(57)【要約】本発明は、第一のトランスデューサ(T1〜Tn)回路網を用いて、予め決められた目標波動場をある環境内に発生させるための方法に関する。まず、信号ei(t)の近似値を第一回路網の各トランスデューサiから発生させる。次に、この最初の送信を基にして捕捉された信号と目標信号との差の時間反転に対応する誤差信号を第二のトランスデューサ回路網の各トランスデューサ(T’1-T’m)から発生させる。最後に、信号を基にして各トランスデューサiによって捕捉された信号の時間反転を近似値ei(t)から差し引いて、この近似値ei(t)を補正する。
2005528158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのトランスデューサを備える第一回路網を用いて、予め決められた目標波動場をある環境内に発生させるための方法であって、第一回路網と、少なくとも1つのトランスデューサを備える第二回路網との間の環境内に波動を送信することにより、前記予め決められた波動場を環境内に発生させるために第一回路網の各トランスデューサiから送信すべき信号ei(t)を決める準備段階を含み、
前記準備段階が、以下の補正シーケンス、すなわち
(a) 予め決められ、環境内に、第二回路網の各トランスデューサjについての目標信号oj(t)に対応する目標の波動場に近い実波動場を発生させることができる信号を第一回路網の各トランスデューサiから同時に発生させ、
(b) 信号ei(t)によって発生した波動場より生じる信号rj(t)を第二回路網の各トランスデューサjに捕捉させ、
(c) 第二回路網の各トランスデューサjについて時間反転差信号dj(-t)を求め、ここでdj(-t)は差dj(t)=rj(t)-oj(t)の時間反転であり、
(d) 第二回路網の各トランスデューサjから時間反転差信号dj(-t)を同時に発信させ、
(e) 時間反転信号dj(-t)によって生じた波動を基にして、第一回路網の各トランスデューサiに信号c’i(t)を捕捉させ、
(f) 第一回路網の各トランスデューサiについて補正信号ci(t)=β.c’i(-t)を求め、ここでc’i(-t)は捕捉信号c’i(t)の時間反転であり、βは、
【数１】
2005528158.tif 000016
となるように選択されたゼロでない正の実数であり、ここで、
【数２】
2005528158.tif 000017
【数３】
2005528158.tif 000018
【数４】
2005528158.tif 000019
【数５】
2005528158.tif 000020
であり、‖‖はベクトルのノルムを表し、
(g) 信号ei(t)からci(t)を差し引いてこの信号ei(t)を補正する
シーケンスを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
補正シーケンスが複数回反復される請求項1に記載の方法。
【請求項３】
補正シーケンスの前に、第一回路網の各トランスデューサiについての信号ei(t)の第一の値を実験的に求める初期段階がある請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
初期段階において、
第二回路網の各トランスデューサについての目標信号の時間反転oj(-t)を求め、
第二回路網の各トランスデューサjから前記目標信号の時間反転oj(-t)を発信し、
信号oj(-t)により発生する波動場に由来する信号e'i(t)を第一回路網の各トランスデューサiに捕捉させ、
e’i(-t)を信号e’i(t)の時間反転とし、第一回路網の各トランスデューサについて信号ei(t)=e’i(-t)を求める請求項3に記載の方法。
【請求項５】
ベクトルのノルムが
【数６】
2005528158.tif 000021
のように定義され、式中、|xm(t)|が信号xm(t)の振幅を示す請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
波動場が音波場である請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
波動場が電磁波場である請求項1ないし5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
波動が通信システムにより発生する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め決められた波動場(champs d’ondes)を、ある環境(milieu)内に発生させるための方法に関する。
【０００２】
当該波動場は、環境内の1つまたは複数の点に合焦された波動インパルスから構成され、より複雑な時空場を想定することができる。
【０００３】
より詳細には、本発明は、少なくとも1つのトランスデューサを備える第一回路網を用いて、目標とする予め決められた波動場を(同種または異種の)環境内に発生させるための方法に関し、この方法は、第一回路網と、少なくとも1つのトランスデューサを備える第二回路網(場合によってはこの第二回路網は第一回路網と共通のトランスデューサを備えることがある)との間の環境内に波動を送信することにより、前記予め決められた波動場を環境内に発生させるために第一回路網の各トランスデューサiにより送信すべき信号ei(t)を決める準備段階を含む。
