(57)【要約】超音波トランスデューサアレイ（202）に対する可変多次元アポダイゼーション制御（200）が開示される。可変多次元アポダイゼーション制御（202）は、圧電性に基づくトランスデューサ及びＭＵＴに基づくトランスデューサの両方に適用可能であり、２次元以上に配置された素子を持つ超音波トランスデューサアレイ（202）のアポダイゼーション・プロファイルの制御を可能にする。
2004533885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサにおける多次元アポダイゼーション制御を提供する装置であって、
少なくとも２次元に分布された複数の個別に制御可能な超音波トランスデューサ素子を持つ超音波トランスデューサアレイと、
前記個別に制御可能な超音波トランスデューサ素子の各々と関連付けられ、前記超音波トランスデューサアレイの開口の全ての次元の選択的アポダイゼーションを可能にするように構成される制御回路と、
を有する装置。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサアレイが、更にマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）素子を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＭＵＴ素子が、マトリックスアレイに配置される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記個別に制御可能な超音波トランスデューサ素子の各々と関連付けられた前記制御回路が、前記超音波トランスデューサアレイの開口の全ての次元の部分的にサンプリングされた任意のアポダイゼーションを可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記個別に制御可能な超音波トランスデューサ素子の各々と関連付けられた前記制御回路が、前記超音波トランスデューサアレイの開口の全ての次元の完全にサンプリングされた任意のアポダイゼーションを可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記超音波トランスデューサアレイの開口の全ての次元の前記選択的アポダイゼーションが、送信サイクルと受信サイクルとの間で変化する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記超音波トランスデューサアレイの開口の全ての次元の前記選択的アポダイゼーションが、前記超音波トランスデューサアレイの多次元の分離不可能な関数である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記超音波トランスデューサアレイの開口の全ての次元の前記選択的アポダイゼーションが、任意のサイズ、形状及びサンプリングを持つまばらにサンプリングされた開口を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記超音波トランスデューサアレイの少なくとも１次元が曲がっている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
超音波トランスデューサにおけるアポダイゼーションを制御する方法であって、
少なくとも２次元に分布された複数の個別に制御可能な超音波トランスデューサ素子を持つ超音波トランスデューサアレイを設けるステップと、
前記超音波トランスデューサアレイの開口の全ての次元の選択的アポダイゼーションを可能にするために前記複数の個別に制御可能な超音波トランスデューサ素子の各々を制御するステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には超音波トランスデューサに関し、より具体的には、超音波トランスデューサにおける可変多次元アポダイゼーション制御のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサは、かなり以前から利用可能であり、固体、液体及び気体を調べるのに有用である。超音波トランスデューサの１つの特定の使用法は、医療イメージングの領域においてである。超音波トランスデューサは、圧電性素子から形成されることができるか、又は半導体基板上に製造されることもでき、この場合、前記トランスデューサは、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）と呼ばれる。圧電性トランスデューサ素子は、典型的には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴと略される）のような物質でできていて、複数の素子が、トランスデューサアセンブリを形成するように配置される。