JPH01135333A - 位相収差効果の適応形減少方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はコヒーレントφエネルギψビームによる作像
、更に具体的に云えば、非均質な波の伝搬の影響を打消
す為に、位相共役を用いたコヒーレント拳ビームを適応
形で形成する新規な方法に関する。

媒質中の非均質な波の伝搬によって起る位相相殺効果が
、レーダ、ソナー又は超音波エネルギ等のビームの様な
、コヒーレント・エネルギ・ビームから取出された像の
空間的な分解能及びコントラストの両方を制限すること
はよく知られている。

位相相殺効果は、実質的な距離にわたる到着時刻の小さ
な差により、その開口にわたる相対的な位相に大きな誤
差が生ずる様な、大きな開口を用いる高周波作像の場合
、最も痛切である。例えば、医療用の超音波でこう云う
ことが起るが、それは、照会用の超音波の位相が、超音
波が伝搬する身体内の音速が、開口から関心のある領域
まで、そしてその後開口に復帰するまで、不均質に分布
する為に、歪むからである。この効果が、超音波周波数
及び開口の寸法の両方が増加するにつれて、超音波像の
外観を左右することがあることがよく知られている。従
来、位相相殺効果を少なくする幾つかの方法が提案され
ているが、こう云う全ての方法は、作用するとしても、
空間的な分解能を蟻牲にする。特に高い周波数で、開口
の理論的な分解能で作像する為には、入射する超音波の
位相歪みを少なくしなければならない。超音波作像では
、有力な歪みは、作像する身体の壁の中で起る。この壁
は、１個の歪みを生ずる面と云うモデルで表わすことが
出来る。身体のこの壁より深い所にある関心のある全て
の領域では、位相の補正量を計算することが出来る様な
正確な情報を求めることにより、位相収差を減少するこ
とが非常に望ましいＯ 発明の簡単な要約 この発明では、何れも励振された時にビームのエネルギ
の一部分を発生すると共に、反射されて来たエネルギを
信号に変換する複数個（Ｎ個）の変換器の配列の表面か
ら選ばれた距離Ｒの所に、この表面に対する法線に対し
て角度θで、非均質媒質中に集束されるコヒーレント・
エネルギ・ビームを形成するのに必要な遅延時間に対す
る位相収差効果を位相共役によって適応形で減少する方
法が、検査する媒質の一部分にある散乱部材の大きな集
合から、変換器の配列全体から導き出されたプローブ・
ビームをはね返させ、各々のプローブ・ビームに対し、
（Ｎ−１）対の隣接する変換器の各々からの受信信号を
相互相関させて、同数の位相共役補正信号を取出し、複
数個の位相共役補正信号に算術操作を行なって、距離Ｒ
及び角度θに対し、各々のプローブ・ビームの変換器に
関連する遅延時間に対する時間補正量を発生し、該変換
器に対する時間補正量により、実際の作像用励振ビーム
を形成するのに使われる遅延時間を修正し、その後、該
変換器に対する時間補正量により、検査される媒質の部
分から受取った復帰信号の遅延時間を修正して、その結
果得られる像に於ける位相収差を減少する工程を含む。

現在好ましいと考えられる実施例では、作像装置の第１
の（Ｎ−１）個のチャンネルの各々が、浮動小数点複素
数乗算により、そのチャンネル及び次のチャンネルから
の信号の相互相関を行なわせる位相共役処理手段と、こ
の乗算結果の実数部分及び虚数部分を加算する別々の手
段と、ｊ番目のチャンネルに対する補正信号φＪ−（Σ
Δｍｌ φ、）を発生する共通のシステム手段に対して、（Ｎ−
１）個のΔφのデータの組の内の夫々１つを供給するｃ
ｏｒｄｌｃ　ａｒｃｔａｎ操作手段とを有する。

従って、この発明の目的は、位相共役を利用して、ビー
ムを形成する新規な適応形の方法及び装置を提供するこ
とである。

この発明の上記並びにその他の目的は、以下図面につい
て説明する所から明らがｋなろう。

発明の詳細な説明 最初に第１図及び第１ａ図について説明すると、物体を
照会するエネルギ・ビームを利用した検査装置１０が、
エネルギ変換器の配列１１を持っている。配列１１が複
数個（Ｎ個）の変換器１１ａ。

・・・、１１に、・・・、ｌ１ｍ、・・・、１１ｎの線
形配列として示されている。変換器は中心間間隔がｄで
あり、各々の変換器が配列の中心線１１ｏから距離Ｘｋ
の所にあり、この為、配列は配列の中心線１１ｏから、
開口距離Ａ／２にわたって両方向に拡がっている。この
配列を利用して、エネルギ・ビームを送信すると共に、
反射体１２からの復帰エネルギ応答を受信する。反射体
１２は全体的に、配列１１の平面に対して垂直な法線１
１ｏに対し、ある角度θの線１２ａに沿っている。配列
１１を均質な媒質１４の表面１４ｓに圧接した場合、実
質的に配列の中心軸線１１ｏ上にあって、配列の開口Ａ
に較べて十分大きな距離Ｒ′の所にある反射位置１２′
からの波頭が、配列の各々の変換器１Ｉｋ（ａ≦ｋ≦ｎ
）の各々に略同時に到着することがよく知られている。

