JPH0565821B2 - - Google Patents
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- JPH0565821B2 JPH0565821B2 JP59098288A JP9828884A JPH0565821B2 JP H0565821 B2 JPH0565821 B2 JP H0565821B2 JP 59098288 A JP59098288 A JP 59098288A JP 9828884 A JP9828884 A JP 9828884A JP H0565821 B2 JPH0565821 B2 JP H0565821B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- receiver
- sound source
- ultrasonic transceiver
- transceiver
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8997—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using synthetic aperture techniques
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
- G01N29/0654—Imaging
- G01N29/069—Defect imaging, localisation and sizing using, e.g. time of flight diffraction [TOFD], synthetic aperture focusing technique [SAFT], Amplituden-Laufzeit-Ortskurven [ALOK] technique
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
- G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、超音波送受信器を走査し、この超
音波送受信器の指向角による開口を合成する超音
波検査装置に関するものである。
音波送受信器の指向角による開口を合成する超音
波検査装置に関するものである。
従来この種の超音波検査装置としては、第１図
に示すものがあつた。第１図は従来の超音波検査
装置を示すブロツク構成図である。図において、
１は被検査材、２は超音波送受信器、３は超音波
送受信器２を被検査材１上に走査される走査機
構、４は超音波送受信器２をパルス的に駆動する
ためのパルサ、５は超音波送受信器２で検出した
信号を増幅するためのレシーバ、６は、走査機構
３で決められた超音波送受信器２の位置と、レシ
ーバ５の出力信号とから開口を合成して映像情報
とするための開口合成演算装置、７は開口合成演
算装置６で得られた映像情報を表示するための表
示装置である。
に示すものがあつた。第１図は従来の超音波検査
装置を示すブロツク構成図である。図において、
１は被検査材、２は超音波送受信器、３は超音波
送受信器２を被検査材１上に走査される走査機
構、４は超音波送受信器２をパルス的に駆動する
ためのパルサ、５は超音波送受信器２で検出した
信号を増幅するためのレシーバ、６は、走査機構
３で決められた超音波送受信器２の位置と、レシ
ーバ５の出力信号とから開口を合成して映像情報
とするための開口合成演算装置、７は開口合成演
算装置６で得られた映像情報を表示するための表
示装置である。
第２図は、第１図の超音波検査装置の動作を説
明するための図、第３図は、第１図の超音波検査
装置に用いられる超音波送受信器の一例を示す図
である。
明するための図、第３図は、第１図の超音波検査
装置に用いられる超音波送受信器の一例を示す図
である。
次に、上記第１図に示す従来の超音波検査装置
の動作について説明する。被検査材１に音響的に
カツプリングされた超音波送受信器２は、走査機
構３により、第２図に示す様に走査される。超音
波送受信器２の各位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおい
て、パルサ４とレシーバ５とにより超音波が送受
信され、被検査材１の内部からのエコー、例えば
点０からのエコーが検出される。上記各位置Ａ〜
Ｅで得られるエコーは、超音波送受信器２の指向
角でカバーされる角度範囲内から生ずるエコーに
限られる。これら各位置Ａ〜Ｅでのエコーは、開
口合成演算装置６で記憶、演算が行われ、その結
果が表示装置７に表示される。開口合成演算装置
６の内容は、周知であるので詳細な説明は省略す
るが、その動作原理から、音源は点音源であるこ
