JPH10258052A - 波動受信装置および超音波診断装置 - Google Patents

波動受信装置および超音波診断装置

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JPH10258052A
JPH10258052A JP9063235A JP6323597A JPH10258052A JP H10258052 A JPH10258052 A JP H10258052A JP 9063235 A JP9063235 A JP 9063235A JP 6323597 A JP6323597 A JP 6323597A JP H10258052 A JPH10258052 A JP H10258052A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、音波（超音波および振動を含む）、
電磁波（電波）等の波動を受信して処理する波動受信装
置、およびその波動受信装置の１つの適用分野である超
音波診断装置に関し、走査することなく、波源の方向や
位置を検出し、あるいは従来よりも空間分解能を向上さ
せる。 【解決手段】開口ａ内に達した波動をその開口内の位置
の情報を伴って受信する受信器１０と、受信器１０で得
られた受信信号を、開口内の位置を変数とする複数種類
の重みづけ関数それぞれで重みづけ処理を行なう重み付
け処理部２０と、重み付け処理部２０における重み付け
処理により得られた複数の重み付け受信信号に基づい
て、開口ａに達した波動の伝播方向、もしくはその波動
を生成した波源の位置を求める演算を含む演算を行なう
演算部３０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音波（超音波およ
び振動を含む）、電磁波（電波）等の波動を受信して処
理する波動受信装置およびその波動受信装置の１つの適
用分野である超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、波動を受信して処理を行なう
波動受信装置が広く採用されている。超音波診断装置も
そのような波動受信装置の１つの適用分野ではあるが、
その他にも例えば、空中の飛行物体を探知するレーダ装
置、水中の魚群を探知する魚群探知機、海底の様子を探
査する海底探査機、物体内部の傷を探知する探傷装置
等、様々に適用分野が広がっている。
【０００３】ここでは、それら様々な適用分野のうちの
１つの適用分野である超音波診断装置を例に挙げて、従
来技術について説明する。超音波診断装置は、主に人体
を被検体とし、その被検体内部に超音波を送信して被検
体内の種々の組織表面等で反射した超音波を受信する過
程を、順次繰り返しながら被検体内を超音波で走査し、
その走査の過程で得られた受信信号に基づいて被検体内
の画像を表示し、これにより内臓の疾患等の病気の診断
を補助する装置である。
【０００４】図１９は、超音波診断装置を用いて、被検
体内のある一点にターゲット（超音波反射体）が存在す
る場合の、そのターゲットの像を得る様子を示す模式図
である。この超音波診断装置には、図１９（ａ）に示す
ように、所定の方向（図１９の左右方向）に配列された
多数の超音波振動子１が備えられおり、これらの超音波
振動子１が被検体の体表にあてがわれ、ある１回の超音
波送受信のタイミングでは、そのタイミングの超音波送
受信のために設定されたある開口２に含まれる複数の超
音波振動子を電気パルスで励振することにより、被検体
内に向けて超音波パルスが送信される。この超音波送信
に際し、開口２に含まれる複数の超音波振動子それぞれ
を励振するタイミングを調整しさらにそれら複数の超音
波振動子それぞれを励振する励振強度を、開口２に含ま
れる超音波振動子の配列の位置（配列順位）を変数とす
る所定の重み付け関数３に従って調整することにより、
被検体内に、指向性を持った超音波ビーム４が形成され
る。
【０００５】被検体内で反射して戻ってきた超音波は、
開口２を構成する複数の超音波振動子それぞれで受信さ
れ、それらの受信信号それぞれが重み付け関数３に従っ
てそれぞれ増幅されるとともに、被検体内に延びる超音
波ビーム４に沿う方向の超音波反射信号が強調されるよ
うに（これを、ここでは受信ビームを形成する、と称す
る。これに対し、被検体内に送信された超音波ビームを
送信ビームと称する。）、相対的に遅延されるとともに
互いに加算される。ここでは相対的に遅延して互いに加
算する処理を整相加算と称する。尚、この整相加算は広
く知られた技術であるため、詳細説明は省略する。
【０００６】このような超音波送受信の過程を、超音波
振動子１の配列方向に開口２を順次移動させながら繰り
返す。開口２を順次移動させながら超音波の送受信を繰
り返す過程を走査と称する。尚、ここでは、簡単のため
送信開口と受信開口、送信の重み付け関数と受信の重み
付け関数、送信ビームと受信ビームを特に区別せずに説
明したが、それらは、送信側と受信側とで異なっていて
もよく、送信側と受信側とでそれぞれ適切に設定され
