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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023004096
(43)【公開日】2023-01-17
(54)【発明の名称】アレイ型超音波送受信装置
(51)【国際特許分類】
G01N 29/265 20060101AFI20230110BHJP
【ＦＩ】
G01N29/265
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021105595
(22)【出願日】2021-06-25
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-02-18
(71)【出願人】
【識別番号】000233044
【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】岸本 卓弥
(72)【発明者】
【氏名】北見 薫
(72)【発明者】
【氏名】郡司 浩行
(72)【発明者】
【氏名】黛 高明
(72)【発明者】
【氏名】宮部 昇三
(72)【発明者】
【氏名】中嶋 巖
【テーマコード（参考）】
2G047
【Ｆターム（参考）】
2G047AA05
2G047AC10
2G047BA03
2G047BB06
2G047BC07
2G047DB02
2G047DB03
2G047DB12
2G047EA09
2G047GB02
2G047GB17
2G047GB25
2G047GE02
2G047GF17
2G047GF18
2G047GF31
2G047GH06
2G047GH14
(57)【要約】
【課題】検査時間を短縮した超音波送受信装置を提供する。
【解決手段】本発明の直線状に配置した複数の超音波振動子を有するアレイプローブ４を備えたアレイ型超音波送受信装置１は、被検体の上方の被検体と平行な走査平面において、超音波振動子の配置方向を走査平面のＹ軸方向、配置方向と垂直な方向を走査平面のＸ軸方向とし、予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向にアレイプローブを移動し、アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行う。
【選択図】 図３Ｂ
【解決手段】本発明の直線状に配置した複数の超音波振動子を有するアレイプローブ４を備えたアレイ型超音波送受信装置１は、被検体の上方の被検体と平行な走査平面において、超音波振動子の配置方向を走査平面のＹ軸方向、配置方向と垂直な方向を走査平面のＸ軸方向とし、予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向にアレイプローブを移動し、アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行う。
【選択図】 図３Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直線状に配置した複数の超音波振動子を有するアレイプローブを備えたアレイ型超音波送受信装置であって、
被検体の上方の前記被検体と平行な走査平面において、前記超音波振動子の配置方向を前記走査平面のＹ軸方向、前記配置方向と垂直な方向を前記走査平面のＸ軸方向とし、
予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向に前記アレイプローブを移動し、
前記アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、前記被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行う
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
被検体の上方の前記被検体と平行な走査平面において、前記超音波振動子の配置方向を前記走査平面のＹ軸方向、前記配置方向と垂直な方向を前記走査平面のＸ軸方向とし、
予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向に前記アレイプローブを移動し、
前記アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、前記被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行う
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項2】
請求項１に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標をＸｋとしたとき、
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動速度Ｖｍを前記走査条件とする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標をＸｋとしたとき、
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動速度Ｖｍを前記走査条件とする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項3】
請求項２に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの移動時間Ｔｍを、前記電子スキャンの複数の照射点における送受信時間の和であるスキャン時間Ｔｓに等しく設定し、
前記移動時間Ｔｍと、前記Ｘｋから前記Ｘｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動距離Ｄｍと、から前記移動速度Ｖｍを求める
