(57)【要約】【課題】被検体の内部構造を超音波によって可視化する場合に、最適な周波数を選択できる。【解決手段】超音波映像装置１０は、被検体１２０に超音波を送信してエコー波を受信して受信信号とする圧電素子３０を備えた超音波プローブ２０と、超音波プローブ２０を所定の走査位置に走査するＸ軸スキャナ７１およびＹ軸スキャナ７２と、受信信号の周波数を走査位置に応じた所定周波数に制御する周波数制御部５２と、受信信号を信号処理する信号処理部６６と、信号処理部６６の出力信号に基づいて、所定周波数の超音波画像を生成する画像生成部５４とを備える。周波数制御部５２は、バースト波発信器６１によって所定周波数のバースト信号を発生し、超音波プローブ２０の圧電素子３０に出力することによって、所定周波数の超音波を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送信し、前記被検体から反射、散乱、屈折された超音波を受信して受信信号を出力する圧電素子を備えた超音波プローブと、
前記超音波プローブを所定の走査位置に走査するスキャナと、
前記受信信号の周波数を、前記走査位置に応じた所定周波数に制御する周波数制御部と、
前記受信信号を信号処理する信号処理部と、
前記信号処理部の出力信号に基づいて、前記所定周波数の超音波画像を生成する画像生成部と、
を備えることを特徴とする測定周波数可変超音波映像装置。
【請求項２】
前記周波数制御部は、前記圧電素子が送信する超音波の周波数を制御することによって、前記受信信号の周波数を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定周波数可変超音波映像装置。
【請求項３】
前記周波数制御部は、前記圧電素子に前記所定周波数のバースト信号を出力するバースト波発信器を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定周波数可変超音波映像装置。
【請求項４】
前記周波数制御部は、前記受信信号の通過帯域を制御することによって、前記受信信号の周波数を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定周波数可変超音波映像装置。
【請求項５】
前記周波数制御部は、前記超音波の前記所定周波数を前記走査位置に応じて制御し、
前記画像生成部は、生成した前記超音波画像上に、前記走査位置に応じた前記所定周波数を表示する、
ことを特徴とする請求項２に記載の測定周波数可変超音波映像装置。
【請求項６】
前記被検体の超音波画像を評価して、前記超音波の周波数を最適化する最適周波数調整処理部を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定周波数可変超音波映像装置。
【請求項７】
前記最適周波数調整処理部は、前記被検体の超音波画像のコントラストを算出するコントラスト算出部を備え、当該コントラストを最大化するように前記超音波の周波数を最適化する、
ことを特徴とする請求項６に記載の測定周波数可変超音波映像装置。
【請求項８】
前記最適周波数調整処理部は、前記被検体の超音波画像の高周波成分を算出する高周波成分算出部を備え、当該高周波成分を最大化するように前記超音波の周波数を最適化する、
ことを特徴とする請求項６に記載の測定周波数可変超音波映像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の内部を、超音波測定により可視化する超音波映像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波によって半導体や集積回路などの欠陥（剥離やボイド）の有無を調べるには、単一焦点型の超音波センサを機械的に二次元で走査する方法が用いられていた。この検査方法は、単一焦点型の超音波センサにより、検査対象物である前記構造物内の検査対象部位を焦点とする超音波の送受信を行い、検査対象部位から反射されたエコー波（超音波）をゲート処理することによって、そのエコー波の強度情報や時間情報を求めるものである。求められた前記エコー波の情報を二次元空間にマッピングすることにより、検査画像情報を生成することができ、この検査画像情報を基に、欠陥の有無を調べることができる。
【０００３】
特許文献１の目的には、「被検物体内の欠陥を容易かつ正確に検出する。」と記載され、構成には、「被検物体Ｍにパルスを発信しエコーを受信するトランスデューサ１には、パルスを発生しエコーを増幅するための送受信器２が接続され、その後方にはエコーの中から任意の間のエコーを取り出すためのゲート回路３が接続されている。また、ゲート回路３には正のコンパレータ４、負のコンパレータ５、正のピークホルダ６、負のピークホルダ７が接続され、これらの出力は制御装置９に入力する。正のコンパレータ４と負のコンパレータ５では、予め設定した基準値を初めて越えるエコーの中の早い方のタイミングが遅延回路８に入力し、略１周期分の時間の後にゲート回路３を閉じる。」と記載されている。
【０００４】
また近年では、アレイ型の超音波センサを用いた超音波検査手法も用いられている。アレイ型の超音波センサは、複数の圧電振動素子を一列に配列したものである。所定の走査位置に応じた圧電振動素子に、素子駆動の時間遅延を与えて超音波を送信および受信することで、検査対象部位に送信された超音波を集束させて焦点を結ぶことができる。各圧電振動素子の配列の法線方向にレンズを配置するか、または、圧電振動素子の配列を曲面上に配置することにより、単一焦点型超音波センサと同様に、超音波を一点に集束させて送受信することができる。