とが必要であり、また、超音波送受信器２を走査
した範囲の開口が有効になるのは、上記各位置Ａ
〜Ｅでの超音波送受信器２がカバーする範囲の共
通な領域（第２図において、斜線で囲まれた領
域）である。したがつて、開口を大きくするため
には、超音波送受信器２には、指向角ができるだ
け広いものを用いる必要がある。このことは、超
音波送受信器２の径をごく小さくすることにより
実現できる。しかし、超音波送受信器２の径を小
さくすると、送信される超音波パワーが小さくな
ると共に、受信電圧も小さくなり、充分なＳ／Ｎ
比を持つた信号が得難い。この解決策のために、
第３図に示す様に、集束型の超音波送受信器２を
用い、その焦点を被検査材１の表面に置き、これ
を点音源とする方式が提案されている。この場
合、超音波送受信器２の焦点距離を短くすれば、
その指向角が広くすることができる。この方式で
は、超音波送受信器２を走査する時に、その焦点
が常に被検査材１の表面に来る様にしなければな
らない。さて、開口を大きくするためには、上記
した様に超音波送受信器２の指向角を広くした方
が良いのであるが、一方、検査対象範囲外、例え
ば第２図に示す点Ｐにエコーを発生するものであ
る場合には、開口合成演算装置６による開口合成
演算時に、そのエコーの信号も入つて来て、得ら
れる映像のＳ／Ｎ比が劣化する。
の動作について説明する。被検査材１に音響的に
カツプリングされた超音波送受信器２は、走査機
構３により、第２図に示す様に走査される。超音
波送受信器２の各位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおい
て、パルサ４とレシーバ５とにより超音波が送受
信され、被検査材１の内部からのエコー、例えば
点０からのエコーが検出される。上記各位置Ａ〜
Ｅで得られるエコーは、超音波送受信器２の指向
角でカバーされる角度範囲内から生ずるエコーに
限られる。これら各位置Ａ〜Ｅでのエコーは、開
口合成演算装置６で記憶、演算が行われ、その結
果が表示装置７に表示される。開口合成演算装置
６の内容は、周知であるので詳細な説明は省略す
るが、その動作原理から、音源は点音源であるこ
とが必要であり、また、超音波送受信器２を走査
した範囲の開口が有効になるのは、上記各位置Ａ
〜Ｅでの超音波送受信器２がカバーする範囲の共
通な領域（第２図において、斜線で囲まれた領
域）である。したがつて、開口を大きくするため
には、超音波送受信器２には、指向角ができるだ
け広いものを用いる必要がある。このことは、超
音波送受信器２の径をごく小さくすることにより
実現できる。しかし、超音波送受信器２の径を小
さくすると、送信される超音波パワーが小さくな
ると共に、受信電圧も小さくなり、充分なＳ／Ｎ
比を持つた信号が得難い。この解決策のために、
第３図に示す様に、集束型の超音波送受信器２を
用い、その焦点を被検査材１の表面に置き、これ
を点音源とする方式が提案されている。この場
合、超音波送受信器２の焦点距離を短くすれば、
その指向角が広くすることができる。この方式で
は、超音波送受信器２を走査する時に、その焦点
が常に被検査材１の表面に来る様にしなければな
らない。さて、開口を大きくするためには、上記
した様に超音波送受信器２の指向角を広くした方
が良いのであるが、一方、検査対象範囲外、例え
ば第２図に示す点Ｐにエコーを発生するものであ
る場合には、開口合成演算装置６による開口合成
演算時に、そのエコーの信号も入つて来て、得ら
れる映像のＳ／Ｎ比が劣化する。
従来の超音波検査装置は以上の様に構成されて
いるので、被検査材１に対する検査感度が低かつ
たり、超音波送受信器２の走査機構３が繁雑であ
つたりし、また、検査対象範囲の周辺にある欠陥
や境界などのエコー源によりＳ／Ｎ比が劣化する
などの欠点があつた。
いるので、被検査材１に対する検査感度が低かつ
たり、超音波送受信器２の走査機構３が繁雑であ
つたりし、また、検査対象範囲の周辺にある欠陥
や境界などのエコー源によりＳ／Ｎ比が劣化する
などの欠点があつた。
この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改
善する目的でなされたもので、超音波送受信器に
振動子アレイを用い、この振動子アレイをコント
ロールすることにより、見掛け上の点音源を作
り、検査対象範囲に応じて超音波の広がり方を制
御する様に構成し、検査感度が高く、また、検査
対象範囲外のエコーを取り込まない、Ｓ／Ｎ比の
高い超音波検査装置を提供するものである。
善する目的でなされたもので、超音波送受信器に
振動子アレイを用い、この振動子アレイをコント
ロールすることにより、見掛け上の点音源を作
り、検査対象範囲に応じて超音波の広がり方を制
御する様に構成し、検査感度が高く、また、検査
