(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内で上側超音波探触子と下側超音波探触子の間に試料を置き、前記試料を前記２つの超音波探触子で前記水槽内の水の面に平行なＸ軸とＹ軸で定義される平面方向に走査することにより試料内部の欠陥を映像化する透過型の超音波映像装置において、
Ｘ軸スキャナに移動自在に取り付けられ、前記上側超音波探触子を備えた上部アーム部材と、
前記Ｘ軸スキャナによる移動方向に平行に設けられたリニアガイドと、
前記リニアガイドに移動自在に取り付けられ、前記下側超音波探触子を備えた下部アーム部材と、
前記上側超音波探触子と前記下側超音波探触子が上下で対向した位置になるように、前記上部アーム部材と前記下部アーム部材を連結する連結部材と、
から成ることを特徴とする超音波映像装置。
【請求項２】
前記連結部材は取り外し自在であり、反射法による測定が可能であ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波映像装置に関し、特に、高速で高精度な走査が可能な透過型の超音波映像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波を用いた映像装置の測定方法には、１本の超音波探触子を用いた反射法と、２本の対向する超音波探触子を用いた透過法がある。反射法の概念図を図３に示す。発信器１００から出たパルス信号Ｓ１０は超音波探触子１０１で超音波に変換され、水を媒質として試料１０３中に超音波（超音波ビームの形状パターン）１０２が入射される。試料１０３から反射された超音波による反射エコーを再び超音波探触子１０１で電気信号Ｓ１１に変換し受信器１０４で受信し、試料１０３の表面からの反射エコーによる信号Ｒ１あるいは試料１０３の中からの反射エコーによる信号Ｒ２をスキャナの位置情報を基に画像化する。
【０００３】
次に透過法の概念図を図４に示す。発信器１００から出たパルス信号Ｓ１０は超音波探触子１０１で超音波に変換され、水を媒質として試料１０３中に超音波１０２が入射される。試料１０３中を透過してきた超音波１０２による信号を下側の超音波探触子１０５で電気信号Ｓ１２に変換し、受信器１０４で受信して、試料１０３を透過した超音波による信号Ｔ１をスキャナの位置情報を基に画像化する。
【０００４】
従来の透過型装置での透過法測定時のスキャナ部の構成例を図５に示す。（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＹ軸ステージより上側部分の側面図である。スキャナ部（走査機構）１０６は、台座（測定ステージ）１０７の上に載せられる。スキャナ部１０６は、下より、Ｙ軸スキャナ１０８、Ｚ軸スキャナ１０９、Ｘ軸スキャナ１１０で構成されている。Ｙ軸スキャナ１０８、Ｚ軸スキャナ１０９、Ｘ軸スキャナ１１０のそれぞれは、図示しないコンピュータ（ＰＣ等）により制御されるステッピングモータＭ１，Ｍ２等により移動動作を行うようになっている。Ｘ軸スキャナ１１０には、上部アーム１１１が、前面に設けたＸ軸方向の２本のレール１１０ａに沿って移動できるように取り付けられており、その上部アーム１１１の下端には超音波探触子１１２が取り付けられている。２つの超音波探触子を用いた透過法での測定の際にはネジ留め部１１３とネジ留め部１１４によりアーム１１５を介して下側の超音波探触子１１６が固定されている。試料１１７は、台座１０７上に設置された水槽１１８内の水１２０の中で薄いアクリルプレート１１９で形成された台の上に置かれている。
【０００５】
従来の透過型装置での測定方法について説明する。まず、測定用の試料１１７を水槽１１８中のアクリルプレート１１９の上に図示しない治具により固定する。次に、図示しないコンピュータによりステッピングモータＭ１，Ｍ２等を駆動するか、あるいは、手動により、Ｘ軸スキャナ１１０とＹ軸スキャナ１０８とＺ軸スキャナ１０９を動作させ、それぞれの移動ステージを移動させ、試料１１７の上側に上側超音波探触子１１２が位置し、試料１１７の下側に下側超音波探触子１１６が位置するようにセットする。水槽１１８内には予めが水１２０が入っており、上側超音波探触子１１２と下側超音波探触子１１６は水中に水没した状態にセットされる。
【０００６】
