JP3136635B2 - Exploration method and device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は探査方法およびその装
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探
査方法およびその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exploration method and apparatus, and more particularly, to an exploration method based on the same principle as a pulse echo method, such as an acoustic exploration using ultrasonic waves, and an apparatus therefor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から図5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代わる境
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。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG.
, An ultrasonic pulse is periodically transmitted from the receiver, a pulse echo reflected and returned by the reflector 92 is captured at the receiving point 93, and the position of the boundary surface where the density of the medium changes is measured based on the intensity of the echo. The so-called pulse echo method is widely known.
【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6参照)、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7参照)、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8参照)という。[0003] In recent years, ultrasonic tomography apparatuses have become extremely popular among medical non-invasive measuring instruments, and have greatly contributed to improvement of diagnostic accuracy. The operating principle of an ultrasonic diagnostic apparatus represented by an ultrasonic tomography apparatus is the same as the pulse echo method widely known as the principle of active sonar. Here, the mode for observing the time waveform of the intensity of the reflected wave is the mode A (see FIG. 6). The mode for scanning the contact in a one-dimensional manner, setting a threshold value, and observing a two-dimensional image in the scanning direction and the depth direction. Is referred to as a B mode (see FIG. 7), and a mode in which scanning is performed two-dimensionally to observe a two-dimensional image at the same depth is referred to as a C mode (see FIG. 8).
【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。Therefore, by using an ultrasonic diagnostic apparatus and selecting an A mode, a B mode, or a C mode according to the type of a target diagnosis, a diagnosis inside the human body can be performed without damaging the human body. Can be. Also, by using an ultrasonic flaw detector based on the same principle, it is possible to inspect the presence or absence of flaws inside various structures.
【0005】[0005]
【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
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
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。The spatial resolution of the above-mentioned ultrasonic diagnostic apparatus is about 5 mm, which is too low compared to the spatial resolution (about 1 mm) required for applications such as early detection of cancer. Therefore, there is a disadvantage that the method cannot be applied to uses such as early detection of cancer. Further, in order to increase the spatial resolution (to increase the resolution), it is conceivable to shorten the length of the burst wave of the transmission ultrasonic wave. Specifically, since the burst waveform can be easily shortened by increasing the frequency of the ultrasonic wave, it is generally selected to shorten the burst wave by selecting a high frequency as the frequency of the transmission ultrasonic pulse. You. However, when the frequency is increased, the attenuation of the ultrasonic wave becomes remarkable, and a new inconvenience occurs that the ultrasonic wave cannot be applied to the diagnosis of the deep part of the human body. In addition, in order to shorten the burst waveform without increasing the frequency, it is conceivable to use a probe that can output a short burst waveform.However, to develop a new probe, research the material by trial and error. As a result, there is a disadvantage that the development is inevitably prolonged, and cannot be applied immediately at present.
【0006】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。Further, as a method for improving the spatial resolution without increasing the frequency of the ultrasonic pulse, a fast Fourier transform operation (hereinafter, referred to as a “transform”) based on a transmission waveform and a reception waveform is described.
A method of obtaining an impulse response by performing an FFT operation) is known. However, in addition to the restriction that the number of data samples must be 2 n , there is a disadvantage that the arithmetic unit becomes large and the real-time property is lost. Is not used much.
【0007】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。Although only the search method in the ultrasonic diagnostic apparatus has been described above, the ultrasonic flaw detector, radar and the like have the same disadvantages.
【0008】[0008]
【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、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、しかもリアルタイム性を達成できる新
規な探査方法およびその装置を提供することを目的とし
ている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a novel exploration method and apparatus capable of improving the spatial resolution without changing the transmission wave and realizing the real-time property. It is intended to provide.
【0009】[0009]
【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の探査方法は、送信波を複数個のパルス
からなるパルス列として記録しておくとともに、受信波
を所定のパルス幅のデータ列として得、得られたデータ
列に対してパルス列の各パルスのピーク値に基づく逆畳
み込み演算を行なって境界面のインパルス応答を得る方
法である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a search method in which a transmission wave is recorded as a pulse train composed of a plurality of pulses, and a reception wave is recorded with a predetermined pulse width. And a deconvolution operation based on the peak value of each pulse of the pulse train is performed on the obtained data train to obtain an impulse response of the boundary surface.
【0010】請求項2の探査装置は、送信波を複数個の
パルス列として記録するパルス列記録手段と、受信波を
所定のパルス幅のデータ列に変換する受信波変換手段
と、受信波変換手段により得られたデータ列に対してパ
ルス列記録手段に記録されているパルス列の各パルスの
ピーク値に基づく逆畳み込み演算を行なって境界面のイ
ンパルス応答を得る演算手段とを含んでいる。但し、演
算手段がパルス列記録手段を含んでいてもよい。According to a second aspect of the present invention, there is provided an exploration apparatus comprising: a pulse train recording means for recording a transmission wave as a plurality of pulse trains; a reception wave conversion means for converting a reception wave into a data train having a predetermined pulse width; Calculating means for performing a deconvolution operation on the obtained data train based on the peak value of each pulse of the pulse train recorded in the pulse train recording means to obtain an impulse response of the boundary surface. However, the calculating means may include a pulse train recording means.