対象範囲外のエコーを取り込まない、Ｓ／Ｎ比の
高い超音波検査装置を提供するものである。
以下、この発明の実施例を図について説明す
る。第４図はこの発明の一実施例である超音波検
査装置を示すブロツク構成図、第５図ないし第７
図は、それぞれ第４図の超音波検査装置の動作を
説明するための図である。第４図において、１は
被検査材、２は振動子アレイにより構成される超
音波送受信器、３は超音波送受信器２を被検査材
１上に走査させる走査機構、４は超音波送受信器
２の各振動器子を所定の時刻に駆動するパルサ、
５は超音波送受信器２の各振動子の検出信号を
各々所定の時間だけ遅延させて加算、増幅するレ
シーバ、６は、走査機構３で決められた超音波送
受信器２の位置と、レシーバ５の出力信号とから
開口を合成して映像情報とするための開口合成演
算装置、７は開口合成演算装置６で得られた映像
情報を表示するための表示装置、８は、走査機構
３から出力される超音波送受信器２の位置情報に
より、パルサ４及びレシーバ５の時刻、時間の設
定を行うと共に、開口合成演算装置６へ作り出さ
れる点音源（後述する）の位置情報を送り出すコ
ントローラである。
る。第４図はこの発明の一実施例である超音波検
査装置を示すブロツク構成図、第５図ないし第７
図は、それぞれ第４図の超音波検査装置の動作を
説明するための図である。第４図において、１は
被検査材、２は振動子アレイにより構成される超
音波送受信器、３は超音波送受信器２を被検査材
１上に走査させる走査機構、４は超音波送受信器
２の各振動器子を所定の時刻に駆動するパルサ、
５は超音波送受信器２の各振動子の検出信号を
各々所定の時間だけ遅延させて加算、増幅するレ
シーバ、６は、走査機構３で決められた超音波送
受信器２の位置と、レシーバ５の出力信号とから
開口を合成して映像情報とするための開口合成演
算装置、７は開口合成演算装置６で得られた映像
情報を表示するための表示装置、８は、走査機構
３から出力される超音波送受信器２の位置情報に
より、パルサ４及びレシーバ５の時刻、時間の設
定を行うと共に、開口合成演算装置６へ作り出さ
れる点音源（後述する）の位置情報を送り出すコ
ントローラである。
次に、上記第４図に示すこの発明の一実施例で
ある超音波検査装置の動作について説明する。ま
ず、超音波送受信器２とパルサ４とにより点音源
を作り出す方法について述べる。第５図に示す様
に、超音波送受信器２は、2n個の振動子２１１，
……，２ｉ１，……，２ｎ１，２１２，……，２
ｎ２のアレイにより構成される。今、これらの振
動子の左側に点音源Ｆがあると仮定すると、点音
源Ｆから各振動子までの距離liは、次式によつて
与えられる。
ある超音波検査装置の動作について説明する。ま
ず、超音波送受信器２とパルサ４とにより点音源
を作り出す方法について述べる。第５図に示す様
に、超音波送受信器２は、2n個の振動子２１１，
……，２ｉ１，……，２ｎ１，２１２，……，２
ｎ２のアレイにより構成される。今、これらの振
動子の左側に点音源Ｆがあると仮定すると、点音
源Ｆから各振動子までの距離liは、次式によつて
与えられる。
ここで、ｆは点音源Ｆから振動子までの距離、
ｄは各振動子間の間隔である。
ｄは各振動子間の間隔である。
被検査材１中での音速をＣとすると、距離liを
超音波が伝播する時間tiは、 である。したがつて、超音波送受信器２に送信指
令を与えてから、時間tiだけ経過した時刻に各振
動子２ｉ１，２ｉ２を駆動すれば、見掛け上の点
音源Ｆを音源とした様な音場が得られる。この場
合の各振動子全体の指向角は、理論的にはｆの値
を小さくすれば広くなる。実際には、各振動子２
１１，……２ｎ１，２１２，……２ｎ２の寸法に
よつて制約され、この寸法を小さくする程ｆを小
さく、すなわち、各振動子全体の指向角を大きく
することができる。この時の超音波エネルギー
は、各振動子全体で決まるので、各振動子の１つ
１つを小さくしても超音波エネルギーが大幅に減
少するという損失はなくなる。また、第６図に示
す様に、点音源Ｆを超音波送受信器２の中心軸上
からずれた位置に想定して考えて見る。各振動子
を駆動する時刻を、超音波送受信器２へ送信指令
が与えられてから次の時間tiだけ経過した時刻と
することにより、点音源Ｆを音源とみなせる音場
が得られる。
超音波が伝播する時間tiは、 である。したがつて、超音波送受信器２に送信指
令を与えてから、時間tiだけ経過した時刻に各振
動子２ｉ１，２ｉ２を駆動すれば、見掛け上の点
音源Ｆを音源とした様な音場が得られる。この場
合の各振動子全体の指向角は、理論的にはｆの値
を小さくすれば広くなる。実際には、各振動子２
１１，……２ｎ１，２１２，……２ｎ２の寸法に
よつて制約され、この寸法を小さくする程ｆを小
さく、すなわち、各振動子全体の指向角を大きく
