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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenempfangsvorrichtung zum
Empfangen und Verarbeiten von Wellen, wie z.B. Akustikwellen (einschließlich Ultraschallwellen
und Vibrationswellen) und elektromagnetische Wellen.
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Bisher
wurde eine Wellenempfangsvorrichtung zum Empfangen 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 Meeresprofilabtastsystem
und ein Fehlerdetekor zum Erfassen von Fehlern im Inneren eines
Gegenstandes allgemein bekannt.
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Hier
wird als Beispiel unter diesen verschiedenen Anwendungsgebieten
auf eine Ultraschalldiagnosevorrichtung Bezug genommen und deren
frühere
Technik wird nachfolgend beschrieben.
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Die
Ultraschalldiagnosevorrichtung ist als ein System bekannt, bei dem
hauptsächlich
ein menschlicher Körper
als Objekt vorliegt, und weist einen Prozeß auf, bei welchem Ultraschall
in das Innere des Objekts gesendet wird und ein von den Oberflächen der
verschiedenen Gewebe im Inneren des Objekts reflektierter Ultraschall
empfangen wird, was sequentiell wiederholt wird, um das Innere des
Objekts mit Ultraschall abzutasten, so daß ein Bild des Objektinneren
auf der Basis der empfangenen Signale, die durch den Abtastprozeß erhalten
werden, dargestellt wird, wodurch die Diagnose einer Krankheit,
wie etwa Erkrankungen von Bauchorganen unterstützt wird.
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19(a)–(c) sind Darstellungen, die
zum Verständnis
eines Zustandes nützlich
sind, in dem eine Ultraschallvorrichtung verwendet wird, um ein
Bild eines Zieles (eines Ultraschallreflektors) innerhalb des Objekts
zu erhalten.
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Wie
in 19(a) gezeigt, ist
die Ultraschalldiagnosevorrichtung mit einer großen Anzahl von Ultraschalltransducern 1 versehen,
die in vorbestimmter Richtung (horizontale Richtung in 19(a)) angeordnet sind.
Diese Ultraschalltransducer werden auf eine Körperoberfläche des Objekts aufgesetzt,
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 Impulsen. Ein Ultraschallstrahl 4,
der eine Richtwirkung aufweist, 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 zusätzlich
eine Ansteuerungsintensität
zum Ansteuern jedes der Vielzahl von Ultraschalltransducern gemäß einer
vorbestimmten 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.
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Innerhalb
des Objekts reflektierter und zurückgeworfener Ultraschall wird
von der Vielzahl von Ultraschalltransducern, die die Öffnung 2 bilden,
jeweils empfangen, und die empfangenen Signale werden gemäß der zugehörigen Gewichtungsfunktion 3 jeweils
verstärkt,
während
eine Strahlbildung 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 gesendete Strahl bezeichnet. Der Strahlbildungsprozeß wird als
eine Phasenabgleichaddition bezeichnet und ist eine bekannte Technik.
Im Hinblick darauf wird auf die überflüssige Beschreibung
verzichtet.
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Ein
derartiger Sende- und Empfangsprozeß von Ultraschall wird wiederholt
ausgeführt,
während
die Öffnung 2 sequentiell
in Richtung der Anordnung der Ultraschalltransducer 1 verschoben
wird. Ein Prozeß,
bei dem während
der sequentiellen Verschiebung der Öffnung 2 der Sende-
und Empfangsprozeß von
Ultraschall wiederholt ausgeführt
wird, wird als eine Abtastung bezeichnet.
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Es
sei angemerkt, daß es
zum Zweck der Vereinfachung der Erklärung akzeptabel ist, daß, während vorstehende
Erläuterung
gegeben wurde, ohne daß besonders
zwischen der Sendeöffnung
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 empfangenden Ende
unterschiedlich sind. Sie können
in geeigneter Weise an dem sendenden Ende bzw. dem empfangenden
Ende eingestellt werden.
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Es
ist möglich,
Bilder aus dem Inneren des Objekts mittels 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.
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Hier
wird ein Fall betrachtet, in dem nur ein Ziel innerhalb des Objekts
existiert, und im Hinblick auf die Tatsache, 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 19(b) gezeigt.
Die Intensitätsverteilung
dieser Signale wird als ein Strahlprofil bezeichnet.
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19(c) zeigt ein Bild (ein
Zielbild), in dem die empfangenen Signale, die eine derartige Signalintensitätsverteilung
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.
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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 sendenden
und zu empfangenden Ultraschallwellen bestimmt. Diese Elemente sind
gemäß bisheriger
Entwicklungstätigkeit
optimal eingestellt. Es besteht jedoch eine Beschränkung hinsichtlich
der Verbesserung der Auflösung.