【０００５】
特許文献２の課題には、「被検体中の異なる深さ位置に発生する欠陥を１回の検査で高精度に検出可能な超音波検査方法を提供する。」と記載され、解決手段には、「音響レンズ２上に複数の振動素子３ａからなるアレイ振動子３が設けられた超音波プローブ１を被検体１０と対向に配置する。音響レンズの焦点ＦAとアレイ振動子を電子集束することによって作られる焦点ＦBとを異なる深さ位置に設定して被検体中の各検査面に個別に合致させ、各検査面について同時に欠陥検査を実行する。欠陥が存在すると判定された場合、前記２つの焦点を合致させ、欠陥が存在すると判定された検査面に合致させて再度の欠陥検査を行う。」と記載されている。
【０００６】
アレイ型超音波センサでは、複数の圧電振動素子を電子的に走査できるので、単一焦点型超音波センサによる機械走査よりも迅速に、超音波検査を行うことができる。
【０００７】
特許文献３の課題には、「発振器構成を簡略し、送信波をパルス信号からバースト波信号へ滑らかに変化させ、測定時に必要に応じて干渉が生じない範囲でバースト波信号を利用できる超音波映像装置とその測定方法を提供する。」と記載され、解決手段には、「超音波探触子１４を送信波信号で駆動して超音波１６を発生させかつこの超音波を被検体１８に照射し、被検体から戻ってくる反射波を超音波探触子で検出して受信波信号に変換し、受信波信号に基づいて像表示処理を行い被検体の所定の検査箇所の像を表示装置に表示する超音波映像装置である。送信波信号を出力する手段としてバースト波信号を出力するバースト波発振器１２のみを備え、このバースト波発振器が出力するバースト波信号の最少波数は１以下である。バースト波発振器から出力される信号の波数は制御部１５で制御される。」と記載されている。
【０００８】
特許文献３の段落００１７には、発明の目的として、「送信波を発生する発振器の回路部分の構成を簡略し、送信波をパルス信号からバースト波信号へ滑らかに変化させることができ、測定時に必要に応じて干渉が生じない範囲でバースト波信号を利用できるようにして、周波数帯域を狭くし、減衰の影響を低減し、高分解能の測定および映像作成を行うことのできる超音波映像装置を提供することにある。」と記載されている。しかし、特許文献３には、測定対象に合わせた最適な周波数の選定については、何ら記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２３２０９２号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４７６９号公報
【特許文献３】特開２００３−１０７０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
被検体内部の可視化に最適な超音波の周波数は、被検体を構成する材質よって異なる。そのため、単一焦点型の超音波センサとアレイ型の超音波センサとのいずれを用いる場合に於いても、材質に応じた最適な超音波の周波数を設定しなければならない。
しかし、従来では、超音波センサ（超音波プローブ）ごとに測定可能な超音波の周波数が固定されていた。そのため、超音波の周波数を変更するには、幾つもの超音波センサ（超音波プローブ）を交換しなければならなかった。更に、従来の超音波センサ（超音波プローブ）では、超音波の周波数を連続的に変更して測定し、これら超音波画像の品質を比較することができなかった。
【００１１】
本発明は、被検体の内部構造を超音波によって可視化する場合に、最適な周波数を選択できる超音波映像装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明では、被検体に超音波を送信し、前記被検体から反射、散乱、屈折された超音波を受信して受信信号を出力する圧電素子を備えた超音波プローブと、前記超音波プローブを所定の走査位置に走査するスキャナと、前記受信信号の周波数を、前記走査位置に応じた所定周波数に制御する周波数制御部と、前記受信信号を信号処理する信号処理部と、前記信号処理部の出力信号に基づいて、前記所定周波数の超音波画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする測定周波数可変超音波映像装置とした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被検体の内部構造を超音波によって可視化する場合に、最適な周波数を選択できる超音波映像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に於ける超音波映像装置を示す概略の構成図である。
【図２】第１の実施形態に於ける超音波映像装置の走査方法を示す図である。
【図３】第１の実施形態に於ける送信周波数の変更方法を示す図である。
【図４】第１の実施形態に於ける超音波映像装置の動作例を示す図である。
【図５】第１の実施形態に於ける周波数可変画像の生成処理を示す図である。
【図６】第１の実施形態に於ける周波数可変画像の例を示す図である。
【図７】第２の実施形態に於ける超音波映像装置を示す概略の構成図である。
【図８】第２の実施形態に於ける周波数可変画像の生成処理を示す図である。
【図９】第３の実施形態に於ける超音波映像装置を示す概略の構成図である。