る。
【０００７】上記の走査の過程において得られた、複数
本の受信ビームを表す信号の強度を輝度として表示する
ことにより、被検体内の画像を得ることができる。ここ
では、被検体内に唯一のターゲットが存在する場合につ
いて考察しており、超音波ビーム４（ここでは送信ビー
ムと受信ビームとの双方）が指向性を有することから、
走査の過程で設定される各開口についての受信信号の強
度は、図１９（ｂ）に示すような各値を示す。ここでは
それらの信号強度分布をビームプロファイルと称する。
【０００８】図１９（ｃ）は、このような信号強度分布
を持つ受信信号を輝度であらわした画像（ターゲット
像）である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のターゲット像の
寸法が小さいほど超音波診断装置の分解能が良好である
ことになるが、通常、このターゲット像の寸法は、ター
ゲット５自体の寸法と比べかなり大きく広がっている。
従来、このターゲット像の寸法を決定づける受信信号の
強度分布（ビームプロファイル）は、開口２の寸法と、
重み付け関数３と、送受信される超音波の波長λとで決
まってしまい、従来これらの要素を最適に設定するよう
工夫がなされてきたもの、それ以上の分解能の改善には
限界があった。
【００１０】また、従来、ターゲット５の位置を求める
場合、被検体を走査して受信信号強度のピーク位置を求
めることによって始めて、そのターゲット５の、超音波
振動子１の配列方向の位置を求めることが可能であり、
例えば図１９（ａ）に示す開口２のようにターゲット５
から偏倚した超音波ビーム４によっては、そのターゲッ
ト５からの反射超音波によって仮に十分な信号強度の受
信信号が得られたとしても、その１回の超音波送受信に
よってはターゲット５の変位もしくは方向（角度）を求
めることは不可能であった。
【００１１】さらに、上記のターゲットの位置の検出に
関し、走査の際に順次設定される開口の間隔が粗く、例
えば図１９（ａ）の左右方向について飛び飛びにしか開
口が設定されないと、真のピーク位置を検出することが
できず、ターゲットの位置の検出精度が低下する結果と
なる。一方、ターゲットの十分な位置検出精度を得るた
めに開口を細かく設定すると、超音波送受信を、その細
かく設定された開口の数に対応した回数だけ多数回行な
う必要があり、被検体を一回走査するのに長時間を要
し、フレームレートが低下するという問題がある。
【００１２】ここでは超音波診断装置を取り挙げて説明
したが、これらの問題点は超音波診断装置に限られるも
のではなく、波動を受信してターゲットの位置等を検出
する装置全てに共通する問題である。さらに波動を反射
するターゲットを対象とする場合のみでなく、音波や電
波等の波動を自らが発生するターゲットの位置等を検出
する装置にも共通する問題である。
【００１３】本発明は、上記事情に鑑み、ターゲットの
方向や位置を走査することなく検出し、あるいは従来よ
りも空間分解能を向上させることのできる波動受信装
置、およびその波動受信装置の１つの適用分野としての
超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の波動受
信装置の原理説明図である。本発明の波動受信装置に
は、受信部１０、重み付け処理部２０、および演算部３
０が備えられている。受信部１０は、所定の開口ａに達
した波動をその開口内部の位置の情報を伴って受信する
部分である。波動の受信にあたっては、複数の受信素子
を配列しておき、それら複数の受信素子の配列順位によ
りその開口内の位置の情報を得てもよく、あるいは、例
えば１つの受信素子をその開口内で順次移動させながら
波動を受信し、その受信素子の移動位置によってその開
口内の位置の情報を得てもよい。また、開口内の位置情
報として、例えば複数の受信素子を一次元的に配列して
おき、その配列順位に応じた一次元的な位置情報を得て
もよく、複数の受信素子を二次元的に配列しておき、そ
れら複数の受信素子の二次元的な配列順位に応じた二次
元的な位置情報を得てもよい。
【００１５】また、重み付け処理部２０は、受信器１０
で得られた受信信号を、開口ａ内の位置を変数とする複
数種類の重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なう
部分である。これら複数種類の重み付け関数は、特定の
重み付け関数に限定されるものではないが、全くランダ
ムに選択された複数種類の重み付け関数であってよい訳
でもない。重み付け処理部２０では、以下において説明
する演算部３０で波動の伝播方向、ないしその波動を生
成した波源の位置を求めることができる関係にある複数
の重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なう必要が
ある。具体的には、重み付け処理部２０では、例えば、
開口内の位置を変数とする偶関数および奇関数それぞれ
で重み付け処理を行なうことができ、あるいは、重み付
け処理部２０では、開口内の位置を変数とする第１の関
