(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配置された複数の圧電素子から構成された超音波トランスデューサと、前記複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を順次切り替えて選択するための発信用切替回路と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から超音波を発信させる発信部と、この発信超音波が１点の仮想点音源から発信されるように前記発信用切替回路で選択された所定個数の圧電素子からの超音波の発信タイミングを制御する発信制御部と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から送信され液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信するための所定の圧電素子を選択するための受信用切替回路と、前記超音波エコー信号を増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して入力しその超音波エコー信号に基づいて開口合成処理により前記液体媒質中の構造物の表面形状を検出し位置情報を求める信号処理部と、前記超音波トランスデューサを駆動し前記超音波トランスデューサと前記構造物との距離を所定の距離にするための駆動回路と、前記信号処理部で画像化された前記構造物の表面形状および内部を表示するための表示装置とを備え、
前記信号処理部は、前記構造物の表面形状の位置情報から構造物内部の超音波伝播経路を求め、この超音波伝播経路に基づいて３次元画像化処理を行って構造物内部を画像化するように構成されていることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項２】
マトリックス状に配置された複数の圧電素子から構成された超音波トランスデューサと、前記複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を順次切り替えて選択するための発信用切替回路と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から超音波を発信させる発信部と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から送信され液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信するための所定の圧電素子を選択するための受信用切替回路と、前記超音波エコー信号を増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して入力しその超音波エコー信号に基づいて開口合成処理により前記液体媒質中の構造物の表面形状を検出し位置情報を求める信号処理部と、前記超音波トランスデューサを駆動し前記超音波トランスデューサと前記構造物との距離を所定の距離にするための駆動回路と、前記信号処理部で画像化された前記構造物の表面形状および内部を表示するための表示装置とを備え、
前記信号処理部は、画像化された前記構造物の表面形状から前記構造物の表面と前記超音波トランスデューサの前面との距離を求め、前記超音波トランスデューサが前記構造物に近接しすぎたと判定したときは、前記駆動回路の動作を停止するように構成されていることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項３】
マトリックス状に配置された複数の圧電素子から構成された超音波トランスデューサと、前記複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を順次切り替えて選択するための発信用切替回路と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から超音波を発信させる発信部と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から送信され液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信するための所定の圧電素子を選択するための受信用切替回路と、前記超音波エコー信号を増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して入力しその超音波エコー信号に基づいて開口合成処理により前記液体媒質中の構造物の表面形状を検出し位置情報を求める信号処理部と、前記超音波トランスデューサを駆動し前記超音波トランスデューサと前記構造物との距離を所定の距離にするための駆動回路と、前記信号処理部で画像化された前記構造物の表面形状および内部を表示するための表示装置とを備え、
前記超音波トランスデューサの前面と平行に表面がなめらかな平板反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記平板反射体で反射した超音波エコー信号の強度により、前記超音波トランスデューサの圧電素子の感度を補正するように構成されていることを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサは、複数の圧電素子の配置を、超音波を発受信するための圧電素子が配置された発受信共用部分と超音波を受信するための圧電素子が配置された受信専用部分とに分け、前記受信専用部分の圧電素子の密度は前記発受信共用部分の圧電素子の密度より粗くしたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサは、前記発信用切替回路および前記受信用切替回路を内部に収納し、前記発信用切替回路の前記発信部側および前記受信用切替回路の前記増幅器側には多芯コネクタを接続したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項６】
請求項１記載の３次元超音波画像化装置において、画像化された構造物内部の欠陥に対して、前記超音波トランスデューサの位置データと前記構造物データに基づき、前記構造物の立体形状を示すイラストを前記欠陥画像に重ねて描画するようにしたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサは、その前面に超音波の発受信経路を避けるように取付けられ他端が前記構造物の表面に当接して前記超音波トランスデューサと前記構造物の表面との距離を保つための突起部を有したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記増幅器は、前記構造物の表面の微細な凹凸による散乱波を捕らえられる指数関数の増幅特性を有したことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサの前面と平行に表面がなめらかな平板反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記平板反射体で反射した超音波エコー信号の遅れ時間に基づいて、前記超音波トランスデューサにおける