DE102023204135A1

DE102023204135A1 - Ultraschallmessvorrichtung, verfahren, programm und aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE102023204135A1
Application number: DE102023204135.9A
Authority: DE
Inventors: Taiichiro IDA
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2023-05-04
Publication date: 2024-01-18
Also published as: US20240019295A1; JP2024011846A; CN117406203A

Abstract

Eine Ultraschallmessvorrichtung umfasst eine Linse, einen Ultraschallmessabschnitt, einen Ultraschallbestimmungsabschnitt und einen Linsenbewegungsabschnitt. Die Linse empfängt eine Ultraschallwelle, die von einem Messziel ausgegeben wird. Der Ultraschallmessabschnitt misst die von der Linse empfangene Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit. Der Ultraschallbestimmungsabschnitt bestimmt, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde. Der Linsenbewegungsabschnitt bewegt die Linse so, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt enthalten ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ultraschallmessung.
(Beschreibung des Stands der Technik)
Es sind herkömmlicherweise Techniken zum Messen einer reflektierten Welle, die durch Anlegen einer Ultraschallwelle an ein Messziel erzeugt wird, bekannt (siehe zum Beispiel die japanischen Patentanmeldungen Nr. 2013-055984 und H07-229705 ) und Techniken zum Messen einer optoakustischen Welle, die durch Anlegen von gepulstem Licht an ein Messziel erzeugt wird (siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldung Nr. 2018-008040 ).
Es sind auch Techniken zum Messen einer optoakustischen Welle mit einer akustischen Linse bekannt, um die Position des Brennpunkts der akustischen Linse anzuzeigen (siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldung Nr. 2020-156737 ).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Selbst wenn die Position des Brennpunkts der akustischen Linse angezeigt werden kann, muss der Benutzer jedoch selbst die akustische Linse manuell auf das Messziel fokussieren, was viel Arbeit erfordert.
Die automatische Fokussierung einer akustischen Linse ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Ultraschallmessvorrichtung: eine Linse, die angeordnet ist, um eine von einem Messziel ausgegebene Ultraschallwelle zu empfangen; einen Ultraschallmessabschnitt, der angeordnet ist, um die von der Linse empfangene Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit zu messen; einen Ultraschallbestimmungsabschnitt, der angeordnet ist, um zu bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde; und einen Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, um die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt enthalten ist.
Gemäß der so aufgebauten Ultraschallmessvorrichtung empfängt eine Linse eine Ultraschallwelle, die von einem Messziel ausgegeben wird. Ein Ultraschallmessabschnitt misst die von der Linse empfangene Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit. Ein Ultraschallbestimmungsabschnitt bestimmt, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde. Ein Linsenbewegungsabschnitt bewegt die Linse so, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt enthalten ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ultraschallmessvorrichtung ferner einen Ultraschallimpulsausgabeabschnitt umfassen, der angeordnet ist, um einen Ultraschallimpuls auszugeben, wobei die Ultraschallwelle eine Reflexion des Ultraschallimpulses durch das Messziel ist.
Gemäß der Ultraschallmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der verstrichene Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Zeitpunkts liegen, der durch Addieren der doppelten Brennweite geteilt durch die Schallgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt, wenn der Ultraschallimpulsausgabeabschnitt den Ultraschallimpuls ausgibt, erhalten wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ultraschallmessvorrichtung ferner einen gepulsten Lichtausgabeabschnitt umfassen, der angeordnet ist, um gepulstes Licht auszugeben, wobei die Ultraschallwelle eine optoakustische Welle ist, die durch das gepulste Licht an dem Messziel erzeugt wird.
Gemäß der Ultraschallmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der verstrichene Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Zeitpunkts liegen, der durch Addieren der Brennweite geteilt durch die Schallgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt, wenn der gepulste Lichtausgabeabschnitt das gepulste Licht ausgibt, erhalten wird.
Gemäß der Ultraschallmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Linsenbewegungsabschnitt angeordnet sein, um die Linse näher an das Messziel zu bewegen.
Gemäß der Ultraschallmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Linsenbewegungsabschnitt angeordnet sein, um die Linse von dem Messziel weg zu bewegen.
