(57)【要約】  圧電微小超音波変換器（ｐＭＵＴ）アレイと例えば同じデバイスにおいて高周波及び低周波作動の両方を達成するｐＭＵＴアレイにおける周波数成形のための技術とを説明する。高及び低周波の両方で作動する機能は、当該の特定の侵入深さでの最適分解能を適応的に調節するためにデバイスの使用中に調整することができる。様々なサイズの圧電膜が、膜にわたる共振周波数を調整するために製作される。２つ又はそれよりも多くの電極レールの各々から発生及び／又は受信された駆動及び／又は応答信号の信号処理は、近視野モード、遠視野モード、又は超広帯域幅モードのような様々な作動モードを達成することができる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に配置された複数の圧電変換器要素集団であって、各要素集団が、異なるサイズの圧電膜を有する少なくとも第１及び第２の変換器要素を含み、各変換器要素が、圧電膜に結合された駆動／感知電極を有する前記複数の圧電変換器要素集団と、
前記基板の上に配置され、前記変換器要素集団のうちの１つのみに各セットが結合された複数のセットの電極レールであって、該セットのうちの第１の電極レールが、前記第１の変換器要素の前記駆動／感知電極に電気的に結合され、該セットのうちの第２の電極レールが、前記第２の変換器要素の前記駆動／感知電極に電気的に結合される前記複数のセットの電極レールと、
を含むことを特徴とする圧電微小超音波変換器（ｐＭＵＴ）アレイ。
【請求項２】
各要素集団が、第１のサイズの圧電膜を有する複数の第１の変換器要素を含み、かつ第２のサイズの圧電膜を有する複数の第２の変換器要素を含み、
前記第１の電極レールは、前記第１の変換器要素の各々の前記駆動／感知電極に電気的に結合され、前記第２の電極レールは、前記第２の変換器要素の各々の前記駆動／感知電極に電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項１に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項３】
前記第１の変換器要素は、該第１の変換器要素の最大と最小の間のサイズの差よりも小さいいずれか２つの隣接する膜の間のサイズの差を用いて前記基板の上の距離に沿ってサイズが順次増分されることを特徴とする請求項２に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項４】
各圧電変換器要素が、楕円体又は球体圧電膜を有することを特徴とする請求項３に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項５】
各要素集団が、ｉ個の異なるサイズの圧電膜を有するｎ個の変換器要素を含み、前記電極レールのセットは、ｍ個の電極レールを含み、
同じサイズのｊ個の変換器要素が、２よりも大きいｎ及びｉを用いてｍ個の電極レールのうちの対応する１つに電気的に結合される、
ことを特徴とする請求項４に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項６】
ｊが１よりも大きく、かつｍが２に等しいことを特徴とする請求項５に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項７】
前記ｉ個の変換器要素の第１の部分集合が、該ｉ個の変換器要素の第２の部分集合によって前記第２の電極レールに出力されるｉ−ｙ個の異なる周波数応答よりも低い周波数のものであるｙ個の異なる周波数応答を前記第１の電極レールに出力するためのものであることを特徴とする請求項５に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項８】
前記複数のセットの電極レールは、前記基板の第１の次元にわたって線形アレイを形成し、
前記圧電変換器要素集団の各々が、前記基板の第２の次元にわたって線形アレイを含み、
前記圧電膜は、異なる直径を有する円形又は球形である、
ことを特徴とする請求項１に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項９】
前記複数のセットの電極レールは、前記基板の第１及び第２の次元に沿って電極レールの２次元アレイを形成し、
前記圧電膜は、異なる直径を有する円形又は球形である、
ことを特徴とする請求項１に記載のｐＭＵＴアレイ。
【請求項１０】
媒質内に圧力波を発生してそれを感知するための装置であって、
請求項１に記載のｐＭＵＴアレイと、
第１の電極レール上に第１の電気駆動信号及び該第１の電極レール上に第２の電気駆動信号を印加するために前記ｐＭＵＴアレイに結合された少なくとも１つの信号発生器と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの信号発生器は、異なる周波数、異なる振幅、又は異なる位相のうちの少なくとも１つを有する第１及び第２の電気駆動信号を出力するためのものであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１の変換器要素が、第２の変換器要素よりも小さく、
前記第１の電気駆動信号は、前記第２の電気駆動信号のものよりも大きい電圧振幅を有する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の電極レールから第１の電気応答信号及び第２の電極レールから第２の電気応答信号を受信するように前記ｐＭＵＴアレイに結合された少なくとも１つの受信機と、
複数の駆動／感知電極から受信した前記電気応答信号を処理するように前記少なくとも１つの受信機に結合された信号プロセッサと、
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の電気応答信号は、前記第２の電気応答信号のものよりも高い帯域幅を張る第１の周波数応答を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
第１の変換器要素が、第２の変換器要素よりも小さく、
前記信号プロセッサは、前記第２の電気応答信号に対するものよりも大きい増幅を前記第１の電気応答信号に対して印加するためのものである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの信号発生器は、前記第１及び第２の電気駆動信号を変調するためのものであり、
信号プロセッサが、前記第１及び第２の電気応答信号を変調して該第１又は第２の電気応答信号のいずれかよりも大きい帯域幅を有する累積周波数応答を発生させるためのものである、
ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１に記載のｐＭＵＴアレイを用いて媒質内に圧力波を発生してそれを感知する方法であって、
第１の電気信号を発生させる段階と、
