JPH06341978A - 時間反転を利用した音響検査方法および装置 - Google Patents

時間反転を利用した音響検査方法および装置

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JPH06341978A
JPH06341978A JP5245363A JP24536393A JPH06341978A JP H06341978 A JPH06341978 A JP H06341978A JP 5245363 A JP5245363 A JP 5245363A JP 24536393 A JP24536393 A JP 24536393A JP H06341978 A JPH06341978 A JP H06341978A
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Universite Paris Diderot Paris 7
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波エコーグラフ画像を用いて、実用に適
した音響検査方法を提供する。 【構成】 音響ビームを少なくとも１つのトランスデュ
ーサから媒体内に出射拡散させ、媒体によって反射さ
れ、アレイ内の多くのトランスデューサによって受信さ
れたエコー信号が摘出される。時間ゲートは、媒体の特
定ゾーンからのエコーを選択するのに用いられる。エコ
ーは、格納され、時間反転され、再放射される。新たに
媒体によって反射された信号は格納され、時間反転操作
が繰り返される。計測時間ゲートいっぱいに亙るランク
２ｎ＋１（ｎは零でない正の整数。）の最後の時間反転
の後、信号の最大値近くを通過する波面の特徴が、好ま
しくは、最大値の時間分布の形態で決定される。その特
徴は、往々にして多項式により近似することができる。
装置は、この方法を実施するために開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、周囲の媒体とは異な
る音響インピーダンスを有するターゲットを突き止める
ための音響検査方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】「音響」の語句は、可聴周波数範囲の制
限なしに広く解釈されるものとする。この発明は、種々
の分野に適用可能であり、特に、以下の場合に適用され
る。すなわち、金属、合成材料およびセラミックのよう
な任意形状の種々の材料における傷、亀裂、分裂および
結晶構造の不均一性の検知および探知、海中における固
体物体または水本体の底部の沈殿物の探索、地中の不均
一性の探知、ロボットにより把持されるべき物体の探知
等である。
【０００３】媒体の非破壊音響検査方法、つまり、
（ａ）少なくとも１つのトランスデューサから媒体内に
高発散音波が出射され、（ｂ）媒体によって反射され、
あるアレイにおける複数のトランスデューサによって受
け取られた信号が摘出され、（ｃ）前記媒体の特定のゾ
ーンからのエコーを選択するために時間ウインドウまた
はゲートが使用され、そのエコーが格納され、（ｄ）信
号が時間反転されて再放射され、（ｅ）前記媒体によっ
て新たに反射された信号が格納され、時間反転操作が繰
り返される方法が、そこに配されるべき反射性ターゲッ
トを突き止めることができることは、すでに知られてい
る（EP-A-0 383 650）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】媒体内の最大の反射物
によって、あるいは、広範な反射ターゲットのもっとも
高い反射点によって反射された信号は、アレイにおける
各トランスデューサに対応した各受信経路において最大
値を有する１セットの形態に構成されており、相互作用
が少なければ十分に抽出することができる。
【０００５】上記方法の特定の実施において、最大信号
の時間分布は、以降の使用のために蓄積される。他の実
施において、信号の時間的広がりは、対となる信号間の
相互相関によって決定される。しかしながら、このよう
な方法によっても、多大な計算量が必要である。そし
て、どの方法によっても、媒体内における１（または複
数）のターゲットの位置に関する即座に理解し得る表示
を直接得ることはできなかった。
【０００６】本発明は、超音波エコーグラフ画像で、タ
ーゲットの反射を検知し、それらの位置を突き止め、付
加的には、音響エネルギをターゲットに集中させること
