JP2018189550A - 超音波映像装置及び超音波映像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象の欠陥を映像化する超音波映像装置及び超音波映像生成方法において、適切な時間ゲートを設定することができ、欠陥を精度よく検出するのが可能な超音波映像装置及び超音波映像生成方法を提供する。【解決手段】検査対象９の欠陥なしの計算モデル４ａと欠陥ありの計算モデル４ａのそれぞれについて、検査対象９を伝搬する超音波８を数値シミュレーションで求め、数値シミュレーションの結果に基づいて時間ゲートが設定される時間ゲート設定部４と、超音波８を送信する超音波プローブ１の走査により検査対象９から得られた超音波８の波形を収録し、時間ゲート内での波形を用いて検査映像を生成する映像生成部５を備える。時間ゲートは、欠陥なしの計算モデル４ａで求められた超音波８の波形と欠陥ありの計算モデル４ａで求められた超音波８の波形とが互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体や電子部品などの内部のボイドや剥離などを映像化する超音波映像装置、およびそれを用いた超音波映像生成方法に関する。

半導体や電子部品などの検査対象の画像から欠陥（内部のボイドや剥離）を検査する非破壊検査方法として、検査対象に超音波を照射してその反射波から超音波映像を生成する超音波映像生成方法がある。この方法は、超音波プローブを水平方向に二次元的に走査し、検査対象内の検査対象部位からの反射波の時間ゲート（着目する時間範囲）内の振幅情報や時間情報を用いて欠陥の映像を生成する。検査対象に欠陥があって時間ゲート内に欠陥に由来する反射波が存在する場合、欠陥がある検査対象の反射波は、欠陥が無い健全な検査対象の反射波との間に差異が生じ、欠陥像として観測できる。

時間ゲートは、欠陥像を得るために反射波の波形を抽出する時間範囲であり、一般に、超音波プローブと検査対象との距離、超音波プローブと検査対象との間の媒質、及び検査対象の材質から算出できる反射波の到達時間を基に設定される。検査対象が均質である場合、欠陥の無い健全な検査対象では時間ゲート内に反射波がほぼ存在せず、欠陥がある検査対象では時間ゲート内に反射波が生じるので、コントラストの高い欠陥像を得ることができる。しかしながら、検査対象が多層構造を持つ場合、欠陥が無い健全な検査対象であっても、層境界面の音響インピーダンスの差によって超音波の反射と透過が生じ、この現象が複数の層境界面で繰り返し起きることで複数の反射波が干渉し、反射波の波形が複雑になる。この場合には、層境界面に欠陥があったとしても、欠陥に由来する反射波が推定された到達時間に必ずしも検出されるとは限らず、欠陥を精度よく検出するのが困難である。

多層構造を持つ検査対象を検査する際のこのような課題を解決するための従来の技術の例として、特許文献１には、複合材料内のポロシティ評価方法およびポロシティ評価装置が開示されている。特許文献１に記載の技術では、数値シミュレーションによる波形の評価用情報（時間−周波数解析結果）と実際に受信した波形の評価用情報（時間−周波数解析結果）を直接対比して、欠陥の有無を判定する。

特開２０１５−１２１５１６号公報

特許文献１に記載の技術は、数値シミュレーションによる波形の評価用情報（時間−周波数解析結果）と実際に受信した波形の評価用情報（時間−周波数解析結果）を直接対比して欠陥の有無を判定するので、１点の測定点で欠陥の有無を判断する手動検査には適切である。しかし、超音波映像装置は、時間ゲート内での欠陥の有無による波形の差異で映像（欠陥像）を生成する原理を利用するので、欠陥の有無によって波形に差が生じるように適切な時間ゲートを設定できる必要がある。特に多層構造の検査対象を検査する際には、反射波の波形が複雑になり時間ゲートを適切に設定しないと欠陥の検出精度が低下するので、欠陥を精度よく検出して精度のよい欠陥の映像を得るためには、時間ゲートを適切に設定する必要がある。特許文献１に記載の技術などの従来技術では、このような課題について考慮されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、検査対象の欠陥を映像化する超音波映像装置及び超音波映像生成方法において、適切な時間ゲートを設定することができ、欠陥を精度よく検出するのが可能な超音波映像装置及び超音波映像生成方法を提供することを目的とする。