第２の電気信号を発生させる段階と、
前記第１の電気信号を第１の駆動／感知電極にかつ前記第２の電気信号を第２の駆動／感知電極に印加する段階と、
前記ｐＭＵＴアレイの侵入深さを制御するために第１及び第２の信号のうちの一方の振幅及び位相のうちの少なくとも一方を他方に対して変調する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
第１の変換器要素が、第２の変換器要素よりも小さく、
振幅及び位相のうちの少なくとも一方を変調する段階は、前記ｐＭＵＴアレイの遠視野分解能を増大させるために前記第１の電気駆動信号の振幅を前記第２の電気駆動信号の振幅に対して低減する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の駆動／感知電極から第１の電気応答信号を受信する段階と、
前記第２の駆動／感知電極から第２の電気応答信号を受信する段階と、
前記第１及び第２の電気応答信号を信号処理して該第１又は第２の電気応答信号単独のいずれかよりも大きい帯域幅を有する累積周波数応答を発生させる段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
第１の変換器要素が、第２の変換器要素よりも小さく、
前記信号処理する段階は、前記ｐＭＵＴアレイの近視野分解能を増大させるために前記第１の電気応答信号の増幅を前記第２の電気応答信号の増幅に対して増加させる段階、又は該ｐＭＵＴアレイの遠視野分解能を増大させるために該第２の電気応答信号の該増幅を該第１の電気応答信号のものに対して増加させる段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、「多重周波数超広帯域幅変換器」という名称の２０１２年５月１日出願の米国特許仮出願第６１／６４１，１９７号及び「多重周波数超広帯域幅変換器」という名称の２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第１３／８３５，５００号の利益を主張するものであり、これらの内容全体は、これにより全ての目的に対してその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般的に圧電変換器に関し、より具体的には、圧電微小超音波変換器（ｐＭＵＴ）アレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波圧電変換器デバイスは、典型的には、時変駆動電圧に応答して振動して変換器要素の露出外面に接触した伝播媒質（例えば、空気、水、又は身体組織）に高周波圧力波を発生させることができる圧電膜を含む。この高周波圧力波は、他の媒質の中に伝播することができる。同じ圧電膜はまた、伝播媒質から反射圧力波を受け入れ、受け入れた圧力波を電気信号に変換することもできる。電気信号は、駆動電圧信号と共に処理されて伝播媒質内の密度又は弾性係数の変動に関する情報を得ることができる。
【０００４】
圧電膜を使用する多くの超音波変換器デバイスは、バルク圧電材料を機械的にダイスカットすることにより、又は圧電セラミック結晶が注入されたキャリア材料を射出成形することによって形成されるが、デバイスは、有利な態様において、様々なマイクロマシニング技術（例えば、材料堆積、リソグラフィパターン化、エッチングによる特徴部形成、その他）を使用して超高寸法公差に対して廉価に製作することができる。従って、変換器要素の大きいアレイを使用することができ、アレイの個々のものは、ビーム形成アルゴリズムを通じて駆動される。そのようなアレイ式デバイスは、ｐＭＵＴアレイとして公知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、いずれの超音波変換器技術に対しても、より高い周波数で改善する撮像分解能とより低い周波数で改善する侵入深さとの間にトレードオフが存在する。今日までのところ、ｐＭＵＴアレイは、限定帯域幅（例えば、１を十分に下回っている比帯域幅）を有する。従って、ｐＭＵＴアレイを使用する変換器は、典型的に用途特定であり、例えば、「胃腸超音波検査」は、恐らく２−６ＭＨｚの第１の作動周波数帯域の変換器を必要とし、「心エコー検査」は、恐らく５−１３ＭＨｚの第２の作動周波数帯域の変換器を必要とする。多重周波数作動及び／又は動的周波数同調が可能なｐＭＵＴアレイは、有利な態様において、超音波変換器オペレータが試料又は患者を撮像しながら変換器の作動（送信及び／又は受信）周波数帯域を変調することを可能にし、かつ変換器を取り替えるいかなる必要性も排除するであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
多重周波数ｐＭＵＴアレイと多重周波数ｐＭＵＴアレイを含むシステムとを本明細書に説明する。実施形態において、ｐＭＵＴアレイは、基板の上に配置された複数の圧電変換器要素集団を含む。要素集団の各々は、異なるサイズの圧電膜を有する少なくとも第１及び第２の変換器要素を含み、かつ様々なサイズのあらゆる数の圧電膜を収容することができる。各変換器要素は、圧電膜に結合された駆動／感知電極を有し、駆動／感知電極には、複数のセットの電極レールが結合され、電極レールの各セットは、変換器要素集団のうちの１つだけに結合される。与えられた電極レールセットに対して、第１の電極レールは、（第１のサイズの）第１の変換器要素の駆動／感知電極に電気的に結合されるが、そのセットの第２の電極レールは、（第２のサイズの）第２の変換器要素の駆動／感知電極に電気的に結合される。
【０００７】
別々の駆動／感知電極を用いて、集団内の異なる周波数応答の変換器要素は、独立にアドレス可能である。更に別の実施形態に提供されるように、多重周波数ｐＭＵＴアレイを通じて媒質内の圧力波を発生及び感知するための装置は、第１の電極レール上に第１の電気駆動信号及び第２の電極レール上に第２の電気駆動信号を印加するためのものであり、及び／又は第１の電極レールからの第１の電気応答信号に対して第１の信号処理及び第２の電極レールからの第２の電気応答信号に対して第２の信号処理を適用するためのものである。超音波変換器装置は、それによって変換器要素の集団内のサブグループに基づいてｐＭＵＴアレイの周波数応答を変調することができる。例えば、第１の要素サブグループが、全てが第２の要素サブグループよりも小さい圧電膜を含む場合、異なる膜サイズに関連付けられた異なる周波数応答特性は、変換器要素の集団に与えられた様々な駆動／感知電極レールを通じて選択及び／又は同調することができる。
【０００８】
本発明の実施形態は、添付図面の図に限定ではなく一例として示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】実施形態による二重周波数１ＤｐＭＵＴアレイの平面図である。