【図１０】第３の実施形態に於ける最適周波数調整処理を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に於ける画像化処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態の構成）
【００１７】
図１は、第１の実施形態に於ける超音波映像装置を示す概略の構成図である。
第１の実施形態の超音波映像装置１０（測定周波数可変超音波映像装置）は、送信する超音波の周波数を制御することにより、エコー波である受信波の周波数を制御するものである。第１の実施形態では、送受信装置６０にバースト波発信器６１とスイッチ６３とを備え、このバースト信号を圧電素子３０に出力することにより、圧電素子３０が送信する超音波の周波数ｆｘを変化させることができる。
【００１８】
超音波映像装置１０は、超音波の送受信を行う超音波プローブ２０と、当該超音波映像装置１０を統括制御して超音波映像を表示する映像表示装置５０と、超音波プローブ２０との間で電気信号を入出力する送受信装置６０と、超音波プローブ２０を機械的に走査するＸ軸スキャナ７１およびＹ軸スキャナ７２と、Ｘ軸スキャナ７１およびＹ軸スキャナ７２を制御するメカ制御装置７０とを備えている。超音波プローブ２０は、Ｘ軸スキャナ７１およびＹ軸スキャナ７２に支えられて、水槽１００に満たされた水１１０に浸漬され、圧電素子３０が被検体１２０に対向するように配置される。
【００１９】
超音波プローブ２０は、当該超音波プローブ２０の走査位置を検知するエンコーダ２１と、電気信号と超音波信号とを相互に変換する圧電素子３０とを備えている。圧電素子３０は、単一焦点型の超音波センサである。
映像表示装置５０は、超音波プローブ２０の走査位置を制御する走査制御部５１と、超音波の周波数を制御する周波数制御部５２と、超音波の送受信タイミングを制御するタイミング制御部５３と、超音波画像を生成する画像生成部５４とを備えている。
送受信装置６０は、バースト波の電気信号を生成するバースト波発信器６１と、インパルス波の電気信号を生成するインパルス波発信器６２と、スイッチ６３と、超音波プローブ２０が受信した受信信号を増幅するアンプ６４と、当該受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６５と、当該受信信号を信号処理する信号処理部６６とを備えている。
【００２０】
走査制御部５１は、メカ制御装置７０（スキャナ）と入出力可能に接続されている。走査制御部５１は、メカ制御装置７０とＸ軸スキャナ７１とＹ軸スキャナ７２（スキャナ）によって超音波プローブ２０の走査位置を制御すると共に、メカ制御装置７０から超音波プローブ２０の現在の走査位置情報を受信する。
メカ制御装置７０の出力側は、Ｘ軸スキャナ７１およびＹ軸スキャナ７２に接続されている。メカ制御装置７０には、超音波プローブ２０のエンコーダ２１の出力側が接続されている。メカ制御装置７０は、エンコーダ２１の出力信号によって、超音波プローブ２０の走査位置を検知し、Ｘ軸スキャナ７１およびＹ軸スキャナ７２によって、超音波プローブ２０が指示された走査位置になるように制御する。メカ制御装置７０は、走査制御部５１から超音波プローブ２０の制御指示を受けると共に、超音波プローブ２０の走査位置情報を応答する。
【００２１】
タイミング制御部５３は、走査制御部５１から取得した超音波プローブ２０の走査位置情報に基づいて、送受信装置６０に超音波の送受信タイミング信号（情報）を出力し、周波数制御部５２に超音波の周波数情報を出力する。
【００２２】
周波数制御部５２は、タイミング制御部５３が出力した超音波の周波数情報に基づいて、バースト波発信器６１に所定の周波数のバースト波を所定パルス数だけ出力するように指示する。
バースト波発信器６１は、周波数制御部５２が出力した信号に基づいて、圧電素子３０に所定の周波数のバースト波を所定パルス数だけ出力するものである。
インパルス波発信器６２は、タイミング制御部５３が出力したタイミング信号に基づいて、圧電素子３０にインパルス波を出力するものである。
スイッチ６３は、タイミング制御部５３の出力信号に基づいて、バースト波とインパルス波のいずれを圧電素子３０に出力するかを切り替えるものである。
【００２３】
圧電素子３０は、圧電膜の両面にそれぞれ電極が取り付けられているものであり、ZnO、セラミックス、フッ素系共重合体などで構成される。圧電素子３０は、両電極間に電圧が印加されることにより、当該圧電膜から超音波を送信する。更に圧電素子３０は、当該圧電膜が受信したエコー波（受信波）を、前記両電極間に発生する電圧である受信信号に変換する。アンプ６４は、当該受信信号を増幅して出力信号Ｖｏｕｔとして出力するものである。Ａ／Ｄ変換器６５は、増幅された当該受信信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換するものである。
【００２４】
信号処理部６６は、受信信号を信号処理するものである。信号処理部６６は、タイミング制御部５３が出力するゲートパルスＶｇａｔｅによって、受信信号の所定期間のみを切り出す。信号処理部６６は、所定期間の受信信号の振幅情報、または、所定期間の受信信号の時間情報を、画像生成部５４に出力する。
画像生成部５４は、信号処理部６６の出力信号に基づいて、所定周波数に於ける超音波画像を生成するものである。
【００２５】
（超音波映像装置の動作）
図１を参照しつつ、超音波映像装置１０の一連の動作について説明する。
