JP2523101B2 - 音響画像形成システム及び方法 - Google Patents

音響画像形成システム及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、物体の音響特性を示す視覚画像を発生す
るための音響画像形成システム並びにその方法に関し、
特に音響顕微鏡に使用するのに適した音響画像形成装置
並びに音響画像形成方法に関する。
従来からのより一般的な光学式検査技術を用いても確
定できない物体の物理的特性を決定するために、音響顕
微鏡やその他同様な音響検査システムが使用される。初
期の走査式レーザ音響顕微鏡の例としては、米国特許第
3585848号及び第3790281号に提示してあるものがある。
また、更に効果的な走査式レーザ音響顕微鏡が米国特許
第4012951号に開示してある。これらの音響顕微鏡によ
り、広範囲なさまざまな物体に関して、弾性特性、特に
密度及び弾性率（あるいは、その逆の圧縮性能）の限ら
れた変動を視覚化できる。
積層内の傷あるいは密度すなわち間隙率の変動等の標
本物体における欠陥及びその他の変動は、音響顕微鏡に
おいて、音響ビームに対して減衰器あるいは散乱器とし
て作用する。すなわち、音響顕微鏡の検査を行なつた物
体における局部的な構造上の特徴は、音響エネルギを差
動的に減衰、吸収または反射させて、顕微鏡の出力とし
て形成された音響画像の中に光の模様及び暗い特徴（グ
レースケール）を形成することにある。検査を行なつて
いる物体内の音響特性を定量化することは、特に局部領
域単位で有効とされる場合にその物体の欠点を識別する
ための基礎を提供する上で大いに重要になり得る。音響
画像を形成するのに所用される画像信号の振幅レベル
は、一般に局部的な音響信号レベルに対応しているの
で、画像信号レベルの測定が画像情報の定量化への第１
ステツプとして行なわれる。
しかしながら、音響画像信号の振幅レベルの測定に付
随して多くの本質的な問題があり、これらの問題によつ
て、検査を受ける物体の音響的性質に関する定量化した
直接のデータ源としては、その信号レベルは信頼できな
いものとなる。従つて、当技術の現状においては、音響
画像信号を形成するために使用された増幅器、検出器、
及びその他の回路のダイナミツクレンジは、音響顕微鏡
で検査を受ける物体の局部的な減衰特性の、定量化を基
本とした（on a quantified basis）正確な再生を得る
には、しばしば不十分である。ダイナミックレンジを多
少制限した市販の陰極線管画像表示装置においても同様
である。
もう一つの問題は、音響顕微鏡に含まれた検出、復
調、及びその他の信号処理回路が、顕微鏡に対する動作
の全ダイナミツクレンジにわたつて通常線形でないとい
うことである。この非線形の障害は、音響画像出力を発
生するために一般に使用された陰極線管表示装置に対し
てもまた当てはまる。これらの非線形性は、高い画像信
号レベルと低い画像信号レベルとの間の有効な定量的比
較をかなり障害してしまう。ある程度、これは既知の音
響特性を有する試料に基づき、回路及び表示装置の校正
によつて修正できる。しかしながら、増幅器のゲイン特
性、並びにその他の電子構成部品のインピーダンス値が
長時間にわたつて変動するといつた事実によつて、その
ような校正は無効であることがわかる。このような変動
はまた、特に音響画像形成システムに対するウオームア
ツプサイクルの間に温度変化と共に生じる。従つて、復
調、検査、信号処理、及び表示機器に対して適用された
通常の校正技術は、各測定毎に繰返す必要があると共
に、時間の浪費と非効率的な手続きを要する。
音響画像形成システムからのデータの定量的比較に関
するもう一つの障害は、画像信号が試験を行なつている
物体の被走査領域によつて決定された完全な視界に関す
るデータを、画像信号が含むといつた事実からもたらさ
れる。これにより、所定の試料物体の一領域を同一物体
のもう一つの領域と比較することは難しくなり、あるい
は音響検査を受けている物体の限定区域に特有の定量的
情報を得ることさえ難しくなる。更に、２つの異なる物
体の限定区域を定量的に比較するのに役立つ有効な技術
は何もない。
光学（光線）走査を用いる音響画像形成システムにお
いて、走査用照明強度の非均一性はすべて、音響画像の
判別並びに定量化における誤差を引き起こす。このよう
な非均一性は以下の事により生じる。すなわち、走査シ
ステムの偏向が非均一なこと；光検出器に関して台がき
ちんと整列していないこと；光検出器の応答特性が非均
一なこと；スキヤナに内装された反射面が異なること；
あるいは、その他多数の原因による。このようなスキヤ
ナが招いた誤差を取り除くことは、定性的はもちろんと
して定量的な測定に対して用いられた場合に特に、走査
式音響顕微鏡が有効に動作する上で大切なことである。
本出願願書の全体にわたり、「音響画像形成システ
ム」及び「音響顕微鏡」の語句は、互換性のあるものと
して使用される。すなわち、音響顕微鏡は任意の倍率を
もたらす任意の音響画像形成システムを構成する。更
に、２つの語句は、米国特許第4,012,951号に開示され
たシステムにおけるように、試験を行なつている物体の
音響画像及び光学画像を共にもたらすところの、組み合
わさつた音響−光学画像形成システム（（顕微鏡）を包
含するよう意図するものである。
本発明は、上述した従来技術の問題を解決するよう
に、音響画像形成装置の音響画像信号レベルを調整する
ことを目的とする。具体的には、音響画像形成装置にお
いて、画像信号レベルを検出して、それに応じて直接的
に超音波発生源の音響学的振動を調整した点に特徴があ
る。
即ち、先ず、試料となる物体の音響特性に起因して出
力音響画像信号レベルが変動する。その変動量を補償す
るように超音波発生源たる電子音響トランスジューサが
物体に印加する音波の強度を調節する。その補償の結
果、音響画像信号レベルが所定の基準値に復帰したとき
の音波調整量を、その物体の音響特性の定量的測定信号
として提供する。この様な本発明の定量的音響特性の測
定を達成するための構成は、本願特許請求の範囲にて明
確化されている。
以下本発明の好ましい実施例について、図面を参照し
ながら詳細に説明する。
本発明の音響画像形成システムは、弾性変形しやすい
界面に入射音波が当たる時に、有効音響インピーダンス
を有するその界面で生じる歪みを用いる。従つて、弾性
変形する界面が、速度Ｖで入射角θを有する入射平面波
Isをさえぎる時、音波はその表面上に時にはリプルパタ
ーンと呼ばれる摂動のダイナミツクパターンを形成す
る。なお、このパターンは音響周波数で変動する。この
パターンの位相すなわち変位波は次の式を満たす速度
Ｖ′で伝搬する。
Ｖ′＝V/sinθ 「100MHzで作動する音響顕微鏡」Nature,第232巻、第
110頁（1971年）で記述されているように、ある一つの
型の音響顕微鏡においては、界面は、水又は他の音響伝
搬流体媒体で満たされた音響セルまたは台に取り付けら
れたプラスチツク樹脂製のカバーガラスによつて形成さ
れている。樹脂カバーガラスの音響インピーダンスは水
とほどよく調和しうるが、更に、樹脂は音響学的に損失
がきわめて大きいので、カバースリツプに伝わつた音響
エネルギーは有効に空間に伝搬され、これにより共振効
果を回避できる。カバーガラス上の摂動パターンは、界
面上の金属被覆によつて光学的に反射性を有するように
構成される。合焦レーザ光線で界面を走査することによ
り、パターンの勾配変化によつて角度変調された反射光
線が発生する。反射光線は選択的に検出されて、界面に
おける局所的な音圧に一致した電気信号が発生する。
カバーガラスの真下に配置されて音響的検査を受ける
物体は、物体の音響特性に従つて摂動パターンを変化さ
せる。かなりの厚みのある物体を検査したり、あるいは
物体中の関係する平面がカバーガラスのすぐ横に隣接で
きない場合には、物体の音響ホログラムを形成するため
に、反射光線から形成された信号の位相を分析する事が
できる。その後ホログラムは公知の技術に従つて光学的
に再構成できる。特定のカバーガラスの材質、分解能特
性、望ましい入射角の詳細については、合衆国特許第3,
790,281号を参照すること。もし試験を受ける物体が走
査界面をも兼ねる位ななめらかに鏡面仕上された反射表
面を有するならば、カバーガラスを使用しないで同様の
構成を用いることができる。
第１図には、本発明の好ましい実施例に従つて構成さ
れた音響顕微鏡を構成する、音響画像形成システム10が
示されている。画像形成システム10は、試料またはサン
プルと呼ばれることもある物体11の音響試験又は音響検
査を行なう際に用いられる。この画像形成システム10
は、室22に対してθの角度で配設された斜め下方に向つ