【図１Ｂ】実施形態による二重周波数２ＤｐＭＵＴアレイの平面図である。
【図１Ｃ】実施形態による多重周波数ｐＭＵＴ集団の平面図である。
【図１Ｄ】実施形態により各周波数帯域内に楕円膜及び漸変的サイズを有する二重周波数１ＤｐＭＵＴアレイの平面図である。
【図２Ａ】実施形態により図１Ａ〜図１ＢのｐＭＵＴアレイのいずれにも使用することができる変換器要素の断面図である。
【図２Ｂ】実施形態により図１Ａ〜図１ＢのｐＭＵＴアレイのいずれにも使用することができる変換器要素の断面図である。
【図２Ｃ】実施形態により図１Ａ〜図１ＢのｐＭＵＴアレイのいずれにも使用することができる変換器要素の断面図である。
【図３】実施形態による図１Ａの二重周波数ｐＭＵＴアレイ内の変換器要素に対する周波数応答曲線を示したグラフである。
【図４Ａ】実施形態による図１Ａの二重周波数ｐＭＵＴアレイ上で信号を駆動する方法の流れ図である。
【図４Ｂ】実施形態による図１Ａの二重周波数ｐＭＵＴアレイから応答信号を受信する方法の流れ図である。
【図５Ａ】実施形態により超広帯域幅モードで作動する図１Ａの二重周波数ｐＭＵＴアレイに対する累積周波数応答を示したグラフである。
【図５Ｂ】実施形態により近視野モードで作動する図１Ａの二重周波数ｐＭＵＴアレイに対する累積周波数応答を示したグラフである。
【図５Ｃ】実施形態により遠視野モードで作動する図１Ａの二重周波数ｐＭＵＴアレイに対する累積周波数応答を示したグラフである。
【図６】本発明の実施形態による多重周波数ｐＭＵＴアレイを使用する超音波変換器装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明において、多くの詳細を説明する。しかし、本発明をこれらの具体的詳細なしに実施することができることは、当業者には明らかであろう。一部の事例において、公知の方法及びデバイスは、本発明を曖昧にすることを回避するために詳細ではなくブロック図の形態で示される。本明細書全体を通じて「実施形態」への参照は、その実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、機能、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所での語句「実施形態において」の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を参照するとは限らない。更に、特定の特徴、構造、機能、又は特性は、１つ又はそれよりも多くの実施形態においてあらゆる適切な方式で組み合わせることができる。例えば、第１の実施形態は、２つの実施形態が相互に排他的でないどこでも第２の実施形態と組み合わせることができる。
【００１１】
具体的にそれ以外を定めない限り、「処理する」、「演算する」、「計算する」、又は「決定する」などのような用語は、コンピュータシステムのレジスタ及び／又はメモリ内で電子のような物理量として表されたデータを操作し、及び／又はコンピュータシステムのメモリ、レジスタ、又は他のそのような情報ストレージ、送信、又は表示デバイス内の物理量として同様に表された他のデータに変換するコンピュータ又はコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び／又は処理を意味する。
【００１２】
用語「結合された」及び「接続された」は、それらの派生語と共に、構成要素間の構造的関係を説明するために本明細書に使用することができる。これらの用語は、互いの同義語を意図しないことを理解しなければならない。むしろ、特定の実施形態において、「接続された」は、２つ又はそれよりも多くの要素が互いに直接に物理的又は電気的に接触することを示すために使用することができる。「結合された」は、２つ又はそれよりも多くの要素が互いに直接又は間接（これらの間の他の介在要素により）のいずれかで物理的又は電気的に接触し、及び／又は２つ又はそれよりも多くの要素が互いに協働するか又は相互作用する（例えば、原因及び効果関係にあるような）ことを示すために使用することができる。
【００１３】
一般的に、本明細書に説明する実施形態は、ｐＭＵＴアレイの周波数成形機能を利用して同じデバイスにおいて高周波及び低周波作動の両方を達成する。高及び低周波数の両方で作動する機能は、関連の特定の侵入深さでの最適分解能に適応的に調節するようにデバイスの使用中に調整することができる。ｐＭＵＴアレイ内の周波数成形は、いくつかの技術によって達成することができるが、例示的な実施形態において、様々なサイズの圧電膜が、膜にわたる共振周波数を調整するために製作される。様々にサイズ指定された圧電膜は、次に、２つ又はそれよりも多くの電極レールによって互いにグループにされるか又は集合体にされ、サイズ指定された変換器要素のその２つ又はそれよりも多くのグループ間での独立アドレス指定を可能にする。２つ又はそれよりも多くの電極レールの各々から発生及び／又は受信される駆動及び／又は応答信号の信号処理は、次に、近視野モード、遠視野モード、及び超広帯域幅モードのようなデバイスのための様々な作動モードを達成することができる。
【００１４】
図１Ａは、実施形態によるｐＭＵＴアレイ１００の平面図である。実施形態において、ｐＭＵＴアレイは、基板の上に配置された複数の圧電変換器要素集団を含む。各圧電変換器要素集団は、各要素集団内の個々の変換器要素の複合体であるある周波数応答を有する集合体要素として作動するためのものである。一般的に、あらゆる数の圧電変換器要素は、アレイ面積及び要素ピッチに応じて集団として互いに集合体にすることができる。図１Ａに示す実施形態において、各圧電変換器要素集団（例えば、１１０）は、ｙ次元に沿って線形アレイを形成し、圧電変換器要素は、基板の幅Ｗ１の少なくとも５倍、好ましくは、少なくとも１桁大きい基板の長さＬ１にわたって単一縦列（すなわち、中心が、直線に沿って位置合わせされる）に位置合わせされる。要素集団がアレイにされる他の幾何学形状も、集団レベルでビーム形成技術を適用することができるように、ｐＭＵＴアレイ各要素集団がアレイ内に既知の空間関係を有するものであるという指針原理によって可能である。図１Ａの例示的な実施形態に対して、ビーム形成技術は、ｘ方向に沿ってＩＤアレイを形成する要素集団１１０、１２０、１３０、１４０を用いて容易に適用することができる。
【００１５】
実施形態において、各要素集団は、異なるサイズの圧電膜を有する少なくとも第１及び第２の変換器要素を含む。スペクトル応答は、異なる膜サイズ（例えば、本明細書の他の箇所に説明する例示的な円形又は球形膜の膜直径）を積分することによって成形することができる。バルクＰＺＴ変換器とは異なり、ｐＭＵＴの共振周波数は、リソグラフィによる幾何学形状により容易に調整することができる。更に別の実施形態において、各変換器要素集団は、各集団からのスペクトル応答がほぼ同じであるように同一セットの変換器要素サイズを含む。
【００１６】
