JPH0381684A - Wave receiver - Google Patents

Wave receiver

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JPH0381684A
JPH0381684A JP2197989A JP19798990A JPH0381684A JP H0381684 A JPH0381684 A JP H0381684A JP 2197989 A JP2197989 A JP 2197989A JP 19798990 A JP19798990 A JP 19798990A JP H0381684 A JPH0381684 A JP H0381684A
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delay
time
signals
output
signal
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JP2197989A
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Kageyoshi Katakura
景義 片倉
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To easily realize a delay distribution in optional pattern by time adjustment with a digital clock and to facilitate positioning reception from a short distance to a long distance with a delay distribution of curvature which varties with time by holding discrete values of received sighnals of plural channels and realizing delay. CONSTITUTION:When signals la, lb, and lc are obtained, they differ in time, but parts fa1, lb1, and lc1 of them are selected by multiplexers MXa, MXb, and MXc and applied to the same adder MA1. Similarly, la2, lb2, and lc2 are applied to MA2 and thus specific parts of the signals are applied to up to MA7 in order; and next la8, lb8, and lc8 are applied to the MA1 again and this operation is repeated. Consequently, the outputs of the adders MA1 - MA7 become V1 - V7 and the same parts of the signals are sampled, and separated and extracted respectively. Then the outputs V1 - V7 are integrated by integrators IT1 - IT7 for a time wherein the signals la, lb, and lc are obtained and the results are outputted from output MXa, MXb, and MXc.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はパルス状超音波により物体の断面構造をm察す
る装置特に物体の運動までを観察する高速超音波断層撮
像装置の受信音波ビーム合成方式〔従来の技術〕 高速に超音波断連像を得るため、固定された指向性の探
触子を機械的に走査するのに代え、配列する超音波素子
の信号にある分布に従う遅延時間を与え、素子選択の変
更、もしくは遅延時間分布の変更により指向性が変更で
きる構成がとられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a receiving sound wave beam synthesis method for a device for observing the cross-sectional structure of an object using pulsed ultrasonic waves, especially a high-speed ultrasonic tomographic imaging device for observing even the movement of an object. [Prior art] In order to obtain continuous ultrasound images at high speed, instead of mechanically scanning a fixed directional probe, a delay time according to a certain distribution is given to the signals of the arrayed ultrasound elements. , the directivity can be changed by changing element selection or delay time distribution.

その例は、特開昭49−43480号などに記載されて
いる。
An example thereof is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-43480.

以下遅延時間分布により所望の指向性を得る構成を図面
により詳細に説明する。第1図(i)に示す送信音波a
 (t)を目標へ放射する。
The configuration for obtaining desired directivity using delay time distribution will be explained in detail below with reference to the drawings. Transmitted sound wave a shown in Figure 1(i)
(t) is emitted to the target.

ここで a  (t )  =A  (t ) sinωt −
(1)である。目標物体に対応して上記ω(=2πfc
:fcは周波数)、τ。は設定される。例えばソーナー
においては、fc4100kHz、t。4100μS程
度であり、医用応用ではそれぞれ5MHz2μs程度と
なり種々変化する。この送信音波は物体により反射され
第1図(ii)に示すように配列受波素子群d0〜d 
n−1に入射する。このため第1図(i)に示されるよ
うに物体の存在する方向に対応した時間差τ2を有する
素子出力a0〜a11−0が得られる。ここでτ1は物
体までの往復音波伝播時間である。
Here a (t) = A (t) sinωt −
(1). Corresponding to the target object, the above ω(=2πfc
: fc is frequency), τ. is set. For example, in a sonar, fc4100kHz, t. It is about 4100 μS, and in medical applications, it is about 5 MHz and 2 μs, and varies variously. This transmitted sound wave is reflected by an object, and as shown in FIG.
It is incident on n-1. Therefore, as shown in FIG. 1(i), element outputs a0 to a11-0 having a time difference τ2 corresponding to the direction in which the object exists are obtained. Here, τ1 is the round-trip sound wave propagation time to the object.

第1図(■)に現在広く行なわれている受信ビーム合成
方式の構成を示す。ここでD L pが受信信号aFを
遅延させるアナログ遅延回路であり、それぞれDpの信
号遅延を行なう。ここでDP= (n−p)@ τ喝 でありこの基本遅延時間τ、を変化させることにより受
信ビーム方向を変化させる。この遅延回路D L pの
出力bPは受信信号apがap:a (を−τ、−Pr2) であるため bp=a  (t−τ、 Pτz−Dp−)=a  (
t−τ1+P(τ、 −τ2)−nで、)となり1.音
波入射方向と受信方向が一致した場合(τ2=τ4)に
は第1図(iv)に示すようにbp=a (を−τ、−nτ4) となり全出力が同一の波形となる。このような遅延時間
整合ののち加算器Sにより着目方向受信信号Cを得る。
FIG. 1 (■) shows the configuration of a receive beam combining system that is currently widely used. Here, D L p is an analog delay circuit that delays the received signal aF, and each delays the signal of Dp. Here, DP=(n-p)@τ, and by changing this basic delay time τ, the reception beam direction is changed. Since the received signal ap is ap:a (-τ, -Pr2), the output bP of this delay circuit DLp is bp=a (t-τ, Pτz-Dp-)=a (
t-τ1+P(τ, -τ2)-n, ) becomes 1. When the sound wave incidence direction and reception direction match (τ2=τ4), bp=a (−τ, −nτ4) as shown in FIG. 1(iv), and all outputs have the same waveform. After such delay time matching, an adder S obtains a received signal C in the direction of interest.

