JPH04291150A - 超音波電子スキャン装置 - 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、超音波アレイ探触子の
送受波信号を電気的に切り換えて走査することによって
被検体を探査する超音波電子スキャン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波電子スキャン装置を用いて被検体
を探査する場合、基本的には探査するピッチ（スキャン
ピッチ）はアレイ探触子の超音波振動子群の配列ピッチ
と同じになる。従来、このスキャンピッチを細かくして
探査密度を上げる必要があるときには、超音波振動子群
の配列ピッチを細かくすることで対応している。

【０００３】図７は従来の超音波電子スキャン装置の受
信回路の構成を示す回路図である。送信回路については
受信回路と同様の考え方ができるため説明を省く。１は
超音波を受波してその超音波の音圧レベルに応じたレベ
ルの電気信号に変える超音波振動子群（超音波アレイ探
触子）、２は超音波振動子群１から出力される電気信号
（受波信号）を次段回路に接続するかどうかを選択する
ためのスイッチ、３は受波信号を増幅するためのアンプ
、４は受波信号を超音波の受波に関与した振動子の配列
順に並べかえるマトリクス回路、５はマトリクス回路４
で並べかえた各受波信号に対して電子集束位置（探査点
）に合わせて遅延時間を与えることにより、複数の受波
信号を１つの信号に合成して探査点での超音波情報とす
るための遅延回路である。

【０００４】ここでは、アレイ探触子１の超音波振動子
の数（アレイ振動子数）が１２個で、超音波を電子集束
するための一組の超音波振動子の数（同時選択素子数）
が４個の場合を考える。まず最初に１２個の超音波振動
子群のうち隣り合っている４個の超音波振動子群１ａ〜
１ｄを用いて点６ａに電子集束によって焦点を作る。つ
ぎに超音波振動子を１素子分シフトして超音波振動子群
１ｂ〜１ｅを用いて点６ｂに焦点を作る。この動作を順
次行って１ラインの超音波の素子走査を行う。

【０００５】図８に、超音波振動子群の配列ピッチを図
７に示した配列ピッチの１／２にすることにより探査密
度を２倍にした超音波電子スキャン装置の受信回路の構
成を示す。超音波振動子群の配列ピッチを図７の配列ピ
ッチの１／２にしたため、焦点を結ぶ位置の間隔が図７
の間隔の１／２になって探査密度が２倍になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図８のように超音波振
動子群の配列ピッチを細かくした場合、図７の場合と同
じ探査範囲（電子走査範囲）を得るためには超音波振動
子数を２倍必要とする。図７ではアレイ振動子数が１２
個であったものが、図８では２４個になっている。また
、同じ超音波受波面積（開口）を得るために同時選択素
子数も２倍となる。開口が小さいと超音波の受信感度が
下がり、欠陥探傷の分解能も悪くなる。

【０００７】超音波振動子が増えると、それに付随する
他の電子回路も増えてしまう。図７と図８を比べた場合
、図８の方が回路規模が格段に大きくなっていることが
分かる。

【０００８】以上説明したように、超音波振動子群の配
列ピッチを細かくすることで探査密度を上げる構成では
、回路規模が大きくなり、超音波電子スキャン装置全体
が大型化しコストアップを招くと云う問題点がある。 また、あまり超音波振動子群の配列ピッチを細かくしよ
うとしても加工上の限界がある。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、超音波振動子群の配列
ピッチを変えずに探査密度を上げることができ、しかも
回路の規模を大きくすること無くこれが実現できる超音
波電子スキャン装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、Ｍ×Ｎ個のスイッチ手段を有するマトリク
ス回路を用いて超音波像を得る超音波電子スキャン装置
において、前記スイッチ手段は、第１、第２のスイッチ
制御信号が入力される第１、第２の入力端子を有し、該
第１、第２のスイッチ制御信号によりオン・オフを制御
されるようにしたものである。

【００１１】

【作用】本発明による超音波電子スキャン装置において
は、超音波像を得るためのマトリクス回路を構成するス
イッチ手段は、第１、第２の制御信号によりオン・オフ
を制御される。これにより、電子集束するための一組の
超音波振動子群は焦点の位置を変えて２回の探査を行う
ことができ、超音波探査の密度を２倍に上げることがで
きる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明による超音波電子スキャン装置
の一実施例を示す回路図である。

【００１３】図１の装置は図７の従来の超音波電子スキ
ャン装置とブロック的には同じ構成だが、マトリクス回
路８の機能が異なることにより、その探査ピッチは図７
のピッチの１／２になっている。このように超音波振動
子群の配列ピッチの１／２のピッチで探査するために、
本実施例では、一組の電子集束のための同時選択素子群
１ａ〜１ｄに対して、初めは点７ａに焦点を結び、次に
点７ｂに焦点を結ぶというように２つの焦点を持たせる
。同時選択素子群を１素子分シフトさせたときの次の同
時選択素子群１ｂ〜１ｅでつくる焦点は点７ｃと点７ｄ
である。各探査点の間隔を同じピッチにするために、一
組の同じ選択素子群でつくる２つの焦点の位置関係は、
同じ選択素子群の中心線より１／４配列ピッチだけ探査
方向に対して前後（図１では左右）にずれた位置にして
ある。