圧電素子の取付位置の凹凸形状を補正するようにしたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１０】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサの前面と平行に円筒形の金属製反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記金属製反射体で反射した超音波エコー信号の遅れ時間に基づいて、前記超音波トランスデューサにおける圧電素子のうち円筒形の金属製反射体の軸に直角方向に配置した圧電素子の水平方向のずれを補正するようにしたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１１】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサの前面に球形の金属製反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記球形の金属製反射体で反射した超音波エコー信号に基づいて画像化を行ない、前記球形の金属製反射体の画像化結果が１点に収束するように前記圧電素子の水平方向のずれを補正するようにしたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１２】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記信号処理部は、前記Ａ／Ｄ変換器と１対１で接続されディジタル化された超音波エコー信号毎に画像化を並列分散処理する複数の画像合成手段と、前記複数の画像合成手段からの画像データを収集し一つの画像に結合する画像結合手段とを備えたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１３】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの圧電素子で受信した複数の超音波エコー信号を複数のメモリに振り分けるための信号制御手段と、前記各々のメモリの書き込みおよび読み出しの制御を行うメモリ制御手段とを備えたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【請求項１４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、表面がなめらかな平板反射体の周囲を側板で包囲して容器を形成し、前記容器の前記平板反射体の上部に液体媒質を溜め、前記平板反射体の上部に溜めた液体媒質の表面が前記超音波トランスデューサの圧電素子に接するように密閉配置して前記超音波トランスデューサを保管し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの使用前後に各圧電素子で送受信した際の前記平板反射体で反射した超音波エコー信号に基づいて、前記超音波トランスデューサの機能確認を行なうようにしたことを特徴とする３次元超音波画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体媒質中の検査対象物の表面欠陥や内部欠陥の３次元画像を超音波を用いて得る３次元超音波画像化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、医用等で使用されている超音波画像化装置は、基本的に１列に配列した短冊状の微小圧電素子を電子的に走査することによりペンシルビームを得て、リアルタイム画像を表示するようにしている。つまり、細い超音波ビームを２次元断面で電子走査してリアルタイム画像を求め、そのリアルタイム画像を表示するようにした方式である。そして、このペンシルビームを電子的に走査する方式を基に、３次元の立体画像を得るには、細い超音波ビームを３次元空間で複数回走査して立体画像化して３次元画像を得るようにしている。
【０００３】
一方、３次元の立体画像を得るための３次元画像化装置としては、マトリックス状に圧電素子を配置してその圧電素子から広指向角の超音波を発信し、受信エコー信号を開口合成処理により合成する方式が開発されている。この方式は、一つの発信点を順々に変更して残りの全数で受信する方式であり、数十回程度の発受信で立体画像が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のペンシルビームを電子的に走査する方式では、３次元画像を得るには走査回数が膨大になるため、リアルタイム化が困難である。
【０００５】
一方、マトリックス状に配置した圧電素子から広指向角の超音波を発信する方式では、超音波画像の解像度向上に限界がある。すなわち、超音波の発受信指向角が広いほど解像度が向上する閉口合成処理を適用しているので、指向角をより広くするためには圧電素子の小型化が必要となる。圧電素子を小型化すると、感度が低下するため超音波画像の解像度が低下する。また、圧電素子を小型化し高密度化すると素子数が増大し、製作性の悪化やコストアップの要因となる。
【０００６】
また、水中や液体金属ナトリウム中などの液体媒質中の構造物の外表面形状を画像化できても、構造物の内部の欠陥まで画像化することは困難である。これは、液体と構造物との音速の違いにより、その境界で超音波伝播経路が変わるためである。すなわち、超音波による液体媒質中の構造物の画像化と内部欠陥の検査は、それぞれ個別の技術であり、同一システムで両方の検査を実現できる装置がなかった。
【０００７】
本発明の目的は、超音波により液体媒質中の検査対象の表面欠陥や内部欠陥の３次元画像を精度良く得ることができる３次元超音波画像化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、マトリックス状に配置された複数の圧電素子から構成された超音波トランスデューサと、前記複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を順次切り替えて選択するための発信用切替回路と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から超音波を発信させる発信部と、この発信超音波が１点の仮想点音源から発信されるように前記発信用切替回路で選択された所定個数の圧電素子からの超音波の発信タイミングを制御する発信制御部と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から送信され液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信するための所定の圧電素子を選択するための受信用切替回路と、前記超音波エコー信号を増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して入力しその超音波エコー信号に基づいて開口合成処理により前記液体媒質中の構造物の表面形状を検出し位置情報を求める信号処理部と、前記超音波トランスデューサを駆動し前記超音波トランスデューサと前記構造物との距離を所定の距離にするための駆動回路と、前記信号処理部で画像化された前記構造物の表面形状および内部を表示するための表示装置とを備え、