【0011】請求項3の探査装置は、演算手段が、パル
ス列記録手段に記録されたパルス数に基づいて定まる段
数の遅延手段と、遅延手段の各段からの遅延出力にパル
ス列の各パルスのピーク値に基づいて定まる定数を乗算
する乗算手段と、パルス列の所定のパルスのピーク値に
基づいて定まる定数をデータ列に乗算する乗算手段と、
各乗算手段から出力される乗算結果に基づく加算を行な
って境界面のインパルス応答を得、インパルス応答を遅
延手段に供給する加算手段とを含んでいる。According to a third aspect of the present invention, in the exploration apparatus, the calculating means includes a delay means having a number of stages determined based on the number of pulses recorded in the pulse train recording means, Multiplying means for multiplying a constant determined based on a value, and multiplying means for multiplying a data string by a constant determined based on a peak value of a predetermined pulse in the pulse train;
Adding means for performing addition based on the multiplication result output from each multiplication means to obtain an impulse response of the boundary surface and supplying the impulse response to the delay means.
【0012】請求項4の探査装置は、演算手段が、パル
ス列記録手段に記録されたパルス数に基づいて定まる段
数の遅延手段と、パルス列の所定のパルスのピーク値に
基づいて定まる重み付けが設定される複数の入力端子を
有する累積加算手段とを含み、累積加算手段の各入力端
子に遅延手段の各段からの出力信号およびデータ列を供
給しているとともに、累積加算手段からの累積加算出力
を遅延手段に供給している。According to a fourth aspect of the present invention, in the exploration apparatus, the arithmetic means is provided with delay means having a number of stages determined based on the number of pulses recorded in the pulse train recording means and weighting determined based on a peak value of a predetermined pulse in the pulse train. Accumulating means having a plurality of input terminals for supplying an output signal and a data string from each stage of the delay means to each input terminal of the accumulating means, and providing the accumulated addition output from the accumulating means. Feeding delay means.
【0013】[0013]
【作用】請求項1の探査方法であれば、送信波を送波
し、反射波を受信して受信波に基づいて媒体の密度が変
化する境界面の位置を計測する場合に、送信波を複数個
のパルスからなるパルス列として記録しておくととも
に、受信波を所定のパルス幅のデータ列として得、得ら
れたデータ列に対してパルス列の各パルスのピーク値に
基づく逆畳み込み演算を行なって境界面のインパルス応
答を得るのであるから、特殊な送波器、受波器を用いな
くても高い空間分解能を達成できる。そして、高周波帯
域での減衰率が大きい媒質であっても、送信波のパルス
周波数を低くし、しかも受信波のサンプリング・レート
を高めることにより、探査範囲の拡大および高空間分解
能化を達成できる。さらに、FFT処理と異なり、リア
ルタイムでインパルス応答を得ることができる。According to the first aspect of the present invention, when the transmitting wave is transmitted, the reflected wave is received, and the position of the boundary surface where the density of the medium changes based on the received wave is measured. While recording as a pulse train consisting of a plurality of pulses, the received wave is obtained as a data train of a predetermined pulse width, and the obtained data train is subjected to deconvolution based on the peak value of each pulse in the pulse train. Since the impulse response of the boundary surface is obtained, high spatial resolution can be achieved without using a special transmitter and receiver. Then, even in a medium having a large attenuation rate in a high frequency band, the exploration range can be expanded and the spatial resolution can be increased by lowering the pulse frequency of the transmission wave and increasing the sampling rate of the reception wave. Further, unlike the FFT processing, an impulse response can be obtained in real time.
【0014】請求項2の探査装置であれば、送信波を送
波し、反射波を受信して受信波に基づいて媒体の密度が
変化する境界面の位置を計測する場合に、受信波変換手
段により受信波を所定のパルス幅のデータ列に変換し、
演算手段により、受信波変換手段により得られたデータ
列に対してパルス列記録手段に記録されているパルス列
の各パルスのピーク値に基づく逆畳み込み演算を行なっ
て境界面のインパルス応答を得るのであるから、特殊な
送波器、受波器を用いなくても高い空間分解能を達成で
きる。そして、高周波帯域での減衰率が大きい媒質であ
っても、送信波のパルス周波数を低くし、しかも受信波
のサンプリング・レートを高めることにより、探査範囲
の拡大および高空間分解能化を達成できる。さらに、F
FT処理と異なり、リアルタイムでインパルス応答を得
ることができる。According to the second aspect of the present invention, when the transmitting wave is transmitted, the reflected wave is received, and the position of the boundary surface where the density of the medium changes based on the received wave is measured, the received wave is converted. Means for converting the received wave into a data train having a predetermined pulse width,
The operation means performs a deconvolution operation based on the peak value of each pulse of the pulse train recorded in the pulse train recording means with respect to the data train obtained by the reception wave conversion means to obtain the impulse response of the boundary surface. High spatial resolution can be achieved without using special transmitters and receivers. Then, even in a medium having a large attenuation rate in a high frequency band, the exploration range can be expanded and the spatial resolution can be increased by lowering the pulse frequency of the transmission wave and increasing the sampling rate of the reception wave. Further, F
Unlike the FT processing, an impulse response can be obtained in real time.