【背景技術】
【０００４】
文献WO-A-02/32316はそのような方法の例を記述しているが、そこでは、上記の準備段階により、第二回路網の各トランスデューサにそれぞれ波動インパルスの焦点を合わせるため、第一回路網のトランスデューサに印加させる信号を決めることができ、その結果、次に、超音波により環境の画像を表示するためにこの環境の別の点にどのようにして波動パルスの焦点を合わせるかを決めることが可能である。この既知の方法は結果に関しては充分な満足をもたらすものであるが、大がかりな計算手段が必要であり、さらに準備段階中の計算時間がかなり長くなる。
【特許文献１】国際公開第WO-A-02/32316号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、特にこれらの欠点を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため、本発明によれば、当該の種類の方法は、準備段階が、以下の補正シーケンス、すなわち
(a) 予め決められ、環境内に、第二回路網の各トランスデューサjについての目標信号oj(t)に対応する目標の波動場に近い実波動場を発生させることができる信号ei(t)(この信号ei(t)は予め決められたものであるか、または上述したように試験により事前に決定されたものとすることができ、あるいはこの信号は補正シーケンスの事前反復という以下の段階(g)の結果生じるものとすることができる)を、第一回路網の各トランスデューサiから同時に発生させ、
(b) 信号ei(t)によって発生した波動場より生じる信号rj(t)を第二回路網の各トランスデューサjに捕捉させ、
(c) 第二回路網の各トランスデューサjについて時間反転差信号dj(-t)を求め、ここでdj(-t)は差dj(t)=rj(t)-oj(t)の時間反転であり、
(d) 第二回路網の各トランスデューサjから時間反転差信号dj(-t)を同時に発信させ、
(e) 時間反転信号dj(-t)によって生じた波動を基にして、第一回路網の各トランスデューサiに信号c’i(t)を捕捉させ、
(f) 第一回路網の各トランスデューサiについて補正信号ci(t)=β.c’i(-t)を求め、ここでc’i(-t)は捕捉信号c’i(t)の時間反転であり、βは、
【０００７】
【数１】
2005528158.tif 000003
【０００８】
となるように選択されたゼロでない正の実数であり、ここで
【０００９】
【数２】
2005528158.tif 000004
【００１０】
【数３】
2005528158.tif 000005
【００１１】
【数４】
2005528158.tif 000006
【００１２】
【数５】
2005528158.tif 000007
【００１３】
であり、‖‖はベクトルのノルムを表し、
(g) 信号ei(t)からci(t)を差し引いてこの信号ei(t)を補正する
シーケンスを含むことを特徴とする。
【００１４】
これらの構成により、きわめて散逸的および/または異質な伝播環境内であっても、補正シーケンスを1回または複数回反復した後に、目標とする波動場をきわめて正確に発生させることができるようになる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態においては、以下の構成のうちの1つおよび/または他を用いることも場合によっては可能である。
-補正シーケンスが複数回反復される。
-補正シーケンスの前に、第一回路網の各トランスデューサiについての信号ei(t)の第一の値を実験的に求める初期段階がある。
-初期段階において、第二回路網の各トランスデューサについての目標信号の時間反転oj(-t)を求め、第二回路網の各トランスデューサjから目標信号の時間反転oj(-t)を発生させ、信号oj(-t)により発生する波動場に由来する信号e’i(t)を第一回路網の各トランスデューサiに捕捉させ、e’i(-t)を信号e’i(t)の時間反転とし、第一回路網の各トランスデューサについて信号ei(t)=e’i(-t)を求める。
-ベクトルのノルムが
【００１６】
【数６】
2005528158.tif 000008
【００１７】
のように定義される。ただし|xm(t)|は信号xm(t)の振幅を示す。
-波動場は音波場である。
-波動場は電磁波場である。
-波動は通信システムにより発生する。
【００１８】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的例として示され、添付の図面を参照して行う本発明の実施形態のうちの1つについての以下の説明において明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図に示す波動発生装置1は、特に以下の装置とすることができる。
-たとえば超音波画像装置、音響装置、能動防音装置、超音波治療装置(たとえば砕石術)、音波による特に海底用の通信装置などとすることができる音波発生装置。
-あるいは場合によっては電気通信装置などとすることができる電磁波発生装置。
装置1は、環境2内に波動を発生するためのものであり、環境は、場合に応じて、
-  画像生成または処理の対象となる人体または動物の体の一部(医療用超音波画像または超音波療法)