て伸びている延長室23を備えた、上方に向つて面した室
22が形成された基台又は台21を含む音響式／光学式スキ
ヤナ20を備える。台21内の延長室23の底部には電子−音
響変換器24が載置されている。
延長室23および変換器24と一直線になつて、台21の室
の中にある試料11を支持するために試料支持部材25が、
用いられる。支持部材25は、変換器24に対して試料11を
所定位置に調整するために用いる位置決め機構26に接続
される。台21内の物体11の位置を示すために試料位置イ
ンジケータ39が設けられる。
音響式／光学式スキヤナ20は更に、室22および延長室
23を満たしている流体音波伝搬媒体27によつて物体11に
連結されている、弾性変形しやすく、しかも少なくとも
一部が光反射性を有する界面を規定している境界手段を
備えている。前記流体媒体27は一般的には水である。境
界手段はポリメチルメタクリレートやポリカーボネート
のような樹脂で形成された透明カバーガラス28で構成さ
れる。カバーガラス28は適当な支持機構（図示せず）上
に載置され、延長室23の開口端のすぐ上に配置される。
このようにして上記カバーガラスは試料すなわち物体11
のすぐ上に配置される。カバーガラス28の底面29は流体
音波伝搬媒体27内に浸つている方が望ましい。面219に
は、真空蒸着金属薄膜で被覆するか、あるいは少なくと
も一部が光反射性を有するように処理される。従つて、
カバーガラス28の面29は、流体伝搬媒体27によつて物体
11に連結された、弾性変形しやすく、しかも少なくとも
一部が光反射性を有する界面を得ることができる。
もし物体11の上面がなめらかに鏡面仕上げされて、光
反射性を有する面であるならば、スキヤナ20はカバーガ
ラス28無しで用いる事もできる。その場合の構成は、室
22内の流体27のレベルは、物体11の上面が露出され、界
面29の代わりとして使用できるように、十分低く設定さ
れなければならない。
音響光学的スキャナ20は、界面29を透過する非常に小
口径の高エネルギー光線で走査をする手段を含む。但
し、物体11の上面を界面として使用した場合には、上記
高エネルギー光線は、その上面を界面29と同様に通過す
る。この走査手段は、小形で強力な波長のそろつた光線
を発生させるレーザ31を備える。レーザ31から発生した
光線は座標偏向装置32およびレンズ33を通過し、経路34
を経て、集中合焦光点として界面29上に照射される。上
記座標偏向装置32は、「波長のそろつた光線の音響式偏
向および変調を用いたテレビ表示」（応用光学第５巻、
第1677頁1966年）に記載されている種類の、一対の光偏
向セルを備える。偏向装置32における光線34の水平およ
び垂直偏向は、２つの電気入力信号ＨおよびＶによつて
制御される。なお、これらの信号の供給源は以下で説明
する。
入射光線34は経路35に沿つて界面29で反射し、レンズ
36を通過して光検出器37に照射される。光検出器37は、
反射光線35の半分を遮断するように配置されたナイフエ
ツジすなわちマスクデフレクタを備えることにより、上
述の米国特許に記載された種類の光検出手段を構成して
いる。一方、従来技術において、この他にも有効な光検
出手段が知られており、例えば米国特許第4,019818号お
よび第4,180,324号を参照すること。
画像形成システム10は更に超音波励起信号発生回路40
を含む。第１図に示した好ましい実施例においては、超
音波発生回路40は、10メガヘルツを超える動作周波数を
持つ電圧制御発振器41を備える。好ましくは、発振器41
の周波数帯域は30メガヘルツ以上であり、最高500メガ
ヘルツまで使用できる。超音波発生回路40は、発振器41
の動作周波数を連続的に変調するための制御発振器42を
含み、このことにより画像形成システム10に対し、しみ
を取り除くこと及びその他の好ましい特性を与えてい
る。その詳細については、米国特許第4,012,951号に開
示されている。発振器41の出力は、変換器を駆動するた
めに、変換器24に結合されている。
スキヤナ20内の光検出器37は、試験を受ける試料11の
音響特性を示す初期電気信号を発生させる。この初期電
気信号は前置増幅器38を介して画像形成システム10に含
まれた信号プロセツサ回路50に供給される。信号プロセ
ツサ50は、回路装置51として概略のみ示した復調回路、
フイルタ回路、及び増幅回路によつて構成される。回路
装置51は、前述の合衆国特許第4,012,951号で「フイル
タ装置」47として示したヘテロダイン回路およびその他
の動作回路全てを含み、また超音波発生回路40からのヘ
テロダイン入力を要求する。回路装置51の出力は選択ス
イツチ54を介して振幅検出器52あるいは位相検波器のい
ずれかに供給され、位相検波器は回路装置51から追加基
準入力を要求する。検出出力は表示装置55に供給される
音響画像信号となる。この表示装置は、通常の輝度、コ
ントラスト、および他の制御装置57を有する従来のテレ
ビモニタを構成する。
表示装置55の水平および垂直走査機能を制御する偏向
制御信号ＨおよびＶは、偏向制御信号発生回路56によつ
て与えられる。表示装置55を従来のテレビモニタと想定
するならば、偏向制御信号ＨとＶとの周波数並びに関係
は、普通の商業用テレビと同じである。これらの偏向制
御信号ＨおよびＶは、音響式／光学式スキヤナ20内の座
標偏向装置32にも供給されるので、スキヤナは表示装置
55の画像ラスタと同期して作動する。
以上説明したように、音響顕微鏡すなわち画像形成シ
ステムは本質的には従来通りのものである。よつてその
動作については簡単に説明するにとどめる。界面29に摂
動パターン（このパターンは物体11の音響特性を代表す
るものである）を発生させるために、超音波発生回路40
から付勢された変換器24は、10MHzを越える（30MHz以上
が望ましい）周波数を有する音波を効果的に物体に当て
る。これにより、界面29上に摂動パターンを形成する。
なおこのパターンは物体11の音響特性を示している。界
面上のリプルパターンは、レーザ31によつて発生された
高エネルギで小口径の光線によつて制御発生回路56から
の偏向信号ＨおよびＶによつて制御された水平および垂
直走査速度で、座標偏向装置30の制御の下で、走査され
る。界面29から反射された光線の一部は光検出器37によ
つて検出され、信号プロセツサ50の復調回路／フイルタ
／増幅回路51に供給される初期電気信号が形成される。
回路装置51からの出力信号は、振幅検出器52か位相検波
器53のいずれかにおいて検出され、その結果表示装置55
に供給される音響画像信号が形成される。光線偏向装置
32を制御する偏向信号ＨおよびＶによつて制御された画
像ラスタを有する表示装置55は、信号プロセツサ50から
の音響画像信号を用いて物体11の音響特性を表わす可視
画像を発生させる。
第１図の画像システム10において、可変ゲイン回路43
は超音波発生回路40に含まれると共に、電圧制御発振器
41とスキヤナ20内の変換器24との間に挿入されている。
可変ゲイン回路43は加減ゲイン増幅器あるいは可変減衰
器であり、どちらのタイプの可変ゲイン回路も効果的に
用いられる。最も簡単な構成においては、回路43は変換
器24に供給された励起信号の振幅を変えられるように手
動調整でき、こうすることによつて物体11に当てる音波
の強度を調整する。より複雑な実施例においては、以上
で述べるように、可変ゲイン回路43は音波印加強度の閉
ループ制御が行なえるように信号応答増幅器すなわち減
衰器で構成してもよい。
ゲインレベルインジケータ44は超音波発生回路40内の
可変ゲイン回路43に有効に接続されている。手動制御の
可変ゲイン回路43に対して、インジケータ44は回路43の
手動調整に付随した校正目盛を備える。回路43が信号応
答増幅器すなわち減衰器である場合には、ゲインレベル
インジケータ44がゲイン調整を示す回路43からの信号に
応答するメータ又は同様の装置から成る。装置44は記録
装置もまた含む。
第１図の画像形成システム10は更に、表示装置55に画
像信号を供給する信号プロセツサ50の出力回路からの入
力接続を有する画像信号レベル検出器60を備える。検出
器60はピーク検出器または信号平均化検出器を備え、そ
の望ましい機能は表示装置55に供給されている画像信号
の全振幅レベルの表示を提供することである。従つて可
変ゲイン回路43を手動で励起する場合には、画像信号レ
ベル検出器は、画像形成システム10のオペレータが画像
信号レベルを目で見て決定し、そして可変ゲイン回路43
を調節して画像信号レベルを所定の基準値にまで戻すた
めのメータを含むことができる。本発明のより複雑な実
施例においては、以下に説明するように、画像信号レベ
ル検出器は信号応答可変ゲイン回路43に対する閉ループ
