超音波診断撮像システムのための設定可能なマイクロビームフォーマ回路
マイクロビームフォーマ集積回路は、６４又は１２８要素アレイトランスデューサとともに使用される６４個のマイクロビームフォーマチャネルを有する。各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタと、トランスミッタを１以上のトランスデューサ要素に選択的に結合する複数の接続点と、トランスミッタの出力部に結合される送信／受信スイッチと、可変遅延を有する受信チャネルとを有する。接続点は、トランスデューサ要素に結合されるただ１つの接続点、同じトランスデューサ要素に結合される２つの接続点、又は複数のトランスデューサ要素に結合される複数の接続点を有して構成されてよい。また、トランスミッタは、各接続点に結合される別個のパルサーを有してもよい。受信チャネルは、部分的にビーム形成された信号をシステムビームフォーマのチャネルに供給するよう２つのチャネルドライバの一方に選択的に結合される１６個から成るグループにまとめられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断用超音波システム、特に、種々のトランスデューサアレイとともに使用可能である設定可能なマイクロビームフォーマ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像における用語「マイクロビームフォーマ」は、超音波プローブ内に含まれ、超音波プローブにおいてアレイトランスデューサのためのビーム形成の少なくとも一部を実行する遅延及び加算回路をいう。プローブは手に持たれ、ソノグラファによる使用にとって使いやすく且つ快適であるように小さく且つ軽い必要があるので、マイクロビームフォーマは、一般に、集積回路の形で実施される。例えば、米国特許第７４３９６５６号明細書（特許文献１）を参照されたい。米国特許第５９９７４７９号明細書（特許文献２）によって例示されるような２次元トランスデューサアレイによる３Ｄ撮像のために元々は設計されているが、マイクロビームフォーマは、２Ｄ撮像に使用される１次元トランスデューサアレイとともに使用されてもよい。米国特許第６７０５９９５号明細書（特許文献３）を参照されたい。マイクロビームフォーマは、米国特許第６１０２８６３号明細書（特許文献４）によって例示されるようにプローブにおけるビーム形成の全てを行うよう使用されてよく、あるいは、米国特許第５２２９９３３号明細書（特許文献５）によって例示されるようにシステムメインフレームで行われるビーム形成の平衡性を有してビーム形成の最初の部分のみを行うよう使用されてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４３９６５６号明細書
【特許文献２】米国特許第５９９７４７９号明細書
【特許文献３】米国特許第６７０５９９５号明細書
【特許文献４】米国特許第６１０２８６３号明細書
【特許文献５】米国特許第５２２９９３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ビーム形成を実行する集積回路チップは、もはや完全カスタム設計であり、標準化されつつある。例えば、８個のチャネルビームフォーマチップは、現在、標準的な部品として提供されている。このようなＩＣの欠点は、それらが、１チップ内で８個のチャネルに対してしか遅延及び加算を行えないことである。これは、多くのＩＣが、典型的な６４要素、１２８要素、又はそれ以上の１次元トランスデューサアレイからの信号をビーム形成するためには必要であり、ビームフォーマチップの出力が、完全ビーム形成信号を形成するために依然として結合されなければならないことを意味する。なお、従前の回路がわずか８個の部分的にビーム形成された総和（sum）の部分的なビーム形成を行う場合に、８チャネルビームフォーマチップが最終のビーム形成を行うために使用されてよい。しかし、これは、全ての要素からの全ての信号を８個の部分的にビーム形成された総和へと処理し、且つ、様々な数のトランスデューサ要素のアレイに適応する効率的且つ経済的な方法でそれを行わなければならないという課題を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の原理によれば、超音波プローブのためのビームフォーマ回路が提供され、該ビームフォーマ回路は、６４要素及び１２８要素トランスデューサアレイのような様々なサイズのアレイについて送信及び受信ビーム形成を行うよう構成可能である。後述される１つの例では、プローブビームフォーマの送信器及び受信器は、異なるトランスデューサ要素に交互に接続されてよい。これは、開口トランスレーション及びアポディゼーション制御により６４要素アレイの全開口及び１２８要素アレイの半開口を有して送信及び受信を行うことを可能にする。他の例では、ビームフォーマ回路は、６４要素アレイからの全開口受信及び１２８要素アレイからの変形可能な半開口受信を有して、６４要素又は１２８要素アレイの全開口により送信することができる。第３の例では、マイクロビームフォーマ受信チャネルは、８チャネルビームフォーマＩＣのような、チャネル総数が少ない最終のビームフォーマによる動作のために、異なるチャネルドライバに制御可能に結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】８チャネル最終ビームフォーマに部分的にビーム形成された総和を供給する６４チャネルアレイトランスデューサのためのビームフォーマをブロック図で表す。
【図２】２つのトランスデューサ要素の間で切替可能である第１のトランスミッタ及び前置増幅器結合を部分的にブロック図で表す。
【図３】６４要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図２のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図４】１２８要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図２のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図５】図２のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個による送信開口トランスレーション及び合成開口受信を表す。
【図６】２つのトランスデューサ要素の間で切替可能である第２のトランスミッタ及び前置増幅器結合を部分的にブロック図で表す。
【図７】６４要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図６のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図８】１２８要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図６のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図９】２つのチャネルドライバに選択的に結合される複数のマイクロビームフォーマ受信チャネルをブロック図で表す。
【図１０】６４要素トランスデューサアレイを８チャネルビームフォーマに結合するための図９のマイクロビームフォーマ受信チャネル及びチャネルドライバの使用を表す。
【図１１】１２８要素トランスデューサアレイを８チャネルビームフォーマに結合するための図９のマイクロビームフォーマ受信チャネル及びチャネルドライバの使用を表す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
最初に図１を参照して、６４要素トランスデューサアレイのためのマイクロビームフォーマ配置がブロック図の形で示されている。６４要素トランスデューサアレイ１２は、トランスデューサアレイ１２の要素１〜８、２９〜３６及び５７〜６４の夫々を表すブロックによって表現されている。送信のために、各要素はパルサー１６によって駆動される。パルサー１６は、各要素を、その要素に関して適切にタイミングを合わせられた所望のパルス又は波形により駆動する。各パルサーのタイミングは、パルサー制御部１８によって制御される。本例では、１６個のパルサーが存在し、各パルサーは６４個のトランスデューサ要素の夫々を駆動する。この配置は、超音波送信のために６４要素開口の全体の完全使用を可能にする。アレイ１２のトランスデューサ要素によって受信されるエコー信号は、８個のマイクロビームフォーマ１４に結合される。各マイクロビームフォーマは、８個のトランスデューサ要素から受信される信号を処理するよう８個のチャネルを有する。各マイクロビームフォーマチャネルは、そのトランスデューサ要素から受信されたエコー信号を増幅して、適切に遅延させ、次いで、８個のチャネルからの８個の増幅され遅延された信号は、８個のトランスデューサ要素からの一部ビーム形成信号を形成するよう結合される。マイクロビームフォーマ１４からの８個の一部ビーム形成信号は、システムビームフォーマ１０の８個のチャネルの入力部に結合される。システムビームフォーマ１０の各チャネルは共通（バルク）遅延を一部ビーム形成信号に適用し、次いで、８個のチャネル信号は結合されて、完全ビーム形成出力信号を形成する。マイクロビームフォーマ及びシステムビームフォーマは、様々な方法で分割されてよい。特許文献２及び５と同じように、システムビームフォーマが超音波システムのメインフレーム内にあり、マイクロビームフォーマがプローブ内にある場合、プローブケーブル８は、システムメインフレームにおいてマイクロビームフォーマ信号をシステムビームフォーマに結合する。特許文献４に示されるように、全てのビーム形成がプローブにおいて行われる場合は、システムビームフォーマがプローブ内にあるので、ケーブル８はプローブにおいて印刷回路基板トレース又は他の導体であってよい。携帯型又は手持ち式の超音波システムに関し、一般的に、後者の実施が好まれる。