【0015】請求項3の探査装置であれば、演算手段
が、遅延手段、乗算手段および加算手段のみで構成で
き、何ら特殊な電子部品を必要としないのであるから、
探査装置を簡単に構成できるとともに、請求項2の探査
装置と同様の作用を達成できる。請求項4の探査装置で
あれば、演算手段が、遅延手段および累積加算手段のみ
で構成でき、何ら特殊な電子部品を必要としないのであ
るから、探査装置を簡単に構成できるとともに、請求項
2の探査装置と同様の作用を達成できる。According to the search device of the third aspect, the arithmetic means can be constituted only by the delay means, the multiplication means and the addition means, and no special electronic parts are required.
The exploration device can be simply configured, and the same operation as the exploration device of claim 2 can be achieved. According to the exploration apparatus of claim 4, since the operation means can be constituted only by the delay means and the accumulative addition means and does not require any special electronic parts, the exploration apparatus can be constituted simply and in addition, The same operation as that of the surveying device can be achieved.
【0016】[0016]
【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はこの発明の探査方法の一実施例として
の超音波探査方法を示すフローチャートであり、ステッ
プSP1において所定のパルス周波数の超音波を送波器
から送波し、ステップSP2において送波超音波を複数
個のパルスからなるパルス列として得、ステップSP3
においてパルス列の各パルスのピーク値を得て保持す
る。そして、ステップSP4において受波器により反射
波を受波し、ステップSP5において受信波形を所定の
サンプリング・レートでサンプリングすることによりデ
ータ列を得、ステップSP6においてデータ列に対して
パルス列の各パルスのピーク値に基づく逆畳み込み演算
を行なって境界面のインパルス応答を得、再びステップ
SP4の処理を反復する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 is a flowchart showing an ultrasonic search method as an embodiment of the search method of the present invention. In step SP1, an ultrasonic wave having a predetermined pulse frequency is transmitted from a transmitter, and in step SP2, the transmitted ultrasonic wave is transmitted. Is obtained as a pulse train composed of a plurality of pulses, and step SP3
And obtains and holds the peak value of each pulse in the pulse train. Then, in step SP4, the reflected wave is received by the receiver, and in step SP5, the received waveform is sampled at a predetermined sampling rate to obtain a data train. In step SP6, each pulse of the pulse train is compared with the data train. The deconvolution operation based on the peak value is performed to obtain the impulse response of the boundary surface, and the process of step SP4 is repeated again.
【0017】さらに詳細に説明すると、ステップSP3
において得られる各パルスのピーク値x(τ)をx0,
x1,...xiとし、境界面のインパルス応答をg
0,g1,...gjとし、ステップSP5において最
終的に得られるデータ列y(t)をy0,y1,...
yk(但し、i,j,kはそれぞれ自然数である)とす
れば、y(t)は送波超音波x(τ)とインパルス応答
g(t−τ)との乗算結果の積分値であるから、y
(t)=x(τ)・g0+x(τ)・g1+...+x
(τ)・gjで表わされる。そして、データ列y(t)
の1番目のデータy0はx0・g0と等しいのであるか
ら、y0/x0の逆畳み込み演算を行なうことによりイ
ンパルス応答g0が得られる。また、2番目のデータy
1はx1・g0+x0・g1と等しいのであるから、
(y1−x1・g0)/x0の逆畳み込み演算を行なう
ことによりインパルス応答g1が得られる。さらに、3
番目のデータy2はx2・g0+x1・g1+x0・g
2と等しいのであるから、(y1−x2・g0−x1・
g1)/x0の逆畳み込み演算を行なうことによりイン
パルス応答g2が得られる。以下、同様にしてデータが
得られる毎に既知のピーク値および既に得られたインパ
ルス応答に基づいて順次インパルス応答を得ることがで
きる。More specifically, step SP3
Is the peak value x (τ) of each pulse obtained at x0,
x1,. . . xi, and the impulse response of the interface is g
0, g1,. . . gj, and the data sequence y (t) finally obtained in step SP5 is represented by y0, y1,. . .
Assuming that yk (where i, j, and k are natural numbers), y (t) is an integrated value of a multiplication result of the transmitted ultrasonic wave x (τ) and the impulse response g (t−τ). From y
(T) = x (τ) · g0 + x (τ) · g1 +. . . + X
(Τ) · gj. Then, the data string y (t)
Since the first data y0 is equal to x0 · g0, an impulse response g0 is obtained by performing a deconvolution operation of y0 / x0. Also, the second data y
Since 1 is equal to x1 · g0 + x0 · g1,
By performing a deconvolution operation of (y1-x1.g0) / x0, an impulse response g1 is obtained. In addition, 3
The second data y2 is x2 · g0 + x1 · g1 + x0 · g
2 so that (y1−x2 · g0−x1 ·
By performing a deconvolution operation of g1) / x0, an impulse response g2 is obtained. Hereinafter, similarly, every time data is obtained, an impulse response can be sequentially obtained based on a known peak value and an already obtained impulse response.
