(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査材料の超音波体積検査を行う方法であって、
方位角（Ｘ）及び仰角（Ｚ）方向に延びる２次元直線グリッドパターンで配置された複数の超音波素子（１０２）を含む２次元超音波フェーズドアレイ（１００）を提供する段階と、
前記超音波素子の各々に変調を加えて超音波走査ビーム（１０６）を形成する段階と、
前記超音波走査ビーム（１０６）を用いて前記検査材料の少なくとも一部分を調べる段階と、
を含み、
前記超音波素子（１０２）の列は、前記方位角（Ｘ）方向に延びる前記超音波フェーズドアレイ（１００）の中心軸の周りに対称的に配置され、
対称となる前記超音波素子（１０２）のペアは、リード線（１１２）によって１つの電子チャンネルに平行に接続され、
各超音波素子（１０２）は、前記方位角（Ｘ）方向に０．５〜７音響波長の寸法を有し、前記仰角（Ｚ）方向に０．５〜２０音響波長の寸法を有し、
前記超音波素子（１０２）は、前記仰角（Ｚ）方向の寸法が前記方位角（Ｘ）方向の寸法より大きいことを特徴とする、方法。
【請求項２】
各超音波素子（１０２）が、前記方位角（Ｘ）及び仰角（Ｚ）方向の少なくとも一方で前記超音波走査ビーム（１０６）を配向して、方位角−奥行き（Ｘ−Ｙ）平面及び仰角−奥行き（Ｚ−Ｙ）平面の少なくとも一方において焦点域を生成するよう操作可能であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
方位角（Ｘ）及び仰角（Ｚ）方向の少なくとも一方において前記超音波素子（１０２）を操作して、前記検査材料の種々のレベルで焦点域（Ｆ）を生成する段階を更に含む請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記超音波素子（１０２）の少なくとも１つが、発散超音波走査ビーム（１１０）を放出できることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
方位角−奥行き（Ｘ−Ｙ）平面及び仰角−奥行き（Ｚ−Ｙ）平面の少なくとも一方において別個の発散超音波走査ビーム（１１０）を形成する段階を更に含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記検査材料の少なくとも一部分を調べる段階が、均一ビーム音場を生成するように連続する発射を行う段階を含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記超音波走査ビーム（１０６）を方位角（Ｘ）、仰角（Ｚ）、及び奥行き（Ｙ）方向に操作して、前記検査材料の体積内の全ての点に均一で特定の走査ビームの少なくとも１つを生成する段階を更に含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記アパーチャ制御が、方位角（Ｘ）及び仰角（Ｚ）方向の少なくとも一方において前記２次元フェーズドアレイ（１００）のアパーチャ（１０４）を制御して、前記検査材料の体積内の全ての点に均一で特定の走査ビームの少なくとも１つを与えるようにすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
より大きな仰角ピッチを得ることを可能とするよう多重焦点レンズを超音波素子（１０２）上で用いることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
検査材料を検査するための２次元超音波フェーズドアレイ（１００）であって、
方位角（Ｘ）及び仰角（Ｚ）方向に延びる２次元直線グリッドパターンで配置された複数の超音波素子（１０２）を含み、
各超音波素子は、方位角（Ｘ）及び仰角（Ｚ）方向の双方に超音波走査ビームの形成を操作し、検査材料の体積全体に焦点特性を生成するよう別個にアドレッシング可能及び制御可能であり、
前記超音波素子（１０２）の列は、前記方位角（Ｘ）方向に延びる前記超音波フェーズドアレイ（１００）の中心軸の周りに対称的に配置され、
対称となる前記超音波素子（１０２）のペアは、リード線（１１２）によって１つの電子チャンネルに平行に接続され、