走査制御部５１は、超音波プローブ２０を＋Ｘ方向にスキャンして１ライン分の画素を取得する。走査制御部５１は、超音波プローブ２０がＸ方向の端に位置していることを検知したならば、超音波プローブ２０を＋Ｙ方向に所定ピッチだけ移動させたのち、−Ｘ方向にスキャンして、１ライン分の画像を取得する。これを繰り返して、走査制御部５１は、所定範囲の走査を行う。
【００２６】
映像表示装置５０のタイミング制御部５３は、走査制御部５１から超音波プローブ２０のＸ方向とＹ方向の走査位置情報を受け取り、Ｙ方向の走査位置情報に基づいて周波数制御部５２に周波数を指示し、Ｘ方向の走査位置情報に基づいて送受信装置６０に超音波の送信を指示すると共に、受信信号を信号処理するためのゲートパルスＶｇａｔｅを出力する。
【００２７】
送受信装置６０は、バースト波発信器６１が出力したバースト信号とインパルス波発信器６２が出力したインパルス信号のいずれかをスイッチ６３により切り替えて、超音波プローブ２０に信号を出力する。更に送受信装置６０は、超音波プローブ２０が受信したエコー波（受信波）の受信信号を、アンプ６４で増幅したのち、Ａ／Ｄ変換器６５によってデジタル信号に変換する。信号処理部６６は、タイミング制御部５３から入力されたゲートパルスＶｇａｔｅに基づいて、受信信号（デジタル信号）を信号処理し、映像表示装置５０に出力する。
映像表示装置５０は、走査制御部５１が取得した走査位置の情報を画素位置とし、送受信装置６０が信号処理した受信信号の情報を画素の輝度情報として、被検体１２０の内部構造を画像化して表示する。被検体１２０の内部を示す超音波画像は、受信信号の振幅情報によるものでも、受信信号が所定振幅以上になる時間の情報によるものでもよい。
【００２８】
図２は、第１の実施形態に於ける超音波映像装置の走査方法を示す図である。
ここでは、超音波映像装置１０の一部として、Ｘ軸スキャナ７１と、Ｙ軸スキャナ７２と、超音波プローブ２０のみが示されている。
Ｘ軸スキャナ７１は、Ｙ軸スキャナ７２を±Ｘ方向に移動させるものである。Ｙ軸スキャナ７２は、超音波プローブ２０を±Ｙ方向に移動させるものである。
超音波プローブ２０は、円筒形であり、先端部に圧電素子３０（図１）を備え、更にエンコーダ２１（図１）を備えている。超音波プローブ２０は、水槽１００に満たされた水１１０に浸漬され、被検体１２０の上部Ｚ方向に所定の距離を於いて対向するように配置されている。
【００２９】
（第１の実施形態の動作）
【００３０】
図３（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に於ける送信周波数の変更方法を示す図である。
【００３１】
図３（ａ）は、周波数ｆ１［Ｈｚ］のバースト信号の例である。
送受信装置６０は、周波数ｆ１［Ｈｚ］でパルス数が３のバースト信号（電気信号）を出力する。圧電素子３０は、当該電気信号によって、周波数ｆ１［Ｈｚ］でパルス数が３の超音波信号を出力する。これにより、送受信装置６０は、超音波の周波数を制御し、よって超音波を電気信号に変換した受信信号の周波数を制御することができる。
【００３２】
図３（ｂ）は、周波数ｆ２［Ｈｚ］のバースト信号の例である。
送受信装置６０は、周波数ｆ２［Ｈｚ］でパルス数が６のバースト信号（電気信号）を出力する。圧電素子３０は、当該電気信号によって、周波数ｆ２［Ｈｚ］でパルス数が６の超音波信号を出力する。これにより、送受信装置６０は、超音波の周波数を制御し、よって超音波を電気信号に変換した受信信号の周波数を制御することができる。
【００３３】
図４（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に於ける超音波映像装置の動作例を示す図である。
【００３４】
図４（ａ）は、超音波映像装置１０の超音波プローブ２０と被検体１２０とを示す図である。
被検体１２０は、表面１２０ｓと測定境界面１２０ｆとを備えている。超音波は、超音波プローブ２０から発信されると、表面１２０ｓと測定境界面１２０ｆとで反射してエコー波を生成し、再び超音波プローブ２０の圧電素子３０で受信される。
【００３５】
図４（ｂ）は、圧電素子３０の出力電圧に於ける超音波とエコー波との関係を示す図である。図の横軸は、共通する時刻を示している。図の縦軸は、圧電素子３０のセンサ信号をアンプ６４で増幅した出力信号Ｖｏｕｔの電圧を示している。
時刻０に於ける３つのパルスは、超音波プローブ２０に超音波を発信させるためのバースト波である。
時刻ｔｓに於ける３つのパルスは、超音波プローブ２０が受信したエコー波に対応した受信信号である。このエコー波は、前記した表面１２０ｓで反射されたものである。
時刻ｔｆに於ける３つのパルスは、超音波プローブ２０が受信したエコー波に対応した受信信号である。このエコー波は、前記した測定境界面１２０ｆで反射されたものである。
【００３６】
図４（ｃ）は、エコー波を抽出するためのゲートパルスＶｇａｔｅを示す図である。図の横軸は、共通する時刻を示している。図の縦軸は、ゲートパルスＶｇａｔｅの電圧を示している。
ゲートパルスＶｇａｔｅは、時刻ｔ１〜ｔ２に於いてオンし、時刻ｔ１以前と、時刻ｔ２以降に於いてオフしている。図４（ｂ）に示す圧電素子３０の出力信号Ｖｏｕｔのうち、ゲートパルスＶｇａｔｅがオンになっているときの信号を取り出し、当該信号の振幅を取り出すことによって、測定境界面１２０ｆの状態を可視化することができる。
【００３７】
（超音波画像による検査方法）
図１を適宜参照して、第２の実施形態の映像表示装置の動作を説明する。