この目的方位信号Cは p=Q = n a (を−τ1−nτ、) となり大出力として得られる。以上は目的方向から到着
した信号についてであるが、希望しない方向からの信号
(τ、−τ、=Δ)についてはbp=a  (t−c1
+PΔ−nτ、)であるため加算器出力Cは第1図(V
)に示すように各信号が打消し合い、抑圧された出力と
なる。
This target azimuth signal C becomes p=Q=na (-τ1-nτ,) and is obtained as a large output. The above is about the signal arriving from the desired direction, but for the signal from the undesired direction (τ, -τ, = Δ), bp=a (t-c1
+PΔ−nτ, ), the adder output C is as shown in Figure 1 (V
), the signals cancel each other out, resulting in a suppressed output.

以上の基本動作の説明から理解されるように従来の方式
の場合には遅延回路DLの遅延時間精度が搬送波の周期
(τ、)の精度で必要となりで3/2程度の精度では目
的方位信号も低下してしまい通常で3/4程度の遅延時
間精度が必要となり構成が非常に困難となる。
As can be understood from the above explanation of the basic operation, in the case of the conventional method, the delay time accuracy of the delay circuit DL is required to be equal to the accuracy of the carrier wave period (τ,). This also reduces the delay time accuracy, which normally requires a delay time accuracy of about 3/4, making the configuration extremely difficult.

これを改良したのが第2図の構成である。受信信号aP
と参照用信号e sr 、 e CFとの乗算を変衡変
調器により構成される乗算器Msp、 MCPにより行
なう。この乗算器Msp、 Mcpの内部構成は同一で
あり説明の便のため別記号とする。この参照信号は中心
周波数ωの遅延した正弦波であり、どのような指向性の
受波を行なうか、つまり後述する収束受波等によりチャ
ネル間の遅延時間の分布は種々変化する。説明の簡単の
ため第1図のような斜め方向からの平面波に対応した指
向性を得る場合を説明すると、これらの参照信号は、e
sp==:sin (ω(t−P τ4) )  −−
(2)ecp=cos ((1)  (t−P τs)
 ) −(3)なる互に90’移相した遅延信号である
。すなわち隣りあう素子チャネル間で基本遅延時間τ、
づつ位相差を有する。このような遅延分布をもつ各チャ
ネルの参照信号はアナログ遅延線を用いることなく作成
できる。その構成を第3図(a)に示す。第3図(b)
に示す周期τ、(τ3=2π/ω)なる矩形波をシフト
レジスタSHHのデータとし印加し、SHHの内容をτ
、なる周期のクロックにより移動する。このような構成
によりシフトレジスタのPビット目からはPτ、だけ遅
延され、周期かで、の波形fpが得られる。またこのf
pをτ、/4だけの遅延時間を有する単安定マルチバイ
ブレータによるディジタル遅延回路D D pにより遅
延させることにより第3図のようにfpと90’位相差
をもつg、なる信号が得られる。このfpvg’を中心
周波数ωなる共振フィルターF sp 、 F cpに
より整形することによりesp+ 8cpが得られる。
The configuration shown in FIG. 2 is an improvement on this. Received signal aP
Multiplying by the reference signals e sr and e CF is performed by multipliers Msp and MCP constituted by balanced modulators. The internal configurations of the multipliers Msp and Mcp are the same and are given different symbols for convenience of explanation. This reference signal is a delayed sine wave with a center frequency ω, and the distribution of delay times between channels varies depending on what kind of directivity reception is performed, that is, convergence reception, which will be described later. To simplify the explanation, let us explain the case of obtaining directivity corresponding to a plane wave from an oblique direction as shown in Fig. 1. These reference signals are e.
sp==:sin (ω(t-P τ4) ) --
(2) ecp=cos ((1) (t-P τs)
) - (3) are delayed signals whose phases are shifted by 90' from each other. In other words, the basic delay time τ between adjacent element channels is
Each has a phase difference. A reference signal for each channel having such a delay distribution can be created without using an analog delay line. Its configuration is shown in FIG. 3(a). Figure 3(b)
A rectangular wave with a period τ and (τ3=2π/ω) shown in is applied as data to the shift register SHH, and the contents of SHH are changed to τ
, it moves according to a clock with a period of . With this configuration, the Pth bit of the shift register is delayed by Pτ, and a waveform fp with a period of Pτ is obtained. Also this f
By delaying p by a digital delay circuit D D p using a monostable multivibrator having a delay time of τ, /4, a signal g having a phase difference of 90' from fp as shown in FIG. 3 is obtained. By shaping this fpvg' with resonant filters F sp and F cp having a center frequency ω, esp+8cp is obtained.

シフトレジスタSHHの各ビットの出力fasLt・・
・・・・についてそれぞれ同様にディジタル遅延回路D
D。、DDo、・・・・・・、共振フィルターFs@、
 Fs>・・・・・・及びF C11l FCl2・・
・・・・が設けられ、もって隣接チャネル間でて、づつ
位相左右する参照信号es、、es工、・・・・・・及
びe。。e eest・・・・・・が得られる。
Output fasLt of each bit of shift register SHH...
. . . Similarly, the digital delay circuit D
D. , DDo, ..., resonance filter Fs@,
Fs>...and F C11l FCl2...
. . . are provided, so that reference signals es, es, es, . . e east... is obtained.