【0018】以上の説明から明らかなように、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。As is apparent from the above description, an impulse response can be obtained immediately every time data is obtained,
Real-time processing can be achieved. Further, the resolution can be easily increased by lowering the frequency of the transmission pulse to reduce the attenuation and increasing the sampling rate for obtaining the data string.
【0019】[0019]
【実施例2】図2はこの発明の探査装置の一実施例とし
ての音響探査装置の要部を示すブロック図であり、送出
パルスx(τ)が(i+1)個のパルス列からなり、パ
ルス列を構成する各パルスのピーク値がx0,x
1,...xiである場合を示している。尚、これらの
ピーク値は例えば送出パルスx(τ)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
が、予め得られているピーク値を保持しておくようにし
てもよい。Embodiment 2 FIG. 2 is a block diagram showing a main part of an acoustic sounding device as one embodiment of the sounding device of the present invention. The transmitted pulse x (τ) is composed of (i + 1) pulse trains. The peak value of each constituent pulse is x0, x
1,. . . xi. Note that these peak values are obtained, for example, by sampling the transmission pulse x (τ) at a predetermined sampling rate, but the peak values obtained in advance may be held.
【0020】サンプリング回路6により所定のサンプリ
ング・レートで受信超音波をサンプリングすることによ
り得られた受信データ列を一方の入力とする減算器1
と、減算器1の出力を入力として1/x0の乗算を行な
う乗算器2と、乗算器2の出力が供給されるi段の遅延
器31,32,...3iと、遅延器の各段からの出力
を入力として対応するパルスのピーク値x1,x
2,...xiを乗算する乗算器21,22,...2
iと、乗算器21,22,...2iの出力を入力と
し、出力を減算器1の減算入力とする加算器4とを有し
ている。尚、乗算器2の出力を得られたインパルス応答
として外部に出力するようにしている。A subtractor 1 having as one input a received data sequence obtained by sampling a received ultrasonic wave at a predetermined sampling rate by a sampling circuit 6.
, A multiplier 2 that performs 1 / x0 multiplication using the output of the subtracter 1 as an input, and i-stage delay units 31, 32,. . . 3i and the peak values x1 and x of the corresponding pulses with the output from each stage of the delay device as an input
2,. . . xi multipliers 21, 22,. . . 2
i and multipliers 21, 22,. . . An adder 4 receives the output of 2i as an input, and uses the output as the subtraction input of the subtractor 1. The output of the multiplier 2 is output to the outside as an obtained impulse response.
【0021】上記構成の音響探査装置の作用は次のとお
りである。受信データ列y(t)がy0,y1,...
yk、未知のインパルス応答がg0,g1,...gj
であれば、y(t)=x(τ)・g0+x(τ)・g1
+...+x(τ)・gjであり、データ列y(t)が
順次減算器1を通して乗算器2に供給され、インパルス
応答として外部に出力するとともに、i段の遅延器3
1,32,...3iに供給する。また、遅延器の各段
からの出力をそれぞれ乗算器21,22,...2iに
供給し、乗算結果を加算器4に供給して加算結果を得、
加算結果を減算値として減算器1に供給する。The operation of the acoustic sounding device having the above configuration is as follows. When the received data sequence y (t) is y0, y1,. . .
yk, the unknown impulse responses are g0, g1,. . . gj
Then, y (t) = x (τ) · g0 + x (τ) · g1
+. . . + X (τ) · gj, and the data string y (t) is sequentially supplied to the multiplier 2 through the subtractor 1 and output to the outside as an impulse response.
1, 32,. . . 3i. The outputs from each stage of the delay unit are respectively output to multipliers 21, 22,. . . 2i, the multiplication result is supplied to the adder 4, and the addition result is obtained.
The result of the addition is supplied to the subtractor 1 as a subtraction value.
【0022】したがって、最初のデータy0が得られた
時点においては、遅延器の各段からの出力が0であるか
ら加算器4から出力される加算結果が0であり、乗算器
2において単にy0/x0の演算を行なうことによりイ
ンパルス応答g0を得ることができる。次のデータy1
が得られた時点においては、遅延器31からインパルス
応答g0が出力され、乗算器21においてピーク値x1
が乗算され、かつ加算器4において加算された状態で減
算器1に供給されるので、(y1−x1・g0)/x0
の演算を行なうことによりインパルス応答g1を得るこ
とができる。Therefore, at the time when the first data y0 is obtained, since the output from each stage of the delay unit is 0, the addition result output from the adder 4 is 0. By performing the operation of / x0, an impulse response g0 can be obtained. Next data y1
Is obtained, the impulse response g0 is output from the delay unit 31, and the peak value x1
Is multiplied and added to the subtracter 1 in a state of being added in the adder 4, so that (y1-x1 · g0) / x0
By performing the above calculation, an impulse response g1 can be obtained.
