(57)【要約】【課題】高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置を提供する。また、高い周波数分解能および空間分解能を有し、組織と気泡や病変部との識別性を高めることができる気泡や病変部の映像化方法および気泡や病変部の映像化装置を提供する。【解決手段】欠陥に対して、超音波送信器およびアレイ受信器の異なる２つの配置について、超音波送信器から構造物に対して照射されたバースト超音波の欠陥からの散乱波を、アレイ受信器で受信して受信信号を得る。その受信信号に特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して処理信号を得る。その処理信号に基づいて欠陥の映像をそれぞれ得る。得られた２つの映像の共通部分を抽出する。【選択図】図１
2010007830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に含まれるき裂のような欠陥を検出する構造物欠陥の映像化方法であって、
所定のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器とを有し、
前記欠陥に対して前記超音波送信器および前記アレイ受信器を所定の位置に配置した第１の配置において、前記超音波送信器から前記構造物に対して照射された前記バースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第１の受信信号を得る第１受信工程と、
前記第１の受信信号に特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第１の処理信号を得、得られた前記第１の処理信号に基づいて前記欠陥の第１の映像を得る第１映像化工程と、
前記欠陥に対して前記超音波送信器および前記アレイ受信器のうち少なくとも一方の位置が異なる第２の配置において、前記超音波送信器から前記構造物に対して照射された前記バースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第２の受信信号を得る第２受信工程と、
前記第２の受信信号に前記帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第２の処理信号を得、得られた前記第２の処理信号に基づいて前記欠陥の第２の映像を得る第２映像化工程と、
前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出する抽出工程とを、
有することを特徴とする構造物欠陥の映像化方法。
【請求項２】
構造物に含まれるき裂のような欠陥を検出する構造物欠陥の映像化方法であって、
任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器とを有し、
前記超音波送信器から前記構造物に対して所定のサイクル数の正弦波から成る第１のバースト超音波を照射し、前記第１のバースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第１の受信信号を得る第１受信工程と、
前記第１の受信信号に、前記正弦波の中心周波数成分、その整数倍の周波数成分、またはその整数分の１の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第１の処理信号を得、得られた前記第１の処理信号に基づいて、前記欠陥の第１の映像を得る第１映像化工程と、
前記超音波送信器から前記構造物に対して前記所定のサイクル数とは異なるサイクル数の正弦波から成る第２のバースト超音波を照射し、前記第２のバースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第２の受信信号を得る第２受信工程と、
前記第２の受信信号に前記帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第２の処理信号を得、得られた前記第２の処理信号に基づいて、前記欠陥の第２の映像を得る第２映像化工程と、
前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出する抽出工程とを、
有することを特徴とする構造物欠陥の映像化方法。
【請求項３】
前記バースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が４以上であることを特徴とする請求項１記載の構造物欠陥の映像化方法。
【請求項４】
前記第１のバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が４以上であり、前記第２のバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が３以下であることを特徴とする請求項２記載の構造物欠陥の映像化方法。
【請求項５】
前記アレイ受信器内で使用する受信センサ素子を切り換えることにより、前記第１の配置および前記第２の配置を構成することを特徴とする請求項１または３記載の構造物欠陥の映像化方法。
【請求項６】
前記帯域透過フィルタの帯域幅を、フィルタをかける前記第１の受信信号または前記第２の受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に反比例させることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の構造物欠陥の映像化方法。
【請求項７】
前記第１の映像および前記第２の映像が、前記アレイ受信器の中心と前記欠陥とを結ぶ方向に、各映像に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に依存して伸びた形状となるよう、前記アレイ受信器の前記受信センサ素子の数を決定することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の構造物欠陥の映像化方法。
【請求項８】
前記帯域透過フィルタは、フィルタをかける前記第１の受信信号または前記第２の受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数倍の周波数を有する高調波、または、フィルタをかける前記第１の受信信号または前記第２の受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数分の１の周波数を有する分調波の周波数成分のみを通過させることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６または７記載の構造物欠陥の映像化方法。
【請求項９】
前記抽出工程は、デジタル化された前記第１の映像および前記第２の映像の積、もしくは積の平方根を演算することにより、または、２値化された前記第１の映像および前記第２の映像の１となる部分の共通部のみに、元の前記第１の映像もしくは前記第２の映像の強度を付与することにより、前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の構造物欠陥の映像化方法。
【請求項１０】
構造物に含まれるき裂のような欠陥を検出する構造物欠陥の映像化装置であって、
任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、
前記超音波送信器から前記構造物に対して照射された前記バースト超音波の前記欠陥からの散乱波を受信可能に設けられた複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器と、
