(57)【要約】  マルチレイヤートランスデューサは、１つの素子（１２）に対してただ１つのシステムチャネル（２４）により動作する。パッシブスイッチグは、レイヤー（１４，１６）を送信のために、受信動作に対する場合とは異なって接続する。すなわち送信のためには２つのレイヤー（１４，１６）を並列に接続し、受信のためには２つのレイヤーを直列に接続する。任意のパッシブ型スイッチング、例えば電流および電圧制限回路（２６，２８，３０）を使用することができる。チューニングをパッシブに切り替えることができる。種々異なるチューニング（７０，７２，８２，８４）が、送信動作と受信動作との間の電圧レベルに依存してパッシブに切り替えられる。
2010500850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサ素子（１２）システム（１２）であって、
該システム（１０）は、少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子（１２）と、送信ビーム形成器チャネル（２４）と、受信ビーム形成器チャネル（２４）とを有し、
前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子（１２）は、トランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーを有し、
前記送信ビーム形成器チャネル（２４）は、前記第１のレイヤーと前記第２のレイヤーの両方（１４，１６）が同じ送信波形に応答するように前記素子（１２）に接続され、
前記受信ビーム形成器チャネル（２４）は、前記第１のレイヤーと前記第２のレイヤーの両方（１４，１６）により形成された信号が当該受信ビーム形成器チャネル（２４）に供給されるように前記素子（１２）に接続されるシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステム（１０）はさらに、
ただ１つの同軸ケーブル（２４）を有し、
該同軸ケーブルは前記第１と第２のレイヤー（１４，１６）を送信および受信チャネル（２４）と接続するシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステム（１０）はさらに、
パッシブ型スイッチング回路（２６）を有し、
該パッシブ型スイッチング回路は、前記第１のレイヤー（１４）と前記第２のレイヤー（１６）との間の中央端子（２０）を前記送信ビーム形成器チャネル（２４）に接続し、前記受信ビーム形成器チャネル（２４）を前記第１と第２のレイヤーの両方（１４，１６）に接続するシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステム（１０）であって、
前記第１のレイヤー（１４）は、前記第２のレイヤー（１６）とは反対の方向に極性付けられているシステム。
【請求項５】
請求項３記載のシステム（１０）であって、
前記パッシブ型スイッチング回路（２６）は、電流制限パッシブ型スイッチ（２６）と、第１の電圧制限パッシブ型スイッチ（３０）と、第２の電圧制限パッシブ型スイッチ（２８）とを有し、
前記第１の電圧制限パッシブ型スイッチ（３０）は前記第２のレイヤー（１６）の外側端子（２２）と接続されており、
該外側端子（２２）は、前記第２のレイヤー（１６）の中央端子とは反対の側にあり、
前記第２の電圧制限パッシブ型スイッチ（２８）は前記中央端子と接続されているシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステム（１０）であって、
前記第１のレイヤー（１４）は、前記第２のレイヤー（１６）と同じ方向に極性付けられているシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステム（１０）はさらに、
チューニング回路（７０，７２，８２，８４）と、該チューニング回路（７０，７２，８２，８４）に接続されたパッシブ型スイッチ（２６）とを有し、
前記パッシブ型スイッチ（２６）は、前記チューニング回路（７０，７２，８２，８４）を前記素子（１２）と第１モードの間、導通し、前記チューニング回路（７０，７２，８２，８４）を前記素子（１２）から第２モードの間、遮断するシステム。
【請求項８】
超音波トランスデューサ素子（１２）システム（１２）であって、該システム（１０）は、少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子（１２）と、システムチャネル（２４）と、パッシブ型電流制限回路（２６）とを有し、
前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子（１２）は、トランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーを有し、
前記パッシブ型電流制限回路（２６）は、第１および第２のレイヤー（１４，１６）の少なくとも１つとシステムチャネル（２４）との間を接続するシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステム（１０）であって、
前記パッシブ型電流制限回路（２６）は、システムチャネル（２４）を第１および第２のレイヤー（１４，１６）の一方の電極（２２）から送信動作中に遮断し、システムチャネル（２４）を前記電極（２２）に受信動作中に接続するシステム。
【請求項１０】
請求項８記載のシステム（１０）であって、
前記パッシブ型電流制限回路（２６）は、第１と第２のトランジスタ（４２）を有し、
該第１と第２のトランジスタはそれぞれ第１と第２のゲート端子と、フィードバックインピーダンスを介する第１と第２の端子へのフィードバックをそれぞれ有するシステム。
【請求項１１】
請求項８記載のシステム（１０）であって、
前記システムチャネル（２４）は同軸ケーブルを有するシステム。
【請求項１２】
請求項８記載のシステム（１０）はさらに、
前記素子（１２）と前記システムチャネル（２４）との間に接続されたパッシブ型電圧制限回路（２８）を有するシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステム（１０）であって、
前記パッシブ型電流制限回路（２８）は、逆並列に接続されたダイオード回路（４０）を有するシステム。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステム（１０）はさらに、
第１、第２および第３の電極（１８，２０，２２）を有し、
前記第１と第２の電極（１８，２０）は、前記第１のレイヤー（１４）の対向する側にあり、
前記第２と第３の電極（２０，２２）は、前記第２のレイヤー（１６）の対向する側にあり、
前記第２の電極（２０）は、前記第１と第２のレイヤー（１４，１６）の間にあり、
前記パッシブ型電圧制限回路（２８）は、前記システムチャネル（２４）と前記第２の電極（２０）との間に接続されており、
前記パッシブ型電流制限回路（２６）は、前記システムチャネル（２４）と前記第３の電極（２２）との間に接続されているシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステム（１０）であって、
前記第１の電極（１８）はアースと接続可能であり、
さらにアースと前記第３の電極（２２）との間に接続された別の電圧制限回路（３０）を有するシステム。
【請求項１６】
請求項１２記載のシステム（１０）であって、
パッシブ型電流制限回路（２６）とパッシブ型電圧制限回路（２８）の少なくも１つは、チューニング回路（７０，７２，８２，８４）を種々異なる動作モードのために接続または遮断するシステム。
【請求項１７】
超音波と電気エネルギとを変換する方法であって、該方法は、
比較的高電圧の送信波形を素子（１２）に適用するステップ；
比較的低電圧の受信波形を素子（１２）により形成するステップ；
トランスデューサ材料からなる第１のレイヤー（１４）と第２のレイヤー（１６）の並列接続および直列接続が、電圧レベルに依存してパッシブに切り替えられるステップ；