従って、この波頭１１ｐ（第１ａ図）はＮ個の変換器の
各々にタイミングのずれΔｔを必要としない。即ち、変
換器の出力を全て直接的にコヒーレント加算して、角度
θ−０に於けるビームを形成することが出来る。距離Ｒ
′が減少するにつれて、配列の中心に一番近いセンサ、
例えば配列が偶数個のセンサ（Ｎ−２ｍ）を持つ場合、
１対の中心センサｌ１ｍの内の一方は、配列の両端に更
に接近した変換器が必要とする遅延時間よりも、最大の
遅延時間Δｔを必要とすることもよく知られている。従
って、任意の距離Ｒ′にある位置１２′にエネルギ・ビ
ームを正しく集束する為には、各々のに番目の変換器１
１にの後に、第１ａ図の集束補正曲線１１ｑによって示
される集束用遅延時間ｔ、に−（Ａ２／８Ｒ’　Ｖ）　
・（１［２ｘｋ／Ａｌ　２）が物理的に存在することが
必要である。更に、ビームが配列の中心の直交軸線１１
ｏに対しである角度θにある一般的な位置１２に方向ぎ
めされた場合、非常に大きな距離Ｒの時でも、反射ビー
ムの波頭が最初に配列の内、角度方向にずれた位置に最
も近い端にある変換器、例えば今の場合は変換器１１ａ
に到着し、その後徐々に配列内の他の相次ぐ変換器に到
着し、最後にそれから一番遠い端にある変換器、今の場
合は変換器１１ｎに到着することも知られている。変換
器遅延時間ｔ、に−ｔｃ１１＋　（ｋり（ｄ／Ｖ）ｓｉ
ｎθの略直線的な曲線１１ｒを用意しなければならない
。（ここでｔ　は、全Ｉ てのｔｄｋが正になる様に、（ｍｄ／Ｖ）ｓｉｎθより
若干大きくなる様に選ばれた配列の中央の素子ｍの遅延
時間であり、θは今度は線１１ｏより「上方」の場合は
、負の角度として定義する。）ｔｄｋは、配列の一番近
い端から一番遠い端まで、各々の変換器の出力を次第に
一層長く遅延させる様に作られる。比較的接近した距離
Ｒの所にあって角度θの軸外の点１２を作像する時、集
束及び角度方向ぎめの両方の補正をして、各々の変換器
ｋに対する個別の合計の遅延時間ｔ、ｋが次の式で表わ
される様にしなけばならない。

ｔｋθ−ｔ、ｌ＋　（ｋ−１）（ｄ／Ｖ）ｓｉｎθ＋　
（Ａ２／８ＲＶ） （１−［２Ｘｇ　／Ａｌ　２）　　ｃｏｓ２　θこれが
鎖線の曲線１１ｓで示されている。然し、これは、変換
器配列１１とエネルギ・ビームを方向ぎめする点１２の
間で、媒質１４が略均質な場合にだけ成立する。

最初に出会う層１４ａが第１のエネルギ伝搬速度ｖ１を
持ち、２番目に出会う層１４ｂが（第１の層の伝搬速度
ｖ１とは異なる）第２の伝搬速度ｖ２を持つ場合に起る
様に、媒質が均質でなければ、ビームを任意の点１２に
正しく集束して方向ぎめするのに必要な遅延時間は、特
定の変換器１１にと、検査するサンプル中の任意の点１
２の途中に介在する非均質な媒質の層１４ａの範囲に関
係する。即ち、遅延時間曲線ｌｉｔは、確認し得るとし
ても、極めて非直線的であって、各々の変換器に対し、
合計変換器遅延時間ｔ′　　を必要にθ とする。この合計遅延時間ｔ′　　は、集束用のにθ 時間及び遅延時間ｔ、−びｔａｋＧ含むだけでなく、各
々の変換器ｋに戻るエネルギが、少なくとも層１４ａの
異なる厚さを横切ることによって受ける位相歪みΔφＫ
を埋合せる為の余分の遅延時間Δｔｋ１９を特徴とする
特定の点１２を点源として作用させることが出来れば、
各々の変換器ｋが受ける位相歪みΔφＫの大きさを決定
することが出来る。即ち、１番目の変換器１１ａは位相
歪みΔφａを持ち、この変換器に関連する合計遅延時間
は、理想的な曲線１１ｓによって表わされる値ｔａθか
ら変更しなければならないし、他の変換器は、曲線ＩＩ
ｇによって表わされる理想的な遅延時間を修正する遅延
時間ΔφＫを必要とする。

更に、層１４に於ける伝搬速度の分布が非均質である為
、任意の１つの変換器に於ける位相歪みΔφ、の大きさ
は、次に隣合う変換器に於ける位相歪みΔφ、＋１に対
して何の関係も持つ必要はない。配列の各々の変換器１
Ｉｋに伴う遅延時間を設定するのに使う為に、位相歪み
を測定して、補正係数を計算することが非常に望ましい
。この発明の方法は変換器配列１１から送信されるエネ
ルギのブローブービームと、層１４内にある任意の散乱
手段１２ｓ（特に散乱部材の大きな分布）からの反射と
を用いて、空間的に非均質な媒質を伝搬することによっ
て誘起される位相収差又は歪みパターンを求めることが
出来る様にすると共に、それを使って、サンプル開口コ
ヒーレント作像装置に於ける所要の遅延時間を少なくと
も部分的に補正することが出来る様にする。

