(57)【要約】【課題】  １）良好な受信振幅と、２）送受信波形の比較・解析の容易性とを両立させることのできる送信波パルスを作成すること。【解決手段】  被検体Ｗに超音波の送信波パルスを入射し、探触子９で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析することで被検体Ｗを計測又は検査するための前記送信波パルスを、正弦波又は余弦波の三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することによって作成する。【選択図】図１
2005308693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波の送信波パルスを入射し、探触子で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析することで前記被検体を計測又は検査するための前記送信波パルスを、正弦波又は余弦波の三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することによって作成することを特徴とする送信波作成装置。
【請求項２】
送信波スペクトラムと前記設定された周波数帯域との両者の差が、両者の近似条件である近似差分条件を満たす前記正規分布関数を算出する算出手段を備え、
前記算出手段により算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数波を振幅変調して前記送信波パルスを作成することを特徴とする請求項１に記載の送信波作成装置。
【請求項３】
前記探触子の周波数特性を設定する探触子特性設定手段と、
前記設定された周波数特性の中で所定の高利得値を示す周波数を中心周波数とする三角関数を算出する三角関数算出手段と、
前記算出された三角関数に従った三角関数波を前記振幅変調することで作成される送信波パルスのスペクトラムのうち、前記設定された周波数特性の最大利得から−４０ｄＢ以内の利得を示す周波数帯域内に、最大利得周波数を中心とする標準偏差範囲部分が含まれる前記正規分布関数を算出する算出手段と、
を備え、前記算出手段により算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数算出手段により算出された三角関数に従った三角関数波を振幅変調することにより前記送信波パルスを作成することを特徴とする請求項１に記載の送信波作成装置。
【請求項４】
相互相関法を用いた比較演算により前記受信波の波形と前記送信波パルスの波形とを比較することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の送信波作成装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の送信波作成装置を具備し、前記送信波作成装置によって作成された送信波パルスを被検体に入射し、探触子で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析することで前記被検体を計測又は検査する非破壊計測／検査システム。
【請求項６】
被検体に超音波の送信波パルスを入射し、探触子で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析することで前記被検体を計測又は検査するための前記送信波パルスを、正弦波又は余弦波の三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することによって作成することを特徴とする送信波作成方法。
【請求項７】
送信波スペクトラムと前記設定された周波数帯域との両者の差が、両者の近似条件である近似差分条件を満たす前記正規分布関数を算出する算出ステップを含み、
前記算出ステップにおいて算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数波を振幅変調して前記送信波パルスを作成することを特徴とする請求項６に記載の送信波作成方法。
【請求項８】
前記探触子の周波数特性を設定する探触子特性設定ステップと、
前記設定された周波数特性の中で所定の高利得値を示す周波数を中心周波数とする三角関数を算出する三角関数算出ステップと、
前記算出された三角関数に従った三角関数波を前記振幅変調することで作成される送信波パルスのスペクトラムのうち、前記設定された周波数特性の最大利得から−４０ｄＢ以内の利得を示す周波数帯域内に、最大利得周波数を中心とする標準偏差範囲部分が含まれる前記正規分布関数を算出する算出ステップと、
