超音波検査方法及び超音波検査装置
【課題】被検査体内部を非破壊で精度良く検査する。
【解決手段】超音波検査装置１０を用い、発信部１１から被検査体１に超音波バースト信号を発信し、超音波バースト信号が発信された被検査体１内からの反射信号をカンチレバー１２によって受信する。そして、超音波バースト信号の発信から反射信号の受信までの時間差であるエコー時間と、その反射信号を受信したカンチレバー１２の位置とを関連付けて、超音波検査装置１０の記憶部１５に記憶する。
【解決手段】超音波検査装置１０を用い、発信部１１から被検査体１に超音波バースト信号を発信し、超音波バースト信号が発信された被検査体１内からの反射信号をカンチレバー１２によって受信する。そして、超音波バースト信号の発信から反射信号の受信までの時間差であるエコー時間と、その反射信号を受信したカンチレバー１２の位置とを関連付けて、超音波検査装置１０の記憶部１５に記憶する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いる超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の使用に伴う破断や破損といった機械的損傷は、例えば、材料内部の微小欠陥が集合して機械的強度が減少した結果生じる。そのため、材料内部の検査においては、空隙や亀裂を対象にした巨視的検査はもとより、微小欠陥を対象にした微視的検査も重要になってくる。
【０００３】
このような材料内部の微視的検査には、例えば、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope；ＴＥＭ）或いは走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；ＳＥＭ）を用いることができる。但し、ＴＥＭやＳＥＭでは、検査対象の材料、或いは検査対象の材料を用いた構造物や製品を、非破壊でそのまま検査することができない場合がある。
【０００４】
一方、検査対象の材料等を非破壊で検査する手法の１つとして、超音波を利用した超音波探傷法が知られている。超音波探傷法では、１つ又は配列された複数の振動子を備えたプローブが用いられる。そのようなプローブの振動子により、検査対象の材料内部への超音波信号の入射と、その材料内部からの反射信号の受信が行われ、入射信号と反射信号の関係に基づき、材料内部の空隙、亀裂、欠陥等が検査される。
【０００５】
尚、主に材料表面の形状や物性を測定する方法として、先端部に微小な探針が取り付けられたカンチレバーをプローブとする、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope）を用いる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３１１８２２号公報
【特許文献２】特開平６−３２３８４３号公報
【特許文献３】特開平９−１５９６８１号公報
【特許文献４】特表２００９−５１１８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
超音波探傷法は、材料材部を非破壊で検査することのできる手法の１つである。しかし、プローブに一定サイズの振動子を使用し、また、そのような振動子を複数配列して使用するために、振動子の種類と個数によって、検査領域のサイズと空間分解能とがほぼ決まってくる。そのため、材料内部の微視的検査を精度良く行うことができない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、超音波信号を発信する発信機と、カンチレバーと、記憶部とを有する超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、前記発信機から被検査体に超音波バースト信号を発信する第１の工程と、前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を前記カンチレバーによって受信する第２の工程と、前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて前記記憶部に記憶する第３の工程とを含む超音波検査方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の一観点によれば、被検査体に超音波バースト信号を発信する発信機と、前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を受信するカンチレバーと、前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて記憶する記憶部とを含む超音波検査装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の超音波検査方法及び超音波検査装置によれば、被検査体の内部を非破壊で精度良く検査することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図２】超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図５】第１の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【図６】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の一例の説明図である。
【図７】第１の実施の形態に係る３次元メッシュの取得方法の説明図である。
【図８】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の別例の説明図である。
【図９】第２の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図１４】コンピュータの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は超音波検査装置の構成例を示す図である。
図１に示す超音波検査装置１０は、発信部１１、カンチレバー１２、位置制御部１３、信号処理部１４及び記憶部１５を有している。
【００１３】
発信部１１は、被検査体１に対して超音波信号、ここでは超音波バースト信号を発信する。発信部１１には、例えば、超音波振動子を用いることができる。発信部１１は、例えば、カンチレバー１２に設け、カンチレバー１２を発信機として用いることができる。また、発信部１１は、例えば、それ自体で発信機として用いることもできる。
【００１４】
カンチレバー１２は、発信部１１から発信された超音波バースト信号が被検査体１の内部に存在する反射体によって反射されて戻ってくる反射信号（エコー信号）を受信する受信機として用いられる。カンチレバー１２には、先端部に例えばナノメートルオーダーの微小な探針が設けられたものを用いる。被検査体１からの反射信号は、被検査体１表面の振動信号としてカンチレバー１２で受信される。
【００１５】
位置制御部１３は、被検査体１に対するカンチレバー１２（探針）の位置（ｘ，ｙ，ｚ方向の位置）を制御する。カンチレバー１２は、位置制御部１３によって被検査体１の検査領域上を走査される。
【００１６】
信号処理部１４は、発信部１１から発信された超音波バースト信号と、カンチレバー１２によって受信された反射信号とを用い、超音波バースト信号の発信から反射信号の受信までの時間差（エコー時間）を求める。信号処理部１４は、求めたエコー時間を、位置制御部１３によって制御されたカンチレバー１２の被検査体１上での位置と関連付けて、記憶部１５に記憶する。また、信号処理部１４は、例えば、求めたエコー時間を、被検査体１内部での超音波バースト信号の伝播速度を用いて距離（エコー距離）に変換したうえで、カンチレバー１２の被検査体１上での位置と関連付けて、記憶部１５に記憶する。
【００１７】
図２は超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
超音波検査装置１０は、位置制御部１３により、被検査体１上の所定位置、例えば、予め設定された検査領域上の所定位置に、カンチレバー１２を制御し（ステップＳ１）、その被検査体１に対し、発信部１１から超音波バースト信号を発信する（ステップＳ２）。発信部１１から発信された超音波バースト信号は、被検査体１内に伝播し、被検査体１内に存在する反射体、例えば、構造物や欠陥等で反射する。超音波検査装置１０は、この反射信号を、被検査体１表面の振動信号としてカンチレバー１２で受信する（ステップＳ３）。
【００１８】
超音波検査装置１０では、信号処理部１４により、超音波バースト信号の発信と反射信号の受信との時間差であるエコー時間が求められる（ステップＳ４）。信号処理部１４は、求めたエコー時間を、又は求めたエコー時間をエコー距離に変換したうえで、カンチレバー１２の被検査体１上での位置と関連付けて、記憶部１５に記憶する（ステップＳ５）。
【００１９】
超音波検査装置１０は、被検査体１の検査領域全体について、位置制御部１３により検査領域上でカンチレバー１２を走査してその位置を変え、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を実行する（ステップＳ６）。
【００２０】
超音波検査装置１０の信号処理部１４で求められるエコー時間は、発信部１１から発信された超音波バースト信号が、被検査体１内を伝播し、反射体で反射され、カンチレバー１２に受信されるまでの伝播時間である。エコー時間は、被検査体１内の反射体と、被検査体１上に設置されるカンチレバー１２との距離に応じて変化する。超音波検査装置１０は、カンチレバー１２の位置と、カンチレバー１２がその位置にあるときに計測されるエコー時間を、カンチレバー１２の位置を変化させて検査領域全体で蓄積することで、検査領域内の反射体分布を求める。
【００２１】
このように超音波検査装置１０は、被検査体１内からの反射信号を、カンチレバー１２によって受信する。そのため、被検査体１の検査領域表面において、カンチレバー１２の先端部に設けた探針のサイズ程の微小領域まで、エコー時間の計測を行うことができる。エコー時間は、被検査体１内の反射体とカンチレバー１２との距離に応じて変化するので、このようにカンチレバー１２を用いてエコー時間を計測することで、反射体が存在し得る位置を精度良く知ることができる。このようなカンチレバー１２による反射信号の受信とエコー時間の計測を、検査領域表面全体に亘って行うことにより、検査領域内の反射体分布を、高い空間分解能で、精度良く、取得することが可能になる。
【００２２】
尚、被検査体１の検査領域は、被検査体１の全体でも、一部でもよい。検査領域表面の、カンチレバー１２による受信が行われる各微小領域の一辺の長さは、検査領域の一辺の実寸を任意の数（２５６、５１２、１０２４等）で割った値とすることができる。
【００２３】
以下、上記のような超音波検査装置、及び超音波検査装置を用いた超音波検査方法について、より詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
【００２４】
図３は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
図３に示す超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１、圧電素子１０２、位置制御部１０３、レーザー照射部１０４、光検出部１０５、差分検出部１０６を有している。更に、この超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１に設けられた発信部１０７、関数発生部１０８、増幅部１０９、信号処理部１１０、記憶部１１１、表示部１１２、制御部１１３、入力部１１４を有している。
【００２５】
カンチレバー１０１は、一端側（根元側）が固定され、他端側（自由端側）の先端部には、例えばナノメートルオーダーの微小な探針１０１ａが設けられている。カンチレバー１０１は、被検査体１からの反射信号を受信する受信機として用いられる。圧電素子１０２は、カンチレバー１０１の根元側に設けられ、入力される信号に従ってカンチレバー１０１をｘ，ｙ，ｚ方向に移動させる。位置制御部１０３は、圧電素子１０２への入力信号を制御する。位置制御部１０３及び圧電素子１０２により、カンチレバー１０１（探針１０１ａ）のｘ，ｙ，ｚ方向の位置が制御される。
【００２６】
レーザー照射部１０４は、カンチレバー１０１の背面にレーザー光を照射する。光検出部１０５は、カンチレバー１０１の背面にレーザー照射部１０４から照射されて反射されたレーザー光を検出する。例えば、カンチレバー１０１が上下（ｚ方向）に変位すれば、レーザー光は光検出部１０５上で上下に動くようになる。ここに例示する超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１の変位（たわみ）が、このような、いわゆる光テコ方式で検出されるようになっている。差分検出部１０６は、カンチレバー１０１の変位に伴って変化する、光検出部１０５による検出信号を入力とし、検出信号の差分に応じた信号を生成する。
【００２７】
尚、差分検出部１０６で生成された信号の一部は、カンチレバー１０１の探針１０１ａと被検査体１表面間の力が一定に保たれるように、位置制御部１０３にフィードバックされる。位置制御部１０３は、そのフィードバックされた信号を用い、カンチレバー１０１のｚ方向の位置を制御する。
【００２８】
発信部１０７は、超音波バースト信号を発信する。超音波検査装置１００Ａでは、発信部１０７が、カンチレバー１０１に設けられている。この発信部１０７には、例えば、超音波振動子を用いることができる。関数発生部１０８は、発信部１０７から発信する超音波バースト信号の波形を発生する。増幅部１０９は、関数発生部１０８で発生した波形を増幅する。尚、増幅部１０９での増幅率を可変とする構成としてもよい。関数発生部１０８で発生され、増幅部１０９で増幅された波形が発信部１０７に入力され、発信部１０７から、その波形に応じた超音波バースト信号が発信される。
【００２９】
発信部１０７から発信された超音波バースト信号は、カンチレバー１０１に伝達され、カンチレバー１０１は、その超音波バースト信号に応じて超音波振動する。カンチレバー１０１の超音波振動は、被検査体１に伝達され、被検査体１に超音波バースト信号が発信される。即ち、カンチレバー１０１は、被検査体１からの反射信号を受信する受信機として用いられると共に、発信部１０７が設けられて、被検査体１に対して超音波バースト信号を発信する発信機としても用いられる。
【００３０】
信号処理部１１０は、差分検出部１０６で生成された信号、即ちカンチレバー１０１で受信された被検査体１からの反射信号を検出する。また、信号処理部１１０には、カンチレバー１０１（発信部１０７）から被検査体１に発信する超音波バースト信号の情報が送信される。ここでは、関数発生部１０８で発生する波形（超音波バースト信号）が信号処理部１１０に送信されるようになっている。
【００３１】
信号処理部１１０は、カンチレバー１０１から発信される超音波バースト信号の情報、及びカンチレバー１０１によって受信された反射信号の情報を用いて、所定の演算を実行する。ここでは、信号処理部１１０は、カンチレバー１０１からの超音波バースト信号の発信と、カンチレバー１０１による反射信号の受信との時間差であるエコー時間を演算する。更に、信号処理部１１０は、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播速度に基づき、求めたエコー時間から超音波バースト信号の伝播距離であるエコー距離を演算する。尚、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播速度は、例えば、検査する被検査体１の種類に応じた値を、後述の入力部１１４から予め設定しておくことができる。伝播速度の設定値は、超音波検査装置１００Ａの記憶部１１１等に記憶しておき、信号処理部１１０は、超音波検査装置１００Ａに記憶されている伝播速度の設定値を用いて、エコー距離を演算する。
【００３２】