次に第２図について説明すると、この例の超音波エネル
ギ作像装置１０では、ビーム１２ａを方向ぎめし、集束
し、この発明の位相共役方法を利用して、位相歪み効果
を実質的に克服する様に適応形に形成することが出来る
。各々の変換器１Ｉｋには、フロントエンド部分１６ｋ
が付設されており、これは（ａ）照会ビームを送信する
為に変換器を励振する手段と、（ｂ）変換器からの受信
エネルギを処理して、受信ビームを形成する手段とを含
む。１つを除いた全てのフロントエンド手段１６ｋには
、位相共役処理手段１８ｋが付設されていて、そのチャ
ンネルの復帰信号と直ぐ隣のチャンネルの復帰信号の間
の位相歪みΔφＫを決定する。相次ぐ対として比較する
Ｎ個のチャンネルがあるから、（Ｎ−１）個の位相収差
信号Δφだけが発生される。個々の変換器位相歪み量Δ
φＫを受取ったことに応答して、個々のチャンネルｊの
位相共役補正信号φＪを計算する手段２０を設けである
。この為、各々の位相差により、媒質内の伝搬が非均質
であることによる遅延時間の誤差が生ずる。この場合、
ｊ番目のチャンネル及びビームの角度θに対する遅延時
間の誤差ΔＩｋは、Δ１ｊθ−φｊθ／ω０である。こ
−でω０は媒質の照会に使われたビーム・エネルギの周
波数であり、送信するｊ番目の変換器に対し、φ、０−
≠Δφ、である。φＪの値を計算する手段２０は、関連
したランダムアクセス・メモリＲＡＭ手段２０ａ及び記
憶プログラム固定メモリＲＯＭ手段２０ｂを持つ任意の
適当なマイクロコンビエータであってよい。マイクロコ
ンピュータ２０が、付能信号及びチャンネルｊの番号を
制御インターフェース２０ｄに受取ったことに応答して
、多重化可能なマイクロコンピュータ手段の入力２０ｃ
に得られる様な全てのΔφＫの量を加算する。手段２０
の毎回の付能は、典型的には同じ角度θ、又は角度θに
接近した角度θ′で、実際のデータ収集用のビームを送
信する前に、角度θでプローブ・ビームを送信すること
に応答して行なうことが出来る。典型的な位相配列扇形
走査（ＰＡＳＳ）形変換器配列は（ビームの方向ぎめ角
度当たり約０．７＠の角度分解能で）２’−１２８個の
異なるビームを用いて９０＠の扇形にわたって操作する
ことが出来る。時間を節約する為に、全てのビームの角
度に対してプローブ拳ビームを送って、位相補正量Δφ
Ｋを計算しない場合、相次ぐ幾つかのビーム番号毎に１
つずつ、プローブ・ビームを用いることが出来る。従っ
て、ある角度θのビームに対するデータを受取る前に、
プローブ・ビームを送出す。各々の変換器には、選ばれ
た角度θ及び距離Ｒのビームに全ての変換器の出力を形
成（方向ぎめ及び集束）する為に必要な送信遅延を持た
せる。Ｎ個の変換器全部が、そこで受取った戻って来た
プローブ・ビーム中エネルギを電気信号に変換し、手段
１６．　１８．　２０で処理して、位相歪み補正データ
の値ΔφＫ１従って、プローブ・ビームの方向θに於け
る１つのチャンネルｋに対する位相共役補正遅延時間Δ
ｔｉ−φ５．／ω０を作り出す。

必要な補正量は遅延時間であり、１対の隣合ったチャン
ネルｍ及び（ｍ−１）の信号に対する遅延時間誤差はΔ
ｔｒｒｌ−Ｔｍ−Ｔａ＋−１であり、Ｔ　は選定された
変換器ｍからのプローブ・ビーｍ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　−ムの送信と特定のｍ番目の変
換器による復帰信号の受信までの期間である。この為、
ｋ番目のチャンネルの信号はＳＫ　　（ｔ）−Ｓ　（ｔ
−ＴＫ）であり、（ｋ−１）番目のチャンネルの信号は
５ｋ−１（ｔ）−８（ｔ−Ｔｋ−、）である。１対の隣
合ったチャンネルの信号をベースバンドに変換して、そ
の後相互相関さ妊れば、 ＳＫ　　（ｔ）−Ｃ（ｔ−ＴＫ）ｅｘｐ　（−ｔωｏ　
（ｔ−ＴＫ））Ｓ　　　（ｔ）　−Ｃ（ｔ−Ｔ、■）　
ｅｘｐ　（−ｉω０　（ｔ−Ｔｋ−１）　）こ〜でＣ（
ｔ）はプローブ・ビームの包絡線形状関数であり、相互
相関関数Ｒ（ｔ）は次の式で表わされる。

Ｒ（ｔ）−Ｊ’Ｓ　　（ｔ＋ｔ’）Ｓｋ−１（ｔ’）ｄ
ｔ’−〜　ｋ これは次の式に相当する。

Ｒ（ｔ）−ｅｘｐ（−１ωｏ（ｔ−（Ｔｋ−Ｔｋ−１）
））Ｊ’Ｃ（を十ｔ’　−Ｔｋ）　Ｃ（ｔ’　−Ｔ、■
）　ｄｔ’然し、この積分は時刻（ｔ−（Ｔｋ−Ｔ、１
））に評価した包絡線の自己相関関数Ａであることが判
ル。従って、ベースバンド相互相関関数は次の様になる
。

