(57)【要約】【課題】  広く一般的に普及している超音波探触子に適用でき、超音波探触子の圧電変換性能を低下させることなく、不必要な振動を減衰させて超音波探触子から放射される超音波の波形の信号幅を短くできる超音波映像装置を提供する。【解決手段】  この超音波映像装置は、水槽１２内の水１３の中に配置された試料１１に対して超音波探触子１５から超音波を照射し、試料を超音波探触子で走査しながら試料の内部欠陥を映像化する超音波映像装置であり、超音波を発生させるためのトリガ信号Ｓ１に基づき第１と第２の電気信号Ｓ２，Ｓ４を生成し、これらの２つの電気信号を合成して不要振動波形部分を減衰させた探触子駆動用送波信号Ｓ５を生成する電気回路２０を備えるように構成される。【選択図】      図２
2006058030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内の水の中に配置された試料に対して超音波探触子から超音波を照射し、前記試料を前記超音波探触子で走査しながら前記試料の内部欠陥を映像化する超音波映像装置において、
前記超音波を発生させるためのトリガ信号に基づき第１と第２の電気信号を生成し、これらの２つの電気信号を合成して不要振動波形部分を減衰させた探触子駆動用送波信号を生成する電気回路を備えることを特徴とする超音波映像装置。
【請求項２】
前記電気回路は、
前記トリガ信号を入力して前記第１の電気信号を生成する第１パルサ回路と、
前記トリガ信号を入力する第２パルサ回路とこの第２パルサ回路の出力信号を遅延させる遅延回路とこの遅延回路の出力信号を減衰させる減衰回路とから成り、最終的に前記第２の電気信号を生成する電気回路部と、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号を合成する合成回路と、
から成ることを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置。
【請求項３】
前記電気回路は、
前記トリガ信号を入力し送波用電気信号を生成するパルサ回路と、
前記パルサ回路の出力信号を遅延させる遅延回路とこの遅延回路の出力信号を減衰させる減衰回路とから成る電気回路部と、
前記パルサ回路からの出力信号を前記第１の電気信号とし、前記電気回路部からの出力信号を前記第２の電気信号として、これらの２つの電気信号を合成する合成回路と、
から成ることを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波映像装置に関し、特に、超音波探傷装置や超音波顕微鏡に適した超音波映像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料欠陥を検出し評価する非接触式の検査装置として超音波探傷装置等が知られている。超音波探傷装置は、一般的に、水槽に溜めた水の中に試料を置き、パルス状送波信号に基づき超音波探触子から出射される超音波を水を介して試料の中に入射させ、試料内部からの超音波反射エコーを超音波探触子で受信し、電気信号（受波信号）に変換し、その後受信した電気信号を信号処理するように構成されている。以上の構成において、超音波探触子は３軸スキャナに支持され、試料の測定表面を走査できるように設けられている。試料内部からの超音波反射エコーに係る電気信号は探傷器回路に入力され、上記信号処理が行われる。マイクロコンピュータから成る制御装置は３軸スキャナと探傷器回路のそれぞれの動作を制御し、試料の測定表面の各測定点で得られた信号に基づいて探傷映像を作成し、表示装置に表示する。上記超音波探傷装置では主に１ＭＨｚ以上の超音波が用いられる。１ＭＨｚ以上の超音波は空気中では減衰が大きく伝播しにくい。そのため試料は媒質の入った水槽中に保持されて超音波探傷をされる。
【０００３】
従来の超音波映像装置では、一般的に、探触子内部に設けた圧電素子の背後に、振動吸収材であるダンパー材を設けている。このダンパー材は、不必要な振動を減衰させ、超音波探触子から放射される超音波の波形の信号幅（存続時間）を短くするための部材である。超音波の波形の信号幅が長いと、送波信号と受波信号との間で重なりによる干渉が生じ、受波信号の検出が困難になるからである。なおダンパー材は、比重の大きい材質（タングステン等）の金属粉末を固めて形成される。
【０００４】
