JP2875570B2

JP2875570B2 - 超音波検査装置

Info

Publication number: JP2875570B2
Application number: JP2044601A
Authority: JP
Inventors: 芳彦瀧下
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: JPH03248058A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超音波により被検体の検査を行なう超音波検
査装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波を用いる検査は医療，工業両分野に適用されそ
れぞれ超音波診断装置，超音波探傷装置として実用化さ
れている。これらの装置において超音波像を出力するに
あたり、高速撮像を目的として超音波ビームを電子的に
走査する手法が使われている。このうち、従来より用い
られているリニア電子走査と称される走査方式を第４図
により説明する。

第４図は従来の超音波検査装置のブロツク図である。
図で、１はアレイ探触子を示す。アレイ探触子１には、
その先端部に多数の超音波振動素子（以下、単に素子と
称する。）が等間隔でアレイ状に並べてあり、このうち
複数の素子を一組として駆動し、決められた位置に超音
波ビームを集束させる。図示の例では、素子総数が64個
（1₁〜1₆₄）,1組に用いる素子数が８個とされている。
各素子には素子番号１〜64が付されている。B₁〜B₅₇は
各素子1₁〜1₆₄により形成される超音波ビームを示す。
２はこれら超音波ビームB₁〜B₅₇の送受信を制御する制
御回路である。

ここで、超音波ビームB₁〜B₅₇の送受信の動作の概略
を説明する。まず、素子1₁〜1₈の８個を１組として駆動
することにより、素子1₁〜1₈の中心線上に集束点を持つ
超音波ビームB₁を送受信する。次に素子1₂〜1₉を１組と
して駆動することにより、素子1₂〜1₉の中心線上に集束
点を持つ超音波ビームB₂を送受信する。以下同様に駆動
素子群を１つずつシフトさせ、最後は素子1₅₇〜1₆₄の駆
動により、超音波ビームB₅₇を送受信する。このような
動作により、超音波ビームは、素子配列ピツチに等しい
ピツチで被検体に対して超音波ビームを電子走査する。
上述の集束超音波ビームの送受信及び電子走査に必要な
制御は、アレイ探触子１に接続された制御回路２におい
て行なわれる。

第５図は第４図に示す制御回路２のブロツク図であ
る。図で、１は第４図に示すものと同じアレイ探触子、
２は制御回路である。３はマイクロプロセツサ、４は集
束超音波ビームを送信する際に各素子を所定時間遅延さ
せた後に励振させる送信遅延回路である。このように、
前記１組内の各素子を所定の遅延時間関係をもつて励振
させることにより、超音波ビームを集束させることがで
きる。５は送信マトリクス回路、６は分配器であり、こ
れらは送信遅延回路４を各超音波ビームB₁〜B₅₇に共通
に使用するために設けられる。７は送受信回路であり、
アレイ探触子１の各素子1₁〜1₆₄に励振用のパルスを出
力するとともに、それら各素子1₁〜1₆₄からの反射波信
号を受信する。８はシフトレジスタ回路であり、各超音
波ビームB₁〜B₅₇に関与する素子を選択する機能を持
つ。９は分配器６における入力と出力を逆にした構成の
加算器、10は送信マトリクス回路５と同じ構成の受信マ
トリクス回路である。11は送信遅延回路４と同じ遅延時
間を持つ受信遅延回路であり、受信マトリクス回路10か
ら出力される８個の信号の位相を一致させる。12は、位
相が一致した８個の信号を加算する波形加算回路であ
る。

次に上記制御回路２の動作を第６図〜第８図を参照し
ながら順次説明する。

（１）送信遅延回路４及び送信マトリクス回路５の動作第６図は第５図に示す送信マトリクス回路５を中心と
する回路図であり、第５図に示す部分と同一部分には同
一符号が付してある。大文字Ａ〜Ｈは送信遅延回路４の
出力端子、小文字ａ〜ｈは分配器６の入力端子を示す。
送信遅延回路４には遅延時間が可変な８つの遅延素子4₁
〜4₈が備えられており、これらは第４図に示す１組の素
子群を構成する８つの素子から送信された各超音波がそ
れら８つの素子の中心軸上の所定位置で全ての位相を一
致させるため（焦点を作るため）に用いられるものであ
る。そのためには、各遅延素子4₁〜4₈に与える遅延時間
を左右対称でかつ外側の遅延時間ほど短かく設定する必
要がある。図において各遅延素子4₁〜4₈の長さを変えて
表示しているのは、この遅延時間の長短の関係を示すも
のであり、一番長さの短い遅延素子4₁,4₈が遅延時間最
小を表わす。また焦点位置が素子より離れるほど各遅延
素子4₁〜4₈の遅延時間差を小さく設定する必要がある。
このような超音波ビームの焦点形成手段は公知である。