を含み、前記算出ステップにおいて算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数算出ステップにおいて算出された三角関数に従った三角関数波を振幅変調することにより前記送信波パルスを作成することを特徴とする請求項６に記載の送信波作成方法。
【請求項９】
相互相関法を用いた比較演算により前記受信波の波形と前記送信波パルスの波形とを比較することを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の送信波作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に超音波の送信波パルスを入射し、探触子で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析して前記被検体を計測又は検査するための前記送信波パルスを作成する送信波作成装置及び送信波作成方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように、被検体に超音波を入射し、透過した超音波或いは反射した超音波を受信することで、被検体の性質（厚さや材質等）を計測したり、いわゆる探傷等と呼ばれる被検体の内部欠陥やひび割れ等の検査を行ったりする技術が知られている。
【特許文献１】特開２００１−１５３８４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４９４４号公報
【０００３】
この超音波を利用した非破壊計測又は非破壊検査（以下、「非破壊計測／検査」という。）で用いられる送信波パルスは、単一周波数で一定振幅の波形である正弦波を所定周期分（例えば１０周期）用いたバースト波であったり、スパイク波やインパルス波と呼ばれる時間幅の狭いスクエアパルス波であるのが一般的であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したバースト波を利用した場合、探触子の周波数特性（周波数帯域）の中心周波数をバースト波の周波数とすることで、大きな受信振幅が得られることが知られている。しかし、波形の時間幅（所定周期の時間）が広いために送信波形と受信波形との比較・解析が困難な場合が多い。
【０００５】
一方、スクエアパルス波を利用した場合、波形の時間幅が狭いために送信波形と受信波形との比較・解析が比較的容易であるが、ホワイトノイズのように周波数特性（周波数帯域）が広いために、探触子にとって不得意な周波数帯においてはエネルギーのロスとなり、得られる受信振幅が小さくなっていた。
【０００６】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、１）良好な受信振幅と、２）送受信波形の比較・解析の容易性とを両立させることのできる送信波を作成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第１の発明は、
被検体に超音波の送信波パルスを入射し、探触子で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析することで前記被検体を計測又は検査するための前記送信波パルスを、正弦波又は余弦波の三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することによって作成することを特徴とする送信波作成装置（例えば、図１の送信波作成装置４）である。
【０００８】
また、第６の発明は、被検体に超音波の送信波パルスを入射し、探触子で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析することで前記被検体を計測又は検査するための前記送信波パルスを、正弦波又は余弦波の三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することによって作成することを特徴とする送信波作成方法である。
【０００９】