本発明による超音波映像装置は、検査対象に超音波を送信して前記検査対象を走査する超音波プローブと、前記検査対象の計算モデルが入力され、前記計算モデルを用いて前記検査対象を伝搬する前記超音波を数値シミュレーションで求め、前記数値シミュレーションの結果に基づいて時間範囲である時間ゲートが設定されるように構成された時間ゲート設定部と、前記超音波プローブの走査により前記検査対象から得られた前記超音波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記波形を用いて前記検査対象の検査映像を生成するように構成された映像生成部とを備える。前記時間ゲート設定部は、前記計算モデルとして前記検査対象の欠陥が設定されていない欠陥なしの計算モデルと前記欠陥が設定された欠陥ありの計算モデルとが入力され、前記欠陥なしの計算モデルと前記欠陥ありの計算モデルのそれぞれについて前記検査対象を伝搬する前記超音波を前記数値シミュレーションで求める。前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記超音波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である。

本発明によると、検査対象の欠陥を映像化する超音波映像装置及び超音波映像生成方法において、適切な時間ゲートを設定することができ、欠陥を精度よく検出するのが可能な超音波映像装置及び超音波映像生成方法を提供することができる。

本発明の実施例１による超音波映像装置の全体構成を概略的に示す図である。 多層構造を持つ検査対象に超音波を照射した場合に、層境界面で生じる超音波の反射と透過を示す図である。 実施例１による超音波映像装置が用いる、検査対象の計算モデルの構造情報の設定画面の例を示す図である。 実施例１による超音波映像装置が用いる、検査対象の計算モデルの物性情報の設定画面の例を示す図である。 実施例１による超音波映像生成方法の手順を示すフローチャートである。 実施例１において、計算モデルの構造情報の設定画面の構造情報参照図に表示される、欠陥なしの計算モデルの例を示す図である。 実施例１において、計算モデルの構造情報の設定画面の構造情報参照図に表示される、欠陥ありの計算モデルの例を示す図である。 実施例１において、時間ゲート設定部が実行したシミュレーションの結果であり、欠陥なしの計算モデルでの受信波形の例を示す図である。 実施例１において、時間ゲート設定部が実行したシミュレーションの結果であり、欠陥ありの計算モデルでの受信波形の例を示す図である。 本発明の実施例２による超音波映像装置が用いる、検査対象の計算モデルの構造情報の設定画面の例を示す図である。

超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、半導体や電子部品などの検査対象に超音波を照射し、検査対象の欠陥（検査対象の内部のボイドや剥離）からの反射波（または検査対象を透過した透過波）を検出することで欠陥を検出し、欠陥の映像を生成する。検査対象が多層構造を持つ場合、検査対象に超音波を照射すると、層境界面で超音波の反射と透過が生じる。

図２は、多層構造を持つ検査対象に超音波を照射した場合に、層境界面で生じる超音波の反射と透過を示す図である。検査対象９は、シリコンの層９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄと、これらの間に位置する非導電性フィルムの層９２ａ、９２ｂ、９２ｃからなる多層構造を持つ。非導電性フィルムの層９２ｂには、欠陥９３があるとする。

検査対象９に照射された超音波８は、欠陥９３で反射するとともに、層境界面で反射する。欠陥９３と複数の層境界面で超音波８が反射し、これら複数の反射波が互いに干渉するので、検査対象９からの反射波の波形は複雑になる。このため、多層構造を持つ検査対象９では、欠陥９３を精度よく検出し、欠陥９３を映像化するのが困難である。

本発明による超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、特に多層構造を持つ検査対象９を検査して欠陥の超音波映像を生成する場合に、検査対象９からの反射波の時間ゲート（着目する時間範囲）を適切に設定することで、欠陥９３を精度よく検出し、欠陥９３を精度よく映像化するのが可能である。

以下、本発明の実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法を、図面を用いて説明する。

本発明の実施例１では、超音波プローブが超音波を検査対象に送信（照射）し、検査対象で反射した超音波（反射波）をこの超音波プローブが受信し、検査対象から受信した反射波の波形から欠陥の映像を生成する測定方法、いわゆる反射法で検査対象の欠陥を検査する方法を説明する。

図１は、本発明の実施例１による超音波映像装置の全体構成を、検査対象とともに概略的に示す図である。超音波映像装置は、超音波プローブ１、パルス送受信器２、Ａ／Ｄ変換器３、時間ゲート設定部４、映像生成部５、及び表示部６を備える。なお、検査対象９は、水７の入った水槽の水中に設置される。

超音波プローブ１は、パルス送受信器２と同軸ケーブルで接続され、検査対象９に超音波８を照射（送信）し、検査対象９を走査する。超音波プローブ１には、水７に対して効率的に超音波８を送受信可能なように音響インピーダンスマッチングされた市販の水浸用超音波プローブなどを利用できる。