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの移動時間Ｔｍを、前記電子スキャンの複数の照射点における送受信時間の和であるスキャン時間Ｔｓに等しく設定し、
前記移動時間Ｔｍと、前記Ｘｋから前記Ｘｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動距離Ｄｍと、から前記移動速度Ｖｍを求める
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項4】
請求項２に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記移動速度Ｖｍは、前記アレイプローブが前記Ｘ軸方向に移動するときに、前記超音波ビーム及び／又は前記反射波の進行に影響を与えるゆらぎや気泡などの外乱要因が生じない範囲内の最大速度である
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記移動速度Ｖｍは、前記アレイプローブが前記Ｘ軸方向に移動するときに、前記超音波ビーム及び／又は前記反射波の進行に影響を与えるゆらぎや気泡などの外乱要因が生じない範囲内の最大速度である
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項5】
請求項１に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記被検体に超音波ビームを照射する最初の電子スキャンの開始時における前記アレイプローブの位置を前記アレイプローブの走査平面の原点とし、
Ｙ軸方向において、電子スキャンの開始時のアレイプローブの位置のＹ座標をＹｌとしたとき、移動による前記アレイプローブの次のＹ軸方向のＹ座標Ｙｌ＋１は、Ｙｌに電子スキャンの走査幅を加算した値の位置とし、
前記原点から離間する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸｋからＸｋ＋１の位置に移動し、前記原点に接近する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸｋからＸｋ―１の位置に移動する
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記被検体に超音波ビームを照射する最初の電子スキャンの開始時における前記アレイプローブの位置を前記アレイプローブの走査平面の原点とし、
Ｙ軸方向において、電子スキャンの開始時のアレイプローブの位置のＹ座標をＹｌとしたとき、移動による前記アレイプローブの次のＹ軸方向のＹ座標Ｙｌ＋１は、Ｙｌに電子スキャンの走査幅を加算した値の位置とし、
前記原点から離間する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸｋからＸｋ＋１の位置に移動し、前記原点に接近する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸｋからＸｋ―１の位置に移動する
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項6】
請求項５に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸｋからＸｋ＋１に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹｌからＹｌ＋１に移動する動作と、から成る往動スキャン動作と、
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸｋからＸｋ―１に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹｌからＹｌ＋１に移動する動作と、から成る復動スキャン動作と、
を交互に繰り返して前記走査平面を電子スキャンする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸｋからＸｋ＋１に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹｌからＹｌ＋１に移動する動作と、から成る往動スキャン動作と、
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸｋからＸｋ―１に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹｌからＹｌ＋１に移動する動作と、から成る復動スキャン動作と、
を交互に繰り返して前記走査平面を電子スキャンする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アレイ型超音波送受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体などの被検体に超音波を照射して、その反射波に基づいて被検体内部の画像情報を生成し、被検体内部の欠陥を検出する超音波送受信装置がある。この超音波送受信装置によれば、非破壊による高分解能検査を行うことができ、電子部品の信頼性を確保できる。
【0003】
近年の半導体ウェハの高密度実装化に伴う検査時間の短縮が求められている。これを実現するためには、超音波の送受信処理の短縮が必須になっている。
【0004】
このため、直線状に配置された複数の超音波振動子で構成し、これらの超音波振動子を電子走査（電子スキャン）するアレイプローブを使用する超音波検査装置が考案されている（特許文献１を参照）。
【0005】
