JP4945769B2 - 二重周波数帯域の超音波送受波器アレイ - Google Patents
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Description
れた動作周波数帯域を与え、それらは、記述された用途に対する必要な周波数帯域(典型的には、1:5〜1:15)を包含しない。HFおよびLF放射面の大部分が共通であることを必要とするので、この広帯域は、アレイの構造上の振動設計に対して特別な課題を呈している。
格子ローブは、たとえば、特許文献5および特許文献6にかかる画像化技術による送信HF格子ローブの効果を抑制するために、LF開口のポテンシャル格子ローブとは異なっているべきである。
おいて、2つパルスの最良の可能性のある振幅と相対位置とを得る。本発明装置は、そのようなプローブを使用した超音波機器であり、ここでは、能動LF送信開口面の選択は、用途(たとえば、多重散乱雑音の抑制、または造影剤微泡の検出)および画像深度に依存して本機器によって自動的に、または、機器オペレータによって手動でなされることができる。さらに、HF送信開口を変更することが望まれ、また、散乱HF信号の受信中に、典型的には、散乱深度に続いて焦点と共に動的に増大する受信開口が望まれる。したがって、好ましい解決策は、共通放射面を備えたLFおよびHF複合アレイであるが、ここでは、実際のLFおよびHF送信開口は、用途に対して選択されることができ、LF送信開口は、HF送信開口よりも典型的には大きい一方で、HF受信開口は、たとえば、深度を持った動的受信開口を備えた大きい深度でのLF送信開口と同じくらい広く、または場合によれば当該LF送信開口よりも広く選択されることができる。
充てん材が厚さλ/2の整数であるときのバッキング・インピーダンスZBの高い値と、充てん材が厚さλ/4の奇数であるときの低い値(Zfill)2/ZB<ZBとの間で振動する。Zfillは、層313のセラミック/ポリマー複合材料におけるセラミック・ポスト間のポリマー充てん材の特性インピーダンスである。次に、λ/4ポリマー層317は、このインピーダンスを10MHzに近い振動変化に変換し、ピーク値は、(Zpol/Zfill)2*ZBに近づき、最小値は、Zpol 2/ZBに近づく。
素間の最も小さい横方向結合を生じさせる。さらに、層318は、図4に示されるように層313におけるセラミックの一部を含むことができ、同一の層に対してラベルを付けることは、図3aにおけるそれに従っている。LF圧電層313におけるポリマー充てん切断401は、この層の後面からさいの目に切られるが、LFセラミック層313を通じて完全にはさいの目に切られない。その結果、完全なセラミック層402が、HF分離区画317の層または複数の層318に残され、含まれている。LF前方電極315は、それがHF帯域における音響効果を有し、さらに、層または複数の層318の一部として含まれることができるように、非常に厚くされることもできる。
。それは、HF開口以上の高さ寸法を持った単一のLF要素に要素502/504/505を組み合わせることによって達成され、方位角方向にHF開口よりも大きいLF開口を得るために、方位角方向(503/504)に追加のLF要素を加える。
このための多くの解決策が文献に示されているので省略される。我々は、次において、この技術をcmut/pmut送受波器、cmut/pmutセル、およびcmut/pmut薄膜と呼ぶ。
では、高周波cmut/pmutセルは、たとえば図10に示されるように、低周波セルの最上部に取り付けられている。図10aは、1個の低周波セル1001と、該低周波セルの最上部の幾つかの高周波セル1002とを備えた基板前面1000を示している。低周波が低周波セルの大きい寸法を可能にするので、このセルは、基板1003の断面を示す図10bに示されるような基板の後ろ側から微細加工されることが可能であり、ここでは、基板の後ろ側からのエッチングは、接着または他の接合技術を通じて基板1003に取り付けられる第2基板1006にまたはその一部に取り付けられる電極1005との容量的相互作用にある薄い低周波薄膜1004を提供している。低周波薄膜1004の前面には、基板の前側から幾つかの高周波セル1002が微細加工されている。より複雑な製造技術により、低および高周波セルの両方は、前側から製造されることができる。他のcmut/pmutの解決策に関しては、そのような幾つかの例が文献中に与えられているので、我々は、電極配置および圧電性セラミック要素の可能な配置の詳細を示しておらず、我々は、この記述において、同一の放射面からのLFおよびHFパルスの両方を送信することができるように、本設計の本質的な特徴を強調する。しかしながら、Siが基板として使用されるときには、この図は、LF電極の解決策を示し、ここでは、Si基板の前層1007は、LFおよびHFセル用の共通接地電極を提供するように高度にn−dopeされている(n++)。アクティブなLF電極は、第2Si基板1006の領域1005の高n−dopeによって同様に得られることができる。