被検体１２０の超音波検査を行うにあたり、オペレータは、被検体１２０を水槽１００の底部に設置する。
オペレータは、被検体１２０の目的とする測定境界面１２０ｆを明確化するため、インパルス信号による超音波画像を取得する。
オペレータは、インパルス信号による被検体１２０の超音波画像を参照して測定境界面１２０ｆのエコー間隔を確認し、バースト信号の波数ｎと周波数ｆｘ、および、ゲートパルスＶｇａｔｅをオンにするタイミングとを設定する。バースト信号の波数ｎが多すぎるとＺ方向の解像度が低下する虞があり、波数ｎが小さすぎると超音波の周波数成分が所望の周波数成分以外のものを含んでしまう虞がある。バースト信号の周波数ｆｘが高いほど、超音波の焦点を小さくして画像の解像度を向上させることができるが、水１１０および被検体１２０の内部に於ける減衰により、画像の信号対雑音比が悪化してしまう虞がある。
オペレータは更に、超音波プローブ２０に出力する信号を、インパルス信号からバースト信号に切り替え、図５に示す周波数可変画像１３０の生成処理を行い、当該周波数可変画像１３０に基づいて最適な周波数ｆｏを決定する。
オペレータは、決定した最適な周波数ｆｏのバースト信号による超音波画像を取得し、被検体１２０の測定境界面１２０ｆの最適な超音波画像とし、この被検体１２０の内部の欠陥などを評価する。
【００３８】
図５は、第１の実施形態に於ける周波数可変画像の生成処理を示す図である。
周波数可変画像１３０の生成処理を開始すると、ステップＳ１０〜Ｓ２２に於いて、映像表示装置５０は、全ての周波数ｆ１〜ｆ６について処理を繰り返す。
ステップＳ１１に於いて、映像表示装置５０の走査制御部５１は、所定のＹ方向の走査範囲（ライン）について繰り返す。この所定のＹ方向の走査範囲とは、各周波数ごとのＹ方向のライン数である。
ステップＳ１２に於いて、映像表示装置５０の走査制御部５１は、Ｙ方向の奇数ラインであるか否かを判断する。走査制御部５１は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３の処理を行い、判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ１４の処理を行う。
【００３９】
ステップＳ１３に於いて、映像表示装置５０の走査制御部５１は、＋Ｘ方向に超音波プローブ２０を走査し、ステップＳ１５の処理を行う。
ステップＳ１４に於いて、映像表示装置５０の走査制御部５１は、−Ｘ方向に超音波プローブ２０を走査する。
ステップＳ１５に於いて、映像表示装置５０の走査制御部５１は、Ｘ方向位置を判断する。走査制御部５１は、Ｘ方向位置が所定位置に達する前ならば、ステップＳ１５の判断を繰り返し、Ｘ方向位置が所定の画素位置ならば、ステップＳ１６の処理を行い、Ｘ方向位置がＸ方向の終端ならば、ステップＳ１９の処理を行う。
【００４０】
ステップＳ１６に於いて、映像表示装置５０のタイミング制御部５３は、当該周波数の超音波を送受信するよう制御する。すなわち、タイミング制御部５３は、周波数制御部５２とバースト波発信器６１を介して、当該周波数のバースト信号を出力し、スイッチ６３をバースト波発信器６１の出力側に切り替えて、当該バースト信号を圧電素子３０に出力するように制御する。これにより、圧電素子３０は、当該周波数の超音波を送信し、当該周波数のエコー波（反射波）を受信し、受信信号に変換する。受信信号は、アンプ６４によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器６５によってデジタル信号に変換されて、信号処理部６６に入力される。
ステップＳ１７に於いて、送受信装置６０の信号処理部６６は、受信信号を信号処理する。信号処理部６６は、ゲートパルスＶｇａｔｅに基づいて受信信号を取り出し、その受信信号の振幅情報、または、その受信信号が所定値の振動を開始したときの時間情報を画像生成部５４に出力する。
ステップＳ１８に於いて、映像表示装置５０の画像生成部５４は、当該位置の画素を算出し、ステップＳ１２の処理に戻る。
【００４１】
ステップＳ１９に於いて、映像表示装置５０の走査制御部５１は、＋Ｙ方向に所定ピッチだけ超音波プローブ２０を移動する。
ステップＳ２０に於いて、映像表示装置５０の走査制御部５１は、所定のＹ方向の走査範囲（ライン）について繰り返したか否かを判断する。走査制御部５１は、当該判断条件が成立しなかったならば、ステップＳ１１の処理に戻る。
ステップＳ２１に於いて、映像表示装置５０は、全ての周波数ｆ１〜ｆ６について繰り返したか否かを判断する。映像表示装置５０は、当該判断条件が成立しなかったならば、ステップＳ１０の処理に戻る。
ステップＳ２２に於いて、映像表示装置５０は、超音波の各周波数と、各周波数でスキャンした画像ラインとを対比可能に周波数可変画像１３０に表示する。
【００４２】
図６は、第１の実施形態に於ける周波数可変画像の例を示す図である。図の右方向は、＋Ｘ方向を示している。図の下方法は、＋Ｙ方向を示している。
超音波映像装置１０は、圧電素子３０に出力する信号を、周波数ｆ１のバースト波に設定する。更に超音波映像装置１０は、超音波プローブ２０を右上部に移動させたのち、＋Ｘ方向である図の右方向に走査する。超音波映像装置１０は、超音波プローブ２０の位置が＋Ｘ方向の終端であることを検出したならば、超音波プローブ２０をＹ方向に所定ピッチだけ移動させたのち、−Ｘ方向である図の左方向に走査する。超音波映像装置１０は、これを所定回数だけ繰り返して、所定のＹラインの画素を取得することにより、周波数ｆ１の画像部分を取得する。