を有する方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングは、送信波形を第１の電極（２０）に導通し、送信波形が第２の電極（２２）から導通するのを阻止し、受信波形を第２の電極（２２）から導通し、受信波形が第１の電極（２０）から導通するのを阻止する方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングは、送信波形のための並列接続と、受信波形のための直列接続とを切り替え、
前記適用では、送信波形を第１のレイヤー（１４）と第２のレイヤー（１６）との間の第１の電極（２０）に適用し、
前記形成では、受信波形を、第１のレイヤー（１４）の第１の電極（２０）に対向する側にある第２の電極（２２）から形成するシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、
前記第１のレイヤー（１４）は、前記第２のレイヤー（１６）とは反対に極性付けられている方法。
【請求項２１】
請求項１７記載の方法であって、
前記適用では、並列に接続されたレイヤー（１４，１６）に基本周波数バンドを適用し、
前記形成では、直列に接続されたレイヤーに基本周波数バンドの整数倍高調波バンドで形成する方法。
【請求項２２】
請求項１７記載の方法はさらに、
送信波形と受信波形を同じチャネル（２４）に沿って導通し、
パッシブなスイッチングは、前記チャネル（２４）から第１と第２のレイヤー（１４，１６）の間にある第１の電極への電圧を制限し、前記チャネル（２４）から前記第１のレイヤー（１４）上で前記第１の電極（２０）に対向する側にある第２の電極（２２）への電流を制限し、前記第２の電極（２２）からアースへの電圧を制限する方法。
【請求項２３】
請求項１７記載の方法はさらに、
パッシブにスイッチングを行う動作とパッシブにスイッチングを行わない動作とをアクティブに切り替える方法。
【請求項２４】
請求項１７記載の方法はさらに、
第１のレイヤー（１４）と第２のレイヤー（１６）を、送信波形の適用中に変圧器（５０）により平衡にアースする方法。
【請求項２５】
請求項１７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングはさらに、種々異なるチューニング回路（７０，７２，８２，８４）を電圧レベルに依存してパッシブに切り替える方法。
【請求項２６】
請求項１７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングは、ダイオード回路（４０）による電圧制限と、パッシブ型トランジスタ回路（４２）による電流制限を含む方法。
【請求項２７】
超音波素子（１２）をチューニングする方法であって、該方法は、
送信波形を素子（１２）に適用するステップ；
受信波形を前記素子（１２）により、前記適用への応答として形成するステップ；
チューニングをパッシブに、適用と形成に依存して切り替える方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングは、チューニング回路（７０，７２，８２，８４）を、種々異なる電圧レベルに相応する送信波形と受信波形に依存してパッシブに接続および遮断する方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングはさらに、前記素子（１２）内のトランスデューサ材料の第１と第２のレイヤー（１４，１６）の並列接続と直列接続をパッシブに切り替える方法。
【請求項３０】
請求項１記載のシステム（１０）であって、
送信および受信ビーム形成器チャネル（２４）は別個に素子（１２）に接続され、
パッシブ型スイッチング回路（Ｚ１）は、送信ビーム形成器チャネル（ＴＸ）、または受信ビーム形成器チャネル（ＲＸ）、または両方を前記素子（１２）に接続するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波トランスデューサに関する。とりわけ、トランスデューサのレイヤーが切り替えられて使用される。
【背景技術】
【０００２】
バイレイヤートランスデューサは、従来のトランスデューサでは得られない種々の動作モードを提供する。エレメントの２つのレイヤーを同相で駆動し、位相のずれた２つのレイヤーの信号を受信して加算することにより、高調波モードが得られる。送信される音響野は低い第２高調波成分を有し、受信エネルギは第２高調波において、基本周波数の抑圧された情報を含む。
【０００３】
米国特許明細書第5,957,851号は、積層音響素子を使用した信号の送信および受信方法を開示する。しかしこの方法は、送信および受信のために音響素子の両方のレイヤーを使用できるようにするものではない。より最適の高調波モードパフォーマンスは、トランスデューサ素子の両方のレイヤーが使用される場合に得られる。
【０００４】
バイレイヤー素子で追加されたフレキシビリティは、ダブルチャネルでのコスト上昇となる。各チャネルはトランスデューサ材料の２つのレイヤーを有し、各レイヤーは異なるシステムのチャネルと接続されている。トランスデューサ／レシーバは、バイレイヤー素子の各レイヤーに対して専用である。送信器波形と受信器信号処理は、各レイヤーに関係なく最適化することができ、バイレイヤートランスデューサの最高性能を実現する。外部チャネル接続はホストシステムにより取り扱うことができる。しかしこのことは各素子に対して２つのチャネルを備えるホストシステムを必要とする。択一的に信号処理電子回路をトランスデューサに組み込み、パルスを素子の１つまたは両方のレイヤーに直接送信することもできる。信号処理電子回路は、レイヤーから受信した信号を同期し、結合する。トランスデューサのアクティブ素子は、外部信号線をコントロールのために必要とし、また外部電力を必要とし、不所望の熱を発生する。
【０００５】
ホスト超音波システムでは、送信器／受信器（Ｔ／Ｒ）スイッチが各チャネルを、受信チャネルと送信チャネルに分離する。Ｔ／Ｒスイッチはパッシブスイッチであり、米国特許明細書第6,269,052号に開示されている。アクティブスイッチ素子、例えば高電圧ＣＭＯＳアナログスイッチは急速には安定しない。このことは走査中に、すなわち走査線に対する送信イベントと受信イベントとの間で、この素子をスイッチングするのを困難にする。アクティブスイッチ素子を作動することはまた、注意深くタイミングコントロールされた、超音波システムからの信号を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許明細書第5,957,851号
【特許文献２】米国特許明細書第6,269,052号
【発明の概要】
【発明の効果】
【０００７】
最初に説明する以下の有利な実施例には、マルチレイヤートランスデューサ素子のための方法および装置が含まれている。マルチレイヤートランスデューサは、１つの素子に対してただ１つのシステムチャネルだけにより動作する。パッシブ型スイッチングは、レイヤーを送信のために受信動作に対する場合とは異なって接続する。すなわち送信のためにはレイヤーを並列に接続し、受信のためにはレイヤーを直列に接続する。任意のパッシブ型スイッチング、例えば電流および電圧制限回路を使用することができる。
【０００８】
レイヤーのパッシブ型スイッチングとは択一的に、またはこれに付加的に、チューニングをパッシブに切り替えることができる。種々異なるチューニングが、送信動作と受信動作との間で電圧レベルに依存してパッシブに切り替えられる。
【０００９】
第１の側面では、超音波トランスデューサ素子システムが開示される。少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子が、トランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーを有する。送信ビーム形成器チャネルが、第１のレイヤーと第２のレイヤーの両方が同じ送信波形に応答するように素子に接続される。受信ビーム形成器チャネルが、第１のレイヤーと第２のレイヤーの両方により形成された信号がこの受信ビーム形成器チャネルに供給されるように素子に接続される。
【００１０】