Claims (23)
- 高周波帯域超音波パルスを受信する超音波伝達アレイプローブであって、前記超音波伝達アレイプローブの前部は互いに異なる低周波帯域超音波パルスと前記高周波帯域超音波パルスを送信し、前記超音波伝達アレイプローブの前面であるプローブ前面は、低周波帯域放射面と高周波帯域放射面とを有し、前記低周波帯域放射面の少なくとも一部と、前記高周波帯域放射面の少なくとも一部とは、両者に共通する領域としての共通領域(302)に有し、
前記超音波伝達アレイプローブはさらに、
前記共通領域(302)の少なくとも一部において、前記共通領域(302)に対して垂直な厚さ方向に積層された多層構造であって、前記多層構造は、低周波電気音響伝達のための低周波圧電層(313)と、高周波電気音響伝達のための高周波圧電層(304)とを含み、前記高周波圧電層(304)と前記共通領域(302)の間の距離は、前記低周波圧電層(313)と前記共通領域(302)の間の距離よりも小さいことと;
前記高周波圧電層(304)と低周波圧電層(313)の間に配置される音響分離区画(317)であって、前記音響分離区画(317)は、前記厚さ方向に積層された第1音響層とバッキング層(318)を含み、前記バッキング層(318)と前記共通領域(302)の間の距離は、前記第1音響層と前記共通領域(302)の間の距離よりも大きいことと
を備えることを特徴とする、超音波伝達アレイプローブ。 - 前記バッキング層(318)は、17MRaylよりも大きい特性音響インピーダンスを有し、
前記第1音響層は、5MRaylよりも小さい特性インピーダンスを有する、
請求項1記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記バッキング層(318)は、Cu、Ag、Au、Pd、Pt、Wの材料、これらの材料の合金、これらの材料のうちの1つの粉体、または互いに焼結もしくは接着されたそれらの合金から作られる、
請求項2記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記バッキング層(318)は、セラミック層を含む、
請求項1記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記低周波圧電層(313)は、セラミック/ポリマー複合材料として作られ、
前記セラミック/ポリマー複合材料は後面からサイの目に切られるが、前記低周波圧電層(313)に渡って全部まではサイの目に切られておらず、その結果、前記低周波圧電層(313)の前部は、前記バッキング層(318)を形成する横方向連続層を形成する、
請求項4記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記第1音響層は、Cu、Ag、Au、Pd、Pt、Wの材料、これらの材料の合金、これらの材料のうちの1つの粉体、または互いに焼結もしくは接着されたそれらの合金から作られる、
請求項5記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 高周波帯域超音波パルスを受信する超音波伝達アレイプローブであって、前記超音波伝達アレイプローブの前部は低周波帯域超音波パルスと前記高周波帯域超音波パルスを送信し、前記超音波伝達アレイプローブの前面であるプローブ前面は低周波帯域放射面と高周波帯域放射面とを有し、前記低周波帯域放射面の少なくとも一部と、前記高周波帯域放射面の少なくとも一部とは、両者に共通する領域としての共通領域に有し、
前記超音波伝達アレイプローブはさらに、
前記共通領域の少なくとも一部において、前記共通領域に対して垂直な厚さ方向に積層された多層構造を備え、
前記多層構造は圧電層と、前記圧電層の前面に配置される基板層とを備え、
前記圧電層は、低周波電気音響伝達と高周波電気音響伝達のうちの一方を行なうように構成され、
前記基板層の前面には、前記低周波電気音響伝達と前記高周波電気音響伝達のうちの他方のための伝達薄膜が設けられ、
前記多層構造は、前記低周波帯域放射面に少なくとも1つの低周波アレイ要素を有する低周波伝達要素アレイと、前記高周波帯域放射面に少なくとも1つの高周波アレイ要素を有する前記高周波伝達要素アレイとを備え、
