JPH02108957A

JPH02108957A - 二相走査音響マイクロスコピーを利用した検査方法及びそのシステム

Info

Publication number: JPH02108957A
Application number: JP1231788A
Authority: JP
Inventors: Frank J Cichanski; フランク　ジェー．シチャンスキイ
Original assignee: Sonoscan Inc
Current assignee: Sonoscan Inc
Priority date: 1988-09-15
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1990-04-20
Also published as: EP0358904A3; US4866986A; EP0358904A2

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】套浬し褌文月− 走査音響マイクロスコープ（ｓｃａｎｎｉｎｇａｃｏｕ
ｓｔｉｃ　ｍ１ｃｒｏｓｃｏｐｅ、　ＳＡＭ）は製造及
び他の産業用途における検査及び品質管理に対する便利
で一般的なツールとなっている。このタイプのより効果
的なデバイスの１つは、Ｃ−モード走査メカニズムを使
用するが、検査下の物体がシリーズの超音波パルスによ
ってインソニファイ（ｉｎｓｏｎｉｆｙ）され、物体か
らの超音波反射が受信され、初期電気信号を生成するた
めに使用される。ここで、「インソニファイ（ｊｎｓｏ
ｎｉｆｙ）　Ｊとは「照射（ｉｒｒａｄｉａ−ｔｉｏｎ
）　Ｊに相当する用語であるが、「照射」は一般的に電
磁エネルギーの分野にて使用され。

本発明の超音波の分野では必ずしも適当な用語とはいえ
ないので「超音波エネルギーによる照射」としてここに
定義する。

この電気信号は、一方、物体の１つのイメージを展開す
るのに使用されるが、このイメージはこの物体内のさま
ざまな遷移レベル上にフォーカスできる。このタイプの
基本システムがマイクロエレクトロニック製造及びテス
ト（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｍａｎｕｆａｃ
ｔｕｒｉｎｇ　ａｎｄＴｅｓｔｉｎｇ）、　１９８７年
６月号に掲載の論文［ダイ接合の左右両側検査のための
高精度ＣＣ−８Ａの使用（Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｐｒｅ
ｃｉｓｉｏｎＣ−Ｓ　Ａ　Ｍ　ｆｏｒ　Ｂ　１ｌａｔｅ
ｒａｌ　Ｉ　ｎ５ｐｅｃｔｉｏｎ　ｏｆＤｉｅ　Ａｔｔ
ａｃｈ）　］において説明される。

反射モードＳＡＭの動作上の１つの難点は、“ソフト（
ｓｏｆｔ）”欠陥とパハード（ｈａｒｄ）”不連続との
判別の問題である。パハード″′不連続は物体内の隣接
する材料よりも硬い中の詰った実体であり、一方、゛′
ソフト″欠陥はスポンジ状の不連続、さらには、ガスポ
ケットあるいは空胴であり得る。殆んどのＳＡＭにおい
ては、これらからの超音波エコーの規模が、これらエコ
ーの位相は区別できるが、類似するあるいは本質的に同
一であるため、これらを区別することが困難である。

あるＳＡＭは片方の位相（極性）のイメージを他方の位
相のイメージにスイッチするための手段を含む。ただし
、これは、ＳＡＭを使用する検査員が入手される全ての
情報の１つの統合されたイメージを見ることができない
ため満足できるものではない。

発明の目的本発明の目的は、従って、物体内の少なくとも１つのレ
ベルからの超音波エコー内に存在する全ての情報を反射
タイプの走査音響マイクロスコープにおいて使用して物
体内の１′ハード″及び１′ソフト″不連続を同時に区
別して示す１つの統合された表示を生成するための新た
な改良された方法及びシステムを提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、超音波エコーからの全ての
位相情報を振幅情報と同時にこれを統合されたイメージ
内で保存し使用するための単純で製造コストが低く動作
の信頼性が高い新たな改良されたディスプレイ方法及び
システムを提供することにある。

見胛夙東夏従って１本発明の一面は、物体の内部構造を以下のステ
ップから成る反射モード走査音響マイクロスコピーによ
って調べる方法に関する。より詳細には、この方法は、（Ａ）超音波周波数及び所定の規模のシリーズの音響パ
ルスを生成するステップ、（Ｂ）物体をステップＡからの音響パルスにて物体を所
定のタイミングにて所定の走査パターンに従ってインソ
ニファイするステップ。

（Ｃ）この物体から反射された超音波パルスエコーを受
信し、この超音波パルス　エコーのそれぞれ規模及び位
相を表わす変動する振幅及び極性のシーケンスの電気パ
ルスから成る初期電気信号を展開するステップ、及び（
Ｘ）物体の構造を表わす１つの統合されたイメージを生
成するステップを含み、この統合されたイメージがこの
物体の少なくとも１つの深さレベルに対する音響インピ
ーダンス遷移の位置、規模、及び方向を同時に示し、こ
こで、（１）このイメージ内の音響遷移の位置及びこの物体内
のイメージ　レベルがこの初期電気信号内のパルスのタ
イミングによって決定され、（２）この物体の表面の所及び内部の異なる音響インピ
ーダンス間の遷移がこの初期電気信号内のパルスの振幅
によって決定され、そして（３）この物体の表面及び内部の所の遷移の音響インピ
ーダンスの増加及び減少がこの初期電気信号内のパルス
の極性によって決定される。

本発明のもう一面は超音波周波数及び所定の規模のシリ
ーズの音響パルスを生成するためのトランスジューサ手
段、この音響パルスを所定のタイミング及び所定の走査
パターンに従って物体に向けこれをインソニファイする
ための音響走査手段、及びこの物体から反射される超音
波パルス　エコーを受信しこの超音波パルス　エコーの
それぞれ規模及び位相を表わす変動する振幅及び極性の
初期電気信号を展開するための受信機手段を含むタイプ
の走査音響マイクロスコープのためのディスプレイ　シ
ステムに関する。このディスプレイ　システムは、この
受信機手段に接続されこの初期電気信号の振幅を極性と
独立して表わす振幅内容信号を生成するための増幅器手
段、該受信機手段に接続されこの初期電気信号の極性を
振幅と独立して表わす極性内容信号を生成するための比
較器手段、及びこの内容信号によって起動されるこの物
体の１つの統合されたイメージを表示するためのディス
プレイ手段を含むが、ここで、異なる位相のエコーがそ
こから起こる物体の少なくとも１つの深さレベルに対す
る音響インピーダンス遷移がこれらエコーの規模が類似
しいくら接近していてもイメージ内において互いに鮮明
に区別される。

大嵐■ 超音波反射モード走査音響マイクロスコープ（ｒｅｆｌ
ｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ａｃｏｕ
ｓｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、　ＳＡＭ）におい
ては、目標物体に送くられる一連の超音波パルスは、パ
ルス発生器、マツチング網、及び他の関連する回路を含
む適当な手段によっである与えられた波形を取るように
される。単一、複数、あるいは変調された周波数のバー
スト、及びさまざまな期間のバーストを含む多くのさま
ざまなパルス　フォーマットが使用されるが、さまざま
な理由によって最も頻繁に選定される音響パルス形式１
０は、第１図に示されるようなデイツプ（−時的極小点
）１１から開始し、次に鋭い上昇１２．そして最後にも
う１つのデイツプ１３を持つパルス形式である。

パルス１０は良好な時間的分解能を達成するのに要求さ
れる非常に短期間の不連続パルスを得るため最小量の外
来周波数成分を持つようにできる。殆んどの媒体におい
ては、サイドバンドの低減はプラスの効果を持つが、こ
れは、グループ遅延歪（時間的な異なる周波数成分の分
散）の量を最小に押さえ、従って、最も鋭いリターン　
エコーが達成できるためである。ただし、単一の純粋な
周波数のソースがすばやくオン・オフされると、結果と
しての出力信号は、これが電気的なものであるか、音で
あるかに関係なく、もはや同一の純粋な周波数ではなく
なる。オン　ゴーイング（ｏｎ−ｇｏｉｎｇ）及びオフ
ゴーイング（ｏｆｆ−ｇｏｉｎｇ）　の期間を通じて、
あるレンジの周波数成分が生成される。一方においては
、この信号をできるだけはやくオン及びオフすることが
、このパルスが時間内の鋭い単一事象となるために必要
である。そして、他方においては、このパルスを鋭く離
散したものにするだめに新たな周波数が導入されないこ
とが要求される。この両者は相反するものであり、これ
らの間の最良の妥協が概むね第１図に示されるような形
状１０のパルスである。

