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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023166520
(43)【公開日】2023-11-21
(54)【発明の名称】Ｑ値低減を有する超音波トランスデューサ
(51)【国際特許分類】
H04R 3/00 20060101AFI20231114BHJP
H04R 17/00 20060101ALI20231114BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20231114BHJP
B81B 7/02 20060101ALI20231114BHJP
【ＦＩ】
H04R3/00 330
H04R17/00 330H
B81B3/00
B81B7/02
【審査請求】有
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023144122
(22)【出願日】2023-09-06
(62)【分割の表示】P 2020564900の分割
【原出願日】2019-05-20
(31)【優先権主張番号】62/674,371
(32)【優先日】2018-05-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】520342725
【氏名又は名称】エコー イメージング，インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(72)【発明者】
【氏名】バーカムショー，ブライアン
(72)【発明者】
【氏名】アッカラジュ，サンディープ
(72)【発明者】
【氏名】クォン，ヘソン
(57)【要約】 （修正有）
【課題】圧電マイクロマシン超音波トランスデューサアレイはその構造のため、Ｑ値が容積圧電性結晶トランスデューサのＱ値より高くなり、軸上の画像解像度を低下させ画像に望ましくないノイズを引き起こす。
【解決手段】超音波トランスデューサシステムは、基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む超音波トランスデューサ、超音波トランスデューサに連結され、超音波トランスデューサを駆動するため又はダイアフラムの動きを検出するための第１電気回路、超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポート及び複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路を含む。電気回路は、抵抗器、キャパシター、スイッチ及び増幅器１つ以上を含み、第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、第２電気回路は、ダイアフラムの動きを抑える。
【選択図】図１５
【解決手段】超音波トランスデューサシステムは、基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む超音波トランスデューサ、超音波トランスデューサに連結され、超音波トランスデューサを駆動するため又はダイアフラムの動きを検出するための第１電気回路、超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポート及び複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路を含む。電気回路は、抵抗器、キャパシター、スイッチ及び増幅器１つ以上を含み、第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、第２電気回路は、ダイアフラムの動きを抑える。
【選択図】図１５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超音波トランスデューサシステムであって、
ａ）基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む超音波トランスデューサ；
ｂ）超音波トランスデューサに連結された第１電気回路であって、超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された、第１電気回路；
ｃ）超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポート；および、
ｄ）複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含む、第２電気回路を含み；
ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラムの動きを抑えるように構成されている、システム。
ａ）基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む超音波トランスデューサ；
ｂ）超音波トランスデューサに連結された第１電気回路であって、超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された、第１電気回路；
ｃ）超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポート；および、
ｄ）複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含む、第２電気回路を含み；
ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラムの動きを抑えるように構成されている、システム。
【請求項2】
前記超音波トランスデューサが圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）である、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項3】
前記第２電気回路が抵抗器を含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項4】
前記第２電気回路が、キャパシターによって超音波トランスデューサに連結された抵抗器を含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項5】
前記第２電気回路が直列のスイッチ、抵抗器およびキャパシターを含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項6】
前記スイッチが、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を抵抗器とキャパシターに短絡させるように構成されている、請求項５に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項7】
前記スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは抑えられている、請求項６に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項8】
前記第２電気回路がスイッチを含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項9】
前記スイッチが、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を直流電圧に短絡させるように構成されている、請求項８に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項10】
前記スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは停止する、請求項９に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項11】
前記第２電気回路が増幅器を含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項12】
前記増幅器が、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する、請求項１１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項13】
前記第２電気回路は、ダイアフラムが動いているときに起動する、請求項１に記載の超
音波トランスデューサシステム。
音波トランスデューサシステム。
【請求項14】
前記第２電気回路は、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に起動しない、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項15】
複数の電気ポートが、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項16】
複数の電気ポートが、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項17】
複数の電気ポートが、２つのポートまたは３つのポートを含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項18】
複数の電気ポートが、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項19】
超音波トランスデューサの動きを抑えるための方法であって、
ａ）超音波トランスデューサに複数の電気ポートを連結する工程；
ｂ）複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程であって、第１電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含み、ここで第１電気回路が、第２電気回路から独立しており、第２電気回路が超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成されている、工程；および、
ｃ）第１電気回路を使用して、超音波トランスデューサの動きを抑える工程を含む、方法。
ａ）超音波トランスデューサに複数の電気ポートを連結する工程；
ｂ）複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程であって、第１電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含み、ここで第１電気回路が、第２電気回路から独立しており、第２電気回路が超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成されている、工程；および、
ｃ）第１電気回路を使用して、超音波トランスデューサの動きを抑える工程を含む、方法。
【請求項20】
複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上に抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上にスイッチ、抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項22】
複数の電気ポートが、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項23】
複数の電気ポートが、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項24】
複数の電気ポートが、２つのポートまたは３つのポートを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項25】
複数の電気ポートが、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の数のポートを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項26】
電気トランスデューサシステムであって、
