JPS59107259A - 音響画像形成システム - 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】 この発明は、物体の音響特性を示す視覚画像を発生する
ための音響画像形成システム並びにその方法に関し、特
に音響顕微鏡に使用するのに適した音響画像形成装置並
びに音響画像形成方法に関する。

従来からのより一般的な光学式検査技術を用いても確定
できない物体の物理的特性を決定するために、音響顕微
鏡やその他同様な音響検査システムが使用される。初期
の走査式レーザ音響顕微鏡の例としては、米国特許第３
５８５８４８号及び第３７９０２８１号に提示しである
ものがある。また、更に効果的な走査式１ノーザ音響顕
微鏡が米国特許第４０１２９５１号に開示しである。こ
れらの音響顕微鏡により、広範囲なさまざまな物体に関
して、弾性特性、特に密度及び弾性率（あるいは、その
逆の圧縮性能）の限られた変動を視覚化できる。

積層内の傷あるいは密度すなわち間隙率の変動等の標本
物体における欠陥及びその他の変動は、音響顕微鏡にお
いて、音響ビームに対して減衰器あるいは親乱器として
作用する。

すなわち、音響顕微鏡の検査を行なった物体における局
部的な構造上の特徴は、音響エネルギを差動的に減衰、
吸収または反射させて、顕微鏡の出力として形成された
音響画像の中に光の模様及び暗い特徴（グレースケール
）を形成することにある。検査を行なっている物体内の
音響特性を定量化することは、特に局部領域単位で有効
とされる場合にその物体の欠点を識別するための基礎を
提供する上で太いに重要になり得る。音響画像を形成す
るのに所用される画像信号の振幅レベルは、一般に局部
的な音響信号レベルに対応しているので、画像信号レベ
ルの測定が画像情報の定量化への第１ステツプとして行
なわれる。

しかしながら、音響画像信号の振幅レベルの測定に付随
し１多くの本質的な問題があり、これらの問題によって
、検査を受ける物体の音響的性質に関する定量化した直
接のデータ源としては、その信号レベルは信頼できない
ものとなる。従って、当技術の現状においては、音響画
像信号を形成するために使用された増幅器、検出器、及
びその他の回路のダイナミックレンジは、音響り微鏡で
検査を受ける物体の局部的な減衰特性の、定量化を基本
とした（　ｏｎ　ａ　ｑｕａｎｔｉｆｉｅｄ　ｂａｓｉ
ｓ　）正確な再生を得るには、しばしば不十分である。

これは、むしろ制限されたダイナミックレンジを有する
使用可能な陰極線管画像表示装置においてもまた真実で
ある。

もう一つの問題は、音響顕微鏡に含まれた検出、復調、
及びその他の信号処理回路が、顕微鏡に対する動作の全
ダイナミックレンジにわたって通常線形でないというこ
とである。

この非線形の障害は、音響画像出力を発生するために一
般に使用された陰極線管表示装置に対してもまた当ては
まる。これらの非線形性は、高い画像信号レベルと低い
画像信号レベルとの間の有効な定量的比較を効果的に排
除する。ある程度、これは既知の音響特性を有する試料
に基づき、回路及び表示装置の校正によって修正できる
。しかしながら、増幅器のゲイン特性、並びにその他の
電子構成部品のインピーダンス値が延長された時間間隔
にわたって変動するといった事実によって、そのような
校正は無効であることがわかる。

このような変動はまた、特に音響画像形成システムに対
するウオームアツプサイクルの間に温度変化と共に生じ
る。従って、復調、検査、信号処理、及び表示機器に対
して適用された通常の校正技術は、各測定毎に繰返す必
要があると共に、時間の浪費と非効率的な手続きを要す
る。

音響画像出力システムからのデータの定量的比較に関す
るもつ一つの禁止は、画１象信号か試験を行なっている
物体の被走査頭載によって規定された完全な視界に関す
るデータを、画像イ３けが含むといった事実からもたら
される。これにより、所定の試料物体の一領域を同一物
体のもう一つの領域と比較することは難しくなり、ある
いけ音響検査を受けている物体の限定区域に特有の定量
的情報を得ることさえ難しくなる。更に、２つの異なル
物体の限定区域を定量的に比較するのに役立つ有効な技
術はｆｉｌＪもない。

・光学（光線）走査を用いる音響画像形成システムにお
いて、走査用照明強度の非均一性はすべて、音響画像の
判別並びに定量化における誤差を引き起こす。この上つ
な非均一性は以下の事により生じる。すなわち、走査シ
ステムの１希向が非均、−なこと；光検出器に関ｌ−て
台がきちんと整列していないこと：光検出器の応答特性
が非均−なこと；スギ°ヤナに内装された反射面が異な
ること；あるいは、その他多数の原因による。このよう
なスキャナが招いた誤差を取り除くことは、定性的ｔま
もちろんとして定量的な測定に対して用いられた場合に
特に、走査式音響顕微鏡が有効（で動作する上で大切な
ことである。

本出願願書の全体にわたり、［音響的１象形成システム
」及び「音響顕微鏡」の語句シす、互換性のあるものと
して使用される。すなわち、音響顕微鏡は任意の倍率を
もたらす任意の音響画像形成システムを構成する。更に
、２つの語句は、米国特許第４，０１２，９５１号に開
示されたシステムにおけるように、試験を行なっている
物体の音響画像及び光学画１象を共にもたらすところの
、組み合わさった音響−光学画１象形成システム（顕微
鏡）を包含するよう意図するものである。

従って、本発明は上述した障害を効果的かつ本質的（（
最小にする、あるい（１克服する新しい改良された音響
画像形成方法並びに装置を提供することを目的とする。

。 本発明は、音＃１１ｊ４微鏡システムの・諧成要素にお
ける十分なタイナミツクレンジの不足を効果的に補償す
る新しい改良された音１１Ｉ画像形成システム並びに方
法を提供すると共に、それによりシステムの動作結果を
定量化して有用なものとすることを特定の目的としてい
る。

本発明は、音響顕微鏡システムの音響的、光学的、かつ
電子的な構成部品の非線形性を効果的に補正する新して
改良された音響画像形成システムを提供すると共に、そ
れによりシステムの動作結果を定量化して有用５ｔもの
とすることを池の特定の目的としている。

本発明は、定量的な測定並びに比較目的のために全走査
フィールドの限定区域を有効に選定できると共に、選定
された区域の大きさ及び位置を変えることによって、走
査フィールドのイ：「意の選定部分をカバーできるよう
にした、音響顕微鏡システムのだめの新しい改良された
方法並びに装置を提供ｊ−ることをもう一つの目的とし
ている。

本発明の他の目的は、定量的な測定及び比較が行なわれ
ている走査フィールドの部分を、システムオペレータが
効果的に視覚で識別できるようにした、音響顕微鏡シス
テムにおける、走査フィールドの限定区域の定量化きれ
た測定及び比較のだめの方法並びに装置を提供すること
である。

本発明の更に別の目的ｔま、比較に適した一連の異なる
物体の限定区域の有効に定量化した比較可能な測定値を
得られるようにする、音響画像形成システムに使用され
る新しい改良された方法を提供することである。

従って、本発明は物体の雷管特性を示す視覚画像を発生
する改良された音響的像形成システムに関し、このシス
テムは１０メガヘルツを越える周波数を有する））波を
物体に当て、この物体に連結した少なくとも一部か光反
射性を有する界面上に摂動パターンを形成するための音
波印加手段であって、」二記パターンは・物体の音＃特
性を示すものと、前記界面を越えて高エネルギの小口径
の光線を走査するだめの走査手段と、前記界面からの反
射光線の一部を検出して初期電気信号を形成するだめの
光検出手段と、前記光検出手段に結合され、前記初期電
気信号を処理して音響画像信号を形成するだめの信号プ
ロセッサ手段と、並びに前記信号プロセッサ手段に結合
され、前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚
画像を形成するための表示手段とを含む。

本発明の一つの特徴においては、このシステムは更に、
前記信号プロセッサ手段に結合され、前記画１象信号の
振幅レベルを検出するだめの画像信号レベル決定手段と
、並びに前記音波印加手段に含まれ、物体に当たってい
る音波の強度を調整して、所定の基準レベルに対応した
画像信号レベルを与えるだめの可変ゲイン手段とを備え
、この可変ゲイン手段を調整することにより、基準値に
関する物体の音響特性の変動の変動を定量的に測定でき
るようにすると共に、前記画像形成システムの不十分な
ダイナミックレンジ及び非線形性の効果を最小限にする
ように構成される。