前記アレイ受信器の各受信センサ素子で受信した受信信号に、特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して処理信号を得、得られた前記処理信号に基づいて、前記欠陥の映像を得る映像化手段と、
前記映像化手段により得られた互いに異なる２つの映像の共通部分を抽出する抽出手段とを、
有することを特徴とする構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１１】
前記超音波送信器は正弦波のサイクル数が４以上のバースト超音波を照射するよう構成され、
前記映像化手段は、前記欠陥に対して前記超音波送信器および前記アレイ受信器のうち少なくとも一方の位置が異なる２つの場合について、互いに異なる２つの映像を得るよう構成されていることを、
特徴とする請求項１０記載の構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１２】
前記映像化手段は前記超音波送信器が照射するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が４以上の場合および３以下の場合について、互いに異なる２つの映像を得るよう構成されていることを、特徴とする請求項１０記載の構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１３】
前記アレイ受信器は、使用する受信センサ素子を切換可能であることを特徴とする請求項１０または１１記載の構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１４】
前記映像化手段は、前記帯域透過フィルタの帯域幅が、フィルタをかける前記受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に反比例していることを特徴とする請求項１０、１１、１２または１３記載の構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１５】
前記アレイ受信器は、前記２つの映像が前記アレイ受信器の中心と前記欠陥とを結ぶ方向に、各映像に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に依存して伸びた形状となるよう、前記受信センサ素子の数を決定されていることを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３または１４記載の構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１６】
前記帯域透過フィルタは、フィルタをかける前記受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数倍の周波数を有する高調波、または、フィルタをかける前記受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数分の１の周波数を有する分調波の周波数成分のみを通過させるよう構成されていることを特徴とする、請求項１０、１１、１２、１３、１４または１５記載の構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１７】
前記抽出手段は、デジタル化された前記２つの映像の積、もしくは積の平方根を演算することにより、または、２値化された前記２つの映像の１となる部分の共通部のみに、元の映像の強度を付与することにより、各映像の共通部分を抽出するよう構成されていることを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の構造物欠陥の映像化装置。
【請求項１８】
組織に含まれる気泡や病変部を検出する気泡や病変部の映像化方法であって、
任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器とを有し、
前記超音波送信器から前記組織に対して所定のサイクル数の正弦波から成る第１のバースト超音波を照射し、前記第１のバースト超音波の前記気泡や病変部からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第１の受信信号を得る第１受信工程と、
前記第１の受信信号に、前記正弦波の中心周波数成分、その整数倍の周波数成分、またはその整数分の１の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第１の処理信号を得、得られた前記第１の処理信号に基づいて、前記気泡や病変部の第１の映像を得る第１映像化工程と、
前記超音波送信器から前記組織に対して前記所定のサイクル数とは異なるサイクル数の正弦波から成る第２のバースト超音波を照射し、前記第２のバースト超音波の前記気泡や病変部からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第２の受信信号を得る第２受信工程と、
前記第２の受信信号に前記帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第２の処理信号を得、得られた前記第２の処理信号に基づいて、前記気泡や病変部の第２の映像を得る第２映像化工程と、
前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出する抽出工程とを、
有することを特徴とする気泡や病変部の映像化方法。
【請求項１９】
組織に含まれる気泡や病変部を検出する気泡や病変部の映像化装置であって、
任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、
前記超音波送信器から前記組織に対して照射された前記バースト超音波の前記気泡や病変部からの散乱波を受信可能に設けられた複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器と、
前記アレイ受信器の各受信センサ素子で受信した受信信号に、特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して処理信号を得、得られた前記処理信号に基づいて、前記欠陥の映像を得る映像化手段と、
前記映像化手段により得られた互いに異なる２つの映像の共通部分を抽出する抽出手段とを、
有することを特徴とする気泡や病変部の映像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物に含まれるき裂のような欠陥を検出する構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置、ならびに、組織に含まれる気泡や病変部を検出する気泡や病変部の映像化方法および気泡や病変部の映像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉、航空機、鉄道などの重要機器の安全性確保、及び製造された材料、接合された材料の健全性確保には、破壊の原因となるき裂や不完全な接合面を超音波の反射や散乱によって検出し、その大きさを正確に評価しつつ危険性があれば交換するという安全管理が行われている。しかし、様々な原因でき裂面を閉じさせるき裂閉口応力が大きい疲労き裂や、応力腐食割れに起因したき裂面に酸化膜が形成された閉じたき裂などにおいては、超音波の反射・散乱が小さく、き裂の長さや深さの計測誤差が大きいことが問題となっている。【０００３】
受信アレイ素子で得た散乱波に素子の位置に応じて異なる遅延を与えた信号を加算することにより、き裂の映像を得る工程はフェーズドアレイ法と呼ばれ、非破壊検査の分野では公知である（例えば、非特許文献１参照）。しかし、フェーズドアレイ法による映像によっても、閉じたき裂の正確な計測は困難であった。【０００４】
