JP3202969B2 - 波動受信装置 - Google Patents
波動受信装置Info
- Publication number
- JP3202969B2 JP3202969B2 JP04178099A JP4178099A JP3202969B2 JP 3202969 B2 JP3202969 B2 JP 3202969B2 JP 04178099 A JP04178099 A JP 04178099A JP 4178099 A JP4178099 A JP 4178099A JP 3202969 B2 JP3202969 B2 JP 3202969B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- weighting
- weighting processing
- opening
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音波（超音波およ
び振動を含む）、電磁波（電波）等の波動を受信して処
理する波動受信装置に関する。
び振動を含む）、電磁波（電波）等の波動を受信して処
理する波動受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、波動を受信して処理を行なう
波動受信装置が広く採用されている。超音波を用いた装
置もそのような波動受信装置の１つの適用分野ではある
が、その他にも例えば、空中の飛行物体を探知するレー
ダ装置、水中の魚群を探知する魚群探知機、海底の様子
を探査する海底探査機、物体内部の傷を探知する探傷装
置等、様々に適用分野が広がっている。
波動受信装置が広く採用されている。超音波を用いた装
置もそのような波動受信装置の１つの適用分野ではある
が、その他にも例えば、空中の飛行物体を探知するレー
ダ装置、水中の魚群を探知する魚群探知機、海底の様子
を探査する海底探査機、物体内部の傷を探知する探傷装
置等、様々に適用分野が広がっている。
【０００３】ここでは、それら様々な適用分野のうちの
１つの適用分野である超音波を用いた波動受信装置を例
に挙げて、従来技術について説明する。
１つの適用分野である超音波を用いた波動受信装置を例
に挙げて、従来技術について説明する。
【０００４】以下に説明する超音波を用いた波動受信装
置は、被検体内部に超音波を送信して被検体内の種々の
組織表面等で反射した超音波を受信する過程を、順次繰
り返しながら被検体内を超音波で走査し、その走査の過
程で得られた受信信号に基づいて被検体内の画像を表示
する装置である。
置は、被検体内部に超音波を送信して被検体内の種々の
組織表面等で反射した超音波を受信する過程を、順次繰
り返しながら被検体内を超音波で走査し、その走査の過
程で得られた受信信号に基づいて被検体内の画像を表示
する装置である。
【０００５】図１８は、超音波を用いた波動受信装置を
用いて、被検体内のある一点にターゲット（超音波反射
体）が存在する場合の、そのターゲットの像を得る様子
を示す模式図である。
用いて、被検体内のある一点にターゲット（超音波反射
体）が存在する場合の、そのターゲットの像を得る様子
を示す模式図である。
【０００６】この波動受信装置には、図１８（ａ）に示
すように、所定の方向（図１８の左右方向）に配列され
た多数の超音波振動子１が備えられおり、これらの超音
波振動子１が被検体の表面にあてがわれ、ある１回の超
音波送受信のタイミングでは、そのタイミングの超音波
送受信のために設定されたある開口２に含まれる複数の
超音波振動子を電気パルスで励振することにより、被検
体内に向けて超音波パルスが送信される。この超音波送
信に際し、開口２に含まれる複数の超音波振動子それぞ
れを励振するタイミングを調整しさらにそれら複数の超
音波振動子それぞれを励振する励振強度を、開口２に含
まれる超音波振動子の配列の位置（配列順位）を変数と
する所定の重み付け関数３に従って調整することによ
り、被検体内に、指向性を持った超音波ビーム４が形成
される。
すように、所定の方向（図１８の左右方向）に配列され
た多数の超音波振動子１が備えられおり、これらの超音
波振動子１が被検体の表面にあてがわれ、ある１回の超
音波送受信のタイミングでは、そのタイミングの超音波
送受信のために設定されたある開口２に含まれる複数の
超音波振動子を電気パルスで励振することにより、被検
体内に向けて超音波パルスが送信される。この超音波送
信に際し、開口２に含まれる複数の超音波振動子それぞ
れを励振するタイミングを調整しさらにそれら複数の超
音波振動子それぞれを励振する励振強度を、開口２に含
まれる超音波振動子の配列の位置（配列順位）を変数と
する所定の重み付け関数３に従って調整することによ
り、被検体内に、指向性を持った超音波ビーム４が形成
される。
【０００７】被検体内で反射して戻ってきた超音波は、
開口２を構成する複数の超音波振動子それぞれで受信さ
れ、それらの受信信号それぞれが重み付け関数３に従っ
てそれぞれ増幅されるとともに、被検体内に延びる超音
波ビーム４に沿う方向の超音波反射信号が強調されるよ
うに（これを、ここでは受信ビームを形成する、と称す
る。これに対し、被検体内に送信された超音波ビームを
送信ビームと称する。）、相対的に遅延されるとともに
互いに加算される。ここでは相対的に遅延して互いに加
算する処理を整相加算と称する。尚、この整相加算は広
く知られた技術であるため、詳細説明は省略する。
開口２を構成する複数の超音波振動子それぞれで受信さ
れ、それらの受信信号それぞれが重み付け関数３に従っ
てそれぞれ増幅されるとともに、被検体内に延びる超音
波ビーム４に沿う方向の超音波反射信号が強調されるよ
うに（これを、ここでは受信ビームを形成する、と称す
る。これに対し、被検体内に送信された超音波ビームを
送信ビームと称する。）、相対的に遅延されるとともに
互いに加算される。ここでは相対的に遅延して互いに加
算する処理を整相加算と称する。尚、この整相加算は広
く知られた技術であるため、詳細説明は省略する。
【０００８】このような超音波送受信の過程を、超音波
振動子１の配列方向に開口２を順次移動させながら繰り
返す。開口２を順次移動させながら超音波の送受信を繰
り返す過程を走査と称する。
振動子１の配列方向に開口２を順次移動させながら繰り
返す。開口２を順次移動させながら超音波の送受信を繰
り返す過程を走査と称する。
【０００９】尚、ここでは、簡単のため送信開口と受信
開口、送信の重み付け関数と受信の重み付け関数、送信
ビームと受信ビームを特に区別せずに説明したが、それ
らは、送信側と受信側とで異なっていてもよく、送信側
と受信側とでそれぞれ適切に設定される。
開口、送信の重み付け関数と受信の重み付け関数、送信
ビームと受信ビームを特に区別せずに説明したが、それ
らは、送信側と受信側とで異なっていてもよく、送信側
と受信側とでそれぞれ適切に設定される。
【００１０】上記の走査の過程において得られた、複数
本の受信ビームを表す信号の強度を輝度として表示する
ことにより、被検体内の画像を得ることができる。
本の受信ビームを表す信号の強度を輝度として表示する
ことにより、被検体内の画像を得ることができる。
【００１１】ここでは、被検体内に唯一のターゲットが
存在する場合について考察しており、超音波ビーム４
（ここでは送信ビームと受信ビームとの双方）が指向性
を有することから、走査の過程で設定される各開口につ
いての受信信号の強度は、図１８（ｂ）に示すような各
値を示す。ここではそれらの信号強度分布をビームプロ
ファイルと称する。
存在する場合について考察しており、超音波ビーム４
（ここでは送信ビームと受信ビームとの双方）が指向性
を有することから、走査の過程で設定される各開口につ
いての受信信号の強度は、図１８（ｂ）に示すような各
値を示す。ここではそれらの信号強度分布をビームプロ
ファイルと称する。
【００１２】図１８（ｃ）は、このような信号強度分布
を持つ受信信号を輝度であらわした画像（ターゲット
像）である。
を持つ受信信号を輝度であらわした画像（ターゲット
像）である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記のターゲット像の
寸法が小さいほど波動受信装置の分解能が良好であるこ
とになるが、通常、このターゲット像の寸法は、ターゲ
ット５自体の寸法と比べかなり大きく広がっている。
寸法が小さいほど波動受信装置の分解能が良好であるこ
とになるが、通常、このターゲット像の寸法は、ターゲ
ット５自体の寸法と比べかなり大きく広がっている。
【００１４】従来、このターゲット像の寸法を決定づけ
る受信信号の強度分布（ビームプロファイル）は、開口
２の寸法と、重み付け関数３と、送受信される超音波の
波長λとで決まってしまい、従来これらの要素を最適に
設定するよう工夫がなされてきたもの、それ以上の分解
能の改善には限界があった。
る受信信号の強度分布（ビームプロファイル）は、開口
２の寸法と、重み付け関数３と、送受信される超音波の
波長λとで決まってしまい、従来これらの要素を最適に
設定するよう工夫がなされてきたもの、それ以上の分解
能の改善には限界があった。