本発明のもう一つの特徴においては、このシステムは更
に、前記光検出手段に接続され、前記初期電気信号から
の光学内容信号を形成するだめのローパスフィルタ手段
と、この光学内容信号と所定の基準信号レベルとを比較
して、ゲイン制御信号を形成するだめの比較手段と、並
びに前記光検出手段及び前記信号プロセッサ手段との間
に挿入され、前記ゲイン制御信号に対応して、前記信号
プロセッサ手段へ供給された初期信号の振幅を変化させ
ることによって、前記走査手段及び前記光検出手段の動
作における非均一性の効果を最小限にするだめのゲイン
制御手段とを含む。

更に、この発明は音響画像形成方法に関するものであシ
、この方法は基本的に次のステップから成る。

Ａ　被検査物体に結合された少なくとも光の一部を反射
する界面にわたって、高エネルギで小口径の光線を走査
するステップ。

Ｂ　　１０メガヘルツを越える周波数を有する音波をこ
の物体に当て、前記界面に摂動パターンを形成するステ
ップ。ただし、上記パターンは物体の音響特性を示す。

Ｃ前記界面からの反射光線の一部を検出して初期電気信
号を形成するステップ。

Ｄ　この初期電気信号を処理して音響画像信号を形成す
るステップ。

Ｅ　並びに、前記画像信号をもちいて物体の音響特性を
示す視覚画像を形成するステップ。

本発明の一つの特徴においては、上記方法の改良点は次
のステップから成る。

Ｆ　前記画像信号の振幅レベルを検出するステップ。

Ｇ　物体に当たっている音波の強度を調整して、所定の
基準レベルに対応Ｉ〜だ画像信号レベルを与えるステッ
プ。

Ｈ並びに、基準値に関する物体の音響特性の変動の定量
的な測定値として、音波強度の調整量を記録すると共に
、前記画像形成システムの不十分なダイナミックレンジ
及び非線形性の効果を最小限にするステップ。

本発明のもう一つの特徴においては、この方法の改良点
は蘭ステップから成る。

Ｊ　ローパスフィルタ手段を用いて、ステップＣの前記
初期電気信号から光学内容信号を形成するステップ。

Ｋ　並びに、この光学内容信号を用いて、前記音響画像
信号の振幅を制御することによシ、ステップＡ及びＣの
走査及び検出動作において生じる非均一性を補正するス
テップ。

以下本発明の好ましい実施例について、図面を参照しな
がら詳細に説明する。

本発明の音響画像形成システムは、弾性変形しやすい界
面に入射音波が当たる時に、有限音響インピーダンスを
有するその界面で生じる歪みを用いる。従って、弾性変
形する界面が、速ｔｉ　ｖで入射角θを有する入射平面
波Ｉｓをさえぎる時、音波はその表面上に時にはりプル
パターンと呼ばれる摂動のダイナミックパターンを形成
する。なお、このパターンは音響周波数で変動する。こ
のパターンの位相すなわち変位波は次の式を満たす速度
Ｖ′で伝搬する。

Ｖ′−ｖ／ｓ石θ １１００　ＭＨｚで作動する音＃顕微鏡Ｊ　Ｎａｔｕｒ
ｅ。

第２３２巻、第１１０頁（１９７１年）で記述されてい
るように、ある一つの型の音響顕微鏡においては、界面
は、水又は他の音響伝搬流体媒体で満たされた音響セル
または台に取シ付けられたプラスチック樹脂製のカバー
ガラスによって形成されている。樹脂カバーガラスの音
響インピーダンスは水とほどよく調和しつるが、更に、
樹脂は音響学的に損失がきわめて大きいので、カバース
リップに伝わった音響エネルギーは有効に空間に伝搬さ
−ガラス上の摂動パターンは、界面上の金属被覆によっ
て光学的に反射性を有するように構成される。合焦レー
ザ光線で界面を走査することによシ、パターンの勾配変
化によって角度変調された反射光線が発生する。反射光
線は選択的に検出されて、界面における局所的な音圧に
一致した電気信号が発生する。

カバーガラスの真下に配置されて音響的検査を受ける物
（＊ｅよ、物体の音響特性に従って摂動パターンを変化
させる。かなりの厚みのある物体を検査したり、あるい
け物体中の関係する平面がカバーガラスのすぐ横に隣接
できない場合には、物体の音響ホログラムを形成するた
めに、反射光線から形成された信号−の位相を分析する
事ができる。その後ホロクラムは公知の技術に従って光
学的に再構成できる。特定のカバーガラスの材質、分解
能特性、望ましい入射角の詳細については、合衆国特許
第３，７９０，２８１号を参照すること。

もし試験を受ける物体が走査界面をも兼ねる位ななめら
かに鏡面仕上された反射表面を有するならば、カバーガ
ラスを使用しないで同様の構成を用いることができる。

第１図には、本発明の好捷しい実施例に従って構成され
た音響顕微鏡を構成する、音響画像形成システム１０が
示されている。画像形成システム１０け、試料またはサ
ンプルと呼ばれることもある′肉体１１の音響試験又は
音響検査を行なう際に用いられる。この画像形成システ
ム１０は、室２２に対して０の角度で配設された斜め下
方に向って伸びている延長室２３を備えた、上方に向っ
て面した室２２が形成された基台又は台２１を含む音響
式／光学式スキャナ２０を備える。台２１内の延長室２
３の底部には電子−音響変換器２４が載置されている。

延長室２３および変換器２４と一直線になって、台２１
の室の中にある試料１１を支持するために試料支持部材
２５が、用いられる。

支持部材２５Ｖｉ、変換器２４に対して試料１１を所定
位置に調整するために用いる位置決め機構２６に接続さ
れる。台２１内の物体１１の位置を示すために試料位置
インジケータ３９が設けられる。

音響式／光学式スキャナ２０は更に、室２２および延長
室２３を満たしている流体音波伝搬媒体２７によって物
体１１に連結されている、弾性変形しやすく、シかも少
なくとも一部が光反射性を有する界面を規定している境
界手段を備えている。前記流体媒体２７は一般的には水
である。境界手段はポリメチルメタクリレートやポリカ
ーボネートのような樹脂で形成された透明カバーガラス
２８で構成される。カバーガラス２８は適当な支持機構
（図示せず）上に載置され、延長室２３の開口端のすぐ
上に配置される。このようにして上記カバーガラスは試
料すなわち物体１１のすぐ上に配置される。カバーガラ
ス２８の底面２９Ｖｉ流体音波伝搬媒体２７内に浸って
いる方が望ましい。而２９には、真空蒸着金属薄膜で被
覆するか、あるいけ少なくとも一部が光反射性を有する
ように処理される。従って、カバーガラス２８の面２９
Ｖｉ、流体伝搬媒体２７によって物体１１に連結された
、弾性変形しやすく、シかも少なくとも一部が光反射性
を有する界面を得ることができる。

もし物体１１の上面がなめらかに鏡面仕上げされて、光
反射性を有する面であるならば、スキャナ２（１；Ｉｔ
カバーガラス２８無しで用いる事もできる。その場合の
構成は、室２２内の流体２７のレベルは、物体１１の上
面が露出され、界面２９の代わシとして使用できるよう
に、十分低く設定されなければならない。

音響式／光学式スキャナ２０Ｖｉ、、界面２９又は物体
１１の上面（但し、この上面を界面として使用した場合
）を越えて、非常に小口径の高エネルギー光線を走査す
る走査手段を含む。この走査手段は、小形で強力な波長
のそろった光線を発生させるレーザ３１を備える。シー
プ３１かも発生した光線は座標偏向装置３２およびレン
ズ３３を通湯し、経路３４を経て、集中合焦光点として
界面２９上に照射される。上記座標偏向装置３２は、「
波長のそろった光線の音響式偏向および変調を用いたテ
レビ表示」　（応用光学第５巻、第１６７７頁１９６６
年）に記載されている種類の、一対の光偏向セルを備え
る。偏向装置３２における光線３４の水平および垂直偏
向は、２つの電気入力信号ＨおよびＶによって制御され
る。なお、これらの信号の供給源は以下で説明する。

