JP2023047741A - 検査装置、検査方法、検査プログラム、及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の検査装置は、受信信号を高速フーリエ変換して周波数スペクトラムを求め、周波数領域においてグレーティングローブを抑圧するというものであり、装置構成が複雑である。【解決手段】アレイセンサ１における複数の受信素子１11～１mnは、それぞれが反射波を受け、受けた反射波を電気信号に変換して時間的に短いパルスからなる受信信号を出力する。合成信号算出部２０５が複数の受信素子１11～１mnから出力された時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号を得る。閾値算出部２０６が複数の受信素子１11～１mnから出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出する。比較部２０７が合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅の値と閾値算出部２０６で得られた閾値とを比較し、比較結果を出力する。【選択図】図１

Description

本開示は、反射波を電気信号に変換して受信信号として出力する複数の受信素子を有するアレイセンサを用い、反射源の位置及び形状を求める検査装置に関する。

アレイセンサを用いた検査装置の一種として水中探知装置が特許文献１に示されている。
特許文献１に示された水中探知装置は、素子の配列に関わらず、低コストでグレーティングローブを低減するために、受信信号が到来する方位方向と該受信信号に含まれる周波数とで特定される２次元領域における、受信信号の強度スペクトラムを算出する強度スペクトラム算出部と、強度スペクトラム算出部で算出された強度スペクトラムのうちの、各方位方向における強度スペクトラムである周波数領域強度スペクトラムに基づく対象信号と、該対象信号の比較対象となる参照情報とを比較する比較部と、比較部での比較結果に応じて周波数領域強度スペクトラムのエコー強度を低減するエコー強度低減部を備えている。

強度スペクトラム算出部により算出する２次元領域における信号は、受信信号に対して高速フーリエ変換処理を行ない生成された周波数領域信号に対して、ビームフォーミングを行い到来する方位方向と該受信信号に含まれる周波数とで特定される信号である。

特開２０１５－１７５７７６号公報

このように、特許文献１に示された水中探知装置は、受信信号を高速フーリエ変換して周波数スペクトラムを求め、周波数領域においてグレーティングローブを抑圧するというものであり、装置構成が複雑になるという課題があった。

本開示は、上記した点に鑑みてなされたものであり、グレーティングローブの抑圧を時間領域だけの信号処理により行う検査装置を得ることを目的とする。

本開示に係る検査装置は、それぞれが反射波を受け、受けた反射波を電気信号に変換して時間的に短いパルスからなる受信信号を出力する複数の受信素子を有するアレイセンサと、複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号を得る合成信号算出部と、複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出する閾値算出部と、合成信号算出部により得られた合成信号の振幅の値と閾値算出部で得られた閾値とを比較し、比較結果を出力する比較部とを備える。

本開示によれば、グレーティングローブの抑圧を、時間的に短いパルスである受信信号の時間領域だけの信号処理により行うことができる。

実施の形態１に係る検査装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る検査装置におけるアレイセンサの受光素子及び送信素子の配置を示す図である。 実施の形態１に係る検査装置におけるアレイセンサの受信信号の一例を示す波形図である。 送信波に対して垂直な壁を反射源としてセンシングする時の各受光素子からの各チャンネルにおける受信信号を示す波形図である。 実施の形態１に係る検査装置において、アレイセンサの受光素子から出力されたチャンネルの受信信号を受信時間である時間領域において遅延をかけずに合成信号を求める説明図である。 隣接する受信素子間において、遠方からの距離差を説明する図である。 実施の形態１に係る検査装置において、アレイセンサの受光素子から出力されたチャンネルの受信信号を受信時間である時間領域において遅延を与えて合成信号を求める説明図である。 実施の形態１に係る検査装置において、合成信号算出部から得られた、選択されたチャンネルの受信信号において、メインローブの合成信号及びグレーティングローブの合成信号とそれぞれのマッピング値を示した図である。 各チャンネルの受信信号が連続波のような時間的に長い波形の場合の、各チャンネルの受信信号を、遅延をかけずに加算した合成信号を説明する図である。 各チャンネルの受信信号が連続波のような時間的に長い波形の場合の、各チャンネルの受信信号を、遅延を与えて加算した合成信号を説明する図である。 実施の形態１に係る検査装置において、合成信号算出部から得られた、選択されたチャンネルの受信信号において、メインローブの合成信号及びグレーティングローブの合成信号の振幅を閾値処理してそれぞれのマッピング値を求めた説明図である。 実施の形態１に係る検査装置における信号処理部のハードウェア構成示す図である。 実施の形態１に係る検査装置における受信側信号処理部の動作例を示すフローチャートである。 シミュレーションで想定した受信信号を示す図である。 シミュレーションで想定した、反射源として想定した送信波に垂直な壁とアレイセンサとの位置関係を示す図である。 実施の形態１に係る検査装置において、シミュレーションにより、垂直な壁をマッピングした結果を示す図である。 比較のために、シミュレーションにより、閾値処理をせずに、垂直な壁をマッピングした結果を示す図である。 シミュレーションで想定した、反射源として想定した送信波に傾斜した壁とアレイセンサとの位置関係を示す図である。 実施の形態１に係る検査装置において、シミュレーションにより、傾斜した壁をマッピングした結果を示す図である。 比較のために、シミュレーションにより、閾値処理をせずに、傾斜した壁をマッピングした結果を示す図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る検査装置を図に基づいて説明する。
実施の形態１に係る検査装置は、それぞれが反射源からの反射波を電気信号に変換して時間的に短いパルスからなる受信信号として出力する複数の受信素子を有するアレイセンサを用い、反射源の位置又は形状の少なくとも一方を求める検査装置である。特に、複数の受信素子からの時間的に短いパルスである受信信号を合成することによりマッピングを行う検査装置である。

