(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象（Ｓ）内の多重送信焦点ゾーン（Ｚ１〜Ｚ３）に超音波送信パルスを送信するための超音波スキャナ（１）において、送信パルスのフレームレートを改善する装置であって、第１の軸（Ａ１）に沿って前記送信パルスの第１の超音波ビーム（Ｂ１）を送信し、該第１の軸（Ａ１）から所定の距離だけ変位させた第２の軸（Ａ２）に沿って前記送信パルスの第２の超音波ビーム（Ｂ２）を送信し、かつ前記送信パルスに応答した前記対象からのエコーパルスを受信するように構成されているトランスジューサ（１０）と、前記トランスジューサに対して、前記送信パルスのうちの第１のパルスを第１の軸（Ａ１）に沿って送信させると共に、前記トランスジューサが前記第１の送信パルスからのエコーパルスを受信する前に前記送信パルスのうちの第２のパルスを第２の軸（Ａ２）に沿って送信させるように構成されているビーム形成装置（２０）と、を備え、前記焦点ゾーン（Ｚ１〜Ｚ３）が前記トランスジューサ（１０）に対して所定の順序で配列されており、かつ前記送信パルスが前記所定の順序と異なる順序で前記焦点ゾーンに対して送信されている、装置。
【請求項２】
前記焦点ゾーン（Ｚ１〜Ｚ３）が、前記トランスジューサから第１の距離範囲に位置し該第１の範囲からのエコーパルスがトランスジューサの位置で第１の時間期間内に受信されることが予期されるようにした第１のゾーン（Ｚ１）と、前記トランスジューサから第２の距離範囲に位置し該第２の範囲からのエコーパルスがトランスジューサの位置で第２の時間期間内に受信されることが予期されるようにした第２のゾーン（Ｚ２）と、前記トランスジューサから第３の距離範囲に位置し該第３の範囲からのエコーパルスがトランスジューサの位置で第３の時間期間内に受信されることが予期されるようにした第３のゾーン（Ｚ３）とから構成されており、前記第２の距離範囲は前記第１の距離範囲と比べて前記トランスジューサからより遠くの位置にあり、かつ前記第３の距離範囲は前記第２の時間期間が前記第１の時間期間の後に生じ前記第３の時間期間が前記第２の時間期間の後に生じるように前記第２の距離範囲と比べて前記トランスジューサからより遠くの位置にある、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビーム形成装置（２０）は、前記トランスジューサ（１０）に対して、前記第１の送信パルスに応答した第１のエコーパルスが前記トランスジューサの位置で前記第１の軸（Ａ１）に沿った前記第３のゾーン（Ｚ３）から前記第３の時間期間内に予期されるようにして、第１の時刻において前記第１の送信パルスを第１の軸（Ａ１）に沿って送信させており、かつ前記ビーム形成装置は、前記トランスジューサに対して、前記トランスジューサの位置で前記第１のエコーパルスが前記第１の軸（Ａ１）に沿った前記第３のゾーン（Ｚ３）から前記第３の時間期間内に予期されるより前に、前記第２の送信パルスに応答した第２のエコーパルスが前記トランスジューサの位置で前記第２の軸（Ａ２）に沿った前記第１のゾーン（Ｚ１）から前記第１の時間期間内に予期されるようにして、第２の時刻において前記第２の送信パルスを第２の軸に沿って送信させている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ビーム形成装置は、前記トランスジューサに対して、第３の送信パルスに応答した第３のエコーパルスが前記トランスジューサの位置で前記第２の軸に沿った前記第３のゾーンから前記第３の時間期間内に予期されるようにして、前記第３の時間期間に生じるまたは該時間期間以降に生じる第３の時刻において第３の送信パルスを第２の軸に沿って送信させている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
検査対象（Ｓ）内の多重送信焦点ゾーン（Ｚ１〜Ｚ３）にトランスジューサ（１０）により超音波送信パルスを送信するための超音波スキャナ（１）において、送信パルスのフレームレートを改善する方法であって、第１の軸（Ａ１）に沿って前記送信パルスの第１の超音波ビームを送信するステップと、前記第１の軸から所定の距離だけ変位させた第２の軸（Ａ２）に沿って前記送信パルスの第２の超音波ビームを送信するステップと、前記送信パルスに応答した前記対象からのエコーパルスを受信するステップと、前記トランスジューサに対して、前記送信パルスのうちの第１のパルスを第１の軸に沿って送信させ、かつ前記トランスジューサが前記第１の送信パルスからのエコーパルスを受信する前に前記送信パルスのうちの第２のパルスを第２の軸に沿って送信させるステップと、を含み、前記焦点ゾーンが、前記トランスジューサに対して所定の順序で配列されており、かつ前記送信パルスが前記所定の順序と異なる順序で前記焦点ゾーンに対して送信されている、方法。