一般的に、あらゆる数の異なる膜サイズを要素集団内で利用することができる（例えば、２〜２０又はそれよりも多くの異なる膜サイズ（例えば、直径））。図１Ａによって示すように、各駆動／感知電極（例えば、１１０’）は、３つの異なるサイズ（例えば、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａ）を有する変換器要素に結合される。直径の範囲は、一般的に、膜剛性及び質量の関数としての望ましい周波数範囲に依存することになる。徐々に大きくなる膜の間の増分は、異なるサイズの膜の範囲及び数の関数とすることができ、より大きいサイズの増分に対して周波数重なりがより少ない。増分量を選択して、望ましい作動モードに対して十分な３ｄＢ帯域幅を維持する応答曲線に寄与する全ての変換器要素を保証することができる。一例として、近視野作動モードに対して、２０〜１５０μｍの範囲の変換器直径は、図２Ａ〜図２Ｃの関連で説明する全体構造を有する変換器からのＭＨｚ周波数応答に対して典型的であると考えられる。２〜１０μｍの直径増分は、典型的には、３ｄＢ帯域幅を有する累積応答を提供するのに十分な応答重なりを提供するであろう。
【００１７】
実施形態において、ｐＭＵＴアレイは、変換器要素集団の１つだけに結合された各セットの電極を有する複数の電極レールセットを含む。一般的に、与えられた要素集団内で、個々の変換器要素の駆動／感知電極は、１つの駆動／感知レールに結合された全ての要素駆動／感知電極が同じ電位にあるように、少なくとも２つの別々の駆動／感知電極レールのうちの１つに並列に電気的に結合される。各変換器要素集団に対する２つの別々の駆動／感知電極レールにより、第１の電極レールは、第１の変換器要素の駆動／感知電極に電気的に結合され、第２の電極レールは、第２の変換器要素の駆動／感知電極に電気的に結合される。例えば、図１において、要素集団１１０は、駆動／感知電極レール１１０’に結合された駆動／感知電極を有する変換器要素１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａ、１１１Ｂ、１１２Ｂ、及び１１３Ｂを含むが、要素１１４Ａ、１１５Ａ、１１６Ａ、１１４Ｂ、１１５Ｂ、及び１１６Ｂは、駆動／感知電極レール１１０”に結合された駆動／感知電極を有する。同様に、変換器要素集団１２０の駆動／感知電極は、駆動／感知電極レール１２０’又は１２０”に並列に結合される。
【００１８】
各駆動／感知電極レール（例えば、１１０’）は、いずれの他の駆動／感知電極レール（例えば、１１０”又は１２０’、その他）とも独立に電気的にアドレス可能である。駆動／感知電極レール及び基準（例えば、接地）電極レールは、図２Ａ〜図２Ｃの断面図に描かれている。図１Ａにおいて、駆動／感知電極レール１１０’及び駆動／感知電極レール１１０”は、アレイ内の反復セルを表している。例えば、変換器要素集団１１０に対して、第１の駆動／感知電極レール１１０’は、第１の端部１２７に結合され、第２の駆動／感知電極レール１１０”は、第２の端部１２８に結合されて互いに噛み合った指構造を形成する。駆動／感知電極レール１２０’及び駆動／感知電極レール１２０”は、任意的なサイズのＩＤ電極アレイ（例えば、１２８集団の２５６電極レール、その他）を形成する追加のセルを用いて互いに噛み合った構造を繰り返す。
【００１９】
実施形態において、同じ変換器要素集団に対応する駆動／感知電極レールは、異なる非重なりサイズ範囲の変換器要素に結合される。例えば、ｎ変換器要素の集団が、徐々により大きくなる膜の直径の範囲を覆うｉ＝１、２、３、４、５及び６を有するｉ個の異なるサイズの圧電膜を含む場合、第１の駆動／感知電極レールは、サイズｉ＝１−３の膜に結合されるが、第２の駆動／感知電極レールは、サイズｉ＝４−６の膜に結合される。図１Ａに更に示すように、３つの最小の膜に互いになっている変換器要素１１１Ａ、１１２Ａ、及び１１３Ａは、全て駆動／感知電極レール１１０’に結合される。同様に、３つの最大の膜に互いになっている変換器要素１１４Ａ、１１５Ａ、及び１１ＢＡは、全て駆動／感知電極レール１１０”に結合される。本明細書の他の箇所で更に説明するように、要素集団のｍ個のサブグループ（ｍは、１つのセットのレール内で付番した駆動／感知レールである）へのこの分離は、ｐＭＵＴアレイが異なる周波数帯域で作動すること（すなわち、多重ヘルツ作動）を可能にする。
【００２０】
実施形態において、各要素集団は、第１のサイズの圧電膜を有する複数の第１の変換器要素を含み、かつ第２のサイズの圧電膜を有する複数の第２の変換器要素を含む。異なる変換器要素（すなわち、膜）のサイズの数が増加すると、特定の中心周波数での分解能は、同じサイズの要素間の距離が増加する時に下がると予想される。例えば、各圧電変換器要素集団の圧電膜が単一の縦列の中にある場合、長さＬ１に沿った同じサイズの変換器の有効なピッチは、集団の各追加の変換器サイズと共に縮小する。各圧電変換器要素集団内に各公称膜のサイズの１つよりも多い圧電変換器要素を含めることで、分解能を改善することができる。図１Ａに示す例示的な実施形態に対して、駆動／感知電極レール１１０’は、第１のサイズ（例えば、最小直径膜）の圧電変換器要素１１１Ａ及び１１１Ｂ、第２のサイズ（例えば、次の最小直径膜）の要素１１２Ａ、１１２Ｂ、及び３つの異なる膜サイズの要素１１３Ａ、１１３Ｂに電気的に結合される。同様に、駆動／感知電極レール１１０”は、第１のサイズ（例えば、最大直径膜）の第１の変換器要素１１４Ａ及び１１４Ｂの各々の駆動／感知電極に電気的に結合される。
【００２１】
例示的な実施形態において、変換器要素サブグループ１１８Ａは、要素集団１１０が配置された基板１０１の長さに沿って１１８Ｂのように繰り返される。各変換器要素サブグループ１１８Ａ、１１８Ｂは、第１又は第２の電極レール１１０’及び１１０”のうちの１つに結合された各公称膜サイズの１つの圧電変換器要素を含む。従って、サブグループ１１８Ａは、ｐＭＵＴアレイ１００の最小反復単位セルを表している。この例示的な実施形態において、この空間レイアウトは、駆動／感知レール１１０’及び１１０”に結合された要素集団が、異なるサイズの少なくとも１つの介在要素によって離間されるが、１つの要素サブグループが占めるサブグループの長さ以下だけ離間している同じサイズの変換器要素（例えば、１１１Ａ及び１１１Ｂ）を有することを保証する。これは、信号の均一性を改善する効果を有する。分解能が周波数応答帯域にわたって同等であるように、同じ量によって同じサイズの要素を並べるのも有利である。更に別の実施形態においてかつ図１Ａによっても示すように、第１の電極レール（例えば、１１０’）に結合された変換器要素（例えば、１１１Ａ−１１４Ａ）は、第２の電極レール（例えば、１１０”）に結合された変換器要素（例えば、１１５Ａ）によって離間される。駆動／感知電極レールの対のこの相互噛み合いは、要素集団の空間分布が駆動／感知電極レールの対の間で均一であることを保証する。
