1(57)【特許請求の範囲】【請求項１】 時間的に変化する複数の、観測される物
理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む処理結果出力手段を
複数個並列に設けておくとともに、これらの処理結果出力手段に対して各入力情報を発生時刻以降も継続させる
べく時間的に積分した状態で供給し、全ての処理結果出力手段からの出力情報を累積加算して、入力情報に基づいて観測される物理量を発生時刻以降も継続させるべく時間的に積分して得た値との差を算出し、算出された差 10に基づいて、差が小さくなるように処理結果出力手段の未知数を補正して、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物理源解析結果として出力することを特徴とする物理源解析方法。
【請求項２】 空間的に変化する複数の、観測される物

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理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む処理結果出力手段を
複数個並列に設けておくとともに、これらの処理結果出力手段に対して各入力情報を発生箇所以降も継続させる
べく空間的に積分した状態で供給し、全ての処理結果出力手段からの出力情報を累積加算して、入力情報に基づいて観測される物理量を発生箇所以降も継続させるべく
空間的に積分して得た値との差を算出し、算出された差に基づいて、差が小さくなるように処理結果出力手段の未知数を補正して、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物理源解析結果として出力することを特徴とする物理源解析方法。
【請求項３】 各入力情報および入力情報に基づいて観測される物理量の積分次数が変更可能であり、積分次数を高く設定した状態に基づく未知数の補正処理を行った

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後、積分次数を低く設定した状態に基づく未知数の補正を行う請求項１または請求項２に記載の物理源解析方法。
【請求項４】 各入力情報および入力情報に基づいて観測される物理量の積分次数を互いに等しく設定する請求
項１から請求項３の何れかに記載の物理源解析方法。
【請求項５】 入力情報に基づいて観測される物理量の積分次数を各入力情報の積分次数よりも１だけ大きく設
定する請求項１から請求項３の何れかに記載の物理源解
析方法。
【請求項６】 時間的に変化する複数の、観測される物
理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む複数個の処理結果出力手段と、全ての処理結果出力手段からの出力情報を累積加算する累積加算手段と、入力情報に基づいて観測される物理量を時間的に積分した値と累積加算手段により得られた累積加算値との差を算出する差算出手段と、算出された差に基づいて、差が小さくなるように処理結果出力手段の未知数を補正する補正手段と、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物理源解析
結果として出力する補正結果出力手段と、各入力情報を発生時刻以降も継続させるべく時間的に積分した状態で処理結果出力手段に供給する第１積分手段と、入力情報に基づいて観測される物理量を発生時刻以降も継続させるべく時間的に積分して差算出手段に供給する第２積分
手段とを含むことを特徴とする物理源解析装置。
【請求項７】 空間的に変化する複数の、観測される物
理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む複数個の処理結果出力手段と、全ての処理結果出力手段からの出力情報を累積加算する累積加算手段と、入力情報に基づいて観測される物理量を空間的に積分した値と累積加算手段により得られた累積加算値との差を算出する差算出手段と、算出された差に基づいて、差が小さくなるように処理結果出力手段の未知数を補正する補正手段と、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物理源解析
結果として出力する補正結果出力手段と、各入力情報を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分した状態で処理結果出力手段に供給する第１積分手段と、入力情報に基づいて観測される物理量を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分して差算出手段に供給する第２積分
手段とを含むことを特徴とする物理源解析装置。
【請求項８】 第１積分手段および第２積分手段が積分
次数を変更可能なものであり、積分次数を高く設定した状態に基づく未知数の補正処理を行った後、積分次数を低く設定した状態に基づく未知数の補正を行うべく両積
分手段の積分次数を制御する積分次数制御手段をさらに含む請求項６または請求項７に記載の物理源解析装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】

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4【産業上の利用分野】この発明は物理源解析方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、超音波を用いる
音響探査に代表される、パルスエコー法と同じ原理に基づく物理源解析方法およびその装置、および複数のセンサを平面上に配置して各センサからの出力に基づいて物理源の解析を行なうための方法およびその装置に関する。
【０００２】【従来の技術】従来から図８に示すように、送波点９１から超音波パルスを定期的に送波し、反射体９２により反射して戻ってくるパルスエコーを受波点９３においてとらえ、エコーの強度に基づいて媒体の密度が変わる境
界面の位置を計測する、いわゆるパルスエコー法が広く知られている。
【０００３】また、近年、医用無侵襲計測機器の中で超音波断層撮影装置が著しい普及を遂げ、診断精度の向上に大きく貢献してきた。超音波断層撮影装置に代表される超音波診断装置の動作原理はアクティブ・ソナーの原理として広く知られているパルスエコー法と同じである。ここで、反射波の強度の時間波形を観測するモード
をＡモード（図９参照）、１次元的に接触子を走査し閾値を設けて走査方向と深さ方向の２次元影像を観測する
モードをＢモード（図１０参照）、走査を２次元的に行なって同じ深さの２次元影像を観測するモードをＣモード（図１１参照）という。
【０００４】したがって、超音波診断装置を使用し、目的とする診断の種類に応じてＡモード、Ｂモード、Ｃモードを選択することにより、人体に傷をつけることなく人体内部の診断を行なうことができる。また、同様の原理に基づく超音波探傷装置を使用することにより各種構
造物の内部の傷の有無等を検査することができる。
【０００５】さらに、従来から超伝導量子干渉素子（Superconducting Quantum Interference Device、以下、
ＳＱＵＩＤと略称する）を用いた複数個のＳＱＵＩＤ磁束計を生体に近接させた状態で配置することにより、生体内部の磁場源（物理源の一種）を解析する装置が提案されている。この装置は、スーパーコンピュータを用いて以下の処理を行なうものである。即ち、（１）複数個のＳＱＵＩＤ磁束計による探査空間に乱数を用いてｍ個の電流素片をばらまく。ここで、電流素片ｉの入力パラメータは位置情報Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）および
電流ベクトルＩ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）であるから、ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ，Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ（但し、ｉ＝１，２，・・・ｍ）の６ｍ個のパラメータを乱数を用いて決定する。
（２）後述する推定誤差演算プロセスにより全推定誤差
Ｅを算出する。
（３）以下の（４）から（７）の処理を反復する。
（４）任意に電流素片を選択し、該当する電流素片ｋのパラメータおよび全推定誤差を退避する。即ち、位置情報Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）＝Ｐｋ（ｘｋ，ｙ(3)特許２９４９９８３