【０００８】
図１の配置は、トランスデューサアレイ１２の各要素ごとに別々のトランスミッタ及びマイクロビームフォーマチャネルを設ける。従って、全ての要素は送信及び受信の間並行して同時に動作することができるので、性能における妥協は存在しない。しかしながら、本発明の目的の１つは、このような条件の下で許容可能なトレードオフを有して様々なトランスデューサアレイとともに使用可能なマイクロビームフォーマ構成を提供することである。
【０００９】
図２を参照して、本発明の原理に従って構成されるマイクロビームフォーマチャネルのトランスミッタ及び前置増幅器部分が略ブロック図の形で示されている。この例では、トランスミッタは、参照により本願に援用される国際公開第２０１０／０５５４２７号パンフレットでより完全に記載されているようなデュアルレベル・パルサーである。デュアルレベル・パルサー２８は、トランジスタ１１２及び１１８を有し、バイポーラ高電圧供給レベルＨＶ１＋又はＨＶ１−の１つで出力パルスを生成する１つの出力段１１０を有する。第２の出力段１２０は、トランジスタ１２２及び１２８を有し、バイポーラ高（ハイ）電圧供給レベルＨＶ２＋又はＨＶ２−の１つで出力パルスを生成する。パルサー制御部１００は、出力段の１つを選択し、生成されるパルス極性を制御する。アクティブ・プル・ツー・グランド（active pill-to-ground）段１０６は、トランジスタ１０２及び１０４を有し、高電圧パルスが生成されていない場合に出力を接地レベル又は他の基準電位に引っ張る。２つの出力レベルは、異なるレベルの送信波形が生成されること、及びサイドローブ制御のための送信アポディゼーション（apodization）を可能にする。パルサーの２つの出力段は、両方とも、スイッチ２２及び２４に結合される。スイッチ２２及び２４は、ＩＣ実施においては、半導体スイッチとして実装される。スイッチ２２及び２４は、本例ではボンドパッド３０ａ及び３０ｂとして示される、１又はそれ以上のトランスデューサ要素のための接続点に結合されている。本発明の集積回路実施では、ボンドパッドは、ＩＣの回路がアレイトランスデューサの要素等の外部回路又はデバイスに接合され又は電気的に接続され得るところの集積回路パッケージの外部における電気接点である。トランスデューサがＣＭＵＴ又はＰＭＵＴアレイ等の半導体の形で製造される場合、トランスデューサアレイ及びマイクロビームフォーマは、共通のＩＣ上に製造されてよい。その場合に、接続点はＩＣの内部である。２つのスイッチの分岐は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２６によって、マイクロビームフォーマ受信チャネルの前置増幅器２０の入力部に結合されている。パルスの送信の間、Ｔ／Ｒスイッチ２６は開いており、高電圧送信信号から前置増幅器を保護する。そして、送信後、エコーが受信されているとき、Ｔ／Ｒスイッチ２６は閉じられ、受信信号ビーム形成のために、エコー信号をマイクロビームフォーマチャネルに結合する。前置増幅器２０によって増幅されたエコー信号は、遅延され、次いで、ビーム形成のために、他のトランスデューサ要素からの他の遅延されたエコー信号と積算される。
【００１０】
図３は、図２及び各マイクロビームフォーマチャネルの他の関連する構成要素の６４個の組合せによって動作する６４要素トランスデューサアレイ１２の第１の例を表す。この実施では、スイッチ２２及び２４は両方とも同じトランスデューサ要素に結合され、あるいは、代替的に、ただ１つのスイッチのみがトランスデューサ要素に結合され、他のスイッチは使用されない。本実施ではスイッチ２２及び２４を開閉する必要がない。すなわち、それらは常に閉じられている。従って、６４要素アレイは、要素１〜６４に結合されているチャネル区間によって例示されるように、６４個のマイクロビームフォーマチャネルによって動作する。これらの６４個のマイクロビームフォーマチャネルは単一のＩＣ上に実装されてよい。送信の間、６４個のトランスデューサ要素の全部又は一部は、マイクロビームフォーマチャネルの６４個のパルサー２８によって駆動される。エコー受信の間、６４個のＴ／Ｒスイッチは閉じられており、アレイ全体によって受信されるエコー信号は６４個の前置増幅器２０によって増幅されて、遅延及びその後の積算のために残りのマイクロビームフォーマチャネルに転送される。それによって、６４要素アレイは、位相配列として、又は、アクティブ開口がラインごとにアレイに沿って進められる段階的な直線配列として、動作することができる。
【００１１】
図４は、図２及び図３の６４個のマイクロビームフォーマチャネルが１２８要素アレイトランスデューサ３２とともに使用される例を表す。この実施形態では、スイッチ２２及び２４は異なるトランスデューサ要素に結合されている。１２８要素開口全体が同じ送信−受信サイクルの間に使用され得ない点で、トレードオフが生じる。しかし、スイッチ２２及び２４は、開口がトランスデューサアレイに沿って段階的であることを可能にし、それにより、全体の開口が段階的に利用され得る。例えば、スイッチ２２の全てが閉じられる場合、要素１〜６４が送信のために使用される。これは、ビームＢ１の送信によって、図５に表されている。次いで、開口は、要素＃１に接続されているスイッチ２２を開き、同じマイクロビームフォーマチャネルにあるスイッチ２４を閉じて、そのマイクロビームフォーマチャネルのパルサーを送信のために要素＃６５に結合することによって、アレイに沿って１つの要素ごとに段階的にされる。このスイッチ変化によって、この場合に、送信開口は、図５に示されるように、ビームＢ２を生成するよう要素２〜６５を有する。送信ビームは、最後の６４要素送信開口が図５に示されるように要素６５〜１２８を用いる送信ビームＢ６５に達するまで、このように段階的にされてよい。更なるビームは、より小さい送信開口をビームＢ２及びビームＢ６５の左右に対して用いることで、ビームＢ１の左及び／又はビームＢ６５の右に送信されてよい。
【００１２】
この例で、受信開口は、各前置増幅器２０がスイッチ２２及び２４の分岐に結合されているので、送信開口とともに段階的である。全１２８要素開口が受信のために望まれる場合は、Ｔ／Ｒスイッチはスイッチ２２、２４の一方の出力（スイッチ及びトランスデューサ要素の分岐）に結合され、第２のＴ／Ｒスイッチ、前置増幅器２０及び関連する受信遅延は、他方のスイッチの出力に結合される。これは、全１２８要素受信開口を、６４要素送信開口による各送信の間利用可能にする。
【００１３】
なお、付加的な受信コンポーネントは、合成開口実施のために必要でない。合成開口イメージングでは、同じ送信ビームが二度送信される。第１の送信に続いて、受信は受信開口の半分において行われ、第２の送信に続いて、受信は残り半分の受信開口において行われる。夫々の半分の開口から二度の送信−受信サイクルにおいて受信される信号は、次いで、全開口受信ビームを生成するようビーム形成される。要素１〜６４によるビームＢ１の第１送信の間、エコー信号は要素１〜６４から受信され、セーブされ、又は部分的にビーム形成されて、受信ビームＲ１ａとしてセーブされる。ビームＢ１が二度目に送信されるが、受信のために、送信に用いられたスイッチ２２は開かれ、スイッチ２４が閉じられ、それにより、エコー信号は要素６５〜１２８から受信され、先と同じくセーブされ、又は部分的にビーム形成されて、受信ビームＲ１ｂとしてセーブされ、あるいは、第１ビーム送信による記憶されたエコー信号とともにビーム形成される。部分ビームＲ１ａ及びＲ１ｂは、全開口受信信号を形成するよう結合される。このようにして、全１２８要素受信開口は、図３で用いられたような同じマイクロビームフォーマチャネル・アーキテクチャを用いる合成開口ビーム形成の使用によって、６４要素送信開口とともに使用されてよい。
【００１４】