【００２２】
個々の変換器要素の例示的な微小機械加工された（すなわち、微小電気機械的）態様は、図２Ａ〜図２Ｃとの関連で簡単に説明される。図２Ａ〜図２Ｃに示す構造は、主として、本発明の特定の態様の関連として及び圧電変換器要素構造に対して本発明の広い適用性を更に示すように含まれることは認められるものとする。図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、実施形態によりｐＭＵＴアレイ１００のいずれかに利用することができる変換器要素の実施形態の断面図である。図２Ａは、図１Ａのａ−ａ’線に沿った断面に対応するが、図２Ｂ及び図２Ｃは、図１Ａのｂ−ｂ’線に沿った断面に対応する。
【００２３】
図２Ａにおいて、凸面変換器要素２０２は、作動中にｐＭＵＴアレイ１００の振動外面の一部分を形成する上面２０４を含む。変換器要素２０２はまた、基板１０１の上面に取りつけられた底面２０６を含む。変換器要素２０２は、駆動／感知電極２１２と基準電極２１４の間に配置された凸面又はドーム形圧電膜２１０を含む（すなわち、圧電膜２０２は、回転楕円体幾何学形状を有する）。一実施形態において、圧電膜２１０は、例えば、平面上部面上に形成されたドームを有するプロファイル転写基板（例えば、フォトレジスト）上の均一層に圧電材料粒子を堆積させること（例えば、スパッタリング）によって形成される。例示的な圧電材料は、「チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）」であるが、以下に限定されることなく、ドープポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ）ポリマー粒子及び窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のような従来のマイクロマシン処理を受け入れる当業技術で公知のあらゆるものを利用することができる。駆動／感知電極及び基準電極２１２、２１４は、各々、プロファイル−プロファイル転写基板上に堆積した（例えば、ＰＶＤ、ＡＬＤ、ＣＶＤ、その他により）導電材料の薄膜層とすることができる。駆動／感知電極の導電材料は、以下に限定されるものではないが、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、その他のうちの１つ又はそれよりも多く、これらの合金（例えば、ＡｕＳｎ、ＩｒＴｉＷ、ＡｕＴｉＷ、ＡｕＮｉ、その他）、これらの酸化物（例えば、ＩｒＯ２、ＮｉＯ２、ＰｔＯ２、その他）、又は２つ又はそれよりも多くのこのような材料の複合スタックのようなそのような機能に対して当業技術で公知のいずれかとすることができる。
【００２４】
図２Ａに更に示すように、一部の実施において、変換器要素２０２は、製作中に支持体及び／又はエッチストップとして機能することができる二酸化珪素のような薄膜層２２２を任意的に含むことができる。誘電材料膜２２４は、駆動／感知電極２１４を基準電極２１２から絶縁するように更に機能することができる。垂直に向けられた電気的相互接続部２３２は、第１の駆動／感知電極レール１１０’を通じて駆動／感知電極２１２を駆動／感知回路に接続する。類似の相互接続部は、基準電極２１４を基準電極レール２３４に結合し、基準電極レール２３４は、例えば、集団の全ての変換器要素に結合することができる。変換器要素２０２の中心を定める対称線を有する孔２４１を有する環状支持体２３６は、圧電膜２１０を基板１０１に機械的に結合する。支持体２３６は、以下に限定されるものではないが、二酸化珪素、多結晶シリコン、多結晶ゲルマニウム、ＳｉＧｅなどのようなあらゆる従来の材料のものとすることができる。支持体２３６の例示的な厚みは、１０〜５０μｍ、及び膜２２４の例示的な厚みは、２〜２０μｍに及んでいる。
【００２５】
図２Ｂは、変換器要素２０２の構造に機能的に類似する構造を同様の参照番号で識別する変換器要素２４２の別の例示的な構成を示している。変換器要素２４２は、静止状態で凹面である凹面圧電膜２５０を示す（すなわち、圧電膜２５０は、回転楕円体幾何学形状を有する）。ここで、駆動／感知電極２１２は、第２の駆動／感知電極レール１１０”に結合されている。
【００２６】
図２Ｃは、変換器要素２０２の構造に機能的に類似する構造を同様の参照番号で識別する変換器要素２８２の別の例示的な構成を示している。変換器要素２６２は、静止状態で平面である平面圧電膜２９０を示し、要素２０２、２４２とは異なり曲げモードで作動し、従って、膜５７５（典型的に、シリコンのもの）を更に含む。ここで、駆動／感知電極２１２は、平面圧電膜２９０の上面の上に配置されているが、基準電極２１４は、底膜面の下に配置されている。図２Ａ〜図２Ｃの各々に示すものとは反対の駆動／感知電極及び基準電極構成（すなわち、圧電膜の下に配置された駆動／感知電極）も勿論可能である。
【００２７】
実施形態において、複数のセットの電極レールは、基板の第１及び第２の次元に沿って電極レールの２次元アレイを形成する。図１Ａは、例示的な１ＤｐＭＵＴアレイ１００を示すが、図１Ｂは、例示的な２ＤｐＭＵＴアレイ１９０の平面図である。各変換器要素集団内には、実施形態により異なるサイズの変換器要素Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤがある。図示のように、基板１０１にわたってタイル張りされているのは、ｙ次元の縦列Ｃ１を形成する複数の要素集団１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃなど、及びｘ次元の横列Ｒ１を形成する１１０Ａ、１２０Ａ、１３０などである。横列Ｒ１−Ｒ５及びＣ１−Ｃ５は、従って、要素集団の５ｘ５アレイを提供する。ＩＤｐＭＵＴアレイ１００と同様に、２ＤｐＭＵＴアレイ１９０は、各集団（例えば、１１０Ａ）の変換器要素（例えば、要素Ａ、Ｂに結合された１１０Ａ’及び要素Ｃ、Ｄに結合された１１０Ａ”）の個別のものに結合された少なくとも２つの駆動／感知電極（例えば、１１０Ａ’及び１１０Ａ”）を含む。
【００２８】
図１Ａは、集団の要素が１対の駆動／感知電極（例えば、１１０’及び１１０”）に結合された例示的な実施形態を示すが、図１Ｃは、より一般的に、ｉ個の異なるサイズのｎ個の変換器要素の集団１８０をｍ個の別々の駆動／感知電極に結合することができることを示している。アレイ１００におけるように、変換器要素集団１８０は、平行な縦軸１５１を有する駆動／感知電極レールと共に縦方向集団軸１５１を中心に全ての変換器要素を有する線形アレイを形成する。駆動／感知電極レール経路指定は、一般的に、設計選択の問題であるが、図１Ａ及び図１Ｃに示す駆動／感知電極レールは、有利な態様において、隣接する要素集団間に経路指定され、集団間の電気機械的結合を低下させ、それによってクロストークを低下させる。