により、従前の方法よりも実用に適した方法を提供する
ことを目的の１つとしている。
【０００７】この発明のより詳細な（排他的でない）目
的は、上述した時間反転技術に関連する種々の問題を解
決することである。現在まで、時間反転は、存在するタ
ーゲットへの伝搬エネルギの最適な集中が得られるよう
に自動焦点を生じさせるためのみのものであると考えら
れていた。言い換えると、その方法は、ターゲットの位
置に最大音響圧力を生成するために使用されていた。し
かしながら、多くの適用例において、一旦ターゲットが
存在すると確認された場合には、その三次元的な位置検
出が必要である（または、少なくとも望ましい。）。特
に、エコーグラフ型画像を形成することによりそれ以前
に検知されたターゲットを特徴付けることは、往々にし
て望まれる。
【０００８】このことは、受信に際して、自動焦点が必
要であることを示している。それに加えて、上記方法は
有利な結果を与えるが、反面、繰り返し回数を増加しよ
うとする場合に制限がある。すなわち、エコーグラフ信
号は、時間反転シーケンスが繰り返されるごとに長くな
って軸解の損失の原因となり、延いては、ある条件で画
質の低下をもたらすことになる。
【０００９】この発明は、時間ウインドウを選択するこ
とにより選ばれたゾーン内に１つの反射ターゲットが存
在するときに、奇数の時間反転が各経路にエコーグラフ
信号を起こす。エコーグラフ信号は、時間対称で、ター
ゲットにおける反射による波面位置に、または、別言す
れば、上記音響波面の表面にぴったり一致した最大値を
有する。
【００１０】その結果、多分、波面が存在するとの実証
後および計測時間ウインドウの全深さに亙るオーダまた
はランク２ｎ＋１（ここでｎは、０でない正の整数）の
最後の時間反転後に、前記信号の最大値に近接して通過
する波面の特徴が決定される。都合の良いことに、最大
値の時間分布の構成においては、その特徴は、多項法則
により近似される。
【００１１】波面を再生するための各トランスデューサ
の伝送時間遅れは、そこから推論できる。ターゲットを
突き止めるために、信号を時間遅れだけずらして加算す
ることも可能である。
【００１２】好適な実施例として、受信における各経路
またはチャンネル、すなわち、受信用の各トランスデュ
ーサにはデジタルメモリが使用される。そして、各トラ
ンスデューサにおける最大信号の到着の瞬間は、エコー
信号のサンプルが格納されているメモリ内の連続するア
ドレスの内容を走査することにより決定される。
【００１３】時間遅れの関係は、信号の伝搬による新た
な照明波面を再照射するために使用される。全ての信号
は、最後に照射された信号に一致する最初の最大値をも
って、その最大値の分布のための関係の補完により各ト
ランスデューサについて定義された各瞬間においては、
同形で、全経路を通して十分に短い持続時間を有してい
る。
【００１４】一旦ターゲットが突き止められると、特に
ターゲットを破壊しようとするときに、ターゲットの最
も高い反射点に収束する強烈な超音波ビームを合成する
ことが可能となる。得られた時間遅れの関係は、時間ウ
インドウの全持続時間に亙って適当な遅れを付与するこ
とにより一致するまで時間シフトがなされた後に、受信
信号を積算するために使用されてもよい。これにより、
最適波面を合成し、続いて伝搬および／または受信集中
を行うことが可能となる。
【００１５】＜反射可能ターゲットの捜査＞上述したよ
うに、一般的に、最大値の竿謡的な位置は決定され、放
射および／または受信信号は、ターゲットからの波面の
存在が、初めに実際に、計測および時間反転が実施され
た時間ウインドウ内に発見されたときだけ、時間シフト
がなされる。一般的には、時間反転が、検査において媒
体の一部に一致するように選択されることは興味深い。
【００１６】ウインドウは、先天的なものとして、例え
ば、ターゲットが以前にエコーグラフまたはＸ線手段に
より突き止められときに認識される。ウインドウもま
た、選択されたターゲットに一致する飛行時間の大まか
な評価により決定される。時間ウインドウの位置および
サイズは、ターゲットにおいて反射しあるいは回折した
信号がウインドウ内に確実に含まれるように選択され
る。このことは、例えば、かなりの厚さの材料内におけ
る欠陥を発見したときに、検査下における深さを複数の
ウインドウに再分することおよび複数回の時間反転を繰
り返した後に各ウインドウ内に大きなエコーが存在する
かどうかをチェックすることを可能としている。こうす
ることにより、各繰り返しの後に、ウインドウにおける