図６は、本発明の前置増幅器及びマイクロビームフォーマチャネルトランスミッタの第２の例の部分的な略ブロック図である。この実施形態で、高電圧出力段１１０及び１２０は分離されており、第２のプル・ツー・グランド段１０６’が付加されており、それにより、夫々の別個の出力段はそれ自体のプル・ツー・グランド回路を有する。各出力段は、同じバイポーラ高電圧供給ＨＶ１＋及びＨＶ１−によって給電されているが、異なる供給が、望まれるならば、使用されてよい。段１１０の出力はトランスデューサ要素＃ｍに接続されてよく、もう一方の段１２０の出力は異なるトランスデューサ要素＃ｎに接続されてよい。各トランスデューサ要素接続は、受信信号処理のためにＴ／Ｒスイッチ２６及び２６’によって前置増幅器２０に結合される。この実施は、図２のデュアルレベル・パルサーと略同じだけＩＣ面積を使用するパルサーを有して全１２８要素送信開口を駆動する能力を提供する。更に、スイッチ２２及び２４によって用いられるＩＣ面積及び信号経路抵抗は取り除かれる。
【００１５】
図６における回路の代替の使用は、２つのパルサー１１０及び１２０が異なる電源を用いる場合に得られる、図２に関して記載されたものと同じデュアルレベル・パルサーをもたらす。この場合に、２つのボンドパッド３０ａ及び３０ｂは単一のアレイ要素に接続される。デュアルレベル・パルサーは、サイドローブ制御のための送信開口アポディゼーションを提供するために使用される。このようにして、同じ回路が、特定の用途の必要条件に依存して、開口トランスレーション又はアポディゼーションを提供するために使用されてよい。
【００１６】
図７は、６４要素トランスデューサアレイ１２を有する図６のマイクロビームフォーマチャネル構成の使用を表す。この実施では、６４個のマイクロビームフォーマチャネルが存在し、各マイクロビームフォーマチャネルは２つのパルサー１１０及び１２０を有する。これらのパルサーのうちの半分しか６４要素アレイを駆動するためには必要とされず、図７は、アレイ１２の要素を駆動するよう結合された全てのパルサー１１０を表す。パルサー１２０は、この実施では使用されない。送信に続いて、接続されるトランスデューサ要素と夫々の前置増幅器２０の入力部との間のＴ／Ｒスイッチは全チャネルにおいて閉じられ、６４個のトランスデューサ要素の受信エコー信号は、増幅及びその後の受信ビーム形成のために６４個の前置増幅器に結合される。
【００１７】
図８では、同じ６４チャネルマイクロビームフォーマが１２８要素トランスデューサアレイ３２とともに使用される。パルサー１１０はアレイ３２の要素１〜６４を駆動するよう結合され、パルサー１２０はアレイ３２の要素６５〜１２８を駆動するよう結合されている。これは、送信のための全１２８要素開口の使用を可能にする。受信時に、各チャネルにおけるＴ／Ｒスイッチの１つは、受信エコー信号をそのチャネルのトランスデューサ要素の１つからそのチャネルの前置増幅器２０に向けるよう閉じられる。この動作は、最大６４個の要素が同時に受信のために結合される図４のそれと同じであり、合成開口受信ビーム形成は、全１２８要素開口の残り半分において引き続き受信することによって可能である。
【００１８】
図９は、マイクロビームフォーマが全開口ビーム形成のために６４要素又は１２８要素アレイとともに使用されるマイクロビームフォーマ受信チャネルの構成要素の配置を表す。この例では、各マイクロビームフォーマ受信チャネルは、遅延４０に結合されている前置増幅器２０を有する。この例では、遅延は、上記特許文献２及び３で記載されるアナログ・ランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）遅延によって提供される。遅延４０によって生成される遅延されたエコー信号は、次いで、スイッチ４２又は４４によって、２つのチャネルドライバの一方５０ａ又は５０ｂの入力部に導かれる。チャネルドライバは、１又はそれ以上のマイクロビームフォーマチャネル受信信号を、システムビームフォーマのチャネル等の後続のプロセッサに結合する働きをする。所与の実施において、チャネルドライバは複雑であり、積算及び増幅等の機能を提供してよく、あるいは、それは、信号を後続のチャネルに結合する導体のように単純であってよく、また、加算ノードとしても機能してよい。複数のエコー信号が同時のチャネルドライバの入力部に結合される場合、それらは、その接合点において有効に足し合わされる。チャネルドライバの入力部で結合されたエコー信号は、エコー信号が部分的にビーム形成された信号である場合にはビーム形成の完了等の後続の処理に対してチャネルドライバによって結合されてよい。図９の配置は、２つのチャネルドライバ５０ａ及び５０ｂに選択的に結合される１６個のマイクロビームフォーマチャネルを有するよう表されている。１６個全てのスイッチ４２が閉じられる場合は、１６個全ての受信チャネルはチャネルドライバ５０ａに結合され、１６個全てのスイッチ４４が閉じられる場合は、１６個全ての受信チャネルはチャネルドライバ５０ｂに結合される。スイッチ閉成の他の組合せは、２つのチャネルドライバの間で然るべくチャネルを割り当てる。
【００１９】
図１０は、８チャネルシステムビームフォーマ１０とともに図９の配置を４つ有するマイクロビームフォーマの使用の例を表す。４受信チャネル配置は夫々２つのチャネルドライバを有し、従って、図１０では５０ａ〜５０ｈによって識別される全部で８個のチャネルドライバが設けられている。各グループでは、８個のスイッチ４２が閉じられて、８個のマイクロビームフォーマチャネルの遅延されたエコー信号を２つのチャネルドライバのうちの一方に結合し、８個のスイッチ４４が閉じられて、残り８個のマイクロビームフォーマチャネルから他のチャネルドライバの入力部にエコー信号を結合する。例えば、図１０のいちばん上のチャネルグループにおいて、上側８個の受信チャネルはチャネルドライバ５０ａの入力部に結合され、下側８個の受信チャネルはチャネルドライバ５０ｂの入力部に結合される。このように設定される１６個のチャネルから成る各グループのスイッチにより、６４要素アレイの８個の要素からの８個のマイクロビームフォーマチャネルは、６４個の要素からのエコー信号を８個のチャネルドライバに等しく分配するように、各チャネルドライバ５０ａ〜５０ｈの入力部に結合されることが分かる。各チャネルドライバの出力部は、８チャネルシステムビームフォーマ１０の異なるチャネルに結合される。システムビームフォーマ１０は、チャネルドライバの一部ビーム形成信号を、システムビームフォーマ１０の出力部において、完全ビーム形成信号へと結合する。
【００２０】
図１１の例では、図９の受信マイクロビームフォーマチャネル配置は１２８要素トランスデューサ配置とともに使用される。この例のために、図１０の右側に示される４つのマイクロビームフォーマチャネルグループは１つのＩＣ上に集積されているとする。そのＩＣは、図１１の右側に示されているマイクロビームフォーマチャネルグループを提供するために使用される。既に述べたように、このようなマイクロビームフォーマチャネルグループは、本例では１２８要素アレイトランスデューサの要素１〜６４を有する６４個のトランスデューサ要素からエコー信号を受信して処理する。１２８要素アレイによる使用において、図面に示されているように、各グループにおけるスイッチ４２の全ては閉じられ、スイッチ４４の全ては開いたままである。このようなスイッチ設定は、１６個の前置増幅器２０に結合されている１６個の要素から単一のチャネルドライバに１６個全てのエコー信号を適用する。図１１における１６個のマイクロビームフォーマチャネルの上側のグループにおいて、１２８要素アレイの要素１〜１６のエコー信号は全て、チャネルドライバ５０ａの入力部に適用される。チャネルドライバ５０ｂは、この実施では働かない。図示されるようにスイッチ４２の全てが閉じられることで、チャネルドライバ５０ａ、５０ｃ、５０ｅ及び５０ｇの夫々は、１６個のマイクロビームフォーマチャネルの部分的にビーム形成された総和をシステムビームフォーマ１０のチャネル１〜４の１つへ提供することが分かる。
【００２１】
ここまで記載された図１１は、どのように１２８要素アレイの６４個の要素（本例では、要素１〜６４）のエコー信号が、図１１の右側に示されている受信チャネルグループを含むＩＣによって扱われるのかを示す。残り６４個の要素を扱うよう、これと同じ第２のＩＣが同じように残り６４個の要素からエコー信号を受信するよう構成される。図１１が示すように、システムビームフォーマのチャネル５〜８に対する信号は、この第２のＩＣによって提供される。第２のＩＣは、図１１において詳細に示される６４個のマイクロビームフォーマチャネルと同じように、トランスデューサ要素６５〜１２８からのエコー信号を処理するよう結合される。
【００２２】