Gemäß der Ultraschallmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann, nachdem bestimmt wurde, dass die Ultraschallwelle in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt zu dem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist, der Linsenbewegungsabschnitt die Linse weiter näher an das Messziel bewegen.
Gemäß der Ultraschallmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann, nachdem bestimmt wurde, dass die Ultraschallwelle in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt zu dem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist, der Linsenbewegungsabschnitt die Linse weiter weg von dem Messziel bewegen.
Die vorliegende Erfindung ist ein Ultraschallmessverfahren unter Verwendung einer Ultraschallmessvorrichtung mit einer Linse, die angeordnet ist, um eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Messziel ausgegeben wird, und einem Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, die Linse zu bewegen, wobei das Verfahren umfasst: Messen der von der Linse empfangenen Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit; und Bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis aus der Messung zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde, wobei ein Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis aus der Messung enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung ist ein Programm von Anweisungen zur Ausführung durch einen Computer, um einen Ultraschallmessprozess unter Verwendung einer Ultraschallmessvorrichtung mit einer Linse, die angeordnet ist, um eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Messziel ausgegeben wird, und einem Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, die Linse zu bewegen, durchzuführen, wobei der Ultraschallmessprozess umfasst: Messen der von der Linse empfangenen Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit; und Bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis aus der Messung zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde, wobei ein Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis aus der Messung enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung ist ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium mit einem Programm von Anweisungen zur Ausführung durch einen Computer, um einen Ultraschallmessprozess unter Verwendung einer Ultraschallmessvorrichtung mit einer Linse, die angeordnet ist, um eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Messziel ausgegeben wird, und einem Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, die Linse zu bewegen, durchzuführen, wobei der Ultraschallmessprozess umfasst: Messen der von der Linse empfangenen Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit; und Bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis aus der Messung zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde, wobei ein Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis aus der Messung enthalten ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration einer Ultraschallmessvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Messkopfes 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration der Ultraschallmessvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
4 ist eine Querschnittsansicht eines Messkopfes 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration einer Ultraschallmessvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Messkopfes 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Ultraschallmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Messkopf (Ultraschallimpulsausgabeabschnitt) 10, einen Ultraschallmessabschnitt 12, einen Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 und einen Linsenbewegungsabschnitt 16.
Der Messkopf (Ultraschallimpulsausgabeabschnitt) 10 ist angeordnet, um einen Ultraschallimpuls P1 auszugeben. Der Messkopf 10 ist in Kontakt mit einem Messziel 2. Das Messziel 2 ist zum Beispiel eine Haut, die in einer nach oben konvexen Weise gekrümmt ist. Der Messkopf 10 weist einen Abstandshalter 10a, einen Sensor 10b, eine Linse 10c und Wasser 10d auf.
Der Abstandshalter 10a weist einen Dünnfilm (nicht gezeigt) an der Unterseite auf, wobei der Dünnfilm entlang der Oberfläche des Messziels 2 gekrümmt ist. Das Wasser 10d ist innerhalb des Abstandshalters 10a enthalten. In 1 ist der Brennpunkt fp der Linse 10c auf der Oberfläche des Messziels 2 und in einem solchen Fall sind das Spitzenende des Sensors 10b und die Linse 10c innerhalb des Wassers 10d enthalten.
Die Linse 10c ist angeordnet, um eine Ultraschallwelle P2 zu empfangen, die von dem Messziel 2 ausgegeben wird (siehe 1). Es wird angemerkt, dass die Ultraschallwelle P2 eine Reflexion des Ultraschallimpulses P1 durch das Messziel 2 ist. Die Brennweite der Linse 10c wird auch durch fd dargestellt.
Der Sensor 10b ist ein Ultraschallsensor, der angeordnet ist, um die Ultraschallwelle P2 zu empfangen, die von der Linse 10c empfangen wird, sie in ein elektrisches Signal umzuwandeln und sie dem Ultraschallmessabschnitt 12 bereitzustellen. Es wird angemerkt, dass, während der Sensor 10b und die Linse 10c in der ersten Ausführungsform separate Komponenten sind, der Sensor 10b selbst gekrümmt sein kann, um auch als eine Linse zu dienen. Es wird auch angemerkt, dass, während der Sensor 10b und die Linse 10c in der ersten Ausführungsform in Kontakt miteinander sind, der Sensor 10b flach und von der Linse 10c getrennt sein kann.