数、およびその第１の関数がその変数でｎ階微分（ｎは
１以上の正の整数）された第２の関数それぞれで重み付
け処理を行なうことができる。
【００１６】重み付け処理において採用される偶関数お
よび奇関数の例としては、それぞれ、例えば開口の中央
からみて左右対象な矩形関数（図４参照）と、開口の中
央を境として左右で符号の異なる矩形関数（図６参照）
を挙げることができる。また、重み付け処理において採
用される第１の関数としては、開口の中央で最大値を有
し開口の両端に向けて値が減少し開口の両端で値が零と
なる三角形関数（図１０（ａ）参照）、開口の中央で最
大値を有するガウス関数、開口の中央で最大値を有する
レイズドコサイン関数あるいはオフセットレイズドコサ
イン関数、第２の関数としてそれらの関数を１階微分な
いし２階微分した関数を挙げることができる。
【００１７】また、図１の演算部３０は、重み付け処理
部２０における重み付け処理により得られた複数の重み
付け受信信号に基づいて、上記開口に達した波動の伝播
方向、もしくはその波動を生成した波源の位置を求める
演算を含む演算を行なう部分である。ここで、波源は、
その波源に向かってきた波動を反射することにより開口
に向かって伝播する波動を生成するものであってもよ
く、あるいはその波源自体が波動を発生するものであっ
てもよい。
【００１８】この波動の伝播方向もしくは波源の位置を
求めるにあっては、演算部３０では、例えば、上記複数
の重み付け受信信号どうしの比を求める演算が行なわれ
るれる。また、上記演算部３０は、上記複数の重み付け
受信信号のうちの１つの重み付け受信信号により得られ
る受信視野角よりも狭い受信視野角を得る演算を含む演
算を行なうものであることが好ましい。
【００１９】図２は、本発明の波動受信装置の受信部の
一実施形態の説明図である。この実施形態における受信
部は、図２に示すように、空間的に相互に一部分どうし
が重複することが許容された、位置が順次に異なる複数
の開口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｎについて、時間的に
順次もしくは同時に、これら複数の開口内に達した波動
を受信するものである。このとき、重み付け処理部２０
では、複数の開口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｎそれぞれ
で得られた複数の受信信号それぞれについて、複数種類
の重み付け関数それぞれで重み付け処理が行なわれ、演
算部３０では、複数の開口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｎ
それぞれについて、各開口に達した波動の伝播方向、も
しくはその波動を生成した波源の位置を求める演算を含
む演算を行なうとともに、それら複数の開口ａ１，ａ
２，ａ３，…，ａｎについて得られた演算結果に基づく
画像をあらわす画像信号が生成される。
【００２０】この場合に、演算部３０で生成された画像
信号に基づく画像を表示する画像表示部４０を備えるこ
とが好ましい。また、本発明の波動受信装置において、
受信部１０は、空間的に相互に一部分どうしが重複する
ことが許容された、位置が順次に異なる複数の開口につ
いて、時間的に順次もしくは同時に、これら複数の開口
内に達した波動を受信するものであり、重み付け処理部
２０が、上記複数の開口それぞれで得られた複数の受信
信号それぞれについて、複数種類の重み付け関数それぞ
れで重み付け処理を行なうものであり、さらに演算部３
０が、上記複数の開口それぞれについて、各開口に達し
た波動の伝播方向、もしくはその波動を生成した波源の
位置を求める演算を含む演算を行なうとともに、隣接す
る２つの開口の中間位置に開口を設定したときのその中
間位置の開口に達した波動を所定の受信視野角で受信し
たときの受信信号に相当する補間信号を生成するもので
あることも好ましい形態である。
【００２１】本発明の波動受信装置において、受信部１
０では、例えば、超音波を含むとともに、被伝播体内を
伝播してきた振動を含む音波、および空間を伝播してき
た電磁波の範疇に含まれるいずれかの波動が受信され
る。図３は、本発明の超音波診断装置の原理説明図であ
る。本発明の超音波診断装置は、被検体内に送信されそ
の被検体内で反射して戻ってきた超音波を、所定の配列
方向に配列された複数の超音波振動子のうちの、設定さ
れた開口内の複数の超音波振動子で受信して受信信号を
得る過程を、その開口を上記配列方向に順次移動しなが
ら複数回繰り返し、その過程を複数回繰り返す間に得ら
れた受信信号に基づいて被検体内の画像をあらわす画像
信号を得、その画像信号に基づく画像を表示する超音波
診断装置において、設定された開口ａに達した超音波
を、その開口内の複数の超音波振動子１で受信して受信
信号を得る受信部１１と、受信部１１で得られた受信信
号を、開口内の複数の超音波振動子１の配列順位を変数
とする複数種類の重み付け関数それぞれで重み付け処理
を行なう重み付け処理部２１と、重み付け処理部２１に