超音波ビームが所定位置に焦点を形成するように、マ
イクロプロセツサ３により８つの遅延素子4₁〜4₈の遅延
時間が設定された後、送信遅延回路４が励起されると、
その各出力端子Ａ〜Ｈからは順次遅延されたパルスが出
力される。

送信マトリクス回路５は一般に使用されている形態の
ものであり、送信遅延回路４からの８本の入力線、これ
と交叉する８本の出力線、および交叉する入力線と出力
線とを選択的に接続するスイツチング素子（図示されて
いない）により構成される。これらスイツチング素子は
64個（８×８）備えられており、マイクロプロセツサ３
によりスイツチング動作が制御される。又、上記８本の
出力線はそれぞれ分配器６の入力端子ａ〜ｈに接続され
ている。

今、マイクロプロセツサ３の指令により、送信マトリ
クス回路４における四角印が記入された部分のスイツチ
ング素子が導通状態、他が遮断状態とされると、送信遅
延回路４の出力端子Ａ〜Ｈは順に分配器６の入力端子ａ
〜ｈに接続される。これにより、入力端子a,hに最短遅
延時間、入力端子d,eに最長遅延時間が設定される遅延
時間の第１の組合せができる。この第１の組合せは、第
４図に示す超音波ビームB₁を形成する素子1₁〜1₈の組合
せに対応する。

次に、マイクロプロセツサ３が三角印部分のスイツチ
ング素子のみを導通状態とすると、端子Ａ〜Ｈは順に端
子ｂ〜h,aに接続される。したがつて、端子b,aに最短時
間、端子e,fに最長時間が設定される第２の組合せがで
きる。この第２の組合せは、第４図に示す超音波ビーム
B₂を形成する素子1₂〜1₉の組合せに対応する。丸印部分
のスイツチング素子のみを導通状態とすると、超音波ビ
ームB₃を形成する素子1₃〜1₁₀の組合せに対応する第３
の組合せができる。以下同様にして順次スイツチング素
子を作動させてゆくと、入力端子ａ〜ｈに第８の組合せ
まで形成され、次の第９の組合せは第１の組合せと同一
遅延時間の組合せとなる。このような組合せが連続して
繰返し形成されてゆく。

（２）分配器６の動作第７図は分配器６の回路構成を示す回路図である。図
で、ａ〜ｈは第６図に示すものと同じ分配器６の入力端
子である。又、数字１〜64は分配器６の第１番〜第64番
の出力端子の番号を示し、これら各出力端子は素子1₁〜
1₆₄に対応する。入力端子ａに入力された遅延パルスは
図示のようにこの入力端子ａに接続された第１番〜第57
番の出力端子に分配される。同じく、入力端子ｂ〜ｈに
入力された遅延パルスはそれらに接続されている図示の
各出力端子にそれぞれ分配される。ここで、各出力端子
第１番〜第64番は後述するように送受信回路７のパルサ
をトリガするトリガ回路に接続されており、これらトリ
ガ回路は順番に８つ同時に導通状態とされ、これが１つ
ずつずらされてゆく。したがつて、全記出力端子のうち
の連続する番号の８つの出力端子のみが有効に遅延トリ
ガ信号を出力することとなり、これを各入力端子ａ〜ｈ
についてみると、これらのそれぞれに接続されている出
力端子のうち常に１つのみが遅延トリガ信号を出力する
ことになる。

例えば、素子1₁〜1₈によりビームB₁を形成する場合、
第１番〜第８番の出力端子に接続されたトリガ回路が導
通状態となるので、第１番、第８番の出力端子からは最
短遅延時間のパルスが、又、第４番、第５番の出力端子
からは最長遅延時間のパルスが出力されることになる。
次いで、素子1₂〜1₉によりビームB₂を形成する場合、今
度は第２番〜第９番の出力端子に接続されたトリガが導
通状態となる。一方、これと同時に第６図に示すマトリ
クス回路５は四角印から三角印の位置のスイツチング素
子へ作動が移り、当該各スイツチング素子が導通状態と
なるので、入力端子b,aに最短遅延時間のパルス、入力
端子e,fに最長遅延時間のパルスが入力される。この結
果、第２番、第９番の出力端子に最短遅延時間のパルス
が、第５番、第６番の出力端子に最長遅延時間のパルス
がそれぞれ出力される。