【0023】以下、同様にして新たなデータが得られる
毎に対応するインパルス応答を得ることができる。In the same manner, a corresponding impulse response can be obtained each time new data is obtained.
【0024】[0024]
【具体例】送出パルスx(τ)が1,3,5,−1,−
4のパルス列であり、他の方法により測定したインパル
ス応答が2,4,−2,1であれば、受信データ列y
(t)は2,10,20,13,−19,−9,7,−
4になる。そして、最初のデータ2が得られた場合に
は、2/1の演算が行なわれるのでインパルス応答が2
になる。次のデータ10が得られた場合には、(10−
2×3)/1の演算が行なわれるのでインパルス応答が
4になる。3番目のデータ20が得られた場合には、
(20−2×5−4×3)/1の演算が行なわれるので
インパルス応答が−2になる。4番目のデータ13が得
られた場合には、{13−2×(−1)−4×5−(−
2)×3}/1の演算が行なわれるのでインパルス応答
が1になる。5番目のデータ−19が得られた場合に
は、{−19−2×(−4)−4×(−1)−(−2)
×5−1×3}/1の演算が行なわれるのでインパルス
応答が0になる。6番目のデータ−9が得られた場合に
は、{−9−4×(−4)−(−2)×(−1)−1×
5−0×3}/1の演算が行なわれるのでインパルス応
答が0になる。7番目のデータ7が得られた場合には、
{7−(−2)×(−4)−1×(−1)−0×5−0
×3}/1の演算が行なわれるのでインパルス応答が0
になる。8番目のデータ−4が得られた場合には、{−
4−1×(−4)−0×(−1)−0×5−0×3}/
1の演算が行なわれるのでインパルス応答が0になる。[Specific example] The transmission pulse x (τ) is 1, 3, 5, −1, −
4, if the impulse response measured by another method is 2, 4, -2, 1, the received data train y
(T) is 2,10,20,13, -19, -9,7,-
It becomes 4. When the first data 2 is obtained, the operation of 2/1 is performed, so that the impulse response becomes 2
become. When the next data 10 is obtained, (10−
Since the calculation of (2 × 3) / 1 is performed, the impulse response becomes 4. When the third data 20 is obtained,
Since the calculation of (20−2 × 5−4 × 3) / 1 is performed, the impulse response becomes −2. When the fourth data 13 is obtained, {13-2 × (-1) -4 × 5-(−
2) Since an operation of × 3} / 1 is performed, the impulse response becomes 1. When the fifth data -19 is obtained, {−19−2 × (−4) −4 × (−1) − (− 2)
Since the calculation of × 5-1 × 3} / 1 is performed, the impulse response becomes zero. When the sixth data -9 is obtained, {−9−4 × (−4) − (− 2) × (−1) −1 ×
Since the calculation of 5-0 × 3} / 1 is performed, the impulse response becomes 0. When the seventh data 7 is obtained,
{7-(-2) × (-4) -1 × (-1) -0 × 5-0
× 3} / 1, the impulse response is 0
become. When the eighth data -4 is obtained, {−
4-1 × (−4) −0 × (−1) −0 × 5-0 × 3} /
Since the operation of 1 is performed, the impulse response becomes 0.
【0025】以上の具体例から明らかなように、送出パ
ルスのパルス列および受信データ列のみに基づいてリア
ルタイムにかつ正確にインパルス応答を得ることができ
る。また、送出パルスのパルス周波数を低くすることに
より減衰を低減し、しかもサンプリング・レートを高め
て送出パルス列を構成するパルス数を増加させることに
より解像度を高めることができるのであるから、広範囲
にわたって高解像度の音響探査を達成できる。さらに、
特殊な電子部品を必要としないのであるから音響探査装
置を簡単に構成できる。As is apparent from the above example, an impulse response can be obtained in real time and accurately based only on the pulse train of the transmission pulse and the received data train. In addition, since the attenuation can be reduced by lowering the pulse frequency of the transmission pulse, and the resolution can be increased by increasing the sampling rate and increasing the number of pulses constituting the transmission pulse train, high resolution can be achieved over a wide range. Acoustic exploration can be achieved. further,
Since no special electronic components are required, the acoustic search device can be easily configured.
【0026】但し、この実施例において、減算器1の出
力を直接遅延器に供給するとともに、各乗算器において
1/x0をも加味した乗算を行なわせ、さらに、インパ
ルス応答出力部のみに1/x0の乗算を行なう乗算器を
設けることが可能である。However, in this embodiment, the output of the subtracter 1 is directly supplied to the delay unit, and the respective multipliers perform multiplication in consideration of 1 / x0. It is possible to provide a multiplier for multiplying x0.