Der Ultraschallmessabschnitt 12 ist angeordnet, um die von der Linse 10c empfangene Ultraschallwelle P2 im Verhältnis zur Zeit zu messen.
Der Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 ist angeordnet, um zu bestimmen, ob die Ultraschallwelle P2 in einem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle P2 die Brennweite fd der Linse 10c (fd/Vs, wobei Vs die Schallgeschwindigkeit darstellt) zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle P2 von dem Messziel 2 ausgegeben (reflektiert) wurde. Als ein Beispiel kann bestimmt werden, ob die Ultraschallwelle P2 enthalten ist oder nicht, basierend darauf, ob die Leistung des Messergebnisses (oder einer Komponente davon bei einer spezifischen Frequenz) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht.
Man beachte hier, dass der verstrichene Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (+/-Δt) eines Zeitpunkts liegt, der durch Addieren der doppelten Brennweite fd geteilt durch die Schallgeschwindigkeit Vs zu dem Zeitpunkt to, wenn der Ultraschallimpulsausgabeabschnitt (Messkopf 10) den Ultraschallimpuls ausgibt, erhalten wird. Das heißt, der verstrichene Zeitpunkt liegt zwischen to + 2fd/Vs - Δt und to + 2fd/Vs + Δt.
Wenn der Brennpunkt fp der Linse 10c auf der Oberfläche des Messziels 2 liegt, erreicht der Ultraschallimpuls P1 das Messziel 2 und die Ultraschallwelle P2 wird von dem Messziel 2 zu einem Zeitpunkt (to + fd/Vs) ausgegeben (reflektiert), der durch Addieren der Brennweite fd geteilt durch die Schallgeschwindigkeit Vs zu dem Zeitpunkt to, wenn der Ultraschallimpulsausgabeabschnitt (Messkopf 10) den Ultraschallimpuls ausgibt, erhalten wird. Die Ultraschallwelle P2 erreicht die Linse 10c zu einem Zeitpunkt (to + 2fd/Vs), der durch Addieren der Brennweite fd geteilt durch die Schallgeschwindigkeit Vs zu dem Zeitpunkt (to + fd/Vs), wenn die Ultraschallwelle P2 von dem Messziel 2 ausgegeben (reflektiert) wird, erhalten wird. Man beachte hier, dass im Hinblick auf beispielsweise die Variation der Schallgeschwindigkeit Vs aufgrund beispielsweise der Temperatur des Wassers 10d der Brennpunkt fp der Linse 10c als auf der Oberfläche des Messziels 2 liegend betrachtet wird, wenn er innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (+/-Δt) von to + 2fd/Vs liegt.
Der Linsenbewegungsabschnitt 16 ist angeordnet, um die Linse 10c so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle P2 in dem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt 12 enthalten ist. Dies ermöglicht, dass der Brennpunkt fp der Linse 10c auf der Oberfläche des Messziels 2 liegt.
Beispielsweise ist der Linsenbewegungsabschnitt 16 angeordnet, um die Linse 10c ausreichend von dem Messziel 2 weg zu bewegen (der Brennpunkt fp befindet sich an einer Position, die höher als die der Oberfläche des Messziels 2 ist) und dann die Linse 10c in der Z-Richtung (Höhenrichtung) näher an das Messziel 2 zu bewegen. Alternativ ist der Linsenbewegungsabschnitt 16 angeordnet, um die Linse 10c ausreichend näher an das Messziel 2 zu bewegen (der Brennpunkt fp befindet sich an einer Position, die niedriger als die der Oberfläche des Messziels 2 ist) und dann die Linse 10c in der Z-Richtung (Höhenrichtung) von dem Messziel 2 weg zu bewegen.
Als Nächstes wird ein Vorgang gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Zuerst sollte die Linse 10c des Messkopfs 10 ausreichend weit von dem Messziel 2 entfernt sein. Zumindest der Brennpunkt fp sollte sich an einer Position befinden, die höher als die der Oberfläche des Messziels 2 ist.