前記信号処理部は、前記構造物の表面形状の位置情報から構造物内部の超音波伝播経路を求め、この超音波伝播経路に基づいて３次元画像化処理を行って構造物内部を画像化するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、複数の圧電素子がマトリックス状に配置された超音波トランスデューサを駆動回路にて検査対象である構造物の近傍まで駆動する。そして、超音波トランスデューサの複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を発振用切替回路で順次切り替えて選択し、発信部はその選択された圧電素子から超音波を発信させ、液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信切替回路で選択された所定の圧電素子で受信する。受信した超音波エコー信号は増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して信号処理部に入力され、開口合成処理により液体媒質中の構造物の表面形状および内部を画像化し表示装置に表示する。
また、発信制御部は、発信超音波が１点の仮想点音源から発信されるように、所定個数の各々の圧電素子からの超音波の発信タイミングを制御する。
また、信号処理部は、画像化された構造物の表面形状を検出し、その位置情報から構造物内部の超音波伝播経路を求める。そして、この超音波伝播経路に基づく３次元画像化処理を行い構造物内部を画像化する。
【００１０】
請求項２の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、マトリックス状に配置された複数の圧電素子から構成された超音波トランスデューサと、前記複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を順次切り替えて選択するための発信用切替回路と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から超音波を発信させる発信部と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から送信され液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信するための所定の圧電素子を選択するための受信用切替回路と、前記超音波エコー信号を増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して入力しその超音波エコー信号に基づいて開口合成処理により前記液体媒質中の構造物の表面形状を検出し位置情報を求める信号処理部と、前記超音波トランスデューサを駆動し前記超音波トランスデューサと前記構造物との距離を所定の距離にするための駆動回路と、前記信号処理部で画像化された前記構造物の表面形状を検出し位置情報を求める信号処理部とを備え、前記信号処理部は、画像化された前記構造物の表面形状から前記構造物の表面と前記超音波トランスデューサの前面との距離を求め、前記超音波トランスデューサが前記構造物に近接しすぎたと判定したときは、前記駆動回路の動作を停止するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、複数の圧電素子がマトリックス状に配置された超音波トランスデューサを駆動回路にて検査対象である構造物の近傍まで駆動する。そして、超音波トランスデューサの複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を発振用切替回路で順次切り替えて選択し、発信部はその選択された圧電素子から超音波を発信させ、液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信切替回路で選択された所定の圧電素子で受信する。受信した超音波エコー信号は増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して信号処理部に入力され、開口合成処理により液体媒質中の構造物の表面形状および内部を画像化し表示装置に表示する。
また、構造物の表面と超音波トランスデューサの前面との距離が所定値になったときは駆動回路の動作を停止し、超音波トランスデューサが構造物に近接しすぎることを防止する。
【００１２】
請求項３の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、マトリックス状に配置された複数の圧電素子から構成された超音波トランスデューサと、前記複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を順次切り替えて選択するための発信用切替回路と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から超音波を発信させる発信部と、前記発信用切替回路で選択された圧電素子から送信され液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信するための所定の圧電素子を選択するための受信用切替回路と、前記超音波エコー信号を増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して入力しその超音波エコー信号に基づいて開口合成処理により前記液体媒質中の構造物の表面形状および内部を画像化する信号処理部と、前記超音波トランスデューサを駆動し前記超音波トランスデューサと前記構造物との距離を所定の距離にするための駆動回路と、前記信号処理部で画像化された表面形状を検出し位置情報を求める信号処理部とを備え、前記超音波トランスデューサの前面と平行に表面がなめらかな平板反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記平板反射体で反射した超音波エコー信号の強度により、前記超音波トランスデューサの圧電素子の感度を補正するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、複数の圧電素子がマトリックス状に配置された超音波トランスデューサを駆動回路にて検査対象である構造物の近傍まで駆動する。そして、超音波トランスデューサの複数の圧電素子のうち所定個数の圧電素子を発振用切替回路で順次切り替えて選択し、発信部はその選択された圧電素子から超音波を発信させ、液体媒質中の構造物から反射された超音波エコー信号を受信切替回路で選択された所定の圧電素子で受信する。受信した超音波エコー信号は増幅器およびＡ／Ｄ変換器を介して信号処理部に入力され、開口合成処理により液体媒質中の構造物の表面形状および内部を画像化し表示装置に表示する。
また、超音波トランスデューサの所定の圧電素子で平板反射体に超音波を送信し、平板反射体で反射した超音波エコー信号を超音波トランスデューサの所定の圧電素子で受信し、その受信した超音波エコー信号の強度により、超音波トランスデューサの圧電素子の感度を把握する。そして、感度特性の補正を行う。
【００１４】
