に記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
前記第１出力部が駆動回路に接続される、請求項１５に記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
前記第２出力部が駆動回路に接続される、請求項１５に記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
前記複数のトランスデューサ素子に接続されるとともに、前記複数の回路を含むマイクロビーム形成装置を更に有する、請求項１５に記載の超音波プローブ。
【請求項２０】
前記アクティブ層に印加される前記電圧のピークトゥピーク値が、前記第１電圧のピークトゥピーク値と前記第２電圧のピークトゥピーク値との和である、請求項１５に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
超音波トランスデューサは、電気信号を超音波信号に変換するとともに、その逆の変換をする装置である。超音波トランスデューサは、固体、液体及び気体を非侵襲検査する幅広い用途において使用されている。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサが広く使用されている１つの用途は、医療画像である。医療画像に使用される多くの超音波トランスデューサは、圧電装置である。例えば素子は、鉛ジルコニウムチタン（ＰＺＴ）からなり、アレイに形成され得、トランスデューサアセンブリを形成する。トランスデューサアセンブリは、一次元アレイのトランスデューサ素子、又は二次元アレイの素子を含んでもよい。前者は、検査された標本の二次元画像を提供し、後者は、標本の三次元画像を提供する。
【０００３】
超音波プローブは、制御電子装置とインピーダンスマッチング層とを含み得るハウジング内に備えられるトランスデューサアセンブリを含む。超音波プローブは、そのとき、人間の体に超音波信号を送信し、体からの反射された超音波信号を受信し、反射超音波信号を電気信号に変換するために使用される。電気信号は、それから、複数の同軸ケーブルを介してプローブから電子装置に伝送され、該電子装置は、前記電気信号を処理し、体の検査された部分の二次元画像又は三次元画像を形成する。
【０００４】
医療画像において注目を集めているトランスデューサの１つのタイプは、圧電マイクロマシントランスデューサ（ＰＭＵＴ）である。ＰＭＵＴは、既知の半導体作製技術を使用してアレイ状に作製され、インピーダンスマッチング層の必要なく画像化を可能にする。結果となる構造は、アレイ状の素子を含み、各々がシリコン基板を覆って配置される可撓性の膜を有する。ＰＭＵＴのアクティブ圧電層に渡って電圧を印加した結果、超音波信号を伝送する。
【０００５】
医療画像が、人間の体の部分を画像化する実行可能な非侵襲の方法として発展してきたので、画像化性能の向上に対する要求は、増大し続けている。例えば超音波は、体内深く入ると非常に鋭く減衰することが知られる。より深く体内を画像化するため、かなりの強度を持つ超音波信号を供給することが有益である。このことは、トランスデューサアレイのトランスデューサ素子に対して、より大きな電圧入力を必要とする。
【０００６】
残念ながら、所望の超音波強度レベルを生じさせるのに十分大きな電圧を、トランスデューサ素子に供給することは、多くの素子を必要とする既知の二次元アレイでは困難であるとわかっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえ、必要とされるのは、少なくとも上述の既知の方法の欠点を克服する装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
例示的な実施例によると、超音波トランスデューサ素子は、第１の側及び第２の側を有するアクティブ層を含む。素子は、第１の側に接続された第１電極と、第１の側に接続された第２電極とを含む。更に、素子は、第１電極に接続された第１出力部と、第２電極に接続された第２出力部とを有する回路を含む。第１出力部は、第１電極に第１電圧を供給し、第２出力部は、第２電極に第２電圧を供給する。回路は、第１電圧と第２電圧との間の差にほぼ等しい電圧をアクティブ層に供給する。
【０００９】