この第１又は第６の発明によれば、送信波パルスは三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することで作成されるため、その包絡線は正規分布関数に従った形状を成す。すなわち、送信波パルスは、正規分布関数の平均に対応する部分で最大振幅となる波形となり、その最大振幅の時点から前後離れるに従って徐々に振幅が減少する波形となる。よって、従来のバースト波と同様、一定の時間幅を有する波形であるために大きな受信振幅が得られ、且つ、その特徴的な波形形状から送受信波形の比較・解析の容易性が担保される。このため非破壊計測／検査に好適な波形を作成することができる。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明の送信波作成装置において、
送信波スペクトラムと前記設定された周波数帯域との両者の差が、両者の近似条件である近似差分条件を満たす前記正規分布関数を算出する算出手段（例えば、図２のＣＰＵ４１，図５のステップＡ５）を備え、
前記算出手段により算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数波を振幅変調して前記送信波パルスを作成することを特徴とする送信波作成装置である。
【００１１】
また、第７の発明は、第６の発明の送信波作成方法において、
送信波スペクトラムと前記設定された周波数帯域との両者の差が、両者の近似条件である近似差分条件を満たす前記正規分布関数を算出する算出ステップ（例えば、図５のステップＡ５）を含み、
前記算出ステップにおいて算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数波を振幅変調して前記送信波パルスを作成することを特徴とする送信波作成方法である。
【００１２】
この第２又は第７の発明によれば、送信波スペクトラムと探触子の周波数帯域とが近似する正規分布関数に従った正規分布関数波で振幅変調した送信波パルスが作成されるため、探触子によるエネルギーのロスを一層抑制し、探触子に適応した送信波パルスを作成することができる。
【００１３】
また、第３の発明は、第１の発明の送信波作成装置において、
前記探触子の周波数特性を設定する探触子特性設定手段（例えば、図２のＣＰＵ４１，図５のステップＡ１）と、
前記設定された周波数特性の中で所定の高利得値を示す周波数を中心周波数とする三角関数を算出する三角関数算出手段（例えば、図２のＣＰＵ４１，図５のステップＡ３）と、
前記算出された三角関数に従った三角関数波を前記振幅変調することで作成される送信波パルスのスペクトラムのうち、前記設定された周波数特性の最大利得から−４０ｄＢ以内の利得を示す周波数帯域内に、最大利得周波数を中心とする標準偏差範囲部分が含まれる前記正規分布関数を算出する算出手段（例えば、図２のＣＰＵ４１，図５のステップＡ５）と、
を備え、前記算出手段により算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数算出手段により算出された三角関数に従った三角関数波を振幅変調することにより前記送信波パルスを作成することを特徴とする送信波作成装置である。
【００１４】
また、第８の発明は、第６の発明の送信波作成方法において、
前記探触子の周波数特性を設定する探触子特性設定ステップ（例えば、図５のステップＡ１）と、
前記設定された周波数特性の中で所定の高利得値を示す周波数を中心周波数とする三角関数を算出する三角関数算出ステップ（例えば、図５のステップＡ３）と、
前記算出された三角関数に従った三角関数波を前記振幅変調することで作成される送信波パルスのスペクトラムのうち、前記設定された周波数特性の最大利得から−４０ｄＢ以内の利得を示す周波数帯域内に、最大利得周波数を中心とする標準偏差範囲部分が含まれる前記正規分布関数を算出する算出ステップ（例えば、図５のステップＡ５）と、
を含み、前記算出ステップにおいて算出された正規分布関数に従った正規分布関数波で前記三角関数算出ステップにおいて算出された三角関数に従った三角関数波を振幅変調することにより前記送信波パルスを作成することを特徴とする送信波作成方法である。
【００１５】
この第３又は第８の発明によれば、三角関数波は、中心周波数が探触子の周波数特性の中で所定の高利得値（例えば最大利得値）の関数波となる。また、送信波スペクトラムのうち、探触子の周波数特性の最大利得から−４０ｄＢ以内に相当する部分が、最大利得周波数を中心とする２倍の標準偏差範囲（標準偏差をＳＤとすると、最大利得周波数を中心として−ＳＤ〜＋ＳＤの範囲）内となる正規分布関数で三角関数波が振幅変調されて送信波パルスが作成される。従って、送信波パルスのエネルギーの過半が探触子にとって好適な周波数特性内となるため、非破壊計測／検査に用いられる探触子に適応した送信波パルスを作成することができる。
【００１６】
