(57)【要約】【課題】被検査物内の状態を３次元的に表示する超音波検査装置を提供する。【解決手段】超音波探触子１１から被検査物Ｐに向かって発振波を発して生じる超音波の波形信号Ｗを基に被検査物Ｐ内の情報を得る超音波検査装置１０において、波形信号ＷのＦゲート領域内の最大ピークＭのエネルギー値、及び、波形信号Ｗの基準点から最大ピークＭ発生時点までの時間長を取得し、発振波を発した際の超音波探触子１１の検出位置を位置検出手段１４から取得して、検出位置、エネルギー値及び時間長を受信波情報として蓄積する超音波処理手段１６と、超音波処理手段１６から受信波情報を取得し、３次元座標系で、検出位置に対応するＸＹ座標と時間長に応じた大きさのＺ座標とによって定められる座標位置に、エネルギー値の大きさに応じた色付けをしたドットがプロットされた３次元画像Ｖ３を生成する画像処理手段１７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子から被検査物に向かって発振波を発して生じる超音波を受信し、該超音波の波形信号を基に前記被検査物内の情報を得る超音波検査装置において、
前記超音波探触子の位置を検出する位置検出手段と、
前記波形信号のＦゲート領域内の最大ピークのエネルギー値、及び、該波形信号の基準点から前記最大ピーク発生時点までの時間長を取得し、前記発振波を発した際の前記超音波探触子の検出位置を前記位置検出手段から取得して、該検出位置、前記エネルギー値及び前記時間長を受信波情報として蓄積する超音波処理手段と、
前記超音波処理手段から前記受信波情報を取得し、３次元座標系で、前記検出位置に対応するＸＹ座標と前記時間長に応じた大きさのＺ座標とによって定められる座標位置に、前記エネルギー値の大きさに応じた色付けをしたドットがプロットされた３次元画像を生成する画像処理手段とを備えることを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波検査装置において、前記超音波処理手段は、前記超音波探触子が間欠的に前記発振波を発することによって間欠的に生じる前記波形信号それぞれの前記受信波情報を順次蓄積し、蓄積している複数の前記受信波情報を対象に、前記エネルギー値が最大の受信波情報を前記画像処理手段に与えると共に該複数の受信波情報を削除することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の超音波検査装置において、前記超音波処理手段は、前記位置検出手段から取得する検出位置が変わるごとに、前記受信波情報を前記画像処理手段に与えることを特徴とする超音波検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、前記画像処理手段は、前記超音波処理手段から取得した複数の前記受信波情報を、それぞれ所定数の前記受信波情報からなる複数の集合体に分け、個々の前記集合体について、前記エネルギー値が最大の前記受信波情報のみを、前記３次元座標系へプロットする前記ドットの対象とすることを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物に対して発振波を発して受信した超音波を基に被検査物内の状態を検知する超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検査物（半導体製品等）内の欠陥調査には、超音波検査装置が用いられる。超音波検査装置は、被検査物に向かって超音波（又はレーザ）を発して受信した受信波（超音波）を基に被検査物内の状態を表すデータを得るため、被検査物を切断する必要がないという利点がある。