更に、信号処理部１１０は、位置制御部１０３からカンチレバー１０１の被検査体１上での位置に関する情報を取得し、カンチレバー１０１の位置と、求めたエコー距離とを関連付けて記憶部１１１に記憶する。
【００３３】
表示部１１２は、記憶部１１１に記憶されている情報に基づき、被検査体１についての検査結果を表示する。
制御部１１３は、位置制御部１０３、関数発生部１０８、増幅部１０９、信号処理部１１０、表示部１１２の処理動作を制御する。
【００３４】
入力部１１４からは、例えば、被検査体１の種類に応じ、位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件が入力される。また、上記の伝播速度の設定値が入力される。
例えば、入力部１１４からは、被検査体１の検査領域の範囲（カンチレバー１０１の被検査体１上の走査範囲）、検査領域の分割数（画素数）、カンチレバー１０１の走査速度（一画素におけるカンチレバー１０１の滞在時間）等の条件が設定される。位置制御部１０３は、その条件に基づき、被検査体１上でのカンチレバー１０１の位置を制御する。
【００３５】
また、入力部１１４からは、超音波バースト信号の周波数、発生時間、及び発生タイミング（発生周期）等の条件が設定される。関数発生部１０８は、その条件に基づき、所定の超音波バースト信号を一定の発生周期で発生させる。
【００３６】
尚、位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件は、カンチレバー１０１による反射信号の受信が、一の超音波バースト信号が発信されてから次の超音波バースト信号が発信されるまでの間に完了するように設定しておくことが好ましい。
【００３７】
続いて、上記構成を有する超音波検査装置１００Ａの処理フローについて説明する。
図４は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
まず、超音波検査装置１００Ａでは、被検査体１上にカンチレバー１０１が設置され、更に、入力部１１４から位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件が入力されて設定される。例えば、上記のように、検査領域の範囲とその分割数（２５６×２５６×２５６等）、カンチレバー１０１の走査速度等の条件が入力部１１４から入力され、位置制御部１０３の制御条件が設定される。また、超音波バースト信号の周波数、発生時間、発生周期等の条件が入力部１１４から入力され、関数発生部１０８の制御条件が設定される。
【００３８】
尚、超音波バースト信号の周波数帯域は、例えば数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚのオーダーの範囲とすることができるが、カンチレバー１０１によって高感度で受信するためには、カンチレバー１０１の共振周波数又はその近傍の周波数を利用するのが望ましい。例えば、超音波バースト信号の周波数設定に先立ち、カンチレバー１０１を被検査体１上に設置し、低出力で超音波スイープ信号を被検査体１に入射してカンチレバー１０１の応答振幅を測定し、振幅が最大となる周波数、即ち最高感度周波数を、予め見つけておく。
【００３９】
各制御条件の設定後、超音波検査装置１００Ａは、位置制御部１０３により、被検査体１上におけるカンチレバー１０１の位置を、検査領域表面（走査範囲）の所定位置（画素）に制御する（ステップＳ１０）。
【００４０】
次いで、超音波検査装置１００Ａは、関数発生部１０８により、超音波バースト信号を発生する（ステップＳ１１）。関数発生部１０８で発生された超音波バースト信号は、２つに分岐され、その一方の信号は、信号処理部１１０に送信される（ステップＳ１２）。また、分岐されたもう一方の信号は、増幅部１０９で増幅され、発信部１０７からカンチレバー１０１を介して被検査体１に発信（入射）される（ステップＳ１３）。
【００４１】
超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１から被検査体１への超音波バースト信号の発信後、そのカンチレバー１０１による被検査体１内からの反射信号の受信を開始する（ステップＳ１４）。反射信号の受信は、一定時間、レーザー照射部１０４、光検出部１０５及び差分検出部１０６を用いて、信号処理部１１０で検出される。尚、一定時間としては、例えば、超音波バースト信号の発生周期、カンチレバー１０１の一画素あたりの滞在時間等を設定することができる。
【００４２】
超音波検査装置１００Ａは、一定時間にカンチレバー１０１で反射信号の受信が検出されなければ（ステップＳ１５）、ステップＳ１９の処理に進む。超音波検査装置１００Ａは、一定時間に反射信号の受信が検出されれば（ステップＳ１５）、信号処理部１１０により、検出した反射信号と、ステップＳ１２で送信された超音波バースト信号との時間差であるエコー時間を求める（ステップＳ１６）。更に、超音波検査装置１００Ａは、信号処理部１１０により、そのエコー時間から、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播距離であるエコー距離を求める（ステップＳ１７）。
【００４３】
超音波検査装置１００Ａは、信号処理部１１０により、このようにして求めたエコー距離を、反射信号を受信したときのカンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する（ステップＳ１８）。
【００４４】
ここで、被検査体１内の異なる場所に、２つの反射体Ａ，Ｂが存在している場合を想定する。
図５は第１の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【００４５】
超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１から被検査体１に超音波バースト信号が発信され、そのカンチレバー１０１によって反射体Ａ，Ｂそれぞれからの反射信号が受信される。例えば、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、反射体Ａ，Ｂのうち、反射体Ａの方が、距離ΔＬだけカンチレバー１０１に近い場所にあるものとする。尚、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播速度は一定であるとする。
【００４６】
図５（Ａ）に示したように、カンチレバー１０１から超音波バースト信号が発信されると、その超音波バースト信号は、反射体Ａ，Ｂでそれぞれ反射され、カンチレバー１０１で受信される。このとき、カンチレバー１０１による超音波バースト信号の発信から受信までのエコー時間（カンチレバー１０１と反射体Ａ，Ｂそれぞれとの間の超音波バースト信号の往復時間）は、カンチレバー１０１と反射体Ａ，Ｂとの距離に応じた時間となる。即ち、図５（Ｂ）に示したように、反射体Ａの方がカンチレバー１０１に近い場所にあるため、カンチレバー１０１と反射体Ａの間のエコー時間ΔｔAの方が、カンチレバー１０１と反射体Ｂの間のエコー時間ΔｔBよりも短くなる。
【００４７】
超音波検査装置１００Ａは、ステップＳ１０〜Ｓ１７のように、カンチレバー１０１による超音波バースト信号の発信と受信を行い、信号処理部１１０によりエコー時間を求め、更にエコー距離を求める。そして、ステップＳ１８のように、求めたエコー距離を、カンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて記憶する。超音波検査装置１００Ａにおいては、このようにエコー距離とカンチレバー１０１の位置とを関連付けて記憶するため、その記憶部１１１に、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を用意しておく（ボクセル）。尚、用意する３次元メッシュのメッシュ数は、超音波検査装置１００Ａにおいて設定され得る検査領域の分割数（画素数）を上回るように設定しておく。
【００４８】
図６は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の一例の説明図である。
被検査体１内に２つの反射体Ａ，Ｂが存在しているとすると、カンチレバー１０１から発信した超音波バースト信号に対し、反射体Ａ，Ｂそれぞれからの反射信号がそのカンチレバー１０１で受信される。超音波検査装置１００Ａは、それぞれの反射信号についてエコー距離ｒA1，ｒB1を求める。そして、図６（Ａ）に示したように、カンチレバー１０１の走査方向（ｘ方向又はｙ方向。一例としてｘ方向）に沿った２次元メッシュＭ２上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ1とし、求めたエコー距離ｒA1，ｒB1を半径とする半円を設定する。その半円上に該当する箇所のメッシュ（当該メッシュに対応する記憶領域）に、点数を加算する。ここで点数が加算されたメッシュは、被検査体１内の、反射体Ａ，Ｂが存在する可能性のある箇所に対応している。尚、図６（Ａ）では、点数が加算されたメッシュを塗りつぶして図示している。
【００４９】
ステップＳ１８では、このようにしてエコー距離をカンチレバー１０１の位置と関連付けて記憶部１１１に記憶する。そして、超音波検査装置１００Ａは、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を走査し、検査領域上でカンチレバー１０１の位置（画素）を変えて、ステップＳ１０〜Ｓ１８の処理を繰り返す（ステップＳ１９）。
【００５０】
例えば、カンチレバー１０１をｘ方向に走査してその位置を変え、その位置で超音波バースト信号を発信し、反射体Ａ，Ｂそれぞれからの反射信号を受信して、それぞれの反射信号についてエコー距離ｒA2，ｒB2を求める。そして、図６（Ｂ）に示したように、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ2とし、求めたエコー距離ｒA2，ｒB2を半径とする半円上に該当する箇所のメッシュ（記憶領域）に、点数を加算する。このとき、既に点数が加算されている箇所のメッシュには、更に点数が加算され、合計２点が記憶される。点数が加算されたメッシュは、被検査体１内の、反射体Ａ，Ｂが存在する可能性のある箇所に対応している。尚、図６（Ｂ）では、点数が新たに加算されたメッシュを塗りつぶして図示し、点数が更に加算されたメッシュにはハッチングを施している。
【００５１】
超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１を更にｘ方向に走査してその位置を変え、同様の処理を実行する。ｘ方向の終端位置の処理まで終了した後は、直交する第２方向（ｙ方向又はｘ方向。一例としてｙ方向）にカンチレバー１０１を走査してその位置での処理を行い、その後はｘ方向に走査してカンチレバー１０１の位置を変え、同様に処理を繰り返す。それにより、図７に示したように、検査領域のｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２をｙ方向について蓄積していき、３次元メッシュＭ３を取得する。
【００５２】
超音波検査装置１００Ａは、このようにして被検査体１の検査領域上の全範囲（全画素）について、ステップＳ１０〜Ｓ１８の処理を実行し、検査領域について、３次元メッシュの各メッシュ（記憶領域）に点数を加算した情報を取得する。この情報は、被検査体１内の反射体Ａ，Ｂの箇所を、３次元メッシュにおいて点数化した、３次元空間情報を表している。３次元メッシュの、反射体Ａ，Ｂが存在する箇所に対応するメッシュは、点数が高くなる。
【００５３】
超音波検査装置１００Ａは、記憶部１１１に記憶されている、このような３次元メッシュを用い、被検査体１の検査領域の３次元空間情報を、表示部１１２によって表示する（ステップＳ２０）。例えば、超音波検査装置１００Ａは、３次元メッシュを、各メッシュの点数の大きさに応じた濃淡情報、或いはカラー情報に変換し、表示部１１２によって表示する。これにより、被検査体１の検査領域の３次元空間情報が画像化される。
【００５４】
尚、上記ステップＳ１８では、エコー距離をカンチレバー１０１の位置と関連付けて記憶部１１１に記憶する際、カンチレバー１０１の位置を中心とし、エコー距離を半径とする半円上に該当する箇所のメッシュに点数を加算する処理を例にして説明した。このほか、超音波検査装置１００Ａでは、次の図８に示すような処理を行うことも可能である。
【００５５】
図８は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の別例の説明図である。尚、図８では、便宜上、３次元メッシュＭ３の個々のメッシュは図示を省略している。
エコー距離をカンチレバー１０１の位置と関連付けて記憶部１１１に記憶する際には、図８に示すように、カンチレバー１０１の位置を中心とし、エコー距離を半径とする半球上に該当する箇所のメッシュに点数を加算してもよい。
【００５６】
例えば、まず、あるカンチレバー１０１の位置でのエコー距離ｒA1，ｒB1を求める。そして、図８（Ａ）に示したように、３次元メッシュＭ３上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ1とし、エコー距離ｒA1，ｒB1を半径とする半球上に該当する箇所のメッシュ（記憶領域）に点数を加算する。次いで、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を第１方向（一例としてｘ方向）に走査してその位置を変え、その位置でのエコー距離ｒA2，ｒB2を求める。そして、図８（Ｂ）に示したように、３次元メッシュＭ３上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ2とし、エコー距離ｒA2，ｒB2を半径とする半球上に該当する箇所のメッシュに点数を加算する。
【００５７】
ｘ方向の終端位置の処理まで同様の処理を実行した後は、直交する第２方向（一例としてｙ方向）にカンチレバー１０１を走査してその位置での処理を行い、更にｘ方向に走査してカンチレバー１０１の位置を変え、同様に処理を繰り返していく。超音波検査装置１００Ａは、このようにして被検査体１の検査領域上の全範囲（全画素）について処理を実行し、３次元メッシュＭ３の該当メッシュに点数を加算した、検査領域の３次元空間情報を取得する。
【００５８】
このような処理では、検査領域上の各位置（画素）について、反射体Ａ，Ｂが存在する可能性のある箇所を３次元的に点数化することができる。この処理を検査領域上の全範囲で繰り返すことで、反射体Ａ，Ｂが存在し得る箇所を特定するための点数情報を増やすことができるため、反射体Ａ，Ｂの検出精度を向上させることが可能になる。
【００５９】
ここでは被検査体１内に反射体Ａ，Ｂが存在する場合を例にして説明したが、反射体分布が未知の被検査体１に対し、超音波検査装置１００Ａを用い、上記のような処理を実行することにより、その被検査体１における検査領域の反射体分布を検出することができる。
【００６０】
以上、第１の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ａ、及びそれを用いた超音波検査方法について説明した。
超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１を用いて反射信号を受信するため、その先端部に設けた探針１０１ａのサイズ程の微小領域まで、反射信号を受信してエコー距離を求めることができる。そのため、そのエコー距離から、反射体が存在し得る箇所が、精度良く求められるようになる。このような微小領域で得られる情報を、検査領域全体に亘って収集することにより、検査領域の反射体分布を、高い空間分解能で、精度良く、取得することが可能になる。超音波検査装置１００Ａを用いた超音波検査方法によれば、被検査体１の内部を非破壊で精度良く検査することが可能になる。
【００６１】