Ｒ（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｉ　ωｏ　（ｔ−（ＴｋＴｋ−ｔ
　）））　Ａ（ｔ−（Ｔｋ−Ｔｋ−１））従って、任意
の時刻ｔに於ける自己相関関数の位相は、時間誤差に対
しφ（１）−−ωｏ　　（ｔ−Δｔ）の関係である。従
って、Ａ　（ｔ−Δｔ）が大きい任意の時に、φ（１）
を測定することが出来れば、時間誤差のかなりよい評価
が得られる。時間のずれΔｔは、包路線の持続時間Ｔに
比べて比較的短い、即ち、Δｔ＜＜Ｔであるから、Ａ（
ｔ−Δｔ）は時刻１−０には最大値に極く近い。従って
、ｔ−０に於ける位相の測定値はΔφＫ　（０）−ω０
ΔｔＫで表わされ、従って、Δｔｔｃ−ΔφＫ（０）／
ω０が、必要な時間のずれΔｔＫの最適の推定値になる
。ベースバンド信号は１対の信号、即ち、同相！ベース
バンド信号及び直角位相Ｑベースバンド信号として得ら
れるのが典型的であり、これは１−０の相互相関関数 Ｒｋ（０）　−Ｊ’　［Ｉｋ（ｔ’　）　＋１Ｑｋ（ｔ
’　）　］［１に−１（ｔ’　）　　ＩＱｋ−１（ｔ’
　）　］　ｄｔを持ち、従って標本化される系では、 Ｒｋ（０）−Σ［Ｉｋ（ｍ）　＋　ｉＱｋ（ｍ）　］［
１に一、（ｍ）−ｔＱｋ−１（ｍ）コΔφＫ　　（０）
−ａｒｃｔａｎ（Ｉｎ　（Ｒ（０））／Ｒｅ　（Ｒ（０
）））二へでＭは、無限の期間を近似するのに使われる
サンプル点の数である。従って、ΔφＫの計算は、Ｒ（
０）のｃｏｒｄｌｃ　ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（座標回転
用ディジタルコンピュータで逆正接）を計算することに
より、即ち、隣合う２つのチャンネルｋ及び（ｋ−１）
のベースバンド信号の間の複素数乗算の結果の実数及び
虚数部分を累算して、（Ｎ−１）個の手段１８の各々に
ＲＫ　　（０）を計算し、その後金てのＲＫ　　（０）
項の虚数及び実数部分を累算してＲ（０）を計算し、こ
れから１ｍ　（Ｒ（０）　）のＲｅ　（Ｒ（０）　）に
対する比を手段２０で計算して、各々の補正データΔφ
Ｋを計算することによって実施することが出来る。

この発明の一面では、各々の手段１８は、関連する隣合
った２つのチャンネルの各々からのＩ及びＱデータを一
時的に記憶する為の１組のバッファ手段２２と、第１の
チャンネルからのＱデータをバッファ手段２２ｄに記憶
する前に、このＱデータの符号を反転する符号反転手段
２４と、複素数浮動小数点乗算手段２６と、１対の加算
器２８−１及び２Ｂ−２と、ｃｏｒｄｉｃ　ａｒｃｔａ
ｎ計算手段３０とで構成される。即ち、手段１ｇ（ｋ−
２）が（ｋ−２）番目のチャンネル又は変換器に関連し
ていて、次の、例えば（ｋ−１）番目のフロントエンド
手段から、第１のバッファ手段２２ａに記憶する為に、
第１の入力１８（ｋ−２）−ａに同相データｌ　　　を
受取ると共に、第２のバッフ（ト１） ア手段２２ｂに記憶する為に、第２の入力１８（ｋ−２
）−ｂに直角位相データＱ　　　を受取（Ｋ−１） る。手段１ｇ（ｋ−２）は、関連する（ｋ−２）番目の
チャンネル、例えば最後のチャンネルからのＩ及びＱデ
ータをも受取る。同相データＩ（ｋ−２）が第３のバッ
ファ手段２２ｃに記憶する為に入力１Ｂ（ｋ−２）−ｃ
に入り、最後のチャンネルの直角位相データＱ　　　が
入力１８（ｋ（ｋ−２） −２）　−ｄに入り、手段２４で符号が反転され、−Ｑ
　　　　データが第４のバッファ手段２２ｄに（ｋ−２
） 記憶される。同様に手段１８（ｋ−１）では、次のチャ
ンネルのフロントエンド同相データＩｋが入力１ｇ（ｋ
−１）−ａに入って第１のバッファ２２ａに記憶され、
次のチャンネルの直角位相データＱｋが入力１８　（ｋ
−１）−ｂに入り、第２のバッファ２２ｂに記憶される
。入力１ｇ（ｋ−１）−ｃが、関連するチャンネルのフ
ロントエンドからの同相データＩ　　　をバッファ２２
ｃに（ｋ−１） 記憶する為に受取り、これに対して直角位相データＱ　
　　が第４の入力１　ｇ　（ｋ−１）−ｄに入（ｋ−１
） す、手段２４で符号が反転され、−Ｑ　　　　デー（ｋ
−１） 夕がバッファ２２ｄに記憶される。ｋ番目の手段１８ｋ
にある複素数浮動小数点乗算手段２６がバッファ手段２
２にある４つのデータを利用して、和Ｒ（０）の各々の
成分を見付ける為に、量（［Ｉｋ　　（ｊ）＋ｉＱｋ　
（ｊ）・］［１（ｊ）ＩＱｋ−１（Ｊ）］　）の実数部
分Ｒｅ及び虚数部分１ｍを夫々出力２６ａ、２６ｂに発
生する。実数又は虚数部分が夫々、実数項加算手段２８
−１又は虚数類加算手段２８−２の一方を夫々加算され
る。加算された信号がｃｏｒｄｉｃ　ａｒｃｔａｎ手段
３０に供給され、これが出力１８に−ｅにΔφＫデータ
を発生する。１≦ｊ≦ｎチヤンネルの各々に対するφｊ
θの値を計算する為に、マイクロコンピュータ手段の多
重化入力ポート２０ｃが順次受取るのはこれらのΔφＫ
データ類である。