各超音波素子（１０２）は、前記方位角（Ｘ）方向に０．５〜７音響波長の寸法を有し、前記仰角（Ｚ）方向に０．５〜２０音響波長の寸法を有し、
前記超音波素子（１０２）は、前記仰角（Ｚ）方向の寸法が前記方位角（Ｘ）方向の寸法より大きい
ことを特徴とする２次元超音波フェーズドアレイ（１００）。
【請求項１１】
より大きな仰角ピッチを得ることを可能とする多重焦点レンズを超音波素子（１０２）上に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の２次元超音波フェーズドアレイ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイ超音波検査に関し、より具体的には、集束超音波ビームを用いる、材料又は試験片の体積の非破壊評価のための新規の２次元フェーズドアレイトランスデューサ及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばチタン、スチール、又はニッケル基の超合金などといった、ある程度の後方散乱を生成する材料を検査及び／又は試験する場合、超音波検査ビームの集束は、検査材料に含まれる欠陥から後方反映された信号を増強させ、また、検査材料によって生成されたノイズも低減する。これにより超音波表示全ての信号対雑音比（ＳＮＲ）が改善され、次いで欠陥検出性能及び検出確率（ＰＯＤ）が改善され、＃１（１／６４インチ）又は＃２（２／６４インチ）の平底穴に相当する反射率を有する欠陥検出を可能になる。このような検査は、航空機材料、特にジェットエンジンの回転部品に見られるものに必要とされることが多い。
【０００３】
しかしながら、これらの利点に加えて、高周波の音波を当てる材料の体積が低減すると、各超音波パルスで調べられた検査材料の体積もまた低減する。従って、多くの集束調査パルスが、被検査材料の体積を検査するのに必要とされる。従来の超音波手法は、一連の単一の素子である、球状集束プローブを用いる機械走査システムを含み、各プローブは材料内の異なる奥行きで集束され、個々のプローブ設定が隣とわずかに重なり合う焦点域を生成するように配置されて、関心のある全奥行きにわたって均一に高周波の音波を生成できるようにする。これらの個々の区域設定の各々は、次いで、材料の表面全体にわたって走査され、最終的には検査対象物の３次元体積データを生成するようにする。この技術は一般的に「マルチゾーン」検査と呼ばれ、特許文献１に開示されている。
【０００４】
このような技術の第１の欠点は、被検査材料の所定の体積域の全セットを設定し走査するのに要する時間である。別の欠点は、試験片の表面の表面湾曲又は他の複雑な幾何形状への適応が困難なことである。これには通常、材料の望ましい焦点特性を生成するためにカスタム・トランスデューサ又は複雑な反射鏡配置のいずれかの使用を必要とすることになる。従って、検査時間を短縮するために、集束ビームの走査する速度を早くしながら、重大な欠陥のＰＯＤにおける改善を維持し、且つ表面湾曲及び複雑な幾何形状に適応させることが望ましい。
【０００５】
フェーズドアレイは、電子的方法で且つ各発射を基準にして走査し焦点特性を操作する機能を有しており、従ってスキャナの機械動作及び従来のトランスデューサの固定焦点に置き換わるものとして認識される。従って、マルチゾーン法の複数機械設定及び複数トランスデューサを単一フェーズドアレイトランスデューサと置き換えること、及び検査時間の短縮の最終目標及び表面幾何形状への容易な適応の達成が考えられる。
【０００６】
フェーズドアレイが該アレイから有意な距離で集束ビームを生成する機能は、主にその素子構成及び照射される波長に対するアレイアパーチャの空間的広がりに依存する。集束はアパーチャの遠距離場では達成できないので、検査体積が集束ビームによって調査されることになる場合には、アパーチャの近距離場内に十分検査体積を置くことができるアレイを生成する必要がある。更に、材料の体積内で３次元方向で焦点幾何形状を生成し操作するためには、アレイ素子は少なくとも２次元パターンに配置される必要がある。大面積２次元アレイは、アレイを構成するための大面積素子及び／又はトランスデューサを必要とし、これは電子設計の制限が、アドレッシング及び位相同期化することができる素子及び／又はトランスデューサの数を固定化する傾向にあることによる。これらの比較的大きな素子及び／又はトランスデューサは、次いで、角度の範囲及び従って奥行きの範囲にわたって集束するこれらの性能を制限する、これら自体の指向関数を有することになる。