【００１４】点７ａと点７ｂに焦点を結ぶためには、そ
れぞれの点に電子集束するように、遅延回路９の遅延パ
ターンを２通り用意しなければならないことになるが、
２つの集束点が１組の超音波振動子群１ａ〜１ｄの中心
線に関し左右対称なので、この２通りの遅延パターンも
お互いに左右対称の関係となる。このため実際に用意す
る遅延回路は１つでも良く、この場合のマトリクス回路
としては、超音波信号を遅延回路９に送る手前で、遅延
パターンの関係が点７ａと点７ｂとで左右反転するよう
なマトリクス回路を用意すればよい。

【００１５】図２と図３を用いて図１のマトリクス回路
８と遅延回路９の動作を説明する。図１で点７ａに焦点
があるときには焦点が超音波振動子群１ａ〜１ｄの中心
線より左寄りに位置しているために超音波振動子１ｂに
最初に超音波が届き、点７ａと超音波振動子との距離関
係が短いものから順に超音波を受ける。このように超音
波振動子で時間差を持って受波された超音波が超音波振
動子１ａ〜１ｄによって受波信号に変換され、時間差を
持ったまま伝達される。この受波信号がマトリクス回路
８と遅延回路９を通るときの様子を図２に示す。これに
対して点７ｂからの受波信号がマトリクス回路８と遅延
回路９を通るときの様子を図３に示す。図２のマトリク
ス回路８の入力側１０の箇所における受波信号４つでつ
くる遅延パターンは図３の入力側１０の箇所での遅延パ
ターンと上下対称となる（図の左から見れば左右対称と
なる）。このときマトリクス回路８のスイッチ手段を、
それぞれの図に黒丸８ａ〜８ｄと８ａ′〜８ｄ′で示す
点で接続するように選択制御することにより、マトリク
ス回路８から出力された後の出力側１１の箇所での図２
、図３それぞれの受波信号の並びは同じ遅延パターン（
左右同一パターン）となる。これで７ａと７ｂの２点か
ら受けた超音波の受波信号を同じ遅延回路９で位相合わ
せすることができる。遅延回路９から出力される４つの
位相整合された信号は加算器（図示せず）で加算され、
１つの探査点の超音波情報となる。こうして一組の同時
選択素子群で２つの探査点の超音波情報を得ることがで
きる。

【００１６】次に、マトリクス回路８を構成するスイッ
チ手段について詳細に説明する。

【００１７】同時選択素子群をシフトさせて次の探査点
（例えば点７ｂから次の点７ｃ）に焦点を結ぶようにす
ると、図１の超音波振動子からの信号線を追ってゆくと
分かるように、遅延回路の遅延パターンと超音波振動子
群からの受波信号の遅延パターンを対応させるには、マ
トリクス回路８のスイッチ手段の選択位置を変えなけれ
ばならない。

【００１８】従来のような、一組の同時選択素子群で一
つの焦点を持つ超音波電子スキャン装置の場合にはマト
リクス回路の各スイッチ手段の選択は図４に示すように
なる。まず黒丸１２ａ１〜１２ａ４で示したスイッチ手
段をオンするために黒丸１２ａ１〜１２ａ４のスイッチ
手段を１本の制御信号線１２ａでつなぐ。ひとつシフト
したときには１２ｂ、つぎに１２ｃ、そして１２ｄ、そ
してまた１２ａというふうに巡回して超音波振動子から
の遅延パターンと遅延回路の遅延パターンとの対応をと
ってゆく。ここではひとつのスイッチ手段に対して制御
信号線は１本だけがつながっている。

【００１９】これに対して、一組の同時選択素子群で二
つの焦点を持つようにした本発明の場合、図５に示すよ
うに新たに点線で示す制御信号線が加わり、ひとつのス
イッチ手段に対してふたつの制御信号線がつながること
になる。図５を見て分かるように、もし実線で示した制
御信号線と点線で示した制御信号線が各スイッチ手段の
同じ制御信号入力端子につながれると、全ての制御信号
線が格子状につながってしまい、どの制御信号線にスイ
ッチオンのスイッチ制御信号（以下、単に「制御信号」
という）が入ったときでも、全てのスイッチ手段がオン
になってしまう。これを避けるために、各スイッチ手段
のオン・オフの制御信号の入力端子を２つずつ用意する
。もちろん、２つの入力端子のうちの１つに入力される
制御信号がスイッチオンの制御信号であっても、もうひ
とつの端子にはその制御信号の影響が無い回路構成とす
る。

