JPH04242163A - 超音波アレイ送受信装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波アレイ送受信装置
に関し、詳しくは、受波ビームフォーマを簡素化した超
音波アレイ送受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波アレイ送受信機は音線を形成する
ために、超音波探触子の各エレメントに与える信号を送
波ビームフォーマにより作り、反射体からのエコー信号
を受波ビームフォーマでシリアル信号に変換して処理し
、表示する装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この受波ビ
ームフォーマは各エレメントに接続されるディレーライ
ンのタップ位置を変えることにより各エレメントで受波
された各信号の遅延量を変えて整相加算し、反射体の位
置を再現できるシリアル信号を成さしめている。

【０００４】この整相加算のための受波ビームフォーマ
は、１／８波長もしくは１／１６波長位の時間軸精度で
遅延時間を設定してやらないと、その誤差成分のもたら
すビームプロファイルの裾野の部分の持上がりによるイ
メージの悪化が目立ち始める。即ち、ピーク値に対する
裾野部の値は−６０ｄｂ以下であることが望ましいが、
その値を超えるようになる。つまり、裾野の持上がりが
許容程度を超すようになる１つの大きな要因として、ビ
ームフォーマの時間軸量子化誤差が考えられる。

【０００５】このようにして、従来、受波ビームフォー
マは、少なくとも１／８波長程度の細かさでディレーマ
ッピングしなければならないと思い込まれて居り、その
様に装置を設計していた。その結果、制御用及び実行用
の装置の所要部品が共に膨大なものになっていた。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
、その目的は、受波ビームフォーマの時間軸精度の粗い
遅延手段を用いても誤差を目立たなくし、簡素な構成の
超音波アレイ送受信装置を実現することにある。

【０００７】又、他の目的は受波ビームフォーマの音線
を事前に合わせておく必要がなく、受波ビームフォーマ
を音線番号に応じて制御する必要のない簡素な構成の超
音波アレイ送受信装置を実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する本
発明は、目的物に超音波を送波するために送波音線を形
成する送波ビームフォーマと、前記目的物から反射され
て帰投する超音波を受波するために受波音線を形成する
受波ビームフォーマとを有する超音波アレイ送受信装置
において、粗い調整を行って概略の指向性を持たせる可
変ディレーラインで構成される粗調部と、該粗調部の前
段に挿入され、該粗調部において生ずる指向性誤差を微
調整によって補正する微調部と、前記粗調部の出力を加
算する加算器とを有する受波ビームフォーマと、前記粗
調部の各出力が入力され、或るチャネルと他の各チャネ
ルとのデータの位相を比較して位相誤差を求める位相比
較器と、該位相比較器で作られた位相誤差に基づいて前
記微調部の各チャネルの遅延量を計算して該微調部を制
御する計算手段とを具備することを特徴とするものであ
る。

【０００９】第２の発明は受波側には１次元或いは２次
元の受波レトロディレクティブアレイを用い、送波側に
は少なくとも受波アレイと同等程度以上の開口寸法の集
束ビームをなす送波器を用いて送受両開口の成す音線を
少なくとも目的地点において略一致させたことを特徴と
するものである。

【００１０】

【作用】受波ビームフォーマの粗調部で粗い調整を行っ
て受波ビームに概略の方向に指向させ、粗調部の各ディ
レーラインの出力データのうち任意に選んだ或るチャネ
ルのデータと他のチャネルのデータとの位相を比較して
位相誤差を求め、計算手段により微調部の各ディレーラ
インに与える遅延量を計算して微調部の調整を行う。 又、送波ビームのみを偏向し、受波ビームはレトロディ
レクティブアレイを用いてエコーの到来方向に自動的に
指向させ送受の音線を目的地点において略一致させる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１２】実施例１ 図１は本発明の一実施例のブロック図である。図におい
て、１は複数のエレメントから成り、電気信号を超音波
に変換して照射し、反射して帰投したエコー信号を電気
信号に変換する超音波探触子である。