乗算器M s p * M c pの出力h sc e
 h cpはそれぞれhip”: ay ”  esp =A(τ)sin(ωτ)◆5in(u(t−P τ4
))A(τ) ”     (cos(ω(P(τ、−τ、)−で1)
=  −cos(ω(2t−τ1−P(τ2+τ4))
〕および hcp=apHep =A(t)sin(ωτ)・cos(ω(t−P τ4
))φP =ω(P(τ、−τ2)−τ1)φP′=ω
(P(τ、+で3)十τ1)τ  =を一τ1−Pτ2
=τ(1〉 である、このh cp 、h spにおいてA (t)
が受信波形の包絡線成分であり5in(2ω1)+co
g(2ωt)に比較して充分低い周波数成分を有する。
Output h sc e of multiplier M s p * M c p
h cp is hip”: ay” esp = A(τ) sin(ωτ)◆5in(u(t-P τ4
)) A(τ) ” (cos(ω(P(τ, −τ, ) − 1)
= −cos(ω(2t−τ1−P(τ2+τ4))
] and hcp=apHep=A(t)sin(ωτ)・cos(ω(t−P τ4
)) φP = ω (P(τ, -τ2) - τ1) φP' = ω
(P(τ, +3) tenτ1)τ = oneτ1−Pτ2
= τ(1〉), in this h cp , h sp , A (t)
is the envelope component of the received waveform and is 5in(2ω1)+co
It has a sufficiently low frequency component compared to g(2ωt).

このため2ω周波数成分を低下させる低域濾波器L s
p 、 L (pによりA。)の周波数成分のみを分離
抽出可能である。このような濾波器出力11F(t)p
 1 CP(t)はそれぞれhxp、 hcpの右辺第
1項のみとなり となる。このような波形をアナログ遅延回路DSp、D
Cpにより遅延させる。このD S p 。
For this reason, a low-pass filter L s that reduces the 2ω frequency component
It is possible to separate and extract only the frequency components of p and L (A due to p). Such a filter output 11F(t)p
1 CP(t) is only the first term on the right side of hxp and hcp, respectively. These waveforms are connected to analog delay circuits DSp, D
Delayed by Cp. This D Sp.

D Cpは互に同一の構成であり可変遅延時間(n−p
)τ、を与える遅延線である。ここで、τ5はアナログ
信号用遅延部DSP、DCPの遅延時間設定値に関係し
た値であり、各チャンネル遅延時間設定値は実施例にお
いて簡単のために使用した無限遠からの平面波を受信す
る場合には、各素子に対する遅延時間設定値は素子番号
pに対して(n−p) τ、と与えられる。ここで、τ
6は設定値であり、実際の動作においてはΔpなる誤差
が生ずる。このためDSP、DCPの出力j sp。
D Cp has the same configuration and variable delay time (n-p
) τ, is the delay line. Here, τ5 is a value related to the delay time settings of the analog signal delay units DSP and DCP, and each channel delay time setting value is used in the example for simplicity when receiving a plane wave from an infinite distance. The delay time setting value for each element is given as (n-p) τ for element number p. Here, τ
6 is a set value, and an error of Δp occurs in actual operation. Therefore, the output of DSP and DCP j sp.

jcpは となる。このような信号jliP+ Jcpをそれぞれ
n個についての総和を得る加算器Ss、Scにより加算
する。この加算器出力ks、kcはそれぞれp=。
jcp becomes. These signals jliP+Jcp are added by adders Ss and Sc, each of which obtains the sum of n signals. The adder outputs ks and kc are each p=.

である、ここで目標方向から音波が入射する場合を考え
るとτ2=τ、=τ5であるためなる信号となり、大き
な出力となる。この信号を2乗器Ts、Tcにより2乗
し、Saにより加算し、開平器Rにより開平することに
より出力信号Cを得る。この構成より、目標方向信号に
対する出力Cは となり、目標物体までの距離に無関係に(τ、に無関係
)に最大出力が得られることになる。一方目標以外の方
向からの音波に関してはτ、−でよ=Δτ5−τ2=Δ
′ とすると n−1 ks”−ΣAct −c1+PΔ’  nrs)IIc
os(ω(pΔ−τ、))2p=0 となり。
If we consider the case where a sound wave is incident from the target direction, τ2=τ and =τ5, so the signal becomes a large output. This signal is squared by squarers Ts and Tc, added by Sa, and square rooted by a squarer R to obtain an output signal C. With this configuration, the output C for the target direction signal is as follows, and the maximum output can be obtained regardless of the distance to the target object (irrespective of τ). On the other hand, for sound waves from directions other than the target, τ, - = Δτ5 - τ2 = Δ
' then n-1 ks"-ΣAct -c1+PΔ' nrs)IIc
os(ω(pΔ−τ,))2p=0.

(n−1) ωΔが2π以上となるとks。(n-1) ks when ωΔ becomes 2π or more.

kcは小さな値となり抑圧された出力となる。このこと
をksについて説明する。
kc becomes a small value, resulting in a suppressed output. This will be explained regarding ks.