第２の側面では、超音波トランスデューサ素子システムが開示される。少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子が、トランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーを有する。パッシブ型電流制限回路が、第１および第２のレイヤーの少なくとも１つと、システムチャネルとの間を接続する。
【００１１】
第３の側面によれば、超音波と電気エネルギとを変換するための方法が開示される。比較的高電圧の送信波形が素子に適用される。比較的低電圧の受信波形が素子により形成される。この素子においてトランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーの並列接続および直列接続が、電圧レベルに依存してパッシブに切り替えられる。
【００１２】
第４の側面によれば、超音波素子をチューニングするための方法が提供される。送信波形が素子に適用される。受信波形がこの素子により、適用への応答として形成される。チューニングはパッシブに、適用と形成に依存して切り替えられる。
【００１３】
本発明は以下に続く請求項によって規定されるが、以下の詳細な説明はこれら請求項の限定として解釈すべきものではない。さらに本発明のさらなる有利な側面および利点は、以下の明細書で有利な実施例に基づいて説明され、請求の範囲において独立的または組合せで権利主張される。
【００１４】
各構成要素および図面は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を示すのに強調されている。さらに、各図面では、相応する部分を指示する参照番号は、異なった図面でも全体を通じて同じである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、マルチレイヤー素子トランスデューサシステムの第１実施例の回路図である。
【図２】図２は、第２実施例によるパッシブスイッチング素子の概略的回路図である。
【図３】図３は、一方の動作モードにパッシブに切り替えられた図１の回路を示す図である。
【図４】図４は、他方の動作モードにパッシブに切り替えられた図１の回路を示す図である。
【図５】図５は、マルチレイヤート素子トランスデューサシステムの第２実施例の回路図である。
【図６】図６は、マルチレイヤート素子トランスデューサシステムの第３実施例の回路図である。
【図７】図７は、パッシブに切り替えられるチューニング回路の実施例の回路図である。
【図８】図８は、パッシブに切り替えられるチューニング回路の別の実施例の回路図である。
【図９】図９は、マルチレイヤート素子トランスデューサシステムの第４実施例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１つのシステムチャネルが１つのバイレイヤー素子または１つのマルチレイヤー素子に対して必要なだけであるが、１つ以上のシステムチャネルを使用しても良い。パッシブスイッチングは、素子でのレイヤーの使用をコントロールし、外部の電力源または外部の制御信号は必要ない。パッシブ型電流および電圧制限回路は、送信電流および受信電流をチューニングのためおよび／またはマルチレイヤー動作のために直接切り替える。パッシブスイッチングにより高調波画像形成が可能になる（例えば基本周波数で送信し、基本周波数の高調波周波数で受信する）。アクティブスイッチにより、択一的に基本周波数画像形成モードが可能となる（例えば基本周波数で送信および受信する）。
【００１７】
図１は、超音波トランスデューサ素子システム１０を示す。このシステム１０は、トランスデューサ素子１２、システムチャネル２４、および１つまたは複数のパッシブ型スイッチング回路２６，２８，３０を有する。付加的に、いくつかの異なった構成要素が設けられていてもよい。パッシブ型スイッチング回路２６，２８，３０の１つの可能な構成が図示されている。同じように接続されたより少数の、または異なる数のパッシブ型スイッチング回路２６，２８，３０を付加的に使用する構成も可能である。
【００１８】
トランスデューサ素子１２は、圧電材料の上部レイヤー１４と下部レイヤー１６を有する。レイヤー１４，１６は両方とも支持レイヤーと整合レイヤーの間にある。付加的レイヤー１４，１６を設け、３つ以上の層とすることもできる。レイヤー１４，１６は、伝播の広がり方向に沿って伸長している。各レイヤー１４，１６は同じまたは異なる仰角と方位、および形状を有する。
【００１９】
レイヤー１４と１６は同じまたは異なる圧電材料であり、例えば圧電単結晶、圧電セラミック、または圧電ポリマー材料、またはそれらとエポキシまたは他の溶可材との合成物である。択一的実施例では、レイヤー１４，１６の１つまたは複数が静電微細加工デバイス、例えば静電可動膜デバイスである。さらに別の実施例では、１つまたは複数のレイヤー１４，１６が電歪材料、例えばＰＭＮ−ＰＴである。各レイヤー１４，１６は同じまたは異なる幾何形状および／または材料を有する。各レイヤーに対して同じ厚さ、例えば１／２ｍｍの厚さが使用される。この厚さを含めて一桁以上異なる厚さを使用することもできる。
【００２０】
実施例で上部レイヤーおよび下部レイヤー１４，１６は異なるトランスデューサ材料を有する。例えば下部レイヤー１６は固体圧電材料、例えば固体セラミックまたは静電基板である。固体圧電材料はエポキシ・フリーであり、または各トランスデューサ素子用のカーフス・フリーである。上部レイヤー１４は、圧電複合材料、例えば圧電セラミックとエポキシまたはポリマーとの組み合わせである。圧電複合材料は、エポキシ溶可材カーフスにより一次元に分離された圧電材料ビーム、またはエポキシ溶可材カーフスにより２次元に分離された圧電材料ポストを含む。しかし他の圧電複合材料を使用することもできる。実施例で、上部レイヤー１４は１４〜１９Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを有する圧電複合材料であり、下部レイヤー１６は約３０Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを有する固体圧電材料である。
【００２１】
レイヤー１４，１６のトランスデューサ材料は極性付けられている。実施例で、異なるレイヤーは実質的に反対方向の極性を有する。極性は伝播方向に沿っているか、または実質的に伝播方向に平行である。別の実施例では、２つ以上のレイヤー１４，１６が同じ方向に極性付けられている。
【００２２】
電極１８，２０，２２は金属であるが、他の導体を使用することもできる。フレキシブルな回路材料（例えばポリエステルフィルム）を備える、または備えないシートが電極１８，２０，２２を形成する。択一的に電極１８，２０，２２はデポジットされた材料である。電極１８，２０，２２は積層体の一部として例えば焼成により形成されている。または粗く接触する別個のレイヤーである。実施例で中央電極２０は積層体内に焼成により、または粗い接触により形成されている。しかし外側電極１８，２２は積層体に粗い接触とボンディングにより形成されている。
【００２３】
各レイヤー１４，１６は２つの電極１８，２０，２２と関連している。上部レイヤー１４は、対向する側に電極１８，２０を有する。下部レイヤー１６は、対向する側に電極２０，２２を有する。中央電極２０は、両方のレイヤー１４，１６により共有されるシングル電極である。択一的に、中央電極２０を相互に接触する２つの電極から形成することもできる。
【００２４】
電極１８，２０，２２はワイヤ、トレース、または電極１８，２０，２２への信号、または電極１８，２０，２２からの信号をルーティングする他の導体と接続されている。実施例では、１つまたは複数の電極１８，２０，２２は固定接続、または切り替えのない接続を有する。例えば上部レイヤー１４の上部電極１８は、ローカルアースに固定接続を有する。上部電極１８は、使用中は患者に最も接近して配置される。択一的に、電極１８，２０，２２の１つまたは複数またはすべての接続が、パッシブおよび／またはアクティブスイッチングにより切り替えられる。アースへの切り替え接続を使用することもできる。