このように、各出力端子に接続されている前記トリガ
回路の導通状態が１つずつずらされていくと同時に、入
力端子ａ〜ｈの遅延時間も１つずつずらされていく。こ
のため、超音波ビーム形成のため用いられる８つの素子
は常に第６図に示した遅延素子4₁〜4₈が持つ遅延時間の
のちに励振されることになる。

（３）送受信回路７およびシフトレジスタ回路８の動作第８図は送受信回路７を中心とする回路図である。図
で、第５図に示す部分と同一部分には同一符号が付して
ある。X₁〜X₆₄はアンド回路、P₁〜P₆₄はパルサ回路、R₁
〜R₆₄はレシーバ回路である。各アンド回路、各パルサ
回路、各レシーバ回路は各素子1₁〜1₆₄のそれぞれに対
して１つずつ設けられている。アンド回路X₁〜X₆₄の一
方の入力端子は分配器６の第１番〜第64番の出力端子に
接続されており、又、他方の入力端子はシフトレジスタ
回路８の第１番〜第64番の出力端子に接続されている。
なお、シフトレジスタ回路８については後に詳述する。
このアンド回路X₁〜X₆₄は前記（２）の分配器６の動作
の説明において述べたように、パルサ回路P₁〜P₆₄をト
リガするトリガ回路を構成する。シフトレジスタ回路８
の第１番〜第64番の出力端子は、上記のようにアンド回
路X₁〜X₆₄に接続されるとともに、レシーバ回路R₁〜R₆₄
にも接続される。又、レシーバ回路R₁〜R₆₄の出力端子
は加算器９の第１番〜第64番の対応する入力端子に接続
される。

シフトレジスタ回路８は、マイクロプロセツサ３の指
令により、８つの連続する出力端子から同時にパルスを
出力するとともに、これら出力端子を１つずつずらして
ゆく。今、素子1₁〜1₈により超音波ビームB₁を形成する
場合、シフトレジスタ回路８の第１番〜第８番の出力端
子からパルスが出力され、アンド回路X₁〜X₈の一方の入
力端子は高レベルとされる。それと同時にレシーバ回路
R₁〜R₈がトリガされ、それら各レシーバ回路が作動状態
になる。このとき、分配器６の第１番〜第８番の出力端
子からは前述のように所定時間遅延されたパルスが出力
されるので、アンド回路X₁〜X₈の他方の入力端子は、分
配器６の第１番〜第８番のパルスの遅延時間後に高レベ
ルとなり、この時点でそのアンド回路が導通状態となつ
て対応するパルサ回路をトリガするトリガ信号を出力す
る。さきの分配器６の説明で述べたように、この場合、
その第１番、第８番の出力端子からの出力が最も早く、
第４番、第５番の出力端子からの出力が最も遅いので、
パルサ回路P₁〜P₈のパルス出力もそれに応じ、結局、素
子1₁,1₈が最も早く励起され、素子1₄,1₅が最も遅く励起
され、これにより所期の超音波ビームB₁が形成される。

この超音波ビームB₁は被検体中を伝搬した後、再び各
素子1₁〜1₈に反射波としてピツクアツプされその強度に
応じた電気信号に変換される。このようにして各素子1₁
〜1₈から出力された反射信号はそれぞれレシーバ回路R₁
〜R₈で増幅された後、加算器９の第１番〜第８番の入力
端子に入力される。

超音波ビームB₁の形成に次いで、シフトレジスタ回路
８と出力は１つシフトされ、第２番〜第９番の８つの出
力端子からパルスが出力され、一方、分配器６の出力端
子に現れる遅延パルスの遅延の態様も前述のように１つ
シフトされた態様となる。即ち、第２番、第９番の出力
端子からは最短遅延時間で遅延パルスが出力され、第５
番、第６番の出力端子からは最長遅延時間で遅延パルス
が出力される。したがつて、素子1₂〜1₉はこれに応じた
遅延時間で励起され、所望の超音波ビームB₂が形成され
る。そして、それによる反射波信号は、対応するレシー
バ回路R₂〜R₉で増幅され、加算器９の第２番〜第９番の
入力端子に、入力される。以下順次同様の動作で加算器
９の入力端子に反射波信号が入力されてゆく。