また、超音波検査装置１００Ａでは、検査領域の範囲とその分割数を変更することで、空間分解能を変更することができる。超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１を用いるため、例えば、ナノメートルオーダーから数百ミクロンオーダーの空間分解能を実現することもできる。１つ又は複数の振動子を備えたフェーズドアレイのようなプローブを用いた超音波探傷法の場合、振動子の種類、個数、配列によって、検査領域のサイズと空間分解能とがほぼ決まり、適用範囲が限定され得る。これに対し、超音波検査装置１００Ａを用いた超音波検査方法によれば、空間分解能を変更することができ、汎用性を高めることができる。
【００６２】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図９は第２の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
図９に示す超音波検査装置１００Ｂは、超音波バースト信号を発信する発信部１０７が、カンチレバー１０１とは別個に被検査体１上に設置され、発信機として用いられている。カンチレバー１０１は、受信機として用いられる。超音波検査装置１００Ｂは、このような点で、上記の超音波検査装置１００Ａと相違する。
【００６３】
この第２の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ｂの発信部１０７（発信機）には、例えば、超音波振動子を用いることができる。超音波振動子は、グリセリンやシリコンゴム等を介して、被検査体１上に固定して設置することができる。
【００６４】
このような構成を有する超音波検査装置１００Ｂの処理フローについて説明していく。
図１０は第２の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
超音波検査装置１００Ｂでは、まず、被検査体１上に発信部１０７及びカンチレバー１０１が設置され、更に、入力部１１４から位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件が入力されて設定される。例えば、上記のように、検査領域の範囲とその分割数（２５６×２５６×２５６等）、カンチレバー１０１の走査速度、超音波バースト信号の周波数、発生時間、発生周期等の条件が、入力部１１４から入力されて設定される。尚、超音波バースト信号の周波数設定に先立ち、例えば、カンチレバー１０１の最高感度周波数を予め見つけておく。
【００６５】
各制御条件の設定後、超音波検査装置１００Ｂは、位置制御部１０３により、被検査体１上におけるカンチレバー１０１の位置を、検査領域表面（走査範囲）の所定位置（画素）に制御する（ステップＳ３０）。
【００６６】
超音波検査装置１００Ｂは、関数発生部１０８により、超音波バースト信号を発生する（ステップＳ３１）。関数発生部１０８で発生された超音波バースト信号は、２つに分岐され、その一方の信号は、信号処理部１１０に送信される（ステップＳ３２）。また、分岐されたもう一方の信号は、増幅部１０９で増幅され、発信部１０７から被検査体１に発信（入射）される（ステップＳ３３）。
【００６７】
超音波検査装置１００Ｂは、発信部１０７から被検査体１への超音波バースト信号の入射後、カンチレバー１０１による被検査体１内からの反射信号の受信を開始する（ステップＳ３４）。反射信号の受信は、一定時間、レーザー照射部１０４、光検出部１０５及び差分検出部１０６を用いて、信号処理部１１０で検出される。尚、一定時間としては、例えば、超音波バースト信号の発生周期、カンチレバー１０１の一画素あたりの滞在時間等を設定することができる。
【００６８】
超音波検査装置１００Ｂは、一定時間に反射信号の受信が検出されなければ（ステップＳ３５）、ステップＳ３８の処理に進む。超音波検査装置１００Ｂは、一定時間に反射信号の受信が検出されれば（ステップＳ３５）、信号処理部１１０により、検出した反射信号と、ステップＳ３２で送信された超音波バースト信号の時間差であるエコー時間を求める（ステップＳ３６）。
【００６９】
超音波検査装置１００Ｂは、信号処理部１１０により、求めたエコー時間を、反射信号を受信したときのカンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する（ステップＳ３７）。
【００７０】
超音波検査装置１００Ｂは、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を走査し、検査領域上でカンチレバー１０１の位置（画素）を変えて、ステップＳ３０〜Ｓ３７の処理を繰り返す（ステップＳ３８）。
【００７１】
ここで、被検査体１内の異なる場所に、２つの反射体Ｃ，Ｄが存在している場合を想定する。
図１１は第２の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【００７２】
超音波検査装置１００Ｂでは、図１１（Ａ）に示すように、発信部１０７から被検査体１に超音波バースト信号が発信され、カンチレバー１０１によって反射体Ｃ，Ｄそれぞれからの反射信号が受信される。超音波検査装置１００Ｂの信号処理部１１０で求められるエコー時間は、発信部１０７から発信され、反射体Ｃ，Ｄそれぞれで反射されて、カンチレバー１０１で受信されるまでの、超音波バースト信号の伝播時間（飛行時間（Time Of Flight；ＴＯＦ））である。ＴＯＦは、発信部１０７、反射体Ｃ，Ｄ、カンチレバー１０１の位置関係により変化する。
【００７３】
超音波検査装置１００Ｂは、信号処理部１１０で求めたエコー時間（ＴＯＦ）を、カンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて記憶する。超音波検査装置１００Ｂにおいては、このようにエコー時間とカンチレバー１０１の位置とを関連付けて記憶するため、その記憶部１１１に、図１１（Ｂ）に示すような３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を用意しておく。
【００７４】
被検査体１内に２つの反射体Ｃ，Ｄが存在しているとすると、発信部１０７から発信した超音波バースト信号に対し、反射体Ｃ，Ｄそれぞれからの反射信号がカンチレバー１０１で受信される。今、発信部１０７の位置を固定し、カンチレバー１０１を第１方向（ｘ方向又はｙ方向。一例としてｘ方向）に走査するものとする。
【００７５】
例えば、あるカンチレバー１０１の位置Ｐ1で、ステップＳ３１〜Ｓ３６の処理を実行してエコー時間ｔ1を求める。そして、ステップＳ３７では、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２上において、位置Ｐ1とエコー時間ｔ1に対応する箇所のメッシュ（記憶領域）に点数を加算する。次いで、カンチレバー１０１を位置Ｐ2に走査し、ステップＳ３１〜Ｓ３７の処理を行い、エコー時間ｔ2を求め、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２上において、位置Ｐ2とエコー時間ｔ2に対応する箇所のメッシュ（記憶領域）に点数を加算する。このような処理を、まずはカンチレバー１０１をｘ方向に走査し、設定したｘ方向の画素数分だけ繰り返す。
【００７６】
発信部１０７の位置を固定し、このようにカンチレバー１０１をｘ方向に走査した場合、カンチレバー１０１と反射体Ｃとが近付くにつれてエコー時間は短くなり、カンチレバー１０１と反射体Ｃとが離れるにつれてエコー時間は長くなる。同様に、カンチレバー１０１と反射体Ｄとが近付くにつれてエコー時間は短くなり、カンチレバー１０１と反射体Ｄとが離れるにつれてエコー時間は長くなる。ステップＳ３１〜Ｓ３８の処理によって得られる、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２は、このような状況を反映した情報になっている。即ち、図１１（Ｂ）の例では、カンチレバー１０１が位置Ｐ5，Ｐ12にあるときに、カンチレバー１０１と反射体Ｃ，Ｄとの距離が最も短くなることを示している。
【００７７】
超音波検査装置１００Ｂは、このようにしてｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２を取得した後、第２方向（ｙ方向又はｘ方向。一例としてｙ方向）にカンチレバー１０１を走査し、ステップＳ３１〜Ｓ３８の処理をｘ方向について繰り返す。それにより、検査領域のｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２をｙ方向について蓄積していき、検査領域全体についての３次元メッシュを取得する。被検査体１の場合、最終的には、反射体Ｃ，Ｄが存在する箇所に対応するメッシュを頂点とし、点数の加算されたメッシュが概ね逆円錐状に並んだような３次元メッシュが取得される。
【００７８】
超音波検査装置１００Ｂは、このようにして取得された、記憶部１１１の３次元メッシュを用い、被検査体１の検査領域の反射体分布に関する情報を、表示部１１２によって表示する（ステップＳ３９）。
【００７９】
例えば、超音波検査装置１００Ｂは、カンチレバー１０１の位置と求めたエコー時間に対応するメッシュに点数を加算する際に、エコー時間が短いものほど点数が高くなるように、点数を加算していく。或いは、カンチレバー１０１の位置と求めたエコー時間に対応するメッシュに均等に点数を加算し、３次元メッシュの取得後に、短いエコー時間に対応する箇所のメッシュほど点数が高くなるように点数をつけ直す。このように点数化した３次元メッシュを、各メッシュの点数の大きさに応じた濃淡情報、或いはカラー情報に変換し、表示部１１２によって表示する。これにより、被検査体１の検査領域を、３次元的に画像化することができる。
【００８０】
また、被検査体１内に存在する反射体のｘ，ｙ方向の位置は、点数の加算されたメッシュが逆円錐状に並んだ３次元メッシュの頂点の位置（カンチレバー１０１の位置）から決定することができる。更に、その反射体のｚ方向の位置は、その頂点のメッシュに対応したエコー時間、カンチレバー１０１の位置及び発信部１０７の位置から決定することができる。ステップＳ３９では、上記のようにして取得される３次元メッシュに基づき、被検査体１内の反射体分布を、３次元空間情報として画像化することも可能である。
【００８１】
この第２の実施の形態のように、被検査体１上の異なる場所で超音波バースト信号の発信と受信を行う場合でも、受信にカンチレバー１０１を用いることにより、被検査体１の内部を、高い空間分解能で、精度良く、非破壊で検査することができる。
【００８２】
尚、ここでは、発信部１０７の位置を固定し、カンチレバー１０１を検査領域上で走査して、カンチレバー１０１の位置とエコー時間の関係を示す３次元メッシュを取得する場合を例にして説明した。
【００８３】
このほか、カンチレバー１０１の位置を固定し、発信部１０７を検査領域上で走査して、発信部１０７の位置とエコー時間の関係を示す３次元メッシュを取得し、その情報も加えて、被検査体１の検査領域を検査してもよい。このように発信部１０７を走査させる場合には、例えば、任意のサイズの、超音波振動子等の発信部１０７を用いることができる。また、受信機として用いるカンチレバー１０１とは別のカンチレバーを発信機として利用すると、高い空間分解能で精度の良い検査を行う観点から効果的である。
【００８４】
次に、発信にカンチレバーを用いる例を、第３の実施の形態として説明する。
図１２は第３の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
図１２に示す超音波検査装置１００Ｃは、受信用のカンチレバー１０１に加え、発信用のカンチレバー１２１（第２のカンチレバー）を有している。
【００８５】
発信用のカンチレバー１２１には、受信用のカンチレバー１０１と同様に、圧電素子１２２及び位置制御部１２３が設けられている。圧電素子１２２は、入力される信号に従って、発信用のカンチレバー１２１をｘ，ｙ，ｚ方向に移動させる。位置制御部１２３は、圧電素子１２２への入力信号を制御する。位置制御部１２３及び圧電素子１２２により、発信用のカンチレバー１２１（探針）の、被検査体１の検査領域上でのｘ，ｙ，ｚ方向の位置が制御される。位置制御部１２３は、入力部１１４から入力される制御条件に従って、制御部１１３により制御される。また、ここでは、カンチレバー１２１走査時のｚ方向位置制御のため、発信用のカンチレバー１２１側にも受信用のカンチレバー１０１側と同様に、レーザー照射部１２４、光検出部１２５及び差分検出部１２６を設けている。
【００８６】
発信用のカンチレバー１２１には、超音波振動子等の発信部１０７が設けられ、発信部１０７から超音波バースト信号が発信されることで、カンチレバー１２１が超音波振動し、その探針から被検査体１に超音波バースト信号が発信（入射）される。即ち、カンチレバー１２１は、発信部１０７が設けられて、被検査体１に対して超音波バースト信号を発信する発信機として用いられる。位置制御部１２３により、この発信機として用いられるカンチレバー１２１のｘ，ｙ，ｚ方向の位置が制御される。
【００８７】
超音波検査装置１００Ｃは、このような点で、上記の超音波検査装置１００Ｂと相違する。
図１３は第３の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【００８８】
超音波検査装置１００Ｃでは、図１０のステップＳ３８の処理までは同様とすることができる。
即ち、超音波検査装置１００Ｃでは、まず、被検査体１上に受信用のカンチレバー１０１及び発信用のカンチレバー１２１が設置され、更に、入力部１１４から位置制御部１０３，１２３及び関数発生部１０８の制御条件が入力され、設定される。
【００８９】
各制御条件の設定後、超音波検査装置１００Ｃは、位置制御部１０３，１２３により、被検査体１上におけるカンチレバー１０１，１２１の位置を、検査領域表面（走査範囲）の所定位置（画素）に制御する（ステップＳ５０）。
【００９０】
超音波検査装置１００Ｃは、関数発生部１０８により、超音波バースト信号を発生する（ステップＳ５１）。そして、超音波検査装置１００Ｃは、一部を信号処理部１１０に送信し（ステップＳ５２）、一部を増幅部１０９で増幅し、発信部１０７からカンチレバー１２１を介して被検査体１に発信（入射）させる（ステップＳ５３）。
【００９１】
超音波検査装置１００Ｃは、カンチレバー１０１により、被検査体１内からの反射信号の受信を開始する（ステップＳ５４）。超音波検査装置１００Ｃは、一定時間に反射信号の受信が検出されなければ（ステップＳ５５）、ステップＳ５８の処理に進む。超音波検査装置１００Ｃは、一定時間に反射信号の受信が検出されれば（ステップＳ５５）、信号処理部１１０により、検出した反射信号と送信された超音波バースト信号との時間差であるエコー時間を求める（ステップＳ５６）。
【００９２】
超音波検査装置１００Ｃは、信号処理部１１０により、求めたエコー時間を、反射信号を受信したときのカンチレバー１０１の位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する（ステップＳ５７）。超音波検査装置１００Ｃは、カンチレバー１２１の位置は固定したまま、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を走査し、検査領域上でカンチレバー１０１の位置（画素）を変えて、ステップＳ５０〜Ｓ５７の処理を繰り返す（ステップＳ５８）。ステップＳ５７，Ｓ５８の処理は、図１１で述べたような例に従い、実行することができる。
【００９３】
超音波検査装置１００Ｃは、カンチレバー１０１の走査が検査領域全体で終了したときには、この受信用のカンチレバー１０１を所定位置に固定し、発信用のカンチレバー１２１を検査領域上で走査させる処理を実行する。カンチレバー１２１を走査させる場合は（ステップＳ５９）、ステップＳ５０の処理に戻り、カンチレバー１２１の走査が検査領域全体で終了するまで、ステップＳ５０以降の処理が繰り返し実行される。
【００９４】
但し、このようにカンチレバー１０１の位置は固定し、カンチレバー１２１を走査する場合、ステップＳ５７においては、ステップＳ５６で求めたエコー時間を、カンチレバー１２１の位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する。それにより、図１１（Ｂ）に示したのと同様の２次元メッシュ、及び検査領域全体についての３次元メッシュを取得する。
【００９５】