パルス送受信器２は、Ａ／Ｄ変換器３と同軸ケーブルで接続され、超音波プローブ１に駆動電圧を印加するとともに、超音波プローブ１からの電気信号を受信し、受信した電気信号を増幅してＡ／Ｄ変換器３に出力する。パルス送受信器２には、市販の超音波パルサレシーバを利用できる。

Ａ／Ｄ変換器３は、パルス送受信器２が出力した電気信号の波形（超音波８のアナログ信号の波形）をデジタル信号の波形に変換する。Ａ／Ｄ変換器３には、例えば、市販の外付けＡ／Ｄ変換器、またはコンピュータ組み込み式のボードタイプのＡ／Ｄ変換器を利用できる。

時間ゲート設定部４は、検査対象９の計算モデル４ａを用いて、検査対象９を伝搬する超音波８（検査対象９内で反射と透過をする超音波８を含む）を数値シミュレーションで求める。時間ゲートは、この数値シミュレーションの結果に基づいて設定される。時間ゲート設定部４は、市販のコンピュータで構成でき、既存の超音波シミュレータを用いて超音波８の伝搬を数値シミュレーションで求めることができる。また、時間ゲート設定部４は、数値シミュレーションで得られた超音波８の波形に対し、１つまたは複数の時間ゲートについての欠陥の映像（シミュレーション画像４ｂ）を計算で求めることもできる。

映像生成部５は、Ａ／Ｄ変換器３から出力された複数のデジタル信号の波形と、時間ゲート設定部４から出力された時間ゲートとを入力し、超音波プローブ１の機械的走査により検査対象９の複数の位置で得られたデジタル信号の波形の振幅情報を時間ゲートの範囲で抽出して、検査対象９の検査映像を生成する。映像生成部５は、市販のコンピュータで構成できる。

表示部６は、時間ゲート設定部４や映像生成部５を動作させるための画面や、映像生成部５が生成した検査映像などを表示し、市販の液晶モニタなどを利用できる。

図３と図４を用いて、時間ゲート設定部４を動作させるための、検査対象９の計算モデル４ａの設定画面の例を説明する。これらの設定画面１０、１１は、表示部６に表示される。

図３は、本実施例による超音波映像装置が用いる、検査対象９の計算モデル４ａの構造情報の設定画面１０の例を示す図である。構造情報の設定画面１０には、検査対象９の構造情報を設定するための表である構造情報設定表１０ａと、構造情報設定表１０ａに設定された構造情報を視覚的に図示する構造情報参照図１０ｂが表示される。

構造情報設定表１０ａは、層の位置を示す「Ｎｏ．」のセルごとに、物質名が入力される「物質」のセルと、「物質」のセルに入力された物質の距離または厚さが入力される「距離・厚さ」のセルを備える。「物質」のセルには、予め登録された物質をプルダウンメニューから選択できる。「距離・厚さ」のセルには、数値を入力でき、層Ｌ０の水については、超音波プローブ１と層Ｌ１のエポキシ樹脂との距離（超音波プローブ１と層Ｌ１のエポキシ樹脂との間の水の厚さ）を入力し、層Ｌ１〜層Ｌ８の物質については、それぞれの物質の厚さを入力する。なお、図３において、層Ｌ９の水の「距離・厚さ」のセルに「∞」（無限大）が入力されているのは、層Ｌ９の水に入射した超音波８は層Ｌ９の水を透過して反射しない（層Ｌ９の水からは超音波８が超音波プローブ１に戻ってこない）ことを示している。

構造情報参照図１０ｂは、構造情報設定表１０ａに設定された構造情報を基に、検査対象９の計算モデル４ａ（媒質である水も含む）を図示する。構造情報参照図１０ｂは、モデル化した超音波プローブ１を図示することもできる。構造情報設定表１０ａの「物質」のセルに入力された物質は、構造情報設定表１０ａの上から下への順序に従って超音波プローブ１に近い位置から遠い位置に向かって積層され、存在する位置（Ｌ０〜Ｌ９）が定まる。構造情報参照図１０ｂにより、それぞれの物質の層の位置と厚さを視覚的に表示することができる。