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ｋ，ｚｋ）
＊ 電流ベクトルＩｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）＝Ｉｓ（Ｘｓ，
電流ベクトルＩｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）＝Ｉｋ（Ｘｋ，Ｙｓ，Ｚｓ）Ｙｋ，Ｚｋ）
全推定誤差Ｅ＝Ｅｓの処理を行なう。
全推定誤差Ｅｓ＝Ｅの処理を行なう。
【０００６】また、上記推定誤差演算プロセスは次のと（５）電流素片ｋのパラメータを乱数を用いて微少な量おりである。
だけ変化させる。即ち、各成分の微少な変化量を△ｘ，Ｉ．各電流素片のパラメータから各測定点ｊ（ｊ−１，△ｙ，△ｚ，△Ｘ，△Ｙ，△Ｚとすれば、
２，・・・Ｎ）における磁場を演算する。即ち、Ｐｋ（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）＝Ｐｋ（ｘｋ＋△ｘ，ｙｋ＋
１）次の２），３）の処理を全ての測定点ｊについて行△ｙ，ｚｋ＋△ｚ）
なう。
Ｉｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）＝Ｉｋ（Ｘｋ＋△Ｘ，Ｙｋ＋ 10 ２）次の３）の処理を全ての電流素片ｉについて行な△Ｙ，Ｚｋ＋△Ｚ）の処理を行なう。
う。
（６）後述する推定誤差演算プロセスにより全推定誤差
３）ビオサバールの法則を用いて、測定点ｊに電流素片Ｅを算出する。
ｉがつくる磁場Ｂｅｊｉ（ＢＸｅｊｉ，ＢＹｅｊｉ，Ｂ（７）退避した全推定誤差Ｅｓと（６）で算出された全Ｚｅｊｉ）を演算する。
推定誤差Ｅとを比較し、全推定誤差Ｅｓの方が小さけれ４）ｍ個の電流素片が測定点ｊにつくる磁場Ｂｅｊを次ば、△で退避した情報を復帰させる。即ち、式に基づいて演算する。
位置情報Ｐｋ（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）＝Ｐｓ（ｘｓ，ｙ【０００７】
ｓ，ｚｓ）
＊
【数１】

の演算を行なう。
ＩＩ．各測定点ｊにおける測定値Ｂｊ（ＢＸｊ，ＢＹ
ｊ，ＢＺｊ）と全電流素片に基づく推定値Ｂｅｊから推定誤差Ｅｊを演算し、全推定誤差Ｅを算出する。即ち、
５）次の６）の処理を全ての測定点ｊについて行なう。
６）各測定点ｊにおける推定誤差Ｅｊを次式に基づいて
演算する。
2
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Ｅｊ＝（ＢＸｊ−ＢＸｅｊ） ＋（ＢＹｊ−ＢＹｅｊ） 30
2＋（ＢＺｊ−ＢＺｅｊ）
７）全推定誤差Ｅを次式に基づいて算出する。
【０００８】【数２】【０００９】【発明が解決しようとする課題】上記超音波診断装置の空間分解能は５mm程度であり、癌の早期発見等の用途に 40要求される空間分解能（１mm程度）と比較すれば空間分解能が低すぎるのであるから、癌の早期発見等の用途には適用できないという不都合がある。また、空間分解能を高めるために（解像度を高めるために）、送信超音波のバースト波の長さを短くすることが考えらている。具
体的には、超音波の周波数を高くすることによりバース
ト波形を簡単に短くできるのであるから、送信超音波パ
ルスの周波数として高い周波数を選択してバースト波を短くすることが一般的に選択される。しかし、周波数を高くすれば、超音波の減衰が顕著になり、人体の深部の 50

診断には適用できなくなってしまうという新たな不都合が発生する。また、周波数を高くすることなくバースト
波形を短くするために、短いバースト波形を出力できる
探触子を使用することが考えられるが、新たな探触子の開発には試行錯誤による素材の研究を伴ない、必然的に開発が長期化してしまうという不都合があり、現状において直ちに適用できるものではない。
【００１０】さらに、超音波パルスの周波数を高めることなく空間分解能を向上させる方法として、送信波形および受信波形に基づいて高速フーリエ変換演算（以下、ＦＦＴ演算と略称する）を行なってインパルス応答を求める方法が知られている。しかし、データのサンプル数が２ｎ個でなければならないという制約があるのみならず、演算装置が大型化し、しかもリアルタイム性がなくなってしまうという不都合があるので、リアルタイム性が重視される人体の診断には余り用いられていない。
【００１１】以上には超音波診断装置における探査方法についてのみ説明したが、超音波探傷装置、レーダ等においても同様の不都合がある。上記磁場源解析装置を用
いて磁場源の解析を行なえば、全推定誤差Ｅが小さくなるように電流素片ｋのパラメータを微少量ずつ変化させるのであるから最終的に正しい解析結果が得られるように思われる。
【００１２】しかし、図１２（Ａ）に示すように電流素
片ｋの初期状態が設定された場合に、２４００回の処理を行なった場合に図１２（Ｂ）に示す状態にまで各電流
素片ｋが変化され、３６００回の処理を行なった場合に
図１２（Ｃ）に示す状態にまで各電流素片ｋが変化され