上述されるマイクロビームフォーマトランスミッタ及び受信チャネル配置の種々の組合せが様々なサイズのトランスデューサアレイ（特に、６４要素アレイ又は１２８要素アレイ）とともに使用されるよう、結合されて、ＩＣに集積されることは明らかである。従って、いずれのサイズのアレイに係る必要性にも対応するただ１つのＩＣを製造するのに費用を拠出する必要がある。また、当業者は容易に変形例に想到可能であることも明らかである。例えば、図２、６及び９に示される並列な単極単投スイッチの組は夫々、同じ目的を果たす単極双投スイッチとして作られてよい。異なる又はより高度の集積化は、別の目標サイズのトランスデューサアレイ及びシステムビームフォーマのための望まれることがある。
【００２３】
本発明のマイクロビームフォーマＩＣ実装が、様々なチャネルの数及び組合せを達成するよう拡大又は縮小されてよいことは明らかである。６４／１２８チャネル組合せについて記載してきたが、チャネル数がより多い実施はチャネル数がより少ないＩＣにおけるチャネル数の整数倍である限り、４８／１９２チャネル又は３２／１２８チャネル等の他の組合せが実施されてもよいことは明らかである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断用超音波システム、特に、種々のトランスデューサアレイとともに使用可能である設定可能なマイクロビームフォーマ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像における用語「マイクロビームフォーマ」は、超音波プローブ内に含まれ、超音波プローブにおいてアレイトランスデューサのためのビーム形成の少なくとも一部を実行する遅延及び加算回路をいう。プローブは手に持たれ、ソノグラファによる使用にとって使いやすく且つ快適であるように小さく且つ軽い必要があるので、マイクロビームフォーマは、一般に、集積回路の形で実施される。例えば、米国特許第７４３９６５６号明細書（特許文献１）を参照されたい。米国特許第５９９７４７９号明細書（特許文献２）によって例示されるような２次元トランスデューサアレイによる３Ｄ撮像のために元々は設計されているが、マイクロビームフォーマは、２Ｄ撮像に使用される１次元トランスデューサアレイとともに使用されてもよい。米国特許第６７０５９９５号明細書（特許文献３）を参照されたい。マイクロビームフォーマは、米国特許第６１０２８６３号明細書（特許文献４）によって例示されるようにプローブにおけるビーム形成の全てを行うよう使用されてよく、あるいは、米国特許第５２２９９３３号明細書（特許文献５）によって例示されるようにシステムメインフレームで行われるビーム形成の平衡性を有してビーム形成の最初の部分のみを行うよう使用されてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４３９６５６号明細書
【特許文献２】米国特許第５９９７４７９号明細書
【特許文献３】米国特許第６７０５９９５号明細書
【特許文献４】米国特許第６１０２８６３号明細書
【特許文献５】米国特許第５２２９９３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ビーム形成を実行する集積回路チップは、もはや完全カスタム設計であり、標準化されつつある。例えば、８個のチャネルビームフォーマチップは、現在、標準的な部品として提供されている。このようなＩＣの欠点は、それらが、１チップ内で８個のチャネルに対してしか遅延及び加算を行えないことである。これは、多くのＩＣが、典型的な６４要素、１２８要素、又はそれ以上の１次元トランスデューサアレイからの信号をビーム形成するためには必要であり、ビームフォーマチップの出力が、完全ビーム形成信号を形成するために依然として結合されなければならないことを意味する。なお、従前の回路がわずか８個の部分的にビーム形成された総和（sum）の部分的なビーム形成を行う場合に、８チャネルビームフォーマチップが最終のビーム形成を行うために使用されてよい。しかし、これは、全ての要素からの全ての信号を８個の部分的にビーム形成された総和へと処理し、且つ、様々な数のトランスデューサ要素のアレイに適応する効率的且つ経済的な方法でそれを行わなければならないという課題を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の原理によれば、超音波プローブのためのビームフォーマ回路が提供され、該ビームフォーマ回路は、６４要素及び１２８要素トランスデューサアレイのような様々なサイズのアレイについて送信及び受信ビーム形成を行うよう構成可能である。後述される１つの例では、プローブビームフォーマの送信器及び受信器は、異なるトランスデューサ要素に交互に接続されてよい。これは、開口トランスレーション及びアポディゼーション制御により６４要素アレイの全開口及び１２８要素アレイの半開口を有して送信及び受信を行うことを可能にする。他の例では、ビームフォーマ回路は、６４要素アレイからの全開口受信及び１２８要素アレイからの変形可能な半開口受信を有して、６４要素又は１２８要素アレイの全開口により送信することができる。第３の例では、マイクロビームフォーマ受信チャネルは、８チャネルビームフォーマＩＣのような、チャネル総数が少ない最終のビームフォーマによる動作のために、異なるチャネルドライバに制御可能に結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】８チャネル最終ビームフォーマに部分的にビーム形成された総和を供給する６４チャネルアレイトランスデューサのためのビームフォーマをブロック図で表す。
【図２】２つのトランスデューサ要素の間で切替可能である第１のトランスミッタ及び前置増幅器結合を部分的にブロック図で表す。
【図３】６４要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図２のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図４】１２８要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図２のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図５】図２のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個による送信開口トランスレーション及び合成開口受信を表す。
【図６】２つのトランスデューサ要素の間で切替可能である第２のトランスミッタ及び前置増幅器結合を部分的にブロック図で表す。
【図７】６４要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図６のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図８】１２８要素トランスデューサアレイにより送信及び受信を行うための、図６のトランスミッタ及び前置増幅器結合の複数個の使用を表す。
【図９】２つのチャネルドライバに選択的に結合される複数のマイクロビームフォーマ受信チャネルをブロック図で表す。
【図１０】６４要素トランスデューサアレイを８チャネルビームフォーマに結合するための図９のマイクロビームフォーマ受信チャネル及びチャネルドライバの使用を表す。
【図１１】１２８要素トランスデューサアレイを８チャネルビームフォーマに結合するための図９のマイクロビームフォーマ受信チャネル及びチャネルドライバの使用を表す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
最初に図１を参照して、６４要素トランスデューサアレイのためのマイクロビームフォーマ配置がブロック図の形で示されている。６４要素トランスデューサアレイ１２は、トランスデューサアレイ１２の要素１〜８、２９〜３６及び５７〜６４の夫々を表すブロックによって表現されている。送信のために、各要素はパルサー１６によって駆動される。パルサー１６は、各要素を、その要素に関して適切にタイミングを合わせられた所望のパルス又は波形により駆動する。各パルサーのタイミングは、パルサー制御部１８によって制御される。本例では、１６個のパルサーが存在し、各パルサーは６４個のトランスデューサ要素の夫々を駆動する。この配置は、超音波送信のために６４要素開口の全体の完全使用を可能にする。アレイ１２のトランスデューサ要素によって受信されるエコー信号は、８個のマイクロビームフォーマ１４に結合される。各マイクロビームフォーマは、８個のトランスデューサ要素から受信される信号を処理するよう８個のチャネルを有する。各マイクロビームフォーマチャネルは、そのトランスデューサ要素から受信されたエコー信号を増幅して、適切に遅延させ、次いで、８個のチャネルからの８個の増幅され遅延された信号は、８個のトランスデューサ要素からの一部ビーム形成信号を形成するよう結合される。マイクロビームフォーマ１４からの８個の一部ビーム形成信号は、システムビームフォーマ１０の８個のチャネルの入力部に結合される。システムビームフォーマ１０の各チャネルは共通（バルク）遅延を一部ビーム形成信号に適用し、次いで、８個のチャネル信号は結合されて、完全ビーム形成出力信号を形成する。マイクロビームフォーマ及びシステムビームフォーマは、様々な方法で分割されてよい。特許文献２及び５と同じように、システムビームフォーマが超音波システムのメインフレーム内にあり、マイクロビームフォーマがプローブ内にある場合、プローブケーブル８は、システムメインフレームにおいてマイクロビームフォーマ信号をシステムビームフォーマに結合する。特許文献４に示されるように、全てのビーム形成がプローブにおいて行われる場合は、システムビームフォーマがプローブ内にあるので、ケーブル８はプローブにおいて印刷回路基板トレース又は他の導体であってよい。携帯型又は手持ち式の超音波システムに関し、一般的に、後者の実施が好まれる。