【0027】[0027]
【実施例3】図3はこの発明の探査装置の他の実施例と
しての音響探査装置の要部を示すブロック図であり、i
段の遅延器31,32,...3iと交互に直列接続さ
れる減算器11,12,...1iを配置し、最終段の
遅延器3iからの出力に対して1/x0の乗算を行なう
乗算器2を配置し、乗算器2の出力を入力として対応す
るパルスのピーク値x1,x2,...xiを乗算して
対応する減算器1i,1(i−1),...11に減算
値として供給する乗算器21,22,...2iを配置
している。尚、乗算器2からの出力をインパルス応答と
してそのまま出力するようにしている。[Embodiment 3] FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an acoustic sounding device as another embodiment of the sounding device of the present invention.
The stage delay units 31, 32,. . . 3i are connected in series with the subtractors 11, 12,. . . 1i, and a multiplier 2 for multiplying the output from the delay unit 3i at the last stage by 1 / x0. The peak values x1, x2,. . . xi and the corresponding subtracters 1i, 1 (i-1),. . . 11 are supplied as subtraction values to multipliers 21, 22,. . . 2i are arranged. Note that the output from the multiplier 2 is directly output as an impulse response.
【0028】したがって、この実施例の場合には、最初
のデータy0が最終段の遅延器3iから出力され、乗算
器2により1/x0の乗算が行なわれることにより最初
のインパルス応答g0が得られる。そして、このインパ
ルス応答g0は各乗算器に供給されて対応する減算器に
供給されるべき減算値が得られるので、インパルス応答
g0に対応する値が減算された値が各減算器から出力さ
れ、次段の遅延器に供給される。そして、2番目のデー
タy0からインパルス応答g0に対応する値g0・x1
が減算された値が最終段の遅延器3iから出力されれ
ば、乗算器2により1/x0の乗算が行なわれることに
より2番目のインパルス応答g1が得られる。以下、同
様に最終段の遅延器3iから順次出力される値に対して
乗算器2により1/x0の乗算を行なうだけで対応する
インパルス応答を得ることができる。Therefore, in this embodiment, the first data y0 is output from the delay unit 3i at the last stage, and the multiplier 2 multiplies 1 / x0 to obtain the first impulse response g0. . Then, this impulse response g0 is supplied to each multiplier to obtain a subtraction value to be supplied to the corresponding subtractor, so that a value obtained by subtracting the value corresponding to the impulse response g0 is output from each subtractor, It is supplied to the next stage delay unit. Then, the value g0 · x1 corresponding to the impulse response g0 from the second data y0
Is output from the delay unit 3i in the final stage, the multiplier 2 performs 1 / x0 multiplication to obtain a second impulse response g1. Hereinafter, similarly, by simply multiplying the value sequentially output from the delay unit 3i at the last stage by 1 / x0 by the multiplier 2, a corresponding impulse response can be obtained.
【0029】また、この実施例においては、送出パルス
のパルス列を構成するパルスの数が増加した場合であっ
てもパイプライン接続する遅延器および減算器の段数を
増加するだけでよいから、パルス数の増加に簡単に対処
できる。Further, in this embodiment, even if the number of pulses constituting the pulse train of the transmission pulse is increased, it is only necessary to increase the number of delay units and subtracters connected in the pipeline. Can easily cope with the increase.
【0030】[0030]
【実施例4】図4はこの発明の探査装置のさらに他の実
施例としての音響探査装置の要部を示すブロック図であ
り、i段の遅延器31,32,...3iと累積加算器
5とを有し、累積加算器5が1/x0,x1/x0,x
2/x0,...xi/x0の乗算を行なう乗算入力部
50,51,52,...5iを有し、累積加算器5か
らの出力が遅延器31に供給されている。そして、デー
タ列y(t)が乗算入力部50に供給されているととも
に、各遅延器からの出力が対応する乗算入力部に供給さ
れている。尚、累積加算器5からの出力または何れかの
遅延器からの出力をインパルス応答としてそのまま出力
するようにしている。[Embodiment 4] FIG. 4 is a block diagram showing a main part of an acoustic search device as still another embodiment of the search device of the present invention, and i-stage delay units 31, 32,. . . 3i and a cumulative adder 5, wherein the cumulative adder 5 is 1 / x0, x1 / x0, x
2 / x0,. . . xi / x0 multiplication input units 50, 51, 52,. . . 5i, and the output from the accumulator 5 is supplied to the delay unit 31. The data sequence y (t) is supplied to the multiplication input unit 50, and the output from each delay unit is supplied to the corresponding multiplication input unit. The output from the accumulator 5 or the output from any one of the delay units is directly output as an impulse response.
