JPH08313504A - 超音波検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分解能を犠牲にすることなく、簡素な回路構
成で高密度の画像を得ることができる超音波検査方法お
よびその装置を提供すること。 【構成】 送信用アレイ探触子Ａと受信用アレイ探触子
Ｂの相対位置を１／２ピッチずらすことにより送信ビー
ムの指向特性の中心位置と受信ビーム中心位置とを異な
る位置とする。この状態で、両アレイ探触子Ａ、Ｂの振
動子の選択数を同数とし、ある送受信では、送信用アレ
イ探触子Ａの振動子の選択はそのままとして受信用アレ
イ探触子Ｂの振動子の選択を１つずらせ、次の送受信で
は逆に、送信用アレイ探触子の振動子の選択を１つずら
せる。この切り換え動作を送受信毎に交互に繰り返して
ゆく。これにより送受波の総合指向性の中心位置Ｆ₁ 〜
Ｆ₄は１／２ピッチずつずれ、ピッチを１／２にでき
る。選択される振動子の数が両アレイ探触子において同
数であるので、両者の遅延パターンを同じくすることが
でき、これにより回路構成が簡素となり、分解能の犠牲
を避けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数の超音波振動子を
一列に配列して構成された送信用アレイ探触子および受
信用アレイ探触子を被検体を介して対向配置し、当該被
検体を超音波ビームで走査しその反射波を受信すること
により被検体の検査を行う超音波検査方法およびその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波検査による非破壊検査は多くの分
野で使用されている。特に、圧電体を超音波振動子（以
下、単に振動子という）として用い、これら振動子を多
数所定方向に配列して構成されるアレイ探触子による超
音波検査は、当該アレイ探触子の配列方向の超音波走査
を電子的に行なうことができるので、迅速な検査が可能
である。即ち、複数の隣接する振動子を選択し、これら
をそれぞれ所定の時間遅延させて励振させると、その遅
延の態様に応じた超音波ビームを発生させることができ
る。そこで、複数の振動子の選択を１つずつずらせてゆ
き、各選択毎に上記の遅延の態様で振動子を励振させる
と、発生した超音波ビームは振動子の配列方向に順次移
動してゆくことになり、結局、超音波ビームによる走査
が行われることになる。上記の各選択は電子的に行われ
るので、走査速度は機械的な走査に比較してはるかに早
くなる。

【０００３】ところで、超音波検査装置では、超音波走
査の密度をあげて画像の質を向上させることが要望され
ている。しかし、上記の手段による走査（電子走査）で
は、走査のピッチが各振動子の配列間隔に限定され、配
列間隔を狭くして走査密度を高める方法には限界があ
る。このため、走査ピッチを小さくするための種々の方
法が提案されている。これらの方法のうち、特開平１−
１０４２５１号公報で提案されている方法の原理を図４
により説明する。

【０００４】なお、上記公報に示される方法は、１つの
アレイ探触子を超音波ビームの送信と受信とに共用する
超音波検査装置における方法であり、被検体の真上にア
レイ探触子を位置せしめ、超音波を送信しその反射波を
同じアレイ探触子で受信する方法であって、医療用の超
音波診断装置の多くにこの方法が用いられる。これに対
して、産業用の非破壊検査では、例えば被検体が超音波
の減衰の大きな材料であるような場合、送信用のアレイ
探触子と受信用のアレイ探触子の２つのアレイ探触子を
被検体を挟んで対向配置し、被検体に対して超音波ビー
ムを透過させて検査を行う場合がしばしばある。そし
て、上記公報では１つのアレイ探触子を用いるものに対
して走査ピッチを小さくする方法の原理が述べられてい
るが、この原理は、２つのアレイ探触子を用いるものに
対しても全く同様に適用できるので、図４では２つのア
レイ探触子を用いるものに対して適用する場合の当該原
理を説明する。