【特許文献１】米国特許第５，５３３，４０１号公報
【特許文献２】特開平０２−２３７３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、利用できる最先端のビームフォーミング性能の範囲内で有意に大きなトランスデューサ・アパーチャを達成するような独自のアレイ構造及び集束レンズに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、複数のトランスデューサから形成され、材料及び体積成分検査のための２次元超音波フェーズドアレイの適用を提供する。２次元アレイにより、アパーチャのサイズを方位角と仰角方向の双方で電子的に調整して、均一及び／又は特定の音場特性が被検査構成部品の任意の位置又は全ての位置で取得できるようになる。
【０００９】
１つの態様によれば、検査材料を検査するための２次元超音波フェーズドアレイが提供される。２次元フェーズドアレイは、方位角及び仰角方向に延びる２次元直線グリッドパターンで配置された複数の超音波素子を含むことができ、各超音波素子は、方位角及び仰角方向の双方に走査ビームの形成を操作し、検査材料の体積全体に焦点特性を生成するよう別個にアドレッシング可能及び制御可能である。１つの実施形態において、超音波素子はトランスデューサである。
【００１０】
本開示の別の態様によれば、検査材料の超音波体積検査を実施する方法が提供される。この方法は、２次元超音波フェーズドアレイを提供する段階を含む。フェーズドアレイは、方位角及び仰角方向に延びる２次元直線グリッドパターンで配置された複数の超音波素子を含む。この方法は更に、超音波素子の各々に変調を加えて走査ビームを形成する段階と、検査材料の少なくとも一部分に走査ビームを用いて調査する段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の上記の特徴及び利点は、同じ参照番号が幾つかの図全体を通して同じ要素を表す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を検討すると理解されるであろう。
【００１２】
最初に図１及び図２を参照すると、従来技術の１次元フェーズドアレイが全体的に番号１０で表される。図１に見られるように、フェーズドアレイ１０は、Ｘ方向（すなわち方位角方向）に延びる直線アレイのトランスデューサ１２を含む。各トランスデューサ１２は通常、方位角方向での幅が複数波長の４分の１であり、Ｚ方向（すなわち仰角方向）における幅が数十又は数百の音響波長である。
【００１３】
アレイ１０は、素子のグループを電子的にアドレッシングし、これに続いて発射することにより、複数のアパーチャ１４を画定するように構成可能である。例証の目的で、図１の指示された領域で１つのアパーチャ１４が識別される。アレイ１０のアパーチャ１４は通常、トランスデューサ１２の仰角幅に相当するＺ方向の固定寸法と、特定の発射中に起動するトランスデューサ１２の数に直接関連するＸ方向の可変寸法とを有する。アパーチャ１４は、解析対象の試験片（図示せず）に対して走査ビーム１６を生成するように構成され適合される。トランスデューサ１２の仰角方向における固定寸法及び焦点特性により、アパーチャ１４から放出される走査ビーム１６は、Ｚ方向に固定された焦点特性を有する。アパーチャのサイズ及び焦点特性を方位角及び／又は仰角方向で変更可能なる場合、アパーチャ１４から放出される走査ビーム１６は、Ｘ方向で可変の焦点特性を有する。
【００１４】
焦点特性は、本発明の利点を説明する目的のため、方位角−奥行き平面及び仰角−奥行き平面で別個に分離されるものとして説明される点に留意されたい。方位角及び仰角特性は、実際は本質的に３次元である焦点特性を形成するように共に作用することが認識及び意図される。焦点特性は、方位角−奥行き平面及び仰角−奥行き平面において電子的な意味で該特性を有意に変更することが可能であるという視点から分離されると考えられる。