制御の一部となる。
未知の音響特性を有する物体11の試験または研究を行
なうに当たり、画像システム10を操作する前に、システ
ム校正を行なうことが特に望まれる。前に述べたよう
に、画像システム10の中でも特に信号プロセツサ50およ
び表示装置55の増幅器、検出器、受像管、その他の構成
部材は、未知の試料の音響減衰特性を正確に再生するに
はダイナミツクレンジが不十分である。更に、これらの
システム構成部材は、それらの動作範囲の少なくとも一
部にわたつてしばしば非線形となり、増幅ゲインおよび
電子構成部材の値は、時の経過と共にまたは温度が変化
するにつれ、特にシステム10のウオームアツプサイクル
中に変動する。
画像システム10を校正するために、既に特性が分つて
いる音響物体を用いて一連の測定を行なう。この一連の
測定は音響式スキヤナ20においていずれの種類の物体11
も使用しないで開始することができ、従つて界面29に当
たつている音波の減衰のみが流体結合媒体27（水）が存
在するために生じた減衰となる。既知の音響減衰特性を
有する一連の物体を用いることによつて、引き続いて行
なう試験の過程において、未知の試料の減衰特性の指標
をインジケータ44が定量的に比較できるようにシステム
を校正できる。従つて、未知の物体を試験する際にはい
つも、画像信号に対する既知の基準レベルが達成された
ことを画像信号レベル検出器60が示すまで、超音波発生
回路40および変換器24から成る音波印加装置の可変ゲイ
ン回路43は調整される。この調整の程度は校正ゲインレ
ベルインジケータ44によつて示されると共に、試験を受
けている試料の減衰特性に関する定量的データが得られ
る。なお、このデータは画像信号レベル検出器60から直
接読み取つた値よりかなり正確である。定量的な測定を
行なうためにシステム10に適用できる特定の動作技術に
ついて以下に説明する。
第１図の画像システム10は、表示装置55が再生したよ
うな、音響式／光学式スキヤナ20の全走査フイールドに
関するだけの定量比較データを提供する。多くの場合こ
の情報は、試験を受けているサンプルの異なつた領域に
関する音響特定にかなりの変動があるため、不十分であ
る。このことは、小さな局部的な収差または欠陥を有す
る物体11に関して特に真実である。このような標本に対
しては、局部的な変動が実際の欠点を示すか、それとも
無害な偏差であるのかを明確にするために、物体の限定
区域に関する定量的な音響特定情報を入手できるように
することが、検査を有効にする上でしばしば大切にな
る。
第２図は、前に説明したシステム10と本質的に同様な
音響画像システム110を示す。但し、このシステム110は
試験中のサンプルに関する音響特定の定量的データであ
つて、試料の任意の限定区域に制限されるデータを入手
するための、かなりより有効な構成を含んでいる。
画像形成システム110は音響式／光学式スキヤナ20を
備え、このスキヤナ20は、超音波発生回路40からの音波
印加励起入力信号を受信して、表示装置55で用いられる
音響画像信号を発生する信号プロセツサ50に供給される
出力信号を形成して、物体の音響特性を示す可視画像を
形成する。走査偏向および表示偏向は共に、偏向制御信
号発生回路56からの適当な水平および垂直偏向信号Ｈ及
びＶによつて制御される。スキヤナ20、信号プロセツサ
50、表示装置55、及び偏向制御信号発生回路56は全て、
第１図に関して上述した通りのものである。この例で
は、超音波発生回路40内の回路43は、信号応答可変ゲイ
ン増幅器すなわち減衰器として示されている。
第２図の画像システム110では、画像信号レベル検出
器60はピーク検出器61と平均化検出器62とを含む。これ
ら２つの検出器61および62の出力は、選択スイツチ63を
介して、所定の期間にわたり検出器からの出力を積分す
るための保持回路すなわち積分器64に供給される。な
お、この期間はリセツト回路65からホイール回路64を保
持するための入力によつて決定される。保持回路64の出
力はゲイン制御回路66を介して、従来のメータとして図
示したインジケータ67に供給される。保持回路64の出力
は、比較増幅供給68を介して超音波発生回路40内の可変
ゲイン回路43のゲイン制御入力にもまた接続されてい
る。増幅器68もまた、電池74および分圧計75として示し
た加減直流源からの基準入力を有する。比較増幅器68か
らの出力もまたインジケータ／記録装置44に対する入力
として接続されている。
画像信号レベル検出回路60の２つのピーク検出器61お
よび62に対する画像信号入力は、ウインドーゲート回路
70を介して得られる。ウインドーゲート70は、２つの直
列に接続された信号起動スイツチ、すなわち水平スイツ
チ71と垂直スイツチ72とを備える。これら２つのスイツ
チは信号起動固体素子ゲートであることが望ましく、つ
まりトランジスタを使用できる。この２つのゲートは垂
直ゲート72の前に水平ゲートが接続された状態で示され
ているが、この関係は逆にしても動作に影響を与えるこ
とはない。
ウインドーゲート回路70内の水平スイツチ71および垂
直スイツチ72は、ウインドー論理回路80によつて制御さ
れる。ウインドー論理80は、偏向制御発生回路56からの
水平偏向制御信号Ｈを構成する入力、あるいは水平偏向
制御信号から得られた入力を有する加減始動遅延回路81
を備える。始動遅延回路81は加減パルス幅遅延回路82と
直列に接続され、回路82からの出力は、スイツチ閉信号
H1としてウインドーゲート回路70内の水平スイツチ71に
印加される起動信号を構成する。
ウインドー論理80は更に加減始動遅延回路83を備え、
回路83への入力は偏向制御発生回路56の垂直偏向信号Ｖ
から得られる。始動遅延回路83は加減パルス幅遅延回路
84と直列に接続される。回路84からの出力は、ウインド
ーゲート回路70内の垂直スイツチ72に供給される切換信
号V1となり、この信号によつて上記スイツチ起動され
る。垂直起動信号V1はまた入力信号として画像信号レベ
ル検出器60のリセツト回路65に接続される。
画像システム110（第２図）は更に、ウインドーゲー
ト回路70と殆んど対をなす表示ゲート回路90を備える。
表示ゲート回路90は、垂直ゲート92と直列に接続された
水平ゲート91を含む。回路90への入力は、電池93および
分圧計94として概略的に図示した可変直流電源から取
る。表示ゲート回路90からの出力は、画像信号回路内の
信号プロセツサ50と表示装置55との間に挿入された加算
回路95に接続されている。
第２図の画像システム110の動作を述べるにあたり、
まずウインドー論理回路80の機能について第３図を参照
しながら説明する。第３図の上部には、偏向制御発生回
路56からの水平偏向信号を表わす２つのパルスＨが示し
てあり、パルスＨ間のスペースは、表示装置55の水平ラ
インのトレース並びに音響式スキヤナ20の水平ライン走
査期間に必要な時間に相当する。偏向制御発生回路56か
らの実際の信号Ｈ出力がランプ信号であることが分るで
あろう。従つて、便宜上偏向信号は第３図において一連
のパルスとして示した。
水平始動遅延回路81（第２図）へ入力された水平偏向
パルス信号Ｈは、所定遅延期間が経過するまで始動遅延
回路から何も出力しない。この始動遅延期間はライント
レース内の任意の点に調整できる。回路81の遅延期間が
過ぎると、出力信号H1（第３図）が起動されてウインド
ーゲート回路70および表示ゲート回路90（第２図）に供
給される。パルス幅回路82の調整により決定されたパル
ス幅の遅延の後に、水平ゲート信号H1は終了する。従つ
て、表示装置55の各水平トレース期間中は、回路70と90
（第２図）内の水平ゲート71と91は閉成する。第３図に
示した例に関しては、これは第２図の表示装置55に関し
て破線97で示した各水平トレースの区間中はゲートは閉
成することを意味している。
ウインドー論理80の垂直始動遅延回路83とパルス幅遅
延回路84とは同じように機能する。第３図を参照する
と、垂直走査期間の時間は、偏向制御信号発生回路56
（第２図）からの垂直掃引信号出力を示す２つのパルス
Ｖによつて示されている。また、実際の信号Ｖはランプ
信号である。第３図の信号ＨおよびＶに対する時間換算
は比較できないことが分るであろう。実際上は一垂直期
間Ｖ−Ｖの時間は、水平トレース期間Ｈ−Ｈの数百分の
１を超える程度である。
各垂直偏向信号Ｖ（第３図）は回路83の設定により決
められた始動遅延期間を開始させ、始動遅延終了後、垂
直ゲート制御信号V1は起動され、そしてゲート72および
92（第２図）に供給されてこれらのゲートを閉成する。
垂直ゲート72および92が閉成したままになつている期間
は、その遅延時間が終了する時に、V1を遮断する垂直パ