信号の全持続時間に亙って各経路を経由した受信信号を
非干渉的に積算すること、および、結果信号がウインド
ウ内において局部的な最大値を有するかどうかを実証す
ることが可能となる。各経路における最大値を捜査する
手順は、したがって、結果エコー信号と予め決められた
しきい値との比較から好ましい結果を得ることに対して
下位に置かれる。
【００１７】さらに、２つの連続する繰り返しにおいて
ウインドウ内に受けられる信号の比較により、他の手順
が構成される。この手順は、密にかつランダムに分布す
る多少の不均一性により構成される拡散媒体内における
欠陥の存在を捜査するときに特に有効である。チタン合
金、合成材料、そして粒状鋼は、そのような媒体例を構
成する。反射的ターゲットからの信号がアレイのトラン
スデューサによって摘出された場合には、その空間構造
は第１のショットから次のショットまでの間に変化する
ことはない。それに対して、２つの連続するショットの
間に摘出された信号に相互関係がない場合には、その信
号は、時間反転捜査によって相互に分割されるべき媒体
内に緊密に混合された拡散体から生じている。
【００１８】相互関係の程度またはエコー信号間２つの
連続する繰り返しから結果付けられる共通性の程度の計
測は、トランスデューサのそれぞれに対して２つの連続
したショットの相互相関係数の積算により得ることがで
きる。オーダーｋのトランスデューサにより繰り返しｐ
の間に信号が時間ウインドウに受けられた場合には、Ｅ
k p（ｔ）と書かれる。そして信号が繰り返しｐ＋１の間
に受けられた場合には、Ｅk P+1（ｔ）と書かれ、２つの
ショット間の全相関関数ｃ（τ）は、次のように書かれ
る。
【００１９】
【数１】
【００２０】ここで、Ｔは時間ウインドウの幅を示して
いる。相関係数は、ｃ（τ）の最大値に等しい。この最
大値が１に近付くとき、反射ターゲットを含むウインド
ウが終結する。また、この値が、実験条件の関数として
選択される設定されたしきい値、例えば０．５よりも低
いときは、観測下の媒体は優勢なターゲットを含まない
拡散媒体であると推論されることになる。
【００２１】トランスデューサがインタフェースによっ
て媒体から切り離されるときには、時間ウインドウ（連
続するショット内で同一または相違）は、インタフェー
ス自体および後部インタフェースからエコーを除去する
ように選択される。
【００２２】＜探査および表示＞上記操作は、ターゲッ
トが存在するかどうかを探そうとする場合に考慮され
る。それは、ターゲットを探索し続け、あるいは、そこ
に画像を形成する。画像を供給することによりターゲッ
トを特徴付けることが望まれるときには、波面の最大値
の相対的な時間位置を決定することにより、波面を発生
するターゲット周囲のゾーンの画像を提供するエコーグ
ラフ法が実施される。多くの方法がこれを実施するため
に採用される。
【００２３】特に、非常に短い持続時間の励起に一致す
る照明波面を発生させることにより、エコーグラフ画像
の第１線（その線はターゲットの中心に配される）の画
像が構成される。例えば、遅延を補間する継続時間だけ
トランスデューサにエネルギを付与することにより、音
響期間の約１／２の持続時間の励起に一致する照明波面
を発生させる。ある瞬間τに信号を受けたトランスデュ
ーサは、瞬間Ｔ0−τにエネルギを付与される。ここで
Ｔ0は、一定値である。この後に、全ての受信信号は、
供給された時間遅れだけシフトされた後に、積算され
る。
【００２４】他のアプローチとしては、画像の第１線周
囲の領域走査を実施することが考えられる。これを実施
するために、前に確立された遅延関係は、「位相アレ
イ」技術により超音波ビームを小角度Θだけ偏向させた
ものに一致する他の遅延関係との積算によって調整され
る。そして、新たな遅延関係を伝搬および受信に使用す
ることにより、また、新たに受信した信号を積算するこ
とにより、エコーグラフ画像が、ターゲット軸（ターゲ
ットの中心に指向される直線）に対して角度Θをなす方
向に収束するように得られる。異なる角度に一致する遅
延を適用することにより、領域走査による１つの画像が
得られることになる。
【００２５】さらに他の調整では、各経路を経由する同
等の短いパルスの伝搬に代えて、放射される信号は、各
々、前の繰り返しにおける受信信号の時間反転であり、
最大値に集中される比較的短い時間周期（数周期）を占
める。側方集中は、したがって、単なる波面の放射によ
って得られるよりも良好であるが、軸方向の解は減少す
る。
【００２６】この調整は、側方集中を改良するので、特