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ただけであり、最終的な解を得ることができない。ま＊ 参照）が殆どない部分においても誤差配分の譲り合いがた、図１２（Ｂ）（Ｃ）を比較すると電流素片ｋの状態
継続しており（図１５中実線参照）、全体としての誤差は余り変化しておらず、処理回数を増加させても最終的を減少させる試みが継続することになる。したがって、な解を得ることができないという不都合がある。また、
１回目の収束値で目的とする精度が得られない場合に
３６００回の処理を行なうためにスーパーコンピュータ
は、次の誤差の収束までの膨大な演算が要求されることを用いても約２０分の時間がかかっており、到底実用化になり、しかも次の収束値で十分な精度が得られる保証
できないという不都合もある。
がないことになる。 以上から明らかなように、階層型【００１３】このような不都合の発生は、１回の処理を
パーセプトロンを磁場源解析に用いることは実用上殆ど行なっても全推定誤差Ｅが小さくなるという保証が全く不可能である。
ないこと、および上記処理中、推定誤差演算プロセスの 10 【００１５】ホップフィールド・モデルは、図１６に示Ｉ．１），２），３）とＩＩ．１），２）の部分のみにすように、各ニューロンモデルが他の全てのニューロン
ついて並列処理が可能であり、他の処理については並列モデルと結合した構成を有しており、階層型パーセプト
処理できないのであるから並列プロセッサを使用してもロンのように入力層、中間層、出力層という区分はなさ
全体としての演算の高速化が達成できないことが原因でれていない。そして、全てのニューロンモデルが入力あることを見出した。
層、出力層あるいは中間層としての機能を達成できる。
【００１４】また、近年ニューラルネットワークの研究
ここで、各ニューロンモデルが閾値素子モデルであるとが進展しており、上記磁場源の解析にニューラルネット
仮定すれば、ニューロンモデルｉの状態変化は数３の何ワークを適用することが考えられている。ここで、ニュ
れかの式でモデル化される。
ーラルネットワークは階層型パーセプトロン（図１３参【００１６】
照）およびホップフィールド・モデル（図１６参照）に 20 【数３】大別される。階層型パーセプトロンは、図１３に示すよ
うに、入力パターンを受取る入力層と、少なくとも１層からなる中間層と、出力パターンを出力する出力層とで構成されており、各層を構成する複数個のニューロン素子同士を互に接続している。そして、階層型パーセプト
ロンの学習則としてバックプロパゲーション則が用いら
但し、Ｕｉはニューロンモデルｉの活性度あるいは出力れる。しかし、階層型パーセプトロンにおいて取扱う問値であり、ｈｉはニューロンモデルｉの閾値であり、Ｗ題が複雑になると多階層構造が要求され、ニューロン素
ｉｊは荷重であり、ｉ≠ｊである。そして、ニューロン
子数が著しく多くなるのであるから、学習により決定すモデルの荷重および学習則を決定する評価関数としてホる必要がある荷重の数が著しく多くなり、解を収束させ 30 ップフィールドが定義した数４で示される関数は、各ニるための演算負荷が膨大になってしまうという不都合がューロンモデルが数３に基づく内部状態変化を非同期的ある。具体的には、図１４に示すように、通常は１パタに行なえば、それぞれの変化によって数４を減少させ、ーン当り５０回程度の学習を行なうことにより誤差が急最小値または極小値になった時点でニューロンモデルの激に小さくなり１回目の収束値に落ちつく。しかし、さ活性度あるいは出力値が収束することになる。
らに学習を続けると、さらに何回か誤差が急激に変化す【００１７】
る場合がある。図１５は個々のパターンに対する誤差の【数４】変化を示す図であり、全体としての誤差（図１５中破線＊

但し、αｉは正の定数、上式の第１項においてｉ≠ｊである。また、ホップフィールド・モデルを用いて解析を行なうに当って、次の１）から４）の準備作業が必須である。即ち、
１）解析のために与えられた具体的な目的関数を数４の関数形に変換する。
２）具体的に目的関数を構成する独立変数をニューロン
モデルの活性度あるいは出力値Ｕｉになるように変換させるとともに、数３で与えられるような活性度あるいは 50

出力値Ｕｉの変換規則を定める。
３）最終的にあるパターンに収束できるように各Ｕｉへの入力パターン、即ち、各Ｕｉの初期値を定める。
４）１）および２）で得られた学習規則を用いて出力パターンが収束するまであるいは関数Ｅｎが最小になるまで同一の情報処理を反復する。
【００１８】そして、これらの準備作業のうち、１）および２）の作業は非常に困難であり、うまく関数の変換ができない可能性が高く、著しく多大の作業量が必要に(5)9なる。また、３）の準備作業についても、初期値の与え方によっては収束したり収束しなかったりするのであるから、収束性が高い初期値の設定が困難であるとともに、初期値の与え方によっては得られる解が異なる場合が生じる。さらに、４）の準備作業については、何れかのニューロンモデルの内部状態の変化がひき起こした非平衡状態が全体に伝播して新たな安定状態に落ちつくまでにかなりの時間がかかるのであるから、非同期的に情報処理を行なって収束値を得るまでの所要時間が非常に長くなる場合がある。
【００１９】以上から明らかなように、ホップフィールド・モデルを磁場源解析に用いることも実用上殆ど不可能である。尚、以上は磁場源解析に適用する場合についてのみ説明したが、圧力源、温度源のように該当する系の支配法則が数式で表記可能であるとともに、線形加算性が成立する物理源の解析に適用した場合にも同様の不都合が生じる。
【００２０】また、これらの不都合を解消するために、本願発明者は、図１７に示すように、解析対象となる物
理源の個数よりも多い処理装置１０１を並列に設け、これら処理装置１０１からの出力を累積加算器１０２により累積加算して誤差演算器１０３により計測値との差を算出し、算出された差および偏微分値演算器１０４により算出された累積加算値の偏微分値に基づいて補正部１０５により各処理装置１０１の未知数を補正し、累積加算値と計測値との差が十分に小さくなるまで未知数の補正を行なった後に収集ユニット１０６により未知数補正
値を物理源解析結果として出力する物理源解析装置を考えた。
【００２１】尚、各処理装置は、所定の入力情報（計測
条件等の既知の入力情報）と入力情報に基づいて一義に定まるべき計測値との関係を規定する数式に対応する処理を行なうものであり、実際の処理内容は解析対象となる物理源の種類等に応じて定まる。この構成の物理源解
析装置を採用すれば、解析対象となる物理源を含む系の支配法則を学習させる必要がなくなるとともに、累積加算値と計測値との差が必ず小さくなるように未知数の補正を行なうので、ニューラル・ネットワークを用いて物理源の解析を行なう場合のように著しく長時間がかかり、しかも所期の精度の物理源解析結果が得られる保障がないという不都合を解消できる。また、音響探査装置に適用すれば、送信波を変更しなくても空間分解能を高めることができ、しかもＦＦＴ演算のような制約がないのであるからリアルタイム性を達成できる。しかし、この構成の物理源解析装置を用いて時間的に、または空間的に変化する計測値に基づく物理源の解析を行なう場合には、計測値の中に解析対象となる物理源に起因する情報が局在することになるので、未知数の補正処理を行なって実際に有効に未知数が補正される確率が低くなり、
この結果、物理源解析のための所要時間が長くなってし

