DE19734180A1

DE19734180A1 - Wellenempfangsvorrichtung und Ultraschalldiagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE19734180A1
Application number: DE19734180A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Watanabe; Akira Shiba
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: JP3763924B2; JPH10258052A; US6056694A; DE19734180B4; US6289231B1

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenempfangs vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von Wellen, wie z. B. Akustikwellen (einschließlich Ultraschallwellen und Vi brationswellen) und elektromagnetische Wellen, sowie eine Ultraschalldiagnosevorrichtung, die ein Anwendungsgebiet der Wellenempfangsvorrichtung darstellt.

Beschreibung des Standes der Technik

Bisher wurde eine Wellenempfangsvorrichtung zum Empfan gen und Verarbeiten von Wellen allgemein eingesetzt. Eine Ultraschalldiagnosevorrichtung ist ein Anwendungsgebiet der Wellenempfangsvorrichtung. Als weitere Anwendungsbeispiele sind ein Radar zum Erfassen der Position von Flugzeugen oder dergleichen in der Luft, ein Fischdetektor zum Erfassen der Position von Fischen im Wasser, ein seismisches Meerespro filabtastsystem und ein Fehlerdetektor zum Erfassen von Feh lern im Inneren eines Gegenstandes allgemein bekannt.

Hier wird als Beispiel unter diesen verschiedenen Anwen dungsgebieten auf eine Ultraschalldiagnosevorrichtung Bezug genommen und deren frühere Technik wird nachfolgend be schrieben.

Die Ultraschalldiagnosevorrichtung ist als ein System bekannt, bei dem hauptsächlich ein menschlicher Körper als Objekt vorliegt, und weist einen Prozeß auf, bei welchem Ul traschall in das Innere des Objekts gesendet wird und ein von den Oberflächen der verschiedenen Gewebe im Inneren des Objekts reflektierter Ultraschall empfangen wird, was se quentiell wiederholt wird, um das Innere des Objekts mit Ul traschall abzutasten, so daß ein Bild des Objektinneren auf der Basis der empfangenen Signale, die durch den Abtastpro zeß erhalten werden, dargestellt wird, wodurch die Diagnose einer Krankheit, wie etwa Erkrankungen von Bauchorganen un terstützt wird.

Fig. 19(a)-(c) sind Darstellungen, die zum Verständ nis eines Zustandes nützlich sind, in dem eine Ultraschall vorrichtung verwendet wird, um ein Bild eines Zieles (eines Ultraschallreflektors) innerhalb des Objekts zu erhalten.

Wie in Fig. 19(a) gezeigt, ist die Ultraschalldiagnose vorrichtung mit einer großen Anzahl von Ultraschalltransdu cern 1 versehen, die in vorbestimmter Richtung (horizontale Richtung in Fig. 19(a)) angeordnet sind. Diese Ultraschall transducer werden auf eine Körperoberfläche des Objekts auf gesetzt, um Ultraschallimpulse in das Innere des Objekts zu senden, und zwar mittels der Ansteuerung einer Vielzahl von Ultraschalltransducern, die in einer bestimmten Öffnung 2 enthalten sind, die zum Empfang von Ultraschall mit einer einmaligen Zeitgebung eingerichtet ist, mit elektrischen im pulsen. Ein Ultraschallstrahl 4, der eine Richtwirkung auf weist, wird innerhalb des Objekts in der Weise gebildet, daß dann, wenn Ultraschall gesendet wird, die Zeitgebungen zur Ansteuerung der Vielzahl von Ultraschalltransducern, die in der Öffnung 2 enthalten sind, gesteuert werden und zusätz lich eine Ansteuerungsintensität zum Ansteuern jedes der Vielzahl von Ultraschalltransducern gemäß einer vorbestimm ten Gewichtungsfunktion 3 gesteuert wird, in welcher eine Anordnungsposition (eine Anordnungssequenz) der Vielzahl von Ultraschalltransducern, die in der Öffnung 2 enthalten sind, in Form einer variablen gegeben ist.

Innerhalb des Objekts reflektierter und zurückgeworfener Ultraschall wird von der Vielzahl von Ultraschalltransdu cern, die die Öffnung 2 bilden, jeweils empfangen, und die empfangenen Signale werden gemäß der zugehörigen Gewich tungsfunktion 3 jeweils verstärkt, während eine Strahlbil dung erfolgt, um so das Ultraschallreflexionssignal in der Richtung entlang dem Ultraschallstrahl 4 zu betonen, der in das Innere des Objekts verläuft. Dies wird als "Bildung des Empfangsstrahles" bezeichnet. Andererseits wird der in das Innere des Objekts gesendete Ultraschallstrahl als der ge sendete Strahl bezeichnet. Der Strahlbildungsprozeß wird als eine Phasenabgleichaddition bezeichnet und ist eine bekannte Technik. Im Hinblick darauf wird auf die überflüssige Be schreibung verzichtet.

Ein derartiger Sende- und Empfangsprozeß von Ultraschall wird wiederholt ausgeführt, während die Öffnung 2 sequenti ell in Richtung der Anordnung der Ultraschalltransducer 1 verschoben wird. Ein Prozeß, bei dem während der sequentiel len Verschiebung der Öffnung 2 der Sende- und Empfangsprozeß von Ultraschall wiederholt ausgeführt wird, wird als eine Abtastung bezeichnet.

Es sei angemerkt, daß es zum Zweck der Vereinfachung der Erklärung akzeptabel ist, daß, während vorstehende Erläute rung gegeben wurde, ohne daß besonders zwischen der Sende öffnung und der Empfängeröffnung, der Gewichtungsfunktion zum Senden und der Gewichtungsfunktion zum Empfangen und dem gesendeten Strahl und dem empfangenen Strahl unterschieden wurde, diese zwischen dem sendenden Ende und dem empfangen den Ende unterschiedlich sind. Sie können in geeigneter Wei se an dem sendenden Ende bzw. dem empfangenden Ende einge stellt werden.

Es ist möglich, Bilder aus dem Inneren des Objekts mit tels der Darstellung der Intensität der Signale, die eine Vielzahl von empfangenen Strahlen darstellen, welche durch den vorstehend genannten Abtastprozeß erhalten werden, in Form von Luminanz zu erhalten.

Hier wird ein Fall betrachtet, in dem nur ein Ziel in nerhalb des Objekts existiert, und im Hinblick auf die Tat sache, daß der Ultraschallstrahl 4 (sowohl der empfangene Strahl als auch der gesendete Strahl) eine Richtwirkung hat, bietet die Intensität des empfangenen Signals in jeder der Öffnungen, die in dem Abtastprozeß eingerichtet werden, den jeweiligen Wert, wie in Fig. 19(b) gezeigt. Die Intensi tätsverteilung dieser Signale wird als ein Strahlprofil be zeichnet.

Fig. 19(c) zeigt ein Bild (ein Zielbild), in dem die empfangenen Signale, die eine derartige Signalintensitäts verteilung haben, durch eine Luminanz dargestellt werden.

Während die Auflösung der Ultraschalldiagnosevorrichtung mit kleineren Zielbildern besser ist, wird die Größe des Zielbildes gewöhnlich im Vergleich mit dem Ziel 5 selbst deutlich gespreizt.