超音波検査装置によって検知された被検査物内の状態を表す方法には、特許文献１、２に記載されているように、１）縦軸を受信波のエネルギーとし、横軸を超音波発生から受信波受信までの時間として、受信波をオシロスコープのようなＡスコープで表示する方法、２）受信波のエネルギー値を輝度変調したものを、超音波発生から受信波受信までの時間と超音波の発進位置とを基に求めたＸＺ座標にプロットして被検査物内の状態を断面図のようなＢスコープとして表示する方法、及び、３）受信波のエネルギー値を輝度変調したものを、超音波の発生位置を基に求めたＸＹ座標にプロットして被検査物内の状態を平面図のようなＣスコープとして表示する方法が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９５２７７号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のＢスコープ及びＣスコープでは、被検査物内の状態を２次元的に表示しているため、一つの画像で得られる情報は限定的であった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、被検査物内の状態を３次元的に表示する超音波検査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】
【０００５】
前記目的に沿う本発明に係る超音波検査装置は、超音波探触子から被検査物に向かって発振波を発して生じる超音波を受信し、該超音波の波形信号を基に前記被検査物内の情報を得る超音波検査装置において、前記超音波探触子の位置を検出する位置検出手段と、前記波形信号のＦゲート領域内の最大ピークのエネルギー値、及び、該波形信号の基準点から前記最大ピーク発生時点までの時間長を取得し、前記発振波を発した際の前記超音波探触子の検出位置を前記位置検出手段から取得して、該検出位置、前記エネルギー値及び前記時間長を受信波情報として蓄積する超音波処理手段と、前記超音波処理手段から前記受信波情報を取得し、３次元座標系で、前記検出位置に対応するＸＹ座標と前記時間長に応じた大きさのＺ座標とによって定められる座標位置に、前記エネルギー値の大きさに応じた色付けをしたドットがプロットされた３次元画像を生成する画像処理手段とを備える。
【０００６】
本発明に係る超音波検査装置において、前記超音波処理手段は、前記超音波探触子が間欠的に前記発振波を発することによって間欠的に生じる前記波形信号それぞれの前記受信波情報を順次蓄積し、蓄積している複数の前記受信波情報を対象に、前記エネルギー値が最大の受信波情報を前記画像処理手段に与えると共に該複数の受信波情報を削除するのが好ましい。
【０００７】
本発明に係る超音波検査装置において、前記超音波処理手段は、前記位置検出手段から取得する検出位置が変わるごとに、前記受信波情報を前記画像処理手段に与えるのが好ましい。
【０００８】
本発明に係る超音波検査装置において、前記画像処理手段は、前記超音波処理手段から取得した複数の前記受信波情報を、それぞれ所定数の前記受信波情報からなる複数の集合体に分け、個々の前記集合体について、前記エネルギー値が最大の前記受信波情報のみを、前記３次元座標系へプロットする前記ドットの対象とするのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る超音波検査装置は、超音波探触子から被検査物に向かって発振波を発して生じる超音波の波形信号のＦゲート領域内の最大ピークのエネルギー値、及び、波形信号の基準点から最大ピーク発生時点までの時間長を取得し、発振波を発した際の超音波探触子の検出位置を位置検出手段から取得して、検出位置、エネルギー値及び時間長を受信波情報として蓄積する超音波処理手段と、超音波処理手段から受信波情報を取得し、３次元座標系で、検出位置に対応するＸＹ座標と時間長に応じた大きさのＺ座標とによって定められる座標位置に、エネルギー値の大きさに応じた色付けをしたドットがプロットされた３次元画像を生成する画像処理手段とを備えるので、被検査物内の状態を３次元的に表示することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波検査装置の説明図である。
【図２】被検査物の説明図である
【図３】波形信号の説明図である。
【図４】波形信号の説明図である。
【図５】３次元画像の生成工程を示す説明図である。
【図６】３次元画像の説明図である。
【図７】３次元画像の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る超音波検査装置１０は、超音波探触子１１から被検査物Ｐに向かって発振波を発して生じる超音波を受信し、超音波の波形信号Ｗを基に被検査物Ｐ内の情報を得る。以下、詳細に説明する。