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まうという不都合がある。また、物理源解析結果としてインパルス応答が得られるだけであり、ステップ応答を得ることができないという不都合もある。
【００２２】【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、物理源の解析精度を簡単に高めることができ、しかもリアルタイム性を達成できる新規な物理源
解析装置を提供することを目的としている。
【００２３】【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項１の物理源解析方法は、時間的に変化する
複数の、観測される物理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む処理結果出力手段を複数個並列に設けておくとともに、これらの処理結果出力手段に対して各入力情報を発
生時刻以降も継続させるべく時間的に積分した状態で供給し、全ての処理結果出力手段からの出力情報を累積加算して、入力情報に基づいて観測される物理量を発生時
刻以降も継続させるべく時間的に積分して得た値との差を算出し、算出された差に基づいて、差が小さくなるよ
うに処理結果出力手段の未知数を補正して、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物理源解析結果として出力する方法である。
【００２４】請求項２の物理源解析方法は、空間的に変化する複数の、観測される物理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む処理結果出力手段を複数個並列に設けておくとともに、これらの処理結果出力手段に対して各入力情報を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分した状態で供給し、全ての処理結果出力手段からの出力情報を累積加算して、入力情報に基づいて観測される物理量を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分して得た値との差を算出し、算出された差に基づいて、差が小さくなるように処理結果出力手段の未知数を補正して、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物理
源解析結果として出力する方法である。
【００２５】請求項３の物理源解析方法は、各入力情報
および入力情報に基づいて観測される物理量の積分次数が変更可能であり、積分次数を高く設定した状態に基づ
く未知数の補正処理を行った後、積分次数を低く設定した状態に基づく未知数の補正処理を行う方法である。請求項４の物理源解析方法は、各入力情報および入力情報に基づいて観測される物理量の積分次数を互いに等しく設定する方法である。
【００２６】請求項５の物理源解析方法は、入力情報に基づいて観測される物理量の積分次数を各入力情報の積分次数よりも１だけ大きく設定する方法である。請求項
６の物理源解析装置は、時間的に変化する複数の、観測される物理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む複数個の処(6)11理結果出力手段と、全ての処理結果出力手段からの出力
情報を累積加算する累積加算手段と、入力情報に基づいて観測される物理量を時間的に積分した値と累積加算手段により得られた累積加算値との差を算出する差算出手段と、算出された差に基づいて、差が小さくなるように処理結果出力手段の未知数を補正する補正手段と、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物
理源解析結果として出力する補正結果出力手段と、各入力情報を発生時刻以降も継続させるべく時間的に積分した状態で処理結果出力手段に供給する第１積分手段と、入力情報に基づいて観測される物理量を発生時刻以降も継続させるべく時間的に積分して差算出手段に供給する第２積分手段とを含んでいる。
【００２７】請求項７の物理源解析装置は、空間的に変化する複数の、観測される物理量の源となる入力情報に基づいて所定の処理結果を得る、少なくとも１つの未知数を含む複数個の処理結果出力手段と、全ての処理結果出力手段からの出力情報を累積加算する累積加算手段と、入力情報に基づいて観測される物理量を空間的に積分した値と累積加算手段により得られた累積加算値との差を算出する差算出手段と、算出された差に基づいて、差が小さくなるように処理結果出力手段の未知数を補正する補正手段と、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果を物理源解析結果として出力する補正
結果出力手段と、各入力情報を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分した状態で処理結果出力手段に供給する第１積分手段と、入力情報に基づいて観測される物
理量を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分して差算出手段に供給する第２積分手段とを含んでいる。
【００２８】請求項８の物理源解析装置は、第１積分手段および第２積分手段が積分次数を変更可能なものであり、積分次数を高く設定した状態に基づく未知数の補正処理を行った後、積分次数を低く設定した状態に基づく
未知数の補正処理を行うべく両積分手段の積分次数を制御する積分次数制御手段をさらに含んでいる。但し、これらの場合において積分の次数としては任意の整数を選択することが可能であり、選択された整数が負である場
合には微分処理を行うことになる。
【００２９】請求項１の物理源解析方法であれば、時間的に変化する複数の、観測される物理量の源となる入力
情報を発生時刻以降も継続させるべく時間的に積分して各処理結果出力手段に供給することにより積分された入力情報に対応する処理結果を得、累積加算する。そして、入力情報に基づいて観測される物理量を発生時刻以降も継続させるべく時間的に積分して累積加算結果との差を算出し、算出された差に基づいて、差が小さくなる
ように処理結果出力手段の未知数を補正する。そして、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果
を物理源解析結果として出力する。
【００３０】したがって、積分前において各物理源に起