【００２５】
システムチャネル２４は、導体、同軸ケーブル、トレース、ビーム形成器チャネル、送信チャネル、受信チャネル、信号経路、またはそれらの組み合わせである。実施例でシステムチャネル２４はシングル同軸ケーブルである。別個の、または多重化されたシステムチャネル２４が各素子１２に対して設けられている。
【００２６】
システムチャネル２４のシステム端部は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチおよび／または送信および受信ビーム形成器チャネルと接続されている。Ｔ／Ｒスイッチはパッシブ型、アクティブ型、またはパッシブ型スイッチング回路とアクティブ型スイッチング回路の両方である。米国特許明細書第6,269,052号に開示された公知の、または将来開発される任意のＴ／Ｒスイッチを使用することができる。この開示内容は本願に参照として取り入れる。Ｔ／Ｒスイッチ回路は、システムチャネル２４を送信ビーム形成器および受信ビーム形成器と接続する。Ｔ／Ｒスイッチは低電圧信号を受信ビーム形成器チャネルに導き、送信ビーム形成器からの高電圧信号をシステムチャネル２４に導き、その間、受信ビーム形成器チャネルを保護または開放する。
【００２７】
システムチャネル２４は送信ビーム形成器チャネルを素子１２と接続する。送信ビーム形成器チャネルはアナログまたはデジタル送信ビーム形成器チャネルである。例えば米国特許明細書第5,675,554号、第5,608,690号、第6,005,827号、または第6,104,670号に記載された送信ビーム形成器が使用され、それらの開示内容を本願の参照として取り入れる。他の波形源も使用することができる。これは例えば、波形発生器、パルサー、スイッチ、波形メモリ、ミクサ、またはＤ／Ａ変換器である。所定の送信ビーム形成器チャネルに対する波形が表示され、他の送信ビーム形成器チャネルに対して増幅される。
【００２８】
システムチャネル２４は送信ビーム形成器チャネルを素子１２と接続する。受信ビーム形成器チャネルはアナログまたはデジタル受信ビーム形成器チャネルである。例えば米国特許明細書第5,685,308号に記載された送信ビーム形成器が使用され、その開示内容を本願の参照として取り入れる。受信ビーム形成器チャネルは、種々のチャネルからの信号を相対的に遅延およびアポディゼーションし、それらの信号を加算するための遅延器、位相回転器、加算器、および／またはフィルタを含む。
【００２９】
光学的フィルタを受信ビーム形成器に含むか、または受信ビーム形成器とは別個にすることができる。フィルタは、ハイパス特性、バンドパス特性、ローパス特性、またはホワイトノイズ応答を提供する。フィルタは、所望の周波数バンドに関連する情報を通過させる。例えば基本送信周波数バンド、基本周波数バンドの高調波、または任意の所望の周波数バンドに関連する情報を通過させる。ここで高調波は、高次高調波（例えば二次、三次、…）、分数調波（３／２，５／３，…）、または低調波（１／２，１／３，…）を含む。フィルタは、種々異なる所望の周波数バンドに対して異なるフィルタを有するか、またはプログラマブルフィルタを有する。例えばフィルタは信号をベースバンドに復調する。復調周波数は、基本中心周波数または第２高調波中心周波数のような他の周波数に応答してプログラマブルに選択される。ベースバンド近傍以外の周波数に関連する信号はローパスフィルタリングにより除去される。別の実施例として、バンドパスフィルタが設けられている。
【００３０】
付加的オプションまたは択一的オプションとして、メモリ、位相回転器、増幅器（例えば乗算器）および／または加算器が設けられている。種々の送信イベントに応答して受信された信号を相対的に位相調整し、および／または重み付けすることにより、所望の周波数としての情報が他の周波数に対して分離され、または強調される。
【００３１】
システムチャネル２４は、素子１２の上部レイヤー１４と下部レイヤー１６の両方を送信および受信ビーム形成器チャネルと接続する。システムチャネル２４の素子１２端部ではパッシブ型非線形スイッチングにより、マルチレイヤー素子１２が１つの素子１２に対して１つのシステムチャネルだけを使用して動作することができ、高調波画像形成能力を提供する。パッシブ型スイッチングは、電気エネルギを信号の振幅に基づき、１つの経路または別の経路を通して案内する。非線形回路素子は、送信信号と受信信号を択一的に経路に案内する。電流および電圧を制限するパッシブ型スイッチング回路２６，２８および３０は、システムチャネル２４および／またはアースを異なる電極１８，２０，２２に切り替える。
【００３２】
パッシブ型スイッチング回路２６は電流制限回路として、図２に示す２つのトランジスタ４２を有する。トランジスタ４２はそれぞれ、電流センシングインピーダンス（例えば抵抗）を介してソース端子に至るゲート端子フィードバックを有する。トランジスタ４２は、ｎチャネル欠乏層式ＭＯＳＦＥＴであるが、他の形式のトランジスタも使用できる。使用することのできる他の形式のパッシブ型制限回路は、例えば米国特許明細書第6,269,052号に開示されている。別の形式のパッシブ型制限回路は、より少数またはより多数のトランスタを有し、これらのトランジスタは異なるやり方、または同じやり方、またはフィードバックなしで接続されている。
【００３３】
図２はまた、電流制限回路の電圧と電流の関係を示す。電流振幅は、十分な電圧振幅に対するゼロ値を中心に対称または非対称に制限されている。電流−電圧特性は、低電圧に対して小さな増分的抵抗を示す。閾値電流に接近すると、増分抵抗は急速に増大し、電流が制限される。上記のＭＯＳＦＥＴを使用すると、パッシブ型制限回路２６は約１０から２０Ωの小信号増分抵抗を有し、約±１０ｍＡから±５０ｍＡの電流を制限する。別の抵抗および／または電流制限を使用することもできる。
【００３４】
図１を参照すると、パッシブ型スイッチ回路２６はパッシブ型電流制限回路であり、１つまたは複数のレイヤー１４，１６とシステムチャネル２４との間に接続されている。例えばパッシブ型電流制限回路は、システムチャネル２４と、外側電極２２または下部レイヤー１６の外側端子との間に接続されている。パッシブ型電流制限回路はパッシブ型スイッチ２６であり、システムチャネル２４を電極２２から送信動作中に分離し、システムチャネル２４を電極２２に受信動作のために接続する。送信動作と関連する高電圧が低電流に制限され、システムチャネル２４と電極２２との間に実質的に開回路が形成される。受信動作と関連する低電圧は電流制限内にあり、パススルーまたは短絡が形成される。
【００３５】
図２を参照すると、パッシブ型スイッチ回路２８，３０はパッシブ型電圧制限回路であり、例えば逆並列に接続されたダイオード４０である。例えばダブルｐｎ接合ダイオードのペアが使用される。他のダイオ―ド４０、例えばショットキーダイオードが使用されてもよい。より少数の、または付加的なダイオード４０を備える、またはダイオード４０を備えないパッシブ型電圧制限回路も使用できるパッシブ型電圧制限回路２８，３０は、同じまたは異なる構成、回路配置、コンポーネント形式または特性を有することができる。
【００３６】
図２はまた、パッシブ型電圧制限回路に対する電圧と電流の関係を示す。電流−電圧特性は、低電圧に対して高い増分的抵抗を示す。閾値電圧に接近すると、増分抵抗は急速に下降し、電圧が制限される。シリコンダイオード４０により、パッシブ型電圧制限回路２８，３０は電圧振動を約±０．６Ｖにクランプする。
【００３７】
図１を参照すると、１つのパッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ回路２８）が素子１２とシステムチャネル２４との間に接続されている。例えばパッシブ型電圧制限回路は、システムチャネル２４と、共有電極２０または中央端子との間に接続されている。パッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ回路３０）は、ア―スと下部レイヤー１６の外側電極２２との間に接続されている。パッシブ型電圧制限回路はパッシブ型スイッチ回路２８，３０である。送信動作に関連する高電圧は、電流をパススルーさせるか、またはパッシブ型電圧制限回路により短絡を形成する。受信動作に関連する低電圧は、実質的な開回路により通過を阻止される。
