JPH03248059A

JPH03248059A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH03248059A
Application number: JP2044602A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takishita; 芳彦瀧下
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1991-11-06
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2866138B2

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

〔従来の技術〕

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

第１１図は従来の超音波検査装置のブロック図ある。図
で、１はアレイ探触子を示す。アレイ探触子１には、そ
の先端部に多数の超音波振動素子（以下、単に素子と称
する。）が等間隔でアレイ状に並べてあり、このうち複
数の素子を一組として駆動し、決められた位置に超音波
ビームを集束させる。図示の例では、素子総数が６４個
（１゜〜１．．）、１ｆｕに用いる素子数が８個とされ
ている。各素子には素子番号１〜６４が付されている。

Ｂ１−１３ｓ’ｙは各素子１１〜１．４により形成され
る超音波ビームを示す。２はこれら超音波ビームＢ。

〜ＢＳ７の送受信を制御する制御回路である。

ここで、超音波ビームＢ１〜ＢＳ？の送受信の動作の概
略を説明する。まず、素子１１〜１１！の８個を１＆ｕ
として駆動することにより、素子１皿〜１ａの中心線上
に集束点を持つ超音波ビームＢ。

を送受信する。次に素子１□〜１９を１組として駆動す
ることにより、素子１．〜１．の中心線上に集束点を持
つ超音波ビームＢ２を送受信する。

以下同様に駆動素子群を１つずつシフトさせ、最後は素
子１３．〜１６４の駆動により、超音波ビームＢＳ？を
送受信する。このような動作により、超音波ビームは、
素子配列ピッチに等しいピッチで被検体に対して超音波
ビームを電子走査する。上述の集束超音波ビームの送受
信及び電子走査に必要な制御は、アレイ探触子１に接続
された制御回路２において行なわれる。

第１２図は第１１図に示す制御回路２のブロック図であ
る。図で、１は第１１図に示すものと同じアレイ探触子
、２は制御回路である。３はマイクロプロセッサ、４は
集束超音波ビームを送信する際に各素子を所定時間遅延
させた後に励振させる送信遅延回路である。このように
、前記ＩＭｉ内の各素子を所定の遅延時間関係をもって
励振させることにより、超音波ビームを集束させること
ができる。５は送信マトリクス回路、６は分配器であり
、これらは送信遅延回路４を各超音波ビームＢ＋”””
Ｂｓｔに共通に使用するために設けられる。

７は送受信回路であり、アレイ探触子１の各素子１＋ｆ
ｆＬｎに励振用のパルスを出力するとともに、それら各
素子ＩＩ〜１．８．からの反射波信号を受信する。８は
シフトレジスタ回路であり、各超音波ビームＢ、〜［３
ｓｔに関与する素子を選択する機能を持つ。９は分配器
６における入力と出力を逆にした構成の加算器、１０は
送信マトリクス回路５と同じ構成の受信マトリクス回路
である。１１は送信遅延回路４と同じ遅延時間を持つ受
信遅延回路であり、受信マトリクス回路１０から出力さ
れる８個のは号の位相を一致させる。１２は、位相が一
致した８個の信号を加算する波形加算回路である。

次に上記制御回路°２の動作を第１３ＷＪ〜第１５図を
参照しながら順次説明する。

（１）送信遅延回路４及び送信マトリクス回路５の動作第１３図は第１２図に示す送信マトリクス回路５を中心
とする回路図であり、第１２図に示す部分と同一部分に
は同一符号が付しである。大文字Ａ−Ｈは送信遅延回路
４の出力端子、小文字ａ〜ｈは分配器６の入力端子を示
す。送信遅延回路４には遅延時間が可変な８つの遅延素
子４１〜４゜が備えられており、これらは第１１図に示
す１組の素子群を構成する８つの素子から送信された各
超音波がそれら８つの素子の中心軸上の所定位置で全て
の位相を一致させるため（焦点を作るため）に用いられ
るものである。そのためには、各遅延素子４１〜４．に
与える遅延時間を左右対称でかつ外側の遅延時間はど短
かく設定する必要がある。

図において各遅延素子４．〜４ｓの長さを変えて表示し
ているのは、この遅延時間の長短の関係を示すものであ
り、一番長さの短い遅延素子４．。

４、が遅延時間最小を表わす。また焦点位置が素子より
離れるほど各遅延素子４１〜４．の遅延時間差を小さく
設定する必要がある。このような超音波ビームの焦点形
成手段は公知である。

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

送信マトリクス回路５は一般に使用されている形態のも
のであり、送信遅延回路４からの８本の入力線、これと
交叉する８本の出力線、および交叉する入力線と出力線
とを選択的に接続するスイッチング素子（図示されてい
ない）により構成される。これらスイッチング素子は６
４個（８Ｘ８）備えられており、マイクロプロセッサ３
によりスイッチング動作が制御される。又、上記８本の
出力線はそれぞれ分配器６の入力端子ａ　ｗ　ｈに接続
されている。