（４）加算器９、受信マトリクス回路10、受信遅延回路
11および波形加算回路12の動作第８図に示すように、加算器９には、レシーバ回路R₁
〜R₆₄に接続された第１番〜第64番の入力端子が備えら
れている。ところで、加算器９は分配器６の回路構成と
同じ回路構成を有し、ただ、入力と出力の関係が逆にな
るだけである。したがつて、第７図における第１番〜第
64番の端子が加算器９の入力端子となり、端子ａ〜ｈは
加算器９の出力端子となる。前述のことから明らかなよ
うに、反射波信号が入力されるのは連続する８つのレシ
ーバ回路のみであるので、加算器９の64個の入力端子の
うち反射信号が入力されるのは８つの連続する番号の入
力端子のみである。したがつて、出力端子ａ〜ｈのそれ
ぞれに属する入力端子のうちの１つのみに反射波信号が
入力されることになる。

さきの例にしたがうと、超音波ビームB₁が放射された
とき、反射波信号は加算器９の第１番〜第８番の入力端
子に入力され、これら信号はそのまま出力端子ａ〜ｈか
ら出力される。又、超音波ビームB₂が放射されたとき、
反射波信号は加算器９の第２番〜第９番の入力端子に入
力され、出力では出力端子ｂ〜h,aの順となる。

次に、受信マトリクス回路10は第６図に示すものと同
じ回路構成を有し、ただ、出力端子と入力端子が逆にな
るだけである。即ち、受信マトリクス回路10の入力端子
は第６図に示すａ〜ｈであり、これら入力端子ａ〜ｈは
加算器９の出力端子ａ〜ｈの対応する端子に接続され
る。又、受信マトリクス回路10の各スイツチング素子の
切換の態様も送信マトリクス回路５の切換の態様と同じ
である。即ち、超音波ビームB₁の反射波信号が入力端子
ａ〜ｈに入力されたとき、受信マトリクス回路10のスイ
ツチング素子のうち、第６図に示す四角印の位置のもの
が導通状態とされるのでそれら反射波信号は対応する出
力端子Ａ〜Ｈから出力される。同様に、超音波ビームB₂
の反射波信号が入力端子ａ〜ｈに入力されたとき、三角
印の位置のスイツチング素子の導通状態とされ、入力端
子ａ〜ｈの反射波信号は出力端子Ｈ、Ａ〜Ｇから出力さ
れることになる。

ここで、超音波ビームB₁,B₂,B₃について、それらの反
射波信号の加算器９における入力端子、受信マトリクス
回路10における入力端子と出力端子の関係を示すと次表
のようになる。

上記の表から明らかなように、励起されている連続す
る８つの素子からの反射波信号は、それら素子がどのよ
うに選択されても、常に当該素子の配列順に、受信マト
リクス回路10の出力端子Ａ〜Ｈから出力される。

今仮りに、超音波ビームの焦点位置に欠陥が存在し、
出力端子Ａ〜Ｈから出力された反射信号源がこの欠陥か
らのものであるとすると、各出力端子から出力される８
つの反射信号の位相は一致していない。このため、受信
遅延回路11は、この８つの反射信号の位相を全て一致さ
せる機能を持ち、送信遅延回路４の回路構成と同じ回路
構成を有する。また受信遅延回路11における各遅延素子
の設定遅延時間も第６図に示す送信遅延回路４における
各遅延素子4₁〜4₈の設定遅延時間と同じである。これに
より受信遅延回路11の出力には位相が全て一致した８つ
の反射信号が出力され、次の波形加算回路12により全て
の反射信号を加算しその出力は１つの反射信号となる。

以上、第４図に示す制御回路２の構成および動作を説
明したが、ここで、第５図および第８図に示すシフトレ
ジスタ８の構成および動作について、第９図および第10
図（ａ）〜（ｃ）を用いてさらに詳細に説明する。

第９図はシフトレジスタ回路８の回路図である。図
で、8₁〜8₈はダイレクトプリセツト機能付Ｄ型フリツプ
フロツプ回路、8₉〜8₆₄はＤ型フリツプフロツプ回路
（以下、FF回路と称する）である。これら各FF回路8₁〜
8₆₄は直列接続されている。図で、PRは各FF回路8₁〜8₈
に入力されるプリセツト信号、CLRは各FF回路8₁〜8₆₄に
入力されるクリア信号、CKは各FF回路8₁〜8₆₄に入力さ
れるクロツク信号である。またQ1〜Q64はシフトレジス
タ回路８の出力端子であり、これらは第８図に示す出力
端子番号１〜64に相当する。