この超音波検査装置では、アレイプローブを静止した状態で一度の電子スキャンで所定幅をスキャンする構成となっている。詳しくは、シングルプローブが、ひとつ超音波振動子により処理をするのに対して、アレイプローブを構成する複数の超音波振動子により電子スキャン処理を行うことにより、高速処理を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭６３－１７７０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記の先行技術では、アレイプローブが静止した状態における電子スキャン処理を終了したら、次の検査位置に移動し、再びアレイプローブを静止して電子スキャン処理を行う方法が開示されている。つまり、電子スキャンするときには、アレイプローブが静止している方法である。
【0008】
詳しくは、ある検査位置において超音波を送信し、次の検査位置で超音波を送信するまでに要する時間は、電子スキャンの時間とプローブの移動時間の和の時間となる。
超音波送受信装置における検査時間の短縮のため、さらなる高速処理が必要になっている。
超音波送受信装置における検査時間の短縮のため、さらなる高速処理が必要になっている。
【0009】
本発明の目的は、検査時間を短縮した超音波送受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記課題を解決するため、本発明のアレイ型超音波送受信装置は、直線状に配置した複数の超音波振動子を有するアレイプローブを備えたアレイ型超音波送受信装置であって、被検体の上方の前記被検体と平行な走査平面において、前記超音波振動子の配置方向を前記走査平面のＹ軸方向、前記配置方向と垂直な方向を前記走査平面のＸ軸方向とし、予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向に前記アレイプローブを移動し、前記アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、前記被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行うようにした。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、超音波送受信装置の検査時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態の超音波送受信装置の全体構成を示す図である。
【図2】超音波送受信装置におけるプローブの平面走査の動作内容を説明する図である。
【図3A】プローブの超音波ビームの照射点について説明する図である。
【図3B】プローブの平面走査における超音波ビームの照射点の位置を示す図である。
【図4】スキャナ制御部がプローブを平面走査する座標系を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施形態の超音波送受信装置の全体構成を示す図である。
図１は、実施形態の超音波送受信装置の全体構成を示す図である。
【0014】
超音波送受信装置１は、３軸スキャナ２（走査手段）と、超音波アレイプローブ（以下、プローブと記す）を備えている。この３軸スキャナ２は、平面状の被検体８に対してプローブ４をＸ軸方向とＹ軸方向の二次元で走査（平面走査）する。これにより超音波送受信装置１は、平面状の被検体８を超音波によって映像化することができる。
【0015】
プローブ４は、多数の振動子を短冊状に並べたフェイズドアレイ超音波プローブ（超音波アレイプローブ）である。詳しくは、多数の振動子における一部の複数の振動子（振動子群）のそれぞれの発振タイミングを制御して超音波収束ビーム（超音波ビーム）を作り、振動子群を電子的に切り替えていくことで、照射位置を変えて超音波ビームを照射し、被検体８を一次元走査する。本明細書では、フェイズドアレイ超音波プローブによる電子的な超音波ビームの走査を電子スキャンと記す。
超音波ビームの反射波の受信制御も、振動子群を制御して行う。
超音波ビームの反射波の受信制御も、振動子群を制御して行う。
【0016】
また、プローブ４が、単一の振動子から発生した超音波を音響レンズで集束して被検体に照射し、この振動子を短冊状に複数個構成されるようにしてもよい。この構成でも、振動子を電子的に切り替えていくことで、超音波ビームの照射位置を変えて、被検体８の電子スキャンを行う。
【0017】
プローブ４は、水槽９１に満たされた水に浸漬され、プローブ４の先端が被検体８に対向するように配置される。プローブ４は、ホルダ２４により３軸スキャナ２に取り付けられている。
水槽９１は、台９２の上に載置される。
水槽９１は、台９２の上に載置される。
【0018】
この３軸スキャナ２は、プローブ４を二次元で走査する際に、内蔵する位置変化を検出するエンコーダにより検出した直線位置又は回転位置（角度位置）に基づいて、その走査位置を検出する。これにより、超音波映像装置１は、被検体８の各走査位置（走査点）とエコー波との関係を二次元で映像化することができる。
【0019】
３軸スキャナ２は、プローブ４を走査するＸ軸スキャナ２１及びＹ軸スキャナ２２と、プローブ４と被検体８との間隔を可変するＺ軸スキャナ２３と、プローブ４を把持するホルダ２４とを備える。
また、プローブ４は、検査前に台９２によって高さが調整されると共に、Ｚ軸スキャナ２３により被検体８との間隔が調整される。
また、プローブ４は、検査前に台９２によって高さが調整されると共に、Ｚ軸スキャナ２３により被検体８との間隔が調整される。
【0020】
プロ―プ４は、複数の振動子がリニアに並設された方向に垂直な方向（以下、この方向をＸ軸方向と呼ぶ）に、３軸スキャナ２のＸ軸スキャナ２１により所定速度で連続移動（スキャン動作）され、つまり、静止することなくＸ軸方向にプローブ４を移動し、その後、３軸スキャナ２のＹ軸スキャナ２２により、複数の振動子の並設方向と並行に、電子スキャンの走査幅分の移動（シフト動作）が行われる。
【0021】
このホルダ２４は、プローブ４の上部に設けられた鍔部４２を支え、このプローブ４に上向きの力が加わったときにスムーズに上方向に動くようにしている。ホルダ２４にはセンサ３が設けられており、プローブ４が上方向に動いたことを検知する。
【0022】