今、マイクロプロセッサ３０指令により、送信マトリク
ス回路４における四角印が記入された部分のスイッチン
グ素子が導通状態、他が遮断状態とされると、送信遅延
回路４の出力端子Ａ−Ｈは順に分配器６の入力端子ａ　
ｗ　ｈに接続される。これにより、入力端子ａ、ｈに最
短遅延時間、入力端子ｄ、　　ｅに最長遅延時間が設定
される遅延時間の第１の組合せができる。この第１の組
合せは、第１１図に示す超音波ビームＢ、を形成する素
子１１〜１ｊｌの組合せに対応する。

次に、マイクロプロセッサ３が三角印部分のスイッチン
グ素子のみを導通状態とすると、端子Ａ〜Ｈは順に端子
ｂ−ｈ、ａに接続される。したがって、端子す、　　ａ
に最短時間、端子ｅ、ｆに最長時間が設定される第２の
組合せができる。この第２の組合せは、第１１図に示す
超音波ビームＢ２を形成する素子１□〜１．の組合せに
対応する。

丸印部分のスイッチング素子のみを導通状態とすると、
超音波ビームＢ３を形成する素子１．〜ｈ、の組合せに
対応する第３の組合せができる。

以下同様にして順次スイッチング素子を作動させてゆく
と、入力端子ａ　ｗ　ｈに第８の組合せまで形成され、
次の第９の組合せは第１の組合せと同一遅延時間の組合
せとなる。このような組合せが連続して繰返し形成され
てゆく。

（２）分配器６の動作第１４図は分配器６の回路構成を示す回路図である。図
で、ａ　−％−ｈは第１３図に示すものと同じ分配器６
の入力端子である。又、数字１〜６４は分配器６の第１
番〜第６４番の出力端子の番号を示し、これら各出力端
子は素子１．〜１６４に対応する。入力端子ａに入力さ
れた遅延パルスは図示のようにこの入力端子ａに接続さ
れた第１番〜第５７番の出力端子に分配される。同じ（
、入力端子ｂ−ｈに入力された遅延パルスはそれらに接
続されている図示の各出力端子にそれぞれ分配される。

ここで、各出力端子第１番〜第６４番は後述するように
送受信回路７のバルサをトリガするトリガ回路に接読さ
れており、これらトリガ回路は順番に８つ同時に導通状
態とされ、これが１つずつずらされてゆり、シたがって
、全出力端子のうちの連続する番号の８つの出力端子の
みが有効に遅延トリガ信号を出力することとなり、これ
を各入力端子ａ　−ｈについてみると、これらのそれぞ
れに接読されている出力端子のうち常に１つのみが遅延
トリガ信号を出力することになる。

例えば、素子１１〜１８によりビームＢ、を形成する場
合、第１番〜第８番の出力端子に接続されたトリガ回路
が導通状態となるので、第１番、第８番の出力端子から
は最短遅延時間のパルスが、又、第４番、第５番の出力
端子からは最長遅延時間のパルスが出力されることにな
る０次いで、素子ｌ、〜１９によりビームＢ、を形成す
る場合、今度は第２番〜第９番の出力端子に接続された
トリガ回路が導通状態となる。一方、これと同時に第１
３図に示すマトリクス回路５は四角印から三角印の位置
のスイッチング素子へ作動が移り、当該各スイッチング
素子が導通状態となるので、入力端子す、　　ａに最短
遅延時間のパルス、入力端子ｅ、ｆに最長遅延時間のパ
ルスが入力される。この結果、第２番、第９番の出力端
子に最短遅延時間のパルスが、第５番、第６番の出力端
子に最長遅延時間のパルスがそれぞれ出力される。

このように、各出力端子に接続されている前記トリガ回
路の導通状態が１つずつずらされていくと同時に、入力
端子ａ−ｈの遅延時間も１つずつずらされていく。この
ため、超音波ビーム形成のため用いられる８つの素子は
常に第１３図に示した遅延素子４１〜４．が持つ遅延時
間ののちに励振されることになる。

（３）送受信回路７およびシフトレジスタ回路８の動作第１５図は送受信回路７を中心とする回路図である０図
で、第１２図に示す部分と同一部分には同一符号が付し
である。Ｘ１〜Ｘ□はアンド回路、Ｐ、〜Ｐｈａはパル
サ回路％Ｒ１〜Ｒ１はレシーバ回路である。各アンド回
路、各パルサ回路、各レシーバ回路は各素子１１〜１．
４のそれぞれに対して１つずつ設けられている。アンド
回路Ｘ１〜Ｘ、、の一方の入力端子は分配器６の第１番
〜第６４番の出力端子に接続されており、又、他方の入
力端子はシフトレジスタ回路８の第１番〜第６４番の出
力端子に接続されている。なお、シフトレジスタ回路８
については後に詳述する。このアンド回路Ｘ１〜Ｘ、う
ば前記（２）の分配器６の動作の説明において述べたよ
うに、パルサ回路Ｐ、〜Ｐ６４をトリガするトリガ回路
を構成する。シフトレジスタ回路８の第１番〜第６４番
の出力端子は、上記のようにアンド回路Ｘ、〜Ｘｈａに
接続されるとともに、レシーバ回路ＲＩ　ＷＲｈ４にも
接続される。又、レシーバ回路Ｒ１〜Ｒ６４の出力端子
は加算器９の第１番〜第６４番の対応する入力端子に接
続される。