【００１５】また、従来、ターゲット５の位置を求める
場合、被検体を走査して受信信号強度のピーク位置を求
めることによって始めて、そのターゲット５の、超音波
振動子１の配列方向の位置を求めることが可能であり、
例えば図１８（ａ）に示す開口２のようにターゲット５
から偏倚した超音波ビーム４によっては、そのターゲッ
ト５からの反射超音波によって仮に十分な信号強度の受
信信号が得られたとしても、その１回の超音波送受信に
よってはターゲット５の変位もしくは方向（角度）を求
めることは不可能であった。
場合、被検体を走査して受信信号強度のピーク位置を求
めることによって始めて、そのターゲット５の、超音波
振動子１の配列方向の位置を求めることが可能であり、
例えば図１８（ａ）に示す開口２のようにターゲット５
から偏倚した超音波ビーム４によっては、そのターゲッ
ト５からの反射超音波によって仮に十分な信号強度の受
信信号が得られたとしても、その１回の超音波送受信に
よってはターゲット５の変位もしくは方向（角度）を求
めることは不可能であった。
【００１６】さらに、上記のターゲットの位置の検出に
関し、走査の際に順次設定される開口の間隔が粗く、例
えば図１８（ａ）の左右方向について飛び飛びにしか開
口が設定されないと、真のピーク位置を検出することが
できず、ターゲットの位置の検出精度が低下する結果と
なる。一方、ターゲットの十分な位置検出精度を得るた
めに開口を細かく設定すると、超音波送受信を、その細
かく設定された開口の数に対応した回数だけ多数回行な
う必要があり、被検体を一回走査するのに長時間を要
し、フレームレートが低下するという問題がある。
関し、走査の際に順次設定される開口の間隔が粗く、例
えば図１８（ａ）の左右方向について飛び飛びにしか開
口が設定されないと、真のピーク位置を検出することが
できず、ターゲットの位置の検出精度が低下する結果と
なる。一方、ターゲットの十分な位置検出精度を得るた
めに開口を細かく設定すると、超音波送受信を、その細
かく設定された開口の数に対応した回数だけ多数回行な
う必要があり、被検体を一回走査するのに長時間を要
し、フレームレートが低下するという問題がある。
【００１７】これらの問題点は超音波を用いた場合に限
られるものではなく、波動を受信してターゲットの位置
等を検出する装置全てに共通する問題である。さらに波
動を反射するターゲットを対象とする場合のみでなく、
音波や電波等の波動を自らが発生するターゲットの位置
等を検出する装置にも共通する問題である。
られるものではなく、波動を受信してターゲットの位置
等を検出する装置全てに共通する問題である。さらに波
動を反射するターゲットを対象とする場合のみでなく、
音波や電波等の波動を自らが発生するターゲットの位置
等を検出する装置にも共通する問題である。
【００１８】本発明は、上記事情に鑑み、ターゲットの
方向や位置を走査することなく検出し、あるいは従来よ
りも空間分解能を向上させることのできる波動受信装置
を提供することを目的とする。
方向や位置を走査することなく検出し、あるいは従来よ
りも空間分解能を向上させることのできる波動受信装置
を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の波動受
信装置の原理説明図である。
信装置の原理説明図である。
【００２０】本発明の波動受信装置には、受信部１０、
重み付け処理部２０、および演算部３０が備えられてい
る。
重み付け処理部２０、および演算部３０が備えられてい
る。
【００２１】受信部１０は、所定の開口ａに達した波動
をその開口内部の位置の情報を伴って受信する部分であ
る。波動の受信にあたっては、複数の受信素子を配列し
ておき、それら複数の受信素子の配列順位によりその開
口内の位置の情報を得てもよく、あるいは、例えば１つ
の受信素子をその開口内で順次移動させながら波動を受
信し、その受信素子の移動位置によってその開口内の位
置の情報を得てもよい。また、開口内の位置情報とし
て、例えば複数の受信素子を一次元的に配列しておき、
その配列順位に応じた一次元的な位置情報を得てもよ
く、複数の受信素子を二次元的に配列しておき、それら
複数の受信素子の二次元的な配列順位に応じた二次元的
な位置情報を得てもよい。
をその開口内部の位置の情報を伴って受信する部分であ
る。波動の受信にあたっては、複数の受信素子を配列し
ておき、それら複数の受信素子の配列順位によりその開
口内の位置の情報を得てもよく、あるいは、例えば１つ
の受信素子をその開口内で順次移動させながら波動を受
信し、その受信素子の移動位置によってその開口内の位
置の情報を得てもよい。また、開口内の位置情報とし
て、例えば複数の受信素子を一次元的に配列しておき、
その配列順位に応じた一次元的な位置情報を得てもよ
く、複数の受信素子を二次元的に配列しておき、それら
複数の受信素子の二次元的な配列順位に応じた二次元的
な位置情報を得てもよい。
【００２２】また、重み付け処理部２０は、受信器１０
で得られた受信信号を、開口ａ内の位置を変数とする複
数種類の重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なう
部分である。
で得られた受信信号を、開口ａ内の位置を変数とする複
数種類の重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なう
部分である。
【００２３】これら複数種類の重み付け関数は、特定の
重み付け関数に限定されるものではないが、全くランダ
ムに選択された複数種類の重み付け関数であってよい訳
でもない。重み付け処理部２０では、以下において説明
する演算部３０で波動の伝播方向、ないしその波動を生
成した波源の位置を求めることができる関係にある複数
の重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なう必要が
ある。具体的には、重み付け処理部２０では、例えば、
開口内の位置を変数とする偶関数および奇関数それぞれ
で重み付け処理を行なうことができ、あるいは、重み付
け処理部２０では、開口内の位置を変数とする第１の関
数、およびその第１の関数がその変数でｎ階微分（ｎは
１以上の正の整数）された第２の関数それぞれで重み付
け処理を行なうことができる。
重み付け関数に限定されるものではないが、全くランダ
ムに選択された複数種類の重み付け関数であってよい訳
でもない。重み付け処理部２０では、以下において説明
する演算部３０で波動の伝播方向、ないしその波動を生
成した波源の位置を求めることができる関係にある複数
の重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なう必要が
ある。具体的には、重み付け処理部２０では、例えば、
開口内の位置を変数とする偶関数および奇関数それぞれ
で重み付け処理を行なうことができ、あるいは、重み付
け処理部２０では、開口内の位置を変数とする第１の関
数、およびその第１の関数がその変数でｎ階微分（ｎは
１以上の正の整数）された第２の関数それぞれで重み付
け処理を行なうことができる。
【００２４】重み付け処理において採用される偶関数お
よび奇関数の例としては、それぞれ、例えば開口の中央
からみて左右対象な矩形関数（図３参照）と、開口の中
央を境として左右で符号の異なる矩形関数（図５参照）
を挙げることができる。また、重み付け処理において採
用される第１の関数としては、開口の中央で最大値を有
し開口の両端に向けて値が減少し開口の両端で値が零と
なる三角形関数（図９（ａ）参照）、開口の中央で最大
値を有するガウス関数、開口の中央で最大値を有するレ
イズドコサイン関数あるいはオフセットレイズドコサイ
ン関数、第２の関数としてそれらの関数を１階微分ない
し２階微分した関数を挙げることができる。
よび奇関数の例としては、それぞれ、例えば開口の中央
からみて左右対象な矩形関数（図３参照）と、開口の中
央を境として左右で符号の異なる矩形関数（図５参照）
を挙げることができる。また、重み付け処理において採
用される第１の関数としては、開口の中央で最大値を有
し開口の両端に向けて値が減少し開口の両端で値が零と
なる三角形関数（図９（ａ）参照）、開口の中央で最大
値を有するガウス関数、開口の中央で最大値を有するレ
イズドコサイン関数あるいはオフセットレイズドコサイ
ン関数、第２の関数としてそれらの関数を１階微分ない
し２階微分した関数を挙げることができる。
【００２５】また、図１の演算部３０は、重み付け処理
部２０における重み付け処理により得られた複数の重み
付け受信信号に基づいて、上記開口に達した波動の伝播
方向、もしくはその波動を生成した波源の位置を求める
演算を含む演算を行なう部分である。
部２０における重み付け処理により得られた複数の重み
付け受信信号に基づいて、上記開口に達した波動の伝播
方向、もしくはその波動を生成した波源の位置を求める
演算を含む演算を行なう部分である。
【００２６】ここで、波源は、その波源に向かってきた
波動を反射することにより開口に向かって伝播する波動
を生成するものであってもよく、あるいはその波源自体
が波動を発生するものであってもよい。