次に第10図（ａ）〜（ｃ）を用いてこのシフトレジス
タ回路８の動作を説明する。なお、第10図（ａ）〜
（ｃ）は、第９図のシフトレジスタ回路８の回路図を簡
略化して表わした図であり、8₁〜8₆₄は第９図に示す各F
F回路8₁〜8₆₄を表わす。各FF回路8₁〜8₆₄において、正
方形内が空白であるのは当該FF回路の出力が低レベルで
あることを示し、また正方形内に×印があるのは当該FF
回路の出力が高レベルであることを示す。なお、送受信
回路７に付してある番号１〜64は、シフトレジスタ回路
８の該当出力番号のものと接続されたパルサ回路、レシ
ーバ回路を示す。

第10図（ａ）には、各FF回路8₁〜8₆₄にクリア信号（C
LR）が入力されたことにより全てのFF回路8₁〜8₆₄の出
力が低レベルになつた状態が示されている。次に、この
状態から各FF回路8₁〜8₈にプリセツト信号（PR）を入力
すると、それらFF回路8₁〜8₈の出力が高レベルになる。
この状態が第10図（ｂ）に示されている。この時前述し
たように、各レシーバ回路R₁〜R₈が即座に作動状態にな
り、また各パルサ回路P₁〜P₈からは所定の遅延時間後に
パルスが出力される。これは超音波ビームB₁を送受信す
る場合の状態である。次に、各FF回路8₁〜8₆₄にクロツ
ク信号（CK）を与えることにより、各FF回路8₁〜8₆₃の
出力状態がそれぞれ各FF回路8₂〜8₆₄の出力に１つシフ
トされる。第10図（ｃ）にはこの状態が示されており、
各FF回路8₂〜8₉の出力が高レベルになりこれは超音波ビ
ームB₂を送受信する場合に相当する。以下、クロツク信
号を与えるたびに、各FF回路の出力状態が１つずつシフ
トしてゆき、これにより前述のような超音波のリニヤ電
子走査が遂行される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の電子走査方式によると、シフトレジスタ回
路８を用いることにより、超音波ビームを電子的なスイ
ツチング動作ですばやく走査することができる。しかし
ながら、多量の被検体の検査を行なう場合、その走査速
度をさらに速くしたいという強い要望が提示されてい
る。ところで、当該電子走査方式の走査に要する時間は
（超音波ビームの本数）×（スイツチング速度）で表わ
される。ここでスイツチング速度とはシフトレジスタ回
路８にクロツク信号CKを与える時間間隔によつて決定さ
れる。したがつて、電子走査速度を速くするためには、
当該クロツク信号CKのパルス間隔を狭くすることが考え
られるが、これは以下２つの理由により制限を受ける。

（１）各パルサ回路P₁〜P₆₄では、コンデンサーに電荷
を充電した後瞬時にこれを放電させることにより高圧パ
ルス出力を得ている。よつて放電した後次の充電が完了
するまでには一定時間が必要となる。ところで超音波ビ
ームB₁を送受信するためには各パルサ回路P₁〜P₈を作動
させ、次の超音波ビームB₂では各パルサ回路P₂〜P₉を作
動させる。この２つの超音波ビームを送受信させるのに
各パルサ回路P₂〜P₈を共通に用いている。以上の結果、
前記スイツチング速度は高圧パルス出力に必要な充電時
間より速くは出来ない。

（２）各素子が反射信号を受信した後も、被検体内には
多重エコーとして超音波が伝搬している。これら不要な
信号と次の送信超音波とが被検体で干渉を起こさないよ
うにするためには、多重エコーが充分に減衰するに必要
な時間後に次の超音波を送信させる必要がある。よつて
スイツチング速度はこの多重エコー減衰時間より速く出
来ない。