することができる。この時の超音波エネルギー
は、各振動子全体で決まるので、各振動子の１つ
１つを小さくしても超音波エネルギーが大幅に減
少するという損失はなくなる。また、第６図に示
す様に、点音源Ｆを超音波送受信器２の中心軸上
からずれた位置に想定して考えて見る。各振動子
を駆動する時刻を、超音波送受信器２へ送信指令
が与えられてから次の時間tiだけ経過した時刻と
することにより、点音源Ｆを音源とみなせる音場
が得られる。
この時、角度θを変えると、超音波の広がる方
向が変化する。
向が変化する。
以上の説明は、各振動子による送信の場合の点
音源Ｆを作ること、及び指向性のコントロールに
ついて述べたが、受信の場合は、各振動子で検出
した信号を、送信の場合と同様に時間tiだけ各々
遅延させた後、加算、合成することによつて、送
信の場合と同様の指向特性を得ることができる。
上述した説明において、各振動子の駆動時刻をず
らせたり、検出信号を遅延、加算したりする方法
は、従来よりビーム走査形の超音波診断装置で実
用にされているのと同様の方法により実現でき
る。さて、以上の様な方法により、超音波の広が
り方をコントロールできる点音源Ｆを超音波送受
信器２として用いて走査し、開口合成用データを
得る方法を、第７図にしたがつて説明する。超音
波送受信器２は、走査機構３により各位値Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄへ順次に移される。検査対象範囲をＬ
とした場合、各位置Ａ〜Ｄでの超音波の広がり方
を、第７図に示す様にコントロールすれば、すべ
ての各位置Ａ〜Ｄで検査対象範囲Ｌをカバーし、
かつこの検査対象範囲Ｌ外へ超音波が広がつてい
る程度は、上記第２図に示す従来例の場合と比べ
て非常に小さくなる。例えば、点Ｐに超音波を反
射するものがあつても、超音波は点Ｐへは及ばな
いために不要なエコーは発生せずに、このため、
検査対象範囲Ｌ内の映像へのノイズを抑えること
ができる。走査機構３により超音波送受信器２の
位置は、開口合成演算装置６と共にコントローラ
８へ送られる。コントローラ８では、あらかじめ
与えられた検査対象範囲Ｌとの関係を考慮し、
ｆ，θを決定し、パルサ４、レシーバ５へ与え
る。パルサ４、レシーバ５は、前述した様に、
ｆ，θに対応した時間tiの設定を行い、超音波送
受信器２をコントロールする。ｆ，θは、また、
開口合成演算装置６へ与えられる。開口合成演算
装置６では、超音波送受信器２の位置とｆ，θと
により、第７図に示す様な各点FA，FB，FC，FD
を算出し、この各点FA〜FDを送受信点とみなし
て開口の合成を行う。
音源Ｆを作ること、及び指向性のコントロールに
ついて述べたが、受信の場合は、各振動子で検出
した信号を、送信の場合と同様に時間tiだけ各々
遅延させた後、加算、合成することによつて、送
信の場合と同様の指向特性を得ることができる。
上述した説明において、各振動子の駆動時刻をず
らせたり、検出信号を遅延、加算したりする方法
は、従来よりビーム走査形の超音波診断装置で実
用にされているのと同様の方法により実現でき
る。さて、以上の様な方法により、超音波の広が
り方をコントロールできる点音源Ｆを超音波送受
信器２として用いて走査し、開口合成用データを
得る方法を、第７図にしたがつて説明する。超音
波送受信器２は、走査機構３により各位値Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄへ順次に移される。検査対象範囲をＬ
とした場合、各位置Ａ〜Ｄでの超音波の広がり方
を、第７図に示す様にコントロールすれば、すべ
ての各位置Ａ〜Ｄで検査対象範囲Ｌをカバーし、
かつこの検査対象範囲Ｌ外へ超音波が広がつてい
る程度は、上記第２図に示す従来例の場合と比べ
て非常に小さくなる。例えば、点Ｐに超音波を反
射するものがあつても、超音波は点Ｐへは及ばな
いために不要なエコーは発生せずに、このため、
検査対象範囲Ｌ内の映像へのノイズを抑えること
ができる。走査機構３により超音波送受信器２の
位置は、開口合成演算装置６と共にコントローラ
８へ送られる。コントローラ８では、あらかじめ
与えられた検査対象範囲Ｌとの関係を考慮し、
ｆ，θを決定し、パルサ４、レシーバ５へ与え
る。パルサ４、レシーバ５は、前述した様に、
ｆ，θに対応した時間tiの設定を行い、超音波送
受信器２をコントロールする。ｆ，θは、また、
開口合成演算装置６へ与えられる。開口合成演算
装置６では、超音波送受信器２の位置とｆ，θと
により、第７図に示す様な各点FA，FB，FC，FD
を算出し、この各点FA〜FDを送受信点とみなし
て開口の合成を行う。
この発明は以上説明した様に、超音波検査装置
において、超音波送受信器に振動子アレイを用
