JP7779151B2 - 厚み測定装置 - Google Patents
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Description
本開示は、対象物の内部にある測定対象の厚みを測定する厚み測定装置に関する。
従来、超音波を用いて測定対象の厚みを測定する厚み測定装置が知られている（特許文献１～３参照）。
例えば、特許文献１に記載の厚み測定装置は、超音波プローブから超音波を体内に送信し、測定対象と当該測定対象に隣接する層との境界面で反射される反射波を、当該超音波プローブで受信する。そして、超音波の送信タイミングから反射波の受信タイミングまでの時間に基づいて、前記境界面までの距離を測定する。
例えば、特許文献１に記載の厚み測定装置は、超音波プローブから超音波を体内に送信し、測定対象と当該測定対象に隣接する層との境界面で反射される反射波を、当該超音波プローブで受信する。そして、超音波の送信タイミングから反射波の受信タイミングまでの時間に基づいて、前記境界面までの距離を測定する。
しかしながら、上記のような従来の厚み測定装置では、超音波プローブから送信される超音波の送信方向が、測定対象の表面に対して垂直となるように、探触子を体表に当接させる必要があり、測定者に熟練した技術が求められる。例えば、特許文献１では、筋組織の表面の反射波を測定することで皮脂厚を計測するが、この場合、筋組織の表面に対して超音波の送信方向が垂直となるように、探触子を操作する必要があり、超音波の送信方向が筋組織表面の法線方向から傾斜すると、反射波の音圧が低下して測定精度が低下してしまう。また、特許文献３では、液体が満たされた容器に、ゴルフボールを保持する保持手段が設けられ、保持手段に設けられた超音波発信素子により液体を介在させてゴルフボールに対する超音波測定を行う。この構成では、ゴルフボールと、超音波発信素子が設けられる保持手段との間に液体を介在させる必要があり、装置の構成が複雑化する。
本開示の第一態様に係る厚み測定装置は、内部に測定対象が含まれる対象物に装着され、超音波を用いて前記測定対象の厚みを測定する厚み測定装置であって、前記対象物の表面から前記超音波を送信し、かつ前記測定対象で反射された反射波を受信して受信信号を出力する複数の超音波素子と、前記超音波素子を制御する制御部と、を備え、複数の前記超音波素子は、互いに異なる方向に超音波を送信し、前記制御部は、前記受信信号の信号強度と所定の閾値とを比較して、前記閾値よりも前記信号強度が大きい前記受信信号に基づいて、前記測定対象の厚みを測定する。
［第一実施形態］
以下、第一実施形態の厚み測定装置について説明する。
本実施形態では、対象物の表面に固定し、対象物の内部の測定対象の境界を検出することで測定対象の厚みを測定する厚み測定装置を例示する。対象物としては、建築物等の各種構造体や人体等の生体が挙げられ、測定対象として建築物内部の鉄筋や生体内の臓器や筋肉、脂肪、骨等が挙げられる。
図１は、本実施形態の厚み測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の厚み測定装置１は、図１に示すように、測定ユニット１０と、制御ユニット２０とを備えて構成されている。
以下、第一実施形態の厚み測定装置について説明する。
本実施形態では、対象物の表面に固定し、対象物の内部の測定対象の境界を検出することで測定対象の厚みを測定する厚み測定装置を例示する。対象物としては、建築物等の各種構造体や人体等の生体が挙げられ、測定対象として建築物内部の鉄筋や生体内の臓器や筋肉、脂肪、骨等が挙げられる。
図１は、本実施形態の厚み測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の厚み測定装置１は、図１に示すように、測定ユニット１０と、制御ユニット２０とを備えて構成されている。
（測定ユニット１０の構成）
測定ユニット１０は、対象物に対して装着可能に構成されて、対象物の内部に対する超音波測定を実施する。
測定ユニット１０は、例えば、超音波プローブ１００と、超音波プローブ１００を対象物に固定する固定部１１（図２～図４参照）とを含んで構成されている。固定部１１の構成は特に限定されず、例えば、対象物に対して装着可能で、対象物に装着された状態で超音波プローブ１００を対象物に密着させる構成等が例示できる。また、固定部１１として超音波プローブ１００が設けられた構造体を例示するが、超音波プローブ１００を対象物に固定するものであればこれに限定されない。例えば、ジェル等の粘性ゲルを固定部として、超音波プローブ１００と対象物とを接着固定するものであってもよい。
測定ユニット１０は、対象物に対して装着可能に構成されて、対象物の内部に対する超音波測定を実施する。
測定ユニット１０は、例えば、超音波プローブ１００と、超音波プローブ１００を対象物に固定する固定部１１（図２～図４参照）とを含んで構成されている。固定部１１の構成は特に限定されず、例えば、対象物に対して装着可能で、対象物に装着された状態で超音波プローブ１００を対象物に密着させる構成等が例示できる。また、固定部１１として超音波プローブ１００が設けられた構造体を例示するが、超音波プローブ１００を対象物に固定するものであればこれに限定されない。例えば、ジェル等の粘性ゲルを固定部として、超音波プローブ１００と対象物とを接着固定するものであってもよい。
図２は、固定部１１に設けられた超音波プローブ１００を示す概略斜視図である。図３は、図２のＸ軸に沿った断面を示した概略断面図、図４は、図２のＹ軸に沿った断面を示した概略断面である。ここで、Ｘ軸とは、超音波プローブ１００を対象物に固定させた場合に、対象物の表面に沿った一方向に平行な軸であり、Ｙ軸とは、当該対象物の表面に沿い、かつＸ軸に直交する軸である。また、Ｘ軸及びＹ軸に直交する軸をＺ軸とする。Ｚ軸において＋Ｚ側は、固定部１１から対象物に向かう方向となる。
本実施形態の超音波プローブ１００は、図２から図４に示すように、保持部１０１と、複数の超音波素子１１０とを備える。
保持部１０１は、超音波素子１１０を保持する部材であり、本実施形態では固定部１１に固定される。本実施形態において、保持部１０１は、各超音波素子１１０を保持する複数の保持面１０２Ａ～１０２Ｅを備え、これらの保持面１０２Ａ～１０２Ｅの法線方向は、それぞれ異なる方向となる。
例えば、本実施形態では、第一保持面１０２ＡはＸＹ平面に平行であり、その法線方向はＺ軸と平行となる。
第二保持面１０２Ｂは、第一保持面１０２Ａの－Ｘ側に配置される。第二保持面１０２Ｂは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに＋θ１の角度で傾斜する。よって、第二保持面１０２Ｂの法線方向は、Ｚ方向から－Ｘ側にθ１の角度で傾斜する。
第三保持面１０２Ｃは、第一保持面１０２Ａの＋Ｘ側に配置される。第三保持面１０２Ｃは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに－θ２の角度で傾斜する。よって、第三保持面１０２Ｃの法線方向は、Ｚ方向から＋Ｘ側にθ２の角度で傾斜する。
第四保持面１０２Ｄは、第一保持面１０２Ａの－Ｙ側に配置される。第四保持面１０２Ｄは、Ｘ軸に平行で、図４に示すように、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに＋θ３の角度で傾斜する。よって、第四保持面１０２Ｄの法線方向は、Ｚ方向から－Ｙ側にθ３の角度で傾斜する。
第五保持面１０２Ｅは、第一保持面１０２Ａの＋Ｙ側に配置される。第五保持面１０２Ｅは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに－θ４の角度で傾斜する。よって、第五保持面１０２Ｅの法線方向は、Ｚ方向から＋Ｙ側にθ４の角度で傾斜する。
