JPH0227630B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0227630B2 JPH0227630B2 JP56175630A JP17563081A JPH0227630B2 JP H0227630 B2 JPH0227630 B2 JP H0227630B2 JP 56175630 A JP56175630 A JP 56175630A JP 17563081 A JP17563081 A JP 17563081A JP H0227630 B2 JPH0227630 B2 JP H0227630B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- elements
- focus
- directivity
- delay
- addition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、アレイ型変換器と、受信ビームを形
成する目的で各エレメントからの受信信号に相異
なる遅延時間を与えて互いに加算（整相加算）す
る機構とからなる超音波受信装置であつて、エレ
メント幅が使用する超音波波長より大である装置
に関する。
成する目的で各エレメントからの受信信号に相異
なる遅延時間を与えて互いに加算（整相加算）す
る機構とからなる超音波受信装置であつて、エレ
メント幅が使用する超音波波長より大である装置
に関する。
上記のようなエレメント幅をもつエレメントの
指向特性には、エレメントの前面方向にも零点が
存在する。すなわち、エレメント幅をＷ、超音波
波長をλとしたとき、エレメントに垂直な方向に
対してθをなす方向の指向特性Ａ（θ）は次のよ
うに表わされる。
指向特性には、エレメントの前面方向にも零点が
存在する。すなわち、エレメント幅をＷ、超音波
波長をλとしたとき、エレメントに垂直な方向に
対してθをなす方向の指向特性Ａ（θ）は次のよ
うに表わされる。
Ａ（θ）＝sinξ／ξ；ξ＝（πW／λ）sinθ
一例として、Ｗ／λ＝３の場合のＡ（θ）を図
示したのが、第１図である。エレメントELの前
面方向にも、Ｚ１，Ｚ１′，Ｚ２，Ｚ２′という指
向性の零点が現われるだけでなく、エレメント中
央の点を位相原点としたとき、Ａ１，Ａ１′のよ
うに指向性が位相的に負となる方向が現われる。
上記の式から、指向性の零点Ｚ１，Ｚ１′の方位
はθ＝±sin-1（λ／Ｗ）であり、また次の零点Ｚ
２，Ｚ２′の方位はθ＝±2sin-1（λ／Ｗ）である
ことがわかる。第２図は、第１図のエレメントに
より構成されたアレイについて、１つの焦点Ｆに
対するエレメントの指向性をアレイ方向にプロツ
トしたものである。Ｇ１，Ｇ１′のように、エレ
メントの指向性が位相的に負となる領域がアレイ
上に現われる。
示したのが、第１図である。エレメントELの前
面方向にも、Ｚ１，Ｚ１′，Ｚ２，Ｚ２′という指
向性の零点が現われるだけでなく、エレメント中
央の点を位相原点としたとき、Ａ１，Ａ１′のよ
うに指向性が位相的に負となる方向が現われる。
上記の式から、指向性の零点Ｚ１，Ｚ１′の方位
はθ＝±sin-1（λ／Ｗ）であり、また次の零点Ｚ
２，Ｚ２′の方位はθ＝±2sin-1（λ／Ｗ）である
ことがわかる。第２図は、第１図のエレメントに
より構成されたアレイについて、１つの焦点Ｆに
対するエレメントの指向性をアレイ方向にプロツ
トしたものである。Ｇ１，Ｇ１′のように、エレ
メントの指向性が位相的に負となる領域がアレイ
上に現われる。
従来方法のように、受信ビームを形成する目的
で各エレメントからの受信信号に与える遅延時間
を各エレメント中央の点と焦点との間の伝搬時間
を補償するように決定し、各受信信号を符号の考
慮なしに互いに加算すると、第２図におけるＧ１
やＧ１′のような領域が使用口径に含まれる場合、
焦点が近くなつたり、使用口径を大きくしたとき
に、撮像の分解能やＳ／Ｎ比が逆に低下してしま
うという問題点を生ずる。
で各エレメントからの受信信号に与える遅延時間
を各エレメント中央の点と焦点との間の伝搬時間
を補償するように決定し、各受信信号を符号の考
慮なしに互いに加算すると、第２図におけるＧ１
やＧ１′のような領域が使用口径に含まれる場合、
焦点が近くなつたり、使用口径を大きくしたとき
に、撮像の分解能やＳ／Ｎ比が逆に低下してしま
うという問題点を生ずる。
この問題点を解決するために、本発明では、第
２図におけるＧ１やＧ１′に属するエレメントの
ように、ビームの焦点Ｆについてのエレメントの