入射光線３４は経路３５に沿って界面２９で反射し、レ
ンズ３６を通過して光検出器３７に照射される。光検出
器３Ｔは、反射光線３５の半分を遮断するように配置さ
れたナイフェツジすなわちマスクデフレクタを備えるこ
とにより、上述の米国特許に記載された種類の光検出手
段を構成している。一方、従来技術において、この他に
も有効な光検出手段が知られており、例えば米国特許第
４，０１９８１８号および第４，１８０，３２４号を参
照すること。

画像形成システム１０は更に超音波励起信号発生回路４
０を含む。第１図に示した好ましい実施例においては、
超音波発生回路４０は、１０メガヘルツを超える動作周
波数を持つ電圧制御発振器４１を備える。好ましくは、
発振器４１の周波数帯域Ｖｉ３０メガヘルプ以上であり
、最高５００メガヘルツまで使用できる。超音波発生回
路４０は、発掘器４１の動作周波数を連続変調するため
の制御発振器４２を含むことにより、画像形成システム
１０がしみ）取り除けるようにすると共に、米国特許第
４，０１２，９５１号に記載されている。発掘器４１の
出力は、変換器を駆動するために、変換器２４に結合さ
れている。

スキャカ２０内の光検出器３７は、試験を受ける試料１
１の音響特性を示す初期電気信号を発生させる。この初
期電気信号は前置増幅器３８を介して画像形成システム
１０に含まれた信号プロセッサ回路５０に供給される。

信号プロセッサ５０け、回路装置５１として概略のみ示
した復調回路、フィルタ回路、及び増幅回路によって構
成される。回路装置５１は、前述の合衆国特許第４，０
１２，９５１号で「フィルタ装置」４７として示したヘ
テロダイン回路およびその他の動作回路全てを含み、ま
た超音波発生回路４０からのヘテロダイン入力を要求す
る。回路装置５１の出力は選択スイッチ５４を介して振
幅検出器５２あるいは位相検波器のいずれかに供給され
、位相検波器は回路装置５１から追加基準入力を要求す
る。検出出力は表示装置５５に供給される音響画像信号
となる。この表示装置は、通常の輝度、コントラスト、
および他の制御装置５７を有する従来のテレビモニタを
構成する。

表示装置５５の水平および垂直走査機能を制御する偏向
！ｔｊｌＪ　′＠月言号ＨおよびＶＶｉ、偏向制御信号
発生回路５６によって与えられる。表示装置５５を従来
のテレビモニタと想定するならば、偏向制御信号Ｈと■
との周波数並びに関係は、普−１血の商業用テレビと同
じである。

仁れらの偏向制御信号Ｈおよび■は、音一式／光学式ス
キャナ２０内の座標偏向装置３２にも供給されるので、
スキャナは表示装置５５の画像ラスタと同期して作動す
る。

以−ヒ説明したように、音響顕微鏡すなわち画像形成シ
ステムは本質的には従来通りのものでおる。よってその
動作については簡単に説明するにとどめる。界面２９に
摂動パターン（このパターンは物体１１の音響特性を代
表するものである）を発生させるために、超音波発生回
路４０から付勢された変換器２４は、１０ＭＨｚを越え
る（　３０　ＭＨｚ以上が望ましい）周波数を廟する音
波を効４Ｒ的に物体に当てる。とれにより、界面２９上
に摂動パターンを形成する。なおこのパターンは物体１
１の音響特性を示している。界面上のりプルパターンは
、レーザ３１によって発生された高エネルギで小口径の
光線によって制御発生口ｗ５５６からの偏向信号Ｈおよ
びＶによって制御された水平および垂直走査法度で、座
標偏向装置３０の制御の下で、走査される。

界面２９から反射された光線の一部は光検出器３７によ
って検出され、信号プロセッサ５０の復調回路／フィル
タ／増幅回路５１に供給される初期電気信号が形成され
る。回路装置５１からの出力信号は、振幅検出器５２か
位相検波器５３のいずれかにおいて検出され、その結果
表示装置１（５５に供給される音響画像信号が形成され
る。光Ｉｖｉｈｉｉ向装置３２全装置する偏向信号Ｈお
よびＶによって制御された画像ラスタを有する表示装置
５５け、信号プロセッサ５０かもの音響画像信号を用い
て４Ｉ／Ｊ木１１の跨響特性を表わす”Ｊ牌、　＋ｉ！
＋百象を発生させる。

第１図の画１象システム１０において、可変ゲイン回路
４３は超音波発生回路４０に含まれると共に、電圧制御
発振器４１とスキャナ２０内の変換器２４との間に挿入
でれている。

可変ゲイン回路４３は加減ゲイン増幅器あるいは可変減
衰器であシ、どちらのタイプの可変ゲイン回路も効果的
に用いられる。最も簡単な構成においては、向路４３は
変換器２４に供給された励起信号の振幅を変えられるよ
うに手動調整でき、こうすることによって物体１１に当
てる音波の強度を調整する。よシ複雑な実施例において
は、以上で述べるように、可変ゲイン回路４３け音波印
刀目強度の閉ループ副側ｊが行なえるように信号応答増
幅器すなわち減衰器で構成してもよい、。

ゲインレベルインジケータ４４は超ＴＴ　ｎ１発生回路
４０内の可夏ゲイン回路４３に有効に接続されている。

２＋動制呻の”］変ゲイン回路４３に対して、インジケ
ータ４４は回路４３のＪ・動調整に伺随した校正目盛を
備える。回路４３か信＋ｒ′Ｔ応答増幅器すなわち減衰
器である場合には、ゲインレベルインジケータ４４はゲ
イン調整を示す回路４３からの信号に応答するメータ又
は同様の装置から成る。装置４４は記録装置もまた含む
。

第１図の画像形成システム１０は更に、表示装置５５に
画像信号を供給する信号プロセッサ５０の出力回路から
の入力接続を有する画像信号レベル検出器６０を１賄え
る。検出器６０はピーク検出器または信号平均化検出器
を備え、その望ましい機能は表示装置５５に供給きれて
いる画像信号の全振幅レベルの表示を提供することであ
る。従って可変ゲイン回路４３を手動で起動する場合に
は、画像信号レベル吹出器は、画１象形成システム１０
のオペレータが画像信号レベルを１１で見て決定し、そ
して可変ゲイン回路４３を調節して画像信号レベルを所
定の基亭値に首で戻すだめのメータを含むことができる
。本発明のより複雑な実施例においては、以丁に説明す
るように、画像信号レベル検出器は信号応答１す亥ゲイ
ン回路４３に対する閉ループ市り御の一部となる。

未知の音響特性を有する物体１１の試験または研究を行
なうに当たり、画像システム１０を操作する前に、シス
テム校正を行なうことが特に望まれる。前に述べたよう
に、画像システム１０の中でも特に信号プロセッサ５０
および表示装置５５の増幅器、検出器、受像管、その他
の構成部材は、未知の試料の音響減衰特性を正確に再生
するにはダイナミックレンジが不十分である。更に、こ
れらのシステム構成部材ｔま、それらの動作範囲の少な
くとも一部にわたってしばしば非線形となり、増幅ゲイ
ンおよび電子構成部材の値は、時の経過と共にまたＶｉ
扁度が変化するにつれ、特にシステム１０のウオームア
ツプサイクル中に変動する。

画像システム１０を校正するだめに、既に特性が分って
いる音饗物体を用いて一連の測定を行なう。この一連の
測定は音響式スキャナ２０においていずれの種類の物体
１１も使用しないで開始することができ、従って界面２
９に当たっている音波の減衰のみが流体結合媒体２７（
水）が存在するために生じた減衰となる。既知の音響減
衰特性を有する一連の物体を用いることによって、引き
続いて行なう試験の過程において、未知の試料の減衰特
性の指標をインジケータ４４が定量的に比較できるよう
にシステムを校正できる。従って、未知の物体を試験す
る際にはいつも、画像信号に対する既知の基準レベルが
達成されたことを画像信号レベル検出器６０が示すまで
、超音波発生回路４０および変換器２４から成る音波印
加装置の可変ゲイン回路４３は調整される。この調整の
程度は校正ゲインレベルインジケータ４４によって示さ
れると共に、試験を受けている試料の減衰特性に関する
定量的データか得られる。なお、このデータは画像信号
レベル検出器６０かも直接読み取った値よシかなシ正確
である。定量的な測定を行なうためにシステム１０に適
用できる特定の動作技術について以下に説明する。