波動を反射することにより開口に向かって伝播する波動
を生成するものであってもよく、あるいはその波源自体
が波動を発生するものであってもよい。
【００２７】この波動の伝播方向もしくは波源の位置を
求めるにあっては、演算部３０では、例えば、上記複数
の重み付け受信信号どうしの比を求める演算が行なわれ
る。
求めるにあっては、演算部３０では、例えば、上記複数
の重み付け受信信号どうしの比を求める演算が行なわれ
る。
【００２８】また、上記演算部３０は、上記複数の重み
付け受信信号のうちの１つの重み付け受信信号により得
られる受信視野角よりも狭い受信視野角を得る演算を含
む演算を行なうものであることが好ましい。
付け受信信号のうちの１つの重み付け受信信号により得
られる受信視野角よりも狭い受信視野角を得る演算を含
む演算を行なうものであることが好ましい。
【００２９】図２は、本発明の波動受信装置の受信部の
一実施形態の説明図である。
一実施形態の説明図である。
【００３０】この実施形態における受信部は、図２に示
すように、空間的に相互に一部分どうしが重複すること
が許容された、位置が順次に異なる複数の開口ａ１，ａ
２，ａ３，…，ａｎについて、時間的に順次もしくは同
時に、これら複数の開口内に達した波動を受信するもの
である。このとき、重み付け処理部２０では、複数の開
口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｎそれぞれで得られた複数
の受信信号それぞれについて、複数種類の重み付け関数
それぞれで重み付け処理が行なわれ、演算部３０では、
複数の開口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｎそれぞれについ
て、各開口に達した波動の伝播方向、もしくはその波動
を生成した波源の位置を求める演算を含む演算を行なう
とともに、それら複数の開口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａ
ｎについて得られた演算結果に基づく画像をあらわす画
像信号が生成される。
すように、空間的に相互に一部分どうしが重複すること
が許容された、位置が順次に異なる複数の開口ａ１，ａ
２，ａ３，…，ａｎについて、時間的に順次もしくは同
時に、これら複数の開口内に達した波動を受信するもの
である。このとき、重み付け処理部２０では、複数の開
口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｎそれぞれで得られた複数
の受信信号それぞれについて、複数種類の重み付け関数
それぞれで重み付け処理が行なわれ、演算部３０では、
複数の開口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｎそれぞれについ
て、各開口に達した波動の伝播方向、もしくはその波動
を生成した波源の位置を求める演算を含む演算を行なう
とともに、それら複数の開口ａ１，ａ２，ａ３，…，ａ
ｎについて得られた演算結果に基づく画像をあらわす画
像信号が生成される。
【００３１】この場合に、演算部３０で生成された画像
信号に基づく画像を表示する画像表示部４０を備えるこ
とが好ましい。
信号に基づく画像を表示する画像表示部４０を備えるこ
とが好ましい。
【００３２】また、本発明の波動受信装置において、受
信部１０は、空間的に相互に一部分どうしが重複するこ
とが許容された、位置が順次に異なる複数の開口につい
て、時間的に順次もしくは同時に、これら複数の開口内
に達した波動を受信するものであり、重み付け処理部２
０が、上記複数の開口それぞれで得られた複数の受信信
号それぞれについて、複数種類の重み付け関数それぞれ
で重み付け処理を行なうものであり、さらに演算部３０
が、上記複数の開口それぞれについて、各開口に達した
波動の伝播方向、もしくはその波動を生成した波源の位
置を求める演算を含む演算を行なうとともに、隣接する
２つの開口の中間位置に開口を設定したときのその中間
位置の開口に達した波動を所定の受信視野角で受信した
ときの受信信号に相当する補間信号を生成するものであ
ることも好ましい形態である。
信部１０は、空間的に相互に一部分どうしが重複するこ
とが許容された、位置が順次に異なる複数の開口につい
て、時間的に順次もしくは同時に、これら複数の開口内
に達した波動を受信するものであり、重み付け処理部２
０が、上記複数の開口それぞれで得られた複数の受信信
号それぞれについて、複数種類の重み付け関数それぞれ
で重み付け処理を行なうものであり、さらに演算部３０
が、上記複数の開口それぞれについて、各開口に達した
波動の伝播方向、もしくはその波動を生成した波源の位
置を求める演算を含む演算を行なうとともに、隣接する
２つの開口の中間位置に開口を設定したときのその中間
位置の開口に達した波動を所定の受信視野角で受信した
ときの受信信号に相当する補間信号を生成するものであ
ることも好ましい形態である。
【００３３】本発明の波動受信装置において、受信部１
０では、例えば、超音波を含むとともに、被伝播体内を
伝播してきた振動を含む音波、および空間を伝播してき
た電磁波の範疇に含まれるいずれかの波動が受信され
る。
０では、例えば、超音波を含むとともに、被伝播体内を
伝播してきた振動を含む音波、および空間を伝播してき
た電磁波の範疇に含まれるいずれかの波動が受信され
る。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、先ず、超音波を用いた波動
受信装置を中心に、本発明の実施形態について説明す
る。
受信装置を中心に、本発明の実施形態について説明す
る。
【００３５】ここでは、先ず、一回の超音波送受信のみ
で超音波ビームの方向に対するターゲット（超音波反射
体）の変位ないし方向（角度）（図１８参照）を検出す
る方法について説明する。 図３は、重み付け関数の一
例を示す図、図４は、図３に示す重み付け関数を用いた
ときのビームプロファイルを示す図である。
で超音波ビームの方向に対するターゲット（超音波反射
体）の変位ないし方向（角度）（図１８参照）を検出す
る方法について説明する。 図３は、重み付け関数の一
例を示す図、図４は、図３に示す重み付け関数を用いた
ときのビームプロファイルを示す図である。
【００３６】ここでは、図３に示すように受信開口の中
央からみて左右対象の矩形関数を考える。
央からみて左右対象の矩形関数を考える。
【００３７】超音波の開口の重み付け関数と、その重み
付け関数に従って重み付けを行ない、さらに整相加算を
行なうことによって得られる受信ビームのビームプロフ
ァイルは、互いにフーリエ変換対の関係にある。したが
って図３に示す矩形関数を重み付け関数として用いたと
きのビームプロファイルは下記（１）式で示されるｓｉ
ｎｃ関数Ｃ（θ）であらわされ、その関数形状は図５の
ようにあらわされる。
付け関数に従って重み付けを行ない、さらに整相加算を
行なうことによって得られる受信ビームのビームプロフ
ァイルは、互いにフーリエ変換対の関係にある。したが
って図３に示す矩形関数を重み付け関数として用いたと
きのビームプロファイルは下記（１）式で示されるｓｉ
ｎｃ関数Ｃ（θ）であらわされ、その関数形状は図５の
ようにあらわされる。
【００３８】
【数１】
【００３９】 θ；受信ビームの延びる方向に対するターゲットの方位 Ａ；ターゲットでの超音波反射強度 ａ；開口幅 λ；超音波の波長 ……（１） 図５は、重み付け関数のもう１つの例を示す図、図６
は、図５に示す重み付け関数を用いたときの受信ビーム
のビームプロファイルを示す図である。
は、図５に示す重み付け関数を用いたときの受信ビーム
のビームプロファイルを示す図である。
【００４０】ここでは、図５に示す、開口の中央を境に
左右で符号が異なる矩形関数を考える。この図５に示す
関数を重み付け関数として用いたときのビームプロファ
イルは、下記（２）式で示される関数Ｓ（θ）で表さ
れ、その関数形状は図６のようにあらわされる。
左右で符号が異なる矩形関数を考える。この図５に示す
関数を重み付け関数として用いたときのビームプロファ
イルは、下記（２）式で示される関数Ｓ（θ）で表さ
れ、その関数形状は図６のようにあらわされる。
【００４１】
【数２】
【００４２】一回の超音波送受信で得られた受信信号
を、図３に示す重み付け関数と図５に示す重み付け関数
で別々に重み付け処理を行ない、その結果得られた、
（１）式，（２）式であらわされる２つの重み付け受信
信号の比をとると、下記（３），（４）式に示すよう
に、ターゲットの反射強度Ａには依存せず受信ビームの
方向に対するターゲットの方位θだけに依存する値φ
（θ）を得ることができる。
を、図３に示す重み付け関数と図５に示す重み付け関数
で別々に重み付け処理を行ない、その結果得られた、
（１）式，（２）式であらわされる２つの重み付け受信
信号の比をとると、下記（３），（４）式に示すよう
に、ターゲットの反射強度Ａには依存せず受信ビームの
方向に対するターゲットの方位θだけに依存する値φ
（θ）を得ることができる。
【００４３】
【数３】
【００４４】このように、例えば図３に示す形状の重み