【００３８】
パッシブ型スイッチ２６，２８，３０はトランスデューサプローブ内にある。例えばパッシブ型スイッチ２６，２８，３０は同じ半導体基板に集積されているか、または素子１２に隣接する異なる半導体基板に集積されている。１つまたは複数のパッシブ型スイッチ２６，２８，３０はトランスデューサコネクタまたは超音波画像システムに配置される。特別の導体または同軸ケーブルがリモートでのパッシブ型スイッチングのために設けられている。トランスデューサプローブでの電力損失は、パッシブ型スイッチ２６，２８，３０をプローブから離して配置することにより制限または低減することができる。
【００３９】
図１に示した実施例では、パッシブ型スイッチ回路２６，２８，３０が、システムチャネル２４を素子１２に接続し、上部レイヤー１４と下部レイヤー１６の両方が同じ送信波形に応答するようにする。中央端子または中央電極２０はシステムチャネル２４と接続されており、送信ビーム形成チャネルと関連している。図３は、パッシブ型電流制限回路（パッシブ型スイッチ２６）が開回路として動作し、パッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ２８，３０）が閉回路として動作している様子を示す。送信ビーム形成器からの高電圧信号により、図３の構成が生じる。中央端子（電極２０）が上部端子と下部端子（電極１８，２２）の両方を接続する共通のリターン経路に対して相対的に駆動またはセンシングされると、素子の両方のレイヤー１４，１６は、極性が反対であるので同相に動作する。素子１２は、基本送信周波数ｆｏまたは関連するバンドで応答し、第２高調波周波数２ｆｏまたは関連するバンドで応答が抑圧される。
【００４０】
パッシブ型スイッチング回路２６，２８，３０はシステムチャネル２４を素子１２に接続し、両方のレイヤー１４，１６により発生された信号は受信ビーム形成器チャネルに供給される。受信ビーム形成器チャネルは両方のレイヤー１４，１６に接続される。下部レイヤー１６の外側電極２２は、システムチャネル２４および関連の受信ビーム形成器チャネルと接続される。図４は、パッシブ型電流制限回路（パッシブ型スイッチ２６）が閉回路として動作し、パッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ２８，３０）が開回路として動作している様子を示す。送信された音響エネルギに応答してレイヤー１４，１６により形成された低電圧受信信号により、図４の構成が生じる。素子１２が厚さ全体にわたって（すなわち両方のレイヤー）駆動またはセンシングされると、積層された２つのレイヤー１４，１６の極性が反対であるので、位相外れの信号が加算される。素子１２は、第２高調波２ｆｏまたはそれに関連するバンドで強く応答し、基本周波数ｆｏまたは関連するバンドで応答が抑圧される。
【００４１】
パッシブ型スイッチは、送信動作および受信動作中に自動的にスイッチングする。高調波動作に対してシステム１０は自動的に素子１２を基本周波数ｆｏモードで駆動し、高調波２ｆｏモードに応答して素子１２をセンシングする。より多くのレイヤーを備える別の構成、および／または極性の異なる別の構成も可能である。送信動作は基本周波数で行われ、受信動作は分数調波、例えば１／２高調波で行われる。
【００４２】
パッシブ型スイッチ回路２６，２８，３０の他の構成を使用することもできる。例えば異なる電極１８，２０，２２が接続されていたり、１つ以上の電極１８，２０，２２が接続されていたり、並列および／または直列に接続されていたり、またはアースに接続されていても良い。１つのパッシブ型電流制限回路が使用されるが、１つも使用されなくても、または２つ以上が使用されても良い。２つのパッシブ型電圧制限回路が使用されるが、１つも使用されなくても、それより少数または２つ以上が使用されても良い。
【００４３】
図５は、３つのパッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ２８，３０，５２）を有する別の実施例を示す。変圧器５０がパッシブ型スイッチ２６と電極２２との間に接続されている。この変圧器５０は１：１の巻線比を有する。受信経路の有効インピーダンスは、巻線比が１：１から変化することにより両方向で変化することができる。変圧器５０の二次巻線の一方の端部は電極２２と、他方の端部は電極１８と接続されている。付加的なパッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ５２）が電極１８と変圧器５０をローカルアースに接続する。
【００４４】
図１のシステムは、図４に示した高調波動作中に素子１２のレイヤー１４，１６に対して、部分的に非対称のアースを提供する。パッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ３０）により、下部レイヤー１６は上部レイヤー１４よりも近似的に０．６Ｖ低い電圧により駆動されることになる。図５はより平衡化された構成を提供する。両方のレイヤー１４，１６は、パッシブ型電圧制限回路（パッシブ型スイッチ３０，５２）によりアースから同じ電圧オフセットを受ける。送信された信号中の高調波排除をさらに改善することができる。
【００４５】
図１と５の実施例ではアクティブ型スイッチングが行われない。択一的実施例では、１つまたは複数のパッシブ型スイッチがアクティブ型スイッチにより置換される。別の実施例では、アクティブ型スイッチが設けられている。
【００４６】
図６は、アクティブ型スイッチングとパッシブ型スイッチングを行う実施例を示す。アクティブ型スイッチ６０，６２はＦＥＴスイッチであるが、他のトランジスタを使用しても良い。スイッチ６２は単極シングルアクションスイッチである。スイッチ６０は２極スイッチであり、２つの単極シングルアクションスイッチの組み合わせである。
【００４７】
アクティブ型スイッチ６０，６２は信号経路を再割り当てし、高調波画像モードと基本周波数画像モードの両方を提供する。位置Ａにあるスイッチ６０，６２により、素子１２は高調波モードで動作する（例えばｆｏで送信し、２ｆｏで受信する）。位置Ｂにあるスイッチ６０，６２により、素子１２は送信および受信の両方に対して基本周波数モードで動作する。スイッチ６０，６２は安定するのが遅い。スイッチ６０，６２は、画像モードが設定された後に静止するから、スイッチのセットリングは素子１２の性能に影響しない。基本周波数モードと高調波モードとが交番するドップラ画像モードのような多重モード状況では、高速のモード切り替えが使用される。セットリングタイムおよび電力消失は性能に影響を与えるので、十分にアクティブなスイッチが必要である。
【００４８】
別の実施例では、２つのレイヤーが実質的に同じ方向に極性付けられている。パッシブ型スイッチングにより、２つのレイヤーが送信のために直列に接続され、受信のために並列に接続される。極性方向と電気接続とには、基本周波数動作モードと高調波動作モードとの実現において双対関係が存在する。
【００４９】
図９は、送信チャネルと受信チャネルが別個であり、マルチレイヤー素子を有する実施例を示す。超音波システムは：
ａ）  ＭＮ独立チャネル（ここでＭはレイヤーの数、Ｎは素子の数である）、
ｂ）  相互に独立した送信用ＭＮ／２チャネル、受信用ＭＮ／２チャネル（Ｍは偶数）、または
ｃ）  ＭＮ入力の一方の半分を他方の半分に、受信イベントと送信イベントとの間に高速に切り替えることのできるマルチプレクサ、を有する。１素子に対して２つ以上のレイヤーを有するトランスデューサは、この構成を２Ｎシステムチャネルを備えるだけで使用することができる。
【００５０】
パッシブ型スイッチングデバイスは、比較的多数のチャネルを設ければより少数にすることができる。オプションとしてのアクティブ型スイッチは、高調波動作モード用の位置Ａ、または基本周波数動作モード用の位置Ｂにある。バイレイヤー素子の２つのレイヤーへの送信信号と受信信号の位相は、パッシブ型スイッチＺ１に基づいて自動的に設定される。基本周波数モードでは、上部システムチャネルが送信と受信の両方に使用される。別の実施例では、レイヤー１４，１６が同じ方向に極性付けられ、送信（ＴＸ）チャネルは上部レイヤー１４、すなわち上部電極１８、または下部レイヤー１６、すなわち下部電極２２に接続される。