他の例示的な実施例によると、超音波トランスデューサアレイは、複数の超音波トランスデューサ素子を含む。複数の超音波トランスデューサ素子の各々は、第１の側と第２の側とを有するアクティブ層、第１の側に接続される第１電極及び第１の側に接続される第２電極、並びに複数の回路を含み、この各々が、複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれ１つに接続される。複数の回路の各々は、複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの第１電極に接続された第１出力部と、複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの第２電極に接続された第２出力部とを含む。更に、第１出力部の各々が第１電圧を供給し、第２出力部の各々が第２電圧を供給し、回路の各々が、複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれのアクティブ層に対して、第１電圧と第２電圧との間の差にほぼ等しい電圧を供給する。
【００１０】
他の例示的な実施例によると、超音波プローブは、ハウジング及びケーブルアセンブリを含む。超音波プローブは、ハウジング内に配置されるとともに、複数の超音波トランスデューサ素子を有する超音波トランスデューサアレイも含む。複数の超音波トランスデューサ素子の各々は、第１の側と第２の側とを有するアクティブ層と、第１の側に接続される第１電極と、第１の側に接続される第２電極とを有する。
【００１１】
プローブは、各々が複数の素子のそれぞれ１つに接続される複数の回路も含む。複数の回路の各々は、複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの第１電極に接続される第１出力部と、複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれの第２電極に接続される第２出力部とを含む。第１出力部の各々は、第１電圧を供給し、第２出力部の各々は、第２電圧を供給し、回路の各々は、複数の超音波トランスデューサ素子のそれぞれのアクティブ層に対して、第１電圧と第２電圧との間の差にほぼ等しい電圧を供給する。
【００１２】
本発明は、添付の図面とともに読む場合、以下の詳細な説明から最もよく理解される。様々なフィーチャが必ずしもスケール通りではないことが強調される。事実、大きさは、議論の明確化のため、任意に拡大又は縮小されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の詳細な説明では、制限ではなく説明する目的で、本教示の徹底した理解を提供するために、具体的な詳細を開示する例示的な実施例が説明される。しかしながら、本開示の恩恵を受ける当業者には、ここに開示された特定の詳細から逸脱した他の実施例が考慮されるということは、明らかであろう。更に、よく知られた装置、方法、システム、及びプロトコルの記載は、例示的な実施例の説明をあいまいにしないように除外され得る。それにもかかわらず、当業者が知るこのような装置、方法、システム、及びプロトコルが、例示的な実施例に従って使用され得る。最後に、実用上、類似の参照符号は、類似のフィーチャを参照する。
【００１４】
図１は、例示的な実施例による超音波プローブ１００の部分的分解図である。プローブ１００は、レンズ１０１とハウジング１０２とを有する。レンズ１０１は、プローブへ超音波を向けるとともに、プローブからの超音波を方向付ける、当業者の知る様々なレンズ素子の１つであってもよい。ハウジング１０２は、超音波試験を管理する技術者により容易に取り扱うのに適している。説明のため、プローブ１００は、人及び動物の医療試験のために使用されるが、この使用に制限されない。例えばプローブ１００は、科学的画像化、並びに他の非侵襲画像化及び試験に使用されてもよい。プローブ１００の多くの代替の応用が、本開示の恩恵を受ける当業者には明らかになるであろう。
【００１５】