おける重み付け処理により得られた複数の重み付け受信
信号に基づいて、開口ａからみた、被検体内の超音波反
射源の方向もしくは位置を求める演算を含む演算を行な
うとともに、上記過程を繰り返す間に得られた演算結果
に基づいて、被検体内の画像をあらわす画像信号を生成
する演算部３１と、演算部３１で得られた画像信号に基
づく画像を表示する画像表示部４１とを備えたことを特
徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、先ず、本発明の波動受信装
置の１つの適用分野である超音波診断装置を中心に、本
発明の実施形態について説明する。ここでは、先ず、一
回の超音波送受信のみで超音波ビームの方向に対するタ
ーゲット（超音波反射体）の変位ないし方向（角度）
（図１９参照）を検出する方法について説明する。
【００２３】図４は、重み付け関数の一例を示す図、図
５は、図４に示す重み付け関数を用いたときのビームプ
ロファイルを示す図である。ここでは、図４に示すよう
に受信開口の中央からみて左右対象の矩形関数を考え
る。超音波の開口の重み付け関数と、その重み付け関数
に従って重み付けを行ない、さらに整相加算を行なうこ
とによって得られる受信ビームのビームプロファイル
は、互いにフーリエ変換対の関係にある。したがって図
４に示す矩形関数を重み付け関数として用いたときのビ
ームプロファイルは下記（１）式で示されるｓｉｎｃ関
数Ｃ（θ）であらわされ、その関数形状は図５のように
あらわされる。
【００２４】
【数１】
【００２５】 θ；受信ビームの延びる方向に対するターゲットの方位 Ａ；ターゲットでの超音波反射強度 ａ；開口幅 λ；超音波の波長 ……（１） 図６は、重み付け関数のもう１つの例を示す図、図７
は、図６に示す重み付け関数を用いたときの受信ビーム
のビームプロファイルを示す図である。
【００２６】ここでは、図６に示す、開口の中央を境に
左右で符号が異なる矩形関数を考える。この図６に示す
関数を重み付け関数として用いたときのビームプロファ
イルは、下記（２）式で示される関数Ｓ（θ）で表さ
れ、その関数形状は図７のようにあらわされる。
【００２７】
【数２】
【００２８】一回の超音波送受信で得られた受信信号
を、図４に示す重み付け関数と図６に示す重み付け関数
で別々に重み付け処理を行ない、その結果得られた、
（１）式，（２）式であらわされる２つの重み付け受信
信号の比をとると、下記（３），（４）式に示すよう
に、ターゲットの反射強度Ａには依存せず受信ビームの
方向に対するターゲットの方位θだけに依存する値φ
（θ）を得ることができる。
【００２９】
【数３】
【００３０】このように、例えば図４に示す形状の重み
付け関数と図６に示す形状の重み付け関数を別々に用い
て受信信号を重み付けし、それらにより得られた２つの
重み付け受信信号どうしの比を求めることによって、受
信ビームに対するターゲットの方位、すなわち、本発明
にいう波動の伝播方向を求めることができる。次に、開
口幅ａと、超音波の波長λと、１つの重み付け関数とで
決まるビームプロファイルにより規定される分解能より
も高い分解能を得る方法について説明する。
【００３１】図８は、高い分解能を得る方法の説明図で
ある。（１）式を変形すると、
【００３２】
【数４】
【００３３】となる。この（５）式に、図４に示す重み
付け関数で重み付け処理をして得られた重み付け受信信
号の振幅Ｃと、（１）式と（２）式との比を求めること
により得られたターゲットの方位θをあらわす関数φ
（θ）を代入すると、ターゲットの反射強度Ａを求める
ことができる。このようにして、（４）式によるターゲ
ットの方位θと、（５）式によるターゲットの反射強度
Ａとの双方を求めることができる。
【００３４】そこで、これらターゲットの方位θと反射
強度Ａを、ビームプロファイルをあらわす関数（ここで
は、（１）式のｓｉｎｃ関数Ｃ（θ））よりも細いビー
ムプロファイルを達成する関数ｇ（θ，Ａ）に代入する
ことにより、図４に示す一様な重み付け関数を用いて重
み付け処理することにより得られるビームプロファイル
Ｃ（θ）よりも径の細いビームプロファイルｇ（θ，
Ａ）で受信したときの受信信号と等価な信号を得ること
ができる。
【００３５】例えば、関数ｇ（θ，Ａ）として、下記
（６）式に示す関数を採用すると、（１）式に示すビー
ムプロファイルＣ（θ）の半分の径のビームプロファイ
ルを得ることができ、換言すると２倍の分解能を得るこ
とができる。
【００３６】
【数５】
【００３７】超音波診断装置では、従来より、超音波の
送信タイミングから受信タイミングまでの時間間隔によ
り、ターゲットの、開口からの距離を知ることができ、
また、本実施形態によれば１回の超音波送受信によって
ターゲットの方位を知ることができ、したがって十分な
振幅の受信信号が得られる限りにおいてターゲットの方
位のみでなく、被検体内のターゲットの位置を同定する
ことができる。したがって超音波ビームを実際に送受信
することにより得られた受信信号に基づいて、演算処理
により、その超音波ビームを実際に送受信した開口とは