【０００８】
図１の配置は、トランスデューサアレイ１２の各要素ごとに別々のトランスミッタ及びマイクロビームフォーマチャネルを設ける。従って、全ての要素は送信及び受信の間並行して同時に動作することができるので、性能における妥協は存在しない。しかしながら、本発明の目的の１つは、このような条件の下で許容可能なトレードオフを有して様々なトランスデューサアレイとともに使用可能なマイクロビームフォーマ構成を提供することである。
【０００９】
図２を参照して、本発明の原理に従って構成されるマイクロビームフォーマチャネルのトランスミッタ及び前置増幅器部分が略ブロック図の形で示されている。この例では、トランスミッタは、参照により本願に援用される国際公開第２０１０／０５５４２７号パンフレットでより完全に記載されているようなデュアルレベル・パルサーである。デュアルレベル・パルサー２８は、トランジスタ１１２及び１１８を有し、バイポーラ高電圧供給レベルＨＶ１＋又はＨＶ１−の１つで出力パルスを生成する１つの出力段１１０を有する。第２の出力段１２０は、トランジスタ１２２及び１２８を有し、バイポーラ高（ハイ）電圧供給レベルＨＶ２＋又はＨＶ２−の１つで出力パルスを生成する。パルサー制御部１００は、出力段の１つを選択し、生成されるパルス極性を制御する。アクティブ・プル・ツー・グランド（active pill-to-ground）段１０６は、トランジスタ１０２及び１０４を有し、高電圧パルスが生成されていない場合に出力を接地レベル又は他の基準電位に引っ張る。２つの出力レベルは、異なるレベルの送信波形が生成されること、及びサイドローブ制御のための送信アポディゼーション（apodization）を可能にする。パルサーの２つの出力段は、両方とも、スイッチ２２及び２４に結合される。スイッチ２２及び２４は、ＩＣ実施においては、半導体スイッチとして実装される。スイッチ２２及び２４は、本例ではボンドパッド３０ａ及び３０ｂとして示される、１又はそれ以上のトランスデューサ要素のための接続点に結合されている。本発明の集積回路実施では、ボンドパッドは、ＩＣの回路がアレイトランスデューサの要素等の外部回路又はデバイスに接合され又は電気的に接続され得るところの集積回路パッケージの外部における電気接点である。トランスデューサがＣＭＵＴ又はＰＭＵＴアレイ等の半導体の形で製造される場合、トランスデューサアレイ及びマイクロビームフォーマは、共通のＩＣ上に製造されてよい。その場合に、接続点はＩＣの内部である。２つのスイッチの分岐は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２６によって、マイクロビームフォーマ受信チャネルの前置増幅器２０の入力部に結合されている。パルスの送信の間、Ｔ／Ｒスイッチ２６は開いており、高電圧送信信号から前置増幅器を保護する。そして、送信後、エコーが受信されているとき、Ｔ／Ｒスイッチ２６は閉じられ、受信信号ビーム形成のために、エコー信号をマイクロビームフォーマチャネルに結合する。前置増幅器２０によって増幅されたエコー信号は、遅延され、次いで、ビーム形成のために、他のトランスデューサ要素からの他の遅延されたエコー信号と積算される。
【００１０】
図３は、図２及び各マイクロビームフォーマチャネルの他の関連する構成要素の６４個の組合せによって動作する６４要素トランスデューサアレイ１２の第１の例を表す。この実施では、スイッチ２２及び２４は両方とも同じトランスデューサ要素に結合され、あるいは、代替的に、ただ１つのスイッチのみがトランスデューサ要素に結合され、他のスイッチは使用されない。本実施ではスイッチ２２及び２４を開閉する必要がない。すなわち、それらは常に閉じられている。従って、６４要素アレイは、要素１〜６４に結合されているチャネル区間によって例示されるように、６４個のマイクロビームフォーマチャネルによって動作する。これらの６４個のマイクロビームフォーマチャネルは単一のＩＣ上に実装されてよい。送信の間、６４個のトランスデューサ要素の全部又は一部は、マイクロビームフォーマチャネルの６４個のパルサー２８によって駆動される。エコー受信の間、６４個のＴ／Ｒスイッチは閉じられており、アレイ全体によって受信されるエコー信号は６４個の前置増幅器２０によって増幅されて、遅延及びその後の積算のために残りのマイクロビームフォーマチャネルに転送される。それによって、６４要素アレイは、位相配列として、又は、アクティブ開口がラインごとにアレイに沿って進められる段階的な直線配列として、動作することができる。
【００１１】
図４は、図２及び図３の６４個のマイクロビームフォーマチャネルが１２８要素アレイトランスデューサ３２とともに使用される例を表す。この実施形態では、スイッチ２２及び２４は異なるトランスデューサ要素に結合されている。１２８要素開口全体が同じ送信−受信サイクルの間に使用され得ない点で、トレードオフが生じる。しかし、スイッチ２２及び２４は、開口がトランスデューサアレイに沿って段階的であることを可能にし、それにより、全体の開口が段階的に利用され得る。例えば、スイッチ２２の全てが閉じられる場合、要素１〜６４が送信のために使用される。これは、ビームＢ１の送信によって、図５に表されている。次いで、開口は、要素＃１に接続されているスイッチ２２を開き、同じマイクロビームフォーマチャネルにあるスイッチ２４を閉じて、そのマイクロビームフォーマチャネルのパルサーを送信のために要素＃６５に結合することによって、アレイに沿って１つの要素ごとに段階的にされる。このスイッチ変化によって、この場合に、送信開口は、図５に示されるように、ビームＢ２を生成するよう要素２〜６５を有する。送信ビームは、最後の６４要素送信開口が図５に示されるように要素６５〜１２８を用いる送信ビームＢ６５に達するまで、このように段階的にされてよい。更なるビームは、より小さい送信開口をビームＢ２及びビームＢ６５の左右に対して用いることで、ビームＢ１の左及び／又はビームＢ６５の右に送信されてよい。
【００１２】
この例で、受信開口は、各前置増幅器２０がスイッチ２２及び２４の分岐に結合されているので、送信開口とともに段階的である。全１２８要素開口が受信のために望まれる場合は、Ｔ／Ｒスイッチはスイッチ２２、２４の一方の出力（スイッチ及びトランスデューサ要素の分岐）に結合され、第２のＴ／Ｒスイッチ、前置増幅器２０及び関連する受信遅延は、他方のスイッチの出力に結合される。これは、全１２８要素受信開口を、６４要素送信開口による各送信の間利用可能にする。
【００１３】
なお、付加的な受信コンポーネントは、合成開口実施のために必要でない。合成開口イメージングでは、同じ送信ビームが二度送信される。第１の送信に続いて、受信は受信開口の半分において行われ、第２の送信に続いて、受信は残り半分の受信開口において行われる。夫々の半分の開口から二度の送信−受信サイクルにおいて受信される信号は、次いで、全開口受信ビームを生成するようビーム形成される。要素１〜６４によるビームＢ１の第１送信の間、エコー信号は要素１〜６４から受信され、セーブされ、又は部分的にビーム形成されて、受信ビームＲ１ａとしてセーブされる。ビームＢ１が二度目に送信されるが、受信のために、送信に用いられたスイッチ２２は開かれ、スイッチ２４が閉じられ、それにより、エコー信号は要素６５〜１２８から受信され、先と同じくセーブされ、又は部分的にビーム形成されて、受信ビームＲ１ｂとしてセーブされ、あるいは、第１ビーム送信による記憶されたエコー信号とともにビーム形成される。部分ビームＲ１ａ及びＲ１ｂは、全開口受信信号を形成するよう結合される。このようにして、全１２８要素受信開口は、図３で用いられたような同じマイクロビームフォーマチャネル・アーキテクチャを用いる合成開口ビーム形成の使用によって、６４要素送信開口とともに使用されてよい。
【００１４】