に、不均一性の高い媒体内に再集中する必要があるとき
に有用である。その結果、波面の代えた「波量」の再放
射により、１点における最適再集中が得られることにな
る。
【００２７】同様の理由により、上記調整は、エコーグ
ラフ信号のたたみ込み乗算（Convolution product）の
実施と伝搬信号の時間反転とを実施することにより、特
に、不均一性媒体における受信における集中を改良する
ためにも有効である。単なる時間シフト操作をこのアプ
ローチに置き換えることにより、単なる遅延線の利用が
できなくなり、たたみ込みソフトウェアおよびハードウ
ェアが必要となるが、これにより得られるエコーグラフ
信号は、たたみ込み積が全経路に亙って積算されるので
トランスデューサセットから放射されるエネルギ量に対
してより強いものとなる。それでも、計算量が多いの
は、唯一媒体が高い不均一性を有しているためである。
【００２８】ここで、適当な遅延関係を有する放射およ
び／または受信信号の時間シフトにより集中線を回転さ
せることが可能である。特に、たたみ込みを実施する前
の放射信号を格納するメモリから読み出されるアドレス
を変更することにより得られる時間シフトの実施により
デジタルたたみ込み手段が使用されると、このような移
動が実施される。
【００２９】上述したように、軽微な不均一性を有する
媒体においては、複雑な計算は一般的に必要でない。こ
のような環境下では、最大値の位置からの波面の集中お
よび合成が可能である。実際に、波面が、例えば最小二
乗法のような一定基準に基づく数学的最適化手法による
単純形状の幾何学的表面を有するものであると仮定する
ことは、往々にして可能である。
【００３０】媒体が実際に均一であるときには、１点か
ら到来する波面は、球面であると仮定できるので、問題
はさらに簡単なものとなる。したがって、波面（最小二
乗誤差または偏差のような基準による）への最適な合致
に寄与する球に一致する法則により最大値が分布される
と仮定することができる。この近似の妥当性は、誤差分
散を決定することにより評価することができる。もし、
誤差分散が十分に小さければ、検査誤差は補正すること
ができる。
【００３１】このことは、最終段階において、時間シフ
ト分布が、超音波エネルギを最も高い反射ターゲットに
集中する目的で、球形と仮定される波面に一致するよう
に再生されたときに特に望ましい。多くの場合、アレイ
内の少数のトランスデューサにより供給されるデータか
ら球の特徴を計算によって推定すること、および、アレ
イの軸から相対的に側方にオフセットしたターゲットに
エネルギを集中するための放射に際して、アレイ内の各
トランスデューサに加えられる遅延を推定することが可
能となる。このように、均一な媒体では、時間反転手段
を少数のトランスデューサのみの計測チャンネルとして
使用するので、この発明を実施することが可能である。
【００３２】
【実施例】この発明は、数ある例のうち、後述する特別
な具体例によって、理解をより深めることができる。こ
の記述は、図面に沿って言及されている。
【００３３】この発明は、文献ＥＰ−Ａ−Ｏ−３８３６
５０またはそれを参考文献とする米国特許第５０９２３
３６号に一般的に記載されている装置により実施するこ
とができる。したがって、ここでは、その装置について
簡潔に説明する。図１〜図３に示すように、この発明の
方法は、媒体１８内に配される主ターゲット１０に集中
される音響圧力場構造を累積的に引き起こす。
【００３４】第１ステップ（ａ）の間、突き止められる
べきターゲット１０を含むゾーンに広範かつ集中されて
いないビームが浴びせられる（図１）。図１に示すよう
に、このビームは、後述するステップで使用される超音
波トランスデューサ１、２、・・・・、ｉ、・・・・、ｎ（例え
ば、ｎ＝６４）のマトリクス１２の中央のトランスデュ
ーサにより供給される。これらのトランスデューサは、
１列に示されてはいるが、しばしば、２次元マトリクス
に分布される。マトリクスは平面又は凹面である。それ
は、矩形アレイを構成する。トランスデューサは、図６
に示すように、同心円状に分布され、または、交点にト
ランスデューサのない配列とされてもよい。マトリクス
内のいくつかのトランスデューサを同等に使用すること
ができ、または、その全てを、最初の照射に使用するこ
とができる。図１に示す例では、中心のトランスデュー
サは最初の照射の間、回路１４によって励起される。収
束されていないビームは、このようにして得られ、媒体