指向性が焦点からアレイに下した垂線の足に位置
するエレメントE0に比して位相的に負となるよ
うなエレメントからの受信信号に対しては、整相
加算に際して負符号をつけるかまたは加算から除
外するものである。
２図におけるＧ１やＧ１′に属するエレメントの
ように、ビームの焦点Ｆについてのエレメントの
指向性が焦点からアレイに下した垂線の足に位置
するエレメントE0に比して位相的に負となるよ
うなエレメントからの受信信号に対しては、整相
加算に際して負符号をつけるかまたは加算から除
外するものである。
本発明の実施例における整相加算部の一例を第
３図および第４図に示す。第３図は、あるエレメ
ントからの受信信号に正負符号をつけて加算する
構成の例である。アレイ形変換器１０は、幅Ｗの
エレメントELが一例に配列されて成る。各エレ
メントの信号線はそれぞれ遅延素子１−１，１−
２，…，１−ｎに接続される。ただし、焦点から
変換器に下す垂線について左右対称の位置にある
エレメントからの受信信号には同じ量の遅延をか
ければ良いので、これら対称の位置のエレメント
からの信号線同志は共通に接続されてそれぞれの
遅延素子に接続される。各遅延素子は、例えば複
数のタツプを有する遅延線から成り、タツプの選
択により遅延量を選択できる。一方、メモリ１１
には複数（この図では４種類）の焦点距離F1，
F2，F3，F4にそれぞれ対応して、各焦点位置を
実現するための各チヤネルの受信信号に与える遅
延量のデータの相が格納されている。実際のデー
タD11，D12，…，D1o，D21，D22，…，D2o，
D31，D32，…，D3o，D41，D42，…，D4oは、そ
れぞれ各遅延素子の選択すべきタツプを示すコー
ド信号の形で格納されている。送波からの時間経
過にしたがい、焦点距離F1，F2，F3，F4に対応
するデータがメモリ１１から次々と読み出され各
遅延素子のタツプ位置が読み出されたデータによ
り順次変更される。一方、各チヤネルの遅延素子
を経た受信信号は反転器２−１，…，２−ｎでそ
れぞれ極性が反転され、反転されなかつた遅延素
子出力と反転された出力の一方がセレクタ３−
１，…３−ｎでそれぞれ選択される。メモリ１１
には先に述べた遅延量のデータとともに、各焦点
位置に対応して各チヤネルのエレメントの指向性
が中央のエレメントに対して位相的に正か負か
が、例えば０，１の符号で格納されており、この
データも遅延量のデータと同時に次々と読み出さ
れることによりセレクタ３−１，…，３−ｎのそ
れぞれの選択が指定される。セレクタにより選択
された各チヤネルの受信信号は加算器で加算され
る。このように送波からの時間経過とともにF1，
F2，F3，F4と焦点距離が変更され、つまりダイ
ナミツクフオーカシングが実現されるとともに、
各点について第２図で述べた位相的に指向性が負
となるエレメントからの受信信号は極性が反転し
て加算されるため、撮像の分解能が高められる。
３図および第４図に示す。第３図は、あるエレメ
ントからの受信信号に正負符号をつけて加算する
構成の例である。アレイ形変換器１０は、幅Ｗの
エレメントELが一例に配列されて成る。各エレ
メントの信号線はそれぞれ遅延素子１−１，１−
２，…，１−ｎに接続される。ただし、焦点から
変換器に下す垂線について左右対称の位置にある
エレメントからの受信信号には同じ量の遅延をか
ければ良いので、これら対称の位置のエレメント
からの信号線同志は共通に接続されてそれぞれの
遅延素子に接続される。各遅延素子は、例えば複
数のタツプを有する遅延線から成り、タツプの選
択により遅延量を選択できる。一方、メモリ１１
には複数（この図では４種類）の焦点距離F1，
F2，F3，F4にそれぞれ対応して、各焦点位置を
実現するための各チヤネルの受信信号に与える遅
延量のデータの相が格納されている。実際のデー
タD11，D12，…，D1o，D21，D22，…，D2o，
D31，D32，…，D3o，D41，D42，…，D4oは、そ
れぞれ各遅延素子の選択すべきタツプを示すコー
ド信号の形で格納されている。送波からの時間経
過にしたがい、焦点距離F1，F2，F3，F4に対応
するデータがメモリ１１から次々と読み出され各
遅延素子のタツプ位置が読み出されたデータによ
り順次変更される。一方、各チヤネルの遅延素子
を経た受信信号は反転器２−１，…，２−ｎでそ
れぞれ極性が反転され、反転されなかつた遅延素
子出力と反転された出力の一方がセレクタ３−
１，…３−ｎでそれぞれ選択される。メモリ１１
には先に述べた遅延量のデータとともに、各焦点
位置に対応して各チヤネルのエレメントの指向性