以上２つの理由のうちどちらがスイツチング速度の制
限になるかは、被検体の厚さや超音波の減衰程度等の条
件によつて決まるが、いずれにしてもどちらかの理由に
より検査速度に制限を受けるという問題があつた。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決
し、電子走査時間、ひいては被検体の検査時間を大幅に
短縮できる超音波検査装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、列状に配列
された多数の超音波振動素子と、これら各超音波振動素
子のそれぞれに接続され該当する超音波振動素子を励振
させるとともにそれにより発生した超音波ビームの反射
波を受信する送受信回路と、前記送受信回路から送信す
る前記該当する超音波振動素子を励振するための１群の
超音波ビーム信号を生成する超音波ビーム信号生成手段
と、前記送受信回路において受信された１群の超音波ビ
ームの反射波を１つの反射波信号に処理する反射波信号
処理手段とを備え、前記多数の超音波振動素子の配列に
沿って超音波ビームの走査を行なう超音波検査装置にお
いて、前記超音波ビームのすべてを連続する複数のビー
ム領域に区分するビーム領域区分手段と、前記各ビーム
領域を所定の順で選択してゆくビーム領域選択手段と、
選択されたビーム領域における１つの超音波ビームを当
該ビーム領域が選択される毎に順次シフトしてゆくシフ
ト手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

超音波ビームの走査の開始時、ビーム領域選択手段に
より第１番目の順位として定められたビーム領域におい
て、設定された一群の超音波振動素子が励振される。次
に、第２番目のビーム領域において、同じく設定された
一群の超音波振動素子が励振される。このようにして、
全ビーム領域の第１回の超音波ビームの送受信が終了す
ると、次に再び第１番目のビーム領域が選択される。こ
の場合には、さきに励振された超音波振動素子が１つシ
フトされて一群の超音波振動素子が構成され、これら超
音波振動素子が励振される。以下、２番目のビーム領域
以降においても超音波振動素子がシフトされて超音波ビ
ームの送受信が行なわれる。全ビーム領域の第２回の超
音波ビームの送受信が終了すると、同様の動作で、再び
各ビーム領域における第３回目の超音波ビームの送受信
が行なわれる。同様の動作が繰返えされ、この結果、各
ビーム領域で順に超音波ビームの走査が遂行されてゆ
く。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波検査装置のブロ
ツク図、第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示す実施例で
用いられる超音波ビームの走査方法の概念を説明する素
子の配列図である。第１図で、第５図に示す部分と同一
又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。
13は第５図に示す制御回路２に対応する制御回路、14は
第５図に示すシフトレジスタ回路８に対応するシフトレ
ジスタ回路である。本実施例の制御回路13は、シフトレ
ジスタ回路の構成が異なる点でのみ従来の制御回路の構
成と相違し、その他の構成は同じである。なお、送信マ
トリクス回路５および受信マトリクス回路10に対する制
御手段等にも相違があるが、これについては後述する。
本実施例においても、さきに挙げた例と同じく、素子総
数64個、１組に用いる素子数８個、超音波ビーム本数57
個の場合について説明する。

最初、第２図（ａ）〜（ｄ）により本実施例のビーム
走査方法の概念を説明する。第２図（ａ）で１はアレイ
探触子、1₁〜1₆₄は素子でこれらは従来のものと同じで
ある。本実施例では超音波ビームB₁〜B₅₇を第１の領域
の超音波ビームB₁〜B₂₉と第２の領域の超音波ビームB₃₀
〜B₅₇の２つの領域に分け、交互に超音波ビームを送受
信するという走査方法を用いる。即ち、第２図（ａ）に
示すように最初に第１の領域の超音波ビームB₁の送受信
を行ない、第２番目に第２の領域のビームB₃₀、３番目
に第２図（ｂ）に示すように第１の領域のビームB₂、４
番目に第２の領域のビームB₃₁というように、領域は交
互に、領域内ではビームを順次１つずつシフトしながら
走査してゆく。そして、第２図（ｃ），（ｄ）に示すよ
うに55番目に第１の領域のビームB₂₈、56番目に第２の
領域ビームB₅₇、最後の57番目に第１の領域のビームB₂₉
が送受信される。

この走査方法によれば、ビームB₂〜B₅₆のうちの任意
のビームと、走査順番が当該ビームの１つ前のビームと
のビーム間距離は（素子切断ピツチ）×29であり、また
走査順番が１つ後のビームとのビーム間距離は（素子切
断ピツチ）×28と長い距離が保てる。また走査順番が連
続する任意の２つのビームに対して同じ素子が連続して
励振されることはなく、多くとも１回おきであることか
ら、一方の領域のパルサの充電を行なつている間に他方
の領域のビームの放射を行なうこととなり、電子走査の
スイツチング速度は従来走査方法に比較して２倍に速く
することができる。換言すれば、電子走査に要する時間
を半分に短縮することができる。以下、このような電子
走査を行なうためのシフトレジスタ14の構成および動作
を第３図（ａ）〜（ｃ）により説明する。