このような背景のもとで、振幅の大きい超音波を照射し、閉じたき裂で発生する分調波を利用する閉じたき裂の定量評価法、及び閉じたき裂の定量評価装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この評価法および装置では、分調波に対しフェーズドアレイ法を適用することで、閉じたき裂を映像化することができる。この方法は、ＳＰＡＣＥ（subharmonic phased array for crack evaluation）と命名されている（例えば、非特許文献２参照）。ここで、「subharmonic」は分調波を意味する。【０００５】
図１４は、ＳＰＡＣＥの原理図である。ＳＰＡＣＥでは、要素技術として、大振幅超音波の発生が可能な耐圧性に優れたLiNbO3単結晶振動子を用いた送信側探触子（送信器）、映像化を行うためのアレイ受信器および周波数通過フィルタ（ディジタルフィルタ）を用いる。送信側探触子から大振幅超音波（周波数ｆ）を入射することにより、き裂開口部での基本波（周波数ｆ）の線形散乱に加えて、閉口部ではその閉じたき裂面が大振幅超音波の引張応力で開き開閉振動することで分調波（周波数ｆ／２）が発生する。これをアレイ受信器で受信し、ディジタルフィルタで各成分を分離することで、基本波像および分調波像が観察できる。き裂先端が閉じている場合、基本波像では過小評価してしまうき裂深さを、分調波像により正確に計測できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１５６３６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T.L. Szabo, “Diagnostic Ultrasound Imaging: Inside Out”, Academic Pr, 2004年9月7日,p.171
【非特許文献２】Yoshikazu Ohara, SetsuYamamoto, Tsuyoshi Mihara, and Kazushi Yamanaka, “Ultrasonic Evaluation ofClosed Cracks Using Subharmonic Phased Array”, JapaneseJournal of Applied Physics, 2008, 47, p.3908-3915
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１４に示すＳＰＡＣＥでは、高い距離分解能が必要な場合は、サイクル数３以下のバースト波を入射波とする。このとき、周波数分解能が低くなるため、非線形散乱源（き裂閉口部）と線形散乱源（底面・き裂開口部）とが接近している場合や、非線形散乱源に比べて線形散乱源からの応答が強い場合、分調波像には、き裂閉口部だけではなく、フィルタで除去し切れなかった基本波成分が現れてしまう。その結果、閉じたき裂と開いたき裂との識別が困難になり、識別性が低下するという課題があった。なお、バースト波とは、複数のサイクル数の正弦波から成る波である。サイクル数が１つの正弦波から成る波は、パルス波である。【０００９】
本発明は、高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置を提供することを目的とする。また、同じ原理に基づき、高い周波数分解能および空間分解能を有し、組織と気泡や病変部との識別性を高めることができる気泡や病変部の映像化方法および気泡や病変部の映像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、構造物に含まれるき裂のような欠陥を検出する構造物欠陥の映像化方法であって、所定のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器とを有し、前記欠陥に対して前記超音波送信器および前記アレイ受信器を所定の位置に配置した第１の配置において、前記超音波送信器から前記構造物に対して照射された前記バースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第１の受信信号を得る第１受信工程と、前記第１の受信信号に特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第１の処理信号を得、得られた前記第１の処理信号に基づいて前記欠陥の第１の映像を得る第１映像化工程と、前記欠陥に対して前記超音波送信器および前記アレイ受信器のうち少なくとも一方の位置が異なる第２の配置において、前記超音波送信器から前記構造物に対して照射された前記バースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第２の受信信号を得る第２受信工程と、前記第２の受信信号に前記帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第２の処理信号を得、得られた前記第２の処理信号に基づいて前記欠陥の第２の映像を得る第２映像化工程と、前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出する抽出工程とを、有することを特徴とする。【００１１】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法の原理について、図１に基づいて説明する。
図１（ａ）は、時間分解能の高い短バースト超音波（サイクル数が少ないバースト超音波）を、左側の超音波送信器からき裂の閉口部および開口部に入射した場合の散乱波を、２つのアレイ受信器のうちの右側のアレイ受信器を用いて検出した場合の、散乱波から分離された分調波に基づく映像であり、図１４に示すＳＰＡＣＥに対応するものである。なお、検出された散乱波に帯域透過フィルタをかけて分調波を分離し、さらにフェーズドアレイ法を用いてき裂の映像を得ている。き裂の閉口部と開口部とが離れた場合や、開口部の信号強度が小さい場合には、図１（ａ）の実線に示すように、開口部は見えず、閉口部のみが選択的に映像される。しかし、き裂の閉口部と開口部とが接近した場合や、開口部の信号強度が大きい場合には、図１（ａ）の破線に示すように、閉口部だけでなく開口部も見える場合がある。これは、周波数分解能が低いためであり、具体的には図１（ｅ）に示すように、開口部から発生した中心周波数ｆの基本波の信号が広いスペクトル幅を持ち、分調波の周波数ｆ／２まで漏れるためである。本来閉口き裂のみを示す分調波の映像に開口部も見えることは、一種のゴーストであり、閉口き裂と開口き裂の選択性の低下をもたらす。【００１２】
これに対して、図１（ｂ）〜（ｄ）は、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法を示している。図１（ｂ）および（ｃ）は、ロングバースト超音波（サイクル数が多いバースト超音波）を超音波送信器からき裂の閉口部および開口部に入射した場合の散乱波を、それぞれ右側および左側のアレイ受信器を用いて検出した場合の、散乱波から分離された分調波に基づく映像である。この場合にも、検出された散乱波に帯域透過フィルタをかけて分調波を分離し、さらにフェーズドアレイ法を用いてき裂の映像を得ている。図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、き裂の閉口部と開口部とが接近した場合や、開口部の信号強度が大きい場合であっても、閉口部のみが見え、開口部は見えず、選択性が向上している。これは、周波数分解能が高いためであり、具体的には図１（ｆ）に示すように、開口部から発生した中心周波数ｆの基本波の信号が狭いスペクトル幅を持ち、分調波の周波数ｆ／２には漏れないためである。【００１３】