超音波映像装置１０は、圧電素子３０に出力する信号を、周波数ｆ２のバースト波に設定し、所定のＹラインの画素を取得することにより、周波数ｆ２の画像部分を取得する。以下、超音波映像装置１０は、これを周波数ｆ３〜ｆ６について繰り返す。
周波数可変画像１３０は、上から順に、周波数ｆ１で検査した領域と、周波数ｆ２で検査した領域と、周波数ｆ３で検査した領域と、周波数ｆ４で検査した領域と、周波数ｆ５で検査した領域と、周波数ｆ６で検査した領域とを備えている。各周波数で検査した領域の右側には、検査した周波数が記号で表示されている。
図６によれば、これらの領域のうち、周波数ｆ３で検査した領域が最も良好な画像が得られていることがわかる。図６の場合には、周波数ｆ３を設定して、当該被検体１２０を再び画像化することにより、最も良好な画像を短時間に生成することができる。
【００４３】
（第１の実施形態の効果）
以上説明した第１の実施形態では、次の（Ａ）〜（Ｃ）のような効果がある。
【００４４】
（Ａ）  超音波映像装置１０は、単一の超音波プローブ２０を用いた１回の測定により、超音波の周波数を可変させた画像を取得することができる。
【００４５】
（Ｂ）  超音波映像装置１０は、段階的に周波数を変えて１枚の画像として可視化できる。これにより、オペレータは、検査に最適な周波数ｆｏを視覚的に判断することができる。
【００４６】
（Ｃ）  オペレータは、最適な周波数ｆｏを容易に判断できる。よって、超音波映像装置１０は、この最適な周波数ｆｏを用いた分解能の高い画像を短時間に生成することができる。
【００４７】
（第２の実施形態の構成）
【００４８】
図７は、第２の実施形態に於ける超音波映像装置を示す概略の構成図である。
第２の実施形態の超音波映像装置１０Ａは、受信信号にバンドパスフィルタ６７を掛けて、所定の周波数成分を取り出すものである。
第２の実施形態の超音波映像装置１０Ａは、第１の実施形態の超音波映像装置１０（図１）とは異なる映像表示装置５０Ａと、送受信装置６０Ａとを備えており、それ以外は同様に構成されている。
第２の実施形態の映像表示装置５０Ａは、第１の実施形態の映像表示装置５０（図１）とは異なる周波数制御部５２Ａを備えている。周波数制御部５２Ａには走査制御部５１の出力側が接続されている。周波数制御部５２Ａの出力側には、後記する送受信装置６０Ａのバンドパスフィルタ６７が接続されている。
【００４９】
周波数制御部５２Ａは、受信信号の周波数を、超音波プローブ２０の走査位置に応じた所定周波数に制御するものである。
第２の実施形態の送受信装置６０Ａは、第１の実施形態の送受信装置６０とは異なり、バースト波発信器６１とスイッチ６３とを備えておらず、代わりにバンドパスフィルタ６７を備えている。バンドパスフィルタ６７には、Ａ／Ｄ変換器６５の出力側が接続されている。バンドパスフィルタ６７の出力側には、信号処理部６６が接続されている。バンドパスフィルタ６７には更に、周波数制御部５２Ａの出力側が接続されている。バンドパスフィルタ６７は、受信信号の通過帯域を、超音波プローブ２０の走査位置に応じた所定帯域に制御し、よって受信信号の周波数を所定周波数に制御するものである。
【００５０】
（第２の実施形態の動作）
図７を適宜参照して、第２の実施形態の映像表示装置の動作を説明する。
被検体１２０の超音波検査を行うにあたり、オペレータは、第１の実施形態と同様に、被検体１２０を水槽１００の底部に設置する。
オペレータは、第１の実施形態と同様に、被検体１２０の目的とする測定境界面１２０ｆを明確化するため、インパルス信号による超音波画像を取得する。このとき、バンドパスフィルタ６７は、全ての周波数を通過させるように設定する。
オペレータは、インパルス信号による被検体１２０の超音波画像を参照して測定境界面１２０ｆのエコー間隔を確認し、ゲートパルスＶｇａｔｅをオンにするタイミングを設定し、更に受信信号の通過帯域の周波数ｆ１〜ｆ６を設定する。
オペレータは更に、図８に示す周波数可変画像１３０の生成処理を行い、当該周波数可変画像１３０に基づいて最適な周波数ｆｏを決定する。
オペレータは、決定した最適な周波数ｆｏによる超音波画像を取得し、被検体１２０の測定境界面１２０ｆの最適な超音波画像とし、この被検体１２０の内部の欠陥などを評価する。
【００５１】
図８は、第２の実施形態に於ける周波数可変画像の生成処理を示す図である。
周波数可変画像１３０の生成処理を開始したのち、ステップＳ１０〜Ｓ１５の処理は、図５に示すステップＳ１０〜Ｓ１５の処理と同様である。
ステップＳ１６Ａに於いて、映像表示装置５０のタイミング制御部５３は、インパルス波の超音波を送受信するよう制御する。すなわち、タイミング制御部５３は、インパルス波発信器６２を介して、インパルス信号を圧電素子３０に出力するように制御する。これにより、圧電素子３０は、広帯域の周波数を有する超音波を送信し、当該超音波のエコー波を受信し、受信信号に変換する。受信信号は、アンプ６４によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器６５によってデジタル信号に変換されて、バンドパスフィルタ６７に入力される。
【００５２】
ステップＳ１７Ａに於いて、送受信装置６０のバンドパスフィルタ６７は、周波数制御部５２Ａの出力信号に基づいて、受信信号に、当該周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタ処理を掛ける。信号処理部６６は、ゲートパルスＶｇａｔｅに基づいて、バンドパスフィルタ６７が処理した受信信号を信号処理する。これにより、映像表示装置５０は、受信信号の周波数を制御することができる。