請求項４の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサは、複数の圧電素子の配置を、超音波を発受信するための圧電素子が配置された発受信共用部分と超音波を受信するための圧電素子が配置された受信専用部分とに分け、前記受信専用部分の圧電素子の密度は前記発受信共用部分の圧電素子の密度より粗くしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、超音波トランスデューサの発受信共用部分の圧電素子から超音波を発信し、超音波トランスデューサの発受信共用部分または受信専用部分で受信する。受信専用部分の圧電素子の密度は発受信共用部分に比べて粗くしているので、全体の圧電素子数の削減が図れる。
【００１６】
請求項５の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサは、前記発信用切替回路および前記受信用切替回路を内部に収納し、前記発信用切替回路の前記発信部側および前記受信用切替回路の前記増幅器側には多芯コネクタを接続したことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、超音波トランスデューサ側の発信用切替回路と発信部との間、および超音波トランスデューサ側の受信用切替回路と増幅器との間は、多芯コネクタで接続される。従って、超音波トランスデューサの着脱を容易に行える。
【００１８】
請求項６の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１の３次元超音波画像化装置において、画像化された構造物内部の欠陥に対して、前記超音波トランスデューサの位置データと前記構造物データに基づき、前記構造物の立体形状を示すイラストを前記欠陥画像に重ねて描画するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１の発明の作用に加え、画像化された構造物内部の欠陥に対して、構造物の立体形状を示すイラストを欠陥画像に重ねて描画する。これにより、構造物内の欠陥と構造物の境界とからの反射エコーの識別を容易に行なえるようにする。
【００２０】
請求項７の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサは、その前面に超音波の発受信経路を避けるように取付けられ他端が前記構造物の表面に当接して前記超音波トランスデューサと前記構造物の表面との距離を保つための突起部を有したことを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、超音波トランスデューサの前面に超音波の発受信経路を避けるように突起部を設ける。この突起部の他端は構造物の表面に当接して超音波トランスデューサと構造物の表面との距離を保つ。これにより、超音波トランスデューサと構造物表面との距離を一定に保ち衝突を防止する。
【００２２】
請求項８の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記増幅器は、前記構造物の表面の微細な凹凸による散乱波を捕らえられる指数関数の増幅特性を有したことを特徴とする。
【００２３】
請求項８の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、受信した超音波エコー信号は、増幅器により構造物の表面の微細な凹凸による散乱波が捕らえられるように増幅される。
【００２６】
請求項９の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサの前面と平行に表面がなめらかな平板反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記平板反射体で反射した超音波エコー信号の遅れ時間に基づいて、前記超音波トランスデューサにおける圧電素子の取付位置の凹凸形状を補正するようにしたことを特徴とする。
【００２７】
請求項９の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、超音波トランスデューサの所定の圧電素子で平板反射体に超音波を送信し、平板反射体で反射した超音波エコー信号を超音波トランスデューサの所定の圧電素子で受信し、その受信した超音波エコー信号の遅れ時間に基づいて、超音波トランスデューサにおける圧電素子の取付位置の凹凸形状を把握する。そして、受信特性の補正を行う。
【００２８】
請求項１０の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサの前面と平行に円筒形の金属製反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記金属製反射体で反射した超音波エコー信号の遅れ時間に基づいて、前記超音波トランスデューサにおける圧電素子のうち円筒形の金属製反射体の軸に直角方向に配置した圧電素子の水平方向のずれを補正するようにしたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１０の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、超音波トランスデューサの所定の圧電素子で円筒形の金属製反射体に超音波を送信し、円筒形の金属反射体で反射した超音波エコー信号を超音波トランスデューサの所定の圧電素子で受信し、その受信した超音波エコー信号の遅れ時間に基づいて、超音波トランスデューサにおける圧電素子のうち円筒形の金属製反射体の軸に直角方向に配置した圧電素子の水平方向のずれを把握する。そして、受信特性の補正を行う。
【００３０】
請求項１１の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記超音波トランスデューサの前面に球形の金属製反射体を液体媒質内に配置し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの各圧電素子で送受信した際の前記球形の金属製反射体で反射した超音波エコー信号に基づいて画像化を行ない、前記球形の金属製反射体の画像化結果が１点に収束するように前記圧電素子の水平方向のずれを補正するようにしたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１１の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、超音波トランスデューサの所定の圧電素子で球形の金属製反射体に超音波を送信し、球形の金属反射体で反射した超音波エコー信号を超音波トランスデューサの所定の圧電素子で受信し、その受信した超音波エコー信号に基づいて画像化を行ない、球形の金属製反射体の画像化結果が１点に収束するように圧電素子の水平方向のずれを把握する。そして、受信特性の補正を行う。
【００３４】
請求項１２の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記信号処理部は、前記Ａ／Ｄ変換器と１対１で接続されディジタル化された超音波エコー信号毎に画像化を並列分散処理する複数の画像合成手段と、前記複数の画像合成手段からの画像データを収集し一つの画像に結合する画像結合手段とを備えたことを特徴とする。