ここで、マッピングとは、アレイセンサの複数の受信素子それぞれから出力された各チャンネルの受信信号に基づいて、信号処理により合成信号を求め、合成信号から、反射源の位置、材質、形状等の反射源情報を反映した値（以下、マッピング値と言う）を求め、マッピング値を空間に展開する作業を意味する。

実施の形態１に係る検査装置は、図１に示すように、アレイセンサ１と送受信器２と表示器３を備える。
送受信器２は送信部２１と受信部２２と信号処理部２３を備える。
信号処理部２３は送信側信号処理部１００と受信側信号処理部２００と制御部３００を備える。

実施の形態１に係る検査装置は、アレイセンサ１の受信信号が、図３に示したような時間的に短いパルスとなるようなアレイセンサ１と送受信器２を用いている。
時間的に短いパルスとは、図３に示すように、振幅の絶対値の最大値と、２番目以降の振幅の絶対値の値との差が、有意である波形を意味している。
図３では、最大値から４番目までの振幅について矢印を付して示しており、絶対値において、振幅の最大値が２番目から４番目の振幅の値との間に有意な差を有している。

なお、図３は受信信号の波形の一例を示したものであり、受信信号が図３に示した波形に限られるものではない。
要は、受信信号が、異なる複数の振幅を有し、絶対値が最大値の振幅とそれ以外の振幅との間に有意の差がある時間的に短いパルスであればよい。
以下の説明では、説明の煩雑さを避けるため、振幅の絶対値に有意差のある短いパルスを、単に、時間的に短いパルスとして説明する。

アレイセンサ１は複数（ｍ）行、複数（ｎ）列にマトリクスに配列された複数（ｍ×ｎ）の受信素子１₁₁～１_mnと送信素子１_Sを有する。
実施の形態１では、図２に示すように、一例として８行×１６列の１２８個の受信素子と、中央に配置した１個の送信素子により構成される。
なお、以下、受信素子１₁₁～１_mnを、区別して説明しなくて済む場合は、説明の煩雑さを避けるため、受信素子１_Rとして説明する。

また、送信素子１_Sは１個に限られるものではなく複数でもよく、また、送信素子と受信素子を兼用した送受信素子でもよい。すなわち、複数行、複数列に送受信素子を配列したものでもよい。
複数の送信素子を用い、複数の送信素子からそれぞれ送信波を出射（放射）することにより、各受信素子１_Rにおける受信信号のＳＮ比が向上する。

送信素子１_Sは、送信部２１からの送信信号により励振して送信波に変換し、送信波を反射源に向けて外部に出射する。
送信信号は、一例として図３に示した受信信号の波形と同様の波形である時間的に短いパルスであり、送信波の波形も送信信号に基づいた同様の波形である。
送信波は、実施の形態１では超音波を用いているが、音波又は電磁波でもよい。

送信部２１は、信号処理部２３からの制御信号により励振し、送信信号を送信素子１_Sに出力する。
送信素子１_Sから放射される送信波は、送信部２１から出力される送信信号のタイミングにより決定され、どのような送信波を形成するかは、信号処理部２３からの制御信号で決められる。
送信素子１_Sから放射される送信波は、送信部２１から出力される時間的に短いパルスである送信信号により決定される。

複数の受信素子１_Ｒそれぞれは、送信素子１_Sから放射される送信波が反射源を反射した反射波を受け、受けた反射波を電気信号に変換して受信信号として出力する。
反射波は送信波と同様に時間的に短いパルスであり、複数の受信素子１_Rそれぞれは、図３に一例として示した時間的に短いパルスからなる受信信号を出力する。

受信部２２は、必要があれば受信信号を増幅し、受信信号をデジタルデータにして信号処理部２３に送る。
以下の説明において、受信素子１₁₁～１_mnからの受信信号を伝送する送受信器２内の伝送経路をチャンネルch₁₁～ch_mnという。
チャンネルch₁₁～ch_mnは複数の受信素子１₁₁～１_mnそれぞれに対応して存在する。
なお、以下、チャンネルch₁₁～ch_mnを、区別して説明しなくて済む場合は、説明の煩雑さを避けるため、チャンネルchとして説明する。

信号処理部２３における送信側信号処理部１００は制御部３００の制御の下、制御信号を送信部２１に出力する。
信号処理部２３における受信側信号処理部２００は制御部３００の制御の下、受信部２２から出力された複数の受信素子１_Rそれぞれの受信信号を用いて、時間領域において合成信号を算出し、算出した合成信号によりグレーティングローブの合成信号を抑圧し、その後、マッピングを行い、マッピング値を表示器３に出力する。