が中央のエレメントに対して位相的に正か負か
が、例えば０，１の符号で格納されており、この
データも遅延量のデータと同時に次々と読み出さ
れることによりセレクタ３−１，…，３−ｎのそ
れぞれの選択が指定される。セレクタにより選択
された各チヤネルの受信信号は加算器で加算され
る。このように送波からの時間経過とともにF1，
F2，F3，F4と焦点距離が変更され、つまりダイ
ナミツクフオーカシングが実現されるとともに、
各点について第２図で述べた位相的に指向性が負
となるエレメントからの受信信号は極性が反転し
て加算されるため、撮像の分解能が高められる。
一方、第４図は指向性が位相的に負になるエレ
メントからの受信信号は信号加算から除外する例
を示す。各符号は第３図と同一の部分を示す。た
だし、各チヤネルのセレクタ３−１，…３−ｎの
入力は、遅延素子１−１，…１−ｎからの受信信
号、及びびグランド電位であり、メモリ１１から
読み出された制御フラグが“１”であるときには
各セレクタはグランド電位を選択し、もつて焦点
距離がF1，F2，F3，F4と順次変更されるのに応
じて各焦点における各エレメントの指向性が正に
なるエレメントからの受信信号のみが遅延素子を
介して加算器４で加算される。
メントからの受信信号は信号加算から除外する例
を示す。各符号は第３図と同一の部分を示す。た
だし、各チヤネルのセレクタ３−１，…３−ｎの
入力は、遅延素子１−１，…１−ｎからの受信信
号、及びびグランド電位であり、メモリ１１から
読み出された制御フラグが“１”であるときには
各セレクタはグランド電位を選択し、もつて焦点
距離がF1，F2，F3，F4と順次変更されるのに応
じて各焦点における各エレメントの指向性が正に
なるエレメントからの受信信号のみが遅延素子を
介して加算器４で加算される。
第５図は、本発明の効果を示したものであり、
焦点距離をｆ、使用口径をＤとしたとき、Ｗ／λ
＝3.2，ｆ／λ＝117，Ｄ／λ＝205のときの受信
ビームのビーームパターンである。実線BOは、
従来方法のビームパターンであり、符号の考なし
に各エレメントからの受信信号の加算を行なつた
ものである。破線Ｂ１は、上記の指向性が位相的
に負となるエレメントからの受信信号を整相加算
から除外したときのビームパターンであり、一点
鎖線Ｂ２は、その受信信号に負符号をつけて整相
加算したときのビームパターンである。
焦点距離をｆ、使用口径をＤとしたとき、Ｗ／λ
＝3.2，ｆ／λ＝117，Ｄ／λ＝205のときの受信
ビームのビーームパターンである。実線BOは、
従来方法のビームパターンであり、符号の考なし
に各エレメントからの受信信号の加算を行なつた
ものである。破線Ｂ１は、上記の指向性が位相的
に負となるエレメントからの受信信号を整相加算
から除外したときのビームパターンであり、一点
鎖線Ｂ２は、その受信信号に負符号をつけて整相
加算したときのビームパターンである。
本発明は、グレーテイングレベルを低下させる
ことに特に効果が大きく、BOに比して、Ｂ１の
場合は3dB、Ｂ２の場合は5dBもグレーテイング
レベルが低下されている。
ことに特に効果が大きく、BOに比して、Ｂ１の
場合は3dB、Ｂ２の場合は5dBもグレーテイング
レベルが低下されている。
撮像の分解能やＳ／Ｎ比を向上させる一般的手
段として、、ダイナミツクフオーカ法すなわち、
１回の超音波の送波に対する反射音波の受波の期
間中に反射音波の到達時間に対応させて近い受波
焦点から遠い受波焦点に次々と焦点距離を変化さ
せる方法が知られている。この方法では送波とそ
れに対する受波の各回ごとに焦点を切りかえ、各
各の回ではその焦点の近傍の深度ゾーンの撮像の
みを行う一般の可変焦点法のような撮像同期の増
大がない。したがつて、切換の制御機構の性能が
許す限り多段に焦点を切りかえることができるの
で各受波焦点の焦点深度を深くする必要がない。
そこで、従来のダイナミツクフオーカス法を用い
る装置では近距離の焦点の時も遠距離の焦点の時
と変らない大きな受波口径を採用し、その口径内
の全てのエレメントの信号に伝搬時間の補償をし
て加算していた。しかし、上記したエレメントの
幅Ｗに起因する指向性を考慮すると、整相加算に
おいて負符号をつけたり除外するエレメントを焦
点距離により変えていく必要がある。例として、
第１図及び第２図と同条件の場合について、その
様子を示したのが第６図である。Ｇ０，Ｇ２，Ｇ
２′は正符号をつけて整相加算するエレメントの
領域、Ｇ１，Ｇ１′は負符号をつけたり除外する
エレメントの領域である。