【００１５】
図２で分かるように、各トランスデューサ１２は、検査材料に対して仰角でビーム１６を集束させるよう構成され、及び寸法にされたレンズ１８を備えることができる。
【００１６】
従って、使用中、アレイ１０のアパーチャ１４は、Ｘ方向にサイズを決められるのみであり、焦点原理はＸ方向にのみ適用することができる。更に、図１及び図２で見られるように、アレイ１０は、Ｘ方向の電子走査用に構成され、Ｙ方向に種々の焦点域「Ｆ１−３」を生成することができると共に、各トランスデューサ１２のレンズ１８は、Ｙ方向に１つの焦点域「Ｆ２」を生成するようにＺ方向に走査ビーム１６を集束することだけが可能である。
【００１７】
すなわち、トランスデューサ１２の構成及び寸法により、ビーム１６はＸ−Ｙ平面（すなわち方位角−奥行き平面）で形成され、Ｘ−Ｙ平面に多数の焦点域「Ｆ１−３」を設けることができる。ビーム１６は、Ｚ−Ｙ平面（すなわち仰角−奥行き平面）において、アレイ１０の物理的特性（すなわちレンズ、焦点の長さ、周波数など）に基づいて決定されるので、ビーム１６の特性は、Ｚ方向において、アレイ１０の物理的変化が無ければ１つの奥行きに対して最適化することができるのみである。従って、１つの焦点域Ｆ２はＺ−Ｙ平面内に生成される。
【００１８】
以下により詳細に説明するように、本開示は、２次元直線グリッドパターンで配列された複数の小型超音波トランスデューサを含むフェーズドアレイに関する。トランスデューサは個別にアドレッシング可能であり、従ってフェーズドアレイ・ビームフォーミング／イメージング・システムを用いて電子的に制御可能である。トランスデューサのパターン及びアレイの焦点特性は、動的電子ビームフォーミング、及び方位角と仰角方向双方のアパーチャ制御を用いる機能を備えるように選択され、試験及び／又は検査されることになる材料の全体積にわたる均一な焦点特性をもたらす。
【００１９】
更に、２次元フェーズドアレイは、本開示によれば、トランスデューサの大きなアレイを用いて有意な範囲の奥行きにわたる焦点を生成することが可能となる。これにより、従来の超音波フェーズドアレイの範囲及び解像度の改善と、検査及び／又は試験速度の改善と、検査材料の表面幾何形状を補正する機能と、複数の従来のプローブとは対照的に１つの２次元フェーズドアレイプローブを使用可能であることが得られる。
【００２０】
２次元フェーズドアレイを検査対象の体積成分及び／又は材料に適用することにより、球状に集束されたトランスデューサによって生成されたものに相当する、焦点特性の収集が可能となる。また、２次元フェーズドアレイの適用により、検査対象の材料に関する１次元及び２次元表面湾曲又は他の複雑な幾何形状を電子的に補正することが可能である。
【００２１】
図３から図９を参照すると、最初に図３及び図４では、本開示の実施形態による２次元フェーズドアレイが全体的に１００で表されている。２次元フェーズドアレイ１００は、超音波素子１０２の直線アレイを含むが、好ましくは圧電トランスデューサ及び同様のものを含む。トランスデューサ１０２は、Ｘ方向（すなわち方位角方向）及びＺ方向（すなわち仰角方向）の双方で延びる。トランスデューサ１０２の例示的な実施例は特開平０２−２３７３９７号公報に開示されている。
【００２２】
各トランスデューサ１０２は、マルチプレクサ（図示せず）を通じて、独立したパルサ／受信器／ビームフォーマ・チャンネルに個別に配線及び接続することができ、各トランスデューサ１０２が時間、周波数、位相、振幅、帯域幅などにおいて電子的に変調することができるようになる。従って、トランスデューサ１０２のグループは、図３の指示領域で認識されるアパーチャ１０４を形成するのに用いることができる。アレイ１００のアパーチャ１０４は、特定の走査中にＺ方向で作動するトランスデューサ１０２の数に直接関連するＺ方向の可変寸法、及び特定の走査中にＸ方向で作動するトランスデューサ１０２の数に直接関連するＸ方向の可変寸法を有する。
【００２３】