シフトレジスタ回路８は、マイクロプロセッサ３の指令
により、８つの連続する出力端子から同時にパルスを出
力するとともに、これら出力端子を１つずつずらしてゆ
く。今、素子ＩＩ〜１１１により超音波ビームＢ１を形
成する場合、シフトレジスタ回路８の第１番〜第８番の
出力端子からパルスが出力され、アンド回路Ｘ　Ｉ”　
Ｘ　ｓの一方の入力端子は高レベルとされる。それと同
時にレシーバ回路ＲＩ”’　Ｒａがトリガされ、それら
各レシーバ回路が作動状態になる。このとき、分配器６
の第１番〜第８番の出力端子からは前述のように所定時
間遅延されたパルスが出力されるので、アンド回路Ｘ１
〜Ｘ１１の他方の入力端子は、分配器６の第１番〜第８
番のパルスの遅延時間後に高レベルとなり、この時点で
そのアンド回路が導通状態となって対応するパルサ回路
をトリガするトリガ信号を出力する。さきの分配器６の
説明で述べたように、この場合、その第１番、第８番の
出力端子からの出力が最も早く、第４番、第５番の出力
端子からの出力が最も遅いので、パルサ回路Ｐ１〜Ｐｓ
のパルス出力もそれに応じ、結局、素子１＋、Ｉｓが最
も早く励起され、素子１４．ＩＳが最も遅（励起され、
これにより所期の超音波ビームＢ、が形成される。

この超音波ビームＢ、は被検体中を伝搬した後、再び各
素子１．〜１８に反射波としてピックアップされその強
度に応じた電気信号に変換される。

このようにして各素子ＩＩ〜１ｓから出力された反射信
号はそれぞれレシーバ回路Ｒ１〜Ｒ１１で増幅された後
、加算器９の第１番〜第８番の入力端子に入力される。

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

（４）加算器９、受信マトリクス回路１０、受信遅延回
路１１および波形加算回路１２の動作第１５図に示すよ
うに、加算器９には、レシーバ回路Ｒ３〜Ｒ＆４に接続
された第１番〜第６４番の入力端子が備えられている。

ところで、加算器９は分配器６の回路構成と同じ回路構
成を有し、ただ、入力と出力の関係が逆になるだけであ
る。

したがって、第１４図における第１番〜第６４番の端子
が加算器９の入力端子となり、端子ａ　−ｈは加算器９
の出力端子となる。前述のことから明らかなように、反
射波信号が入力されるのは連続する８つのレシーバ回路
のみであるので、加算器９の６４個の入力端子のうち反
射信号が入力されるのは８つの連続する番号の入力端子
のみである。

したがって、出力端子ａ　−ｈのそれぞれに属する入力
端子のうちの１つのみに反射波信号が入力されることな
る。

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

次に、受信マトリクス回路１０は第１３図に示すものと
同じ回路構成を有し、ただ、出力端子と入力端子が逆に
なるだけである。即ち、受信マトリクス回路１０の入力
端子は第１３図に示すａ〜ｈであり、これら入力端子ａ
　ｗ　ｈは加算器９の出力端子ａ　％　ｈの対応する端
子に接続される。又、受１８マトリクス回路１０の各ス
イッチング素子の切換の態様も送信マトリクス回路５の
切換の態様と同じである。即ち、超音波ビームＢ＋の反
射波信号が入力端子ａ　ｗ　ｈに入力されたとき、受信
マトリクス回路１０のスイッチング素子のうち、第１３
図に示す四角印の位置のものが導通状態とされるのでそ
れら反射波信号は対応する出力端子Ａ〜Ｈから出力され
る。同様に、超音波ビームＢ２の反射波信号が入力端子
ａ　−ｙ　ｈに入力されたとき、三角印の位置のスイッ
チング素子の導通状態とされ、入力端子ａ”−ｈの反射
波信号は出力端子Ｈ２Ａ−Ｇから出力されることになる
。

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

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

金板りに、超音波ビームの焦点位置に欠陥が存在し、出
力端子Ａ−Ｈから出力された反射信号源がこの欠陥から
のものであるとすると、各出力端子から出力される８つ
の反射信号の位相は一致していない、このため、受信遅
延回路１１は、この８つの反射信号の位相を全て一致さ
せる機能を持ち、送信遅延回路４の回路構成と同じ回路
構成を有する。また受信遅延回路１１における各遅延素
子の設定遅延時間も第１３図に示す送信遅延回路４にお
ける各遅延素子４．〜４．の設定遅延時間と同じである
。これにより受信遅延回路１１の出力には位相が全て一
致した８つの反射信号が出力され、次の波形加算回路１
２により全ての反射信号を加算しその出力は１つの反射
信号となる。