音響パルスが任意の不連続（これがそれを通じて伝わる
媒体の音響インピーダンスの任意の変動）に遭遇すると
、このエネルギーの一部が反射される６反射モード音響
マイクロスコープが受信するのはこれらエコーであり、
これを使用して、目標物体の内部形状のイメージが表示
される。このリターン　パルス内にはさまざまなタイプ
の情報が存在する。

放射と受信の間の時間遅延はこの不連続の深さ、あるい
は伝搬の方向の距離の正確な指標を与える。そこからこ
のパルスが回復された位置もまた時間の関数であり、イ
ンソニフィケーション（ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ
）の方向に垂直の２つの次元内のこの不連続のマツピン
グを可能にする。このパルス　エコーの規模は、不連続
のサイズ（これが反射の位置の所の音響パルスに概むね
等しいかこれ以下である場合）、及びこの不連続間での
音響インピーダンスの差異の両方に関連する。これが通
常ＳＡＭシステムにおいて使用される情報である。

他のタイプの情報も反射された音響パルス内に存在する
。これはより微細なものであるが、これらエコーの解釈
に非常に重要である。それはこの信号の位相である。第
１図は、パルス１０の中心ピーク１２を上方向に向いた
圧縮（ｃｏ　ｍ　ｐｒｅｓｓｉｏｎ）として示す。実際
には、この方位は、慣例的なものであるが、まったく任
意的なものである。この音響パルス１０は、圧縮／希薄
化の反転されたシーケンスとして表わせるのみでなく、
オシロスコープを同等の精度にてパルス１０に対応する
電気信号を反転形状に示すように構成することも可能で
ある。ただし、固定され一貫した基準フレームの制約内
においては、音響パルスからリターンするこれらエコー
は殆んどの場合、単に元のパルスのより小さな振幅にす
ぎない（個々のエコー内には非常に小さなエネルギーが
リターンする）、さらに、これら縮小された反射コピー
は、゛′アップ　サイド　ダウン（ｕｐ−ｓｉｄｅ−ｄ
ｏｗｎ）　”であったり、“アップ　サイド　アップ（
ｕｐ−ｓｉｄｅ−ｕｐ）”であったりする。

あるエコーが“アップ″にリターンするか、″ダウン１
′にリターンするかは、任意的なものではない。超音波
のパルスがこれがその前に伝搬したより高い音響インピ
ーダンスの領域に遭遇すると、このエコーは″アップ”
となる、他方、インピーダンスが増加されるのでなく減
少された場合は、このエコーは゛′ダウン″となる。オ
ープン不連続の極端のケース、例えば、ガス空間あるい
は真空の場合は、このエコーは“ダウン″となり、基本
的に全てのエネルギーがリターンされる。

つまり、事実上、エネルギーはこの不連続を超えては伝
搬されず、非常に強い反転エコーがリターンされる。

第２Ａ図及び第２Ｂ図内に図解される２つのＳＡＭ状況
について考察する０個々の図面内において、想定形状１
０の一連の超音波パルス１４が、プラスチック／金属薄
膜の内部構造を調査するために使用される。第２Ａ図に
おいては、プラスチック１５は、金属部材１６に一貫し
て良好に接合されていると想定される。一方、第２Ｂ図
においては、プラスチックと金属の間に空胴１７が存在
する。

第２Ａ図においては、プラスチックが水より高い音響イ
ンピーダンスを持つために第１のシリーズのエコーある
いは反射２１が起こる。個々のエコーはアップライトに
リターンする。これについてはパルス形式２ＬＡを参照
のこと、水からプラスチックへのインピーダンスの変化
は、音響インピーダンスの増加に関しては限られたもの
であり、限られた一部の超音波エネルギーのみがエコー
２１内にリターンする。より大きな規模の反射２２が、
ビーム１４がプラスチック／金属界面の所の不連続に遭
遇したときに起こる。ここでは、接合は良好である。こ
の金属のより高い音響インピーダンスはエネルギーの大
部分をここでもアップライト　モードにてリターンする
。これについてはパルス　エコー２２Ａを参照のこと。

金属１６をパスしたバス　シーケンス１４の残りのエネ
ルギーが出口側の所で水に遭遇した場合、結果として、
異なる反射２３が起こる。ここでも、インピーダンスの
不一致が存在するが、この場合は、水のインピーダンス
が金属のインピーダンスより非常に小さなため位相が逆
になる。これについてはパルス波形２３Ａを参照のこと
。

第２Ｂ図においては、プラスチックが水より高い音響イ
ンピーダンスを持つためエコーあるいは反射２１がリタ
ーンする。このエコーは、第２Ａ図の場合と同様に、パ
ルス２１Ａによって示されるようにアップライトにてリ
ターンする。しかし、パルス１４がプラスチック１５の
裏面に到達したとき異なる反射２４が発生する。金属１
６は定位置にあるがプラスチック１５に接合されてない
。そして、オープン不連続１７が存在する６空胴１７は
、真空であるか空気があるかに関係なく、超音波を伝搬
せず、従って、全ての入射エネルギーを反射２４内にエ
コーする。換言すれば、空胴１７の音響インピーダンス
はＯである。さらに、このエネルギー　エコーであるパ
ルス波形２４Ａは反転される。

第２Ａ図及び第２Ｂ図の個々のケースにおいて、プラス
チック１５の裏面に当る音響エネルギーは同一であり、
これはＡ１と呼ばれる０個々の反射パルス（例えば、２
１Ａ。

２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ）の振幅は、以下の式によって
決定できる。

ＡＲ＝Ａ＋　　（Ｚｚ　　　Ｚｔ）／　　（Ｚｚ＋　Ｚ
ｉ）ここで、ＡＲはエコーされたエネルギーを表わし、
Ｚｌは第１の材料（プラスチック１５）の音響インピー
ダンスであり、そしてｚ２は第２の材料（材料１５ある
いは空胴１７）のインピーダンスである。典型的な値を
選択すルト、Ｚ１＝３ｘｌＯ’がｆｌられる。　第２Ａ
ｌｆｆｌにおいては、ＡＦＩ＝１７／２３＝０．７４　
（１に近い値）であるが、第２Ｂ図においては、ＡＲ＝
−３／３＝−１である。これら値は概むね同一の規模を
持つ。第２Ｂ図に対する−の符号は信号の反転を示す。

第２Ａ図及び第２Ｂ図に図解される２つのケース間の差
の決定は、幾つかの物体を調査するにあたって非常に重
要である。この−例として、サンプル内に“ハード（ｈ
ａｒｄ）　”スペックが含まれるが同一サイズの″ソフ
ト（ｓｏｆｔ）”スペック、あるいは空胴が含まれるか
を弁別することができる。位相反転が弁別できないかぎ
り、どのタイプが存在するが決定することは困難あるい
は不可能である。

規模及び位相の両方に適用できるインソニファイング　
パルスを反射する内包物の音響インピーダンスの変動の
効果は非常に興味深い。インピーダンスが周囲の媒体の
インピーダンスと等しい場合は、いずれの極性のエコー
もリターンされない。片方が前の媒体の音響インピーダ
ンスの２倍のインピーダンスを持ち、他方がこの音響イ
ンピーダンスの半分のインピーダンスをもつ２つの異な
る内包物を置くと、この内包物からリターンするエコー
は本質的に同一の規模を持つ、これは基本的にはこれら
の“絶対値″を取る。つまり、これらの符号を無視する
数学的な操作である。ただし、エコーの位相を符号とし
て使用すると、この符号をもつ振幅をデカルト空間（ｃ
ａｒｔｅｓｉａｎ　５ｐａｃｅ）にマツピングし、調査
される物体の内部構造のより意味のある像を得ることが
できる。これらエコーは、レンジの一端の反転した信号
、小さな規模の信号、レンジの中心のゼロ振幅１久第に
増加する振幅、そしてレンジの他端の大きな非反転振幅
までの１つの自然連続体を形成する。輝度及び色彩、あ
るいはこの２つの組合せを使用して、提供される全ての
情報を同時に１つのディスプレイ上に統合し、走査され
た物体の１つあるいは複数のレベルを示すことによって
、従来のＳＡＭディスプレイと比較してより多くの情報
を含み、解析が簡単なイメージを得ることができる。−
度に１位相の従来の振幅のみのＳＡＭイメージは感情ス
トレスの程度は決定できるが、痛みと喜びを区別するこ
とができないポリグラフのようなものである。従って、
位相の検出、及び反射モードＳＡＭの動作中に同時に全
ての位相データの意味あるディスプレイ／解釈を与える
ことの両方が要求される。