制御装置１０は、制御部１８、送受信指令部１２、振動子動作信号生成部１４、反射波信号処理部１５、反射波画像生成部１６と表示部１７を備え、３軸スキャナ２の制御、プローブ４の送受信制御と被検体８からのエコー波の表示制御とを行う。
【0023】
メカ制御部１１は、後述する走査条件に従い、Ｘ軸スキャナ２１及びＹ軸スキャナ２２が内蔵するエンコーダ出力に基づいて、Ｘ軸スキャナ２１及びＹ軸スキャナ２２を駆動し、プローブ４が被検体８の上方の被検体８と平行な走査平面を移動するための制御部である。
【0024】
送受信指令部１２は、振動子動作信号生成部１４に振動子動作信号の生成を指令し、プローブ４の電子スキャンを開始する制御部である。
【0025】
振動子動作信号生成部１４は、送受信指令部１２で選択された振動子群と走査順序とに従って振動子動作信号を生成し、走査点毎に、プロ―プ４に送信する。
プローブ４は、振動子動作信号生成部１４の振動子動作信号により超音波ビームを照射する。
プローブ４は、振動子動作信号生成部１４の振動子動作信号により超音波ビームを照射する。
【0026】
反射波信号処理部１５は、走査点毎に、プローブ４から超音波ビームの反射波の信号を受信し、測定する被検体８の深度に対応するゲートを設けてゲート処理することによって反射波の変位（振幅）を求め、その変位によって信号強度を算出する。
【0027】
反射波画像生成部１６は、反射波信号処理部１５で算出した走査点毎の反射波の信号強度を、例えば、0～255の階調度に変換する。被検体８と水槽９１の水との境界や被検体８の内部の材料境界・剥離部・ボイド部等の音響インピーダンス（密度）が変わる境界面では、超音波ビームの反射波が生じる。反射波画像生成部１６は、超音波ビームの反射波が無い点を階調度が０、反射波の信号強度が大きくなるほど、階調度を大きくする。
【0028】
表示部１７は、反射波画像生成部１６で求めた超音波ビームの反射波の信号強度を、被検体８の平面走査した濃淡画像として表示する。具体的には、階調度が０の場合には黒色を表示し、階調度が最大値の場合に白色を表示し、階調度が中間値の場合には階調度に応じて灰色を表示する。
これにより、超音波送受信装置１は、平面走査した被検体８の空洞（周囲と密度の差が大きい）を白い画像として表示する。
これにより、超音波送受信装置１は、平面走査した被検体８の空洞（周囲と密度の差が大きい）を白い画像として表示する。
【0029】
制御部１８は、メカ制御部１１を制御すると共に、メカ制御部１１から通知されるＸ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して、送受信指令部１２を制御する。つまり、制御部１８は、プローブ４のスキャン動作に同期して電子スキャンを開始する。これにより、プローブ４の電子スキャンによる被検体８のＸ軸方向の走査ピッチは、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力のピッチに等しくなる。
【0030】
次に、図２により、超音波送受信装置１におけるプローブ４の平面走査の動作内容を説明する。
プローブ４は、例えば、１９２個の振動子がリニアに並設されて構成されるが、図２には、プローブ４が、振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの７個の振動子で構成される場合を示している。
プローブ４は、例えば、１９２個の振動子がリニアに並設されて構成されるが、図２には、プローブ４が、振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの７個の振動子で構成される場合を示している。
【0031】
超音波送受信装置１は、被検体８の設定された位置を走査の原点（図２の走査エリアの左上）とし、走査エリアの大きさが指定されて、プローブ４の平面走査を行う。
まず、プローブ４の電子スキャンの開始点が平面走査の原点に位置するように、３軸スキャナ２を駆動して、プローブ４を移動する。詳しくは、電子スキャンはプローブ４の移動中に行うため、プローブ４が電子スキャンの開始点を通過する際の移動速度が所定値になるように、助走分を含めて移動する。
まず、プローブ４の電子スキャンの開始点が平面走査の原点に位置するように、３軸スキャナ２を駆動して、プローブ４を移動する。詳しくは、電子スキャンはプローブ４の移動中に行うため、プローブ４が電子スキャンの開始点を通過する際の移動速度が所定値になるように、助走分を含めて移動する。
【0032】
平面走査の原点で、プローブ４は、振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇによる電子スキャンを行うと共に、３軸スキャナ２のＸ軸スキャナ２１により、振動子の並設方向に垂直な方向に移動する。そして、プローブ４は、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して、次の電子スキャンを行う。プローブ４は、これを走査エリアの幅分（Ｘ軸方向の大きさ分）、繰り返す。
【0033】
プローブ４が、上記のようにして、静止することなくＸ軸方向のプローブ４の連続移動（スキャン動作１）をしながら、電子スキャンを繰り返して、Ｙ軸方向の長さが電子スキャンの走査幅分で、Ｘ軸方向の長さが設定された走査エリアの幅分の帯状の走査エリアに超音波ビームを照射し、被検体８からの反射波を検出する。
【0034】
この際、制御装置１０は、プローブ４の一回の電子スキャンで検出した被検体８からの反射波を、Ｘ軸方向の位置（走査列）が同一の超音波ビームの反射波として、反射波の信号強度を算出し、濃淡画像として表示する。
【0035】
次に、プローブ４は、３軸スキャナ２のＹ軸スキャナ２２により、複数の振動子の並設方向と並行に、電子スキャンの走査幅分の移動（シフト動作）を行う。そして、プローブ４の電子スキャンの開始点が、上記のスキャン動作１の最後の電子スキャンの開始点と同一のＸ軸方向の位置になるように、Ｘ軸スキャナ２１によりプローブ４を移動する。
【0036】