以上、第１１図に示す制御回路２の構成および動作を説
明したが、ここで、第１２図および第１３図に示すシフ
トレジスタ８の構成および動作について、第１６図およ
び第１７図（ａ）〜（Ｃ）を用いてさらに詳細に説明す
る。

第１６図はシフトレジスタ回路８の回路図である。図で
、８１〜８ゎはダイレクトプリセット機能付り型フリッ
プフロップ回路、８．〜８，４はＤ型フリップフロップ
回路（以下、ＦＦ回路と称する）である。これら各ＦＦ
回路８．〜８＆４は直列接続されている。図で、ＰＲは
各ＦＦ回路８．〜８＠に入力されるプリセット信号、Ｃ
ＬＲは各ＦＦ回路８Ｉ〜８゜４に入力されるクリア信号
、ＧＫは各ＦＦ回路８．〜８，４に入力されるクロック
信号である。またＱ１〜Ｑ６４はシフトレジスタ回路８
の出力端子であり、これらは第１５図に示す出力端子番
号１〜６４に相当する。

次に第１７図（ａ）〜（Ｃ）を用いてこのシフトレジス
タ回路８の動作を説明する。なお、第１７図（ａ）〜（
ｃ）は、第１６図のシフトレジスタ回路８の回路図を簡
略化して表わした図であり、８、〜８１は第１６図に示
す各ＦＦ回路８．〜８６４を表わす、各ＦＦ回路８．〜
８．４において、正方形内が空白であるのは当該ＦＦ回
路の出力が低レベルであることを示し、また正方形内に
ｘ印があるのは当該ＦＦ回路の出力が高レベルであるこ
とを示す、なお、送受信回路７に付しである番号１〜６
４は、シフトレジスタ回路８の該当出力番号のものと接
続されたパルサ回路、レシーバ回路を示す。

第１７図（ａ）には、各ＦＦ回路８１〜８６４にクリア
信号（ＣＬ　Ｒ）が入力されたことにより全てのＦＦ回
路８．〜８．４の出力が低レベルになった状態が示され
ている１次に、この状態から各ＦＦ回路８１〜８．にプ
リセット信号（ＰＲ）を入力すると、それらＦＦ回路８
．〜８．の出力が高レベルになる。この状態が第１７図
（ｂ）に示されている。この時前述したように、各レシ
ーバ回路Ｒ１〜Ｒ８が即座に作動状態になり、また各パ
ルサ回路ｐ、−ｐ、からは所定の遅延時間後にパルスが
出力される。これは超音波ビームＢ、を送受信する場合
の状態である。次に、各ＦＦ回路８、〜８６４にクロッ
ク信号（ＣＫ）を与えることにより、各ＦＦ回路８１〜
８４３の出力状態がそれぞれ各ＦＦ回路８□〜８６４の
出力に１つシフトされる。第１７図（ｃ）にはこの状態
が示されており、各ＦＦ回路８ｔ〜８．の出力が高レベ
ルになりこれは超音波ビームＢ！を送受信する場合に相
当する。以下、クロック信号を与えるたびに、各ＦＦ回
路の出力状態が１つずつシフトしていき、これにより前
述のような超音波のリニヤ電子走査が遂行される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の電子走査方式によると、シフトレジスタ回路
８を用いることにより、超音波ビームを電子的なスイッ
チング動作ですばやく走査することができる。しかしな
がら、多量の被検体の検査を行なう場合、その走査速度
をさらに速くしたいという強い要望が提示されている。

ところで、当該電子走査方式の走査に要する時間は（超
音波ビームの本数）×（スイッチング速度）で表わされ
る。ここでスイッチング速度とはシフトレジスタ回路８
にクロック信号ＣＫを与える時間間隔によって決定され
る。したがって、電子走査速度を速くするためには、当
該クロック信号ＣＫのパルス間隔を狭くすることが考え
られるが、これは以下２つの理由により制限を受ける。

（１）各パルサ回路ＰＩ”’Ｐ＆４では、コンデンサー
に電荷を充電した後瞬時にこれを放電させることにより
高圧パルス出力を得ている。よって放電した後火の充電
が完了するまでには一定時間が必要となる。ところで超
音波ビームＢ、を送受信するためには各パルサ回路Ｐ１
〜Ｐ８を作動させ、次の超音波ビームＢｔでは各パルサ
回路Ｐ！〜Ｐ。

を作動させる。この２つの超音波ビームを送受信させる
のに各パルサ回路Ｐ、〜ｐＨを共通に用いている０以上
の結果、前記スイッチング速度は高圧パルス出力に必要
な充電時間より速くは出来ない。