【００１３】２は送波のための信号を発生する送波信号
発生器、３は送波信号発生器２の出力信号を音線を形成
するように多重信号に変換する送波ビームフォーマ、４
は送波信号を増幅等の処理後超音波探触子１に送り、超
音波探触子１が受波した信号を受信回路に送る送受信回
路である。５は微調用の可変ディレーラインである微調
部６と粗調用の可変ディレーラインである粗調部７及び
粗調部７の出力を加算する加算器８とで構成され、受波
信号を整相加算してシリアル信号に変換する受波ビーム
フォーマである。粗調部７は最終目的遅延量との間の誤
差として１８０°以内の誤差に初期設定されている。

【００１４】受波ビームフォーマ５で整相加算された信
号はＢモード系９とドプラ系１０に出力され、Ｂモード
表示又はドプラ表示される。

【００１５】１１は粗調部７の各ディレーラインの出力
が入力され或るチャネルと他のチャネルの位相を比較し
てその比較結果をＣＰＵ１２に入力する位相比較器で、
求められた比較チャネル間の位相誤差はＣＰＵ１２に入
力される。ＣＰＵ１２は位相比較器１１の出力の位相補
正データを用いて、超音波探触子１の各エレメントから
の受波信号に与える遅延量を計算して、微調部６の可変
ディレーラインの遅延量を自動的に調整する。

【００１６】次に、上記のように構成された実施例の動
作を説明する。送波信号発生器２は送波用の信号を送波
ビームフォーマ３に送る。送波ビームフォーマ３は目的
方向に正確に合わせた音線を形成するように、超音波探
触子１の各エレメントに入力する信号に遅延時間の分布
を与える。この信号は送受信回路４を経て超音波探触子
１に入力され、超音波信号に変換され、送波ビームを目
的方向に正確に合わせて照射される。

【００１７】目的物から反射されたエコー信号は、超音
波探触子１で受波され電気信号に変換され、送受信回路
４で増幅された後、受波ビームフォーマ５に入力される
。受波ビームフォーマ５は予め粗調部７のみで方向合わ
せをしておく。受信信号は微調部６を経て粗調部７に入
力され、各エレメントの信号はそれぞれ遅延を受けて加
算器８で加算される。このようにして受波ビームフォー
マ５で整相加算された信号はＢモード系９とドプラ系１
０の各回路に入力され、Ｂモード表示用信号及びドプラ
表示用信号として出力される。

【００１８】一方、可変ディレーラインの粗調部７の全
チャネルの出力は位相比較器１１に入力される。位相比
較器１１は、例えば或る固定のチャネルの信号を基準と
して各チャネルの信号の位相誤差を求める。このチャネ
ル間の位相比較の機能は６４チャネルとすると、６４−
１＝６３個ある。この位相誤差補正のデータはＣＰＵ１
２において演算の結果、微調部６に与える遅延データに
変換される。微調部６は前記の遅延データによってその
遅延量がそれぞれ設定され、位相誤差補正が行われる。 この補正実行の機能も６３個ある。この場合、微調部６
のディレーラインの中の１つが固定でよく、この固定チ
ャネルは中心のチャネルであるのが典形的な例であるが
、どのチャネルを固定にしてもよい。

【００１９】粗調部７の粗さは最終目的遅延量との間の
誤差として±１８０°以内の誤差に初期設定されるべき
であるが、ＣＷ波の場合のように±１波長単位のずれを
許容することができるならば、その粗さは任意でよい。 又、パルス方式の場合でも系の帯域幅に鑑みて±１〜±
２波長が正確にずれても実害ない場合が多いので、その
場合は初期設定の単位はその程度の粗さでよい。微調部
６はバラクタダイオード系を用いた連続可変ディレーラ
インが好ましい。送波後でないと受波の微調用データが
得られないので、試験用の送波と本番の送波とを別々に
、順番に各１〜数回ずつ繰り返すのが良いと考えられる
。