受信側信号処理部２００は、入力インタフェース２０１と、記憶部２０２と、マッピングポイント決定部２０３と、時間領域決定部２０４と、合成信号算出部２０５と、閾値算出部２０６と、比較部２０７と、マッピング値生成部２０８と、出力インタフェース２０９を備える。

記憶部２０２は、入力インタフェース２０１を介して受信部２２から出力された複数の受信素子１Ｒそれぞれの受信信号を記憶する。

マッピングポイント決定部２０３は、反射源に対するマッピングポイントＯを決定する。マッピングポイントは、マッピング値を求める座標であり、３次元空間の場合は、例えばＯ（ｘ_O、ｙ_O、ｚ_O）という値で現わす。
マッピングポイントは、反射源に対して複数行、複数列にマトリクスに配列された複数のポイントである。

時間領域決定部２０４は、送信素子１_sから出射された送信波が反射源におけるマッピングポイントＯを反射し、反射した反射波を受信素子１_Rが受信するまでの時間Ｔに基づいた時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴを決定する。
時間領域決定部２０４における時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴの決定はマッピングポイントＯそれぞれに対して複数の受信素子１_Rそれぞれに対して行われる。
複数の受信素子１_Rそれぞれに対して、しかも、マッピングポイントＯそれぞれに対して、少なくとも時間Ｔは異なるが、説明が煩雑になるので、時間Ｔとして説明する。

時間領域決定部２０４における時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴの決定は次のようにして行われる。
まず、送信素子１_Sが位置する送信点ＳからマッピングポイントＯまでの距離ｒ₁を、例えば、次式（１）により求める。
距離ｒ₁は、マッピングポイントＯの位置によって異なる値であるが煩雑さを避けるためｒ₁として示す。

ｒ₁＝√｛（ｘ_O－ｘ_s）²＋（ｙ_O－ｙ_s）²＋（ｚ_O－ｚ_s）²｝ ・・・（１）
但し、式（１）において、ｘ_O、ｙ_O、ｚ_OはマッピングポイントＯ（ｘ_O、ｙ_O、ｚ_O）のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の値、ｘ_s、ｙ_s、ｚ_sは送信波の原点として扱う送信点Ｓ（ｘ_s、ｙ_s、ｚ_s）のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の値である。

受信素子１_Rそれぞれが位置する受信点ＲからマッピングポイントＯまでの距離r₂を、例えば、次式（２）により求める。
距離ｒ₂は受信素子１_Rそれぞれの位置によって異なる値であるが煩雑さを避けるためｒ₂として示す。

ｒ₂＝√｛（ｘ_O－ｘ_R）²＋（ｙ_O－ｙ_R）²＋（ｚ_O－ｚ_R）²｝ ・・・（２）
但し、式（２）において、ｘ_R、ｙ_R、ｚ_Rは反射波の受信点Ｒ（ｘ_R、ｙ_R、ｚ_R）のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の値である。

送信点Ｓからの送信波がマッピングポイントＯにより反射されて受信点Ｒにより反射波を受信するまでの時間Ｔを、次式（３）により求める。
次式（３）により求められた時間Ｔを、以下、送信波の到達時間Ｔと言う。

Ｔ＝（ｒ_１＋ｒ_２）／Ｖ ・・・（３）
但し、式（１）において、Ｖは送信波として超音波を用い、超音波が伝搬媒質を伝搬した時の速度である。

そして、ＴからＴ＋ΔＴまでの時間は、上式（３）により求められた到達時間Ｔから、到達時間ＴにΔＴを加算した時間であり、時間領域とする。
ΔＴは受信素子１_Rからの受信信号の継続時間及び隣接するマッピングポイントＯの間隔などによって事前に決定した値である。

すなわち、ΔＴは、送信波が送信素子１_S（送信点Ｓ）から出射されてから反射源により反射され、反射された反射波を受信素子１_R（受信点Ｒ）が受信した到達時間Ｔの後、受信信号を時間的に短いパルスとしてチャンネルch内に取り込む時間に相当する。
ΔＴは、図３に示したような時間的に短いパルスが発生している時間を含む時間である。

合成信号算出部２０５は、制御部３００の制御の下、複数の受信素子１_Rから選択された受信素子１_Rに対する受信時間である時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにおいて、記憶部２０２に記憶された時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにおける複数の受信素子１_Rから出力された受信信号の全てを読み出し、読みだした複数の受信素子１_Rから出力された受信信号の全てを加算し、マッピングポイントＯにおける合成信号を得る。

合成信号算出部２０５により得た合成信号により、メインローブの合成信号かグレーティングローブの合成信号かの区別が可能な理由は次の理由による。
送信素子１_Sから送信波を出射し、送信波に対して垂直な壁を反射源としてセンシングすると、壁から反射された受信波を受けた複数の受信素子１_Rから出力された各チャンネルchでの受信信号は、図４に示すように、殆ど同じ波形であり、受信時間も殆ど同じとなる。