【0031】したがって、この実施例の場合には、最初
のデータy0に対して乗算器50により1/x0の乗算
が行なわれることにより得られたインパルス応答g0が
そのまま累積加算器5から出力される。そして、2番目
のデータy0に対して乗算器50により1/x0の乗算
が行なわれることにより得られた値およびインパルス応
答g0に対して乗算器51により−x1/x0の乗算が
行なわれることにより得られた値が累積加算されるので
あるから、累積加算器5から2番目のインパルス応答g
1が出力される。以下、同様に累積加算器5から対応す
るインパルス応答が出力される。る。Therefore, in this embodiment, the impulse response g0 obtained by multiplying the first data y0 by 1 / x0 by the multiplier 50 is output from the accumulator 5 as it is. . Then, the multiplier 51 multiplies the value obtained by multiplying the second data y0 by 1 / x0 by 1 / x0 and multiplies the impulse response g0 by −x1 / x0 by the multiplier 51. Since the obtained values are cumulatively added, the second impulse response g
1 is output. Hereinafter, a corresponding impulse response is similarly output from the accumulator 5. You.
【0032】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、超音波診断装置、ソナー、レー
ダ等種々の分野に適用することができるほか、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。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various fields such as an ultrasonic diagnostic apparatus, a sonar, a radar, and the scope of the present invention without changing the gist of the present invention. It is possible to make various design changes within.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上のように請求項1の発明は、特殊な
送波器、受波器を用いなくても高い空間分解能を達成で
きるのみならず、高周波帯域での減衰率が大きい媒質で
あっても、送信波のパルス周波数を低くし、しかも受信
波のサンプリング・レートを高めることにより、探査範
囲の拡大および高空間分解能化を達成でき、さらに、F
FT処理と異なり、リアルタイムで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。As described above, according to the first aspect of the present invention, not only a high spatial resolution can be achieved without using a special transmitter and a receiver, but also a medium having a large attenuation rate in a high frequency band. Even so, by lowering the pulse frequency of the transmitted wave and increasing the sampling rate of the received wave, it is possible to achieve an expanded search range and higher spatial resolution, and furthermore, F
Unlike the FT processing, there is a specific effect that an impulse response can be obtained in real time.
【0034】請求項2の発明も、特殊な送波器、受波器
を用いなくても高い空間分解能を達成できるのみなら
ず、高周波帯域での減衰率が大きい媒質であっても、送
信波のパルス周波数を低くし、しかも受信波のサンプリ
ング・レートを高めることにより、探査範囲の拡大およ
び高空間分解能化を達成でき、さらに、FFT処理と異
なり、リアルタイムで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。According to the second aspect of the present invention, not only a high spatial resolution can be achieved without using a special transmitter and receiver, but also a transmission wave can be obtained even if the medium has a large attenuation rate in a high frequency band. By increasing the sampling frequency of the received wave and lowering the pulse frequency, it is possible to achieve a wider search range and higher spatial resolution, and, unlike FFT processing, obtain a real-time impulse response. Has the effect of
【0035】請求項3の発明は、請求項2の効果に加
え、探査装置を簡単に構成できるという特有の効果を奏
する。請求項4の発明も、請求項2の効果に加え、探査
装置を簡単に構成できるという特有の効果を奏する。The invention of claim 3 has a specific effect that the exploration apparatus can be simply constructed in addition to the effect of claim 2. The invention of claim 4 also has a unique effect that the exploration device can be simply configured in addition to the effect of claim 2.
【図1】この発明の探査方法の一実施例としての超音波
探査方法を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an ultrasonic search method as one embodiment of a search method of the present invention.
【図2】この発明の探査装置の一実施例としての音響探
査装置の要部を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a main part of an acoustic search device as one embodiment of the search device of the present invention.
【図3】この発明の探査装置の他の実施例としての音響
探査装置の要部を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an acoustic search device as another embodiment of the search device of the present invention.
【図4】この発明の探査装置のさらに他の実施例として
の音響探査装置の要部を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a main part of an acoustic search device as still another embodiment of the search device of the present invention.
【図5】パルス・エコー法の原理を説明する概略図であ
る。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the principle of the pulse echo method.
【図6】反射波の強度の時間波形を観測するモードを説
明する概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a mode for observing a temporal waveform of the intensity of a reflected wave.
【図7】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説明する
概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a mode in which a contact is scanned one-dimensionally, a threshold is provided, and a two-dimensional image in a scanning direction and a depth direction is observed.
【図8】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説明する概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a mode in which scanning is performed two-dimensionally and a two-dimensional image at the same depth is observed.