図４は、本実施例による超音波映像装置が用いる、検査対象９の計算モデル４ａの物性情報の設定画面１１の例を示す図である。物性情報の設定画面１１には、検査対象９の物性情報を設定するための表が表示される。構造情報設定表１０ａに入力された物質の物性情報には、この表の値が用いられる。図４には、物性値として「密度」、「縦波音速」、及び「音響インピーダンス」を入力する設定画面１１の例を示した。物性情報の設定画面１１に表示される表は、物質名が入力される「物質」のセルと、「物質」のセルに入力された物質の物性値が入力される「密度」、「縦波音速」、及び「音響インピーダンス」のセルを備える。なお、設定画面１１には、上記以外の物性値を入力してもよい。

図３と図４には示していないが、検査対象９の計算モデル４ａには、欠陥（ボイドや剥離）を設定することができる。計算モデル４ａに欠陥を設定するには、表示部６に表示される欠陥の設定画面に、検査対象９の欠陥があると仮定する位置と、欠陥の位置には空気が存在すると仮定するための条件を入力する（すなわち、欠陥は空気でモデル化する）。欠陥があると仮定する位置は、欠陥があると予想される位置であり、例えば非導電性フィルムの層Ｌ５の一部とすることができる。

図５は、本実施例による超音波映像生成方法の手順を示すフローチャートである。図５を用いて、本実施例による超音波映像生成方法を説明する。本実施例による超音波映像生成方法は、本実施例による超音波映像装置を用いて実行される。

ステップＳ１０１は、検査対象９の計算モデル４ａを時間ゲート設定部４に設定するステップである。超音波映像装置のオペレータは、計算モデル４ａの構造情報の設定画面１０を用いて、検査対象９の構造情報を入力するとともに、計算モデル４ａの物性情報の設定画面１１を用いて、検査対象９の物性情報を入力する。オペレータは、同一の計算モデル４ａを２つ設定し、一方の計算モデル４ａには欠陥を設定する。すなわち、オペレータは、欠陥を設定していない計算モデル４ａ（図６Ａの欠陥なしの計算モデル４ａ１）と欠陥９３を設定した計算モデル４ａ（図６Ｂの欠陥ありの計算モデル４ａ２）とを、時間ゲート設定部４に入力する。欠陥なしの計算モデル４ａ１と欠陥ありの計算モデル４ａ２とは、欠陥９３の有無を除くと、同一である。また、オペレータは、超音波プローブ１が検査対象９に送信する超音波８の条件（周波数、波形の形状、検査対象９への照射位置など）と、超音波８を送信した超音波プローブ１が反射波を受信する（すなわち、反射法で検査対象９の欠陥を検査する）という条件を時間ゲート設定部４に設定する。

ステップＳ１０２は、超音波８の伝搬（検査対象９内での超音波８の反射と透過を含む）のシミュレーションを実行するステップである。時間ゲート設定部４は、オペレータの操作により、検査対象９の計算モデル４ａを用いて、検査対象９を伝搬する超音波８を数値シミュレーションで求め、超音波８の反射波の波形（超音波プローブ１が受信した波形）を得る。シミュレーションは、欠陥なしの計算モデル４ａ１と欠陥ありの計算モデル４ａ２のそれぞれに対して実行する。

ステップＳ１０３は、検査対象９の実際の検査に用いる時間ゲートを時間ゲート設定部４に設定するステップである。時間ゲートは、ステップＳ１０２で時間ゲート設定部４が実行したシミュレーションの結果（超音波プローブ１が受信した反射波の波形）に基づいて設定する。時間ゲートの設定方法は、図６Ａ〜図６Ｄを用いて後述する。時間ゲート設定部４に設定された時間ゲートは、時間ゲート設定部４から映像生成部５に出力される。

ステップＳ１０４は、超音波プローブ１を走査し、検査対象９から得られた超音波（反射波）の波形を収録するステップである。オペレータは、超音波プローブ１を走査して、検査対象９を実際に検査する。映像生成部５は、オペレータの操作により、超音波プローブ１の走査による検査対象９からの反射波の波形（超音波プローブ１が受信した反射波の波形）を収録し、時間ゲート内での反射波の波形の最大振幅値を求める。この時間ゲートには、ステップＳ１０３で設定した時間ゲートを用いる。

ステップＳ１０５は、映像生成部５が検査対象９の検査映像を生成するステップである。映像生成部５は、オペレータの操作により、ステップＳ１０４で求めた最大振幅値を用いて、検査対象９の検査映像（欠陥の映像）を生成する。検査映像の生成には、既存の技術を用いることができる。反射波の波形の最大振幅値は、検査映像の輝度を算出するのに用いられる。