プローブ４は、振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇによる電子スキャンを行うと共に、３軸スキャナ２のＸ軸スキャナ２１により、スキャン動作１とは逆方向の振動子の並設方向に垂直な方向に移動する。そして、プローブ４は、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して、次の電子スキャンを行う。プローブ４は、これを走査エリアの幅分（Ｘ軸方向の大きさ分）、繰り返す。
【0037】
プローブ４が、上記のようにして、Ｘ軸方向のプローブ４の連続移動（スキャン動作２）をしながら、電子スキャンを繰り返して、Ｙ軸方向の長さが電子スキャンの走査幅分で、Ｘ軸方向の長さが設定された走査エリアの幅分の帯状の走査エリアに超音波ビームを照射し、被検体８からの反射波を検出する。
【0038】
制御装置１０は、上記のプローブ４のスキャン動作１とスキャン動作２により、指定された走査エリアをカバーできれば、平面走査を終了するが、不足の場合には、プローブ４を電子スキャンの走査幅分のシフト動作をして移動し、先の動作と同様の、電子スキャンすると共にスキャン動作３・シフト動作・スキャン動作４を行う。
制御装置１０は、指定された走査エリアをカバーするまで上記の動作を繰り返して、被検体８の平面走査を行う。
制御装置１０は、指定された走査エリアをカバーするまで上記の動作を繰り返して、被検体８の平面走査を行う。
【0039】
本明細書では、プローブ４のスキャン動作１、スキャン動作３…を往動スキャン動作と記し、プローブ４のスキャン動作２、スキャン動作４…を復動スキャン動作と記す。
【0040】
プローブ４は、上記のスキャン動作１、２、３、４で、連続移動しながら、電子スキャンを行うため、詳細には、超音波ビームの照射タイミングによって、超音波ビームの照射点のＸ軸方向の位置にずれが生じる。次に、超音波ビームの照射タイミングと照射点の関係について説明する。
【0041】
図３Ａは、プローブ４の超音波ビームの照射点について説明する図である。
照射点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、プローブ４の振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの電子スキャンによる超音波ビームの照射点である。特に、照射点ａは、走査エリアの原点に対応する照射点であり、またスキャン動作の際に、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期した電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である。
照射点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、プローブ４の振動子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの電子スキャンによる超音波ビームの照射点である。特に、照射点ａは、走査エリアの原点に対応する照射点であり、またスキャン動作の際に、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期した電子スキャンの最初の超音波ビームの照射点である。
【0042】
プローブ４の電子スキャンは、スキャン動作の連続移動中に行う。図３Ａの実線の矩形は、最初に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置、破線の矩形は、最後に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置を示している。
プローブ４では、照射点ａからプローブ４の他端に向けて順に超音波ビームを照射する。このため、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に少しずつずれた位置となる。
プローブ４では、照射点ａからプローブ４の他端に向けて順に超音波ビームを照射する。このため、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に少しずつずれた位置となる。
【0043】
図３Ｂは、プローブ４のスキャン動作１とスキャン動作２の平面走査における超音波ビームの照射点の位置を示す図である。
プローブ４の照射点ａは、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作１とスキャン動作２とで、Ｘ軸方向の位置が一致する。しかし、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。
プローブ４の照射点ａは、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力に同期して電子スキャンが行われるため、スキャン動作１とスキャン動作２とで、Ｘ軸方向の位置が一致する。しかし、照射点ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、スキャン方向に応じて少しずつずれた位置となる。
【0044】
次に、制御装置１０のプローブ４の平面走査の処理を詳細に説明する。
図４は、制御装置１０がプローブ４を平面走査する制御座標系を説明する図である。
図４は、制御装置１０がプローブ４を平面走査する制御座標系を説明する図である。
【0045】
メカ制御部１１は、プローブ４の超音波振動子の配置方向と垂直な方向を走査平面のＸ軸方向、超音波振動子の配置方向を走査平面のＹ軸方向とし、被検体８に超音波ビームを照射する最初の電子スキャンの開始時におけるプローブ４の位置を走査平面の原点とする座標系を定める。
座標（Ｘｋ、Ｙｌ）は、プローブ４の電子スキャン毎の照射点ａ（電子スキャンの最初の照射点）に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置とする。以下、電子スキャン毎の照射点ａの位置が、プローブ４の位置を代表する。