【００３５】
請求項１２の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、Ａ／Ｄ変換器と１対１で接続された画像合成手段は、ディジタル化された超音波エコー信号毎に画像化を並列分散処理し、画像結合手段は各々の画像合成手段からの画像データを収集し一つの画像に結合する。
【００３６】
請求項１３の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの圧電素子で受信した複数の超音波エコー信号を複数のメモリに振り分けるための信号制御手段と、前記各々のメモリの書き込みおよび読み出しの制御を行うメモリ制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３７】
請求項１３の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、信号処理部の信号制御手段は、超音波トランスデューサの各々の圧電素子で受信した各々の超音波エコー信号を振り分け、それぞれに対応する各々のメモリに記憶する。メモリ制御手段は、振り分けられた超音波エコー信号の各々のメモリへの書き込みおよび読み出しの制御を行う。これにより、超音波エコー信号の書き込みおよび読み出しの高速化を図る。
【００３８】
請求項１４の発明に係わる３次元超音波画像化装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元超音波画像化装置において、表面がなめらかな平板反射体の周囲を側板で包囲して容器を形成し、前記容器の前記平板反射体の上部に液体媒質を溜め、前記平板反射体の上部に溜めた液体媒質の表面が前記超音波トランスデューサの圧電素子に接するように密閉配置して前記超音波トランスデューサを保管し、前記信号処理部は、前記超音波トランスデューサの使用前後に各圧電素子で送受信した際の前記平板反射体で反射した超音波エコー信号に基づいて、前記超音波トランスデューサの機能確認を行なうようにしたことを特徴とする。
【００３９】
請求項１４の発明に係わる３次元超音波画像化装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、超音波トランスデューサを平板反射体の上部に液体媒質を溜めた密閉容器内に保管し、超音波トランスデューサの使用前後に所定の圧電素子で超音波を送信し、容器内の平板反射体で反射した超音波エコー信号を超音波トランスデューサの所定の圧電素子で受信し、受信した超音波エコー信号に基づいて超音波トランスデューサの機能確認を行なう。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる３次元超音波画像化装置の構成図である。
【００４１】
超音波トランスデューサ１は、液体媒質中の検査対象である構造物２に対して超音波を発信すると共に構造物２で反射された超音波エコー信号Ｘを受信するものであり、複数の圧電素子１１ａ〜２０ｈを有している。複数の圧電素子１０ａ〜２０ｈはマトリックス状に配置され、発信用切替回路３で切り替えられ選択された所定個数の圧電素子から超音波が発信される。図１では、圧電素子１１ａ〜１４ｈが選択された場合を示している。
【００４２】
すなわち、発信部４は、発信用切替回路３で選択された圧電素子１１ａ〜１４ｈから超音波を発信させる。この場合、発信部４は発信制御部５で超音波の発信タイミングが制御され、発信超音波が１点の仮想点音源Ｙから発信されるように、発信用切替回路３で選択された所定個数の圧電素子１１ａ〜１４ｈからの超音波の発信タイミングを制御する。
【００４３】
圧電素子１１ａ〜１４ｈから送信された超音波は構造物２に向けて発信され、構造物２で反射される。構造物２で反射された超音波エコー信号Ｘは超音波トランスデューサ１の圧電素子で受信されるが、その場合の受信するための所定の圧電素子を受信用切替回路６で選択する。つまり、受信用切替回路６で選択された圧電素子で超音波エコー信号Ｘを受信する。
【００４４】
受信された超音波エコー信号Ｘは、増幅器７およびＡ／Ｄ変換器８を介して信号処理部９に入力され、ここで、その超音波エコー信号に基づいて開□合成処理により、液体媒質中の構造物２の表面形状および内部を画像化する。信号処理部９で画像化された構造物の表面形状や内部画像は表示装置１０に表示される。
【００４５】
また、超音波トランスデューサ１は駆動回路２１により駆動され、検査対象である構造物８の近傍に位置するように制御される。すなわち、駆動回路２１は信号処理部９からの指令により、画像化された構造物２の表面形状から構造物２の表面と超音波トランスデューサ１の前面との距離を求め、その距離が所定値になったときは、超音波トランスデューサ１が構造物２に近接したと判定し、駆動回路２１の動作を停止し衝突を防止する。
【００４６】
また、超音波トランスデューサ１は、発信用切替回路３および受信用切替回路６を内部に収納し、発信用切替回路３と発信部４との間は多芯コネクタ１２ａで接続すると共に、受信用切替回路６と増幅器７との間は多芯コネクタ１２ｂで接続する。これにより、超音波トランスデューサ１の着脱を容易に行えるようにしている。
【００４７】
図１に示すように、発信用切替回路３により超音波トランスデューサ１内に配置されたマトリックス配置の多数の圧電素子１１ａ〜２０ｈのうち、圧電素子１１ａ〜１４ｄの計１６個が選択されたとする。この場合には、発信部４からは、１６点のパルス状または連続波の電圧信号が出力される。ここで、発信部４から発信されたパルス状または連続波の電圧信号は、総て同一形状であるが、発信制御部５により、圧電素子１１ａ〜１４ｈのそれぞれの発信超音波が仮想点音源Ｙから発信するように発信タイミングが制御されている。
【００４８】
このようにして発信された超音波は、仮想点音源Ｙから発信された球面波として伝播し、構造物２の表面上で反射した後に、超音波トランスデューサ１内の所定の圧電素子で受信される。すなわち、受信用切替回路６で選択された圧電素子で受信した超音波エコー信号Ｘが、１６回路の増幅器７にて同時に信号増幅され、さらに、１６回路のＡ／Ｄ変換器８にてデイジタル信号に同時に変換された後に信号処理部９に取り込まれる。
【００４９】
以上の処理プロセスを繰り返し行う。すなわち、発信部４による出力電圧信号の発信タイミング変更による仮想点音源Ｙの位置変更と、発信用切替回路３による圧電素子１１ａ〜２０ｈの選択切替えとの度に繰り返す。これにより、多数の仮想点昔源Ｙから超音波が発信されて構造物２で反射され、その反射された超音波エコー信号Ｘのディジタル信号が信号処理部９に高速で収集されることになる。
【００５０】
次に、図２は、本発明の実施の形態における３次元画像合成処理の説明図である。画像合成処理は信号処理部９で行われる。いま、圧電素子１８ｈ、１９ｈ、２０ｈで受信した超音波エコー信号Ｘによる画像合成処理を説明する。
【００５１】
まず、図２（ａ）に示すように、仮想点音源Ｙとして発信され構造物２の表面で反射されて圧電素子１８ｈで受信される超音波エコー信号に関し、仮想点音源Ｙを始点とし圧電素子１８ｈを終点とし、３次元においてその往復距離が一定の曲面である回転楕円体Ｅを考える。