従って、合成信号算出部２０５は、正面方向をマッピングする、つまり、合成信号を用いて正面方向のマッピング値を求める場合、受信素子１_Rから出力された各チャンネルchでの受信信号の全てを、遅延を与えずに合成する。
合成信号算出部２０５による合成信号は、各チャンネルchでの受信信号の位相が一致し、振幅最大値が重なるため、図５に示すように、振幅が大きい信号となる。

図５は１列分の受信素子１₁₁～１_m1についてのチャンネルch₁₁～ch_m1での受信信号に対する合成信号を示しているが、他の列についても同様であり、各チャンネルchでの受信信号を全て加算した合成信号も、図５に示した波形と同様に、振幅が大きい信号となる。これがメインローブの合成信号となる。

一方、合成信号算出部２０５は、正面方向ではなく、斜め方向をマッピングする場合、つまり、選択したチャンネルchでの受信信号において、合成信号を用いて斜め方向のマッピング値を求める場合、各チャンネルchでの受信信号に遅延を与えて合成する。
すなわち、次のようにして各チャンネルchでの受信信号に遅延を与え、遅延を与えた各チャンネルchでの受信信号を全て合成する。

隣接する受信素子１_Rの間の遅延量τは、隣接する受信素子１_Rの間隔ｄと、正面方向に対する斜め方向の角度φとの関数であり、隣接する受信素子１_Rは図６に示す関係にあり、遅延量τは次式（４）により求めることができる。
行方向に隣接する受信素子１_Rの間隔及び列方向に隣接する受信素子１_Rの間隔は共に等間隔とする。

τ＝Ｄ÷Ｖ
＝ｄ×sinφ÷Ｖ ・・・（４）
Ｄは、隣接する受信素子１_R間において、十分遠方からの距離差、つまり、送信点Ｓから受信点Ｒまでの送信波から反射波までの伝搬経路の距離差である。
距離差Ｄはｄ×sinφとなる。

隣接する受信素子１_Rの間の遅延量τが各チャンネルchでの受信信号の周期τ₀と一致すると、例えば、図３に示した時間的に短いパルスの場合、図７に示すように、各チャンネルchでの受信信号の全てを加算した合成信号は、各チャンネルchでの受信信号の位相は一致するものの、各チャンネルchでの受信信号の振幅最大値が重ならない。
この例においては、振幅最大値と３番目以降の振幅が重なるが、合成信号の振福の最大値は、振幅最大値が重なる合成信号の振幅の最大値より小さい。

従って、合成信号算出部２０５は、選択したチャンネルchでの受信信号において、斜め方向である角度φ方向をマッピングする場合、隣接する受信素子１_Rの間に対して受信信号の周期τ₀だけ遅延を与えた、時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにおける各チャンネルchでの受信信号の全てを加算して合成信号を求める。

図７は１列分の受信素子１₁₁～１_m1についてのチャンネルch₁₁～ch_m1での受信信号に対する合成信号を示しているが、他の列についても同様であり、各チャンネルchでの受信信号を全て加算した合成信号も、図７に示した波形と同様に、合成信号の振福の最大値は、振幅最大値が重なる合成信号の振幅の最大値より小さい。これがグレーティングローブの合成信号となる。

要するに、合成信号算出部２０５は、選択したチャンネルchでの受信信号において、時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにおける各チャンネルchでの受信信号を遅延せずに全て加算することによりメインローブの合成信号を得、各チャンネルchでの受信信号を受信信号の周期τ₀ずつ遅延し、遅延された各チャンネルchでの受信信号を全て加算することによりグレーティングローブの合成信号を得ている。

すなわち、合成信号算出部２０５は、選択したチャンネルchでの受信信号において、時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにおける各チャンネルchでの受信信号を、整数倍の周期τ₀により遅延して全て加算して合成信号を得ている。
整数倍の整数がゼロであるとメインローブの合成信号となり、整数倍の整数が１、２、・・・の自然数であるとグレーティングローブの合成信号となる。

このようにして得られた選択したチャンネルchにおけるメインローブの合成信号とグレーティングローブの合成信号を、一例として図８に示す。
図８において、メインローブの合成信号は正面方向をマッピングした場合であり、グレーティングローブの合成信号は角度φ（＝sin^-1（λ／ｄ））の斜め方向をマッピングした場合である。
図８に示すように、合成信号の振幅から求まる値であるマッピング値は、グレーティングローブの合成信号におけるマッピング値が、メインローブの合成信号におけるマッピング値より小さいものの、大きい値を示す。

このようにして得たメインローブの合成信号におけるマッピング値とグレーティングローブの合成信号のマッピング値との間に差を得ることができるのは、チャンネルchでの受信信号として時間的に短いパルスを用いていることによる。

例えば、チャンネルchでの受信信号として時間的に短いパルスではなく、連続波のような時間的に長い波形を用いると、各チャンネルchでの受信信号を加算して合成信号を得てもメインローブの合成信号とグレーティングローブの合成信号を区別できない。

チャンネルchでの連続波である受信信号を用いて正面方向をマッピングする場合、各チャンネルでの受信信号の全てを、遅延を与えずに加算すると、図９に示すように、各チャンネルでの受信信号全ての位相が一致し、各チャンネルchでの受信信号の振幅の最大値が重なるため、合成信号は振幅が大きい。