電気信号の振幅及び極性のそれぞれは種々の周知の方法
によって決定することができる。ただし、超音波マイク
ロスコピーの特性から　これら技術の幾つかは有効でな
くなる。

つまり、リターンされるエコーは、実際には、１つでは
なく、数個のエコーが互いに横方向あるいは軸方向に変
位したインソニフィケーションの円錐内の少し異なる位
置から来る。横方向の変位は、通常、厳密に焦点ポイン
トの所にない不連続の延長シートから来る。この場合、
全てのエコ一部分は同時に到達する。

区別が要求されるのは数個のエコーの軸方向の変位であ
る。これは電子ゲートによって、多くの形式を持つデバ
イスによって行なわれる。ＳＡＭの音響受信機の前方の
機械的ゲーティングは現実的でないため、任意の全ての
反射信号は音響センサ上に当るようにされ、この音響セ
ンサはＳＡＭ内の初期電気信号を展開する。予備ゲーテ
ィングは単に目標とされるゲーティング間隔のシーケン
スに対応する時間期間だけ受信機の動作を起動すること
によって達成できる。もう１つのゲーティング技術にお
いては、受信機トランスジューサが継続して動作され、
任意の全てのエネルギー　エコーを表わす電気信号が生
成されるが、ここで、ゲーティングは仮想ゲートの開閉
の瞬間に発生する信号のみを読むことによって達成され
る。ゲーティングは電気信号を所定のゲーティング期間
を通じてのみ積分あるいは他の処理を行ない、この結果
を存在する信号を決定するために使用することによって
も達成できる。これらの方法あるいはこれらの変形の任
意の方法が十分に設計された場合は満足のできる結果が
期待できる。これら及び他のゲーティング技術は、より
改良されより多くの情報を含むディスプレイを得るため
さまざまに組合せて使用することもできる。

時間的なゲーティングウィンドウ″の達成はさまざまな
方法によって可能であり、またさまざまなシステム内で
可能である。一般的な３つのモードは以下のとおりであ
る。つまり、１）音響パルスの送り出し時間からの精密な遅延による
モード、２）最初のリターン　エコー（目標の外側表面の所）の
時間からの精密な遅延により、その後のエコーの深さの
“内部標準（ｉｎｔｅｒｎａｌｓｔａｎｄａｒｄ）　”
を得るモード、及び３）最初の２つの手段のいずれかか
ら最初のタイミングを取って一連のゲーティング期間を
取り、ビームウェスト分解能（ｂｅａｍｗａｉｓｔｒｅ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ）等の制約内で複数のレベルの視野を
展開するモードがある。本発明はこれらのゲート　ウィ
ンドウのいずれも導入することができ、特に、複数のメ
モリ　プレン　オプションが含まれる場合はそうである
。

通常電気信号の極性によって表わされる音響パルス　エ
コーの位相の検出において発生する複雑さは、ゲーティ
ング期間３４が第３図に示されるように反射信号３０の
最初の３つのエクスカーション（偏位）３１及び３２に
よって切れる場合（あるいは最後の２つのエクスカーシ
ョン３２及び３３の所で切れる場合）は、ゲーティング
期間３４内の最大のエクスカーションの読みがより大き
な中心ピーク３２とならないことである。つまり、ウィ
ンドウ３４が誤って置かれると、このパルスがその主要
要素としてより小さな終端の谷３３（あるいは対応する
より小さな終端あるいは開始の所の谷）から成るものと
解釈されてしまう。ただし、この終端及び開始のエクス
カーション（３１及び３３）は、各々が大きな中央エク
スカーション３３の位相と反対の位相（極性）を持つ。

従って、この位相あるいは極性の読みは、このゲーティ
ング方法が十分に同期されてない場合はエラーとなり、
対応するパルス形状の半分あるいはそれ以上を切り落す
こととなる。

電気信号の極性によって表わされる反射超音波信号の位
相を決定するためのさまざまな方法が存在する。１つの
単純な方法は、“フリップ　フロップ　フリップ（ｆｌ
ｉｐ−ｆｌｏ　ｐ−ｆｌｉｐ）″技術である。この方法
は、非常に高速の方法であるが、さまざまなエクスカー
ションの振幅の正確な測定値あるいはこれらの比較には
依存しない、これは以下を想定する。

１）エコーのパルス形式が検出のために十分に大きな３
つのエクスカージ、ヨンのみを含み、これらがデイツプ
／ピーク／デイツプあるいはピーク／デイツプ／ピーク
のいずれかである。

２）時間的に十分に接近した他のエコーが存在せず、こ
のパルスの最初のあるいは終端のエクスカーションが検
出できる規模以下に相殺される。

３）ゲーティングが明らかに、そして正確に３つの全て
のエクスカーションを欠くことなく含み、また任意の外
側のエコーからのスプリアス　エクスカーションを含ま
ない。

４）メモリ　セルの状態が任意の検出可能なエクスカー
ションによって変えられる。ここで、“検出可能″とは
、そのヒステリシスより大きな信号強度、あるいはセル
の応答しきい領内の故意的な゛デッド（ｄｅａｄ）　”
あるいは“バックラッシュ（ｂａｃｋｌａｓｈ）”ゾー
ンを意味する。

このフリップフロップフリップ法は、メモリ　セルの状
態をこのエコーパルス波形に起因するゼロ　クロシング
（ｚｅｒｏ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ）の方向と一致するよう
に反転させ、この状態を再度反転されるまで保持する。

これは、中央の正のエクスカーション１２の振幅が隣接
する負のエクスカーション１１及び１３の規模より大き
いことを１１知ることなしにあるいはこれと関係なく″
第１図に示される波形１０のパルスに対して゛１ダウン
／アップ／ダウン（ｄｏｔｚｎ−ｕｐ−ｄｏｗｎ）　”
にフリップ（及びフロップ）する。このメモリ　セルは
（摂動されることなく、そしてされるまで）十分に長い
期間パダウン”に放置されるため、単純な否定によって
このエコー　パルスの波形が１′アツプ　サイド　ダウ
ン″であったことを決定できる。

フリップ　フロップ　フリップ法の欠点には以下が含ま
れる。

１）それに対してゼロ　クロシングが決定される注意深
く調節した″ゼロ”ドリフトフリーが必要とされる。こ
のゼロ　クロシング　レベルは一般エコー場のレベルを
追跡することが要求され、そして強い信号による誤った
レベルにパ励起（Ｐｕｌｌｐｅｄ）　ｙｔされてはなら
ない、つまり、これは敏活なり、Ｃ，回復能力を持たな
ければならない。

２）フリップ　フロップ　フリップ技術は、これが３つ
のエクスカーションの交替に隷属的に依存するため複合
信号によって簡単にだまされやすい。

３）他の多くの方法と同様に、ゲート　ウィンドウの置
きがたが十分に正確でないと失敗する。ただし、この方
法が成功する可能性は、１つの完全な３部エコーが得ら
れ、このエコーが本質的に単一なものであり目標材料の
既知の深さから来るような条件下においては非常に高いもう１つのより良い方法は″比較シュアル積分（ｅｏｍ
ｐａｒａｄ　ｄｕａｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）信号法
と呼ぶことができ、これはより多才的である。この方法
は、好ましくは、２つの整流器、２つの積分回路、複数
のバッファ増幅器、及び１つの比較器から構成される。