Als Nächstes wird ein Ultraschallimpuls P1 von der Linse 10c des Ultraschallimpulsausgabeabschnitts (Messkopfs 10) in Richtung des Messziels 2 (zu einem Zeitpunkt to) emittiert. Der Ultraschallimpuls P1 wird durch die Oberfläche des Messziels 2 (um eine Ultraschallwelle P2 zu sein) in Richtung der Linse 10c reflektiert. Die Ultraschallwelle P2 erreicht die Linse 10c zu einem Zeitpunkt später als to + 2fd/Vs.
Die von der Linse 10c empfangene Ultraschallwelle P2 wird durch den Sensor 10b in ein elektrisches Signal umgewandelt und dem Ultraschallmessabschnitt 12 bereitgestellt. Ein Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 wird dem Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 bereitgestellt und es wird bestimmt, dass die Ultraschallwelle P2 nicht in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu dem verstrichenen Zeitpunkt (t0 + 2fd/Vs) enthalten ist.
Basierend auf der Bestimmung bewegt der Linsenbewegungsabschnitt 16 die Linse 10c in der Z-Richtung (Höhenrichtung) näher an das Messziel 2.
Zu gegebener Zeit wird der Brennpunkt fp dann auf der Oberfläche des Messziels 2 platziert (siehe 1).
Ein Ultraschallimpuls P1 wird von der Linse 10c des Ultraschallimpulsausgabeabschnitts (Messkopf 10) in Richtung des Messziels 2 (zu einem Zeitpunkt t0) emittiert. Der Ultraschallimpuls P1 wird durch die Oberfläche des Messziels 2 (um eine Ultraschallwelle P2 zu sein) in Richtung der Linse 10c reflektiert. Die Ultraschallwelle P2 erreicht die Linse 10c zu einem Zeitpunkt zwischen to + 2fd/Vs - Δt und to + 2fd/Vs + Δt, selbst im Hinblick auf beispielsweise die Variation der Schallgeschwindigkeit Vs.
Die von der Linse 10c empfangene Ultraschallwelle P2 wird durch den Sensor 10b in ein elektrisches Signal umgewandelt und dem Ultraschallmessabschnitt 12 bereitgestellt. Ein Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt 12 wird dem Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 bereitgestellt und es wird bestimmt, dass die Ultraschallwelle P2 in dem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu dem verstrichenen Zeitpunkt (zwischen to + 2fd/Vs - Δt und to + 2fd/Vs + Δt) enthalten ist.
Basierend auf der Bestimmung stoppt die Linse 10c, wobei der Brennpunkt fp auf der Oberfläche des Messziels 2 gehalten wird.
Es wird angemerkt, dass auch in dem Fall, in dem die Linse 10c des Messkopfes 10 zuerst ausreichend näher an das Messziel 2 bewegt wird (zumindest der Brennpunkt fp befindet sich an einer Position, die niedriger als die der Oberfläche des Messziels 2 ist) und dann durch den Linsenbewegungsabschnitt 16 in der Z-Richtung (Höhenrichtung) weg von dem Messziel 2 bewegt wird, die Linse 10c ebenfalls stoppt, wobei der Brennpunkt fp auf der Oberfläche des Messziels 2 gehalten wird.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann der Brennpunkt fp der Linse 10c automatisch auf der Oberfläche des Messziels 2 platziert werden.
Es wird angemerkt, dass verschiedene Variationen der ersten Ausführungsform auch möglich sind, wie nachfolgend beschrieben wird.
Erste Variation
Der Brennpunkt fp befindet sich auf der Oberfläche des Messziels 2 und es wird durch den Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 bestimmt, dass die Ultraschallwelle P2 in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu dem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist, bis zu dem der Vorgang derselbe wie in der ersten Ausführungsform ist.
In der ersten Variation bewegt der Linsenbewegungsabschnitt 16 dann die Linse 10c weiter näher an das Messziel 2.
Gemäß der ersten Variation kann der Brennpunkt fp auf der Oberfläche des Messziels 2 platziert werden und dann weiter in dem Messziel 2 platziert werden (z. B. in der Hypodermis (insbesondere in dem subkutanen Fett)).