第１図の画像システム１０Ｖｉ、表示装置５５が再生し
たような、音響式／光学式スキャナ２０の全走査フィー
ルドに関するだけの定量比較データを提供する。多くの
場合この情報は、試験を受けているサンプルの異なった
領域に関する音響特性にかなシの変動があるため、不十
分である。このことは、小さな局部的な収差または欠陥
を有する物体１１に関して特に真実である。このような
標本に対しては、局部的な変動が実際の欠点を示すか、
それとも無害な偏差であるのかを明確にするために、物
体の限定区域に関する定量的な音響特性情報を入手でき
るようにすることが、検査を有効にする上でしばしば大
切になる。

第２図は、前に説明したシステム１０と本質的に同様な
音響画像システム１１０を示す。

但し、このシステム１１０は試験中のサンプルに関する
音響特性の定量的データであって、試料の任意の限定区
域に制限されるデータを入手するだめの、かなシよシ有
効な構成を含んでいる。

画像形成システム１１０は音響式／光学式スキャナ２０
を備え、このスキャナ２０は、超音波発生回路４０から
の音波印加励起入力信号を受信して、表示装置５５で用
いられる音響画像信号を発生する信号プロセッサ５０に
供給される出力信号を形成して、物体の音響特性を示す
可視画像を形成する。走査偏向および表示偏向は共に、
偏向制御信号発生回路５６からの適当な水平および垂直
偏向信号Ｈ及びＶによって制御される。スキャナ２０、
信号プロセッサ５０、表示装置５５、及び偏向制御信号
発生回路５６は全て、第１図に関して上述した通りのも
のである。この例では、超音波発生回路４０内の回路４
３は、信号応答可変ゲイン増幅器すなわち減衰器として
示されている。

第２図の画像システム１１０では、画１象信号レベル検
出器６０はピーク検出器６１と平均化検出器６−２とを
含む。これら２つの検出器６１および６２の出力け、選
択スイッチ６３を介して、所定の期間にゎたシ検出器か
らの出力を積分するだめの保持回路すなわち積分器６４
に供給される。なお、この期間はリセット回路６５がら
保持回路６４を保持するだめの入力によって決定される
。保持回路６４の出力はゲイン制御回路６６を介して、
従来のメータとして図示したインジケータ６７に供給さ
れる。保持回路６４の出力は、比較増幅器６８を介して
超音波発生回路４゜内の可変ゲイン回路４３のゲイン制
御入力にもまた接続されている。増幅器６８も寸だ、電
池“７４および分圧計７５として示しだ加減直流源から
の基準入力を有する。比較増幅器６８からの出力もまた
インジケータ／記録装置４４に対する入力として接続さ
れている。

画像信号レベル検出回路６ｏの２つのピーク検出器６１
および６２に対する画像信号入力は、ウィンドーゲート
回路７０を介して得られる。ウィンドーゲートＴＯは、
２つの直列に接続された信号起動スイッチ、すなわち水
平スイッチ７１と垂直スイッチ７２とを備える。これら
２つのスイッチは信号起動固体素子ゲートであることが
望ましく、つまりトランジスタを使用できる。この２つ
のゲートは垂直ゲート７２の前に水平ゲートが接続され
た状態で示されているが、この関係は逆にしても動作に
影響を与えることはない。

ウィンドーゲート回路７０内の水平スイッチＴ１および
垂直スイッチ７２は、ウィンドー論理回路８０によって
制御される。ウィンドー論理８０は、偏向制御発生回路
５６からの水平偏向制御信号Ｈを構成する入力、あるい
は水平偏向制御信号から得られた入力を有する加減始動
遅延回路８１を備える。始動遅延回路８１Ｖｉ加減パル
ス幅遅延回路８２と直列に接続され、回路８２からの出
力１ハ、スイッチ閉信号Ｈ１としてウィンドーゲート回
路ＴＯ内の水平スイッチ７１に印加される起動信号を構
成する。

ウィンドー論理８ｏは更に別の加減始動遅延回路８３を
備え、回路８３への入力は偏向制御発生回路５６の垂直
偏向信号Ｖから得られる。始動遅延回路８３け加減パル
ス幅遅延回路８４と直列に接続される。回路８４からの
出力は、ウィンドーゲート回路Ｔｏ内の垂直スイッチ７
２に供給される切換信号■１となり、仁の信号によって
上記スイッチ起動される。垂直起動信号ｖ１はまだ入力
信号として画像信号レベル検出器６ｏのリセット回路６
５に接続される。

画像システム１１０（第２図）は更に、ウィンドーゲー
ト回路７０と殆んど対をなす表示ゲート回路９ｏを備え
る。表示ゲート回路９０ｉｊ：、垂直ゲート９２と直列
に接続された水平ゲート９１を含む。回路９ｏへの入力
は、電池９３および分圧計９４として概略的して図示し
た可変直流電源から取る。表示ゲート回路９０からの出
力は、画像信号回路内の信号プロセッサ５０と表示装置
５５との間に挿入された加算回路９５に接続されている
。

第２図の画像システム１１０の動作を述べるにあたり、
まずウィンドー論理回路８ｏの機能について第３図を参
照しながら説明する。

第、３図の上部には、偏向制御発生回路５６からの水平
偏向信号を表わす２つのパルスＨが示してあり、パルス
Ｈ間のスペースは、表示装置５５の水平ラインのトレー
ス並びに音響式スキャナ２０の水平ライン走査期間に必
要な時間に相当する。偏向制御発生回路５６η・らの実
際の信号Ｈ出力がランプ信号であることが分るであろう
。従って、便宜上偏向信号は第３図において一連のパル
スとして示した。

水平始動遅延回路８１（第２図）へ入力された水平偏向
パルス信号Ｈけ、所定遅延期間が経過するまで始動遅延
回路力・ら何も出力しない。この始動遅延期間はライン
トレース内の任意の点に調整できる。回路８１の遅延期
間が過ぎると、出力信号Ｈ１（第３図）が起動されてウ
ィンドーゲート回路７０および表示ゲート回路９０（第
２図）に供給される。

パルス幅回路８２の調整により決定されたパルス幅の遅
延の後に、水平ゲート信号Ｈ１は終了する。従って、表
示装置５５の各水平トレース期ＩＭｊ中は、回路７０と
９０（第２図）内の水平ゲート７１と９１は閉成する。

第３図に示した例に関しては、これは第２図の表示装置
５５に関して破線９７で示した各水平トレースの区間中
はゲートは閉成することを意味している。

ウィンドー論理８０の垂直始動ｉ！！延回路８３とパル
ス幅遅延回路８４とは同じように機能する。第３図を参
照すると、垂直走査期間の時間は、偏向制御信号発生回
路５６（第２図）からの垂直掃引信号出力を示す２つの
パルスＶによって示されている。また、実際の信号Ｖは
ランプ信号である。第３図の信号ＨしよびＶに対する時
間換算は比較できないことが分るであろう。実際上け′
−垂直期間Ｖ−Ｖの時間は、水平トレース期間Ｈ−Ｈの
数百分の１を超える程度である。

各垂直偏向信号Ｖ（第３図）Ｖｉ回路８３の設定により
決められた始動遅延期間を開始させ、始動遅延終了後、
垂直ゲート制御信号Ｖｌは起動され、そしてゲート７２
および９２（第２図）に供給されてこれらのゲートを閉
成する。垂直ゲート７２および９２が閉成したままにな
っている期間は、その遅延時間が終了する時に、ｖｌを
遮断する垂直パルス幅遅延回路８４を設定することによ
り決定される。水平ゲート制御信号の場合と同様に、回
路８１と８２とを調整することにより、表示装置５５に
対して垂直掃引期間の任意の希望区域を占有できるよう
に、垂直ゲート制御信号ｖ１を変史するごとができる。