プローブ１００は、超音波トランスデューサ素子１０４のアレイ１０３を含む。特定の実施例において、トランスデューサ素子１０４は、ＰＭＵＴである。説明のため、ＰＭＵＴアレイ１０３は、シリコンウェハ又は他の半導体ウェハから製造され、複数の個々のトランスデューサ素子１０４を含む。例示的な実施例において、ＰＭＵＴアレイは、複数のＰＺＴ膜トランスデューサ素子を有する。説明のため、アレイ１０３及びトランスデューサ素子１０４、並びにこれらの作製は、Solomonらによる米国特許ＵＳ６３１４０５７、Kleeらによる米国特許ＵＳ６７８４６００、又は、Millerらによる米国特許ＵＳ６５９２５２５において記載される通りでよい。これらの特許は、本願の譲受人に譲渡される。アレイ１０３、トランスデューサ素子１０４及びこれらの作製は、Bernsteinらによる米国特許ＵＳ５５９６２９２に記載される通りでもよい。上述の特許の開示は、参照によりここに特に組み込まれる。
【００１６】
特定の実施例において、ＰＭＵＴアレイ１０３は、２つの直交する平面に画像を集める二次元（２Ｄ）アレイである。アレイ１０３による超音波の送信及び受信により集められたデータは、三次元（３Ｄ）の画像を供給するため、電子装置（示されていない）により処理されてもよい。更に、アレイ１０３から集められたデータは、標本の断面図及び三次元の回転図を供給するように処理され得る。
【００１７】
アレイ１０３の下に、マイクロビーム形成装置１０５があり、これは、集積回路である。マイクロビーム形成装置１０５は、プローブ１００からの超音波の送信及び受信に使用される回路を設ける。有益には、マイクロビーム形成装置１０５は、ケーブル１０７に配置された比較的少ない同軸ケーブル１０８に対する、比較的多くのトランスデューサ素子１０４の接続を可能にする。このため、アレイ１０３は、何千もの超音波トランスデューサ素子１０４を含んでもよい。ここに記載される例示的な実施例において、超音波トランスデューサ素子１０４の各々は、信号が伝送される少なくとも２つの電気的接続を含む。ケーブル１０８を介した信号及び電力の伝送は、各々の素子１０４が１つのケーブル１０８に接続される場合、過度に扱いにくくなるであろう。例えば、いくつかのアレイにおいて、６８００のトランスデューサ素子がある場合、６８００のケーブルが必要とされるであろう。これは、まったく実用的ではないであろう。有益には、マイクロビーム形成装置１０５は、複数のトランスデューサに複数の信号を供給するとともに、複数のトランスデューサから複数の信号を供給する。これにより、必要とされる同軸ケーブル１０８の数は、より管理可能な数に低減される。
【００１８】
マイクロビーム形成装置１０５は、遅延線、増幅器、並びに、増幅器及び遅延線を制御する制御回路を含む。遅延線は、説明のため、アナログメモリ素子であり、該メモリ素子は、トランスデューサ素子と関連付けられる。遅延線の遅延時間を変化させることにより、画像が、ディスプレイにおいて形成される。マイクロビーム形成装置１０５は、Savordによる米国特許ＵＳ６３８０７６６に記載されるようになっており、この開示は、参照により、特にここに組み込まれる。ここに記載される例示的な実施例において、マイクロビーム形成装置１０５は、複数の回路も含み、該回路の各々が、トランスデューサ素子１０４のそれぞれ１つに接続され、該トランスデューサ素子を駆動するように構成される。
【００１９】
ＰＭＵＴアレイ１０３からマイクロビーム形成装置１０５への接続、及びＰＭＵＴアレイ１０３からケーブル１０８への接続は、Sudolらによる米国特許ＵＳ５９９０５９８にしたがって実行されてもよく、この開示は、特に、参照によりここに組み込まれる。特にフレキシブル回路１０６が、マイクロビーム形成装置１０５とケーブル１０７との間の最終的な接続をするために使用されてもよい。最終的に、例示的な実施例において、トランスデューサアレイ１０３及びマイクロビーム形成装置１０５は、既知の半導体プロセス及び既知の圧電材料堆積技術を使用して作製される不可欠な素子であってもよい。
【００２０】
動作において、電子装置（示されていない）からの電力及び信号は、マイクロビーム形成装置チップ１０５に供給されるとともに、素子１０４のアレイ１０３に供給される。該アレイは、標本（例えば人間の体）により反射されるとともに、再びアレイ１０３に入射する超音波を送信する。反射された信号は、電気信号に変換して戻され、マイクロビーム形成装置１０５に供給され、該装置は、更なる処理及びディスプレイのために、ケーブル１０８を介して、処理された信号を順次電子装置に供給する。
【００２１】