ルス幅遅延回路84を設定することにより決定される。水
平ゲート制御信号の場合と同様に、回路81と82とを調整
することにより、表示装置55に対して垂直掃引期間の任
意の希望区域を占有できるように、垂直ゲート制御信号
V1を変更することができる。第３図に図示した状態で
は、垂直ゲート制御信号V1の持続期間は、破線96によつ
て示された表示装置55上の画像のその区域に相当する。
従つて、水平および垂直ゲート制御信号H1及びV1は、表
示装置55が形成した画像の限定区域98を一体になつて規
定すると共に、それらの信号を変更して画像区域98の大
きさおよび全体の画像内におけるその位置を変えること
ができる。スキヤナ20と表示装置55は同期して動作する
ので、その限定画像区域98は試験を受けている物体11の
所定部分に相当する。
従つて、第２図の画像形成システム110を操作する際
には、表示装置55上の限定区域98が再生されている時は
いつでも、ウインドーゲート回路70の２つのスイツチ71
および72は閉成しており、信号プロセツサ50からの画像
信号は画像信号レベル検出器60の２つの検出器61と62と
の入力に供給される。検出器61及び62のうちの一方のみ
が任意の所定時間に使用され、スイツチ63によつてその
選択が行なわれる。選択された出力は、各垂直ゲート制
御信号V1の始めにリセツト回路65の動作によりリセツト
される保持回路64に供給される。保持回路64の出力がゲ
イン制御回路66を介してメータ67に供給され、画像信号
レベルの直接的かつ定量的な表示が行なわれる。もし手
動式可変ゲイン回路を用いるならば、これはメータ67に
おける基準レベルを得るための超音波発生回路40の可変
ゲイン回路43を調整するためにシステムオペレータによ
つて用いられる。一方、完全に図解された構成を用いる
ならば、保持回路64からの出力は、閉ループ帰還として
可変ゲイン回路43に供給され、信号プロセツサ50からの
本質的には一定の画像信号出力レベルを維持するように
音波が当たる強さを調整する。この閉ループ構成では、
定量的情報は電源74及び75によつて決定された供給レベ
ルに関して、保持回路64からの出力信号の変動を記録す
ることにより得られる。このようにして、試験を受ける
試料の音響特性を示す画像信号のレベル変動の定量的な
測定が、画像システム110において、回路43のゲイン変
化に基づいて行なわれる。
ある所定の物体すなわち試料を検査する際に、システ
ムオペレータはその試料のさきざまな限定区域について
の定量的情報を入手したいかも知れない。定量的なデー
タを得るための限定区域98は、ウインドー論理回路80内
の４つの遅延回路81〜84を単に調整することにより、状
況の要求に合致するように容易に変更できるので、これ
は容易に達成できる。すなわち、試験を受ける物体の特
定の限定部分に相当する表示装置55上の画像の特定の限
定区域98の位置および大きさは、システムオペレータが
望む通りに変更できる。この点では、ウインドー論理80
内の遅延回路81〜84は必ずしもアナログ遅延回路である
必要はないことに注目すると共に、定量的測定を行なう
ために選定された限定区域98を正確に位置付けるために
は、ウインドー論理80の構成にデイジタル式カウントダ
ウン回路を使用できる。
定量的音響データを得るために試験中の特定の限定区
域98を識別する表示装置55上に直接表示を行なうこと
は、システムオペレータにとつて一般に役立つものであ
る。これは、水平および垂直スイツチ91及び92がウイン
ドーゲート71及び72と同じ時間間隔だけ閉成している表
示ゲート回路90によつて達成される。図示した構成にお
いては、表示装置55に供給された画像信号に加算回路95
を用いて直流増加分を少し加えるだけで簡単に達成され
る。このようにすることによつて定量的な測定が行なわ
れている限定区域98が効果的に「引き立つ」ことにな
る。表示ゲート回路90からの出力を用いたより複雑な回
路構成を用いて、必要に応じて表示装置のその部分の代
わりに、あるいはその部分をきわ立たせるのに加えて、
表示装置の定量試験区域98の回りに視覚「フレーム」を
形成することができることが分かるであろう。
画像システム110の能力をもつとよく理解するため
に、特定の動作手順について考えてみる。説明に当た
り、まず増幅器68を備えた帰還回路が存在せず、しかも
装置44が回路43から起動されると仮定する。
２つの異なる物体を比較するための定量的を情報を得
るために、システム110のオペレータはスキヤナ20（第
１図参照）の台21に最初の物体11を配置することから始
める。スキヤナ20、超音波発生回路40、信号プロセツサ
50、及び表示装置55を備える基本システム構成部材の動
作パラメータが、従来の走査式レーザ音響顕微鏡の場合
と同様に次に調整され、これにより輝度とコントラスト
との許容レベルで表示装置55に第１物体の音響画像を得
る。これは基準レベルに設定された可変ゲイン回路43を
用いると有効である。ウインドー論理80は、表示装置55
上の画像における大きさおよび位置について希望区域98
を規定するように調整される。
選択スイツチ63を起動してピーク検出器61または平均
化検出器62のいずれかを選択する。ゲイン制御回路66を
調整して出力インジケータ67を基準レベルに設定する。
例えばゲイン制御回路66は、メータがインジケータとし
て使用されるインジケータ67の中間目盛にポインタが位
置するように調整される。
次に第１物体11を変換器24とカバーガラス28の界面29
との間に結合流体27（普通は水）のみを残して、音響式
／光学式スキヤナ20の台21から取り除く（第１図参
照）。その結果、変換器とカバーガラスとの間の音響結
合変化によつて生じた異なる画像信号レベルにより、イ
ンジケータ67（第２図）の読み取り値が変化することに
なる。通常は、インジケータ67は高い画像レベルを示
す。
手順のこの時点において、可変ゲイン回路43を、第１
物体を用いて前もつて設定された基準レベルにインジケ
ータ67を復帰させる音波印加強度に調整する。この結果
を達成するために必要とされる回路43のゲイン変化は、
第１試料に対する希望限定区域98の定量的測定値を表わ
すと共に、装置44によつて記録される。
次に第２試料を変換器24とカバーガラス28との間の音
波印加経路のスキヤナ20の中に置き、そして可変ゲイン
回路43をその最初の設定位置に再調整する。この第２物
体に関して比較の目的で選択した希望限定区域は同一で
あつても、あるいは異なつていても良い。もし異なる場
合は、ウインドー論理80は、比較のために、第２試料の
希望限定区域を選択するように調整される。第１物体に
対して実行した手順が繰り返され、その結果第２物体の
音響特性を示す減衰レベルが記録される。２つの物体に
対して記録された２つの値は調節比較でき、それら２つ
の物体の音響特性の定量的な比較が行なえる。
本質的に同じような方法で、１つの試験物体すなわち
試料11の２カ所以上の区域に関して定量的比較が行なわ
れる。試験物体11は第１図に示したように音響スキヤナ
20の台21に載置され、そしてウインドー論理80を調整し
て定量的検査のために当該第１区域98を選択する。可変
ゲイン回路43を基準位置に調整し、その設定位置を記録
する。次にウインドー論理80を調整して異なる限定区域
98を選択する。そして交互に装置26のような位置決め機
構を用いて、音響式スキヤナ20（第１図）の変換器24及
びカバーガラス28に関して試験物体の位置を移動する。
可変ゲイン回路43のゲインは、インジケータ67が試料物
体の第１被検査区域に関するものと同一の読取り値を指
すまで上下方向に調整される。最初の設定と比較して、
可変ゲイン回路43の新しい設定は、試料の２か所の限定
区域における音響特性の定量的な差を示す。勿論この手
順は試料の他の個々の限定区域に対してもくり返し用い
られ、そのすべての定量データを用いて直接比較を行な
うことができる。
上述の２つの手続き例では、画像信号レベル検出器60
から可変ゲイン回路43に帰還ループが直接接続されてい
ないと仮定した。さて帰還ループにおける動作について
以下に説明する。
所定の試料物体11の区域が異なると、超音波減衰はか
なり変動するため、これらの差異により表示装置55にグ
レイスケールが再生される。例えば、オシロスコープ上
で水平表示線に関する信号プロセツサ50からの画像信号
出力を直接観察すると、試験物体内の区域別の超音波減
衰の差により生じた振幅差が示されていることが分か
る。しかし前述したように、画像信号のこれらの振幅差
は試験試料の実際の差を定量的に示してはいない。
線形化あるいは校正した可変ゲイン回路43と共に、増
幅器68並びに基準電源74及び75を使用した第２図に示し