図６は、本発明の前置増幅器及びマイクロビームフォーマチャネルトランスミッタの第２の例の部分的な略ブロック図である。この実施形態で、高電圧出力段１１０及び１２０は分離されており、第２のプル・ツー・グランド段１０６’が付加されており、それにより、夫々の別個の出力段はそれ自体のプル・ツー・グランド回路を有する。各出力段は、同じバイポーラ高電圧供給ＨＶ１＋及びＨＶ１−によって給電されているが、異なる供給が、望まれるならば、使用されてよい。段１１０の出力はトランスデューサ要素＃ｍに接続されてよく、もう一方の段１２０の出力は異なるトランスデューサ要素＃ｎに接続されてよい。各トランスデューサ要素接続は、受信信号処理のためにＴ／Ｒスイッチ２６及び２６’によって前置増幅器２０に結合される。この実施は、図２のデュアルレベル・パルサーと略同じだけＩＣ面積を使用するパルサーを有して全１２８要素送信開口を駆動する能力を提供する。更に、スイッチ２２及び２４によって用いられるＩＣ面積及び信号経路抵抗は取り除かれる。
【００１５】
図６における回路の代替の使用は、２つのパルサー１１０及び１２０が異なる電源を用いる場合に得られる、図２に関して記載されたものと同じデュアルレベル・パルサーをもたらす。この場合に、２つのボンドパッド３０ａ及び３０ｂは単一のアレイ要素に接続される。デュアルレベル・パルサーは、サイドローブ制御のための送信開口アポディゼーションを提供するために使用される。このようにして、同じ回路が、特定の用途の必要条件に依存して、開口トランスレーション又はアポディゼーションを提供するために使用されてよい。
【００１６】
図７は、６４要素トランスデューサアレイ１２を有する図６のマイクロビームフォーマチャネル構成の使用を表す。この実施では、６４個のマイクロビームフォーマチャネルが存在し、各マイクロビームフォーマチャネルは２つのパルサー１１０及び１２０を有する。これらのパルサーのうちの半分しか６４要素アレイを駆動するためには必要とされず、図７は、アレイ１２の要素を駆動するよう結合された全てのパルサー１１０を表す。パルサー１２０は、この実施では使用されない。送信に続いて、接続されるトランスデューサ要素と夫々の前置増幅器２０の入力部との間のＴ／Ｒスイッチは全チャネルにおいて閉じられ、６４個のトランスデューサ要素の受信エコー信号は、増幅及びその後の受信ビーム形成のために６４個の前置増幅器に結合される。
【００１７】
図８では、同じ６４チャネルマイクロビームフォーマが１２８要素トランスデューサアレイ３２とともに使用される。パルサー１１０はアレイ３２の要素１〜６４を駆動するよう結合され、パルサー１２０はアレイ３２の要素６５〜１２８を駆動するよう結合されている。これは、送信のための全１２８要素開口の使用を可能にする。受信時に、各チャネルにおけるＴ／Ｒスイッチの１つは、受信エコー信号をそのチャネルのトランスデューサ要素の１つからそのチャネルの前置増幅器２０に向けるよう閉じられる。この動作は、最大６４個の要素が同時に受信のために結合される図４のそれと同じであり、合成開口受信ビーム形成は、全１２８要素開口の残り半分において引き続き受信することによって可能である。
【００１８】
図９は、マイクロビームフォーマが全開口ビーム形成のために６４要素又は１２８要素アレイとともに使用されるマイクロビームフォーマ受信チャネルの構成要素の配置を表す。この例では、各マイクロビームフォーマ受信チャネルは、遅延４０に結合されている前置増幅器２０を有する。この例では、遅延は、上記特許文献２及び３で記載されるアナログ・ランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）遅延によって提供される。遅延４０によって生成される遅延されたエコー信号は、次いで、スイッチ４２又は４４によって、２つのチャネルドライバの一方５０ａ又は５０ｂの入力部に導かれる。チャネルドライバは、１又はそれ以上のマイクロビームフォーマチャネル受信信号を、システムビームフォーマのチャネル等の後続のプロセッサに結合する働きをする。所与の実施において、チャネルドライバは複雑であり、積算及び増幅等の機能を提供してよく、あるいは、それは、信号を後続のチャネルに結合する導体のように単純であってよく、また、加算ノードとしても機能してよい。複数のエコー信号が同時のチャネルドライバの入力部に結合される場合、それらは、その接合点において有効に足し合わされる。チャネルドライバの入力部で結合されたエコー信号は、エコー信号が部分的にビーム形成された信号である場合にはビーム形成の完了等の後続の処理に対してチャネルドライバによって結合されてよい。図９の配置は、２つのチャネルドライバ５０ａ及び５０ｂに選択的に結合される１６個のマイクロビームフォーマチャネルを有するよう表されている。１６個全てのスイッチ４２が閉じられる場合は、１６個全ての受信チャネルはチャネルドライバ５０ａに結合され、１６個全てのスイッチ４４が閉じられる場合は、１６個全ての受信チャネルはチャネルドライバ５０ｂに結合される。スイッチ閉成の他の組合せは、２つのチャネルドライバの間で然るべくチャネルを割り当てる。
【００１９】
図１０は、８チャネルシステムビームフォーマ１０とともに図９の配置を４つ有するマイクロビームフォーマの使用の例を表す。４受信チャネル配置は夫々２つのチャネルドライバを有し、従って、図１０では５０ａ〜５０ｈによって識別される全部で８個のチャネルドライバが設けられている。各グループでは、８個のスイッチ４２が閉じられて、８個のマイクロビームフォーマチャネルの遅延されたエコー信号を２つのチャネルドライバのうちの一方に結合し、８個のスイッチ４４が閉じられて、残り８個のマイクロビームフォーマチャネルから他のチャネルドライバの入力部にエコー信号を結合する。例えば、図１０のいちばん上のチャネルグループにおいて、上側８個の受信チャネルはチャネルドライバ５０ａの入力部に結合され、下側８個の受信チャネルはチャネルドライバ５０ｂの入力部に結合される。このように設定される１６個のチャネルから成る各グループのスイッチにより、６４要素アレイの８個の要素からの８個のマイクロビームフォーマチャネルは、６４個の要素からのエコー信号を８個のチャネルドライバに等しく分配するように、各チャネルドライバ５０ａ〜５０ｈの入力部に結合されることが分かる。各チャネルドライバの出力部は、８チャネルシステムビームフォーマ１０の異なるチャネルに結合される。システムビームフォーマ１０は、チャネルドライバの一部ビーム形成信号を、システムビームフォーマ１０の出力部において、完全ビーム形成信号へと結合する。
【００２０】
図１１の例では、図９の受信マイクロビームフォーマチャネル配置は１２８要素トランスデューサ配置とともに使用される。この例のために、図１０の右側に示される４つのマイクロビームフォーマチャネルグループは１つのＩＣ上に集積されているとする。そのＩＣは、図１１の右側に示されているマイクロビームフォーマチャネルグループを提供するために使用される。既に述べたように、このようなマイクロビームフォーマチャネルグループは、本例では１２８要素アレイトランスデューサの要素１〜６４を有する６４個のトランスデューサ要素からエコー信号を受信して処理する。１２８要素アレイによる使用において、図面に示されているように、各グループにおけるスイッチ４２の全ては閉じられ、スイッチ４４の全ては開いたままである。このようなスイッチ設定は、１６個の前置増幅器２０に結合されている１６個の要素から単一のチャネルドライバに１６個全てのエコー信号を適用する。図１１における１６個のマイクロビームフォーマチャネルの上側のグループにおいて、１２８要素アレイの要素１〜１６のエコー信号は全て、チャネルドライバ５０ａの入力部に適用される。チャネルドライバ５０ｂは、この実施では働かない。図示されるようにスイッチ４２の全てが閉じられることで、チャネルドライバ５０ａ、５０ｃ、５０ｅ及び５０ｇの夫々は、１６個のマイクロビームフォーマチャネルの部分的にビーム形成された総和をシステムビームフォーマ１０のチャネル１〜４の１つへ提供することが分かる。
【００２１】
ここまで記載された図１１は、どのように１２８要素アレイの６４個の要素（本例では、要素１〜６４）のエコー信号が、図１１の右側に示されている受信チャネルグループを含むＩＣによって扱われるのかを示す。残り６４個の要素を扱うよう、これと同じ第２のＩＣが同じように残り６４個の要素からエコー信号を受信するよう構成される。図１１が示すように、システムビームフォーマのチャネル５〜８に対する信号は、この第２のＩＣによって提供される。第２のＩＣは、図１１において詳細に示される６４個のマイクロビームフォーマチャネルと同じように、トランスデューサ要素６５〜１２８からのエコー信号を処理するよう結合される。
【００２２】
上述されるマイクロビームフォーマトランスミッタ及び受信チャネル配置の種々の組合せが様々なサイズのトランスデューサアレイ（特に、６４要素アレイ又は１２８要素アレイ）とともに使用されるよう、結合されて、ＩＣに集積されることは明らかである。従って、いずれのサイズのアレイに係る必要性にも対応するただ１つのＩＣを製造するのに費用を拠出する必要がある。また、当業者は容易に変形例に想到可能であることも明らかである。例えば、図２、６及び９に示される並列な単極単投スイッチの組は夫々、同じ目的を果たす単極双投スイッチとして作られてよい。異なる又はより高度の集積化は、別の目標サイズのトランスデューサアレイ及びシステムビームフォーマのための望まれることがある。