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Ferner
kann in einem Fall, in dem eine Position des Zieles 5 bestimmt
wird, die Position des Zieles 5 hinsichtlich der Anordnungsrichtung
der Ultraschalltransducer 1 nur bestimmt werden, wenn das
Objekt abgetastet wird, um den Intensitätsspitzenwert der empfangenen
Signale zu bestimmen. Beispielsweise war es in dem Fall, in dem
der Ultraschallstrahl 4 hinsichtlich des Zieles 5 schräg verläuft, wie
in 19(a) gezeigt, auch dann,
wenn eine ausreichende Signalintensität der empfangenen Signale durch
reflektierte Ultraschallwellen von dem Ziel 5 erhalten
wird, unmöglich,
eine Verschiebung oder eine Richtung (einen Winkel) des Zieles 5 durch
einen einmaligen Ultraschallsende- und Empfangsprozeß zu bestimmen.
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Ferner
ist es hinsichtlich der Erfassung der Position des Zieles, wenn
die Intervalle der Öffnungen,
die sequentiell beim Abtasten eingestellt werden, grob sind, so
daß die Öffnungen
nur beispielsweise bezüglich der
horizontalen Richtung von 19(a) eingestellt
werden, unmöglich,
den wahren Spitzenwert zu erfassen. Dies beinhaltet eine Verschlechterung
der Erfassungsgenauigkeit hinsichtlich der Position des Zieles.
Wenn andererseits die Intervalle der Öffnungen so eingestellt werden,
daß sie
fein sind, um eine ausreichende Genauigkeit bei der Positionserfassung
des Zieles zu erreichen, besteht die Notwendigkeit, Ultraschallsende-
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.
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Während die
vorstehende Erläuterung
am Beispiel einer Ultraschalldiagnosevorrichtung durchgeführt wurde,
sind die vorstehend genannten Probleme nicht nur bei der Ultraschalldiagnosevorrichtung
vorhanden, sondern allgemeine Probleme bei allen Vorrichtungen,
in welchen wellen zur Erfassung einer 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.
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Dieser
Stand der Technik ist beschrieben im "Medical Ultrasonic Equipment Handbook
(revised edition)".
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Die
US 5,318,033 wendet eine
Scann-Konvertierung auf ein Signal an, das von akustischen Transducern
in einem akustischen Bilderzeugungssystem erzeugt wird, bevor das
Signal durch Erfassung und Begrenzung bearbeitet wird. Diese Bearbeitung
verwendet Phaseninformationen des Signals, die gewöhnlich während des
Bildwiedergewinnungsvorganges verloren gehen, um die Auflösung des
Bildes zu erhöhen.
Diese Entgegenhaltung legt es daher nicht nahe, eine Laufrichtung
der an der Öffnung
angekommenen welle oder eine Position einer Erzeugungsquelle der
Welle aus gewichteten empfangenen Signalen zu bestimmen.
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Die
US 4,145,931 betrifft ein
Fresnel-fokusiertes Bilderzeugungssystem, das ein Array aus abstrahlenden
Elementen oder Schalltransducern verwendet, die Seite an Seite vorgesehen
und entlang des Objekts angeordnet sind. Auch diese Entgegenhaltung
legt es nicht nahe, eine Laufrichtung der an der Öffnung angekommenen
Welle oder eine Position einer Erzeugungsquelle der Welle aus gewichteten
empfangenen Signalen zu bestimmen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wellenempfangsvorrichtung
zu schaffen, die in der Lage ist, ein Ziel zu erfassen, ohne dessen
Richtung und Position abzutasten, oder die räumliche Auflösung zu
verbessern.
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Diese
Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das zum Verständnis
eines Prinzips der Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung nützlich ist.
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Eine
Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung umfaßt
eine Empfängereinheit 10, eine
Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 und eine Arithmetikeinheit 30.
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Die
Empfängereinheit 10 empfängt eine
an einer vorbestimmten Öffnung
a angekommene Welle zusammen mit Informationen hinsichtlich der
Position innerhalb der Öffnung.