前記共通領域において、前記低周波アレイ要素が有する放射面は、前記高周波アレイ要素が有する放射面よりも大きい、
超音波伝達アレイプローブ。 - 前記圧電層によって、前記低周波電気音響伝達が得られる、
請求項7記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記圧電層によって、前記高周波電気音響伝達が得られる、
請求項7記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 高周波帯域超音波パルスを受信する超音波伝達アレイプローブであって、前記超音波伝達アレイプローブの前部は低周波帯域超音波パルスと前記高周波帯域超音波パルスを送信し、前記超音波伝達アレイプローブは、低周波帯域放射面と高周波帯域放射面と基板とを備え、前記低周波帯域放射面と前記高周波帯域放射面とは、前記超音波伝達アレイプローブの前面であるプローブ前面に形成され、前記基板は前記プローブ前面よりも後ろ側に位置し、
前記低周波帯域放射面の少なくとも一部と、前記高周波帯域放射面の少なくとも一部とは、互いに共通する領域としての共通領域に有し、
前記基板には、少なくとも1つの低周波伝達薄膜と少なくとも1つの高周波伝達薄膜とが設けられ、前記高周波伝達薄膜は前記基板の前面に形成され、前記低周波伝達薄膜は前記高周波伝達薄膜よりも後ろ側に形成され、
前記低周波伝達薄膜は低周波電気音響伝達を行ない、
前記高周波伝達薄膜は高周波電気音響伝達を行ない、
前記低周波伝達薄膜は、前記共通領域において少なくとも1つの低周波要素を有する低周波アレイを構成し、
前記高周波伝達薄膜は、前記共通領域において少なくとも1つの高周波要素を有する高周波アレイを構成し、
前記低周波要素の半径は、前記高周波要素の半径よりも大きいことを特徴とする、超音波伝達アレイプローブ。 - 前記高周波伝達薄膜は、前記低周波伝達薄膜よりも前に配置される、
請求項10記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記低周波伝達薄膜から発せられた低周波ビームと、前記高周波伝達薄膜から発せられた高周波ビームとが前記共通領域から発せれるように見えるように、前記高周波伝達薄膜と低周波伝達薄膜は互いに接近して並べられる、
請求項10記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記多層構造は複数の伝達要素を含み、
前記低周波帯域放射面と前記高周波帯域放射面のうちの少なくとも1つは、複数の前記伝達要素のスパースアレイとして形成され、
高周波送信開口のポテンシャル格子ローブと、低周波送信開口のポテンシャル格子ローブとは、空間上において重複しない、
請求項1,7,および10何れか一項記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 高周波帯域超音波パルスを受信する超音波伝達アレイプローブであって、前記超音波伝達アレイプローブの前部は低周波帯域超音波パルスと前記高周波帯域超音波パルスを送信し、前記超音波伝達アレイプローブは、
低周波電気音響伝達を行なう低周波伝達要素アレイと、高周波電気音響伝達を行なう高周波伝達要素アレイとを備え、
前記低周波伝達要素アレイと前記高周波伝達要素アレイはアレイ面において互いに異なる位置に形成され、前記低周波伝達要素アレイは少なくとも1つの低周波アレイ要素を有し、前記高周波伝達要素アレイは少なくとも1つの高周波アレイ要素を有し、
前記低周波アレイ要素それぞれからなる低周波帯域放射面と、前記高周波アレイ要素それぞれからなる高周波帯域放射面は両者の共通領域を少なくとも一部に有し、前記低周波帯域放射面と前記高周波帯域放射面とは、前記超音波伝達アレイプローブの前面であるプローブ前面に形成され、前記低周波伝達要素アレイと前記高周波伝達要素アレイは、前記プローブ前面よりも後ろ側に位置し、
前記共通領域において、前記低周波アレイ要素それぞれからなる前記低周波帯域放射面は、前記高周波アレイ要素それぞれからなる前記高周波帯域放射面よりも大きく、
前記低周波帯域放射面の外縁境界は、前記高周波帯域放射面よりも外部に位置することを特徴とする、超音波伝達アレイプローブ。 - 高周波帯域超音波パルスを受信する超音波伝達アレイプローブであって、前記超音波伝達アレイプローブの前部は低周波帯域超音波パルスと前記高周波帯域超音波パルスを送信し、前記超音波伝達アレイプローブは、
低周波電気音響伝達を行なう低周波伝達要素アレイと、高周波電気音響伝達を行なう高周波伝達要素アレイとを備え、