Bisher wird die Intensitätsverteilung von empfangenen Signalen, welche eine Größe des Zielbildes bestimmt, das heißt, das Strahlprofil, gemäß einer Größe der Öffnung 2, der Gewichtungsfunktion 3 und einer Wellenlänge λ der zu sen denden und zu empfangenden Ultraschallwellen bestimmt. Diese Elemente sind gemäß bisheriger Entwicklungstätigkeit optimal eingestellt. Es besteht jedoch eine Beschränkung hinsicht lich der Verbesserung der Auflösung.

Ferner kann in einem Fall, in dem eine Position des Zie les 5 bestimmt wird, die Position des Zieles 5 hinsichtlich der Anordnungsrichtung der Ultraschalltransducer 1 nur be stimmt werden, wenn das Objekt abgetastet wird, um den In tensitätsspitzenwert der empfangenen Signale zu bestimmen. Beispielsweise war es in dem Fall, in dem der Ultraschall strahl 4 hinsichtlich des Zieles 5 schräg verläuft, wie in Fig. 19(a) gezeigt, auch dann, wenn eine ausreichende Si gnalintensität der empfangenen Signale durch reflektierte Ultraschallwellen von dem Ziel 5 erhalten wird, unmöglich, eine Verschiebung oder eine Richtung (einen Winkel) des Zie les 5 durch einen einmaligen Ultraschallsende- und Empfangs prozeß zu bestimmen.

Ferner ist es hinsichtlich der Erfassung der Position des Zieles, wenn die Intervalle der Öffnungen, die sequenti ell beim Abtasten eingestellt werden, grob sind, so daß die Öffnungen nur beispielsweise bezüglich der horizontalen Richtung von Fig. 19(a) eingestellt werden, unmöglich, den wahren Spitzenwert zu erfassen. Dies beinhaltet eine Ver schlechterung der Erfassungsgenauigkeit hinsichtlich der Po sition des Zieles. Wenn andererseits die Intervalle der Öff nungen so eingestellt werden, daß sie rein sind, um eine ausreichende Genauigkeit bei der Positionserfassung des Zie les zu erreichen, besteht die Notwendigkeit, Ultraschallsen de- und -empfangsprozesse vielfach wiederholt mit der Anzahl von Wiederholungen, die einer Anzahl von auf einer feinen Basis eingerichteten Öffnungen entspricht, durchzuführen. Somit dauert es lange, das Objekt einmal abzutasten. Dies bedeutet eine Verschlechterung der Bildfrequenz.

Während die vorstehende Erläuterung am Beispiel einer Ultraschalldiagnosevorrichtung durchgeführt wurde, sind die vorstehend genannten Probleme nicht nur bei der Ultraschall diagnosevorrichtung vorhanden, sondern allgemeine Probleme bei allen Vorrichtungen, in welchen Wellen zur Erfassung ei ner Position des Zieles oder dergleichen empfangen werden. Ferner sind die vorstehend genannten Probleme allgemeine Probleme nicht nur in dem Fall, in dem ein Ziel, das Wellen reflektiert, als das Objekt angeboten wird, sondern auch bei einer Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines Zieles, das selbst Wellen erzeugt, wie etwa Akustikwellen, elektro magnetische Wellen und dergleichen.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Im Hinblick auf die vorstehend angeführten Tatsachen ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wel lenempfangsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein Ziel zu erfassen, ohne dessen Richtung und Position abzuta sten, oder die räumliche Auflösung zu verbessern, sowie eine Ultraschalldiagnosevorrichtung, die ein Anwendungsgebiet der Wellenempfangsvorrichtung darstellt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das zum Verständnis eines Prinzips der Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung nützlich ist.

Eine Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfin dung umfaßt eine Empfängereinheit 10, eine Gewichtungsverar beitungseinheit 20 und eine Arithmetikeinheit 30.

Die Empfängereinheit 10 empfängt eine an einer vorbe stimmten Öffnung a angekommene Welle zusammen mit Informa tionen hinsichtlich der Position innerhalb der Öffnung. Zum Empfang einer Welle ist es akzeptabel, daß eine Vielzahl von Empfangselementen angeordnet sind, um Informationen hin sichtlich einer Position innerhalb der Öffnung auf der Basis einer Anordnungsreihenfolge der Vielzahl von Empfangselemen ten zu erhalten. Alternativ ist es beispielsweise akzepta bel, daß ein Empfangselement sequentiell in der Öffnung be wegt wird, um eine Welle zu empfangen, wodurch Informationen hinsichtlich der Position innerhalb der Öffnung auf der Ba sis der Bewegungsposition eines derartigen einzelnen Emp fangselements erhalten werden. Ferner ist es hinsichtlich der Positionsinformation in der Öffnung akzeptabel, daß bei spielsweise eine Vielzahl von Empfangselementen auf eindi mensionaler Basis angeordnet sind, um so eine eindimensiona le Positionsinformation hinsichtlich einer Anordnungsreihen folge der Vielzahl von Empfangselementen zu erhalten. Alter nativ ist es akzeptabel, daß eine Vielzahl von Empfangsele menten auf zweidimensionaler Basis angeordnet sind, um so eine zweidimensionale Positionsinformation gemäß einer An ordnungsreihenfolge der Vielzahl von Empfangselementen zu erhalten.

Die Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 führt eine Ge wichtungsverarbeitung für empfangene Signale, die in der Empfängereinheit 10 abgeleitet werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen aus, in welchen eine Po sition innerhalb der Öffnung a in Form einer Variablen ange geben ist.

Während die Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen nicht auf spezielle Gewichtungsfunktionen beschränkt ist, ist es nicht zulässig, daß beliebige Arten von Gewichtungs funktionen zufällig ausgewählt werden. In der Gewichtungs verarbeitungseinheit 20 ist es erforderlich, eine Gewich tungsverarbeitung für empfangene Signale, die in der Empfän gereinheit 10 abgeleitet werden, mit einer Vielzahl von Ar ten von Gewichtungsfunktionen auszuführen die in einer sol chen Beziehung stehen, daß die Arithmetikeinheit 30 in der Lage ist, eine Laufrichtung der Welle oder eine Position ei ner Erzeugungsquelle der Welle zu bestimmen. Genauer ausge drückt kann die Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 die Ge wichtungsverarbeitung mit einer geraden Funktion oder einer ungeraden Funktion ausführen, bei welcher die Position in der Öffnung in Form einer Variablen angegeben ist. Alterna tiv kann die Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 die Gewich tungsverarbeitung mit einer ersten Funktion ausführen, bei welcher eine Position in der Öffnung in Form einer Variablen angegeben ist, und einer zweiten Funktion, bei der die erste Funktion in Form der Variablen angegeben ist und einer Dif ferenzierung der n-ten Ordnung (n ist eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 1) unterzogen wird.