（２）各素子が反射信号を受信した後も、被検体内には
多重エコーとして超音波が伝搬している。

これら不要な信号と次の送信峰音波とが被検体で干渉を
起こさないようにするためには、多重エコーが充分に減
衰するに必要な時間後に次の超音波を送信させる必要が
ある。よってスイッチング速度はこの多重エコー減衰時
間より速くは出来ない。

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

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

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、列状に配列され
た多数の超音波振動素子と、これら各超音波振動素子の
それぞれに接続され該当する超音波振動素子を励振させ
るとともにそれにより発生した超音波ビームの反射波を
受信する送受信回路とを備え、前記多数の超音波振動素
子の配列に沿って超音波ビームの走査を行なう超音波検
査装置において、前記超音波ビームのすべてを連続する
複数のビーム領域に区分するビーム領域区分手段と、前
記各ビーム領域のうち超音波ビームの送信を行なう領域
と受信を行なう領域を所定の順で同時に選択してゆくビ
ーム領域選択手段と、各ビーム領域においてそのビーム
領域が選択される毎に当該ビーム領域の前記各送受信回
路の配列順にそれらの送信手段と受信手段を交互に切換
えてゆく切換手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

超音波ビームの走査において、超音波ビームの送信を行
なうべきビーム領域と受信を行なうべきビーム領域とが
同時に選択される。送信を行なうべきビーム領域におい
ては、そのビーム領域゛における超音波ビームを発生す
べき送受信回路の送信手段が切換手段で選択され、超音
波ビームが送信される。同時に、受信を行なうべきビー
ム領域においては、その前に選択された時点で超音波ビ
ームの送信を行なった送受信回路の受信手段が切換手段
で選択され、送信された超音波ビームの受信を行なう。

このような動作が順次繰返えされることにより、各ビー
ム領域で順に超音波ビームの走査が遂行されてゆく。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波検査装置のブロッ
ク図、第２図（ａ）〜（ｃ）は第１図に示す実施例で用
いられる超音波ビームの走査方法の概念を説明する素子
の配列図である。第１図で、第１２図に示す部分と同−
又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。

１３は第１２図に示す制御回路２に対応する制御回路、
１４．１５はそれぞれ第１２図に示すシフトレジスタ回
路８および送受信回路７に対応するシフトレジスタ回路
および送受信回路である。本実施例の制御回路１３は、
シフトレジスタ回路および送受信回路の構成が異なる点
でのみ従来の制御回路の構成と相違し、その他の構成は
同じである。なお、送信マトリクス回路５および受信マ
トリクス回路１０に対する制御手段等にも相違があるが
、これについては後述する。本実施例においても、さき
に挙げた例と同じく、素子総数６４個、１＆１１に用い
る素子数８個、超音波ビーム本数５７個の場合について
説明する。

最初、第２図（ａ）〜（ｃ）により本実施例のビーム走
査方法の概念を説明する。第２図（ａ）で１はアレイ探
触子、１１〜１．４は素子でこれらは従来のものと同じ
である。

本実施例では、超音波ビームＢ、〜へ１３ｓｔの５７本
を３つの領域に分ける。即ち、超音波ビームＢｌ〜Ｂｌ
’ｌが領域１のビーム、超音波ビームＢ２゜〜Ｂ３１が
領域２のビーム、超音波ビームＢ３９〜１３ｓ’ｔが領
域３のビームとされる。そして１番目に領域１の超音波
ビームＢ１．２番目に領域２の超音波ビームＢ２゜、３
番目に領域３の超音波ビームＢ１．。

４番目に再び領域１の超音波ビームＢ２．５番目に領域
２の超音波ビームＢ２い６番目に領域３の超音波ビーム
Ｂ、。という順で各超音波ビームによる送信が実行され
てゆき、５５番目に領域１の超音波ビームＢ１４．５６
番目に領域２の超音波ビームＢｓｓ、最後の５７番目に
領域３の超音波ビームｆ３ｓ’ｔによる送信が行なわれ
て超音波ビームによる１列の走査が終了する。第２図（
ａ）に各領域における上記１〜３番目の超音波ビーム、
第２図（ｂ）に４〜６番目の超音波ビーム、第２図（Ｃ
）に５５〜５７番目の超音波ビームの発生態様が示され
ている。