た帰還回路の構成は、この困難さを解決するのに有効で
ある。比較増幅器68からの出力は可変ゲイン回路43のゲ
イン制御に接続される。従つて、分圧計75を用いて大体
の基準レベルを設定することにより、定量的な試験を行
なつている試験物体の区域を変更するためのウインドー
論理80の調整あるいは試験物体の位置の変更にもかかわ
らず、画像信号レベル検出器60内の保持回路64の出力は
本質的に一定に維持される。この状態で、当該出力信号
は増幅器68からの出力となり、ウインドー論理80が規定
した試料物体の一部分の相対的な音響減衰の測定が可能
となる。
この閉ループ構成では、役立つ定量的データを得るた
めに２つの基本的な方法がある。第１の方法は、論理回
路80の規定したウインドー98の大きさ及び位置を固定
し、音響スキヤナ20の台上の試験物体の位置を適当な位
置決め機構26（第１図）を用いるようにして、変更す
る。可変ゲイン回路43に対する可変制御電圧、すなわち
比較増幅器68の出力によつて、試験物体の異なつた選定
区域に関して定量的データが得られる。スキヤナ20（第
１図）の台21上に第２試験物体11Aを配置することによ
り、２つの物体を比較するために同じ構成が用いられ
る。
第２の方法は、試験物体11を静止させるものである
が、定量的試験を行なう試験物体の特定領域はウインド
ー論理80（第２図）を調整することにより変更される。
また、増幅器68の出力により、試験を行なつている試料
の異なる区域の音響特定を比較するために用いられる定
量データが得られる。以上２つの方法に関して、検査区
域89（第２図）の大きさが表示装置55の最小絵素より大
きく、これにより集積化の最適化が行なわれると共に、
一般的な傾向の情報を隠すという理由で直接関係のない
（はん点のような）音響画像における異常に高いコント
ラスの細部が補償される、ということに注目すべきであ
る。
第４図は、全走査フイールドの２つの異なる限定領域
の表示強調を可能にするシステムの変形例を図示する。
この例では、信号プロセツサ50の出力は、直列に接続さ
れた水平ゲート回路71Aと垂直ゲート72Aとを備えた第１
ウインドーゲート回路70Aに接続される。ゲート72Aから
の出力は、２極双投選択スイッチ120の１極を介してレ
ベル検出回路60に接続される。信号プロセツサの出力も
また、ゲート72Bの出力が第１ウインドーゲート回路70A
から選択スイツチ120の交代極（alternate pole）に接
続された直列の水平ゲート71Bと垂直ゲート72Bとを備え
た第２ウインドーゲート回路70Bを介して、レベル検出
器60に接続される。
第４図に示した二重選択回路構成は更に、表示装置55
に対する入力加算回路95と基準信号源93A及び94Aとの間
に直列に接続された水平ゲート91Aと垂直ゲート92Aとを
含む第１表示ゲート回路90Aを備える。水平ゲート91Bと
垂直ゲート92Bとを含む第２表示ゲート回路90Bは、基準
電源93B及び94Bから加算回路95に接続される。前述のよ
うに、加算器95は信号プロセツサ50からの画像信号の入
力を直接受信し、加算器からの出力は表示装置55への画
像信号入力を構成する。
第４図に示したシステム変形例においては、２つのウ
インドー論理回路80A及び80Bがあり、その各々には偏向
制御発生回路56からの水平同期信号Ｈと垂直同期信号Ｖ
とが供給される。ウインドー論理回路80Aは２つのゲー
ト制御信号、すなわち水平ゲート制御信号H1と垂直ゲー
ト制御信号V1を形成する。これらの信号は、ウインドー
ゲート回路70A及び表示ゲート回路90A内の水平及び垂直
ゲートに供給される起動信号である。ウインドー論理回
路80Aは水平ゲート制御信号H2と垂直ゲート制御信号V2
を形成し、これらの信号は、ウインドーゲート回路70B
と表示ゲート回路90B内の水平及び垂直ゲートに起動信
号として供給される。水平及び垂直ゲート制御信号H1及
びV1は、表示装置55上の画像の第１限定区域98Aを規定
し、一方ゲート信号H2及びV2は表示装置上の画像の第２
限定区域98Bを規定する。信号V1及びV2は選択スイツチ1
20を介してリセツト信号（第２図参照）としてレベル偏
向回路60に供給される。
従つて、第４図に示したシステム変更例はシステムオ
ペレータが特定の観察をできるようにし、走査フイール
ドの２つの明確な限定区域をきわ立たせる。画像信号レ
ベル検出器60を用いた定量的測定に関しては、信号V1を
リセツト信号として用いた限定区域98Aに関する画像信
号をレベル検出器60に供給するため、あるいはリセツト
信号として信号V2と共に限定区域98Bに関する画像信号
をそのレベル検出器に供給するために、選択スイツチ12
0を用いて読取り値が順に読み取られる。他のすべての
事項については、第４図に示したシステム変更例の動作
は第２図に関連して上述したものと同じである。
定量的な分析に適合した音響画像形成システム（顕微
鏡）では、検査を行なつている物体の走査領域にわたつ
てレーザ光レベルが均一でないので音響画像に重大な変
調が生じる。これは物体の音響特性における変動を示す
ものだと間違つて解釈され得るが、実際にはそのような
変動は全くない。不均一な走査照明を生ずる原因は多数
考えられる。すなわち、スキヤナ20の光学式走査システ
ムの偏向効率が一様でないこと；光検出器37に関して台
21が整列していないこと；光検出器37の応答が能動受信
領域にわたつて一様でないこと；並びにカバー画像28の
界面29の異なつた区域に対する反射率が多様であるこ
と；あるいは試験物体の表面が鏡面仕上げされている場
合には、その表面の反射率が多様であること。
第５図はレーザ走査用照明レベルの非均一性を補償す
るために用いられるシステム変動を示す。第５図の変形
例は、音響式スキヤナ20と信号プロセツサ50との間に挿
入された自動ゲイン制御回路130を備える。AGC回路130
は、増幅器132と直列に接続されたハイパスフイルタ131
を含み、回路131と132との直列の組合わせは、スキヤナ
20の出力である初期信号の高周波成分を信号プロセツサ
50の入力に供給するために用いられる。AGC回路130は更
に、スキヤナ20からの初期信号が入力として供給される
ローパスフイルタ133を備え、フイルタ133からの出力は
比較増幅器134への１つの入力を構成する。比較器134へ
の第３入力は、電池135及び分圧計136として示したよう
な可変直流電源から得られる基準レベル信号である。比
較器134の出力は選択スイッチ137を介して増幅器132に
対するゲイン制御入力に接続される。選択スイツチ137
はまた、増幅器132のゲイン制御入力を電池138及び分圧
計139として示したような基準直流電源に接続するため
に用いられる。
AGC回路130の動作でまず最初に考慮することが、スキ
ヤナ20からの出力である初期信号の音響情報がその信号
の高周波成分に含まれているという事実である。スキヤ
ナ20からの出力信号の低周波成分は界面29（またはその
技術が用いられる場合には試料の鏡面仕上げされた表
面）の光学画像に相当する。従つて、音響及び光学情報
はフイルタ131及び133によつて容易に分離できる。
AGC回路130においては、音響式スキヤナ20からの出力
信号の低周波成分は、スキヤナ20の中でも特に偏向装置
32、カバーガラス28及び界面29、レンズ33及び36、並び
に光検出器37（第１図）の性能上のちがいの効果を示す
光学内容信号である。この光学内容信号は、基準電源13
5及び136（第５図）によつて決定された基準信号レベル
と比較するための比較回路134に供給され、その結果比
較回路134はゲイン制御信号を形成する。ゲイン制御信
号は照明レベルが下がると増幅器132のゲインを増加さ
せ、照明が基準レベルを超えるとゲインを減らすために
用いられる。その結果、全走査フイールドにわたつてシ
ステム動作の感度が本質的に均一になり、上述したよう
な光学走査システムの非均一性は効果的に最小限にされ
るか、あるいは除去される。第５図のゲイン制御構成は
前述したいかなる定量的測定システムにも適用できるこ
とは勿論であり、また不均一な光学走査の影響を除去す
ることにより、性能改善をはかるための定性的な出力の
みを形成する走査式レーザ音響顕微鏡にも適用できる。
以上の説明では、光学走査に使用した光源はレーザと
して説明され、またそれは好ましい光源である。しかし
ながら、小口径の走査光線に合焦できるその他の任意の
高強度の光源が代用できる。更に、上述されかつ図示さ
れた画像形成システムは、動作が始まるとすぐにシステ
ムオペレータに対して表示装置55上に全画像が現われる
「リアルタイム」システムであるが、本発明は画像が表
示される前に画像信号データを記憶するよう要求する低