図２は、例示的な実施例にしたがうトランスデューサ素子１０４の断面図である。トランスデューサ素子は、アクティブ層２０１を有し、該層は、時間依存電圧により刺激される場合に振動するように構成される。例えば、アクティブ層２０１は、ＰＺＴ又は他の適切な圧電材料であってもよい。第１層２０２は、アクティブ層２０１を覆うように配置され、実例的には二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であり、スペーサ層として役立つ。第２層２０３は、第１層を覆うように配置され、実例的には窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）である。第２層２０３は、素子１０４の構造に対して、いくらか剛性さを提供するのに役立つ。素子１０４のアレイ１０３は、既知の半導体作製技術及び既知の圧電材料堆積技術を使用して作製されてもよいことに留意されたい。例えば半導体（例えばシリコン）ウェハ（示されていない）は、層２０１乃至２０３が形成される基板として使用されてもよい。この半導体基板は、それから、標準的なエッチング又は他の既知の技術により除去されてもよい。
【００２２】
例示的な実施例において、第１電極２０４と第２電極２０５とは、アクティブ層２０１の同じ側に接続される。特定の実施例において、第１及び第２電極２０４，２０５は、超音波信号が標本に伝播する側とは反対側である、トランスデューサ１０４の裏側に接続される。他の利点に加えて、特に素子１０４がアレイ、例えばアレイ１０３にある場合、アクティブ層の同じ側に電極２０４，２０５を有することは、超音波トランスデューサ素子１０４の作製を容易にし、超音波トランスデューサ素子１０４への電気的接続をする複雑さを低減する。
【００２３】
一実施例において、電極２０４，２０５は、ここに完全に記載されるように、マイクロビーム形成装置１０５の回路に接続される導電性の突出部である。他の実施例において、電極２０４，２０５は、線接触であり、トランスデューサ１０４のアレイ１０３が、回路のそれぞれの接点と直接接触することを可能にし、該電極は、マイクロビーム形成装置１０５の一部である。代替として、アレイ１０３とマイクロビーム形成装置１０５との間の接続は、導電性接着剤、超音波溶接、又は低温はんだを使用してなされてもよい。接続を作るために使用される技術に関わらず、マイクロビーム形成装置１０５の回路は、トランスデューサ１０４が超音波２０６を放出するように、トランスデューサ１０４を駆動する。
【００２４】
本説明が続くにつれて、より明確になるであろうが、電極２０４，２０５は、両方とも「ホット」であり、どちらも接地されていない。こうすることは、人間の体、又は他の標本における十分な深さにおいて画像化するために、適切な超音波振幅（音響的強度）を供給することを必要とする、マイクロビーム形成装置１０５を通じて供給される駆動電圧の大きさを低減させる。
【００２５】
図３ａは、マイクロビーム形成装置３０２に接続された超音波トランスデューサ素子３０１の簡略化された概略図である。マイクロビーム形成装置３０２は、ドライバ３０３、スイッチ３０４、及び増幅器３０５を含み、受信機回路（示されていない）に接続される。ドライバ３０３は、説明のため、電力増幅器又は、当業者に知られた他の装置である。マイクロビーム形成装置３０２は、第１電極３０６に接続され、該電極を通じて入力電圧を供給する。第２電極３０７は、接地される。第１電極３０６に振動電圧を印加すると、超音波信号３０８の出力が実現される。
【００２６】
曲線３０９は、第１電極３０６に対する代表的な入力電圧信号を時間に対して示す。曲線３１０は、第２電極３０７のグランドへの接続を時間に対して示す。曲線３１１は、トランスデューサ素子３０１に対する、マイクロビーム形成装置３０２による出力電圧を時間に対して示す。最後に、曲線３１２は、曲線３０９の電圧の印加の間、出力信号３０８（超音波）の音響強度を時間に対して示す。特に、強度は、曲線３１２上の「Ｉ」で示される相対的なスケールの最大値に達する。
【００２７】
既知のトランスデューサ素子３０１が役立つ一方、マイクロビーム形成装置３０２は、（曲線３１１において「ｖ」として示される）約５０Ｖと約１００Ｖとの間の電圧を、トランスデューサ素子３０１に供給するように制限される。しかしながら、標本における適切な深さにおいて画像を集めるために、既知のトランスデューサ素子３０１の構造を実現する場合、約１００Ｖ乃至約３００Ｖの入力電圧が必要とされる。これは、受け入れることができない画像品質という結果になり得る。