これは、所定のゲート期間の間を除いて積分器に信号が
与えられないことを保証、あるいは反対に、所定のゲー
ト期間を除いて信号が存在した場合でも両方の積分器を
電気的グラウンド（ｅｌｅｃｔｒｉ−ｃａｌ　ｇｒｏｕ
ｎｄ）付近にクランプするゲーティングを採用する。こ
の積分の目的は反対の極性のピークの振幅の比較をこれ
らが時間的に一致しない場合でも可能とすることにある
。この積分器は個々のピークをこれら振幅が比較できる
のに十分に長い間格納する。負に向う信号が優勢である
場合は、この比較器は片方の方向にスイングする。逆に
、正に向う信号が優勢である場合は、この比較器は他方
の方向にスイングする。ゲーティング期間が終了すると
、積分器がこれらの休止値に″リーク（漏れ）″バック
する前に（あるいはこれらが作為的にグラウンド付近あ
るいは別の゛選択された″ゼロ”レベルに再クランプさ
れる前に）、比較器の出力が反射された超音波信号の位
相に対応する極性を知るために調べられる。

この比較シュアル積分法の１つの長所は。

フリップ　フロップ　フリップ法の場合のようにこれら
の極性の変化に対するある振りつけ的な仮定に依存する
のでなく信号エクスカーションの振幅が調べられること
である。さらに、比較シュアル積分法はゲート　タイミ
ングに対してより寛容である。３つの全てのエクスカー
ションがゲートされることは必須ではなく、個々のエコ
ー　パルス内の大きな中心エクスカーションのみが必要
とされる。

事実、スプリアスを含む悪質な歪をもつエコー、及びさ
らには失われたあるいは圧縮された領域がある場合でも
、中心エクスカーションがエネルギー的に優勢であり、
ゲート期間内に十分に表わされている場合はうまく処理
することができる。

幾つかの短所も存在する。この信号振幅は整流器（典型
的には０．１５から０．３５ボルトのしきい値を持つ中
あるいは低ショットキダイオード）のしきい値電圧のひ
ざを超えるのに十分に高いものでなければならず、そう
でない場合は、このしきい値電圧を補償するための他の
方法を使用することが要求される。さらに、積分要素、
使用されるクランプ回路の高安定性、及び比較器の高速
対称応答の間の良好なバランスが要求される。また。

ゲーティングは他の方法と比較するとそれほど大変なも
のではないが、いかなる方法であってもそこに存在しな
いものをみることはできないため、エコーの中央部分が
含まれることが必須である。

信号の振幅（位相でなく）に関しては、比較シュアル積
分法はエコー信号を陰極管などのイメージ　ディスプレ
イのためにデジタル化する前に要求されるサンプル保持
回路を必要としないといううまみがある。比較器に供給
されるのと同一の信号が演算増幅器にも加えられ、これ
らの極性が適当に条件付けされ、（エクスカーションの
両方の方向を含めて）総ピーク値が総和され、これらが
自動的に既に位相の極性の検出のために使用されている
積分器によるデジタル化のために保持される。

位相あるいは極性情報の効果的な使用に含蓄されるもの
は、この情報の便利で意味あるディスプレイである。デ
ジタル化の好ましい方法は、負及び正の極性（位相）の
信号を１つの連続体の両端に表示する。位相（極性）比
較器の出力は、個々の生成されたバイトのデジタル語内
の最上位ビットとして、及び下位ビットの１の補数の逆
に対するコントロールとしての両方に使用される。こう
して、生成バイトは、このサイズと無関係に、エコー信
号の極性及び振幅の広いレンジをマツプできるようにさ
れる。このバイｌ−の２進値は、最も大きな反転された
エコー振幅から最も小さな振幅（エコーが存在しない状
態）にレンジするとき、００００ｘｘｘ００ｏから０１
１１ＸＸＸ１１１に滑うカニ変化シ１次に、これが最も
小さな非反転エコーから最も大きな非反転エコーに進む
と、１０００　Ｘ　Ｘｘｏｏｏから１１１１ＸＸＸ１１
１ｋｍ滑らかにカウント　アップする。（ここで、”ｘ
ｘｘ”は通常の２進カウント　シーケンスでの任意の数
の中間値ビットを表わす）。補数エコー値の同時である
が区別されたディスプレイの長所は、信号の解釈上の非
常に大きな向上であ、る。いったん、モノトニックの連
続体に構成されると、これら数は以下のさまざまなタイ
プの処理に使用することが可能である。

１）音響インピーダンスの直接マツピング２）構造タイ
プ認識ソフトウェア３）オペレータにサンプル材料の本質についての情報を
明瞭に感覚的に与える疑似カライメージによるカラー　
マツピング。

上記の説明から１本発明は物体内の内部構造を反射モー
ド走査音響マイクロスコピーによって調べるための方法
に関することが明らかであるが、本発明は以下のステッ
プのさまざまな組合せ、つまり、Ａ、　超音波周波数及び所定の規模のシリーズの音響パ
ルスを生成するステップ、Ｂ、　所定のタイミングにて
所定の走査パターンに従って物体をこの音響パルスにて
インソニファイングするステップ、Ｃ１物体から反射される超音波パルスエコーを受診し、それぞれこの超音波エコーの規模及び
位相を表わす変化する振幅及び極性のシーケンスの電気
パルスから成る初期電気信号を展開するステップ、Ｄ、　さまざまな目的及び効果のためにこの初期電気信
号をオン・オフに、ステップＥ及びＦ（下記）の積分の
前、及び／あるいはこの後に、この積分との関連で及び
これと同時にゲーティング動作するステップ。

Ｅ、　初期電気信号内の正に向うパルスの積分によって
反射された超音波エネルギーの第１の位相を表わす正の
極性のサブ信号を展開するステップ、Ｆ、　初期電気信号内の負に向うパルスの積分によって
反射された超音波エネルギーの第２の位相を表わす負の
極性のサブ信号を展開するステップ。

Ｇ、　この２つのサブ信号を極性に独立して絶対規模ベ
ースにて結合して振幅内容信号（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　
ｃｏｎｔｅｎｔ　ｓｉｇｎａｌ）を展開するステップ、Ｈｏ　振幅及び極性の組合せのベースにてこの２つのサ
ブ信号を比較して極性内容信号を展開するステップ、工、　極性内容信号に従って振幅内容信号を修正するこ
とによってこの振幅内容信号の２倍のレンジを持つ１つ
のデータ連続体から成るイメージ信号を展開するステッ
プ、及びＸ、　最後に、物体を表わす１つの統合された
イメージを生成するステップから成るが、この統合イメ
ージは、同時に、この物体の少なくとも１つの深さレベ
ルに対する音響インピーダンス遷移の位置、規櫂、及び
方向を同時に表示する。この統合イメージ内において、１、　イメージ内の音響遷移の位置及びこの物体内のイ
メージ　レベルは初期電気信号内のパルスのタイミング
によって決定され、２、　この物体の表面の所及び物体内の異なる音響イン
ピーダンス間の遷移はこの初期電気信号内のパルスの振
幅によって決定され、そして３、　この物体の表面の所及び内部の遷移内の音響イン
ピーダンスの増加及び減少はこの初期電気信号内のパル
スの極性によって決定される。上に記述の技術に対して
状況に応じて幾つかの修正を行なうことが可能である。

２つの主なものとしては、１）直接のゲートを全く持た
ないパ比較シュアル積分″法の使用があるか、これは、
単に、選択された期間においてそれぞれ極性比較器及び
位相及び振幅に対する振幅増幅器に尋問を行なう、２）これらデバイスのあるいはこの積分器の高速問い合
せ（１パルス期間を通じて何回も、あるいは少なくとも
情報理論の要件を満すのに必要な回数、つまり、少なく
とも要求される情報のバンド幅の周波数の二倍）を行な
うか、より長い期間を通じてのこうして得られた情報の
積分あるいは組合せを行う。この増幅器及び比較器の多
重問い合せ及び得られた結果の積分あるいは組合せは、
デジタルあるいはアナログ形式のいずれによっても可能
である。デジタル形式の場合は、この振幅情報は個々の
問い合せ時に直接にデジタル化され、ここでのペナルテ
ィは、単に非常に高速のアナログ／デジタル変換回路が
必要となることである。この位相情報は、生来的にデジ
タルであるが、あるケースにおいては、ジッター（ｊｉ
ｔｔθｒ）であり得る。ただし、このスキームにおいて
は、これは大多数論理によってノイズが除去される。ア
ナログ技術においては、この振幅情報は個々の時間にサ
ンプルされ、チャージ蓄積の方法によって総和され、こ
の結果がこのより長い期間の終了時においてのみデジタ
ル化される。