座標（Ｘｋ、Ｙｌ）は、プローブ４の電子スキャン毎の照射点ａ（電子スキャンの最初の照射点）に超音波ビームを照射する際のプローブ４の位置とする。以下、電子スキャン毎の照射点ａの位置が、プローブ４の位置を代表する。
【0046】
Ｘｋ座標の添え字ｋは、超音波ビームの照射点のＸ軸方向の照射点を示す番号であり、０からｎのいずれかの値となる。Ｘ０座標、Ｘｎ座標は、プローブ４のＸ軸方向の移動の端部の位置を示し、ｎ＋１は、走査平面のＸ軸方向の照射点数を示す。
Ｙｌ座標の添え字ｌは、超音波ビームの照射点のＹ軸方向の照射点を示す番号であり、０からｍのいずれかの値となる。Ｙ０座標、Ｙｍ座標は、プローブ４のＹ軸方向の移動の端部の位置を示し、ｍ＋１は、走査平面のＹ軸方向の照射点数を示す。
Ｙｌ座標の添え字ｌは、超音波ビームの照射点のＹ軸方向の照射点を示す番号であり、０からｍのいずれかの値となる。Ｙ０座標、Ｙｍ座標は、プローブ４のＹ軸方向の移動の端部の位置を示し、ｍ＋１は、走査平面のＹ軸方向の照射点数を示す。
【0047】
ｎは、平面走査する領域（走査エリア）のＸ軸方向の長さを、超音波送受信装置１の分解能の半分で除して求める。つまり、ｎは、走査エリアのＸ軸方向の長さを、Ｘｋ座標間の距離である移動距離Ｄｍで除した値となる。
また、ｍは、平面走査する領域（走査エリア）のＹ軸方向の長さを、プローブ４の電子スキャンの走査幅で除して求める。
また、ｍは、平面走査する領域（走査エリア）のＹ軸方向の長さを、プローブ４の電子スキャンの走査幅で除して求める。
【0048】
以上のように、メカ制御部１１は、被検体８に超音波ビームを照射する最初の電子スキャンの開始時におけるプローブ４の位置を走査平面の原点とし、Ｙ軸方向において、電子スキャンの開始時のプローブ４の位置のＹ座標をＹｌとしたとき、移動によるプローブ４の次のＹ軸方向の位置Ｙｌ＋１は、Ｙｌに電子スキャンの走査幅を加算した位置とし、Ｘ軸方向において、電子スキャンの開始時のプローブ４の位置のＸ座標をＸｋとする制御座標系を定める。
【0049】
そして、図２と図３Ｂとで説明したスキャン動作１又はスキャン動作３におけるプローブ４の移動制御、つまり、原点から離間する方向にプローブ４を移動するときには、メカ制御部１１は、Ｘ軸スキャナ２１により、プローブ４を座標（Ｘｋ、Ｙｌ）から座標（Ｘｋ＋１、Ｙｌ）に連続移動する（ｋは０からｎ）。また、スキャン動作２又はスキャン動作４におけるプローブ４の移動制御、つまり、原点に接近する方向にプローブ４を移動するときには、メカ制御部１１は、Ｘ軸スキャナ２１により、プローブ４を座標（Ｘｋ、Ｙｌ）から座標（Ｘｋ―１、Ｙｌ）に連続移動する（ｋはｎから０）。
【0050】
プローブ４の座標（Ｘｋ、Ｙｌ）から座標（Ｘｋ＋１、Ｙｌ）への移動速度Ｖｍ、及び座標（Ｘｋ、Ｙｌ）から座標（Ｘｋ―１、Ｙｌ）への移動速度Ｖｍは、Ｘｋ座標間の距離である移動距離Ｄｍを、座標（Ｘｋ、Ｙｌ）から座標（Ｘｋ＋１、Ｙｌ）への移動時間Ｔｍ、又は座標（Ｘｋ、Ｙｌ）から座標（Ｘｋ―１、Ｙｌ）への移動時間Ｔｍで除して求める。
移動時間Ｔｍは、プローブ４のＸ軸方向の移動中に１回当たりの電子スキャンを行えるように、電子スキャンの複数の照射点における送受信時間の和であるスキャン時間Ｔｓに等しく設定する。
これにより、本発明においては、Ｘｋ座標において電子スキャンを開始し、当該電子スキャンが終了して次のＸｋ＋１座標において電子スキャン処理を開始するときには、アレイプローブの最初の振動子はすでにＸｋ＋１座標に位置することとなる。公知技術のように、一電子スキャン終了後にＸｋ座標からＸｋ＋１座標に移動するために要する時間は0となる。
移動時間Ｔｍは、プローブ４のＸ軸方向の移動中に１回当たりの電子スキャンを行えるように、電子スキャンの複数の照射点における送受信時間の和であるスキャン時間Ｔｓに等しく設定する。
これにより、本発明においては、Ｘｋ座標において電子スキャンを開始し、当該電子スキャンが終了して次のＸｋ＋１座標において電子スキャン処理を開始するときには、アレイプローブの最初の振動子はすでにＸｋ＋１座標に位置することとなる。公知技術のように、一電子スキャン終了後にＸｋ座標からＸｋ＋１座標に移動するために要する時間は0となる。
【0051】
また、プローブ４が移動すると、浸漬する水にゆらぎや気泡が生じて、超音波ビーム及び／又は反射波の進行に影響を与えることがある。このため、プローブ４の移動速度Ｖｍは、水のゆらぎや気泡などの外乱要因が生じない範囲の最大速度（Ｖmax）以下でなければならない。
【0052】
具体的には、水中の音速を１５００ｍ／秒、プローブ４の振動子から被検体の検査面までの距離を１０ｍｍ、プローブ４の振動子数を１９２とすると、１回当たりの電子スキャンのスキャン時間は、0.0025536秒となる。０.４ｍｍの欠陥を抽出する解像度を得ようとした場合、移動距離Ｄｍは０.２ｍｍで設定することとなり、移動速度Ｖｍは移動距離Ｄｍと移動時間Ｔｍ（＝Ｔｓ）との関係から78.320802ｍｍ／秒となる。移動速度の最大値（Ｖmax）は、これまでの実験結果から３００ｍｍ／秒であり、移動速度ＶｍはＶmax以内であるため、水のゆらぎや気泡などの外乱要因が生じない。
【0053】
メカ制御部１１は、この移動速度Ｖｍを走査条件として記憶する。そして、メカ制御部１１は、Ｘ軸スキャナ２１のエンコーダ出力によりＸｋ座標を管理し、移動速度Ｖｍでプローブ４を移動する。
【0054】
メカ制御部１１は、Ｘ軸方向の移動の終端では、座標（Ｘｋ＋１、Ｙｌ）から座標（Ｘｋ＋１、Ｙｌ＋１）、又は座標（Ｘk-１、Ｙｌ）から座標（Ｘk-１、Ｙｌ＋１）にＹ軸スキャナ２２を駆動して、プローブ４のＹ軸方向移動を行う。
【0055】