なお、θ１，θ２、θ３、及びθ４の角度は、全てが同一であってもよく、一部が異なっていてもよく、全てが異なっていてもよい。
保持部１０１は、超音波素子１１０を保持する部材であり、本実施形態では固定部１１に固定される。本実施形態において、保持部１０１は、各超音波素子１１０を保持する複数の保持面１０２Ａ～１０２Ｅを備え、これらの保持面１０２Ａ～１０２Ｅの法線方向は、それぞれ異なる方向となる。
例えば、本実施形態では、第一保持面１０２ＡはＸＹ平面に平行であり、その法線方向はＺ軸と平行となる。
第二保持面１０２Ｂは、第一保持面１０２Ａの－Ｘ側に配置される。第二保持面１０２Ｂは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに＋θ１の角度で傾斜する。よって、第二保持面１０２Ｂの法線方向は、Ｚ方向から－Ｘ側にθ１の角度で傾斜する。
第三保持面１０２Ｃは、第一保持面１０２Ａの＋Ｘ側に配置される。第三保持面１０２Ｃは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに－θ２の角度で傾斜する。よって、第三保持面１０２Ｃの法線方向は、Ｚ方向から＋Ｘ側にθ２の角度で傾斜する。
第四保持面１０２Ｄは、第一保持面１０２Ａの－Ｙ側に配置される。第四保持面１０２Ｄは、Ｘ軸に平行で、図４に示すように、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに＋θ３の角度で傾斜する。よって、第四保持面１０２Ｄの法線方向は、Ｚ方向から－Ｙ側にθ３の角度で傾斜する。
第五保持面１０２Ｅは、第一保持面１０２Ａの＋Ｙ側に配置される。第五保持面１０２Ｅは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに－θ４の角度で傾斜する。よって、第五保持面１０２Ｅの法線方向は、Ｚ方向から＋Ｙ側にθ４の角度で傾斜する。
なお、θ１，θ２、θ３、及びθ４の角度は、全てが同一であってもよく、一部が異なっていてもよく、全てが異なっていてもよい。
複数の超音波素子１１０は、対象物に向かって超音波を送信し、対象物の内部の測定対象により反射された反射波を受信する。超音波素子１１０としては、超音波の送受信が可能な素子であれば、特に限定されない。
例えば、薄膜状の振動部に圧電素子を配置した超音波トランスデューサーをアレイ状に複数配置し、圧電素子への電圧の印加により各振動部を振動させることで超音波を送信させる、薄膜型超音波素子であってもよい。このような薄膜型超音波素子では、反射波によって振動膜が振動されることで圧電素子から受信信号が出力される。
或いは、圧電体に対して電圧を印加することで、圧電体自体を振動させて超音波を送信し、反射波による圧電体自体の歪みにより出力される受信信号により反射波を検出するバルク型超音波素子を用いてもよい。
測定ユニット１０として、薄型化及び小型化を図るためには、薄膜型超音波素子を用いることが好適である。
例えば、薄膜状の振動部に圧電素子を配置した超音波トランスデューサーをアレイ状に複数配置し、圧電素子への電圧の印加により各振動部を振動させることで超音波を送信させる、薄膜型超音波素子であってもよい。このような薄膜型超音波素子では、反射波によって振動膜が振動されることで圧電素子から受信信号が出力される。
或いは、圧電体に対して電圧を印加することで、圧電体自体を振動させて超音波を送信し、反射波による圧電体自体の歪みにより出力される受信信号により反射波を検出するバルク型超音波素子を用いてもよい。
測定ユニット１０として、薄型化及び小型化を図るためには、薄膜型超音波素子を用いることが好適である。
これらの複数の超音波素子１１０は、各保持面１０２Ａ～１０２Ｅに対してそれぞれ設けられている。
よって、第一保持面１０２Ａに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向に沿って対象物に向かって（＋Ｚ側に）超音波を送信する。第二保持面１０２Ｂに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より－Ｘ側にθ１の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。第三保持面１０２Ｃに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より＋Ｘ側にθ２の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。すなわち、Ｘ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＸＺ平面（第一平面）において互いに離隔する方向に超音波を送信する。
また、第四保持面１０２Ｄに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より－Ｙ側にθ３の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。第五保持面１０２Ｅに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より＋Ｙ側にθ４の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。すなわち、Ｙ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＹＺ平面（第二平面）において互いに離隔する方向に超音波を送信する。
よって、第一保持面１０２Ａに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向に沿って対象物に向かって（＋Ｚ側に）超音波を送信する。第二保持面１０２Ｂに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より－Ｘ側にθ１の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。第三保持面１０２Ｃに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より＋Ｘ側にθ２の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。すなわち、Ｘ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＸＺ平面（第一平面）において互いに離隔する方向に超音波を送信する。
また、第四保持面１０２Ｄに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より－Ｙ側にθ３の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。第五保持面１０２Ｅに設けられた超音波素子１１０は、Ｚ方向より＋Ｙ側にθ４の角度で傾斜する方向に超音波を送信する。すなわち、Ｙ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＹＺ平面（第二平面）において互いに離隔する方向に超音波を送信する。
(制御ユニット２０の構成)
制御ユニット２０は、例えば、測定ユニット１０の固定部１１の超音波素子１１０が設けられる面とは反対側の面に設けられていてもよく、測定ユニット１０とは別体に設けられ、有線または無線で測定ユニット１０と通信可能な構成としてもよい。
この制御ユニット２０は、本開示の制御部に相当し、各超音波素子１１０の動作を制御し、超音波素子１１０から得られる受信信号に基づいて、対象物の内部の測定対象の厚みを測定する。
制御ユニット２０は、例えば、測定ユニット１０の固定部１１の超音波素子１１０が設けられる面とは反対側の面に設けられていてもよく、測定ユニット１０とは別体に設けられ、有線または無線で測定ユニット１０と通信可能な構成としてもよい。