第３図（ａ）〜（ｃ）はシフトレジスタ回路14の簡略
化した回路図を示す。各図でシフトレジスタ回路14は12
8個のFF回路の直列接続で構成される。これらFF回路の
うち左端から数えて２番目、４番目と続く偶数番目の各
FF回路の出力が送受信回路７において番号で示される各
パルサ回路およびレシーバ回路に接続される。第３図
（ａ）〜（ｃ）ではこれら偶数番目の各FF回路は当該各
FF回路の番号の後ろに符号Ｂを付して示されている。ま
たその１つ前のFF回路、即ち奇数番目のFF回路には当該
FF回路の番号の後ろに符号Ａが付されている。これら12
8個のFF回路のうちFF回路14_1B,14_2B,14_3B,14_4B,14_5B,14
_6B,14_7B,14_8BおよびFF回路14_30A,14_31A,14_32A,14_33A,14
_34A,14_35A,14_36A,14_37Aの16個はダイレクトプリセツト
機能付Ｄ型フリツプフロツプで構成され、プリセツト信
号（PR）の入力端子を持つ。また、クロツク信号（CK）
およびクリアー信号（CLR）の入力端子は128個のFF回路
全てに共通して備えられている。また各FF回路を表わす
長方形内が空白であるのは当該FF回路の出力が低レベル
であることを示し、また長方形内に×印があるのは当該
FF回路の出力が高レベルであることを示す。

まず全FF回路にクリアー信号が与えられると、第３図
（ａ）に示すように全FF回路の出力が低レベルになる。
次に、この状態からプリセツト信号をプリセツト信号線
と接続された前述の16個のFF回路に与えることにより、
第３図（ｂ）に示すように当該16個のFF回路の出力が高
レベルになる。このうち第１の領域にある前記８つのFF
回路14_1B〜14_8Bの出力は送受信回路７の各パルサ・レシ
ーバ回路の番号１〜８のものに接続されており、したが
つて、この状態においては第10図（ｂ）に示す状態と同
じく超音波ビームB₁が送受信される。このとき、第２の
領域の８つのFF回路14_30A〜14_37Aの出力は、それら送受
信回路７と接続されていないため超音波ビームの送受信
に関与しない。次に、この状態からクロツク信号CKを全
FF回路に与えると、第３図（ｃ）に示すように全FF回路
の出力状態が１つずつシフトされる。出力が高レベルに
なる各領域の16個のFF回路のうち、第２の領域の８つの
FF回路14_30B〜14_37Bの出力は送受信回路７の各パルサ・
レシーバ回路の番号30〜37のものに接続されており、し
たがつて、この状態においては超音波ビームB₃₀が送受
信される。このとき、第１の領域の８つのFF回路14_2A〜
14_9Aの出力はそれらが送受信回路７と接続されていない
ため超音波ビームの送受信に関与しない。以下、全FF回
路にクロツク信号CKが与えられる毎に励振されるパルサ
・レシーバ群の領域が交互に変換され、かつ、同一領域
内では励振されるパルサ・レシーバ群の番号が１つずつ
シフトされてゆく。

次にこの装置の制御において、従来装置の制御とは異
なる送信マトリクス回路５および受信マトリクス回路10
の制御方法について述べる。第６図に示す送信マトリク
ス回路５およびこれと同じ構成の受信マトリクス回路10
において、同時に作動する８つのスイツチング素子の組
み合わせは８通りあり、従来装置では超音波ビームB₁〜
B₅₇の走査順にこれら８通りの組み合わせが順次繰り返
される態様によつてスイツチング素子群が切り換えられ
ていた。この切り換え順序に従うと超音波ビームB₃₀の
スイツチング素子群の選択は前記８通りの組合わせのう
ちの第６番目の組合せによる選択となる。ところで本実
施例の装置の場合、超音波ビームB₁の次は超音波ビーム
B₃₀,B₂,B₃₁の順となるため、スイツチング素子群の選択
は第１番目の組合せの次は第６番目、第２番目、第７番
目………とする必要がある。このスイツチング素子の選
択の組合せをまとめると下表のようになる。