透過法の通常の測定方法では、次に、最初に上側超音波探触子１１２で反射法により測定し、試料１１７中の欠陥に超音波探触子１１２の焦点を合わせ、上側の超音波探触子１１２の高さを決める。その状態で受信器１０４への配線を透過法用に下側超音波探触子１１６につなぎ替える。その後、発信器１００と受信器１０４を駆動し、発信器１００から電気信号を発信させ、上側超音波探触子１１２から超音波を水中に導入し、試料１１７に超音波を照射し、試料を透過した超音波を下側超音波探触子１１６により検出し電気信号に変換し、受信器１０４により受信する。この受信した信号を輝度の強弱あるいは、色の変化等に変換して図示しないディスプレイ等に表示する。このディスプレイ上の表示に基づいて、焦点や測定範囲を定めるために、下側超音波探触子１１６の高さを調整する。
【０００７】
このとき、下側超音波探触子１１６の高さは、ネジ留め部１１４をゆるめてアーム１１５を手動で動かすことにより、調整する。この調整により適当な透過信号が得られるようになったら、その位置でネジ留めを固定する。この状態でＸ軸スキャナ１１０、Ｙ軸スキャナ１０８をステッピングモータＭ１等により移動することにより走査し、測定することにより図示しないディスプレイ上に輝度変化あるいは色変化として表示する。また、受信器１０４からの信号をコンピュータに取り込んでデータを記憶すると同時にディスプレイ上に表示するようにしてもよい。
【０００８】
上側超音波探触子１１２のみを用いた反射法による測定の際には、アーム１１５を取り外し、下側超音波探触子１１６を取り外し、また、上側超音波探触子１１２からの電気信号を受信器１０４により受信するようにして測定を行うことができる。
【０００９】
他の構成を有する従来の透過型装置の例を図６に示す。図６において、図５と同様に、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＹ軸ステージより上側部分の側面図である。スキャナ部以外は図５で示した装置と同様であるので、スキャナ部以外の説明は省略する。図６において、図５で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。スキャナ部１２１は、下側より、Ｙ軸スキャナ１２２、Ｘ軸スキャナ１２３、Ｚ軸スキャナ１２４で構成されている。２つの超音波探触子を用いた透過法での測定の際にはＺ軸スキャナ１２４のガイド下部にアーム１２５を介して取り付けられた下側超音波探触子１２６を使用する。このとき、下側超音波探触子１２６は、上下方向には固定されているため、上側超音波探触子１２７を上下動させても下側の超音波探触子１２６は上下動しない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来の第１の透過型超音波映像装置によれば、下側超音波探触子１１６の高さの調整において、ネジ留め部１１４をゆるめてアーム１１５を移動することによって下側超音波探触子１１６を調整する必要がある。調整の結果、上側超音波探触子１１２と下側超音波探触子１１６の距離が離れた状態になる場合がある。その状態では、Ｚ軸スキャナ１０９を上下に移動したときに下側の超音波探触子１１６が試料１１７や水槽１１８に接触してしまうことがあり、試料１１７の破損やアクリルプレート１１９の破損、下側超音波探触子１１６の破損を招くという問題が起きる。
【００１１】
図６に示した従来の第２の透過型超音波映像装置によれば、上記の問題を解決できる。すなわち、下側超音波探触子１２６は固定されているので、上側超音波探触子１２７を上下動させても下側超音波探触子１２６は上下せず、下側超音波探触子１２６が試料１１７や水槽１１８に接触するのを防止できる。しかしながら、ＸＹ方向に走査を行った場合、Ｘ軸スキャナ１２３に重量の大きなＺ軸スキャナ１２４が取り付けられているため、Ｚ軸スキャナ１２４が負荷となり、スキャナ部１２１やアーム部１２５にねじれが生じてしまうことがあり、高速、高精度な走査が難しくなるという問題が生じる。この問題を解決するためには、二組のＸ軸スキャナとＹ軸スキャナを設け、各組のＸ軸スキャナとＹ軸スキャナによって上側超音波探触子と下側超音波探触子を別々に支える方法も考えられるが、構造が複雑になるという問題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、簡単な構造で、高速で高精度な走査と、高さ調整のしやすい透過法を実現する超音波映像装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る超音波映像装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１４】