１８内に配置されているターゲット１０を照射する。回
路１４は、１以上のトランスデューサに供給する短パル
スの発生器である。
【００３５】ステップ（ｂ）の間、マトリクス１２のト
ランスデューサによって受信されるエコー信号は摘出さ
れ、信号の時刻ｔにおける波形と相対的な位置が回路１
６によって蓄積される（図２）。例えば、最初のエコー
信号は、ステップ（ａ）において短パルスにより構成さ
れた励起電気信号への応答として、図２に示す波形とな
る。
【００３６】受信信号を、例えば、オシロスコープやテ
レビモニターで検査することにより、マトリクス１２の
トランスデューサによって摘出される実質的に全ての反
射エネルギを含む持続時間Ｔの時間ウインドウを選択す
ることができる。回路１６は、その時間ウインドウ内に
含まれる信号のみを蓄積する。
【００３７】ステップ（ｃ）の間、時間ウインドウＴの
間に摘出された信号は、最初に時間反転され、そして、
全トランスデューサに同等のある増幅ゲインをもって伝
搬される（図３）。そのゲインは、１つの条件、すなわ
ち、各トランスデューサに関連する全てのチャンネルま
たは経路が受信に際して飽和することのないように、自
動的に調整される。
【００３８】このようにして構成される波面は、自動的
に対称的に形成され、その返しにマトリクス１２のトラ
ンスデューサによって受け取られるエコーは、各トラン
スデューサから出力される中心の最大値について対称な
信号の形態で現われる。もし、時間反転およびエコーの
蓄積のプロセスが複数回繰り返されたなら、対称的な信
号は各奇数番目のステップにおいて各トランスデューサ
に対応する検知経路において摘出され、同時に、媒体内
に複数のターゲットがある場合には最も大きなターゲッ
トに、または、単一のターゲットの最も反射率の高い部
分にエネルギが累積的に集中される。
【００３９】したがって、最後の奇数番目の繰り返しの
間に摘出された信号から、多くの信号の最大値を含む表
面として定義される波面４２に近接する単一の幾何学的
な線又は面４０（例えば球面）を決定することができ
る。波面を幾何学的に簡単な曲線または面により近似す
ることの利点は、表面の中心あるいは焦点の決定および
ターゲットの最も反射率の高いゾーンの正確な位置の確
認を容易に行うことができることである。このことは、
予定されたアプリケーションに適合する最終ステップ
で、この方法を終わらせることを可能とする。
【００４０】この場合、破壊されるべきターゲットのゾ
ーンの位置に一致する球の中心の確率は、１００％に近
い。そのような確信に近いものを得るために、一般的に
は、実証的ステップが必要である。すなわち、幾何学的
表面４０と最大値位置との間の違いや誤差の分散を決定
すること等である。幾何学的表面４０は、したがって、
分散が予め設定された値を超過する場合には、波面の具
象として受入れることはできないと考えられる。
【００４１】他のアプリケーションは、ターゲットのサ
イズを評価するために好適である。これにより、ターゲ
ット１０の最も反射率の高いゾーンに中心合せされた波
面に一致する遅延を蓄積し、側方にオフセットされた点
に集中する位相アレイで領域走査のために使用されるタ
イプの法則にしたがって調整された遅延を有するショッ
トを形成することができる。放射における各遅延の分布
により、反転された放射の遅延関係にしたがって全ての
受信信号をシフトすることにより、また、全てのチャン
ネルに亙って加算することにより、受信の信号を集中す
ることが可能である。その結果、角度によって、図１０
又は図１１に示されるように、モードＡにおける図１５
の遅延を基準としたエコーグラフモードＢ又はＣが供給
される。
【００４２】ターゲットのサイズは、最大振幅が少なく
ともしきい値ｓを超える距離ｄを基準として評価され
る。波面４２に良好に一致し多項式で表すことができる
幾何学的表面４０は、型通りの多項式近似方法、一般的
には最小二乗法を利用することにより求められる。
【００４３】この発明は、図５に示すような構造を有す
るオーダーｉのトランスデューサに関連する各計測経路
またはチャンネル２０を使用することにより実施され
る。経路２０は、ウインドウタイマー２６により設定さ
れる時間ウインドウＴに亙ってトランスデューサｉによ
り受信された信号のアナログサンプルをクロック２４の
周波数で供給するサンプラ２２を具備している。サンプ
ルは、コンバータ２８によってデジタル化され、ラスト
インファーストアウトＬＩＦＯに従ってメモリ３０に格
納される。
【００４４】タイマー２６は、最後のエコー後の予め設