この制御ユニット２０は、本開示の制御部に相当し、各超音波素子１１０の動作を制御し、超音波素子１１０から得られる受信信号に基づいて、対象物の内部の測定対象の厚みを測定する。
具体的には、制御ユニット２０は、図１に示すように、各超音波素子１１０を駆動させる駆動回路２１，受信信号を処理する受信回路２２、各種情報を記憶するメモリー２３、及び１つ又は複数のプロセッサー２４を備えて構成されている。
駆動回路２１は、プロセッサー２４からの指令に基づいて、各超音波素子１１０に駆動信号を出力して駆動させ、超音波を送信させる。駆動回路２１は、それぞれの超音波素子１１０毎に設けられてもよく、１つの駆動回路２１と複数の超音波素子１１０とをスイッチ回路によって接続して、スイッチ回路により駆動信号を出力する駆動回路２１を選択可能な構成としてもよい。
駆動回路２１は、プロセッサー２４からの指令に基づいて、各超音波素子１１０に駆動信号を出力して駆動させ、超音波を送信させる。駆動回路２１は、それぞれの超音波素子１１０毎に設けられてもよく、１つの駆動回路２１と複数の超音波素子１１０とをスイッチ回路によって接続して、スイッチ回路により駆動信号を出力する駆動回路２１を選択可能な構成としてもよい。
受信回路２２は、超音波素子１１０から出力された受信信号を処理し、処理された受信信号をプロセッサー２４に出力する。受信回路２２は、各超音波素子１１０に対してそれぞれ設けられていてもよく、１つの受信回路２２と複数の超音波素子１１０とがスイッチ回路を介して接続されていてもよい。
メモリー２３は、超音波の送受信処理により測定対象の厚みを測定する測定プログラムを含む各種プログラムや、各種プログラムで使用される各種データが記録される。
プロセッサー２４は、メモリー２３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで各種演算処理を実施する。具体的には、プロセッサー２４は、各種プログラムの実行により、測定制御部２４１、素子選択部２４２、及び厚み算出部２４３として機能する。
測定制御部２４１は、駆動回路２１に超音波の送信指令を出力し、超音波素子１１０から超音波を送信させ、受信回路２２から入力される受信信号を取得する。この際、測定制御部２４１は、複数の超音波素子１１０を独立して順次駆動させて、それぞれの超音波素子１１０からの受信信号を取得する。
測定制御部２４１は、駆動回路２１に超音波の送信指令を出力し、超音波素子１１０から超音波を送信させ、受信回路２２から入力される受信信号を取得する。この際、測定制御部２４１は、複数の超音波素子１１０を独立して順次駆動させて、それぞれの超音波素子１１０からの受信信号を取得する。
素子選択部２４２は、各超音波素子１１０から得られた受信信号を比較して、所定の閾値以上の信号強度が得られた受信信号に対応する超音波素子１１０を、測定対象の厚みを測定するための超音波素子１１０として選択する。
厚み算出部２４３は、素子選択部２４２で選択された超音波素子１１０から得られる受信信号と、当該超音波素子１１０への超音波の送信タイミングとに基づいて、測定対象の厚みを算出する。
（厚み測定方法）
次に、本実施形態における厚み測定方法について説明する。
図５は、本実施形態の厚み測定方法に係るフローチャートである。
本実施形態の厚み測定装置１により対象物の内部の測定対象の厚みを測定する場合、まず、ユーザーは、固定部１１を用いて測定したい対象物に測定ユニット１０を固定し、超音波プローブ１００を対象物に密着させる（ステップＳ１）。
次に、本実施形態における厚み測定方法について説明する。
図５は、本実施形態の厚み測定方法に係るフローチャートである。
本実施形態の厚み測定装置１により対象物の内部の測定対象の厚みを測定する場合、まず、ユーザーは、固定部１１を用いて測定したい対象物に測定ユニット１０を固定し、超音波プローブ１００を対象物に密着させる（ステップＳ１）。
この後、測定制御部２４１は、複数の超音波素子１１０を順次駆動させて超音波を送信させ、対象物の内部から反射された超音波を当該超音波素子１１０で受信させて受信信号を測定する（ステップＳ２）。すなわち、超音波素子１１０による超音波の送信処理、及び反射波の受信処理を含む超音波測定を、各超音波素子１１０でそれぞれ個別に実施する。
そして、素子選択部２４２は、得られた各超音波素子１１０からの受信信号から、所定の閾値以上でかつ、最大の受信信号に対応する受信信号を特定し、その受信信号を出力した超音波素子１１０を測定用の超音波素子１１０として特定する（ステップＳ３）。
そして、素子選択部２４２は、得られた各超音波素子１１０からの受信信号から、所定の閾値以上でかつ、最大の受信信号に対応する受信信号を特定し、その受信信号を出力した超音波素子１１０を測定用の超音波素子１１０として特定する（ステップＳ３）。
図６及び図７は、図５のステップＳ２における超音波素子１１０と筋肉組織との位置関係の一例を示す図である。本実施形態では、対象物の内部の第二部分Ａｒ２を測定対象とする。対象物の表面から第二部分Ａｒ２の間にある部分を第一部分Ａｒ１とし、本実施形態では、第一部分Ａｒ１は、対象物の表面に最も近い位置に配置される。また、対象物の表面からの距離が第二部分Ａｒ２よりも遠く、第二部分Ａｒ２と隣接する部分を第三部分Ａｒ３とする。
例えば、図６に示す例では、第一保持面１０２Ａに設置された超音波素子１１０は、測定対象である第二部分Ａｒ２の表面に対して、略垂直の超音波を送信する。一方、その他の保持面１０２Ｂ～１０２Ｅの超音波素子１１０から送信される超音波は、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０よりも、第二部分Ａｒ２の表面の法線に対して傾斜して送信される。なお、図６及び図７では、保持面１０２Ｄ，１０２Ｅに保持される超音波素子１１０の図示は省略している。
この場合、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０から送信される超音波は、第二部分Ａｒ２の表面で略正反射され、当該超音波素子１１０で比較的強い音圧の反射波が受信される。したがって、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０から信号強度が大きい受信信号が出力される。その他の保持面１０２Ｂ～１０２Ｅの超音波素子１１０では、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０に比べて、受信した反射波の音圧が小さく、受信信号の信号強度も弱くなる。
例えば、図６に示す例では、第一保持面１０２Ａに設置された超音波素子１１０は、測定対象である第二部分Ａｒ２の表面に対して、略垂直の超音波を送信する。一方、その他の保持面１０２Ｂ～１０２Ｅの超音波素子１１０から送信される超音波は、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０よりも、第二部分Ａｒ２の表面の法線に対して傾斜して送信される。なお、図６及び図７では、保持面１０２Ｄ，１０２Ｅに保持される超音波素子１１０の図示は省略している。
この場合、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０から送信される超音波は、第二部分Ａｒ２の表面で略正反射され、当該超音波素子１１０で比較的強い音圧の反射波が受信される。したがって、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０から信号強度が大きい受信信号が出力される。その他の保持面１０２Ｂ～１０２Ｅの超音波素子１１０では、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０に比べて、受信した反射波の音圧が小さく、受信信号の信号強度も弱くなる。