付け関数と図５に示す形状の重み付け関数を別々に用い
て受信信号を重み付けし、それらにより得られた２つの
重み付け受信信号どうしの比を求めることによって、受
信ビームに対するターゲットの方位、すなわち、本発明
にいう波動の伝播方向を求めることができる。
付け関数と図５に示す形状の重み付け関数を別々に用い
て受信信号を重み付けし、それらにより得られた２つの
重み付け受信信号どうしの比を求めることによって、受
信ビームに対するターゲットの方位、すなわち、本発明
にいう波動の伝播方向を求めることができる。
【００４５】次に、開口幅ａと、超音波の波長λと、１
つの重み付け関数とで決まるビームプロファイルにより
規定される分解能よりも高い分解能を得る方法について
説明する。
つの重み付け関数とで決まるビームプロファイルにより
規定される分解能よりも高い分解能を得る方法について
説明する。
【００４６】図７は、高い分解能を得る方法の説明図で
ある。
ある。
【００４７】（１）式を変形すると、
【００４８】
【数４】
【００４９】となる。この（５）式に、図３に示す重み
付け関数で重み付け処理をして得られた重み付け受信信
号の振幅Ｃと、（１）式と（２）式との比を求めること
により得られたターゲットの方位θをあらわす関数φ
（θ）を代入すると、ターゲットの反射強度Ａを求める
ことができる。このようにして、（４）式によるターゲ
ットの方位θと、（５）式によるターゲットの反射強度
Ａとの双方を求めることができる。
付け関数で重み付け処理をして得られた重み付け受信信
号の振幅Ｃと、（１）式と（２）式との比を求めること
により得られたターゲットの方位θをあらわす関数φ
（θ）を代入すると、ターゲットの反射強度Ａを求める
ことができる。このようにして、（４）式によるターゲ
ットの方位θと、（５）式によるターゲットの反射強度
Ａとの双方を求めることができる。
【００５０】そこで、これらターゲットの方位θと反射
強度Ａを、ビームプロファイルをあらわす関数（ここで
は、（１）式のｓｉｎｃ関数Ｃ（θ））よりも細いビー
ムプロファイルを達成する関数ｇ（θ，Ａ）に代入する
ことにより、図３に示す一様な重み付け関数を用いて重
み付け処理することにより得られるビームプロファイル
Ｃ（θ）よりも径の細いビームプロファイルｇ（θ，
Ａ）で受信したときの受信信号と等価な信号を得ること
ができる。
強度Ａを、ビームプロファイルをあらわす関数（ここで
は、（１）式のｓｉｎｃ関数Ｃ（θ））よりも細いビー
ムプロファイルを達成する関数ｇ（θ，Ａ）に代入する
ことにより、図３に示す一様な重み付け関数を用いて重
み付け処理することにより得られるビームプロファイル
Ｃ（θ）よりも径の細いビームプロファイルｇ（θ，
Ａ）で受信したときの受信信号と等価な信号を得ること
ができる。
【００５１】例えば、関数ｇ（θ，Ａ）として、下記
（６）式に示す関数を採用すると、（１）式に示すビー
ムプロファイルＣ（θ）の半分の径のビームプロファイ
ルを得ることができ、換言すると２倍の分解能を得るこ
とができる。
（６）式に示す関数を採用すると、（１）式に示すビー
ムプロファイルＣ（θ）の半分の径のビームプロファイ
ルを得ることができ、換言すると２倍の分解能を得るこ
とができる。
【００５２】
【数５】
【００５３】超音波を用いた波動受信装置では、従来よ
り、超音波の送信タイミングから受信タイミングまでの
時間間隔により、ターゲットの、開口からの距離を知る
ことができ、また、本実施形態によれば１回の超音波送
受信によってターゲットの方位を知ることができ、した
がって十分な振幅の受信信号が得られる限りにおいてタ
ーゲットの方位のみでなく、被検体内のターゲットの位
置を同定することができる。したがって超音波ビームを
実際に送受信することにより得られた受信信号に基づい
て、演算処理により、その超音波ビームを実際に送受信
した開口とは少しずれた開口、例えば隣接する２つの開
口の中間に位置する開口で超音波ビームを送受信したと
きの受信信号に相当する補間信号を得ることも可能であ
る。このような補間信号を生成することにより、分解能
を犠牲にすることなく、走査に要する時間を短縮してフ
レームレートを向上させることができる。
り、超音波の送信タイミングから受信タイミングまでの
時間間隔により、ターゲットの、開口からの距離を知る
ことができ、また、本実施形態によれば１回の超音波送
受信によってターゲットの方位を知ることができ、した
がって十分な振幅の受信信号が得られる限りにおいてタ
ーゲットの方位のみでなく、被検体内のターゲットの位
置を同定することができる。したがって超音波ビームを
実際に送受信することにより得られた受信信号に基づい
て、演算処理により、その超音波ビームを実際に送受信
した開口とは少しずれた開口、例えば隣接する２つの開
口の中間に位置する開口で超音波ビームを送受信したと
きの受信信号に相当する補間信号を得ることも可能であ
る。このような補間信号を生成することにより、分解能
を犠牲にすることなく、走査に要する時間を短縮してフ
レームレートを向上させることができる。
【００５４】以下、各種の重み付け関数対について例示
する。
する。
【００５５】図８は、重み付け関数対の第１例を示す図
である。
である。
【００５６】図８は、図３〜図６を参照して説明したと
きの重み付け関数対であり、図８（ａ）は、開口の中央
を境に左右対称な矩形の偶関数の重み付け関数であ
り、、図８（ｂ）は、左右で符号を反転させた奇関数の
重み付け関数であり、それぞれで得られた受信信号の比
を取ることによって、ビーム方向に対するターゲットの
方位に依存する値を得ることができる。
きの重み付け関数対であり、図８（ａ）は、開口の中央
を境に左右対称な矩形の偶関数の重み付け関数であ
り、、図８（ｂ）は、左右で符号を反転させた奇関数の
重み付け関数であり、それぞれで得られた受信信号の比
を取ることによって、ビーム方向に対するターゲットの
方位に依存する値を得ることができる。
【００５７】尚、ビームを形成する開口に２つの重み付
け関数を与えるについては、２つの重み付け関数を送信
開口に与えても受信開口に与えても基本的には同じ効果
を得ることができるが、送信開口に与えた場合は二回の
超音波の送信が必要であるのに対し、受信開口に与える
と一回の超音波の送信で済むという長所がある。また送
信側では高電圧を取り扱うため送信開口に与えるのは受
信開口に与えるよりも技術的にかなり大変であり、さら
に送信開口に与えると、被検体内で超音波が乱されるた
めその効果が減殺される結果となる。したがってフレー
ムレートを向上させる観点、技術上の観点、およびその
効果の程度の観点のいずれからも受信開口に２つの重み
付け関数を与える方が好ましい。
け関数を与えるについては、２つの重み付け関数を送信
開口に与えても受信開口に与えても基本的には同じ効果
を得ることができるが、送信開口に与えた場合は二回の
超音波の送信が必要であるのに対し、受信開口に与える
と一回の超音波の送信で済むという長所がある。また送
信側では高電圧を取り扱うため送信開口に与えるのは受
信開口に与えるよりも技術的にかなり大変であり、さら
に送信開口に与えると、被検体内で超音波が乱されるた
めその効果が減殺される結果となる。したがってフレー
ムレートを向上させる観点、技術上の観点、およびその
効果の程度の観点のいずれからも受信開口に２つの重み
付け関数を与える方が好ましい。
【００５８】図９は、重み付け関数対の第２例を示す図
である。
である。
【００５９】図９（ａ）は、開口の中央で最大となり開
口の両端に向けて減少し開口の両端でゼロとなる三角形
関数であり、図９（ｂ）は開口の中央を境に左右で符号
の異なる矩形関数である。図９（ｂ）は、図９（ａ）を
一階微分した形状になっている。
口の両端に向けて減少し開口の両端でゼロとなる三角形
関数であり、図９（ｂ）は開口の中央を境に左右で符号
の異なる矩形関数である。図９（ｂ）は、図９（ａ）を
一階微分した形状になっている。
【００６０】前述したように、超音波の開口の重み付け
関数と、それによる遠距離（もしくは焦点付近）におけ
るビームプロファイル関数は、互いにフーリエ変換対と
なる関係にあることが知られている。そこで、図９
（ａ）の重み付け関数をｆ（ｘ）とした場合、それによ
るビームプロファイル関数はｆ（ｘ）をフーリエ変換し
たＦ（ｗ）となる。ここでｗは、ターゲットのビーム方
向に対する変位である。また、関数ｆ（ｘ）を一階微分
した関数ｆ’（ｘ）のフーリエ変換はｊｗ・Ｆ（ｗ）
（ｊは、虚数単位）で与えられることが知られているた
め、図９（ｂ）のビームプロファイル関数はｊｗ・Ｆ
（ｗ）で与えられる。したがって、図９（ｂ）による受
信信号と図９（ａ）による受信信号の比を求めることに
より、変位ｗを直接求めることができる。
関数と、それによる遠距離（もしくは焦点付近）におけ
るビームプロファイル関数は、互いにフーリエ変換対と
なる関係にあることが知られている。そこで、図９
（ａ）の重み付け関数をｆ（ｘ）とした場合、それによ
るビームプロファイル関数はｆ（ｘ）をフーリエ変換し
たＦ（ｗ）となる。ここでｗは、ターゲットのビーム方
向に対する変位である。また、関数ｆ（ｘ）を一階微分