【００１２】
超音波検査（例えば、内側に空洞が存在するか否かの検査）の対象である被検査物Ｐは、図１、図２に示すように、異なる深さの４つの溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４がそれぞれ裏面Ｅ側に開口して形成された金属板であり、水槽１２内で表面Ｊが裏面Ｅの上方に配された状態で水Ｌに浸漬されている。被検査物Ｐは、図２に示すように、表面Ｊから溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の底までの距離がそれぞれ、０．３８１ｍｍ、０．５０８ｍｍ、０．６３５ｍｍ、０．７６２ｍｍである。
【００１３】
超音波検査装置１０は、図１に示すように、超音波探触子１１と、超音波探触子１１を移動させる駆動ユニット１３と、超音波探触子１１の位置を検出する位置検出手段１４と、超音波探触子１１にパルス電圧を印加して超音波探触子１１に発振波（本実施の形態では超音波）を発せさせるパルサ１５と、受信される超音波を基に各種データを得る超音波処理手段１６と、被検査物Ｐ内の状態を３次元画像Ｖ３（図６、図７参照）として図示しない外部デバイスに出力する画像処理手段１７とを備えている。
【００１４】
画像処理手段１７は、Ａ／Ｄ変換回路１８を介して駆動ユニット１３に接続され、Ａ／Ｄ変換回路１９を介して超音波処理手段１６に接続されている。本実施の形態では、画像処理手段１７が、主として、ＣＰＵ、記憶媒体及びソフトウエアによって構成されている。利用者は、画像処理手段１７に接続された図示しないキーボード（入力デバイスの一例）を用いて、画像処理手段１７に対し、超音波検査の各種設定やコマンド入力を行うことができる。超音波検査の各種設定とは、発振波の発生周波数（以下、「発生周波数」とも言う）、超音波探触子１１に印加する電圧値、Ｓゲート範囲、Ｆゲート範囲、超音波探触子１１の移動経路、超音波探触子１１の移動速度等の設定を意味し、コマンド入力とは、超音波検査を開始させるコマンド等を意味する。
【００１５】
駆動ユニット１３は、複数の部材（例えば、ボール螺子、ガイド部材、スライドブロック）及び複数の駆動源（例えば、電動モータ）を有し、駆動源の作動によって超音波探触子１１を移動させる。
パルサ１５は設定された発生周波数（例えば１０ＫＨｚ）で超音波探触子１１に電圧を印加して、超音波探触子１１に設定された発生周波数で被検査物Ｐに向かって発振波を発せさせる。
超音波探触子１１は、被検査物Ｐの上方で高さ位置が調整され、超音波検査の開始コマンドが入力されると、設定された移動経路に沿って水平に移動しながら前記発生周波数で発振波を発する。
【００１６】
位置検出手段１４が異なる位置と検知できる超音波探触子１１の最小距離（最小移動量）をＵとして、位置検出手段１４は、超音波探触子１１がＵ移動するごとに超音波探触子１１が異なる位置に移動したのを検出し、超音波探触子１１の移動を検出したタイミングで超音波処理手段１６に対し、超音波探触子１１の現在位置（検出位置）を送信する。
超音波探触子１１は、超音波探触子１１がＵ移動する間に複数（例えば、１０〜５０個）の発振波を発する。
【００１７】
超音波探触子１１から被検査物Ｐに発振波が発せられるごとに、被検査物Ｐに発振波が到達して被検査物Ｐの表面Ｊ、裏面Ｅ及び内側等で反射波が生じ、その反射波は超音波探触子１１によって受信される。なお、被検査物Ｐ内に異なる層の境界面が存在する場合や、被検査物Ｐ内にクラック又は空洞がある場合等に、被検査物Ｐの表面Ｊに加え被検査物Ｐの内側で反射波が生じ、発振波が溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の底に達した場合、それぞれ溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の底で反射波が生じる。
以下、超音波探触子１１に受信される反射波を超音波とする。
【００１８】