少しずれた開口、例えば隣接する２つの開口の中間に位
置する開口で超音波ビームを送受信したときの受信信号
に相当する補間信号を得ることも可能である。このよう
な補間信号を生成することにより、分解能を犠牲にする
ことなく、走査に要する時間を短縮してフレームレート
を向上させることができる。
【００３８】以下、各種の重み付け関数対について例示
する。図９は、重み付け関数対の第１例を示す図であ
る。図９は、図４〜図７を参照して説明したときの重み
付け関数対であり、図９（ａ）は、開口の中央を境に左
右対称な矩形の偶関数の重み付け関数であり、、図９
（ｂ）は、左右で符号を反転させた奇関数の重み付け関
数であり、それぞれで得られた受信信号の比を取ること
によって、ビーム方向に対するターゲットの方位に依存
する値を得ることができる。
【００３９】尚、ビームを形成する開口に２つの重み付
け関数を与えるについては、２つの重み付け関数を送信
開口に与えても受信開口に与えても基本的には同じ効果
を得ることができるが、送信開口に与えた場合は二回の
超音波の送信が必要であるのに対し、受信開口に与える
と一回の超音波の送信で済むという長所がある。また送
信側では高電圧を取り扱うため送信開口に与えるのは受
信開口に与えるよりも技術的にかなり大変であり、さら
に送信開口に与えると、被検体内で超音波が乱されるた
めその効果が減殺される結果となる。したがってフレー
ムレートを向上させる観点、技術上の観点、およびその
効果の程度の観点のいずれからも受信開口に２つの重み
付け関数を与える方が好ましい。
【００４０】図１０は、重み付け関数対の第２例を示す
図である。図１０（ａ）は、開口の中央で最大となり開
口の両端に向けて減少し開口の両端でゼロとなる三角形
関数であり、図１０（ｂ）は開口の中央を境に左右で符
号の異なる矩形関数である。図１０（ｂ）は、図１０
（ａ）を一階微分した形状になっている。
【００４１】前述したように、超音波の開口の重み付け
関数と、それによる遠距離（もしくは焦点付近）におけ
るビームプロファイル関数は、互いにフーリエ変換対と
なる関係にあることが知られている。そこで、図１０
（ａ）の重み付け関数をｆ（ｘ）とした場合、それによ
るビームプロファイル関数はｆ（ｘ）をフーリエ変換し
たＦ（ｗ）となる。ここでｗは、ターゲットのビーム方
向に対する変位である。
【００４２】また、関数ｆ（ｘ）を一階微分した関数
ｆ’（ｘ）のフーリエ変換はｊｗ・Ｆ（ｗ）（ｊは、虚
数単位）で与えられることが知られているため、図１０
（ｂ）のビームプロファイル関数はｊｗ・Ｆ（ｗ）で与
えられる。したがって、図１０（ｂ）による受信信号と
図１０（ａ）による受信信号の比を求めることにより、
変位ｗを直接求めることができる。
【００４３】図１１は、重み付け関数対の第３例を示す
図である。図１１（ａ）と図１１（ｂ）の関係は、第２
の例と同様に、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）を一階微
分した形状になっている。図１１（ａ）の好適な関数と
して、ガウス関数、レイズドコサイン、オフセットレイ
ズドコサイン等が挙げられる。
【００４４】図１２は、重み付け関数対の第４例を示す
図である。図１２（ａ）と図１２（ｂ）の関係は、図１
２（ｂ）は、図１２（ａ）を二階微分した形状になって
いる。図１２（ｂ）のビームプロファイルは関数−ｗ2
・Ｆ（ｗ）で与えられる。したがって、図１２（ｂ）に
よる受信信号と図１２（ａ）による受信信号の比を求め
ることにより、ｗ2 が求まりその平方根を求めることに
よって変位ｗを求めることができる。
【００４５】図１３は、本発明の超音波診断装置の第１
実施形態を示すブロック図である。この実施形態は開口
幅と超音波の波長と重み付け関数とで決まるビームプロ
ファイルによる分解能よりも高い分解能を得る具体的回
路構成を示すものである。ここでは、図示および説明の
簡単のため、この図１３、および後述する実施形態を示
す各図には、配列された多数の超音波振動子のうち、１
つの開口を構成する超音波振動子のみが示されている。
【００４６】図示しない超音波送信回路により超音波振
動子１０１から被検体内に向けて超音波が送信され、被
検体内で反射した超音波はこれらの超音波振動子１０１
で受信される。超音波振動子１０１で得られた超音波信
号は、２系統に分けられ、それぞれ各重み付け回路１０
２＿１，１０２＿２において、重み付け関数対を構成す
る各重み付け関数に従って振幅調整される。振幅調整さ
れた受信信号は、各ビームフォーマ１０３＿１，１０３
＿２によりそれぞれ超音波信号の整相加算が行なわれ、
その後、各検波回路１０４＿１，１０４＿２においてそ
れぞれ包絡線検波されることにより、走査線信号Ｃと走
査線信号Ｓを得る。これらの走査線信号対はターゲット
の変位および反射強度を検出する変位・強度検出回路１
０５において変位ｗと反射強度Ａが求められ、ビームプ
ロファイル変換回路１０６により径の細いビームプロフ
ァイル関数に従う新たな走査線信号を得る。この新たな