第３図に図示した状態では、垂直ゲート制御信号ｖ１の
持続期間は、破１１ｉＩｉ１９６によって示された表示
装置５５上の画像のその区域に相当する。

従って、水平および垂直ゲート制御信号Ｈ１及びＶＩＶ
ｉ、表示装置５５が形成した画像の限定区域９８を一体
になって規定すると共に、それらの信号を変更して画像
区域９８の大きさおよび全体の画像内におけるその位置
を変えることができる。スキャナ２０と表示装置５５は
同期して動作するので、その限定画隊区域９８は試験を
受けている物体１１の所定部分に相当する。

従って、第２図の画像形成システム１１０を操作する際
には、表示装置５５上の限定区域９８が再生されている
時はいつでも、ウィンドーゲート回路７０の２つのスイ
ッチ７１及び７２は閉成しており、信号プロセッサ５０
からの画像信号は画像信号レベル検出器６０の２つの検
出器６１と６２との入力に供給される。検出器６１及び
６２のうちの一方のみが任意の所定時間に使用され、ス
イッチ６３によってその選択が行なわれる。選択された
出力は、各垂直ゲート制御信号ｖ１の始めにリセット回
路６５の動作によりリセットされる保持回路６４に供給
される。保持回路６４の出力はゲイン制御回路６６を介
してメータ６７に供給され、画像信号レベルの直接的か
つ定量的な表示が行なわれる。もし手動式可変ゲイン回
路を用いるならば、これはメータ６７における基準レベ
ルを得るだめの超音波発生回路４０の可変ゲイン回路４
３を調整するためにシステムオペレータによって用いら
れる。一方、完全に図解された構成を用いるならば、保
持回路６４からの出力は、閉ループ帰還として可変ゲイ
ン回路４３に供給され、信号プロセッサ５０からの本質
的には一定の画像信号出力レベルを維持するように音波
が当たる強さを調整する。この閉ループ構成では、定量
的情報は電源７４及び７５によって決定された基準レベ
ルに関して、保持回路６４からの出力信号の変動を記録
することによシ得られる。このようにして、試験を受け
る試料の音智特性を示す画像信号のレベ圧変動の定）、
ニー的な測定か、画像システム１１０において、回路４
３０ゲイン変化に基づいて行なわれる。

ある所定の物体すなわち試料を検査する際に、システム
オペｌメータはその試料のさきざまな限定区域について
の定置的情報を入手したいかも知れない。定量的なデー
タを１ｑるための限定区域９８は、ウィンドー論理回路
８０内の４つの遅延回路８１〜８４を単に調度すること
によシ、状況の要求に合致するように容易に変（財）で
きるので、これは容易１（達成できる。すなわち、試験
を受ける物体の特定の限定部分に相当する表示装置５５
」二の画ｆ寡のＩＩ￥定の限定区域９８の位置および太
きさけ、システムオペレータが望む通りに変更できる。

この点では、ウィンドー論理８０内の遅延回路８１〜８
４ｉ、を必ずしもアナロク遅延回路である必要口ないこ
とに注目すると共に、定ｈ；−的測定を７１なうために
選定された限定区域９８を正確に位置付けるプこめには
、ウィンドー論理８０の構成にディジタル式カウントダ
ウン回路を使用でき５る。

定量的音響データーを得るだめに試埃中の特定の限定区
域９８を識別する表示装置５５上に直接表示を行なうこ
とは、システムオペレータにとって一般に役立つもので
ある。これは、水平および垂直スイッチ９１及び９２か
ウィンドーゲート７１及び７２と同じ時間間隔たけ閉成
している表示ゲート回路９０によって達成される。図示
した構成においては、表示装置５５に供給された画１象
信号に加算回路９５を用いて直流増加分を少し加えるだ
けで簡単に達成される。このようにすることによって定
量的な測定が行なわれている限定区域９８が効果的に「
引き立つ」ことになる。

表示ゲート回路９θからの出力を用いたより複雑な回路
構成を用いて、必要に応じて表示装置のその部分の代わ
りに、あるいはその部分をきわ立たせるの（（加えて、
表示装置の定敞試験区域９８の回りに視覚「フレーム」
を形成することができることが分かるであろう。

画像システム１１０の能力をもっとよく理解するために
、特定の動作手順についで考えてみる。説明に当たり、
まず増幅器ｂ８を備えた帰還回路が存在せず、しかも装
置４４が回路４３から起動されると仮定する。

２つの異なる物体を比較するだめの定量的な情報を得る
ために、システム１１０のオペレータはスキャナ２０（
第１図径間）の台２１に最初の物体１１を配置すること
がら始める。スキャナ２０、超音波発生回路４０゜信号
プロセッサ５０、及び表示装置５５を備える基本システ
ム構成部材の動作パラメータか、従来の走査式レーザ音
ｖ顕微鏡の、場合と同様に次に調埜され、これにより輝
度とコントラストとの許容レベルで表示装置５５に第１
　物１４：（７）　？ｆ響両画像得る。これは基準レベ
ルに設定されたｂＪ変ゲイン回路４３を用いると有効で
ある。ウィンドー論理８０ｉ″ｔ１表示装置５５上の画
ｒ象しておける大きさおよび位置について希望区域９８
を規定するように調整される。

選択スイッチ６３を起動してピーク検出器６１または平
均化暎出器６２のいずれかを選択する。ゲイン副側１ロ
路６６をＡしして出力インジケータ６Ｔを基準レベルに
設定する。。

例えばゲイン制御回路６６は、メータがインジケータと
して１吏用されるインジケータ６７の中間目盛にポイン
タが位置するように調整される。

次に第１物（＊１１を変換器２４とカバーカラス２８の
界面２９との間に結合流体２７（普通は水）のみを残し
て、名管式／光学式スキャナ２０の台２１から取り除く
（第１図参熊゛）。その結咀、変換器とカバーカラスと
の間の音響結合変化によって生じた異なる画像信号レベ
ルにより、インジケータ６７（第２図）の、洸み取り噴
が変化することになる。

通常は、インジケータ６７Ｖｉ高い曲「像レベルを示す
。

手順のこの時点において、可変ゲイン回路４３を、第１
物体を用いて前もって設定された基準レベルにインジケ
ータ６７を復帰させる音波印加経路に調整する。この結
果を達成するため１（必要とてれる回路４３のゲイン変
化は、第１試料に対する希望限定区域９８の定量的測定
値を表わすと共に、装置４４によって記録される。

次に第２試料を笈換器２４とカバーガラス２８との間の
音波印加経路のスキャナ２０の中に置き、そして可変ゲ
イン回路４３をその最初の設定位置に再調整する。この
第２ｖＪ体に関して比較の目的で選択した希望限定区域
は同一であっても、あるいは１ｆＩ＝なっていても良い
。もし異なる場合は、ウィンドー論理８０Ｖｉ、比較の
ために、第２試料の希望限定区域を選択するように調整
される。第１物体に対して実行した手順が繰り返され、
その結果第２物体の音響特性を示す減衰レベルが記録さ
れる。２つの物体に対して記録されだ２つの値は直接比
較でき、それら２つの物体の音響特性の定量的な比較が
行なえる。

本質的に同じような方法で、１つの試験物体すなわち試
料１１の２か所以上の区域に関して定量的比較が行なわ
れる。試験物体１１は第１図に示したように音響スキャ
ナ２０の台２１に載置され、そしてウィンドー論理８０
を調整して定量的検査のために当該第１区域・９８を選
択する。可変ゲイン回路４３を基準位置に調整し、その
設定位置を記録する。

次にウィンドー論理８０を調整して異々る限定区域９８
を選択する。そして交互に装置２６のような位置決め機
構を用いて、音響式スキャナ２０（第１図）の変侯器２
４及びカバーガラス２８に関して試験物体の位置を移動
する。可変ゲイン回路４３のゲインは、インジケータ６
７が試料物体の第１被検査区域に関するものと同一の読
取、！７ＩＩｉを指すまで」二下方向に調整される。最
初の設定と比較して、可変ゲイン回路４３の新しい設定
は、試料の２か所の限定区域における音響特性の定量的
な差を示す。勿論この手順は試料の他の個々の限定区域
に対してもくシ返し用いられ、そのすべての定量データ
を用いて直接比較を行なうことができる。