ａ）基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む電気トランスデューサ；
ｂ）電気トランスデューサに連結された第１電気回路であって、電気トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された第１電気回路；
ｃ）電気トランスデューサに連結された複数の電気ポート；および、
ｄ）複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含む第２電気回路を含み；
ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラムの動きを抑えるために構成されている、電気トランスデューサシステム。
ａ）基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む電気トランスデューサ；
ｂ）電気トランスデューサに連結された第１電気回路であって、電気トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された第１電気回路；
ｃ）電気トランスデューサに連結された複数の電気ポート；および、
ｄ）複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含む第２電気回路を含み；
ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラムの動きを抑えるために構成されている、電気トランスデューサシステム。
【請求項27】
前記電気トランスデューサが、容量型トランスデューサ、ピエゾ抵抗型トランスデューサ、熱トランスデューサ、光学トランスデューサおよび放射性トランスデューサからなる群から選択される、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項28】
前記第２電気回路が抵抗器を含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項29】
前記第２電気回路が、キャパシターによって電気トランスデューサに連結された抵抗器を含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項30】
前記第２電気回路が直列のスイッチ、抵抗器およびキャパシターを含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項31】
前記スイッチが、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を抵抗器とキャパシターに短絡させるように構成されている、請求項３０に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項32】
前記スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは抑えられている、請求項３１に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項33】
前記第２電気回路がスイッチを含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項34】
前記スイッチが、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を直流電圧に短絡させるように構成されている、請求項３３に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項35】
前記スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは停止する、請求項３４に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項36】
前記第２電気回路が増幅器を含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項37】
前記増幅器が、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する、請求項３６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項38】
前記第２電気回路が、ダイアフラムが動いているときに起動する、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項39】
前記第２電気回路が、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に起動しない、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項40】
複数の電気ポートが、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む、請求項２６に記
載の電気トランスデューサシステム。
載の電気トランスデューサシステム。
【請求項41】
複数の電気ポートが、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項42】
複数の電気ポートが、２つのポートまたは３つのポートを含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項43】
複数の電気ポートが、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む、請求項２６に記載の電気トランスデューサシステム。
【請求項44】
電気トランスデューサの動きを抑えるための方法であって、
ａ）電気トランスデューサに複数の電気ポートを連結する工程；
ｂ）複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程であって、第１電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含み、ここで第１電気回路が、第２電気回路から独立しており、第２電気回路が電気トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成される工程；および、
ｃ）第１電気回路を使用して、電気トランスデューサの動きを抑える工程を含む、方法。
ａ）電気トランスデューサに複数の電気ポートを連結する工程；
ｂ）複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程であって、第１電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含み、ここで第１電気回路が、第２電気回路から独立しており、第２電気回路が電気トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成される工程；および、
ｃ）第１電気回路を使用して、電気トランスデューサの動きを抑える工程を含む、方法。
【請求項45】
前記電気トランスデューサが、容量型トランスデューサ、ピエゾ抵抗型トランスデューサ、熱トランスデューサ、光学トランスデューサおよび放射性トランスデューサから成る群から選択される、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上に抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項47】
複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上にスイッチ、抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項48】
複数の電気ポートが、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項49】
複数の電気ポートが、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項50】
複数の電気ポートが、２つのポートまたは３つのポートを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項51】
複数の電気ポートが、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の数のポートを含む、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年５月２１日に出願された、米国仮出願第６２／６７４，３７１号の利益を主張し、本明細書で全体として参照により組み込まれる。
本出願は、２０１８年５月２１日に出願された、米国仮出願第６２／６７４，３７１号の利益を主張し、本明細書で全体として参照により組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
超音波トランスデューサは、補助、吸収または反射媒体を形成する基板、その正面および背面に電極を備えた圧電材料の一層、および基板の間に位置できる音響インピーダンス整合用の圧電材料少なくとも１つの層を一般的に含んでいる。
【0003】
圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）アレイは、電気エネルギー領域および音響エネルギー領域の間の変換におけるその効率により超音波分野に莫大な機会を提供する。しかし、その構造のため、ｐＭＵＴは、線質係数（すなわち、Ｑ値）が容積圧電性結晶トランスデューサのＱ値より高くなる可能性がある。
【発明の概要】
【0004】
従来の圧電性結晶超音波トランスデューサより高いＱ値は、軸上の画像解像度を低下させおよび／または画像に望ましくないノイズを引き起こすので、ｐＭＵＴの機能に対して有害になり得る。
【0005】
本開示は、ｐＭＵＴのＱ値を減少させるためのシステムおよび方法を含む。いくつかの実施形態では、本明細書中のシステムと方法は、トランスデューサ技術に依存せず、ｐＭＵＴ以外のトランスデューサに適用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書中のシステムと方法は、トランスデューサのＱ値の減少に制限されていない；本明細書中のシステムと方法は、適切な回路を使用して、無数の方法によってトランスデューサの動的挙動を改善するために使用することができる。
【0006】
一態様では、本明細書には超音波トランスデューサシステムが開示され、該超音波トランスデューサシステムは、基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む超音波トランスデューサ；超音波トランスデューサに連結された第１電気回路であって、超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された第１電気回路；超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポート；および複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、第２電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含む第２電気回路を含み；ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラムの動きを抑えるように構成されている。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサは圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）である。いくつかの実施形態では、第２電気回路は抵抗器を含む。いくつかの実施形態では、第２電気回路は、キャパシターによって超音波トランスデューサに連結された抵抗器を含む。いくつかの実施形態では、第２電気回路は直列のスイッチ、抵抗器およびキャパシターを含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を抵抗器とキャパシターに短絡させるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは抑えられる。いくつかの実施形態では、第２電気回路はスイッチを含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以上を直流電圧（ＤＣ）に短絡させるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは停止する。いくつかの実施形態では、第２電気回路は増幅器