【００５２】
図２（ｂ）に示すように、圧電素子１８ｈで受信された超音波エコー信号の波形Ｆから求めたフライトタイムＴから、超音波の送受信経路の往復距離を求める。そして、仮想点音源Ｙを始点とし圧電素子１８ｈを終点とし、３次元メモリ上においてその往復距離が一定の曲面である回転楕円体Ｅ上にフライトタイムＴの点でのエコーレベルＡの値を書き込む。
【００５３】
このフライトタイムＴの値を有効な受信波形のサンプリングデータの範囲で変化させて、上記と同様の処理プロセスを繰り返すことにより、圧電素子１８ｈで受信されたエコー波形Ｆによる画像処理プロセスが完了することになる。以上の手順を受信する圧電素子１８ｈ〜２０ｈについて順次行うことにより、画像合成を行う。
【００５４】
このように、圧電素子をマトリックス状に配置した超音波トランスデューサ１において、所定個数の圧電素子を発信切替回路３で同時に選択し、選択された圧電素子の発信タイミングを発信制御部５で制御しながら同時駆動する。これにより、多数の小型の圧電素子の発信波が仮想的な音源を有した強度の強い音波として一体化するので、解像度向上に有効な圧電素子の小型化を実現することができる。
【００５５】
また、超音波エコー波形ＦのフライトタイムＴから求めた超音波の送受信経路の往復距離から、構造物２までの概略距離を計測し、その距離が一定値以下になった場合に、超音波トランスデューサ１の位置決めを行う駆動回路２１に駆動停止指令を出力することになる。これにより、超音波トランスデューサ１の駆動停止を適切に行うことができるので、超音波トランスデューサ１と構造物２との接触を未然に防ぐことが可能となる。
【００５６】
以上の説明では、超音波トランスデューサ１の各々の圧電素子は、超音波を発受信するための圧電素子としたが、図３に示すように、超音波を発受信するための圧電素子３３が配置された発受信共用部分３１と、超音波を受信するための圧電素子３４が配置された受信専用部分３２とに分けるようにしても良い。この場合、受信専用部分３２の圧電素子の密度は発受信共用部分３１の圧電素子の密度より粗くすることが可能である。
【００５７】
図３において、超音波トランスデューサ１は、発受信共用部３１ａ〜３１ｉと受信専用部３２ａ〜３２ｌを個別に配置した場合の実施例を示している。
発受信共用部３１ａ〜３１ｉは、図１に示した発信用切替回路３と受信用切替回路６の両方に接続され、受信専用部３２ａ〜３２ｌは、受信用切替回路６のみに接続される構成としている。
【００５８】
まず、発受信共用部３１ａを選択し、発信制御部５で超音波発信を制御して超音波を発信する。そして、受信専用部３２ａ〜３２ｌで超音波エコー信号Ｘを受信する。次に、発受信共用部３１ｂ、３１ｃと順次に選択を切り替えて画像化のための超音波エコー波形Ｆを取り込む。
【００５９】
この際、超音波の発信を行う発受信共用部３１ａ〜３１ｉ内の発受信共用圧電素子３３は、各々の発信タイミングを個別に制御して一つの発信波を形成するため高密度で配置する必要がある。一方、受信専用圧電素子３４については、それほど高密度配置しなくても良いことが経験により分かっている。このため、受信専用圧電素子３４の配置を発受信共用圧電素子３３に比べて粗くすることが可能となり、超音波トランスデューサ１全体で使用する圧電素子数を低減することができる。
【００６０】
次に、増幅器７の増幅特性は対数特性とし、構造物２の表面の微細な凹凸による散乱波を捕らえられるようにする。すなわち、液体媒質中の構造物表面の微細な凹凸からの散乱波は構造物表面の正反射波に比べ非常に弱い。また、構造物内部の欠陥を画像化する場合でも、液体媒質と構造物表面の境界で大半の超音波が反射してしまうため、構造物表面の反射波に比べ欠陥からの反射波は非常に弱い。このことから、液体媒質中の構造物表面の微細な凹凸からの散乱波をも検出して画像化する場合には、ダイナミックレンジの大きな信号を扱える必要がある。そこで、増幅器７の増幅特性を指数関数にすることによりダイナミックレンジを広げることを可能とする。
【００６１】
超音波トランスデューサ１内の圧電素子で受信された超音波エコーの信号レベルは、指数関数の増幅特性を有する増幅器７により増幅されてＡ／Ｄ変換器８へ出力される。これにより、構造物表面の正反射による強度の大きな超音波エコー信号だけでなく、構造物表面の微小な凹凸からの散乱による非常に小さな超音波エコー信号でも、画像合成に寄与させることができる。また、液体媒質から構造物内部へ通過する超音波のエネルギーはその境界面で大半が反射してしまうため非常に弱いが、これに対しても対数特性の増幅器７を用いるので、構造物２の表面および内部を同時に画像化できる。
【００６２】
このように、増幅器７の増幅特性を対数特性としたので、超音波トランスデューサ１で検出された超音波の信号レベルの大小にかかわらず、小さな超音波エコー信号でも扱う信号レベルをほぼ一定レベルとすることができ高精度な画像化が可能になる。
【００６３】
また、信号処理部９は、画像化された構造物２の表面形状を検出し、その位置情報から構造物２内部の超音波伝播経路を求める。そして、この超音波伝播経路に基づく３次元画像化処理を行い構造物内部を画像化する。
【００６４】
まず、信号処理部９では、収集された超音波エコー信号Ｘを入力し記憶する。つまり、３次元メモリ上には超音波エコー信号Ｘの強度分布が格納され、超音波トランスデューサ１の前面に平行な軸をｘ−ｙ、それに直角な軸をｚとすると、ｚ軸方向で超音波エコー強度が最大になる位置が構造物の表面位置となる。ｘ−ｙ全ての位置について繰り返し、超音波エコー強度が最大になる位置を検出することで構造物２の表面位置を検出できる。これにより、３次元メモリ上に構造物２の表面形状を特定し、液体媒質中の構造物２の表面形状を画像化する。
【００６５】
そして、信号処理部は、構造物内部に入射した超音波の経路をスネルの法則により求め、構造物内部の欠陥を画像化する。すなわち、構造物の表面形状の位置情報から構造物内部の超音波伝播経路を求めて、この超音波伝播経路に基づく３次元画像化処理を行い構造物内部を画像化する。
【００６６】
この場合、予め入力されて記憶している構造物の外形形状データに基づいて作成された３次元形状のイラストを構造物内部の画像に対し重ねて描画して表示装置１０に出力するようにしてもよい。すなわち、画像化された構造物２の内部の欠陥に対して、超音波トランスデューサ１の位置データと構造物データに基づき、構造物２の立体形状を示すイラストを欠陥画像に重ねて描画する。
【００６７】
図４は、信号処理部９での構造物内部の画像合成処理の説明図である。いま、仮想音源Ｙと圧電素子１８ｈの組み合わせにおける受信超音波エコー信号Ｘの伝播経路を考える。３次元メモリのｘ−ｙの任意のｚ軸メモリ配列において、構造物２の表面位置Ｓを超音波エコー信号の最大値により検出する。
【００６８】
すなわち、図４（ａ）に示すように、検出された構造物２の表面位置Ｓより手前の位置ｚｂでは、超音波エコー信号Ｘは、仮想音源Ｙ、手前位置ｚｂ、圧電素子１８ｈを直線で結ぶ経路をとる。図４（ｂ）にタイムフライトとエコーレベルとの関係を示す。
【００６９】