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因する情報が時間的に局在していても、積分処理を施す
ことにより、局在していた時刻よりも後の時刻においてこれらの情報を存在させ続けることができるので、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率が高くなり、この結果、物理源解析のための所要時間を大巾に短縮できる。
【００３１】請求項２の物理源解析方法であれば、空間的に変化する複数の、観測される物理量の源となる入力
情報を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分して各処理結果出力手段に供給することにより積分された入力情報に対応する処理結果を得、累積加算する。そして、入力情報に基づいて観測される物理量を発生箇所以降も継続させるべく空間的に積分して累積加算結果との差を算出し、算出された差に基づいて、差が小さくなる
ように処理結果出力手段の未知数を補正する。そして、差が十分に小さくなった時点において未知数の補正結果
を物理源解析結果として出力する。
【００３２】したがって、積分前において各物理源に起因する情報が空間的に局在していても、積分処理を施す
ことにより、局在していた空間よりも積分方向に後の空間においてこれらの情報を存在させ続けることができる
ので、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率が高くなり、この結果、物理源解析のための所
要時間を大巾に短縮できる。
【００３３】請求項３の物理源解析方法であれば、各入力情報および入力情報に基づいて観測される物理量の積
分次数を高く設定した状態で未知数の補正処理を行うことによりある程度の精度で未知数を補正できるまでの所
要時間を短縮でき、その後、積分次数を低く設定した状
態で未知数の補正処理を行うことにより未知数の補正精度を高めることができる。即ち、物理源解析の高速化および高精度化を達成できる。
【００３４】請求項４の物理源解析方法であれば、各入力情報および入力情報に基づいて観測される物理量の積
分次数を互いに等しく設定した状態で未知数の補正処理を行うのであるから、物理源解析結果としてインパルス応答を得ることができる。請求項５の物理源解析方法であれば、入力情報に基づいて観測される物理量の積分次数を各入力情報の積分次数よりも１だけ大きく設定した状態で未知数の補正処理を行うのであるから、物理源解
析結果としてステップ応答を得ることができる。この結果、物理源の有無を簡単に識別できるとともに、耐ノイズ性を高めることができる。
【００３５】請求項６の物理源解析装置であれば、時間的に変化する複数の、観測される物理量の源となる入力
情報を発生時刻以降も継続させるべく第１積分手段により時間的に積分して各処理結果出力手段に供給すること
により積分された入力情報に対応する処理結果を得、累積換算手段により全ての処理結果を累積加算する。そして、入力情報に基づいて観測される物理量を発生時刻以(7)13降も継続させるべく第２積分手段により時間的に積分して差算出手段により累積加算結果との差を算出し、算出された差に基づいて、補正手段により差が小さくなるよ
うに処理結果出力手段の未知数を補正する。そして、差が十分に小さくなった時点において補正結果出力手段により未知数の補正結果を物理源解析結果として出力する。
【００３６】したがって、積分前において各物理源に起因する情報が時間的に局在していても、積分処理を施す
ことにより、局在していた時刻よりも後の時刻においてこれらの情報を存在させ続けることができるので、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率が高くなり、この結果、物理源解析のための所要時間を大巾に短縮できる。
【００３７】請求項７の物理源解析装置であれば、空間的に変化する複数の、観測される物理量の源となる入力
情報を発生箇所以降も継続させるべく第１積分手段により空間的に積分して各処理結果出力手段に供給すること
により積分された入力情報に対応する処理結果を得、累積加算手段により全ての処理結果を累積加算する。そして、入力情報に基づいて観測される物理量を発生箇所以降も継続させるべく第２積分手段により空間的に積分して差算出手段により累積加算結果との差を算出し、算出された差に基づいて、補正手段により差が小さくなるよ
うに処理結果出力手段の未知数を補正する。そして、差が十分に小さくなった時点において補正結果出力手段により末知数の補正結果を物理源解析結果として出力する。
【００３８】したがって、積分前において各物理源に起因する情報が空間的に局在していても、積分処理を施す
ことにより、局在していた空間よりも積分方向に関して後の空間においてこれらの情報を存在させ続けることができるので、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率が高くなり、この結果、物理源解析のための所要時間を大巾に短縮できる。
【００３９】請求項８の物理源解析装置であれば、各入力情報および入力情報に基づいて観測される物理量の積
分次数を積分次数制御手段により高く設定した状態で未知数の補正処理を行うことによりある程度の精度で未知数を補正できるまでの所要時間を短縮でき、その後、積分次数制御手段により積分次数を低く設定した状態で未知数の補正処理を行うことにより未知数の補正精度を高めることができる。即ち、物理源解析の高速化および高精度化を達成できる。
【００４０】【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。図１はこの発明の物理源解析装置の一実施例
としての超音波探査装置を示すブロック図であり、送波器Ｓから送波される所定のパルス周波数の超音波Ｘ（ｔ）を時間的に積分する送信波積分器７と、送信波積

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特許２９４９９８３
14分器７からの出力に基づいてｎ個のパルスからなるパル
ス列を出力するパルス列出力部７0 ，７1 ，・・・７
n と、パルス列出力部７0 ，７1 ，・・・７n により出力される各パルスのピーク値ｘ0 ，ｘ1 ，・・・ｘn を乗数とし、推定すべきインパルス応答ｇj ，ｇ(j‑1) ，・・・ｇ(j‑n)
を被乗数とする演算を行なうインパルス応答演算
部１0 ，１1 ，・・・１n と、全てのインパルス応答演算
部１0 ，１1 ，・・・１n から出力される演算結果に基づく畳み込み演算を行なう畳み込み演算部２と、受波器Ｒにより得られる受信波形Ｙ（ｔ）を時間的に積分する受信波形積分器８と、畳み込み演算結果および受波波形積分器８により得られた波形を所定のサンプリング・レー
トでサンプリングすることにより得られる受信波パルスを入力として両者の差を算出する演算結果用差算出部３と、第１段目の演算部１0 に対して未知のインパルス応
答ｇｊについて仮想の初期値を与える乱数発生器４とを有している。そして、インパルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・１n は上記差に基づいて該当するインパルス応答を補正する補正部１0a ，１1a ，・・・１na を含んでおり、各補正部により補正されたインパルス応答を次段のインパルス応答演算部に供給するようにしている。尚、最終段の補正部１na により補正されたインパルス応答は
超音波探査結果として出力される。
【００４１】さらに詳細に説明すると、送波超音波Ｘ（ｔ）を積分した波形の各パルスのピーク値ｘ（τ）がｘ0 ，ｘ1 ，・・・ｘn であるから、時刻ｊにおける境界面のインパルス応答をＧj 、計測された反射波（受信波）Ｙ（ｔ）を積分した波形をｙj とし、放射される超音波パルス波の音圧が小さく線形加算性が成立する場合には、受信波Ｙj および受信波の積分波形ｙj が数５で表現できる。
【００４２】【数５】