【００２９】
ｍ個の駆動／感知電極レールにより、ｐＭＵＴアレイの作動を変調し、与えられた駆動／感知電極レールに結合された要素サイズｉに対応する周波数帯域の１つ又はそれよりも多くを強調することができる。ｎ個の変換器要素の集団は、ｍ＝ｎ個の駆動／感知電極を有することができるが、特徴部ピッチ及び感度の制限のために、ｍは、ｎよりも小さいことが好ましい。変換器要素集団が、同じサイズのｊ＞１変換器要素を含む場合、要素集団内の同じサイズの変換器は、異なる駆動／感知電極の個別の操作により集団のスペクトル応答を調節する機能を維持するように、同じ駆動／感知電極レールに結合されることになる。更に、ｍ個の駆動／感知電極レールの各々が１つよりも多いサイズ（すなわち、ｉ＞１）の変換器要素に結合される場合に、各レールに関連付けられた周波数帯域は、様々なサイズの変換器要素の合計応答になる。例えば、第１の範囲の膜サイズ（例えば、直径）を有するｉ個の変換器要素の第１の部分集合は、ｉ個の変換器要素の第２の部分集合によって第２の電極レールに出力されるｉ−ｙ個の異なる周波数応答よりも全てが低いものであるｙの異なる周波数応答を第１の電極レールの出力するものである。従って、ｍ個の駆動／感知電極の数は、与えられたアレイが作動させることができる異なる周波数帯域の数を指定する（例えば、二重周波数モードの作動に対してｍ＝２、及びいずれかの他の多重モードに対してｍ＞２）。
【００３０】
他の回転対称膜実施形態において、膜は楕円形である。楕円形膜実施形態（又は膜が本明細書の他の箇所に説明するように非平面の静止状態を有する楕円体実施形態）は、潜在的により大きい曲線因子を提供し、回転対称性を円形又は球形膜に対する全ての回転角度から単に二重対称性（１８０°）まで低下させることにより、モード形状は、分離された共振周波数を有するより多くの異なるモードに容易に分けることができる。図１Ｄは、実施形態により各周波数帯域内に楕円膜及び漸変的サイズを有する二重周波数１ＤｐＭＵＴアレイ１８１の平面図である。図示のように、変換器のチャネル１１０は、楕円膜１０１０ＡＡ−１０１０ＪＡに結合された第１の電極レール１１０’を含み、全ては、第１の軸Ｃ１及び漸次的に変動する第２の軸Ｂ１−Ｂ５を有する。チャネル１００は、楕円膜１０１０ＡＢ−１０１０ＪＢに結合された第２の電極レール１１０”を更に含み、全ては、第２の軸Ｃ２及びまた漸次的に変動する第２の軸Ｂ１−Ｂ５を有する。従って、第１の電極レール１１０’は、第２の電極レール１１０”よりも大きいサイズの集団の膜に結合される。Ｂ軸（例えば、基板のｙ軸）は、アレイの１次元に沿ってそれぞれ要素１０１０ＡＡ、１０１０ＡＥ、１０１０ＪＡに対してＢ１からＢ５まで増分され、次に、Ｂ１まで落ちて戻っている。従って、膜サイズは、レール１１０’及び１１０”に結合された隣接する要素による段階的方式で漸次的に増加及び／又は減少する。アレイの距離にわたる漸変的膜サイズは、大幅に異なるサイズの第１及び第２の膜の間の非建設的位相整合を軽減することが見出されている。従って、電極レールに結合された集団の膜が異なるサイズのものである場合、その集団の最大及び最小の膜の間のサイズの差よりも小さいあらゆる２つの隣接する膜の間にサイズの差があるように、基板にわたってその集団を空間的に配置することが有利である。
【００３１】
図３は、実施形態による二重周波数ｐＭＵＴアレイ１００内の変換器要素の集団の累積周波数応答曲線を示したグラフである。図３において、周波数応答は、電極レール１１０’及び１１０”の両方に印加された基準電極駆動信号に対するものである。例えば、駆動／感知電極レール１１０’に印加される駆動信号は、駆動／感知電極レール１１０”に印加されるものと同じ基準振幅の時変電圧波形を有する。同様に、図３に示す周波数応答は、同じ信号処理に対応する。例えば、同じ増幅係数が、電極レール１１０’及び１１０”の各々で受信した応答信号の各々に適用される。図示のように、Ｆ１１６、Ｆ１１５、及びＦ１１４の増加する中心周波数を有する周波数応答は、駆動／感知電極レール１１０”によって駆動されて感知される時に、それぞれ異なるサイズの変換器要素１１６Ａ、Ｂ、１１５Ａ、Ｂ、及び１１４Ａ、Ｂの応答周波数に対応する。同様に、Ｆ１１３、Ｆ１１２、及びＦ１１１の増加する中心周波数を有する第２の周波数応答は、駆動／感知電極レール１１０’によって受信される時に、それぞれ異なるサイズの変換器要素１１３Ａ、Ｂ、１１２Ａ、Ｂ、及び１１１Ａ、Ｂの応答周波数に対応する。圧電変換器要素の感度は、一般的に、圧電膜のサイズの縮小と共に減少し、従って、電力利得は、周波数の減少と共に減少するように示されている。
【００３２】
図４Ａは、実施形態により二重周波数ｐＭＵＴアレイ１００上で信号を駆動するための送信方法４０１の流れ図である。図４Ｂは、実施形態により二重周波数ｐＭＵＴアレイ１００からの信号を感知するための受信方法４０２の流れ図である。一般的に、方法４０１及び４０２は、異なる特性の周波数応答を有する変換器要素集団のサブグループへの独立アクセスを独立駆動信号調整、独立応答信号調整又はその両方により利用して様々なモードのうちの１つでｐＭＵＴ１００を作動させることができる方法の例である。方法４０１及び４０２は、典型的には、別々の変換器要素集団の電極レール間で利用するいずれかのビーム形成技術を適用する単一変換器要素集団の周波数応答にわたるこの実施形態の制御において達成することができる。従来のビーム形成技術と方法４０１及び４０２の間の顕著な差は、方法４０１及び４０２が、異なる周波数応答を有する１つの要素集団のサブグループの間に適用されるのに対して、従来のビーム形成技術は、本質的に同じ周波数応答を有する電極の間に実施されることである。従って、ｐＭＵＴアレイに対する特性周波数応答は、上述したようなものであり（例えば、図３において）、方法４０１及び４０２は、ｐＭＵＴアレイ（例えば、ｐＭＵＴアレイ１００）内の要素集団の周波数応答を変調するように機能する。
【００３３】
方法４０１及び４０２は、ユーザの指令の受信に応答して自動的に適用され、媒質内の圧力波を発生及び感知するための装置に対して作動モードを動的に選択することができ、又は方法４０１及び４０２は、例えば、現場サービスなどのような特定の作動モードのための装置のような事前構成の手段として自動的に適用することができる。作動４０５において、第１の電気駆動信号を発生させ、作動４１０において、第２の電気駆動信号を発生させる。ｐＭＵＴにおいて別々の駆動／感知電極に印加可能である当業技術で公知の駆動信号を発生させるためのあらゆる手段は、作動４０５及び４１０に使用することができ、それに対する例示的なハードウエアは、図６との関連で更に説明する。第２の電気駆動信号は、第１のものの導関数であるか又は別々に発生させることができ、第１の電気駆動信号に対して既知の位相を有することになる。作動４１５において、第１及び第２の電気駆動信号の振幅（Ａ）又は位相（φ）は、互いに対して変調され、ｐＭＵＴアレイの侵入深さを制御する。更に別の実施形態において、第１及び第２の電気駆動信号の周波数は、異なる場合もある（例えば、別々の非重なり帯域のもの）。振幅及び位相を変調するための技術は、従来のビーム形成技術との関連で公知であり、いずれのそのような技術も、侵入深さ制御の特定の目的に対して適用することができる。作動４２０において、第１及び第２の電気信号は、変調されると、次に、与えられた変換器要素変換器要素の集団を分離するように結合された第１及び第２の電極レールに印加される。