-  画像生成の対象となる物体の一部(工業用超音波画像)
-  海底または地中環境(音声による通信)
-  公共の場または私的な場所(音響設備または能動的防音システム)
-  地表の一部と、対応する大気の低層(固定局と移動局との間の無線通信)
-  地表と、高層を含む大気(無線による長距離地上通信、または地球と1つまたは複数の衛星との通信)等
がある。
【００２０】
上に述べた様々な適用例においては、たとえば、トランスデューサT1、T2...Tnの第一回路網から発生される波動の焦点を環境2の1つまたは複数の点に合わせるためには、あるいは場合によってはより複雑な波動場を発生させるためには、予め決められた目標とする1つまたは複数の波動場を、できる限り高い精度で環境2内に発生させることができることが必要である。
【００２１】
高精度の合焦を行うことができることの意義は、たとえば環境2の一部の像を高い精度で作成すること、または環境2の一部を選択的に破壊すること(超音波療法)、さらには環境2の特定の場所に1つまたは複数のメッセージを送り、(秘密保持の配慮から、またはメッセージ間の干渉を未然に防ぎ、通信速度の向上をはかるという配慮から)環境2内の残りの部分には送らないようにするということにある。
【００２２】
第一回路網は、波動、たとえば超音波の送受信が可能な少なくとも1に等しい(有利には少なくとも2に等しい)数nのトランスデューサT1〜Tnを備える。
【００２３】
目標とする、予め決められた単数または複数の音波場を得るためにトランスデューサTiから発生されなければならない信号ei(t)は、トランスデューサT’1〜T’mの第二回路網が使われる準備段階で得られる。
【００２４】
この第二回路網は、トランスデューサT1〜Tnと同じ種類の、少なくとも1に等しい(有利には少なくとも2に等しい)数nのトランスデューサT’1〜T’mを備える。
【００２５】
この第二回路網は、第一回路網T1〜Tnと異なっていてもよく、また準備段階の間のみ環境2内に設置し、次いで撤去するようにすることもできる。
【００２６】
しかしながら、トランスデューサの全てを環境内に常時設置し、これらのトランスデューサのうちのいくつかを第一のトランスデューサ回路網を構成するのに使用し、これらのトランスデューサのうちの他のものを第二のトランスデューサ回路網を構成するのに使用するようにして本発明の方法を実施するように構成することも可能であろう。また、少なくともいくつかのトランスデューサを第一回路網および第二回路網に共通になるようにするか、実現する目標波動場に従い(また特に、発信した波動を合焦させようとする環境2の点に従い)、第一回路網または第二回路網に属するようにすることも可能であろう。
【００２７】
種々のトランスデューサT1〜Tn、T’1〜T’mは、ここでは詳細に記述しない電子制御装置3により制御される。装置1が超音波音声画像生成または治療装置であるときには、この制御装置は、たとえば、上記文献WO-A-02/32316に記述されている制御装置と同一またはそれに類似したものとすることができる。
【００２８】
第一回路網の各トランスデューサTiに関して準備段階において決められた信号ei(t)により、たとえばトランスデューサT’1など、第二回路網のトランスデューサのうちの1つが存在する点にのみ合焦された波動場を環境2内に発生させることが可能である。
【００２９】
もちろん、第二回路網のトランスデューサT’1〜T’mのそれぞれについてこの準備段階を更新し、第二回路網のトランスデューサT’jのうちの1つが存在する点のいずれか1つに波動場を合焦させることが可能な信号ei(t)を毎回求めるようにすることも可能である。
【００３０】
いずれの場合も、同じ準備段階中に、第二回路網の各トランスデューサT’jのレベルにおける目標波動場に対応する目標信号oj(t)を得るために、第一回路網のトランスデューサTiから発信されるべき信号ei(t)を決定する。
【００３１】
制御装置3は、場合によっては、おおむね所望の波動場を得ることができる信号ei(t)の初期値を予めメモリ中にもつことができる。
【００３２】
しかしながら、本発明の好ましい実施形態においては、信号ei(t)のこれらの初期値は初期段階で決められ、この段階では、
-  目標信号oj(t)の時間反転による信号oj(-t)を第二回路網のトランスデューサTjから同時に発生させ(目標信号oj(t)がt=0における単純パルスまたはフラット信号から成る場合、結局、この段階はトランスデューサT’jから単純に目標信号oj(t)を送信させることになる)、
-  信号oj(-t)によって発生した波動場より生じる信号e’i(t)を第一回路網の各トランスデューサTiに捕捉させ、
-  上記信号e’i(t)の時間反転、すなわちei(t)=e’i(-t)により初期値ei(t)を求める。
【００３３】
第一回路網の各トランスデューサTiについて信号ei(t)の初期値が求められたら、以下の補正シーケンスを1回または複数回反復する。
(a) 信号ei(t)を、第一回路網の種々のトランスデューサTiから同時に発生させる。
(b) 信号ei(t)によって発生した波動場より生じるrj(t)を第二回路網の種々のトランスデューサT’jに捕捉させる。
(c) 第二回路網の各トランスデューサjについて時間反転差信号dj(-t)を求める。ここでdj(-t)は差dj(t)=rj(t)-oj(t)の時間反転である。