なおkcについて も同様である。About KC The same is true.

であり。Yes.

ここで (n−1) ωΔ〉2πとすると、 pの0からn−1までの変化に対応して、ω p6 ΔがOから2πまで変化する。here (n-1) If ωΔ〉2π, then Corresponding to the change of p from 0 to n-1, ω p6 Δ changes from O to 2π.

このため COS (ω(p・Δ−τi))の値がこのωp・Δの
変化に対応して1周期分変化し、これらの全てを加算し
た結果であるksは正負の値が平均化され小さな値とな
る。ここで、A(を−τz+pΔ′pΔ′zpΔくnΔ
z□=τ3(τ。であり、反射信号の得られるt=τ1
なる時刻近傍においては、はとんど変化しない。この(
n−1)ωΔ=2πに対応する方向が指向特性の第1零
点となり従来の方式と同一の指向特性が実現されている
Therefore, the value of COS (ω(p・Δ−τi)) changes by one cycle in response to the change in ωp・Δ, and the positive and negative values of ks, which is the result of adding all of these, are averaged. It will be a small value. Here, A(−τz+pΔ′pΔ′zpΔ×nΔ
z□=τ3(τ., and the reflected signal is obtained t=τ1
There is almost no change in the vicinity of the time when this(
n-1) The direction corresponding to ωΔ=2π becomes the first zero point of the directional characteristic, and the same directional characteristic as the conventional system is realized.

即ち、これまで述べたように、Δ、Δ′の変化に対して
、A(を−τz+PΔl   nτ5)は、反射波の中
央付近では変化しない。このため、この値をBとすると
、 となる。
That is, as described above, with respect to changes in Δ and Δ', A (-τz+PΔl nτ5) does not change near the center of the reflected wave. Therefore, if this value is B, then the following equation is obtained.

このようなksのΔに対する変化は、 良 なる。一方、従来方式においても、第4頁第4行のbp
の式を使用すると (ω(を−τ1+PΔ−nτ4)) となり、Δに対する変化は第2図のものと同一になる。
Such a change in ks with respect to Δ is good. On the other hand, even in the conventional method, the bp in the 4th line of the 4th page
Using the equation (ω(−τ1+PΔ−nτ4)), the change with respect to Δ is the same as that in FIG.

このため、方位分解能も全く同一となる。Therefore, the azimuth resolution is also exactly the same.

次に、遅延回路の遅延時間精度の影響を述べる。Next, we will discuss the influence of the delay time accuracy of the delay circuit.

参照信号の処理はデジタル処理が可能であり、簡単に所
要の遅延時間が得られ、τ、〜τ2=Oと設定可能であ
る。一方、受信信号成分を遅延させる部分(第2図に示
すD S p 、D Cp )は、振幅情報を有するこ
とがら構成が複雑になり、時間精度を高めることは困難
である。そこで、このDSP。
The reference signal can be processed digitally, the required delay time can be easily obtained, and it is possible to set τ, to τ2=O. On the other hand, the portions that delay the received signal components (D S p , D Cp shown in FIG. 2) have amplitude information, which makes the structure complicated, and it is difficult to improve the time accuracy. So, this DSP.

D Cpの遅延時間誤差が問題となる。この遅延時間設
定誤差をΔpとすると、設定遅延時間pτ5に対するD
Sp、DCpの実際の遅延時間D E pは、DEp=
(n   p)  τ、−Δpとなる。このため式(8
)、(9)に対応する遅延手段からの出力Jsp、 j
cpは、となる。ここでは、目標方向から入射する音波
に対する受信信号強度についての検討であるから、設定
遅延量τ5は、τ、−τ3(=Δ′)=Oとなっている
。このためてP′=を一τ1+Δp−nτ。
The delay time error of D Cp becomes a problem. If this delay time setting error is Δp, D for the set delay time pτ5 is
The actual delay time D E p of Sp and DCp is DEp=
(n p) τ, −Δp. For this reason, the formula (8
), the output from the delay means corresponding to (9) Jsp, j
cp becomes. Here, since the received signal strength with respect to the sound waves incident from the target direction is considered, the set delay amount τ5 is τ, -τ3 (=Δ')=O. Therefore, P'=-τ1+Δp−nτ.

であり、これらを加算した加算出力ks、kcは式%式
%) 位相差φPは、 φデ=ω(p(τ4−τ2)−τ1) であり、 目標方向の物体であることから同様に τ咄−τ2 (=0) =Oであり、 φデ=−ωτ、 となる。
The summed outputs ks and kc obtained by adding these are expressed as follows.The phase difference φP is φde=ω(p(τ4−τ2)−τ1), and since it is an object in the target direction, similarly τ咄−τ2 (=0) =O, and φde=−ωτ.

