JPS59198353A - 可搬式液晶試験装置 - 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】 本発明は、傷または人体酩器官の如き内部の特異個所の
ような不連続部分について種々の物体を非破壊的に検査
する装置と方法とに関する。

超音波を、在来のパルス反響技術を用いて傷を検出する
ために利用できることは周知されている。

その結果として可搬式の厚み計、探傷器などが現在用い
られている。これらの装置のあるものは、物体を走査し
電子影像を作るための大規模且つ高価な電子回路を使用
している。しかし使用者が、これらの装置によって容易
且つ経済的に傷を画像として可視化することはできない
。

更にまた、検査すべき物体に超音波エネルギを通過させ
、そのエネルギを液晶表示装置に受けることによって、
液状媒体に浸せきされた物体を検査する技術が最近開発
され開示されている。

一般的な超音波技術に関する開示には、グーバーマン（
Ｇｏｏｂｅｒｍａｎ　）　著ｒウルトラソニックス・セ
オリー・アンド・アプリケーション（Ｕｌｔｒａｓｏｎ
ｉｃｓＴｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
）　Ｊ　８１１　ｒ超音波学の諸種の応用（Ｍｉｓｃｅ
ｌｌａｎｅｏｕｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｎＵ
ＩＪｒａｓｏｎｉｃｓ）Ｊ　、１・２「傷の検出（Ｆｌ
ａｗＤｅｔｅｃｔｉｏｎ　）　Ｊ　（イー・ニー・ピー
・リミテッド（Ｅ、Ｕ、Ｐ、Ｌｉｍ１ｔｅｄ　）刊）が
ある。液晶に関する開示は、西ドイツ、ダルムシュタッ
ト、ニー・メルク（ｘ、Ｍｅｒｃｋ）刊行の「リフリス
タル（Ｌｉｃｒｉｓｔａｌ）−一リキッド・クリスタル
ズ（Ｌｉｑｕｉｄ　０ｒｉｓｔａｌｓ）ｊと、ド　ｙ−
＝ネス（ｄｅ　Ｇｅｎｎｅｓｓ　）著［フィジックス・
オプ・リキッド・クリスタルズ（Ｐｈｙｓｉｃａ　ｏｆ
Ｌｉｑｕｉｄ　０ｒｙｓｔａｌｓ）　Ｊ　（１９７４年
、オックスフォード大学出版部（０ｘｆｏｒｄＵｎｉｖ
ｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ）刊〕と、ニス・チャンドラ
セカール（Ｓ　、　０ｈａｎｃｌｒａｓｅｋａｒ）著「
リキッド・クリスタルズ（Ｌｉｑｕｉｄ　０ｒｙｓｔａ
ｌｓ　）Ｊ（１９７８年、テンブリッジ大学出版部（Ｃ
ａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ　
）刊）とにある０英国、四ンドン、チェルシー・カレッ
ジ（０ｈｅｌｓｅａ　Ｏｏｌｌｅｇｅ）　％物理学部（
Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ）　、ジエイー
エス拳サントウー（Ｊ、Ｓ、５ａｎｄｈｕ　）　、ダブ
リュー・ジー・ピー・ブリトン（Ｗ−（ｋ、Ｂ、Ｂｒ１
ｔｔｏｎ　）　、アール・ダブリュー・ピー・ステイー
ヴアンズ（Ｒ，Ｗ、Ｂ。

５ｔｅｐｈｅｎｓ　）共著「アキニースト・ノ１イドロ
ダイナミックス・イフエクツ・イン・リキッド・クリス
タルズ（Ａｃｏｕｓｔｏ　−Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ
ｓ　Ｅｆｆｅｃｔｓ工ｎＬｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔ＆ｌ
ｓ　）　Ｊにも言及されてｌ／）る。最後に、関連超音
波技術についての幾つ力１の特言午力≦ある。例えば、
第３．５９７，９５４号、第３，７０７，５２３号、第
３，８３１，４６４号および第３．８７９，９８９号を
参照されたし）。