しかし、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、き裂の映像は、き裂とアレイ受信器の中心とを結ぶ方向に伸びている。このように、映像が一定の方向に伸びる現象は、本発明者等により見出されたものであり、これが空間分解能の低下をもたらしている。そこで、図１（ｄ）に示すように、図１（ｂ）に示す第１の映像、および、図１（ｃ）に示す第２の映像の共通部分を抽出することにより、空間分解能の向上した真の閉口部の映像を得ることができる。また、図１（ａ）において見られたゴーストとしての開口部は見えず、選択性も向上している。【００１４】
このように、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる。また、閉じたき裂などの欠陥を、高精度で検出することができる。本発明に係る構造物欠陥の映像化方法で、第１の配置と第２の配置とは、超音波送信器の位置のみが異なっていても、アレイ受信器の位置のみが異なっていても、超音波送信器およびアレイ受信器双方の位置が異なっていてもよい。いずれの場合も、第１の配置により得られた欠陥の映像が伸びる方向と、第２の配置により得られた欠陥の映像が伸びる方向とが異なるため、２つの映像の共通部分を抽出することにより、空間分解能の向上した、閉じたき裂などの欠陥の映像を得ることができる。【００１５】
本発明に係る構造物欠陥の映像化装置は、構造物に含まれるき裂のような欠陥を検出する構造物欠陥の映像化装置であって、任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、前記超音波送信器から前記構造物に対して照射された前記バースト超音波の前記欠陥からの散乱波を受信可能に設けられた複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器と、前記アレイ受信器の各受信センサ素子で受信した受信信号に、特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して処理信号を得、得られた前記処理信号に基づいて、前記欠陥の映像を得る映像化手段と、前記映像化手段により得られた互いに異なる２つの映像の共通部分を抽出する抽出手段とを、有することを特徴とする。【００１６】
本発明に係る構造物欠陥の映像化装置は、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法を容易に実施することができる。このため、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置は、高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる。また、閉じたき裂などの欠陥を、高精度で検出することができる。【００１７】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、前記バースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が４以上であることが好ましい。また、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置で、前記超音波送信器は正弦波のサイクル数が４以上のバースト超音波を照射するよう構成され、前記映像化手段は、前記欠陥に対して前記超音波送信器および前記アレイ受信器のうち少なくとも一方の位置が異なる２つの場合について、互いに異なる２つの映像を得るよう構成されていることが好ましい。この場合、特に周波数分解能を高めることができ、閉じたき裂と開いたき裂との識別性に優れている。また、閉じたき裂などの欠陥を、特に高精度で検出することができる。【００１８】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、前記アレイ受信器内で使用する受信センサ素子を切り換えることにより、前記第１の配置および前記第２の配置を構成してもよい。また、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置で、前記アレイ受信器は、使用する受信センサ素子を切換可能であってもよい。この場合、超音波送信器およびアレイ受信器のどちらも動かすことなく、２つの異なる映像を得ることができ、空間分解能の向上した、閉じたき裂などの欠陥の映像を容易に得ることができる。【００１９】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、構造物に含まれるき裂のような欠陥を検出する構造物欠陥の映像化方法であって、任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器とを有し、前記超音波送信器から前記構造物に対して所定のサイクル数の正弦波から成る第１のバースト超音波を照射し、前記第１のバースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第１の受信信号を得る第１受信工程と、前記第１の受信信号に、前記正弦波の中心周波数成分、その整数倍の周波数成分、またはその整数分の１の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第１の処理信号を得、得られた前記第１の処理信号に基づいて、前記欠陥の第１の映像を得る第１映像化工程と、前記超音波送信器から前記構造物に対して前記所定のサイクル数とは異なるサイクル数の正弦波から成る第２のバースト超音波を照射し、前記第２のバースト超音波の前記欠陥からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第２の受信信号を得る第２受信工程と、前記第２の受信信号に前記帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第２の処理信号を得、得られた前記第２の処理信号に基づいて、前記欠陥の第２の映像を得る第２映像化工程と、前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出する抽出工程とを、有していてもよい。【００２０】
この正弦波のサイクル数が異なる２つのバースト超音波を照射する場合の、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法の原理について、図２に基づいて説明する。
図２（ａ）は、時間分解能の高い短バースト超音波（サイクル数が少ないバースト超音波）を、超音波送信器からき裂の閉口部および開口部に入射した場合の散乱波を、アレイ受信器を用いて検出した場合の、散乱波から分離された分調波に基づく映像である。なお、検出された散乱波に帯域透過フィルタをかけて分調波を分離し、さらにフェーズドアレイ法を用いてき裂の映像を得ている。図２（ａ）の映像では、閉口部だけでなく開口部も見える。図２（ｂ）は、ロングバースト超音波（サイクル数が多いバースト超音波）による分調波に基づく映像で、閉口部のみが見え、開口部は見えない。しかし、映像は、アレイ受信器の中心方向に伸びている。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す第１の映像、および、図２（ｂ）に示す第２の映像の共通部分を抽出した映像であり、開口部を消去し、同時に空間分解能の向上した真の閉口部の映像が得られることを示している。【００２１】