カンチレバー１２１の走査が検査領域全体で終了した後は（ステップＳ５９）、超音波検査装置１００Ｃは、信号処理部１１０により、記憶部１１１に記憶された情報について開口合成処理を行う（ステップＳ６０）。即ち、カンチレバー１０１を走査して取得された３次元メッシュ、及びカンチレバー１２１を走査して取得された３次元メッシュの情報を用い、開口合成法で畳み込み演算を行う。開口合成処理後の情報は、記憶部１１１に記憶される。
【００９６】
そして、超音波検査装置１００Ｃは、被検査体１の検査領域の反射体分布に関する、開口合成処理後の情報を、表示部１１２によって表示する（ステップＳ６１）。
このようにカンチレバー１０１，１２１をそれぞれ走査して取得される３次元メッシュの情報を用いると、反射体分布を求めるのに用いる情報量を増加させることができ、より空間分解能が高く、精度の良い３次元画像情報を取得し、表示することが可能になる。
【００９７】
畳み込み演算の一種である開口合成法は、元来、走査式映像法が困難な系に適用されることが多く、例えば、フェーズドアレイのような比較的大きな振動子を複数持つプローブの処理性能を向上させるのに用いられる。開口合成法は、走査式での計測時間のずれや、低い方位分解能を改善するのに有効である。この超音波検査装置１００Ｃのように、発信も受信もカンチレバーを走査制御し、時間を区切ってエコー時間を測定して記憶部１１１に加算していくのであれば、走査式と開口合成法の相乗効果が発揮される。そのため、例えば、空間分解能がサブミクロン以下の精密な３次元画像情報が取得可能になる。
【００９８】
この第３の実施の形態のように、発信と受信にカンチレバー１２１，１０１を用いることにより、被検査体１の内部を、高い空間分解能で、精度良く、非破壊で検査することができる。
【００９９】
尚、この第３の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ｃの発信用のカンチレバー１２１には、単一のカンチレバーを用いることができるほか、複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードを用いることもできる。その場合は、当該プローブカードの複数のカンチレバーを被検査体１上に設置し、各カンチレバーから順次超音波バースト信号を発信する。そして、各超音波バースト信号について、被検査体１上の所定位置に設置した受信用のカンチレバー１０１で受信した反射信号との時間差、即ちエコー時間を求める。これにより、発信用の単一のカンチレバーを走査したときと同様の処理を実現することができる。
【０１００】
また、これと同様に、超音波検査装置１００Ｃの受信用のカンチレバー１０１には、単一のカンチレバーのほか、複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードを用いることもできる。その場合は、当該プローブカードの複数のカンチレバーを被検査体１上に設置し、発信用のカンチレバーから発信された超音波バースト信号の、被検査体１内からの反射信号を、当該プローブカードの各カンチレバーで受信し、各反射信号についてエコー時間を求める。これにより、受信用の単一のカンチレバーを走査したときと同様の処理を実現することができる。
【０１０１】
また、発信と受信の双方に、このような複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードを用いると、反射体分布を求めるのに用いる情報量をより一層増加することができ、検査精度の向上を図ることが可能になる。
【０１０２】
複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードは、第２の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ｂのカンチレバー１０１にも同様に適用可能である。
尚、以上の説明では、カンチレバー１０１による反射信号の受信を、光テコ方式で検出する場合を例示したが、カンチレバー１０１自身の振動を直接電気信号に変換する、自己検知式で検出するようにしてもよい。
【０１０３】
また、超音波検査装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが有する処理機能は、コンピュータを用いて実現することができる。
図１４はコンピュータの構成例を示す図である。
【０１０４】
超音波検査装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃでは、コンピュータ２００のＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１により、全体が制御される。例えば、ＣＰＵ２０１を用いて制御部１１３の処理が実現され、位置制御部１０３，１２３、関数発生部１０８、増幅部１０９、信号処理部１１０、表示部１１２の処理が制御される。ＣＰＵ２０１にバス２０８を介して接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）２０２には、ＣＰＵ２０１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ２０２には、ＣＰＵ２０１による処理に必要な各種データが格納される。
【０１０５】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ:Hard Disk Drive）２０３には、ＯＳのプログラム、アプリケーションプログラム、及び各種データが格納される。例えば、ＨＤＤ２０３は、記憶部１１１として用いられる。
【０１０６】
グラフィック処理装置２０４には、モニタ３０１が接続され、グラフィック処理装置２０４は、ＣＰＵ２０１からの命令に従って、画像をモニタ３０１の画面に表示させる。例えば、グラフィック処理装置２０４及びモニタ３０１を用いて表示部１１２の処理が実現される。
【０１０７】
入力インタフェース２０５には、キーボード３０２やマウス３０３が接続され、入力インタフェース２０５は、キーボード３０２やマウス３０３から送られてくる信号をＣＰＵ２０１に送信する。例えば、入力インタフェース２０５とキーボード３０２やマウス３０３を用いて入力部１１４の処理が実現される。
【０１０８】
光学ドライブ装置２０６は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等の光ディスク３０４に対し、データの読み取り、書き込みを行う。
【０１０９】
通信インタフェース２０７は、ネットワーク４００に接続され、ネットワーク４００を介して、他のコンピュータまたは通信機器との間でデータの送受信を行う。
また、超音波検査装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの制御部１１３が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。尚、処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体（磁気記憶装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等）に記録しておくことが可能である。
【０１１０】
以上説明したように、上記の超音波検査装置、及びそれを用いた超音波検査方法によれば、被検査体内部の構造（反射体分布）を、高い空間分解能で、精度良く、非破壊で検査することが可能になる。尚、カンチレバーを用いているため、この超音波検査装置をＳＰＭとして用い、被検査体内部の構造と共に、密度や粘弾性等の物性分布も併せて検査することも可能である。
【０１１１】
また、プローブにフェーズドアレイを用いた検査では、そのプローブ内に配列された振動子のサイズと個数によって空間分解能がほぼ決まってしまい、その適用範囲が限定される場合がある。これに対し、上記の超音波検査装置及び超音波検査方法では、カンチレバーの走査範囲と分割画素数を変更することで空間分解能を変更することができ、その汎用性を高めることができる。
【０１１２】
更に、上記の超音波検査装置は、その構成上、比較的容易に小型化が行え、持ち運びを可能にし、室内外を問わず、様々な被検査体に適用することが可能である。例えば、機体や配管等の湾曲した被検査体、動作中で搬出困難な被検査体にも、適用することができる。更に、複数の検査対象が空間的に分散している被検査体等にも、適用することができる。また、上記の超音波検査装置及び超音波検査方法のように、超音波信号の発信と受信が被検査体の一方の側で行えることも利点のひとつとなる。例えば、配管の内部欠陥を検査する場合、透過法的な検査手法では被検査体を挟み込む治具が必要になるが、反射法を用いる上記の超音波検査装置及び超音波検査方法では、そのような治具が不要であり、より簡便な構成で内部欠陥を検査することができる。
【０１１３】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 超音波信号を発信する発信機と、カンチレバーと、記憶部とを有する超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、
前記発信機から被検査体に超音波バースト信号を発信する第１の工程と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を前記カンチレバーによって受信する第２の工程と、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて前記記憶部に記憶する第３の工程と、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。
【０１１４】
（付記２） 前記カンチレバーの位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第３の工程を実行することを特徴とする付記１に記載の超音波検査方法。
（付記３） 前記発信機の位置と前記時間差とを関連付けて前記記憶部に記憶する第４の工程を更に含み、
前記発信機の位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第４の工程を実行することを特徴とする付記２に記載の超音波検査方法。
【０１１５】
（付記４） 前記カンチレバーが前記発信機の機能を有することを特徴とする付記１又は２に記載の超音波検査方法。
（付記５） 前記発信機に第２のカンチレバーを用いることを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の超音波検査方法。
【０１１６】
（付記６） 前記記憶部は、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を有し、
前記記憶部に記憶する際には、前記時間差と関連付けて記憶する位置と、前記時間差とに相当する箇所の前記メッシュに対応した前記記憶領域に、点数を記憶することを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載の超音波検査方法。
【０１１７】
（付記７） 前記発信機と前記カンチレバーの位置及び前記各記憶領域の点数を用いて開口合成処理を実行する工程を更に含むことを特徴とする付記６に記載の超音波検査方法。
【０１１８】
（付記８） 前記超音波検査装置は、表示部を有し、
前記表示部によって、前記各記憶領域の点数を当該点数に応じた情報に変換して表示する工程を更に含むことを特徴とする付記６に記載の超音波検査方法。
【０１１９】
（付記９） 被検査体に超音波バースト信号を発信する発信機と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を受信するカンチレバーと、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて記憶する記憶部と、
を含むことを特徴とする超音波検査装置。
【０１２０】
（付記１０） 前記カンチレバーの位置を制御する第１の位置制御部を更に含むことを特徴とする付記９に記載の超音波検査装置。
（付記１１） 前記発信機の位置を制御する第２の位置制御部を更に含むことを特徴とする付記１０に記載の超音波検査装置。
【０１２１】
（付記１２） 前記カンチレバーが前記発信機の機能を有することを特徴とする付記９又は１０に記載の超音波検査装置。
（付記１３） 前記発信機に第２のカンチレバーを用いることを特徴とする付記９乃至１１のいずれかに記載の超音波検査装置。
【０１２２】
（付記１４） 前記記憶部は、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を有し、
前記記憶部には、前記時間差と関連付けて記憶する位置と、前記時間差とに相当する箇所の前記メッシュに対応した前記記憶領域に、点数が記憶されることを特徴とする付記９乃至１３のいずれかに記載の超音波検査装置。
【０１２３】
（付記１５） 前記各記憶領域の点数を当該点数に応じた情報に変換して表示する表示部を更に含むことを特徴とする付記１４に記載の超音波検査装置。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 被検査体
１０，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 超音波検査装置
１１，１０７ 発信部
１２，１０１，１２１ カンチレバー
１３，１０３，１２３ 位置制御部
１４，１１０ 信号処理部
１５，１１１ 記憶部
１０１ａ 探針
１０２，１２２ 圧電素子
１０４，１２４ レーザー照射部
１０５，１２５ 光検出部
１０６，１２６ 差分検出部
１０８ 関数発生部
１０９ 増幅部
１１２ 表示部
１１３ 制御部
１１４ 入力部
Ｍ２ ２次元メッシュ
Ｍ３ ３次元メッシュ
２００ コンピュータ
２０１ ＣＰＵ
２０２ ＲＡＭ
２０３ ＨＤＤ
２０４ グラフィック処理装置
２０５ 入力インタフェース
２０６ 光学ドライブ装置
２０７ 通信インタフェース
２０８ バス
３０１ モニタ
３０２ キーボード
３０３ マウス
３０４ 光ディスク
４００ ネットワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いる超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の使用に伴う破断や破損といった機械的損傷は、例えば、材料内部の微小欠陥が集合して機械的強度が減少した結果生じる。そのため、材料内部の検査においては、空隙や亀裂を対象にした巨視的検査はもとより、微小欠陥を対象にした微視的検査も重要になってくる。
【０００３】
このような材料内部の微視的検査には、例えば、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope；ＴＥＭ）或いは走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；ＳＥＭ）を用いることができる。但し、ＴＥＭやＳＥＭでは、検査対象の材料、或いは検査対象の材料を用いた構造物や製品を、非破壊でそのまま検査することができない場合がある。
【０００４】
一方、検査対象の材料等を非破壊で検査する手法の１つとして、超音波を利用した超音波探傷法が知られている。超音波探傷法では、１つ又は配列された複数の振動子を備えたプローブが用いられる。そのようなプローブの振動子により、検査対象の材料内部への超音波信号の入射と、その材料内部からの反射信号の受信が行われ、入射信号と反射信号の関係に基づき、材料内部の空隙、亀裂、欠陥等が検査される。
【０００５】
尚、主に材料表面の形状や物性を測定する方法として、先端部に微小な探針が取り付けられたカンチレバーをプローブとする、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope）を用いる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３１１８２２号公報
【特許文献２】特開平６−３２３８４３号公報
【特許文献３】特開平９−１５９６８１号公報