定された遅延後に、伝搬されるべき返しの波面を生ずる
ようにプログラムされている。返しの信号をトランスデ
ューサｉに適用するために、経路２０は、アンプ３４を
後方に配するデジタル／アナログコンバータ３２を含ん
でいる。媒体内の減衰を補償するために、経路２０は、
媒体内の減衰の負の指数の逆関数を含むプログラマー４
２により時間の関数として調整された減衰係数を有する
アッテネータの前にもアンプ３８を具備している。
【００４５】この装置は、さらに、メモリ３０に読み書
きのアクセスを行うとともに、各格納されている信号の
時間位置を決定するための計算手段３６を具備してい
る。計算手段３６は、実際の波面の幾何学的近似に正確
に一致する最後のショットを生じさせるように、メモリ
３０から読み出すことにより得られる最大値の時間分布
に最適に合致する表面を決定し、付加的に各メモリ３０
内のサンプルの時間位置およびその値を調整するための
プログラムを搭載している。
【００４６】この装置の電気的部分は、図５に示すもの
と異なる。特に、各経路は、利得制御対数増幅器および
サンプリングした信号を定量化するアナログ−デジタル
コンバータを連続して具備するフランス特許第９１１３
６２９号（米国特許出願第０７／９７１１６６号）に記
載されたような配列を使用することができる。デジタル
化された信号は、表示のためにビデオバスに送られるこ
ととしてもよい。これは、格納されているデジタルの鋸
歯波形の信号への付加を可能とする読み／書きメモリお
よび加減算器を具備する格納および深さ補償ユニットに
も適用される。経路は対数増幅器の入力部に配される符
号検出器をも具備している。
【００４７】このような環境下において、再放射のため
の装置の部分は、イクスポーネンシエイション（expone
ntiation）回路（例えば、読み／書きメモリ）を具備す
る。得られるデジタル信号は、対数変換のため、符号を
有していない。デジタル信号への符号は、例えばメモリ
内に符号ビットを含ませることにより与えられる。この
ビットは、符号検出器によって供給される。メモリは、
時間反転されて読み出される。メモリから読み出される
デジタルサンプルおよび符号は、デジタル−アナログコ
ンバータによってアナログ形式に変換され、各信号を発
生するトランスデューサに供給する線形アンプに適用さ
れる。
【００４８】上述したように、トランスデューサはマト
リクス形の非常に広い領域に分布する。図６に示す例で
は、マトリクスは、０番から１２０番前の１２１のトラ
ンスデューサを具備している。
【００４９】図７および図８は、高反射率の単一のター
ゲットを含む媒体について１２１のトランスデューサの
マトリクスを使用するこの発明の方法を実施する装置に
現われる信号を示している。図７は、中心トランスデュ
ーサのみからの照射に応答する３２個のトランスデュー
サからのエコー信号の時間変化を示している。すなわ
ち、上記したステップ（ｂ）（軸から最も離れたトラン
スデューサ１番について）の間に得られる信号である。
これをみると、信号はきわめて非対称であって、その波
面に一致する最大値を正確に突き止めることはできない
ことがわかる。
【００５０】これに対して、図８に示すように、最初の
時間反転後に受信されるエコー信号（ステップ（ｃ））
は、第１に、これらの信号がより対称的になり、第２
に、明らかな最大値が現われ、そして、すでに良好な近
似を得ることが可能であることを明らかに示している。
ターゲットへのビームの集中は、その後行われるであろ
う繰り返しの間もさらに続けられる。エコー信号は、各
奇数番目の繰り返しのときに対称的になる。
【００５１】表示されたターゲットはトランスデューサ
マトリクスの中心位置に配されていないので、最大値
は、斜行列上または信号記録に沿って整列する。図９お
よび図１０は、図７および図８と同様であるが、これら
は、媒体内に分布する３つのターゲットに対応してい
る。図１１は、５回の時間反転後に得られる信号であ
る。
【００５２】図１２および図１３は、縦座標軸に沿って
ターゲット面で測定された音響圧力を示している。ター
ゲットは、図９、１０、１１と同様に分布されており、
３つ設けられている。図１２は、最初の時間反転後に得
られる音響圧力分布を示している。３つのターゲットに
一致する３つの最大値は、すでに明瞭に見ることができ
る。この局在化は、２回目の時間反転後に消滅する。あ
る奇数番目の繰り返しから次まで、大きなターゲットへ
の集中の効果は増大し、５番目の時間反転後、球による