1,11,12,...1i 減算器 2,21,22,...2i 乗算器 31,32,...3i 遅延器 4 加算器 5 累積加算器 51,52,...5i 乗算入力部 6 サンプリング回路 1, 11, 12,. . . 1i Subtractors 2, 21, 22,. . . 2i multipliers 31, 32,. . . 3i delay unit 4 adder 5 cumulative adder 51, 52,. . . 5i Multiplication input unit 6 Sampling circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−31738(JP,A) 特開 平1−212543(JP,A) 特開 平4−125484(JP,A) 特開 昭61−95265(JP,A) 特開 昭60−113177(JP,A) 特許2718222(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 G01S 13/00 G01S 15/00 G01N 29/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-60-31738 (JP, A) JP-A-1-212543 (JP, A) JP-A-4-125484 (JP, A) JP-A-61- 95265 (JP, A) JP-A-60-113177 (JP, A) Patent 2718222 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01S 7/00 G01S 13/00 G01S 15 / 00 G01N 29/00
Claims (4)
波に基づいて媒体の密度が変化する境界面の位置を計測
する探査方法において、送信波を複数個のパルスからな
るパルス列として記録しておくとともに、受信波を所定
のパルス幅のデータ列として得、得られたデータ列に対
してパルス列の各パルスのピーク値に基づく逆畳み込み
演算を行なって境界面のインパルス応答を得ることを特
徴とする探査方法。1. An exploration method for transmitting a transmission wave, receiving a reflected wave, and measuring a position of a boundary surface on which a density of a medium changes based on the received wave. And the received wave is obtained as a data train having a predetermined pulse width, and the obtained data train is subjected to deconvolution based on the peak value of each pulse in the pulse train to obtain an impulse response of the boundary surface. An exploration method characterized in that:
波に基づいて媒体の密度が変化する境界面の位置を計測
する探査装置において、送信波を複数個のパルス列とし
て記録するパルス列記録手段と、受信波を所定のパルス
幅のデータ列に変換する受信波変換手段(6)と、受信
波変換手段(6)により得られたデータ列に対してパル
ス列記録手段(2,21,22,...2i,50,5
1,52,...5i)に記録されているパルス列の各
パルスのピーク値に基づく逆畳み込み演算を行なって境
界面のインパルス応答を得る演算手段(1,11,1
2,...1i,2,21,22,...2i,31,
32,...3i,4,5,50,51,52,...
5i)とを含むことを特徴とする探査装置。2. An exploration apparatus that transmits a transmission wave, receives a reflected wave, and measures the position of a boundary surface where the density of a medium changes based on the received wave, and records the transmission wave as a plurality of pulse trains. Pulse train recording means, received wave converting means (6) for converting a received wave into a data stream having a predetermined pulse width, and pulse train recording means (2, 21) for the data train obtained by the received wave converting means (6). , 22, ... 2i, 50,5
1,52,. . . Operation means (1, 11, 1) for performing a deconvolution operation based on the peak value of each pulse of the pulse train recorded in 5i) to obtain an impulse response of the boundary surface
2,. . . 1i, 2, 21, 22,. . . 2i, 31,
32,. . . 3i, 4, 5, 50, 51, 52,. . .
5i).
1,22,...2i)に記録されたパルス数に基づい
て定まる段数の遅延手段(31,32,...3i)
と、遅延手段(31,32,...3i)の各段からの
遅延出力にパルス列の各パルスのピーク値に基づいて定
まる定数を乗算する乗算手段(2)と、パルス列の所定
のパルスのピーク値に基づいて定まる定数をデータ列に
乗算する乗算手段(21,22,...2i)と、各乗
算手段(2,21,22,...2i)から出力される
乗算結果に基づく加算を行なって境界面のインパルス応
答を得、インパルス応答を遅延手段に供給する加算手段
(4)とを含んでいる請求項2に記載の探査装置。3. An arithmetic unit comprising: a pulse train recording unit (2, 2);
1, 22,. . . 2i) the number of stages of delay means (31, 32,... 3i) determined based on the number of pulses recorded
Multiplication means (2) for multiplying the delay output from each stage of the delay means (31, 32, ... 3i) by a constant determined based on the peak value of each pulse in the pulse train; Multiplication means (21, 22, ... 2i) for multiplying the data sequence by a constant determined based on the peak value, and multiplication results output from the respective multiplication means (2, 21, 22, ... 2i) 3. The exploration apparatus according to claim 2, further comprising adding means (4) for performing addition to obtain an impulse response of the boundary surface and supplying the impulse response to the delay means.
51,52,...5i)に記録されたパルス数に基づ
いて定まる段数の遅延手段(31,32,...3i)
と、パルス列の所定のパルスのピーク値に基づいて定ま
る重み付けが設定される複数の入力端子を有する累積加
算手段(5,50,51,52,...5i)とを含
み、累積加算手段(5)の各入力端子(50,51,5
2,...5i)に遅延手段(31,32,...3
i)の各段からの出力信号およびデータ列を供給してい
るとともに、累積加算手段(5)からの累積加算出力を
遅延手段(31)に供給している請求項2に記載の探査
装置。4. The arithmetic means comprises pulse train recording means (50,
51, 52,. . . 5i) delay means (31, 32,... 3i) of the number of stages determined based on the number of pulses recorded
And cumulative addition means (5, 50, 51, 52,... 5i) having a plurality of input terminals to which a weight determined based on the peak value of a predetermined pulse in the pulse train is set. 5) input terminals (50, 51, 5)
2,. . . 5i) includes delay means (31, 32,... 3).
The exploration apparatus according to claim 2, wherein the output signal and the data string from each stage of i) are supplied, and the cumulative addition output from the cumulative addition means (5) is supplied to the delay means (31).
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