以上の式より である。このような遅延時間誤差Δpが存在する場合に
おける目的方向についての受信出力C(t)は、 C(t)”f■7下T?=−ΣA(t−?、十Δp−n
ts)である。ここでA(を−τ1+Δp−nτ5)は
、受信開始時刻がτ1−Δp+nτ、であり、これは時
間長で。なる矩形パルスである。このため、受信素子p
に対応して誤差Δpが変化するので、それぞれ受信時刻
が変動し、それらの総和であるC (t)がで。より長
くなり、第4図のようになる。すなわち、nが大きくΔ
Pが一様分布と仮定すると に対応して第4図のように変化する。この図より理解さ
れるようにΔll+a≦−に遅延回路DCPを構成する
ことにより最大値の低下なしに目的信号の抽出が可能で
ある。
From the above formula. When such a delay time error Δp exists, the reception output C(t) for the target direction is:
ts). Here, for A (-τ1+Δp-nτ5), the reception start time is τ1-Δp+nτ, which is the time length. This is a rectangular pulse. Therefore, the receiving element p
Since the error Δp changes correspondingly, the reception time changes, and the sum of these changes, C(t), is obtained. It becomes longer, as shown in Figure 4. In other words, if n is large and Δ
Assuming that P is uniformly distributed, it changes as shown in FIG. As can be understood from this figure, by configuring the delay circuit DCP so that Δll+a≦−, it is possible to extract the target signal without reducing the maximum value.

一方、従来の場合には、A (1) sin ((,1
t)の直接遅延の加算であり、Δpの誤差により加算出
力は、 となる。
On the other hand, in the conventional case, A (1) sin ((,1
t), and the addition output is as follows due to the error of Δp.

このため、 加算出力が低下しないために は。For this reason, To prevent addition output from decreasing teeth.

ωΔp(π が必要であり、 π    1 である。ここで、通常このτ。は前出τ、に比して大幅
に長いためDSp、DCpの遅延時間精度は従来方式に
おける遅延回路D L pに比較して大幅に楽になる。
ωΔp(π is required, which is π 1. Here, this τ is usually much longer than the above-mentioned τ, so the delay time accuracy of DSp and DCp is similar to that of the delay circuit D L p in the conventional system. It will be much easier in comparison.

このようにして、特定の位置からの信号を得ることが可
能となり、この信号によりブラウン管を輝度変調し、物
体形状を知るあるいは反射波形の分析により特定位置に
存在する物体の性質を知ることが可能となる。
In this way, it is possible to obtain a signal from a specific location, and by using this signal to modulate the brightness of the cathode ray tube, it is possible to learn the shape of an object, or to learn the nature of an object at a specific location by analyzing the reflected waveform. becomes.

以上は忠実に装置を構成する場合の動作であるが、本方
式の包絡線情報に着目する特徴を利用することによりさ
らに種々の簡略化が可能である。
The above is the operation when configuring the device faithfully, but various simplifications can be made by utilizing the feature of this method that focuses on envelope information.

第2図における片側の加算器Ssの出力ksに着目する
。目的方向物体からの受信出力は第12式%式% であり、これは第14式にcos (−ωτ1)を乗し
た形式になっている。このことはτ1の変化(距離の変
化)に従い出力振幅が変化する(感度が変化する)こと
に対応する。この様子を第5図に示す、このようにωτ
6=πなる関係にある音波伝播時間で6を周期とする感
度の変動が生ずる。しかしこのτ6に相当する距離間隔
Δrは伝播媒質中の音速をCs、音波波長を人とすると
であり。
Attention is paid to the output ks of the adder Ss on one side in FIG. The received output from the object in the target direction is expressed by Equation 12, % Equation %, which is in the form of Equation 14 multiplied by cos (-ωτ1). This corresponds to the fact that the output amplitude changes (the sensitivity changes) as τ1 changes (the distance changes). This situation is shown in Figure 5, as shown in ωτ
Sensitivity fluctuations occur with a period of 6 in the sound wave propagation time, which has a relationship of 6=π. However, the distance interval Δr corresponding to this τ6 is given by assuming that the speed of sound in the propagation medium is Cs and the wavelength of the sound wave is human.

水中において2MHz音波を使用するとΔr”0.19 (mm) (Cs: 1500m/s) となり、 多数の反射点より構成される有限の太きさを有する物体
の場合にはこのような微細な感度変化は全く問題となら
ない。
When a 2MHz sound wave is used underwater, Δr”0.19 (mm) (Cs: 1500m/s), and in the case of an object with a finite thickness made up of many reflection points, such minute sensitivity is Change is not a problem at all.

すなわち、反射点が1点のみであり、かつ第5図に示す
Ikslの零点に位置が固定している場合(τ1が固定
)には反射信号を見失うことになる。しかし、通常は生
体あるいは水中側のように対象物が運動しあるいは観測
点が移動し、相対位置が変動する。このため、音波伝搬
時間τ、が変化し、反射信号が瞬間的に消滅しても、す
ぐに再び出現する。特に、有限の大きさを有する物体の
場合には、多数の反射点を有することから、たとえ物体
が固定しているとしても、どこかの反射点が必ずamさ
れることになり、片側の出力のみによっても反射体を見
失うことは全くない。
That is, if there is only one reflection point and the position is fixed at the zero point of Iksl shown in FIG. 5 (τ1 is fixed), the reflected signal will be lost. However, usually the object moves, such as a living body or underwater side, or the observation point moves, and the relative position changes. Therefore, even if the sound wave propagation time τ changes and the reflected signal momentarily disappears, it immediately reappears. In particular, in the case of an object with a finite size, it has many reflection points, so even if the object is fixed, some reflection point will always be amped, and the output on one side will be There is no chance of losing sight of the reflector even if you only do so.