【請求項６】
前記焦点ゾーンが、前記トランスジューサから第１の距離範囲に位置し該第１の範囲からのエコーパルスがトランスジューサの位置で第１の時間期間内に受信されることが予期されるようにした第１のゾーンと、前記トランスジューサから第２の距離範囲に位置し該第２の範囲からのエコーパルスがトランスジューサの位置で第２の時間期間内に受信されることが予期されるようにした第２のゾーンと、前記トランスジューサから第３の距離範囲に位置し該第３の範囲からのエコーパルスがトランスジューサの位置で第３の時間期間内に受信されることが予期されるようにした第３のゾーンとから構成されており、前記第２の距離範囲は前記第１の距離範囲と比べて前記トランスジューサからより遠くの位置にあり、かつ前記第３の距離範囲は前記第２の時間期間が前記第１の時間期間の後に生じ前記第３の時間期間が前記第２の時間期間の後に生じるように前記第２の距離範囲と比べて前記トランスジューサからより遠くの位置にある、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記トランスジューサに対して送信をさせる前記ステップが、前記トランスジューサに対して、前記第１の送信パルスに応答した第１のエコーパルスが前記トランスジューサの位置で前記第１の軸に沿った前記第３のゾーンから前記第３の時間期間内に予期されるようにして、第１の時刻において前記第１の送信パルスを第１の軸に沿って送信させるステップと、前記トランスジューサに対して、前記トランスジューサの位置で前記第１のエコーパルスが前記第１の軸に沿った前記第３のゾーンから前記第３の時間期間内に予期されるより前に、前記第２の送信パルスに応答した第２のエコーパルスが前記トランスジューサの位置で前記第２の軸に沿った前記第１のゾーンから前記第１の時間期間内に予期されるようにして、第２の時刻において前記第２の送信パルスを第２の軸に沿って送信させるステップとを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記トランスジューサに対して送信をさせる前記ステップが、前記トランスジューサに対して、第３の送信パルスに応答した第３のエコーパルスが前記トランスジューサの位置で前記第２の軸に沿った前記第３のゾーンから前記第３の時間期間内に予期されるようにして、前記第３の時間期間に生じるまたは該時間期間以降に生じる第３の時刻において第３の送信パルスを第２の軸に沿って送信させるステップを含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
商用の超音波スキャナの幾つかでは多重送信焦点ゾーンを使用している。こうしたスキャナの一例はゼネラル・エレクトリック社の商品名「Ｌｏｇｉｑ７００」である。しかし、多重送信焦点ゾーンを使用することには欠点がある、すなわち、焦点数を変更するとフレームレートに影響が及んでしまう。焦点ゾーンの数を多くする程、フレームレートがそれだけ遅くなる。
【０００２】
【発明の背景】
フレームレートを増加させるための一提案が米国特許第５，３０１，６７４号（発明者エリクソン等、１９９４年４月１２日発行）に記載されている。その図２Ｅには、パルス源からの距離を増加させながら様々な焦点ゾーンが１つの時点で１つの超音波送信パルスを受ける方法が図示されている。各超音波パルスの間には保護時間（ｇｕａｒｄ  ｔｉｍｅ）を使用しており、またそのタイミングは送信された各パルスに応答したエコーパルスが次の送信パルスの発生前に受信されるようにしている。
【０００３】
米国特許第５，３０１，６７４号の方式では、フレームレートを最新の超音波スキャナで必要となる程度までさせていない。本発明はこの問題に取り組み解決法を提供するものである。
【０００４】
【発明の概要】