Als Beispiele der geraden Funktion und der ungeraden Funktion werden eine Rechteckfunktion (vergleiche Fig. 4) mit bilateraler Symmetrie bezüglich der Mitte der Empfän geröffnung und eine Rechteckfunktion (vergleiche Fig. 6) mit bilateraler Symmetrie bezüglich der Mitte der Empfängeröff nung, jedoch mit jeweils verschiedenem Vorzeichen, ange führt. Als Beispiel für die erste Funktion wird eine Drei ecksfunktion (vergleiche Fig. 10(a)) angeführt, bei der das Maximum in der Mitte der Öffnung gegeben ist, allmählich zu den beiden Enden der Öffnung hin verringert wird und schließlich an den beiden Enden der Öffnung Null wird, eine Gauß'sche Funktion, in der das Maximum in der Mitte der Öff nung gegeben ist, eine potenzierte Cosinusfunktion, bei der das Maximum in der Mitte der Öffnung gegeben ist, eine ver schobene potenzierte Cosinusfunktion, bei der das Maximum in der Mitte der Öffnung gegeben ist, und dergleichen. Als Bei spiele der zweiten Funktion werden Funktionen angeführt, bei welchen die erste Funktion der Differenzierung der ersten Ordnung oder der Differenzierung der zweiten Ordnung unter zogen wird.

Die Arithmetikeinheit 30 führt eine Operation aus, die eine arithmetische Operation einschließt, bei der eine Lauf richtung der an der Öffnung angekommenen Welle oder eine Po sition einer Erzeugungsquelle der Welle gemäß einer Vielzahl von gewichteten empfangenen Signalen, die durch die Gewich tungsverarbeitung der Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 ab geleitet werden, bewertet wird.

In diesem Fall ist es akzeptabel, daß die Wellenerzeu gungsquelle eine Quelle zur Erzeugung einer Welle ist, die in Richtung der Öffnung läuft, und zwar mittels der Reflexi on der zu der Wellenerzeugungsquelle kommenden Welle, und alternativ erzeugt die Wellenerzeugungsquelle selbst Wellen.

Um die Laufrichtung der Welle oder die Position der Wel lenerzeugungsquelle zu bestimmen, führt die Arithmetikein heit 30 beispielsweise eine arithmetische Operation zum Ab leiten eines Verhältnisses der Vielzahl von gewichteten emp fangenen Signalen aus.

Ferner ist es bevorzugt, daß die Arithmetikeinheit 30 eine Operation ausführt, die eine arithmetische Operation zum Erhalten eines Empfangssichtwinkels einschließt, der schmaler ist als derjenige, der durch eines der Vielzahl von gewichteten empfangenen Signalen erhalten wird.

Fig. 2 ist eine erläuternde Darstellung, die zum Ver ständnis einer Empfängereinheit einer Wellenempfangsvorrich tung gemäß vorliegender Erfindung nützlich ist.

Die Empfängereinheit 10 einer Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung empfängt, wie in Fig. 2 darge stellt, eine ankommende Welle in einer Vielzahl von Öffnun gen a1, a2, a3, . . ., an sequentiell oder simultan. Die Viel zahl von Öffnungen ist so ausgelegt, daß sie sich räumlich jeweils teilweise überlappen. Die Gewichtungsverarbeitungs einheit 20 führt eine Gewichtungsverarbeitung von empfange nen Signalen, die durch die Vielzahl von Öffnungen a1, a2, a3, . . ., an abgeleitet werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen durch. Die Arithmetikeinheit 30 führt eine Operation aus, die eine arithmetische Operation einschließt, in der eine Laufrichtung der an jeder der Öff nungen a1, a2, a3, . . ., an angekommenen Welle oder eine Po sition einer Erzeugungsquelle der Welle bewertet wird, und erzeugt zusätzlich ein Bildsignal, das ein Bild darstellt, das ein auf einem hinsichtlich der Vielzahl von Öffnungen a1, a2, a3, . . . an erhaltenen Operationsresultat basierendes Bild darstellt.

In diesem Fall ist es bevorzugt, daß eine Bilddarstel lungseinheit 40 zum Darstellen eines Bildes, basierend auf dem in der Arithmetikeinheit 30 erzeugten Bildsignal vorge sehen ist.

Ferner ist es in der Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung auch bevorzugt, daß die Empfängerein heit 10 eine in einer Vielzahl von Öffnungen ankommende Wel le sequentiell oder gleichzeitig empfängt, wobei die Viel zahl von Öffnungen so angeordnet ist, daß sie einander räum lich teilweise überlappen;
die Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 eine Gewichtungs verarbeitung für empfangene Signale ausführt, die durch die Vielzahl von Öffnungen mit einer Vielzahl von Arten von Ge wichtungsfunktionen abgeleitet werden; und
die Arithmetikeinheit 30 eine Operation durchführt, die eine arithmetische Operation einschließt, bei welcher eine Laufrichtung der an jeder der Öffnungen angekommenen Welle oder eine Position einer Erzeugungsquelle der Welle bewertet wird, und zusätzlich ein Interpolationssignal erzeugt, das einem empfangenen Signal entspricht, das abgeleitet wird, wenn eine an einer Zwischenposition der Öffnung zwischen zwei benachbarten Öffnungen ankommende Welle in einem vorbe stimmten Empfangssichtwinkel empfangen wird.

In der Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Er findung empfängt die Empfängereinheit 10 jede Art von Aku stikwellen, einschließlich z. B. laufende Ultraschallwellen und Vibrationswellen und räumlich im Abstand laufende elek tromagnetische Wellen.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das für das Verständnis eines Prinzips einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß vorliegender Erfindung nützlich ist.

Es wird eine Ultraschalldiagnosevorrichtung geschaffen, in der in das Objekt gesendete Ultraschallwellen und durch eine Reflexion in dem Objekt zurückgeworfene Ultraschallwel len von einer Vielzahl von Ultraschalltransducern in einer Öffnungsanordnung aus einer Vielzahl von Ultraschalltransdu cern, die in einer vorbestimmten Anordnungsrichtung angeord net sind, empfangen werden, so daß empfangene Signale abge leitet werden, welcher Prozeß vielfach wiederholt wird, wäh rend die Öffnung sequentiell in Richtung der Anordnung be wegt wird, ein Bildsignal, das ein Bild in dem Objekt reprä sentiert, auf der Basis der empfangenen Signale abgeleitet wird, die erhalten wurden, während dieser Prozeß vielfach wiederholt wird, und ein auf dem Bildsignal basierendes Bild angezeigt wird, welche Ultraschalldiagnosevorrichtung um faßt:
eine Empfängereinheit 11 zum Empfangen von Ultraschall wellen, die an einer eingestellten Öffnung a mit einer Viel zahl von Ultraschalltransducern 1 in der Öffnung ankommen;
eine Gewichtungsverarbeitungseinheit 21 zur Durchführung einer Gewichtungsverarbeitung für empfangene Signale, die in der Empfängereinheit 11 abgeleitet werden, mit einer Viel zahl von Arten von Gewichtungsfunktionen, bei welchen eine Anordnungsreihenfolge der Vielzahl von Ultraschalltransdu cern in der Öffnung in Form einer Variablen gegeben ist;
eine Arithmetikeinheit 31 zum Durchführen einer Operati on, die eine arithmetische Operation einschließt, in der die Richtung oder die Position einer Ultraschallreflexionsquelle in dem Objekt gemäß einer Vielzahl von gewichteten empfange nen Signalen bewertet wird, die durch die Gewichtungsverar beitung der Gewichtungsverarbeitungseinheit 21 abgeleitet werden, und zusätzlich zum Erzeugen eines Bildsignals, das ein Bild in dem Objekt basierend auf einem Operationsergeb nis darstellt, das erhalten wird, während dieser Prozeß wie derholt wird; und
eine Bilddarstellungseinheit 41 zum Darstellen eines auf dem in der Arithmetikeinheit 31 erzeugten Bildsignal basie renden Bildes.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das zum Verständnis eines Prinzips einer Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung nützlich ist;