した関数ｆ’（ｘ）のフーリエ変換はｊｗ・Ｆ（ｗ）
（ｊは、虚数単位）で与えられることが知られているた
め、図９（ｂ）のビームプロファイル関数はｊｗ・Ｆ
（ｗ）で与えられる。したがって、図９（ｂ）による受
信信号と図９（ａ）による受信信号の比を求めることに
より、変位ｗを直接求めることができる。
【００６１】図１０は、重み付け関数対の第３例を示す
図である。
図である。
【００６２】図１０（ａ）と図１０（ｂ）の関係は、第
２の例と同様に、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）を一階
微分した形状になっている。図１０（ａ）の好適な関数
として、ガウス関数、レイズドコサイン、オフセットレ
イズドコサイン等が挙げられる。
２の例と同様に、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）を一階
微分した形状になっている。図１０（ａ）の好適な関数
として、ガウス関数、レイズドコサイン、オフセットレ
イズドコサイン等が挙げられる。
【００６３】図１１は、重み付け関数対の第４例を示す
図である。
図である。
【００６４】図１１（ａ）と図１１（ｂ）の関係は、図
１１（ｂ）は、図１１（ａ）を二階微分した形状になっ
ている。図１１（ｂ）のビームプロファイルは関数−ｗ
2・Ｆ（ｗ）で与えられる。したがって、図１１（ｂ）
による受信信号と図１１（ａ）による受信信号の比を求
めることにより、ｗ2が求まりその平方根を求めること
によって変位ｗを求めることができる。
１１（ｂ）は、図１１（ａ）を二階微分した形状になっ
ている。図１１（ｂ）のビームプロファイルは関数−ｗ
2・Ｆ（ｗ）で与えられる。したがって、図１１（ｂ）
による受信信号と図１１（ａ）による受信信号の比を求
めることにより、ｗ2が求まりその平方根を求めること
によって変位ｗを求めることができる。
【００６５】図１２は、本発明の波動受信装置の第１実
施形態を示すブロック図である。この実施形態は、超音
波を用いた波動受信装置であって、開口幅と超音波の波
長と重み付け関数とで決まるビームプロファイルによる
分解能よりも高い分解能を得る具体的回路構成を示すも
のである。ここでは、図示および説明の簡単のため、こ
の図１２、および後述する実施形態を示す各図には、配
列された多数の超音波振動子のうち、１つの開口を構成
する超音波振動子のみが示されている。
施形態を示すブロック図である。この実施形態は、超音
波を用いた波動受信装置であって、開口幅と超音波の波
長と重み付け関数とで決まるビームプロファイルによる
分解能よりも高い分解能を得る具体的回路構成を示すも
のである。ここでは、図示および説明の簡単のため、こ
の図１２、および後述する実施形態を示す各図には、配
列された多数の超音波振動子のうち、１つの開口を構成
する超音波振動子のみが示されている。
【００６６】図示しない超音波送信回路により超音波振
動子１０１から被検体内に向けて超音波が送信され、被
検体内で反射した超音波はこれらの超音波振動子１０１
で受信される。超音波振動子１０１で得られた超音波信
号は、２系統に分けられ、それぞれ各重み付け回路１０
２＿１，１０２＿２において、重み付け関数対を構成す
る各重み付け関数に従って振幅調整される。振幅調整さ
れた受信信号は、各ビームフォーマ１０３＿１，１０３
＿２によりそれぞれ超音波信号の整相加算が行なわれ、
その後、各検波回路１０４＿１，１０４＿２においてそ
れぞれ包絡線検波されることにより、走査線信号Ｃと走
査線信号Ｓを得る。これらの走査線信号対はターゲット
の変位および反射強度を検出する変位・強度検出回路１
０５において変位ｗと反射強度Ａが求められ、ビームプ
ロファイル変換回路１０６により径の細いビームプロフ
ァイル関数に従う新たな走査線信号を得る。この新たな
走査線信号はＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏ
ｎｖｅｒｔｅｒ）１０７に入力され走査線間の補間が行
なわれてＣＲＴ１０８で表示される。
動子１０１から被検体内に向けて超音波が送信され、被
検体内で反射した超音波はこれらの超音波振動子１０１
で受信される。超音波振動子１０１で得られた超音波信
号は、２系統に分けられ、それぞれ各重み付け回路１０
２＿１，１０２＿２において、重み付け関数対を構成す
る各重み付け関数に従って振幅調整される。振幅調整さ
れた受信信号は、各ビームフォーマ１０３＿１，１０３
＿２によりそれぞれ超音波信号の整相加算が行なわれ、
その後、各検波回路１０４＿１，１０４＿２においてそ
れぞれ包絡線検波されることにより、走査線信号Ｃと走
査線信号Ｓを得る。これらの走査線信号対はターゲット
の変位および反射強度を検出する変位・強度検出回路１
０５において変位ｗと反射強度Ａが求められ、ビームプ
ロファイル変換回路１０６により径の細いビームプロフ
ァイル関数に従う新たな走査線信号を得る。この新たな
走査線信号はＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏ
ｎｖｅｒｔｅｒ）１０７に入力され走査線間の補間が行
なわれてＣＲＴ１０８で表示される。
【００６７】図１３は、本発明の波動受信装置の第２実
施形態を示すブロック図である。図１２に示す第１実施
形態との相違点について説明する。
施形態を示すブロック図である。図１２に示す第１実施
形態との相違点について説明する。
【００６８】この図１３に示す第２実施形態も、図１２
に示す第１実施形態と同様、超音波を用いた波動受信装
置であるが、この第２実施形態では、変位・強度検出回
路１０５の前段側にＤＳＣ１０７＿１，１０７＿２が配
置され、それらのＤＳＣ１０７＿１，１０７＿２により
それぞれ走査線補間が行なわれた後の信号に基いてター
ゲットの変位および反射強度が検出される。
に示す第１実施形態と同様、超音波を用いた波動受信装
置であるが、この第２実施形態では、変位・強度検出回
路１０５の前段側にＤＳＣ１０７＿１，１０７＿２が配
置され、それらのＤＳＣ１０７＿１，１０７＿２により
それぞれ走査線補間が行なわれた後の信号に基いてター
ゲットの変位および反射強度が検出される。
【００６９】この実施形態は、図８に重み付け関数対を
使用する時に好適な回路構成を示すものである。
使用する時に好適な回路構成を示すものである。
【００７０】図１４は、本発明の波動受信装置の第３実
施形態の部分ブロック図である。この第３実施形態も超
音波を用いた波動受信装置である。
施形態の部分ブロック図である。この第３実施形態も超
音波を用いた波動受信装置である。
【００７１】配列された超音波振動子１０１のうち、上
半分に配列された超音波振動子で得られた超音波信号は
ビームフォーマ１０３ａに入力されて整相加算され、下
半分に配列された超音波振動子で得られた超音波信号は
ビームフォーマ１０３ｂに入力されて整相加算される。
半分に配列された超音波振動子で得られた超音波信号は
ビームフォーマ１０３ａに入力されて整相加算され、下
半分に配列された超音波振動子で得られた超音波信号は
ビームフォーマ１０３ｂに入力されて整相加算される。
【００７２】ビームフォーマ１０３ａで整相加算された
後の受信信号は信号反転回路１０９により反転された後
加算器１１０＿１に入力される。また、このビームフォ
ーマ１０３ａで整相加算された後の受信信号は、そのま
まもう１つの加算器１１０＿２に入力される。さらに、
もう１つのビームフォーマ１０３ｂで整相加算された後
の受信信号は、そのまま、２つの加算器１１０＿１，１
１０＿２にそれぞれ入力される。２つの加算器１１０＿
１，１１０＿２では、それぞれに入力された各２つの受
信信号が加算され、それぞれ各検波回路１０４＿１，１
０４＿２に入力される。その後の処理は、図１２もしく
は図１３に示す実施形態の場合と同様である。
後の受信信号は信号反転回路１０９により反転された後
加算器１１０＿１に入力される。また、このビームフォ
ーマ１０３ａで整相加算された後の受信信号は、そのま
まもう１つの加算器１１０＿２に入力される。さらに、
もう１つのビームフォーマ１０３ｂで整相加算された後
の受信信号は、そのまま、２つの加算器１１０＿１，１
１０＿２にそれぞれ入力される。２つの加算器１１０＿
１，１１０＿２では、それぞれに入力された各２つの受
信信号が加算され、それぞれ各検波回路１０４＿１，１
０４＿２に入力される。その後の処理は、図１２もしく
は図１３に示す実施形態の場合と同様である。
【００７３】ここで、図１４に示す２つのビームフォー
マ１０３ａ，１０３ｂは、配列された超音波振動子１０
１の上半分、下半分に対応しており、したがって回路規
模としては、それら双方のビームフォーマ１０３ａ，１
０３ｂを合わせたものが、図１２もしくは図１３に示す
２系統のビームフォーマ１０３＿１，１０３＿２のうち
の１つ分に相当する。
マ１０３ａ，１０３ｂは、配列された超音波振動子１０
１の上半分、下半分に対応しており、したがって回路規
模としては、それら双方のビームフォーマ１０３ａ，１
０３ｂを合わせたものが、図１２もしくは図１３に示す
２系統のビームフォーマ１０３＿１，１０３＿２のうち