【００２８】
図３ｂは、例示的な実施例による超音波トランスデューサ素子３１３の簡略化された概略図である。トランスデューサ素子３１３は、マイクロビーム形成装置３１４に接続され、該マイクロビーム形成装置３１４は、上述のように、回路３１５並びに他の回路及び遅延線（示されていない）を有する。マイクロビーム形成装置３１４は、回路３１５に対して入力電圧信号を供給する入力部３２２を含む。回路３１５は、第１電圧信号（Ｖ１）をトランスデューサ素子３１３の第１電極３１７に供給する第１出力部３１６と、第２電圧信号（Ｖ２）をトランスデューサ素子３１３の第２電極３１９に供給する第２出力部３１８とを含む。
【００２９】
特に、様々な既知の回路が、第１電圧及び第２電圧をトランスデューサ素子３１３に供給するために実現されてもよい。制限ではなく説明のため、既知のプッシュプル回路及び既知の平衡トランスミッタ回路が使用されてもよい。そのようなものとして、図３ｂに示されるとともに、図３ｂと関連して記載される回路３１５は、単に説明のためであり、様々な他の回路が、第１電圧及び第２電圧をトランスデューサ素子３１３に供給するために実現されてもよいことが強調される。
【００３０】
特定の実施例において、回路３１５は、第１増幅器３２０及び第２増幅器３２１を含む。実例的には、第２増幅器３２１は、反転入力を有する。増幅器３２０，３２１は、トランスデューサ素子３１３に対するドライバとして機能する。他のタイプの駆動回路が、本実施例の増幅器３２０，３２１の代わりに使用されてもよいことが強調される。このようなドライバは、当業者の知識の範囲内にある。
【００３１】
ここに詳述されるように、トランスデューサ素子３１３は、アレイ１０３のトランスデューサ素子１０４の１つであり得、マイクロビーム形成装置３１４が、上述されるように、マイクロビーム形成装置１０５として実現されてもよい。マイクロビーム形成装置３１４は、複数の回路３１５を含み、各々のトランスデューサ素子３１３が、前記回路３１５のそれぞれ１つに接続され、従って、マイクロビーム形成装置３１４のチャネルとなる。例えば図１に示されるとともに、関連して記述される例示的な実施例において、マイクロビーム形成装置１０５は、複数の回路３１５並びに、遅延、増幅、及び制御に使用する上述の他の回路を有する。アレイ１０３の各々のトランスデューサ素子１０４は、回路３１５のそれぞれ１つに接続される。この構成において、トランスデューサの各々は、マイクロビーム形成装置１０５のチャネルである。更に、上述のように、各々のトランスデューサ素子３１３は、回路３１５に接続される一方、マイクロビーム形成装置が、多くのトランスデューサから受信された信号を処理するとともに、ケーブル１０７における非常に少ないチャネルに該信号を供給する。こうすることにより、より少ない同軸ケーブルしか、アレイ１０３のトランスデューサ素子１０４へ信号を伝送するため、及びアレイ１０３のトランスデューサ素子１０４から信号を伝送するために必要とされない。
【００３２】
回路３１５は、スイッチ３２３，３２４を含み、該スイッチは、受信増幅器３２５に接続される。トランスデューサ素子３１３により受信される反射超音波信号は、電気信号に変換され、該信号は、電極３１７，３１９を通じて増幅器３２５に供給される。それから、増幅器３２５は、更なる処理及び画像表示のために、出力信号３２６を電子装置（示されていない）に供給する。
【００３３】
特定の実施例において、受信増幅器３２５は、図３ｂに示されるような平衡回路である。しかしながら、これは必須ではない。特に、トランスデューサにおいて生じる反射された超音波の強度は、送信された超音波と比較して著しく減衰されるので、受信増幅器３２５における入力電圧レベルは、十分に、マイクロビーム形成装置３１４の規定の動作電圧の範囲内にある。したがって、受信増幅器３２５は、増幅器３２３の１つの接続が接地される不平衡回路でもよい。
【００３４】
トランスデューサ素子３１３は、マイクロビーム形成装置３１４からの入力電圧信号が比較的低いが、十分な超音波信号強度／振幅を供給することができる。このため、回路３１５は、曲線３２７に示されるような、時間に対する第１電圧信号を第１電極３１７に供給するとともに、曲線３２８に示されるような、時間に対する第２電圧信号を第２電極３１９に供給する。