【０００５】図４は上記公報で提案された従来の走査方
法の原理を説明する図である。この図で、Ａは送信用の
アレイ探触子を示し、その一部の振動子１〜８が図示さ
れている。同じく、Ｂは受信用のアレイ探触子を示し、
その一部の振動子１〜８が図示されている。Ｓは焦点位
置の移動を判り易く示すために付されたスケールであ
る。（Ｉ）〜（ＩＶ）は超音波ビームの発生順番（走査
順番）を示す。まず、走査順番（Ｉ）では、送信用のア
レイ探触子の振動子１〜６が選択され、これらを所定の
遅延時間で励振させることにより送信ビームが発生す
る。この送信ビームの中心は矢印Ｔの位置、スケールＳ
上では「３」位置である。これに対して、受信は、受信
用のアレイ探触子の振動子１〜５が選択され、これら振
動子（１〜５）の中心は矢印Ｒの位置、スケールＳ上で
は「２．５」位置である。

【０００６】今、送信波の指向特性をＸ、受信波の指向
特性をＹとすると、送受波の総合指向特性Ｚは、Ｚ＝Ｘ
・Ｙとなり、その中心は両者の中間点となる。したがっ
て、上記の例では中間点、即ち送受波の指向特性の中心
は、スケール上に黒丸Ｆ₁ で示す「２．７５」位置とな
る。受信された各信号は、所定の遅延パターンで遅延さ
れた後に加算される。

【０００７】走査順番（ＩＩ）では、送信用のアレイ探
触子の振動子の選択状態はそのままとし、受信は受信用
のアレイ探触子の振動子２〜６で行う。この結果、中心
は黒丸Ｆ₂ で示す「３．２５」位置となる。走査順番
（ＩＩＩ）では、送信用のアレイ探触子の振動子を１つ
ずらせて振動子２〜７で送信を行い、受信用のアレイ探
触子の振動子の選択状態はそのままにしておく。これに
より、中心は黒丸Ｆ₃ で示す「３．７５」位置となる。
又、走査順番（ＩＶ）では、送信用のアレイ探触子の振
動子の選択状態はそのままとし、受信は受信用のアレイ
探触子の振動子３〜７で行う。この結果、中心は黒丸Ｆ
₄ で示す「４．２５」位置となる。このような方法によ
り、通常の方法では、スケールＳ上でピッチ「１」であ
った走査ピッチが、ピッチ「０．５」（１／２）に小さ
くされ、画像の走査線密度を２倍に向上させることがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法は、送
信用のアレイ探触子側では６個の振動子を選択し、受信
用のアレイ探触子側では５個の振動素子を選択する方法
である。したがって、選択された振動子に与えられるべ
き遅延パターンは、送信用のアレイ探触子側と受信用の
アレイ探触子側とでは異なるパターンとなる。このた
め、遅延時間を与える制御回路が各アレイ探触子毎に別
個に必要となり、回路構成が複雑化し、コストが上昇す
る。

【０００９】又、超音波ビームの焦点位置における分解
能は、送受信の口径が大きいほど高くなる。このために
は、超音波ビームの形成（送受信）に関与する振動子を
多くすることが望ましい。ところが、上記の図４に示す
方法では、送信に使用される振動子が６個であるにもか
かわらず受信に使用される振動子は５個であるので、分
解能の観点からすると送信に使用される振動子１個が犠
牲になっている。換言すれば、ピッチを１／２として走
査線密度を２倍にするために分解能が犠牲にされている
ことになる。

【００１０】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、分解能を犠牲にすることなく、簡素な回路
構成で高密度の画像を得ることができる超音波検査方法
およびその装置を提供することにある。