以上のようにして、超音波送受信装置１は、プローブ４の電子スキャンを行いながらプローブ４をＸ軸方向にＸ座標がＸｋからＸｋ＋１に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でプローブ４をＹ軸方向にＹ座標がＹｌからＹｌ＋１に移動する動作と、から成る往動スキャン動作と、電子スキャンを行いながらプローブ４をＸ軸方向にＸ座標がＸｋからＸｋ―１に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でプローブ４をＹ軸方向にＹ座標がＹｌからＹｌ＋１に移動する動作と、から成る復動スキャン動作と、を交互に繰り返して走査平面を電子スキャンする。
【0056】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【0057】
１ 超音波送受信装置
１０ 制御装置
１１ メカ制御部
１２ 送受信指令部
１４ 振動子動作信号生成部
１５ 反射波信号処理部
１６ 反射波画像生成部
１７ 表示部
１８ 制御部
２ ３軸スキャナ
２１ Ｘ軸スキャナ
２２ Ｙ軸スキャナ
２３ Ｚ軸スキャナ
２４ ホルダ
３ センサ
４ プロ―ブ（アレイプローブ）
４２ 鍔部
８ 被検体
９１ 水槽
９２ 台
１０ 制御装置
１１ メカ制御部
１２ 送受信指令部
１４ 振動子動作信号生成部
１５ 反射波信号処理部
１６ 反射波画像生成部
１７ 表示部
１８ 制御部
２ ３軸スキャナ
２１ Ｘ軸スキャナ
２２ Ｙ軸スキャナ
２３ Ｚ軸スキャナ
２４ ホルダ
３ センサ
４ プロ―ブ（アレイプローブ）
４２ 鍔部
８ 被検体
９１ 水槽
９２ 台
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2021-10-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直線状に配置した複数の超音波振動子を有するアレイプローブを備えたアレイ型超音波送受信装置であって、
被検体の上方の前記被検体と平行な走査平面において、前記超音波振動子の配置方向を前記走査平面のＹ軸方向、前記配置方向と垂直な方向を前記走査平面のＸ軸方向とし、
予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向に前記アレイプローブを移動し、
前記アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、前記被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行うアレイ型超音波送受信装置において、
前記被検体に超音波ビームを照射する最初の電子スキャンの開始時における前記アレイプローブの位置を前記アレイプローブの走査平面の原点とし、
Ｙ軸方向において、電子スキャンの開始時のアレイプローブの位置のＹ座標をＹ ｌ としたとき、移動による前記アレイプローブの次のＹ軸方向のＹ座標Ｙ ｌ＋１ は、Ｙ ｌ に電子スキャンの走査幅を加算した値の位置としたときに、
前記原点から離間する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ＋１ の位置に移動し、前記原点に接近する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ―１ の位置に移動し、
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ＋１ に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹ ｌ からＹ ｌ＋１ となるように電子スキャンの走査幅分を移動する動作と、から成る往動スキャン動作と、
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ―１ に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹ ｌ からＹ ｌ＋１ となるように電子スキャンの走査幅分を移動する動作と、から成る復動スキャン動作と、
を交互に繰り返して前記走査平面を電子スキャンする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
被検体の上方の前記被検体と平行な走査平面において、前記超音波振動子の配置方向を前記走査平面のＹ軸方向、前記配置方向と垂直な方向を前記走査平面のＸ軸方向とし、
予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向に前記アレイプローブを移動し、
前記アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、前記被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行うアレイ型超音波送受信装置において、
前記被検体に超音波ビームを照射する最初の電子スキャンの開始時における前記アレイプローブの位置を前記アレイプローブの走査平面の原点とし、
Ｙ軸方向において、電子スキャンの開始時のアレイプローブの位置のＹ座標をＹ ｌ としたとき、移動による前記アレイプローブの次のＹ軸方向のＹ座標Ｙ ｌ＋１ は、Ｙ ｌ に電子スキャンの走査幅を加算した値の位置としたときに、
前記原点から離間する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ＋１ の位置に移動し、前記原点に接近する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ―１ の位置に移動し、
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ＋１ に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹ ｌ からＹ ｌ＋１ となるように電子スキャンの走査幅分を移動する動作と、から成る往動スキャン動作と、
電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸ ｋ からＸ ｋ―１ に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹ ｌ からＹ ｌ＋１ となるように電子スキャンの走査幅分を移動する動作と、から成る復動スキャン動作と、