上述の２つの手続き例では、画像信号レベル検出器６０
から可変ゲイン回路４３に帰還ループが直接接続されて
いないと仮定した。

さて帰還ループにおける動作について以下に説明する。

所定の試料物体１１の区域が異なると、超音波減衰はか
なり変動するだめ、これらの差異により表示装置５５に
グレイスケールが再生される。例えば、オシロスコープ
上で水平表示線に関する信号プロセッサ５０からの画像
信号出力を直接覗察すると、試験物体内の区域別の超音
波減衰の差によシ生じた振幅差が示されていることが分
る。しかし前述したように、画像信号のこれらの振幅差
は試験試料の実際の差を定量的に示してはいない。

線形化あるいは校正した可変ゲイン回路４３と共に、増
幅器６８並びに基準電源γ４及び１５を使用した第２図
に示した帰還回路の構成は、この困難さを解決するのに
有効である。比較増幅器６８からの出力は可変ゲイン回
路４３のゲイン制御に接続される。従って、分圧計１５
を用いて大体の基準レベルを設定することによシ、定量
的な試験を行なっている試験物体の区域を変更するだめ
のウィンドー論理８０の調整あるいは試験物体の位置の
変更にもかかわらず、画像信号レベル検出器６０内の保
持回路６４の出力は本質的して一定に維持される。この
状態で、当該出力信号は増幅器６８からの出力となシ、
ウィンドー論理８０が規定した試料物体の一部分の相対
的な音響減衰の測定が可能となる。

この閉ループ構成では、役立つ定量的データを得るため
に２つの基本的な方法がある。

第１の方法は、論理回路８０が規定したウィンドー９８
の大きさ及び位置を固定し、音響スキャナ２０の台上の
試験物体の位置を、適当な位置決め機構２６（第１図）
を用いるようにして、変更する。可変ゲイ゛ン回路４３
に対する可変制御電圧、すなわち比較増１易器６８の出
力によって、試験物体の異なった選定区域に関して定量
的データカー得られる。スキャナ２０（第１図）の台２
１上に第２試験物体１１Ａを配置することにより、２つ
の物体を比較するために同じ構成力く用いられる。

第２の方法は、試験物体１１を静止させるものであるが
、定量的試験を行なう試験５勿体の特定領域はウィンド
ー論理８０（第２図）を調整することによシ変更される
。また、増幅器６Ｂの出力により、試験を行なつ−Ｃい
る試料の異なる区域の音響特性を比較するために用いら
れる定量データが得られる。以上２つの方法に関して、
検査区域９８（第２図）の大きさが表示装置５５の最／
Ｊ”％絵素より大きく、これにより集積化の最適化が行
なわれると共に、一般的な傾向の情報を隠すという理由
で直接関係のない（はん点のような）音響画像における
異常に高いコントラストノ細部が補１賞される、という
ことに注目すべきである。

第４図は、全走査フィールドの２つの異なる限定領域の
表示強調を可能にするシステムの変形例を図示する。こ
の例では、信号プロセッサ５０の出力は、直列に接続さ
れた水平ゲート回路７１Ａと垂直ゲート７２Ａとを備え
た第１ウィンドーゲート回路７０Ａに接続される。ゲー
ト７２Ａかもの出力は、２極双投選択スイッチ１２０の
１極を介してレベル検出回路６０に接続される。信号プ
ロセッサの出力もまた、ゲート７２Ｂの出力がＷ、１ウ
インド一ゲート回路７０Ａから選択スイッチ１２０の交
代極（ａｌｔｅｒｎａｔｅ　ｐｏｌｅ　）に接続された
直列の水平ゲート７１Ｂと垂直ゲート７２Ｂとを備えた
第２ウィンドーゲート回路７０Ｂを介して、レベル検出
器６０に接続される。

第４図に示した二重選択回路構成は更に１表示装置５５
に対する入力加算回路９５と基準信号源９３Ａ及び９４
Ａとの間に直列に接続された水平ゲート９１Ａと垂直ゲ
ート９２Ａとを含む第１表示ゲート回路９０Ａを備える
。

水平ゲート９１Ｂと垂直ゲート９２Ｂとを含む第２表示
ゲート回路９０　Ｂｉｔ、基準電源９３Ｂ及び９４Ｂか
ら加算回路９５に接続される。前述のように、加算器９
５Ｖｉ信号プロセッサ５０かもの画像信号の入力を直接
受信し、加算器からの出力は表示装置５５への画像信号
入力を構成する。

第４図に示したシステム変形例においては、２つのウィ
ンドー論理回路８０Ａ及び８０Ｂがちシ、その各々には
偏向制御発生回路５６からの水平同期信号Ｈと垂直同期
信号Ｖとが供給される。ウィンドー論理回路８０Ａは２
つのゲート制御信号、すなわち水平ゲート制御信号Ｈ１
と垂直ゲート制御信号■１を形成する。これらの信号は
、ウィンドーゲート回路７０Ａ及び表示ゲート回路９０
Ａ内の水平及び垂直ゲートに供給される起動信号である
。

ウィンドー論理回路８０Ａは水平ゲート制御信号Ｈ２と
垂直ゲート制御信号ｖ２を形成し、これらの信号は、ウ
ィンドーゲート回路７０Ｂと表示ゲート回路９０Ｂ内の
水平及び垂直ゲートに起動信号として供給される。水平
及び垂直ゲート制御信号Ｈ１及びｖｌは、表示装置５５
上の画像の第１限定区域９８Ａを規定し、一方ゲート信
号Ｈ２及びｖｌは表示装置上の画像の第２限定区域９８
Ｂを規定する。

信号ｖ１及びｖｌは選択スイッチ１２０を介してリセッ
ト信号（第２図参照）としてレベル偏向回路６０に供給
される。

従って、第４図に示したシステム変更例はシステムオペ
レータが特定の観察をできるように、走査フィールドの
２つの明確な限定区域をきわ立たせる。画像信号レベル
検出器６０を用いた定量的測定に関しては、信号ｖ１を
リセット信号として用いた限定区域９８Ａに関する画像
信号をレベル検出器６０に供給するだめ、あるいはリセ
ット信号として信号ｖ２と共に限定区域９８Ｂに関する
画像信号をそのレベル検出器に供給するために、選択ス
イッチ１２０を用いて読取、！ｌｌｌ直が順に読み取ら
れる。他のすべての事項については、第４図に示したシ
ステム変更例の動作は第２図に関連して上述したものと
同じである。

定量的、を分析に適合した音響画像形成システム（顕微
鏡）では、検査を行なっている物体の走査領域にわたっ
てレーザ光レベルが均一でないので音響画像に重大な変
調が生じる。

これは物体の音響特性における変動を示すものだと間違
って解釈され得るが、実際にはそのような変動は全くな
い。不均一な走査照明を生ずる原因は多数考えられる。

すなわち、スキャナ２０の光学式走査システムの偏向効
率が一様でないこと；光検出器３７に関して台２１が整
列していないとと；光検出器３７の応答が能動受信領域
にわたって一様でないこと；並び九カバーガラス２８の
界面２９の異なった区域に対する反射率が多様であるこ
と；あるいは試験物体の表面が鏡面仕上げされている場
合には、その表面の反射率力く多様であること。

第５図は、レーザ走査用照明レベルの非均一性を補償す
るために用いられるシステム変動を示す。第５図の変形
例は、音響式スキャナ２０と信号プロセッサ５０との間
に挿入された自動ゲイン制御回路１３０を備える。

ＡＧＣ回路１３０は、増幅器１３２と直列ｔで接続され
たバイパスフィルタ１３１を含み、回路１３１と１３２
との直列の組合わせは、スキャナ２０の出力である初期
信号の高周波成分を信号プロセッサ５０の入力に供給す
るだめに用いられる。ＡＧＣ回路１３０は更に、スキャ
ナ２０かもの初期信号が入力として供給されるローパス
フィルタ１３３を備え、フィルタ１３３からの出力は比
較増幅器１３４への１つの入力を構成する。比較器１３
４への第２人力は、電池１３５及び分圧計１３６として
示したような可変直流電源から得られる基準レベル信号
である。比較器１３４の出力は選択スイッチ１３７を介
して増幅器１３２に対するゲイン制御入力に接続される
。選択スイッチ１３７けまた、増幅器１３２のゲイン制
御入力を電池１３８及び分圧計１３９として示したよう
な基準直流電源に接続するために用いられる。