(d) 第二回路網の各トランスデューサjから時間反転差信号dj(-t)を同時に発信させる。
(e) 時間反転差信号dj(-t)によって生じた波動を基にして、第一回路網の各トランスデューサiに信号c’i(t)を捕捉させる。
(f) 第一回路網の各トランスデューサiについて補正信号ci(t)=β.c’i(-t)を求める。ここでc’i(-t)は捕捉信号c’i(t)の時間反転であり、βは、
【００３４】
【数７】
2005528158.tif 000009
【００３５】
となるように選択されたゼロでない正の実数であり、ここで
【００３６】
【数８】
2005528158.tif 000010
【００３７】
【数９】
2005528158.tif 000011
【００３８】
【数１０】
2005528158.tif 000012
【００３９】
【数１１】
2005528158.tif 000013
【００４０】
であり、‖‖は、(たとえば、
【００４１】
【数１２】
2005528158.tif 000014
【００４２】
のような)ベクトルのノルムを表し、|xm(t)|は、信号xm(t)の振幅を表す。上で決めたβの値(通常は1より大きい)により、補正プロセスは、求める目標値を満たす信号ei(t)に急速に収束することができるが、係数βは本発明の範囲から逸脱することなく1に等しい数値であってもよい。
(g) 信号ei(t)からci(t)を差し引いて信号ei(t)を補正する。
【００４３】
補正シーケンスの次回の反復時においては、段階(a)において使用される信号ei(t)の値は、上述した補正シーケンスの段階(g)において前に求められた値である。
【００４４】
経験上、きわめて散逸的および/または異質な環境内であっても、補正プロセスは数ミリ秒というように極めて速く収束することがわかっている。
【００４５】
この高速な収束は、重装備の計算手段を必要としないので、環境が変化しやすい場合、システムは環境の変化にリアルタイムに適合することができ、特に無線または音声による通信の適用例においてこのことが言える。この場合、第二のトランスデューサ回路網は、当初の準備段階を1回または複数回行った後も撤去されることなく、一定間隔または不均一な間隔で準備段階を1回または複数回反復できるよう、所定のところに残される。
【００４６】
なお、上で説明したすべての準備プロセスにおいて、発生される信号は(ゼロでない)ほぼ一定の乗算係数で与えられることに留意されたい。
【００４７】
1回または複数回の準備段階が終了すると、波動発生装置1は、1つまたは複数の波動場をきわめて高い精度で環境2内に発生することができる。
【００４８】
たとえば、第二回路網のトランスデューサT’jが占める点にのみ位置決めしたパルスを正確に発生することができる複数の準備段階を行う場合には、次に以下のことが可能である。
【００４９】
-  画像生成の適用例においては、(波動を第二回路網の複数のトランスデューサjに合焦させることが可能な発信信号ei(t)j間の単純補間法、あるいはたとえば文献WO-A-02/32316において記述されているようなより複雑な方法により得られる信号Ei(t)を発生させることにより)、環境2の任意の点に位置決めしたインパルスを発生させること。
【００５０】
-  超音波治療の適用例においては、環境内の破壊することになっている特定の点に大振幅の波動インパルスを発生させること。この特定の点は、第二回路網のトランスデューサT’jのうちの1つの位置に対応することもできる他、環境2の異なる点に対応することもでき、後者の場合、このパルスを発生させることが可能な信号は上の項で説明したようにして求められる。
【００５１】
-  通信の適用例においては、環境2のある点において情報搬送信号を発生させること(上記2つの項のように、環境2のこの点は、第二回路網のトランスデューサが占める点のうちの1つか、環境のうちの別の点とすることができ、後者の場合、補間により、あるいは、種々の信号ei(t)jを基にし、第二回路網のトランスデューサTjが占める点に波動を合焦させることができる、文献WO-A-02/32316に記述されている方法などの複雑な方法により、送信すべき信号Ei(t)が求められる。この情報搬送信号は、信号Ei(t)の畳み込み積に等しい信号
【００５２】
【数１３】
2005528158.tif 000015
【００５３】
を、所望の点に送信すべき情報搬送信号S(t)とともにトランスデューサTiに送信させることにより得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施を可能にする装置の例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
1  装置
2  環境
3  電子制御装置
T1〜Tn、T’1〜T’m  トランスデューサ
【図１】
2005528158.tif 000022
【国際調査報告】
2005528158.tif 000023
2005528158.tif 000024
2005528158.tif 000025
2005528158.tif 000026
2005528158.tif 000027
2005528158.tif 000028