Die Haut umfasst Epidermis, Dermis und Hypodermis. Ultraschall wird signifikant innerhalb der Hypodermis (insbesondere innerhalb des subkutanen Fetts) gedämpft. Es ist daher bevorzugt, dass der Brennpunkt fp in der tiefen Dermis oder der Hypodermis platziert wird, um die Hypodermis durch Ultraschall zu messen. Es ist daher bevorzugt, den Brennpunkt fp in dem Messziel 2 (z. B. in der Hypodermis (insbesondere in dem subkutanen Fett)) zu platzieren, wie oben beschrieben, um die Hypodermis zu messen.
Zweite Variation
Der Brennpunkt fp befindet sich auf der Oberfläche des Messziels 2 und es wird durch den Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 bestimmt, dass die Ultraschallwelle P2 in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu dem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist, bis zu dem der Vorgang derselbe wie in der ersten Ausführungsform ist.
In der zweiten Variation bewegt der Linsenbewegungsabschnitt 16 dann die Linse 10c weg von dem Messziel 2.
Gemäß der zweiten Variation ist das gesamte Messziel 2 niedriger als der Brennpunkt fp positioniert. Während das Messziel 2 für die Bildverarbeitung schwierig werden würde, wenn es Abschnitte aufweist, die höher und niedriger als der Brennpunkt fp sind, ist das gesamte Messziel 2 niedriger als der Brennpunkt fp positioniert, was die Bildverarbeitung für das Messziel 2 erleichtern kann.
Zweite Ausführungsform
Eine Ultraschallmessvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform ist angeordnet, um eine optoakustische Welle AW von dem Messziel 2 zu empfangen, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet, in der eine Ultraschallwelle P2 von dem Messziel 2 empfangen wird.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration der Ultraschallmessvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Messkopfes 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Komponenten, die mit denen in der ersten Ausführungsform identisch sind, werden nachfolgend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um deren Beschreibung wegzulassen.
Die Ultraschallmessvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst einen Messkopf 10, einen Ultraschallmessabschnitt 12, einen Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 und einen Linsenbewegungsabschnitt 16.
Der Messkopf 10 ist angeordnet, um gepulstes Licht P auszugeben. Der Messkopf 10 ist in Kontakt mit einem Messziel 2. Das Messziel 2 ist mit dem in der ersten Ausführungsform identisch und wird nicht beschrieben. Der Messkopf 10 weist einen Abstandshalter 10a, eine Linse 10c, Wasser 10d, eine Lichtleitfaser (Pulslichtausgabeabschnitt) 10e, einen Lichtleitfaserhalteabschnitt 10f und ein Ausgabeende 10g auf.
Der Abstandshalter 10a und das Wasser 10d sind mit denen in der ersten Ausführungsform identisch und werden nicht beschrieben.
Die Lichtleitfaser (Pulslichtausgabeabschnitt) 10e ist angeordnet, um gepulstes Licht P von dem Ausgabeende 10g auszugeben. Es wird angemerkt, dass das gepulste Licht P in der Z-Richtung ausgegeben wird. Das Messziel 2 ist angeordnet, um beim Empfangen des gepulsten Lichts P eine optoakustische Welle AW zu erzeugen. Der Lichtleitfaserhalteabschnitt 10f ist um die Lichtleitfaser 10e herum angeordnet, um die Lichtleitfaser 10e zu halten.
In 4 ist der Brennpunkt fp der Linse 10c auf der Oberfläche des Messziels 2 und in einem solchen Fall sind das Spitzenende des Lichtleitfaserhalteabschnitts 10f und die Linse 10c innerhalb des Wassers 10d enthalten.
Die Linse 10c ist angeordnet, um eine Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) zu empfangen, die von dem Messziel 2 ausgegeben wird (siehe 3 und 4). Es wird angemerkt, dass die optoakustische Welle AW aus dem gepulsten Licht P an dem Messziel 2 erzeugt wird. Die Brennweite der Linse 10c wird auch durch fd dargestellt, wie in der ersten Ausführungsform.
Der Sensor 10b ist mit dem in der ersten Ausführungsform identisch, außer zum Empfangen der Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW), die von der Linse 10c empfangen wird, und wird nicht beschrieben.
Der Ultraschallmessabschnitt 12 ist angeordnet, um die von der Linse 10c empfangene Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) im Verhältnis zur Zeit zu messen.