波面の近似および球の中心に一致する遅延関係を利用し
た再放射により、図１３に示すような音響圧力分布が得
られる。
【００５３】図１４および図１５の例は、１２１個のト
ランスデューサのアレイおよび図９〜図１１の信号を起
こしたと同等の観察下における媒体を使用して得られた
結果を示している。図１１の信号内において、例えば、
最も大きな値を有するサンプルのアドレスを決定するこ
とにより最大値を探すと、図１４に示すように、鎖線の
円で囲われたような正道を外れた点を有する分布とな
る。これらの点を無視すると、図１４のサンプルにより
代表される波面は、ターゲットの座標を特徴付けるため
に使用されることができる。そして、座標の理論モデル
を使用すると、図１５に示すような、球面近似に一致す
る相対的な配列を有する放射パルスにより波面を合成す
ることが可能となる。
【００５４】上述したように、受信信号の全持続時間に
亙って各経路において受信した信号エンベロープを積算
することにより使用されるべき時間ウインドウを求める
ことができる。それは、非干渉性積算と同等であり、結
果として得られる信号が実際に、選択されたウインドウ
内に局部的な最大値を有していることを実証することが
できる。
【００５５】図１６は、３次元的な傷を有する塊状ブロ
ックにより構成された調査下における１つのアレイおよ
び１つの媒体について、１回の時間反転後に異なる経路
で受信される信号の積算値Ｓの変化の様子を示してい
る。信号を干渉的に積算すること、すなわち、時間シフ
ト後にそれらを積算することも可能である。この場合、
図１７に示すような分布が得られ、これにより、ターゲ
ットの存在がより明瞭に表示されることになる。
【００５６】最後に、不均一性媒体により返される信号
の最適受信集中を得る必要があるときは、エコーグラフ
信号の単なる時間シフトを、放射信号の時間反転を構成
するエコーグラフ信号４４と４６とのたたみ込み演算に
置き換えることができる（図１８）。たたみ込み積は、
各たたみ込み回路４８の出力信号が積算器５０において
積算されることにより得られる。このような状況下にお
いて、各経路を最適化するために適用されるデジタルシ
ステムおよび時間ウインドウΔＴを使用することは一般
的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法を実施する３つの連続するステ
ージであって、最初のショットの間に少なくとも１つの
トランスデューサに適用される電気信号の形状を示すタ
イミングダイアグラムを含むものを示す理論的ダイアグ
ラムである。
【図２】この発明の方法を実施する３つの連続するステ
ージであって、最初のショットによって得られる電気信
号の形状を示すタイミングダイアグラムを含むものを示
す理論的ダイアグラムである。
【図３】この発明の方法を実施する３つの連続するステ
ージであって、時間反転後にトランスデューサに適用さ
れる電気信号の形状を示すタイミングダイアグラムを含
むものを示す理論的ダイアグラムである。
【図４】球面状波面の考え得る合成を示す図である。
【図５】この発明の実施例を構成する装置における特定
のトランスデューサに関連する計測経路のブロックダイ
アグラムである。
【図６】この発明を実施する装置におけるトランスデュ
ーサのマトリクス分布例を示す図である。
【図７】中央のトランスデューサにより放射された単一
のパルスによる、検査対象媒体内に配される広範な１つ
のターゲット（例えば、胆石）における最初の反射に対
応して、図６に示すアレイ内の３２個のトランスデュー
サにより供給されるエコー信号を示す波面ダイヤグラム
である。
【図８】５回の時間反転の後に、図６のマトリクス分布
内の同じ３２個のトランスデューサにより受信される信
号を示す波面ダイヤグラムである。
【図９】３個の異なる大きさのボール状のターゲットを
含む媒体から得られる信号を示す図７と同様の図であ
る。
【図１０】３個の異なる大きさのボール状のターゲット
を含む媒体から得られる信号を示す図８と同様の図であ
る。
【図１１】各時間ウインドウで、各々５回の時間反転後
のエコー信号を示す図１０と同様の図である。
【図１２】３個のターゲットを含む面において計測さ
れ、最初の時間反転後、図６のアレイにトランスデュー
サが分布された装置に、図９に示す信号の時間反転を放
射することにより得られる圧力場を示している。
【図１３】３個のターゲットを含む面において計測さ
れ、５回の時間反転後（トランスデューサは、「球」状
関係に従って活性化される。）、図６のアレイにトラン