不必要な振動を減衰させ、超音波探触子から放射される超音波の波形の信号幅を短くする他の解決策としては、特許文献１に記載されるように、超音波探触子に設けられる圧電素子部を２枚の圧電素子板を積層して構成し、その内の１枚の圧電素子板を超音波の送信・受信用に使用し、残りの圧電素子板を不必要振動の減衰制御用に使用するようにしたものがある。
【特許文献１】特開平５−１８０８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ダンパー材を用いて不要振動を減衰させ、超音波探触子から放射される超音波の波形の信号幅を短くする手段は、ダンパー材を圧電素子に付設することにより圧電素子自体の圧電変換性能を低下させるという問題がある。また２枚の圧電素子板を積層する構造を用いて不要振動を減衰させ、超音波探触子から放射される超音波の波形の信号幅を短くする手段は、超音波探触子自体が特殊な構成を有することが必要になるので、広く一般的に普及している超音波探触子に適用することは難しいという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、広く一般的に普及している超音波探触子に適用でき、超音波探触子の圧電変換性能を低下させることなく、不必要な振動を減衰させて超音波探触子から放射される超音波の波形の信号幅を短くでき、信号の干渉をなくして検出性能を向上することができる超音波映像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る超音波映像装置は上記目的を達成するために次のように構成される。
【０００８】
第１の超音波映像装置（請求項１に対応）は、水槽内の水の中に配置された試料に対して超音波探触子から超音波を照射し、試料を超音波探触子で走査しながら試料の内部欠陥を映像化する超音波映像装置であり、超音波を発生させるためのトリガ信号に基づき第１と第２の電気信号を生成し、これらの２つの電気信号を合成して不要振動波形部分を減衰させた探触子駆動用送波信号を生成する電気回路を備えるように構成される。
【０００９】
上記の構成では、超音波探触子内の圧電素子を駆動する送波信号の波形において不要振動波形部分を減衰させ波形の信号幅（信号存続時間）を短くするため、送波信号を作る電気回路で回路的に２つの電気信号の波形を干渉させることにより不要振動を抑制する回路部分を設けた。これによれば、電気回路に変更を加えるだけで、ダンパー効果を実現することが可能となり、圧電素子の変換効率を低減させることなく、さらに一般的に広く普及した超音波探触子に容易に適用することができる。
【００１０】
第２の超音波映像装置（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、上記の電気回路は、トリガ信号を入力して第１の電気信号を生成する第１パルサ回路と、トリガ信号を入力する第２パルサ回路とこの第２パルサ回路の出力信号を遅延させる遅延回路とこの遅延回路の出力信号を減衰させる減衰回路とから成り、最終的に第２の電気信号を生成する電気回路部と、第１の電気信号と第２の電気信号を合成する合成回路と、から成ることで特徴づけられる。
【００１１】
第３の超音波映像装置（請求項３に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、上記の電気回路は、トリガ信号を入力し送波用電気信号を生成するパルサ回路と、パルサ回路の出力信号を遅延させる遅延回路とこの遅延回路の出力信号を減衰させる減衰回路とから成る電気回路部と、パルサ回路からの出力信号を第１の電気信号とし、電気回路部からの出力信号を第２の電気信号として、これらの２つの電気信号を合成する合成回路とから成ることで特徴づけられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波映像装置の超音波探触子を駆動する送波信号の波形において、送波信号を生成する電気回路で当該送波信号の不要振動波形部分を抑制して送波信号のダンピングを強制的に抑制し、これにより送信信号の波形と被検体（試料）から反射信号の波形が時間軸上で接近している場合でも反射信号の波形のみを精度よく抽出することができ、測定の精度が向上する。また超音波探触子にダンパー材を入れる必要がなく、変換効率を良好に維持することができ、さらに現在普及している一般的な超音波探触子を備えた超音波映像装置に簡易に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図３を参照して本発明に係る超音波映像装置の第１の実施形態を説明する。最初に図１を参照して超音波映像装置の基本的構成を説明する。