第１の超音波映像装置（請求項１に対応）は、水槽内で上側超音波探触子と下側超音波探触子の間に試料を置き、試料を２つの超音波探触子で水槽内の水の面に平行なＸ軸とＹ軸で定義される平面方向（以下「ＸＹ方向」という）に走査することにより試料内部の欠陥を映像化する透過型の超音波映像装置であり、Ｘ軸スキャナにＸ軸方向にて移動自在に取り付けられかつ上側超音波探触子を備える上部アーム部材と、Ｘ軸スキャナによる移動方向に平行に設けられたリニアガイドと、リニアガイドに移動自在に取り付けられかつ下側超音波探触子を備えた下部アーム部材と、上側超音波探触子と下側超音波探触子が上下で対向した位置になるように、上部アーム部材と下部アーム部材を連結する連結部材と、から成ることで特徴づけられる。
【００１５】
第１の超音波映像装置によれば、リニアガイドにＸ軸方向と平行な方向に移動自在に取り付けられた下部アーム部材と、Ｘ軸スキャナにＸ軸方向に移動自在に取り付けられた上部アーム部材を連結ピン等の連結部材で関係づけるようにしたため、下部アーム部材の先端に設けた下側超音波探触子と、上部アーム部材に設けた上側超音波探触子とが、対向する位置を保ちながら、Ｘ軸スキャナによってＸ軸方向に移動させられる。これにより透過法により試料を測定することができる。またＸ軸スキャナは、Ｚ軸方向に移動できるように、Ｚ軸スキャナに取り付けられているので、上側超音波探触子のみの高さ位置を変えることができ、Ｚ軸スキャナによる移動動作で上側超音波探触子と下側超音波探触子の間の間隔を自由に変えることができる。またＺ軸スキャナを動作させても下側超音波探触子のＺ軸方向の位置は変化しないので、Ｚ軸スキャナを上下に移動したときに下側の超音波探触子が試料や水槽に接触してしまうことがなく、簡単な構造で、高速で高精度な走査と、高さ調整がしやすくなる。
【００１６】
第２の超音波映像装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは連結部材は取り外し自在であり、反射法による測定が可能であることで特徴づけられる。
【００１７】
第２の超音波映像装置によれば、連結部材が取り外し自在であるため、透過法での測定で用いる装置を簡単な変更を行うことで、反射法での測定に用いることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１と図２に従って本発明に係る超音波映像装置の代表的な実施形態を説明する。図１は本実施形態の超音波映像装置の正面図であり、図２はＹ軸ステージより上側部分の側面図である。超音波映像装置は、図に示すごとく、走査動作を可能するスキャナ部１１と台座１２と水槽１３と試料台１４と上側超音波探触子１５と下側超音波探触子１６とモータＭ１，Ｍ２等とを備えている。超音波映像装置は、さらに、図３および図４で示した前述の発信器１００と受信器１０４と図示しないコンピュータ等によって構成された制御装置と映像表示部を備えている。
【００２０】
スキャナ部１１は、上下の位置関係にて２つの対向する上側超音波探触子１５と下側超音波探触子１６を、当該位置関係を保ったままで、Ｘ軸とＹ軸の各方向に自在に移動させるものである。またスキャナ部１１によるＺ軸方向の移動に関しては、上側超音波探触子１６のみを移動させる。スキャナ部１１は、上部アーム部材１７とＸ軸スキャナ１８とＺ軸スキャナ１９とＹ軸スキャナ２０と下部アーム部材２１を備えている。上部アーム部材１７は、下方先端部２２に上側超音波探触子１５を固定し、上部に上部アーム支持部材２３を有し、上部アーム支持部材２３より下方の部分２４にピン固定部２５を有している。上記Ｙ軸スキャナ２０は、台座１２の上に設けられ、Ｙ軸方向への走査移動を可能にする駆動機構である。Ｚ軸スキャナ１９はＹ軸スキャナ２０の移動部上に設けられ、Ｚ軸方向の移動動作を可能する駆動機構である。Ｘスキャナ１８はＺ軸スキャナ１９の移動部に取り付けられ、Ｘ軸方向の走査移動を可能にする駆動機構である。
【００２１】
上記Ｘ軸スキャナ１８は、上部アーム部材１７がＸ軸方向に直線的に自在に移動するように上部アーム支持部材２３が連結される第１のガイド部（例えば２本のレール）２６を有するＸ軸スキャナ前面部２７と、Ｘ軸スキャナ前面部２７とは反対側にＸ軸スキャナ支持部材２８を有している。
【００２２】
上記Ｚ軸スキャナ１９は、Ｘ軸スキャナ１８がＺ軸方向に直線的に自在に移動するようにＸ軸スキャナ支持部材２８が関係づけられる第２のガイド部（例えば２本のレール部材）２９を有するＺ軸ステージ３０を備えている。
【００２３】
Ｙ軸スキャナ２０は、前面にＸ軸スキャナ前面部２７に設けた第１のガイド部２６と平行になるように設けられたリニアガイドである第３のガイド部３１を備え、Ｙ軸方向に直線的に自在に移動するようにＹ軸ステージ３２を備えている。Ｙ軸ステージ３２上にＺ軸スキャナ１９が固定されている。またＹ軸ステージ３２は、台座１２に設けられたガイド部（例えば２本のレール部材）３３の上を移動する。
【００２４】