Der Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 ist angeordnet, um zu bestimmen, ob die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) in einem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle die Brennweite fd der Linse 10c (fd/Vs) zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel 2 ausgegeben wurde. Als ein Beispiel kann bestimmt werden, ob die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) enthalten ist oder nicht, basierend darauf, ob die Leistung des Messergebnisses (oder einer Komponente davon bei einer spezifischen Frequenz) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht.
Man beachte hier, dass der verstrichene Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (+/-Δt) eines Zeitpunkts liegt, der durch Addieren der Brennweite fd geteilt durch die Schallgeschwindigkeit Vs zu dem Zeitpunkt to, wenn die Lichtleitfaser (gepulster Lichtausgabeabschnitt) 10e das gepulste Licht P ausgibt, erhalten wird. Das heißt, der verstrichene Zeitpunkt liegt zwischen to + fd/Vs - Δt und to + fd/Vs + Δt.
Wenn der Brennpunkt fp der Linse 10c auf der Oberfläche des Messziels 2 liegt, erreicht das gepulste Licht P das Messziel 2 und die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) wird von dem Messziel 2 ungefähr zur gleichen Zeit wie der Zeitpunkt to ausgegeben, wenn die Lichtleitfaser (gepulster Lichtausgabeabschnitt) 10e das gepulste Licht P ausgibt. Die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) erreicht die Linse 10c zu einem Zeitpunkt (to + fd/Vs), der durch Addieren der Brennweite fd geteilt durch die Schallgeschwindigkeit Vs zu dem Zeitpunkt (to), wenn die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) von dem Messziel 2 ausgegeben wird, erhalten wird. Man beachte hier, dass im Hinblick auf beispielsweise der Variation der Schallgeschwindigkeit Vs aufgrund beispielsweise der Temperatur des Wassers 10d der Brennpunkt fp der Linse 10c als auf der Oberfläche des Messziels 2 liegend betrachtet wird, wenn er innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (+/-Δt) von to + fd/Vs liegt.
Der Linsenbewegungsabschnitt 16 ist angeordnet, um die Linse 10c so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) in dem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt 12 enthalten ist. Dies ermöglicht, dass der Brennpunkt fp der Linse 10c auf der Oberfläche des Messziels 2 liegt.
Beispielsweise ist der Linsenbewegungsabschnitt 16 angeordnet, um die Linse 10c ausreichend von dem Messziel 2 weg zu bewegen (der Brennpunkt fp befindet sich an einer Position, die höher als die der Oberfläche des Messziels 2 ist) und dann die Linse 10c in der Z-Richtung (Höhenrichtung) näher an das Messziel 2 zu bewegen. Alternativ ist der Linsenbewegungsabschnitt 16 angeordnet, um die Linse 10c ausreichend näher an das Messziel 2 zu bewegen (der Brennpunkt fp befindet sich an einer Position, die niedriger als die der Oberfläche des Messziels 2 ist) und dann die Linse 10c in der Z-Richtung (Höhenrichtung) von dem Messziel 2 weg zu bewegen.
Als Nächstes wird ein Vorgang gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Zuerst sollte die Linse 10c des Messkopfs 10 ausreichend weit von dem Messziel 2 entfernt sein. Zumindest der Brennpunkt fp sollte sich an einer Position befinden, die höher als die der Oberfläche des Messziels 2 ist.
Als Nächstes wird gepulstes Licht P von der Lichtleitfaser (Pulslichtausgabeabschnitt) 10e in Richtung des Messziels 2 (zu einem Zeitpunkt to) emittiert. Wenn das gepulste Licht P die Oberfläche des Messziels 2 erreicht, wird eine Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) in Richtung der Linse 10c erzeugt. Die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) erreicht die Linse 10c zu einem Zeitpunkt später als to + fd/Vs.
Die von der Linse 10c empfangene Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) wird durch den Sensor 10b in ein elektrisches Signal umgewandelt und dem Ultraschallmessabschnitt 12 bereitgestellt. Ein Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 wird dem Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 bereitgestellt und es wird bestimmt, dass die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) nicht in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu dem verstrichenen Zeitpunkt (t0 + fd/Vs) enthalten ist.