い、この振動子アレイをコントロールすることに
より、見掛け上の点音源を作り、検査対象範囲に
応じて超音波の広がり方を制御する様に構成した
ので、検査感度が非常に高く、また、検査対象範
囲外のエコーを取り込まない様にして、Ｓ／Ｎ比
が高く、画質劣化の少ない超音波検査装置が得ら
れるという優れた効果を奏するものである。
において、超音波送受信器に振動子アレイを用
い、この振動子アレイをコントロールすることに
より、見掛け上の点音源を作り、検査対象範囲に
応じて超音波の広がり方を制御する様に構成した
ので、検査感度が非常に高く、また、検査対象範
囲外のエコーを取り込まない様にして、Ｓ／Ｎ比
が高く、画質劣化の少ない超音波検査装置が得ら
れるという優れた効果を奏するものである。
第１図は従来の超音波検査装置を示すブロツク
構成図、第２図は、第１図の超音波検査装置の動
作を説明するための図、第３図は、第１図の超音
波検査装置に用いられる超音波送受信器の一例を
示す図、第４図はこの発明の一実施例である超音
波検査装置を示すブロツク構成図、第５図ないし
第７図は、それぞれ第４図の超音波検査装置の動
作を説明するための図である。 図において、１……被検査材、２……超音波送
受信器、３……走査機構、４……パルサ、５……
レシーバ、６……開口合成演算装置、７……表示
装置、２１１，……，２ｉ１，……，２ｎ１，２
１２，……，２ｎ２……振動子である。なお、各
図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
構成図、第２図は、第１図の超音波検査装置の動
作を説明するための図、第３図は、第１図の超音
波検査装置に用いられる超音波送受信器の一例を
示す図、第４図はこの発明の一実施例である超音
波検査装置を示すブロツク構成図、第５図ないし
第７図は、それぞれ第４図の超音波検査装置の動
作を説明するための図である。 図において、１……被検査材、２……超音波送
受信器、３……走査機構、４……パルサ、５……
レシーバ、６……開口合成演算装置、７……表示
装置、２１１，……，２ｉ１，……，２ｎ１，２
１２，……，２ｎ２……振動子である。なお、各
図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 超音波送受信器を走査し、この超音波送受信
器の指向角による開口を合成する超音波検査装置
において、前記超音波送受信器に振動子アレイを
用い、この振動子アレイをコントロールすること
により、見掛け上の点音源を作り、この点音源に
より作られる音場が検査対象範囲内を限定的に覆
う様に、前記音場を前記超音波送受信器の走査に
合わせて制御する様にしたことを特徴とする超音
波検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59098288A JPS60242365A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 超音波検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59098288A JPS60242365A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 超音波検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60242365A JPS60242365A (ja) | 1985-12-02 |
| JPH0565821B2 true JPH0565821B2 (ja) | 1993-09-20 |
Family
ID=14215736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59098288A Granted JPS60242365A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 超音波検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60242365A (ja) |
Families Citing this family (3)
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-
1984
- 1984-05-16 JP JP59098288A patent/JPS60242365A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60242365A (ja) | 1985-12-02 |
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