しかし、これらの参考資料中に、液槽中に浸せきできな
い大きな物体を内部の傷またＣま特異個所について検査
し且つこれらの傷また心ま特異個所の可視的な画像を得
る問題を解決するものＣま皆無であるＯ 従って本発明の目的は、液槽中Ｇこ物体を浸せきせずに
、内部の傷または特異個所（こつｐｚで大きな物体の検
査ができ且つ傷の可視的画像を得られる可搬式装置を提
供することＧこある。

更にまた、医学の分野における問題の一つむま、人体の
内診のために、適切な非侵襲性の診断技術を得ることで
あった。現在、人体の内診に超音波が用いられているが
、使用される装置は大型で、大規模且つ高価な電子装置
をそなえており、持運びができない。従って、装置が医
師によって患者の所に運ばれるのでなく、患者を超音波
試験装置まで運ばなければならない。さらに、技術の現
段階に沿って、検査される部分の可視的な画像を得るこ
とが電子工学に要求される。

従って本発明の目的は、人体の内診ができ且つ医師によ
って患者の所まで運ぶことのできる可搬式超音波装置を
提供することにある。

本発明の以上その他の目的は、次の明細書ならびに特許
請求の範囲によりあきらかとなるものである。

本発明によれば、液晶表示セルを用いた可搬式探傷装置
が得られる。本装置には、超音波変換器と、反射または
散乱された超音波エネルギを受は且つ検出された傷また
は特異個所を表示する液晶表示セルとがそなえられる。

更に詳細に言えば、本装置には、検査すべき物体の表面
に対して変換器を支える変換器支持部材を有する第一ハ
ウジングがそなえられる。第二ハウジングが設けられこ
れに前記表面に対して液晶セルを位置決めし支持する液
晶表示セル支えがそなえられる。二つのハウジング部材
を、調節自在に互いに角度を保たせて連結する相互連結
装置が設けられる。角度の関係は、一般に、物体からの
反射または散乱したエネルギを受は入れるように選定さ
れる。

液晶支持部材は一般に、接眼端部と表面接触端部とを有
する細長い中空管状部材である。液晶表示セルは前記両
端部の中間に位置決めされる。表面接触端部には、反射
または散乱されたエネルギが液晶セルによって効率的に
受は入れられるようにする音響カップラ（例えば、音響
整合層〕が設けられる。カップラと液晶セルとの間には
液状の連結媒体が置かれ、必要があれば、可変焦点距離
音響レンズも設けられる。この方式には適当な照明も設
けられる。

この方式を用いることにより、傷または特異個所につい
て、人体を検査すると同様に、容易に浸せきできない大
きな物体の検査ができることが見いだされた。この装置
により、生理学的検斉についての数多くの用途が見いだ
されることが期待される。

以下に説明するように、これらの装置には、特別の積層
構造を有する液晶セルが包含され、連結媒体は、検査す
べき材料または物体に依存する重要なものである。

ここで第１図について説明する。同図には、内部的な傷
１４を有する大きな硬質の物体１２０表面に載せられて
いる可搬式試験装置１０を一般的に示す。

装置１０には、変換器ハウジング１６、液晶ハウジング
１８、相互連結部材２０の三つの主な組立て体がそなえ
られる。

変換器ハウジング１６内には供給源２４によって電力を
供給される標準的な超音波変換器２２が支えられる。標
準的な変換器に加えて、ビームの指向性を与え得るよう
に配列された変換器を用いることもできる。ハウジング
１６により、変換器は、変換器の放射軸線が表面１２に
対しである角度をなすように方向を定められる。