スデューサが分布された装置に、図１１に示す信号の時
間反転を放射することにより得られる圧力場を示してい
る。
【図１４】図９〜図１１に示す信号を起こす同一媒体に
ついて、図１１の多くの経路における最大値の時間分布
を示す図である。
【図１５】図１４の分布に最も近い近似を構成する球面
波表面を再構成するために放射される信号の時間分布を
示す図である。
【図１６】図３に示すタイプの伝搬信号の返しとして、
２つの鋭角な界面と１つの制限された量の傷を有する固
体界面からのエコー信号について、多くの経路から受信
する信号の非干渉和の時間ｔに対する変化を示す図であ
る。
【図１７】図３に示すタイプの伝搬信号の返しとして、
２つの鋭角な界面と１つの制限された量の傷を有する固
体界面からのエコー信号について、多くの経路から受信
する信号の干渉和の時間ｔに対する変化を示す図であ
る。
【図１８】時間反転された放射の後に受信する信号が返
しの放射と乗算されかつそれが積算されることにより如
何にたたみ込まれるかを示す図である。
【符号の説明】
１、・・・・、ｉ、・・・・、ｎ トランスデューサ １０ ターゲット １２ マトリクス １４、１６ 回路 １８ 媒体 ２０ チャンネル ２２ サンプラ ２４ クロック ２６ ウインドウタイマー ２８ コンバータ ３０ メモリ ３２ デジタル−アナログコンバータ ３４、３８ アンプ ３６ 計算手段 ４０ 幾何学的表面 ４２ 波面 ４４、４６ エコーグラフ信号 ４８ たたみ込み回路 ５０ 積算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 媒体を音響的に検査し、環境において反
    射性ターゲットを音響的に突き止める方法であって、
    （ａ）検出されるべきターゲットを含むであろう媒体の
    少なくとも１つのゾーンに、少なくとも１つのトランス
    デューサから照射するステップと、（ｂ）幾何学的アレ
    イの交点に分布される複数の電気音響トランスデューサ
    の各々によって送られた前記媒体からのエコーを表す信
    号を検出し、該信号をデジタル形式で格納するステップ
    と、（ｃ）設定された時間ウインドウ内に起こり、前記
    媒体の特定ゾーンから発生する前記エコー信号を選択
    し、デジタル形式で格納するステップと、（ｄ）エコー
    信号が選択されたときにその分布を返し、それらを前記
    複数の電気音響トランスデューサから再伝搬させるステ
    ップと、（ｅ）ステップ（ｄ）の結果反射された信号を
    格納し、時間反転と再伝搬とを繰り返すステップと、
    （ｆ）ｎを零でない正の整数として、２ｎ＋１回の時間
    反転後に信号の最大値に近似する波面の幾何学的特徴を
    決定するステップとを具備している方法。
  2. 【請求項２】 請求項１の方法において、ステップ
    （ｆ）が、前記波面および前記最大値に近似する球面の
    特徴を決定することを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 媒体を音響的に検査して該媒体内の反射
    性ターゲットを突き止める装置であって、 トランスデューサアレイを構成する複数の送受信トラン
    スデューサと、 該トランスデューサに接続され、媒体への最初の音響エ
    ネルギの伝搬後、前記トランスデューサを通してエコー
    信号を受信し、その信号を格納し、格納された信号を時
    間反転後に再放射するシーケンスを奇数番めの繰り返し
    のときに連続的に繰り返すように取り決められた回路手
    段とを具備し、 該回路手段が、エコー信号の最大値に合致しかつ波面を
    表す幾何学的表面の特徴を計算するように取り決められ
    ている装置。
  4. 【請求項４】 請求項１６の装置において、 回路手段が、アレイ内の各トランスデューサに、サンプ
    ラを有するプロセスチャンネルと、アナログ−デジタル
    コンバータと、ＬＩＦＯメモリと、デジタル−アナログ
    コンバータと、増幅および深さ補償手段とを具備し、 該回路手段が、前記チャンネル内の前記複数のＬＩＦＯ
    メモリのそれぞれに読み書きアクセスを行い、その値お
    よび前記幾何学的表面に一致するように格納されたサン
    プルの時間分布を調整するように取り決められた計算手
    段を有している装置。
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