の１つ分に相当する。
【００７４】したがってこの実施形態の場合、ビームフ
ォーマを２系統分用意する必要がなく、図１２ないし図
１３に示す実施形態と比べ大幅なコストダウンが実現で
きる。
ォーマを２系統分用意する必要がなく、図１２ないし図
１３に示す実施形態と比べ大幅なコストダウンが実現で
きる。
【００７５】以上は、超音波を用いた波動受信装置の各
種実施形態であるが、本発明の波動受信装置は超音波を
用いた波動受信装置以外の装置にも適用可能である。以
下、本発明の波動受信装置を超音波を用いた波動受信装
置以外の装置に適用した例について説明する。
種実施形態であるが、本発明の波動受信装置は超音波を
用いた波動受信装置以外の装置にも適用可能である。以
下、本発明の波動受信装置を超音波を用いた波動受信装
置以外の装置に適用した例について説明する。
【００７６】航空機、船舶等を探知するために、地上、
機上、陸上等に設置されるレーダにおいて、特に、送信
局と受信局を分離して設置するバイスタテイック・レー
ダ装置というものがある。本装置は、送信ビームと受信
ビームの交差する空間エリアの中に依存する目標を検知
するものである。
機上、陸上等に設置されるレーダにおいて、特に、送信
局と受信局を分離して設置するバイスタテイック・レー
ダ装置というものがある。本装置は、送信ビームと受信
ビームの交差する空間エリアの中に依存する目標を検知
するものである。
【００７７】図１５は、送信局Ｔから送信ビーム２０１
を放射し、ターゲットからの反射波を受信局Ｒで受信し
ている様子を示す模式図である。
を放射し、ターゲットからの反射波を受信局Ｒで受信し
ている様子を示す模式図である。
【００７８】従来より、送信エネルギーを有効に利用し
て空間を探索するために、送信ビームの送信エネルギー
の伝播に応じて受信ビームを高速に走査する「パルス・
チョイス」と呼ばれる方式がある。
て空間を探索するために、送信ビームの送信エネルギー
の伝播に応じて受信ビームを高速に走査する「パルス・
チョイス」と呼ばれる方式がある。
【００７９】図１５に示すように、受信局Ｒで同一時刻
に受信される目標位置の軌跡は送信局と受信局を焦点と
する楕円０vとなる。送信ビーム２０１がこの楕円０vを
横切る点を点Ａ，Ｂとすると、送信ビーム照射エリア内
を洩れなく探索するには、受信ビーム幅はこの２点Ａ，
Ｂを見込む角以上に広げておく必要がある。したがっ
て、送信ビーム２０１を広げた場合、受信ビーム２０２
もそれに対応するビーム径に拡げる必要があり、目標分
解能や位置精度の劣化を引き起こすという問題がおこ
る。
に受信される目標位置の軌跡は送信局と受信局を焦点と
する楕円０vとなる。送信ビーム２０１がこの楕円０vを
横切る点を点Ａ，Ｂとすると、送信ビーム照射エリア内
を洩れなく探索するには、受信ビーム幅はこの２点Ａ，
Ｂを見込む角以上に広げておく必要がある。したがっ
て、送信ビーム２０１を広げた場合、受信ビーム２０２
もそれに対応するビーム径に拡げる必要があり、目標分
解能や位置精度の劣化を引き起こすという問題がおこ
る。
【００８０】そこで、このレーダ装置に本発明の波動受
信装置を適用することを考える。
信装置を適用することを考える。
【００８１】図１６は、本発明の波動受信装置が適用さ
れたレーダ装置の構成を示すブロック図である。
れたレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００８２】送信器２１１は、送信ビーム制御器２１２
の制御を受けて、送信アンテナ２１３から所定の送信ビ
ーム送信する。ターゲット２１０で反射した反射波は、
受信アンテナ２１４に達し、この受信アンテナ２１４で
受信される。この受信アンテナ２１４は、図示のｘ方向
に複数に分割されており、それぞれで受信信号が得られ
る。これらの受信信号は、２つの重み付け回路２１５＿
１，２１５＿２において、重み付け関数対を構成する各
重み付け関数に従って重み付け処理され、それぞれビー
ムフォーマ２１６＿１，２１６＿２に入力されて整相加
算される。その整相加算の際、受信ビーム制御器２１７
は、送信ビーム制御器２１２から、送信ビームの送信タ
イミング、送信方向等の情報を入手し、その送信ビーム
に応じた方向に受信ビームが形成されるようにビームフ
ォーマ２１６＿１，２１６＿２による整相加算を制御す
る。
の制御を受けて、送信アンテナ２１３から所定の送信ビ
ーム送信する。ターゲット２１０で反射した反射波は、
受信アンテナ２１４に達し、この受信アンテナ２１４で
受信される。この受信アンテナ２１４は、図示のｘ方向
に複数に分割されており、それぞれで受信信号が得られ
る。これらの受信信号は、２つの重み付け回路２１５＿
１，２１５＿２において、重み付け関数対を構成する各
重み付け関数に従って重み付け処理され、それぞれビー
ムフォーマ２１６＿１，２１６＿２に入力されて整相加
算される。その整相加算の際、受信ビーム制御器２１７
は、送信ビーム制御器２１２から、送信ビームの送信タ
イミング、送信方向等の情報を入手し、その送信ビーム
に応じた方向に受信ビームが形成されるようにビームフ
ォーマ２１６＿１，２１６＿２による整相加算を制御す
る。
【００８３】各ビームフォーマ２１６＿１，２１６＿２
によりそれぞれ整相加算されることにより得られた各信
号は各検波回路２１８＿１，２１８＿２に入力されてそ
れぞれ包絡線検波され、走査線信号Ｃと走査線信号Ｓを
得る。これらの走査線信号Ｓ，Ｃは変位検出回路２１９
に入力され、受信ビームからのターゲット２１０の変位
もしくは方位が求められる。この変位検出回路２１９で
得られた、ターゲット２１０の、受信ビームからの変位
の情報、すなわち、ターゲットの位置情報は表示器２２
０に入力され、その表示器２２０にターゲットの位置が
表示される。
によりそれぞれ整相加算されることにより得られた各信
号は各検波回路２１８＿１，２１８＿２に入力されてそ
れぞれ包絡線検波され、走査線信号Ｃと走査線信号Ｓを
得る。これらの走査線信号Ｓ，Ｃは変位検出回路２１９
に入力され、受信ビームからのターゲット２１０の変位
もしくは方位が求められる。この変位検出回路２１９で
得られた、ターゲット２１０の、受信ビームからの変位
の情報、すなわち、ターゲットの位置情報は表示器２２
０に入力され、その表示器２２０にターゲットの位置が
表示される。
【００８４】図１７は、図１６に示すレーダ装置の効果
説明図である。
説明図である。
【００８５】図１６に示す構成により、例えば受信ビー
ム２０２の方向Ｐに対するターゲットＴｇの方位角θｄ
を知ることができ、送受信局間の距離と反射波の到達時
刻で決まる楕円上の目標物Ｔｇｔが存在する点を精確に
特定することができる。したがって、広い空間エリアを
洩れなく探索するために送信ビーム幅および受信ビーム
幅を広くとっても、目標分解能や位置精度を劣化させず
にターゲットの位置を高精度に特定することができる。
ム２０２の方向Ｐに対するターゲットＴｇの方位角θｄ
を知ることができ、送受信局間の距離と反射波の到達時
刻で決まる楕円上の目標物Ｔｇｔが存在する点を精確に
特定することができる。したがって、広い空間エリアを
洩れなく探索するために送信ビーム幅および受信ビーム
幅を広くとっても、目標分解能や位置精度を劣化させず
にターゲットの位置を高精度に特定することができる。
【００８６】本発明の波動受信装置は、上述した各実施
態様の他にも、例えば海中の魚群を探知する魚群探知
機、工業的に利用される物体の内部の傷を検知する探傷
装置等にも適用可能であり、その他例えば地震の震源地
の特定等にも適用できる可能性もある。
態様の他にも、例えば海中の魚群を探知する魚群探知
機、工業的に利用される物体の内部の傷を検知する探傷
装置等にも適用可能であり、その他例えば地震の震源地
の特定等にも適用できる可能性もある。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来できなかった、任意の位置における所定開口による
一回の受信でターゲットの方位ないし変位を検出するこ
とができ、更に、従来よりも、高い分解能を得たり、実
際に受信していない開口に対応する受信信号に相当する
信号を演算処理により生成することもできる。
従来できなかった、任意の位置における所定開口による
一回の受信でターゲットの方位ないし変位を検出するこ
とができ、更に、従来よりも、高い分解能を得たり、実
際に受信していない開口に対応する受信信号に相当する
信号を演算処理により生成することもできる。
【図１】本発明の波動受信装置の原理説明図である。
【図２】本発明の波動受信装置の受信部の一実施形態の
説明図である。
説明図である。
【図３】重み付け関数の一例を示す図である。
【図４】図３に示す重み付け関数を用いたときのビーム
プロファイルを示す図である。
プロファイルを示す図である。
【図５】重み付け関数のもう１つの例を示す図である。
【図６】図５に示す重み付け関数を用いたときの受信ビ
ームのビームプロファイルを示す図である。
ームのビームプロファイルを示す図である。
【図７】高い分解能を得る方法の説明図である。
【図８】重み付け関数対の第１例を示す図である。
【図９】重み付け関数対の第２例を示す図である。