また、第４の発明は、第１〜第３の何れか一の発明の送信波作成装置を、相互相関法を用いた比較演算により前記受信波の波形と前記送信波パルスの波形とを比較するように構成したものである。
【００１７】
また、第９の発明は、第６〜第８の何れか一の発明の送信波作成方法を、相互相関法を用いた比較演算により前記受信波の波形と前記送信波パルスの波形とを比較するようにしたものである。
【００１８】
送信波パルスは三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することで作成される。第４又は第９の発明によれば、その送信波パルスの特徴的な波形形状に見合った比較判定である相互相関法により、合理的な送受信波形の比較判定を実現できる。
【００１９】
また、第５の発明は、第１〜第４の何れか一の発明の超音波送信波作成装置を具備し、前記送信波作成装置によって作成された送信波パルスを被検体に入射し、探触子で受信した受信波の波形を前記送信波パルスの波形と比較・解析することで前記被検体を計測又は検査する非破壊計測／検査システム（例えば、図１の非破壊計測／検査システム１）である。
【００２０】
この第５の発明によれば、第１〜第４の発明の超音波送信波作成装置を具備した非破壊計測／検査システムを実現できるため、１）良好な受信振幅と、２）送受信波形の比較・解析の容易性とを兼ね備えた送信波パルスでもって非破壊計測／検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、大きな受信振幅が得られ、且つ、その特徴的な波形形状から送受信波形の比較・解析の容易性を担保できる送信波パルスを作成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明を適用した非破壊計測／検査システムについて説明する。
図１は、本実施形態の非破壊計測／検査システム１の構成を示すブロック図である。非破壊計測／検査システム１は、超音波送受信装置３と、探触子９と、比較解析装置５と、表示装置７とを備えて構成されており、探触子９から被検体Ｗに超音波を入射させ、被検体Ｗの中で反射、散乱された超音波を探触子９で受信し、比較解析装置５が送信波パルスと受信波とを比較し、被検体Ｗ中での超音波伝播速度、振幅変化の度合などを解析することで被検体Ｗの性質を計測したり検査したりするシステムである。具体的な用途は従来の非破壊計測／検査システムと同様である。なお、非破壊計測／検査システム１は、勿論計測のみを行うシステムであっても良いし、検査のみを行うシステムであってもよい。また、探触子９は、送受信両用とすることとして説明するが、送信用の探触子と受信用の探触子とを別個に備える構成としてもよい。その場合、計測／検査においては、送信用の探触子から入射され被検体Ｗを透過した超音波を受信用の探触子が受信することとしてもよいことは勿論である。
【００２３】
探触子９は、超音波送受信装置３から入力される電気信号の振幅振動を機械振動に変えて超音波を発生させて被検体Ｗに入射する発信器の機能と、被検体Ｗから伝播された機械振動を電気信号に変換して超音波送受信装置３へ出力する受信器の機能とを有する公知の探触子である。上述した通り、受信用の探触子と送信用の探触子を別個独立に備えることとしてもよい。
【００２４】
超音波送受信装置３は、探触子９に超音波を発生させるための電気信号（以下、「送信波パルス」という。）を作成して出力し、又探触子９から入力される電気信号（以下、「受信波」という。）を保持し、送受信それぞれの信号波を比較解析装置５と表示装置７に出力する装置である。また超音波送受信装置３は、本実施形態の特徴の１つである送信波作成装置４を備える。この送信波作成装置４については後述する。
【００２５】
表示装置７は、オシロスコープ等で構成されており、送信波パルスの波形と受信波の波形とを表示する。
【００２６】
比較解析装置５は、送信波パルスの波形（以下、「送信波形」という。）と受信波の波形（以下、「受信波形」という。）とを比較することにより、送受信信号のタイムラグや、被検体Ｗ中での超音波伝播速度、振幅変化の度合などを解析する装置である。送信波形と受信波形との比較演算は何れの公知の手法を用いてもよいが、例えば、波形形状の比較を簡易かつ的確に判定できる相互相関法による演算によれば、本実施形態の特徴的な送信波形に好適な比較演算を実現し得る。詳細には後述するが、本実施形態による送信波形は、三角関数波を正規分布関数で振幅変調した波形である。
【００２７】