第３図は領域１における超音波ビームの反射信号（エコ
ー）の波形を示すエコー波形図である。

図で、Ｔ、、Ｔ、は各素子をパルサ回路により励振した
直後に発生する送信信号である。またＦｌ＋Ｆ！は、各
ビームＢ　ｌ　＝　Ｂ　Ｓ？の焦点位置に欠陥等の反射
体があると仮定したときの当該欠陥の反射エコーである
。なお、送信信号Ｔ＋　、Ｔｚおよび反射エコーＦ＋、
Ｆｔの添字部分の数字１．２は超音波ビームの番号（こ
れらの場合超音波ビームＢ＋　、Ｂｔ　）に対応してい
る。今、送信信号から反射エコー受信までの時間（換言
するとビームの送受信時間）をｔとする。これに対し、
同領域内で連続してビームを送受信できる最短限界時間
を２ｔと仮定する。この限界時間２ｔは前述のように■
パルサ回路の充電時間、および■多重エコーの減衰時間
のどちらかが原因となって定まる時間である。第３図に
示す場合は送信信号Ｔ１と送信信号Ｔ！の時間差が２ｔ
となる。この条件で第２図に示す３　ｆ＋１域に分ける
走査を行なうこととすると、ビーム走査の切り換え時間
は２ｔ／３となる。

次に、本実施例におけるビーム走査の切り換えに関する
制御の概念を第４図（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する
。なお、第４図（ａ）に示す送信遅延回路励起パルスと
は、送信遅延回路４において遅延パターンを送出するタ
イミングパルスを示しており、このパルス間隔は当然２
ｔ／３である。

ここで、各パルス間の区間を早い順に区間ｌｌ。

ｌｘ、１３・・・・・・とすると、区間！、ではその区
間内に送信信号が発生する時間Ｔ、があることから超音
波ビームＢ、に関与するパルサ回路群を励起することと
なる。同様に区間１２では超音波ビームＢ２゜に関与す
るパルサ回路群を励起すると共に、反射エコーＦ、があ
ることから超音波ビームＢ。

に関与するレシーバ回路群を動作させることとなる。以
下開襟に、区間ｌ、では超音波ビームＢ。

のパルサ回路群と超音波ビームＢ２゜のレシーバ回路群
、区間１４では超音波ビーＪ、　Ｂ　、のパルサ回路群
と超音波ビームＢ３９のレシーバ回路群とを動作させる
ことになる。このようにしてパルサ回路とレシーバ回路
を選択動作させると、最終出力である波形加算回路１２
の出力には区間１２から順次反射エコーＦ＋、Ｆｚ。＋
　　Ｆ　３％＊　　Ｆ　ｔ　＋　　Ｆ　！ＩｎＦ４゜、
Ｆ、・・・・・・・・・の順番で反射エコーが得られる
。

上記の態様の選択動作を行なう送受信回路１５を第５図
により説明する。第５図は第１図に示す送受信回路のブ
ロック図である０図で、第１５図に示す部分と同一部分
には同一符号が付しである。

本実施例では、アンド回路の一方側の入力信号とレシー
バ回路の入力信号とを独立させ、それぞれがシフトレジ
スタ回路１４の出力段と接続される構成となっている。

このため、本実施例のシフトレジスタ回路１４の出力段
数は従来のシフトレジスタ回路８の段数の２倍の１２８
　（６４ｘ２）となる０次にこのシフトレジスタ回路１
４の構成を説明する。第６図はシフトレジスタ回路１４
を簡略化して表わした図である。本実施例のシフトレジ
スタ回路１４は１９２個（６４Ｘ３）のＦＦ回路の直列
接続より成り、送受信回路１５に付した番号（該当素子
に対応）１〜６４に対応して各３個のＦＦ回路（Ａ、Ｂ
、Ｃ）が備えられている。

このうち各ＦＦ回路Ｂの出力は各アンド回路の一方の入
力端子に接続され（この接続が符号Ｐで示されている。

）、各ＦＦ回路Ｃの出力は各レシーバ回路のトリガ入力
端子に接続される（この接続が符号Ｒで示されている。

）。なお、送受信回路の番号１〜６４のそれぞれに属す
るＦＦ回路はそれぞれ符号１４．〜１４＆４で示され、
又、それらＦＦ回路において、上記Ａ、Ｂ、Ｃに対応す
るものには添字数字に当該符号Ａ、Ｂ、Ｃが付されてい
る。１９２個ＯＦＦ回路のうちＦＦ回路１４８ｍ。

１４□、１４．震、１４４□、　１４ｓｉ、’！　４ｂ
ｍ、　１　ｊＬ＋ｓ。

１４□とＦＦ回路１４□。え、　１４ｚｔＡ、　１４□
ｚａ、　１４□３．。

１４＊４ｍ、　１４□ｓａ、１４ｚｂＡ、　１４□、Ａ
とＦＦ回路１４３１Ｃ，１４３ｑｃ、　１４ｎｏｅ、　
１４４１Ｃ，１４ａｚｃ、ＩＬｓｃ。

１４４４ｃ、　１４ａｓｃの２４個のＦＦ回路はダイレ
クトプリセット機能付ＯＦＦ回路で構成され、そのプリ
セット入力端子にはプリセット信号（Ｐ　Ｒ）線が接続
されている。