Fig. 2 ist eine erläuternde Darstellung, die zum Ver ständnis eines Empfangsabschnitts einer Wellenempfangsvor richtung gemäß vorliegender Erfindung nützlich ist;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das zum Verständnis eines Prinzips einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß vorlie gender Erfindung nützlich ist;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Gewichtungsfunktion als ein Beispiel zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Strahlprofil zeigt, wenn die in Fig. 4 dargestellte Gewichtungsfunktion verwen det wird;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das als Beispiel eine weitere Gewichtungsfunktion zeigt;

Fig. 7 ist eine Kurve, die ein Strahlprofil zeigt, wenn die in Fig. 6 dargestellte Gewichtungsfunktion verwendet wird;

Fig. 8 ist eine erläuternde Darstellung, die zum Ver ständnis einer Anordnung zum Erzielen einer hohen Auflösung nützlich ist;

Fig. 9(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein er stes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;

Fig. 10(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein zweites Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;

Fig. 11(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein drittes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;

Fig. 12(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein viertes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagno sevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung;

Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagno sevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagno sevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 16 eine typische Darstellung, die zum Verständnis eines Zustandes nützlich ist, in dem ein Sendestrahl von ei ner Sendestation ausgestrahlt wird und reflektierte Wellen von einem Ziel von einer Empfängerstation empfangen werden;

Fig. 17 ist ein Blockdiagramm eines Radar, in dem eine Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung ange wendet wird;

Fig. 18 ist eine erläuternde Darstellung, die zum Ver ständnis eines Effekts des in Fig. 17 gezeigten Radars nützlich ist; und

Fig. 19(a)-(c) sind Darstellungen, die zum Verständ nis eines Zustandes, in dem eine Ultraschalldiagnosevorrich tung verwendet wird, um ein Bild eines Zieles (eines Ultra schallreflektors) in dem Objekt zu erhalten, nützlich sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei zunächst als ein Hauptteil eine Ultraschalldiagnosevorrichtung beschrieben wird, die ein An wendungsgebiet der Wellenempfangsvorrichtung darstellt.

Zunächst wird ein Verfahren zum Erfassen einer Verschie bung oder einer Richtung (Winkel) (vergleiche Fig. 19(a)) ei nes Zieles (Ultraschallreflektor) bezüglich der Richtung des Ultraschallstrahles durch nur einen einmaligen Ultraschall sende- und -empfangsprozeß beschrieben.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Gewichtungsfunktion im Rahmen eines Beispiels zeigt. Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Strahlprofil zeigt, wenn die in Fig. 4 dargestellte Gewichtungsfunktion verwendet wird.

Nachfolgend wird eine Rechteckfunktion mit bilateraler Symmetrie hinsichtlich der Mitte der Empfängeröffnung, wie in Fig. 4 gezeigt, betrachtet.

Eine Gewichtungsfunktion einer Öffnung für Ultraschall wellen und ein Strahlprofil von empfangenen Strahlen, das durch die Durchführung einer Gewichtung gemäß der Gewich tungsfunktion und die anschließende Durchführung der Phasen abgleichaddition erhalten wird, stehen wechselweise in der Beziehung eines Fourier-Transformationspaares. Folglich wird das Strahlprofil, bei welchem die in Fig. 4 dargestellte Rechteckfunktion als die Gewichtungsfunktion eingesetzt wird, durch eine Sinusfunktion C (θ) ausgedrückt, die durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist, und ihre Funktions darstellung ist wie in Fig. 5 gezeigt ausgedrückt.

worin θ: eine Richtung eines Zieles bezüglich einer Richtung der Ausbreitung des empfangenen Strahles
A: die Ultraschallreflexionsintensität an einem Ziel
a: Öffnungsbreite
λ: Wellenlänge des Ultraschalles.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine weitere Gewichtungs funktion als Beispiel zeigt. Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein Strahlprofil bei Verwendung der in Fig. 6 dargestellten Gewichtungsfunktion zeigt.

Nachfolgend wird eine Rechteckfunktion mit bilateraler Symmetrie bezüglich der Mitte der Empfängeröffnung, jedoch mit gegenseitig verschiedenen Vorzeichen betrachtet, wie in Fig. 6 dargestellt.

Das Strahlprofil, bei dem die in Fig. 6 gezeigte Recht eckfunktion als die Gewichtungsfunktion verwendet wird, wird durch eine Funktion S (θ) ausgedrückt, die durch die folgende Gleichung (2) gegeben ist, und ihre Funktionsfigur ist wie in Fig. 7 gezeigt ausgedrückt.

Wenn die empfangenen Signale, die durch einen einmaligen Ultraschallsende- und -empfangsprozeß erhalten werden, ein zeln Gewichtungsprozessen unterzogen werden, und zwar je weils gemäß der in Fig. 4 gezeigten Gewichtungsfunktion und der in Fig. 6 gezeigten Gewichtungsfunktion, und ein Ver hältnis der beiden gewichteten empfangenen Signale, die durch die Gewichtungsprozesse jeweils erhalten werden, wie durch Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt bestimmt wird, ist es möglich, einen Wert ∅ (θ) zu erhalten, der unabhängig von der Reflexionsintensität A des Zieles ist, aber nur von der Richtung θ des Zieles bezüglich des empfangenen Strahles ab hängig ist, wie in den folgenden Gleichungen (3) und (4) dargestellt.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Richtung eines Zie les bezüglich des empfangenen Strahles zu bestimmen, das heißt eine Laufrichtung der Welle, auf die in der vorliegen den Erfindung Bezug genommen wird, und zwar mittels Gewich tung des empfangenen Signals unter individueller Verwendung beispielsweise der in Fig. 4 gezeigten Gewichtungsfunktion und der in Fig. 6 gezeigten Gewichtungsfunktion, um ein Verhältnis der auf diese Weise erhaltenen beiden gewichteten Empfangssignale zu bestimmen.

Nachfolgend wird eine Anordnung beschrieben, die in der Lage ist, eine höhere Auflösung zu erzielen als diejenige, die durch das Profil definiert ist, das durch eine Öffnungs breite a, eine Wellenlänge λ des Ultraschalles und eine ein zelne Gewichtungsfunktion bestimmt ist.

Fig. 8 ist eine erläuternde Darstellung, die zum Ver ständnis einer Anordnung zum Erzielen einer hohen Auflösung nützlich ist.

Aus Gleichung (1) ergibt sich die Gleichung (5) wie folgt.