【図１０】重み付け関数対の第３例を示す図である。
【図１１】重み付け関数対の第４例を示す図である。
【図１２】本発明の波動受信装置の第１実施形態を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図１３】本発明の波動受信装置の第２実施形態を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図１４】本発明の波動受信装置の第３実施形態の部分
ブロック図である。
ブロック図である。
【図１５】送信局から送信ビームを放射し、ターゲット
からの反射波を受信局で受信している様子を示す模式図
である。
からの反射波を受信局で受信している様子を示す模式図
である。
【図１６】本発明の波動受信装置が適用されたレーダ装
置の構成を示すブロック図である。
置の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示すレーダ装置の効果説明図であ
る。
る。
【図１８】超音波を用いた波動受信装置を用いて、被検
体内のある一点にターゲット（超音波反射体）が存在す
る場合のそのターゲットの像を得る様子を示す模式図で
ある。
体内のある一点にターゲット（超音波反射体）が存在す
る場合のそのターゲットの像を得る様子を示す模式図で
ある。
１ 超音波振動子 １０ 受信部 ２０ 重み付け処理部 ３０ 演算部 ４０ 画像表示部 １０１ 超音波振動子 １０２＿１，１０２＿２ 重み付け回路 １０３＿１，１０３＿２，１０３ａ，１０３ｂ ビーム
フォーマ １０４＿１，１０４＿２ 検波回路 １０５ 変位・強度検出回路 １０６ ビームプロファイル変換回路 １０７，１０７＿１，１０７＿２ ＤＳＣ １０８ ＣＲＴ １０９ 信号反転回路 １１０＿１，１１０＿２ 加算器 ２１０ ターゲット ２１１ 送信器 ２１２ 送信ビーム制御器 ２１３ 送信アンテナ ２１４ 受信アンテナ ２１５＿１，２１５＿２ 重み付け回路 ２１６＿１，２１６＿２ ビームフォーマ ２１７ 受信ビーム制御器 ２１８＿１，２１８＿２ 検波回路 ２１９ 変位検出回路 ２２０ 表示器
フォーマ １０４＿１，１０４＿２ 検波回路 １０５ 変位・強度検出回路 １０６ ビームプロファイル変換回路 １０７，１０７＿１，１０７＿２ ＤＳＣ １０８ ＣＲＴ １０９ 信号反転回路 １１０＿１，１１０＿２ 加算器 ２１０ ターゲット ２１１ 送信器 ２１２ 送信ビーム制御器 ２１３ 送信アンテナ ２１４ 受信アンテナ ２１５＿１，２１５＿２ 重み付け回路 ２１６＿１，２１６＿２ ビームフォーマ ２１７ 受信ビーム制御器 ２１８＿１，２１８＿２ 検波回路 ２１９ 変位検出回路 ２２０ 表示器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−275385（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−56882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−102078（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−116163（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−146437（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−221033（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−115316（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−127282（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−170283（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 A61B 8/00
Claims (9)
- 【請求項１】 所定の開口内に達した波動を該開口内の
位置の情報を伴って受信する受信部と、 該受信部で得られた受信信号を、前記開口内の位置を変
数とする複数種類の重みづけ関数それぞれで重みづけ処
理を行なう重み付け処理部と、 該重み付け処理部における重み付け処理により得られた
複数の重み付け受信信号に基づいて、前記開口に達した
波動の伝播方向、もしくは該波動を生成した波源の位置
を求める演算を含む演算を行なう演算部とを備え、 前記重み付け処理部が、前記開口内の位置を変数とする
第１の関数、および該第１の関数が該変数でｎ階微分
（ｎは１以上の正の整数）された第２の関数それぞれで
重み付け処理を行なうものであることを特徴とする波動
受信装置。 - 【請求項２】 前記演算部が、前記複数の重み付け受信
信号どうしの比を求める演算を含む演算を行なうもので
あることを特徴とする請求項１記載の波動受信装置。 - 【請求項３】 所定の開口内に達した波動を該開口内の
位置の情報を伴って受信する受信部と、 該受信部で得られた受信信号を、前記開口内の位置を変
数とする複数種類の重みづけ関数それぞれで重みづけ処
理を行なう重み付け処理部と、 該重み付け処理部における重み付け処理により得られた
複数の重み付け受信信号に基づいて、前記開口に達した
波動の伝播方向、もしくは該波動を生成した波源の位置
を求める演算を含む演算を行なう演算部とを備え、 前記演算部が、前記複数の重み付け受信信号のうちの１
つの重み付け受信信号により得られる受信視野角よりも
狭い受信視野角を得る演算を含む演算を行なうものであ
ることを特徴とする波動受信装置。 - 【請求項４】 所定の開口内に達した波動を該開口内の
位置の情報を伴って受信する受信部と、 該受信部で得られた受信信号を、前記開口内の位置を変
数とする複数種類の重みづけ関数それぞれで重みづけ処
理を行なう重み付け処理部と、 該重み付け処理部における重み付け処理により得られた
複数の重み付け受信信 号に基づいて、前記開口に達した
波動の伝播方向、もしくは該波動を生成した波源の位置
を求める演算を含む演算を行なう演算部とを備え、 前記受信部が、空間的に相互に一部分どうしが重複する
ことが許容された、位置が順次に異なる複数の開口につ
いて、時間的に順次もしくは同時に、これら複数の開口
内に達した波動を受信するものであり、 前記重み付け処理部が、前記複数の開口それぞれで得ら
れた複数の受信信号それぞれについて、前記複数種類の
重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なうものであ
り、さらに前記演算部が、前記複数の開口それぞれにつ
いて、各開口に達した波動の伝播方向、もしくは該波動
を生成した波源の位置を求める演算を含む演算を行なう
とともに、前記複数の開口について得られた演算結果に
基づく画像をあらわす画像信号を生成するものであるこ
とを特徴とする波動受信装置。 - 【請求項５】 前記演算部で生成された画像信号に基づ
く画像を表示する画像表示部を備えたことを特徴とする
請求項４記載の波動受信装置。 - 【請求項６】 所定の開口内に達した波動を該開口内の
位置の情報を伴って受信する受信部と、 該受信部で得られた受信信号を、前記開口内の位置を変
数とする複数種類の重みづけ関数それぞれで重みづけ処
理を行なう重み付け処理部と、 該重み付け処理部における重み付け処理により得られた
複数の重み付け受信信号に基づいて、前記開口に達した
波動の伝播方向、もしくは該波動を生成した波源の位置
を求める演算を含む演算を行なう演算部とを備え、 前記受信部が、空間的に相互に一部分どうしが重複する
ことが許容された、位置が順次に異なる複数の開口につ
いて、時間的に順次もしくは同時に、これら複数の開口
内に達した波動を受信するものであり、 前記重み付け処理部が、前記複数の開口それぞれで得ら
れた複数の受信信号それぞれについて、前記複数種類の
重み付け関数それぞれで重み付け処理を行なうものであ
り、さらに前記演算部が、前記複数の開口それぞれにつ
いて、各開口に達した波動の伝播方向、もしくは該波動
を生成した波源の位置を求める演算を含む演算を行なう
と ともに、隣接する２つの開口の中間位置に開口を設定
したときの該中間位置の開口に達した波動を所定の受信
視野角で受信したときの受信信号に相当する補間信号を
生成するものであることを特徴とする波動受信装置。 - 【請求項７】 前記重み付け処理部が、前記開口内の位
置を変数とする偶関数および奇関数それぞれで重み付け
処理を行なうものであることを特徴とする請求項３、４
又は６記載の波動受信装置。 - 【請求項８】 前記重み付け処理部が、前記開口内の位
置を変数とする第１の関数、および該第１の関数が該変
数でｎ階微分（ｎは１以上の正の整数）された第２の関
数それぞれで重み付け処理を行なうものであることを特
徴とする３、４又は６波動受信装置。 - 【請求項９】 前記受信器が、超音波を含むとともに、
被伝播体内を伝播してきた振動を含む音波、および空間
を伝播してきた電磁波の範疇に含まれるいずれかの波動