Zum Empfang einer Welle ist es akzeptabel, daß eine Vielzahl von Empfangselementen
angeordnet sind, um Informationen hinsichtlich einer Position innerhalb
der Öffnung
auf der Basis einer Anordnungsreihenfolge der Vielzahl von Empfangselementen zu
erhalten. Alternativ ist es beispielsweise akzeptabel, daß ein Empfangselement
sequentiell in der Öffnung bewegt
wird, um eine Welle zu empfangen, wodurch Informationen hinsichtlich
der Position innerhalb der Öffnung
auf der Basis der Bewegungsposition eines derartigen einzelnen Empfangselements
erhalten werden. Ferner ist es hinsichtlich der Positionsinformation
in der Öffnung
akzeptabel, daß beispielsweise
eine Vielzahl von Empfangselementen auf eindimensionaler Basis angeordnet
sind, um so eine eindimensiona le Positionsinformation hinsichtlich
einer Anordnungsreihenfolge der Vielzahl von Empfangselementen zu
erhalten. Alternativ ist es akzeptabel, daß eine Vielzahl von Empfangselementen
auf zweidimensionaler Basis angeordnet sind, um so eine zweidimensionale
Positionsinformation gemäß einer
Anordnungsreihenfolge der Vielzahl von Empfangselementen zu erhalten.
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Die
Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 führt eine Gewichtungsverarbeitung
für empfangene
Signale, die in der Empfängereinheit 10 abgeleitet
werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen aus,
in welchen eine Position innerhalb der Öffnung a in Form einer Variablen
angegeben ist.
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Während die
Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen nicht auf spezielle
Gewichtungsfunktionen beschränkt
ist, ist es nicht zulässig,
daß beliebige
Arten von Gewichtungsfunktionen zufällig ausgewählt werden. In der Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 ist
es erforderlich, eine Gewichtungsverarbeitung für empfangene Signale, die in
der Empfängereinheit 10 abgeleitet
werden, mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen auszuführen, die
in einer solchen Beziehung stehen, daß die Arithmetikeinheit 30 in
der Lage ist, eine Laufrichtung der Welle oder eine Position einer
Erzeugungsquelle der Welle zu bestimmen. Genauer ausgedrückt kann
die Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 die Gewichtungsverarbeitung
mit einer geraden Funktion oder einer ungeraden Funktion ausführen, bei
welcher die Position in der Öffnung
in Form einer Variablen angegeben ist. Alternativ kann die Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 die
Gewichtungsverarbeitung 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.
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Als
Beispiele der geraden Funktion und der ungeraden Funktion werden
eine Rechteckfunktion (vergleiche 4) mit bilateraler
Symmetrie bezüglich
der Mitte der Empfängeröffnungund
eine Rechteckfunktion (vergleiche 6) mit bilateraler
Symmetrie bezüglich
der Mitte der Empfängeröffnung,
jedoch mit jeweils verschiedenem Vorzeichen, angeführt. Als
Beispiel für
die erste Funktion wird eine Dreiecksfunktion (vergleiche 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 Öffnung gegeben ist, eine potenzierte
Cosinusfunktion, bei der das Maximum in der Mitte der Öffnung gegeben
ist, eine verschobene potenzierte Cosinusfunktion, bei der das Maximum
in der Mitte der Öffnung
gegeben ist, und dergleichen. Als Beispiele der zweiten Funktion
werden Funktionen angeführt,
bei welchen die erste Funktion der Differenzierung der ersten Ordnung oder
der Differenzierung der zweiten Ordnung unterzogen wird.
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Die
Arithmetikeinheit 30 führt
eine Operation aus, die eine arithmetische Operation einschließt, bei
der eine Laufrichtung der an der Öffnung angekommenen Welle oder
eine Position einer Erzeugungsquelle der Welle gemäß einer
Vielzahl von gewichteten empfangenen Signalen, die durch die Gewichtungsverarbeitung der
Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 abgeleitet werden, bewertet
wird.
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In
diesem Fall ist es akzeptabel, daß die Wellenerzeugungsquelle
eine Quelle zur Erzeugung einer Welle ist, die in Richtung der Öffnung läuft, und
zwar mittels der Reflexion der zu der Wellenerzeugungsquelle kommenden
Welle, und alternativ erzeugt die Wellenerzeugungsquelle selbst
Wellen.
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Um
die Laufrichtung der Welle oder die Position der Wellenerzeugungsquelle
zu bestimmen, führt
die Arithmetikeinheit 30 beispielsweise eine arithmetische
Operation zum Ableiten eines Verhältnisses der Vielzahl von gewichteten
empfangenen Signalen aus.
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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.
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2 ist
eine erläuternde
Darstellung, die zum Verständnis
einer Empfängereinheit
einer Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung nützlich ist.
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Die
Empfängereinheit 10 einer
Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung empfängt, wie
in 2 dargestellt, eine ankommende Welle in einer
Vielzahl von Öffnungen
a1, a2, a3, ..., an sequentiell oder simultan. Die Vielzahl von Öffnungen
ist so ausgelegt, daß sie
sich räumlich
jeweils teilweise überlappen. Die
Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 führt eine Gewichtungsverarbeitung
von empfangenen 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 Öffnungen a1, a2, a3, ..., an
angekommenen Welle oder eine Position 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.