ステップＳ１８〜Ｓ２２の処理は、第１の実施形態のステップＳ１８〜Ｓ２２の処理（図５）と同様である。
【００５３】
（第２の実施形態の効果）
以上説明した第２の実施形態では、次の（Ｄ）のような効果がある。
【００５４】
（Ｄ）  バンドパスフィルタ６７によって、受信信号の通過帯域を制御しているので、バースト波発信器６１などの新たなハードウェアを設けることなく、周波数可変画像１３０を得ることができる。
【００５５】
（第３の実施形態の構成）
【００５６】
図９は、第３の実施形態に於ける超音波映像装置を示す概略の構成図である。
第３の実施形態の超音波映像装置１０Ｂは、自動で最適な超音波の周波数ｆｏを判断し、当該周波数ｆｏによる超音波画像を取得するものである。
第３の実施形態の超音波映像装置１０Ｂは、第１の実施形態の超音波映像装置１０（図１）とは異なる映像表示装置５０Ｂを備えており、それ以外は同様に構成されている。
第３の実施形態の映像表示装置５０Ｂは、第１の実施形態の映像表示装置５０（図１）に加えて更に、超音波画像のコントラスト値を算出するコントラスト算出部５６と、最適周波数調整処理部５５とを備えており、それ以外は同様に構成されている。
最適周波数調整処理部５５は、走査制御部５１などを制御して、被検体１２０の超音波画像を評価し、超音波の最適な周波数ｆｏを自動で検出し、当該検出した周波数ｆｏの超音波画像を取得するものである。
コントラスト算出部５６は、取得した超音波画像のコントラスト値を算出するものである。コントラスト値とは、最大の白色輝度値を黒色輝度値で除算して得られた値のことをいう。最適周波数調整処理部５５は、各超音波画像のコントラスト値が最も高い画像を最適な画像と判断し、その場合に於ける超音波の周波数ｆｏを自動で検出している。
【００５７】
（第３の実施形態の動作）
【００５８】
図７を適宜参照して、第３の実施形態の映像表示装置の動作を説明する。
被検体１２０の超音波検査を行うにあたり、オペレータは、被検体１２０を水槽１００の底部に設置する。
オペレータは、被検体１２０の目的とする測定境界面１２０ｆを明確化するため、第１の実施形態と同様に、インパルス信号による超音波画像を取得する。
オペレータは、第１の実施形態と同様に、インパルス信号による被検体１２０の超音波画像を参照して測定境界面１２０ｆのエコー間隔を確認し、ゲートパルスＶｇａｔｅをオンにするタイミングを設定し、更にバースト信号の波数ｎと周波数ｆ１〜ｆ６を設定する。バースト信号の波数ｎが多すぎるとＺ方向の解像度が低下する虞があり、波数ｎが小さすぎると超音波の周波数成分が所望の周波数成分以外のものを含んでしまう虞がある。バースト信号の周波数ｆ１〜ｆ６が高いほど、超音波の焦点を小さくして画像の解像度を向上させることができるが、被検体１２０の内部に於ける減衰により、画像の信号対雑音比が悪化してしまう虞がある。
オペレータは更に、超音波プローブ２０に出力する信号を、インパルス信号からバースト信号に切り替え、図１０に示す最適周波数調整処理を行い、被検体１２０の測定境界面１２０ｆの最適な超音波画像を取得して、この被検体１２０の内部の欠陥などを評価する。
【００５９】
図１０は、第３の実施形態に於ける最適周波数調整処理を示す図である。
最適周波数調整処理を開始すると、ステップＳ３０〜Ｓ３３に於いて、超音波映像装置１０Ｂの最適周波数調整処理部５５は、全ての周波数について繰り返す。ここで、全ての周波数とは、当該処理に於いて調整範囲とする周波数の全てのことをいう。
ステップＳ３１に於いて、超音波映像装置１０Ｂは、当該周波数による一部領域の画像化処理（図１１）を行う。これにより、超音波映像装置１０Ｂは、当該周波数による超音波画像を生成することができる。この一部領域とは、例えば、画像中央部の幅１／４かつ高さ１／４の領域である。超音波映像装置１０Ｂは、一部領域のみを画像化して最適な周波数ｆｏを検出するので、短時間で最適な周波数ｆｏを判断することができる。
ステップＳ３２に於いて、超音波映像装置１０Ｂのコントラスト算出部５６は、当該周波数による超音波画像のコントラスト値を算出する。
ステップＳ３３に於いて、超音波映像装置１０Ｂの最適周波数調整処理部５５は、全ての周波数について繰り返したか否かを判断する。最適周波数調整処理部５５は、当該判断条件が成立しなかったならば、ステップＳ３０の処理に戻る。
ステップＳ３４に於いて、超音波映像装置１０Ｂの最適周波数調整処理部５５は、最もコントラスト値が高い画像が得られた周波数を特定する。最適周波数調整処理部５５は、コントラスト算出部５６によって各超音波画像のコントラスト値を評価し、コントラスト値を最大化するように超音波の周波数を最適化している。
ステップＳ３５に於いて、超音波映像装置１０Ｂの最適周波数調整処理部５５は、特定した周波数による全領域の画像化処理（図１１）を行い、図１０の処理を終了する。
【００６０】
図１１は、第３の実施形態に於ける画像化処理を示す図である。
第３の実施形態の画像化処理は、ステップＳ３１とステップＳ３５とに於いて、超音波映像装置１０Ｂの最適周波数調整処理部５５によって呼び出される処理である。ステップＳ３１に於いて、最適周波数調整処理部５５は、全画像の一部領域を画像化対象として指定し、当該画像化処理を行う。ステップＳ３５に於いて、最適周波数調整処理部５５は、全画像を画像化対象として指定し、当該画像化処理を行う。