この高速複数問い合せ法の優れた点は、そうでなければ
この信号値内であまり優勢でない非常に狭いピークを含
む可能性のある時間の非常に小さな断片に対しても等し
い重みが与えられることである。また、含まれるシーケ
ンス値を個々に順番にそれらがあるしきい値より大きい
か、また、これらが今まで得られた中で最も大きな値で
あるか調べることが可能である。こうして、エコーの任
意のシーケンスを通じて、最も大きなエコーをキュー（
ｑｕｅｕｅ）にアセンブリすることができ、これらに個
々の検出された事象のフライト時間を表わす１つのパラ
レルのデジタル　キューが付随する。゛′ゲート″自体
に対する必要性は排除される。このため、小さなグルー
プの最も優勢のエコーがエコー場を決定し、ここでもビ
ームウェスト／分解能基準の制約内においてラフで簡単
な形式の断層写真を得ることを可能とする。

本発明による方法の特に興味深い点は以下の通りである
。

１）反射された超音波パルス信号の両方の位相が検出さ
れる。

２）この情報の１つのフォーマットへの処理において、
このフォーマットがこれらエコーに対する振幅の意味で
のこの情報の連続体及び位相（極性）情報の両方を保存
し、従って、この情報がデータ処理法を通じてさらに符
号化あるいはパッケージングすることなく自由に移動で
きる。

３）１つの統合されたディスプレイが与えられるが、こ
れは、エコーの両方の位相（極性）を検査員が瞬時に判
別できるように位相と振幅の直感的関係を保持するよう
編入し。

さらに実際のディスプレイを視覚化するために疑似カラ
ー　マツピングを使用（ないかぎり、それ以上の符号化
あるいはパッケージングは要求されない。

４）両方の極性の検出及び比較は本質的に同時に行なわ
れる。

５）本方法の他の価値ある構成への拡張、例えば、エコ
ー評価の周波数範囲の拡張、ゲートの潜在的排除、生の
形式（ビームウェスト幅及び見掛はスポット　サイズの
制約内）及び処理された形式（特に従来の直接スポット
　サイズ制約のレンジの外側にあるときの比較的簡単な
隣接サンプル関係トモグラフ再構築による）両方におけ
る受信されたエコーの複数の層あるいは高さの一つの比
較的単純なパッケージによる分析が可能である。この拡
張方法としては、上に説明のような検出器出力の問い合
せの速度及び倍率の変更のような修正が望まれる。

１つの単純なケースとしてゼロから１ボルトへの入り振
幅を取り、デジタル形式に変換する３ビツト　アナログ
／デジタル変換器（ＡＤＯ）について考察する。この場
合、降番順に以下の８つの状態のみが可能である。

最大電圧（１ボルト）高中間電圧高中間電圧中レンジ電圧中レンジ電圧低中間電圧低中間電圧ゼロに近い電圧ここで第４Ａ図を参照されたい。勿論、この順番は逆に
することが可能である。エコーパルスのこの絶対規模が
使用された場合、負及び正の信号の重複が存在する。両
方のタイプの強い不連続がスケール上に高く読まれるが
、これらは本質的にはハードとソフト不連続あるいは遷
移の間の区別をすることが不可能である。

本発明の好ましい方法においては、上のステップＧ、Ｈ
及び工に対しては、位相極性ビットが１つの追加の最上
位ビット、この場合には、第４番目のビットとして使用
される。

このビットが１”であるかぎり、残りの３ビツトは変換
されず、そのままにされる、これが１１０１１の場合は
、元の３ビツトが反転されるにうして、この符号化が負
の方向にも拡張され、最も負の信号が最も正の信号の反
対側に表わされる。これが第４Ｂ図に示されるが、ここ
でこの新たな最上位ビットは括弧内に包囲された初期ビ
ットである。このビットがゼロである場合は、これに続
くビットは単に元の規模カラム内のこれらの補数である
。

鳳−」１０　］、０００゜ユ豆　　−口＋　　　最も正＋＋＋　　　　　　中　　間＋＋＋＋　ゼロ又はやや正ゼロ又はやや負中　間（負）最も負一変一一一進一（１，）１１１゜（１）１１０゜（１）１０１゜（１）１００゜（１）０１１゜（１）０１０゜（１）ＯＯ１。

（１）０００゜（０）１１１゜（０）１１０゜（０）１０１゜（０）１００゜（０）０１１゜（０）０１０゜（０）ＯＯ１。

（０）０００゜この同一のスキームは、第４Ａ図及び４Ｂ図に説明及び
図解される３ビツトの代わりに任意のサイズの語長に直
接に拡張することができるが、この最終的な結果として
、正及び負の極性が両端に来る１つのデータ連続体が与
えられ、このデータ連続体は簡単に解釈が可能な視覚イ
メージを生成するために簡単に使用できる。

これらエコーの位相極性を示すためのキーとして１つの
グレイ　スケールがＣＲＴディスプレイのエツジの所に
置かれた場合は、これは第５Ａ図に図解されるようなも
のになる。このグレー　スケールあるいは輝度連続体は
最も上が非常に暗く、正の極性の最大振幅エコー信号に
対応する。この底は非常に明るく、最大振幅の負の極性
のパルス　エコー信号を表わす、勿論、この輝度連続体
は反転することが可能である。中間値はグレーのレンジ
である。上に説明のように、適当な長さのデジタル　バ
イトにてより多数のグレートーンを与えることができる
。より高い及びより低いインピーダンス形状の両方を含
む１つのイメージが画面上に現れた場合、これらは互い
に全く異なってみえる。つまり、第５Ｂ図に示されるよ
うに、イメージ４０内において、低インピーダンスの不
連続あるいは欠陥４１、例えば、空胴は非常に明るく示
される。黒スポット４２として示される高インピーダン
ス遷移はある″ハード″内包物であろう、イメージ４０
は、こうして両方の位相のエコーを同時にさらに符号化
あるいはパッケージングを行なうことなく観察者にとっ
てすばやく簡単に解釈できるような方法にて含む、同様
な好ましい効果が第５Ａ図のグレースケールの代わりに
イメージに対するカラースケールを使用することによっ
ても実現あるいはさらに改良できる。さらに、音響的に
走査された物体内の異なるレベルは、イメージ４０内に
多重化された個々の中の変化する輝度の異なる色の組合
せとして示すことができ。

これによってこの物体に関する最大の情報を提供するこ
とができる。

第６図は本発明の１つの実施態様に従って作成されたデ
ィスプレイ　システムを導入する走査音響マイクロスコ
ープ５０の略ブロック図である。ＳＡＭ５０はタンク５
１を含むが、この一部に音響媒体５２が満される。この
媒体５２には通常は水が使用さ、れるが、他の液体を使
用することも可能である。マイクロスコープ５０によっ
て調べられる物体５２は媒体５２内に保持されるが、簡
略の目的でサポートは図示されてない。目標物体５３は
金属部材５５に接合されたプラスチック部材５４から成
る。一般に、部材５４と５５の間の接合５６は良好であ
る。ただし、部材５３は、プラスチック５４と金属５５
の間に１′ハード″不連続５７及び″ソフト″不連続５
８を含むように示される。このソフト内包物５８は空胴
であり得る。

ＳＡＭ５０は目標物体５３のすぐ上に位置する音響媒体
５２内に延びるトランスジューサ　ユニット６１を含む
、トランスジューサ６１は超音波周波数及び所定の規模
の一連の音響パルスを電気入力信号に応答して生成する
ための出カドランスジューサを含む。トランスジューサ
　ユニット６１はまた物体５３からの超音波パルス　エ
コーを受信するための受信機を含むが、この受信機はこ
れら超音波エコーのそれぞれ規模及び位相を表わす変動
する振幅及び極性のシーケンスの電気パルスから成る初
期電気信号を展開する。このトランスジューサ　ユニッ
ト６１の構造は、ごく普通のものでよく、ここには詳細
に示されない。通常、ユニット６１内の出カドランスジ
ューサ及び受信機は１つの物理的機構を共有するが、こ
れはある時間は電磁スピーカーと同じように機能し、残
りの時間は電磁マイクロホンと同じように機能する。