【００２０】次にこの回路構成について説明する。図６
に、制御信号の入力端子を２つ用意したマトリクス回路
のスイッチ手段の一例を示す。スイッチ手段は、ダイオ
ード１５ａ，１５ｂと抵抗１５ｃとから構成されたダイ
オードスイッチ１５から成り、入力線１３と出力線１４
とをつないでいる。ダイオード１６ａ，１６ｂは制御信
号の入力端子を二つ用意するためのものである。入力線
１３と出力線１４に電圧５Ｖをかけておくと、箇所１７
を０Ｖにしたときにダイオードスイッチ１５がオンにな
って入力線１３と出力線１４とが結ばれ、箇所１７を５
Ｖにしたときにダイオードスイッチ１５がオフになって
入力線１３と出力線１４とは遮断される。箇所１７を０
Ｖと５Ｖにするために、ダイオード１６ａ，１６ｂを介
して二つの制御信号入力端子１８ａ，１８ｂを設ける。 ダイオードスイッチ１５をオフにするときには両制御信
号入力端子１８ａ，１８ｂを５Ｖに保つ。逆にオンにす
るときには少なくとも一方の制御信号入力端子を０Ｖに
する。図５を用いて説明したように、一方の制御信号入
力端子にスイッチオンの制御信号を送ったときでも、他
方の制御信号入力端子にはそのスイッチオンの制御信号
が漏れてはならない。図６の場合、たとえば制御信号入
力端子１８ａを０Ｖにしても、他方の制御信号入力端子
１８ｂが０Ｖにならず５Ｖのままならよい。図６の１８
ａを０Ｖにした場合、ダイオード１６ａの極性の関係上
箇所１７は０Ｖになりダイオードスイッチ１５はオンに
なる。このとき制御信号入力端子１８ｂはダイオード１
６ｂの極性の関係から５Ｖのまま保たれる。当然、この
逆の場合、すなわち制御信号入力端子１８ｂを０Ｖにし
た場合も同様のことが成り立つ。

【００２１】以上説明したように、制御信号入力端子を
２系統用意したマトリクス回路を使用した超音波電子ス
キャン装置によって、超音波振動子群配列ピッチの１／
２ピッチで超音波探査信号（超音波情報）を得ることが
できる。このとき従来の超音波電子スキャン装置に比べ
て増加した部品点数は僅かであり、しかもその部品は制
御のためのデジタル信号に関するものなので、超音波探
査用のアナログ信号には関係ない部分であり、電子集束
位置を決めるための遅延パターンの設定や、電子走査し
たときの各電子集束点での超音波探査信号の感度ばらつ
きの調整は従来と同様の手間ですむ。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ｍ×Ｎ個
のスイッチ手段を有するマトリクス回路を用いて超音波
像を得る超音波電子スキャン装置において、前記スイッ
チ手段は、第１、第２のスイッチ制御信号が入力される
第１、第２の入力端子を有し、該第１、第２のスイッチ
制御信号によりオン・オフを制御されることにより、１
つのスイッチ手段を２系統のスイッチ制御信号で制御で
き、受波信号に２系統の遅延パターンを与えることによ
り同時選択素子群に２つの焦点を与えることができ、超
音波振動子群の配列ピッチの１／２のピッチでの探査を
行なうことができる。しかも、２つの入力端子を用意す
ればよいので、回路点数の増加もわずかでよい。これに
より、コストや手間、アナログ信号の通過回路の違いに
よる感度差・位相差を従来どおりとしたままで探査密度
を２倍に上げると云う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波電子スキャン装置の一実施
例を示す回路図である。

【図２】図１の実施例の動作の説明図である。

【図３】図１の実施例の動作の説明図である。

【図４】従来のマトリクス回路の動作の説明図である。

【図５】図１の実施例におけるマトリクス回路の動作の
説明図である。

【図６】図１の実施例におけるマトリクス回路を構成す
るスイッチ手段を示す回路図である。

【図７】従来の超音波電子スキャン装置を示す回路図で
ある。

【図８】従来の超音波電子スキャン装置を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１　　超音波振動子群 １ａ〜１ｅ　　超音波振動子 ２　　スイッチ ３　　アンプ ７ａ〜７ｄ　　焦点 ８　　マトリクス回路 ９　　遅延回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｍ×Ｎ個のスイッチ手段を有するマト
   リクス回路を用いて超音波像を得る超音波電子スキャン
   装置において、前記スイッチ手段は、第１、第２のスイ
   ッチ制御信号が入力される第１、第２の入力端子を有し
   、該第１、第２のスイッチ制御信号によりオン・オフを
   制御されることを特徴とする超音波電子スキャン装置。
2. 【請求項２】　　前記Ｍ×Ｎ個のスイッチ手段は、超音
   波振動子群の配列ピッチの１／２のピッチで超音波の走
   査を行わせるようにオン・オフ制御されることを特徴と
   する請求項１記載の超音波電子スキャン装置。