を交互に繰り返して前記走査平面を電子スキャンする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項2】
請求項１に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標をＸｋとしたとき、
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動速度Ｖｍを前記走査条件とする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標をＸｋとしたとき、
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動速度Ｖｍを前記走査条件とする
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項3】
請求項２に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの移動時間Ｔｍを、前記電子スキャンの複数の照射点における送受信時間の和であるスキャン時間Ｔｓに等しく設定し、
前記移動時間Ｔｍと、前記Ｘｋから前記Ｘｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動距離Ｄｍと、から前記移動速度Ｖｍを求める
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記Ｘｋから、次の電子スキャンの開始時の前記アレイプローブの位置のＸ座標であるＸｋ―１又はＸｋ＋１までの移動時間Ｔｍを、前記電子スキャンの複数の照射点における送受信時間の和であるスキャン時間Ｔｓに等しく設定し、
前記移動時間Ｔｍと、前記Ｘｋから前記Ｘｋ―１又はＸｋ＋１までの前記アレイプローブの移動距離Ｄｍと、から前記移動速度Ｖｍを求める
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【請求項4】
請求項２に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記移動速度Ｖｍは、前記アレイプローブが前記Ｘ軸方向に移動するときに、前記超音波ビーム及び／又は前記反射波の進行に影響を与えるゆらぎや気泡などの外乱要因が生じない範囲内の最大速度（３００ｍｍ／秒）である
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記移動速度Ｖｍは、前記アレイプローブが前記Ｘ軸方向に移動するときに、前記超音波ビーム及び／又は前記反射波の進行に影響を与えるゆらぎや気泡などの外乱要因が生じない範囲内の最大速度（３００ｍｍ／秒）である
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
前記課題を解決するため、本発明のアレイ型超音波送受信装置は、直線状に配置した複数の超音波振動子を有するアレイプローブを備えたアレイ型超音波送受信装置であって、被検体の上方の前記被検体と平行な走査平面において、前記超音波振動子の配置方向を前記走査平面のＹ軸方向、前記配置方向と垂直な方向を前記走査平面のＸ軸方向とし、予め設定された走査条件に基づいて、静止することなくＸ軸方向に前記アレイプローブを移動し、前記アレイプローブが、Ｘ軸方向の移動中に、前記被検体の複数の照射点に超音波ビームを順次送信しその反射波を受信する電子スキャンを行うアレイ型超音波送受信装置において、前記被検体に超音波ビームを照射する最初の電子スキャンの開始時における前記アレイプローブの位置を前記アレイプローブの走査平面の原点とし、Ｙ軸方向において、電子スキャンの開始時のアレイプローブの位置のＹ座標をＹ
ｌ
としたとき、移動による前記アレイプローブの次のＹ軸方向のＹ座標Ｙ
ｌ＋１
は、Ｙ
ｌ
に電子スキャンの走査幅を加算した値の位置としたときに、前記原点から離間する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸ
ｋ
からＸ
ｋ＋１
の位置に移動し、前記原点に接近する方向に移動するときには前記アレイプローブはＸ座標がＸ
ｋ
からＸ
ｋ―１
の位置に移動し、電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸ
ｋ
からＸ
ｋ＋１
に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹ
ｌ
からＹ
ｌ＋１
となるように電子スキャンの走査幅分を移動する動作と、から成る往動スキャン動作と、電子スキャンを行いながらアレイプローブをＸ軸方向にＸ座標がＸ
ｋ
からＸ
ｋ―１
に移動する動作と、Ｘ軸方向の移動終端でアレイプローブをＹ軸方向にＹ座標がＹ
ｌ
からＹ
ｌ＋１
となるように電子スキャンの走査幅分を移動する動作と、から成る復動スキャン動作と、を交互に繰り返して前記走査平面を電子スキャンするようにした。
【手続補正書】
【提出日】2021-12-24
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項4】
請求項２に記載のアレイ型超音波送受信装置において、
前記移動速度Ｖｍは、前記アレイプローブが前記Ｘ軸方向に移動するときに、前記超音波ビーム及び／又は前記反射波の進行に影響を与えるゆらぎや気泡の外乱要因が生じない範囲内の最大速度（３００ｍｍ／秒）である
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。
前記移動速度Ｖｍは、前記アレイプローブが前記Ｘ軸方向に移動するときに、前記超音波ビーム及び／又は前記反射波の進行に影響を与えるゆらぎや気泡の外乱要因が生じない範囲内の最大速度（３００ｍｍ／秒）である
ことを特徴とするアレイ型超音波送受信装置。