【特許文献４】特表２００９−５１１８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
超音波探傷法は、材料材部を非破壊で検査することのできる手法の１つである。しかし、プローブに一定サイズの振動子を使用し、また、そのような振動子を複数配列して使用するために、振動子の種類と個数によって、検査領域のサイズと空間分解能とがほぼ決まってくる。そのため、材料内部の微視的検査を精度良く行うことができない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、超音波信号を発信する発信機と、カンチレバーと、記憶部とを有する超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、前記発信機から被検査体に超音波バースト信号を発信する第１の工程と、前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を前記カンチレバーによって受信する第２の工程と、前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて前記記憶部に記憶する第３の工程とを含む超音波検査方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の一観点によれば、被検査体に超音波バースト信号を発信する発信機と、前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を受信するカンチレバーと、前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて記憶する記憶部とを含む超音波検査装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の超音波検査方法及び超音波検査装置によれば、被検査体の内部を非破壊で精度良く検査することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図２】超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図５】第１の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【図６】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の一例の説明図である。
【図７】第１の実施の形態に係る３次元メッシュの取得方法の説明図である。
【図８】第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の別例の説明図である。
【図９】第２の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【図１４】コンピュータの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は超音波検査装置の構成例を示す図である。
図１に示す超音波検査装置１０は、発信部１１、カンチレバー１２、位置制御部１３、信号処理部１４及び記憶部１５を有している。
【００１３】
発信部１１は、被検査体１に対して超音波信号、ここでは超音波バースト信号を発信する。発信部１１には、例えば、超音波振動子を用いることができる。発信部１１は、例えば、カンチレバー１２に設け、カンチレバー１２を発信機として用いることができる。また、発信部１１は、例えば、それ自体で発信機として用いることもできる。
【００１４】
カンチレバー１２は、発信部１１から発信された超音波バースト信号が被検査体１の内部に存在する反射体によって反射されて戻ってくる反射信号（エコー信号）を受信する受信機として用いられる。カンチレバー１２には、先端部に例えばナノメートルオーダーの微小な探針が設けられたものを用いる。被検査体１からの反射信号は、被検査体１表面の振動信号としてカンチレバー１２で受信される。
【００１５】
位置制御部１３は、被検査体１に対するカンチレバー１２（探針）の位置（ｘ，ｙ，ｚ方向の位置）を制御する。カンチレバー１２は、位置制御部１３によって被検査体１の検査領域上を走査される。
【００１６】
信号処理部１４は、発信部１１から発信された超音波バースト信号と、カンチレバー１２によって受信された反射信号とを用い、超音波バースト信号の発信から反射信号の受信までの時間差（エコー時間）を求める。信号処理部１４は、求めたエコー時間を、位置制御部１３によって制御されたカンチレバー１２の被検査体１上での位置と関連付けて、記憶部１５に記憶する。また、信号処理部１４は、例えば、求めたエコー時間を、被検査体１内部での超音波バースト信号の伝播速度を用いて距離（エコー距離）に変換したうえで、カンチレバー１２の被検査体１上での位置と関連付けて、記憶部１５に記憶する。
【００１７】
図２は超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
超音波検査装置１０は、位置制御部１３により、被検査体１上の所定位置、例えば、予め設定された検査領域上の所定位置に、カンチレバー１２を制御し（ステップＳ１）、その被検査体１に対し、発信部１１から超音波バースト信号を発信する（ステップＳ２）。発信部１１から発信された超音波バースト信号は、被検査体１内に伝播し、被検査体１内に存在する反射体、例えば、構造物や欠陥等で反射する。超音波検査装置１０は、この反射信号を、被検査体１表面の振動信号としてカンチレバー１２で受信する（ステップＳ３）。
【００１８】
超音波検査装置１０では、信号処理部１４により、超音波バースト信号の発信と反射信号の受信との時間差であるエコー時間が求められる（ステップＳ４）。信号処理部１４は、求めたエコー時間を、又は求めたエコー時間をエコー距離に変換したうえで、カンチレバー１２の被検査体１上での位置と関連付けて、記憶部１５に記憶する（ステップＳ５）。
【００１９】
超音波検査装置１０は、被検査体１の検査領域全体について、位置制御部１３により検査領域上でカンチレバー１２を走査してその位置を変え、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を実行する（ステップＳ６）。
【００２０】
超音波検査装置１０の信号処理部１４で求められるエコー時間は、発信部１１から発信された超音波バースト信号が、被検査体１内を伝播し、反射体で反射され、カンチレバー１２に受信されるまでの伝播時間である。エコー時間は、被検査体１内の反射体と、被検査体１上に設置されるカンチレバー１２との距離に応じて変化する。超音波検査装置１０は、カンチレバー１２の位置と、カンチレバー１２がその位置にあるときに計測されるエコー時間を、カンチレバー１２の位置を変化させて検査領域全体で蓄積することで、検査領域内の反射体分布を求める。
【００２１】
このように超音波検査装置１０は、被検査体１内からの反射信号を、カンチレバー１２によって受信する。そのため、被検査体１の検査領域表面において、カンチレバー１２の先端部に設けた探針のサイズ程の微小領域まで、エコー時間の計測を行うことができる。エコー時間は、被検査体１内の反射体とカンチレバー１２との距離に応じて変化するので、このようにカンチレバー１２を用いてエコー時間を計測することで、反射体が存在し得る位置を精度良く知ることができる。このようなカンチレバー１２による反射信号の受信とエコー時間の計測を、検査領域表面全体に亘って行うことにより、検査領域内の反射体分布を、高い空間分解能で、精度良く、取得することが可能になる。
【００２２】
尚、被検査体１の検査領域は、被検査体１の全体でも、一部でもよい。検査領域表面の、カンチレバー１２による受信が行われる各微小領域の一辺の長さは、検査領域の一辺の実寸を任意の数（２５６、５１２、１０２４等）で割った値とすることができる。
【００２３】
以下、上記のような超音波検査装置、及び超音波検査装置を用いた超音波検査方法について、より詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
【００２４】
図３は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
図３に示す超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１、圧電素子１０２、位置制御部１０３、レーザー照射部１０４、光検出部１０５、差分検出部１０６を有している。更に、この超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１に設けられた発信部１０７、関数発生部１０８、増幅部１０９、信号処理部１１０、記憶部１１１、表示部１１２、制御部１１３、入力部１１４を有している。
【００２５】
カンチレバー１０１は、一端側（根元側）が固定され、他端側（自由端側）の先端部には、例えばナノメートルオーダーの微小な探針１０１ａが設けられている。カンチレバー１０１は、被検査体１からの反射信号を受信する受信機として用いられる。圧電素子１０２は、カンチレバー１０１の根元側に設けられ、入力される信号に従ってカンチレバー１０１をｘ，ｙ，ｚ方向に移動させる。位置制御部１０３は、圧電素子１０２への入力信号を制御する。位置制御部１０３及び圧電素子１０２により、カンチレバー１０１（探針１０１ａ）のｘ，ｙ，ｚ方向の位置が制御される。
【００２６】
レーザー照射部１０４は、カンチレバー１０１の背面にレーザー光を照射する。光検出部１０５は、カンチレバー１０１の背面にレーザー照射部１０４から照射されて反射されたレーザー光を検出する。例えば、カンチレバー１０１が上下（ｚ方向）に変位すれば、レーザー光は光検出部１０５上で上下に動くようになる。ここに例示する超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１の変位（たわみ）が、このような、いわゆる光テコ方式で検出されるようになっている。差分検出部１０６は、カンチレバー１０１の変位に伴って変化する、光検出部１０５による検出信号を入力とし、検出信号の差分に応じた信号を生成する。
【００２７】
尚、差分検出部１０６で生成された信号の一部は、カンチレバー１０１の探針１０１ａと被検査体１表面間の力が一定に保たれるように、位置制御部１０３にフィードバックされる。位置制御部１０３は、そのフィードバックされた信号を用い、カンチレバー１０１のｚ方向の位置を制御する。
【００２８】
発信部１０７は、超音波バースト信号を発信する。超音波検査装置１００Ａでは、発信部１０７が、カンチレバー１０１に設けられている。この発信部１０７には、例えば、超音波振動子を用いることができる。関数発生部１０８は、発信部１０７から発信する超音波バースト信号の波形を発生する。増幅部１０９は、関数発生部１０８で発生した波形を増幅する。尚、増幅部１０９での増幅率を可変とする構成としてもよい。関数発生部１０８で発生され、増幅部１０９で増幅された波形が発信部１０７に入力され、発信部１０７から、その波形に応じた超音波バースト信号が発信される。
【００２９】
発信部１０７から発信された超音波バースト信号は、カンチレバー１０１に伝達され、カンチレバー１０１は、その超音波バースト信号に応じて超音波振動する。カンチレバー１０１の超音波振動は、被検査体１に伝達され、被検査体１に超音波バースト信号が発信される。即ち、カンチレバー１０１は、被検査体１からの反射信号を受信する受信機として用いられると共に、発信部１０７が設けられて、被検査体１に対して超音波バースト信号を発信する発信機としても用いられる。
【００３０】
信号処理部１１０は、差分検出部１０６で生成された信号、即ちカンチレバー１０１で受信された被検査体１からの反射信号を検出する。また、信号処理部１１０には、カンチレバー１０１（発信部１０７）から被検査体１に発信する超音波バースト信号の情報が送信される。ここでは、関数発生部１０８で発生する波形（超音波バースト信号）が信号処理部１１０に送信されるようになっている。
【００３１】
信号処理部１１０は、カンチレバー１０１から発信される超音波バースト信号の情報、及びカンチレバー１０１によって受信された反射信号の情報を用いて、所定の演算を実行する。ここでは、信号処理部１１０は、カンチレバー１０１からの超音波バースト信号の発信と、カンチレバー１０１による反射信号の受信との時間差であるエコー時間を演算する。更に、信号処理部１１０は、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播速度に基づき、求めたエコー時間から超音波バースト信号の伝播距離であるエコー距離を演算する。尚、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播速度は、例えば、検査する被検査体１の種類に応じた値を、後述の入力部１１４から予め設定しておくことができる。伝播速度の設定値は、超音波検査装置１００Ａの記憶部１１１等に記憶しておき、信号処理部１１０は、超音波検査装置１００Ａに記憶されている伝播速度の設定値を用いて、エコー距離を演算する。
【００３２】
更に、信号処理部１１０は、位置制御部１０３からカンチレバー１０１の被検査体１上での位置に関する情報を取得し、カンチレバー１０１の位置と、求めたエコー距離とを関連付けて記憶部１１１に記憶する。
【００３３】
表示部１１２は、記憶部１１１に記憶されている情報に基づき、被検査体１についての検査結果を表示する。
制御部１１３は、位置制御部１０３、関数発生部１０８、増幅部１０９、信号処理部１１０、表示部１１２の処理動作を制御する。
【００３４】
入力部１１４からは、例えば、被検査体１の種類に応じ、位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件が入力される。また、上記の伝播速度の設定値が入力される。
例えば、入力部１１４からは、被検査体１の検査領域の範囲（カンチレバー１０１の被検査体１上の走査範囲）、検査領域の分割数（画素数）、カンチレバー１０１の走査速度（一画素におけるカンチレバー１０１の滞在時間）等の条件が設定される。位置制御部１０３は、その条件に基づき、被検査体１上でのカンチレバー１０１の位置を制御する。
【００３５】
また、入力部１１４からは、超音波バースト信号の周波数、発生時間、及び発生タイミング（発生周期）等の条件が設定される。関数発生部１０８は、その条件に基づき、所定の超音波バースト信号を一定の発生周期で発生させる。
【００３６】
尚、位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件は、カンチレバー１０１による反射信号の受信が、一の超音波バースト信号が発信されてから次の超音波バースト信号が発信されるまでの間に完了するように設定しておくことが好ましい。
【００３７】
続いて、上記構成を有する超音波検査装置１００Ａの処理フローについて説明する。
図４は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
まず、超音波検査装置１００Ａでは、被検査体１上にカンチレバー１０１が設置され、更に、入力部１１４から位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件が入力されて設定される。例えば、上記のように、検査領域の範囲とその分割数（２５６×２５６×２５６等）、カンチレバー１０１の走査速度等の条件が入力部１１４から入力され、位置制御部１０３の制御条件が設定される。また、超音波バースト信号の周波数、発生時間、発生周期等の条件が入力部１１４から入力され、関数発生部１０８の制御条件が設定される。
【００３８】
尚、超音波バースト信号の周波数帯域は、例えば数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚのオーダーの範囲とすることができるが、カンチレバー１０１によって高感度で受信するためには、カンチレバー１０１の共振周波数又はその近傍の周波数を利用するのが望ましい。例えば、超音波バースト信号の周波数設定に先立ち、カンチレバー１０１を被検査体１上に設置し、低出力で超音波スイープ信号を被検査体１に入射してカンチレバー１０１の応答振幅を測定し、振幅が最大となる周波数、即ち最高感度周波数を、予め見つけておく。