Substituiert man in die Gleichung (5) die Amplitude C des gewichteten empfangenen Signals, das durch den Gewich tungsprozeß gemäß der in Fig. 4 gezeigten Gewichtungsfunk tion erhalten wird, und die Funktion ∅ (θ), die die Richtung θ des Zieles darstellt, welche durch Bestimmen eines Verhält nisses von Gleichung (1) und (2) erhalten wird, so ist es möglich, eine Reflexionsintensität A des Zieles zu bestim men. Somit ist es möglich, sowohl die Richtung θ des Zieles gemäß Gleichung (4) als auch die Reflexionsintensität A des Zieles gemäß Gleichung (5) zu bestimmen.

Substituiert man die Richtung θ des Zieles und die Re flexionsintensität A des Zieles in eine Funktion g (θ, A), um ein Strahlprofil zu erhalten, das schmäler ist als eine durch die Gleichung (1) ausgedrückte Funktion (hier die Si nusfunktion C (θ)), die ein Strahlprofil darstellt, so wird es möglich, ein Signal abzuleiten, das dem empfangenen Si gnal äquivalent ist, wenn es mit dem Strahlprofil g (θ, A) empfangen wird, das einen schmäleren Durchmesser hat als das Strahlprofil C (θ), das durch den Gewichtungsprozeß unter Verwendung einer gleichförmigen Gewichtungsfunktion, wie in Fig. 4 gezeigt, erhalten wird.

Beispielsweise ist es möglich, als die Funktion g (θ, A), wenn die durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückte Gleichung angewandt wird, ein Profil zu erhalten, das den halben Durchmesser des Strahlprofils C (θ) hat, der durch die Gleichung (1) gegeben ist, d. h. mit anderen Worten möglich, die doppelte Auflösung zu erzielen.

Gemäß der Ultraschalldiagnosevorrichtung entsprechend der früheren Entwicklung ist es möglich, eine Distanz zwi schen dem Ziel und der Öffnung durch einen Zeitintervall von der Sendezeitgebung der Ultraschallwelle bis zu der Emp fangszeitgebung festzustellen. Ferner ist es gemäß der Ul traschalldiagnosevorrichtung gemäß vorliegender Ausführungs form möglich, die Richtung des Zieles durch einen einmaligen Ultraschallsende- und -empfangsprozeß zu kennen. Somit ist es möglich, nicht nur die Richtung des Zieles zu identifi zieren, sondern auch die Position des Zieles, sofern eine ausreichende Amplitude des empfangenen Signals erreicht wer den kann. Folglich ist es möglich, durch eine arithmetische Operation auf der Basis eines empfangenen Signals, das mit tels des tatsächlichen Sendens und Empfangens von Ultra schallstrahlen erhalten wird, ein Interpolationssignal zu erhalten, das einem empfangenen Signal entspricht, das in der Weise abgeleitet wird, daß die Ultraschallstrahlen mit einer Öffnung gesendet und empfangen werden, die geringfügig von der Öffnung verschoben ist, mit der die Ultraschall strahlen tatsächlich gesendet und empfangen werden, bei spielsweise einer Öffnung, die auf halbem Wege zwischen den zwei benachbarten Öffnungen liegt. Die Erzeugung eines der artigen Interpolationssignals macht es möglich, einen Zeit raum zu verringern, der für die Abtastung erforderlich ist, wodurch eine Bildfrequenz verbessert wird, ohne daß eine Be einträchtigung der Auflösung in Kauf genommen werden muß.

Nachfolgend werden verschiedene Arten von Gewichtungs funktionspaaren als Beispiel erläutert.

Fig. 9(a) und (b) sind jeweils ein Diagramm, das ein erstes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen.

Fig. 9(a) und (b) sind in den Gewichtungsfunktionspaa ren enthalten, die unter Bezug auf Fig. 4 bis 7 erläutert wurden. Fig. 9(a) ist eine gerade Rechteckfunktion einer Gewichtungsfunktion mit bilateraler Symmetrie bezüglich der Mitte der Empfängeröffnung. Fig. 9(b) ist eine ungerade Rechteckfunktion der Gewichtungsfunktion mit bilateraler Symmetrie bezüglich der Mitte der Empfängeröffnung, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen. Wenn ein Verhältnis von zwei gewichteten empfangenen Signalen, die durch die Gewich tungsprozesse gemäß den in Fig. 9(a) bzw. 9(b) gezeigten Gewichtungsfunktionen erhalten werden, bestimmt wird, ist es möglich, einen Wert zu erhalten, der von der Richtung des Zieles hinsichtlich des empfangenen Strahles abhängig ist.

Hinsichtlich des Vorsehens von zwei Gewichtungsfunktio nen an einer Öffnung zur Bildung eines Strahles kann im we sentlichen derselbe Effekt unabhängig davon erwartet werden, ob die beiden Gewichtungsfunktionen an einer Sendeöffnung oder einer Empfängeröffnung vorliegen. Während das vorsehen der beiden Gewichtungsfunktionen an der Sendeöffnung einen zweimaligen Sendevorgang des Ultraschalls erfordert, benö tigt das Vorsehen der beiden Gewichtungsfunktionen an der Empfängeröffnung nur einen einmaligen Sendevorgang des Ul traschalls. Da ferner auf der Sendeseite hohe Spannungen vorliegen, würde das Vorsehen der beiden Gewichtungsfunktio nen an der Sendeöffnung größere Probleme mit sich bringen als das Vorsehen der beiden Gewichtungsfunktionen an der Empfängeröffnung. Ferner verursacht das Vorsehen der beiden Gewichtungsfunktionen an der Sendeöffnung eine Störung des Ultraschalls in dem Objekt, wodurch die Wirkung vermindert wird. Somit ist in jederlei Hinsicht, und zwar im Hinblick auf die Verbesserung der Bildfrequenz, in technischer Hin sicht und unter dem Gesichtspunkt der Wirkung zu bevorzugen, daß die beiden Gewichtungsfunktionen an der Empfängeröffnung vorgesehen werden.

Fig. 10(a) und (b) sind jeweils ein Diagramm, die ein zweites Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen.

Fig. 10(a) ist eine Dreiecksfunktion, in der das Maxi mum in der Mitte der Öffnung gegeben ist, eine allmähliche Abnahme zu den beiden Enden der Öffnung hin vorliegt und die schließlich an beiden Enden der Öffnung Null wird. Fig. 10(b) ist eine Rechteckfunktion mit bilateraler Symmetrie bezüglich der Mitte der Empfängeröffnung, jedoch mit entge gengesetzten Vorzeichen. Fig. 10(b) ist eine Figur, in der Fig. 10(a) einer Differenzierung der ersten Ordnung unter zogen wird.

Wie vorstehend beschrieben ist bekannt, daß eine Gewich tungsfunktion einer Öffnung für Ultraschallwellen und eine Strahlprofilfunktion von empfangenen Strahlen die mittels der Durchführung einer Gewichtung gemäß der Gewichtungsfunk tion erhalten werden, und die anschließende Durchführung der Phasenabgleichaddition wechselseitig in einer Beziehung ei nes Fourier-Transformationspaares stehen. In dem Fall, daß die Gewichtungsfunktion von Fig. 10(a) durch f(x) gegeben ist, ist die zugehörige Strahlprofilfunktion durch F(w) ge geben, wobei es sich um die Fourier-Transformation von f(x) handelt, worin w eine Verschiebung des Zieles bezüglich der Strahlrichtung bezeichnet.