第６図のＳＡＭ５０はさらにゲート６４に接続された超
音波電気信号発生器６３を含む。ゲート６４はタイミン
グ信号発生器６５から派生される第２の入力を持つ。ゲ
ート６４は適当なパルスを生成し、ゲート６４からトラ
ンスジューサ　ユニット６１に供給される電気信号が要
求される波形、周波数、及びタイミング特性を持つよう
にするために必要とされるタイプの追加の回路１例えば
、マツチング網及びパルス定義及び成形回路を含む、前
述のごとく、トランスジューサ　ユニット６１からの音
響パルス出力に対する好ましい波形は第１図に示される
ようなものである。

走査音響マイクロスコープ５０はまた矢印Ａ及びＢによ
って示されるように目標物体５３を横断するようにトラ
ンスジューサ　ユニット６１を移動させるための適当な
走査機構を含む。この走査機構はトランスジューサユニ
ットの超音波パルスの出力が物体５３に向うようにし、
これによってこの物体が所定の走査パターンによってイ
ンソニファイされる。この目的に最も適当な走査機構が
本発明の発明者であるフランク、Ｊ、シカンスキー（Ｆ
ｒａｎｋ　Ｊ、　Ｃ１ｃｈａｎｓｈｋｉ）による１９８
７年４月３０日付米国特許出願第４４，４１９号に開示
される。

第６図に示されるように、ＳＡＭ５０内において、ゲー
ト６４はユニット６１内の出カドランスジューサに接続
される。ユニット６１内の受信機の出力は初期アップス
トリーム受信機ゲート６７に接続される。ゲート６７は
またタイミング信号発生器６５からの第２の信号入力を
持つ。発生器６５は回路６４に加えられるゲート信号と
同一の周波数を持ツが、通常、この２つのゲートが同時
にオープンしないように時間的に変位される。

つまり、トランスジューサ６１からの出力は、パルス　
ゲート６４内で使用されるのと同一周波数にてゲート６
７内においてオン・オフされる。ゲート６７に対する他
のタイミング構成を使用することも可能である。ゲート
６７からの出力は増幅器６８に加えられる。

ＳＡＭ５０の回路及び機構は、上に説明の所までは本質
的に従来のものである。トランスジューサ　ユニット６
１はゲート６４からの入力信号を使用して超音波周波数
及び所定の規模の一連の音響パルス、好ましくは、第１
図に示される構成を持つシーケンスのパルスを生成する
。このビームは所定、のタイミング及び物体５３の面を
横断してトランスジューサ６１を移動することによって
展開される所定の走査パターンに従って物体５３に向け
られ、これをインソニファイする。物体５３の表面及び
内側から反射される超音波エコーが再度トランスジュー
サ　ユニット６１によって傍受及び検出され、この超音
波エコーのそれぞれ規模及び位相を表わす変動する振幅
及び極性のシーケンスの電気パルスから成る初期電気信
号を生成するために使用される。

ディスプレイ　システムの残りの部分にゲート６７及び
増幅器６８を通じて供給されるのはこの初期電気信号で
ある。

増幅器６８の出力は２つの反対に偏波されたショットキ
ー　ダイオード７１及び７２に接続される。ダイオード
７１は、一方、単にシステム　グラウンドにリターンさ
れる１つの抵抗体と並列のコンデンサーとして示される
積分回路７３に接続される。同様に、ダイオード７２は
システム　グラウンドにリターンされる積分回路７４に
接続される。ゲート回路７５は積分回路７３と並列に接
続される。積分器ゲート７５はタイミング信号発生器６
５から供給される制御入力を持つ。もう１つの積分器ゲ
ート７６は積分回路７４と並列に接続される。これはま
たタイミング信号発生器６５からの入力を持つが、これ
は、ゲート７５に加えられるのと同一の制御信号であり
得る。

ダイオード７１及び積分回路７３からの出力ライン７７
は演算増幅器８１を含む増幅器回路８０に接続される。

この入力接続は導線７７からシステム　グラウンドに直
列に接続された２つの抵抗体８２及び８３を含むが、こ
の２つの抵抗体のジャンクションは演算増幅器８１のプ
ラス入力に接続される。同様に、ダイオード７２及び積
分回路７４からの出力導線は抵抗体８４に接続され、一
方、これは演算増幅器８１のマイナス入力に接続される
。追加の抵抗体８５が抵抗体８４とデバイス８１の出力
の間に接続される。増幅器８０の出力はデジタル化回路
８６に接続される。デジタル化回路８６はタイミング信
号発生器６５からの追加の入力を持つ。

第６図のＳＡＭ５０はさらに１つの位相あるいは極性比
較器８７を含む。比較器８７は個々の導線７７及び７８
に対する２つの入力を持つ。比較器８７の出力はデジタ
ル化回路８６に第２の入力を与える。デジタル化回路８
６からの出力は陰極管ディスプレイ９０の一部であるデ
ィスプレイ信号回路８８に接続される。メモリ８９は好
ましくはデジタル化回路８６とディスプレイ回路８８の
間に位置される。

ＳＡＭ５０のディスプレイ　システムの動作において１
便利な開始ポイントは、ここでは単純なショットキー　
バリア　ダイオードとして示される２つの補数検出器７
１及び７２である。感度を最も良くするために、これら
ダイオードはこれらの感度及び対応する極性の非常に低
い信号を弁別する能力を最大化するこれらの整流″ひざ
（ｋｎｅｅｓ）”上に位置されるように電流バイアスさ
れる。勿論、他の高速整流器を使用することも可能であ
る。増幅器６８からダイオードに供給される初期電気信
号の個々のエクスカーションにおいて、この２つの整流
器７１及び７２の１つが導電するように駆動される。こ
うして。

初期電気信号が検出され、その瞬間の極性に応じて、こ
の２つの積分回路７３及び７４のどちらかに向けられる
。

第６図において、積分回路７３及び７４はそれぞれ１つ
の抵抗体と並列の単純なコンデンサーとして示される。

必要であればより複雑な積分回路を使用することも可能
である。

また、この並列の２つの抵抗体は、これらの機能を整流
器７１及び７２並びに積分コンデンサーの漏れ抵抗によ
って供給できるようなある回路内においては必要でない
場合もある。

積分回路７３及び７４のコンデンサーは交互する整流の
結果として交互する極性の入力信号のエクスカーション
に従ってチャージされる。実際、個々の積分器コンデン
サー上のチャージは初期電気信号から受信される電流に
比例し、一方、この電気信号は整流器間に現れる正味電
圧をこれらの固有インピーダンスにて割ったものに比例
する。

積分回路７３及び７４を注意深くマツチングすること、
及びコンデンサーのサイズを適当に選択することによっ
て１個々の積分器コンデンサー上に出現する電圧を初期
電気信号のエクスカーションの１つの極性の非常に良い
インデックスを表わすようにすることができる。この積
分回路内の抵抗体は、これが実際のものであるか仮想的
なものであるか関係なく、この積分回路をシステム　グ
ラウンドにリセットする機能を持ち、このため比較的短
かなりセット期間が使用される。

積分回路７３及び７４内のこれら抵抗体の代わりに、あ
るいはこれに加えて、積分回路７３及び７４のコンデン
サーに対する充電及び放電の期間を制御するためにゲー
ト７５及び７６を使用することができる。ゲート７５及
び７６は上に述べられたビーム　ゲート周波数の個々の
サイクルの殆んどの間、タイミング信号発生器６５から
の適当な入力信号に基づいて、導電状態に保持される。

これらゲートあるいはスイッチは、これらの対応する積
分器コンデンサーを充電することが要求される場合、ビ
ームゲート周波数の個々のサイクルにおいて単期間動作
される。この構成においては、増幅器６８からの初期電
気信号は整流器７１及び７２並びに積分回路７３及び７
４に絶えまなく供給されるが、積分器コンデンサーはゲ
ートがオープンの間のこれらの短い期間を除いては充電
されない、典型的には、ゲート７５及び７６は、ヒ化ガ
リウムデバイスあるいは他の高速スイッチである。

導線７７上の出力信号は一方の、方向あるいは位相の反
射超音波エネルギーのエクスカーションを表わす振幅を
持つ正の極性のサブ信号である。一方、導線７８上の信
号は、超音波エコーの第２の位相を表わす負の極性のサ
ブ信号である。こうして、導線７７及び７８上のこの２
つの異なる信号は初期電気信号、従って、超音波エコー
信号の全てのエクスカーションの振幅及び極性をある期
間を通じて表わすが、この期間は、適当な制約内で必要
に応じて長くあるいは短かくできる。これら２つの信号
を比較することによって、エコーパルスのネット位相あ
るいは極性が決定できる。