を含む。いくつかの実施形態では、増幅器は、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いているときに、第２電気回路は起動する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に、第２電気回路は起動しない。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む。
を含む。いくつかの実施形態では、増幅器は、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いているときに、第２電気回路は起動する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に、第２電気回路は起動しない。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む。
【0007】
別の態様では、本明細書には超音波トランスデューサの動きを抑えるための方法が開示され、該方法は、超音波トランスデューサに複数の電気ポートを連結する工程；複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程であって、第１電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含み、ここで第１電気回路が、第２電気回路から独立しており、第２電気回路が超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成されている工程；および第１電気回路を使用して、超音波トランスデューサの動きを抑える工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上に抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上にスイッチ、抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子より下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の数のポートを含む。
【0008】
別の態様では、本明細書には電気トランスデューサシステムが開示され、該電気トランスデューサシステムは、基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む電気トランスデューサ；電気トランスデューサに連結された第１電気回路であって、電気トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された第１電気回路；電気トランスデューサに連結された複数の電気ポート；および複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、第２電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含む第２電気回路を含み；ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラムの動きを抑えるように構成されいる。いくつかの実施形態では、電気トランスデューは、容量型トランスデューサ、ピエゾ抵抗型トランスデューサ、熱トランスデューサ、光学トランスデューサおよび放射性トランスデューサからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第２電気回路は抵抗器を含む。いくつかの実施形態では、第２電気回路は、キャパシターによって電気トランスデューサに連結された抵抗器を含む。いくつかの実施形態では、第２電気回路は直列のスイッチ、抵抗器およびキャパシターを含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を抵抗器とキャパシターに短絡させるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは抑えられる。いくつかの実施形態では、第２電気回路はスイッチを含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を直流電圧（ＤＣ）に短絡させるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは停止する。いくつかの実施形態では、第２電気回路は増幅器を含む。いくつかの実施形態では、増幅器は、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知
されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いているときに、第２電気回路は起動する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に、第２電気回路は起動しない。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む。
されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いているときに、第２電気回路は起動する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に、第２電気回路は起動しない。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む。
【0009】
別の態様では、本明細書には電気トランスデューサの動きを抑えるための方法が開示され、該方法は、電気トランスデューサに複数の電気ポートを連結する工程；複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程であって、第１電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含み、ここで第１電気回路が、第２電気回路から独立しており、第２電気回路が電気トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成される工程；および第１電気回路を使用して、電気トランスデューサの動きを抑える工程を含む。いくつかの実施形態では、電気トランスデューサは、容量型トランスデューサ、ピエゾ抵抗型トランスデューサ、熱トランスデューサ、光学トランスデューサおよび放射性トランスデューサからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上に抵抗器およびキャパシター直列で接続する工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上にスイッチ、抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の数のポートを含む。
【図面の簡単な説明】
【0010】
特許または出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。カラー図面を備えた本特許または本特許出願公報のコピーは、問い合わせ及び必要な料金の支払い次第に当局により提供される。本主題の特徴および利点のよりよい理解は、例示となる実施形態を示す以下の詳細な説明と添付図面を参照することで得られるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0011】
いくつかの実施形態では、本明細書のトランスデューサは、あるエネルギー領域における物理的変動を別の領域における物理的変動に変換する装置である。圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）は、例えば、圧電効果によって電圧変動をダイアフラムの機械的振動に変換する。ダイアフラムのこれらの振動は、任意の気体、液体またはダイアフラムに隣接する固体中の圧力波を及ぼす。逆に、隣接した媒体の圧力波は、ダイアフラムの機械的振動を引き起こす可能性がある。ｐＭＵＴのダイアフラム上の圧電材料中の歪みは、次にｐＭＵＴの電極の電荷の変動を引き起こす可能性があり、これは感知可能である。
【0012】
とある実施形態では、本明細書には、２つのエネルギー領域のうちの１つが電気領域である電気トランスデューサが開示される。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサは電気トランスデューサのサブセットである。例えば、ｐＭＵＴが間で変換するエネルギー領域のうちの１つが電気領域であり、一方で別の領域が機械的、例えば機械的圧力である場合、ｐＭＵＴは電気トランスデューサである。
【0013】
本開示は、電気トランスデューサの動的挙動を変更する方法を含む。いくつかの実施形態では、本明細書の方法は、トランスデューサに追加ポートを追加する工程、およびこれらのポートに電気回路素子を追加する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書には追加ポートおよびこれらのポートに追加された電気回路素子を備えた電気トランスデューサが開示される。いくつかの実施形態では、本明細書の回路素子は、抵抗器、キャパシター、二路スイッチ、三路スイッチ、インダクタ、増幅器、ダイオード、電圧源、タイマーおよびロジックゲートを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、電気トランスデューサのポートに追加された電気回路素子は、トランスデューサの動的挙動を変更する。
【0014】
いくつかの実施形態では、本明細書の方法は、容量型、ピエゾ抵抗型、熱の、光学の、放射性のトランスデューサを含むが、これらに限定されない、ｐＭＵＴ以外の電気トランスデューサに適用される。ピエゾ抵抗型圧力トランスデューサは、例えば、ピエゾ抵抗結果によって機械的圧力変動を電気抵抗変動に変換する。抵抗変動が電気領域にあるので、ピエゾ抵抗型圧力トランスデューサは電気トランスデューサとして見なされる。
【0015】
本開示は、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサの動的挙動、例えばＱ値、減衰、装荷等の操作を有利に可能にする。このような操作は、いくつかの実施形態では、電気エネルギー領域および機械的エネルギー領域に影響を与える。このような操作の利点は、画質の向上、画像ノイズの低減、画像処理時間の縮小、およびエネルギーの節約を含むが、これらに限定されない。
【0016】
いくつかの実施形態では、本明細書のシステムと方法は、ｐＭＵＴトランスデューサのＱ値を従来のｐＭＵＴのＱ値の１０％、 ２０％、 ３０％、 ４０％、５０％、またはそれ以上を減少する（本明細書ではＱ値低減と等しい）。いくつかの実施形態では、本明細書のシステムと方法は、ｐＭＵＴトランスデューサの減衰を従来のｐＭＵＴの１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、またはそれ以上を改善する。
【0017】