図２は、超音波送受信装置３が備える送信波作成装置４の構成を示すブロック図である。送信波作成装置４は、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭやＲＡＭ等で構成されるメモリ４２と、入力ボタン等で構成される入力部４７と、入力された内容等を表示する表示部４８と、探触子９や比較解析装置５、表示装置７と通信するための通信部４９等を備えて構成されている。送信波作成装置４のハードウェア自体は、超音波送受信装置３と兼用するものであるため、同図における機能ブロックは超音波送受信装置３と同様のものとなっている。但し、ＣＰＵ４１がプログラム等を実行することにより、そのハードウェア構成が送信波作成装置４として機能するものである。
【００２８】
メモリ４２は、送信波作成プログラム４２１と正規分布関数算出プログラム４２２とを記憶する。また、送信波作成処理において随時設定・変更される各種のデータを格納する格納領域として探触子周波数特性格納領域４２３、三角関数Ｆa（ｔ）格納領域４２４、正規分布関数候補Ｆb1（ｔ，σ）格納領域４２５、正規分布関数仮候補Ｆb2（ｔ，σ）格納領域４２６、正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）格納領域４２７、標準偏差候補σk格納領域４２８、平均候補ｔk格納領域４２９、標準偏差σ格納領域４３０、平均ｔc格納領域４３１、送信波関数候補Ｇ1（ｔ，σ）格納領域４３２、送信波関数Ｇ（ｔ，σ）格納領域４３５、差分候補ｃk格納領域４３３、差分ｃ格納領域４３４等を備える。
【００２９】
ここで、正弦波、正規分布関数波（正規分布関数による波形。以下同じ。）及び送信波パルスについて説明する。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ正弦波、正規分布関数波及び送信波パルスの各波形の一例を示す図である。正弦波は以下の（１）式に示す三角関数Ｆa（ｔ）に従って生成される。三角関数Ｆa（ｔ）は送信波作成処理において決定される。
【数１】
2005308693.tif 000003
ここで、ｆcは中心周波数である。
【００３０】
正規分布関数波は以下の（２）式に示す正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）に従って生成される。正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）は正規分布関数算出処理において算出される関数である。
【数２】
2005308693.tif 000004
平均ｔcと標準偏差σの決定方法については詳細に後述する。また、正規分布関数候補Ｆb1（ｔ，σ）や、正規分布関数仮候補Ｆb2（ｔ，σ）も同様の式である。
【００３１】
三角関数Ｆa（ｔ）と正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）とを乗算することにより送信波関数Ｇ（ｔ，σ）が得られる。
【数３】
2005308693.tif 000005
送信波関数Ｇ（ｔ）に従った送信波パルスの波形が図３（ｃ）である。送信波パルスの包絡線が正規分布関数波の形状を成していることが分かる。なお、送信波関数候補Ｇ1（ｔ，σ）も同様の式である。
【００３２】
ここで、標準偏差σの大きさによって正規分布曲線の形状がどのように変化するかについて図を参照して説明する。図４は、標準偏差σの大小２つの値を取った場合の正規分布関数波、送信波パルス、及び送信波関数をＦＦＴ処理した送信波スペクトラム（複素帯域曲線関数）を示す図である。
【００３３】
同図（ａ）及び（ｂ）が標準偏差σが大きい場合、同図（ｃ）及び（ｄ）が標準偏差σが小さい場合を示す。また、同図（ａ）及び（ｃ）中の振幅変調波が送信波パルスを、包絡線が正規分布関数波を示す。また、同図（ｂ）及び（ｄ）が、それぞれ（ａ）及び（ｃ）の送信波パルスの送信波スペクトラムである。同図から分かるように、標準偏差σが小さい場合、包絡線の時間幅は狭くなり、周波数帯域は広帯域となる。
【００３４】
次に、本実施形態の特徴の１つである送信波パルスの作成について説明する。ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶された送信波作成プログラム４２１を読み出して実行することにより送信波作成処理を実行する。図５は、送信波作成処理の処理フローを示す図である。
【００３５】