【００１１】

【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、多数の超音波振動子を所定方向に配列し
た送信用アレイ振動子列と、この送信用アレイ振動子列
と同一ピッチ配列の受信用アレイ振動子列とを配置し、
前記送信用アレイ振動子列の超音波振動子のうちの選択
された超音波振動子から被検体に照射された超音波ビー
ムを前記受信用アレイ振動子列の超音波振動子のうちの
選択された超音波振動子で受信し、この受信した超音波
ビームに基づいて前記被検体の検査を行う超音波検査方
法において、前記送信用アレイ振動子列と前記受信用ア
レイ振動子列との相対位置を、隣接する前記超音波振動
子の中心間距離で定まる１ピッチ未満の距離だけずらす
ことにより、送信される超音波ビームの指向特性の中心
位置と受信される超音波ビームの指向特性の中心位置と
を異なる位置とするとともに、前記送信用アレイ振動子
列における超音波振動子の選択数と前記受信用アレイ振
動子列における超音波振動子の選択数とを同数とし、送
受信毎に、前記送信用アレイ振動子列における超音波振
動子の選択および前記受信用アレイ振動子列における超
音波振動子の選択を交互に１つずつずらせてゆくことを
特徴とする。

【００１２】又、本発明は、上記の方法を実施するた
め、前記送信用アレイ振動子列と前記受信用アレイ振動
子列との相対位置を、隣接する前記超音波振動子の中心
間距離で定まる１ピッチ未満の距離だけずらして配置す
るとともに、前記送信用アレイ振動子列における選択さ
れた各超音波振動子に遅延を与える送信遅延回路と、前
記受信用アレイ振動子列における選択された各超音波振
動子に遅延を与える受信遅延回路と、前記送信遅延回路
および前記受信遅延回路に共通の遅延パターンを与える
送受信遅延制御回路と、前記送信用アレイ振動子列の超
音波振動子の所要のものを選択する送信振動子選択回路
と、前記受信用アレイ振動子列の超音波振動子の所要の
ものを選択する受信振動子選択回路と、前記送信振動子
選択回路と前記受信振動子選択回路における超音波振動
子の選択数を同数とし、送受信毎に、前記送信振動子選
択回路の超音波振動子の選択と前記受信振動子選択回路
の超音波振動子の選択を交互に１つずつずらせてゆく制
御手段とを設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明では、送信用アレイ振動子列と受信用ア
レイ振動子列の２つを用い、それら両者の相対位置を、
隣接する超音波振動子の中心間距離で定まる１ピッチ未
満の距離、最も望ましくは１／２ピッチだけ予めずらし
ておく。これにより、送信される超音波ビームの指向特
性の中心位置と受信される超音波ビームの指向特性の中
心位置とが異なる位置となる。この状態で、送信用アレ
イ振動子列における超音波振動子の選択数と受信用アレ
イ振動子列における超音波振動子の選択数とを同数と
し、ある送受信では、送信用アレイ振動子列における超
音波振動子の選択はそのままとして受信用アレイ振動子
列における超音波振動子の選択を１つずらせ、次の送受
信では、受信用アレイ振動子列における超音波振動子の
選択はそのままとして送信用アレイ振動子列における超
音波振動子の選択を１つずらせる。この切り換え動作を
送受信毎に交互に繰り返してゆく。選択される超音波振
動子の数が送信用アレイ振動子列および受信用アレイ振
動子列において同数であるので、両者の遅延パターンを
同じくすることができ、送受信遅延制御回路を１つで済
ますことができて回路構成が簡素となるばかりでなく、
分解能が犠牲になるのを避けることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る超音波検査方法を説
明する図である。この図で、図４に示す部分と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。図４に示す従来
の方法では、送信用のアレイ探触子と受信用のアレイ探
触子との相対位置関係が両者一致しているのに対して、
本実施例では、両者の相対位置が図１に示すように１／
２ピッチずらされる。この状態で順次超音波の送受信が
行われる。

【００１５】まず、走査順番（Ｉ）で、送信用のアレイ
探触子および受信用のアレイ探触子は、それぞれ同数の
振動子（図示の場合は６つで、いずれも振動子１〜６）
が選択される。両者の相対位置が上記のように１／２ピ
ッチずれているので、上記振動子の選択により、送信ビ
ームの中心位置は矢印Ｔの位置、スケールＳ上では
「３．５」位置である。一方、受信ビームの中心位置は
矢印Ｒの位置、スケールＳでは「３．０」位置である。
したがって、送受波の総合指向性の中心は、スケール上
に黒丸Ｆ₁ で示す「３．２５」位置となる。