【００２３】
本発明のマイクロビームフォーマＩＣ実装が、様々なチャネルの数及び組合せを達成するよう拡大又は縮小されてよいことは明らかである。６４／１２８チャネル組合せについて記載してきたが、チャネル数がより多い実施はチャネル数がより少ないＩＣにおけるチャネル数の整数倍である限り、４８／１９２チャネル又は３２／１２８チャネル等の他の組合せが実施されてもよいことは明らかである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスデューサアレイの要素のための複数のトランスミッタ及び受信チャネルと、マイクロビームフォーマ送信及び受信チャネルとを有するマイクロビームフォーマ集積回路であって、異なるサイズのトランスデューサアレイを有して動作可能であるマイクロビームフォーマ集積回路において、
トランスデューサ駆動信号が生成される出力部を有し、他のトランスミッタ回路と時間において制御可能な関係で前記駆動信号を生成するトランスミッタ回路と、
前記トランスミッタ出力部が、選択されたトランスデューサ要素にトランスデューサ駆動信号を選択的に結合するよう１又はそれ以上のトランスデューサ要素に選択的に結合される複数の接続点と、
エコー受信の間は閉じられ、前記接続点に結合される送信／受信スイッチと、
前記送信／受信スイッチに結合される可制御チャネル遅延を有する受信チャネルと
を有するマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項２】
前記接続点は、前記トランスデューサ駆動信号を第１の接続点に結合するよう閉じられる第１のスイッチと、前記トランスデューサ駆動信号を第２の接続点に結合するよう閉じられる第２のスイッチとを更に有する、
請求項１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項３】
前記第１の接続点及び前記第２の接続点は、ただ１つのトランスデューサ要素に結合される、
請求項２に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項４】
前記トランスデューサアレイは、６４要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、６４個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項３に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項５】
前記第１の接続点及び前記第２の接続点は、異なるトランスデューサ要素に結合される、
請求項２に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項６】
前記トランスデューサアレイは、１２８要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に選択的に結合される少なくとも２つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、１２８個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項５に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項７】
前記トランスミッタ回路は、
第１の接続点に結合され且つ第１のトランスデューサ駆動信号が生成される出力部を有する第１のパルサーと、
第２の接続点に結合され且つ第２のトランスデューサ駆動信号が生成される出力部を有する第２のパルサーと
を更に有し、
前記送信／受信スイッチは、
前記第１の接続点と受信チャネルへの入力部とに間に結合される第１の送信／受信スイッチと、
前記第２の接続点と前記受信チャネルへの入力部との間に結合される第２の送信／受信スイッチと
を更に有する、
請求項１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項８】
前記トランスデューサアレイは、６４要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、複数のトランスミッタ回路と、各トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、複数の送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、６４個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項７に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項９】
前記トランスデューサアレイは、１２８要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、複数のトランスミッタ回路と、各トランスミッタ回路の出力部に結合される接続点と、複数の送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、１２８個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項７に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１０】
前記受信チャネルは、前記チャネル遅延に結合される出力部と、前記送信／受信スイッチに結合される入力部とを更に有し、
トランスデューサ要素からエコー信号を受信するよう結合される入力部と、チャネル遅延に結合される出力部とを有する増幅器を各自が有する複数の追加的な受信チャネルと、
複数のチャネルドライバと、
前記受信チャネルのチャネル遅延と前記チャネルドライバとの間に結合され、遅延されたエコー信号をチャネルドライバに選択的に適用する複数のスイッチと
を更に有する、請求項１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１１】
前記トランスデューサアレイは、６４要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
前記６４個のマイクロビームフォーマチャネルは、１６個のチャネルのグループにおいて構成され、各グループのチャネルは、複数のスイッチによって２つのチャネルドライバのうちの一方に選択的に結合され、
前記チャネルドライバは、システムビームフォーマのチャネルの入力部に結合される、
請求項１０に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１２】
前記複数のスイッチは、８個のマイクロビームフォーマチャネルを各チャネルドライバに結合するよう設定される、
請求項１１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１３】
前記トランスデューサアレイは、１２８要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
前記６４個のマイクロビームフォーマチャネルは、１６個のチャネルのグループにおいて構成され、各グループのチャネルは、複数のスイッチによって２つのチャネルドライバのうちの一方に選択的に結合され、
前記複数のチャネルは、各グループのチャネルを１つのチャネルドライバに結合するよう設定され、
前記スイッチによってマイクロビームフォーマチャネルに結合されるチャネルドライバは、システムビームフォーマのチャネルの入力部に結合される、
請求項１０に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１４】
前記第１のマイクロビームフォーマ集積回路と同じスイッチ設定を有して同じように構成される、６４個のマイクロビームフォーマチャネルの第２のマイクロビームフォーマ集積回路を更に有し、
前記第２のマイクロビームフォーマ集積回路のスイッチによって該第２のマイクロビームフォーマ集積回路のマイクロビームフォーマチャネルに結合されるチャネルドライバは、前記システムビームフォーマのチャネルの入力部に結合される、
請求項１３に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１】
トランスデューサアレイの要素のための複数のトランスミッタ及び受信チャネルと、マイクロビームフォーマ送信及び受信チャネルとを有するマイクロビームフォーマ集積回路であって、異なるサイズのトランスデューサアレイを有して動作可能であるマイクロビームフォーマ集積回路において、