図５において、先ずＣＰＵ４１は、探触子９の周波数特性を設定する処理を実行する（ステップＡ１）。具体的には、探触子９の周波数帯域（スペクトラム）等を入力部から入力したり、探触子９の最も感度の高い周波数における利得（パワー）を用いて基準化した周波数領域の複素帯域曲線関数ＦＴ（ｆ）を入力したり、探触子９の種類に応じて予め設定されて複素帯域曲線関数ＦＴ（ｆ）の中から選択する等して設定する。
【００３６】
次に、ＣＰＵ４１は、設定された探触子９の周波数特性に基づいて三角関数Ｆa（ｔ）を決定する（ステップＡ３）。具体的には、探触子９の周波数特性（スペクトラム）のうち最大利得の周波数を中心周波数ｆcとして（１）式に示す三角関数Ｆa（ｔ）を決定する。尚、最大利得の周波数ではなく、探触子９の周波数帯域の中心周波数や、一定の利得（例えば−５ｄＢ）以上の周波数帯域の中心周波数等としてもよい。
【００３７】
このように、中心周波数ｆcが探触子９の周波数特性上特に有効な帯域内となるように三角関数Ｆａ（ｔ）を決定するため、実際に非破壊計測／検査を行う際に、探触子９にとって不得意な周波数帯における送信波パルス及び受信波のエネルギーロスを抑え、良好な受信波を得ることができる。
【００３８】
次いで、設定された探触子９の周波数特性と、決定された三角関数Ｆa（ｔ）とに基づいて正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）を算出するための正規分布関数算出処理を実行する（ステップＡ５）。
【００３９】
図６は、正規分布関数算出処理の処理フローを示す図である。正規分布関数算出処理は、送信波作成処理のサブルーチンとして実行される処理であり、ＣＰＵ４１が正規分布関数算出プログラム４２２を実行することによって実現される。
【００４０】
図６において、ＣＰＵ４１は、ステップＢ３〜Ｂ１７の処理を所定回数（例えば１０００回）繰り返すことにより、標準偏差σ及び平均ｔcを決定する。まず、ステップＢ３において、ＣＰＵ４１は、標準偏差σの候補値として標準偏差候補値σkを設定する。標準偏差候補値σkの設定方法としては、所定の初期値から順に、ステップＢ３〜Ｂ１７の繰り返し演算が為されるごとに所定の値を加算していく等によって設定される（ステップＢ３）。
【００４１】
次に、適当な値（時刻）を平均に設定した上で、標準偏差候補値σkを用いて正規分布関数仮候補Ｆb2（ｔ，σ）を決定し、正規分布仮曲線を求める（ステップＢ５）。そして、平均に設定した仮の時刻と、平均における振幅値（すなわち最大振幅）の１／１００（＝−４０ｄＢ）の振幅値となる時刻との時間差を正規分布仮曲線から求め、この時間差を平均候補値ｔkとする（ステップＢ７）。
【００４２】
具体的に図を用いて説明する。正規分布仮曲線は図４（ａ）の包絡線のような波形である。振幅が最大となっている時刻が平均に設定した仮の時刻となる。この仮の時刻と、最大振幅の１／１００の振幅の時点の時刻との差を平均候補値ｔkとする。尚ここで、仮の時刻と、最大振幅値の１／１００の振幅値となった時刻との時間差を平均候補値ｔkとしたが、最大振幅値の１／１０（＝−２０ｄＢ）の振幅値となった時刻との時間差を平均候補値ｔkとしてもよい。すなわち、この平均候補値ｔkとは、正規分布仮曲線の大部分（換言すると送信波パルスの大部分）がこの範囲にあることを示す値であるため、必要とする程度に応じて設計するとしてよい。
【００４３】
ステップＢ３において設定した標準偏差候補値σkと、ステップＢ７において求めた平均候補値ｔkとを用いて正規分布関数候補Ｆb1（ｔ，σ）が決定される（ステップＢ９）。次いでＣＰＵ４１は、ステップＡ３で決定した三角関数Ｆa（ｔ）と、正規分布関数候補Ｆb1（ｔ，σ）とを乗算することで送信波関数候補Ｇ1（ｔ，σ）を得る（ステップＢ１１）。
【００４４】
そして、送信波関数候補Ｇ1（ｔ，σ）をＦＦＴ演算することにより送信波スペクトラム（複素帯域曲線関数）ＦＧ（ｆ，σ）を算出し（ステップＢ１３）、ステップＡ１で設定した探触子周波数特性との差分候補ｃkを計算する（ステップＢ１５）。ステップＡ１において、複素帯域曲線関数ＦＴ（ｆ）を探触子９の周波数特性として設定した場合について説明すると、以下の積分演算を行うことにより差分候補ｃkを計算する。
【数４】
2005308693.tif 000006
具体的には、送信波スペクトラムＦＧ（ｆ，σ）と、探触子周波数特性との差を最小自乗法により算出する。
【００４５】
図７は、差分候補ｃkの概念を説明するための図である。同図における実線が複素帯域曲線関数ＦＴ（ｆ）、破線が送信波スペクトラムＦＧ（ｆ，σ）の波形を示し、両波形の差分（斜線部分の面積）が差分候補ｃkである。尚、同図において縦軸は、所定値をもとに正規化した値となっている。
【００４６】