【００５１】
図７は、パッシブ型スイッチングを行うシステム１０’の別の実施例を示す。パッシブ型スイッチ２６，２８，３０は基本周波数と高調波を、上記図１に関して論議したようにコントロールする。そして素子１２を送信動作および受信動作に依存してチューニングする。別の実施例で、パッシブ型スイッチは、基本周波数および高調波の応答変化なしでチューニングを行う。
【００５２】
システム１０’はチューニング回路７０，７２を有する。チューニング回路７０，７２は、抵抗、キャパシタ、インダクタ、またはそれらの組み合わせである。図示のように、チューニング回路７０，７２は、１つのインダクタにより設定されたそれぞれ異なるインピーダンスを有する。１つ以上の同調素子を設けることもでき、例えば複数のインダクタ、キャパシタおよび／または抵抗を並列または直接に接続することができる。現在公知の、または将来開発される任意のチューニング回路７０，７２を使用することができる。チューニングによりインピーダンス整合が行われる。
【００５３】
１つまたは複数のパッシブ型スイッチ２６，２８，３０が１つまたは複数のチューニング回路７０，７２と接続されている。図７に示されるように、１つのチューニング回路７０が素子１２と１つのパッシブ型スイッチ２８との間に接続されている。パッシブ型スイッチ２８はチューニング回路７０を動作中に、送信モードであるか受信モードであるかに基づき追加または除去する。パッシブ型スイッチ２６の電圧制限回路はチューニング回路７０を、使用される経路に接続または遮断する。別の電圧制限回路と、チューニング回路７０の関連の位置を使用することもできる。択一的にチューニング回路７０は、パッシブ型スイッチ２８の電流制限回路と、またはパッシブ型スイッチングの異なる形式の組み合わせと接続される。
【００５４】
別のチューニング回路７２はシステムチャネル２４と接続されており、送信動作中と受信動作中にチューニングする。別のチューニング回路７２は、トランスデューサコネクタまたは画像形成装置内にある。択一的にチューニング回路７２はトランスデューサプローブ内にある。
【００５５】
素子１２の送信応答および受信応答は、パッシブ型スイッチングにより別個に最適化されている。送信動作と受信動作を異なってチューニングすることにより、インピーダンス応答の異なる素子１２を備えるビーム形成チャネルに整合することができる。送信応答と受信応答を最適化するために、値の異なるチューニングインジケータを使用する。図７に示したパッシブ型スイッチングを使用する場合、素子１２は送信動作に対して１２μＨをチューニングし、受信動作に対しては０μＨをチューニングする。
【００５６】
図８は、送信動作に対して受信動作とは異なるチューニングを行うパッシブ型スイッチングの別の実施例を示す。高調波画像形成モードのためのパッシブ型スイッチングが図示されているが、パッシブ型スイッチングを行わない素子、および／またはトランスデューサ材料がシングルレイヤーである素子も使用することができる。パッシブ型スイッチ８０、例えばパッシブ型電流制限回路はチューニング回路８４（例えばインダクタ）と直列に接続されている。別のチューニング回路８２（例えば別のインダクタ）が、チューニング回路８４とパッシブ型スイッチ８０の直列回路に並列に接続されている。
【００５７】
チューニング回路８２，８４は、トランスデューサコネクタおよび／または画像形成装置内にある。択一的に１つまたは両方のチューニング回路８２，８４がトランスデューサ内にある。
【００５８】
パッシブ型スイッチ８０は送信動作中、オフであるかまたは開回路である。送信経路は、チューニング回路８２（例えば１２μＨインダクタ）だけを有する。受信動作中の小電流により、パッシブ型スイッチ８０は閉またはオンであり、受信経路はチューニング回路８２，８４の並列回路に基づくチューニングとなる（例えば１２μＨと１０．５μＨの並列回路は、素子１２に対して５．６μＨとなる）。別のインダクタ値、パッシブ型スイッチ、パッシブ型スイッチのネットワーク、チューニング回路、チューニング回路の組み合わせ、直列接続および／または並列接続を設けることもできる。このチューニングの実施例と方法は、バイレイヤーデバイスだけでなく、任意のトランスデューサとともに使用することができる。
【００５９】
超音波と電気エネルギとを変換する方法はパッシブ型スイッチングを使用する。図１または図４から８の実施例、またはパッシブ型スイッチングの別のシステムが、この方法を実現する。パッシブ型電流および／または電圧制限回路のようなパッシブ型スイッチは、信号電圧に依存して異なる送信構成と受信構成を提供する。マルチレイヤー素子のトランスデューサレイヤ―に電気的にアクセスすると、並列接続と直列接続とがパッシブに切り替えられる。トランスデューサは基本周波数モード（ｆｏ）で送信し、高調波モード（２ｆｏ）で受信する。このときに、送信と受信とをアクティブに切り替える制御は行われない。
【００６０】
実施例では、送信波形が素子に適用される。この送信波形は、任意の周期数のユニポーラ波、バイポーラ波、正弦波、方形波、または他の波形である。この波形は送信ビーム形成器によって適用され、この送信ビーム形成器はこの波形をシステムチャネルまたは送信／受信スイッチを通して出力する。システムチャネルは、電気波形を素子の１つまたは複数の電極に導通する。とりわけ電気波形をトランスデューサ材料の２つのレイヤー間の中央素子に導通する。送信波形は、全レイヤー数よりは少数のレイヤーに、または並列のレイヤーに、または直列のレイヤーに適用される。
【００６１】
送信波形は比較的に高い電圧振幅を有し、例えば１０Ｖ以上の正および／または負の電圧である（例えば１００〜２００Ｖ）。それより低い電圧または高い電圧を使用することもできる。
【００６２】
送信波形は、所望の周波数または周波数バンドである。送信波形は例えば、中心周波数が２ＭＨｚであり、周波数バンドが１または２ＭＨｚバンドである。中心周波数と相応のバンド幅が、送信基本周波数およびバンドである。
【００６３】
送信波形に応答して、トランスデューサ材料が音響エネルギを発生する。トランスデューサの別のレイヤーもこの音響エネルギ発生に寄与する。１つまたは複数の素子が、所定の送信イベント中に音響エネルギを発生する。相対的な位相調整および／またはアポディゼーションを素子間で行うことにより、音響エネルギのビームが整形される。
【００６４】
組織または体液のような構造は、音響エネルギの一部をトランスデューサ素子に反射する。高調波画像形成に対しては、非線形伝播および／または非線形反射が高調波情報を形成する。高調波情報は、組織画像形成または造影剤画像形成のために使用される。組織画像形成では、造影剤が画像形成セッション中にターゲットに追加されない。血液または他の体液を含む組織の特性だけが超音波画像の形成に利用される。医用超音波画像形成は典型的には、所定の時間における所定の被検体に対する離散的な画像形成セッションである。例えば画像形成セッションは、対象となる特別の組織での超音波検査で１／４から１時間に制限することができる。しかしそれ以外の時間も可能である。この場合、造影剤は画像形成セッション中に組織に投与されない。組織高調波画像は、特に高い空間的分解能を、高調波周波数で組織から発生されたエコーの関数として提供することができる。とりわけ隣接野でのクラッターは少なくなる。付加的に、送信ビームは基本周波数を使用して形成されるから、送信ビームプロフィールは、第２高調波で直接送信される信号を使用して送信ビームを形成する場合ほどは組織に関連する位相偏差のレベルによって歪められない。
【００６５】
画像形成は造影剤の導入によって促進される。造影剤高調波画像形成では、公知の超音波造影剤の任意の１つ、例えばミクロスフェアがターゲットまたは患者に投与され、これにより組織または体液の非線形応答が強調される。造影剤は超音波エネルギを、基本周波数の音響ホログラム的高調波で放出する。択一的に、基本周波数での情報も興味対象である。