以上のことにより第2図に示した方式の変形として参照
信号としてespあるいはecPの一方のみを使用する
受信ビーム構成法も可能であり、この場合には第2図の
構成がほぼ半分となり大幅に装置が簡単となる。
As a result of the above, as a modification of the method shown in Figure 2, it is also possible to use a receiving beam configuration method that uses only either ESP or ECP as a reference signal, and in this case, the configuration shown in Figure 2 will be approximately halved and the The device becomes simple.

また本方式によるとDSpの遅延時間精度は第4図に示
したように包絡線の長さの精度である。
Further, according to this method, the delay time accuracy of the DSP is the accuracy of the length of the envelope, as shown in FIG.

このためて、がτ。に比較して小さい場合には第6図に
示すように1sp(又は1ce)を複数の群にまとめて
から遅延させることが可能である。このようにSa、S
bt sCなる加算器により加算された信号Qa、Qb
、Qcはそれぞれ第6図のようになり、振幅の低下は全
く表われない。このQa、 Qb。
For this reason, τ. If it is small compared to , it is possible to group 1sp (or 1ce) into a plurality of groups and then delay them as shown in FIG. In this way, Sa, S
Signals Qa and Qb added by an adder bt sC
, Qc are as shown in FIG. 6, and no decrease in amplitude appears at all. This Qa, Qb.

QcをそれぞれD Sa、 D Sb、 D Scによ
り12τ2,8τ2,4τ2遅延させることにより第7
図q&* qb+ (Icが得られこの3信号を加算器
SSにより加算することにより目的信号出力Uを最大振
幅の低下なしに求めることが可能となる。
The seventh
Figure q&*qb+ (Ic is obtained, and by adding these three signals using an adder SS, it becomes possible to obtain the target signal output U without reducing the maximum amplitude.

以上は説明の簡単のために4信号(ls6−1s3等)
を1台(ga等)とし3群にてシステムを構成して説明
したがこの構成に限られるものではなくUの最大振幅が
低下しない制限の下に任意の分割が可能であることは明
白である。このような構成にすると第6図より明らかな
ように遅延回路の個数が大幅に減少しく第6図の構成で
は1/4)装置構成が楽になる。
The above is 4 signals (ls6-1s3 etc.) for easy explanation.
Although the system was explained by configuring one unit (GA, etc.) and three groups, it is clear that the system is not limited to this configuration and that arbitrary division is possible as long as the maximum amplitude of U does not decrease. be. With this configuration, as is clear from FIG. 6, the number of delay circuits is greatly reduced, and the device configuration becomes 1/4 of the complexity of the configuration shown in FIG.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上に示した受信音波ビーム合成方式では、受波信号と
参照信号とを乗算することにより得る低周波数成分を遅
延させることにより遅延回路の精度に関する要求が緩和
される。しかし、第2図、第6図に示した例では遅延回
路としてアナログ遅延線を用いているため、なお要求さ
れる精度を満足し、かつ大きな遅延を得るための遅延回
路は大型でかつ高価なものになることはまぬがれ得ない
In the above-described received acoustic beam combining method, the requirement regarding the accuracy of the delay circuit is relaxed by delaying the low frequency component obtained by multiplying the received signal and the reference signal. However, in the examples shown in Figures 2 and 6, analog delay lines are used as delay circuits, so the delay circuits needed to satisfy the required accuracy and obtain a large delay are large and expensive. You can't avoid becoming something.

さらに、第2図、第6図の説明にては省略したが、送波
時刻からの時間経過中で当・初は近距離からの反射点か
らの反射音波が、また次第に遠方からの反射音波が受波
素子に到達するのに対応して受信信号の整相のための遅
延時間分布の曲率を順次小さくしていくことによりどの
ような距離に存在する反射信号も常時位相を一致させて
受信することが可能である。このような受信方式を採用
する場合に第1図、もしくは第6図のようにアナログ遅
延数を用いるには1個々の遅延線は多数の中間タップを
有するものでなければならず、さらにその中間タップを
1回の送波後の受信期間中に高速で切替える必要が生じ
る。
Furthermore, although it was omitted in the explanation of Figures 2 and 6, as time elapses from the time of transmission, the reflected sound waves from the reflection point initially come from a short distance, and then gradually the reflected sound waves from a far distance. By gradually decreasing the curvature of the delay time distribution for phasing the received signal as the signal reaches the receiving element, reflected signals present at any distance are always received with the same phase. It is possible to do so. In order to use analog delay numbers as shown in Figure 1 or Figure 6 when adopting such a reception method, each delay line must have a large number of intermediate taps, and It becomes necessary to switch the taps at high speed during the reception period after one wave transmission.

そこで、本発明の目的は、送波時刻の後常時位相を一致
させる受波を行なう場合にも正確に容易に遅延時間分布
の順次切替が可能な受波装置を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, it is an object of the present invention to provide a wave receiving apparatus that can accurately and easily sequentially switch the delay time distribution even when receiving waves whose phases are always matched after the time of wave transmission.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は受信信号そのものの波形を遅延させるのでなく
、複数チャネルの受信信号をそれぞれ離散的に標本化し
て保持し、保持された複数チャネルの受信信号同志を加
算することにより所望の遅延時間分布を達成するととも
に、その遅延時間分の曲率が送波からの時間経過ととも
に小さくなるように制御するようにした構成に特徴があ
る。
Rather than delaying the waveform of the received signal itself, the present invention discretely samples and holds the received signals of multiple channels, and adds the held received signals of the multiple channels to create a desired delay time distribution. The feature is that the configuration is controlled so that the curvature corresponding to the delay time becomes smaller as time elapses after the wave is transmitted.