Ferner ist bekannt, daß die Fourier-Transformation der Funktion f(x), die eine Differenzierung der ersten Ordnung der Funktion f(x) ist, durch jw . F(w) (j ist eine imaginäre Einheit) ausgedrückt wird und somit ist die Strahlprofil funktion von Fig. 10(b) gegeben durch jw . F(w). Folglich ist es möglich, die Verschiebung w mittels der Bestimmung eines Verhältnisses des empfangenen Signals gemäß Fig. 10(a) und des empfangenen Signals gemäß Fig. 10(b) direkt zu bestimmen.

Fig. 11(a) und (b) sind jeweils Diagramme, die ein drittes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen.

Die Beziehung von Fig. 11(a) und (b) ist in ähnlicher Weise wie bei dem zweiten Beispiel, daß Fig. 11(b) eine Fi gur ist, in der Fig. 11(a) einer Differenzierung der ersten Ordnung unterzogen wird. Als bevorzugte Funktionen von Fig. 11(a) werden die Gauß'sche Funktion, die potenzierte Cosi nusfunktion und die verschobene potenzierte Cosinusfunktion und dergleichen genannt.

Fig. 12(a) und (b) sind jeweils Diagramme, die ein viertes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen.

Die Beziehung zwischen Fig. 12(a) und (b) ist diejeni ge, daß Fig. 12(b) eine Figur ist, in der Fig. 12(a) einer Differenzierung der zweiten Ordnung unterzogen wird. Das Strahlprofil von Fig. 12(b) ist durch eine Funktion -w². x F(w) gegeben. Folglich wird w² mittels der Bestimmung eines Verhältnisses des empfangenen Signals gemäß Fig. 12(a) und des empfangenen Signals gemäß Fig. 12(b) gefunden, worauf hin es möglich ist, eine Verschiebung w mittels der Fest stellung der Quadratwurzel von w² zu bestimmen.

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagno sevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung.

Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die in der Lage ist, eine höhere Auflösung zu erzielen als diejenige gemäß dem Strahlprofil, welches durch eine Öffnungsbreite, eine Wellenlänge der Ultraschallwellen und eine Gewichtungsfunk tion bestimmt ist. Um die Zeichnung und die Erläuterung zu vereinfachen, zeigen Fig. 13 und die auf eine weitere Aus führungsform bezogenen Figuren einfach Ultraschalltransdu cer, die eine Öffnung bilden, aus einer Anzahl von vorgese henen Ultraschalltransducern.

Ultraschall wird von Ultraschalltransducern 101 in das Innere des Objekts unter Verwendung einer Ultraschallsende schaltung (nicht dargestellt) gesendet, und in dem Objekt reflektierte Ultraschallwellen werden von den Ultraschall transducern 101 empfangen. Von den Ultraschalltransducern 101 erzeugte Ultraschallsignale werden in zwei Systeme ge trennt und werden in Übereinstimmung mit den zugehörigen Ge wichtungsfunktionen, die ein Gewichtungsfunktionspaar in Ge wichtungsschaltungen 102_1 bzw. 102_2 bilden, hinsichtlich der Verstärkung geregelt. Die empfangenen Signale, die auf diese Weise geregelt werden, werden durch Strahlformer 103_1 bzw. 103_2 zu einem Strahl geformt und werden anschließend einer Mantelerfassung in Erfassungsschaltungen 104_1 bzw. 104_2 unterzogen, wodurch Abtastliniensignale C und S erhal ten werden. Die Abtastliniensignale C und S werden einer Verschiebungs-/Intensitätserfassungsschaltung 105 zum Erfas sen einer Verschiebung des Zieles und einer Reflexionsinten sität zugeliefert, so daß eine Verschiebung w und eine Re flexionsintensität A bestimmt werden. Die Verschiebung w und die Reflexionsintensität A werden einer Strahlprofiltrans formationsschaltung 106 zugeführt, um so ein neues Abtastli niensignal gemäß einer Strahlprofilfunktion zu erhalten, die einen schmaleren Strahldurchmesser hat. Das neue Abtastlini ensignal wird zu einer DSC (digitale Abtastumwandlungsein richtung) 107 geliefert, in der eine Interpolation zwischen Abtastlinien durchgeführt wird, und anschließend in einer CRT 108 dargestellt.

Fig. 14 ist einer Blockdiagramm einer Ultraschalldia gnosevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ein von der in Fig. 13 dargestellten ersten Ausfüh rungsform verschiedener Punkt wird beschrieben.

In der in Fig. 14 gezeigten zweiten Ausführungsform sind DSCs 107_1 und 107_2 vor der Verschiebungs-/Intensi tätserfassungsschaltung 105 angeordnet. Auf diese Weise wird die Abtastlinieninterpolation in den DSCs 107_1 und 107_2 ausgeführt und anschließend werden eine Verschiebung des Zieles und eine Reflexionsintensität erfaßt.

Die zweite Ausführungsform ist bevorzugt, wenn das in Fig. 9(a) und 9(b) gezeigte Gewichtungsfunktionspaar ver wendet wird.

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagno sevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.

Von den Ultraschalltransducern, die in der oberen Hälfte der Ultraschalltransducer 101 angeordnet sind, abgeleitete Ultraschallsignale werden einem Strahlformer 103a zur Strahlformung zugeleitet, während Ultraschallsignale, die von den in der unteren Hälfte der Ultraschalltransducer 101 angeordneten Ultraschalltransducern abgeleitet werden, einem Strahlformer 103b zur Strahlformung zugeleitet werden.

Empfangene Signale, die dem Strahlformungsprozeß durch den Strahlformer 103a unterzogen werden, werden durch eine Signalumkehreinrichtung 109 umgekehrt und anschließend einer Addiereinrichtung 110_1 zugeführt. Andererseits werden die dem Strahlformungsprozeß durch den Strahlformer 103a unter zogenen empfangenen Signale direkt einer weiteren Addierein richtung 110_2 zugeführt. Ferner werden die dem Strahlfor mungsprozeß durch den Strahlformer 103b unterzogenen empfan genen Signale direkt den beiden Addiereinrichtung 110_1 und 110_2 zugeführt. In jeder der Addiereinrichtungen 110_1 und 110_2 werden zwei empfangene Signale zusammenaddiert. Die Ausgangssignale der Addiereinrichtungen 110_1 und 110_2 wer den Erfassungsschaltungen 104_1 bzw. 104_2 zugeleitet. Die nachfolgende Verarbeitung entspricht derjenigen von Fig. 13 oder Fig. 14.

Die in Fig. 15 gezeigten Strahlformer 103a und 103b sind der oberen Hälfte und der unteren Hälfte der angeordne ten Ultraschalltransducer zugeordnet. Somit entspricht eine Kombination von beiden Strahlformern 103a und 103b einem der Strahlformer 103_1 und 103_2, die in Fig. 13 oder Fig. 14 gezeigt sind.

Daher besteht gemäß der vorliegenden Ausführungsform kein Bedarf zur Herstellung von zwei Systemen von Strahlfor mern und somit ist es möglich, eine beträchtliche Kostenre duzierung im Vergleich zu den in Fig. 13 und 14 dargestell ten Ausführungsformen zu erreichen.