ＡＧＣ回路１３０の動作でまず最初に考慮することは、
スキャナ２０からの出力である初期信号の音響情報がそ
の信号の高周波成分に含まれているという事実である。

スキャナ２０からの出力信号の低周波成分は界面２９（
またはその技術が用いられる場合（（は試料の鏡面仕上
げされた表面）の光学画像に相当する。従って、音響及
び光学情報はフィルタ１３１及び１３３によって容易に
分離できる。

ＡＧＣ回路１３０においては、音響式スキャナ２０から
の出力信号の低周波成分は、スキャナ２０の中でも特に
偏向装置３２、カッルーガラス２８及び界面２９、レン
ズ３３及び３６、並びに光検出器３７（第１図）の性能
上のちがいの効果を示す光学内容信号である。

この光学内容信号は、基準電［１３５及び１３６（第５
図）によって決定された基準信号レベルと比較するため
の比較回路１３４に供給され、その結果比較回路１３４
はゲイン制御信号を形成する。ゲイン制御信号は照明レ
ベルが下がると増幅器１３２のゲインを増加させ、照明
が基準レベルを超えるとゲインを減らすために用いられ
る。その結果、全走査フィールドにわたってシステム動
作の感度が本質的に均一になり、上述したような光学走
査システムの非均一性は効果的に最小限にされるか、あ
るいけ除去される。第５図のゲイン制御構成は前述した
いかなる定量的測定システムにも適用できることは勿論
であシ、また不均一な光学走査の影響を除去することに
よシ、性能改善をはかるための定性的な出力のみを形成
する走査式レーザ音響顕微鏡にも適用できる。