画像化処理を開始すると、ステップＳ１１Ｂ〜ステップＳ２０Ｂに於いて、超音波映像装置１０Ｂは、指定されたＹ方向の走査範囲（ライン）について処理を繰り返す。ここで指定されたＹ方向とは、上位処理（ステップＳ３１，Ｓ３５）によって指定された範囲のことをいう。
ステップＳ１２〜Ｓ１９の処理は、第１の実施形態に於けるステップＳ１２〜Ｓ１９の処理と同様である。
ステップＳ２０Ｂに於いて、超音波映像装置１０Ｂは、指定されたＹ方向の走査範囲（ライン）について処理を繰り返したか否かを判断する。超音波映像装置１０Ｂは、当該判断条件が成立しなかったならば、ステップＳ１１Ｂの処理に戻る。
ステップＳ２３に於いて、超音波映像装置１０Ｂの画像生成部５４は、算出した全ての画素に基づき、超音波画像を生成し、図１１の処理を終了する。ここで全ての画素とは、当該画像化処理の上位処理によって指定された全ての画素のことをいう。
【００６１】
（第３の実施形態の効果）
以上説明した第３の実施形態では、次の（Ｅ），（Ｆ）のような効果がある。
【００６２】
（Ｅ）  超音波映像装置１０Ｂは、超音波画像のコントラスト値によって、最適な検査画像であるか否かを自動で判断している。これにより、オペレータの処理と判断の手間を省くことができる。
【００６３】
（Ｆ）  オペレータの熟練度に依らない客観的な定量指標によって、最適な超音波の周波数を機械的に判断することができる。
【００６４】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｇ）のようなものがある。
【００６５】
（ａ）  上記実施形態は、本発明を、単一焦点型の超音波センサ（超音波プローブ２０）を備えた超音波映像装置１０，１０Ａ，１０Ｂに適用した例である。しかし、これに限られず、本発明は、アレイ型の超音波センサ（超音波プローブ２０）を備えた超音波映像装置に適用してもよい。
【００６６】
（ｂ）  上記実施形態は、超音波プローブ２０によって、超音波を送信し、被検体１２０で反射したエコー波（超音波）を受信して受信信号に変換している。しかし、これに限られず、送信用の超音波プローブと受信用の超音波プローブとを設け、その中央部に被検体を配置してもよい。これにより、被検体によって反射、散乱、屈折された超音波を受信して受信信号に変換して、超音波画像を生成することができる。
【００６７】
（ｃ）  第３の実施形態は、コントラスト値によって最適な画像を判断している。しかし、これに限られず、超音波映像装置１０は、画像の高周波成分を評価する高周波成分評価部を備え、当該高周波成分を最大化するように超音波の周波数を最適化してもよい。
【００６８】
（ｄ）  上記実施形態の超音波映像装置１０が対象とする被検体１２０は、例えば半導体や集積回路などである。しかし、これに限られず、本発明は、非破壊試験を行う一般的な超音波映像装置や、医療用の超音波診断装置などに適用してもよい。
【００６９】
（ｅ）  上記実施形態に於ける周波数可変画像１３０は、段階的に周波数を変化させて取得した超音波画像である。しかし、これに限られず、超音波映像装置は、連続的に周波数を変化させて取得した超音波画像を周波数可変画像としてもよい。
【００７０】
（ｆ）  上記実施形態に於ける周波数可変画像１３０は、右側に周波数を記号で表示している。しかし、これに限られず、周波数可変画像は、周波数を数値で表示してもよい。
【００７１】
（ｇ）  上記実施形態に於ける周波数の可変方法に限られず、パルス数を固定して、パルスごとに周波数を変更してゆく方法や、パルス数と周波数との組み合わせを登録し、その組合せを順次選択して変更していく方法でもよい。これにより、被検体の材質や構造に合った最適な周波数の変更方法や、パルスと周波数との組合せを選択することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  超音波映像装置  （測定周波数可変超音波映像装置）
２０  超音波プローブ
２１  エンコーダ
３０  圧電素子
５０，５０Ａ，５０Ｂ  映像表示装置
５１  走査制御部
５２，５２Ａ  周波数制御部
５３  タイミング制御部
５４  画像生成部
５５  最適周波数調整処理部  （周波数最適化部）
５６  コントラスト算出部  （周波数最適化部）
６０，６０Ａ  送受信装置
６１  バースト波発信器
６２  インパルス波発信器
６３  スイッチ
６４  アンプ
６５  Ａ／Ｄ変換器
６６  信号処理部
６７  バンドパスフィルタ  （周波数制御部）
７０  メカ制御装置  （スキャナ）
７１  Ｘ軸スキャナ  （スキャナ）
７２  Ｙ軸スキャナ  （スキャナ）
１００  水槽
１１０  水
１２０  被検体
１２０ｓ  表面
１２０ｆ  測定境界面
１３０  周波数可変画像
【図１】
2014018470.tif 000003
【図２】
2014018470.tif 000004
【図３】
2014018470.tif 000005
【図４】
2014018470.tif 000006
【図５】
2014018470.tif 000007
【図７】
2014018470.tif 000008
【図８】
2014018470.tif 000009
【図９】
2014018470.tif 000010
【図１０】
2014018470.tif 000011
【図１１】
2014018470.tif 000012
【図６】
2014018470.tif 000013