Die vorstehend beschriebenen Gegenstände betreffen die verschiedenen Arten von Ausführungsformen der Ultraschall diagnosevorrichtung der Wellenempfangsvorrichtung gemäß vor liegender Erfindung. Es sei jedoch angemerkt, daß die Wel lenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung auf eine andere Vorrichtungsart als die Ultraschalldiagnosevorrich tung anwendbar ist. Nachfolgend werden Beispiele beschrie ben, bei welchen die Wellenempfangsvorrichtung gemaß vorlie gender Erfindung auf Vorrichtungen oder Systeme angewandt wird, die von der Ultraschalldiagnosevorrichtung verschieden sind.

Bei Radargeräten, die auf dem Boden, in einem Flugzeug, an Land oder dergleichen eingerichtet werden, um ein Flug zeug, Schiff oder dergleichen zu erfassen, besteht insbeson dere ein Bistatic-Radarsystem, bei dem eine Sendestation und eine Empfangsstation getrennt eingerichtet sind. Das vorlie gende System soll ein Ziel, das in einem Raumbereich vorhan den ist, der durch eine Schnittfläche eines Sendestrahles und eines Empfangsstrahles definiert ist, erfassen.

Fig. 16 ist eine typische Darstellung, die zum Ver ständnis des Zustandes nützlich ist, in dem ein Sendestrahl 201 von einer Sendestation T ausgesandt wird und von einem Ziel reflektierte Wellen von einer Empfängerstation R emp fangen werden.

Bisher ist eine Anordnung bekannt, die als "Impulsaus wahl" bezeichnet wird, bei welcher ein Empfangsstrahl mit einer hohen Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einem Lauf der Sendeenergie eines Sendestrahles zum Zweck der Wie dergewinnung für einen Raum unter effektiver Nutzung der Sendeenergie abgetastet wird.

Wie Fig. 16 zeigt, ist eine Ortskurve einer Zielpositi on, die an der Empfängerstation R zur selben Zeit empfangen wird, durch eine Ellipse O_v ausgedrückt, wobei die Sendesta tion und die Empfängerstation in Form eines Brennpunktes ge geben sind. Nimmt man an, daß Punkte, durch welche der Sen destrahl 201 die Ellipse O_v schneidet, durch die Punkte A und B bezeichnet sind, um die Sendestrahlbestrahlungsfläche vollständig wiederzugewinnen, ist es erforderlich, eine Breite des Empfangsstrahles in einem solchen Ausmaß zu spreizen, daß der Winkel ∅ r des Empfangsstrahles 202 nicht kleiner ist als der Winkel ∅ t des Sendestrahles 201. Folg lich ist es in dem Fall, in dem der Sendestrahl 201 ge spreizt wird, erforderlich, den Empfangsstrahl 202 ebenfalls auf die entsprechende Strahlbreite zu spreizen. Dies verur sacht das Problem, daß die Zielauflösung und die Positions genauigkeit verschlechtert werden.

Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Tatsa chen wird eine Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung auf ein derartiges Radar angewandt.

Fig. 17 ist ein Blockdiagramm eines Radars, an dem die Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung ange wandt wird.

Ein Sender 211 sendet einen vorbestimmten Sendestrahl von einer Sendeantenne unter Steuerung einer Sendestrahl steuereinrichtung 212. Eine von einem Ziel 210 reflektierte Welle wird von einer Empfangsantenne 214 empfangen. Die Emp fangsantenne 214 ist in eine Vielzahl von Teilen in x-Rich tung unterteilt, wie in Fig. 17 gezeigt, um so die je weiligen empfangenen Signale abzuleiten. Jedes der empfange nen Signale wird Gewichtungsverarbeitungen gemäß den zugehö rigen Gewichtungsfunktionen unterzogen, die ein Gewichtungs funktionspaar in zwei Gewichtungsschaltungen 215_1 bzw. 215_2 bilden, und anschließend den Strahlformern 216_1 und 216_2 zugeführt, so daß sie zu einem Strahl geformt werden. Bei den Strahlformungsprozessen steuert eine Empfangsstrahl steuereinrichtung 217 die Strahlformer 216_1 und 216_2 in Übereinstimmung mit Informationen hinsichtlich einer Sende zeitgebung des Sendestrahles, einer Senderichtung und der gleichen, die von der Sendestrahlsteuereinrichtung 212 er halten werden, so daß der empfangene Strahl in einer dem Sendestrahl entsprechenden Richtung geformt wird.

Durch die Strahlformung mittels der Strahlformer 216_1 und 216_2 abgeleitete Signale werden Erfassungsschaltungen 218_1 bzw. 218_2 zugeführt und einer Mantelerfassung unter zogen, wodurch Abtastliniensignale C und S abgeleitet wer den. Die Abtastliniensignale C und S, die auf diese Weise erhalten werden, werden einer Verschiebungserfassungsschal tung 219 zugeliefert, um die Verschiebung oder die Richtung dies Zieles aus dem Empfangsstrahl abzuleiten. Eine Informa tion hinsichtlich der Verschiebung des Zieles aus dem Emp fangsstrahl oder die Positionsinformation des Zieles, die in der Verschiebungserfassungsschaltung 219 abgeleitet wird, wird einer Anzeige 220 zugeführt, um so die Position des Zieles anzuzeigen.

Fig. 18 ist eine erläuternde Darstellung, die zum Ver ständnis eines Effektes des in Fig. 17 gezeigten Radars nützlich ist.

Gemäß dem in Fig. 17 dargestellten Radar ist es mög lich, beispielsweise einen Richtungswinkel θ d eines Zieles Tgt bezüglich einer Richtung P des Empfangsstrahles 202 zu kennen und somit exakt einen Positionspunkt des Zieles Tgt auf der Ellipse zu bestimmen, der durch eine Distanz zwi schen der Sendestation und der Empfangsstation und einer An kunftszeit der reflektierten Welle bestimmt ist. Folglich ist es möglich, mit größerer Genauigkeit eine Position des Zieles zu identifizieren, ohne daß eine Verschlechterung der Zielauflösung und der Positionspräzision vorliegt, auch wenn ein breiterer Sendestrahl und Empfangsstrahl vorliegt, um ein großes Raumgebiet vollständig abzutasten.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die Ultraschalldiagnosevorrichtung und das Radar als Beispiele wie vorstehend beschrieben erläutert wurde, sei angemerkt, daß die Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfin dung beispielsweise auch auf eine Fischdetektorvorrichtung zum Erfassen der Position der Fische im Wasser und einen Fehlerdetektor zum Erfassen von Fehlern im Inneren eines Ob jekts anwendbar ist. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, daß die Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung beispielsweise auch auf ein System zur Identifizierung eines Epizentrums eines Erdbebens verwendet wird.