速スキヤナを用いたシステムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基本的な実施例に従つて構成された音
響画像形成システムのブロツク図、第２図は本発明の更
に複雑な実施例であり、追加の動作特徴を有する第１図
に示したシステムの変形例を示す図、第３図は第２図の
画像形成システムに使用した特定のゲート信号の説明
図、第４図は単一の走査フイールド内で複数の比較を行
なうために使用された第２図のシステムの更に別の変形
例を示すブロツク図、そして第５図はそれらのシステム
に使用された光学スキヤナにおける非線形性を効果的に
補正できるようにした、第１図、第２図及び第４図の音
響画像形成システムの更に他の変形例を示す図である。 10、110…画像形成システム 11…物体 20…音響式／光学式スキヤナ 21…台 24…電子音響変換器 26…位置決め機構 27…流体音波伝搬媒体（水） 28…カバーガラス 30、32…座標偏向装置 31…レーザ 33、36…レンズ 34…光線 37…光検出器 39、44、67…インジケータ 40…超音波励起信号発生回路 41、42…発振器 43、66、130…ゲイン回路 50…信号プロセツサ 52…振幅検出器 53…位相検波器 55…表示装置 56…偏向制御信号発生回路 60…画像信号レベル検出器 61…ピーク検出器 64…保持回路 65…リセツト回路 68、134…比較増幅器 70、70A、70B…ウインドーゲート回路 74、93、135、138…電池 75、94、136、139…分圧計 81、82、83、84…遅延回路 95…加算回路 98、98A、98B…限定区域 93A、94B…基準電源 131、133…フイルタ H1、H2…水平ゲート制御信号 V1、V2…垂直ゲート制御信号
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−135153（ＪＰ，Ａ) 社団法人テレビジョン学会編「テレビ ジョン工学ハンドブック」株式会社オー ム社（昭和44）第６編第71〜72頁 社団法人電気学会編「電気工学ハンド ブック」社団法人電気学会（昭和53）第 248〜249頁

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物体の音響特性を示す視覚画像を生成する
    ための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）；及び 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）を備えたこ
    とを特徴とする音響画像形成装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の音響画像形
    成装置において、 前記可変ゲイン手段は、信号応答可変ゲイン回路、並び
    にこの可変ゲイン回路のゲイン調整を表示するためのイ
    ンジケータ手段を備えることを特徴とする音響画像形成
    装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載の音響画像形
    成装置において、 前記画像信号レベル判定手段は前記可変ゲイン回路に接
    続されて、この可変ゲイン回路を調節するための閉ルー
    プを構成することにより、実質的に一定の画像信号レベ
    ルを維持することを特徴とする音響画像形成装置。
  4. 【請求項４】物体の音響特性を示す視覚画像を生成する
    ための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）； 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）、及び 前記信号プロセッサ手段と前記画像信号レベル判定手段
    との間に挿入されたウインドーゲート手段を備え、 該ウインドーゲート手段は前記レベル判定手段への入力
    を、走査の行われた界面の予め選定された限定区域に対
    応した画像信号の所定部分に限定することにより、定量
    測定が物体の所定の限定区域に適用されることを特徴と
    する音響画像形成装置。
  5. 【請求項５】物体の音響特性を示す視覚画像を生成する
    ための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）； 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）、 前記信号プロセッサ手段と前記画像信号レベル判定手段
    との間に挿入されたウインドーゲート手段、及び 前記表示手段に結合された表示ゲート手段を備え、 該ウインドーゲート手段は前記レベル判定手段への入力
    を、走査の行われた界面の予め選定された限定区域に対
    応した画像信号の所定部分に限定することにより、定量
    測定が物体の所定の限定区域に適用され、 前記表示ゲート手段は定量測定が適用され得るところの
    走査の行われた界面の予め選定された部分に対応した視
    覚画像の、所定の限定区域を識別するために前記視覚画
    像を修正することを特徴とする音響画像形成装置。
  6. 【請求項６】前記ウインドゲート手段は第１及び第２の
    ウインドゲート部（70A,B）からなり、前記表示ゲート
    手段は第１及び第２の表示ゲート部（90A,B）からな
    り、 該両ウインドーゲート部は前記レベル判定手段への入力
    を、走査の行われた界面の予め選定されたそれぞれ別個
    の限定区域に対応した画像信号の所定部分に限定するこ
    とにより、定量測定が物体の所定の限定区域に適用さ
    れ、 前記両表示ゲート部は定量測定が適用され得るところの
    走査の行われた界面の予め選定されたそれぞれ別個の部
    分に対応した視覚画像（70A,B）の、所定の限定区域を
    識別するために前記視覚画像を修正することを特徴とす
    る請求項５に記載の音響画像形成装置。
  7. 【請求項７】物体の音響特性を示す視覚画像を生成する
    ための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）； 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）、 前記信号プロセッサ手段と前記画像信号レベル判定手段
    との間に挿入されたウインドーゲート手段、 前記表示手段に結合された表示ゲート手段、 水平及び垂直偏向制御信号Ｈ及びＶを発生して、それら
    の信号を前記走査手段及び前記表示手段に供給すること
    により、これらの走査手段及び表示手段を同期されるた
    めの偏向信号発生手段、及び 前記偏向信号発生手段及び前記ウインドーゲート手段並
    びに表示ゲート手段に結合されたウインドー論理手段を
    備え、 前記ウインドーゲート手段は前記レベル判定手段への入
    力を、走査の行われた界面の予め選定された限定区域に
    対応した画像信号の所定部分に限定することにより、定
    量測定が物体の所定の限定区域に適用され、 前記表示ゲート手段は定量測定が適用され得るところの
    走査の行われた界面の予め選定された部分に対応した視
    覚画像の、所定の限定区域を識別するために前記視覚画
    像を修正し、 該ウインドー論理手段は画像信号の所定区域を共同で規
    定しているウインドーゲート制御信号H1及びV1を発生す
    ると共に、それらのゲート制御信号を前記ウインドーゲ
    ート手段並びに前記表示ゲート手段に供給するよう構成
    されたことを特徴とする音響画像形成装置。
  8. 【請求項８】物体の音響特性を示す視覚画像を生成する
    ための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）； 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）、 前記信号プロセッサ手段と前記画像信号レベル判定手段
    との間に挿入されたウインドーゲート手段、 前記表示手段に結合された表示ゲート手段、 水平及び垂直偏向制御信号Ｈ及びＶを発生して、それら
    の信号を前記走査手段及び前記表示手段に供給すること
    により、これらの走査手段及び表示手段を同期されるた
    めの偏向信号発生手段、 前記偏向信号発生手段及び前記ウインドーゲート手段並
    びに表示ゲート手段に結合されたウインドー論理手段、 前記ゲート手段に接続された基準信号源、及び、 前記表示手段へ入力された画像信号において、基準信号