走査線信号はＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏ
ｎｖｅｒｔｅｒ）１０７に入力され走査線間の補間が行
なわれてＣＲＴ１０８で表示される。
【００４７】図１４は、本発明の超音波診断装置の第２
実施形態を示すブロック図である。図１３に示す第１実
施形態との相違点について説明する。この図１３に示す
実施形態では、変位・強度検出回路１０５の前段側にＤ
ＳＣ１０７＿１，１０７＿２が配置され、それらのＤＳ
Ｃ１０７＿１，１０７＿２によりそれぞれ走査線補間が
行なわれた後の信号に基いてターゲットの変位および反
射強度が検出される。
【００４８】この実施形態は、図９に重み付け関数対を
使用する時に好適な回路構成を示すものである。図１５
は、本発明の超音波診断装置の第３実施形態の部分ブロ
ック図である。配列された超音波振動子１０１のうち、
上半分に配列された超音波振動子で得られた超音波信号
はビームフォーマ１０３ａに入力されて整相加算され、
下半分に配列された超音波振動子で得られた超音波信号
はビームフォーマ１０３ｂに入力されて整相加算され
る。
【００４９】ビームフォーマ１０３ａで整相加算された
後の受信信号は信号反転回路１０９により反転された後
加算器１１０＿１に入力される。また、このビームフォ
ーマ１０３ａで整相加算された後の受信信号は、そのま
まもう１つの加算器１１０＿２に入力される。さらに、
もう１つのビームフォーマ１０３ｂで整相加算された後
の受信信号は、そのまま、２つの加算器１１０＿１，１
１０＿２にそれぞれ入力される。２つの加算器１１０＿
１，１１０＿２では、それぞれに入力された各２つの受
信信号が加算され、それぞれ各検波回路１０４＿１，１
０４＿２に入力される。その後の処理は、図１３もしく
は図１４に示す実施形態の場合と同様である。
【００５０】ここで、図１５に示す２つのビームフォー
マ１０３ａ，１０３ｂは、配列された超音波振動子１０
１の上半分、下半分に対応しており、したがって回路規
模としては、それら双方のビームフォーマ１０３ａ，１
０３ｂを合わせたものが、図１３もしくは図１４に示す
２系統のビームフォーマ１０３＿１，１０３＿２のうち
の１つ分に相当する。
【００５１】したがってこの実施形態の場合、ビームフ
ォーマを２系統分用意する必要がなく、図１３ないし図
１４に示す実施形態と比べ大幅なコストダウンが実現で
きる。以上は、本発明の波動受信装置のうちの超音波診
断装置の各種実施形態であるが、本発明の波動受信装置
は超音波診断装置以外の装置にも適用可能である。以
下、本発明の波動受信装置を超音波診断装置以外の装置
に適用した例について説明する。
【００５２】航空機、船舶等を探知するために、地上、
機上、陸上等に設置されるレーダにおいて、特に、送信
局と受信局を分離して設置するバイスタテイック・レー
ダ装置というものがある。本装置は、送信ビームと受信
ビームの交差する空間エリアの中に依存する目標を検知
するものである。図１６は、送信局Ｔから送信ビーム２
０１を放射し、ターゲットからの反射波を受信局Ｒで受
信している様子を示す模式図である。
【００５３】従来より、送信エネルギーを有効に利用し
て空間を探索するために、送信ビームの送信エネルギー
の伝播に応じて受信ビームを高速に走査する「パルス・
チョイス」と呼ばれる方式がある。図１６に示すよう
に、受信局Ｒで同一時刻に受信される目標位置の軌跡は
送信局と受信局を焦点とする楕円０v となる。送信ビー
ム２０１がこの楕円０v を横切る点を点Ａ，Ｂとする
と、送信ビーム照射エリア内を洩れなく探索するには、
受信ビーム幅はこの２点Ａ，Ｂを見込む角以上に広げて
おく必要がある。したがって、送信ビーム２０１を広げ
た場合、受信ビーム２０２もそれに対応するビーム径に
拡げる必要があり、目標分解能や位置精度の劣化を引き
起こすという問題がおこる。
【００５４】そこで、このレーダ装置に本発明の波動受
信装置を適用することを考える。図１７は、本発明の波
動受信装置が適用されたレーダ装置の構成を示すブロッ
ク図である。送信器２１１は、送信ビーム制御器２１２
の制御を受けて、送信アンテナ２１３から所定の送信ビ
ーム送信する。ターゲット２１０で反射した反射波は、
受信アンテナ２１４に達し、この受信アンテナ２１４で
受信される。この受信アンテナ２１４は、図示のｘ方向
に複数に分割されており、それぞれで受信信号が得られ
る。これらの受信信号は、２つの重み付け回路２１５＿
１，２１５＿２において、重み付け関数対を構成する各
重み付け関数に従って重み付け処理され、それぞれビー
ムフォーマ２１６＿１，２１６＿２に入力されて整相加
算される。その整相加算の際、受信ビーム制御器２１７
は、送信ビーム制御器２１２から、送信ビームの送信タ
イミング、送信方向等の情報を入手し、その送信ビーム
に応じた方向に受信ビームが形成されるようにビームフ
ォーマ２１６＿１，２１６＿２による整相加算を制御す
る。
【００５５】各ビームフォーマ２１６＿１，２１６＿２
によりそれぞれ整相加算されることにより得られた各信