【００３９】
各制御条件の設定後、超音波検査装置１００Ａは、位置制御部１０３により、被検査体１上におけるカンチレバー１０１の位置を、検査領域表面（走査範囲）の所定位置（画素）に制御する（ステップＳ１０）。
【００４０】
次いで、超音波検査装置１００Ａは、関数発生部１０８により、超音波バースト信号を発生する（ステップＳ１１）。関数発生部１０８で発生された超音波バースト信号は、２つに分岐され、その一方の信号は、信号処理部１１０に送信される（ステップＳ１２）。また、分岐されたもう一方の信号は、増幅部１０９で増幅され、発信部１０７からカンチレバー１０１を介して被検査体１に発信（入射）される（ステップＳ１３）。
【００４１】
超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１から被検査体１への超音波バースト信号の発信後、そのカンチレバー１０１による被検査体１内からの反射信号の受信を開始する（ステップＳ１４）。反射信号の受信は、一定時間、レーザー照射部１０４、光検出部１０５及び差分検出部１０６を用いて、信号処理部１１０で検出される。尚、一定時間としては、例えば、超音波バースト信号の発生周期、カンチレバー１０１の一画素あたりの滞在時間等を設定することができる。
【００４２】
超音波検査装置１００Ａは、一定時間にカンチレバー１０１で反射信号の受信が検出されなければ（ステップＳ１５）、ステップＳ１９の処理に進む。超音波検査装置１００Ａは、一定時間に反射信号の受信が検出されれば（ステップＳ１５）、信号処理部１１０により、検出した反射信号と、ステップＳ１２で送信された超音波バースト信号との時間差であるエコー時間を求める（ステップＳ１６）。更に、超音波検査装置１００Ａは、信号処理部１１０により、そのエコー時間から、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播距離であるエコー距離を求める（ステップＳ１７）。
【００４３】
超音波検査装置１００Ａは、信号処理部１１０により、このようにして求めたエコー距離を、反射信号を受信したときのカンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する（ステップＳ１８）。
【００４４】
ここで、被検査体１内の異なる場所に、２つの反射体Ａ，Ｂが存在している場合を想定する。
図５は第１の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【００４５】
超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１から被検査体１に超音波バースト信号が発信され、そのカンチレバー１０１によって反射体Ａ，Ｂそれぞれからの反射信号が受信される。例えば、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、反射体Ａ，Ｂのうち、反射体Ａの方が、距離ΔＬだけカンチレバー１０１に近い場所にあるものとする。尚、超音波バースト信号の被検査体１内での伝播速度は一定であるとする。
【００４６】
図５（Ａ）に示したように、カンチレバー１０１から超音波バースト信号が発信されると、その超音波バースト信号は、反射体Ａ，Ｂでそれぞれ反射され、カンチレバー１０１で受信される。このとき、カンチレバー１０１による超音波バースト信号の発信から受信までのエコー時間（カンチレバー１０１と反射体Ａ，Ｂそれぞれとの間の超音波バースト信号の往復時間）は、カンチレバー１０１と反射体Ａ，Ｂとの距離に応じた時間となる。即ち、図５（Ｂ）に示したように、反射体Ａの方がカンチレバー１０１に近い場所にあるため、カンチレバー１０１と反射体Ａの間のエコー時間ΔｔAの方が、カンチレバー１０１と反射体Ｂの間のエコー時間ΔｔBよりも短くなる。
【００４７】
超音波検査装置１００Ａは、ステップＳ１０〜Ｓ１７のように、カンチレバー１０１による超音波バースト信号の発信と受信を行い、信号処理部１１０によりエコー時間を求め、更にエコー距離を求める。そして、ステップＳ１８のように、求めたエコー距離を、カンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて記憶する。超音波検査装置１００Ａにおいては、このようにエコー距離とカンチレバー１０１の位置とを関連付けて記憶するため、その記憶部１１１に、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を用意しておく（ボクセル）。尚、用意する３次元メッシュのメッシュ数は、超音波検査装置１００Ａにおいて設定され得る検査領域の分割数（画素数）を上回るように設定しておく。
【００４８】
図６は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の一例の説明図である。
被検査体１内に２つの反射体Ａ，Ｂが存在しているとすると、カンチレバー１０１から発信した超音波バースト信号に対し、反射体Ａ，Ｂそれぞれからの反射信号がそのカンチレバー１０１で受信される。超音波検査装置１００Ａは、それぞれの反射信号についてエコー距離ｒA1，ｒB1を求める。そして、図６（Ａ）に示したように、カンチレバー１０１の走査方向（ｘ方向又はｙ方向。一例としてｘ方向）に沿った２次元メッシュＭ２上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ1とし、求めたエコー距離ｒA1，ｒB1を半径とする半円を設定する。その半円上に該当する箇所のメッシュ（当該メッシュに対応する記憶領域）に、点数を加算する。ここで点数が加算されたメッシュは、被検査体１内の、反射体Ａ，Ｂが存在する可能性のある箇所に対応している。尚、図６（Ａ）では、点数が加算されたメッシュを塗りつぶして図示している。
【００４９】
ステップＳ１８では、このようにしてエコー距離をカンチレバー１０１の位置と関連付けて記憶部１１１に記憶する。そして、超音波検査装置１００Ａは、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を走査し、検査領域上でカンチレバー１０１の位置（画素）を変えて、ステップＳ１０〜Ｓ１８の処理を繰り返す（ステップＳ１９）。
【００５０】
例えば、カンチレバー１０１をｘ方向に走査してその位置を変え、その位置で超音波バースト信号を発信し、反射体Ａ，Ｂそれぞれからの反射信号を受信して、それぞれの反射信号についてエコー距離ｒA2，ｒB2を求める。そして、図６（Ｂ）に示したように、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ2とし、求めたエコー距離ｒA2，ｒB2を半径とする半円上に該当する箇所のメッシュ（記憶領域）に、点数を加算する。このとき、既に点数が加算されている箇所のメッシュには、更に点数が加算され、合計２点が記憶される。点数が加算されたメッシュは、被検査体１内の、反射体Ａ，Ｂが存在する可能性のある箇所に対応している。尚、図６（Ｂ）では、点数が新たに加算されたメッシュを塗りつぶして図示し、点数が更に加算されたメッシュにはハッチングを施している。
【００５１】
超音波検査装置１００Ａは、カンチレバー１０１を更にｘ方向に走査してその位置を変え、同様の処理を実行する。ｘ方向の終端位置の処理まで終了した後は、直交する第２方向（ｙ方向又はｘ方向。一例としてｙ方向）にカンチレバー１０１を走査してその位置での処理を行い、その後はｘ方向に走査してカンチレバー１０１の位置を変え、同様に処理を繰り返す。それにより、図７に示したように、検査領域のｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２をｙ方向について蓄積していき、３次元メッシュＭ３を取得する。
【００５２】
超音波検査装置１００Ａは、このようにして被検査体１の検査領域上の全範囲（全画素）について、ステップＳ１０〜Ｓ１８の処理を実行し、検査領域について、３次元メッシュの各メッシュ（記憶領域）に点数を加算した情報を取得する。この情報は、被検査体１内の反射体Ａ，Ｂの箇所を、３次元メッシュにおいて点数化した、３次元空間情報を表している。３次元メッシュの、反射体Ａ，Ｂが存在する箇所に対応するメッシュは、点数が高くなる。
【００５３】
超音波検査装置１００Ａは、記憶部１１１に記憶されている、このような３次元メッシュを用い、被検査体１の検査領域の３次元空間情報を、表示部１１２によって表示する（ステップＳ２０）。例えば、超音波検査装置１００Ａは、３次元メッシュを、各メッシュの点数の大きさに応じた濃淡情報、或いはカラー情報に変換し、表示部１１２によって表示する。これにより、被検査体１の検査領域の３次元空間情報が画像化される。
【００５４】
尚、上記ステップＳ１８では、エコー距離をカンチレバー１０１の位置と関連付けて記憶部１１１に記憶する際、カンチレバー１０１の位置を中心とし、エコー距離を半径とする半円上に該当する箇所のメッシュに点数を加算する処理を例にして説明した。このほか、超音波検査装置１００Ａでは、次の図８に示すような処理を行うことも可能である。
【００５５】
図８は第１の実施の形態に係る超音波検査装置の記憶方法の別例の説明図である。尚、図８では、便宜上、３次元メッシュＭ３の個々のメッシュは図示を省略している。
エコー距離をカンチレバー１０１の位置と関連付けて記憶部１１１に記憶する際には、図８に示すように、カンチレバー１０１の位置を中心とし、エコー距離を半径とする半球上に該当する箇所のメッシュに点数を加算してもよい。
【００５６】
例えば、まず、あるカンチレバー１０１の位置でのエコー距離ｒA1，ｒB1を求める。そして、図８（Ａ）に示したように、３次元メッシュＭ３上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ1とし、エコー距離ｒA1，ｒB1を半径とする半球上に該当する箇所のメッシュ（記憶領域）に点数を加算する。次いで、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を第１方向（一例としてｘ方向）に走査してその位置を変え、その位置でのエコー距離ｒA2，ｒB2を求める。そして、図８（Ｂ）に示したように、３次元メッシュＭ３上において、カンチレバー１０１の位置を中心Ｏ2とし、エコー距離ｒA2，ｒB2を半径とする半球上に該当する箇所のメッシュに点数を加算する。
【００５７】
ｘ方向の終端位置の処理まで同様の処理を実行した後は、直交する第２方向（一例としてｙ方向）にカンチレバー１０１を走査してその位置での処理を行い、更にｘ方向に走査してカンチレバー１０１の位置を変え、同様に処理を繰り返していく。超音波検査装置１００Ａは、このようにして被検査体１の検査領域上の全範囲（全画素）について処理を実行し、３次元メッシュＭ３の該当メッシュに点数を加算した、検査領域の３次元空間情報を取得する。
【００５８】
このような処理では、検査領域上の各位置（画素）について、反射体Ａ，Ｂが存在する可能性のある箇所を３次元的に点数化することができる。この処理を検査領域上の全範囲で繰り返すことで、反射体Ａ，Ｂが存在し得る箇所を特定するための点数情報を増やすことができるため、反射体Ａ，Ｂの検出精度を向上させることが可能になる。
【００５９】
ここでは被検査体１内に反射体Ａ，Ｂが存在する場合を例にして説明したが、反射体分布が未知の被検査体１に対し、超音波検査装置１００Ａを用い、上記のような処理を実行することにより、その被検査体１における検査領域の反射体分布を検出することができる。
【００６０】
以上、第１の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ａ、及びそれを用いた超音波検査方法について説明した。
超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１を用いて反射信号を受信するため、その先端部に設けた探針１０１ａのサイズ程の微小領域まで、反射信号を受信してエコー距離を求めることができる。そのため、そのエコー距離から、反射体が存在し得る箇所が、精度良く求められるようになる。このような微小領域で得られる情報を、検査領域全体に亘って収集することにより、検査領域の反射体分布を、高い空間分解能で、精度良く、取得することが可能になる。超音波検査装置１００Ａを用いた超音波検査方法によれば、被検査体１の内部を非破壊で精度良く検査することが可能になる。
【００６１】
また、超音波検査装置１００Ａでは、検査領域の範囲とその分割数を変更することで、空間分解能を変更することができる。超音波検査装置１００Ａでは、カンチレバー１０１を用いるため、例えば、ナノメートルオーダーから数百ミクロンオーダーの空間分解能を実現することもできる。１つ又は複数の振動子を備えたフェーズドアレイのようなプローブを用いた超音波探傷法の場合、振動子の種類、個数、配列によって、検査領域のサイズと空間分解能とがほぼ決まり、適用範囲が限定され得る。これに対し、超音波検査装置１００Ａを用いた超音波検査方法によれば、空間分解能を変更することができ、汎用性を高めることができる。
【００６２】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図９は第２の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
図９に示す超音波検査装置１００Ｂは、超音波バースト信号を発信する発信部１０７が、カンチレバー１０１とは別個に被検査体１上に設置され、発信機として用いられている。カンチレバー１０１は、受信機として用いられる。超音波検査装置１００Ｂは、このような点で、上記の超音波検査装置１００Ａと相違する。
【００６３】
この第２の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ｂの発信部１０７（発信機）には、例えば、超音波振動子を用いることができる。超音波振動子は、グリセリンやシリコンゴム等を介して、被検査体１上に固定して設置することができる。
【００６４】
このような構成を有する超音波検査装置１００Ｂの処理フローについて説明していく。
図１０は第２の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
超音波検査装置１００Ｂでは、まず、被検査体１上に発信部１０７及びカンチレバー１０１が設置され、更に、入力部１１４から位置制御部１０３及び関数発生部１０８の制御条件が入力されて設定される。例えば、上記のように、検査領域の範囲とその分割数（２５６×２５６×２５６等）、カンチレバー１０１の走査速度、超音波バースト信号の周波数、発生時間、発生周期等の条件が、入力部１１４から入力されて設定される。尚、超音波バースト信号の周波数設定に先立ち、例えば、カンチレバー１０１の最高感度周波数を予め見つけておく。
【００６５】
各制御条件の設定後、超音波検査装置１００Ｂは、位置制御部１０３により、被検査体１上におけるカンチレバー１０１の位置を、検査領域表面（走査範囲）の所定位置（画素）に制御する（ステップＳ３０）。
【００６６】
超音波検査装置１００Ｂは、関数発生部１０８により、超音波バースト信号を発生する（ステップＳ３１）。関数発生部１０８で発生された超音波バースト信号は、２つに分岐され、その一方の信号は、信号処理部１１０に送信される（ステップＳ３２）。また、分岐されたもう一方の信号は、増幅部１０９で増幅され、発信部１０７から被検査体１に発信（入射）される（ステップＳ３３）。
【００６７】
超音波検査装置１００Ｂは、発信部１０７から被検査体１への超音波バースト信号の入射後、カンチレバー１０１による被検査体１内からの反射信号の受信を開始する（ステップＳ３４）。反射信号の受信は、一定時間、レーザー照射部１０４、光検出部１０５及び差分検出部１０６を用いて、信号処理部１１０で検出される。尚、一定時間としては、例えば、超音波バースト信号の発生周期、カンチレバー１０１の一画素あたりの滞在時間等を設定することができる。
【００６８】