【００１６】走査順番（ＩＩ）では、送信用のアレイ探
触子はそのままとし、受信用のアレイ探触子の振動子を
振動子２〜７に切り換える。これにより、送受波の総合
指向性の中心位置Ｆ₂ はスケールＳの黒丸「３．７５」
となり、走査順番（Ｉ）の走査に対して「０．５」（１
／２ピッチ）ずれることになる。走査順番（ＩＩＩ）で
は、逆に、受信用のアレイ探触子はそのままとし、送信
用のアレイ探触子の振動子を振動子２〜７に切り換え
る。これにより、送受波の総合指向性の中心位置Ｆ₃ は
スケールＳの黒丸「４．２５」となり、走査順番（Ｉ
Ｉ）の走査に対して「０．５」（１／２ピッチ）ずれる
ことになる。走査順番（ＩＶ）では、送信用のアレイ探
触子はそのままとし、受信用のアレイ探触子の振動子を
振動子３〜８に切り換える。これにより、送受波の総合
指向性の中心位置Ｆ₄ はスケールＳの黒丸「４．７５」
となり、走査順番（ＩＩＩ）の走査に対して「０．５」
（１／２ピッチ）ずれることになる。以後、これに準じ
て送受信が行われる。

【００１７】このように、本実施例では、送信用のアレ
イ探触子と受信用のアレイ探触子の相対位置を１／２ピ
ッチずらすようにしたので、送信用のアレイ探触子で選
択される振動子の数と受信用のアレイ探触子で選択され
る振動子の数を等しくすることができ、これにより、送
信用のアレイ探触子側に対する遅延パターンと受信用の
アレイ探触子側に対する遅延パターンを同じくすること
ができ、遅延パターンを作成して出力する送受信遅延制
御回路を１つで済ますことができ、回路構成が簡素とな
るばかりでなく、分解能が犠牲になるのを避けることも
できる。

【００１８】上記図１に示す例では、送信用のアレイ探
触子と受信用のアレイ探触子の相対位置を１／２ピッチ
ずらす例について説明した。しかし、両者のずれ量は１
／２ピッチに限ることはなく、１ピッチ未満であれば走
査ビームを１／２ピッチずらすことができる。図２に両
者を１／４ピッチずらせた場合の動作を示す。

【００１９】図２は本発明の他の実施例に係る超音波検
査方法を説明する図である。この図で、図１に示す部分
と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この
実施例では、両者の相対位置が図示のように１／４ピッ
チずらされる。この状態で順次超音波の送受信が行われ
る。両者の振動子の切り換えの態様は、さきの実施例の
切り換え態様と同じである。

【００２０】走査順番（Ｉ）では、送受波の総合指向性
の中心は、スケール上に黒丸Ｆ₁ で示す「３．１２５」
位置となる。走査順番（ＩＩ）では、送受波の総合指向
性の中心位置Ｆ₂ はスケールＳの黒丸「３．６２５」と
なり、走査順番（ＩＩＩ）では、送受波の総合指向性の
中心位置Ｆ₃ はスケールＳの黒丸「４．１２５」とな
り、走査順番（ＩＶ）では、送受波の総合指向性の中心
位置Ｆ₄ はスケールＳの黒丸「４．６２５」となる。し
たがって、順に「０．５」（１／２ピッチ）ずれること
になる。以後、これに準じて送受信が行われる。本実施
例の効果も、さきの実施例の効果と同じである。