但し、Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ）とｘ（ｔ），ｙ（ｔ）との関係は数６である。
【００４３】【数６】

したがって、各インパルス応答演算部において正確なイ
ンパルス応答が設定されていれば畳み込み演算部２から出力される畳み込み演算結果Ｏj （数７参照）は受信波の積分波形ｙj と一致し、演算結果用差算出部３から出力される差ｙj −Ｏj は０となる。
【００４４】

(8)
15
【数７】

しかし、実際には全てのインパルス応答演算部において正確なインパルス応答を設定できる場合は皆無であるか
ら、推定したインパルス応答ｇ(j‑i) と実際のインパル
ス応答Ｇ(j‑i) とのずれに対応する差ｙj −Ｏj が演算結
果用差算出部３から出力される。
【００４５】そして、演算結果用差算出部３から出力される差ｙj −Ｏj に基づいて各インパルス応答演算部に含まれる補正部において次式で示す補正演算を行なって推定したインパルス応答を補正する。
ｇ(j‑i) ＝ｇ(j‑i) ＋ε・（ｙj −Ｏj ）・ｘi
したがって、推定されたインパルス応答ｇ(j‑i) が上記
補正演算に基づく補正分だけ実際のインパルス応答Ｇ(j‑i)に接近する。そして、補正されたインパルス応答ｇ(j‑i) は次の時刻における処理に対応すべく次段のイ
ンパルス応答演算部に供給され、同様の処理が反復される。
【００４６】この結果、インパルス応答演算部１0 ，
１1 ，・・・１n において順次上記処理が行なわれることにより実際のインパルス応答Ｇ(j‑i) に高精度に近似できるインパルス応答ｇ(j‑i) が得られる。また、複数個のインパルス応答が存在している系において、各インパルス応答の影響を受けた成分が受信波Ｙ（ｔ）の全範囲に存在しているのではなく一部のみに局在しているのであるから、該当する成分が局在している範囲に対応する
受信波パルスが供給された場合にのみ該当するインパル
ス応答の補正が達成され、他の範囲に対応する受信波パ
ルスが供給されても該当するインパルス応答の補正は全く達成されない。この結果、インパルス応答の補正にかなり長時間がかかってしまうことになる。しかし、この実施例においては、送信波を積分するとともに受信波を積分するようにしているのであるから、各インパルス応
答の影響を受けた成分が受信波積分波形の該当範囲以後の全ての範囲に含まれることになり、受信波パルスが供給された場合に実際に該当するインパルス応答が補正される確率が高くなる。したがって、インパルス応答の補
正に必要な時間を大巾に短縮できる。
【００４７】以上の説明から明らかなように、ｎ段のインパルス応答補正処理が行なわれた後は、データが得られる毎に直ちにインパルス応答を得ることができ、リア
ルタイム処理を達成できる。また、送出パルスの周波数を低くして減衰を小さくし、データ列を得るためのサン
プリング・レートを高めることにより簡単に高解像度化できる。
【００４８】【実施例２】図２はこの発明の物理源解析装置の他の実施例としての超音波探査装置の要部を示すブロック図で

1020

特許２９４９９８３16あり、図１の実施例と異なる点は、送信波積分器７および受信波積分器８が共に２段の積分器７ａ，７ｂ、積分器８ａ，８ｂで構成されている点、２段の積分器７ａ，７ｂの上流点、中間点および下流点の波形を選択的にパルス列出力部７0 ，７1 ，・・・７n に供給する送信波選
択器７ｃをさらに有している点、２段の積分器８ａ，８ｂの上流点、中間点および下流点の波形を選択的に演算
結果用差算出部３に供給する受信波選択器８ｃをさらに有している点および互に等しい積分次数の出力を選択すべく送信波選択器７ｃおよび受信波選択器８ｃを制御する積分次数制御部９をさらに有している点のみである。
【００４９】上記構成の超音波探査装置の作用は次のとおりである。この音響探査装置の２段の積分器７ａ，７ｂの上流点、中間点および下流点からそれぞれＸ（ｔ），数８および数９が出力される。
【００５０】【数８】【００５１】【数９】

また、物理源解析装置の２段の積分器８ａ，８ｂの上流点、中間点および下流点からそれぞれＹ（ｔ），数１０
および数１１が出力される。
【００５２】【数１０】30【００５３】
【数１１】

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したがって、先ず積分次数制御部９により送信波選択器
７ｃおよび受信波選択器８ｃを制御して２段の積分器７ａ，７ｂの下流点および２段の積分器８ａ，８ｂの下流点を選択すればよく、２次の積分波形に基づくインパルス応答の補正処理を著しく高速に達成できる。
【００５４】但し、２次の積分波形に基づいてインパル
ス応答を補正した場合には、累積加算値と受信波を２次積分した波形との差を十分には小さくできないが、差がほぼ安定するまでの所要時間を著しく短縮できる。次いで、積分次数制御部９により送信波選択器７ｃおよび受信波選択器８ｃを制御して２段の積分器７ａ，７ｂの中間点および２段の積分器８ａ，８ｂの中間点を選択すればよく、１次の積分波形に基づくインパルス応答の補正処理を高速に達成できるとともに、上記差をさらに小さくできる。
【００５５】その後、積分次数制御部９により送信波選(9)特許２９４９９８３