前記低周波伝達要素アレイと前記高周波伝達要素アレイはアレイ面において互いに異な
る位置に形成され、
前記低周波伝達要素アレイの低周波アレイ要素それぞれからなる低周波帯域放射面と、前記前記高周波伝達要素アレイの高周波アレイ要素それぞれからなる高周波帯域放射面は両者の共通領域を少なくとも一部に有し、前記低周波帯域放射面と前記高周波帯域放射面とは、前記超音波伝達アレイプローブの前面であるプローブ前面に形成され、前記低周波伝達要素アレイと前記高周波伝達要素アレイは、前記プローブ前面よりも後ろ側に位置し、
前記共通領域において、前記低周波伝達要素アレイ要素それぞれからなる前記低周波帯域放射面は、前記高周波伝達要素アレイ要素それぞれからなる前記高周波帯域放射面よりも大きく、
前記高周波送信放射面の中心周りの領域に、アクティブな低周波送信面が無い領域が存在することを特徴とする、超音波伝達アレイプローブ。 - 前記低周波伝達要素アレイと前記高周波伝達要素アレイは、
・単一の要素アレイ;
・前記伝達要素の環状アレイ;
・前記伝達要素のリニアアレイ;および
・前記伝達要素の2次元アレイ
のうちの1つとして配置される、
請求項14または15記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 高周波帯域超音波パルスを受信する超音波伝達アレイプローブであって、前記超音波伝達アレイプローブの前部は低周波帯域超音波パルスと前記高周波帯域超音波パルスを送信し、前記超音波伝達アレイプローブは、
低周波帯域放射面と高周波帯域放射面と;
低周波伝達要素と高周波伝達要素と
を備え、
前記低周波帯域放射面と前記高周波帯域放射面とは、前記超音波伝達アレイプローブの前面であるプローブ前面に形成され、前記低周波伝達要素アレイと前記高周波伝達要素アレイは、前記プローブ前面よりも後ろ側に位置し、
前記低周波帯域放射面と前記高周波帯域放射面とは、両者の共通領域を少なくとも一部に有し、
前記低周波伝達薄膜は低周波電気音響伝達を行ない、
前記高周波伝達薄膜は高周波電気音響伝達を行ない、
前記低周波伝達要素は選択的に動作可能であり、その結果、前記低周波帯域放射面の大きさは、
a) 前記高周波帯域放射面に等しいこと、
b) 少なくとも前記高周波帯域放射面の外部の領域まで前記低周波帯域放射面が位置すること、
c) 前記高周波帯域放射面の中央領域に前記低周波帯域放射面が位置し、且つ前記高周波帯域放射面の前記中央領域にはアクティブな低周波帯域放射面が無いこと、および
d) b)とc)の組合せ
のうちの1つになるように選択的に可変であることを特徴とする、超音波伝達アレイプローブ。 - 請求項1または7記載の前記超音波伝達プローブを用いた超音波機器であって、
前記多層構造の厚みは前記共通領域の面全体に亘って一定であり、
低周波伝達開口と高周波伝達開口の大きさは、前記多層構造のアレイ要素への電気的接続によって電気的に選択される、超音波機器。 - 請求項17または18記載の前記超音波伝達プローブを用いた超音波機器であって、
動作する低周波伝達開口は、
a)画像範囲に依存、超音波画像診断法に依存、および用途に依存した機器による自動選択;および
b)機器操作装置を介しての機器オペレータによる直接選択、
のうちの1つによって選択される、超音波機器。 - 請求項14または15記載の前記超音波伝達プローブを用いた超音波機器であって、
前記低周波伝達要素アレイと前記高周波伝達要素アレイを含む多層構造の厚みは前記共通領域の面全体に亘って一定であり、
低周波伝達開口と高周波伝達開口の大きさは、前記多層構造のアレイ要素への電気的接続によって電気的に選択され、
動作する前記低周波伝達開口は、
a)画像範囲に依存、超音波画像診断法に依存、および用途に依存した機器による自動選択;および
b)機器操作装置を介しての機器オペレータによる直接選択、
のうちの1つによって選択される、超音波機器。 - 前記低周波伝達要素アレイは選択的に動作可能であり、その結果、前記高周波帯域放射面は前記低周波帯域放射面よりも大きい、
請求項14または15記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記超音波伝達アレイプローブは更に、
前記多層構造が搭載されるバッキング材料と;
前記高周波圧電層の前に配置される高周波音響整合部と
を備える、
請求項1記載の超音波伝達アレイプローブ。 - 前記低周波圧電層と前記高周波圧電層は、それぞれ連続的に延びる、
請求項1記載の超音波伝達アレイプローブ。
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