このΔφｊ、情報が、選ばれたｊ番目のフロントエンド
手段の位相補正データ入力端子１６ｊ−ｆに帰還される
。即ち、角度θのブローブービームを変換器配列１１か
ら送信した時、（ｎ−１）対の位相歪みデータΔφＫが
手段２０によって処理され、端子１６　（ｋ−１）−ｆ
に供給されたφｊｅデータから、補正時間Δｔｊ、−φ
ｊ、／ω０を計算することが出来る。このΔｔｊｏデー
タが、チャンネル位相補正メモリ手段３２にその第１の
入力ポート３２ａから送込まれる。同様に、ｋ番目のチ
ャンネルの位相補正メモリ手段３２が、このチャンネル
の位相補正データ入力端子１６に−ｆ端子に供給された
Δｔｋｆ９データを受取る。

１≦ｋ≦Ｎとして、各チャンネルのフロントエンド手段
１６には、関連するに番目の変換器１Ｉｋに接続された
変換器節１６に−ａを有する。送信パルスＴ、ＣＰ制御
信号がチャンネル手段の送信制御入力１６に−ｂに印加
され、送信／受信スイッチ手段３４を通じて、変換器端
子１６に−ａの接続をチャンネルのフロントエンド手段
の受信部分から送信部分に切換える。位相補正メモリ３
２、誤差メモリ手段５６及びこれから説明する関連する
加算手段５８を別として、他の全てのチャンネル・フロ
ントエンド手段は周知であり、ニーでは極く簡単に説明
する（例えば、夫々１９８７年６月１日及び１９８６年
１２月１９日に出願された係属中の米国特許出願通し番
号箱０５６，１７７号及び同第９４４，４８２号を参照
されたい）。

各々のに番目のチャンネルのフロントエンド手段１６に
は、システムφデータ母線手段３６から角度θ及び距離
Ｒの情報を受取るデータ母線入力１６に−ｃを持ち、こ
の為、フロントエンドの内部データ母線３８がこの情報
を各チャンネルにある位相補正メモリ３２の第２の入力
ポート３２ｂ。

送信Ｔｘ遅延メモリ手段４０、受信位相プリセット・メ
モリ手段４２、受信位相滑りメモリ手段４４及び受信遅
延制御手段４６に並列に送ることが出来る。Ｎ個の変換
器の内のこのに番目からのエネルギを、角度θ及び距離
Ｒにある小さな領域１２に集束されるビームに形成する
為の普通の送信遅延データは、手段９０から送られて来
て、加算器５０で、誤差メモリ５６の内容に加算され、
その和が送信制御（ＴＸ　　ＸＬ）手段５２に送られ、
送信駆動（ＴＸ　　ＤＲ）手段５４からの送信パルスの
タイミングを設定する。この手段が、Ｔ／Ｒスイッチ手
段３４を介して、関連する変換器１Ｉｋに対し、ＲＦ超
音波エネルギの送信パルスを供給する。節１６に−ｂの
Ｔｘパルスが終った時、チャンネルは受信（Ｒｘ）動作
モードに切換わる。

位相補正メモリが出力ボート３２ＣにΔｔｋ、データを
発生する。そのデータが、誤差メモリ手段５６に一時的
に記憶する為に保持される。受信信号の位相補正時間Δ
ｔ２．が、手段５８で、特定の角度θ及び距離Ｒに対し
てメモリ手段４２に予め入っている位相プリセット・デ
ータに加算される。このデータとメモリ手段４４からの
位相滑りデータとを合せたものが、クロック・カウンタ
手段６０にロードされる。このクロック・カウンタ手段
が受信サンプル−ストローブ・クロック信号ＳＫを発生
する。各々のチャンネルのフロントエンド手段の受信部
分は時間−利得制御増幅手段６２と、複数個の高速アナ
ログ・ディジタル変換（ＡＤＣ）手段６４と、利得制御
された受信ビーム・エネルギのデイジット間標本化を行
なわせる遅延手段６５とを持っている。各々のＡＤＣ手
段からのディジタル・データが復調手段６６によってベ
ースバンドに復調され、その後、同相■又は直角位相Ｑ
のベースバンド・データがＬＰＦ手段６８ａ又は６８ｂ
で低域フィルタにかけられてから、ディジタルΦデータ
１０進化手段７０ａ又は７０ｂで１０進化される。この
後、１０進化された同相又は直角位相データがチャンネ
ルの遅延レジスタ手段７２ａ又は７２ｂで遅延させられ
る。

このレジスタ手段は、特定のチャンネルに対して遅延制
御手段４６によって設定された遅延時間ｔ、１を持ち、
チャンネルの出力同相データＩｋをチャンネル出力１６
に−ｄに発生するか又はチャンネルの直角位相データＱ
ｋをチャンネル出力１６に−ｅに発生する。（ａ）それ
から表示可能な像を取出す同相及び直角位相の合成コヒ
ーレント和（ＲＣ８）データを発生するＲＣ８手段（図
面に示してない）及び（ｂ）関連する１対の処理手段１
８（ｋ−１）及び１８ｋに送られるのは、このデータで
ある。