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In
diesem Fall ist es bevorzugt, daß eine Bilddarstel lungseinheit 40 zum
Darstellen eines Bildes, basierend auf dem in der Arithmetikeinheit 30 erzeugten
Bildsignal, vorgesehen ist.
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Ferner
ist es in der Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung auch
bevorzugt, daß die
Empfängereinheit 10 eine
in einer Vielzahl von Öffnungen
ankommende Welle sequentiell oder gleichzeitig empfängt, wobei
die Vielzahl von Öffnungen
so angeordnet ist, daß sie
einander räumlich
teilweise überlappen;
die
Gewichtungsverarbeitungseinheit 20 eine Gewichtungsverarbeitung
für empfangene
Signale ausführt,
die durch die Vielzahl von Öffnungen
mit einer Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen 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 vorbestimmten Empfangssichtwinkel empfangen
wird.
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In
der Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung empfängt die
Empfängereinheit 10 jede
Art von Akustikwellen, einschließlich z.B. laufende Ultraschallwellen
und Vibrationswellen und räumlich im
Abstand laufende elektromagnetische Wellen.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das für
das Verständnis
eines Prinzips einer Ultraschalldiagnosevorrichtung nützlich ist.
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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 Ultraschalltransducern, die in einer vorbestimmten
Anordnungsrichtung angeordnet sind, empfangen werden, so daß empfangene
Signale abgeleitet werden, welcher Prozeß vielfach wiederholt wird,
während
die Öffnung
sequentiell in Richtung der Anordnung bewegt wird, ein Bildsignal,
das ein Bild in dem Objekt repräsentiert,
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 umfaßt:
eine Empfängereinheit 11 zum
Empfangen von Ultraschallwellen, die an einer eingestellten Öffnung a
mit einer Vielzahl 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 Vielzahl von Arten von Gewichtungsfunktionen,
bei welchen eine Anordnungsreihenfolge der Vielzahl von Ultraschalltransducern
in der Öffnung
in Form einer Variablen gegeben ist;
eine Arithmetikeinheit 31 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 empfangenen Signalen bewertet wird, die
durch die Gewichtungsverarbeitung der Gewichtungsverarbeitungseinheit 21 abgeleitet
werden, und zusätzlich
zum Erzeugen eines Bildsignals, das ein Bild in dem Objekt basierend
auf einem Operationsergebnis darstellt, das erhalten wird, während dieser
Prozeß wiederholt wird;
und
eine Bilddarstellungseinheit 41 zum Darstellen
eines auf dem in der Arithmetikeinheit 31 erzeugten Bildsignal basie renden
Bildes.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das zum Verständnis
eines Prinzips einer Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung nützlich
ist;
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2 ist
eine erläuternde
Darstellung, die zum Verständnis
eines Empfangsabschnitts einer Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung nützlich
ist;
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3 ist
ein Blockdiagramm, das zum Verständnis
eines Prinzips einer Ultraschalldiagnosevorrichtung nützlich ist;
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4 ist
ein Diagramm, das eine Gewichtungsfunktion als ein Beispiel zeigt;
-
5 ist
ein Diagramm, das ein Strahlprofil zeigt, wenn die in 4 dargestellte
Gewichtungsfunktion verwendet wird;
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6 ist
ein Diagramm, das als Beispiel eine weitere Gewichtungsfunktion
zeigt;
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7 ist
eine Kurve, die ein Strahlprofil zeigt, wenn die in 6 dargestellte
Gewichtungsfunktion verwendet wird;
-
8 ist
eine erläuternde
Darstellung, die zum Verständnis
einer Anordnung zum Erzielen einer hohen Auflösung nützlich ist;
-
9(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein erstes
Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;
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10(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein
zweites Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;
-
11(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein
drittes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;
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12(a) und (b) sind Diagramme, die jeweils ein viertes
Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen;
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13 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung
-
14 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
-
15 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
-
16 eine
typische Darstellung, die zum Verständnis eines Zustandes nützlich ist,
in dem ein Sendestrahl von einer Sendestation ausgestrahlt wird
und reflektierte Wellen von einem Ziel von einer Empfängerstation
empfangen werden;
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17 ist
ein Blockdiagramm eines Radar, in dem eine Wellenempfangsvorrichtung
gemäß vorliegender
Erfindung angewendet wird;
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18 ist
eine erläuternde
Darstellung, die zum Verständnis
eines Effekts des in 17 gezeigten Radars nützlich ist;
und
-
19(a)–(c)
sind Darstellungen, die zum Verständnis eines Zustandes, in dem
eine Ultraschalldiagnosevorrichtung verwendet wird, um ein Bild
eines Zieles (eines Ultraschallreflektors) in dem Objekt zu erhalten,
nützlich
sind.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei zunächst als ein
Hauptteil eine Ultraschalldiagnosevorrichtung beschrieben wird,
die ein Anwendungsgebiet der Wellenempfangsvorrichtung darstellt.