一方、図７に示す例では、第三保持面１０２Ｃに設置された超音波素子１１０が、第二部分Ａｒ２の表面に対して、略垂直に超音波を送信し、その他の保持面１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｄ，１０２Ｅの超音波素子１１０は、筋肉の表面の法線に対して傾斜する角度で超音波を送信する。したがって、この場合では、第三保持面１０２Ｃの超音波素子１１０から、他の超音波素子１１０よりも強い信号強度の受信信号が出力される。
ところで、対象物の内部の測定対象の厚みを測定する場合、第一部分Ａｒ１、第二部分Ａｒ２、及び第三部分Ａｒ３までに至ることが可能な周波数の超音波を用いる。これにより、超音波の一部が、第一部分Ａｒ１と第二部分Ａｒ２との境界（第一境界Ｐ１）で反射し、第一境界Ｐ１を通過した超音波の一部が、第二部分Ａｒ２と第三部分Ａｒ３との境界（第二境界Ｐ２）で反射する。
したがって、第一境界Ｐ１で反射した反射波による受信信号、第二境界Ｐ２で反射した反射波による受信信号が得られるように、各超音波素子１１０は、超音波の送信タイミングから所定期間の間、超音波の受信処理を継続する。
したがって、第一境界Ｐ１で反射した反射波による受信信号、第二境界Ｐ２で反射した反射波による受信信号が得られるように、各超音波素子１１０は、超音波の送信タイミングから所定期間の間、超音波の受信処理を継続する。
図８は、各超音波素子１１０からの受信信号の時間的な変化の一例を示す図であり、実線は、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０から出力される受信信号（第一受信信号）、破線は、第二保持面１０２Ｂの超音波素子１１０から出力される受信信号（第二受信信号）、一点鎖線は、第三保持面１０２Ｃの超音波素子１１０から出力される受信信号（第三受信信号）、を示している。
図８に示すように、各受信信号は、それぞれ、第一境界Ｐ１に対応した第一ピーク値、第二境界Ｐ２に対応した第二ピーク値を有する。
図８において、第一受信信号の第一ピーク値の位置をＱ１１、第二ピーク値の位置をＱ１２とし、第二受信信号の第一ピーク値の位置をＱ２１、第二ピーク値の位置をＱ２２とし、第三受信信号の第一ピーク値の位置をＱ３１、第二ピーク値の位置をＱ３２として示している。また、第一受信信号の第一ピーク値をｑ１１、第二ピーク値をｑ１２とし、第二受信信号の第一ピーク値をｑ２１、第二ピーク値をｑ２２とし、第三受信信号の第一ピーク値をｑ３１、第二ピーク値をｑ３２として説明する。
本実施形態では、ステップＳ３において、素子選択部２４２は、まず、これらの第一ピーク値及び第二ピーク値の双方が閾値Ｆ以上である受信信号を特定する。
例えば、図８の例では、第三保持面１０２Ｃの超音波素子１１０から出力される第三受信信号は、第一ピーク値ｑ３１及び第二ピーク値ｑ３２が閾値Ｆ未満となる。したがって、ステップＳ３において、第三保持面１０２Ｃの超音波素子１１０は、測定用の素子から除外される。
一方、第一保持面１０２Ａ及び第二保持面１０２Ｂの超音波素子１１０から出力される受信信号は、第一ピーク値ｑ１１，ｑ２１及び第二ピーク値ｑ１２，ｑ２２の双方が閾値Ｆを超えるため、測定用の素子の候補として特定される。さらに、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０からの第一受信信号の第一ピーク値ｑ１１及び第二ピーク値ｑ１２は、第二保持面１０２Ｂの超音波素子１１０からの第二受信信号の第一ピーク値ｑ２１及び第二ピーク値ｑ２２よりも大きい。したがって、図８の例では、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０が測定用の素子として選択される。
図８に示すように、各受信信号は、それぞれ、第一境界Ｐ１に対応した第一ピーク値、第二境界Ｐ２に対応した第二ピーク値を有する。
図８において、第一受信信号の第一ピーク値の位置をＱ１１、第二ピーク値の位置をＱ１２とし、第二受信信号の第一ピーク値の位置をＱ２１、第二ピーク値の位置をＱ２２とし、第三受信信号の第一ピーク値の位置をＱ３１、第二ピーク値の位置をＱ３２として示している。また、第一受信信号の第一ピーク値をｑ１１、第二ピーク値をｑ１２とし、第二受信信号の第一ピーク値をｑ２１、第二ピーク値をｑ２２とし、第三受信信号の第一ピーク値をｑ３１、第二ピーク値をｑ３２として説明する。
本実施形態では、ステップＳ３において、素子選択部２４２は、まず、これらの第一ピーク値及び第二ピーク値の双方が閾値Ｆ以上である受信信号を特定する。
例えば、図８の例では、第三保持面１０２Ｃの超音波素子１１０から出力される第三受信信号は、第一ピーク値ｑ３１及び第二ピーク値ｑ３２が閾値Ｆ未満となる。したがって、ステップＳ３において、第三保持面１０２Ｃの超音波素子１１０は、測定用の素子から除外される。
一方、第一保持面１０２Ａ及び第二保持面１０２Ｂの超音波素子１１０から出力される受信信号は、第一ピーク値ｑ１１，ｑ２１及び第二ピーク値ｑ１２，ｑ２２の双方が閾値Ｆを超えるため、測定用の素子の候補として特定される。さらに、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０からの第一受信信号の第一ピーク値ｑ１１及び第二ピーク値ｑ１２は、第二保持面１０２Ｂの超音波素子１１０からの第二受信信号の第一ピーク値ｑ２１及び第二ピーク値ｑ２２よりも大きい。したがって、図８の例では、第一保持面１０２Ａの超音波素子１１０が測定用の素子として選択される。
なお、第一ピーク値及び第二ピーク値が共に閾値を超える受信信号が複数あり、第一ピーク値が最大の受信信号と、第二ピーク値が最大の受信信号とが異なる場合、ピーク値の比率に基づいて測定用の素子を選択してもよい。すなわち、最大となっていないピーク値が、最大値に近い受信信号を測定用に用いる。例えば、第一受信信号の第一ピーク値ｑ１１と第二受信信号の第一ピーク値ｑ２１とが、ｑ１１＞ｑ２１であり、第一受信信号の第二ピーク値ｑ１２と第二受信信号の第二ピーク値ｑ２２とが、ｑ２２＞ｑ１２である場合、ｑ２１／ｑ１１と、ｑ１２／ｑ２２と、を比較し、ｑ２１／ｑ１１＞ｑ１２／ｑ２２の場合に、第二受信信号を出力した超音波素子１１０を測定用の素子とし、ｑ２１／ｑ１１＜ｑ１２／ｑ２２の場合に、第一受信信号を出力した超音波素子１１０を測定用の素子として選択する。
或いは、第一ピーク値と第二ピーク値の合計値が最大となる受信信号を出力する超音波素子１１０を、測定用の素子として選択してもよい。
或いは、第一ピーク値と第二ピーク値の合計値が最大となる受信信号を出力する超音波素子１１０を、測定用の素子として選択してもよい。
ステップＳ３の後、厚み算出部２４３は、ステップＳ３で選択された超音波素子１１０から出力された受信信号と、当該超音波素子１１０への送信指令の出力タイミングとに基づいて、測定対象である第二部分Ａｒ２の厚みを算出する（ステップＳ４）。
つまり、厚み算出部２４３は、超音波の送信タイミングから受信信号の第一ピーク値が得られるまでの時間（第一時間）により、超音波素子１１０から第一境界Ｐ１までの距離Ｌ１（第一部分Ａｒ１の厚み）を算出することができる。同様に、送信タイミングから受信信号の第二ピーク値が得られるまでの時間（第二時間）により、超音波素子１１０から第二境界Ｐ２までの距離Ｌ２を算出することができる。これにより、第二部分Ａｒ２の厚みＬをＬ＝Ｌ２－Ｌ１により算出することができる。
つまり、厚み算出部２４３は、超音波の送信タイミングから受信信号の第一ピーク値が得られるまでの時間（第一時間）により、超音波素子１１０から第一境界Ｐ１までの距離Ｌ１（第一部分Ａｒ１の厚み）を算出することができる。同様に、送信タイミングから受信信号の第二ピーク値が得られるまでの時間（第二時間）により、超音波素子１１０から第二境界Ｐ２までの距離Ｌ２を算出することができる。これにより、第二部分Ａｒ２の厚みＬをＬ＝Ｌ２－Ｌ１により算出することができる。
［本実施形態の作用効果］