本明細書には、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサシステムが開示され、該超音波トランスデューサシステムは、基板、ダイアフラムおよび圧電素子を含む超音波トランスデューサ；超音波トランスデューサに連結された第１電気回路であって、超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された第１電気回路；超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポート；および複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上のを含む第２電気回路を含み；ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラムの動きを抑えるように構成されいる。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサは圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）である。いくつかの実施形態では、第２電気回路は抵抗器を含む。いくつかの実施形態では、第２電気回路は、キャパシターによって超音波トランスデューサに連結された抵抗器を含む。いくつかの実施形態では、第２電気回路は直列のスイッチ、抵抗器およびキャパシターを含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を抵抗器とキャパシターに短絡させるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは抑えられる。いくつかの実
施形態では、第２電気回路はスイッチを含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を直流電圧（ＤＣ）に短絡させるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは停止する。いくつかの実施形態では、第２電気回路は増幅器を含む。いくつかの実施形態では、増幅器は、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いているときに、第２電気回路は起動する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に、第２電気回路は起動しない。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む。
施形態では、第２電気回路はスイッチを含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、開放時に複数のポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に複数のポートの１つ以を直流電圧（ＤＣ）に短絡させるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチが閉じられた際にダイアフラムの動きは停止する。いくつかの実施形態では、第２電気回路は増幅器を含む。いくつかの実施形態では、増幅器は、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるために活発なフィードバックを利用する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いているときに、第２電気回路は起動する。いくつかの実施形態では、ダイアフラムの動きが既定のしきい値未満である場合に、第２電気回路は起動しない。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む。
【0018】
本明細書には、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサの動きを抑える方法が開示され、該方法は、超音波トランスデューサに複数の電気ポートを連結する工程；複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程であって、第１電気回路が抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器の１つ以上を含み、ここで第１電気回路が、第２電気回路から独立しており、第２電気回路が超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成されている工程；および第１電気回路を使用して、超音波トランスデューサの動きを抑える工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上に抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートの２つ以上に第１電気回路を接続する工程は、複数の電気ポートの２つ以上にスイッチ、抵抗器およびキャパシターを直列で接続する工程を含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の上に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、圧電素子の下に少なくとも１つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは２つのポートまたは３つのポートを含む。いくつかの実施形態では、複数の電気ポートは、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の数のポートを含む。
【0019】
特定の定義
別段の定義がない限り、本明細書で使用される専門用語のすべては、本発明の技術分野の当業者によって一般に理解されているのと同一の意味である。
別段の定義がない限り、本明細書で使用される専門用語のすべては、本発明の技術分野の当業者によって一般に理解されているのと同一の意味である。
【0020】
本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が他に明白に示していない限り、同様に複数形を含む。別段の主張がない限り、本明細書で「または」の任意の言及は「および／または」を包含するように意図される。
【0021】
本明細書で使用されるように、用語「約」は、主張の値に約１０％、５％または１％、それ以上に近い値に指す。
【0022】
いくつかの実施形態では、本明細書中のポートは、トランスデューサ素子との独立した電気接続を含む。この接続は、他のポートから電気的に独立しており、トランスデューサ素子によって他のポートに連結されることができる。いくつかの実施形態では、本明細書中のポートは、例えば、圧電トランスデューサまたは容量型トランスデューサの電極、導電体を含む。いくつかの実施形態では、本明細書中のポートは、電極に電気的に接続される。いくつかの実施形態では、本明細書中のポートは、電極および電極との電気接続を含む。しかし、ポートは他の形式になり得る。例えば、ピエゾ抵抗型トランスデューサの場
合には、ポートはピエゾ抵抗素子との低抵抗電気接触である。
合には、ポートはピエゾ抵抗素子との低抵抗電気接触である。
【0023】
いくつかの実施形態では、本明細書中のシステムは、２つ、３つ、４つ、５つ、６つまたはより多くのポートを含む。いくつかの実施形態では、本明細書中のシステムは、圧電素子に接続されている２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはより多くのポートを含む。いくつかの実施形態では、本明細書中のシステムは、圧電素子の上に、または圧電素子の下に２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはより多くのポートを含む。いくつかの実施形態では、Ｑ値の減衰又は改善のためのポートは、トランスデューサを駆動する、または超音波信号を感知するためのポートと区別される。いくつかの実施形態では、Ｑ値の減衰又は改善のためのポートは、トランスデューサを駆動する、または超音波信号を感知するために共有される。
【0024】
いくつかの実施形態では、本明細書中の減衰は、例えば、トランスデューサのダイアフラムが動いている間のエネルギー損失を含む。いくつかの実施形態では、減衰はトランスデューサのＱ値の減少を含む。いくつかの実施形態では、本明細書中のＱ値低減はトランスデューサのＱ値の減少を含む。いくつかの実施形態では、トランスデューサの「減衰」、「Ｑ値の減少」および「Ｑ値低減」は本明細書中には互いに交換可能である。
【0025】
いくつかの実施形態では、本明細書中の高調波は超音波の高調波である。いくつかの実施形態では、高調波は、基本周波数として周知の原波の周波数の正の整数の倍数前後である周波数を有する。原波は第１高調波または一次高調波と呼ばれる場合があり、以降の高調波は、高次高調波として周知される。
【0026】
円形状のダイアフラムおよび２つの半円形状の電極を備えたｐＭＵＴの減衰
図１は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（図１のＡ、図１のＢのＢ－Ｂ’における）および断面図（図１のＢ、図１のＡのＡ～Ａ’における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に円形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部の導体または電極（２００）と上部の導体または電極（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、下部電極（２００）は長方形状であり、および上部電極（２０２）および（２０３）はほぼ半円形状である。本実施形態では、各々の導体または電極、（２００）、（２０２）および（２０３）は、ポート、すなわち、ポート０およびポートＡ～Ｂに接続されるか、またはポートの一部である。本実施形態では、（例えば、ワイヤボンドによる）接続ポイントに相当してもよい正方形状のパッドによって示されるように、１つ以上の個々の導体（２００）、（２０２）および（２０３）は電極とポートである。
図１は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（図１のＡ、図１のＢのＢ－Ｂ’における）および断面図（図１のＢ、図１のＡのＡ～Ａ’における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に円形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部の導体または電極（２００）と上部の導体または電極（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、下部電極（２００）は長方形状であり、および上部電極（２０２）および（２０３）はほぼ半円形状である。本実施形態では、各々の導体または電極、（２００）、（２０２）および（２０３）は、ポート、すなわち、ポート０およびポートＡ～Ｂに接続されるか、またはポートの一部である。本実施形態では、（例えば、ワイヤボンドによる）接続ポイントに相当してもよい正方形状のパッドによって示されるように、１つ以上の個々の導体（２００）、（２０２）および（２０３）は電極とポートである。
【0027】
本実施形態では、ｐＭＵＴは、下部および上部の導体、または電極の間の面外（例えばｚ軸に沿った）電場を、例えば、図３Ａ～３Ｂの膜（１０１）を曲げる（例えばｘ－ｙ平面内の）面内負荷に変換することによって、超音波を生成する。したがって、ｐＭＵＴは電荷を機械的な運動、典型的に超音波に変換する。
【0028】
図１でのｐＭＵＴおよび３つのポートを含む回路素子を備えた等価回路図の一例は、図２で示される。いくつかの実施形態では、ポート間の伝達関数はトランスデューサ種類および駆動モードに応じて変化する。図１のｐＭＵＴの、例えば、一次ダイアフラムモード（図３Ａで「一次ドラムモード」と参照される）およびその第１非対称的高調波は、図３Ａおよび３Ｂそれぞれに示される。本実施形態では、フィルム（例えば基板とダイアフラムの上に）は、図３Ａ～３Ｂで示されていないが、ポートＡおよびポートＢの電極はレイアウトに重ね合わせられている。レイアウト（図３Ａ～３Ｂの下部）には、ダイアフラムまたは膜のたわみは灰色のレベルによって描かれており、最大の正のたわみが黒および、
最小のたわみが白によって表される。基本高調波（例えば図３Ａ）の場合、ポートＡおよびポートＢには同じ電気応答がある。第１非対称的高調波（例えば図３Ｂ）の場合、ポートＢはポートＡと比較してほぼ同等だが反対の変異荷電を発生させる。