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Zunächst wird
ein Verfahren zum Erfassen einer Verschiebung oder einer Richtung
(Winkel) (vergleiche 19(a))
ei nes Zieles (Ultraschallreflektor) bezüglich der Richtung des Ultraschallstrahles
durch nur einen einmaligen Ultraschallsende- und -empfangsprozeß beschrieben.
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4 ist
ein Diagramm, das eine Gewichtungsfunktion im Rahmen eines Beispiels
zeigt. 5 ist ein Diagramm, das ein Strahlprofil zeigt,
wenn die in 4 dargestellte Gewichtungsfunktion
verwendet wird.
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Nachfolgend
wird eine Rechteckfunktion mit bilateraler Symmetrie hinsichtlich
der Mitte der Empfängeröffnung,
wie in 4 gezeigt, betrachtet.
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Eine
Gewichtungsfunktion einer Öffnung
für Ultraschallwellen
und ein Strahlprofil von empfangenen Strahlen, das durch die Durchführung einer
Gewichtung gemäß der Gewichtungsfunktion
und die anschließende
Durchführung
der Phasenabgleichaddition erhalten wird, stehen wechselweise in
der Beziehung eines Fourier-Transformationspaares. Folglich wird
das Strahlprofil, bei welchem die in
4 dargestellte
Rechteckfunktion als die Gewichtungsfunktion eingesetzt wird, durch
eine Sinusfunktion C (θ)
ausgedrückt,
die durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist, und ihre Funktionsdarstellung
ist wie in
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
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6 ist
ein Diagramm, das eine weitere Gewichtungsfunktion als Beispiel
zeigt. 7 ist ein Diagramm, das ein Strahlprofil bei Verwendung
der in 6 dargestellten Gewichtungsfunktion zeigt.
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Nachfolgend
wird eine Rechteckfunktion mit bilateraler Symmetrie bezüglich der
Mitte der Empfängeröffnung,
jedoch mit gegenseitig verschiedenen Vorzeichen betrachtet, wie
in 6 dargestellt.
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Das
Strahlprofil, bei dem die in 6 gezeigte
Rechteckfunktion 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 7 gezeigt ausgedrückt.
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Wenn
die empfangenen Signale, die durch einen einmaligen Ultraschallsende-
und -empfangsprozeß erhalten
werden, einzeln Gewichtungsprozessen unterzogen werden, und zwar
jeweils gemäß der in 4 gezeigten
Gewichtungsfunktion und der in 6 gezeigten
Gewichtungsfunktion, und ein Verhältnis 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 abhängig
ist, wie in den folgenden Gleichungen (3) und (4) dargestellt.
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Auf
diese weise ist es möglich,
eine Richtung eines Zieles bezüglich
des empfangenen Strahles zu bestimmen, das heißt eine Laufrichtung der Welle,
auf die in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, und zwar
mittels Gewichtung des empfangenen Signals unter individueller Verwendung
beispielsweise der in 4 gezeigten Gewichtungsfunktion
und der in 6 gezeigten Gewichtungsfunktion,
um ein Verhältnis
der auf diese Weise erhaltenen beiden gewichteten Empfangssignale
zu bestimmen.
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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 Öffnungsbreite
a, eine Wellenlänge λ des Ultraschalles
und eine einzelne Gewichtungsfunktion bestimmt ist.
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8 ist
eine erläuternde
Darstellung, die zum Verständnis
einer Anordnung zum Erzielen einer hohen Auflösung nützlich ist.
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Aus
Gleichung (1) ergibt sich die Gleichung (5) wie folgt.
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Substituiert
man in die Gleichung (5) die Amplitude C des gewichteten empfangenen
Signals, das durch den Gewichtungsprozeß gemäß der in 4 gezeigten
Gewichtungsfunktion erhalten wird, und die Funktion ∅ (θ), die die
Richtung θ des
Zieles darstellt, welche durch Bestimmen eines Verhältnisses
von Gleichung (1) und (2) erhalten wird, so ist es möglich, eine
Reflexionsintensität
A des Zieles zu bestimmen. 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.
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Substituiert
man die Richtung θ des
Zieles und die Reflexionsintensität 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 Sinusfunktion C (θ)), die ein Strahlprofil darstellt,
so wird es möglich,
ein Signal abzuleiten, das dem empfangenen Signal 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 4 gezeigt,
erhalten wird.
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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.