動作について説明すると、完全に−様な媒質を取扱って
いる場合の様に、角度θに方向ぎめされ且つ距離Ｒに集
束されるビームに対応する遅延時間（遅延メモリ４０、
送信制御器５２及び送信駆動器５４を介して供給される
）を用いて、全ての変換器素子を励振することにより、
プローブ・ビームが形成される。受信の際、複素数相関
器の和が手段２０によって計算されるのにつれて、各々
の手段１６の受信ビーム形成囲路を動的な焦点が得られ
る様に連続的に再構成しくこれはＡＤＣ手段６４、ディ
ジタル・ベースバンド復調手段６６、低域フィルタ手段
６８、受信化手段７０、チャンネル遅延手段７２、遅延
制御手段４６、位相滑りメモリ手段４４及びクロック制
御手段６０を介して行なわれる）、こうして各々のチャ
ンネルに対する位相補正修正時間Δｔｋｏが実質的に伝
搬誤差だけによって生ずる様にする。この為、プローブ
番ビーム・パルスが、実際の、−様でない媒質内にある
散乱部材から戻り、複数個（Ｎ個）のチャンネルの各々
の個別の信号が、各々のｍ番目のチャンネルに対する同
相成分■、及び直角位相成分Ｑｍへと処理される。これ
らのｌ１１１及びＱｍ信号が対として手段１６から複数
個（Ｎ−１個）の複素数相関手段１８に供給され、（Ｎ
−１）対の隣合ったチャンネルの各々に対するΔφＫを
計算する。手段２Ｇが誤差ΔφＫを受取って、逐次的に
累算し、プローブ・ビームの方向に対応する角度θに対
するＮ個のチャンネルの各々で使うべき位相補正係数φ
５．を取出す。この過程がプローブの全ての方向の角度
θに対して行なわれる。補正された像で、ことごとくの
ビーム方向のプローブ・ビームを用いてもよいが、プロ
ーブ・ビームをことごとくのビーム方向で使う必要がな
いことを承知されたい。１個のプローブ・ビームを使っ
て、隣合った像のビームの組Ｐ（典型的にはＰ−２乃至
Ｐ＝ｉ６）にわたり、複数個（Ｎ個）の素子の全てに対
する補正位相を導き出すことが出来る。路間−の複数個
のフロントエンド集積回路チップの各々が、少なくとも
１つのフロントエンド部分１６を持つことを承知された
い。更に、路間−の複数個の回路処理チップの各々が、
少なくとも１つの相互相関処理部分１８を持つことも承
知されたい。同じ数のフロントエンドＩＣ及び相互相関
処理ＩＣを使う場合、各々の処理チップは、関連するチ
ャンネル（１つ又は複数）に対するフロントエンド−チ
ップの隣りに配置することが出来る。適当な母線手段を
用いて、１個のマイクロコンピュータ手段２０を手段１
８のＩＣに接続することが出来る。この構成により、全
てのフロントエンド・チップを配列１１のＮ個の変換器
に略隣合せにすることが出来ることが理解されよう。

装置が変換器配列から角度θのプローブ・ビームを発生
させ、全ての位相補正データφ□、が計算された後、装
置の制御装置が、Ｎ個のチャンネル全部に、この角度θ
及び距離Ｒに対する励振を略同時に送信させ、少なくと
も位相歪みを部分的に補正する為に、各チャンネルの正
しい位相歪みデータを利用して、復帰信号を処理させる
。この結果得られるＩ及びＱ信号が公知の手段によって
処理され、合成コヒーレント和（ＲＣ３信号）を見付は
出し、それから表示可能な像が形成される。

希望によっては、同じ角度及び距離の所で、複数回の音
響探査を行ない、収差を少なくしたＲＣＳ信号を平均す
ることが出来ることが理解されよう。

前に述べた様に、多数の角度θ（これは例えば２’−１
２８個あることがある）の各々に対するプローブ作用に
要する時間を短縮する為に、各々の作像用の励振ビーム
に対してプローブ励振ビームを出す必要がない。例えば
、プローブ・ビームの励振は、１つ置きのビームの角度
に対して利用することが出来る。中間の作像用の角度に
対する位相補正データは、隣合ったプローブ・ビームの
角度の補間から得られる。独立のプローブ・ビームの数
が多ければ多い程、一般的にその結果得られる位相収差
の補正がよくなることを承知されたい。更に、層１４の
形が時間によって変わる場合、これは変換器配列１１が
、時間と共に場所が変化する人体の一部分（呼吸、脈動
性の血流等の減少の為）の外面に接する様な医療用の超
音波作像の場合に普通起ることであるが、身体の自然の
動きの為に、全ての作像用の角度に対する補正係数を記
憶することは不適当である（こう云う係数は、特定の角
度θに於ける最初の音響探査と同じ角度θに於ける後の
音響探査の間で変化している可能性があるからである）
。この為、位相補正メモリ３２は設ける必要がなく、各
々のプローブ作用からの位相補正データが誤差メモリ５
６に直接的に送込まれるが、次の作像用の音響探査の後
（又はＶ−平均方式を使っている場合は、この後の逐次
的な７回の音響探査の後）、直ちに廃棄される。

同じ角度に於けるこの後の作像用の音響探査には、実際
のデータを求める手順の前に新しいプローブ過程を行な
って、Ｎ個のチャンネルの各々に対する位相補正データ
をその特定の時刻に見付けることが必要になる。