ＭＵＴは、様々な半導体基板物質を使用して製造され、結果として容量性非線形超音波トランスデューサを生じ、前記容量性非線形超音波トランスデューサは、本質的には、縁の周りで支持され半導体基板を覆う可とう性のある膜を有する。接点材料を前記膜（又は前記膜の一部）及び前記半導体基板に付着させることにより、並びに適切な電圧信号を前記接点に加えることにより、前記ＭＵＴは、適切な超音波が製作されるようにエネルギを印加され得る。同様に、バイアス電圧の印加して、前記ＭＵＴの膜は、反射された超音波エネルギを捕え、そのエネルギを受信信号を生成する前記膜の運動に変換することにより受信超音波信号を生じるために使用されることができる。圧電性素子、又はＭＵＴ素子を使用して構築されるかどうかに関係なく、前記トランスデューサアセンブリは、この場合、更に、あるいは電気回路基板の形式において制御電子機器を含むハウジング内に組み立てられ、前記電気回路基板の組み合わせは、超音波プローブを形成する。前記圧電性トランスデューサ素子の表面と前記プローブ体との間に音響的マッチング層を含み得るこの超音波プローブは、この場合、体組織を通して超音波信号を送信及び受信するのに使用されることができる。
【０００３】
前記トランスデューサが圧電性素子又はＭＵＴ素子の何れを使用して構築されるかにかかわらず、動作において、実行されるイメージングの形式に基づいて送信及び受信信号を成形することが可能である。現代のトランスデューサにおいて前記トランスデューサアレイにおける各素子は、典型的には制御電子機器に接続されるので、これは可能である。幾つかのイメージングアプリケーションにおいては、いつでも前記アレイにおける素子の総数の一部のみを動作することが望ましい。これは、前記トランスデューサアレイの開口を制御することとして見なされる。前記トランスデューサアレイの開口は、いつでも動作中である前記トランスデューサ素子の配置に関連する。前記トランスデューサにおける各素子の電子制御は、前記送信及び受信信号に実行されるイメージングの形式に対して適切な信号を供給するように成形されることを可能にする。例えば、幾つか又は全ての前記素子に供給される送信エネルギを制御することにより（一般に“送信ビーム形成”と呼ばれる）、対象に送信された超音波検査パルスは、例えば様々な深度における高解像度を提供するように成形されることができる。同様に、受信エネルギを電子的に変更することにより（“受信ビーム形成”と呼ばれる）、前記受信されたエネルギは、様々な深度において、及び様々な種類の組織を通して高画質画像を形成するために使用されることができる。
【０００４】
前記超音波トランスデューサの様々なイメージングパラメータは、前記送信エネルギを変更し、前記受信エネルギで動作することにより制御されることができる。例えば、送信及び受信ビーム形成を実行することにより、超音波ビームの仰角及び深度は、様々な横の及び仰角のステアリング角度並びに様々な検査深度を提供するために変更されることができる。前記トランスデューサ素子を制御する１つの態様は、“アポダイゼーション”として既知である。超音波トランスデューサ開口のアポダイゼーションは、前記開口の中心から前記開口の縁への送信振幅及び／又は受信利得の緩やかな減少であり、結果としてビームのサイドローブのレベルにおける減少が生じる。送信ビームにおいて、検査方向に主エネルギビームがあり、及び主ビーム方向から予想できる角度に位置するサイドローブエネルギがある。これらのサイドローブは、画像における対象を不鮮明にし、クラッタを増加させ、コントラストを減少させる。従って、一般的に、所望の方向において前記送信エネルギを最大化し、前記サイドローブエネルギが前記主エネルギビームと干渉しないレベルに前記サイドローブエネルギを減少することが望ましい。アポダイゼーションは、感度及びビーム幅をビームサイドローブレベルと交換する。
【０００５】
従来の超音波トランスデューサは、利用可能なアポダイゼーション制御の量において制限されている。典型的には、従来のシステムは、アポダイゼーション制御を前記トランスデューサの１次元においてのみ可能にする。他の次元（２次元トランスデューサを仮定する）におけるアポダイゼーション制御は、実行されないか、又は前記トランスデューサの第１次元の変化しない関数であるかの何れかである。他のシステムは、前記アレイにおける全てより少ない前記素子が前記送信及び受信電子機器に接続される“スパースアレイ”と呼ばれるものを使用して２次元アポダイゼーション制御を近似する。スパースアレイにおけるアポダイゼーションは、動作中のトランスデューサ素子の密度を前記アレイの中心から前記アレイの縁に向けて減少させることにより達成される。不幸にも、前記スパースアレイは、前記トランスデューサアレイ上の多数の素子が、送信器及び受信器に接続されていないのでアポダイゼーションパターンを形成するために利用不可能であるように制限される。更に、スパースアレイにおける多数の前記素子は接続されていないので、スパースアレイの最大感度は、完全にサンプリングされたアレイの感度より低いだろう。
【０００６】