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Gemäß der Ultraschalldiagnosevorrichtung
entsprechend der früheren
Entwicklung ist es möglich, eine
Distanz zwischen dem Ziel und der Öffnung durch einen Zeitintervall
von der Sendezeitgebung der Ultraschallwelle bis zu der Empfangszeitgebung
festzustellen. Ferner ist es gemäß der Ultraschalldiagnosevorrichtung
gemäß vorliegender
Ausführungsform
möglich,
die Richtung des Zieles durch einen einmaligen Ultraschallsende-
und -empfangsprozeß zu
kennen. Somit ist es möglich,
nicht nur die Richtung des Zieles zu identifizieren, sondern auch
die Position des Zieles, sofern eine ausreichende Amplitude des
empfangenen Signals erreicht werden kann. Folglich ist es möglich, durch
eine arithmetische Operation auf der Basis eines empfangenen Signals,
das mittels des tatsächlichen
Sendens und Empfangens von Ultraschallstrahlen 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 Ultraschallstrahlen tatsächlich gesendet und empfangen
werden, beispielsweise einer Öffnung,
die auf halbem Wege zwischen den zwei benachbarten Öffnungen
liegt. Die Erzeugung eines derartigen Interpolationssignals macht
es möglich,
einen Zeitraum zu verringern, der für die Abtastung erforderlich
ist, wodurch eine Bildfrequenz verbessert wird, ohne daß eine Beeinträchtigung
der Auflösung
in Kauf genommen werden muß.
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Nachfolgend
werden verschiedene Arten von Gewichtungsfunktionspaaren als Beispiel
erläutert.
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9(a) und (b) sind jeweils ein Diagramm, das ein erstes
Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen.
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9(a) und (b) sind in den Gewichtungsfunktionspaaren
enthalten, die unter Bezug auf 4 bis 7 erläutert wurden. 9(a) ist eine gerade Rechteckfunktion einer Gewichtungsfunktion
mit bilateraler Symmetrie bezüglich
der Mitte der Empfängeröffnung. 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 Gewichtungsprozesse
gemäß den in 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.
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Hinsichtlich
des Vorsehens von zwei Gewichtungsfunktionen 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, benötigt das
Vorsehen der beiden Gewichtungsfunktionen an der Empfängeröffnung nur
einen einmaligen Sendevorgang des Ultraschalls. Da ferner auf der
Sendeseite hohe Spannungen vorliegen, würde das Vorsehen der beiden
Gewichtungsfunktionen 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 Hinsicht und unter dem Gesichtspunkt
der Wirkung zu bevorzugen, daß die
beiden Gewichtungsfunktionen an der Empfängeröffnung vorgesehen werden.
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10(a) und (b) sind jeweils ein Diagramm, die ein
zweites Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen.
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10(a) ist eine Dreiecksfunktion, in der das Maximum
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. 10(b) ist eine Rechteckfunktion
mit bilateraler Symmetrie bezüglich
der Mitte der Empfängeröffnung,
jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen. 10(b) ist
eine Figur, in der 10(a) einer
Differenzierung der ersten Ordnung unterzogen wird.
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Wie
vorstehend beschrieben ist bekannt, daß eine Gewichtungsfunktion
einer Öffnung
für Ultraschallwellen
und eine Strahlprofilfunktion von empfangenen Strahlen, die mittels
der Durchführung
einer Gewichtung gemäß der Gewichtungsfunktion
erhalten werden, und die anschließende Durchführung der
Phasenabgleichaddition wechselseitig in einer Beziehung eines Fourier-Transformationspaares
stehen. In dem Fall, daß die Gewichtungsfunktion
von 10(a) durch f(x) gegeben ist,
ist die zugehörige
Strahlprofilfunktion durch F(w) gegeben, wobei es sich um die Fourier-Transformation
von f(x) handelt, worin w eine Verschiebung des Zieles bezüglich der
Strahlrichtung bezeichnet.
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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 Strahlprofilfunktion von 10(b) gegeben durch jw·F(w). Folglich ist es möglich, die
Verschiebung w mittels der Bestimmung eines Verhältnisses des empfangenen Signals
gemäß 10(a) und des empfangenen Signals gemäß 10(b) direkt zu bestimmen.
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11(a) und (b) sind jeweils Diagramme, die ein
drittes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen.
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Die
Beziehung von 11(a) und (b) ist in ähnlicher
weise wie bei dem zweiten Beispiel, daß 11(b) eine
Figur ist, in der 11(a) einer
Differenzierung der ersten Ordnung unterzogen wird. Als bevorzugte
Funktionen von 11(a) werden die Gauß'sche Funktion, die
potenzierte Cosinusfunktion und die verschobene potenzierte Cosinusfunktion
und dergleichen genannt.