【００１５】
図１において、検査対象である試料１１は水槽１２内の水１３の中に配置されている。水槽１２はベース１４の上に搭載されている。水槽１２の上側であって試料１１の上方位置には超音波を発生し出射する超音波探触子１５が配置されている。超音波探触子１５の内部には、一般的に、１つの圧電素子と、これに送波信号を供給する電極と、圧電素子から生じた超音波を焦点位置に案内する音響レンズとが設けられている。超音波探触子１５は、従来広く一般的に普及している通常の超音波探触子であり、特別な構成を有するものではない。超音波探触子１５は、図１において、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向に自在に移動できるようにスキャナ機構部１６によって支持されている。スキャナ機構部１６は、Ｘ方向駆動装置１７とＹ方向駆動装置１８とＺ方向駆動装置１９とによって構成されている。超音波探触子１５はＺ方向駆動装置１９に取り付けられ、Ｚ方向駆動装置１９はＸ方向駆動装置１７の可動部に取り付けられ、Ｘ方向駆動装置１７はＹ方向駆動装置１８の可動部に取り付けられている。Ｘ方向駆動装置１７とＹ方向駆動装置１８とＺ方向駆動装置１９は位置制御装置１０によって制御され、かつその位置データが取得される。
【００１６】
試料１１を測定・検査するとき、超音波探触子１５は、水１３の中に浸けられ、試料１１に対して超音波を照射しながら試料表面を走査する。超音波探触子１５において、超音波を出射させるため、超音波探触子１５内の圧電素子には、電気回路２０から送波信号が供給され、圧電素子が駆動され、超音波が出射される。電気回路２０は前述した探傷器回路である。電気回路２０からパルス状送波信号を出力するタイミングは、信号処理制御部２１から与えられるトリガ信号Ｓ１によって決定される。電気回路２０の内部構成は図２に示される。また信号処理制御部２１はマイクロコンピュータ等で構成される。
【００１７】
図２と図３を参照して電気回路２０の内部構成とその機能について説明する。電気回路２０は、並列な接続関係で接続された２つのパルサ回路２２，２３を備えている。信号処理制御部２１から出力されたトリガ信号Ｓ１はパルサ回路２２，２３の両方に同時に入力される。２つのパルサ回路２２，２３は同一の振動波形を有する振動電気信号をパルス的に発生する機能を有している。そのため、パルサ回路２２，２３のそれぞれはトリガ信号Ｓ１を受けると、同時に同一振動波形の送波用電気信号Ｓ２（図３（Ａ）に示す）を出力する。第１のパルサ回路２２から出力された送波用電気信号Ｓ２は直接に混合回路２４に入力される。並列な第２のパルサ回路２３から出力された送波用電気信号Ｓ２は、遅延回路２５と減衰回路２６を経由して上記混合回路２４に入力される。
【００１８】
パルサ回路２３から出力された送波用電気信号Ｓ１は、遅延回路２５により、予め設定された遅延時間Ｔ１の分だけ遅延される。遅延回路２５から出力される電気信号Ｓ３は図３（Ｂ）に示される。図３（Ｂ）において、破線でされる波形はパルサ回路２３から出力される送波用電気信号Ｓ２の波形であり、実線でされる波形は遅延回路２５による遅延作用で位相がずれた電気信号Ｓ３である。
【００１９】
遅延回路２５から出力される電気信号Ｓ３は、図３（Ｃ）に示すごとく減衰回路２６でその振幅が所定の減衰割合で減衰される。減衰回路２６から出力された電気信号Ｓ４の波形の振動の観点からの形状自体は、遅延回路２５から出力される電気信号Ｓ３の波形と同じである。減衰回路２６から出力される電気信号Ｓ４は混合回路２４に入力される。減衰回路２６における所定の減衰割合は、不要振動の減衰量を考慮し、前述した送波信号（Ｓ５）において必要とされる信号幅（信号存続時間）に応じて事前に予め任意に設定される。また事前に予め設定する代わりに、波形表示部に表示される測定波形を見ながら設定することもできる。
【００２０】
混合回路２４では、パルサ回路２２から出力される電気信号Ｓ２と、減衰回路２６から出力される電気信号Ｓ４とを混合し、２つの信号を積極的に干渉させて不要振動部分を減少するように合成する。図３（Ｄ）には、２つの電気信号Ｓ２，Ｓ４を合成することによって生成される電気信号Ｓ５が示される。この電気信号Ｓ５は、超音波探触子１５に与えられる圧電素子駆動用に前述した送波信号である。この電気信号Ｓ５では、図３（Ａ）に示した電気信号Ｓ２において、不必要な信号成分２７を、減衰回路２６から出力される電気信号Ｓ４でその位相差を利用し逆位相として合成して部分的に打ち消される。送波信号Ｓ５では、送波用電気信号Ｓ２として比較して、その前縁側に位置するおよそ１／５の波形部分が残ることになる。