次に上記レジスタ回路１４の動作を第６図〜第９図を参
照しながら説明する。第７図〜第９図も第６図と同じシ
フトレジスタ１４の回路図である。

第７図〜第９図で、各ＦＦ回路を示す四角内に×印が記
入されているものは、当該ＦＦ回路の出力が高レベルで
あることを示す、まず、第６図に示すように、クリアー
信号（ＣＬＲ）を各ＦＦ回路に与えることにより全てＯ
ＦＦ回路の出力が低レベルになる。これが初期状態であ
る。次にプリセット信号（Ｐ　Ｒ）がＰＲ信号と接続さ
れている前述の２４個ＯＦＦ回路に与えられることによ
り、第７図にＸ印で示すようにそれらＦＦ回路の出力が
高レベルになる。このうち前述の前８つＯＦＦ回路１４
＋ｍ、１４□〜１４ｓａの出力は、第５図に一部が示さ
れているように送受信回路１５の番号１〜８のバルサ回
路のトリガ入力となっているので、超音波ビームＢ、が
送信状態となる。また前述の中８つＯＦＦ回路１４□。

１．１４ｚ１Ａ〜１４□、Ａの出力は送受信回路１５と
接続関係にないので、それらに対応する送受信回路には
何等の影響も与えない。また、前述の後ろ８つのＦＦ回
路１４３１１Ｃ。

１４ｘ＊ｃ〜１４４ｓｃの出力は送受信回路１５の番号
３８〜４５のレシーバ回路のトリガ入力となっているの
で、それら受信回路は超音波ビーム８３１１の受信状態
となるが、超音波ビーム　Ｂ３１の送信は行なわれてい
ないため何も受信されない。

次いで、各ＦＦ回路にクロック信号（ＣＫ）が１つ与え
られると各ＦＦ回路の出力状態が図で１つ右にシフトす
る。この状態が第８図に示されている。高レベル出力の
２４個ＯＦＦ回路のうち前８つＯＦＦ回路１４１Ｃ＋　
　１４　ｚｃ−−１４ｓｃは番号１〜８の送受信回路に
おけるレシーバ回路のトリガ入力に接続されていること
から、これらレシーバ回路は超音波ビームＢ、の受信状
態となる。また、中８つＯＦＦ回路１４．。３．１４□
ｍｌ〜１４□、。

は番号２０〜２７の送受信回路におけるバルサ回路のト
リガ入力に接続されているので、これらバルサ回路は超
音波ビームＢ２゜の送信状態となる。

また、後ろ８つのＦＦ回路１４３９Ａ　、　　１４４゜
、〜１４４−Ａは送受信回路に対して何等影響を与えな
い。同様に、さらにクロック信号が１つ与えられると、
第９図に示すように、前８つの高レベルＦＦ回路出力は
送受信回路に対して影響無く、中８つＯＦＦ回路により
超音波と−ｊｘ　Ｂ　、。の受信状態、後８つＯＦＦ回
路により超音波ビームＳａＷの送信状態が構成される。

以下同様にクロック信号が順次１つずつ与えられること
により、第４図（ａ）〜（ｅ）に示した態様の動作が行
なわれる。なお、第４図（ａ）〜（ｅ）に示される区間
ｊ！、、ｊ！！２゜１３における状態はそれぞれ第７図
、第８図、第９図に示す状態に対応する。

以上、本実施例のシフトレジスタ回路１４と送受信回路
１５とについて説明した。このような本実施例の構成に
おいては、送信マトリクス回路５と受信マトリクス回路
１０の制御方法が、従来装置におけるそれらの制御方法
と相違する。この制御方法について述べる。

第１３図に示す送信および受信マトリクス回路における
スイッチング素子群の切り換え組合せは第１〜第８の組
合せの８通りであり、従来装置では超音波ビームＢ、〜
Ｂ！？め走査順に第１〜第８の組合せによる切り換えが
繰り返されていた。この順番に従うと超音波ビームＢ２
゜は第４の組合せ、超音波ビームＢ３９は第７の組合せ
である。ところで本実施例では超音波ビームＢ＋　＋　
Ｂｔｏ、Ｂ３゜。

Ｂ＊　＋　Ｂ！Ｉｔ　　Ｂ３１・・・・・・の順で超音
波ビーム走査を行なうため、スイッチング素子群の組合
せの選択は第１．第４．第７．第２．第５．第８の順と
する必要がある。また、本実施例では同一区間における
送信と受信のビーム番号が異なるため、送信マトリクス
と受信マトリクスに与える命令が異なることとなる。即
ち、本実施例における送信マトリクスと受信マトリクス
の切り換え命令をまとめると第１０図に示すようになる
。第１０図から明らかなように送信マトリクス回路の組
合せは第１の組合せを先頭に第４．第７．第２・・・・
・・というように第８の組合せを最大組合せ番号として
サイクリックに２つおきに選択され、又、受信マトリク
ス回路は第６の組合せを先頭に第１．第４．第７、・・
・・・・とサイクリックに２つおきに選択される。他の
表現を用いると、第１．第４．第７８第２．第５、第８
．第３．第６の８つの組合せを１組と考え、この１組が
次々にくり返されるということもできる。