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12(a) und (b) sind jeweils Diagramme, die ein
viertes Beispiel eines Gewichtungsfunktionspaares zeigen. Die Beziehung
zwischen 12(a) und (b) ist diejenige,
daß 12(b) eine Figur ist, in der 12(a) einer Differenzierung der zweiten Ordnung
unterzogen wird. Das Strahlprofil von 12(b) ist
durch eine Funktion –w2·x
F(w) gegeben. Folglich wird w2 mittels der
Bestimmung eines Verhältnisses
des empfangenen Signals gemäß 12(a) und des empfangenen Signals gemäß 12(b) gefunden, woraufhin es möglich ist, eine Verschiebung
w mittels der Feststellung der Quadratwurzel von w2 zu
bestimmen.
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13 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
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 Gewichtungsfunktion bestimmt ist.
Um die Zeichnung und die Erläuterung
zu vereinfachen, zeigen 13 und
die auf eine weitere Ausführungsform
bezogenen Figuren einfach Ultraschalltransducer, die eine Öffnung bilden,
aus einer Anzahl von vorgese henen Ultraschalltransducern.
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Ultraschall
wird von Ultraschalltransducern 101 in das Innere des Objekts
unter Verwendung einer Ultraschallsendeschaltung (nicht dargestellt)
gesendet, und in dem Objekt reflektierte Ultraschallwellen werden von
den Ultraschalltransducern 101 empfangen. Von den Ultraschalltransducern 101 erzeugte
Ultraschallsignale werden in zwei Systeme getrennt und werden in Übereinstimmung
mit den zugehörigen
Gewichtungsfunktionen, die ein Gewichtungsfunktionspaar in Gewichtungsschaltungen 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 erhalten werden. Die Abtastliniensignale
C und S werden einer Verschiebungs-/Intensitätserfassungsschaltung 105 zum
Erfassen einer Verschiebung des Zieles und einer Reflexionsintensität zugeliefert,
so daß eine
Verschiebung w und eine Reflexionsintensität A bestimmt werden. Die Verschiebung
w und die Reflexionsintensität
A werden einer Strahlprofiltransformationsschaltung 106 zugeführt, um
so ein neues Abtastliniensignal gemäß einer Strahlprofilfunktion
zu erhalten, die einen schmaleren Strahldurchmesser hat. Das neue
Abtastliniensignal wird zu einer DSC (digitale Abtastumwandlungseinrichtung) 107 geliefert,
in der eine Interpolation zwischen Abtastlinien durchgeführt wird,
und anschließend
in einer CRT 108 dargestellt.
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14 ist
einer Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung.
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Ein
von der in 13 dargestellten ersten Ausführungsform
verschiedener Punkt wird beschrieben.
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In
der in 14 gezeigten zweiten Ausführungsform
sind DSCs 107_1 und 107_2 vor der Verschiebungs-/Intensitätserfassungsschaltung 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.
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Die
zweite Ausführungsform
ist bevorzugt, wenn das in 9(a) und 9(b) gezeigte Gewichtungsfunktionspaar verwendet
wird.
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15 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform.
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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.
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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 unterzogenen empfangenen Signale
direkt einer weiteren Addiereinrichtung 110_2 zugeführt. Ferner
werden die dem Strahlformungsprozeß durch den Strahlformer 103b unterzogenen
empfangenen 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 werden Erfassungsschaltungen 104_1 bzw. 104_2 zugeleitet.
Die nachfolgende Verarbeitung entspricht derjenigen von 13 oder 14.
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Die
in 15 gezeigten Strahlformer 103a und 103b sind
der oberen Hälfte
und der unteren Hälfte
der angeordneten Ultraschalltransducer zugeordnet. Somit entspricht
eine Kombination von beiden Strahlformern 103a und 103b einem
der Strahlformer 103_1 und 103_2, die in 13 oder 14 gezeigt
sind.
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Daher
besteht gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
kein Bedarf zur Herstellung von zwei Systemen von Strahlformern
und somit ist es möglich,
eine beträchtliche
Kostenreduzierung im Vergleich zu den in 13 und 14 dargestellten
Ausführungsformen
zu erreichen.
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Die
vorstehend beschriebenen Gegenstände
betreffen die verschiedenen Arten von Ausführungsformen der Ultraschalldiagnosevorrichtung
der Wellenempfangsvorrichtung.
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Es
sei jedoch angemerkt, daß die
Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung auf eine andere Vorrichtungsart als die Ultraschalldiagnosevorrichtung
anwendbar ist. Nachfolgend werden Beispiele beschrieben, bei welchen
die Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung auf
Vorrichtungen oder Systeme angewandt wird, die von der Ultraschalldiagnosevorrichtung
verschieden sind.