この比較は回路８７内において行なわれる。ここでも、
ヒ化ガリウムあるいは他の高速要素を比較器８７内に使
用することができる。別の方法として、この比較はシリ
コン集積回路あるいは類似のデバイスを使用してより安
価に実現することができるが、これでも殆んどの目的を
達成することができる。比較器８７は、ライン７７から
の正の極性のサブ信号入力の所の振幅がライン７８から
の負の極性のサブ信号入力の振幅を超える場合は１の値
のデジタル出力、通常゛高値″出力を与える６反対に、
比較器８７はこれと逆の振幅関係が起こるとデジタルの
゛低値″出力を与える。こうして、比較器８７の出力は
、初期電気信号の短かなセグメントの優勢極性を表わす
極性内容信号を表わす、これはもはや振幅情報は運ばず
、従って１本質的に振幅情報と独立したものとなる。

比較器８７からの出力は２つの目的を持つ。これはデジ
タル化回路８６からの出力信号内の最終２進バイトの第
４Ｂ図内の括弧内のビットと対応する最上位ビットとな
る。比較器８７からのこの出力はまたデジタル化回路８
６からの出力信号内の個々のバイトに対する全ての下位
ビットの解釈を規制する機能を持ち、上に説明の負に向
うビットの反転を行なう。この信号処理によって回路８
６が上に説明のように走査物体、つまり、物体５３から
得られる全ての情報をマツピングする１つのデータ連続
体を生成することが可能となる。

一方、増幅器８０はライン７７及び７８からのこの２つ
の入力信号を使用して極性に依存しない初期電気信号の
振幅を表わす１つの振幅内容信号を生成する。最も過激
な速度要件を満すために、演算増幅器８１はヒ化ガリウ
ムあるいは他の高速演算増幅器から構成することもでき
る。逆に、多くのＳＡＭシステム内においては、簡単に
入手でき、コストの安い演算増幅器を使用することもで
きる。増幅器８０内において、導線７７及び７８上の正
及び負の信号エクスカーションのこの結合された振幅は
総和され、アナログからデジタルに変換するためにデジ
タル化回路に加えられる。デジタル化回路８６からの出
力が、増幅器８０からの高入力のために最大にあり、比
較器８７からの入力が正の極性を示す場合、ディスプレ
イ回路８８に供給される２進信号は（１）１１１ＸＸＸ
Ｉ　１１の形式を持つ。他方、比較器８７からの出力が
負の信号を示す場合は、デジタル化回路８６からの出力
は、形式（０）ＯＯＯＸＸＸＯＯＯに反転される。全て
の中間値は、第４Ｂ図との関連で前に説明した場所に入
り、ユニット８６内に使用されるＡＤＣ回路のビット長
より１だけ長いビット長の２進語上にマツプされた１つ
の滑らかな連続体を与える。前述のごとく、この２進デ
ータ連続体は必要であれば反転される。

第６図はトランスジューサ　ユニット６１からイメージ
　ディスプレイ回路への入力回路内のゲート６７及び積
分回路７３及び７４に並列のゲート７５及び７６を示す
、ゲーティングは回路８０及び８７の出力内においても
、あるいはさらに下流のディスプレイ　システム内にお
いても達成できる。ゲート６７は、通常、外来ノイズの
主要ソースを除去する一般ゲーティング機能を遂行し、
ゲート７５及び７６並びに他の追加のゲートは、モニタ
９０によって表示されるイメージ５３Ａに対するよりク
リティカルなウィンドウを確立するが、この中に物体５
３内の不連続５７及び５８を表わす不連続イメージ５７
Ａ及び５８Ａが示される。複数のゲーティング装置を持
つことは必ずしも必須ではない。場合によっては、ゲー
ト６７あるいはゲート７５及び７６のみで十分である。

メモリ８７は音響による試験下の物体の多重レベル　イ
メージを展開するために使用される。ＳＡＭにおいては
、１つの物体の複数のレベルからの複数の音響反射が起
こる。これに関しては、第２Ａ及び第２Ｂ図の説明を参
照すること、適当にゲーティング及び他のタイミング分
化によって物体内の異なるレベルからのエコーされたパ
ルスを分離することが可能である。２つあるいはそれ以
上のレベルから反射されたパルスを分離及びメモリ内に
記録することにより、モニタ９０上に複合多重レベル　
イメージを展開することが可能である。この物体のレベ
ルはディスプレイ内において個々のレベルに対して異な
る色を使用することによって好都合に分化できる。

デジタル化回路８６内において、前述のごとく、前の回
路８０及び８７からの振幅内容及び極性内容信号が、好
ましくは、第４Ｂ図との関連で上に説明された方法によ
って１つのデータ連続体信号を展開するために結合され
る。このデータ連続体は幾つかの方法によってイメージ
５３Ａにマツプできる。ユニット９０が白黒のディスプ
レイである場合の簡単な技術及び好ましい構成は、この
データ連続体を輝度の連続体として再生する方法である
。カラー　ディスプレイの場合は、より多くの多様性が
存在し、このデータ連続体はイメージ５３Ａ内にカラー
　スペクトルとして、輝度連続体とカラー　スペクトル
の組合せとして、あるいは（例えば物体内に異なるレベ
ルに対する）任意のカラー分化と結合された輝度スペク
トルとして表わすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射モード走査音響マイクロスコープ（ＳＡＭ
）内において使用される超音波パルスのための１つの好
ましい波形を示す図；第２Ａ図及び第２Ｂ図は第１図の
パルス波形を使用する反射モードＳＡＭ内のエコーの性
質をす図；第３図は反射モードＳＡＭの動作の不正確なゲーティン
グの影響をす図；第４Ａ図及び第４Ｂ図は反射モードＳＡＭの動作におい
て位相情報に基づいてイメージの目盛りの総レンジを増
加するための技術を図解する図；そして第５Ａ図と第５Ｂ図は本発明の実施例におけるイメージ
を示す図。第６図は本発明の１つの実施態様によるイメージ　デイ
スプレー　システムの部分略ブロック図である。［主要部分の符合の説明］