下部アーム部材２１は、下方先端部２１ａに下部超音波探触子１６が固定され、上部に下部アーム支持部材３４とピン係合部３５を有している。下部アーム支持部材３４は、第３のガイド部３１と、例えばスライド関係のごとく、Ｘ軸方向に直線的に自在に移動するように関係づけられている。上記ピン係合部３５は、下部アーム支持部材３４および下部アーム部材２１において例えば上下方向に貫通された孔部として形成されている。
【００２５】
上部アーム部材１７のピン固定部２５には、下方向に向かって延設されたピン３６が固定されている。このピン３６は、ピン係合部３５の孔部に挿入された状態に保持されている。上部アーム部材１７と下部アーム部材２１は、上側超音波探触子１５と下側超音波探触子１６が上下位置にて対向した位置になるように、ピン３６によって関係づけられている。ピン３６は、Ｘ軸方向の移動に関してピン固定部２５とピン係合部３５を連結する連結部材となる。またこの連結部材であるピン３６はピン係合部３５から自由に取り外すことができる。
【００２６】
台座１２は、スキャナ部１１を載せるための支持台となるものであり、また、水槽１３を内側空間に設置するようになっている。モータＭ１，Ｍ２は、ステッピングモータ等であり、コンピュータ等で駆動制御され、ボールねじ送り機構等に連結され、Ｙ軸スキャナ２０、Ｚ軸スキャナ１９での移動部分を移動させる。また、Ｘ軸スキャナ１８の移動部分は、図示しないリニアモータＭ３によって移動する。
【００２７】
水槽１３は、試料台１４を入れられるようになっており、超音波を伝播するための媒質である水３８を入れるためのものである。試料台１４は、アクリルプレート等からなり、超音波を容易に透過させる材質からできている。また試料台１４には、通常、試料を固定するための治具が取り付けられている。
【００２８】
上側超音波探触子１５は、圧電膜トランスデューサ等からなり電気信号により超音波を発するものである。反射法においては、超音波を発すると共に、反射してくる超音波を電気信号に変換する働きもする。下側超音波探触子１６は、上側超音波探触子１５と同様圧電膜トランスデューサ等からなり、透過してきた超音波を受信し、電気信号として出力するものである。
【００２９】
発信器と受信器とコンピュータ等による制御装置と映像表示部は、従来の装置と同様の装置を用いる。
【００３０】
次に、本実施形態による超音波映像装置を用いた透過法での測定方法について説明する。まず、測定用の試料３７を水槽１３内の水中のアクリルプレート１４の上に図示しない治具により固定する。次に、コンピュータによりステッピングモータＭ１，Ｍ２およびリニアモータＭ３を駆動するか、あるいは、手動により、Ｘ軸スキャナ１８とＹ軸スキャナ２０とＺ軸スキャナ１９を動作させてその移動部を移動し、試料３７の上側に上側超音波探触子１５を位置させ、試料３７の下側に下側超音波探触子１６が位置するようにセットする。
【００３１】
次に、最初に上側の超音波探触子１５で反射法で測定し、試料３７中の欠陥に超音波探触子１５の焦点を合わせ、上側の超音波探触子１５の高さを決める。その状態で受信器１０４への配線を下側超音波探触子１６に接続し、透過法につなぎ替える。その後、発信器１００と受信器１０４を作動させ、発信器１００から電気信号を発信させ、超音波探触子１５から超音波を水中に導入し、試料３７に超音波を照射し、試料３７を透過した超音波を下側超音波探触子１６により検出し電気信号に変換し、受信器１０４により受信する。この受信した信号を輝度の強弱あるいは、色の変化等に変換してディスプレイ等に表示する。このディスプレイ上の表示に基づいて、焦点や測定範囲を定めるために、上側超音波探触子の位置を微調整する。下側の超音波探触子１６は、受信用に非集束型の探触子を使用し、試料３７との距離も一定の距離とした状態にする。この状態で透過法の測定を行うことができる。
【００３２】
この微調整により適当な透過信号が得られるようになったら、Ｘ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナをステッピングモータにより移動することにより走査し、測定することによりディスプレイ上に輝度変化あるいは色変化として表示する。また、受信器からの信号をコンピュータに取り込んでデータを記憶すると同時にディスプレイ上に表示するようにしてもよい。
【００３３】
上側の超音波探触子１５のみを用いた反射法による測定の際には、ピン３６とピン係合部３５との係合関係を解除し、上部アーム部材１７と下部アーム部材２１の連結関係を解消し、また上側超音波探触子１５からの電気信号を受信器１０４により受信するようにして測定を行うことができる。
【００３４】