号は各検波回路２１８＿１，２１８＿２に入力されてそ
れぞれ包絡線検波され、走査線信号Ｃと走査線信号Ｓを
得る。これらの走査線信号Ｓ，Ｃは変位検出回路２１９
に入力され、受信ビームからのターゲット２１０の変位
もしくは方位が求められる。この変位検出回路２１９で
得られた、ターゲット２１０の、受信ビームからの変位
の情報、すなわち、ターゲットの位置情報は表示器２２
０に入力され、その表示器２２０にターゲットの位置が
表示される。
【００５６】図１８は、図１７に示すレーダ装置の効果
説明図である。図１７に示す構成により、例えば受信ビ
ーム２０２の方向Ｐに対するターゲットＴｇの方位角θ
ｄを知ることができ、送受信局間の距離と反射波の到達
時刻で決まる楕円上の目標物Ｔｇｔが存在する点を精確
に特定することができる。したがって、広い空間エリア
を洩れなく探索するために送信ビーム幅および受信ビー
ム幅を広くとっても、目標分解能や位置精度を劣化させ
ずにターゲットの位置を高精度に特定することができ
る。
【００５７】ここでは、超音波診断装置とレーダ装置を
取りあげて説明したが、本発明の波動受信装置は、これ
らの他にも、例えば海中の魚群を探知する魚群探知機、
工業的に利用される物体の内部の傷を検知する探傷装置
等にも適用可能であり、その他例えば地震の震源地の特
定等にも適用できる可能性もある。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来できなかった、任意の位置における所定開口による
一回の受信でターゲットの方位ないし変位を検出するこ
とができ、更に、従来よりも、高い分解能を得たり、実
際に受信していない開口に対応する受信信号に相当する
信号を演算処理により生成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波動受信装置の原理説明図である。
【図２】本発明の波動受信装置の受信部の一実施形態の
説明図である。
【図３】本発明の超音波診断装置の原理説明図である。
【図４】重み付け関数の一例を示す図である。
【図５】図４に示す重み付け関数を用いたときのビーム
プロファイルを示す図である。
【図６】重み付け関数のもう１つの例を示す図である。
【図７】図６に示す重み付け関数を用いたときの受信ビ
ームのビームプロファイルを示す図である。
【図８】高い分解能を得る方法の説明図である。
【図９】重み付け関数対の第１例を示す図である。
【図１０】重み付け関数対の第２例を示す図である。
【図１１】重み付け関数対の第３例を示す図である。
【図１２】重み付け関数対の第４例を示す図である。
【図１３】本発明の超音波診断装置の第１実施形態を示
すブロック図である。
【図１４】本発明の超音波診断装置の第２実施形態を示
すブロック図である。
【図１５】本発明の超音波診断装置の第３実施形態の部
分ブロック図である。
【図１６】送信局から送信ビームを放射し、ターゲット
からの反射波を受信局で受信している様子を示す模式図
である。
【図１７】本発明の波動受信装置が適用されたレーダ装
置の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１７に示すレーダ装置の効果説明図であ
る。
【図１９】超音波診断装置を用いて、被検体内のある一
点にターゲット（超音波反射体）が存在する場合のその
ターゲットの像を得る様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 超音波振動子 １０，１１ 受信部 ２０，２１ 重み付け処理部 ３０，３１ 演算部 ４０，４１ 画像表示部 １０１ 超音波振動子 １０２＿１，１０２＿２ 重み付け回路 １０３＿１，１０３＿２，１０３ａ，１０３ｂ ビーム
フォーマ １０４＿１，１０４＿２ 検波回路 １０５ 変位・強度検出回路 １０６ ビームプロファイル変換回路 １０７，１０７＿１，１０７＿２ ＤＳＣ １０８ ＣＲＴ １０９ 信号反転回路 １１０＿１，１１０＿２ 加算器 ２１０ ターゲット ２１１ 送信器 ２１２ 送信ビーム制御器 ２１３ 送信アンテナ ２１４ 受信アンテナ ２１５＿１，２１５＿２ 重み付け回路 ２１６＿１，２１６＿２ ビームフォーマ ２１７ 受信ビーム制御器 ２１８＿１，２１８＿２ 検波回路 ２１９ 変位検出回路 ２２０ 表示器

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の開口内に達した波動を該開口内の
    位置の情報を伴って受信する受信器と、 該受信器で得られた受信信号を、前記開口内の位置を変
    数とする複数種類の重みづけ関数それぞれで重みづけ処
    理を行なう重み付け処理部と、 該重み付け処理部における重み付け処理により得られた
    複数の重み付け受信信号に基づいて、前記開口に達した
    波動の伝播方向、もしくは該波動を生成した波源の位置
    を求める演算を含む演算を行なう演算部とを備えたこと
    を特徴とする波動受信装置。
  2. 【請求項２】 前記重み付け処理部が、前記開口内の位