【００２１】
混合回路２４の合成機能により生成された送波信号Ｓ５は超音波探触子１５に与えられ、この結果、超音波探触子１５からは試料１１に対して不要な振動を減衰させたパルス状の超音波が出力されることになる。
【００２２】
試料１１からの内部欠陥等に起因して反射作用で戻ってきたエコー反射超音波は超音波探触子１５で受信され、反射電気信号Ｓ６に変換される。この反射電気信号Ｓ６は、超音波探触子Ｓ６から電気回路２０内に設けられたレシーバ回路２８に入力される。レシーバ回路２８によって受信された反射電気信号Ｓ６は、測定反射信号に変換され、上記信号処理制御部２１へ送られる。信号処理制御部２１では、トリガ信号Ｓ１と測定反射信号の時間的関係を利用して試料１１内の内部欠陥等の存在を計測する。
【００２３】
以上の第１実施形態の構成に構成によれば、２つのパルサ回路２２，２３を設けてトリガ信号Ｓ１に対応させて２つの送波用電気信号Ｓ２を発生させ、一方ではそのまま使用し、他方では遅延させかつ減衰させた信号Ｓ４を作成し、２つの信号Ｓ２，Ｓ４を合成し干渉させて不必要な振動を減衰させ、超音波探触子１５から出力される超音波の波形の信号幅を短くすることできる。電気回路２０における回路構成で不必要な振動部分を減衰させることができるので、電気回路的にダンパー効果を実現することができ、現在広く普及している超音波映像装置に適用することができる。
【００２４】
次に、図４を参照して本発明に係る超音波映像装置の第２の実施形態を説明する。図４において、第１実施形態で説明された要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２５】
図４に示した第２実施形態では、トリガ信号Ｓ１を受け送波用電気信号Ｓ２を生成するパルサ回路３１は１つである。パルサ回路３１から出力される電気信号Ｓ２は、その後２つに分岐され、第１の電気信号の部分Ｓ２１は混合回路２４に直接的に入力され、第２の電気信号の部分Ｓ２２は遅延回路２５と減衰回路２６を経由して混合回路２４に入力される。遅延回路２５によって電気信号Ｓ３が生成され、減衰回路２６によって電気信号Ｓ４が生成される。混合回路２４では、第１の電気信号Ｓ２と減衰回路２６から出力される第２の電気信号Ｓ４とが合成され、不要振動の波形部分が減衰された波形Ｓ５を有する送波信号が出力され、超音波探触子１５に与えられる。その他の構成は前述した第１実施形態と同じである。第２実施形態に係る電気回路２０の構成でも、前述した第１実施形態と同様な作用効果が発揮される。さらに第２実施形態ではパルサ回路の個数を１つ減らすことができるので、構成が簡易となり、製作コストが安くなる。
【００２６】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、超音波映像装置による被検体の測定・検査で、送波信号の不要振動成分を減衰させて信号幅を短くし、送信信号波形と受信信号波形の重なりをなくし、測定精度を高めるのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る超音波映像装置の基本的構成を示す構成図である。
【図２】図１に示した電気回路の詳細を示し、本発明に係る超音波映像装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図３】図２に示した電気回路の各部の波形図である。
【図４】図１に示した電気回路の詳細を示し、本発明に係る超音波映像装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１      試料
１２      水槽
１３      水
１５      超音波探触子
１６      スキャナ機構
２０      電気回路
２１      信号処理制御部
２２      パルサ回路
２３      パルサ回路
２４      混合回路
２５      遅延回路
２６      減衰回路
２８      レシーバ回路
【図１】
2006058030.tif 000003
【図２】
2006058030.tif 000004
【図３】
2006058030.tif 000005
【図４】
2006058030.tif 000006