    をこの画像信号に加えることにより、前記走査の行われ
    た界面表面の予め選定された区域に対応した視覚画像の
    限定された一部分を強調するための加算手段を備え、 前記ウインドーゲート手段は前記レベル判定手段への入
    力を、走査の行われた界面の予め選定された限定区域に
    対応した画像信号の所定部分に限定することにより、定
    量測定が物体の所定の限定区域に適用され、 前記表示ゲート手段は定量測定が適用され得るところの
    走査の行われた界面の予め選定された部分に対応した視
    覚画像の、所定の限定区域を識別するために前記視覚画
    像を修正し、 該ウインドー論理手段は画像信号の所定区域を共同で規
    定しているウインドーゲート制御信号H1及びV1を発生す
    ると共に、それらのゲート制御信号を前記ウインドーゲ
    ート手段並びに前記表示ゲート手段に供給するよう構成
    されたことを特徴とする音響画像形成装置。
  9. 【請求項９】物体の音響特性を示す視覚画像を生成する
    ための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）； 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）、及び 光学効果を得るための自動ゲイン制御装置を更に備え、 前記制御装置は、光検出手段に結合され、前記原電気信
    号から光学内容信号を形成するためのローパスフィルタ
    手段、 この光学内容信号と所定の基準信号レベルとを比較し
    て、ゲイン制御信号を形成するための比較手段、及び 前記光検出手段と前記信号プロセッサとの間に挿入さ
    れ、前記ゲイン制御信号に対応して、前記信号プロセッ
    サ手段へ供給された原信号の振幅を変化させることによ
    って、前記走査手段及び前記光検出手段の動作における
    不均一性の効果を最小限にするためのゲイン制御手段を
    含むことを特徴とする音響画像形成装置。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項に記載の音響画像
    形成装置において、 前記ゲイン制御手段（130）は、前記光検出手段と前記
    信号プロセッサ手段との間に接続されたハイパスフィル
    タ（131）を含むことを特徴とする音響画像形成装置。
  11. 【請求項１１】物体の音響特性を示す視覚画像を生成す
    るための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）； 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）、 前記信号プロセッサ手段と前記画像信号レベル判定手段
    との間に挿入されたウィンドーゲート手段、 前記表示手段に結合された表示ゲート手段、及び 光学効果を得るための自動ゲイン制御装置を備え、 前記制御装置は、光検出手段に結合され、前記原電気信
    号から光学内容信号を形成するためのローパスフィルタ
    手段、 この光学内容信号と所定の基準信号レベルとを比較し
    て、ゲイン制御信号を形成するための比較手段、及び 前記光検出手段と前記信号プロセッサとの間に挿入さ
    れ、前記ゲイン制御信号に対応して、前記信号プロセッ
    サ手段へ供給された原信号の振幅を変化させることによ
    って、前記走査手段及び前記光検出手段の動作における
    非均一性の効果を最小限にするためのゲイン制御手段を
    含み、 該ウインドーゲート手段は前記レベル判定手段への入力
    を、走査の行われた界面の予め選定された限定区域に対
    応した画像信号の所定部分に限定することにより、定量
    測定が物体の所定の限定区域に適用され、 前記表示ゲート手段は定量測定が適用され得るところの
    走査の行われた界面の予め選定された部分に対応した視
    覚画像の、所定の限定区域を識別するために前記視覚画
    像を修正することを特徴とする音響画像形成装置。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第11項に記載の音響画像
    形成装置において、 前記ゲイン制御手段（130）は、前記光検出手段と前記
    信号プロセッサ手段との間に接続されたハイパスフィル
    タ（131）を含むことを特徴とする音響画像形成装置。
  13. 【請求項１３】物体の音響特性を示す視覚画像を生成す
    るための音響画像形成装置であって、 10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印加
    し、該物体に結合し少なくとも部分光反射性の界面上に
    該物体の音響特性を示す摂動パターンを形成する音波印
    加手段（24、40）； 前記界面を高エネルギ且つ小口径光線で走査する走査手
    段（32）； 前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を発
    生する光検出手段（37）； 前記光検出手段に結合し、前記原電気信号を処理して音
    響画像信号を形成する信号プロセッサ手段（50）； 前記信号プロセッサ手段に結合し、前記画像信号に基づ
    いて前記物体の音響特性を示す視覚画像を形成する表示
    手段（55）； 前記プロセッサ手段に結合し、前記画像信号の振幅レベ
    ルを検出する画像信号レベル判定手段（60）； 前記音波印加手段が物体に印加する音波の強度を調整す
    ることにより、前記物体の音響特性に応じた前記画像信
    号レベルの変動量を補償し、それによって前記画像信号
    レベルをその飽和レベル以下の所定の基準値に維持する
    可変ゲイン手段（43）； 前記可変ゲイン手段による音波強度補償量に基づき、物
    体の音響特性を定量的に測定する手段（44）、 前記信号プロセッサ手段と前記画像信号レベル判定手段
    との間に挿入されたウインドーゲート手段、 前記表示手段に結合された表示ゲート手段、 水平及び垂直偏向制御信号Ｈ及びＶを発生して、それら
    の信号を前記走査手段及び前記表示手段に供給すること
    により、これらの走査手段及び表示手段を同期されるた
    めの偏向信号発生手段、及び 前記偏向信号発生手段及び前記ウインドーゲート手段並
    びに表示ゲート手段に結合されたウインドー論理手段、 光学効果を得るための自動ゲイン制御装置を備え、 前記制御装置は、光検出手段に結合され、前記原電気信
    号から光学内容信号を形成するためのローパスフィルタ
    手段、 この光学内容信号と所定の基準信号レベルとを比較し
    て、ゲイン制御信号を形成するための比較手段、及び 前記光検出手段と前記信号プロセッサとの間に挿入さ
    れ、前記ゲイン制御信号に対応して、前記信号プロセッ
    サ手段へ供給された原信号の振幅を変化させることによ
    って、前記走査手段及び前記光検出手段の動作における
    非均一性の効果を最小限にするためのゲイン制御手段を
    含み、 前記ウインドーゲート手段は前記レベル判定手段への入
    力を、走査の行われた界面の予め選定された限定区域に
    対応した画像信号の所定部分に限定することにより、定
    量測定が物体の所定の限定区域に適用され、 前記表示ゲート手段は定量測定が適用され得るところの
    走査の行われた界面の予め選定された部分に対応した視
    覚画像の、所定の限定区域を識別するために前記視覚画
    像を修正し、 該ウインドー論理手段は画像信号の所定区域を共同で規
    定しているウインドーゲート制御信号H1及びV1を発生す
    ると共に、それらのゲート制御信号を前記ウインドーゲ
    ート手段並びに前記表示ゲート手段に供給するよう構成
    されたことを特徴とする音響画像形成装置。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第13項に記載の音響画像
    形成装置において、 前記ゲイン制御手段（130）は、前記光検出手段と前記
    信号プロセッサ手段との間に接続されたハイパスフィル
    タ（131）を含むことを特徴とする音響画像形成装置。
  15. 【請求項１５】音響画像形成方法において、 A.被検査物体に連結された少なくとも部分反射性の界面
    を小口径の光線で走査する過程； B.10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印
    加し、該界面に物体の音響特性を示す摂動パターンを形