固定された又は制限されたアポダイゼーション制御を持つトランスデューサ配置において、感度、ビーム幅、及びビームサイドローブレベルの間のトレードオフは、特定のイメージングアプリケーションに対して最適化されることができない。更に、固定されたアポダイゼーションは、所定のトランスデューサの特定の開口サイズに対してのみ最適である。もし異なる開口が使用されれば、前記アポダイゼーションパターンは、間違ったサイズになるだろう。固定されたアポダイゼーションは、また、異なるアポダイゼーション・プロファイルが送信及び受信開口に対して使用されることを可能にできない。固定された仰角アポダイゼーションは、全開口アポダイゼーションを、一方は仰角次元のみの関数であり、他方は横方向の次元のみの関数である２つの関数の積に分離（即ち因数分解）されることができる関数に限定する。これは、前記開口の２次元の分離可能な関数として数学的に既知である。分離可能なアポダイゼーション関数は、前記関数が分離されることができる２つの次元に沿って前記サイドローブエネルギを集中するビームパターンを持つ傾向にある。もし前記サイドローブエネルギが前記主ビームに対して回転対称な態様において再分布されることができれば、有利であるだろう。これは、前記全サイドローブレベルを低減し、前記主ビームと近接した全ての領域に関して前記サイドローブエネルギを均等にするだろう。回転対称なビームパターンを作るには、少数の特別な場合を除き、分離可能な関数を使用することが不可能である回転対称な開口アポダイゼーションを必要とする。従って、前記アポダイゼーション関数が２次元の分離不可能な関数であり得る超音波トランスデューサアレイを持つことが望ましいだろう。
【０００７】
スパースアレイが、前記動作中の素子の密度のみに基づいて前記開口の固定されたアポダイゼーションを提供するように動作される場合、これらは固定された仰角アポダイゼーションを持つトランスデューサと同じ欠点を共有し、よって前記トランスデューサの両次元に対して欠点が延在する。加えて、スパースアレイにおける振幅制御は、前記動作中の素子の密度のみに依存し、粗雑な傾向にある。スパースアレイにおける前記動作中の素子の送信及び受信振幅は、制御されることができるが、しかし実際に前記送信／受信電子機器に接続された素子のみが使用されることができ、よって前記アポダイゼーションパターンが指定されることができる正確性を制限する。更に、前記開口のアンダーサンプリングのため、スパースアレイが、ステアリング角度に隣接する前記アレイの前記サイドローブ性能を改良する傾向にある一方で、前記サイドローブ性能は、より大きなステアリング角度において大幅に劣化する。
【０００８】
従って、可変多次元アポダイゼーション制御が可能な超音波トランスデューサアレイを持つことが望ましいだろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
超音波トランスデューサアレイに対する可変多次元アポダイゼーション制御は、超音波トランスデューサアレイの全ての次元が、可変アポダイゼーション制御を持つことを可能にする。前記可変多次元アポダイゼーション制御は、圧電性に基づくトランスデューサ及びＭＵＴに基づくトランスデューサの両方に対して適用可能であり、２次元以上に配置された素子を持つ超音波トランスデューサアレイのアポダイゼーション・プロファイルの制御を可能にする。
【００１０】
本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点は、以下の図面及び詳細な記述を吟味すると当業者に明らかになるだろう。全てのこのような付加的なシステム、方法、特徴及び利点は、この記述内に含まれ、本発明の範囲内であり、添付請求項により保護されることが意図される。
【００１１】
前記請求項において定義されるように、本発明は、以下の図面を参照して、より良く理解されることができる。前記図面内の構成要素は、互いに相対的に一定の縮尺にする必要はなく、代わりに本発明の原理を明確に説明するように配置された強調である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以後記述されるべき本発明は、全ての型式の超音波トランスデューサ素子に適用可能である。更に、以下の記述における単純化のため、超音波トランスデューサの主素子及び関係する制御回路のみが図示される。
【００１３】
本発明を論ずる前に、超音波トランスデューサの開口及びアポダイゼーション制御の簡潔な解説が有用であろう。従って、図１Ａ及び図１Ｂは、共同で送信アポダイゼーション開口制御の効果を図示する。
【００１４】