また、チャンネルchでの連続波である受信信号を用いて斜め方向をマッピングする場合、各チャンネルchでの受信信号に遅延を与えて加算すると、図１０に示すように、各チャンネルchでの受信信号の位相が重なり、各チャンネルchでの受信信号の振幅の最大値が重なるため、合成信号は振幅が大きい。

斜め方向をマッピングする場合の合成信号の振幅は、正面方向をマッピングする場合の合成信号の振幅と同程度であり、メインローブの合成信号とグレーティングローブの合成信号を区別することは困難である。

ところで、合成信号算出部２０５により得られた、選択したチャンネルchでの受信信号における、グレーティングローブの合成信号とメインローブの合成信号は、図８に示すように、グレーティングローブの合成信号のマッピング値は、メインローブのマッピング値と比較して小さい値となるが、合成する際に位相が一致しているため、無視できない大きさとなる。

マッピング値が大きい値のグレーティングローブの合成信号が存在すると、反射源が存在しないにも関わらず、存在するかの如く見えてしまうので、グレーティングローブは抑圧する必要がある。
実施の形態１に係る検査装置における受信側信号処理部２００は、さらに、合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅値と比較するための閾値を算出する閾値算出部２０６を有している。

閾値は、合成信号算出部２０５により得られるメインローブの合成信号の最大値より小さく、なおかつ、グレーティングローブの合成信号の最大値より大きい値とする。
閾値算出部２０６は、制御部３００の制御の下、マッピングポイントＯに対し、複数の受信素子１_Rから選択された受信素子１_Rに対する受信時間である時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにおいて、記憶部２０２に記憶された時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにおける複数の受信素子１_Rから出力された受信信号から閾値を算出する。

閾値の算出は、例えば、複数の受信素子１_Rから受信信号が示す振幅の値のうちの最大の値の１より大きい倍数の値であり、あるいは複数の受信素子１_Rから受信信号が示す振幅の平均値の１より大きい倍数の値である。

このようにして決定された閾値は、合成信号算出部２０５により得られるメインローブの合成信号の最大値より小さく、グレーティングローブの合成信号の最大値より大きい値となる。
また、このようにして決定された閾値は、複数の受信素子１_Rそれぞれにおいて受信時間である時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴが異なるので、複数の受信素子１_Rそれぞれにより異なる値になり、マッピングポイントＯにより異なる値にもなる。

比較部２０７は、合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅の値と閾値算出部２０６により得られた閾値と比較し、比較結果を出力する。
比較部２０７は、合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅の値が閾値算出部２０６により得られた閾値以上であると、比較結果を合成信号算出部２０５により得られた合成信号とする。
この合成信号はメインローブの合成信号となる。

一方、比較部２０７は、合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅の値が閾値算出部２０６により得られた閾値より小さいと、比較結果をゼロにする。
この場合、比較結果をゼロにするに限るものではなく、合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅を小さくした合成信号としてもよい。

マッピング値生成部２０８は、比較部２０７からの比較結果により、マッピング値を生成し、生成したマッピング値を出力インタフェース２０９を介して表示器３に出力する。
比較結果が合成信号算出部２０５により得られた合成信号であると、メインローブの合成信号と認識し、図１１に示すように、合成信号の振幅の最大値をマッピング値とする。

比較結果がゼロであると、グレーティングローブの合成信号と認識し、図１１に示すように、マッピング値生成部２０８はマッピング値をゼロとする。
この結果、各チャンネルchでの受信信号におけるグレーティングローブが抑圧される。

また、比較結果が合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅を小さくした合成信号であると、マッピング値生成部２０８は、小さくされた合成信号の振幅の最大値をマッピング値とする。
この場合でも、各チャンネルchでの受信信号におけるグレーティングローブが抑圧される。

表示器３は、マッピング値生成部２０８からのマッピング値を出力インタフェース２０９を介して入力され、検査結果を表示する。
検査結果は数字として表示しても良いし、ＬＥＤランプの明るさで表示しても良い。表示の方法はこれらに限られるものではなく、これらに限定されるものではない。

信号処理部２３は、例えば、パーソナルコンピュータ又はワークステーションなどのＣＰＵ（Central Processing Unit）内蔵のコンピュータ、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）によって構成される。

信号処理部２３は、図１２に示すように、ＣＰＵを含むプロセッサ２３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３３と、送受信インタフェース回路２３４と、表示インタフェース回路２３５と、記録媒体２３６を有している。
プロセッサ２３１と、ＲＯＭ２３２と、ＲＡＭ２３３と、送受信インタフェース回路２３４と、表示インタフェース回路２３５と、記録媒体２３６は、バス回路などの信号路２３７を介して相互に接続されている。

プロセッサ２３１は、ＲＡＭ２３３を作業用メモリとして使用して、ＲＯＭ２３２から読み出された検査用コンピュータ・プログラムを実行する。
プロセッサ２３１とＲＯＭ２３２とＲＡＭ２３３は、制御部３００と、送信側信号処理部１００と、マッピングポイント決定部２０３と、時間領域決定部２０４と、合成信号算出部２０５と、閾値算出部２０６と、比較部２０７と、マッピング値生成部２０８の機能を果たす。
ＲＡＭ２３３は記憶部２０２として機能する。