超音波検査装置１００Ｂは、一定時間に反射信号の受信が検出されなければ（ステップＳ３５）、ステップＳ３８の処理に進む。超音波検査装置１００Ｂは、一定時間に反射信号の受信が検出されれば（ステップＳ３５）、信号処理部１１０により、検出した反射信号と、ステップＳ３２で送信された超音波バースト信号の時間差であるエコー時間を求める（ステップＳ３６）。
【００６９】
超音波検査装置１００Ｂは、信号処理部１１０により、求めたエコー時間を、反射信号を受信したときのカンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する（ステップＳ３７）。
【００７０】
超音波検査装置１００Ｂは、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を走査し、検査領域上でカンチレバー１０１の位置（画素）を変えて、ステップＳ３０〜Ｓ３７の処理を繰り返す（ステップＳ３８）。
【００７１】
ここで、被検査体１内の異なる場所に、２つの反射体Ｃ，Ｄが存在している場合を想定する。
図１１は第２の実施の形態において被検査体内に２つの反射体が存在する場合の説明図である。
【００７２】
超音波検査装置１００Ｂでは、図１１（Ａ）に示すように、発信部１０７から被検査体１に超音波バースト信号が発信され、カンチレバー１０１によって反射体Ｃ，Ｄそれぞれからの反射信号が受信される。超音波検査装置１００Ｂの信号処理部１１０で求められるエコー時間は、発信部１０７から発信され、反射体Ｃ，Ｄそれぞれで反射されて、カンチレバー１０１で受信されるまでの、超音波バースト信号の伝播時間（飛行時間（Time Of Flight；ＴＯＦ））である。ＴＯＦは、発信部１０７、反射体Ｃ，Ｄ、カンチレバー１０１の位置関係により変化する。
【００７３】
超音波検査装置１００Ｂは、信号処理部１１０で求めたエコー時間（ＴＯＦ）を、カンチレバー１０１の検査領域上での位置と関連付けて記憶する。超音波検査装置１００Ｂにおいては、このようにエコー時間とカンチレバー１０１の位置とを関連付けて記憶するため、その記憶部１１１に、図１１（Ｂ）に示すような３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を用意しておく。
【００７４】
被検査体１内に２つの反射体Ｃ，Ｄが存在しているとすると、発信部１０７から発信した超音波バースト信号に対し、反射体Ｃ，Ｄそれぞれからの反射信号がカンチレバー１０１で受信される。今、発信部１０７の位置を固定し、カンチレバー１０１を第１方向（ｘ方向又はｙ方向。一例としてｘ方向）に走査するものとする。
【００７５】
例えば、あるカンチレバー１０１の位置Ｐ1で、ステップＳ３１〜Ｓ３６の処理を実行してエコー時間ｔ1を求める。そして、ステップＳ３７では、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２上において、位置Ｐ1とエコー時間ｔ1に対応する箇所のメッシュ（記憶領域）に点数を加算する。次いで、カンチレバー１０１を位置Ｐ2に走査し、ステップＳ３１〜Ｓ３７の処理を行い、エコー時間ｔ2を求め、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２上において、位置Ｐ2とエコー時間ｔ2に対応する箇所のメッシュ（記憶領域）に点数を加算する。このような処理を、まずはカンチレバー１０１をｘ方向に走査し、設定したｘ方向の画素数分だけ繰り返す。
【００７６】
発信部１０７の位置を固定し、このようにカンチレバー１０１をｘ方向に走査した場合、カンチレバー１０１と反射体Ｃとが近付くにつれてエコー時間は短くなり、カンチレバー１０１と反射体Ｃとが離れるにつれてエコー時間は長くなる。同様に、カンチレバー１０１と反射体Ｄとが近付くにつれてエコー時間は短くなり、カンチレバー１０１と反射体Ｄとが離れるにつれてエコー時間は長くなる。ステップＳ３１〜Ｓ３８の処理によって得られる、ｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２は、このような状況を反映した情報になっている。即ち、図１１（Ｂ）の例では、カンチレバー１０１が位置Ｐ5，Ｐ12にあるときに、カンチレバー１０１と反射体Ｃ，Ｄとの距離が最も短くなることを示している。
【００７７】
超音波検査装置１００Ｂは、このようにしてｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２を取得した後、第２方向（ｙ方向又はｘ方向。一例としてｙ方向）にカンチレバー１０１を走査し、ステップＳ３１〜Ｓ３８の処理をｘ方向について繰り返す。それにより、検査領域のｘ方向に沿った２次元メッシュＭ２をｙ方向について蓄積していき、検査領域全体についての３次元メッシュを取得する。被検査体１の場合、最終的には、反射体Ｃ，Ｄが存在する箇所に対応するメッシュを頂点とし、点数の加算されたメッシュが概ね逆円錐状に並んだような３次元メッシュが取得される。
【００７８】
超音波検査装置１００Ｂは、このようにして取得された、記憶部１１１の３次元メッシュを用い、被検査体１の検査領域の反射体分布に関する情報を、表示部１１２によって表示する（ステップＳ３９）。
【００７９】
例えば、超音波検査装置１００Ｂは、カンチレバー１０１の位置と求めたエコー時間に対応するメッシュに点数を加算する際に、エコー時間が短いものほど点数が高くなるように、点数を加算していく。或いは、カンチレバー１０１の位置と求めたエコー時間に対応するメッシュに均等に点数を加算し、３次元メッシュの取得後に、短いエコー時間に対応する箇所のメッシュほど点数が高くなるように点数をつけ直す。このように点数化した３次元メッシュを、各メッシュの点数の大きさに応じた濃淡情報、或いはカラー情報に変換し、表示部１１２によって表示する。これにより、被検査体１の検査領域を、３次元的に画像化することができる。
【００８０】
また、被検査体１内に存在する反射体のｘ，ｙ方向の位置は、点数の加算されたメッシュが逆円錐状に並んだ３次元メッシュの頂点の位置（カンチレバー１０１の位置）から決定することができる。更に、その反射体のｚ方向の位置は、その頂点のメッシュに対応したエコー時間、カンチレバー１０１の位置及び発信部１０７の位置から決定することができる。ステップＳ３９では、上記のようにして取得される３次元メッシュに基づき、被検査体１内の反射体分布を、３次元空間情報として画像化することも可能である。
【００８１】
この第２の実施の形態のように、被検査体１上の異なる場所で超音波バースト信号の発信と受信を行う場合でも、受信にカンチレバー１０１を用いることにより、被検査体１の内部を、高い空間分解能で、精度良く、非破壊で検査することができる。
【００８２】
尚、ここでは、発信部１０７の位置を固定し、カンチレバー１０１を検査領域上で走査して、カンチレバー１０１の位置とエコー時間の関係を示す３次元メッシュを取得する場合を例にして説明した。
【００８３】
このほか、カンチレバー１０１の位置を固定し、発信部１０７を検査領域上で走査して、発信部１０７の位置とエコー時間の関係を示す３次元メッシュを取得し、その情報も加えて、被検査体１の検査領域を検査してもよい。このように発信部１０７を走査させる場合には、例えば、任意のサイズの、超音波振動子等の発信部１０７を用いることができる。また、受信機として用いるカンチレバー１０１とは別のカンチレバーを発信機として利用すると、高い空間分解能で精度の良い検査を行う観点から効果的である。
【００８４】
次に、発信にカンチレバーを用いる例を、第３の実施の形態として説明する。
図１２は第３の実施の形態に係る超音波検査装置の構成例を示す図である。
図１２に示す超音波検査装置１００Ｃは、受信用のカンチレバー１０１に加え、発信用のカンチレバー１２１（第２のカンチレバー）を有している。
【００８５】
発信用のカンチレバー１２１には、受信用のカンチレバー１０１と同様に、圧電素子１２２及び位置制御部１２３が設けられている。圧電素子１２２は、入力される信号に従って、発信用のカンチレバー１２１をｘ，ｙ，ｚ方向に移動させる。位置制御部１２３は、圧電素子１２２への入力信号を制御する。位置制御部１２３及び圧電素子１２２により、発信用のカンチレバー１２１（探針）の、被検査体１の検査領域上でのｘ，ｙ，ｚ方向の位置が制御される。位置制御部１２３は、入力部１１４から入力される制御条件に従って、制御部１１３により制御される。また、ここでは、カンチレバー１２１走査時のｚ方向位置制御のため、発信用のカンチレバー１２１側にも受信用のカンチレバー１０１側と同様に、レーザー照射部１２４、光検出部１２５及び差分検出部１２６を設けている。
【００８６】
発信用のカンチレバー１２１には、超音波振動子等の発信部１０７が設けられ、発信部１０７から超音波バースト信号が発信されることで、カンチレバー１２１が超音波振動し、その探針から被検査体１に超音波バースト信号が発信（入射）される。即ち、カンチレバー１２１は、発信部１０７が設けられて、被検査体１に対して超音波バースト信号を発信する発信機として用いられる。位置制御部１２３により、この発信機として用いられるカンチレバー１２１のｘ，ｙ，ｚ方向の位置が制御される。
【００８７】
超音波検査装置１００Ｃは、このような点で、上記の超音波検査装置１００Ｂと相違する。
図１３は第３の実施の形態に係る超音波検査装置の処理フローの一例を示す図である。
【００８８】
超音波検査装置１００Ｃでは、図１０のステップＳ３８の処理までは同様とすることができる。
即ち、超音波検査装置１００Ｃでは、まず、被検査体１上に受信用のカンチレバー１０１及び発信用のカンチレバー１２１が設置され、更に、入力部１１４から位置制御部１０３，１２３及び関数発生部１０８の制御条件が入力され、設定される。
【００８９】
各制御条件の設定後、超音波検査装置１００Ｃは、位置制御部１０３，１２３により、被検査体１上におけるカンチレバー１０１，１２１の位置を、検査領域表面（走査範囲）の所定位置（画素）に制御する（ステップＳ５０）。
【００９０】
超音波検査装置１００Ｃは、関数発生部１０８により、超音波バースト信号を発生する（ステップＳ５１）。そして、超音波検査装置１００Ｃは、一部を信号処理部１１０に送信し（ステップＳ５２）、一部を増幅部１０９で増幅し、発信部１０７からカンチレバー１２１を介して被検査体１に発信（入射）させる（ステップＳ５３）。
【００９１】
超音波検査装置１００Ｃは、カンチレバー１０１により、被検査体１内からの反射信号の受信を開始する（ステップＳ５４）。超音波検査装置１００Ｃは、一定時間に反射信号の受信が検出されなければ（ステップＳ５５）、ステップＳ５８の処理に進む。超音波検査装置１００Ｃは、一定時間に反射信号の受信が検出されれば（ステップＳ５５）、信号処理部１１０により、検出した反射信号と送信された超音波バースト信号との時間差であるエコー時間を求める（ステップＳ５６）。
【００９２】
超音波検査装置１００Ｃは、信号処理部１１０により、求めたエコー時間を、反射信号を受信したときのカンチレバー１０１の位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する（ステップＳ５７）。超音波検査装置１００Ｃは、カンチレバー１２１の位置は固定したまま、位置制御部１０３によってカンチレバー１０１を走査し、検査領域上でカンチレバー１０１の位置（画素）を変えて、ステップＳ５０〜Ｓ５７の処理を繰り返す（ステップＳ５８）。ステップＳ５７，Ｓ５８の処理は、図１１で述べたような例に従い、実行することができる。
【００９３】
超音波検査装置１００Ｃは、カンチレバー１０１の走査が検査領域全体で終了したときには、この受信用のカンチレバー１０１を所定位置に固定し、発信用のカンチレバー１２１を検査領域上で走査させる処理を実行する。カンチレバー１２１を走査させる場合は（ステップＳ５９）、ステップＳ５０の処理に戻り、カンチレバー１２１の走査が検査領域全体で終了するまで、ステップＳ５０以降の処理が繰り返し実行される。
【００９４】
但し、このようにカンチレバー１０１の位置は固定し、カンチレバー１２１を走査する場合、ステップＳ５７においては、ステップＳ５６で求めたエコー時間を、カンチレバー１２１の位置と関連付けて、記憶部１１１に記憶する。それにより、図１１（Ｂ）に示したのと同様の２次元メッシュ、及び検査領域全体についての３次元メッシュを取得する。
【００９５】
カンチレバー１２１の走査が検査領域全体で終了した後は（ステップＳ５９）、超音波検査装置１００Ｃは、信号処理部１１０により、記憶部１１１に記憶された情報について開口合成処理を行う（ステップＳ６０）。即ち、カンチレバー１０１を走査して取得された３次元メッシュ、及びカンチレバー１２１を走査して取得された３次元メッシュの情報を用い、開口合成法で畳み込み演算を行う。開口合成処理後の情報は、記憶部１１１に記憶される。
【００９６】
そして、超音波検査装置１００Ｃは、被検査体１の検査領域の反射体分布に関する、開口合成処理後の情報を、表示部１１２によって表示する（ステップＳ６１）。
このようにカンチレバー１０１，１２１をそれぞれ走査して取得される３次元メッシュの情報を用いると、反射体分布を求めるのに用いる情報量を増加させることができ、より空間分解能が高く、精度の良い３次元画像情報を取得し、表示することが可能になる。
【００９７】
畳み込み演算の一種である開口合成法は、元来、走査式映像法が困難な系に適用されることが多く、例えば、フェーズドアレイのような比較的大きな振動子を複数持つプローブの処理性能を向上させるのに用いられる。開口合成法は、走査式での計測時間のずれや、低い方位分解能を改善するのに有効である。この超音波検査装置１００Ｃのように、発信も受信もカンチレバーを走査制御し、時間を区切ってエコー時間を測定して記憶部１１１に加算していくのであれば、走査式と開口合成法の相乗効果が発揮される。そのため、例えば、空間分解能がサブミクロン以下の精密な３次元画像情報が取得可能になる。
【００９８】
この第３の実施の形態のように、発信と受信にカンチレバー１２１，１０１を用いることにより、被検査体１の内部を、高い空間分解能で、精度良く、非破壊で検査することができる。
【００９９】
尚、この第３の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ｃの発信用のカンチレバー１２１には、単一のカンチレバーを用いることができるほか、複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードを用いることもできる。その場合は、当該プローブカードの複数のカンチレバーを被検査体１上に設置し、各カンチレバーから順次超音波バースト信号を発信する。そして、各超音波バースト信号について、被検査体１上の所定位置に設置した受信用のカンチレバー１０１で受信した反射信号との時間差、即ちエコー時間を求める。これにより、発信用の単一のカンチレバーを走査したときと同様の処理を実現することができる。
【０１００】
また、これと同様に、超音波検査装置１００Ｃの受信用のカンチレバー１０１には、単一のカンチレバーのほか、複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードを用いることもできる。その場合は、当該プローブカードの複数のカンチレバーを被検査体１上に設置し、発信用のカンチレバーから発信された超音波バースト信号の、被検査体１内からの反射信号を、当該プローブカードの各カンチレバーで受信し、各反射信号についてエコー時間を求める。これにより、受信用の単一のカンチレバーを走査したときと同様の処理を実現することができる。
【０１０１】
また、発信と受信の双方に、このような複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードを用いると、反射体分布を求めるのに用いる情報量をより一層増加することができ、検査精度の向上を図ることが可能になる。
【０１０２】
複数のカンチレバーを有するカンチレバー型プローブカードは、第２の実施の形態に係る超音波検査装置１００Ｂのカンチレバー１０１にも同様に適用可能である。