液晶表示ハウジング１８には、接眼端部１８ａと接触端
部１８１）とが備えられる。

端部１８ａ、１８ｂの中間で、管状に形作られた支持ハ
ウジング１８内に、多層液晶表示セル２６が固定的に取
り付けられる。

接触端部１８ｂには、表面１２に接触して表面１２とハ
ウジング１８との間の音響的な損失を最小限とするよう
に表面１２に音響的に連結するようにされた音響連結部
材２８がそなえられる。

図示の装置には、カップラ２８と液晶表示装置２６との
中間に置かれた可変焦点距離音響レンズ３０がそなえら
れる。カップラとレンズと表示装置とは、（１）カップ
ラとレンズとの間および（２）レンズと表示装置との間
の空間を充たす液状媒体を介して互いに音響的に連結さ
れる。

表示２６は接眼端部１ａａから視られる。表示装置上の
影像を強めるために反射光装置が示されている。しかし
、以下に説明するように、透過光装置を用いることもで
きる。反射光装置には対物レンズ３２と偏光子３４と半
銀付は鏡３６と偏光子３８と光源４０とがそなえられる
。

凹面反射鏡装置４２と黒色吸光面４３とがハウジング１
８の互いに反対側に設けられる。

液晶セル２６と連結部材２８との詳細について以下に説
明する。

液晶ハウジング１８に対して変換器ハウジングを調節自
在に相互連結し且つ相対的な位置決めをするために相互
連結装置２０が設けられる。一般的には、変換器と液晶
セルとの相対的な位置決めを反射を受けるように確保す
るために相互連結装置を用いることができる、と言うこ
とができる。

相互連結部材２０には上部スライド２ｏａと下部スライ
ド２０ｂとが含まれる。両スライドの中間には、ハウジ
ング１６．１８を一緒または別々に調整自在に動かすた
めに、つまみねじによって操作できる反対方向のねじを
有する一対の部材を含むつまみ調整ねじ２０Ｑがある。

この実施例においてはハウジング部材が互いに直線的に
動がされる。

作動に際しては変換器２２が、物体１２を貫通し且つ傷
１４に衝突する超音波エネルギを放出する。傷１４に衝
突するエネ／Ｌ’ギは多方向に反射または散乱されるが
、若干のエネルギは液晶セル２６の方向に向けられる。

そのエネルギは連結部材２８に至り、これに接する透過
媒体に移る。次いでレンズ３０が、エネルギを液晶セル
２６に集束させるために用いられる。

次いで超音波エネルギとセル内の液晶分子との相互作用
により影像が形成される。

ランプ４ｏと、半銀付けまたは半透明鏡３２とを介して
セルの表面を照明することによってセル上の影像が見え
る。こうしてレンズ３２を介し、偏光子３４を介し、牛
銀付は鏡３６を介して、観察者４１が影像を視ることが
できる。

ここで液晶表示装置２６について説明する。第２図に示
す如く、表示装置には二つのカバー４４゜４５がそなえ
られ、その各が音響的に透過性があり、硬質で、少なく
共その一方は光学的に透過性である。液晶材料４８はカ
バー４４・４５間に置かれ、周縁のスペーサ５０を用い
て定位置にシールされる。

ここでセル内に使用されている好適な液晶材料は、同方
向に配列されたネマチック型（即ち分子が平均してカバ
ー面に垂直〕のものである。

また、セルは、音のエネルギに対してできるだけ透過性
であることが望ましい。換言すれば、カバー４５の表面
に衝突し且つセル全体を透過する音のエネルギは最大限
に、また吸収と内部反射とは最４１限にされなければな
らないが、それは、これらによって影像の質が低下する
からである。またセルの音響的な性質が周囲の媒体−こ
の場合は一方側が水、他方側が空気であるが−の性質に
極めて類似していることも望ましい。しかし、セルは、
水／水界面についてもまた有用でなければならない。