最小のたわみが白によって表される。基本高調波（例えば図３Ａ）の場合、ポートＡおよびポートＢには同じ電気応答がある。第１非対称的高調波（例えば図３Ｂ）の場合、ポートＢはポートＡと比較してほぼ同等だが反対の変異荷電を発生させる。
【0029】
いくつかの実施形態では、トランスデューサは２つ以上のエネルギー領域を接続する。したがって、１つの領域における変更はトランスデューサによって別の領域の１つ以上における変更を引き起こす場合がある。例えば、電気領域を変更する電気回路素子を追加することは別のエネルギー領域（例えばｐＭＵＴの例示において機械的領域）に影響する場合がある。
【0030】
図４Ａ～４Ｃは、図１に示されるような３つのポートを備えたｐＭＵＴのＱ値低減のためのシステムおよび方法の限定されない例示的な実施形態を示す。作動中、ｐＭＵＴはダイアフラムのたわみに比例した電荷を発生させる。ダイアフラムの速度により、ｐＭＵＴキャパシターの両端間の電荷が変化する。定電圧がｐＭＵＴの両端間で（例えば、ポート０からポートＡまで）保持される場合、電圧源から電流が発生する。電流はダイアフラムの速度に比例する。いくつかの実施形態では、本明細書中の抵抗器はエネルギー損失要素である。ポートＢとポート０の間に抵抗器を追加することによって、２つのポート間にエネルギー損失および減衰が加えられる。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いている時、すなわち、電流が発生する時にのみ、このエネルギー損失が望まれる。いくつかの実施形態では、これを達成するために、図４Ａで示されるように、ハイパス回路は、ポートＢとポート０の間の抵抗器と直列にキャパシターを加えることによって形成される。本実施形態では、ｐＭＵＴの機械要素は、ダイアフラムが動くことにより運動エネルギーを発生する。いくつかの実施形態では、ｐＭＵＴの機械要素は、ダイアフラム、基板および基板および／またはダイアフラム上のフィルムを含むが、それらに限定されない。そのような運動エネルギーは、機械的減衰によって失われる。ｐＭＵＴはさらに、ダイアフラムの機械的運動に関連するポート０とポートＢとの間に電流を発生させるため、追加の抵抗器はｐＭＵＴからエネルギーを除去し、これは、追加の減衰として機械要素に反映される。本実施形態では、電気的減衰は、機械的減衰として等しく機能する。本実施形態では、トランスデューサは、ポートＡとポート０の間に変更なしで標準のｐＭＵＴとして使用することができる。ポートＢとポート０の間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がｐＭＵＴに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、ｐＭＵＴの機械要素の等価減衰が制御され得る。
【0031】
いくつかの実施形態では、電流が流れている限り、抵抗器がエネルギーを除去するため、電流フローの向きに関わらず、図４Ａの直列ＲＣ回路は、図３Ａと３Ｂの両方の高調波に関して有効である。より複雑なモードまたは高次高調波については、抵抗器からの減衰は、その所与の運転モードでポートＢとポート０との間に流れる電流の量に依存し得る。
【0032】
いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、セットイベントの後に減衰を加える必要がある場合、スイッチは直列ＲＣ回路とポートＢとの間に配置される。いくつかの実施形態では、スイッチは、望まれた場合にのみ起動する。
【0033】
代替的に、セット時間の後にすべての機械的運動を止める場合、図４Ｂからのスイッチを使用することができるが、ＲＣ回路を図４Ｃに示されるような完全短絡にすることができる。本実施形態では、スイッチが閉じられると、完全短絡は、圧電材料の両端間の電圧をゼロにし、およびポートＢの電極は動きに抵抗する。
【0034】
環状の電極に囲まれた円形状のダイアフラムおよび円形状の電極を備えたｐＭＵＴの減衰
図５は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（図５のＡ、図５のＢのＤ－Ｄ’における）
および断面図（図５のＢ、図５のＡのＣ－Ｃ’ における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に円形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部導体（２００）と上部導体（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、ｐＭＵＴは、下部および上部の導体、の間の面外（例えばｚ軸に沿った）電場を、例えば、図６Ａ～６Ｂの中の膜（１０１）を曲げる（例えばｘ－ｙ平面内の）面内負荷に変換することによって、超音波を生成する。したがって、ｐＭＵＴは電荷を機械的な動き、典型的に超音波に変換する。
図５は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（図５のＡ、図５のＢのＤ－Ｄ’における）
および断面図（図５のＢ、図５のＡのＣ－Ｃ’ における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に円形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部導体（２００）と上部導体（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、ｐＭＵＴは、下部および上部の導体、の間の面外（例えばｚ軸に沿った）電場を、例えば、図６Ａ～６Ｂの中の膜（１０１）を曲げる（例えばｘ－ｙ平面内の）面内負荷に変換することによって、超音波を生成する。したがって、ｐＭＵＴは電荷を機械的な動き、典型的に超音波に変換する。
【0035】
図５でのｐＭＵＴおよび３つのポートを含む回路素子を備えた例示的な等価回路図は、図２では示される。いくつかの実施形態では、ポート間の伝達関数はトランスデューサ種類および駆動モードに応じて変化する。図５のｐＭＵＴの、例えば、一次ダイアフラムモード（図６Ａで「一次ドラムモード」と参照される）およびその第１対称的高調波は、図６Ａおよび６Ｂそれぞれに示される。本実施形態では、フィルム（例えば基板とダイアフラムの上に）は、図６Ａ～６Ｂで示されていないが、ポートＡおよびポートＢの電極はレイアウトに重ね合わせられている。レイアウト（図６Ａ～６Ｂの下部）には、ダイアフラムまたは膜のたわみは灰色のレベルによって描かれており、最大の正のたわみが黒および、最小のたわみが白によって表される。基本高調波（例えば、図６Ａ）の場合、ポートＡおよびポートＢにはほぼ同等だが反対の変異荷電を有する。第１対称的高調波（例えば図６Ｂ）の場合、ポートＢはポートＡとのほぼ同等の変異荷電を発生させる。
【0036】
図４Ａ～４Ｃは、図５に示されるような３つのポートを備えたｐＭＵＴのＱ値低減のためのシステムおよび方法の限定されない例示的な実施形態を示す。いくつかの実施形態では、本明細書中の減衰は、例えば、ダイアフラムが動いている間のエネルギー損失として定義される。作動中、ｐＭＵＴはダイアフラムのたわみに比例した電荷を発生させる。ダイアフラムの速度により、ｐＭＵＴキャパシターの両端間の電荷が変化する。定電圧がｐＭＵＴの両端間で（例えば、ポート０からポートＢまで）保持される場合、電圧源から電流が発生する。電流はダイアフラムの速度に比例する。いくつかの実施形態では、本明細書中の抵抗器はエネルギー損失要素である。ポートＢとポート０の間に抵抗器を追加することによって、２つのポート間にエネルギー損失および減衰が加えられる。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いている時、すなわち、電流が発生する時にのみ、このエネルギー損失が望まれる。いくつかの実施では、これを達成するために、図４Ａで示されるように、ハイパス回路は、ポートＢとポート０の間の抵抗器と直列にキャパシターを加えることによって形成される。本実施形態では、ｐＭＵＴの機械要素は、ダイアフラムが動くことにより運動エネルギーを発生する。そのような運動エネルギーは、機械的減衰によって失われる。ｐＭＵＴはさらに、ダイアフラムの機械的運動に関連するポート０とポートＢとの間に電流を発生させるため、追加の抵抗器はｐＭＵＴからエネルギーを除去し、これは、追加の減衰として機械要素に反映される。本実施形態では、電気的減衰は、機械的減衰として等しく機能する。本実施形態では、トランスデューサは、ポートＡとポート０の間に変更なしで標準のｐＭＵＴとして使用することができる。ポートＢとポート０の間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がｐＭＵＴに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、ｐＭＵＴの機械要素の等価減衰が制御され得る。
【0037】
いくつかの実施形態では、電流が流れている限り、抵抗器がエネルギーを除去するため、電流フローの向きに関わらず、図４Ａの直列ＲＣ回路は、図６Ａと６Ｂの両方の高調波に関して有効である。より複雑なモードまたは高次高調波については、抵抗器からの減衰は、その所与の運転モードでポートＢとポート０との間に流れる電流の量に依存し得る。
【0038】
いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、セットイベントの後に減衰を加える必要がある場合、スイッチは直列ＲＣ回路とポートＢとの間に配置される。いくつかの
実施形態では、スイッチは、望まれた場合にのみ起動する。
実施形態では、スイッチは、望まれた場合にのみ起動する。
【0039】
代替的に、セット時間の後にすべての機械的運動を止める場合、図４Ｂからのスイッチを使用することができるが、ＲＣ回路を図４Ｃに示されるような完全短絡にすることができる。本実施形態では、スイッチが閉じられると、完全短絡は、圧電材料の両端間の電圧をゼロにし、およびポートＢの電極は動きに抵抗する。
【0040】
長方形状のダイアフラムおよび２つの長方形状の電極を備えたｐＭＵＴの減衰
図７は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（左側、断面図の Ｆ－Ｆ’における）および断面図（右側、レイアウトのＥ－Ｅ’ における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に長方形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部導体（２００）と上部導体（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、ｐＭＵＴは、下部および上部の導体、の間の面外（例えばｚ軸に沿った）電場を、例えば、図８Ａ～８Ｂの膜（１０１）を曲げる（例えばｘ－ｙ平面内の）面内負荷に変換することによって、超音波を生成する。したがって、ｐＭＵＴは電荷を機械的な動き、典型的に超音波に変換する。
図７は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（左側、断面図の Ｆ－Ｆ’における）および断面図（右側、レイアウトのＥ－Ｅ’ における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に長方形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部導体（２００）と上部導体（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、ｐＭＵＴは、下部および上部の導体、の間の面外（例えばｚ軸に沿った）電場を、例えば、図８Ａ～８Ｂの膜（１０１）を曲げる（例えばｘ－ｙ平面内の）面内負荷に変換することによって、超音波を生成する。したがって、ｐＭＵＴは電荷を機械的な動き、典型的に超音波に変換する。
【0041】
【0042】
図７のｐＭＵＴの、例えば、一次ダイアフラムモード（図８Ａで「一次ドラムモード」と参照される）およびその第１非対称的高調波は、図８Ａおよび８Ｂそれぞれに示される。本実施形態では、フィルム（例えば基板とダイアフラムの上に）は示されていないが、ポートＡおよびポートＢの電極はレイアウトに重ね合わせられている。レイアウト（図８Ａ～８Ｂの下部）には、ダイアフラムまたは膜のたわみ（図８Ａ～８Ｂの上部）は灰色のレベルによって描かれており、最大の正のたわみが黒および、最小のたわみが白によって表される。基本高調波（例えば、図８Ａ）の場合、ポートＢはポートＡとほぼ同等の変異荷電を発生させる。第１非対称的高調波（例えば、図８Ｂ）の場合には、Ｂはほぼ同等だが反対の変異荷電を発生させる。
【0043】
図４Ａ～４Ｃは、図７に示されるような３つのポートを備えたｐＭＵＴのＱ値低減のためのシステムおよび方法の限定されない例示的な実施形態を示す。いくつかの実施形態では、本明細書中の減衰は、例えば、ダイアフラムが動いている間のエネルギー損失として定義される。作動中、ｐＭＵＴはダイアフラムのたわみに比例した電荷を発生させる。ダイアフラムの速度により、ｐＭＵＴキャパシターの両端間の電荷が変化する。定電圧がｐＭＵＴの両端間で（例えば、ポート０からポートＢまで）保持される場合、電圧源から電流が発生する。電流はダイアフラムの速度に比例する。いくつかの実施形態では、本明細書中の抵抗器はエネルギー損失要素である。ポートＢとポート０の間に抵抗器を追加することによって、２つのポート間にエネルギー損失および減衰が加えられる。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いている時、すなわち、電流が発生する時にのみ、このエネルギー損失が望まれる。いくつかの実施形態では、これを達成するために、図４Ａで示されるように、ハイパス回路は、ポートＢとポート０の間の抵抗器と直列にキャパシターを加えることによって形成される。本実施形態では、ｐＭＵＴの機械要素は、ダイアフラムが動くことにより運動エネルギーを発生する。そのような運動エネルギーは、機械的減衰によって失われる。ｐＭＵＴはさらに、ダイアフラムの機械的運動に関連するポート０とポートＢとの間に電流を発生させるため、追加の抵抗器はｐＭＵＴからエネルギーを除去し、これは、追加の減衰として機械要素に反映される。本実施形態では、電気的減衰は、機械的減衰として等しく機能する。本実施形態では、トランスデューサは、ポートＡと
ポート０の間に変更なしで標準のｐＭＵＴとして使用することができる。ポートＢとポート０の間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がｐＭＵＴに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、ｐＭＵＴの機械要素の等価減衰が制御され得る。
ポート０の間に変更なしで標準のｐＭＵＴとして使用することができる。ポートＢとポート０の間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がｐＭＵＴに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、ｐＭＵＴの機械要素の等価減衰が制御され得る。
【0044】
いくつかの実施形態では、電流が流れている限り、抵抗器がエネルギーを除去するため、電流フローの向きに関わらず、図４Ａの直列ＲＣ回路は、図８Ａと８Ｂの両方の高調波に関して有効である。より複雑なモードまたは高次高調波については、抵抗器からの減衰は、その所与の運転モードでポートＢとポート０との間に流れる電流の量に依存し得る。
【0045】
いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、セットイベントの後に減衰を加える必要がある場合、スイッチは直列ＲＣ回路とポートＢとの間に配置される。いくつかの実施形態では、スイッチは、望まれた場合にのみ起動する。
【0046】
代替的に、セット時間の後にすべての機械的運動を止める場合、図４Ｂからのスイッチを使用することができるが、ＲＣ回路を図４Ｃに示されるような完全短絡にすることができる。本実施形態では、スイッチが閉じられると、完全短絡は、圧電材料の両端間の電圧をゼロにし、およびポートＢの電極は動きに抵抗する。
【0047】
長方形状のダイアフラム、長方形状の環状の外部電極に囲まれた長方形の内部電極を備えたｐＭＵＴの減衰
図９は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（図９のＡ、図９のＢのＨ－Ｈ’における）および断面図（図９のＢ、図９のＡのＧ－Ｇ’ における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に長方形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部導体（２００）と上部導体（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、ｐＭＵＴは、下部および上部の導体、の間の面外（例えばｚ軸に沿った）電場を、例えば、図１０Ａ～１０Ｂの中の膜（１０１）を曲げる（例えばｘ－ｙ平面内の）面内負荷に変換することによって、超音波を生成する。したがって、ｐＭＵＴは電荷を機械的な動き、典型的に超音波に変換する。
図９は、基板エッチングによって形成された膜またはダイアフラム（１０１）を備えた基板（１００）を含むｐＭＵＴのレイアウト（図９のＡ、図９のＢのＨ－Ｈ’における）および断面図（図９のＢ、図９のＡのＧ－Ｇ’ における）を示す。ダイアフラム端（１０１ａ）は、レイアウトにおいて実質上に長方形状である。基板（１００）の上には、誘電体（１０２）および、下部導体（２００）と上部導体（２０２）および（２０３）の間に挟まれた圧電フィルム（２０１）がある。本実施形態では、ｐＭＵＴは、下部および上部の導体、の間の面外（例えばｚ軸に沿った）電場を、例えば、図１０Ａ～１０Ｂの中の膜（１０１）を曲げる（例えばｘ－ｙ平面内の）面内負荷に変換することによって、超音波を生成する。したがって、ｐＭＵＴは電荷を機械的な動き、典型的に超音波に変換する。
【0048】
【0049】
図９のｐＭＵＴの、例えば、一次ダイアフラムモード（図１０Ａで「一次ドラムモード」と参照される）およびその第１対称的高調波は、図１０Ａおよび１０Ｂそれぞれに示される。本実施形態では、フィルム（例えば基板とダイアフラムの上に）は示されていないが、ポートＡおよびポートＢの電極はレイアウトに重ね合わせられている。レイアウト（図１０Ａ～１０Ｂの下部）には、ダイアフラムまたは膜のたわみ（図１０Ａ～１０Ｂの上部）は灰色のレベルによって描かれており、最大の正のたわみが黒および、最小のたわみが白によって表される。基本高調波（例えば、図１０Ａ）の場合、ポートＡおよびポートＢはほぼ同等だが反対変異荷電を発生させる。第１対称的高調波（例えば、図１０Ｂ）の場合、ポートＢはポートＡとのほぼ同等の変異荷電を発生させる。
【0050】
図４Ａ～４Ｃは、図９に示されるような３つのポートを備えたｐＭＵＴのＱ値低減のためのシステムおよび方法の限定されない例示的な実施形態を示す。いくつかの実施形態では、本明細書中の減衰は、例えば、ダイアフラムが動いている間のエネルギー損失として定義される。作動中、ｐＭＵＴはダイアフラムのたわみに比例した電荷を発生させる。ダ
イアフラムの速度により、ｐＭＵＴキャパシターの両端間の電荷が変化する。定電圧がｐＭＵＴの両端間で（例えば、ポート０からポートＢまで）保持される場合、電圧源から電流が発生する。電流はダイアフラムの速度に比例する。いくつかの実施形態では、本明細書中の抵抗器はエネルギー損失要素である。ポートＢとポート０の間に抵抗器を追加することによって、２つのポート間にエネルギー損失および減衰が加えられる。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いている時、すなわち、電流が発生する時にのみ、このエネルギー損失が望まれる。いくつかの実施形態では、これを達成するために、図４Ａで示されるように、ハイパス回路は、ポートＢとポート０の間の抵抗器と直列にキャパシターを加えることによって形成される。本実施形態では、ｐＭＵＴの機械要素は、ダイアフラムが動くことにより運動エネルギーを発生する。そのような運動エネルギーは、機械的減衰によって失われる。ｐＭＵＴが、ポート０とポートＢの間にダイアフラムの機械的な運動に関連するの電流も発生させるとともに、追加抵抗器は、ｐＭＵＴからエネルギーを除去し、それは機械的な要素に追加の減衰として反映される。本実施形態では、電気的減衰は、機械的減衰として等しく機能する。本実施形態では、トランスデューサは、ポートＡとポート０の間に変更なしで標準のｐＭＵＴとして使用することができる。ポートＢとポート０の間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がｐＭＵＴに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、ｐＭＵＴの機械要素の等価減衰が制御され得る。
イアフラムの速度により、ｐＭＵＴキャパシターの両端間の電荷が変化する。定電圧がｐＭＵＴの両端間で（例えば、ポート０からポートＢまで）保持される場合、電圧源から電流が発生する。電流はダイアフラムの速度に比例する。いくつかの実施形態では、本明細書中の抵抗器はエネルギー損失要素である。ポートＢとポート０の間に抵抗器を追加することによって、２つのポート間にエネルギー損失および減衰が加えられる。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いている時、すなわち、電流が発生する時にのみ、このエネルギー損失が望まれる。いくつかの実施形態では、これを達成するために、図４Ａで示されるように、ハイパス回路は、ポートＢとポート０の間の抵抗器と直列にキャパシターを加えることによって形成される。本実施形態では、ｐＭＵＴの機械要素は、ダイアフラムが動くことにより運動エネルギーを発生する。そのような運動エネルギーは、機械的減衰によって失われる。ｐＭＵＴが、ポート０とポートＢの間にダイアフラムの機械的な運動に関連するの電流も発生させるとともに、追加抵抗器は、ｐＭＵＴからエネルギーを除去し、それは機械的な要素に追加の減衰として反映される。本実施形態では、電気的減衰は、機械的減衰として等しく機能する。本実施形態では、トランスデューサは、ポートＡとポート０の間に変更なしで標準のｐＭＵＴとして使用することができる。ポートＢとポート０の間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がｐＭＵＴに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、ｐＭＵＴの機械要素の等価減衰が制御され得る。
【0051】
いくつかの実施形態では、電流が流れている限り、抵抗器がエネルギーを除去するため、電流フローの向きに関わらず、図４Ａの直列ＲＣ回路は、図１０Ａと１０Ｂで示された両方の高調波に関して有効である。より複雑なモードまたは高次高調波については、抵抗器からの減衰は、その所与の運転モードでポートＢとポート０との間に流れる電流の量に依存し得る。
【0052】
いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、セットイベントの後に減衰を加える必要がある場合、スイッチは直列ＲＣ回路とポートＢとの間に配置される。いくつかの実施形態では、スイッチは、望まれた場合にのみ起動する。
【0053】
代替的に、セット時間の後にすべての機械的運動を止める場合、図４Ｂからのスイッチを使用することができるが、ＲＣ回路を図４Ｃに示されるような完全短絡にすることができる。本実施形態では、スイッチが閉じられると、完全短絡は、圧電材料の両端間の電圧をゼロにし、およびポートＢの電極は動きに抵抗する。
【0054】
２つのポートを備えたｐＭＵＴの減衰
２つのポート（例えば、１つの上部電極と１つの下部電極）のみを備えた任意のｐＭＵＴの場合、減衰はまた、本明細書中の抵抗器・キャパシター回路（ＲＣ回路）を使用して加えられ得る。２つのポートを有する場合、ＲＣ回路の特定のレイアウトはそれほど重要ではないが、減衰機構は、本明細書中の他の実施形態に類似したままである。