図１Ａは、前記開口における全てのトランスデューサ素子が同じ入力信号を用いて一様に励起される超音波トランスデューサアレイのビームプロットを示す説明図100である。前記ビームプロットは、超音波トランスデューサから放射される送信信号を図示する。前記ビームプロットは、およそ０ビームステアリング角度に配置されたメインローブ102を含む。超音波エネルギの大部分は、０ビームステアリング角度から少数度プラス又はマイナスに向けられ、結果としてメインローブ102になるが、エネルギは−９０度と＋９０度の間の角度にも向けられる。この０度から離れたエネルギが、サイドローブ104として前記ビームプロットにおいて表れる。図１Ａに図示されるように、メインローブ102により近いサイドローブ104は、振幅において、メインローブ102から更に離れたサイドローブ104より高い。ビームプロット100は、超音波トランスデューサアレイ開口における各素子が、トランスデューサ素子アポダイゼーションプロット108により図示されるように、同じ振幅で一様に励起される場合に終わる。プロット108は、前記トランスデューサアレイにおける各素子が刺激信号を用いて同じ振幅で励起される状況を図示する。メインローブ102に近い前記サイドローブを減少する１つの態様は、前記開口の前記アポダイゼーションを調整することによる。このようなアポダイゼーションを持つ開口の例は図１Ｂに図示される。
【００１５】
図１Ｂは、アポダイゼーション制御が前記開口に適用されている超音波トランスデューサアレイのビームプロットを示す説明図150である。図１Ｂにおいて、メインローブ152は、図１Ａのメインローブ102より低い振幅を持ち、また、図１Ａのメインローブのビーム幅106より広いビーム幅156を示す。メインローブ152は、図１Ａのメインローブ102より広いビーム幅及びより低い振幅を持ち、より低いトランスデューサ感度を結果として生じる。しかしながら、図１Ｂに示される外形の利点の１つは、サイドローブ154のレベルが、図１Ａのサイドローブ104のレベルより大幅に低いことである。この状況は、アポダイゼーションが、前記開口における前記トランスデューサ素子に適用されているので起こる。
【００１６】
図１Ｂに図示されるアポダイゼーション・プロファイルを用いて、前記開口の中心に向かう前記素子は、最大強度で送信するが、しかし前記開口の縁に向かう前記素子は、減少された強度で送信し、これにより前記サイドローブエネルギが大幅に減少するように前記超音波トランスデューサ開口が成形される。このようなアポダイゼーション・プロファイルは、アポダイゼーションプロット158により図示される。送信関数を使用して図示されるが、前記開口のこのアポダイゼーション制御は、受信サイクルにおいても効果的である。受信サイクルにおいてアポダイゼーションを制御するために、超音波トランスデューサアレイ内の各素子に適用される対応する利得は、所望のアポダイゼーション・プロファイルにより変化される。
【００１７】
図２は、本発明の実施例の１つの態様により構築されるアポダイゼーション制御システム200を図示する概略図である。アポダイゼーション制御システム200は、多次元トランスデューサアレイ202を使用する。図２に示される前記実施例において、トランスデューサアレイ202は、代表例が参照番号208、212及び214を使用して図示される複数の超音波トランスデューサ素子を含む２次元トランスデューサアレイとして描かれる。
【００１８】
超音波トランスデューサ素子208、212及び214は、代表例がそれぞれ参照番号204及び206を使用して図示される行及び列に配置される。このような配置は、時々、マトリックスアレイと呼ばれる。しかしながら、他のトランスデューサ素子配置が可能である。超音波トランスデューサ素子の平面８×１４アレイを使用して図示されるが、本発明の概念は、２次元の一方又は両方が曲がっている配置を含むどんな２次元超音波トランスデューサアレイ配置にも適用可能である。例えば、円筒形、球形、トロイダル、又は他の曲がった表面を持つ２次元トランスデューサアレイが可能であり、本発明の好ましい実施例の特定の態様の概念から恩恵を受けることができる。前記アレイの曲率が前記アレイを第３次元に曲げるので、このようなトランスデューサアレイは、３次元であると見なされてもよく、そのアポダイゼーション制御も、３次元であると見なされてもよい。
【００１９】
本発明の好ましい実施例の１つの態様によると、多次元トランスデューサアレイ200の素子208、212及び214の各々は、個別に制御可能である。特に、トランスデューサ素子208、212及び214の各々は、送信素子として及び受信素子として機能することができ、個別の制御信号を受信する。例えば、超音波トランスデューサ素子208は、接続216を介して送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ218に接続する。Ｔ／Ｒスイッチ218は、トランスデューサ素子208が送信モードにおいて及び受信モードにおいて機能することを可能にするコントローラ272から信号（図示されていない）により制御される。
【００２０】