なお、次の第17番目以降のビーム走査においては上表
のスイツチング素子群の選択番号が連続して繰り返され
る。このようなスイツチング素子群の選択組合せによ
り、所望の超音波ビームが形成されることになる。そし
て、このようなスイツチング素子群の選択組合せは、マ
イクロプロセツサ３により容易に行なうことができる。

このように、本実施例では、走査に用いられるビーム
を２つの領域に分け、これら領域から交互にビーム出力
し、かつ、各領域のビームの出力は１つずつ順にシフト
してゆくようにしたので、超音波ビームの走査速度を従
来の速度の２倍に向上せしめることができる。

なお、本発明が従来装置に比べて走査スイツチング速
度を速くすることができることに付随して、マイクロプ
ロセツサ３がビーム走査毎にシフトレジスタ回路14をは
じめとする各回路に与える制御信号の命令時間間隔が短
かくなるのは当然である。

又、上記実施例の説明では、区分する領域を２つとし
て説明したが、領域を３つ,4つと細分割すればビーム走
査速度をさらに速くできることは明らかである。

さらに、上記実施例ではビーム走査ピツチが素子配列
ピツチに等しい場合を例示して説明したが、これに限る
ことはなく、送信と受信で駆動する素子を変えるなどの
手法により素子配列ピツチの1/2または1/4の走査ピツチ
を行なう場合にも本発明を適用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、走査する超音波ビー
ム群を複数の領域に区分し、各領域の超音波ビームを順
次１つずつ交互に送受信するようにしたので走査スイツ
チング速度を速くすることができる。これにより超音波
ビームによる電子走査時間を大幅に短縮することがで
き、ひいては検査速度を大幅に向上せしめることができ
る。また、全体の装置回路規模が従来装置とほとんど変
わらないので、装置に要する費用は従来装置とほぼ同等
レベルに抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波検査装置の制御装
置のブロツク図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）はアレイ振動素子の配列図、第３図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は第１図に示すシフトレジスタ回路の機
能の説明図、第４図はアレイ振動素子の配列図、第５図
は従来の超音波検査装置の制御装置のブロツク図、第６
図，第７図，第８図および第９図は第５図に示すマトリ
クス回路，分配器，送受信回路，シフトレジスタ回路の
回路図、第10図（ａ），（ｂ），（ｃ）は第９図に示す
シフトレジスタ回路の機能の説明図である。１……アレイ探触子、1₁〜1₆₄……超音波振動素子、３
……マイクロプロセツサ、４……送信遅延回路、５……
送信マトリクス回路、６……分配器、７……送受信回
路、９……加算器、10……受信マトリクス回路、11……
受信遅延回路、12……波形加算回路、14……シフトレジ
スタ回路、14_1A〜14_64Aおよび14_1B〜14_64B……フリツプ
フロツプ回路、B₁〜B₅₇……超音波ビーム。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】列状に配列された多数の超音波振動素子
と、これら各超音波振動素子のそれぞれに接続され該当
する超音波振動素子を励振させるとともにそれにより発
生した超音波ビームの反射波を受信する送受信回路と、
前記送受信回路から送信する前記該当する超音波振動素
子を励振するための１群の超音波ビーム信号を生成する
超音波ビーム信号生成手段と、前記送受信回路において
受信された１群の超音波ビームの反射波を１つの反射波
信号に処理する反射波信号処理手段とを備え、前記多数
の超音波振動素子の配列に沿って超音波ビームの走査を
行なう超音波検査装置において、前記超音波ビームのす
べてを連続する複数のビーム領域に区分するビーム領域
区分手段と、前記各ビーム領域を所定の順で選択してゆ
くビーム領域選択手段と、選択されたビーム領域におけ
る１つの超音波ビームを当該ビーム領域が選択される毎
に順次シフトしてゆくシフト手段とを設けたことを特徴
とする超音波検査装置。
【請求項２】請求項（１）において、前記ビーム領域区
分手段、前記ビーム領域選択手段、および前記シフト手
段は、それぞれ、前記各送受信回路毎に設けられた前記
ビーム領域の数と同数の直列接続されたシフトレジス
タ、このシフトレジスタから前記送受信回路に、ビーム
領域として選択する信号を送信する接続手段、およびビ
ーム領域選択毎に、前記シフトレジスタの出力状態をシ
フトさせる入力手段で構成されていることを特徴とする
超音波検査装置。