フェーズドアレイ１００は別個の超音波トランスデューサ１０２の収集から形成することができるか、或いは、従来通りに、フェーズドアレイ１００は、各々が別個の超音波構成部品として構成され、且つ各々が少なくとも電子的に独立し望ましくは機械的には独立していない複数の構成要素を含む１つの機械構成部品から構成することができると考えられる。
【００２４】
アパーチャ１０４の個々のトランスデューサ１０２に変調を加えることにより、解析対象の検査材料（図示せず）の一部を調査する機能を有する超音波走査ビーム１０６を形成することができる。例えば、トランスデューサ１０２は、走査ビーム１０６を必要に応じてステアリングして集束することができるような方法で変調することができる。
【００２５】
大きなサイズのアパーチャ１０４を形成するために、アレイ１００のＺ、すなわち仰角方向におけるトランスデューサ１０２の寸法は、Ｘすなわち方位角方向におけるトランスデューサ１０２の寸法よりも大きくすることができる。従って、各トランスデューサ１０２は、約０．５音響波長から約７音響波長の程度である、Ｘすなわち方位角方向の寸法を有することができる。各トランスデューサ１０２は、約０．５音響波長から約２０音響波長の程度である、Ｚすなわち仰角方向における寸法を有することができることが更に想定される。
【００２６】
図６で分かるように、トランスデューサ１０２の寸法がＺ方向で比較的小さいことにより、個々のトランスデューサ１０２から放出されるそれぞれの超音波ビーム１１０を発散させることが可能になる。従って、各トランスデューサ１０２によって生成される音場は、アパーチャ１０４内の他のトランスデューサ１０２によって生成される音場と相互に作用しあう。
【００２７】
トランスデューサ１０２はＺ方向の寸法がより大きいので、より狭い超音波ビーム１１０がそこから放出される。従って、トランスデューサ１０２は、従来のトランスデューサに比べてより大きな発散を生じる。しかしながら、これらのトランスデューサの発散は、関心のある焦点を包含するほど大きくはできない。このようにして、各トランスデューサ１０２は、走査が実施されることになる近接位置に配向することができる。各トランスデューサ１０２は、以下でより詳細に説明するように、集束レンズ１０８を用いて、又は仰角平面でアレイ１００を湾曲することにより配向することができる。
【００２８】
図４で分かるように、集束レンズ１０８は、アパーチャ１０４をＺ方向に横断して延びるものとして備えることができる。レンズ１０８は、Ｚ方向にトランスデューサ１０２全体を横断して延びるように示されているが、各トランスデューサ１０２についてそれぞれにレンズ１０８が備えられるか、或いは１つ又は複数のトランスデューサ１０２を横断して延びるレンズ１０８を備えることが想定され、これは本開示の範囲内にある。
【００２９】
従って、使用中、アレイ１００のアパーチャ１０４は、Ｘ及びＺ方向双方で大きさを定められ、且つ焦点原理を双方向に適用することができる。更に、図３及び図４で分かるように、アレイ１００は、Ｘ方向の電子走査を行うように構成され、Ｘ−Ｙ平面及びＺ−Ｙ平面双方における種々のレベル及び／又は奥行きにおいて焦点及び／又は焦点域「Ｆ１−３」を生成することができる。
【００３０】
２次元直線フェーズドアレイ１００は、フェーズドアレイ１００がＸ及びＺ方向双方に延びる複数の別個のトランスデューサ１０２に分離及び／又は分割されるという点で１次元直線アレイ１０に改善をもたらす。従って、走査ビーム１０６は、Ｘ−Ｙ平面（すなわち方位角−奥行き平面）及びＺ−Ｙ平面（すなわち仰角−奥行き平面）双方で形成することができる。これにより、焦点深度、ステアリング角、及び焦点幾何寸法に関して走査ビーム１０６の３次元制御が可能になる。
【００３１】
アパーチャ１０４の制御もまた、走査ビーム１０６の形成に寄与する。アレイ１００のアパーチャ１０４は、アレイ１００の特定のトランスデューサ１０２へ位相チャンネルを接続するように走査ビーム１０６を多重化することにより選択することができる。トランスデューサ１０２の２次元直線パターンを考えると、アパーチャ１０４のサイズは、Ｘ及びＺ方向双方に制御及び／又は調整することができる。更に、アパーチャ１０４の形状は、選択されたトランスデューサ１０２を単純に作動させることにより、長方形、四角形、円形、半円形、楕円形、三角形、台形、菱形、及び任意のこれらの組合せに近似することができる。