超音波トランスデューサ素子208が送信モードにおいて使用される場合、超音波トランスデューサ素子208は、接続226を介し、可変増幅器222を介し、接続224を介して、送信ビーム形成器228からの送信パルスを受信する。可変増幅器222は、超音波トランスデューサ素子208に加えられる前記送信パルスの特徴を定義するために使用され、接続230を介して振幅コントローラ220により制御される。単純化のために省略されるが、２次元トランスデューサアレイ220における各素子は、同様に制御される可変増幅器を含む。超音波トランスデューサ素子208が受信モードにおいて使用される場合、超音波トランスデューサ素子208の表面に影響を与える超音波エネルギは、電気信号に変換される。前記電気信号は、接続216を介し、（コントローラ272からの制御信号の動作により接続244にここで接続される）Ｔ／Ｒスイッチ218を介して通信されるので、前記受信信号は、可変利得増幅器246に加えられる。可変利得増幅器246は、前記電気受信信号を増幅し、前記信号を接続248を介して遅延素子284に供給する。
【００２１】
同様な態様において、超音波トランスデューサ素子212は、接続236を介して送信パルスを受信し、接続238を介して可変利得増幅器242に受信信号を供給する。可変利得増幅器242は、接続258を介して遅延素子282に前記受信信号を供給する。同様に、超音波トランスデューサ素子214は、接続258を介し、スイッチ256及び接続254を介して送信信号を受信し、その間に、前記受信信号は、接続258を介し、スイッチ256を介し、接続262を介して可変利得増幅器264に移動される。可変利得増幅器264は、接続266において前記増幅された受信信号を遅延素子278に供給する。多次元トランスデューサアレイ202における各素子は、このように制御され、これにより多次元トランスデューサアレイ202における各素子にわたる完全なアポダイゼーション制御を可能にする。
【００２２】
可変利得増幅器262、242及び246並びに遅延素子278、282及び284は、受信ビーム形成器276に全て含まれる。３つの可変利得増幅器及び３つの遅延素子のみを持つように示されるが、受信ビーム形成器は、多次元トランスデューサアレイ202における前記超音波トランスデューサ素子の各々に対して十分な増幅器及び遅延素子回路（並びに他の処理回路）を含む。更に、様々な多重化、サブビーム形成、及び他の処理技術が、受信ビーム形成器276により実行されることができる。しかしながら、説明の簡単化のため、図２における受信ビーム形成器は、３つの遅延素子のみを含む。
【００２３】
前記受信ビーム形成器における前記増幅器の各々は、コントローラ272から接続280を介して信号により制御される。接続280における前記信号は、可変利得増幅器264、242及び246の各々により加えられる受信利得を決定する。前記増幅器の各々により加えられる利得は異なってもよい。同様に、各遅延素子278、282及び284は、コントローラ272から接続274を介して信号によりプログラムされる。この制御信号は、遅延素子278、282及び284の各々がそれぞれの受信信号に加える遅延の量を決定する。この態様において、前記受信開口のアポダイゼーションは、２次元トランスデューサアレイ202における各超音波トランスデューサ素子208、212及び214がそれぞれの可変利得増幅器246、242及び264に結合されるので、高精度で制御されることができる。更に、各可変利得増幅器は、コントローラ272から、各受信信号に加える利得の量を決定する信号を受信する。
【００２４】
遅延素子278、282及び284の出力は、それぞれ接続286、288及び288を介して加算素子294に供給される。加算素子294は、これらの出力を結合し、マイクロプロセッサ処理回路、表示回路、及び他の制御回路（図示されていない）のような追加処理素子との接続296にビーム形成された信号を供給する。代わりの配置において、可変利得増幅器264、242及び246は、それぞれ遅延素子278、282及び284の後に配置されてもよい。更に、遅延素子278、282及び284の出力は、サブアレイに結合されてもよく、可変利得は、前記サブアレイ信号が、加算素子294の前にそれぞれの遅延を通過する前又は後に、各サブアレイに加えられてもよい。
【００２５】
個別に制御可能なトランスデューサ素子208、212及び214を持つ多次元トランスデューサアレイ202は、前記アポダイゼーションパターンを多次元において可変にする。特に、多次元トランスデューサアレイ202の前記アポダイゼーションは、前記アレイ内の各素子の位置に関して個別に制御されることができる。前記開口全体にわたる完全な制御を持つことにより、アポダイゼーション制御システム200は、前記開口のビームプロットを高精度で制御されることを可能にする。
【００２６】