２つのポート（例えば、１つの上部電極と１つの下部電極）のみを備えた任意のｐＭＵＴの場合、減衰はまた、本明細書中の抵抗器・キャパシター回路（ＲＣ回路）を使用して加えられ得る。２つのポートを有する場合、ＲＣ回路の特定のレイアウトはそれほど重要ではないが、減衰機構は、本明細書中の他の実施形態に類似したままである。
【0055】
図１１Ａ～１１Ｃは、２つのポートを備えたトランスデューサ（例えば、ｐＭＵＴ）のＱ値低減のためのシステムおよび方法の限定されない例示的な実施形態を示す。いくつかの実施形態では、本明細書中の減衰は、例えば、ダイアフラムが動いている間のエネルギー損失として定義される。作動中、トランスデューサは、ダイアフラムのたわみに比例した電荷を発生させる。ダイアフラムの速度により、トランスデューサキャパシターの両端間の電荷が変化する。定電圧がトランスデューサの両端間で（例えば、ポート０からポートＡまで）保持される場合、電圧源から電流が発生する。電流はダイアフラムの速度に比例する。いくつかの実施形態では、本明細書中の抵抗器はエネルギー損失要素である。ポートＡとポート０との間に抵抗器を加えることによって、２つのポート間にエネルギー損失および減衰が加えられる。いくつかの実施形態では、ダイアフラムが動いている時、す
なわち、電流が発生する時にのみ、このエネルギー損失が望まれる。いくつかの実施形態では、これを達成するために、図１１Ａで示されるように、ハイパス回路は、ポートＡとポート０との間の抵抗器と直列にキャパシターを加えることによって形成される。本実施形態では、トランスデューサの機械要素は、ダイアフラムが動くことにより運動エネルギーを発生する。そのような運動エネルギーは、機械的減衰によって失われる。トランスデューサはさらに、ダイアフラムの機械的運動に関連するポート０とポートＡとの間に電流を発生させるため、追加の抵抗器はトランスデューサからエネルギーを除去し、これは、追加の減衰として機械要素に反映される。本実施形態では、電気的減衰は、機械的減衰として等しく機能する。ポートＡとポート０との間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がトランスデューサに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、トランスデューサの機械要素の等価減衰が制御され得る。
なわち、電流が発生する時にのみ、このエネルギー損失が望まれる。いくつかの実施形態では、これを達成するために、図１１Ａで示されるように、ハイパス回路は、ポートＡとポート０との間の抵抗器と直列にキャパシターを加えることによって形成される。本実施形態では、トランスデューサの機械要素は、ダイアフラムが動くことにより運動エネルギーを発生する。そのような運動エネルギーは、機械的減衰によって失われる。トランスデューサはさらに、ダイアフラムの機械的運動に関連するポート０とポートＡとの間に電流を発生させるため、追加の抵抗器はトランスデューサからエネルギーを除去し、これは、追加の減衰として機械要素に反映される。本実施形態では、電気的減衰は、機械的減衰として等しく機能する。ポートＡとポート０との間に抵抗器およびキャパシターを直列に加えることにより、減衰がトランスデューサに効率的に加えられる。いくつかの実施形態では、抵抗（Ｒ）の値を調節することにより、トランスデューサの機械要素の等価減衰が制御され得る。
【0056】
いくつかの実施形態では、電流が流れている限り、抵抗器がエネルギーを除去するため、電流フローの向きに関わらず、図１１Ａの直列ＲＣ回路は、高調波、例えば、一次ドラムモードまたは第１高調波下での波形に関して有効である。より複雑なモードまたは高次高調波については、抵抗器からの減衰は、その所与の運転モードでポートＡとポート０との間に流れる電流の量に依存し得る。
【0057】
いくつかの実施形態では、図１１Ｂに示されるように、セットイベントの後に減衰を加える必要がある場合、スイッチは直列ＲＣ回路とポートＡとの間に配置される。いくつかの実施形態では、スイッチは、望まれた場合にのみ起動する。
【0058】
代替的に、セット時間の後にすべての機械的運動を止める場合、図１１Ｂからのスイッチを使用することができるが、ＲＣ回路を図１１Ｃに示されるような完全短絡にすることができる。本実施形態では、スイッチが閉じられると、完全短絡は、圧電材料の両端間の電圧をゼロにし、およびポートＡの電極は動きに抵抗する。
【0059】
いくつかの実施形態では、２つのポートを備えたトランスデューサにおいて加えられた減衰の欠点は、加えられたＲＣ回線が、トランスデューサと通信するために使用される駆動回路または感知回路に負荷をかけることである。いくつかの実施形態では、加えられた駆動回路または感知回路への負荷は、トランスデューサの実行に対して有害な影響を与える可能性がある。
【0060】
いくつかの実施形態では、ＲＣ回路が駆動／感知回路に負荷をかけるのを防ぐために、図１１Ｂで示されるようなスイッチが加えられ得る。いくつかの実施形態では、駆動／感知回路は、トランスデューサの機能を可能にするように構成される。超音波画像処理用途および距離がある（ｄｉｓｔａｎｃｉｎｇ）用途の場合、例えば、駆動回路が使用され得るが、それは、トランスデューサを大きな振動に駆動して、トランスデューサから媒体（空気または生きている組織など）へと放射する圧力波を作るために使用される。感知回路は、限定されないが、オブジェクトから反射してダイアフラムへと戻る駆動波から作られた、ダイアフラム上の微小振動を測定するために使用され得る。切り替えられたＲＣ回路の場合では、ＲＣ回路は、駆動の後およびセンス機能の前に、トランスデューサに適用されてもよい。
【0061】
図１１Ｂを参照すると、本実施形態では、ＲＣ回路が減衰を加える間、駆動／感知回路はトランスデューサから分離され、そのため、有害な相互作用を防ぐ。あらかじめ定義された時間の後に動きを止めることが望まれる場合、図１１Ｂからのスイッチが使用され、ＲＣ回路が完全短絡にされ得る。図１１Ｃを参照すると、スイッチが完全短絡を接続すると、その短絡は、圧電材料の両端間の電圧をゼロにし、その圧電材料が、その状態の変化す
る歪みに抵抗し、したがって、トランスデューサの機械要素の動きに抵抗する。
る歪みに抵抗し、したがって、トランスデューサの機械要素の動きに抵抗する。
【0062】
任意数のポートを備えたｐＭＵＴの減衰
いくつかの実施形態では、本明細書中のｐＭＵＴシステムは、圧電材料の上および下に任意数のポート、例えば任意数の電極を備えている。
いくつかの実施形態では、本明細書中のｐＭＵＴシステムは、圧電材料の上および下に任意数のポート、例えば任意数の電極を備えている。
【0063】
図１２は、レイアウト図（左側、断面図のＪ－Ｊ’から視認できる）および断面図（右側、レイアウト図のＩ－Ｉ’から視認できる）における、圧電フィルム（２０１）の上に６つのポートすなわちポートＡ～Ｆと、フィルムおよび円形状のダイアフラム（２０１）の下に１つのポートすなわちポート０とを備えている、本明細書中の超音波トランスデューサシステムの非限定的な例示的実施形態を例示する。本実施形態では、６つのポートすなわちポートＡ～Ｆはそれぞれ独立して導体（２０２）～（２０７）と接続され、一方でポート０は導体（２００）と接続される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される減衰操作は、単純な円形状および長方形状の設計を含むがこれらに限定されない、画像化可能な任意形状のダイアフラムに対して、トランスデューサ素子の上および下に任意数のポートへと容易に延ばすことができる。ｐＭＵＴシステムにおける任意数のポートに対する回路素子を備えた回路図を図１３に示す。
【0064】
いくつかの実施形態では、同じＱ値減衰手順を本明細書中で適用することができる。図１４Ａを参照すると、容量連結された抵抗器を、２つのポートすなわちポートｉ～ｊに追加することができる。予め定めた事象後に減衰を追加することが望まれる場合、図１４Ｂと同様の回路を使用することができ、そこではスイッチΦがＲＣ回路とポートｉとの間に配置される。いくつかの実施形態では、このスイッチは望まれる場合にのみ起動される。代替的に、前設定時間後にすべての動きを止めることが望まれる場合、図１４Ｂのスイッチを、図１４Ｃに示されるような完全短絡と共に使用することができる。図１４Ｃを参照すると、この特定の実施形態では、スイッチが閉じられると、完全短絡により圧電材料の両端間に電圧が強制的にゼロとなり、圧電材料は動きに抵抗することができる。
【0065】
いくつかの実施形態では、より複雑な回路を本明細書に開示されるシステムに含めることができる。例えば図１５に例示されるように、反転増幅器をｐＭＵＴシステム中のポートｉ、ｊ、ｋの間に追加することができる。この反転増幅器は、ポートｋおよびポートｊをわたる電圧に反比例するポートｉ上での出力電圧を調整することができる。Ｒ２とＲ１との比により、Ｖｏｕｔ＝－Ｒ２／Ｒ１＊（Ｖｐｏｒｔ＿ｋ－Ｖｐｏｒｔ＿ｊ）になるようにフィードバックの利得を求めることができる。ゆえに、この電圧は正から負に「反転」される。本実施形態では、図３Ａの動作モードにおいて減衰動作が望まれる場合（Ｑ値を効果的に減少／減衰）、前記増幅器は、図１Ａのポート０＝図１５のポートｊ、ポートＡ＝ポートｋ、およびポートＢ＝ポートｉになるように、トランスデューサ素子に接続することができる。ゆえに、ダイアフラムが図３Ａにおけるように振動し始めたとき、正の電圧がポートＡに生じる場合に、反転増幅器はポートＢ上で負の電圧を駆動してもよい。ポートＡが緊張状態にある（ｉｎ ｔｅｎｓｉｏｎ）間、反転増幅器はポートＢを駆動して圧縮力を入力し、ダイアフラムのたわみに抵抗することで振動を弱めることができる。図３Ｂに示すモードでは、記載された設定（ポート０＝ポートｊ、ポートＡ＝ポートｋ、およびポートＢ＝ポートｉ）では結果として振動の増加が生じる場合があり、これは発振器と同様である。ゆえに、前記回路により図３Ａのモードで強度を減少するのではなく増大させることができる。
【0066】
いくつかの実施形態では、比例－積分－微分（ＰＩＤ）制御装置を回路に追加することができる。この制御装置は、２つのポートを備えたｐＭＵＴ（例えば図１１Ａ）または３つのポートを備えたｐＭＵＴ（例えば図４）にける機械トランスデューサを直接制御するが、駆動／感知回路は装荷が原因で質を損なうおそれがある。この状況を緩和するために
、図１１Ｂ～１１Ｃに示すのと同様にスイッチを追加することができる。ＰＩＤ制御装置は、制御信号に一致するようにシステムに応答させることに努める閉ループフィードバックの形態である。ＰＩＤ制御装置は、所望のセットポイントと制御されているシステム変数との差異、すなわちエラーを連続的に算出することによりトランスデューサを制御する。この制御装置は、エラーに基づく、例えばこのエラーに比例するフィードバックを適用することができる。制御装置はさらに、エラーの変化率に応答してオーバーシュートを減らすこともできる。さらにＰＩＤ制御装置は、定常状態において最終的にはエラーを全体的に排除するようにエラーを統合することもできる。いくつかの実施形態では、ＰＩＤ制御装置は、システムをモニタリングする手段、およびシステムに影響を及ぼす手段を必要とする。本明細書中の多数のポートを備えたトランスデューサでは、１つ以上のポートがシステムの状態を感知するために使用され得るが、他のポートまたは同じポートは、ポートｋとポートｊが図１５のシステムをモニタリングするために使用され、かつポートｉが図１５のシステム挙動を改善するために使用されるのと同様に、システム挙動を改善するために使用され得る。図３Ａの別の例として、ポートＡを使用してシステムダイナミクスをモニタリングし、かつポートＢを使用して電圧分配器を備えたシステムを調節してもよい。