【００３２】
上記の特徴を考慮して、アレイ１００により、走査ビーム１０６のサイズ及び／又は形状、並びにＸ−Ｙ平面及びＺ−Ｙ平面で生成される焦点域の数を制御することができる。
【００３３】
本開示の１つの実施形態において、図５で分かるように、仰角寸法は集束に唯一必要とされ、Ｚ−Ｙ平面における走査ビーム１０６のステアリングを行うのには必要ではない。従って、トランスデューサ１０２の列がＸ方向に延びるアレイ１００の中央軸の周りに対称的に配置され、対称的なトランスデューサペア１０２が、リード線１１２によって１つの電子チャンネル（図示せず）に平行に電子的に接続されるように、アレイ１００を構成することが可能である。有効なビームフォーマ・チャンネルの数が２分の１だけ小さくなるという点で、これは有益である。逆に、所定のシステム内で使用できるビームフォーマ・チャンネルの最大数を考えると、生成することができるアパーチャ１０４のサイズが２倍に増える。このようにして構成されたアレイは、１．５次元（１．５Ｄ）アレイと呼ばれる。１．５Ｄ配線構造の使用は、検査に必要な焦点特性を生成するのに十分なサイズのアパーチャ１０４を生成するのに必要とされる有効チャンネル数全体を低減する。
【００３４】
別の実施形態において、アレイ１００は、Ｚ方向に事前集束することができる。これは、音響レンズ（図示せず）をトランスデューサ１０２のＺ方向に加えることにより、或いはトランスデューサ１０２を物理的に湾曲することにより達成することができる。これにより、トランスデューサ１０２のＺ方向におけるサイズを効果的に増加させることができ、これは、素子が公称上操作に必要とされる方向に集束及びステアリングされることによる。また、この作成技術により、所定数のビームフォーマ・チャンネルを用いる従来のアパーチャより大きなアパーチャ１０４の構成が可能になる。
【００３５】
更に別の実施形態において、トランスデューサ１０２及び／又はレンズ１０８の焦点幾何形状は、トランスデューサ１０２の各列に対して独自に規定される。例えば、トランスデューサ１０２及び／又はレンズ１０８は、図７、図８及び図９に示されるように、凹面、凸面、線形及び／又は平凹面形状を有することができる。またこれにより、Ｚ方向の各列を操作の最適点へ公称上ステアリングし集束することに起因してトランスデューサ１０２のサイズをＺ方向において大きくすることができる。これは、ビームフォーミングチャンネルの有限数を考えるとアパーチャ１０４のサイズを大きくする。レンズ１０８はＺ方向においてトランスデューサ１０２全体を横断して延びるように示されるが、それぞれのレンズ１０８を各トランスデューサ１０２に対して備えること、或いは１つ又は複数のトランスデューサ１０２より多くを横断して延びるレンズ１０８を備えることが想定され、これは本開示の範囲内にある。
【００３６】
更なる実施形態において、トランスデューサ１０２の総数は、ビームフォーミングチャンネルよりはるかに多い。従って、トランスデューサ１０２はマルチプレクサ（図示せず）を通ってビームフォーミングチャンネルへ接続される。これにより、アパーチャ１０４は、機械走査を必要とする代わりにトランスデューサ１０２を通して電子的に走査することができる。
【００３７】
図７から図９を参照すると、本開示の実施形態による特徴的な焦点域を生成する種々の超音波走査ビームの図が示される。図７で分かるように、アレイ１００は、アレイ１００の動作範囲にわたって一定のＦ／Ｄ比を生成するように構成及び寸法決めされた平凹面レンズ１０８ａを含む。具体的には、レンズ１０８ａは、超音波ビーム１１０を操作するように構成及び寸法決めされて、均一サイズの焦点域「Ｆ」を走査ビーム１０６に生成する。
【００３８】
図８で分かるように、アレイ１００は、増加Ｆ／Ｄ比をアレイ１００の動作範囲にわたって生成するように構成及び寸法決めされた平凹面レンズ１０８ｂを含む。具体的には、レンズ１０８ｂは、超音波ビーム１１０を操作するように構成されて寸法決めされ、走査ビーム１０６においてサイズを増大させ、及び／又は焦点域「Ｆ」を発散させる。