好ましい実施の形態は、検査対象内の多重送信焦点ゾーンに超音波送信パルスを送信するための超音波スキャナにおいて有用である。こうした環境においては、この好ましい実施形態では、（好ましくは超音波トランスジューサを用いて）送信パルスの第１の超音波ビームを第１の軸に沿って送信し、かつ送信パルスの第２の超音波ビームを第１の軸から所定の距離だけ変位させた第２の軸に沿って送信することにより、送信パルスのフレームレートが改善される。これらの送信パルスに応答して対象からエコーパルスが受信される。トランスジューサに対しては、送信パルスのうちの第１のパルスを第１の軸に沿って送信させ、かつトランスジューサが前記第１の送信パルスからのエコーパルスを受信する前に前記送信パルスのうちの第２のパルスを第２の軸に沿って送信させるようにしている。トランスジューサはビーム形成装置により制御することが好ましい。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、焦点ゾーンをトランスジューサに対して所定の順序で配置させると共に、送信パルスはこの所定順序とは異なる順序で焦点ゾーンに対して送信される。
【０００６】
上記の技法を用いることによって、多重送信焦点ゾーン式の超音波スキャナのフレームレートを十分な程度まで増加させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、好ましい実施形態による超音波スキャナ１は、ビーム形成装置２０により動作させ、平行な軸Ａ１及びＡ２に沿って超音波送信パルスの超音波ビームＢ１及びＢ２を発生させるための超音波トランスジューサ１０を含んでいる。これらの送信パルスは、図示したように多重焦点ノードＦ１〜Ｆ６の位置に集束させている。これらの焦点ノードは図示したようにゾーンＺ１〜Ｚ３に位置している。軸Ａ１及びＡ２は、ゾーンＺ１の長さなどの送信焦点ゾーンの長さだけ離間させている。ゾーンＺ１〜Ｚ３は検査対象Ｓ内に来るように配置される。
【０００８】
多重送信焦点ゾーンを創出することができる超音波トランスジューサ及びビーム形成装置は当技術分野でよく知られている。こうしたトランスジューサ及びビーム形成装置は、例えば、米国特許第５，８６５，７５０号（発明者ハットフィールド等、１９９９年２月２日発行）に記載されている。この特許は、参照により本出願に取り入れる。
【０００９】
この好ましい実施形態によれば、従来のスキャナが単一送信ビームを発生させる時間内に多重送信ビームを発生させることによって、多重送信スキャンを使用してフレームレートを増加させている。多重送信ビームはゾーンＺ１の長さなどの送信焦点ゾーンの長さだけ離間させたトランスジューサ１０から伝播している。トランスジューサの励起シーケンスは、発生させる送信ビームが軸方向及び横方向の双方に分離するようにタイミングをとる。図１において、軸方向をＡＸで示し、横方向をＬＡで示している。ビーム・スキャンは１つの平行な受信線（図示せず）のみを使用してフレームレートの増加を達成させている。
【００１０】
３重焦点ゾーン・スキャンでは、送信焦点ゾーンＺ１〜Ｚ３を図１に示す各範囲に分布させている。送信パルスの送信ベクトル位置は、マトリックス規約を用いて表している。例えば、Ｖ２Ｚ３とラベル付けした送信焦点ゾーンは、軸Ａ２に沿って延びるベクトル２と、送信焦点ゾーンＺ３を表すＺ３とを意味している。この例において、従来のスキャナでは、トランスジューサ１０に最近位の送信ゾーン（ゾーンＺ１）は５０マイクロ秒の取得時間を要し、中間ゾーン（Ｚ２）は１００マイクロ秒の取得時間を要し、また最遠位ゾーン（Ｚ３）は１５０マイクロ秒の取得時間を要することになる。
【００１１】
好ましいスキャン形態のための励起シーケンスは、Ｖ２Ｚ３とラベル付けした（軸Ａ２に沿った）ベクトルＶ２に関する最遠位送信ゾーン（ゾーンＺ３）に対して第１の送信パルスを発生させることで開始させる。次いで５０マイクロ秒後に、Ｖ１Ｚ１とラベル付けした（軸Ａ１に沿った）ベクトルＶ１に関する最近位送信ゾーン（ゾーンＺ１）に対して第２の送信パルスを発生させる。次いで、焦点ゾーンＺ３及びＺ１の双方に対する受信エコーパルス信号を次の１００マイクロ秒にわたって収集する。この処理は、Ｖ１Ｚ３とラベル付けした（軸Ａ１に沿った）ベクトルＶ１に関する最遠位送信ゾーン（ゾーンＺ３）に対する送信シーケンス励起により反復する。次いで５０マイクロ秒後に、Ｖ２Ｚ１とラベル付けした（軸Ａ２に沿った）ベクトルＶ２に関する最近位送信ゾーン（ゾーンＺ１）に対する第２の送信パルスを発生させる。次いで、この焦点ゾーンの双方に対する受信エコーパルス信号を、次の１００マイクロ秒にわたって収集する。ベクトルＶ１及びＶ２に関するデータ収集を完了させるために、図１でＶ１Ｚ２及びＶ２Ｚ２とラベル付けした（それぞれ軸Ａ１及びＡ２に沿った）ベクトルＶ１及びＶ２に関する中間送信ゾーン（ゾーンＺ２）に対して、従来の送信を使用して収集を行う。図１に示すように、これらの焦点ゾーンは、トランスジューサ１０に対して、所定の順序（Ｚ１〜Ｚ３）で配列させる。送信パルスは各焦点ゾーンに対して別の順序（Ｚ３，Ｚ１，Ｚ２）で送信する。
【００１２】