    置を変数とする偶関数および奇関数それぞれで重み付け
    処理を行なうものであることを特徴とする請求項１記載
    の波動受信装置。
  3. 【請求項３】 前記重み付け処理部が、前記開口内の位
    置を変数とする第１の関数、および該第１の関数が該変
    数でｎ階微分（ｎは１以上の正の整数）された第２の関
    数それぞれで重み付け処理を行なうものであることを特
    徴とする波動受信装置。
  4. 【請求項４】 前記演算部が、前記複数の重み付け受信
    信号どうしの比を求める演算を含む演算を行なうもので
    あることを特徴とする請求項１記載の波動受信装置。
  5. 【請求項５】 前記演算部が、前記複数の重み付け受信
    信号のうちの１つの重み付け受信信号により得られる受
    信視野角よりも狭い受信視野角を得る演算を含む演算を
    行なうものであることを特徴とする請求項１記載の波動
    受信装置。
  6. 【請求項６】 前記受信部が、空間的に相互に一部分ど
    うしが重複することが許容された、位置が順次に異なる
    複数の開口について、時間的に順次もしくは同時に、こ
    れら複数の開口内に達した波動を受信するものであり、 前記重み付け処理部が、前記複数の開口それぞれで得ら
    れた複数の受信信号それぞれについて、前記複数種類の
    重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なうものであ
    り、さらに前記演算部が、前記複数の開口それぞれにつ
    いて、各開口に達した波動の伝播方向、もしくは該波動
    を生成した波源の位置を求める演算を含む演算を行なう
    とともに、前記複数の開口について得られた演算結果に
    基づく画像をあらわす画像信号を生成するものであるこ
    とを特徴とする請求項１記載の波動受信装置。
  7. 【請求項７】 前記演算部で生成された画像信号に基づ
    く画像を表示する画像表示部を備えたことを特徴とする
    請求項６記載の波動受信装置。
  8. 【請求項８】 前記受信部が、空間的に相互に一部分ど
    うしが重複することが許容された、位置が順次に異なる
    複数の開口について、時間的に順次もしくは同時に、こ
    れら複数の開口内に達した波動を受信するものであり、 前記重み付け処理部が、前記複数の開口それぞれで得ら
    れた複数の受信信号それぞれについて、前記複数種類の
    重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なうものであ
    り、さらに前記演算部が、前記複数の開口それぞれにつ
    いて、各開口に達した波動の伝播方向、もしくは該波動
    を生成した波源の位置を求める演算を含む演算を行なう
    とともに、隣接する２つの開口の中間位置に開口を設定
    したときの該中間位置の開口に達した波動を所定の受信
    視野角で受信したときの受信信号に相当する補間信号を
    生成するものであることを特徴とする請求項１記載の波
    動受信装置。
  9. 【請求項９】 前記受信器が、超音波を含むとともに、
    被伝播体内を伝播してきた振動を含む音波、および空間
    を伝播してきた電磁波の範疇に含まれるいずれかの波動
    を受信するものであることを特徴とする請求項１記載の
    波動受信装置。
  10. 【請求項１０】 被検体内に送信され該被検体内で反射
    して戻ってきた超音波を、所定の配列方向に配列された
    複数の超音波振動子のうちの、設定された開口内の複数
    の超音波振動子で受信して受信信号を得る過程を、該開
    口を前記配列方向に順次移動しながら複数回繰り返し、
    該過程を複数回繰り返す間に得られた受信信号に基づい
    て前記被検体内の画像をあらわす画像信号を得、該画像
    信号に基づく画像を表示する超音波診断装置において、 設定された開口内に達した超音波を、該開口内の複数の
    超音波振動子で受信して受信信号を得る受信部と、 該受信部で得られた受信信号を、前記開口内の複数の超
    音波振動子の配列順位を変数とする複数種類の重み付け
    関数それぞれで重み付け処理を行なう重み付け処理部
    と、 該重み付け処理部における重み付け処理により得られた
    複数の重み付け受信信号に基づいて、前記被検体内の超
    音波反射源の方向もしくは位置を求める演算を含む演算
    を行なうとともに、前記過程を繰り返す間に得られた演
    算結果に基づいて、前記被検体内の画像をあらわす画像
    信号を生成する演算部と、 該演算部で得られた画像信号に基づく画像を表示する画
    像表示部とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
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