【００３９】
図９で分かるように、アレイ１００は、減少Ｆ／Ｄ比をアレイ１００の動作範囲にわたって生成するように構成及び寸法決めされた平凹面レンズ１０８ｃを含む。具体的には、レンズ１０８ｃは、超音波ビーム１１０を操作するように構成及び寸法決めされ、走査ビーム１０６においてサイズを低減し、及び／又は焦点域「Ｆ」を集束させる。
【００４０】
図７から図９では平凹面レンズ１０８ａから１０８ｃを示しているが、平凹面レンズ１０８ａから１０８ｃは、平凸面レンズ、又は超音波トランスデューサ設計の標準的な手法と一致する類似の形状の部品と置き換えることがことができることが想定され、これは本開示の範囲内にある。
【００４１】
好ましくは、例えば平凹面レンズのような多重焦点レンズであるレンズ１０８をトランスデューサ１０２上で用いることにより、トランスデューサ１０２の仰角列を事前集束して大きな仰角ピッチが可能になるようにし、これにより、検査及び／又は試験に必要な焦点特性の生成に十分なサイズのアパーチャ１０４を生成するのに必要とされる有効チャンネル数全体を低減する。アレイ１００は、凹面形、線形、凸面形の複数の部分を有し、対応する方位角電子焦点と組合わせて用いて、単一素子の従来型トランスデューサの球状、アキシコン、及びトロイダル焦点形状に匹敵するレンズを生成するレンズ１０８を備えることができる。
【００４２】
上記の開示は直線のパターン／配置を有するフェーズドアレイに関するが、例えば、互い違い、段付き、オフセット及び同様のものなどの非直線パターン／配置を有するフェーズドアレイを備えることが想定され、これは本開示の範囲内にある。更に、素子の形状は矩形ではなく、円形、楕円形、台形、又は三角形とすることができる。最後に、上記の開示では、素子が連続して且つ密集して配置された２次元トランスデューサを記載している。また、アパーチャサイズを最大にするために、トランスデューサは比較的大きな間隔を開けて、又はまばらに配置することができることが想定される。
【００４３】
本発明の好ましい形態及び実施形態を本明細書で説明及び記載してきたが、上述の本発明の概念及び精神から逸脱することなく種々の変更及び修正を行い得る。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術の１次元フェーズドアレイの概略図。
【図２】図１の１次元フェーズドアレイの概略側面図。
【図３】本開示の実施形態による２次元フェーズドアレイの概略図。
【図４】図３の２次元フェーズドアレイの概略側面図。
【図５】アレイの方位角中央線の周りに対称であるトランスデューサ素子のペア間の電子的接続を示す、１．５次元フェーズドアレイ構造の概略側面図。
【図６】多重焦点域の生成を示す図３及び図４の２次元フェーズドアレイの拡大概略側面図。
【図７】一定Ｆ／Ｄ比を生成するための平凹面及び／又は平凸面部分を有する焦点レンズを含む、図６の２次元フェーズドアレイの拡大概略側面図。
【図８】増加Ｆ／Ｄ比を生成するための平凹面及び／又は平凸面部分を有する焦点レンズを含む、図６の２次元フェーズドアレイの拡大概略側面図。
【図９】減少Ｆ／Ｄ比を生成するための平凹面及び／又は平凸面部分を有する焦点レンズを含む、図６の２次元フェーズドアレイの拡大概略側面図。
【符号の説明】
【００４５】
１００  ２次元フェーズドアレイ
１０２  超音波素子（トランスデューサ）
１０４  アパーチャ
１０６  走査ビーム
【図１】
0004728620.tif 000002
【図２】
0004728620.tif 000003
【図３】
0004728620.tif 000004
【図４】
0004728620.tif 000005
【図５】
0004728620.tif 000006
【図６】
0004728620.tif 000007
【図７】
0004728620.tif 000008
【図８】
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【図９】
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