図６Ａ〜図６Ｄを用いて、ステップＳ１０３で時間ゲートを設定する方法について説明する。

図６Ａと図６Ｂは、計算モデル４ａの構造情報の設定画面１０の構造情報参照図１０ｂ（図３）に表示される計算モデル４ａ（媒質である水も含む）の例を示す図である。図６Ａは、欠陥なしの計算モデル４ａ１（検査対象９が健全であることを仮定した計算モデル４ａ）の例であり、図６Ｂは、欠陥ありの計算モデル４ａ２（検査対象９に欠陥９３があることを仮定した計算モデル４ａ）の例である。図６Ｂに示すように、欠陥ありの計算モデル４ａ２には、非導電性フィルムの層Ｌ５に欠陥９３が設定されている。図６Ａと図６Ｂでは、欠陥なしの計算モデル４ａ１と欠陥ありの計算モデル４ａ２とともに、モデル化した超音波プローブ１も図示している。

図６Ｃと図６Ｄは、ステップＳ１０２で時間ゲート設定部４が実行したシミュレーションの結果であり、超音波プローブ１が受信した反射波の波形（受信波形）の例を示す図である。図６Ｃは、欠陥なしの計算モデル４ａ１での受信波形１２の例であり、図６Ｄは、欠陥ありの計算モデル４ａ２での受信波形１３の例である。なお、上述したように、欠陥９３の位置には空気が存在すると仮定している。

図６Ｃに示すように、受信波形１２は、最初に現れる反射波形１２ａと、その後に現れる反射波形１２ｂからなる。反射波形１２ａは、図６Ａに示す層Ｌ１（エポキシ樹脂）と層Ｌ２（シリコン）の境界面から超音波が多重反射せずに最短距離で伝搬した反射波の波形である。反射波形１２ｂは、層Ｌ２（シリコン）と層Ｌ３（非導電性フィルム）の境界面からの反射波など、反射波形１２ａ以外の反射波の波形が干渉してできた反射波の波形である。すなわち、反射波形１２ｂは、層Ｌ２と層Ｌ３の境界面からの反射波、層Ｌ３と層Ｌ４の境界面からの反射波、層Ｌ４と層Ｌ５の境界面からの反射波、層Ｌ５と層Ｌ６の境界面からの反射波、層Ｌ６と層Ｌ７の境界面からの反射波、層Ｌ７と層Ｌ８の境界面からの反射波、層Ｌ８と層Ｌ９の境界面からの反射波、層Ｌ１と層Ｌ２の境界面から最短距離以外で伝搬した反射波、及び層Ｌ０と層Ｌ１の境界面から最短距離以外で伝搬した反射波の波形が干渉してできた反射波の波形である。

図６Ｄに示すように、受信波形１３は、最初に現れる反射波形１３ａと、その後に現れる反射波形１３ｂからなる。反射波形１３ａは、反射波形１２ａと同様に、図６Ｂに示す層Ｌ１（エポキシ樹脂）と層Ｌ２（シリコン）の境界面から超音波が多重反射せずに最短距離で伝搬した反射波の波形である。反射波形１３ｂは、層Ｌ２（シリコン）と層Ｌ３（非導電性フィルム）の境界面からの反射波など、反射波形１３ａ以外の反射波の波形が干渉してできた反射波の波形である。

図６Ｃと図６Ｄからわかるように、欠陥ありの計算モデル４ａ２での受信波形１３の反射波形１３ｂは、欠陥９３の影響により、欠陥なしの計算モデル４ａ１での受信波形１２の反射波形１２ｂと異なる波形である。受信波形１２と受信波形１３とが互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を、時間ゲートとして設定する。超音波映像装置のオペレータは、受信波形１２と受信波形１３とを目視で比較し、これらの波形が互いに異なっている時間範囲を時間ゲートとして設定することができる。すなわち、オペレータは、反射波形１２ｂと反射波形１３ｂが存在する時間範囲の少なくとも一部を、時間ゲートとして設定することができる。また、時間ゲート設定部４は、受信波形１２と受信波形１３との振幅の差分を計算し、この差分が予め定めた閾値より大きい時間範囲の少なくとも一部を、時間ゲートとして設定することができる。このように、時間ゲートは、オペレータが設定することもでき、超音波映像装置が自動的に設定することもできる。

なお、時間ゲートの長さは、任意に定めることができる。すなわち、受信波形１２と受信波形１３とが互いに異なっている時間範囲の全てを時間ゲートとして設定してもよく、この時間範囲の一部を時間ゲートとして設定してもよい。時間ゲートの長さは、例えば、多層構造を持つ検査対象９のどの層に欠陥があると予想されるかに応じて定めることができる。また、受信波形１２と受信波形１３とが互いに異なっている時間範囲の中であれば、複数の時間ゲートを設定することができる。複数の時間ゲートを設定した場合、それぞれの時間ゲートに対して、図５のステップＳ１０４とステップＳ１０５を実行し、検査対象９の検査映像を生成する。