【００２０】この実施例の装置で行う方法は、予め受波
ビームフォーマ５において、粗調部７で１８０°以内の
誤差程度に粗く調整しておき、エコー信号が入力された
時点で位相誤差をＰＡＣ（Ｐｈａｓｅ　　Ａｂｅｒｒａ
ｔｉｏｎ　　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）手法により自動的
に微調整して、粗調整のために残存していた誤差をなく
すものである。

【００２１】尚、本実施例において、受波ビームフォー
マ５の微調部６は、ダイナミックフォーカスと重ね合わ
せて実行してもよい。この場合、微調整の方も奥行方向
に分解能を持たせても良い。ダイナミックフォーカスと
重ね合わせて実行する場合は、アナログ制御ディレーラ
インであれば、位相補正制御に重ねるダイナミックフォ
ーカスの制御は大まかなプリセットパターンを与え、そ
の先の細かい補正値がＰＡＣの機構により与えられる。

【００２２】以上説明したように本実施例によれば、受
波ビームフォーマが大幅に簡略化され、同時にＰＡＣ処
理が実行される。

【００２３】実施例２ 超音波探触子を受波側と送波側に分離し、受波側探触子
には１次元又は２次元の受波レトロディレクティブアレ
イを用い、送波側には少なくとも受波用アレイと同等程
度の開口寸法の集束ビームを構成する送波用探触子を用
いる。そして送波ビームのみを偏向し、受波は自動的に
合わさせる。このようにすれば、受波側探触子は送波さ
れて反射されてきた超音波の方向に向くように音線が形
成されて、方向誤差は自動的に修正される。

【００２４】この場合、受波アレイの上で得られた目的
地点から帰投する反射波の成すホログラムを時間的に或
いは空間的に平均化修正又は整形し、それによって得ら
れたホログラムを同じアレイからの送波における送波ビ
ームフォーミングに逆用し、以て媒質の音響学的不均一
性に由来する送波ビームの目的地点における集束性の低
下を防止する。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、受波ビームフォーマの時間軸精度を粗くしても誤差
の目立たない受信機が実現でき、又、受波レトロディレ
クティーブアレイを用いることにより受波ビームフォー
マの精度は全く必要がなくなり、実用上の効果は大きい
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【符号の説明】

１　　　　超音波探触子 ３　　　　送波ビームフォーマ ５　　　　受波ビームフォーマ ６　　　　微調部 ７　　　　粗調部 ８　　　　加算器 １１　　位相比較器 １２　　ＣＰＵ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　目的物に超音波を送波するために送波
   音線を形成する送波ビームフォーマと、前記目的物から
   反射されて帰投する超音波を受波するために受波音線を
   形成する受波ビームフォーマとを有する超音波アレイ送
   受信装置において、粗い調整を行って概略の指向性を持
   たせる可変ディレーラインで構成される粗調部（７）と
   、該粗調部（７）の前段に挿入され、該粗調部（７）に
   おいて生ずる指向性誤差を微調整によって補正する微調
   部（６）と、前記粗調部（７）の出力を加算する加算器
   （８）とを有する受波ビームフォーマ（５）と、前記粗
   調部（７）の各出力が入力され、或るチャネルと他の各
   チャネルとのデータの位相を比較して位相誤差を求める
   位相比較器（１１）と、該位相比較器（１１）で作られ
   た位相誤差に基づいて前記微調部（６）の各チャネルの
   遅延量を計算して該微調部（６）を制御する計算手段（
   １２）とを具備することを特徴とする超音波アレイ送受
   信装置。
2. 【請求項２】　　受波側には１次元或いは２次元の受波
   レトロディレクティブアレイを用い、送波側には少なく
   とも受波アレイと同等程度以上の開口寸法の集束ビーム
   をなす送波器を用いて送受両開口の成す音線を少なくと
   も目的地点において略一致させたことを特徴とする超音
   波アレイ送受信装置。