段として、、ダイナミツクフオーカ法すなわち、
１回の超音波の送波に対する反射音波の受波の期
間中に反射音波の到達時間に対応させて近い受波
焦点から遠い受波焦点に次々と焦点距離を変化さ
せる方法が知られている。この方法では送波とそ
れに対する受波の各回ごとに焦点を切りかえ、各
各の回ではその焦点の近傍の深度ゾーンの撮像の
みを行う一般の可変焦点法のような撮像同期の増
大がない。したがつて、切換の制御機構の性能が
許す限り多段に焦点を切りかえることができるの
で各受波焦点の焦点深度を深くする必要がない。
そこで、従来のダイナミツクフオーカス法を用い
る装置では近距離の焦点の時も遠距離の焦点の時
と変らない大きな受波口径を採用し、その口径内
の全てのエレメントの信号に伝搬時間の補償をし
て加算していた。しかし、上記したエレメントの
幅Ｗに起因する指向性を考慮すると、整相加算に
おいて負符号をつけたり除外するエレメントを焦
点距離により変えていく必要がある。例として、
第１図及び第２図と同条件の場合について、その
様子を示したのが第６図である。Ｇ０，Ｇ２，Ｇ
２′は正符号をつけて整相加算するエレメントの
領域、Ｇ１，Ｇ１′は負符号をつけたり除外する
エレメントの領域である。
整相加算において、中央エレメントと位相的に
同符号の指向性をもつエレメントからの信号のみ
につき加算処理を行なう方法の特別な場合とし
て、それらのエレメントのうちE0を含む一連の
エレメントすなわち第２図及び第６図における
GOのみにつき加算処理を行なう方法がある。こ
うすることにより整相加算から除外するか否かの
制御機構の簡素化がはかられる。この方法とダイ
ナミツクフオーカス法とを共に採用した場合、使
用するエレメントの数を焦点距離とともに変えて
いくことになる。第７図は、その様子を第６図と
同様に示したものである。これは、撮像深度によ
つて可変口径を行なつていることになる。しか
し、従来の可変口径法が、非ダイナミツクフオー
カス時に近距離の焦点深度をかせぎ出すことを目
的としているのに対し、本発明の可変口径法は、
エレメントの指向性に注目したものであり、むし
ろダイナミツクフオーカス時に行なうべき方法で
あるという点で全く異なる。
同符号の指向性をもつエレメントからの信号のみ
につき加算処理を行なう方法の特別な場合とし
て、それらのエレメントのうちE0を含む一連の
エレメントすなわち第２図及び第６図における
GOのみにつき加算処理を行なう方法がある。こ
うすることにより整相加算から除外するか否かの
制御機構の簡素化がはかられる。この方法とダイ
ナミツクフオーカス法とを共に採用した場合、使
用するエレメントの数を焦点距離とともに変えて
いくことになる。第７図は、その様子を第６図と
同様に示したものである。これは、撮像深度によ
つて可変口径を行なつていることになる。しか
し、従来の可変口径法が、非ダイナミツクフオー
カス時に近距離の焦点深度をかせぎ出すことを目
的としているのに対し、本発明の可変口径法は、
エレメントの指向性に注目したものであり、むし
ろダイナミツクフオーカス時に行なうべき方法で
あるという点で全く異なる。
第３図及び第４図の説明においては、受信ビー
ムを形成する目的で各エレメントからの受信信号
に相異なる遅延時間を与える方法として遅延素子
を用いる方法を例としたが、この代りにサンプリ
ング素子とメモリ素子の組合わせを用いることが
できる。この場合には、第３図のように反転器を
用いる代わりに、サンプリング時刻を超音波信号
に対して半周期ずらす方法も可能である。
ムを形成する目的で各エレメントからの受信信号
に相異なる遅延時間を与える方法として遅延素子
を用いる方法を例としたが、この代りにサンプリ
ング素子とメモリ素子の組合わせを用いることが
できる。この場合には、第３図のように反転器を
用いる代わりに、サンプリング時刻を超音波信号
に対して半周期ずらす方法も可能である。
機械的には分割された互いに隣接するｎ（≧２）
個のエレメントを電気的には遅延時間なしに結合
して、信号処理を行なう場合がある。この場合、
本説明文中のエレメント幅は、電気的なエレメン
ト幅を意味し、機械的なエレメント幅のｎ倍とな
る。
個のエレメントを電気的には遅延時間なしに結合
して、信号処理を行なう場合がある。この場合、
本説明文中のエレメント幅は、電気的なエレメン
ト幅を意味し、機械的なエレメント幅のｎ倍とな
る。
以上説明したように、本発明によれば、エレメ
ント幅が波長より大きなエレメントを用い、比較
的大きな波受口径を使用する場合、簡単な機構に
より、受波ビーム中の不要応答を低下させること