本実施形態による超音波映像装置においては、調整の結果、上側超音波探触子１５と下側超音波探触子１６の距離が離れた状態になる場合があるが、リニアガイドである第３のガイド部３１のＹ軸ステージ３２の前面から下方へ延びた下部アーム部材２１の下方先端部２１ａにつけられた下側超音波探触子１６が上側超音波探触子１５と対向する位置を保ちながら、Ｚ軸スキャナ１９によりそれらの間の間隔を自由に変えることができる。それ故、Ｚ軸スキャナ１９を上下に移動させたとしても、移動するのは上側超音波探触子１５だけであり、下側超音波探触子１６の高さ位置は一定に保持され、試料３７や水槽１３に接触してしまうことがない。また上部アーム部材１７に関連する部分は軽量にすることができるため、簡単な構造で、高速で高精度な走査と、高さ調整がしやすくなる。
【００３５】
また、Ｙ軸ステージ３２の前面にはＸ軸スキャナ１８の移動方向（Ｘ軸方向）と平行して新たなリニアガイド（第３のガイド部）３１が設けられており、下部アーム部材２１を介して下側超音波探触子１６を固定している。Ｙ軸ステージ３２に設けられたリニアガイド３１に取り付けられた下部アーム部材２１は、上部アーム部材１７とピン３６によりＸ軸方向の移動に関しては連結関係にあるため、同調して動くことができる。またＺ軸スキャナ１９を動作してＺ軸方向の移動を行っても、下側超音波探触子１６は常に同じ高さを保持することができるため試料３７や水槽１３と接触することはない。
【００３６】
なお、本実施形態においては、リニアガイド３１は、Ｙ軸ステージ２０の前面に設けたが、前面に限らず、下面やその他の箇所に設けてもよい。また、調整における透過法と反射法の配線のつなぎ替えは自動で行うようにすることもできる。さらに、反射法だけで使用する場合は、連結関係を解除しアーム部材や超音波探触子を取り外すこともできる。また、本発明は構造が簡単なため、スキャナ部の３軸構成が同じ反射法の超音波映像装置であれば、後づけでリニアガイド、連結部であるピン（またはシャフト）とアーム部材と、下側超音波探触子をつけることで実施が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００３８】
透過型超音波映像装置において、Ｘ軸スキャナに移動自在に取り付けられかつ上側超音波探触子を備える上部アーム部材と、Ｘ軸スキャナの移動方向に平行になるように設けられたリニアガイドと、リニアガイドに移動自在に取り付けられかつ下側超音波探触子を備えた下部アーム部材と、上側超音波探触子と下側超音波探触子が上下で対向する位置になるように上部アーム部材と下部アーム部材を連結する連結部材とを設けたため、測定する際にＺ軸スキャナで上下移動を行っても下側超音波探触子が試料や水槽に接触してしまうことがなく、簡単な構造で、高速で高精度な走査を行うことができ、さらに上側超音波探触子の高さ調整がしやすい。さらに反射法から透過法の切り換えが簡単なため、透過法の調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波映像装置の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波映像装置のＹ軸ステージより上側部分の側面図である。
【図３】反射法の概念図である。
【図４】透過法の概念図である。
【図５】従来の超音波映像装置での透過法測定時のスキャナ部を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＹ軸ステージより上側部分の側面図である。
【図６】従来の別の超音波映像装置での透過法測定時のスキャナ部を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＹ軸ステージより上側部分の側面図である。
【符号の説明】
１１          スキャナ部
１２          台座
１５          上側超音波探触子
１６          下側超音波探触子
１７          上部アーム部材
１８          Ｘ軸スキャナ
１９          Ｚ軸スキャナ
２０          Ｙ軸スキャナ
２１          下部アーム部材
２５          ピン固定部
２７          Ｘ軸スキャナ
３１          第３のガイド部（リニアガイド）
３５          ピン係合部
３７          試料
【図１】
0003822500.tif 000002
【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】
0003822500.tif 000007