尚、以上の説明では、カンチレバー１０１による反射信号の受信を、光テコ方式で検出する場合を例示したが、カンチレバー１０１自身の振動を直接電気信号に変換する、自己検知式で検出するようにしてもよい。
【０１０３】
また、超音波検査装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが有する処理機能は、コンピュータを用いて実現することができる。
図１４はコンピュータの構成例を示す図である。
【０１０４】
超音波検査装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃでは、コンピュータ２００のＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１により、全体が制御される。例えば、ＣＰＵ２０１を用いて制御部１１３の処理が実現され、位置制御部１０３，１２３、関数発生部１０８、増幅部１０９、信号処理部１１０、表示部１１２の処理が制御される。ＣＰＵ２０１にバス２０８を介して接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）２０２には、ＣＰＵ２０１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ２０２には、ＣＰＵ２０１による処理に必要な各種データが格納される。
【０１０５】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ:Hard Disk Drive）２０３には、ＯＳのプログラム、アプリケーションプログラム、及び各種データが格納される。例えば、ＨＤＤ２０３は、記憶部１１１として用いられる。
【０１０６】
グラフィック処理装置２０４には、モニタ３０１が接続され、グラフィック処理装置２０４は、ＣＰＵ２０１からの命令に従って、画像をモニタ３０１の画面に表示させる。例えば、グラフィック処理装置２０４及びモニタ３０１を用いて表示部１１２の処理が実現される。
【０１０７】
入力インタフェース２０５には、キーボード３０２やマウス３０３が接続され、入力インタフェース２０５は、キーボード３０２やマウス３０３から送られてくる信号をＣＰＵ２０１に送信する。例えば、入力インタフェース２０５とキーボード３０２やマウス３０３を用いて入力部１１４の処理が実現される。
【０１０８】
光学ドライブ装置２０６は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等の光ディスク３０４に対し、データの読み取り、書き込みを行う。
【０１０９】
通信インタフェース２０７は、ネットワーク４００に接続され、ネットワーク４００を介して、他のコンピュータまたは通信機器との間でデータの送受信を行う。
また、超音波検査装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの制御部１１３が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。尚、処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体（磁気記憶装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等）に記録しておくことが可能である。
【０１１０】
以上説明したように、上記の超音波検査装置、及びそれを用いた超音波検査方法によれば、被検査体内部の構造（反射体分布）を、高い空間分解能で、精度良く、非破壊で検査することが可能になる。尚、カンチレバーを用いているため、この超音波検査装置をＳＰＭとして用い、被検査体内部の構造と共に、密度や粘弾性等の物性分布も併せて検査することも可能である。
【０１１１】
また、プローブにフェーズドアレイを用いた検査では、そのプローブ内に配列された振動子のサイズと個数によって空間分解能がほぼ決まってしまい、その適用範囲が限定される場合がある。これに対し、上記の超音波検査装置及び超音波検査方法では、カンチレバーの走査範囲と分割画素数を変更することで空間分解能を変更することができ、その汎用性を高めることができる。
【０１１２】
更に、上記の超音波検査装置は、その構成上、比較的容易に小型化が行え、持ち運びを可能にし、室内外を問わず、様々な被検査体に適用することが可能である。例えば、機体や配管等の湾曲した被検査体、動作中で搬出困難な被検査体にも、適用することができる。更に、複数の検査対象が空間的に分散している被検査体等にも、適用することができる。また、上記の超音波検査装置及び超音波検査方法のように、超音波信号の発信と受信が被検査体の一方の側で行えることも利点のひとつとなる。例えば、配管の内部欠陥を検査する場合、透過法的な検査手法では被検査体を挟み込む治具が必要になるが、反射法を用いる上記の超音波検査装置及び超音波検査方法では、そのような治具が不要であり、より簡便な構成で内部欠陥を検査することができる。
【０１１３】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 超音波信号を発信する発信機と、カンチレバーと、記憶部とを有する超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、
前記発信機から被検査体に超音波バースト信号を発信する第１の工程と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を前記カンチレバーによって受信する第２の工程と、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて前記記憶部に記憶する第３の工程と、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。
【０１１４】
（付記２） 前記カンチレバーの位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第３の工程を実行することを特徴とする付記１に記載の超音波検査方法。
（付記３） 前記発信機の位置と前記時間差とを関連付けて前記記憶部に記憶する第４の工程を更に含み、
前記発信機の位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第４の工程を実行することを特徴とする付記２に記載の超音波検査方法。
【０１１５】
（付記４） 前記カンチレバーが前記発信機の機能を有することを特徴とする付記１又は２に記載の超音波検査方法。
（付記５） 前記発信機に第２のカンチレバーを用いることを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の超音波検査方法。
【０１１６】
（付記６） 前記記憶部は、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を有し、
前記記憶部に記憶する際には、前記時間差と関連付けて記憶する位置と、前記時間差とに相当する箇所の前記メッシュに対応した前記記憶領域に、点数を記憶することを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載の超音波検査方法。
【０１１７】
（付記７） 前記発信機と前記カンチレバーの位置及び前記各記憶領域の点数を用いて開口合成処理を実行する工程を更に含むことを特徴とする付記６に記載の超音波検査方法。
【０１１８】
（付記８） 前記超音波検査装置は、表示部を有し、
前記表示部によって、前記各記憶領域の点数を当該点数に応じた情報に変換して表示する工程を更に含むことを特徴とする付記６に記載の超音波検査方法。
【０１１９】
（付記９） 被検査体に超音波バースト信号を発信する発信機と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を受信するカンチレバーと、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて記憶する記憶部と、
を含むことを特徴とする超音波検査装置。
【０１２０】
（付記１０） 前記カンチレバーの位置を制御する第１の位置制御部を更に含むことを特徴とする付記９に記載の超音波検査装置。
（付記１１） 前記発信機の位置を制御する第２の位置制御部を更に含むことを特徴とする付記１０に記載の超音波検査装置。
【０１２１】
（付記１２） 前記カンチレバーが前記発信機の機能を有することを特徴とする付記９又は１０に記載の超音波検査装置。
（付記１３） 前記発信機に第２のカンチレバーを用いることを特徴とする付記９乃至１１のいずれかに記載の超音波検査装置。
【０１２２】
（付記１４） 前記記憶部は、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を有し、
前記記憶部には、前記時間差と関連付けて記憶する位置と、前記時間差とに相当する箇所の前記メッシュに対応した前記記憶領域に、点数が記憶されることを特徴とする付記９乃至１３のいずれかに記載の超音波検査装置。
【０１２３】
（付記１５） 前記各記憶領域の点数を当該点数に応じた情報に変換して表示する表示部を更に含むことを特徴とする付記１４に記載の超音波検査装置。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 被検査体
１０，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 超音波検査装置
１１，１０７ 発信部
１２，１０１，１２１ カンチレバー
１３，１０３，１２３ 位置制御部
１４，１１０ 信号処理部
１５，１１１ 記憶部
１０１ａ 探針
１０２，１２２ 圧電素子
１０４，１２４ レーザー照射部
１０５，１２５ 光検出部
１０６，１２６ 差分検出部
１０８ 関数発生部
１０９ 増幅部
１１２ 表示部
１１３ 制御部
１１４ 入力部
Ｍ２ ２次元メッシュ
Ｍ３ ３次元メッシュ
２００ コンピュータ
２０１ ＣＰＵ
２０２ ＲＡＭ
２０３ ＨＤＤ
２０４ グラフィック処理装置
２０５ 入力インタフェース
２０６ 光学ドライブ装置
２０７ 通信インタフェース
２０８ バス
３０１ モニタ
３０２ キーボード
３０３ マウス
３０４ 光ディスク
４００ ネットワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を発信する発信機と、カンチレバーと、記憶部とを有する超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、
前記発信機から被検査体に超音波バースト信号を発信する第１の工程と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を前記カンチレバーによって受信する第２の工程と、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて前記記憶部に記憶する第３の工程と、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。
【請求項２】
前記カンチレバーの位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第３の工程を実行することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査方法。
【請求項３】
前記発信機の位置と前記時間差とを関連付けて前記記憶部に記憶する第４の工程を更に含み、
前記発信機の位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第４の工程を実行することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査方法。
【請求項４】
前記記憶部は、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を有し、
前記記憶部に記憶する際には、前記時間差と関連付けて記憶する位置と、前記時間差とに相当する箇所の前記メッシュに対応した前記記憶領域に、点数を記憶することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波検査方法。
【請求項５】
被検査体に超音波バースト信号を発信する発信機と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を受信するカンチレバーと、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて記憶する記憶部と、
を含むことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項６】
前記カンチレバーが前記発信機の機能を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波検査装置。
【請求項７】
前記発信機に第２のカンチレバーを用いることを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波検査装置。
【請求項１】
超音波信号を発信する発信機と、カンチレバーと、記憶部とを有する超音波検査装置を用いた超音波検査方法であって、
前記発信機から被検査体に超音波バースト信号を発信する第１の工程と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を前記カンチレバーによって受信する第２の工程と、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて前記記憶部に記憶する第３の工程と、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。
【請求項２】
前記カンチレバーの位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第３の工程を実行することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査方法。
【請求項３】
前記発信機の位置と前記時間差とを関連付けて前記記憶部に記憶する第４の工程を更に含み、
前記発信機の位置を変え、前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第４の工程を実行することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査方法。
【請求項４】
前記記憶部は、３次元メッシュの各メッシュに対応した記憶領域を有し、
前記記憶部に記憶する際には、前記時間差と関連付けて記憶する位置と、前記時間差とに相当する箇所の前記メッシュに対応した前記記憶領域に、点数を記憶することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波検査方法。
【請求項５】
被検査体に超音波バースト信号を発信する発信機と、
前記超音波バースト信号が発信された前記被検査体内からの反射信号を受信するカンチレバーと、
前記超音波バースト信号の発信から前記反射信号の受信までの時間差と、前記カンチレバーの位置とを関連付けて記憶する記憶部と、
を含むことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項６】
前記カンチレバーが前記発信機の機能を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波検査装置。
【請求項７】
前記発信機に第２のカンチレバーを用いることを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−８３１３０（Ｐ２０１２−８３１３０Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７４６６（Ｐ２０１０−２２７４６６）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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