ここで、シミュレーションで求めた受信波形を用いて時間ゲートを設定することの効果を詳しく説明する。層Ｌ４（シリコン）と層Ｌ５（非導電性フィルム）の境界面からの反射波を超音波プローブ１が受信する時間と、層Ｌ１（エポキシ樹脂）と層Ｌ２（シリコン）の境界面からの反射波を超音波プローブ１が受信する時間との時間差Δｔは、超音波が多重反射せずに最短距離で伝搬したと仮定すると、図３と図４から、層Ｌ２、Ｌ４（シリコン）の厚さが１５０μｍ、シリコンでの超音波の縦波音速が８６００ｍ／ｓ、層Ｌ３（非導電性フィルム）の厚さが２０μｍ、非導電性フィルムでの超音波の縦波音速が２５４０ｍ／ｓであるので、
Δｔ＝１５０×２×２／８６００＋２０×２／２５４０＝０．０８６（μｓ）
と計算できる。したがって、欠陥９３の反射波形は、反射波形１３ａから時間Δｔ遅れた時刻ｔ１に出現することになる（図６Ｄ）。

しかし、図６Ｃと図６Ｄからわかるように、反射波形１２ａ、１３ａから時間Δｔ遅れた時刻ｔ１では、反射波形１２ｂと反射波形１３ｂの差は僅かであり、むしろ時刻ｔ１より後の時刻に反射波形１２ｂと反射波形１３ｂの間に大きな差が見られる。これは、多層構造を持つ検査対象９内で超音波が多重反射するために生じた現象である。シミュレーションで求めた受信波形を用いることで、多重反射の影響を考慮した、欠陥９３に由来する反射波が出現する時刻（図６Ｄでは、時刻ｔ１より後の時刻）を推定することができ、欠陥を精度よく検出するのに適切な時間ゲートを設定することができる。

本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法の効果を説明する。

超音波映像装置は、時間ゲート（波形を抽出する時間範囲）内での欠陥の有無による反射波の波形の差異で映像（欠陥像）を生成するので、欠陥の有無によって波形に差が生じるように適切な時間ゲートを設定できる必要がある。特に多層構造の検査対象を検査する際には、反射波の波形が複雑になり時間ゲートを適切に設定しないと欠陥の検出精度が低下するので、欠陥を精度よく検出して精度のよい欠陥の映像を得るためには、時間ゲートを適切に設定する必要がある。

本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、欠陥なしの計算モデルと欠陥ありの計算モデルの両方に対して数値シミュレーションを実行して超音波の反射波の波形を求め、求めた反射波の波形に基づいて時間ゲートを設定する。このため、欠陥を精度よく検出するのに適切な時間ゲートを設定することができ、検査対象が多層構造を持ち反射波の波形が複雑になる場合でも、欠陥を精度よく検出し、精度のよい欠陥の映像を得ることができる。

本発明の実施例２では、超音波映像装置が送信用超音波プローブと受信用超音波プローブを備え、送信用超音波プローブが超音波を検査対象に送信（照射）して検査対象を走査し、検査対象を透過した超音波（透過波）を受信用超音波プローブが受信し、受信用超音波プローブが受信した透過波の波形から欠陥の映像を生成する測定方法、いわゆる透過法で検査対象の欠陥を検査する方法を説明する。

透過法で検査対象の欠陥を検査する場合は、検査対象の計算モデルの構造情報と、送信用超音波プローブと受信用超音波プローブという２つの超音波プローブを用いることが、反射法で検査対象の欠陥を検査する場合（実施例１）と異なり、時間ゲートの設定方法を含む超音波映像生成方法の手順など、その他の点は、反射法で検査対象の欠陥を検査する場合と同じである。以下では、実施例１と異なる点について、本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法を説明する。

図７は、本実施例による超音波映像装置が用いる、検査対象９の計算モデル４ａ（媒質である水も含む）の構造情報の設定画面２０の例を示す図である。図３に示した実施例１での構造情報の設定画面１０と同様に、本実施例での構造情報の設定画面２０にも、構造情報設定表２０ａと構造情報参照図２０ｂが表示される。構造情報参照図２０ｂは、モデル化した超音波プローブ（送信用超音波プローブ２１と受信用超音波プローブ２２）を表示することができる。