送受信インタフェース回路２３４は、送信部２１との間の信号伝達及び受信部２２との間の信号伝達に使用される回路であり、送信側信号処理部１００の出力インタフェース（図示せず）及び入力インタフェース２０１として機能する。
表示インタフェース回路２３５は、表示器３との間の信号伝達に使用される回路であり、出力インタフェース２０９として機能する。

記録媒体２３６は、例えば、ＳＤＲＡＭ（Synchronous ＤＲＡＭ）などの揮発性メモリ、又はＨＤＤ（ハードディスクドライブ）もしくはＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）を用いて構成される。

次に、実施の形態１に係る検査装置の動作について説明する。
まず、制御部３００の制御の下、送信側信号処理部１００から制御信号が送信部２１に出力される、送信部２１は、信号処理部２３からの制御信号により励振し、送信信号を送信素子１_Sに出力する。送信素子１_Sは、送信部２１からの送信信号により励振して送信波に変換し、送信波を反射源に向けて外部に出射する。

送信部２１からの送信信号は、例えば、図３に示した時間的に短いパルスを断続的に繰り返した信号である。
送信素子１_Sから放射される送信波は、送信部２１から出力される時間的に短いパルスである送信信号により決定される。

送信素子１_Sから放射される送信波は反射源に反射され、反射波が複数の受信素子１_Ｒに受信される。
複数の受信素子１_Rは、それぞれ受信した反射波を電気信号に変換して受信信号として出力する。
複数の受信素子１_Rから出力された受信信号は、受信部２２及び入力インタフェース２０１を介して、アナログ信号からデジタルデータに変換されて記憶部２０２に記憶される。
受信部２２では、必要があれば受信信号を増幅する。

記憶部２０２に記憶される受信信号は、受信した受信素子１_R及び受信した時間が紐付けされている。
複数の受信素子１_Rから出力されたて受信信号は、例えば、図３に示した時間的に短いパルスを断続的に繰り返した信号である。

受信側信号処理部２００は、受信部２２及び入力インタフェース２０１を介して入力された複数の受信素子１_Rから出力された受信信号を用いて、各チャンネルchでの受信信号を加算して合成信号を求め、合成信号からマッピングを行い、マッピング値を表示器３に出力する。

以下、受信側信号処理部２００での処理について、図１３に示したフローチャートを用いて説明する。以下のステップは制御部３００の下、実行される。つまり、プロセッサ２３１がＲＯＭ２３２に記憶された検査プログラムを実行することにより行われる。

まず、ステップＳＴ１において、マッピングポイント決定部２０３により、反射源に対する設定された複数のマッピングポイントＯのそれぞれの座標（ｘ_O、ｙ_O、ｚ_O）を求め、複数のマッピングポイントＯのうちの１つのマッピングポイントＯを決定する。

次に、ステップＳＴ２において、時間領域決定部２０４により、複数のチャンネルchのうち１つのチャンネルchを選択し、決定したマッピングポイントＯに対する選択したチャンネルchにおける時間Ｔを上式（１）から上式（３）を用いて求める。
求めた時間Ｔに基づいて、受信時間である時間領域であるＴからＴ＋ΔＴまでの時間を決定する。

ステップＳＴ３において、時間領域決定部２０４により求められた時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにある全てのチャンネルchでの受信信号を記憶部２０２から読み出す。
ステップＳＴ４において、合成信号算出部２０５により、記憶部２０２から読み出された全てのチャンネルchでの受信信号に対して、隣接する受信素子１_Rの間に受信信号の整数倍の周期τ₀だけ遅延させ、遅延させた全てのチャンネルchでの受信信号を加算して合成信号を得る。

例えば、図２に示すように、８行１６列に配列された１２８個の受信素子１_Ｒによる受信信号が受信側信号処理部２００に入力された場合、決定されたマッピングポイントＯに対して記憶部２０２から１２８個のチャンネルchでの受信信号を読み出し、１２８個のチャンネルchでの受信信号を加算して合成信号を得る。

整数倍は、０倍、１倍・・・であり、０倍の周期τ₀の遅延量は０であり、遅延させないことを意味している。
マッピングポイントＯにおいて、選択されたチャンネルchに対して、合成信号は、０倍の周期τ₀の遅延量の場合はメインローブを、１倍以上の周期τ₀の遅延量の場合はグレーティングローブを形成する。

ステップＳＴ５において、複数のチャンネルchについて全てのチャンネルchが選択されたかを制御部３００が判定し、全てのチャンネルchに対して決定したマッピングポイントＯに対して合成信号を得ていないと判定すると、ステップＳＴ２に戻る。

ステップＳＴ２に戻ると、新たに、複数のチャンネルchのうち１つのチャンネルchを選択し、ステップＳＴ３からステップＳＴ５の処理を実行する。
例えば、１２８個の受信素子１_Ｒによる受信信号を得ている場合、ステップＳＴ２からステップＳＴ５は１２８回繰り返される。