なお、第１０図における送信遅延回路励起パルスの回数
１の受信および回数５８の送信（図では０印を付けた）
は、実際にはビームＢ１〜１３ｓ’ｔの送受信には関与
していない。

このように、本実施例では、超音波ビームを３つの領域
に区分し、１番目の領域の超音波ビームの送信と３番目
の領域の超音波の受信とを同時に行ない、次いで２番目
の領域の超音波ビームの送信と１番目の領域の超音波ビ
ームの受信とを同時に行ない、続いて３番目の領域の超
音波ビームの送信と２番目の領域の超音波ビームの受信
とを同時に行ない、これを繰返すことにより超音波ビー
ムによる走査を行なうようにしたので、その走査速度を
従来装置より区かに高速とすることができ、ひいては、
被検体の検査時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記実施例の説明では、超音波ビームを３つの領
域に区分した例について説明したが、３つ以上の複数の
領域に区分することができるのは明らかである。又、１
つの超音波ビームについて、その受信領域が送信領域に
続く領域となる例を挙げて説明したが、これは送信領域
と間隔を置り領域とすることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、全超音波ビームを複数
のビーム領域に区分し、超音波ビームの送信を行なう領
域と、これと異なる受信を行なう領域を同時に順次選択
し、当該選択された各領域で超音波ビームの送信および
受信を行なうようにしたので、超音波ビームによる走査
を高速で行なうことができ、ひいては被検体の検査時間
を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波検査装置の制御装
置のブロック図、第２図（ａ）、　　（ｂ）。（ｃ）はアレイ振動素子の配列図、第３図および第４図
（ａ）〜（６）は制御装置における信号波形図、第５図
は送受信回路のブロック図、第６図、第７図、第８図お
よび第９図はそれぞれ第１図に示すシフトレジスタ回路
のブロック図、第１０図は送信ビーム、受信ビーム、送
信マトリクス回路の組合せ、受信マトリクス回路の組合
せの相互の関連を説明する説明図、第１１図はアレイ振
動素子の配列図、第１２図は従来の超音波検査装置の制
御装置のブロック図、第１３図、第１４図、第１５図お
よび第１６図は第１２図に示すマトリクス回路２分配器
、送受信回路、シフトレジスタ回路の回路図、第１７図
（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）は第１６図に示すシフ
トレジスタ回路の機能の説明図である。１・・・・・・・・・アレイ探触子、１、〜１６４・・
・・・・・・・超音波振動素子、３・・・・・・・・・
マイクロプロセッサ、４・・・・・・・・・送信遅延回
路、５・・・・・・・・・送信マトリクス回路、６・・
・・・・・・・分配器、９・・・・・・・・・加算器、
１０・・・・・・・・・受信マトリクス回路、１１・・
・・・・・・・受信遅延回路、１２・・・・・・・・・
波形加算回路、１４・・・・・・・・・シフトレジスタ
回路、１４．Ａ〜１４６−Ｃ・・・・・・・・・フリッ
プフロップ回路、１５・・・・・・・・・送受信回路、
Ｂ１〜Ｅ３ｓｔ・・・・・・・・・超音波ビーム。第３図第図寸へｏａ）■寸〜〇 −〜へ０寸ＯＱの■寸ＣＸＪＯの０寸 −Ｃ％Ｊ　ｎ寸寸Ｏ■

Claims

【特許請求の範囲】

（１）列状に配列された多数の超音波振動素子と、これ
ら各超音波振動素子のそれぞれに接続され該当する超音
波振動素子を励振させるとともにそれにより発生した超
音波ビームの反射波を受信する送受信回路とを備え、前
記多数の超音波振動素子の配列に沿つて超音波ビームの
走査を行なう超音波検査装置において、前記超音波ビー
ムのすべてを連続する複数のビーム領域に区分するビー
ム領域区分手段と、前記各ビーム領域のうち超音波ビー
ムの送信を行なう領域と受信を行なう領域を所定の順で
同時に選択してゆくビーム領域選択手段と、各ビーム領
域においてそのビーム領域が選択される毎に当該ビーム
領域の前記各送受信回路の配列順にそれらの送信手段と
受信手段を交互に切換えてゆく切換手段とを設けたこと
を特徴とする超音波検査装置。
（２）請求項（１）において、前記ビーム領域区分手段
、前記ビーム領域選択手段、および前記切換手段は、そ
れぞれ、前記各送受信回路毎に設けられた前記ビーム領
域の数と同数の直列接続されたシフトレジスタ、これら
シフトレジスタのうち前記所定の順と同一の接続順にあ
るシフトレジスタを前記送受信回路の前記送信手段と受
信手段に接続する接続手段、およびビーム領域選択毎に
各シフトレジスタにそれらを１つシフトさせる信号を入
力する入力手段で構成されていることを特徴とする超音
波検査装置。