1718
択器７ｃおよび受信波選択器８ｃを制御して２段の積分＊ さくなるように各積分出力を選択する点およびインパル
器７ａ，７ｂの上流点および２段の積分器８ａ，８ｂのス応答演算部１0 ，１1 ，・・・１n に代えてステップ応
上流点を選択すればよく、全く積分を行なっていない波
答演算部１0s ，１1s ，・・・１ns を設けた点のみであ形に基づくインパルス応答の補正処理を達成し、上記差る。尚、ステップ応答演算部１0s ，１1s ，・・・１を著しく小さくできる。以上の説明から明らかなよう
ns は、パルス列出力部７0 ，７1 ，・・・７n により出力に、インパルス応答の補正初期（推定初期）においてはされる各パルスのピーク値ｘ0 ，ｘ1 ，・・・ｘn を乗数高い次数の積分を行なった波形に基づく処理を行なうことし、推定すべきステップ応答（インパルス応答ｇj ，とにより収束速度を高め、順次積分次数を低くすること
ｇ(j‑1) ，・・・ｇ(j‑n) の積分値）を被乗数とする演算によりインパルス応答の推定精度を高め、最終的に全くを行なうものである。
積分を行なっていない波形に基づく処理を行なうことに 10 【００５７】上記構成の超音波探査装置の作用は次のとより高精度にインパルス応答の推定を達成できる。
おりである。微分器７ｅを経由する出力点からｄＸ【００５６】（ｔ）／ｄｔ（−１次の積分波形）が、積分器７ｄ、微【実施例３】図３はこの発明の物理量解析装置のさらに分器７ｅの何れをも経由しない出力点からＸ（ｔ）が、他の実施例としての超音波探査装置の要部を示すブロッ積分器７ｄを経由する出力点から数８がそれぞれ出力さク図であり、図２の音響探査装置と異なる点は、２段のれる。また、送信波Ｘ（ｔ）とインパルス応答ｇ（ｔ）
積分器７ａ，７ｂに代えて積分器７ｄおよび微分器７ｅと受信波Ｙ（ｔ）との間においてＹ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）＊を設け、積分器７ｄにより得られた波形、積分器７ｄ、ｇ（ｔ）の関係が成立するので、送信波Ｘ（ｔ）を微分
微分器７ｅの何れをも経由していない波形、微分器７ｅ
し、インパルス応答ｇ（ｔ）を積分することにより数１
により得られた波形を送信波選択器７ｃにより選択する
２が得られる。
ようにした点、積分次数制御部９により送信波積分器７ 20 【００５８】の積分次数が受信波積分器８の積分次数よりも１だけ小＊【数１２】

また、両辺を１回積分することにより数１３が得られ、※ 【００５９】
２回積分することにより数１４が得られる。
※【数１３】【００６０】★30★ 【数１４】

数１２から数１４において数１５がステップ応答である。
【００６１】【数１５】

したがって、先ず積分次数制御部９により送信波選択器 40
７ｃおよび受信波選択器８ｃを制御して積分器７ｄを経由する出力点および２段の積分器８ａ，８ｂの下流点を選択すればよく、受信波の２次の積分波形および送信波の１次の積分波形に基づくステップ応答の補正処理を著
しく高速に達成できる。
【００６２】但し、２次の積分波形および１次の積分波形に基づいてステップ応答を補正した場合には、累積加算値と受信波を２次積分した波形との差を十分には小さくできないが、差がほぼ安定するまでの所要時間を著しく短縮できる。次いで、積分次数制御部９により送信波 50

選択器７ｃおよび受信波選択器８ｃを制御して積分器７ｄ、微分器７ｅの何れをも経由しない出力点および２段の積分器８ａ，８ｂの中間点を選択すればよく、受信波の１次の積分波形および送信波の０次の積分波形（送信波形そのもの）に基づくステップ応答の補正処理を高速に達成できるとともに、上記差をさらに小さくできる。
【００６３】その後、積分次数制御部９により送信波選
択器７ｃおよび受信波選択器８ｃを制御して微分器７ｅを経由する出力点および２段の積分器８ａ，８ｂの上流点を選択すればよく、受信波の０次の積分波形（受信波そのもの）および送信波の−１次の積分波形（送信波の微分波形）に基づくステップ応答の補正処理を達成し、上記差を著しく小さくできる。
【００６４】以上の説明から明らかなように、ステップ応答の補正初期（推定初期）においては高い次数の積分を行なった波形に基づく処理を行なうことにより収束速度を高め、順次積分次数を低くすることによりステップ

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応答の推定精度を高め、最終的に全く積分を行なっていない受信波形および−１次の積分を行なった送信波形に基づく処理を行なうことにより高精度にステップ応答の推定を達成できる。
【００６５】そして、インパルス応答は境界を検出できるだけであり、そのままでは物理源の有無を判別できないのであるが、ステップ応答は物理源の有無を判別できるので視覚化する場合の処理を簡素化できる。図４はこの実施例に基づくステップ応答推定の具体例を説明する
図であり、受信波の２次の積分波形を用いた処理を１０回行ない、受信波の１次の積分波形を用いた処理を９０回行なった結果を示している。尚、図４（Ａ）がが推定されたステップ応答と真のステップ応答を、図４（Ｂ）
が推定回数に対応する受信波と累積加算値との差（サンプル１０００個に対する絶対推定誤差）をそれぞれ示している。
【００６６】図５は受信波の２次の積分波形を用いた処理のみを１００回行なった場合を、図６は受信波の１次の積分波形を用いた処理のみを１００回行なった場合をそれぞれ示している。これら具体例から明らかなように、受信波の２次の積分波形を用いた処理を行なうことにより推定誤差の収束を高速化できるが、収束後は推定誤差が殆ど変化しないのでステップ応答の推定精度が低い。また、受信波の１次の積分波形を用いた処理を行なった場合には、推定誤差の収束が遅く、１００回の推定回数では推定誤差が十分には小さくならないのでステッ
プ応答の推定精度が図５の場合よりも低くなる。これに対して図４の場合には、図５の場合と同程度の高速収束性を達成でき、その後、さらに推定誤差を減少させるべ
く推定処理が反復されるのであるから、推定精度の高精度化をも達成できる。
【００６７】【実施例４】図７はこの発明の物理量解析装置のさらに他の実施例としての磁場源解析装置を示すブロック図であり、図１の実施例と異なる点は、受波器Ｒに代えてＮ個の磁場センサＭＳを設けた点、送波器Ｓに代えて測定条件を出力する測定条件出力部ＭＯを設けた点、インパ
ルス応答演算部１0 ，１1 ，・・・１n に代えて磁場算出
式に相当する処理を行なう磁場演算部１´0 ，１´1 ，・・・１´n を設けた点、Ｎ個の磁場センサＭＳの何れかによる計測値を選択する選択部ＭＰＸ１と対応する計測
条件を選択する選択部ＭＰＸ２および両選択部ＭＰＸ
１，ＭＰＸ２を制御する制御部Ｃをさらに設けた点、送信波積分器７、受信波積分器８に代えて空間積分を行なう計測条件積分器７´、計測値積分器８´を設けた点および補正された未知数を収集して出力する収集ユニット
１００を設けた点のみである。但し、磁場演算部同士は接続されていない。
【００６８】したがって、この実施例の場合には、時間積分に代えて空間積分を行なう点は図１の実施例と異な