、図１１Ｂ～１１Ｃに示すのと同様にスイッチを追加することができる。ＰＩＤ制御装置は、制御信号に一致するようにシステムに応答させることに努める閉ループフィードバックの形態である。ＰＩＤ制御装置は、所望のセットポイントと制御されているシステム変数との差異、すなわちエラーを連続的に算出することによりトランスデューサを制御する。この制御装置は、エラーに基づく、例えばこのエラーに比例するフィードバックを適用することができる。制御装置はさらに、エラーの変化率に応答してオーバーシュートを減らすこともできる。さらにＰＩＤ制御装置は、定常状態において最終的にはエラーを全体的に排除するようにエラーを統合することもできる。いくつかの実施形態では、ＰＩＤ制御装置は、システムをモニタリングする手段、およびシステムに影響を及ぼす手段を必要とする。本明細書中の多数のポートを備えたトランスデューサでは、１つ以上のポートがシステムの状態を感知するために使用され得るが、他のポートまたは同じポートは、ポートｋとポートｊが図１５のシステムをモニタリングするために使用され、かつポートｉが図１５のシステム挙動を改善するために使用されるのと同様に、システム挙動を改善するために使用され得る。図３Ａの別の例として、ポートＡを使用してシステムダイナミクスをモニタリングし、かつポートＢを使用して電圧分配器を備えたシステムを調節してもよい。
【0067】
いくつかの実施形態では、本明細書に例示されるシステムと方法はｐＭＵＴに限定されないが、複数の電気的に連結されたポートを備えた他の種類のトランスデューサに適用することができる。
【0068】
いくつかの実施形態では、図４Ａ～４Ｃ、１１Ａ～１１Ｃ、１４Ａ～１４Ｃ、および１５における複数のポートに適用される回路素子は、Ｑ値低減以外の機能または目標のために選択し、かつ組み合わせることができる。
【0069】
ある実施形態および実施例が先の記述において提供されているが、本発明の主題は、具体的に開示された実施形態を越えて、他の代替的な実施形態および／または用途、ならびにそれらの修飾物および等価物にも及ぶ。ゆえに、本明細書に添付される特許請求の範囲は、後述の特定の実施形態のいずれにも限定されるものではない。例えば、本明細書に開示される任意の方法またはプロセスでは、この方法またはプロセスの作用または動作は任意の適切な順序で行われてもよいが、開示された任意の適切な順序に必ずしも限定されるわけではない。ある実施形態を理解するのに有用となる場合があるように、様々な動作が複数の個別の動作として記載されてもよい。しかし、記載の順序は、これらの動作が順序に依存することを示唆ものと解釈されるべきではない。加えて、本明細書に記載される構造、システム、および／または装置は、一体型コンポーネント、または別個のコンポーネントとして具体化されてもよい。
【0070】
様々な実施形態を比較するために、これら実施形態の特定の態様と利点を記載する。必ずしもこのような態様または利点がすべて、任意の特定の実施形態により達成されるわけではない。ゆえに、例えば様々な実施形態は、本明細書で教示または示唆されるような他の態様または利点を必ずしも達成することなく、本明細書に教示されるような１つの利点あるいはその集合を達成または最適化するように実行されてもよい。
【0071】
本明細書で使用されるように、Ａおよび／またはＢは、ＡまたはＢ、およびＡとＢなどの組み合わせのうち１つ以上を包含する。用語「第１」、「第２」、「第３」などは、様々な要素、構成要素、領域、および／またはセクションを記述するために使用されてもよいことが理解される。これらの要素、構成要素、領域、および／またはセクションは先の用語により制限されるべきではない。これら用語は単に、１つの要素、構成要素、領域、またはセクションを、別の要素、構成要素、領域、またはセクションと区別するために使用されるものである。 ゆえに、後述の第１の要素、構成要素、領域、またはセクション
は、本開示の教示から逸脱することなく第２の要素、構成要素、領域、またはセクションと称される場合がある。
は、本開示の教示から逸脱することなく第２の要素、構成要素、領域、またはセクションと称される場合がある。
【0072】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを記載するためのものであり、本開示を制限するようには意図されていない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が他に明白に示していない限り、同様に複数形を含むように意図される。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／代替的に「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および／代替的に「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、明示された特徴、領域、整数、工程、操作、要素、および／または構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、領域、整数、工程、操作、要素、構成要素、および／またはそれらの集まりの存在または追加を妨げないことが、さらに理解される。
【0073】
本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、特に明記されていない限り、用語「約」および「およそ」、または「実質的に」は、実施形態に応じて数値の＋／－０．１％、＋／－１％、＋／－２％、＋／－３％、＋／－４％、＋／－５％、＋／－６％、＋／－７％、＋／－８％、＋／－９％、＋／－１０％、＋／－１１％、＋／－１２％、＋／－１４％、＋／－１５％、または＋／－２０％、およびそれらの増分の変動を指す。非限定的な例として、約１００メートルは、実施形態に応じて９５～１０５メートル（１００メートルの＋／－５％）、９０～１１０メートル（１００メートルの＋／－１０％）、または８５～１１５メートル（１００メートルの＋／－１５％）の範囲を表す。
【0074】
好ましい実施形態が本明細書に示され記載されてきたが、こうした実施形態はほんの一例として提供されていることが当業者には明らかである。多くの変形、変更、および置換が、本開示の範囲から逸脱することなく当業者により想到されるであろう。本明細書に記載される実施形態の様々な代案が実施において利用される場合があることを理解されたい。本明細書に記載される実施形態の様々な組み合わせが可能であり、このような組み合わせは本開示の一部と考慮される。加えて、本明細書中の任意の一実施形態に関して論じられる特徴はすべて、本明細書中の他の実施形態での使用に容易に合わせることができる。以下の特許請求の範囲が本開示の範囲を規定すること、かつ本特許請求の範囲内の方法と構造、およびその等価物が本開示に包含されることが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15】
【手続補正書】
【提出日】2023-09-06
【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システムであって、
ａ）基板（１０２）、ダイアフラム（１０１）および圧電素子（２０１）を含む超音波トランスデューサと、
ｂ）超音波トランスデューサに連結された第１電気回路であって、超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された、第１電気回路と、
ｃ）超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポートと、
ｄ）複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器のうちの１つ以上を含む、第２電気回路と、
を含み、
ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラム（１０１）の動きを抑えるように構成されている、
超音波トランスデューサシステム。
ａ）基板（１０２）、ダイアフラム（１０１）および圧電素子（２０１）を含む超音波トランスデューサと、
ｂ）超音波トランスデューサに連結された第１電気回路であって、超音波トランスデューサを駆動するために、またはダイアフラムの動きを検出するために構成された、第１電気回路と、
ｃ）超音波トランスデューサに連結された複数の電気ポートと、
ｄ）複数の電気ポートの２つ以上に接続された第２電気回路であって、抵抗器、キャパシター、スイッチおよび増幅器のうちの１つ以上を含む、第２電気回路と、
を含み、
ここで第２電気回路が、第１電気回路から独立しており、および第２電気回路がダイアフラム（１０１）の動きを抑えるように構成されている、
超音波トランスデューサシステム。
【請求項2】
前記超音波トランスデューサが、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐMUT）である、請求項１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項3】
前記第２電気回路が抵抗器を含む、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項4】
前記第２電気回路がキャパシターによって超音波トランスデューサに連結された抵抗器を含む、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項5】
前記第２電気回路が直列のスイッチ、抵抗器およびキャパシターを含む、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項6】
前記スイッチは、開放時に前記複数の電気ポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に前記複数の電気ポートの１つ以上を前記抵抗器および前記キャパシターに短絡させるように構成されている、請求項５に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項7】
前記スイッチが閉じられた際に、前記ダイアフラム（１０１）の動きを抑えるように構成されている請求項６に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項8】
前記第２電気回路がスイッチを含む、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項9】
前記スイッチは、開放時に前記複数の電気ポートの１つ以上を浮動させ、閉じられた際に前記複数の電気ポートの１つ以上を直流電圧に短絡させるように構成されている、請求項８に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項10】
前記スイッチが閉じられた際に前記ダイアフラム（１０１）の動きが停止する、請求項９に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項11】
前記第２電気回路が増幅器を含む、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項12】
前記増幅器が、ダイアフラムの動きを感知するように構成され、感知されたダイアフラムの動きに基づいてトランスデューサを抑えるためにフィードバックを利用する、請求項１１に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項13】
前記第２電気回路が、ダイアフラムが動いているときに起動する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項14】
前記ダイアフラム（１０１）の動きが既定のしきい値未満のときには、前記第２電気回路は起動しない、請求項１～１３のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項15】
前記複数の電気ポートが、前記圧電素子の一方の側面に少なくとも１つのポートを含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項16】
前記複数の電気ポートが、前記圧電素子の他方の側面に少なくとも１つのポートを含む、請求項１５に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項17】
前記複数の電気ポートが、２つのポートまたは３つのポートを含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサシステム。
【請求項18】
前記複数の電気ポートが、４つのポート、５つのポート、６つのポートまたはその他の任意の整数のポートを含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサシステム。
【外国語明細書】