更に、図２に示される配置は、完全にサンプリングされ、制御可能な任意の（制約されずに明記される）多次元アポダイゼーション・プロファイルが、多次元トランスデューサアレイ202に適用されることを可能にする。用語“完全にサンプリングされた”は、個別に制御可能である各超音波トランスデューサ素子204、212及び214に関する。このような配置において、多次元トランスデューサアレイ202の個別の素子が、コントローラ272からある種の制御信号を受信しないであろう場合は無い。前記多次元トランスデューサアレイ開口の前記アポダイゼーションは、前記開口の両次元の任意の完全にサンプリングされた制御可能な関数である。前記アポダイゼーションは、前記動作中の開口のサイズに合うように調節されることができ、前記アポダイゼーションの量は、変化するイメージング状態と合わせるために変化されることができる。
【００２７】
更に、前記アポダイゼーションは、送信及び受信サイクル間に変更されてもよく、又は異なる受信サイクルの間に変更されてもよい。更に、前記多次元トランスデューサアレイ202は、部分的にサンプリングされてもよく、この場合、全ての素子が前記動作中の開口の一部であるわけではない。更に依然として、前記アポダイゼーションは、一方が１次元のみの関数であり、他方が前記開口のほかの１次元のみの関数である２つの単純な関数の積、g(x)×h(y)と表されることができない前記開口の２次元の関数f(x,y)であり得る。これは、前記２次元の分離不可能な関数として数学的に既知である。分離不可能なアポダイゼーション関数は、部分集合として円対称を持つ大部分の関数を含む。円対称アポダイゼーション関数は、前記ビームサイドローブエネルギが円対称パターンに分布され、従って分離可能なアポダイゼーション関数に対するものより一様であり、一般により低いレベルである点で有利である。これは、図５Ａ及び５Ｂに関して下に説明されるであろう。
【００２８】
図３は、図２の多次元超音波トランスデューサアレイ202の開口の深度に関して前記アポダイゼーション制御を変化する超音波ビーム上の効果を示す説明図である。縦軸は、前記開口の仰角を表し、横軸は、イメージングの深度を表す。曲線304は、大きな開口がイメージングのために使用される状態を図示する。示されるように、幅広いフィールドが、点cにより示される特定の深度において、狭い画像フィールドに収束し、次いで発散する。このような配置は、深いイメージングに対して有用である。
【００２９】
代わりに、曲線302は、小さな開口がイメージングのために使用される状態を図示する。曲線302に示されるように、大幅により狭いビームは、曲線304のものより浅い、点aにより示される関心のある深度において生じる。このような開口は、より浅い深度におけるイメージングに対して有用である。更に、本発明の好ましい実施例の１つの態様によると、単一の送信パルスを用いて利用可能な前記関心のある深度の範囲を最大化することが望ましいかもしれない。前記関心のある深度の範囲は、開口サイズ及びアポダイゼーションを用いて送信することにより最大化されることができ、前記開口サイズ及びアポダイゼーションのビームの特徴は、曲線302と曲線304との中間、例えば曲線303である。曲線303は、点bにおいて焦点を合わせる。この場合、前記受信サイクルは、曲線302により表される狭いビーム（即ち、小さな開口）を使用して開始され、次いで曲線304を用いて図示されるように返ってくるエコーの到着時間と同時に、より大きな開口に拡大する。このモードの動作は、動的受信アポダイゼーションと呼ばれる。この態様において、関心のある深度毎からの前記受信信号は、開口により受信され、そのビーム幅は、その深度に対して最小化され、良いビーム特性が達成される深度の範囲を最大化する。各深度における最終的な有効受信ビームは、前記受信開口アポダイゼーションと、曲線302、303及び304により例示されるようなその深度からの前記信号を受信するために使用されるビーム形成遅延とにより定義される。この態様において、前記関心のある深度の範囲は、斜交平行線により示されるように、最大化されることができる。
【００３０】
図4Ａは、分離可能なアポダイゼーション関数が適用されているトランスデューサのアポダイゼーション・プロファイルを示す説明図である。図4Ａに図示されるように、アポダイゼーション・プロファイル400は、分離可能な関数であり、一方が1次元のみの関数であり、他方が前記開口の他の1次元のみの関数である2つの単純な関数の積、g(x)×h(y)、として表される。不幸にも、しかしながら、分離可能なアポダイゼーション関数に制限される場合、円形アポダイゼーション・プロファイルを作成することは不可能である。
【００３１】
図4Ｂは、図4Ａの分離可能なアポダイゼーション関数に対するビームパターンを示す説明図である。図4Ｂに示されるように、ビームパターン420は、前記分離可能なアポダイゼーション関数から結果として生じる離れたサイドローブ424を含む。
【００３２】