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るが、空間的に局在する計測値を積分方向に拡散させ、存在範囲を拡大できるので、磁場源推定の収束を高速化できる。尚、図７の実施例に対して、図１の実施例に対する図２の実施例、図３の実施例と同様の変更を施すことが可能であるほか、磁場源以外の物理源、例えば圧力源、熱源、光源等のように線形加算性が成立する物理源の解析に適用することが可能である。
【００６９】尚、この発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、各演算部に代えて所定の学習を行なった比較的小規模の多入力１出力の階層型パーセプ
トロンを用いることが可能であるほか、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更を施すことが可能である。
【００７０】【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、積分前において各物理源に起因する情報が時間的に局在していても、積分処理を施すことにより、局在していた時刻よ
りも後の時刻においてこれらの情報を存在させ続け、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率を高めて、物理源解析のための所要時間を大巾に短縮できるという特有の効果を奏する。
【００７１】請求項２の発明は、積分前において各物理源に起因する情報が空間的に局在していても、積分処理を施すことにより、局在していた空間よりも積分方向に後の空間においてこれらの情報を存在させ続け、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率を高めて、物理源解析のための所要時間を大巾に短縮できるという特有の効果を奏する。
【００７２】請求項３の発明は、物理源解析の高速化および高精度化を達成できるという特有の効果を奏する。
請求項４の発明は、物理源解析結果としてインパルス応
答を得ることができるという特有の効果を奏する。請求項５の発明は、物理源解析結果としてステップ応答を得ることができ、物理源の有無を簡単に識別できるとともに、耐ノイズ性を高めることができるという特有の効果を奏する。
【００７３】請求項６の発明は、積分前において各物理源に起因する情報が時間的に局在していても、積分処理を施すことにより、局在していた時刻よりも後の時刻においてこれらの情報を存在させ続け、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率を高めて、物理源解析のための所要時間を大巾に短縮できるという特有の効果を奏する。
【００７４】請求項７の発明は、積分前において各物理源に起因する情報が空間的に局在していても、積分処理を施すことにより、局在していた空間よりも積分方向に関して後の空間においてこれらの情報を存在させ続け、補正処理を行なった場合に実際に未知数が補正される確率を高めて、物理源解析のための所要時間を大巾に短縮できるという特有の効果を奏する。

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22【００７５】請求項８の発明は、物理源解析の高速化お＊ 【図１１】走査を２次元的に行なって同じ深さの２次元よび高精度化を達成できるという特有の効果を奏する。
像を観測するモードを説明する概略図である。
【図面の簡単な説明】【図１２】従来方法による磁場源解析結果を示す図であ【図１】この発明の物理源解析装置の一実施例としてのる。
超音波探査装置を示すブロック図である。
【図１３】階層型パーセプトロンの構成を概略的に示す【図２】この発明の物理源解析装置の他の実施例として図である。
の超音波探査装置の要部を示すブロック図である。
【図１４】階層型パーセプトロンにおける学習回数と誤【図３】この発明の物理量解析装置のさらに他の実施例
差との関係を示す図である。
としての超音波探査装置の要部を示すブロック図であ【図１５】階層型パーセプトロンにおける学習回数に対る。
10 応する個々のパターンに対する誤差と全体としての誤差【図４】図３の実施例に基づくステップ応答推定の具体の変化を示す図である。
例を説明する図である。
【図１６】ホップフィールド・モデルを概略的に示す図【図５】ステップ応答推定の比較例を説明する図であである。
る。
【図１７】本願発明者が考えた物理源解析装置を概略的【図６】ステップ応答推定の比較例を説明する図であに示すブロック図である。
る。
【符号の説明】【図７】この発明の物理量解析装置のさらに他の実施例
１0 ，１1 ，・・・１n インパルス応答演算部
としての磁場源解析装置を示すブロック図である。
１0s ，１1s ，・・・１ns ステップ応答演算部【図８】パルスエコー法の原理を説明する概略図であ１´0 ，１´1 ，・・・１´n 磁場演算部
る。
20 １0a ，１1a ，・・・１na 補正部【図９】反射波の強度の時間波形を観測するモードを説
２ 畳み込み演算部
３ 演算結果用差算出部 ７
明する概略図である。
送信波積分器【図１０】１次元的に接触子を走査し閾値を設けて走査
７´ 計測条件積分器
８ 受信波形積分器
８´
方向と深さ方向の２次元像を観測するモードを説明する
計測値積分器概略図である。
＊
９ 積分次数制御部
１００ 収集ユニット
【図３】

【図９】

【図１６】

【図１１】

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【図１】

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【図２】

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【図４】

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【図１０】

【図１２】

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【図５】

【図１３】

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【図６】

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【図７】

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【図８】

【図１４】

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【図１５】

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【図１７】

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