構造物２の表面位置Ｓより手前の位置ｚｂでは、超音波エコー信号Ｘは、仮想音源Ｙ、手前位置ｚｂ、圧電素子１８ｈを直線で結ぶ経路をとるので、この場合の距離を媒質の音速で際したタイムフライトＴｂを検出し、受信超音波エコーＸのタイムフライトＴｂ点のエコーレベルＡｂの値を３次元メモリに書き込む。
【００７０】
この動作を、検出された表面位置Ｓであるｚ軸のメモリ配列位置ｚｓまで繰り返す。そして、表面位置Ｓの位置ｚｓになると、そのエコーレベルはエコーレベルＡｓとなり、手前位置のエコーレベルＡｂより大きな波形となり、そのときのタイムフライトはタイムフライトＴである。
【００７１】
表面位置Ｓ以降のｚ軸メモリ配列位置ｚｍでは仮想音源Ｙからの超音波経路は表面位置Ｓ（Ｓｍ、Ｓｍ’）で変化する、すなわちＹ、Ｓｍ、ｚｍ、Ｓｍ’、１８ｈの経路をとることになる。
【００７２】
このとき、ＳｍおよびＳｍ’の位置は良く知られているスネルの法則を満足するように決められるので、超音波経路のＹ−ＳｍとＳｍ’−１８ｈの和を媒質音速で除して得られる媒質中のタイムフライトと、経路Ｓｍ−ｚｍ−Ｓｍ’の和を構造物の音速で除して得られる構造物中のタイムフライトとの和がトータルのタイムフライトＴｍとなる。従って、受信超音波エコーＸのタイムフライトＴｍ点のエコーレベルＡｍの値をｚ軸メモリｚｍに書き込む動作を繰り返す。
【００７３】
さらに、この超音波送受信の組み合わせで、３次元メモリのｘ−ｙ位置全てについて、上記動作を繰り返すことで、タイムフライトが一定の回転楕円体を３次元メモリ上に記憶する。また、仮想音源Ｙの位置と受信圧電素子の組み合わせを変えて上記動作を繰り返すことで、回転楕円体の重なりが密になり、液体媒質中の構造物２の表面形状および構造物内部の画像合成を行う。図４（ａ）中のｆ１は欠陥を示している。
【００７４】
なお、上述のように、信号処理部９では３次元立体の形状データを予め記憶しておく場合、つまり、検査対象の構造物が既知である場合には、設計時のＣＡＤデータ等の位置データを予め入力しておくことで、これを基に構造物２のイラストを作成するとともに、超音波トランスデューサ１の位置情報を参照して、３次元メモリ上に合成した構造物２の画像と重ね合せて描画し、表示装置１０へ出力することになる。
【００７５】
このように、信号処理部９では、最初に液体媒質中の構造物２の表面形状を画像化し、その後に構造物内部を画像化する２段階の開口合成処理により、構造物の画像化を行う。つまり、最初に液体媒質中の構造物２の表面形状を画像化するので高精度にその位置を検出することができる。さらに、構造物の表面位置がわかればスネルの法則により、構造物内部を伝播する超音波の経路もわかるので、再度この超音波伝播経路に基づいた開口合成処理を行うことで液体媒質中の構造物内部画像化が可能になり、構造物内部の欠陥検査ができる。
【００７６】
また、構造物の表面形状が既知のものについては、予めその３次元形状データを記憶しておき、この形状データに基づき超音波トランスデューサ１の位置データから、構造物２の立体形状を示すイラストを開口合成処理により得られた内部画像と重ねて描画する。従って、構造物の立体形状図と３次元超音波画像とが合成されて表示されるので、構造物２内の欠陥と形状部からの反射エコーの識別を容易にできる。
【００７７】
ここで、検査対象の構造物２が既知で比較的単純な形状をしている場合には、図５（ａ）に示すように、超音波トランスデューサ１の前面に、突起部２２を複数設け、図５（ｂ）に示すように、この突起部２２を検査対象表面に押し付けることで、超音波トランスデューサ１を検査対象の構造物２の表面と正対させて距離を一定に保つようにする。そして、超音波トランスデューサ１の超音波発受信面２３により超音波の発受信を行う。
【００７８】
これにより、超音波トランスデューサ１と検査対象表面との距離を一定に保ち、超音波トランスデューサ１の前面と検査対象の構造物２の表面と正対させることができ衝突を防止できる。また、その距離を精度良く保てる場合には、液体媒質中の検査対象の構造物２の形状を特定できる。つまり、構造物２の形状が単純で既知である場合には、その表面形状を画像化することなく直接に構造物内部の画像化を行うことができる。すなわち、予め入力されて記憶保持している構造物２の立体形状の形状データと、超音波トランスデューサ１の位置情報とを参照することで、上記構造物２の形状を特定できる。これにより、信号処理部９の動作において、構造物２を画像化してその表面位置を検出する動作を省略できる。
【００７９】
次に、超音波トランスデューサ１内の圧電素子の取付け位置や感度の補正について説明する。この補正により、超音波による３次元画像化の解像度を向上させる。超音波トランスデューサ１内に配置された圧電素子の位置のばらつきは、製造上ある程度発生してしまう。このばらつきは、超音波画像の解像度に直接的に影響する。このため、予め形状がわかった平板や円筒等の反射体を用意し、その反射体からの反射エコーデータにより圧電素子の相対的な位置を補正する。
【００８０】
図６は、超音波トランスデューサ１に内蔵された圧電素子２４の位置及び感度の補正方法の原理説明を示す。
【００８１】
表面が滑らかな平面で形成された平板反射体２５を用意し、その平板反射体２５に対して、複数個の圧電素子２４の自己発受信により超音波の発受信を行う。これにより、各々の圧電素子２４と平板反射体２５との距離と受信感度を計測し補正を行う。
【００８２】
この計測結果を全ての圧電素子２４に対して行うことにより、圧電素子２４の凹凸の相対位置と感度変化を求める。そして、その結果から、超音波による画像合成を行う場合の圧電素子２４の位置補正及び感度補正を行う。
【００８３】
次に、図６に示す圧電素子２４の凹凸補正を行った後に、図７に示すように、円筒形状の円筒形反射体２６に対して、円筒形反射体２６の軸方向に直角方向の圧電素子２４を自己発受信により超音波の発受信を行い、この計測結果を全ての圧電素子２４に対して行う。これにより、圧電素子２４の水平方向（円筒形反射体２６）の相対位置を求める。
【００８４】
具体的には、圧電素子２４で得られた超音波エコー波形により、円筒形反射体２６の断面画像を表示し、その画像化結果が円筒形反射体２６の断面像である円形に一致するように、画像合成処理に使用する圧電素子２４の水平位置を変更する。これにより、圧電素子２４の位置補正を行うことができる。
【００８５】
以上の補正を行った後に、球形の反射体を用いて同様の処理を行うことにより、超音波トランスデューサ１内に平面配置された圧電素子１１ａ〜２０ｈの全体について位置補正を行うことができる。
【００８６】
このように、予め形状が既知の平板や円筒等の反射体を用意し、その反射体からの反射エコーデータにより圧電素子の相対的な位置を検出し、補正を加えて超音波による３次元画像化の解像度を向上させる。
【００８７】
図８は、超音波画像の合成処理を高速化するための信号処理部９の一例を示す構成図である。受信した超音波エコー信号をアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換器８ａ〜８ｎと１対１に複数の画像合成手段２７ａ〜２７ｎを設け、この画像合成手段２７ａ〜２７ｎはＡ／Ｄ変換器８ａ〜８ｎでディジタル化された超音波エコー信号毎に画像化を並列分散処理する。そして、これら複数の画像合成手段２７ａ〜２７ｎからの画像データを画像結合手段２８で収集し、一つの画像に結合し表示装置１０に表示する。これにより、超音波画像の合成処理を高速化するようにしている。