このように、正弦波のサイクル数が異なる２つのバースト超音波を照射する場合の、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる。また、閉じたき裂などの欠陥を、高精度で検出することができる。この本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置により容易に実施することができる。なお、この図２に示す方法は、長さは異なるが同一方向に伸びた２つの映像の共通部分を抽出するため、異なる方向に伸びた映像の共通部分を抽出する図１の方法より、映像は大きくなり、空間分解能が低くなる場合がある。【００２２】
正弦波のサイクル数が異なる２つのバースト超音波を照射する場合の、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、前記第１のバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が４以上であり、前記第２のバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が３以下であることが好ましい。また、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置で、前記映像化手段は前記超音波送信器が照射するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数が４以上の場合および３以下の場合について、互いに異なる２つの映像を得るよう構成されていることが好ましい。この場合、特に周波数分解能および空間分解能を同時に高めることができ、閉じたき裂と開いたき裂との識別性に優れている。また、閉じたき裂などの欠陥を、特に高精度で検出することができる。【００２３】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、前記帯域透過フィルタの帯域幅を、フィルタをかける前記第１の受信信号または前記第２の受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に反比例させてもよい。また、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置で、前記映像化手段は、前記帯域透過フィルタの帯域幅が、フィルタをかける前記受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に反比例していてもよい。この場合、特に周波数分解能を高めることができ、閉じたき裂と開いたき裂との識別性に優れている。また、閉じたき裂などの欠陥を、特に高精度で検出することができる。【００２４】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法は、前記第１の映像および前記第２の映像が、前記アレイ受信器の中心と前記欠陥とを結ぶ方向に、各映像に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に依存して伸びた形状となるよう、前記アレイ受信器の前記受信センサ素子の数を決定してもよい。また、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置で、前記アレイ受信器は、前記２つの映像が前記アレイ受信器の中心と前記欠陥とを結ぶ方向に、各映像に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に依存して伸びた形状となるよう、前記受信センサ素子の数を決定されていてもよい。この場合、特に空間分解能を高めることができる。また、閉じたき裂などの欠陥を、特に高精度で検出することができる。【００２５】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法で、前記帯域透過フィルタは、フィルタをかける前記第１の受信信号または前記第２の受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数倍の周波数を有する高調波、または、フィルタをかける前記第１の受信信号または前記第２の受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数分の１の周波数を有する分調波の周波数成分のみを通過させてもよい。また、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置で、前記帯域透過フィルタは、フィルタをかける前記受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数倍の周波数を有する高調波、または、フィルタをかける前記受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数分の１の周波数を有する分調波の周波数成分のみを通過させるよう構成されていてもよい。この場合、特に周波数分解能を高めることができる。また、高調波または分調波のみを使用して、閉じたき裂などの欠陥を特に高精度で検出することができる。【００２６】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法で、前記抽出工程は、デジタル化された前記第１の映像および前記第２の映像の積、もしくは積の平方根を演算することにより、または、２値化された前記第１の映像および前記第２の映像の１となる部分の共通部のみに、元の前記第１の映像もしくは前記第２の映像の強度を付与することにより、前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出するよう構成されていてもよい。また、本発明に係る構造物欠陥の映像化装置で、前記抽出手段は、デジタル化された前記２つの映像の積、もしくは積の平方根を演算することにより、または、２値化された前記２つの映像の１となる部分の共通部のみに、元の映像の強度を付与することにより、各映像の共通部分を抽出するよう構成されていてもよい。これらの場合、コンピュータを使用して各映像の共通部分を容易に抽出することができ、閉じたき裂などの欠陥を高精度で検出することができる。【００２７】
本発明に係る構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置によれば、原子炉、航空機、鉄道、材料の製造工程、接合工程などの非破壊評価の現場において、閉じたき裂を映像化することができる。また、これにより、補修・交換の必要性を定量的に示すことができ、これらの機器・構造物の安全および安心の確立に貢献することができる。なお、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置は、時間分解能の高い短バースト超音波（サイクル数が少ないバースト超音波）を使用することにより、開いたき裂も高精度で検出することができる。【００２８】
本発明に係る気泡や病変部の映像化方法は、組織に含まれる気泡や病変部を検出する気泡や病変部の映像化方法であって、任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器とを有し、前記超音波送信器から前記組織に対して所定のサイクル数の正弦波から成る第１のバースト超音波を照射し、前記第１のバースト超音波の前記気泡や病変部からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第１の受信信号を得る第１受信工程と、前記第１の受信信号に、前記正弦波の中心周波数成分、その整数倍の周波数成分、またはその整数分の１の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第１の処理信号を得、得られた前記第１の処理信号に基づいて、前記気泡や病変部の第１の映像を得る第１映像化工程と、前記超音波送信器から前記組織に対して前記所定のサイクル数とは異なるサイクル数の正弦波から成る第２のバースト超音波を照射し、前記第２のバースト超音波の前記気泡や病変部からの散乱波を、前記アレイ受信器で受信して第２の受信信号を得る第２受信工程と、前記第２の受信信号に前記帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して第２の処理信号を得、得られた前記第２の処理信号に基づいて、前記気泡や病変部の第２の映像を得る第２映像化工程と、前記第１の映像および前記第２の映像の共通部分を抽出する抽出工程とを、有することを特徴とする。【００２９】