【００３４】
受信方法４０２は、作動４３０及び４３５において第１及び第２の駆動／感知電極レールからの第１及び第２の電気応答信号の受信と、与えられた変換器要素集団に対する累積応答を独立に発生させる第１及び第２の応答信号の信号処理とを伴う。４４０における信号処理の目的は、別々の周波数帯域として周波数応答を調節し、変換器要素集団の全帯域幅を最大にし（例えば、３ｄＢコーナー周波数に対して）、又は遠視野又は近視野モードに対して他のものに勝る周波数応答帯域のうちの１つを強調することのいずれかである。
【００３５】
図５Ａは、実施形態による超広帯域幅モードで作動する二重周波数ｐＭＵＴアレイ１００（図１Ａ）に対して累積周波数応答を示したグラフである。超広帯域幅モードにおいて、与えられた変換器要素集団間の電気駆動及び応答信号を独立に変調し、累積応答の帯域幅を最大にする。図５Ａは、３ｄＢコーナー５０１、５０２に対する帯域幅を有する累積周波数応答を示している。ｐＭＵＴアレイ１００に対する固有周波数応答は、駆動及び／又は応答信号の独立変調なしに図３に示すようなものであると仮定すると、駆動／感知電極１１０’に結合された変換器要素の高周波サブグループ（例えば、最小圧電膜を示す）は、不十分な電力利得を有し、低周波サブグループにおいて最も感度の高い変換器要素（例えば、最大圧電膜を含む）の３ｄＢに含まれると考えられる。例えば、図３に示すように、ｆ１１１は、ｆ１１６の３ｄＢ内にはない。
【００３６】
方法４０１及び４０２の適用により、適用された駆動電圧、位相差、又は応答信号振幅のうちの１つ又はそれよりも多くは、駆動／感知電極１１０”に適用された駆動電圧及び／又は応答信号振幅に対して駆動／感知電極１１０’に対して増加され（例えば、より大きい電圧振幅、異なる位相、又はより大きい増幅係数）、より感度の低い高周波数（ＨＦ）の変換器サブグループの電力利得をより感度の高い低周波数（ＬＦ）変換器サブグループの３ｄＢ内まで上げる。図５Ａに示すように、ｆ１１１は、ｆ１１６の３ｄＢ内まで上げられ、累積応答帯域幅を個々にＬＦ及びＨＦ帯域幅のいずれかのものを超えて拡大する。
【００３７】
図５Ｂは、実施形態により近視野モードで作動する二重周波数ｐＭＵＴアレイ１００（図１Ａ）に対して累積周波数応答を示したグラフである。近視野モードにおいて、与えられた変換器要素集団間の電気作動及び応答信号を独立に変調し、最高合計周波数応答を有する変換器要素集団サブグループに対して近視野分解能を最大にする。ｐＭＵＴアレイ１００に対する固有周波数応答が、駆動及び／又は応答信号の独立変調なしで図３に示すようなものであると仮定すると、駆動／感知電極１１０”に結合された変換器要素の低周波サブグループは、過度の電力利得を有して近視野画像を提供すると考えられ、代わりにより遠視野の感度を提供する傾向があると考えられる。しかし、方法４０１及び４０２の適用により、適用された駆動電圧又は応答信号増幅のうちの１つ又はそれよりも多くは、駆動／感知電極１１０”のものに対して駆動／感知電極１１０’に関して増加する。例えば、より小さい電圧振幅（例えば、０Ｖ又は何らかの公称非ゼロ電圧）又はより小さい増幅係数は、駆動／感知電極１１０’に適用された駆動電圧及び／又は応答信号増幅に対して駆動／感知電極１１０”に適用され、自然により感度の高い変換器サブグループ（ＬＦグループ）の電力利得をより感度の低いＨＦ変換器サブグループにおける最も感度の高い要素の３ｄＢよりも低くなるまで下げることができる。例えば、図５Ｂに示すように、ｆ１１６は、ｐＭＵＴアレイ内のあらゆる与えられた変換器要素集団からの周波数応答が、例えば、心エコー検査用途において有用な５〜１３ＭＨｚの範囲の中心周波数を有するように、ＬＦ変換器サブグループにおいて最も感度の高い変換器要素よりも低い３ｄＢよりも高い。
【００３８】
図５Ｃは、実施形態により遠視野モードで作動する二重周波数ｐＭＵＴアレイ１００（図１Ａ）に対して累積周波数応答を示したグラフである。遠視野モードにおいて、与えられた変換器要素集団間の電気作動及び応答信号を独立に変調し、最低合計周波数応答を有する変換器要素集団サブグループに対して遠視野分解能を最大にする。ｐＭＵＴアレイ１００に対する固有周波数応答が、駆動及び／又は応答信号の独立変調なしで図３に示すようなものであると仮定すると、駆動／感知電極１１０’に結合された変換器要素の最も感度の高いＨＦサブグループは、過度の電力利得を有して遠視野画像を有すると考えられ、代わりに有意な近視野感度を含むと考えられる。別々の駆動／感知電極の各々に対して適正に選択された膜直径により、遠視野画像分解能は、信号調整により近視野感度に関連付けられた変換器要素応答を切り捨てることによってあらゆる深さに対して調整することができる。例えば、方法４０１及び４０２の適用により、適用された駆動電圧又は応答信号増幅のうちの１つ又はそれよりも多くは、駆動／感知電極１１０”のものに対して駆動／感知電極１１０’に関して減少する。例えば、より小さい電圧振幅（例えば、０Ｖ又は何らかの公称非ゼロ電圧）又はより小さい増幅係数は、駆動／感知電極１１０”に適用された駆動電圧及び／又は応答信号増幅に対して駆動／感知電極１１０’に適用され、感度の低いサブグループ（ＨＦ）の更に最も感度の高い変換器要素の電力利得をＬＦ変換器サブグループにおいて最も感度の高い要素の３ｄＢよりも低くなるまで下げることができる。例えば、図５Ｃに示すように、ｆ１１１は、ｐＭＵＴアレイ内のあらゆる与えられた変換器要素集団からの周波数応答が、例えば、「胃腸超音波検査」用途において有用な２〜６ＭＨｚの範囲の中心周波数を有するように、低周波数変換器サブグループにおいて最も感度の高い変換器要素よりも低い３ｄＢよりも高い。
【００３９】
注意すべきことに、方法４０１及び４０２並びに図５Ａ〜図５Ｃに示す周波数応答調整は、各変換器要素集団に結合された２つの駆動／感知電極レールを含む駆動／感知電極レールセットとの関連で説明されるが、これらの例示的な方法及び関連の周波数応答は、同じ方法が２つよりも多い駆動／感知電極レールを使用して２つよりも多い周波数帯域にわたって多重周波数応答調整を達成する実施形態にも適用可能である本明細書に説明するｐＭＵＴ実施形態の最も簡単な形態であるに過ぎないことは理解されるものとする。
【００４０】