例としてこの発明の方法及び装置の現在好ましいと考え
られる実施例を説明したが、当業者には種々の変更が容
易に考えられよう。例えば、この発明を位相調整配列形
の超音波作像の場合について説明したが、この発明はレ
ーダ、ソナー等の様なこの他のコヒレーント作像形式の
場合にも用いることが出来ることを承知されたい。従っ
て、この発明は特許請求の範囲のみによって限定される
ことを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は変換器配列並びにこの配列によって発生される
エネルギ・ビームを用いて検査される２層からなる物体
の平面図であり、この発明が解決する問題を説明するの
に役立つ。 第１ａ図は種々の観測状態に対する変換器素子の番号ｋ
を遅延時間Δｔに対して関連づける線図であり、変換器
配列の出力に起る位相収差に関する幾つかの因子を説明
するのに役立つ。 第２ａ図乃至第２ｄ図は位相歪みを少なくする様にビー
ムの適用形の形成を行なう為のこの発明の新規な位相共
役方法を利用した超音波作像装置の一部分の簡略ブロッ
ク図である。 第２ｅ図は第２ａ図乃至第２ｄ図の配置の相互の関係を
示す図である。 主な符号の説明 １１：配列 １１に：変換器 １２：ビーム １６：フロントエンド手段 １ａ二位相共役処理手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、何れも励振された時に、ビームのエネルギの一部分
   を発生し、その後入射するエネルギを信号に変換する複
   数個（Ｎ個）の変換器の配列の表面から選ばれた距離Ｒ
   の所に、この表面に対する法線に対して角度θで、非均
   質媒質内にコヒーレント・エネルギ・ビームを集束する
   為に必要な遅延時間に対する位相収差効果の適応形減少
   方法に於て、 （ａ）検査する媒質の少なくとも一部分の中に自然にあ
   る散乱部材から、前記複数個（Ｎ個）の変換器から発し
   たプローブ・ビームをはね返させ、（ｂ）各々のプロー
   ブ・ビームに対し、１≦ｋ≦Ｎとして、Ｎ個全部の変換
   器の内の隣接するものゝ相次ぐ（Ｎ−１）個の対の、ｋ
   番目の変換器及び隣接する（ｋ−１）番目の変換器から
   の受信信号を相互相関させて、同数（Ｎ−１）の位相共
   役補正信号Δφ＿Ｋを発生し、 （ｃ）前記複数個の位相共役補正信号Δφ＿Ｋに対する
   算術操作により、距離Ｒに対し、角度θにある１つのプ
   ローブ・ビーム及び変換器ｊに関連する遅延時間に対す
   る時間補正量Δｔ＿ｊ＿θを発生し、 （ｄ）その後ｊ番目の変換器に対する時間補正量Δｔ＿
   ｊ＿θにより、非均質媒質内で、略角度θに方向ぎめさ
   れ且つ略距離Ｒに集束される、収差を減少した作像ビー
   ムを励振する為の遅延時間を修正し、 （ｅ）その後該変換器に対する時間補正量により、検査
   する媒質から受信した復帰信号の遅延時間を修正して、
   媒質の表示可能な像を発生する為に収集されたデータの
   位相収差を減少する工程を含む方法。 ２、工程（ａ）が選ばれた作像集合内の全てのビームを
   含む様にθを設定する工程を含む請求項１記載の方法。 ３、任意の作像順序のことごとくの繰返しに対し、工程
   （ａ）乃至（ｅ）を繰返す工程を含む請求項２記載の方
   法。 ４、工程（ａ）が、ｍを１より大きいとして、選ばれた
   作像集合内のＮ個のビーム中のｍ番目毎のビームを含み
   、更に、プローブ・ビームの集合中の一番近い隣接する
   ビームに対する時間補正量の補間を行なって、プローブ
   ・ビーム集合中に含まれていない作像ビームに対する遅
   延時間補正量を求める工程を含む請求項１記載の方法。 ５、更に、任意の作像順序のごとごとくの繰返しに対し
   、工程（ａ）乃至工程（ｅ）を繰返す工程を含む請求項
   ４記載の方法。 ６、工程（ｂ）が、各々のｋ番目の変換器からの受信信
   号をディジタル・ベースバンド・データ信号に変換し、
   第１の（Ｎ−１）個のチャンネルに対し、ｋ番目及び（
   ｋ＋１）番目のデータ信号の対の相互相関を行なって、
   ｋ番目のチャンネルからの位相共役誤差信号Δφ＿Ｋを
   発生する工程を含む請求項１記載の方法。 ７、各々のベースバンド・データ信号が、同じ番号のｋ
   番目のチャンネルに同相成分Ｉ＿ｋ及び直角位相成分Ｑ
   ＿ｋを持つ直角データ信号であり、相互相関させる工程
   が、１対の直角データ信号の複素数乗算を行なう工程を
   含む請求項６記載の方法。 ８、工程（ｂ）が、配列の第１の（Ｎ−１）個のチャン
   ネルの各々に対し、各々の複素数乗算に用いる対の隣接
   するチャンネル信号の実数部分及び虚数部分の三角比か
   らΔφ＿Ｋデータ項を導き出し、１番目乃至ｊ番目のΔ
   φ＿Ｋ項を加算して、プローブ・ビームのｊ番目の変換
   器に対する位相共役補正信号Δφ＿ｊ＿θを発生する工
   程を含む請求項７記載の方法。 ９、各々の変換器１乃至（Ｎ−１）に対し、工程（ｂ）
   が、更に、（ｋ＋１）番目の次のチャンネルから、同相