第一実施形態の厚み測定装置１は、測定ユニット１０と制御ユニット２０（制御部）とを備える。測定ユニット１０は、対象物の表面から内部に超音波を送信し、かつ対象物の内部の測定対象である第二部分Ａｒ２の表面で反射された反射波を受信して受信信号を出力する複数の超音波素子１１０を有し、これらの複数の超音波素子１１０は、互いに異なる方向に超音波を送信する。制御ユニット２０は、受信信号の信号強度と所定の閾値Ｆとを比較して、閾値Ｆよりも信号強度が大きい受信信号に基づいて、第二部分Ａｒ２の厚みを測定する。
第一実施形態の厚み測定装置１は、測定ユニット１０と制御ユニット２０（制御部）とを備える。測定ユニット１０は、対象物の表面から内部に超音波を送信し、かつ対象物の内部の測定対象である第二部分Ａｒ２の表面で反射された反射波を受信して受信信号を出力する複数の超音波素子１１０を有し、これらの複数の超音波素子１１０は、互いに異なる方向に超音波を送信する。制御ユニット２０は、受信信号の信号強度と所定の閾値Ｆとを比較して、閾値Ｆよりも信号強度が大きい受信信号に基づいて、第二部分Ａｒ２の厚みを測定する。
受信信号の信号強度が閾値Ｆを超える場合、超音波が第二部分Ａｒ２の表面（第一境界Ｐ１や第二境界Ｐ２）に対して、垂直に近い角度で入射し、音圧の強い反射波が超音波素子１１０で受信したと判定できる。したがって、このような受信信号に基づいて、第二部分Ａｒ２の厚みを測定することで、第二部分Ａｒ２の表面の法線方向に略沿った適正な厚みを測定できる。
また、第二部分Ａｒ２の表面の法線に対して斜めから超音波が入力されると、第二部分Ａｒ２の表面から超音波素子１１０に向かう正反射成分の超音波が減少する。すなわち、超音波の音圧が小さくなり、受信信号がノイズの埋もれる可能性が高くなることで、測定精度が低下する。これに対して、本実施形態では、受信信号の信号強度が閾値Ｆを超えるため、受信信号がノイズに埋もれる可能性が低く、測定精度の向上を図れる。
また、第二部分Ａｒ２の表面の法線に対して斜めから超音波が入力されると、第二部分Ａｒ２の表面から超音波素子１１０に向かう正反射成分の超音波が減少する。すなわち、超音波の音圧が小さくなり、受信信号がノイズの埋もれる可能性が高くなることで、測定精度が低下する。これに対して、本実施形態では、受信信号の信号強度が閾値Ｆを超えるため、受信信号がノイズに埋もれる可能性が低く、測定精度の向上を図れる。
本実施形態では、複数の超音波素子１１０は、互いに離隔する方向に前記超音波を送信する。具体的には、超音波プローブ１００は、Ｘ軸に沿って並ぶ複数の超音波素子１１０と、Ｙ軸に沿って並ぶ複数の超音波素子１１０とを備える。そして、Ｘ軸に沿って並ぶ複数の超音波素子１１０は、ＸＺ平面で互いに離隔する方向に超音波を送信し、Ｙ軸に沿って並ぶ複数の超音波素子１１０は、ＹＺ平面で互いに離隔する方向に超音波を送信する。
これにより、三次元空間内の広い範囲に超音波を送信することができ、対象物に対して測定ユニット１０の装着位置を変更せずとも、第二部分Ａｒ２の表面に対して略垂直に超音波を送信可能な超音波素子１１０を容易に特定でき、適正な超音波素子１１０からの受信信号に基づいた第二部分Ａｒ２の厚みを算出することで測定精度の向上を図れる。
これにより、三次元空間内の広い範囲に超音波を送信することができ、対象物に対して測定ユニット１０の装着位置を変更せずとも、第二部分Ａｒ２の表面に対して略垂直に超音波を送信可能な超音波素子１１０を容易に特定でき、適正な超音波素子１１０からの受信信号に基づいた第二部分Ａｒ２の厚みを算出することで測定精度の向上を図れる。
［第二実施形態］
上記第一実施形態では、送信超音波が互いに離隔する方向となるように複数の超音波素子１１０を配置する例である。これに対して、第二実施形態では、複数の超音波素子から送信される超音波が互いに近接する方向となる点で上記第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については、同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
上記第一実施形態では、送信超音波が互いに離隔する方向となるように複数の超音波素子１１０を配置する例である。これに対して、第二実施形態では、複数の超音波素子から送信される超音波が互いに近接する方向となる点で上記第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については、同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図９は、第二実施形態の測定ユニットにおける超音波プローブ１００Ａの斜視図であり、図１０は、図９の超音波プローブ１００ＡのＸ軸に沿った断面を示した概略断面図である。
本実施形態の測定ユニットは、第一実施形態と同様、固定部１１に保持された１つ以上の超音波プローブ１００Ａを備えている。
そして、超音波プローブ１００Ａは、保持部１０１Ａと、複数の超音波素子１１０により構成されており、保持部１０１Ａは、複数の保持面１０２Ｆ～１０２Ｊを備える。ここで、第一実施形態では、保持部１０１は、第一保持面１０２Ａが＋Ｚ側に突出する凸状となるように、各保持面１０２Ｂ～１０２Ｅが配置されているが、第二実施形態では、保持部１０１Ａが凹状に形成されている。
本実施形態の測定ユニットは、第一実施形態と同様、固定部１１に保持された１つ以上の超音波プローブ１００Ａを備えている。
そして、超音波プローブ１００Ａは、保持部１０１Ａと、複数の超音波素子１１０により構成されており、保持部１０１Ａは、複数の保持面１０２Ｆ～１０２Ｊを備える。ここで、第一実施形態では、保持部１０１は、第一保持面１０２Ａが＋Ｚ側に突出する凸状となるように、各保持面１０２Ｂ～１０２Ｅが配置されているが、第二実施形態では、保持部１０１Ａが凹状に形成されている。
つまり、本実施形態では、ＸＹ平面と平行な第六保持面１０２Ｆの－Ｘ側の第七保持面１０２Ｇは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに－θ１の角度で傾斜する。第六保持面１０２Ｆの＋Ｘ側の第八保持面１０２Ｈは、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに＋θ２の角度で傾斜する。
また、超音波プローブ１００ＡのＹＺ平面で切断した場合の断面図は省略するが、Ｙ軸に沿って配置される第九保持面１０２Ｉ、第六保持面１０２Ｆ、第十保持面１０２Ｊも同様に構成される。つまり、第六保持面１０２Ｆの－Ｙ側の第九保持面１０２Ｉは、Ｘ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに－θ３の角度で傾斜する。第六保持面１０２Ｆの＋Ｙ側の第十保持面１０２Ｊは、Ｘ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに＋θ４の角度で傾斜する。
また、超音波プローブ１００ＡのＹＺ平面で切断した場合の断面図は省略するが、Ｙ軸に沿って配置される第九保持面１０２Ｉ、第六保持面１０２Ｆ、第十保持面１０２Ｊも同様に構成される。つまり、第六保持面１０２Ｆの－Ｙ側の第九保持面１０２Ｉは、Ｘ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに－θ３の角度で傾斜する。第六保持面１０２Ｆの＋Ｙ側の第十保持面１０２Ｊは、Ｘ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りに＋θ４の角度で傾斜する。
本実施形態では、第一実施形態と同様、図５に示す厚み測定方法により、対象物の内部の測定対象である第二部分Ａｒ２の厚みを測定することができる。
図１１及び図１２は、ステップＳ２における超音波素子１１０と、第二部分Ａｒ２との位置関係の一例を示す図である。