カバーの厚さがカバーを介して伝わる音波の波長の４分
の１（即ちＷＬ／４　）よりもはるかに少ない場合、音
の吸収に対する厚さの影響は、垂直入射（即ち超音波ビ
ームがカバーに垂直）の場合、分析目的に対して無視で
きることが確認されている。光学的に透過性のカバー４
５には、他の透過性材料も使用できるが、ガラスが用い
られる。

２００ミクロン以下の厚さで入手できるスライド・ガラ
ス、あるいは板ガラスでも、吸収または反射に関するい
かなる配慮をも回避するに充分なことがわかった。しか
し、この種の薄いスライドは非常にたわみ性があり、一
様な厚さの液晶層内の液晶分子の適切な配列は保証され
ない。

所要のこわさを得るためには、ガラス・カバーが少なく
共２枚の板ガラスをそなえる積層構造でなければならな
いことがわかった。

第６図に５層の厚いガラス・カバーを示す。ここには三
つのガラス層５２，５４．５６と二つの中間接着／９５
８，６０とが設けられている。吸収効果に対しては個々
の厚さを無視できるように、層の各が、適当な材料につ
いてＷＬ／４よりもはるかに少ない厚さのものであるこ
とが望ましい。そこで問題は、複合構造体の音響インピ
ーダンスとは何か？ということである。経験的に定めら
れた式） ％式％ に基づいた計算を用いることができる。ここに、ＺＣは
複合物のインピーダンス、ｚｇはガラスのインピーダン
ス、Ｚａは「プレキシガラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）Ｊ
（商標名）または［ルーサイト（Ｌｕｃｉｔθ〕」（商
標名）のインピーダンスと同程度とみられる接着剤のイ
ンピーダンスである。

上述の積層構造体を両方のカバーとしてセル２６内に好
適に用いることができる。

更に、音響連結部材２８には、検査すべき物体と表示セ
ルに信号を伝える音響媒体との間に適切な音響的整合を
確保する同様な積層構造体をそなえることができる。

ここで第４図について説明する。可搬式検査器の別の実
施例１００が示しである。試験器１００は、これに反射
ならぬ透過光学系が含まれる点を除けば第１図に示す試
験器と同様であるが、透過系も反射系も同様なものであ
り、最終用途、操作の容易ざなどの因子に基づいてこれ
を選定できることを理解すべきである。

更にまた、試験器１００は人体のような柔軟な表面１０
２上に載った状態で示され、内部器官またはしゅようそ
の他同種のものを検査する際に有用である。

ここで第４図について説明する。同図は変換器ハウジン
グ１０４と液晶表示ハウジング１０６とが示され、その
各が、相互連結装置１０８と同様に、第１図における対
応部分と類似している。相互連結装置１０８によって、
柔軟な表面に対して調整できるような回動運動が得られ
る。相互連結装置には、二つのハウジングをそれらの下
端で連結するヒンジのような枢支点１０８ａと１矢張り
ハウジングを枢支連結し且つ反対方向にねじを有する一
対の部材によってハウジングを一緒または別々に引くこ
とができるつまみホイール組立て体１０８１）とがそな
えられる。言うまでもなく、最終用途の如何により、枢
支相互連結と、直線的相互連結とを互換的に用いること
ができる。

概略的に言えば、主要な相違点は光学系１１０に関連が
あり、この場合は透過型のものである。

この方式にあっては、ハウジング側面の表示セル１１４
に音響エネルギを導く音響反射Ｎ１１２が設けられる。

音響反射器は光学的に透過性があり、光源１１６からの
光は音響反射器１１２を通過し、液晶表示セルを照明し
通過する。観察者１１８にセル上の影像が見えるように
、適当な偏光子と反射器とがそなえられる。

この型式の装置は生理学的検査にこれを用いることがで
きる。例えば、内部的な傷の位置を探り得たと同様にし
て、この装置を用いて１２０のようなしゅようの位置を
探り且つそれを観察することができる。内部器官につい
ても、その位置を探ることができる。