ステップＳＴ５において、複数のチャンネルchについて全てのチャンネルchが選択されたかを制御部３００が判定すると、ステップＳＴ６に進む。
ステップＳＴ６において、決定したステップＳＴ１において決定したマッピングポイントＯに対する閾値を閾値算出部により算出する。

閾値は、ステップＳＴ３において記憶部２０２から読み出された時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにある全てのチャンネルchでの受信信号から算出される。

ステップＳＴ７において、ステップＳＴ４において算出された合成信号の振幅の値とステップＳＴ６において算出された閾値とを比較部２０７により比較し、比較結果を得る。
また、比較部２０７により得た比較結果に基づき、マッピング値生成部２０８によりマッピング値を求める。

比較部２０７による比較結果が合成信号の振幅の値が閾値以上であると、マッピング値生成部２０８は合成信号の振幅の値に基づいた値をマッピング値とし、比較部２０７による比較結果が合成信号の振幅の値が閾値未満であると、マッピング値生成部２０８は０又は合成信号の振幅の値をより低くした振幅の値に基づいた値をマッピング値とする。

ステップＳＴ８において、設定された複数のマッピングポイントＯについて全てのマッピングポイントＯが選択されたかを制御部３００が判定し、全てのマッピングポイントＯに対して合成信号を得ていないと判定すると、ステップＳＴ１に戻る。

ステップＳＴ１に戻ると、新たに、複数のマッピングポイントＯのうち１つのマッピングポイントＯを決定し、ステップＳＴ２からステップＳＴ７の処理を実行する。
ステップＳＴ８において、設定された複数のマッピングポイントＯ全てについて処理が実行されたと制御部３００が判定すると処理が終了する。

以上のように、「受信素子１_Ｒの数×マッピングポイントＯの数」の処理がなされ、合成信号算出部２０５により時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号の振幅の値が閾値以上であると、マッピング値生成部２０８が合成信号の振幅の値に基づいた値をマッピング値とし、合成信号の振幅の値が閾値未満であると、０又は合成信号の振幅の値をより低くした振幅の値に基づいた値をマッピング値としているので、設定した全てのマッピングポイントＯにおいて、グレーティングローブのマッピング値を０もしくは小さくでき、グレーティングローブを抑圧して、メインローブによるマッピング値が得られる。

ステップＳＴ８において、マッピング値生成部２０８により得られたマッピング値は、表示器３に出力され、マッピング値に応じた表示が表示器３においてなされる。

図１３に示された処理ステップを、図１２に示すＲＯＭ２３２にプログラムとして格納されてもよい。
すなわち、ＲＯＭに格納されるプログラムは、複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号を得る手順と、複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出する手順と、合成信号の振幅の値と閾値とを比較し、比較結果を出力する手順とをプロセッサ（コンピュータ）に実行させる検査プログラムとなる。

次に、実施の形態１に係る検査装置において、グレーティングローブが抑圧されていることを確認するためにシミュレーションを行った。
シミュレーションでは、図１４に示す受信信号を用い、図２に示すアレイセンサ１の受信素子１₁₁～１_mnの配置とし、図１５に示す反射源として想定した送信波に垂直な壁とアレイセンサ１との位置関係とした。
また、

図１４に示す受信信号の特性は、アレイセンサ１に対して垂直で平坦な壁からの受信信号であり、中心周波数０．５MHzの時間的に短いパルスとした。図１４において、左図は時間波形、右図は時間波形の周波数スペクトルを示す。
８行×１６列の１２８個の受信素子１₁₁～１_mnは等間隔に配置され、隣接する受信素子の間隔を１０mmとした。

送信波の音速Ｖは1,500m/sとしたので、中心周波数０．５MHzの時間的に短いパルスであり、中心周波数における波長が３mmである。
従って、隣接する受信素子の間隔１０mmは時間的に短いパルスの中心周波数における波長３mmの３倍以上とした。

すなわち、隣接する受信素子の間隔を大きくして少ない受信素子の数で大きな開口面を実現し、分解能を高めることを想定した。
その反面、隣接する受信素子の間隔が中心周波数における波長以上であるため、グレーティングローブが発生する想定である。

また、図１５に示すように、アレイセンサ１を深さ０．５ｍの位置に設置し、壁との距離は４ｍとした。壁の大きさは縦１ｍ、横３ｍとした。伝搬媒質は水とした。
壁は平坦ではなく、凹凸があるものとした。
閾値算出部２０６における閾値を、受信時間である時間領域Ｔ～Ｔ＋ΔＴにある各チャンネルchでの受信信号の振幅における最大値の１６倍とした。比較部２０７において、合成信号算出部２０５により得られた合成信号の振幅の値が閾値算出部２０６により得られた閾値より小さいと、比較結果をゼロとし、マッピング値生成部２０８によるマッピング値をゼロとした。

実施の形態１に係る検査装置において、上記したシミュレーションの条件により、垂直な壁をマッピングした結果、図1６に示す結果が得られた。
図１６から明らかなように、グレーティングローブが抑圧され、特に、上面図から壁が明確にマッピングされている様子が分かる。

なお、比較のために、閾値処理を行わずにマッピングを行った結果を図１７に示す。
すなわち、図１７は、合成信号算出部２０５により得られた合成信号をそのままマッピング値生成部２０８によりマッピング値を求めた結果を示す図である。