Wie vorstehend beschrieben ist es gemäß vorliegender Er findung möglich, eine Richtung oder Verschiebung des Zieles durch einmaligen Empfang durch eine vorbestimmte Öffnung in einer beliebigen Position zu erfassen. Ferner ist es mög lich, eine höhere Auflösung zu erzielen und auch durch eine arithmetische Verarbeitung ein einem empfangenen Signal ent sprechendes Signal zu erzeugen, das einer Öffnung zugehörig ist, die nicht tatsächlich ein Signal empfängt.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die bestimmten erläuterten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen einzuschränken, sondern nur auf die beigefügten Patentansprüche. Es sei an gemerkt, daß der Durchschnittsfachmann die Ausführungsformen ändern oder modifizieren kann, ohne den Schutzumfang und den Gedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Wellenempfangsvorrichtung, umfassend:
eine Empfängereinheit zum Empfangen einer an einer vor bestimmten Öffnung angekommenen Welle zusammen mit Informa tionen hinsichtlich der Position innerhalb der Öffnung;
eine Gewichtungsverarbeitungseinheit zur Durchführung einer Gewichtungsverarbeitung für empfangene Signale, die in der Empfängereinheit abgeleitet werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen, wobei eine Position in nerhalb der Öffnung in Form einer Variablen gegeben ist; und
eine Arithmetikeinheit zur Durchführung einer Operation, die eine arithmetische Operation einschließt, bei der eine Laufrichtung der an der Öffnung angekommene Welle oder eine Position einer Erzeugungsquelle der Welle gemäß einer Viel zahl von gewichteten empfangenen Signalen bewertet wird, die durch die Gewichtungsverarbeitung der Gewichtungsverarbei tungseinheit abgeleitet werden.

2. Wellenempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, bei wel cher die Gewichtungsverarbeitungseinheit die Gewichtungsver arbeitung mit einer geraden Funktion und einer ungeraden Funktion ausführt, wobei die Position innerhalb der Öffnung in Form einer Variablen gegeben ist.

3. Wellenempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, bei wel cher die Gewichtungsverarbeitungseinheit die Gewichtungsver arbeitung mit einer ersten Funktion ausführt, in der eine Position innerhalb der Öffnung in Form einer variablen gege ben ist, und einer zweiten Funktion, bei der die erste Funk tion in Form der Variablen gegeben ist und einer Differen zierung der n-ten-Ordnung (n ist eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 1) unterzogen wird.

4. Wellenempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Arithmetikeinheit eine Operation aus führt, die eine arithmetische Operation zum Ableiten eines Verhältnisses der Vielzahl von gewichteten empfangenen Si gnalen einschließt.

5. Wellenempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Arithmetikeinheit eine Operation aus führt, die eine arithmetische Operation zum Erhalten eines Empfangssichtwinkels einschließt, der schmäler ist als der jenige, der durch eines der Vielzahl von gewichteten empfan genen Signalen erhalten wird.

6. Wellenempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Empfängereinheit eine in einer Viel zahl von Öffnungen angekommene Welle sequentiell oder gleichzeitig empfängt, wobei die Vielzahl der Öffnungen so angeordnet ist, daß sie einander räumlich teilweise überlap pen;
die Gewichtungsverarbeitungseinheit eine Gewichtungsver arbeitung für empfangene Signale, die durch die Vielzahl von Öffnungen abgeleitet werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen ausführt; und
die Arithmetikeinheit eine Operation ausführt, die eine arithmetische Operation einschließt, bei der eine Laufrich tung der an jeder der Öffnungen angekommenen Welle oder eine Position einer Erzeugungsquelle der Welle bewertet wird, und zusätzlich ein Bildsignal erzeugt, das ein auf einem hin sichtlich der Vielzahl von Öffnungen erhaltenen Operati onsergebnis basierendes Bild darstellt.

7. Wellenempfangsvorrichtung nach Anspruch 6, bei wel cher die Wellenempfangsvorrichtung ferner eine Bilddarstel lungseinheit zum Darstellen eines Bildes basierend auf dem in der Arithmetikeinheit erzeugten Bildsignal umfaßt.

8. Wellenempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Empfängereinheit eine Welle empfängt, die an einer Vielzahl von Öffnungen sequentiell oder gleich zeitig angekommen ist, welche Vielzahl von Öffnungen so an geordnet ist, daß sie einander teilweise räumlich überlap pen;
die Gewichtungsverarbeitungseinheit eine Gewichtungsver arbeitung für empfangene Signale, die durch die Vielzahl von Öffnungen abgeleitet werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen ausführt; und
die Arithmetikeinheit eine Operation ausführt, die eine arithmetische Operation einschließt, in der eine Laufrich tung der an jeder der Öffnungen angekommenen Welle oder eine Position einer Erzeugungsquelle der Welle bewertet wird, und zusätzlich ein Interpolationssignal erzeugt, das einem emp fangenen Signal entspricht, das abgeleitet wird, wenn eine an einer Zwischenposition zwischen zwei benachbarten Öffnun gen angekommene Welle in einem vorbestimmten Empfangssicht winkel empfangen wird.

9. Wellenempfangsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, bei welcher die Empfangseinheit Akustikwellen einschließlich fortgepflanzter Ultraschallwellen und Vibrationswellen sowie räumlich beabstandet fortgepflanzte elektromagnetische Wel len empfängt.

10. Ultraschalldiagnosevorrichtung, bei welcher in das Objekt gesendete Ultraschallwellen und durch eine Reflexion in dem Objekt zurückgeworfene Ultraschallwellen von einer Vielzahl von Ultraschalltransducern in einer Öffnungsanord nung aus einer Vielzahl von Ultraschalltransducern, die in einer vorbestimmten Anordnungsrichtung angeordnet sind, emp fangen werden, so daß empfangene Signale abgeleitet werden, welcher Prozeß vielfach wiederholt wird, während die Öffnung sequentiell in Richtung der Anordnung bewegt wird, ein Bild signal, das ein Bild innerhalb des Objekts darstellt, auf der Basis der empfangenen Signale abgeleitet wird, die er halten wurden, während dieser Prozeß vielfach wiederholt wird, und ein auf dem Bildsignal basierendes Bild angezeigt wird, welche Ultraschalldiagnosevorrichtung umfaßt:
eine Empfängereinheit zum Empfangen von Ultraschallwel len, die an einer eingestellten Öffnung a mit einer Vielzahl von Ultraschalltransducern in der Öffnung ankommen;
eine Gewichtungsverarbeitungseinheit zur Durchführung einer Gewichtungsverarbeitung für empfangene Signale, die in der Empfängereinheit abgeleitet werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen, bei welchen eine Anord nungsreihenfolge der Vielzahl von Ultraschalltransducern in der Öffnung in Form einer Variablen gegeben ist;
eine Arithmetikeinheit zum Durchführen einer Operation, die eine arithmetische Operation einschließt, in der die Richtung oder die Position einer Ultraschallreflexionsquelle in dem Objekt gemäß einer Vielzahl von gewichteten empfange nen Signalen bewertet wird, die durch die Gewichtungsverar beitung der Gewichtungsverarbeitungseinheit abgeleitet wer den, und zusätzlich zum Erzeugen eines Bildsignals, das ein Bild in dem Objekt basierend auf einem Operationsergebnis darstellt, das erhalten wird, während dieser Prozeß wieder holt wird; und
eine Bilddarstellungseinheit zum Darstellen eines auf dem in der Arithmetikeinheit erzeugten Bildsignal basieren den Bildes.