Claims

【特許請求の範囲】１、物体内の内部構造を反射モード走査音響マイクロスコピーによって調べる方法において、該
方法が、（Ａ）超音波周波数及び所定の規模のシリーズの音響パ
ルスを生成するステップ、（Ｂ）物体をステップＡからの音響パルスにて所定のタ
イミングにて所定の走査パターンに従ってインソニファ
イするステップ、（Ｃ）該物体から反射された超音波パルス　エコーを受信し、該超音波パルスエコーのそれぞれ規模及び位相を表わす変動する振幅及び極
性のシーケンスの電気パルスから成る初期電気信号を展
開するステップ、及び（Ｘ）該物体の構造を表わす１つ
の統合イメージを生成するステップを含み、該統合イメ
ージが該物体の少なくとも１つの深さレベルに対する音
響インピーダンス遷移の位置、規模、及び方向を同時に
表示し、ここで（１）該イメージ内の音響遷移の位置及び該物体内のイメージレベルが該初期電気信号内の該パルスのタイミングによって決定され、（２）該物体の表面及び内部の所の異なる音響インピーダンス間の遷移が該初期電気信号内の該パルスの振幅によって決定され、そして（３）該物体の表面及び内部の所の遷移の音響インピーダンスの増加及び減少が該初期電気信号内の該パルスの極性によって決定されることを特徴とする方法。２、（Ｄ）該初期電気信号を所定の情報に制限するために所定の周波数にてオン及びオフにゲーテ
ィングし、そして該ゲートされた初期電気信号を使用してステップＸのイメージを生成するステップがさらに含まれ
ることを特徴とする請求項１記載の走査音響マククロス
コピーによる方法。３、（Ｅ）該初期電気信号内の正に向うパルスを積分して該反射された超音波エネルギーの第１の
位相を表わす正の極性のサブ信号を展開するステップ、（Ｆ）該初期電気信号内の負に向うパルスを積分して該
反射された超音波エネルギーの第２の極性を表わす負の
極性のサブ信号を展開するステップ、及び該サブ信号を使用してステップＸの該イメージを生成するステップがさらに含まれることを特徴と
する請求項１記載の走査音響マイクロスコピーによる方
法。４、（Ｄ）該初期電気信号を所望の情報に制限するために所定の周波数にてオン及びオフにゲーテ
ィングし、そして該ゲートされた初期電気信号をステップＥ及びＦにおいて使用するステップがさらに含まれること
を特徴とする請求項３記載の走査音響マイクロスコピー
による方法。５、該ステップＤのゲーティングがステップＥ及びＦの積分との関連でこれと同時に遂行される
ことを特徴とする請求項４記載の走査マイクロスコピー
による方法。６、（Ｇ）該２つのサブ信号を極性と独立した絶対規模ベースにて結合することによって振幅内容
信号を展開するステップ、及び（Ｈ）該２つのサブ信号を振幅及び極性の組合せに基づ
き比較して極性内容信号を展開するステップ、及び該振幅内容信号及び極性内容信号をステップＸの遂行に際して使用するステップがさらに含まれる
ことを特徴とする請求項３記載の走査音響マイクロスコ
ピーによる方法。７、（Ｉ）該極性内容信号に従って該振幅内容信号を修正して該振幅内容信号の２倍のレンジを持
つ１つのデータ連続体から成るイメージ信号を展開し、
そして該イメージ信号をステップＸの該イメージの生成に使用するステップがさらに含まれることを特徴
とする請求項６記載の走査音響マイクロスコピーによる
方法。８、（Ｄ）該初期電気信号を所望の情報に制限するために所定の周波数にてオン及びオフにゲーテ
ィングし、そして該ゲートされた初期電気信号をステップＥ及びＦにおいて使用するステップがさらに含まれること
を特徴とする請求項７記載の走査音響マイクロスコピー
による方法。９、ステップＤのゲーティングがステップＥ及びＦの該積分との関連でこれと同時に遂行される
ことを特徴とする請求項８記載の走査音響マイクロスコ
ピーによる方法。１０、該ステップＤのゲーティングがステップＥ及びＦの積分の前にも遂行されることを特徴とす
る請求項９記載の走査音響マイクロスコピーによる方法
。１１、超音波周波数及び所定の規模のシリーズの音響パルスを生成するためのトランスジューサ手
段、該音響パルスを所定のタイミングにて所定の走査パ
ターンに従って物体に当てこれをインソニファイするた
めに向ける音響走査手段、及び該物体から反射された超
音波パルス　エコーを受信し該超音波パルスエコーのそ
れぞれ規模及び位相を表わす変動する振幅及び極性の初
期電気信号を展開するための受信機手段を含む種類の走
査音響マイクロスコピーのためのディスプレイシステムにおいて、該ディスプレイシステムが、該受信機手段に接続され、極性と独立した該初期電気信号の振幅を表わす振幅内容信号を生成する
ための増幅器手段。該受信機手段に接続され、振幅と独立した該初期電気信号の極性を表わす極性内容信号を生成する
ための比較器手段、及び該内容信号によって起動され、物体の１つの統合されたイメージをディスプレイするためのディス
プレイ手段を含み、ここで、そこから異なる位相のエコ
ーが起こる物体の少なくとも１つの深さレベルに対する
音響インピーダンス遷移が該イメージ内においてこれら
エコーの規模が類似しいかに接近していても互いに明白
に識別されることを特徴とする走査音響マイクロスコー
プのためのディスプレイシステム。１２、該比較器手段の前に、該受信機手段に接続された積分器手段がさらに含まれ、該積分器手段
が、該初期電気信号の正に向う成分を積分することによって第１の位相の超音波エコーを表わす正の極
性のサブ信号を展開するための第１の積分回路、及び該初期電気信号に対する負に向う成分を積分することによって第２の位相の超音波エコーを表わす
負の極性のサブ信号を展開するための第２の積分回路を
含むことを特徴とする請求項１１記載の走査音響マイク
ロスコープのためのディスプレイシステム。１３、該積分器手段が該受信機手段と該増幅器手段の間にも挿入されることを特徴とする請求項１
２記載の走査音響マイクロスコープのためのディスプレ
イシステム。１４、両方の積分回路に接続され、該積分回路を所定の周波数にてオン／オフにゲーティングする
ための積分器ゲート手段がさらに含まれることを特徴と
する請求項１３記載の走査音響マイクロスコープに対す
るディスプレイ　システム。１５、該振幅内容信号を該極性内容信号に従って修正することによって該振幅内容信号の２倍のレ
ンジを持つ１つのデータ連続体から成るイメージ信号を
生成するための手段がさらに含まれ、該ディスプレイ手段が該イメージ信号によって起動されることを特徴とする請求項１３記載の走査
音響マイクロスコープのためのディスプレイシステム。１６、両方の積分回路に接続され、該積分回路を所定の周波数にてオン／オフにゲーティングする
ための積分器ゲート手段がさらに含まれることを特徴と
する請求項１５記載の走査音響マイクロスコープのため
のディスプレイシステム。１７、該初期電気信号を所定の周波数にてオン／オフにゲーティングするための初期信号ゲート手
段がさらに含まれることを特徴とする請求項１６記載の
走査音響マイクロスコープのためのディスプレイシステ
ム。１８、該初期電気信号を所定の周波数にてオン／オフにゲーティングするための初期信号ゲート手
段がさらに含まれることを特徴とする請求項１１記載の
走査音響マイクロスコープのためのディスプレイシステ
ム。１９、該比較器手段の前に該受信機手段に接続された積分器手段がさらに含まれ、該積分器手段が
、該初期電気信号の正に向う成分を積分することによって第１の位相の超音波エコーを表わす正の極
性のサブ信号を展開するための第１の積分回路、及び該初期電気信号に対する負に向う成分を積分することによって第２の位相の超音波エコーを表わす
負の極性のサブ信号を展開するための第２の積分回路を
含むこと、を特徴とする請求項１８記載の走査音響マイ
クロスコープのためのディスプレイシステム。２０、該積分器手段が該受信機手段と該増幅器手段の間にも挿入されることを特徴とする請求項１
９記載の走査音響マイクロスコープに対するディスプレ
イシステム。２１、該振幅内容信号を該極性内容信号に従って修正することによって該振幅内容信号の２倍のレ
ンジを持つ１つのデータ連続体から成るイメージ信号を
生成するための手段がさらに含まれ、該ディスプレイ手段が該イメージ信号によって起動されることを特徴とする請求項２０記載の走査
音響マイクロスコープのためのディスプレイシステム。２２、該ディスプレイ手段が該データ連続体を該イメージ内において輝度連続体として再生するた
めの手段を含むことを特徴とする請求項２１記載の走査
音響マイクロスコープのためのディスプレイシステム。２３、該ディスプレイシステムが該データ連続体を該イメージ内に１つの連続したカラースペク
トルとして再生するための手段を含むことを特徴とする請求項２１記載の走査音響マイ
クロスコープのためのディスプレイシステム。２４、該ディスプレイ手段が該データ連続体のさまざまな異なる部分を該イメージ内に異なるカラ
ーにて再生するための手段を含むことを特徴とする請求
項２２記載の走査音響マイクロスコープのためのディス
プレイシステム。２５、該振幅内容信号を該極性内容信号に従って修正することによって該振幅内容信号の２倍のレ
ンジを持つ１つのデータ連続体から成るイメージ信号を
生成するための手段がさらに含まれ、該ディスプレイ手段が該イメージ信号によって起動されることを特徴とする請求項１１記載の走査
音響マイクロスコープのためのディスプレイシステム。２６、該ディスプレイ手段が該データ連続体を該イメージ内において輝度連続体として再生するた
めの手段を含むことを特徴とする請求項２５記載の走査
音響マイクロスコープのためのディスプレイシステム。２７、該ディスプレイシステムが該データ連続体を該イメージ内に１つの連続したカラースペク
トルとして再生するための手段を含むことを特徴とする請求項２５記載の走査音波マイ
クロスコープのためのディスプレイシステム。２８、該ディスプレイ手段が該データ連続体のさまざまな異なる部分を該イメージ内に異なるカラ
ーにて再生するための手段を含むことを特徴とする請求
項２５記載の走査音響マイクロスコープのためのディス
プレイシステム。