【００２１】ところで、本実施例では、走査順番（Ｉ）
と走査順番（ＩＩＩ）では、送信の中心Ｔと受信の中心
Ｒの間隔が１／４ピッチであるのに対して、走査順番
（ＩＩ）と走査順番（ＩＶ）では、送信の中心Ｔと受信
の中心Ｒの間隔は３／４ピッチとなっている。したがっ
て、各走査における受信感度が走査の１つおきに等し
く、隣接する走査では異なる。このため、図２に示す実
施例では、受信結果に微妙な感度むらが生じることとな
る。これに対して、図１に示す実施例では、全ての走査
において、送信の中心Ｔと受信の中心Ｒの間隔が１／２
ピッチであるので、感度むらは存在しない。これら実施
例の説明から推察されるように、送信用のアレイ探触子
と受信用のアレイ探触子の相対位置のずれ量が１／２ピ
ッチに近づくほど感度むらが小さくなり、１／２ピッチ
で感度むらが完全になくなる。このことを逆にいえば、
ずれ量を１／２ピッチにしなくても、感度むらが問題に
ならないレベルで１／２ピッチ走査が行えるということ
になる。

【００２２】図３は上記各実施例の方法を実施する超音
波検査装置のブロック図である。この図で、Ａ、Ｂは図
１、図２に示すものと同様のアレイ探触子である。１０
は送信遅延回路であり送信遅延パターンを生成し、この
パターンに従ってパルサ回路に信号を出力する。１１は
入力されたパルス信号に応じて振動子を励振するパルス
を出力するパルサ回路、１２は励振させるべき振動子を
選択する送信振動子選択回路、１３は受信させるべき振
動子を選択する受信振動子選択回路である。１４は受信
遅延回路であり、受信信号を所定の遅延パターンで遅延
させて加算する。１５は送受信遅延制御回路であり、送
信遅延回路１０と受信遅延回路１４の遅延パターンを演
算し、その演算結果を両者に出力する。１６は増幅器、
１７はブラウン管等の表示器、１８、１９は表示器１７
の掃引を行うＸ軸偏向回路およびＹ軸偏向回路である。
２０はマイクロコンピュータで構成される制御部であ
り、表示器１７を除く全ての構成要素の動作を制御す
る。

【００２３】上記のブロック図から明らかなように、従
来の装置では、送信振動子選択回路１２と受信振動子選
択回路１３で選択される振動子の数が異なるので、送信
遅延回路１０と受信遅延回路１４に与える遅延パターン
は異なるパターンとなっていたが、本実施例では、送信
振動子選択回路１２と受信振動子選択回路１３で選択さ
れる振動子の数が同数であるので、送信遅延回路１０と
受信遅延回路１４に与える遅延パターンは同一となり、
送受信遅延制御回路１５は１つで済み、回路構成が簡素
化され、コストが低減される。

【００２４】なお、上記各実施例の説明では、遅延パタ
ーンを与えることにより、超音波ビームに焦点を形成す
る例について説明したが、本発明は、遅延パターンを与
えず、各振動子を励起するタイミングを等しくするいわ
ゆる平行ビーム（フラットビーム）を用いる場合にも適
用可能である。

【００２５】又、上記各実施例の説明では、被検体を挟
んで送信用アレイ探触子と受信用アレイ探触子とを対向
配置し、被検体に対して超音波ビームを透過させるいわ
ゆる「透過法」の構成について説明したが、これに限る
ことはなく、送信用アレイ探触子と受信用アレイ探触子
とを被検体に対して同じ側に配置し被検体に対して超音
波ビームを反射させるいわゆる「反射法」の構成に対し
ても本発明を適用することができる。さらに、上記「反
射法」の場合でも、１つのアレイ探触子を用い、この１
つのアレイ探触子内に送信用振動子列と受信用振動子列
とを備えた構成に対しても本発明を適用することができ
るのは明らかである。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、送信用
のアレイ探触子と受信用のアレイ探触子の相対位置を１
ピッチ未満ずらすようにしたので、送信用のアレイ探触
子で選択される振動子の数と受信用のアレイ探触子で選
択される振動子の数を等しくすることができ、これによ
り、送信用のアレイ探触子側に対する遅延パターンと受
信用のアレイ探触子側に対する遅延パターンを同じくす
ることができ、遅延パターンを作成して出力する送受信
遅延制御回路を１つで済ますことができ、回路構成が簡
素となるばかりでなく、分解能が犠牲になるのを避ける
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る超音波検査方法を説明す
る図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る超音波検査方法を説
明する図である。