本発明の精神と範囲とを逸脱することなく、ここに開示
した装置に数多くの変更および修正をなし得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は大きい物体の内部の傷の検査に関連する用途に
適した型式の可搬式表示装置を示す断面図、第２図は液
晶表示セルの構造を示す断面図、第６図は音響エネルギ
を透過させる積層構造体を示す断面図、第４図は人体を
検査するための装置を示す断面図である。 １０：可搬式装置、１２：物体、物体表面、１４：傷、
１６：第一ハウジング装置、１８：第二ハウジング装置
、 １８ａ：他端（接眼端部）、 １８ｂニ一端（接触端部）、２０：相互連結装置、２２
：変換器、２６：液晶表示装置（セル〕、２８：音響連
結装置、３０：音響レンズ、４０：光源、１００：可搬
式装置、 １０４：第一ハウジング装置、 １０６：第二ハウジング装置、 １０８：相互連結装置、ｉｉｏ：透過光装置、１１４：
液晶表示装置、１１６：光源、１１８：観察者。 代理人　浅　村　　　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）検査すべき物体の少なく共一部分に音を発生させ
   る為に超音波エネルギを放出する超音波変換器と、音を
   発生する物体からのエネルギを受は且つその影像を可視
   的に表示する液晶表示装置と、表示を視る装置とを具備
   する内部の傷について物体を検査し且つその可視的な影
   像を得るための可搬式装置において、前記装置が、表面
   上に載り前記表面に音響的に連結され前記表面下の傷ま
   たは特異個所を検査するように構成され、前記装置が、
   前記、変換器と前記液晶表示装置とを互いに反射を受は
   入れるように個別ながら調整自在に支持する組立て体を
   そなえ、前記組立て体が、前記表面に対して前記変換器
   を支持する第一ノ＼ウジング装置と、前記表面に対して
   ■η記表示装置を支持する第二ハウジング装置と、前記
   第一ハウジング装置と前記第二ハウジング装置とを互い
   に反射を受は入れるように調整自在に相互連結する相互
   連結装置とをそなえ、前記第二ハウジング装置が、一端
   を前記表面に接触するように構成され他端をのぞくよう
   に構成された細長い中空の管をそなえ、第二ハウジング
   装置の両端の中間に液晶表示装置が置かれ、更に、前記
   表示装置によって表現された影像を光学的に視るための
   接眼端部の装置と、前記第二ハウジング装置を表面に音
   響的に連結するための接触端部の装置と、前記ハウジン
   グ装置の接触端部からセルに音響信号を送るためにセル
   と連結装置とを接触させる音響伝達装置とがそなえられ
   、それにより、前記装置が表面上に置かれた場合、前記
   変換器から放出された超音波エネルギが物体内に投射さ
   れ、そこからの反射が、光学的に目視されるように、前
   記連結端部と透過媒体とを経て前記表示装置に受は入れ
   られるように改良されたことを特徴とする可搬式装置。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の装置において、音
   響信号の受信力を最大とするために第一ハウジングと第
   二ハウジングとの相対的な角度調整ができるように前記
   相互連結装置が調節可能であるもの。 （３）　　特許請求の範囲第１項に記載の装置において
   、超音波エネルギを前記液晶表示装置に集束する音響レ
   ンズが更にそなえられるもの。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記液晶表示装置が前記第二ハウジング装置内に置かれ、
   且つ管の軸線に対して概ね垂直に置かれるもの。 （５）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記液晶表示装置が前記第二ハウジング装置の側壁内に置
   かれるもの。 （６）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記液晶表示装置上の影像を光学的に強化する装置が更に
   そなえられるもの。 （力　特許請求の範囲第６項に記載の装置において、前
   記光学的強化装置が、光源から光を導く反−射光装置を
   そなえるもの。 （８）　　特許請求の範囲第６項に記載の装置において
   、前記光学的強化装置が、光源から液晶表示装置を経て
   観察者へ光を導く透過光装置をそなえるもの。