    成する過程； C.前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を
    発生する過程； D.前記原電気信号を処理して音響画像信号を形成する過
    程； E.前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚画像
    信号を発生する過程； F.前記画像信号の振幅レベルを検出する過程； G.前記物体に印加する音波の強度を調節することによ
    り、前記物体の音響特性に応じた前記画像信号レベルの
    変動量を補償し、それによって前記画像信号レベルをそ
    の飽和レベル以下の所定の基準値に維持し（43）、及び H.前記音波強度補償量を、基準値に対する物体の音響特
    性の変動を定量的測定値として記録する（44）過程から
    なることを特徴とする音響画像形成方法。
  16. 【請求項１６】特許請求の範囲第15項に記載の音響画像
    形成方法において、 前記過程Ｆにおいて、検出された画像信号の振幅レベル
    は、前記過程Ａにおいて前記界面表面が走査を完了する
    のに必要な時間以下の時間間隔にわたって積分されると
    共に、基準信号レベルと比較されて音響ゲイン制御信号
    を形成し、そして 前記過程Ｇにおいて、このゲイン制御信号を用いて音波
    の強度を調整することを特徴とする音響画像形成方法。
  17. 【請求項１７】特許請求の範囲第15項又は第16項に記載
    の音響画像形成方法において、 前記走査の行われた界面の所定の限定部分に対応した画
    像信号の限定区域に対応して、前記過程Ｆ、Ｇ及びＨを
    実行することを特徴とする音響画像形成方法。
  18. 【請求項１８】特許請求の範囲第15項又は第16項に記載
    の音響画像形成方法において、 前記走査が行われた界面の２カ所の所定の限定部分に対
    応した画像信号の限定区域に対して前記過程Ｆ、Ｇ及び
    Ｈを実行することによって両者の定量的な比較を行うこ
    とを特徴とする音響画像形成方法。
  19. 【請求項１９】音響画像形成方法において、 A.被検査物体に連結された少なくとも部分反射性の界面
    を小口径の光線で走査する過程； B.10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印
    加し、該界面に物体の音響特性を示す摂動パターンを形
    成する過程； C.前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を
    発生する過程； D.前記原電気信号を処理して音響画像信号を形成する過
    程； E.前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚画像
    信号を発生する過程； F.前記画像信号の振幅レベルを検出する過程； G.前記物体に印加する音波の強度を調節することによ
    り、前記物体の音響特性に応じた前記画像信号レベルの
    変動量を補償し、それによって前記画像信号レベルをそ
    の飽和レベル以下の所定の基準値に維持し（43）、 H.前記音波強度補償量を、基準値に対する物体の音響特
    性の変動を定量的測定値として記録し（44）、及び I.前記過程Ｅにおける視覚画像を変更して、前記過程
    Ｆ、Ｇ及びＨが適用される走査の行われた界面の限定部
    分を視覚により識別できるようにした過程を更に含むこ
    とを特徴とする音響画像形成方法。
  20. 【請求項２０】音響画像形成方法において、 A.被検査物体に連結された少なくとも部分反射性の界面
    を小口径の光線で走査する過程； B.10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印
    加し、該界面に物体の音響特性を示す摂動パターンを形
    成する過程； C.前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を
    発生する過程； D.前記原電気信号を処理して音響画像信号を形成する過
    程； E.前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚画像
    信号を発生する過程； F.前記画像信号の振幅レベルを検出する過程； G.前記物体に印加する音波の強度を調節することによ
    り、前記物体の音響特性に応じた前記画像信号レベルの
    変動量を補償し、それによって前記画像信号レベルをそ
    の飽和レベル以下の所定の基準値に維持し（43）、 H.前記音波強度補償量を、基準値に対する物体の音響特
    性の変動を定量的測定値として記録し（44）、 J.ローパスフィルター手段を用いて、前記過程Ｃの前記
    初期電気信号から光学内容信号を形成する過程、及び K.この光学内容信号を用いて、前記音響画像信号の振幅
    を制御することにより、前記過程Ａ及びＣの走査及び検
    出動作において生じる非均一性を補正する過程を更に含
    むことを特徴とする音響画像形成方法。
  21. 【請求項２１】音響画像形成方法において、 A.被検査物体に連結された少なくとも部分反射性の界面
    を小口径の光線で走査する過程； B.10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印
    加し、該界面に物体の音響特性を示す摂動パターンを形
    成する過程； C.前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を
    発生する過程； D.前記原電気信号を処理して音響画像信号を形成する過
    程； E.前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚画像
    信号を発生する過程； F.前記画像信号の振幅レベルを検出する過程； G.前記物体に印加する音波の強度を調節することによ
    り、前記物体の音響特性に応じた前記画像信号レベルの
    変動量を補償し、それによって前記画像信号レベルをそ
    の飽和レベル以下の所定の基準値に維持し（43）、 H.前記音波強度補償量を、基準値に対する物体の音響特
    性の変動を定量的測定値として記録し（44）、及び I.前記過程Ｅにおける視覚画像を変更して、前記過程
    Ｆ、Ｇ及びＨが適用される走査の行われた界面の限定部
    分を視覚により識別できるようにし、 J.ローパスフィルター手段を用いて、前記過程Ｃの前記
    初期電気信号から光学内容信号を形成する過程、及び K.この光学内容信号を用いて、前記音響画像信号の振幅
    を制御することにより、前記過程Ａ及びＣの走査及び検
    出動作において生じる非均一性を補正する過程を更に含
    むことを特徴とする音響画像形成方法。
  22. 【請求項２２】音響画像形成方法において、 A.被検査物体に連結された少なくとも部分光反射性の界
    面を小口径の構成で走査する過程； B.10メガヘルツを越える周波数を有する音波を物体に印
    加し、該界面に物体の音響特性を示す摂動パターンを形
    成する過程； C.前記界面からの反射光の一部を検出して原電気信号を
    発生する過程； D.前記原電気信号を処理して音響画像信号を形成する過
    程； E.前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚画像
    信号を発生する過程； F.前記画像信号の振幅レベルを検出する過程； G.前記物体に印加する音波の強度を調節することによ
    り、前記物体の音響特性に応じた前記画像信号レベルの
    変動量を補償し、それによって前記画像信号レベルをそ
    の飽和レベル以下の所定の基準値に維持し（43）、 J.ローパスフィルタ手段を用いて、前記過程Ｃの前記原
    電気信号から光学内容信号を形成する過程、及び K.前記光学内容信号を用いて、前記音響画像信号の振幅
    を制御することにより、前記過程Ａ及びＣの走査及び検
    出動作において生じる不均一性を補償する過程を含むこ
    とを特徴とする音響画像形成方法。
  23. 【請求項２３】特許請求の範囲第22項に記載の音響画像
    形成方法において、 前記過程Ｄは、バイパスフィルタ手段によって、前記原
    電気信号の高周波成分に限定することを特徴とする音響
    画像形成方法。
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