本実施形態では、対象物に対して測定ユニットを装着して、ステップＳ２の超音波測定処理を実施すると、図１１及び図１２に示すように、各超音波素子１１０から互いに近接する方向に超音波が送信される。
例えば、図１１に示す例では、第六保持面１０２Ｆに設置された超音波素子１１０は、第二部分Ａｒ２の表面に対して、略垂直の超音波を送信し、その他の超音波素子１１０は、第二部分Ａｒ２の表面の法線に対して傾斜する角度で超音波を送信する。したがって、第六保持面１０２Ｆの超音波素子１１０から送信される超音波は、他の超音波素子１１０と比べて比較的信号強度が強い受信信号を出力する。
これにより、ステップＳ３では、第一保持面１０２Ａに設けられた超音波素子１１０が測定用の素子として選択され、ステップＳ４では、当該超音波素子１１０の受信信号に基づいて、第二部分Ａｒ２の厚みが算出される。
図１１及び図１２は、ステップＳ２における超音波素子１１０と、第二部分Ａｒ２との位置関係の一例を示す図である。
本実施形態では、対象物に対して測定ユニットを装着して、ステップＳ２の超音波測定処理を実施すると、図１１及び図１２に示すように、各超音波素子１１０から互いに近接する方向に超音波が送信される。
例えば、図１１に示す例では、第六保持面１０２Ｆに設置された超音波素子１１０は、第二部分Ａｒ２の表面に対して、略垂直の超音波を送信し、その他の超音波素子１１０は、第二部分Ａｒ２の表面の法線に対して傾斜する角度で超音波を送信する。したがって、第六保持面１０２Ｆの超音波素子１１０から送信される超音波は、他の超音波素子１１０と比べて比較的信号強度が強い受信信号を出力する。
これにより、ステップＳ３では、第一保持面１０２Ａに設けられた超音波素子１１０が測定用の素子として選択され、ステップＳ４では、当該超音波素子１１０の受信信号に基づいて、第二部分Ａｒ２の厚みが算出される。
一方、図１３に示す例では、第七保持面１０２Ｇに設置された超音波素子１１０が、第二部分Ａｒ２の表面に対して略垂直に超音波を送信し、その他の超音波素子１１０は、第二部分Ａｒ２の表面の法線に対して傾斜する角度で超音波を送信する。したがって、第七保持面１０２Ｇの超音波素子１１０から、他の超音波素子１１０よりも強い信号強度の受信信号が出力されるので、ステップＳ３では、第七保持面１０２Ｇに設けられた超音波素子１１０が測定用の素子として選択される。
本実施形態においても、第一実施形態と同様に、測定ユニット１０の各超音波素子１１０は、互いに異なる方向に超音波を送信する。そして、制御ユニット２０は、受信信号の信号強度と所定の閾値Ｆとを比較して、閾値Ｆよりも信号強度が大きい受信信号に基づいて、測定対象である第二部分Ａｒ２の厚みを測定する。
これにより、第一実施形態と同様、第二部分Ａｒ２の表面の法線方向に略沿った適正な厚みを測定でき、かつ、受信信号がノイズに埋もれる可能性が低く、測定精度の向上を図れる。
さらに、本実施形態では、複数の超音波素子が互いに近接する方向に超音波を送信する。つまり、Ｘ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＸＺ平面で互いに近接する方向に超音波を送信し、Ｙ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＹＺ平面で互いに近接する方向に超音波を送信する。この場合、対象物の内部の第二部分Ａｒ２のサイズが小さい場合でも、好適に第二部分Ａｒ２の厚みを測定できる。例えば、建築物のコンクリート内部に存在する微小な空孔等に対して好適な測定を実施できる。
これにより、第一実施形態と同様、第二部分Ａｒ２の表面の法線方向に略沿った適正な厚みを測定でき、かつ、受信信号がノイズに埋もれる可能性が低く、測定精度の向上を図れる。
さらに、本実施形態では、複数の超音波素子が互いに近接する方向に超音波を送信する。つまり、Ｘ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＸＺ平面で互いに近接する方向に超音波を送信し、Ｙ軸に沿って並ぶ超音波素子１１０は、ＹＺ平面で互いに近接する方向に超音波を送信する。この場合、対象物の内部の第二部分Ａｒ２のサイズが小さい場合でも、好適に第二部分Ａｒ２の厚みを測定できる。例えば、建築物のコンクリート内部に存在する微小な空孔等に対して好適な測定を実施できる。
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、および各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、および各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
（変形例１）
例えば、上記第一実施形態において、素子選択部２４２は、複数の超音波素子１１０のうち、信号強度が閾値以上であって、かつ最大信号強度の受信信号を出力する超音波素子１１０を選択した。
これに対して、素子選択部２４２は、信号強度が閾値Ｆ以上である受信信号を出力する複数の超音波素子１１０を選択してもよい。
また、保持面１０２Ａ～１０２Ｅのいずれかに配置された超音波素子１１０によって、最大の第一ピーク値が検出され、保持面１０２Ａ～１０２Ｅの他のいずれかに配置された超音波素子１１０によって、最大の第二ピーク値が検出される場合、第一実施形態では、信号強度の比に基づいて、測定用の素子を選択する例を示した。これに対して、最大の第一ピーク値の受信信号を出力した超音波素子１１０（第１の超音波素子）と、最大の第二ピーク値の受信信号を出力した超音波素子１１０（第２の超音波素子）とを測定用の素子として選択してもよい。
例えば、上記第一実施形態において、素子選択部２４２は、複数の超音波素子１１０のうち、信号強度が閾値以上であって、かつ最大信号強度の受信信号を出力する超音波素子１１０を選択した。
これに対して、素子選択部２４２は、信号強度が閾値Ｆ以上である受信信号を出力する複数の超音波素子１１０を選択してもよい。
また、保持面１０２Ａ～１０２Ｅのいずれかに配置された超音波素子１１０によって、最大の第一ピーク値が検出され、保持面１０２Ａ～１０２Ｅの他のいずれかに配置された超音波素子１１０によって、最大の第二ピーク値が検出される場合、第一実施形態では、信号強度の比に基づいて、測定用の素子を選択する例を示した。これに対して、最大の第一ピーク値の受信信号を出力した超音波素子１１０（第１の超音波素子）と、最大の第二ピーク値の受信信号を出力した超音波素子１１０（第２の超音波素子）とを測定用の素子として選択してもよい。
上記のように、複数の超音波素子１１０が選択された場合、厚み算出部２４３は、これらの受信信号により算出される筋肉厚の平均値を採用すればよい。
例えば、厚み算出部２４３は、第１の超音波素子から出力される受信信号に基づいて、超音波の送信タイミングから第一ピーク値が得られるまでの第一時間、及び第二ピーク値が得られるまでの第二時間を検出し、第１の測定対象の厚みを算出する。同様に、厚み算出部２４３は、第２の超音波素子から出力される受信信号に基づく第一時間及び第二時間から、第２の測定対象の厚みを算出する。そして、第１の測定大砲厚みと第２の測定対象の厚みの平均値を、測定対象の厚みとして採用する。
或いは、厚み算出部２４３は、各ピーク値が得られる平均時間に基づいて筋肉厚を算出してもよい。例えば、厚み算出部２４３は、測定用の素子として選択された複数の超音波素子１１０の各受信信号の第一ピーク値が得られるまでの第一時間の平均値により、超音波プローブ１００から第一境界Ｐ１までの距離Ｌ１´を算出する。また、測定用の素子として選択された複数の超音波素子１１０の受信信号の第二ピーク値が得られるまでの第二時間の平均値により、超音波プローブ１００から第二境界Ｐ２までの距離Ｌ２´を算出する。そして、厚み算出部２４３は、測定対象の厚みＬをＬ＝Ｌ２´－Ｌ１´により算出する。