【００６６】
反射された音響エネルギは電気エネルギにトランスデューサ素子によって変換される。適用される送信波形と発生される音響送信エネルギに相応して、受信電気波形が素子によって形成される。トランスデューサ材料のレイヤーはそれぞれ受信波形の形成に寄与する。または別個の波形が電気的に結合される。例えば受信波形は、直列のすべてまたは複数のレイヤーで形成される。レイヤーの外側電極はシステムチャネルと接続されており、受信波形を導通する。レイヤーの極性が反対であれば、直列接続が基本周波数バンドの高調波バンドでの情報を発生する。情報はまた基本周波数バンドでも発生される。
【００６７】
受信波形は送信波形と比較して、低い電圧を有する。例えば受信波形は１０Ｖ以下の正および／または負の振幅を有する。それより低い電圧または高い電圧を使用することもできる。
【００６８】
電圧の高い送信波形と電圧の低い受信波形は、同じチャネルを通過する。送信動作と受信動作は１つの導体、例えば同軸ケーブルを共有する。素子のレイヤーは送信動作と受信動作とでは異なって使用される。
【００６９】
チャネルを共有するときにレイヤーを異なって使用するために、パッシブ型スイッチングが使用される。パッシブ型スイッチングは、素子のトランスデューサ材料のレイヤーが並列に接続されるのと、直列に接続されるのとを切り替える。スイッチングは電圧レベルに依存して行われる。電圧制限回路は、高電圧に対しては閉回路として、低電圧に対しては開回路としてパッシブに動作する。電流制限回路は、高電圧に対しては開回路として、低電圧に対しては閉回路としてパッシブに動作する。
【００７０】
例えば高電圧の送信波形は、閉スイッチにより１つまたは複数の電極、例えばレイヤー間の中央電極に導通し、１つまたは複数の開スイッチにより１つまたは複数の別の電極への導通が阻止される。低電圧の受信波形は、別の閉スイッチにより１つまたは複数の別の電極、例えば１つのレイヤーの外側電極から導通し、１つまたは複数の別のスイッチにより別の電極からの導通が阻止される。電圧制限はダイオードまたは別の回路により行われ、電流制限はパッシブ型トランジスタまたは他の回路により行われる。パッシブ型スイッチ、例えば電流および／または電圧制限回路の回路構成は、送信波形のためにレイヤーを並列に接続し、受信波形のためにレイヤーを直列に接続する。図１の実施例では、チャネルからレイヤー間にある中央電極への電圧制限、チャネルからレイヤーの中央電極とは反対側にある別の電極への電流制限、およびレイヤーの中央電極とは反対側にある別の電極からアースへの電圧制限が行われる。
【００７１】
パッシブ型スイッチングはレイヤーのアースに対して非対称または対称（すなわち平衡型）に行うことができる。図５に示した平衡型アースについては、変圧器が送信波形の適用中にアースを分離する。各レイヤーは同じまたは類似に、アースへパッシブ型にスイッチングされる。
【００７２】
アクティブ型スイッチングも実行される。パッシブ型スイッチングは、電圧レベルに依存して領域の走査中に反復して実行される。送信動作と受信動作との各移行は、パッシブ型スイッチングを引き起こす。アクティブ型スイッチングは、インターリーブ走査と同じ周波数または異なる周波数で、または画像形成のすべてのモード（例えばＢモード、造影剤モード、組織高調波モード、ドップラモード、または他の画像形成モード）に対して異なって実行される。
【００７３】
アクティブ型スイッチは、パッシブ型スイッチを再構成するか、またはバイパスする。アクティブ型スイッチングにより、パッシブ型スイッチのスイッチングを制御することができる。１つのモードで、基本周波数での送信と受信のためにパッシブ型スイッチングを行うか、またはパッシブ型スイッチングを行わない。別のモードではアクティブ型スイッチにより、パッシブ型スイッチングが送信と受信のために異なる周波数でセットされる。アクティブ型スイッチングは、種々異なるパッシブ型スイッチング構成を選択することができ、種々異なる要素の組み合わせ、またはレイヤーの直列接続と並列接続を提供する。
【００７４】
パッシブ型スイッチングは択一的にまたは付加的に、超音波素子のチューニング方法を提供する。適用される送信波形と形成される受信波形に依存してパッシブ型スイッチングすることにより、種々異なるチューニングが得られる。種々異なるチューニング回路またはチューニング回路の組み合わせが得られる。実施例で、パッシブ型スイッチングが１つまたは複数のチューニング回路を切断する。別の実施例で、パッシブ型スイッチングは１つまたは複数のチューニング回路を接続する。１つまたは複数のチューニング回路は、送信動作と受信動作のために接続される。種々異なるチューニングが、チューニング回路の任意の組み合わせにより得られる。例えば１つのチューニング回路が、他のチューニング回路と、またはそれ以外の回路と接続および遮断される。別の実施例として、種々異なるチューニング回路または回路の組み合わせが、種々異なるモードに対して設けられる。このモードは送信動作と受信動作に相応する。ここではパッシブ型スイッチングが信号電圧レベルに依存する。
【００７５】
これまで本発明を複数の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更を加えることが可能であるものと理解されたい。したがって上記における詳細な説明は制限を意図しているもののではなく説明を意図しているものであり、本発明の精神および範囲を定めるのは、すべての同等のものを含む添付の特許請求の範囲であると解される。
【図１】
2010500850.tif 000003
【図２】
2010500850.tif 000004
【図３】
2010500850.tif 000005
【図４】
2010500850.tif 000006
【図５】
2010500850.tif 000007
【図６】
2010500850.tif 000008
【図７】
2010500850.tif 000009
【図８】
2010500850.tif 000010
【図９】
2010500850.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月17日(2009.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサ素子システムであって、
該システムは、少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子と、送信ビーム形成器チャネルと、受信ビーム形成器チャネルと、パッシブ型スイッチング回路とを有し、
前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子は、トランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーと、当該２つのレイヤーの間にある中央端子とを有し、
前記送信ビーム形成器チャネルは、前記第１のレイヤーと前記第２のレイヤーの両方が同じ送信波形に応答するように前記素子に接続され、
前記受信ビーム形成器チャネルは、前記第１のレイヤーと前記第２のレイヤーの両方により形成された信号が当該受信ビーム形成器チャネルに供給されるように前記素子に接続され、
前記中央端子は前記信号の形成中にアースには接続されず、
前記パッシブ型スイッチング回路は前記中央端子に接続されるシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムはさらに、
ただ１つの同軸ケーブルを有し、
該同軸ケーブルは前記第１と第２のレイヤーを送信および受信チャネルと接続するシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムはさらに、
パッシブ型スイッチング回路を有し、
該パッシブ型スイッチング回路は、前記第１のレイヤーと前記第２のレイヤーとの間の中央端子を前記送信ビーム形成器チャネルに接続し、前記受信ビーム形成器チャネルを前記第１と第２のレイヤーの両方に接続するシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムであって、
前記第１のレイヤーは、前記第２のレイヤーとは反対の方向に極性付けられているシステム。
【請求項５】
請求項３記載のシステムであって、
前記パッシブ型スイッチング回路は、電流制限パッシブ型スイッチと、第１の電圧制限パッシブ型スイッチと、第２の電圧制限パッシブ型スイッチとを有し、
前記第１の電圧制限パッシブ型スイッチは前記第２のレイヤーの外側端子と接続されており、
該外側端子は、前記第２のレイヤーの中央端子とは反対の側にあり、
前記第２の電圧制限パッシブ型スイッチは前記中央端子と接続されているシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムであって、
前記第１のレイヤーは、前記第２のレイヤーと同じ方向に極性付けられているシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムはさらに、
チューニング回路を有し、
前記パッシブ型スイッチング回路は前記チューニング回路と接続されており、
前記パッシブ型スイッチング回路は、前記チューニング回路を前記素子に第１モードの間、導通し、前記チューニング回路を前記素子から第２モードの間、遮断するシステム
【請求項８】
超音波トランスデューサ素子システムであって、
該システムは、少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子と、システムチャネルと、パッシブ型電流制限回路とを有し、
前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ素子は、トランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーを有し、
前記パッシブ型電流制限回路は、前記第１および第２のレイヤーの少なくとも１つと、システムチャネルとの間を接続するシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムであって、
前記パッシブ型電流制限回路は、前記システムチャネルを第１および第２のレイヤーの一方の電極から送信動作中に遮断し、システムチャネルを前記電極に受信動作中に接続するシステム。
【請求項１０】
請求項８記載のシステムであって、
前記パッシブ型電流制限回路は、第１と第２のトランジスタを有し、
該第１と第２のトランジスタはそれぞれ第１と第２のゲート端子と、フィードバックインピーダンスを介する第１と第２の端子へのフィードバックをそれぞれ有するシステム。
【請求項１１】
請求項８記載のシステムであって、
前記システムチャネルは同軸ケーブルを有するシステム。
【請求項１２】
請求項８記載のシステムはさらに、
前記素子と前記システムチャネルとの間に接続されたパッシブ型電圧制限回路を有するシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置であって、
前記パッシブ型電流制限回路は、逆並列に接続されたダイオード回路を有するシステム。
【請求項１４】
請求項１２記載の装置はさらに、
第１、第２および第３の電極を有し、
前記第１と第２の電極は、前記第１のレイヤーの対向する側にあり、
前記第２と第３の電極は、前記第２のレイヤーの対向する側にあり、
前記第２の電極は、前記第１と第２のレイヤーの間にあり、
前記パッシブ型電圧制限回路は、前記システムチャネルと前記第２の電極との間に接続されており、
前記パッシブ型電流制限回路は、前記システムチャネルと前記第３の電極との間に接続されているシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムであって、
前記第１の電極はアースと接続可能であり、
さらにアースと前記第３の電極との間に接続された別の電圧制限回路を有するシステム。
【請求項１６】
請求項１２記載の装置であって、
パッシブ型電流制限回路とパッシブ型電圧制限回路の少なくも１つは、チューニング回路を種々異なる動作モードのために接続または遮断するシステム。
【請求項１７】
超音波と電気エネルギとを変換する方法であって、該方法は、
比較的高電圧の送信波形を素子に適用するステップ；
比較的低電圧の受信波形を素子により形成するステップ；
トランスデューサ材料からなる第１のレイヤーと第２のレイヤーの並列接続および直列接続が、電圧レベルに依存してパッシブにスイッチングされるステップ；
を有し、
前記パッシブにスイッチングされるステップは、送信波形のための並列接続と、受信波形のための直列接続とのスイッチングを含むシステム。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングは、送信波形を第１の電極に導通し、送信波形が第２の電極から導通するのを阻止し、受信波形を第２の電極から導通し、受信波形が第１の電極から導通するのを阻止する方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法であって、
前記適用では、送信波形を第１と第２のレイヤーの間にある第１の電極に適用し、
前記形成では、受信波形を、第１のレイヤーの第１の電極に対向する側にある第２の電極から形成するシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、
前記第１のレイヤーは、前記第２のレイヤーとは反対に極性付けられている方法。
【請求項２１】
請求項１７記載の方法であって、
前記適用では、並列に接続されたレイヤーに基本周波数バンドを適用し、
前記形成では、直列に接続されたレイヤーにおいて基本周波数バンドの整数倍高調波バンドで形成する方法。
【請求項２２】
請求項１７記載の方法はさらに、
送信波形と受信波形を同じチャネルに沿って導通し、
パッシブなスイッチングは、前記チャネルから第１と第２のレイヤーの間にある第１の電極への電圧を制限し、前記チャネルから前記第１のレイヤー上で前記第１の電極に対向する側にある第２の電極への電流を制限し、前記第２の電極からアースへの電圧を制限する方法。
【請求項２３】
請求項１７記載の方法はさらに、
パッシブにスイッチングを行う動作とパッシブにスイッチングを行わない動作とをアクティブに切り替える方法。
【請求項２４】
請求項１７記載の方法はさらに、
第１のレイヤーと第２のレイヤーを、送信波形の適用中に変圧器により平衡にアースする方法。
【請求項２５】
請求項１７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングはさらに、種々異なるチューニング回路を電圧レベルに依存してパッシブに切り替える方法。
【請求項２６】
請求項１７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングは、ダイオード回路による電圧制限と、パッシブ型トランジスタ回路による電流制限を含む方法。
【請求項２７】
超音波素子をチューニングする方法であって、該方法は、
送信波形を素子に適用するステップ；
受信波形を前記素子により、前記適用への応答として形成するステップ；
チューニングをパッシブに、適用と形成に依存して切り替える方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングは、チューニング回路を、種々異なる電圧レベルに相応する送信波形と受信波形に依存してパッシブに接続および遮断する方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法であって、
パッシブなスイッチングはさらに、前記素子内のトランスデューサ材料の第１と第２のレイヤーの並列接続と直列接続をパッシブに切り替える方法。
【請求項３０】
請求項１記載のシステムであって、
送信および受信ビーム形成器チャネルは別個に素子に接続され、
パッシブ型スイッチング回路は、送信ビーム形成器チャネル、または受信ビーム形成器チャネル、または両方を前記素子に接続するシステム。
【国際調査報告】
2010500850.tif 000012
2010500850.tif 000013
2010500850.tif 000014