【００３５】
特定の実施例において、第２電極３１９にサイクルに渡って印加される第２電圧信号（Ｖ２）は、時間内のあらゆる点において、第１電圧信号（Ｖ１）に対して反転される。結果として、第１電圧信号又は第２電圧信号のピークトゥピーク電圧の約１．７５倍乃至約２．０倍であるピークトゥピーク電圧Ｖをトランスデューサに印加することになる。
【００３６】
他の特定の実施例において、第１電圧信号は、第２電圧信号の時間反転であり、等しい大きさの振幅を有する。例えば、図３ｂに示されるように、第１電圧信号（曲線３２７）及び第２電圧信号（曲線３２８）は、正弦曲線の形状であり、実質的に同じ振幅であるが反対の符号である。しかしながら、これは必須ではない。他の説明的な実施例において、第１電極３１７に印加される第１電圧信号と、第２電極３１９に印加される第２電圧とは、必ずしもまったく逆ではないか、実質的に等しい大きさの振幅を持つか、又はその両方である。例えば様々な理由で、各々の増幅器３２０，３２１に独立した入力をすることが役に立ち得る。印加された第１及び第２電圧は、時間内の各々の点で必ずしも逆ではないか、必ずしも実質的に同じ振幅でないか、又はその両方である。
【００３７】
一般にトランスデューサ素子３１３に時間に渡って印加される電圧は、第１電極３１７に印加される第１電圧信号（Ｖ１）と、第２電極３１９に印加される第２電圧信号（Ｖ２）との間の（時間に渡る）差である。第１電圧信号と第２電圧信号との間の電圧差ＶＰＭＵＴは、トランスデューサ素子３１３のアクティブ層に対する電圧とほぼ等しく、曲線３２７、及び３２８の期間に渡る曲線３２９として示される。
【００３８】
説明のため、曲線３２７のピーク電圧及び曲線３２８のピーク電圧は、約５０Ｖ乃至約１００Ｖの範囲内にあり、これは、マイクロビーム形成装置３１４の動作範囲内である。しかしながら、この説明的な実施例において、トランスデューサ素子３１３の反対側の端において印加される第１及び第２電圧の振幅の逆向きの性質及び実質的に同一の大きさのため、トランスデューサ素子３１３のアクティブ層を横切って印加される電圧（曲線３２９）は、第１電圧か、又は第２電圧の大きさの約２倍の大きさを有する。この結果、伝送された超音波信号３３１の曲線３３０に示される出力（音響）強度となる。この出力強度は、マイクロビーム形成装置３１４にある電圧制限を超えることなく、超音波画像化に対する所望の範囲内にある。
【００３９】
有益なことに、同じ入力電圧レベル（振幅Ｖ）に対して、例示的な実施例のトランスデューサ素子３１３は、既知のトランスデューサ素子３０１と比較して、４倍の強度の増加を提供する。このことは、ピークの音響強度レベルがそれぞれＩｏｕｔ及び４Ｉｏｕｔである、曲線３１２と３３０との比較から容易に明らかである。したがって、マイクロビーム形成装置の利点は、マイクロビーム形成装置の低電力性能により、画質を犠牲にすることなく実現され得る。
【００４０】
この開示に関して、ここに記載される様々な方法及び装置は、ハードウェア及びソフトウェアで実現され得ることに留意されたい。更に、様々な方法及びパラメータは、単に例により含まれ、いかなる制限する意味もない。この開示に関して、当業者らは、請求項の範囲内にありながら、これらの技術を達成するために、彼ら自身の方法及び必要とされる装置を規定する様々な例示的な装置及び方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、例示的な実施例による超音波プローブの部分的分解図である。
【図２】図２は、例示的な実施例による超音波トランスデューサ素子の断面図である。
【図３ａ】図３ａは、超音波トランスデューサ素子及び回路の簡略化された概略図、電圧対時間のグラフ、並びにトランスデューサ電力対時間のグラフである。
【図３ｂ】図３ｂは、超音波トランスデューサ素子及び回路の簡略化された概略図、例示的な実施例による電圧対時間のグラフ、並びに音響的強度対時間のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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