例えば、厚み算出部２４３は、第１の超音波素子から出力される受信信号に基づいて、超音波の送信タイミングから第一ピーク値が得られるまでの第一時間、及び第二ピーク値が得られるまでの第二時間を検出し、第１の測定対象の厚みを算出する。同様に、厚み算出部２４３は、第２の超音波素子から出力される受信信号に基づく第一時間及び第二時間から、第２の測定対象の厚みを算出する。そして、第１の測定大砲厚みと第２の測定対象の厚みの平均値を、測定対象の厚みとして採用する。
或いは、厚み算出部２４３は、各ピーク値が得られる平均時間に基づいて筋肉厚を算出してもよい。例えば、厚み算出部２４３は、測定用の素子として選択された複数の超音波素子１１０の各受信信号の第一ピーク値が得られるまでの第一時間の平均値により、超音波プローブ１００から第一境界Ｐ１までの距離Ｌ１´を算出する。また、測定用の素子として選択された複数の超音波素子１１０の受信信号の第二ピーク値が得られるまでの第二時間の平均値により、超音波プローブ１００から第二境界Ｐ２までの距離Ｌ２´を算出する。そして、厚み算出部２４３は、測定対象の厚みＬをＬ＝Ｌ２´－Ｌ１´により算出する。
さらに、上記の例は、受信信号に基づいた測定対象の厚みの平均、又は、受信信号における第一時間の平均、及び第二時間の平均を用いた筋肉厚の算出例であるが、その他の代表値を用いた筋肉厚の算出を行ってもよい。例えば、ピーク値が閾値を超える受信信号が３つ以上ある場合、各受信信号に基づいて測定対象の厚みを算出し、その中央値や最頻値等により、最終的な測定対象の厚みを求めてもよい。
（変形例２）
上記第一実施形態では、保持部１０１の各保持面１０２Ａ～１０２Ｅにより、各超音波素子１１０から出力される超音波が互いに離隔する方向に送信される例を示した。また、第二実施形態では、保持部１０１Ａの各保持面１０２Ｆ～１０２Ｊにより、各超音波素子１１０から出力される超音波が互いに近接する方向に送信される例を示した。これに対して、超音波の送信方向を、音響レンズにより変化させる構成としてもよい。
図１３及び図１４は、変形例２に係る超音波プローブ１００Ｂ，１００Ｃの概略構成を示す断面図である。
図１３の超音波プローブ１００Ｂは、ＸＹ平面に平行な保持面１０２Ｋを有する保持部１０１Ｂに、Ｘ方向に沿って複数の超音波素子（第一超音波素子１１１、第二超音波素子１１２、及び第三超音波素子１１３）が配置されている。第二超音波素子１１２は、第一超音波素子１１１の－Ｘ側に配置され、第三超音波素子１１３は、第一超音波素子１１１の＋Ｘ側に配置される。
音響レンズ１２０は、保持部１０１Ｂ及び複数の超音波素子を覆って設けられている。この音響レンズ１２０は、第一超音波素子１１１に対向する第一レンズ面１２１、第二超音波素子１１２に対向する第二レンズ面１２２、第三超音波素子１１３に対向する第三レンズ面１２３を有し、＋Ｚ側の面が凸状に形成される。つまり、第一レンズ面１２１は、ＸＹ平面に平行な平面となる。第二レンズ面１２２は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに－θ１の角度で傾斜する、第三レンズ面１２３は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに＋θ２の角度で傾斜する。
このような構成では、音響レンズ１２０によって超音波が屈折されることで、第一実施形態と同様、各超音波素子１１１，１１２，１１３から送信される超音波を互いに離隔する方向に送信することができる。
上記第一実施形態では、保持部１０１の各保持面１０２Ａ～１０２Ｅにより、各超音波素子１１０から出力される超音波が互いに離隔する方向に送信される例を示した。また、第二実施形態では、保持部１０１Ａの各保持面１０２Ｆ～１０２Ｊにより、各超音波素子１１０から出力される超音波が互いに近接する方向に送信される例を示した。これに対して、超音波の送信方向を、音響レンズにより変化させる構成としてもよい。
図１３及び図１４は、変形例２に係る超音波プローブ１００Ｂ，１００Ｃの概略構成を示す断面図である。
図１３の超音波プローブ１００Ｂは、ＸＹ平面に平行な保持面１０２Ｋを有する保持部１０１Ｂに、Ｘ方向に沿って複数の超音波素子（第一超音波素子１１１、第二超音波素子１１２、及び第三超音波素子１１３）が配置されている。第二超音波素子１１２は、第一超音波素子１１１の－Ｘ側に配置され、第三超音波素子１１３は、第一超音波素子１１１の＋Ｘ側に配置される。
音響レンズ１２０は、保持部１０１Ｂ及び複数の超音波素子を覆って設けられている。この音響レンズ１２０は、第一超音波素子１１１に対向する第一レンズ面１２１、第二超音波素子１１２に対向する第二レンズ面１２２、第三超音波素子１１３に対向する第三レンズ面１２３を有し、＋Ｚ側の面が凸状に形成される。つまり、第一レンズ面１２１は、ＸＹ平面に平行な平面となる。第二レンズ面１２２は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに－θ１の角度で傾斜する、第三レンズ面１２３は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに＋θ２の角度で傾斜する。
このような構成では、音響レンズ１２０によって超音波が屈折されることで、第一実施形態と同様、各超音波素子１１１，１１２，１１３から送信される超音波を互いに離隔する方向に送信することができる。
また、図１４に示す超音波プローブ１００Ｃは、超音波プローブ１００Ｂと同様、ＸＹ平面に平行な保持面１０２Ｋを有する保持部１０１Ｂに、Ｘ方向に沿って複数の超音波素子（第一超音波素子１１１、第二超音波素子１１２、及び第三超音波素子１１３）が配置され、保持部１０１Ｂ及び超音波素子１１１，１１２，１１３を覆う音響レンズ１２０Ａが設けられている。
そして、この超音波プローブ１００Ｃでは、音響レンズ１２０Ａの＋Ｚ側の面が凹状に形成される。つまり、第四レンズ面１２４は、ＸＹ平面に平行な平面となる。第五レンズ面１２５は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに＋θ１の角度で傾斜する、第六レンズ面１２６は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに－θ２の角度で傾斜する。
このような構成では、音響レンズ１２０によって超音波が屈折されることで、第二実施形態と同様、各超音波素子１１１，１１２，１１３から送信される超音波を互いに近接する方向に送信することができる。
なお、Ｙ方向に超音波素子を配置する場合も同様である。
そして、この超音波プローブ１００Ｃでは、音響レンズ１２０Ａの＋Ｚ側の面が凹状に形成される。つまり、第四レンズ面１２４は、ＸＹ平面に平行な平面となる。第五レンズ面１２５は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに＋θ１の角度で傾斜する、第六レンズ面１２６は、Ｙ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＹ軸回りに－θ２の角度で傾斜する。
このような構成では、音響レンズ１２０によって超音波が屈折されることで、第二実施形態と同様、各超音波素子１１１，１１２，１１３から送信される超音波を互いに近接する方向に送信することができる。
なお、Ｙ方向に超音波素子を配置する場合も同様である。
図１５は、変形例２に係る他の超音波プローブ１００Ｄの構成例を示す斜視図である。
本開示の厚み測定装置１として、各超音波素子１１０は、超音波の送信方向が互いに異なっていればよい。第一実施形態及び第二実施形態では、Ｘ方向に配置された各超音波素子１１０が、Ｙ軸に直交し、Ｘ軸及びＺ軸に対する傾斜角度がそれぞれ異なる超音波を送信する例である。これに対して、図１５の超音波プローブ１００Ｄは、保持部１０１Ｃに保持面１０２Ｋ，１０２Ｌ，１０２Ｍが設けられており、それぞれ、Ｘ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りの傾斜角度がそれぞれ異なる。各保持面１０２Ｋ，１０２Ｌ，１０２Ｍには、それぞれ超音波素子１１０が設けられている。このような構成により、各超音波素子１１０は、Ｘ軸に直交し、Ｙ軸及びＺ軸に対する傾斜角度がそれぞれ異なる超音波を送信することができる。