図５Ａは、分離不可能なアポダイゼーション関数が適用されているトランスデューサのアポダイゼーション・プロファイルを示す説明図である。図５Ａに示されるように、アポダイゼーション・プロファイル500は、前記開口の２次元の複雑な関数f(x, y)の関数である。図５Ａに示されるように、分離不可能なアポダイゼーション関数を使用する場合には円形開口を作成することが可能である。
【００３３】
図５Ｂは、図５Ａの前記分離不可能なアポダイゼーション関数から結果として生じるビームパターンを示す説明図である。ビームパターン520は、ビームパターン520に関して円形に配置されるサイドローブ524を含む。この態様において、前記分離不可能なアポダイゼーション関数は、円対称を持つビームパターンを生成するために使用されることができる。円対称アポダイゼーション関数は、ビームサイドローブエネルギが、円対称パターンで分布し、従って分離可能なアポダイゼーション関数に対するものより一様であり、一般により低いレベルである。
【００３４】
図６は、図２の前記受信ビーム形成器の代替実施例を図示する概略図である。図６の受信ビーム形成器600は、複数の遅延素子を含み、そのうち３つが参照番号602、604及び606を使用して図示されている。前記遅延素子の各々は、それぞれのトランスデューサ素子から接続266、252及び248を介して入力を受信する。入力266、252及び248は、それぞれ図２の可変受信増幅器264、242及び246から受信された同じ入力である。しかしながら、受信ビーム形成器600において、それぞれライン612、614及び618に対する各遅延素子602、604及び606の出力は、サブアレイに形成される。サブアレイ信号は、可変利得増幅器622に供給される。単純化のために図６から省略されるが、同様なサブアレイ信号が、可変利得増幅器624及び626に供給される。更に、多くの追加サブアレイ信号が、多くの追加可変利得増幅器に供給されることができるが、詳細は図６においては省略される。
【００３５】
可変利得増幅器622、624及び626の各々の出力は、それぞれ接続628、630及び632を介して加算素子634に供給される。加算素子634は、全てのビーム形成されたサブアレイ信号を加算し、単一のビーム形成された出力を接続636に供給する。更に、受信ビーム形成器600の他の代替実施例において、前記可変利得増幅器は、前記遅延素子の前に設けられることができ、前記可変利得増幅器の出力は、前記遅延素子に加えられる前にサブアレイ信号に結合されることができる。このような実施例において、前記可変利得増幅器の後（又は前）の追加遅延素子は、遅延602、604及び606の遅延要求を減少し、従って前記遅延は、節約してアナログ回路に実行されることができる。妥当な数のサブアレイが形成されている場合、各サブアレイに加えられる、より少数の大きな遅延があるであろう。実際に、このような実施例において、前記サブアレイ信号は、最後の遅延及び加算の前にデジタル形式に変換されることができる。
【００３６】
上述のように、多数の修正及び変更が、本発明の原理から実質的に外れることなく、本発明の好ましい実施例に行われることができることは、当業者に明らかになるであろう。例えば、本発明は、マイクロマシン超音波トランスデューサ素子又は圧電性素子を持つ超音波トランスデューサにおける可変及び選択可能な２次元アポダイゼーション制御を提供するために使用されることができる。全てのこのような修正及び変更は、後に続く請求項において定義されるように、本発明の範囲内にここで含まれると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】開口内の全てのトランスデューサ素子が同じ入力信号を用いて一様に励起される超音波トランスデューサアレイのビームプロットを示す説明図である。
【図１Ｂ】アポダイゼーション制御が前記開口に適用されている超音波トランスデューサアレイのビームプロットを示す説明図である。
【図２】本発明の実施例の１つの態様により構築されたアポダイゼーション制御システムを図示する概略図である。
【図３】図２の２次元超音波トランスデューサアレイの前記開口における深度に関する前記アポダイゼーション制御を変化させる超音波ビームにおける効果を示す説明図である。
【図４Ａ】分離可能なアポダイゼーション関数が適用されているトランスデューサのアポダイゼーション・プロファイルを示す説明図である。
【図４Ｂ】図４Ａの前記分離可能なアポダイゼーション関数に対するビームパターンを示す説明図である。
【図５Ａ】分離不可能なアポダイゼーション関数が適用されているトランスデューサのアポダイゼーション・プロファイルに対するビームパターンを示す説明図である。
【図５Ｂ】図５Ａの前記分離不可能なアポダイゼーション関数の結果として生じるビームパターンを示す説明図である。
【図６】図２の受信ビーム形成器の代替実施例を図示する概略図である。
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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