〔作用〕[Effect]

〔実施例〕 第9図に本発明の実施例の構成を示す。本実施例は第6
図に示したアナログ遅延数DSa、DSb=DSc及び
加算器SSよりなる部分に替えて、加算器Sa、Sbt
 sCの出力に接続されるものである。ただし、Sa、
Sb、Scの出力n&、Qb、Qcについて位置合せす
るのでなく、第2図の1sPyLscについて位置合せ
する場合も同様な構成を取ることが可能である。
[Embodiment] FIG. 9 shows the configuration of an embodiment of the present invention. This example is the sixth
In place of the analog delay numbers DSa, DSb=DSc and the adder SS shown in the figure, the adders Sa, Sb
It is connected to the output of sC. However, Sa,
A similar configuration can be used when aligning 1sPyLsc in FIG. 2 instead of aligning outputs n&, Qb, and Qc of Sb and Sc.

第8図を参照しながら第9図について説明する。FIG. 9 will be explained with reference to FIG.

第8図に示されたように信号Qa、 Qb、 Qc(i
sp、 icpについて位置合せをする構成も同様に考
えられるが省略)が得られたと仮定する。これらの信号
の同一部分(時刻はそれぞれ異なる)Q&0. flb
l+ QCzをマルチプレクサ−M X a 、 b 
1 cにより選択して同一の加算器MA、に印加する。
As shown in FIG. 8, the signals Qa, Qb, Qc(i
It is assumed that a configuration in which alignment is performed for sp and icp is obtained (although it is also possible to consider a configuration in the same way, but this is omitted). The same part of these signals (different times) Q&0. flb
l+ QCz to multiplexer M X a, b
1c and applied to the same adder MA.

同様にQ &2 * Q lsi y Q C2をMA
、に印加し順次それぞれの加算器により信号の特定部分
をMA、まで印加する。次のQ as t Q J ?
 Q C4を再度MA。
Similarly, MA the Q &2 * Q lsi y Q C2
, and sequentially apply a specific portion of the signal to MA by each adder. Next Q as t Q J?
MA again with Q C4.

に印加しこの操作をくり返す。このような処理を行なう
と加算器MA、〜MA、の出力はそれぞれVい〜v7と
なり、信号の同一部分がそれぞれ標本化されて分離抽出
されている。このような加算器出力v 、 ”” v−
、を有限時間τs (Qa−Qb−Qcが得られる時間
)だけ積分器IT、〜7により積分する。
and repeat this operation. When such processing is performed, the outputs of the adders MA, .about.MA become V1.about.V7, respectively, and the same portions of the signals are each sampled and extracted separately. Such an adder output v, “” v−
, is integrated by an integrator IT, ~7 for a finite time τs (time for obtaining Qa-Qb-Qc).

この積分器はQc戒成分Qに出力した直後にそれぞれリ
セット可能となっている。
This integrator can be reset immediately after outputting to the Qc component Q.

このような積分器出力はそれぞれω、〜ω、となり積分
の最後値はそれぞれQa、Qb、Qcを時間合せした後
加算した振幅とほぼ同一となる。つまり、マルチプレク
サM X a 、 M X b 、 M X cにより
順次標本化されて加算器MA1の出力に現れた1211
?Qb= Qcの各チャネルの信号は互いに出現時間が
異なるけれども、積分器に順次その値が保持されながら
値が加算されていくので遅延分布が実現する。このよう
な積分結果をリセット直前に出力用マルチプレクサ−M
PXにより順次読み出すと第8図のXに示すように第7
図Uとほぼ同一の波形が得られ、等価的に包絡線の遅延
回路が実現されたことになる。このようにマルチプレク
サ−スイッチ、加算器、積分器により構成すると時間合
せが全てディジタルクロックにより可能となり、装置の
安定度が大幅に向上する。ここに述べた信号選択、積分
リセットを制御する制御信号を第9図に示すCx、及び
CYにより作成する。このうちCXにより作成するマル
チプレクサ−M X a p b + cの順次選択の
タイミングを制御する制御信号にある曲率をもった遅延
分布をもたせれば、所望位置の反射点からの球面波の位
相合せが可能となり、さらにこの曲率を時間経過ととも
に小さくしていけば、近距離の物体から遠距離の物体ま
で常に位相の合った反射音波の受波が可能になる。一方
The outputs of such integrators are ω, ˜ω, respectively, and the final values of the integrals are almost the same as the amplitudes added after time-aligning Qa, Qb, and Qc, respectively. In other words, 1211 which is sequentially sampled by multiplexers M X a , M X b , M X c and appears at the output of adder MA1
? Although the appearance times of the signals of each channel of Qb=Qc are different from each other, the values are sequentially held in the integrator and added together, so that a delay distribution is realized. Immediately before resetting such an integration result, output multiplexer M
When read out sequentially by PX, the seventh
A waveform almost the same as that in Figure U is obtained, meaning that an envelope delay circuit has been equivalently realized. By configuring the system using multiplexer switches, adders, and integrators in this manner, time adjustment can be performed entirely using a digital clock, and the stability of the system is greatly improved. The control signals for controlling the signal selection and integral reset described here are created by Cx and CY shown in FIG. Among these, if the control signal that controls the timing of sequential selection of multiplexers M If this curvature is further reduced over time, it becomes possible to receive reflected sound waves that are always in phase from objects close to objects and objects far away. on the other hand.