図１の実施形態のためのタイミング図を図２に示す。図２の例において、この好ましい実施形態では、３重焦点ゾーン・ベクトルを２ベクトル収集するために５００マイクロ秒を要する。ゾーンＺ１はトランスジューサ１０から第１の距離範囲に位置させ、トランスジューサ１０の位置において０〜５０マイクロ秒の範囲内にゾーンＺ１からのエコーパルスの受信が期待されるようにしている。ゾーンＺ２はトランスジューサ１０から第２の距離範囲に位置させ、トランスジューサ１０の位置において５０〜１００マイクロ秒の範囲内にゾーンＺ２からのエコーパルスの受信が期待されるようにしている。ゾーンＺ３はトランスジューサ１０から第３の距離範囲に位置させ、トランスジューサ１０の位置において１００〜１５０マイクロ秒の範囲内にゾーンＺ３からのエコーパルスの受信が期待されるようにしている。
【００１３】
ビーム形成装置２０は、トランスジューサ１０に対して、時刻Ｔ１において軸Ａ２に沿って第１の送信パルスを送信させ、前記第１の送信パルスに応答した第１のエコーパルスがトランスジューサ１０の位置で軸Ａ２に沿ったゾーンＺ３から時刻Ｔ１後１００〜１５０マイクロ秒の範囲内に予期されるようにしている。次いで、ビーム形成装置２０は、トランスジューサ１０に対して、時刻Ｔ２において軸Ａ１に沿って第２の送信パルスを送信させ、前記第２の送信パルスに応答した第２のエコーパルスがトランスジューサ１０の位置で軸Ａ１に沿ったゾーンＺ１から、第１のエコーパルスがトランスジューサ１０の位置で軸Ａ２に沿ったゾーンＺ３から時刻Ｔ１後１００〜１５０マイクロ秒の時間期間に予期される前に、時刻Ｔ２後０〜５０マイクロ秒の時間期間に予期されるようにしている。
【００１４】
上記の手順は、時刻Ｔ３及びＴ４において、図２に示すようにそれぞれ軸Ａ１及びＡ２に沿って送信される追加の送信パルスに対して反復させる。
【００１５】
具体的には、ビーム形成装置２０は、トランスジューサ１０に対して、時刻Ｔ１後１００〜１５０マイクロ秒の時間期間で生じる、またはこの期間の後に生じる時刻Ｔ３において軸Ａ１に沿って第３の送信パルスを送信させ、前記第３の送信パルスに応答した第３のエコーパルスがトランスジューサ１０の位置で軸Ａ１に沿ったゾーンＺ３から時刻Ｔ３後１００〜１５０マイクロ秒の時間期間に予期されるようにしている。
【００１６】
ビーム形成装置２０は、トランスジューサ１０に対して、時刻Ｔ４において軸Ａ２に沿って第４の送信パルスを送信させ、トランスジューサ１０の位置で軸Ａ１に沿ったゾーンＺ３から第３のエコーパルスが予期される前に、第４のエコーパルスがトランスジューサ１０の位置で軸Ａ２に沿ったゾーンＺ１から予期されるようにしている。
【００１７】
ビーム形成装置２０は、トランスジューサ１０に対して、時刻Ｔ５において軸Ａ１に沿って第５の送信パルスを送信させ、第５のエコーパルスがトランスジューサ１０の位置で軸Ａ１に沿ったゾーンＺ２から時刻Ｔ５後５０〜１００マイクロ秒の時間期間内に予期されるようにしている。
【００１８】
ビーム形成装置２０は、トランスジューサ１０に対して、時刻Ｔ５後の５０〜１００マイクロ秒の時間の終了時点、またはこの期間の終了後に生じる時刻Ｔ６において、軸Ａ２に沿って第６の送信パルスを送信させ、第６のエコーパルスがトランスジューサ１０の位置で軸Ａ２に沿ったゾーンＺ２から時刻Ｔ６後５０〜１００マイクロ秒の時間期間内に予期されるようにしている。
【００１９】
図２に示すように、Ｔ１とＴ２の間の時間期間並びにＴ３とＴ４の間の時間期間は、時刻Ｔ２とＴ３の間の時間期間並びに時刻Ｔ４とＴ５の間の時間期間と比べてより短い。
【００２０】
これらの好ましい実施形態を添付の特許請求の範囲で規定した本発明の真の精神及び範囲を逸脱することなく変更及び修正することができることは当業者であれば理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って製作される装置の好ましい形態のブロック概要図、並びに本発明に従った超音波ビーム軸及び焦点ゾーンの好ましい配置を表したベクトル図である。
【図２】本発明に従った超音波送信パルスのタイミングの好ましい形態を表したベクトル・タイミング図（水平軸はマイクロ秒を単位とする時間を表している）である。
【符号の説明】
１  超音波スキャナ
１０  超音波トランスジューサ
２０  ビーム形成装置
Ａ１〜Ａ２  軸
Ｂ１〜Ｂ２  超音波ビーム
Ｆ１〜Ｆ６  多重焦点ノード
Ｓ  検査対象
Ｚ１〜Ｚ３  送信焦点ゾーン
【図１】
0004774158.tif 000002
【図２】
0004774158.tif 000003