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Bei
Radargeräten,
die auf dem Boden, in einem Flugzeug, an Land oder dergleichen eingerichtet
werden, um ein Flugzeug, Schiff oder dergleichen zu erfassen, besteht
insbesondere ein Bistatic-Radarsystem, bei dem eine Sendestation
und eine Empfangsstation getrennt eingerichtet sind. Das vorliegende
System soll ein Ziel, das in einem Raumbereich vorhanden ist, der
durch eine Schnittfläche
eines Sendestrahles und eines Empfangsstrahles definiert ist, erfassen.
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16 ist
eine typische Darstellung, die zum Verständnis 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 empfangen werden.
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Bisher
ist eine Anordnung bekannt, die als "Impulsauswahl" bezeichnet wird, bei welcher ein Empfangsstrahl
mit einer hohen Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einem Lauf
der Sendeenergie eines Sendestrahles zum Zweck der Wiedergewinnung
für einen
Raum unter effektiver Nutzung der Sendeenergie abgetastet wird.
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Wie 16 zeigt,
ist eine Ortskurve einer Zielposition, die an der Empfängerstation
R zur selben Zeit empfangen wird, durch eine Ellipse Ov ausgedrückt, wobei
die Sendestation und die Empfängerstation
in Form eines Brennpunktes gegeben sind. Nimmt man an, daß Punkte,
durch welche der Sendestrahl 201 die Ellipse Ov 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. Folglich
ist es in dem Fall, in dem der Sendestrahl 201 gespreizt
wird, erforderlich, den Empfangsstrahl 202 ebenfalls auf
die entsprechende Strahlbreite zu spreizen. Dies verursacht das
Problem, daß die
Zielauflösung und
die Positionsgenauigkeit verschlechtert werden.
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Unter
Berücksichtigung
der vorstehend genannten Tatsachen wird eine Wellenempfangsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung auf ein derartiges Radar angewandt.
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17 ist
ein Blockdiagramm eines Radars, an dem die Wellenempfangsvorrichtung
gemäß vorliegender
Erfindung angewandt wird.
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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 Empfangsantenne 214 ist
in eine Vielzahl von Teilen in x-Richtung
unterteilt, wie in 17 gezeigt, um so die jeweiligen
empfangenen Signale abzuleiten. Jedes der empfangenen Signale wird
Gewichtungsverarbeitungen gemäß den zugehörigen Gewichtungsfunktionen
unterzogen, die ein Gewichtungsfunktionspaar 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 Empfangsstrahlsteuereinrichtung 217 die Strahlformer 216_1 und 216_2 in Übereinstimmung
mit Informationen hinsichtlich einer Sendezeitgebung des Sendestrahles,
einer Senderichtung und dergleichen, die von der Sendestrahlsteuereinrichtung 212 erhalten
werden, so daß der
empfangene Strahl in einer dem Sendestrahl entsprechenden Richtung
geformt wird.
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Durch
die Strahlformung mittels der Strahlformer 216_1 und 216_2 abgeleitete
Signale werden Erfassungsschaltungen 218_1 bzw. 218_2 zugeführt und
einer Mantelerfassung unterzogen, wodurch Abtastliniensignale C
und S abgeleitet werden. Die Abtastliniensignale C und S, die auf
diese Weise erhalten werden, werden einer Verschiebungserfassungsschaltung 219 zugeliefert,
um die Verschiebung oder die Richtung des Zieles aus dem Empfangsstrahl
abzuleiten. Eine Information hinsichtlich der Verschiebung des Zieles
aus dem Empfangsstrahl oder die Positionsinformation des Zieles,
die in der Verschiebungserfassungsschaltung 219 abgeleitet
wird, wird einer Anzeige 220 zugeführt, um so die Position des
Zieles anzuzeigen.
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18 ist
eine erläuternde
Darstellung, die zum Verständnis
eines Effektes des in 17 gezeigten Radars nützlich ist.
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Gemäß dem in 17 dargestellten
Radar ist es möglich,
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 zwischen der Sendestation und der Empfangsstation
und einer Ankunftszeit 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.
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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
Erfindung beispielsweise auch auf eine Fischdetektorvorrichtung
zum Erfassen der Position der Fische im Wasser und einen Fehlerdetektor
zum Erfassen von Fehlern im Inneren eines Objekts 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.
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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 möglich, eine
höhere
Auflösung
zu erzielen und auch durch eine arithmetische Verarbeitung ein einem
empfangenen Signal entsprechendes Signal zu erzeugen, das einer Öffnung zugehörig ist,
die nicht tatsächlich
ein Signal empfängt.