図６は、本発明の実施形態によるｐＭＵＴアレイを使用する超音波変換器装置６００の機能ブロック図である。例示的な実施形態において、超音波変換器装置６００は、水、組織物質、その他のような媒質内に圧力波を発生及び感知するためのものである。超音波変換器装置６００は、１つ又は複数の媒質内の内部構造変動の撮像が関連する医療診断、製品欠陥検出、その他におけるような多くの用途を有する。装置６００は、少なくとも１つのｐＭＵＴアレイ６１６を含み、ｐＭＵＴアレイ６１６は、各要素集団の少なくとも２つの駆動／感知電極を有する本明細書の他の箇所に説明するｐＭＵＴアレイのいずれかとすることができる。例示的な実施形態において、ｐＭＵＴアレイ６１６は、必要に応じてｐＭＵＴアレイ６１６の外面の向く方向及び位置（例えば、撮像すべき区域に向ける）を変えるために機械によって又は装置６００のユーザによって操作することができるハンドル部分６１４に収容することができる。電気コネクタ６２０は、ｐＭＵＴアレイ６１６の別々のチャネルとしての各駆動／感知電極レールをハンドル部分６１４に対して外部の通信インタフェースに電気的に結合する。
【００４１】
実施形態において、装置６００は、少なくとも１つの信号発生器を含み、信号発生器は、例えば、電気コネクタ６２０としてｐＭＵＴアレイ６１６に結合されたこのような目的のために当業技術で公知のあらゆるものとすることができる。信号発生器は、様々な駆動／感知電極上に電気駆動信号を提供するためのものである。１つの特定の実施形態において、第１の信号発生器は、第１の電気駆動信号を印加して圧電変換器要素集団内の一部の要素を２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの周波数で共振させるためのものであるが、第２の信号発生器は、第２の電気駆動信号を印加して圧電変換器要素集団の他の要素を５ＭＨｚ〜１３ＭＨｚの周波数で共振させるためのものである。実施形態において、各信号発生器は、制御信号を非直列化する非直列化回路６０４を含み、これは、次に、逆多重化器６０６によって逆多重化される。例示的な信号発生器は、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）６０８を更に含み、ｐＭＵＴアレイ６１６において個々の変換器要素チャネルに対してデジタル制御信号を駆動電圧信号に変換する。それぞれの時間遅延をプログラマブル時間遅延コントローラ６１０によって個々の駆動電圧信号に追加し、ビームステアリングをし、望ましいビーム形状、フォーカス、及び方向、その他を生成することができる。各変換器要素集団は、１セットの駆動／感知電極を含み、各セットは、少なくとも２つの駆動／感知電極を有し、このようなビームステアリングは、各セットの駆動／感知電極に対応する駆動電圧信号に適用され、ｐＭＵＴアレイ内のこれらの空間配置に基づいて要素集団に適正にアドレス指定するためのものであることに注意されたい。ｐＭＵＴチャネルコネクタ６０２と信号発生器の間に結合されるのは、駆動及び感知モード間でｐＭＵＴアレイ６１６を切り換えるスイッチネットワーク６１２である。更に別の実施形態において、スイッチネットワーク６１２は、変換器要素集団の各々に結合された第１及び第２の駆動／感知電極の間で切り換える（例えば、近視野及び遠視野モードの間で切り換える）のに利用することもできる。
【００４２】
実施形態において、装置６００は、少なくとも１つの信号受信機を含み、信号受信機は、例えば、電気コネクタ６２０としてｐＭＵＴアレイ６１６に結合されたそのようの目的のために当業技術で公知のあらゆるものとすることができる。信号受信機は、ｐＭＵＴアレイ６１６において各々駆動／感知電極チャネルから電気応答信号を収集するためのものである。例示的な実施形態において、これらの電気信号は、第２の電気応答信号の帯域幅よりも高い帯域幅を張る第１の周波数応答を有する第１の電気応答信号を含む。信号受信機は、更に、同じ変換器要素集団（例えば、高周波チャネルに適用されたより大きい増幅）のチャネルの間で異なる１つ又はそれよりも多くの増幅係数を各チャネルから受信した電気応答信号に適用するためのものである。信号受信機の一例示的実施形態において、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）６１４は、電圧信号を受信し、これらをデジタル信号に変換するためのものである。デジタル信号は、次に、メモリ（図示しない）に記憶され、又は最初に信号プロセッサに通すことができる。例示的な信号プロセッサは、デジタル信号を圧縮するデータ圧縮ユニット６２６を含む。マルチプレクサ６１８及び直列化回路６２８は、受信信号をメモリ、他のストレージ、又は受信信号に基づいてグラフ表示を生成することになる画像処理プロセッサのような下流プロセッサに中継する前に更に処理することができる。
【００４３】
上記説明は、限定ではなく例示を意図していることは理解されるものとする。例えば、図の流れ図は、本発明の実施形態によって実施される作動の特定の順序を示すが、このような順序は必須ではないことを理解しなければならない（例えば、代替実施形態は、異なる順序で作動を実施し、いくつかの作動を組合せ、いくつかの作動を重ねることができる等々）。更に、多くの他の実施形態は、上記説明を読んで理解すると当業者には明らかであろう。本発明は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲の精神及び範囲で修正物及び代替物を用いて実施することができることは認識されるであろう。本発明の範囲は、従って、添付の特許請求の範囲を参照してこのような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲と共に決定されなければならない。
【符号の説明】
【００４４】
１００  ｐＭＵＴアレイ
１０１  基板
１１０、１２０、１３０、１４０  要素集団
１２０”  駆動／感知電極レール
Ｌ１  長さ
【図１Ａ】
2015520975.tif 000003
【図１Ｂ】
2015520975.tif 000004
【図１Ｃ】
2015520975.tif 000005
【図１Ｄ】
2015520975.tif 000006
【図２Ａ】
2015520975.tif 000007
【図２Ｂ】
2015520975.tif 000008
【図２Ｃ】
2015520975.tif 000009
【図３】
2015520975.tif 000010
【図４Ａ】
2015520975.tif 000011
【図４Ｂ】
2015520975.tif 000012
【図５Ａ】
2015520975.tif 000013
【図５Ｂ】
2015520975.tif 000014
【図５Ｃ】
2015520975.tif 000015
【図６】
2015520975.tif 000016
【国際調査報告】
2015520975.tif 000017
2015520975.tif 000018