超音波探触子１１は、間欠的に発振波が発せられるごとに生じる超音波を電気信号である波形信号Ｗ（図３、図４参照）に順次変換して、パルサ１５経由で超音波処理手段１６に送り、超音波処理手段１６は波形信号Ｗを取得する。パルサ１５は、アンプ機能を有し、超音波処理手段１６に送られる波形信号Ｗを増幅する。
【００１９】
波形信号Ｗは、図３、図４に示すように、縦軸及び横軸がそれぞれエネルギー値の大きさ（信号強度）及び時間を示す座標系で表わすことができる。画像処理手段１７には、当該座標系の横軸（時間軸）においてどの位置を波形信号Ｗの基準点とするかが設定可能であり、基準点が定められることによって、Ｓゲートの位置が決定される。なお、本実施の形態では、図３、図４で波形信号Ｗと縦軸が交わる点が基準点である。
【００２０】
超音波処理手段１６は、波形信号Ｗを取得するごとに、取得した波形信号ＷにおいてＳゲート領域内でエネルギー値が正の値で最大の点Ｑを被検査物Ｐの表面に該当する箇所と見なし、点Ｑから横軸方向に予め定められた距離離れた位置にＦゲートを設ける。
次に、超音波処理手段１６は、波形信号ＷにおいてＦゲート領域内でエネルギー値の絶対値が最も大きい最大ピークＭを検出し、最大ピークＭのエネルギー値（以下、単に「エネルギー値」とも言う）と、波形信号Ｗの基準点から最大ピークＭ発生時点までの時間長（以下、「時間長」とも言う）を導出する。
【００２１】
なお、図３に示す波形信号Ｗは、発振波が溝Ｇ１の上方で表面Ｊから被検査物Ｐに入射し溝Ｇ１の底で反射波が生じた際の超音波を信号化したものである。これに対し、図４に示す波形信号Ｗは、発振波が下方に溝のない領域で表面Ｊから被検査物Ｐに入射した際の超音波を信号化したものであり、最大ピークＭのエネルギー値は図３に示す最大ピークＭのエネルギー値より小さい。
【００２２】
超音波処理手段１６は、データを蓄積可能な蓄積スペース（記憶スペース）を有し、導出したエネルギー値及び時間長（時間長のデータ）を、位置検出手段１４から取得していた超音波探触子１１の現在位置と紐づけて蓄積（記憶）する。この超音波探触子１１の現在位置は、導出されたエネルギー値及び時間長に対応する発振波を発した際の超音波探触子１１の検出位置（以下、単に「検出位置」とも言う）に該当する。超音波処理手段１６は、超音波探触子１１から取得した波形信号Ｗに対応する検出位置（検出位置のデータ）、エネルギー値及び時間長を受信波情報として蓄積する。
【００２３】
発振波が発せられるごとに１つの波形信号Ｗ及び１つの受信波情報が生じるため、超音波処理手段１６は、超音波探触子１１が間欠的に発振波を発することによって間欠的に生じる波形信号Ｗそれぞれの受信波情報を順次蓄積する。
そして、超音波処理手段１６は、位置検出手段１４から検出位置を新たに受信したタイミングで、蓄積している中で検出位置が同じ複数の受信波情報を対象に、エネルギー値が最大の受信波情報を画像処理手段１７に与えると共に、検出位置が同じ受信波情報を全て（複数の受信波情報を）削除する。
【００２４】
従って、超音波処理手段１６は、位置検出手段１４から取得する超音波探触子１１の現在位置（検出位置）が変わるごとに、即ち、位置検出手段１４が超音波探触子１１の移動を検出するごとに、受信波情報を画像処理手段１７に与えることとなる。
なお、超音波処理手段１６は、位置検出手段１４から取得する超音波探触子１１の現在位置が所定回数（例えば２回）変わるごとに、受信波情報を画像処理手段１７に与えるようにしてもよい。
【００２５】
超音波処理手段１６は、発生周波数で波形信号Ｗを取得しながら、１）波形信号Ｗを取得するたびにエネルギー値及び時間長を導出して受信波情報を蓄積し、２）蓄積された受信波情報の中で選択された受信波情報のみを画像処理手段１７に送信し、蓄積している複数の受信波情報を削除する。仮に、超音波処理手段１６が全ての受信波情報を画像処理手段１７に送信する場合、発生周波数の大きさによっては、超音波処理手段１６が波形信号Ｗを取得する時間間隔以下の時間間隔で受信波情報の送信及び削除を行えず、超音波処理手段１６に蓄積されている受信波情報が時間の経過と共に増加し続ける。この点、本実施の形態では、受信波情報の送信及び削除の回数を低減できるため、超音波処理手段１６に蓄積されている受信波情報が時間の経過と共に増加し続けることはない。
【００２６】