以上の説明では、光学走査に使用した光源はレーザとし
て説明され、またそれは好ましい光源である。しかしな
がら、小口径の走査光線に合焦できるその他の任意の高
強度の光源が代用できる。更に、上述されかつ図示され
た画像形成システムは、動作が始まるとすぐにシステム
オペ１ノータに対して表示装置５５上に全画像が現われ
る「リアルタイム」システムであるが、本発明は画像が
表示される前に画像信号データを記憶するよう要求する
低速スキャナを用いたシステム１（も適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な実施例に従って構成された音
響画像形成システムのブロック図、第２図は本発明の更
に複雑な実施例であり、追加の動作特徴を有する第１図
に示したシステムの変形例を示す図、第３図は第２図の
画像形成システムに使用した特定のゲート信号の説明図
、第４図は単一の走査フィールド内で複数の比較を行な
うために使用されたニー第２図のシステムの更に別の変
形例を示すブロック図、そして第５図はそれらのシステ
ムに使用された光学スキャナにおける非線形性を効果的
に補正できるようにした、第１図、第２図及び第４図の
音響画像形成システムの更に他の変形例を示す図である
。 １０．１１０・・・画像形成システム １１・・・物体 ２０・・・音響式／光学式スキャナ ２１・・台 ２４・・・電子音響変換器 ２６・・・位置決め機構 ２７・・・流体音波伝搬媒体（水） ２８・・・カバーガラス ３０．３２・・・座標１扁向装置 ３１・・・レーザ ３３．３６・・・レンズ ３４・・・光線 ３７・・光検出器 ３９．４４．６７・・・インジケータ ４０・・・超音波励起信号発生回路 ４１．４２・・発振器 ４３．６６．１３０・・・ゲイン回路 ５０・・・信号プロセッサ ５２・・・振幅検出器 ５３・・・位相検波器 ５５・・・表示装置 ５６　・偏向制御信号発生回路 ６０・・・画像信号レベル検出器 ６１・・・ピーク検出器 ６４・・・保持回路 ６５・・リセット回路 ６８．１３４・・比較増幅器 ７０．７０Ａ、７０Ｂ・・・ウィンドーゲート回路７４
．９３．１３５．１３８・・・電池７５．９４．１３６
．１３９・・・分圧計８１．８２．．８３．８４・・・
遅延回路９５・・・加算回路 ９８．９８Ａ、９８Ｂ・・・限定区域 ９３Ｂ、９４Ｂ・・・基準電源 １３１．１３３・・・フィルタ Ｈｌ、Ｈ２・・・水平ゲート制御信号 ｖ１、ｖ２・・・垂直ゲート制御信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ、物体の音響特性を示す視覚画像を生成するための音
   響画像形成システムであって、１０−メガヘルツを越え
   る周波数を有する音波を物体に当て、この物体に結合し
   て少なくとも光の一部分を反射する界面上に物体の音響
   特性を示す摂動パターンを形成するための音波印加手段
   、 前記界面にわたって高エネルギの小口径の光線を走査す
   るための走査手段、 前記界面表面からの反射光線の一部を検出して初期１扛
   気信号を形成するための光検出手段、 前記光検出手段に結合され、前記初期電気信号を処理し
   て音響画像信号を形成するための信号プロセッサ手段、
   及び 前記信号プロセッサ手段に結合され、前記画像信号を用
   いて物体の音響特性を示す視覚画像を形成するための表
   示手段を含み、前記システムは更に、 前記信号プロセッサ手段に結合され、前記画像信号の振
   幅レベルを検出するための画像信号レベル決定手段、及
   び 前記音波印加手段に含凍れ、物体に当たっている音波の
   強度を調整して、所定の基準レベルに対応した画像信号
   １ノベルを与えるための可変ゲイン手段を伽え、 この可変ゲイン手段を調整することにより、基準値に対
   する物体の音響特性の変動を定量的に測定できるように
   すると共に、前記画像形成システムの不十分なダイナミ
   ックレンジ及び非線形性の効果を最小限にするよう構成
   された、音響画像形成システム。 ２、特許請求の範囲第１項記載の音響面１象形成システ
   ムにおいて、前記可変ゲイン手段は信号応答可変ゲイン
   回路、並びにこの可変ケイン回路のゲイン調整を表示す
   るためのインシブータ手段を備えることを特徴とする、
   音響画像形成システム。 ３　特許請求の範囲第２項記載の音響画像形成システム
   において、前記画像信号レベル決定手段は前記可変ゲイ
   ン回路に接続されて、この可変ゲイン回路を調整するた
   めの閉ループを構成することにより、実質的にて定の画
   像信号レベルを維持することを特徴とする音響画像形成
   システム。 ４、特許請求の範囲第１項または第３項記載の音響画像
   システムにおいて、更に前記信号プロセッサ手段と前記
   画像信号レベル決定手段との間に挿入享れたウィンドー
   ケート手段を備え、このウィンドーゲート手段は前記し
   ・ベル決定手段への人力を、走査の行なわれ′ノこ界面
   の予め選定された限定区域に対応した画像信号の所定部
   分に限：ボすることにより、定置測定か物体の所定の限
   定区域に適用されることを特徴とする、音響画像形成シ
   ステム。 ５、特許請求の範囲第４項記載の音響両峰形成システム
   において、更に 前記表示手段に結合された表／Ｊ＜ゲート手段を備え、
   この表示手段は定；１４“測定が適用され得るところの
   走、査の行なわれた界面の予め選定された部分に対応し
   ７た視覚画像の、所定の限定区域を識別するために前記
   視覚画像を修正することを特徴とする、音響画像形成シ
   ステム。 ６、特許請求の範囲第４項または第５項に記載の音響画
   像形成システムにおいて、水平及び垂直Ｉ編向制御信号
   Ｈ及びＶを発生し−Ｃ１それらの信号を前記走査手段及
   び前記表示手段に供給することにより、これらの走査手
   段及び表示手段を同期させるための偏向信号発生手段を
   含み、前記システム（は史（（、前ｎＣ偏向信号発生手
   段及び前記ウィンドーゲート手段並びに表示ゲート手段
   に結合されたウィン１−論理手段を１ｌｉｉｊえ、この
   ウィンドー烏理手段は画像信号の所定区域を共同で規定
   しているウィンドーゲート制御１８号ＨＩ及びＶｌを発
   生すると共（で、それらのケート制御信号をウィンドー
   ケート手。 段並びに表示ゲート手段に供給するよう構成されている
   ことを特徴とする、音響画像形成システム。 ７　特許請求の範囲第５項または第６項記載の音響画像
   形成システムにおいて更に、この画像形成システムか、
   前記走査の行なわれた界面表面の第２限定区域からの音
   響特性の定敏的な測定を行なえるようにすると共に、前
   記視覚画像の対応した区域を識別するための第２ウィン
   ドーゲート手段及び第２表示ゲート手段を備えることを
   特徴とする、音響画像形成システム。 ８４′！ｊ、ｒ＋’請求の範囲第６項またＶｉ第７項記
   載の名響画像形成システムにおいて史に、前ｔＦｅ表示
   ゲート手段に接侵された基準信号ｄ皇と、 前記表示手段へ入力された画像信号において、基準信号
   をこの画像信号に加えることにより、前記走査の行なわ
   れた界面表面の予め選定された区域に対応した視覚画像
   の限定された一部分を強調するための加算手段とを備え
   ることを特徴とする、音響画像形成システム。 ９　特許請求の範囲第８項記載の昌響画像１１多成シス
   テムにおいて更に、 前記表示ゲート手段の各々に接続された基準信号源を備
   えることを特徴とする、ｊ′？響画像画像形成システ ム０、　　特許請求の範囲第３項、第５項、第６項又は
   第７項のいずれか１項に記載のγ？響画ｆ象形成システ
   ムにおいて史に、光学効果を得るための自動ゲイン制御
   装置を備え、と（７）　　１ｌｊｌｌ　ｍｌ装置ｉ：　
   ｔま　、前記光検出ゴ・段に結合され、前記初期電気信
   号からの光学内容信号を形成するためのローパスフィル
   タ手段、 この光学内容信号と所定の基準信号レベルとを比較して
   、ゲイン制御信号を形成するための比較手段、及び 前記光検出手段と前記信号プロセッサ手段との間に挿入
   きれ、前記ゲイン制御信号に対応して、前記信号プロセ
   ッサ手段へ供給きれた初期信号の振幅を変化させること
   によって、前記走査手段及び前記光検出手段の動作にお
   ける非均一性の効果を最小限にするためのゲイン制御手
   段を含むことを特徴とする、音響画像形成システム。 １１、　　特許請求の範囲第１０項記載の音響画像形成
   システムにおいて、前記光検出手段と前記信号プロセッ
   サ手段との間に、前記ゲイン制御手段と直列にバイパス
   フィルタが挿入されていることを特徴とする、音響画像
   形成システム。 １２、物体の音響特性を示す視覚画像を発生するための
   音響画像形成システムにおいて、ｌＯメガヘルツを越え
   る周波数を有する音波を物体に嶋て、この物体に結合し
   た少なくとも光の一部分を反射する界面上に物体の音響
   特性を示す摂動パターンを形成するための音波印加手段
   、 前記界面にわたって高エネルギで小口伊の光線を走査す
   るための走査手段、 前記界面からの反射光の一部を検出して初期電気信号を
   形成するための光検出手段、前記光検出手段に結合さ３
   れ、前記初期電気信号を処理して音響画像信号を形成す
   るための信号プロセッサ手段、及び 前記信号プロセッサ手段に結合され、前記画像信号を用
   いて物体の音響特性を示す視覚画像を形成するための表
   示手段とを含み、 前記システムは更に、 前記光検出手段に結合され、前記初期電気信号から光学
   内容信号を形成するためのローパスフィルタ手段、 この光学内容信号と所定の基準信号レベルとを比較して
   、ゲイン制御信号を形成するための比較手段、及び 前記光検出手段と前記信号プロセッサ手段との閾に挿入
   され、前記ゲイン制御信号に対応して、前記信号プロセ
   ッサ手段へ供給される初期信号の振幅を変化させること
   によって、前記走査手段及び前記光検出手段の動作にお
   ける非均一性の効果を最小限にするためのゲイン制御手
   段を備えることを特徴とする、音響画像形成システム。 １３、特許請求の範囲第１２項記載の音響画像形成シス
   テムにおいて、前記光検出手段と前記信号プロセッサ手
   段との間に、前記ゲイン制御手段と直列にバイパスフィ
   ルタが挿入されていることを特徴とする、音響画像形成
   システム。 １４、音響画像形成方法であって、基本ステップとして Ａ　被検査物体に連結された少なくとも光の一部を反射
   する界面にわたって、高エネルギで小口径の光線を走査
   するステップ、 Ｂ　　１０メガヘルツを越える周波数を有する音波をこ
   の物体に当て、前記界面（（物体の音響特性を示す摂動
   パターンを形成するステップ、 Ｃ前記界面からの反射光線の一部を検出して初期電気信
   号を形成するステップ、Ｄ　この初期電気信号を処理し
   て音響画像信号を形成するステップ、及び Ｅ　前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚画
   像を形成するステップとを含み、 前記方法は更に、 Ｆ　前記画像信号の振幅レベルを検出するステップ、 Ｇ　・物体に当たっている音波の強度を調整して、所定
   の基準レベルに対応した画像信号レベルを与えるステッ
   プ、及び Ｈ基準値に関する物体の音響特性の変動の定量的な測定
   値として、音波強度の調整量を記録すると共に、前記画
   像形成システムの不十分なダイナミックレンジ及び非線
   形性の効果を最小限にするステップとから成ることを特
   徴とする音響画像形成方法。 １５　　特許請求の範囲第１４項記載の音響画像形成方
   法において、 ステップＦにおいて、検出された画像信号の像幅レベル
   は、ステップＡにおいて前記界面表面が走査を完了する
   のに必要な時間以下の時間間隔にわたって積分されると
   共に、基準信号レベルと比較されて音響ゲイン制御信号
   を形成し、そして ステップＧにおいて、このゲイン制御信号を用いて音波
   の強度を調整することを特徴とする、音響画像形成方法
   。 １６、特許請求の範囲第１４項または第１５項記載の音
   響画像形成方法において、前記走査の行なわれた界面の
   所定の限定部分に対応した画像信号の限定区域に対して
   、ステップＦ、Ｇ及びＨが適用されることを特徴とする
   、音響画像形成方法。 １７、特許請求の範囲第１４項または第１５項記載の音
   響画像形成方法において、前記走査の行なわれた界面の
   ２ケ所の所定の限定部分に対応した画像信号の２ケ所の
   限定区域に対してステップＦ、Ｇ及びＨを適用すること
   によって、両者の定量的な比較を行なうようにすること
   を特徴とする、音響画像形成方法。 １８　　特許請求の範囲第１６頃または第１７項記載の
   音響画像形成方法において、更にＩ　ステップＥにおけ
   る視覚画像を変更して、ステップＦ、Ｇ及びＨが適用さ
   れる走査の行なわれた界面の限定部分を視覚により識別
   できるようにするステップを含むことを特徴とする、音
   響画像形成方法。 １９、　　特許請求の範囲第１４項乃至１８項のいずれ
   か１項に記載の音響画像形成方法において、更に、 Ｊ　ローパスフィルタ手段を用いて、ステップＣの前記
   初期電気信号から光学内容信号を形成するステップ、及
   び Ｋ　この光学内容信号を用いて、前記音響画像信号の撮
   幅を制御することにより、ステップＡ及びＣの走査及び
   検出動作において生じる非均一性を補正するステップを
   含むことを特徴とする、音響画像形成方法。 ２０、　　音響画像形成方法であって、基本ステップと
   して Ａ　被検査物体に結合された少なくとも光の一部を反射
   する弁筒にわたって、高エネルギで小口径の光線を走査
   するステップ、 Ｂ　　１０メガヘルツを越える周波数を有する音波をこ
   の物体に当て、前記界面に物するステップ、 Ｃ前記界面表面からの反射光線の一部を検出して初期電
   気信号を形成するステップ、 Ｄ　この初期電気信号を処理して音響画像信号を形成す
   るステップ、及び Ｅ　前記画像信号を用いて物体の音響特性を示す視覚画
   像を形成するステップを含み、 前記方法は更に、 Ｊ　ローパスフィルタ手段を用いて、ステップＣの前記
   初期電気信号から光学内容信号を形成するステップ、及
   び Ｋ　この光学内容信号を用いて、前記音響画像信号の撮
   幅を制御することにより、ステップＡ及びＣの走査及び
   検出動作において生じる非均一性を補正するステップを
   含むことを特徴とする、音響画像形成方法。 形成方法において、ステップＤはバイパスフィルタ手段
   によって、前記初期電気信号の高周波成分に限定される
   ことを特徴とする、音響画像形成方法。