そして、ステップＢ３〜Ｂ１７の繰り返しループにおいて、メモリ４２に格納されている差分ｃと今回算出した差分候補ｃkとを比較し、今回算出した差分ｃkの方が小さい場合には、今回算出した差分ｃkで差分ｃを更新するとともに、標準偏差候補σk及び平均候補ｔkで、それぞれ標準偏差σ及び平均ｔcを更新する（ステップＢ１７）。
【００４７】
以上のステップＢ３〜Ｂ１７を繰り返し演算することによって、差分が最小となったときの標準偏差及び平均が標準偏差σ及び平均ｔcとしてメモリ４２に格納されることとなる（ステップＢ１９）。ＣＰＵ４１は、この標準偏差σと平均ｔcとを用いて正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）を決定する（ステップＢ２１）。このときの正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）のスペクトラムは、探触子周波数特性と最も近似する（近似条件として差分が最も少ない場合とした。）ものである。
【００４８】
正規分布関数算出処理を実行した後、ＣＰＵ４１は図５のステップＡ７に処理を移行し、ステップＡ３で決定した三角関数Ｆa（ｔ）と、ステップＢ２１で決定した正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）とを乗算することにより送信波関数Ｇ（ｔ，σ）を算出する（ステップＡ７）。
【００４９】
次に、コンクリートの被検体Ｗに対して実験を行った際の送受信波形を図８に示す。同図（ａ）が送信波パルスの波形、同図（ｂ）が受信波の波形である。受信波は、送信波パルスの波形形状がほぼ保たれた状態の波形となっていることが分かる。この結果、比較解析装置５において、送受信波の比較解析を容易に行い得ることが分かる。また、受信波において大きな受信振幅が得られていることが分かる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、三角関数波を正規分布関数波で振幅変調することで送信波パルスを作成する。このため、送信波パルスの包絡線は正規分布関数に沿った形状を成し、正規分布関数の平均に対応する部分で最大振幅の波形となる。よって、従来の正弦波と同様、一定の時間幅を有する波形であるために大きな受信振幅が得られ、且つ、その特徴的な波形形状から送受信波形の比較・解析の容易性を担保することができる。
【００５１】
また、送信波スペクトラムＦＧ（ｆ，σ）と、探触子周波数特性との差が最小となる送信波パルスが作成されるため、非破壊計測／検査において、送信波パルス及び受信波に対する探触子によるエネルギーロスを抑制し、探触子に適応した送信波パルスを作成することができる。
【００５２】
以上、本発明を適用した非破壊計測／検査システム１について説明したが、本発明が適用可能なものは上述した実施形態に限定されるものではない。以下変形例について説明する。
【００５３】
（１）探触子周波数特性の設定について
図４のステップＡ１における探触子周波数特性の設定についての変形例を説明する。
先ずその原理から説明する。超音波を送受信する際、受信波は様々な影響を受け、送信波パルスとは異なった波形となる。様々な影響として考えられるものの１つに探触子があるが、その他に、装置（システム）や被検体等の周波数特性が考えられる。この様々な影響を考慮に入れた周波数帯域曲線関数の式を以下に示す。
【数５】
2005308693.tif 000007
【００５４】
ここで、Ａr（ｆ）は受信波、ＡTr（ｆ）は探触子、Ａinst（ｆ）は装置、Ａt（ｆ）は送信波パルス、Ａmed（ｆ）は被検体の周波数帯域曲線関数である。（５）式に示されるように、受信波の周波数帯域曲線関数は送信波パルスが受信されるまでに影響を受ける各影響因子それぞれの各周波数帯域曲線関数の乗算として求められる。
【００５５】
超音波探触子の周波数帯域曲線関数ＡTr（ｆ）を求めるために（５）式を変形すると（６）式となる。
【数６】
2005308693.tif 000008
【００５６】
Ａinst（ｆ）は装置メーカーにより提供され、Ａt（ｆ）及びＡr（ｆ）は送信波パルス及び受信波をＦＦＴ変換処理することにより求まり、Ａmed（ｆ）は被検体Ｗに応じて決定される。従って、非破壊計測／検査する前に事前にＡTr（ｆ）を求めることが可能である。
【００５７】