本発明に係る気泡や病変部の映像化装置は、組織に含まれる気泡や病変部を検出する気泡や病変部の映像化装置であって、任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射する超音波送信器と、前記超音波送信器から前記組織に対して照射された前記バースト超音波の前記気泡や病変部からの散乱波を受信可能に設けられた複数の受信センサ素子を有するアレイ受信器と、前記アレイ受信器の各受信センサ素子で受信した受信信号に、特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、前記アレイ受信器の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して処理信号を得、得られた前記処理信号に基づいて、前記欠陥の映像を得る映像化手段と、前記映像化手段により得られた互いに異なる２つの映像の共通部分を抽出する抽出手段とを、有することを特徴とする。【００３０】
本発明に係る気泡や病変部の映像化方法および気泡や病変部の映像化装置は、本発明に係る構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の記述における「構造物」を「組織」、「欠陥」を「気泡や病変部」と読み替えることにより、構造物の欠陥のみではなく、高調波・分調波を用いた生体組織の造影剤気泡や病変部の選択性向上にも、同様に適用できることは明らかである。このため、本発明に係る気泡や病変部の映像化方法および気泡や病変部の映像化装置は、高い周波数分解能および空間分解能を有し、組織と気泡や病変部との識別性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置を提供することができる。また、同じ原理に基づき、高い周波数分解能および空間分解能を有し、組織と気泡や病変部との識別性を高めることができる気泡や病変部の映像化方法および気泡や病変部の映像化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の請求項１に係る構造物欠陥の映像化方法を示す原理図である。
【図２】本発明の請求項２に係る構造物欠陥の映像化方法を示す原理図である。
【図３】本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置を示す縦断面図および得られた映像である。
【図４】本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の、アレイ受信器で受信する受信信号を作成するシミュレーション方法を示すフロー図および説明図である。
【図５】図４に示すシミュレーションで想定した構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の構成を示す縦断面図、および、それによりサイクル数２のバースト超音波を使用して得られた映像である。
【図６】図５に示す構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の、サイクル数２のバースト超音波を使用した場合の、閉じたき裂に対応する位相整合波形Ｗ１（太線部）、そのパワースペクトルＦ１、開いたき裂に対応する位相整合波形Ｗ２（太線部）、および、そのパワースペクトルＦ２である。
【図７】図５に示す構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の、サイクル数２のバースト超音波を使用した場合の、帯域透過フィルタで抽出した線形散乱波の成分に基づいた基本波像、および、帯域透過フィルタで抽出した分調波に基づいた分調波像である。
【図８】図５に示す構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の、サイクル数６のロングバースト超音波を使用して得られた映像である。
【図９】図８に示す構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の、サイクル数６のロングバースト超音波を使用した場合の、閉じたき裂に対応する位相整合波形Ｗ３（太線部）、そのパワースペクトルＦ３、開いたき裂に対応する位相整合波形Ｗ４（太線部）、および、そのパワースペクトルＦ４である。
【図１０】図８に示す構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の、サイクル数６のロングバースト超音波を使用した場合の、帯域透過フィルタで抽出した線形散乱波の成分に基づいた基本波像、および、帯域透過フィルタで抽出した分調波に基づいた分調波像である。
【図１１】本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置を示す、図５の反転配置の縦断面図、およびサイクル数６のロングバースト超音波を使用して得られた基本波像および分調波像である。
【図１２】図１０および図１１に示す構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の基本波像および分調波像から、それぞれ共通部分を抽出した基本波像および分調波像である。
【図１３】図７および図１０に示す構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の基本波像および分調波像から、それぞれ共通部分を抽出した基本波像および分調波像である。
【図１４】従来の、分調波に対してフェーズドアレイ法を使用したＳＰＡＣＥを示す原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
図３乃至図１３は、本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置を示している。
図３に示すように、構造物欠陥の映像化装置は、超音波送信器１とアレイ受信器２と信号処理器３とを有している。
【００３４】
超音波送信器１は、任意のサイクル数の正弦波から成るバースト超音波を照射可能に構成されている。超音波送信器１は、任意のサイクル数のバースト波を、構造物の試料Ｓ中の開いたき裂C１および閉じたき裂C２を連続的に含むき裂に照射するよう配置されている。
【００３５】
アレイ受信器２は、複数の受信センサ素子を有している。アレイ受信器２は、超音波送信器１から構造物の試料Ｓに対して照射されたバースト超音波のき裂からの散乱波、すなわち、開いたき裂Ｃ１の先端部で生成された線形散乱波、および閉じたき裂Ｃ２で生成された分調波を受信可能に設けられている。
【００３６】
信号処理器３は、アレイ受信器２に接続されたコンピュータから成り、映像化手段（図示せず）と抽出手段（図示せず）とを有している。映像化手段は、アレイ受信器２の各受信センサ素子で受信した受信信号に、特定の周波数成分を通過させる帯域透過フィルタをかけ、帯域透過フィルタを通過した信号に対して、フェーズドアレイ法を用いてき裂の映像を得るようになっている。すなわち、映像化手段は、帯域透過フィルタを通過した信号に対して、アレイ受信器２の各受信センサ素子の位置に応じて異なる時間だけシフトさせた後、加算して処理信号を得、得られた処理信号に基づいて、き裂の映像を得るようになっている。映像化手段は、帯域透過フィルタの帯域幅が、フィルタをかける受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に反比例している。また、帯域透過フィルタは、フィルタをかける受信信号に対応するバースト超音波に含まれる正弦波の周波数の整数分の１の周波数を有する分調波の周波数成分のみを通過させるよう構成されている。