図１７は、アレイセンサ１に正対する領域で、マッピング値が大きくなっており、これがメインローブ（ML）である。また、メインローブの両サイドにもマッピング値が大きい領域があり、これがグレーティングローブ（GL）である。
図１７に示すように、グレーティングローブがあるため、壁が明確にマッピングされていない。

実施の形態１に係る検査装置におけるシミュレーション結果は、垂直な壁を明確にマッピングしており、比較例に対して非常に優位な結果が得られていることが分かる。

次に、図１８に示すように、反射源としての壁を垂直な壁に対して３０°傾斜した壁とした。その他の条件は垂直な壁と同じにしてシミュレーションを行った。
実施の形態１に係る検査装置において、上記したシミュレーションの条件により、３０°傾斜した壁をマッピングした結果、図1９に示す結果が得られた。
図１９から明らかなように、グレーティングローブは完全には消えていないが、かなり抑圧されており、特に、上面図から壁が明確にマッピングされている様子が分かる。

なお、比較のために、閾値処理を行わずにマッピングを行った結果を図２０に示す。
すなわち、図２０は、合成信号算出部２０５により得られた合成信号をそのままマッピング値生成部２０８によりマッピング値を求めた結果を示す図である。

図２０は、壁がある位置でマッピング値が大きくなっており、これがメインローブ（ML）である。また、上面図から明らかなように、メインローブの他にもマッピング値が大きい領域があり、これがグレーティングローブである。
図２０に示すように、グレーティングローブがあるため、壁が明確にマッピングされていない。

実施の形態１に係る検査装置におけるシミュレーション結果は、３０°傾斜した壁を明確にマッピングしており、比較例に対して非常に優位な結果が得られていることが分かる。

以上に述べたように、実施の形態１に係る検査装置は、アレイセンサにおける複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号を得る合成信号算出部と、複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出する閾値算出部と、合成信号算出部により得られた合成信号の振幅の値と閾値算出部で得られた閾値とを比較し、比較結果を出力する比較部と備えたものとしたので、グレーティングローブを抑圧できる。

しかも、時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において信号処理を行うことにより、グレーティングローブの抑圧を行えるため、装置構成が簡単である。
さらに、グレーティングローブを抑圧した上で、アレイセンサにおける複数の受信素子の素子間隔を大きくして少ない受信素子の数で大きな開口面を実現し、分解能を高めることができる。

なお、実施の形態の任意の構成要素の変形、又は実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

実施の形態１に係る検査装置は、超音波、音波、又は電磁波などを反射できる反射源の位置及び形状を求めるアレイセンサを備えた検査装置に適用できる。
例えば、水中探知装置に適用できる。

１ アレイセンサ、１₁₁～１mn 受信素子、１_S 送信素子、２ 送受信器、２１ 送信部、２２ 受信部、２３ 信号処理部、１００ 送信側信号処理部、２００ 受信側信号処理部、２０１ 入力インタフェース、２０２ 記憶部、２０３ マッピングポイント決定部、２０４ 時間領域決定部、２０５ 合成信号算出部、２０６ 閾値算出部、２０７ 比較部、 ２０８ マッピング値生成部、２０９ 出力インタフェース、３００ 制御部、３ 表示器。

Claims (8)

1. それぞれが反射波を受け、受けた反射波を電気信号に変換して時間的に短いパルスからなる受信信号を出力する複数の受信素子を有するアレイセンサと、
   前記複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号を得る合成信号算出部と、
   前記複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出する閾値算出部と、
   前記合成信号算出部により得られた合成信号の振幅の値と前記閾値算出部で得られた閾値とを比較し、比較結果を出力する比較部と、
   を備えた検査装置。
2. 前記閾値は、前記複数の受信素子から出力された受信信号が示す振幅の値のうちの最大の値の１より大きい倍数の値である請求項１に記載の検査装置。
3. 前記閾値は、前記複数の受信素子から出力された受信信号が示す振幅の平均値の１より大きい倍数の値である請求項１に記載の検査装置。
4. 前記比較部は、前記合成信号の振幅の値が前記閾値より小さいと、前記比較結果を前記合成信号の振幅の値を小さくした合成信号とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 前記比較部は、前記合成信号の振幅の値が前記閾値より小さいと、前記比較結果をゼロとする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検査装置。
6. 合成信号算出部が、複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号を得るステップと、
   閾値算出部が、前記複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出するステップと、
   比較部が、前記合成信号の振幅の値と前記閾値とを比較し、比較結果を出力するステップと、
   を備えた検査方法。
7. 複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号を時間領域において加算し、合成信号を得る手順と、
   前記複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出する手順と、
   前記合成信号の振幅の値と前記閾値とを比較し、比較結果を出力する手順と、
   をコンピュータに実行させる検査プログラム。
8. 複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号を加算し、合成信号を得る手順と、
   前記複数の受信素子から出力された時間的に短いパルスである受信信号から閾値を算出する手順と、
   前記合成信号の振幅の値と前記閾値とを比較し、比較結果を出力する手順と、
   をコンピュータに実行させるプログラムを記憶してある記録媒体。

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