送信波パルスとしてスパイク波（Ａt（ｆ）＝１とする。）を、被検体として水（Ａmed（ｆ）＝１とする。）を用い、装置の周波数帯域が探触子の周波数帯域付近においてフラット、即ちＡinst（ｆ）＝１であるとした場合、ＡTr（ｆ）＝Ａr（ｆ）となる。この時の実験結果を図９に示す。同図（ａ）が送信波パルスのスペクトラム、（ｂ）が受信波即ち探触子のスペクトラムである。
【００５８】
また、この原理を応用して、探触子周波数特性の設定を次のようにしてもよい。すなわち、先ず、周波数帯域曲線関数Ａmed（ｆ）が規定（例えば“１”）の試験体を用意し、これにスパイク波（Ａt（ｆ）＝１）の送信波パルスを入射する。ここで受信される受信波を基にして探触子の周波数特性を算出によって求める。装置の周波数帯域が探触子の周波数帯域付近においてフラットであるとする条件が満たされるので有れば、非破壊計測／検査を実際に行う前に、この試験体に対するスパイク波を送受信することによって、探触子の周波数特性を取得・設定することが可能である。
【００５９】
（２）正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）のスペクトラムと探触子周波数特性との近似条件について
上述した実施形態においては、差分Ｃkが最も小さかったときの正規分布関数候補を正規分布関数とするとしたが、次の条件を満たす場合には、そのときの正規分布関数候補を正規分布関数とするとしてもよい。
【００６０】
図１０は、近似条件の変形例を説明するための図である。同図（ａ）のスペクトラム波形は、図９（ｂ）の探触子周波数特性であり、同図（ｂ）は正規分布関数候補のスペクトラムの一例である。同図（ａ）において、探触子周波数特性の最大利得から−４０ｄＢ以内を基準周波数帯域とする。そして、正規分布関数候補のスペクトラムのうち、最大利得周波数（即ち、平均）を中心とする標準偏差範囲（標準偏差をＳＤとすると平均を中心とする−ＳＤ〜＋ＳＤの範囲）の部分が、基準周波数帯域内にある場合に、近似条件を成立とする。
【００６１】
このような近似条件が成立するか否かを図６のループで繰り返し演算・判定し、成立した場合には、そのときの正規分布関数候補Ｆb1（ｔ，σ）を正規分布関数Ｆb（ｔ，σ）とする。標準偏差の範囲であれば、正規分布関数候補のスペクトラムの６８．２７％が含まれるため、過半がこの範囲となる。また、基準周波数帯域は、探触子周波数特性の最大利得から−４０ｄＢ（＝０．０１）の範囲であるため、探触子にとって有効な周波数帯域であると考えられる。
【００６２】
なお、この条件をより厳しくし、更に近似する条件としてもよいことは勿論である。例えば、基準周波数帯域を最大利得から−２０ｄＢ（＝０．１）の範囲としてもよいし、正規分布関数候補のスペクトラムの範囲を、平均から２倍の標準偏差範囲（＝９５．４５
％。−２ＳＤ〜＋２ＳＤの範囲。）としてもよい。近似条件をより厳しくすることでより近似した正規分布関数が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態の非破壊計測／検査システムの構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態の送信波作成装置の構成を示すブロック図。
【図３】（ａ）は正弦波の一例を示す図。（ｂ）は正規分布関数波の一例を示す図。（ｃ）は送信波パルスの一例を示す図。
【図４】標準偏差が大小２つの値を取った場合の正規分布関数波、送信波パルス、及び送信波関数をＦＦＴ処理した送信波スペクトラム（複素帯域曲線関数）を示す図。
【図５】送信波作成処理の処理フローを示す図。
【図６】正規分布関数算出処理の処理フローを示す図。
【図７】差分候補の概念を説明するための図。
【図８】被検体Ｗに対して実験を行った際の送受信波形を示す図。
【図９】探触子周波数特性の設定の変形例を説明するための実験結果を示す図。
【図１０】近似条件の変形例を説明するための図。
【符号の説明】
【００６４】
１  非破壊計測／検査システム
３  超音波送受信装置
４  送信波作成装置
５  比較解析装置
７  表示装置
９  探触子
Ｗ  被検体
【図１】
2005308693.tif 000009
【図２】
2005308693.tif 000010
【図３】
2005308693.tif 000011
【図４】
2005308693.tif 000012
【図５】
2005308693.tif 000013
【図６】
2005308693.tif 000014
【図７】
2005308693.tif 000015
【図８】
2005308693.tif 000016
【図９】
2005308693.tif 000017
【図１０】
2005308693.tif 000018