【００３７】
抽出手段は、映像化手段により得られた互いに異なる２つの映像の共通部分を抽出するようになっている。図３に示す一例では、第１の配置Ａの構造物欠陥の映像化装置から得られた映像と、第２の配置Ｂの構造物欠陥の映像化装置から得られた映像との共通部分を抽出するようになっている。
【００３８】
なお、アレイ受信器２は、得られる２つの映像がアレイ受信器２の中心と欠陥とを結ぶ方向に、各映像に対応するバースト超音波に含まれる正弦波のサイクル数に依存して伸びた形状となるよう、受信センサ素子の数が決定されている。
【００３９】
本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化装置は、本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法を容易に実施することができる。
図３に示すように、き裂に対して超音波送信器１およびアレイ受信器２を所定の位置に配置した第１の配置Ａの構造物欠陥の映像化装置において、超音波送信器１から、サイクル数３以下のバースト超音波をき裂に照射し、アレイ受信器２で、開いたき裂Ｃ１の先端部で生成された線形散乱波、および閉じたき裂Ｃ２で生成された分調波が合成された受信信号を受信する。映像化手段により、その受信信号に帯域透過フィルタをかけて抽出した分調波に基づいて、斜線部Ｄの範囲で映像化を行うと、分調波像Ｉ１が得られる。分調波像Ｉ１では、閉じたき裂Ｃ２を映像化した実線４だけではなく、開いたき裂Ｃ１で生成された線形散乱波の漏れとして、破線５も現れてしまう。
【００４０】
そこで、第１の配置Ａの構造物欠陥の映像化装置において、超音波送信器１で、正弦波のサイクル数が４以上のロングバースト超音波をき裂に照射し、アレイ受信器２で、開いたき裂Ｃ１の先端部で生成された線形散乱波、および閉じたき裂Ｃ２で生成された分調波が合成された第１の受信信号を受信する。映像化手段により、その第１の受信信号に帯域透過フィルタをかけて抽出した分調波に基づいて、斜線部Ｄの範囲で映像化を行うと、分調波像Ｉ２が得られる。分調波像Ｉ２では、ロングバースト超音波の使用により、開いたき裂Ｃ１で生成された線形散乱波の漏れは現れず（点線７）、閉じたき裂Ｃ２が映像化された実線８のみが現れる。
【００４１】
ただし、その副作用として、分調波像Ｉ２の実線８のように、サイクル数増加に伴う映像の伸びにより、空間分解能は低下する。この伸びがアレイ受信器２の中心と散乱源とを結ぶ方向であることに着目すると、異なるアレイ受信器２の配置で映像化を行うことにより、伸びの方向が異なる映像を得ることができることがわかる。
【００４２】
そこで、一例として、図３に示すように、き裂に対して超音波送信器１およびアレイ受信器２の配置を反転させた、第２の配置Ｂの構造物欠陥の映像化装置を使用する。この第２の配置Ｂの構造物欠陥の映像化装置において、超音波送信器１で、同一サイクル数のロングバースト超音波をき裂に照射し、アレイ受信器２で、開いたき裂Ｃ１の先端部で生成された線形散乱波、および閉じたき裂Ｃ２で生成された分調波が合成された第２の受信信号を受信する。映像化手段により、その第２の受信信号に帯域透過フィルタをかけて抽出した分調波に基づいて、斜線部Ｄの範囲で映像化を行うと、分調波像Ｉ３が得られる。分調波像Ｉ３では、ロングバースト超音波の使用により、開いたき裂Ｃ１で生成された線形散乱波の漏れは現れず（点線１０）、閉じたき裂Ｃ２が映像化された実線１１のみが現れる。
【００４３】
互いに異なる第１の配置Ａおよび第２の配置Ｂで得られた分調波像Ｉ２およびＩ３から、信号処理器３の抽出手段で共通部分を抽出した映像Ｉ４を生成する。これにより、共通部分１３が、き裂の閉口部として抽出され、き裂閉口部のみの映像を得ることができる。このように、本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置によれば、空間分解能の向上した真の閉口部の映像を得ることができ、閉じたき裂などの欠陥を、高精度で検出することができる。また、高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる。
【００４４】
次に、抽出手段により、共通部分を抽出する方法の一例として、２つの映像の積を取る場合についてシミュレーションを行った。
【００４５】
図４に、受信信号を作成するシミュレーション方法を示す。まず、アレイ受信器２の各受信センサ素子（n=1 to N）の位置を計算する。次に、散乱源の位置を設定する。そして、これらの位置情報を元に、超音波送信器１から照射した入射波が散乱源で散乱されてアレイ受信器２の所定の受信センサ素子に到達するまでの伝搬時間を計算し、散乱源が閉口部であるか開口部であるかに応じて、図４に示すように、分調波または基本波の波形を付与する。これをすべての散乱源について繰り返し、波形を加算・保存して次の受信センサ素子に移る。全受信センサ素子の計算を終わったら、これらを受信信号として保存して終了する。
【００４６】
図５は、シミュレーションで想定した構造物欠陥の映像化装置の一例を示す構成図、およびそれにより得られた映像を示している。図５に示すように、構造物欠陥の映像化装置において、超音波送信器１で、サイクル数２のバースト超音波を、閉じたき裂に相当する分調波を発生する散乱源Ｓ１、開いたき裂を模擬した基本波を発生する線形散乱源Ｓ２、底面を模擬した基本波を発生する線形散乱源Ｓ３に照射した。ただし、Ｓ１の強度はＳ２、Ｓ３の2分の１であると仮定した。次に、アレイ受信器２で、閉じたき裂Ｓ１で生成された分調波、開いたき裂Ｓ２で生成された線形散乱波、及び底面Ｓ３で生成された線形散乱波を受信した。
【００４７】
その受信信号に基づいて映像化手段により映像化を行うと、分調波および線形散乱波が含まれた映像Ｉ１１が得られた。ただしここでは、帯域透過フィルタは基本波および分調波の両方を透過するように設定した。映像Ｉ１１では、閉じたき裂Ｓ１が２１に、開いたき裂Ｓ２は２２に、底面Ｓ３は２３に映像化されている。
【００４８】
図６は、映像Ｉ１１において、閉じたき裂Ｓ１が映像化された２１での位相整合波形Ｗ１（太線部）とそのパワースペクトルＦ１、及び、開いたき裂Ｓ２が映像化された２２での位相整合波形Ｗ２（太線部）とそのパワースペクトルＦ２を示している。図６のパワースペクトルＦ１およびＦ２に示すように、周波数分解能の低いサイクル数２のバースト超音波を使用したため、広帯域の周波数特性を持つことがわかる。
【００４９】
図７は、アレイ受信器２で受信された信号から、帯域透過フィルタで抽出した線形散乱波の成分に基づいた基本波像Ｉ１２、及び、帯域透過フィルタで抽出した分調波に基づいた分調波像Ｉ１３を示している。図７に示すように、基本波像Ｉ１２では、開いたき裂Ｓ２が映像化された２４および底面Ｓ３が映像化された２５が現れた。分調波像Ｉ１３では、閉じたき裂S１が映像化された２６だけではなく、開いたき裂Ｓ２および底面Ｓ３で生成された線形散乱波の漏れとして２７及び２８も現れた。この条件では、閉じたき裂の識別性を表す、分調波像Ｉ１３におけるＳ１とＳ２との強度比は、２．４であった。
【００５０】