このような超音波プローブ１００Ｄでは、対象物の内部において深度の異なる第二部分Ａｒ２に対して超音波を送信できる。つまり、第一部分Ａｒ１の厚みの違いによる誤差を低減できる。
本開示の厚み測定装置１として、各超音波素子１１０は、超音波の送信方向が互いに異なっていればよい。第一実施形態及び第二実施形態では、Ｘ方向に配置された各超音波素子１１０が、Ｙ軸に直交し、Ｘ軸及びＺ軸に対する傾斜角度がそれぞれ異なる超音波を送信する例である。これに対して、図１５の超音波プローブ１００Ｄは、保持部１０１Ｃに保持面１０２Ｋ，１０２Ｌ，１０２Ｍが設けられており、それぞれ、Ｘ軸に平行で、ＸＹ平面に対してＸ軸回りの傾斜角度がそれぞれ異なる。各保持面１０２Ｋ，１０２Ｌ，１０２Ｍには、それぞれ超音波素子１１０が設けられている。このような構成により、各超音波素子１１０は、Ｘ軸に直交し、Ｙ軸及びＺ軸に対する傾斜角度がそれぞれ異なる超音波を送信することができる。
このような超音波プローブ１００Ｄでは、対象物の内部において深度の異なる第二部分Ａｒ２に対して超音波を送信できる。つまり、第一部分Ａｒ１の厚みの違いによる誤差を低減できる。
（変形例３）
上記実施形態では、測定対象である第二部分Ａｒ２の第一境界Ｐ１及び第二境界Ｐ２による反射波に基づいて第二部分Ａｒ２の厚みを測定したが、測定対象を第一部分Ａｒ１として、第一境界Ｐ１で反射される反射波に基づいて第一部分Ａｒ１の厚みを測定してもよい。
上記実施形態では、測定対象である第二部分Ａｒ２の第一境界Ｐ１及び第二境界Ｐ２による反射波に基づいて第二部分Ａｒ２の厚みを測定したが、測定対象を第一部分Ａｒ１として、第一境界Ｐ１で反射される反射波に基づいて第一部分Ａｒ１の厚みを測定してもよい。
［本開示のまとめ］
本開示の第一態様の厚み測定装置は、内部に測定対象が含まれる対象物に装着され、超音波を用いて前記測定対象の厚みを測定する厚み測定装置であって、前記対象物の表面から前記超音波を送信し、かつ前記測定対象で反射された反射波を受信して受信信号を出力する複数の超音波素子と、前記超音波素子を制御する制御部と、を備え、複数の前記超音波素子は、互いに異なる方向に超音波を送信し、前記制御部は、前記受信信号の信号強度と所定の閾値とを比較して、前記閾値よりも前記信号強度が大きい前記受信信号に基づいて、前記測定対象の厚みを測定する。
本開示の第一態様の厚み測定装置は、内部に測定対象が含まれる対象物に装着され、超音波を用いて前記測定対象の厚みを測定する厚み測定装置であって、前記対象物の表面から前記超音波を送信し、かつ前記測定対象で反射された反射波を受信して受信信号を出力する複数の超音波素子と、前記超音波素子を制御する制御部と、を備え、複数の前記超音波素子は、互いに異なる方向に超音波を送信し、前記制御部は、前記受信信号の信号強度と所定の閾値とを比較して、前記閾値よりも前記信号強度が大きい前記受信信号に基づいて、前記測定対象の厚みを測定する。
これにより、測定対象の表面に対して、垂直に近い角度で入射する超音波に基づいて測定対象の厚みを測定する。このため、測定対象の表面の法線方向に略沿った適正な厚みを測定できるとともに、超音波の減衰による測定精度の低下や測定誤差の増大を抑制できる。
第一態様の厚み測定装置において、複数の前記超音波素子は、互いに離隔する方向に前記超音波を送信する。
これにより、広い範囲に超音波を送信することができるので、対象物に対する複数の超音波素子の装着位置を変更せずとも、測定対象の表面に対して略垂直となる方向に超音波を送信可能な超音波素子を容易に特定できる。
これにより、広い範囲に超音波を送信することができるので、対象物に対する複数の超音波素子の装着位置を変更せずとも、測定対象の表面に対して略垂直となる方向に超音波を送信可能な超音波素子を容易に特定できる。
第一態様の厚み測定装置において、複数の前記超音波素子は、第一軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子と、前記第一軸に直交する第一軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子とを備え、前記第一軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子は、前記第一軸及び第二軸に直交する軸を第三軸として、前記第一軸及び前記第三軸を含む第一平面において、互いに離隔する方向に前記超音波を送信し、前記第二軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子は、前記第二軸及び前記第三軸を含む第二平面において、互いに離隔する方向に前記超音波を送信する。
これにより、超音波を１平面内のみならず、三次元空間の広い範囲に送信することができ、測定対象に対して適正に超音波を送信できる超音波素子を特定することができ、厚み測定における測定精度の向上を図れる。
１…厚み測定装置、１０…測定ユニット、２０…制御ユニット、２１…駆動回路、２２…受信回路、２３…メモリー、２４…プロセッサー、１００，１００Ａ，１００Ｃ，１００Ｄ…超音波プローブ、１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ…保持部、１１０…超音波素子、２４１…測定制御部、２４２…素子選択部、２４３…厚み算出部。
Claims (3)
- 内部に測定対象が含まれる対象物に装着され、超音波を用いて前記測定対象の厚みを測定する厚み測定装置であって、
前記対象物の表面から前記超音波を送信し、かつ前記測定対象で反射された反射波を受信して受信信号を出力する複数の超音波素子と、
前記超音波素子を制御する制御部と、を備え、
複数の前記超音波素子は、互いに異なる方向に超音波を送信し、
前記制御部は、前記受信信号の信号強度と所定の閾値とを比較して、前記閾値よりも前記信号強度が大きい前記受信信号を出力した前記超音波素子を測定用の超音波素子として特定し、特定された測定用の前記超音波素子から出力された前記受信信号と、測定用の前記超音波素子への送信指令の出力タイミングとに基づいて、前記超音波の送信タイミングから前記受信信号の第一ピーク値が得られるまでの時間により、測定用の前記超音波素子から前記測定対象の第一境界までの距離Ｌ１を算出し、同様に、前記送信タイミングから前記受信信号の第二ピーク値が得られるまでの時間により、測定用の前記超音波素子から前記測定対象の第二境界までの距離Ｌ２を算出し、前記測定対象の厚みＬをＬ＝Ｌ２－Ｌ１により測定する、
厚み測定装置。 - 複数の前記超音波素子は、互いに離隔する方向に前記超音波を送信する、
請求項１に記載の厚み測定装置。 - 複数の前記超音波素子は、第一軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子と、前記第一軸に直交する第二軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子とを備え、
前記第一軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子は、前記第一軸及び第二軸に直交する軸を第三軸として、前記第一軸及び前記第三軸を含む第一平面において、互いに離隔する方向に前記超音波を送信し、
前記第二軸に沿って並ぶ複数の前記超音波素子は、前記第二軸及び前記第三軸を含む第二平面において、互いに離隔する方向に前記超音波を送信する、
請求項２に記載の厚み測定装置。
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