透過法では、検査対象９（図７では、計算モデル４ａ）は、送信用超音波プローブ２１と受信用超音波プローブ２２との間に位置する。送信用超音波プローブ２１から送信された超音波８は、検査対象９を透過し、受信用超音波プローブ２２で受信される。受信用超音波プローブ２２が受信した超音波８（透過波）の波形を用いて、欠陥の映像を生成する。本実施例では、受信用超音波プローブ２２が受信する透過波の波形を数値シミュレーションで求め、求めた透過波の波形に基づいて時間ゲートを設定し、この時間ゲートを用いて欠陥の映像を生成する。構造情報参照図２０ｂには、この構成が反映される。

本実施例では、構造情報設定表２０ａにおいて、層Ｌ９の水の「距離・厚さ」のセルに、層Ｌ８のアクリルと受信用超音波プローブ２２との距離（層Ｌ８のアクリルと受信用超音波プローブ２２との間の水の厚さ）を入力する。層Ｌ９の水の「距離・厚さ」のセルに「∞」（無限大）ではなく有限の数値が入力されていることで、透過法を行うこと、すなわち、送信用超音波プローブ２１と受信用超音波プローブ２２とを用いて検査対象の欠陥を検査することがわかる。また、オペレータは、送信用超音波プローブ２１が送信して検査対象９を透過した超音波８を受信用超音波プローブ２２が受信する（すなわち、透過法で検査対象９の欠陥を検査する）という条件を、図５に示したフローチャートのステップＳ１０１で、時間ゲート設定部４に設定することもできる。

本実施例では、図５に示したフローチャートのステップＳ１０２において、時間ゲート設定部４は、超音波８の透過波の波形（受信用超音波プローブ２２が受信した波形）を数値シミュレーションで求める。ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で求めた透過波の波形に基づいて時間ゲートを設定する。時間ゲートは、欠陥なしの計算モデルで求められた透過波の波形と欠陥ありの計算モデルで求められた透過波の波形とから、実施例１と同様にして設定することができる。ステップＳ１０４において、オペレータは、送信用超音波プローブ２１を走査し、映像生成部５は、受信用超音波プローブ２２が受信した検査対象９の透過波の波形を収録し、ステップＳ１０３で設定した時間ゲート内での透過波の波形の最大振幅値を求める。

なお、本実施例による超音波映像装置は送信用超音波プローブ２１と受信用超音波プローブ２２を備えるので、パルス送受信器２（図１）は、送信用超音波プローブ２１に駆動電圧を印加し、受信用超音波プローブ２２からの電気信号を受信し、受信した電気信号をＡ／Ｄ変換器３に出力する。

本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法の効果を説明する。本実施例による超音波映像装置及び超音波映像生成方法では、検査対象の欠陥を透過法で検査する場合に、欠陥を精度よく検出するのに適切な時間ゲートを設定することができる。このため、検査対象が多層構造を持ち、検査対象の層の数が多くて反射法では欠陥の映像を取得しにくい場合でも、透過法によって欠陥を精度よく検出し、精度のよい欠陥の映像を得ることができる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を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、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１…超音波プローブ、２…パルス送受信器、３…Ａ／Ｄ変換器、４…時間ゲート設定部、４ａ…計算モデル、４ａ１…欠陥なしの計算モデル、４ａ２…欠陥ありの計算モデル、４ｂ…シミュレーション画像、５…映像生成部、６…表示部、７…水、８…超音波、９…検査対象、１０…計算モデルの構造情報の設定画面、１０ａ…構造情報設定表、１０ｂ…構造情報参照図、１１…計算モデルの物性情報の設定画面、１２…欠陥なしの計算モデルでの受信波形、１２ａ、１２ｂ…反射波形、１３…欠陥ありの計算モデルでの受信波形、１３ａ、１３ｂ…反射波形、２０…計算モデルの構造情報の設定画面、２０ａ…構造情報設定表、２０ｂ…構造情報参照図、２１…送信用超音波プローブ、２２…受信用超音波プローブ、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ…シリコンの層、９２ａ、９２ｂ、９２ｃ…非導電性フィルムの層、９３…欠陥。

Claims (9)