   成分Ｉ＿ｋ＿＋＿１及び直角位相成分Ｑ＿ｋ＿＋＿１を
   受取り、Ｑ＿ｋ＿＋＿１成分の符号を反転し、各々のｋ
   番目のチャンネルに対し、Ｉ＿ｋ及びＱ＿ｋデータの対
   及びＩ＿ｋ＿＋＿１及びＱ＿ｋ＿＋＿１データの対の複
   素数乗算を行ない、複素数積の実数及び虚数項を別々に
   累算し、虚数及び実数の和の比の逆正接として、ｋ番目
   のチャンネルに対するΔφ＿Ｋ項を発生する工程を含む
   請求項６記載の方法。 １０、工程（ｃ）が、１番目乃至ｊ番目の位相共投信号
   Δφ＿Ｋを加算して位相補正データ信号φ＿ｊ＿θを発
   生し、位相補正データ信号をビーム・エネルギの平均周
   波数ω＿０で除して、遅延時間Δｔ＿ｊ＿θを発生する
   工程を含む請求項１記載の方法。 １１、何れも励振された時にビーム・エネルギの一部分
   を発生すると共に、反射されて来たエネ　ルギを信号に
   変換する複数個（Ｎ個）の変換器の配列の表面から選ば
   れた距離Ｒの所に、該表面に対する法線に対して角度θ
   で、非均質媒質内にコヒーレント・エネルギ・ビームを
   集束する為に必要な遅延時間に対する位相収差効果の適
   応形減少装置に於て、 選ばれたプローブ・ビームの集合の内の各々異なる逐次
   的な１つのプローブ・ビームを、検査しようとする媒質
   の少なくとも一部分に自然にある散乱部材からはね返さ
   せて、前記配列の略全部の変換器によって受信させる手
   段と、 各々のプローブ・ビームに対し、１≦ｋ≦Ｎとして、（
   Ｎ−１）個の相次ぐ対の隣接する変換器の内の各々に番
   目の変換器からの受信信号を相互相関させて、同数の位
   相共役補正信号Δφ＿Ｋを発生する位相共役処理手段と
   、 前記複数個の位相共投信号Δφ＿Ｋに算術操作を行なっ
   て、距離Ｒ及び角度θに対し、その１つの変換器に関連
   する遅延時間に対する時間補正量Δｔ＿ｊ＿θを発生す
   る手段と、 各々の変換器に付設されていて、この後該変換器に対す
   る時間補正量により、略角度θに方向ぎめされ且つ略距
   離Ｒに集束される、収差を減少した作像ビームを非均質
   媒質内に励振する為の遅延時間を修正する手段と、 各々の変換器に付設されていて、この後、該変換器に対
   する時間補正量により、収差を減少した作像ビームによ
   る励振に応答して、検査される媒質から受信した復帰信
   号の遅延時間を修正して、媒質の表示可能な像を発生す
   る為に収集されたデータの位相収差を減少する手段とを
   有する装置。 １２、前記プローブ・ビームをはね返させる手段が、各
   々のｋ番目の変換器からの受信信号をディジタル・ベー
   スバンド・データ信号に変換する手段を含み、第１の（
   Ｎ−１）個のチャンネルに対する各々の処理手段が、ｋ
   番目及び（ｋ＋１）番目のデータ信号の対を相互相関さ
   せて、ｋ番目のチャンネルからの位相共役誤差信号Δφ
   ＿Ｋを発生させる請求項１１記載の装置。 １３、各々のベースバンド・データ信号が直角データ信
   号であり、ｋ番目のチャンネルの処理手段が、ｋ番目の
   チャンネル及び（ｋ＋１）番目のチャンネルからの１対
   の直角データ信号の複素数乗算を行なう手段を含む請求
   項１２記載の装置。 １４、各々のｋ番目のチャンネルのベースバンド直角デ
   ータ信号が同相成分Ｉ＿ｋ及び直角位相成分Ｑ＿ｋを持
   ち、ｋ番目のチャンネルの処理手段がｋ番目のチャンネ
   ルからＩ＿ｋ及びＱ＿ｋ成分を受取ると共に、（ｋ＋１
   ）番目のチャンネルからＩ＿ｋ＿＋＿１及びＱ＿ｋ＿＋
   ＿１成分を受取る請求項１３記載の装置。 １５、各々の複素数乗算を行なう手段が、 （Ｉｋ＋ｉＱｋ）及び（Ｉ＿ｋ＿＋＿１−ｉＱ＿ｋ＿＋
   ＿１）の積の実数部分及び虚数部分の別々の出力を発生
   する請求項１４記載の装置。 １６、各々の処理手段が、複素数乗算を行なう手段の実
   数部分の出力及び虚数部分の出力を別々に累算する手段
   と、累算した実数部分及び虚数部分の信号の三角比を求
   めて、ｋ番目のチャンネルに対する位相共役誤差データ
   信号Δφ＿Ｋを発生する手段とを有する請求項１５記載
   の装置。 １７、算術操作を行なう手段が、１番目乃至ｊ番目のΔ
   φ＿Ｋデータ信号を加算して、最後に角度θのプローブ
   ・ビームを発生したｊ番目の変換器に対する位相共役補
   正信号φ＿ｊ＿θを作る請求項１６記載の装置。 １８、各々の処理手段がＱ＿ｋ＿＋＿１成分の符号を反
   転する手段を含む請求項１４記載の装置。 １９、各々の処理手段が受取ったＩ＿ｋ，Ｑ＿ｋ，Ｉ＿
   ｋ＿＋＿１並びに符号を反転したＱ＿ｋ＿＋＿１成分を
   記憶する手段を含む請求項１８記載の装置。 ２０、算術操作を行なう手段が、１番目乃至ｊ番目の位
   相共投信号Δφ＿Ｋを加算して、位相補正データ信号φ
   ＿ｊ＿θを発生すると共に、位相補正データ信号をビー
   ム・エネルギの平均周波数ω＿０で除して遅延時間Δｔ
   ＿ｊ＿θを発生するマイクロコンピュータ手段を含む請
   求項１１記載の装置。