【００８８】
Ａ／Ｄ変換器８ａ〜８ｎでディジタル変換された超音波エコー波形は、各Ａ／Ｄ変換器８ａ〜８ｎと１対１で結合された画像合成手段２７ａ〜２７ｎに高速バス経由で直接伝送される。
【００８９】
画像合成手段２７ａ〜２７ｎのそれぞれにおいて、図２に示す画像合成処理を同時並行で行い、収集データ量を低減した後に、合成された３次元画像データを画像結合手段２８に伝送する。画像結合手段２８では、複数の３次元画像データを全て加算することにより、一つの３次元画像に結合処理し、表示装置１０に表示する。これにより、画像合成処理プロセスにおける伝送データ量を低減することができ高速化を図ることができる。
【００９０】
図９は、超音波画像の合成処理を高速化するための信号処理部９の他の一例を示す構成図である。超音波トランスデューサ１の圧電素子で受信した複数の超音波エコー信号を信号制御手段２９に入力し、この信号制御手段２９で各々の超音波エコー信号に振り分け３次元開口データを得る。信号制御手段２９で振り分けられ３次元開口データとしての各々の超音波エコー信号は、各々のメモリ制御手段３０に入力され、各々のメモリ３１ａ〜３１ｎへの書き込みが行われる。また、メモリ制御手段３１ａ〜３１ｎでは各々のメモリ３１ａ〜３１ｎから超音波エコー信号の読み出しが行われ、信号制御手段２９にて全体の３次元開口合成データが作成され表示装置１０に出力される。
【００９１】
すなわち、Ａ／Ｄ変換器８ａ〜８ｎでディジタル変換された超音波エコー信号は、信号制御手段２９へ入力され、各々のメモリ制御手段２９を介して各々のメモリ３１ａ〜３１ｎに同時に３次元開ロ合成データとして書き込まれる。
【００９２】
超音波の発受信がすべて終了し、データの採取がすべて終了してから、信号制御手段２９を介して、メモリ制御手段３０ａ〜３０ｎにてメモリ３１ａ〜３１ｂ上のデータを読み出し、表示装置１０等へ全体の３次元開口合成データを転送し画像化する。このような構成とすることにより、メモリ３１ａ〜３１ｎ上への書込みスピードが高速化され、画像合成処理プロセスにかかる時間を低減させることができる。
【００９３】
次に、図１０は、本発明の実施の形態における超音波トランスデューサ１の保管の一例を示す保管状態説明図である。超音波トランスデューサ１を平板反射体２５の上部に液体媒質３２を溜めた密閉容器３３内に保管する。この場合、液体媒質３２の表面が超音波トランスデューサ１の圧電素子２４に接する配置される。
【００９４】
そして、超音波トランスデューサ１の使用前後に所定の圧電素子２４で超音波を送信し、密閉容器３３内の平板反射体２５で反射した超音波エコー信号を超音波トランスデューサ１の所定の圧電素子２４で受信し、受信した超音波エコー信号に基づいて超音波トランスデューサ１の機能確認を行なう。
【００９５】
すなわち、平板反射体２５の周囲に枠を取りつけ液体媒質３２を溜めた構造の平板反射体２５付きの密閉容器３３を用意する。そして、この密閉容器３３上に溜めた液体媒質中に、超音波トランスデューサ１の各圧電素子が接するように超音波トランスデューサ１を浸けた状態で保持し保管する。この保管状態において、超音波トランスデューサ１の使用前後に超音波エコー信号Ｘを発受信し、超音波トランスデューサ１の機能確認を行なう。
【００９６】
これは、超音波トランスデューサ１は、液体媒質３２中に浸さないとその性能が維持されているか否かを確認できないので、超音波トランスデューサ１を液体媒質３２に浸けた状態で密閉容器３３に保管し、超音波トランスデューサ１の使用の前後の保管状態で超音波トランスデューサ１の機能確認ができるようにしている。これにより検査時間の短縮化が図れる。
【００９７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電素子をマトリックス状に配置した超音波トランスデューサとし、圧電素子の小型化を実現したので、圧電素子の素子数の低減を図ることができ、構造物の表面に凹凸があっても３次元超音波画像の解像度向上を実現できる。
【００９８】
また、液体媒質中の構造物の外表面だけでなく構造物内部の欠陥をも画像化でき、その際に、構造物の立体形状を示すイラストを三次元超音波画像に重ねて表示できるため、構造物の境界エコーと欠陥エコーの識別を容易にできる。
【００９９】
また、超音波トランスデューサを検査対象に正対して一定の距離に保つことができるので、液体媒質中で検査を行なう際に、超音波トランスデューサを検査対象への接触を未然に防止できる。
【０１００】
また、３次元超音波画像化の解像度を向上させるための圧電素子の取付け位置のばらつきを補正するので、より高精度な三次元立体画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる３次元超音波画像化装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態における３次元画像合成処理の説明図。
【図３】本発明の実施の形態における超音波トランスデューサの他の一例を示す平面構成図。
【図４】本発明の実施の形態における信号処理部での構造物内部の画像合成処理の説明図。
【図５】本発明の実施の形態における超音波トランスデューサに取り付けた突起部の説明図。
【図６】本発明の実施の形態における超音波トランスデューサに取り付けた圧電素子の凹凸感度補正の説明図。
【図７】本発明の実施の形態における超音波トランスデューサに取り付けた圧電素子の位置補正の説明図。
【図８】本発明の実施の形態における画像合成処理の高速化のための信号処理部の一例を示す構成図。
【図９】本発明の実施の形態における画像合成処理の高速化のための信号処理部の他の一例を示す構成図。
【図１０】本発明の実施の形態における超音波トランスデューサの保管の一例を示す保管状態説明図。
【符号の説明】
１  超音波トランスデューサ
２  構造物
３  発信用切替回路
４  発信部
５  発信制御部
６  受信用切替回路
７  増幅器
８  Ａ／Ｄ変換器
９  信号処理部
１０  表示装置
１１〜２０  圧電素子
２１  駆動回路
２２  突起部
２３  超音波発受信面
２４  圧電素子
２５  平板反射体
２６  円筒形反射体
２７  画像合成手段
２８  画像結合手段
２９  信号制御手段
３０  メモリ制御手段
３１  メモリ
３２  液体媒質
３３  密閉容器
【図１】
0003766210.tif 000002
【図２】
0003766210.tif 000003
【図３】
0003766210.tif 000004
【図４】
0003766210.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003766210.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003766210.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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