【図３】図１および図２に示す方法を実施する超音波検
査装置のブロック図である。

【図４】従来の超音波検査方法を説明する図である。

【符号の説明】

Ａ 送信用のアレイ探触子 Ｂ 受信用のアレイ探触子 Ｓ スケール Ｔ 送信ビームの中心位置 Ｒ 受信ビームの中心位置 Ｆ₁ 〜Ｆ₄ 送受波の総合指向性の中心位置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の超音波振動子を所定方向に配列し
   た送信用アレイ振動子列と、この送信用アレイ振動子列
   と同一ピッチ配列の受信用アレイ振動子列とを配置し、
   前記送信用アレイ振動子列の超音波振動子のうちの選択
   された超音波振動子から被検体に照射された超音波ビー
   ムを前記受信用アレイ振動子列の超音波振動子のうちの
   選択された超音波振動子で受信し、この受信した超音波
   ビームに基づいて前記被検体の検査を行う超音波検査方
   法において、前記送信用アレイ振動子列と前記受信用ア
   レイ振動子列との相対位置を、隣接する前記超音波振動
   子の中心間距離で定まる１ピッチ未満の距離だけずらす
   ことにより、送信される超音波ビームの指向特性の中心
   位置と受信される超音波ビームの指向特性の中心位置と
   を異なる位置とするとともに、前記送信用アレイ振動子
   列における超音波振動子の選択数と前記受信用アレイ振
   動子列における超音波振動子の選択数とを同数とし、送
   受信毎に、前記送信用アレイ振動子列における超音波振
   動子の選択および前記受信用アレイ振動子列における超
   音波振動子の選択を交互に１つずつずらせてゆくことを
   特徴とする超音波検査方法。
2. 【請求項２】 多数の超音波振動子を所定方向に配列し
   た送信用アレイ振動子列と、この送信用アレイ振動子列
   と同一ピッチ配列の受信用アレイ振動子列とを配置し、
   前記送信用アレイ振動子列の超音波振動子のうちの選択
   された超音波振動子から被検体に照射された超音波ビー
   ムを前記受信用アレイ振動子列の超音波振動子のうちの
   選択された超音波振動子で受信し、この受信した超音波
   ビームに基づいて前記被検体の検査を行う超音波検査方
   法において、前記送信用アレイ振動子列と前記受信用ア
   レイ振動子列との相対位置を、隣接する前記超音波振動
   子の中心間距離で定まる１ピッチ未満の距離だけずらし
   て配置するとともに、前記送信用アレイ振動子列におけ
   る選択された各超音波振動子に遅延を与える送信遅延回
   路と、前記受信用アレイ振動子列における選択された各
   超音波振動子に遅延を与える受信遅延回路と、前記送信
   遅延回路および前記受信遅延回路に共通の遅延パターン
   を与える送受信遅延制御回路と、前記送信用アレイ振動
   子列の超音波振動子の所要のものを選択する送信振動子
   選択回路と、前記受信用アレイ振動子列の超音波振動子
   の所要のものを選択する受信振動子選択回路と、前記送
   信振動子選択回路と前記受信振動子選択回路における超
   音波振動子の選択数を同数とし、送受信毎に、前記送信
   振動子選択回路の超音波振動子の選択と前記受信振動子
   選択回路の超音波振動子の選択を交互に１つずつずらせ
   てゆく制御手段とを設けたことを特徴とする超音波検査
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記送信用ア
   レイ振動子列と前記受信用アレイ振動子列との相対位置
   のずれ量は、前記１ピッチの１／２であることを特徴と
   する超音波検査方法およびその装置。