そこで、図５に示す構造物欠陥の映像化装置において、超音波送信器１で、サイクル数６のロングバースト超音波を、閉じたき裂Ｓ１、開いたき裂Ｓ２、及び底面Ｓ３に照射する。アレイ受信器２で、閉じたき裂Ｓ１で生成された分調波、開いたき裂Ｓ２で生成された線形散乱波、及び底面Ｓ３で生成された線形散乱波を受信し、その受信信号に基づいて映像化手段により映像化を行うと、図８に示すように、分調波および線形散乱波が含まれた映像Ｉ２１が得られる。映像Ｉ２１では、閉じたき裂Ｓ１が３１に、開いたき裂Ｓ２は３２に、底面Ｓ３は３３に映像化されている。
【００５１】
図９は、映像Ｉ２１において、閉じたき裂Ｓ１が映像化された４１での位相整合波形Ｗ３（太線部）とそのパワースペクトルＦ３、及び、開いたき裂Ｓ２が映像化された４２での位相整合波形Ｗ４（太線部）とそのパワースペクトルＦ４を示している。図９のパワースペクトルＦ３およびＦ４に示すように、ロングバースト超音波を使用したため、図６に示すパワースペクトルＦ１およびＦ２と比較して、狭帯域の周波数特性を持つことがわかる。
【００５２】
図１０は、アレイ受信器２で受信された信号から、帯域透過フィルタで抽出した線形散乱波の成分に基づいた基本波像Ｉ２２、及び、帯域透過フィルタで抽出した分調波に基づいた分調波像Ｉ２３を示している。図１０に示すように、基本波像Ｉ２２では、開いたき裂Ｓ２が映像化された３４および底面Ｓ３が映像化された３５が現れた。分調波像Ｉ２３では、ロングバースト超音波の使用により、開いたき裂Ｓ２および底面Ｓ３で生成された線形散乱波の漏れは現れず、閉じたき裂Ｓ１が映像化された３６だけが現れた。この条件では、図７に示す２サイクルの分調波像Ｉ１３と比べると、閉じたき裂の識別性を表す、分調波像Ｉ２３におけるＳ１とＳ２との強度比は、７．１に向上した。
【００５３】
この副作用として、図１０に示す分調波像Ｉ２３の３６のように、サイクル数増加に伴う映像の伸びにより、図７に示す分調波像Ｉ１３に比べて、空間分解能は低下した。しかし、伸びの方向がアレイ受信器２の中心と散乱源とを結ぶ方向であることに着目して、ここでは、図１１に示すように、図５に示す構造物欠陥の映像化装置の反転配置を使用する。
【００５４】
図１１に示すように、超音波送信器１で、サイクル数６のロングバースト超音波を、閉じたき裂Ｓ１、開いたき裂Ｓ２、及び底面Ｓ３に照射し、アレイ受信器２で、閉じたき裂Ｓ１で生成された分調波、開いたき裂Ｓ２で生成された線形散乱波、及び底面Ｓ３で生成された線形散乱波を受信する。アレイ受信器２で受信された信号から、帯域透過フィルタで抽出した線形散乱波の成分に基づいた基本波像Ｉ２４、及び、帯域透過フィルタで抽出した分調波に基づいた分調波像Ｉ２５を映像化する。
【００５５】
図１１に示すように、基本波像Ｉ２４では、開いたき裂Ｓ２が映像化された３７および底面Ｓ３が映像化された３８が現れた。分調波像Ｉ２５では、ロングバースト超音波の使用により、開いたき裂Ｓ２および底面Ｓ３で生成された線形散乱波の漏れは現れず、閉じたき裂Ｓ１が映像化された３９だけが現れた。また、Ｉ２４およびＩ２５は、伸びの方向が、図１０に示すＩ２２およびＩ２３とは異なる映像が得られた。
【００５６】
図１０および図１１に示すように、互いに異なる超音波送信器１およびアレイ受信器２の配置で得られた基本波像Ｉ２２およびＩ２４、分調波像Ｉ２３およびＩ２５から、信号処理器３の抽出手段により積算処理を行い、共通部分を抽出すると、図１２に示す基本波像Ｉ２６および分調波像Ｉ２７が得られる。これにより、基本波像Ｉ２６では、共通部分４１、４２が得られ、共通部分４１がき裂の開口部となる。分調波像Ｉ２７では、共通部分４３がき裂の閉口部となる。これにより、分調波像Ｉ２３およびＩ２５に比べて映像の伸びを低減するとともに、き裂閉口部のみの映像を得ることができることが示された。この条件では、閉じたき裂の識別性を表す、分調波像Ｉ２７におけるＳ１とＳ２との強度比は、７．１であった。
【００５７】
なお、図７および図１０に示すように、異なるサイクル数で得られた、基本波像Ｉ１２およびＩ２２、分調波像Ｉ１３およびＩ２３から、信号処理器３の抽出手段により積算処理を行い、共通部分を抽出すると、図１３に示す基本波像Ｉ２８および分調波像Ｉ２９が得られる。これにより、基本波像Ｉ２８では、共通部分４４、４５が得られ、共通部分４４がき裂の開口部となる。分調波像Ｉ２９では、共通部分４６がき裂の閉口部となる。これにより、分調波像Ｉ２３に比べて映像の伸びを低減するとともに、き裂閉口部のみの映像を得ることができることが示された。この条件では、２サイクルの分調波像Ｉ１３と比べると、閉じたき裂の識別性を表す、分調波像Ｉ２９におけるＳ１とＳ２との強度比は、４．０に向上した。
【００５８】
このように、正弦波のサイクル数が異なる２つのバースト超音波を照射する場合であっても、本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置によれば、高い周波数分解能および空間分解能を有し、閉じたき裂と開いたき裂との識別性を高めることができる。また、閉じたき裂などの欠陥を、高精度で検出することができる。なお、図１３に示すように、長さは異なるが同一方向に伸びた２つの映像の共通部分を抽出するため、異なる方向に伸びた映像の共通部分を抽出する図１２の方法より、映像は大きくなり、空間分解能が低くなる場合がある。
【００５９】
なお、本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置で、アレイ受信器２は使用する受信センサ素子を切換可能であり、アレイ受信器２内で使用する受信センサ素子を切り換えることにより、第１の配置および第２の配置を構成してもよい。この場合、超音波送信器１およびアレイ受信器２のどちらも動かすことなく、２つの異なる映像を得ることができ、空間分解能の向上した、閉じたき裂などの欠陥の映像を容易に得ることができる。
【００６０】
また、本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置で、帯域透過フィルタは、フィルタをかける各受信信号に対応するバースト超音波に含まれる、正弦波の周波数の整数倍の周波数を有する高調波の周波数成分のみを通過させるよう構成されていてもよい。この場合にも、分調波ではなく高調波を使用して、閉じたき裂などの欠陥を特に高精度で検出することができ、周波数分解能を高めることができる。
【００６１】
本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置で、抽出手段は、デジタル化された２つの映像の積の平方根を演算することにより、各映像の共通部分を抽出するよう構成されていてもよい。また、抽出手段は、２値化された２つの映像の１となる部分の共通部のみに、元の映像の強度を付与することにより、各映像の共通部分を抽出するよう構成されていてもよい。これらの場合でも、コンピュータを使用して各映像の共通部分を容易に抽出することができ、閉じたき裂などの欠陥を高精度で検出することができる。
【００６２】
なお、本発明の実施の形態の気泡や病変部の映像化方法および気泡や病変部の映像化装置は、本発明の実施の形態の構造物欠陥の映像化方法および構造物欠陥の映像化装置の記述における「構造物」を「組織」、「欠陥」を「気泡や病変部」と読み替えることにより、構造物の欠陥のみではなく、高調波・分調波を用いた生体組織の造影剤気泡や病変部の選択性向上にも、同様に適用できることは明らかである。
【符号の説明】
【００６３】
１  超音波送信器
２  アレイ受信器
３  信号処理器
Ａ  第１の配置
Ｂ  第２の配置
Ｃ１  開いたき裂
Ｃ２  閉じたき裂
Ｓ  試料
Ｓ１  閉じたき裂
Ｓ２  開いたき裂
Ｓ３  底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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