トランスデューサ駆動信号が生成される出力部を有し、他のトランスミッタ回路と時間において制御可能な関係で前記駆動信号を生成するトランスミッタ回路と、
前記トランスミッタ出力部が、選択されたトランスデューサ要素にトランスデューサ駆動信号を選択的に結合するよう１又はそれ以上のトランスデューサ要素に選択的に結合される複数の接続点と、
エコー受信の間は閉じられ、前記接続点に結合される送信／受信スイッチと、
前記送信／受信スイッチに結合される可制御チャネル遅延を有する受信チャネルと
を有するマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項２】
前記接続点は、前記トランスデューサ駆動信号を第１の接続点に結合するよう閉じられる第１のスイッチと、前記トランスデューサ駆動信号を第２の接続点に結合するよう閉じられる第２のスイッチとを更に有する、
請求項１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項３】
前記第１の接続点及び前記第２の接続点は、ただ１つのトランスデューサ要素に結合される、
請求項２に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項４】
前記トランスデューサアレイは、６４要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、６４個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項３に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項５】
前記第１の接続点及び前記第２の接続点は、異なるトランスデューサ要素に結合される、
請求項２に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項６】
前記トランスデューサアレイは、１２８要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に選択的に結合される少なくとも２つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、１２８個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項５に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項７】
前記トランスミッタ回路は、
第１の接続点に結合され且つ第１のトランスデューサ駆動信号が生成される出力部を有する第１のパルサーと、
第２の接続点に結合され且つ第２のトランスデューサ駆動信号が生成される出力部を有する第２のパルサーと
を更に有し、
前記送信／受信スイッチは、
前記第１の接続点と受信チャネルへの入力部とに間に結合される第１の送信／受信スイッチと、
前記第２の接続点と前記受信チャネルへの入力部との間に結合される第２の送信／受信スイッチと
を更に有する、
請求項１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項８】
前記トランスデューサアレイは、６４要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、複数のトランスミッタ回路と、各トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、複数の送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、６４個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項７に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項９】
前記トランスデューサアレイは、１２８要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、複数のトランスミッタ回路と、各トランスミッタ回路の出力部に結合される接続点と、複数の送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
各マイクロビームフォーマチャネルの接続点は、１２８個のトランスデューサ要素の異なる１つの要素に結合される、
請求項７に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１０】
前記受信チャネルは、前記チャネル遅延に結合される出力部と、前記送信／受信スイッチに結合される入力部とを更に有し、
トランスデューサ要素からエコー信号を受信するよう結合される入力部と、チャネル遅延に結合される出力部とを有する増幅器を各自が有する複数の追加的な受信チャネルと、
複数のチャネルドライバと、
前記受信チャネルのチャネル遅延と前記チャネルドライバとの間に結合され、遅延されたエコー信号をチャネルドライバに選択的に適用する複数のスイッチと
を更に有する、請求項１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１１】
前記トランスデューサアレイは、６４要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
前記６４個のマイクロビームフォーマチャネルは、１６個のチャネルのグループにおいて構成され、各グループのチャネルは、複数のスイッチによって２つのチャネルドライバのうちの一方に選択的に結合され、
前記チャネルドライバは、システムビームフォーマのチャネルの入力部に結合される、
請求項１０に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１２】
前記複数のスイッチは、８個のマイクロビームフォーマチャネルを各チャネルドライバに結合するよう設定される、
請求項１１に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１３】
前記トランスデューサアレイは、１２８要素トランスデューサアレイを更に有し、
当該マイクロビームフォーマ集積回路は、６４個のマイクロビームフォーマチャネルを更に有し、各マイクロビームフォーマチャネルは、トランスミッタ回路と、該トランスミッタ回路の出力部に結合される少なくとも１つの接続点と、送信／受信スイッチと、該送信／受信スイッチに結合される受信チャネルとを有し、
前記６４個のマイクロビームフォーマチャネルは、１６個のチャネルのグループにおいて構成され、各グループのチャネルは、複数のスイッチによって２つのチャネルドライバのうちの一方に選択的に結合され、
前記複数のチャネルは、各グループのチャネルを１つのチャネルドライバに結合するよう設定され、
前記スイッチによってマイクロビームフォーマチャネルに結合されるチャネルドライバは、システムビームフォーマのチャネルの入力部に結合される、
請求項１０に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【請求項１４】
前記第１のマイクロビームフォーマ集積回路と同じスイッチ設定を有して同じように構成される、６４個のマイクロビームフォーマチャネルの第２のマイクロビームフォーマ集積回路を更に有し、
前記第２のマイクロビームフォーマ集積回路のスイッチによって該第２のマイクロビームフォーマ集積回路のマイクロビームフォーマチャネルに結合されるチャネルドライバは、前記システムビームフォーマのチャネルの入力部に結合される、
請求項１３に記載のマイクロビームフォーマ集積回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１２−５０８０５４（Ｐ２０１２−５０８０５４Ａ）
【公表日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３５１８８（Ｐ２０１１−５３５１８８）
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５４７５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５５４２８
【国際公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５４７５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５５４２８
【国際公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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