1. 検査対象に超音波を送信して前記検査対象を走査する超音波プローブと、
   前記検査対象の計算モデルが入力され、前記計算モデルを用いて前記検査対象を伝搬する前記超音波を数値シミュレーションで求め、前記数値シミュレーションの結果に基づいて時間範囲である時間ゲートが設定されるように構成された時間ゲート設定部と、
   前記超音波プローブの走査により前記検査対象から得られた前記超音波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記波形を用いて前記検査対象の検査映像を生成するように構成された映像生成部と、を備え、
   前記時間ゲート設定部は、前記計算モデルとして前記検査対象の欠陥が設定されていない欠陥なしの計算モデルと前記欠陥が設定された欠陥ありの計算モデルとが入力され、前記欠陥なしの計算モデルと前記欠陥ありの計算モデルのそれぞれについて前記検査対象を伝搬する前記超音波を前記数値シミュレーションで求め、
   前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記超音波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である、
   ことを特徴とする超音波映像装置。
2. 前記時間ゲート設定部は、前記数値シミュレーションで求めた、前記欠陥なしの計算モデルについての前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルについての前記超音波の波形との振幅の差分を計算し、前記差分が予め定めた閾値より大きい時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
   請求項１に記載の超音波映像装置。
3. 前記超音波プローブは、前記検査対象に前記超音波を送信するとともに、前記検査対象からの反射波を受信し、
   前記時間ゲート設定部は、前記反射波を前記数値シミュレーションで求め、
   前記映像生成部は、前記反射波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記反射波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成し、
   前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記反射波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記反射波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である、
   請求項１または２に記載の超音波映像装置。
4. 前記検査対象を透過した透過波を受信する受信用超音波プローブをさらに備え、
   前記時間ゲート設定部は、前記透過波を前記数値シミュレーションで求め、
   前記映像生成部は、前記透過波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記透過波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成し、
   前記時間ゲートは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記透過波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記透過波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部である、
   請求項１または２に記載の超音波映像装置。
5. 超音波が送信されて検査映像が生成される検査対象の計算モデルを超音波映像装置に入力する第１のステップと、
   前記超音波映像装置が、前記計算モデルを用いて前記検査対象を伝搬する前記超音波を数値シミュレーションで求める第２のステップと、
   前記数値シミュレーションの結果に基づいて時間範囲である時間ゲートを前記超音波映像装置に設定する第３のステップと、
   前記超音波映像装置が、前記検査対象に前記超音波を送信する超音波プローブの前記検査対象への走査により前記検査対象から得られた前記超音波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成する第４のステップと、を有し、
   前記第１のステップでは、前記計算モデルとして前記検査対象の欠陥が設定されていない欠陥なしの計算モデルと前記欠陥が設定された欠陥ありの計算モデルとが入力され、
   前記第２のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルと前記欠陥ありの計算モデルのそれぞれについて前記検査対象を伝搬する前記超音波を前記数値シミュレーションで求め、
   前記第３のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記超音波の波形とが互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
   ことを特徴とする超音波映像生成方法。
6. 前記第３のステップでは、前記超音波映像装置が、前記数値シミュレーションで求めた、前記欠陥なしの計算モデルについての前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルについての前記超音波の波形との振幅の差分を計算し、前記差分が予め定めた閾値より大きい時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
   請求項５に記載の超音波映像生成方法。
7. 前記第３のステップでは、前記超音波映像装置のオペレータが、前記数値シミュレーションで求めた、前記欠陥なしの計算モデルについての前記超音波の波形と前記欠陥ありの計算モデルについての前記超音波の波形とが互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を前記時間ゲートとする、
   請求項５に記載の超音波映像生成方法。
8. 前記超音波プローブは、前記検査対象に前記超音波を送信するとともに、前記検査対象からの反射波を受信し、
   前記第２のステップでは、前記超音波映像装置が、前記反射波を前記数値シミュレーションで求め、
   前記第３のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記反射波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記反射波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を、前記時間ゲートとし、
   前記第４のステップでは、前記超音波映像装置が、前記反射波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記反射波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成する、
   請求項５から７のいずれか１項に記載の超音波映像生成方法。
9. 前記検査対象を透過した透過波を受信用超音波プローブで受信し、
   前記第２のステップでは、前記超音波映像装置が、前記透過波を前記数値シミュレーションで求め、
   前記第３のステップでは、前記欠陥なしの計算モデルで求められた前記透過波の波形と前記欠陥ありの計算モデルで求められた前記透過波の波形とが、互いに異なっている時間範囲の少なくとも一部を、前記時間ゲートとし、
   前記第４のステップでは、前記超音波映像装置が、前記透過波の波形を収録し、前記時間ゲート内での前記透過波の前記波形を用いて前記検査対象の前記検査映像を生成する、
   請求項５から７のいずれか１項に記載の超音波映像生成方法。

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