ができ、その効果大である。
ント幅が波長より大きなエレメントを用い、比較
的大きな波受口径を使用する場合、簡単な機構に
より、受波ビーム中の不要応答を低下させること
ができ、その効果大である。
第１図は、エレメントの指向特性の図、第２図
は、１つの焦点に対するアレイ上のエレメントの
指向特性をプロツトした図、第３図は、受信信号
に正負符号をつけて加算する実施例を示す図、第
４図は受信信号の加算・非加算を切換える実施例
を示す図、第５図は、受波ビームパターン改良を
示す図、第６図は、ダイナミツクフオーカスにお
ける符号付けを説明する図、第７図は、ダイナミ
ツクフオーカスにおける可変口径を説明する図で
ある。
は、１つの焦点に対するアレイ上のエレメントの
指向特性をプロツトした図、第３図は、受信信号
に正負符号をつけて加算する実施例を示す図、第
４図は受信信号の加算・非加算を切換える実施例
を示す図、第５図は、受波ビームパターン改良を
示す図、第６図は、ダイナミツクフオーカスにお
ける符号付けを説明する図、第７図は、ダイナミ
ツクフオーカスにおける可変口径を説明する図で
ある。
Claims (1)
- １ 配列した多数個のエレメントからなるアレイ
型変換器と、該アレイ型変換器のエレメント群で
受信した信号に遅延時間要素を付加して互いに加
算するフオーカスビーム形成手段と、各エレメン
トに付加する遅延時間要素量を焦点の移動に従つ
て変更するダイナミツクフオーカス方式の可変焦
点形成手段とを備えた超音波受信装置において、
前記エレメントのそれぞれの幅Ｗは使用する超音
波の波長λより大であり、かつＷとλにより定ま
る各エレメントの指向性に対応して焦点位置の指
向性が位相的に負になるエレメントからの受信信
号は上記加算から除外するように焦点の移動に従
つて使用エレメントを選択する手段を有すること
を特徴とする超音波受信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17563081A JPS5877676A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 超音波受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17563081A JPS5877676A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 超音波受信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5877676A JPS5877676A (ja) | 1983-05-11 |
| JPH0227630B2 true JPH0227630B2 (ja) | 1990-06-19 |
Family
ID=15999437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17563081A Granted JPS5877676A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 超音波受信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5877676A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104181540B (zh) * | 2014-09-05 | 2017-02-22 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束接收动态聚焦系统 |
| CN104199014B (zh) * | 2014-09-05 | 2016-06-29 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618778A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Toshiba Corp | Ultrasonic image apparatus |
-
1981
- 1981-11-04 JP JP17563081A patent/JPS5877676A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5877676A (ja) | 1983-05-11 |
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