Basierend auf der Bestimmung bewegt der Linsenbewegungsabschnitt 16 die Linse 10c in der Z-Richtung (Höhenrichtung) näher an das Messziel 2.
Zu gegebener Zeit wird der Brennpunkt fp dann auf der Oberfläche des Messziels 2 platziert (siehe 1).
Gepulstes Licht P wird von der Lichtleitfaser (Pulslichtausgabeabschnitt) 10e in Richtung des Messziels 2 (zu einem Zeitpunkt to) emittiert. Wenn das gepulste Licht P die Oberfläche des Messziels 2 erreicht, wird eine Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) in Richtung der Linse 10c erzeugt. Die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) erreicht die Linse 10c zu einem Zeitpunkt zwischen to + fd/Vs - Δt und to + fd/Vs + Δt, selbst im Hinblick auf beispielsweise die Variation der Schallgeschwindigkeit Vs.
Die von der Linse 10c empfangene Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) wird durch den Sensor 10b in ein elektrisches Signal umgewandelt und dem Ultraschallmessabschnitt 12 bereitgestellt. Ein Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt 12 wird dem Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 bereitgestellt und es wird bestimmt, dass die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) in dem Messergebnis durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu dem verstrichenen Zeitpunkt (zwischen to + fd/Vs - Δt und to + fd/Vs + Δt) enthalten ist.
Basierend auf der Bestimmung stoppt die Linse 10c, wobei der Brennpunkt fp auf der Oberfläche des Messziels 2 gehalten wird.
Es wird angemerkt, dass auch in dem Fall, in dem die Linse 10c des Messkopfes 10 zuerst ausreichend näher an das Messziel 2 bewegt wird (zumindest der Brennpunkt fp befindet sich an einer Position, die niedriger als die der Oberfläche des Messziels 2 ist) und dann durch den Linsenbewegungsabschnitt 16 in der Z-Richtung (Höhenrichtung) weg von dem Messziel 2 bewegt wird, die Linse 10c ebenfalls stoppt, wobei der Brennpunkt fp auf der Oberfläche des Messziels 2 gehalten wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine automatische Fokussierung der Linse 10c auch in einem solchen Fall erreicht werden, in dem eine optoakustische Welle AW von dem Messziel 2 empfangen wird.
Es wird angemerkt, dass auch in der zweiten Ausführungsform, nachdem der Brennpunkt fp auf der Oberfläche des Messziels 2 platziert ist und durch den Ultraschallbestimmungsabschnitt 14 bestimmt wurde, dass die Ultraschallwelle (optoakustische Welle AW) in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt 12 zu dem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist, der Linsenbewegungsabschnitt 16 dann die Linse 10c weiter näher an oder weg von dem Messziel 2 bewegen kann, wie es in der ersten und zweiten Variation der ersten Ausführungsform der Fall ist.
Im Übrigen können die oben beschriebenen Ausführungsformen wie folgt erreicht werden. Ein Computer mit einer CPU, einer Festplatte und einem Medium (USB-Speicher, CD-ROM oder dergleichen) Lesevorrichtung wird veranlasst, ein Medium mit einem darauf aufgezeichneten Programm zu lesen, das die oben beschriebenen Komponenten (z. B. Ultraschallmessabschnitt 12 und Ultraschallbestimmungsabschnitt 14) erreicht, und das Programm in der Festplatte zu installieren. Die oben beschriebenen Merkmale können auch auf diese Weise erreicht werden.
BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN

1: Ultraschallmessvorrichtung
10: Messkopf (Ultraschallimpulsausgabeabschnitt)
10a: Abstandshalter
10b: Sensor
10c: Linse
10d: Wasser
10e: Lichtleitfaser (Pulslichtausgabeabschnitt)
10f: Lichtleitfaserhalteabschnitt
10g: Ausgabeende
12: Ultraschallmessabschnitt
14: Ultraschallbestimmungsabschnitt
16: Linsenbewegungsabschnitt
P1: Ultraschallimpuls
P2: Ultraschallwelle
P: gepulstes Licht
AW: Optoakustische Welle (Ultraschallwelle)
fp: Brennpunkt
fd: Brennweite
Vs: Schallgeschwindigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013055984 [0002]
JP H07229705 [0002]
JP 2018008040 [0002]
JP 2020156737 [0003]

Claims

Ultraschallmessvorrichtung, umfassend: eine Linse, die angeordnet ist, um eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Messziel ausgegeben wird; einen Ultraschallmessabschnitt, der angeordnet ist, um die von der Linse empfangene Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit zu messen; einen Ultraschallbestimmungsabschnitt, der angeordnet ist, um zu bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde; und einen Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, um die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt enthalten ist.
Ultraschallmessvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Ultraschallimpulsausgabeabschnitt, der angeordnet ist, um einen Ultraschallimpuls auszugeben, wobei die Ultraschallwelle eine Reflexion des Ultraschallimpulses durch das Messziel ist.
Ultraschallmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der verstrichene Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Zeitpunkts liegt, der durch Addieren der doppelten Brennweite geteilt durch die Schallgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt, wenn der Ultraschallimpulsausgabeabschnitt den Ultraschallimpuls ausgibt, erhalten wird.
Ultraschallmessvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen gepulsten Lichtausgabeabschnitt, der angeordnet ist, um gepulstes Licht auszugeben, wobei die Ultraschallwelle eine optoakustische Welle ist, die durch das gepulste Licht an dem Messziel erzeugt wird.
Ultraschallmessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der verstrichene Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Zeitpunkts liegt, der durch Addieren der Brennweite geteilt durch die Schallgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt, wenn der gepulste Lichtausgabeabschnitt das gepulste Licht ausgibt, erhalten wird.
Ultraschallmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, um die Linse näher an das Messziel zu bewegen.
Ultraschallmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, um die Linse von dem Messziel weg zu bewegen.
Ultraschallmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nachdem bestimmt wurde, dass die Ultraschallwelle in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt zu dem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist, der Linsenbewegungsabschnitt die Linse weiter näher an das Messziel bewegt.
Ultraschallmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nachdem bestimmt wurde, dass die Ultraschallwelle in dem Ergebnis der Messung durch den Ultraschallmessabschnitt zu dem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist, der Linsenbewegungsabschnitt die Linse weiter weg von dem Messziel bewegt.
Ultraschallmessverfahren unter Verwendung einer Ultraschallmessvorrichtung mit einer Linse, die angeordnet ist, um eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Messziel ausgegeben wird, und einem Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, die Linse zu bewegen, wobei das Verfahren umfasst: Messen der von der Linse empfangenen Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit; und Bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis aus der Messung zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde, wobei ein Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, um die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis aus der Messung enthalten ist.
Programm von Anweisungen zur Ausführung durch einen Computer, um einen Ultraschallmessprozess unter Verwendung einer Ultraschallmessvorrichtung mit einer Linse, die angeordnet ist, um eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Messziel ausgegeben wird, und einem Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, die Linse zu bewegen, durchzuführen, wobei der Ultraschallmessprozess umfasst: Messen der von der Linse empfangenen Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit; und Bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis aus der Messung zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde, wobei ein Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, um die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis aus der Messung enthalten ist.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium mit einem Programm von Anweisungen zur Ausführung durch einen Computer, um einen Ultraschallmessprozess unter Verwendung einer Ultraschallmessvorrichtung mit einer Linse, die angeordnet ist, um eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Messziel ausgegeben wird, und einem Linsenbewegungsabschnitt, der angeordnet ist, die Linse zu bewegen, durchzuführen, wobei der Ultraschallmessprozess umfasst: Messen der von der Linse empfangenen Ultraschallwelle im Verhältnis zur Zeit; und Bestimmen, ob die Ultraschallwelle in einem Messergebnis aus der Messung zu einem verstrichenen Zeitpunkt enthalten ist oder nicht, wenn die Zeit, die erforderlich ist, damit die Ultraschallwelle eine Brennweite der Linse zurücklegt, verstrichen ist, nachdem die Ultraschallwelle von dem Messziel ausgegeben wurde, wobei ein Linsenbewegungsabschnitt angeordnet ist, um die Linse so zu bewegen, dass bestimmt wird, dass die Ultraschallwelle in dem Messergebnis aus der Messung enthalten ist.