本実施例のように、参照信号との乗算によ・り余め各受
信信号の位相処理を行なう場合には、この参照信号につ
いても上記の時間とともに変化する曲率の遅延時間を与
える必要がある。そこで、第3図の回路に代えて第10
図に示す回路を用いる。
As in this embodiment, when performing phase processing on each received signal by multiplying it with a reference signal, it is necessary to give the above-mentioned curvature delay time that changes with time to this reference signal as well. . Therefore, instead of the circuit in Figure 3,
Use the circuit shown in the figure.

遅延回路DV、、DV2.・・・・・・D V p 、
・・・・・・は遅延時間の制御か可能な遅延回路であり
、このようなり V pの構成は電圧により出力パルス
幅が変化可能な通常の単安定マルチバイブレータを使用
することにより容易に実現される。さらに参照信号e 
sp 、 e cpが正弦波であることを考えるとこの
ような2次の曲率を有する参照信号が単一周波数のみに
ついて構成する単筒な移相器により代用されることも明
らかである。
Delay circuits DV, DV2. ...DVp,
・・・・・・ is a delay circuit that can control the delay time, and the configuration of Vp like this can be easily realized by using a normal monostable multivibrator whose output pulse width can be changed depending on the voltage. be done. Furthermore, the reference signal e
Considering that sp, e cp are sinusoidal waves, it is clear that the reference signal having such a quadratic curvature can be replaced by a monocylindrical phase shifter configured for only a single frequency.

〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、複数チャネルの受信信号
の離散的な値を保持して遅延を実現するのでディジタル
クロックによる時間合せで任意のパターンの遅延分布が
容易に実現でき、時間とともに変化する曲率の遅延分布
による近距離から遠距離まで全てに位相合せした受信を
容易に行なうことができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, delay is realized by holding discrete values of received signals of multiple channels, so any pattern of delay distribution can be easily realized by time alignment using a digital clock. It is possible to easily perform phase-aligned reception from short distances to long distances due to the delay distribution of curvature that changes over time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(i)、  (it)は送信波形と受信器出力の
時間関係を示す説明図であり、(iii) 、  (t
v) 。 (V)は従来方式の動作説明図、 第2図は本発明の前提となる方式の構成図、第3図は第
2図の方式に用いる参照信号発生部の構成例図、 第4図は遅延回路部の誤差が出力波形に与える影響を示
す図、第5図は1種類の参照信号により構成した場合の
距離に対する感度変化を示す図、第6図は遅延回路部を
簡単化する構成の説明図、第7図は第6図の構成による
出力を示す図、第8図は遅延回路部を第9図により構成
するときの時間関係を示す図、 第9図は本発明の実施例の回路図、第10図が近距離に
おいて焦点を保有させるための付加回路を示す図である
。 第 日 第 2 圀 第 2ρ 泗 第 の →1r−7輪 第4図 27:−→ ヤ”乙〜/″\−一−τ J!。 第 固 第 ざ 固
FIGS. 1(i) and (it) are explanatory diagrams showing the time relationship between the transmitted waveform and the receiver output, and (iii), (t
v). (V) is an explanatory diagram of the operation of the conventional method, FIG. 2 is a configuration diagram of the method that is the premise of the present invention, FIG. 3 is an example configuration diagram of the reference signal generation section used in the method of FIG. 2, and FIG. A diagram showing the influence of errors in the delay circuit section on the output waveform, FIG. 5 is a diagram showing sensitivity changes with respect to distance when configured with one type of reference signal, and FIG. 6 is a diagram showing a configuration that simplifies the delay circuit section. 7 is a diagram showing the output according to the configuration shown in FIG. 6, FIG. 8 is a diagram showing the time relationship when the delay circuit section is configured according to FIG. 9, and FIG. 9 is a diagram showing the output according to the embodiment of the present invention. The circuit diagram, FIG. 10, is a diagram showing an additional circuit for maintaining focus at close range. Day 2 Kuni 2nd ρ Day 1 → 1r-7th wheel 4th figure 27:-→ Ya”Otsu~/”\-1-τ J! . No. 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、配列する複数の受波素子から得る複数チャネルの受
波信号に遅延を与えて加算し、もって所定の方向もしく
は位置からの反射波に一致させた受波音波ビームを合成
する受波装置において、前記複数チャネルの受波信号の
それぞれを標本化した離散的な値をそれぞれ順次保持し
て所望の遅延を与え、これらの値をチャネル同志で加算
する標本化整相手段と、該標本化整相手段で実現する遅
延の曲率を時間と逆比例する曲率に順次変更する手段と
を有することを特徴とする受波装置。
1. In a receiving device that delays and adds received signals of multiple channels obtained from a plurality of arrayed receiving elements, thereby synthesizing a received sound wave beam that matches the reflected waves from a predetermined direction or position. , a sampling phasing means for sequentially holding discrete values obtained by sampling each of the received signals of the plurality of channels to give a desired delay, and adding these values between the channels; A wave receiving device comprising means for sequentially changing the curvature of the delay realized by the phase means to a curvature that is inversely proportional to time.
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