画像処理手段１７は超音波処理手段１６から受信波情報を取得して記憶する。そして、画像処理手段１７は、図５に示すように、まず、記憶している各波形信号Ｗについて、２次元座標系Ｒ２で、検出位置に対応するＸＹ座標（本実施の形態では、超音波探触子１１の水平位置成分に相当するＸＹ座標）に、エネルギー値の大きさに応じた色付けをしたドットを配し、複数のドットがプロットされた２次元画像Ｖ２を作成する。次に、画像処理手段１７は、２次元画像Ｖ２内の各ドットに対し、時間長に応じた大きさの（時間長の値が大きくなると大きい値となる）Ｚ座標の情報を付加して、各ドットを３次元座標系Ｒ３に展開した３次元画像Ｖ３を導出する。
【００２７】
よって、画像処理手段１７は、３次元座標系Ｒ３で、検出位置に対応するＸＹ座標と時間長に応じた大きさのＺ座標とによって定められるＸＹＺ座標（座標位置）に、エネルギー値の大きさに応じた色付けをしたドットがプロットされた３次元画像Ｖ３を生成する。
エネルギー値の大きさに応じた色付けをしたドットとは、ドットのエネルギー値の大きさに応じた色相の色、明度の色又は彩度の色をドットに付すことを意味する。
【００２８】
なお、ドットは点でもよいし、球状や立方体状等でもよい。
また、３次元画像Ｖ３の生成は、上述した方法に限定されず、例えば、２次元画像Ｖ２の作成を経ず、各ドットについて、３次元座標系Ｒ３で、検出位置に対応するＸＹ座標と時間長に応じた大きさのＺ座標とによって定められるＸＹＺ座標に、エネルギー値の大きさに応じて色付けをしたドットをプロットして３次元画像Ｖ３を生成してもよい。
【００２９】
本実施の形態では、画像処理手段１７が、超音波処理手段１６から複数（Ｎ個）の受信波情報を取得し、その複数の受信波情報を、それぞれ所定数（Ｋ個）の受信波情報からなる複数（Ｎ／Ｋ個）の集合体に分け、個々の集合体（Ｎ／Ｋ個の集合体それぞれ）について、エネルギー値が最大の受信波情報のみを、３次元座標系Ｒ３へプロットするドットの対象とし、他の受信波情報はその対象にしない。これによって、３次元画像Ｖ３の単位画素に１つのドットがプロットされるように調整する。
【００３０】
そして、画像処理手段１７は、生成した３次元画像Ｖ３を、図６、図７に示すように、３次元座標系Ｒ３を見る角度を自由に選択して、画像処理手段１７に接続されたディスプレイやプリンタ（外部デバイスの一例）に出力することができる。なお、図６、図７は、図２に示す被検査物Ｐを対象に実際に作成した３次元画像Ｖ３である。利用者は外部デバイスに出力された３次元画像Ｖ３を見ることで、各ドットの色合いの傾向から、被検査物Ｐの内部情報を知得可能である。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、発振波は超音波でなくてもよく、レーザであってもよい。発振波がレーザである場合、レーザの被検査物への到達によって被検査物が振動して生じる超音波が超音波探触子によって受信される。
そして、受信する超音波は、超音波探触子から発した超音波が被検査物を透過した透過波であってもよく、受信する超音波が透過波からなる場合、超音波は、発振波を発振する超音波探触子と共に移動する当該超音波探触子とは別の超音波探触子によって受信される。
また、超音波処理手段は、蓄積している全ての受信波情報を画像処理手段に与えるようにしてもよい。そして、画像処理手段は、超音波処理手段から取得する全ての受信波情報を３次元座標系にプロットするドットの対象にすることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０：超音波検査装置、１１：超音波探触子、１２：水槽、１３：駆動ユニット、１４：位置検出手段、１５：パルサ、１６：超音波処理手段、１７：画像処理手段、１８、１９：Ａ／Ｄ変換回路、Ｅ：裏面、Ｇ１〜Ｇ４：溝、Ｊ：表面、Ｌ：水、Ｍ：最大ピーク、Ｐ：被検査物、Ｑ：点、Ｒ２：２次元座標系、Ｒ３：３次元座標系、Ｖ２：２次元画像、Ｖ３：３次元画像、Ｗ：波形信号
【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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