を受信するものであることを特徴とする請求項１、３、
４又は６記載の波動受信装置 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04178099A JP3202969B2 (ja) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | 波動受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04178099A JP3202969B2 (ja) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | 波動受信装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06323597A Division JP3763924B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 超音波診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326514A JPH11326514A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3202969B2 true JP3202969B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=12617892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04178099A Expired - Fee Related JP3202969B2 (ja) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | 波動受信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3202969B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018008089A1 (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 株式会社日立製作所 | スペクトル解析装置、スペクトル解析方法及び超音波撮像装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104374463B (zh) * | 2014-11-17 | 2017-10-13 | 北京智谷睿拓技术服务有限公司 | 信息获取方法及信息获取装置 |
| CN110703247B (zh) * | 2019-10-30 | 2021-10-12 | 中国科学院电子学研究所 | 一种波位信息检测方法、波位信息检测装置和存储介质 |
| JP7188717B1 (ja) * | 2022-03-14 | 2022-12-13 | 株式会社人材開発支援機構 | ヘドロ厚測定方法およびヘドロ厚測定装置 |
-
1999
- 1999-02-19 JP JP04178099A patent/JP3202969B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018008089A1 (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 株式会社日立製作所 | スペクトル解析装置、スペクトル解析方法及び超音波撮像装置 |
| JPWO2018008089A1 (ja) * | 2016-07-05 | 2018-08-09 | 株式会社日立製作所 | スペクトル解析装置、スペクトル解析方法及び超音波撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11326514A (ja) | 1999-11-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8038620B2 (en) | Fresnel zone imaging system and method | |
| JP3135942B2 (ja) | 台形状放射スキャンによる超音波イメージング | |
| US7951084B2 (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic diagnostic method | |
| US6736780B2 (en) | Synthetic aperture focusing method for ultrasound imaging based on planar waves | |
| EP3388829B1 (en) | Ultrasonic flaw detecting apparatus, ultrasonic flaw detecting method, and manufacturing method of product | |
| Bouzari et al. | Curvilinear 3-D imaging using row-column-addressed 2-D arrays with a diverging lens: Feasibility study | |
| JPH10258052A (ja) | 波動受信装置および超音波診断装置 | |
| JPH0467856A (ja) | バイスタティック送受信による超音波イメージャー | |
| JP2004261572A (ja) | ハーモニックな信号及びハーモニックでない信号を用いた超音波画像収差補正 | |
| JP3202969B2 (ja) | 波動受信装置 | |
| EP2317335B1 (en) | Improved beamforming method for analysing signals received by a transducer arrray, and relative detection system | |
| US20220155439A1 (en) | Method and apparatus for adaptive beamforming | |
| CN111580112A (zh) | 基于平面波的水下声呐传感器阵列成像方法 | |
| JP5504357B1 (ja) | 超音波診断装置 | |
| US20040193050A1 (en) | Ultrasonic transmitting and receiving apparatus | |
| JP2003220059A (ja) | 超音波撮像システムでの合成開口集束方法 | |
| JP7238516B2 (ja) | ソーナー装置とこれを用いた目標探知方法 | |
| JP6088165B2 (ja) | 探知装置、探知方法及び探知プログラム | |
| JPH069561B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
| US20180214135A1 (en) | Sound speed calculation system and sound speed calculation method | |
| JP3583838B2 (ja) | 超音波水中探知装置 | |
| EP0898175A1 (en) | Multilobe ultrasonic scanning method | |
| Li | Correction of phase aberrations in medical ultrasound images using signal redundancy | |
| JPS597260A (ja) | 超音波探傷方法および装置 | |
| JP3191804B2 (ja) | 音響画像処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010612 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090622 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100622 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110622 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120622 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120622 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130622 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140622 Year of fee payment: 13 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |