JP2015040857A - 適応バッキング層を有するセンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】表面をオブジェクトに押しつけると変形し、オブジェクトの表面外形に適合可能となる走査装置を提供する。【解決手段】走査装置101は、受信回路103および送信回路104であって、走査装置の表面がオブジェクトに押しつけられるにつれて、受信回路および送信回路が当該オブジェクトの表面外形に適合可能であるように、両方の回路は柔軟である、受信回路および送信回路と、走査装置において送信回路および受信回路の後部に位置付けられ、走査装置がオブジェクトに押しつけられるにつれて、柔軟な複数の回路に適合するように構成された適応バッキング105と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、走査（スキャニング）パルスをサンプルに送信するとともに該サンプルからのそのようなパルスの反射波を受信するように構成された走査装置に関する。

超音波は、オブジェクトを検出して距離を測定するために使用可能な振動音圧波である。送信された音波が、異なる音響インピーダンス特性を有する材料に衝突すると、送信された音波は反射するとともに屈折する。これらの反射および屈折が検出されて分析される場合、結果として得られるデータは、音波が伝搬した環境の画像を生成するために使用されることができる。

超音波はまた、物理的なオブジェクトを走査するためにも使用可能である。多くの超音波周波数は空気によって強力に減衰され、空気オブジェクトの境界は、大きなインピーダンス不整合を示す傾向がある。超音波信号がオブジェクトを十分に通り抜けるべきである場合には、ある形式の結合（カップリング）媒体が必要とされる。多くの場合、結合媒体は、水などの液体またはゲル状のものである。

米国特許第５７７３８１１号公報 米国特許第８４５３９２８号公報

超音波は、オブジェクトにおける特定の構造的特徴を識別するために使用可能である。例えば、超音波は、サンプル中の欠陥の大きさと位置を検出することによる非破壊試験に使用される場合がある。非破壊試験は典型的には、液体の結合媒体を使用することが実用的ではない工業的環境において行われる。米国特許第５７７３８１１号公報（特許文献１）には、非破壊検査手順の工程において材料の欠陥を特定するために使用可能なスキャナが記載されている。本スキャナは、超音波エネルギーを基板に結合するためにゲルパックを使用する。これは、ゲルを含まないものを使用するよりも実用的であるが、基板の表面下にある特徴の深さを正確に決定することが困難な場合がある。米国特許第８４５３９２８号公報（特許文献２）のマトリクスコード読み込みシステムなどのように、ドライカップリングはまた利用可能である。サンプル表面は、マトリクスコード読み込みアプリケーションにおいて適正に平坦である傾向がある。しかしながらその一方で、表面は、多くの場合、非破壊試験アプリケーションにおいて凹凸を有する。非破壊試験アプリケーションはまた、スキャナがマトリクスコード読み込みアプリケーションよりもさらに深く走査することを必要とする。

改善された走査装置が必要とされる。

一実施形態によれば、走査装置が提供される。本走査装置は、受信回路および送信回路であって、走査装置の表面が当該オブジェクトに対して押しつけられるにつれて、当該受信回路および送信回路がオブジェクトの表面外形に適合可能であるように、両方の回路は柔軟（フレキシブル）である、受信回路および送信回路と、走査装置において送信回路および受信回路の後部に位置付けられ、走査装置がオブジェクトに対して押しつけられるにつれて、柔軟な複数の回路に適合するように構成された適応バッキングと、を備える。

走査装置は、走査装置において送信回路および受信回路の前部に配置されたドライカップリングを備えてもよい。

ドライカップリングは、走査信号をオブジェクトの中に伝導させる伝送媒体として働くように構成されてもよい。

ドライカップリングは、走査モジュールの表面を形成してもよい。

走査されるべきオブジェクトに対して走査モジュールの表面が押しつけられたときにドライカップリングがオブジェクトの表面外形に適応するように、ドライカップリングは柔軟であってもよい。

柔軟な複数の回路は、ドライカップリングがオブジェクトの表面外形に適応するにつれて、ドライカップリングに適合して曲がることによってオブジェクトの表面外形に適応するように構成されてもよい。

柔軟な複数の回路は、走査装置の中へのドライカップリングの任意の内側のたわみに適合して内側に曲がるように構成されてもよい。

適応バッキングは圧縮性を有してもよい（すなわち、圧縮可能であってもよい）。

走査装置は、走査装置において適応バッキングの後部に配置された相対的に堅い（剛性を有する）表面を備えてもよい。この場合、適応バッキングは、堅い表面に対する圧迫によって柔軟な複数の回路の形状に適応して、柔軟な複数の回路の任意の曲がりに適応するように構成される。

堅いフレームは、柔軟な複数の回路がドライカップリングと適応バッキングとの間に挟まれるように、走査モジュールを保持するように構成されてもよい。

固いフレームの後部は、適応バッキングが押しつけられる固い表面を形成してもよい。

固いフレームの前部は、ドライカップリングが走査モジュールの表面を形成するように開いていてもよい。

送信回路および受信回路はそれぞれ、超音波信号を送信および受信するように構成されてもよい。

送信回路および受信回路は、超音波トランスデューサ（変換器）として作動するように構成されてもよい。

走査装置は、超音波信号をオブジェクトに送信して当該オブジェクトからのそのような超音波信号の反射波を受信することによって、オブジェクトを走査するように構成されてもよい。この場合、適応バッキングは、適応バッキングに到達する実質的に全ての反射された信号を吸収するように構成される。

適応バッキングの厚さは、適応バッキングが形成される材料の圧縮性に依存してもよい。

ドライカップリングは、適応バッキングよりも低い圧縮性を有してもよい。

第２の実施形態によれば、特定の深さまでサンプルを走査する走査装置が提供される。本走査装置は、走査パルスをサンプルに送信するように構成された送信ユニットと、サンプルからの走査パルスの反射波を受信するように構成された受信ユニットと、サンプルにおける特定の深さから走査装置まで伝搬した反射波を検出するように構成された検出ユニットと、走査パルスをサンプルの中に伝導させる伝送媒体として働くドライカップリングと、を備える。この場合、ドライカップリングは、走査パルスの２次反射波を表す反射波がドライカップリングとサンプルとの間の境界を離れる前に、特定の深さから伝搬した反射波が走査装置に達するに十分な厚さを有する。

検出ユニットは、特定の深さから伝搬した反射波が検出され、且つ、２次反射波を表す反射波が検出されないように、受信される反射波を時間ゲートするように構成されてもよい。

ドライカップリングは、１ｍｍと１０ｍｍとの間の厚さを有してもよい。ドライカップリングは、１ｍｍと５ｍｍとの間の厚さを有してもよい。

第３の実施形態によれば、走査装置の製造方法が提供される。本製造方法は、本装置を設計するステップを含む。この設計するステップは、走査装置が走査することができるべき、サンプルにおける特定の深さを決定するステップと、特定の深さに依存して、走査パルスをサンプルの中に伝導させるために使用されるドライカップリングの厚さを選択するステップと、と含む。本製造方法はさらに、そのように設計された装置を実質的に製造するステップを含む。

本製造方法は、走査パルスの２次反射波を表す反射波がドライカップリングとサンプルとの間の境界を離れる前に、サンプルにおける特定の深さから伝搬した反射波が走査装置に達するに十分なドライカップリングの厚さを選択するステップを含んでもよい。

本製造方法は、検出ユニットが特定の深さから伝搬した反射波を検出し、且つ、ドライカップリングとサンプルとの間の境界を離れた、走査パルスの２次反射波を表す反射波を検出しないように構成されることができるように、検出ユニットを設計するステップを含んでもよい。

本製造方法は、検出ユニットが時間ゲートを備えるように、検出ユニットを設計するステップを含んでもよい。

走査装置が備える複数の層の一例を示す。 走査装置が備える複数の層の一例を示す。 ドライカップリングによって内部反射された走査パルスの一例を示す。 製造方法の一例を示す。 走査装置の一例を示す。

添付の図面を参照して、本発明について例示によって以下に説明する。

走査装置は、その走査面が非平坦な、凹凸のある表面に適合することを助けるために、適応バッキングを備えてもよい。本装置は、受信回路および送信回路を備える走査モジュールを適切に備える。走査モジュールは、超音波パルスを送信回路および受信回路を介して送信および受信するように構成されてもよいが、任意の適切な走査信号が使用されることができる。両方の回路は、これら両方の回路がオブジェクトの表面外形に適応できるように、柔軟である。適応バッキングは、送信回路および受信回路の後部に位置付けられる。この適応バッキングは、複数の回路が非平坦な表面に対して押しつけられることに応じて曲がるにつれて、複数の回路の形状に適合するように構成される。

図１には、走査装置の一例が示されている。本装置は、説明を簡単にするために、本装置の複数の構成部分に分解されている。本装置は全体として１０１で示されている。本装置は、ドライカップリング１０２を備える。ドライカップリングは、走査面を形成する。このドライカップリングは、走査信号のための伝送媒体として働く。１つの例において、走査信号は超音波信号であり、この超音波信号は空気によって強力に減衰される傾向がある。サンプルの中への超音波の経路上において超音波が空気に衝突しないように、ドライカップリングをサンプルの表面における任意の凹凸に適合可能とすることが重要である。適切には、ドライカップリングは、柔軟さ（フレキシブル）と柔らかさ（ソフト）との両方を備える。好ましくは、ドライカップリングは、操作者が走査面をサンプルに対して押しつけるにつれて当該ドライカップリングが本装置の中に内側に変形するように、圧縮性を有する（圧縮可能である）。

受信回路１０３および送信回路１０４は、ドライカップリングの後部に位置付けられる。受信回路１０３および送信回路１０４は、非常に薄いプリント回路基板から形成されてもよい。１つの例において、送信回路および受信回路は、柔軟なベース層（ベースレイヤ）上において複数の平行線上に堆積（デポジット）された複数の長い電極を備える。送信回路および受信回路は互いに積層されてもよい。送信回路および受信回路は、それらのそれぞれの電極が直角に重なって交差パターンを形成するように配置されてもよい。この交差パターンは、走査素子の配列を形成する。送信回路および受信回路は、音響材料１０８の層（レイヤ）を挟んで超音波トランスデューサを形成してもよい。

送信回路および受信回路は柔軟であるため、送信回路および受信回路は、ドライカップリングの任意の動きに適合して、曲がることができまたは変形することができる。ドライカップリングが、柔軟な複数の回路によって通常占有される空間に押し入るように内側に押される場合、柔軟な複数の回路はこれに順応して内側に曲がることとなる。

適応バッキング１０５は、送信回路および受信回路の後部に位置付けられる。この適応バッキング１０５は、柔軟な送信回路および受信回路に適合可能である。適切には、ドライカップリングは圧縮性を有する。好ましい例において、適応バッキングはドライカップリングよりも低い圧縮性を有し、そのため、ドライカップリングは、本装置の他の複数の層によって合致（マッチ）されることができない曲がり（または曲率）を採用することができない。適応バッキングは、ドライカップリングよりも柔らかくてもよい。

ドライカップリング、柔軟な複数の回路、および適応バッキングは、他の複数の層に比較して相対的に堅い（剛性を有する）フレーム１０６によって適切な位置に保持される。このフレーム１０６は、適応バッキングの後部に、堅い表面１０７を形成する。効果的に、適応バッキングは、本装置が非平坦な表面に対して押しつけられるにつれて内側に曲がる能力を送信回路および受信回路に与えるとともに、送信回路および受信回路が内側に曲がることによって堅いフレームから損傷を受けることから送信回路および受信回路を保護する。

本装置はしたがって、非平坦な表面に適応することができる。本装置は、サンプル表面が湾曲または凹凸を有する可能性がある場合におけるアプリケーションに対して、特に適切である。一例は、非破壊試験である。この例はまた、本装置が、（ｉ）走査信号を送信および受信するマトリクスアレイと、（ｉｉ）走査信号をサンプルの中に伝導させるドライカップリングと、を使用するときに特に有益である。

マトリクスアレイを有することの利点は、このマトリクスアレイが２次元であり、そのため、本装置がサンプル表面に対して静止して押し当てられている間にサンプルの３次元断面が走査可能である。いくつかの他のスキャナは走査素子の単一のラインのみを有する。このようなスキャナはこの場合、２次元断面を走査するために、サンプルの表面をわたって移動される必要がある。これは不利な点であるが、このスキャナが、湾曲した表面に自然に適応可能であることを意味する。本明細書において説明される例は、マトリクスアレイを備えた装置が非平坦なサンプル表面に適合することを可能にする。静止した走査と湾曲した表面の走査との利点はしたがって、単一の装置において組み合わせられることができる。

ドライカップリングの使用は非破壊試験アプリケーションにおいて利点を有する。なぜならば、ドライカップリングの使用は、液体の結合媒体またはゲルを使用する必要性を回避するからである。ドライカップリングはしかしながら、必ずしも液体のように、凹凸を有するサンプル表面に適応するわけではない。柔軟なドライカップリングを有することは有益ではあるが、ドライカップリングが比較的に大きくたわんで湾曲したサンプルに順応するときに、本装置における他の構成要素、特に走査信号を生成するためにドライカップリングの後部に必然的に位置付けされる送信回路および受信回路が損傷し得る、というリスクがある。柔軟な複数の回路を適応バッキングと組み合わせて使用することで、本装置は、湾曲した表面に効果的に対応することができる。

図２には、走査装置に備えられることができる複数の層の一例が示されている。ドライカップリング２０１は、エラストマーまたは任意の他の適切な材料で形成されてもよい。ドライカップリングの厚さは、走査されるべきサンプルの厚さに適合してもよい。（この点については詳細後述する。）ドライカップリングの後部は、トランスデューサ積層（ラミネート）２０２である。このトランスデューサ積層２０２は、ポリイミド膜（フィルム）上に堆積された銅でそれぞれ形成された送信回路２０３および受信回路２０４を備える。各銅層は、一組の電極を形成してもよい。電極はまた、他の材料、例えば金、で形成されてもよい。圧電材料２０５（この例においてはＰＶＤＦ）の層は、銅層の間に挟まれている。この層は、高電圧パルス列が送信電極上に送信されたときに超音波信号を発生して、圧電層に振動を開始させて超音波を出力させる。他の例において、トランスデューサ（変換器）は、接着剤層またはベースフィルム層を備えなくともよい。電極は、圧電層に直接的に堆積されてもよい。

送信電極および受信電極の数は拡張可能（スケーラブル）である。したがって、トランスデューサは、任意の所望のサイズおよび形状に設計可能である。電極の幅はまた、電極毎のエネルギー出力の量を調整するように拡張可能（スケーラブル）である。電極の幅はまた、所望の焦点に依存して調整可能である。電極間の距離はまた、可変である。一般的に、圧電層の可能な限り大きな領域を刺激することによって超音波エネルギーを最大化するために、隣の電極と間のギャップは小さいことが好ましい。電極の厚さは、周波数、エネルギー、およびビーム焦点などの因子を制御するように選択されてもよい。ベースフィルムの厚さは、信号形状、周波数、およびエネルギーなどの因子を制御するように選択されてもよい。ＰＶＤＦの厚さはまた、信号形状、周波数、およびエネルギー（これらはまた、送信パルス形状に依存する）を変更することに適応可能である。ドライカップリングの厚さは、超音波パルスの送信とサンプルからの当該超音波パルスの反射波の受信との間の特定の時間差（タイムラグ）を生成することに適応可能である。

適応バッキング２０６は、湾曲した／凹凸を有する表面への良好な適応を提供するに十分な厚さを有する必要がある。この厚さはまた、適応バッキングを形成する材料の柔軟性に依存する。多くの実施形態において、適応バッキングは、フレームによって提供される相対的に堅い表面に対する圧迫によって、柔軟な複数の回路およびその前部のドライカップリングの曲がりに適応することとなる。適応バッキングは好ましくは、送信回路／受信回路を貫通する任意の超音波反射波を吸収するに十分な厚さを有する。適応バッキング層の後部の相対的に堅い表面は、超音波を反射する。したがって、超音波信号はこの相対的に堅い表面に到達する前に十分に消滅していることが重要である。適応バッキングはしたがって、好ましくは、超音波信号の良好な減衰特性を有する材料から形成される。その厚さはしたがって、また、適応バッキングを形成する材料の減衰特性に依存する。異なる配置において、超音波の良好な反射を示す材料から適応バッキングを形成することが可能であり、したがって、適応バッキングからの反射波は、送信されるパルスの一部を形成する。

適応バッキングは適切には、１ｍｍと１０ｍｍとの間の厚さを有する。１つの例において、厚さはおよそ３ｍｍであり、適応バッキングはシリコン（例えば、ＥＬ ＲＴ ７４３ＬＶ−Ｋ）で形成される。適応バッキングに適切であり得る様々な材料（多くのシリコンを含む）があるため、これは一例に過ぎない。

多くの実施形態において、本装置は、当該装置が使用中でないときには実質的に平坦である走査面を有することとなる。通常、このことは本装置の外側のドライカップリングの表面は平坦であることを意味し、つまりこのことは通常、送信回路および受信回路が平坦であることを意味し、また同様のことが送信回路および受信回路に接触する適応バッキングの表面に対しても言える。送信回路および受信回路は、凸形状または凹形状の設計をも含め、所望の形状を有するように設計可能である。ドライカップリングの外面はまた、凸形状または凹形状を有するように形成されることが可能である。本装置はしたがって、特に著しい曲がりを有するサンプルを走査することに適合されることができる。ドライカップリングの内面は、その外面の凹形状／凸形状を反映してもよく、または、実質的に平坦であってもよい。実際には、特に正確な深さ測定が重要である非破壊試験アプリケーションにおいて、非一様な厚さを有するドライカップリングは好ましい可能性が高い。このことは、送信回路／受信回路および適応バッキングの曲がりの適合が必要とされる。

使いやすさのために、ドライカップリングは好ましくは十分に柔軟であり、および／または、十分な圧縮性を有し、人間である操作者によって比較的に低い程度の力を用いてサンプル表面に対して押しつけられたときに、凹凸を有するまたは湾曲したサンプル表面に適合する。堅いフレームは、他の複数の層の柔軟性と比較して、すなわち適応バッキング、送信回路／受信回路、およびドライカップリングの柔軟性と比較して、ただ「堅い」だけである。好ましくは、堅いフレームは、他の複数の層がサンプル表面に適応するに十分な程度の力を用いてサンプル表面に対して押しつけられたときに、変形せず、または曲がらない。堅いフレームは、ゴムで作られてもよい。

１つの例において、ドライカップリングの厚さは、特定の走査の深さに適応してもよい。サンプルの全体を走査することが望まれる場合には、走査の深さはサンプルの厚さであってもよい。サンプルの特定の部分のみが走査されるべきである場合、走査の深さは、サンプルの厚さよりも浅くともよい。

ドライカップリングの厚さは、特定のアプリケーションのための走査装置の設計の一部として、製造工程の間に選択されてもよい。ドライカップリングの厚さは、本装置が走査パルスのサンプルへの送信と当該走査パルスの反射波の受信との間を見る（調べる、見込む）遅延に、影響を及ぼす。本装置から送信されたパルスの反射波を本装置が認識してそのような反射波がサンプル中を伝搬して本装置に戻るまでにどのくらいの時間を要したかを本装置が決定することができるように、本装置は適切に、特定の形状を有する走査パルスを送信するように構成される。反射波は通常、走査パルスが１つの材料／物質ともう１つの材料／物質との間の境界に衝突する材料の間でのインピーダンス不整合によって引き起こされる。反射波が伝搬して本装置に戻るのに要する時間は、本装置が、反射波を引き起こした材料境界がサンプル中のどのくらいの深さにあるかを分析することを可能にする。本装置は適切に、送信されたパルスの反射波を認識する検出ユニット（これは、単一のプロセッサによって少なくとも部分的に実施されてもよい）を含む。

ドライカップリングは、走査信号をサンプルに結合する伝送媒体として働く。ドライカップリングは好ましくは、走査信号を十分に伝搬する材料で形成される。ドライカップリングとサンプルとの間にいくらかのインピーダンス不整合が不可避的にあることとなるが、これは走査パルスの反射波を引き起こす。この反射波は一般的に関心の対象ではない。本装置は、受信した信号を時間ゲートすることによって、その反射波を効果的に無視する。１次反射波の少なくとも一部はそれ自身、ドライカップリングと送信回路／受信回路との間の境界によって反射される場合がある。しかしながら、これは、ドライカップリング内で走査パルスの内部反射波を引き起こす。図３にこれが示される。１次反射波は、ドライカップリングの外面とサンプルとの間の境界によって引き起こされる。この反射波は次いでドライカップリングの内面によって内部反射されて、本装置にて受信されるべきドライカップリング−サンプリング境界を離れた走査パルスの２次反射波を形成する。この２次反射波はまた関心の対象ではない。実際、２次反射波は、サンプル内の構造的特徴を表すものとして解釈されてしまう可能性があるため、現に問題を有する。

既存の走査システムにおいて、ドライカップリングを離れたこの２次反射波はほとんどの場合、関心事ではない。この２次反射波は、検出ユニットが２次反射波を含む信号の一部の反射波を探さないように、受信される信号を時間ゲートすることによって、直接的に取り扱われることができる。しかしながらこれは、走査装置が（例えば塗料によって覆われたマトリクスコードを読み込むために）サンプルにおいて相対的に浅い深さを見るために使用されるのみのときに、可能であるのみである。深さのあるサンプルを走査するように構成された装置にとって、第２ドライカップリング反射波は、関心の対象である反射波も損失することなしに、時間ゲートすることによって除去されることはできない。

サンプルにおいて興味のある最も深い位置から受信されるであろう任意の反射波の後に２次ドライカップリング反射波が受信されるように、ドライカップリングは適切に十分な厚さを有する。多くのアプリケーションにおいて、これはサンプルの「後壁（バックウォール）」となる。適切なドライカップリングの厚さはしたがって、走査の深さに依存する。この適切なドライカップリングの厚さはまた、走査パルスがドライカップリングおよびサンプルにおいて伝搬する相対的な速度に依存する。

ドライカップリングは適切に、０．５ｍｍよりも大きな厚さを有し、好ましくは少なくとも１ｍｍの厚さを有する。好ましくは、ドライカップリングは、１ｍｍと１０ｍｍとの間の厚さを有し、より好ましくは、ドライカップリングは、１．５ｍｍと５ｍｍとの間の厚さを有する。走査の深さは好ましくは０ｍｍと２０ｍｍとの間であり、最も好ましくは０ｍｍと１５ｍｍとの間である。ドライカップリングは適切には、本装置が走査することができる最大の深さに十分な厚さを有する。これは、時間ゲートおよび／または本装置における他の設定によって決定されてもよい。本装置の構成は、例えば操作者が時間ゲートを調整することによって、使用中に変更されてもよい点に留意されたい。しかしながら、典型的には、操作者は、本装置が走査することができる最大の深さを無視する（無効とする）ことはできない。

２次反射波に対処する１つの方法は、ドライカップリングを、想定されるあらゆるサンプルよりも厚くすることであろう。超音波は伝搬するほどより拡散してエネルギーを損失するが、そのため、ドライカップリングパッドは２次反射波を遅延させるために必要とされるよりも厚くはないことが好ましい。

１つの実施形態において、様々な厚さを有する複数のドライカップリングは、走査装置に配置されることが可能である。操作者はこの場合、要求される走査の深さに対して最も適切なドライカップリングを取り付けることができる。これを行う１つの方法は、ドライカップリングと、送信回路および受信回路と、適応バッキングとを備え、操作者が必要に応じて本装置に取り付けることができる走査モジュールを有することである。これはコストを増加させるであろうが、そのため、設計および製造工程の間に適切なドライカップリングの厚さを選択することは好ましいアプローチであり得る。

図４には、設計および製造工程の一例が示される。本工程は、ステップ４０１において、必要とされる走査の深さの決定から開始する。ステップ４０２は、走査パルスがドライカップリングおよび予期されるサンプルの材料において伝搬する速度を決定する任意的な（オプションの）ステップである。実際には、このステップは、要求される走査の深さを対応するドライカップリングの厚さに変換する参照テーブルなどのツールを開発するよりも前に行われていることとなる可能性が高い。ステップ４０３において、適切なドライカップリングの厚さが選択される。本装置は、ステップ４０４において、選択された厚さのドライカップリングを含むように製造される。ステップ４０５において、本装置は、走査の深さからの反射波を検出することができりように構成される。これは、説明を簡単にするために、図４では個別のステップとして示されている。実際には、ステップ４０５はステップ４０４の一部として実行される。

図５には、オブジェクトの表面の下を撮像する携帯型（ハンドヘルド）装置の一例が示されている。装置５０１は統合されたディスプレイを有することができるが、この例においては、装置５０１は、画像をタブレット装置５０２に出力する。装置５０１はまた、ＰＣ、ラップトップ、ＰＤＡなどを含む任意の適切なディスプレイに出力できる。個々のものとの接続は、図示するように有線で、または無線でなされることが可能である。装置５０１は、超音波信号を送信および受信するマトリクスアレイ５０３を有する。適切には、このアレイは、交差パターンで配置されて複数のトランスデューサ素子の配列を形成する複数の電極を備えた超音波トランスデューサによって実装される。トランスデューサ素子は、送信回路と受信回路との間に挟まれてもよい。携帯型装置は、超音波信号をオブジェクトに結合するドライカップリング層５０４を備える。ドライカップリング層はまた、超音波信号を遅延させて、トランスデューサが送信から受信に切り換えるための時間を与える。ドライカップリング層は他の撮像システムに勝る多数の利点を提供する。ここで他の撮像システムは超音波信号を結合するために液体を使用する傾向にある。これは工業的環境においては実施困難となる場合がある。液体結合物（液体カプラ）が、時として使用されるように袋（ブラダー）に入れられる場合、これは正確な深さの測定値を取得することを困難にし、このようなことは非破壊試験アプリケーションに理想的ではない。

マトリクスアレイ５０３は２次元であり、したがって、画像を取得するためにオブジェクト全体にわたってこのマトリクスアレイ５０３を移動させる必要はない。典型的なマトリクスアレイは３０ｍｍ×３０ｍｍの寸法を有するが、マトリクスアレイのサイズおよび形状は、アプリケーションに適合するように変更可能である。この装置は、操作者によってオブジェクトに対して直接的に押しつけられてもよい。一般的に、操作者は、オブジェクトが表面下の欠陥または材料の欠損をどこに有し得るかについて、良い考えを既に持っているであろう。例えば、あるコンポーネント（部品、構成要素）が衝撃を受けていた場合、または１つまたは複数のドリル穴またはリベット穴を有する場合があり、これは応力（ストレス）の集中をもたらす可能性がある。この装置は適切に、反射したパルスをリアルタイムで処理し、そのため、操作者はこの装置を、関心のある任意の領域に単に置けばよい。

携帯型装置はまたダイヤル５０５を備え、操作者はこれを用いてパルス形状および対応する合致（マッチ）フィルタを変更することができる。多くの適切なパルス形状は、撮像される構造的特徴の種類、およびその構造的特徴がオブジェクトにおいてどこに位置するかに依存してもよい。操作者は、ディスプレイを介して、時間ゲートを調整することによって異なる深さでオブジェクトを見る。この装置に、タブレット装置５０２、または統合されたディスプレイなどの携帯型ディスプレイに出力させることには利点がある。なぜならば、操作者は、彼がディスプレイ上で見るものに依存して、オブジェクト上でトランスデューサを簡単に移動でき、または装置の設定を変更でき、そして即座に結果を得ることができる。他の構成においては、操作者は、（ＰＣなどの）非携帯型ディスプレイとオブジェクトの間を歩いて、新しい設定またはオブジェクトの位置が試験されるとき毎に、オブジェクトの再走査を繰り返す必要がある場合がある。

本明細書において説明した装置および方法は、カーボンファイバー強化ポリマー（ＣＦＲＰ）などの複合材料における乖離および剥離の検出に特に適している。これは航空機保守に重要である。これはまた、応力が集中する部分として働く可能性があるリベット穴の周囲のフレーキングを検出するために使用可能である。本装置は、非常により大きなコンポーネント（部品、構成要素）の小さな領域を撮像することが望まれるアプリケーションに特に適している。本装置は、軽量であり、携帯可能（ポータブル）であり、且つ使用が簡単である。オブジェクト上の所望の場所に位置付けられることが、操作者によって手で簡単に行われることができる。

「後部」、「前部」などの表現は、本明細書において、装置の種々の構成要素の相対的な位置を示すために使用される。ある実施形態においては、他の層の「後部」または「前部」にある層は、その２つの層が接触するように、本装置においてそのような他の層によって直接的に位置付けられてもよい。他の実施形態においては、１つまたは複数の介在する層があってもよい。本装置の「前部」は、走査面によって表現される。内側の方向は、走査面から離れて本装置の内部に向かう方向を示す。

本出願人はここに、本明細書において説明される各個別の特徴および２つまたはそれ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを、そのような特徴または特徴の組み合わせが本明細書において開示された全ての問題点を解決するか否かに関わらず、また特許請求の範囲を限定することなく、当業者の共通の一般的な知識に照らして本明細書全体に基づいてそのような特徴または組み合わせが実行可能となる程度にまで、個別に開示する。本出願人は、本発明の複数の態様が個別のそのような特徴または複数の特徴の組み合わせから成ってもよいことを指摘する。上述の説明に鑑みて、発明の範囲内において種々の変更がなされてもよいことは、当業者にとって明白である。

Claims (27)

1. 走査装置において、
   受信回路および送信回路であって、前記装置の表面がオブジェクトに対して押しつけられるにつれて、前記受信回路および送信回路が前記オブジェクトの表面外形に適合可能であるように、両方の回路は柔軟である、受信回路および送信回路と、
   前記走査装置において前記送信回路および受信回路の後部に位置付けられ、前記走査装置が前記オブジェクトに対して押しつけられるにつれて、前記柔軟な複数の回路に適合するように構成された適応バッキングと、
   を備えた、走査装置。
2. 前記走査装置において前記送信回路および受信回路の前部に配置されたドライカップリングを備えた、請求項１記載の走査装置。
3. 前記ドライカップリングは、走査信号を前記オブジェクトの中に伝導させる伝送媒体として働くように構成される、
   請求項２記載の走査装置。
4. 前記ドライカップリングは、走査モジュールの表面を形成する、
   請求項２または３記載の走査装置。
5. 走査されるべきオブジェクトに対して走査モジュールの表面が押しつけられたときに前記ドライカップリングが前記オブジェクトの表面外形に適応するように、前記ドライカップリングは柔軟である、
   請求項２〜４のうちのいずれか一項記載の走査装置。
6. 前記柔軟な複数の回路は、前記ドライカップリングが前記オブジェクトの表面外形に適応するにつれて、前記ドライカップリングに適合して曲がることによって前記オブジェクトの表面外形に適応するように構成される、
   請求項２〜５のうちのいずれか一項記載の走査装置。
7. 前記柔軟な複数の回路は、前記走査装置の中への前記ドライカップリングの任意の内側のたわみに適合して内側に曲がるように構成される、
   請求項２〜６のうちのいずれか一項記載の走査装置。
8. 前記適応バッキングは圧縮性を有する、
   請求項１〜７のうちのいずれか一項記載の走査装置。
9. 前記走査装置において前記適応バッキングの後部に配置された相対的に堅い表面を備え、前記適応バッキングは、前記堅い表面に対する圧迫によって前記柔軟な複数の回路の形状に適応して、前記柔軟な複数の回路の任意の曲がりに適応するように構成される、
   請求項１〜８のうちのいずれか一項記載の走査装置。
10. 堅いフレームは、前記柔軟な複数の回路が前記ドライカップリングと前記適応バッキングとの間に挟まれるように、走査モジュールを保持するように構成される、
    請求項９記載の走査装置。
11. 前記固いフレームの後部は、前記適応バッキングが押しつけられる前記固い表面を形成する、
    請求項９または１０記載の走査装置。
12. 前記固いフレームの前部は、前記ドライカップリングが走査モジュールの表面を形成するように開いている、
    請求項５〜９のうちのいずれか一項記載の走査装置。
13. 前記送信回路および受信回路はそれぞれ、超音波信号を送信および受信するように構成される、
    請求項１〜１２のうちのいずれか一項記載の走査装置。
14. 前記送信回路および受信回路は、超音波トランスデューサとして作動するように構成される、
    請求項１〜１３のうちのいずれか一項記載の走査装置。
15. 前記走査装置は、超音波信号を前記オブジェクトに送信して前記オブジェクトからのそのような超音波信号の反射波を受信することによって、前記オブジェクトを走査するように構成され、前記適応バッキングは、前記適応バッキングに到達する実質的に全ての反射された信号を吸収するように構成される、
    請求項１〜１４のうちのいずれか一項記載の走査装置。
16. 前記適応バッキングの厚さは、前記適応バッキングが形成される材料の圧縮性に依存する、
    請求項１〜１５のうちのいずれか一項記載の走査装置。
17. 前記ドライカップリングは、前記適応バッキングよりも低い圧縮性を有する、
    請求項２〜１６のうちのいずれか一項記載の走査装置。
18. 特定の深さまでサンプルを走査する走査装置であって、
    走査パルスを前記サンプルに送信するように構成された送信ユニットと、
    前記サンプルからの走査パルスの反射波を受信するように構成された受信ユニットと、
    前記サンプルにおける特定の深さから前記走査装置まで伝搬した反射波を検出するように構成された検出ユニットと、
    走査パルスをサンプルの中に伝導させる伝送媒体として働くドライカップリングと、を備え、
    前記ドライカップリングは、走査パルスの２次反射波を表す反射波が前記ドライカップリングと前記サンプルとの間の境界を離れる前に、特定の深さから伝搬した反射波が前記走査装置に達するに十分な厚さを有する、
    走査装置。
19. 前記検出ユニットは、特定の深さから伝搬した反射波が検出され、且つ、２次反射波を表す反射波が検出されないように、受信される反射波を時間ゲートするように構成される、
    請求項１８記載の走査装置。
20. 前記ドライカップリングは、１ｍｍと１０ｍｍとの間の厚さを有する、
    請求項１９記載の走査装置。
21. 前記ドライカップリングは、１ｍｍと５ｍｍとの間の厚さを有する、
    請求項１９記載の走査装置。
22. 走査装置の製造方法において、
    前記装置を設計するステップであって、
    前記走査装置が走査することができるべき、サンプルにおける特定の深さを決定するステップと、
    前記特定の深さに依存して、走査パルスを前記サンプルの中に伝導させるために使用されるドライカップリングの厚さを選択するステップと、と含む、ステップと、
    そのように設計された前記装置を実質的に製造するステップと、を含む、
    走査装置の製造方法。
23. 走査パルスの２次反射波を表す反射波が前記ドライカップリングと前記サンプルとの間の境界を離れる前に、前記サンプルにおける前記特定の深さから伝搬した反射波が前記走査装置に達するに十分な前記ドライカップリングの厚さを選択するステップを含む、
    請求項２２記載の製造方法。
24. 検出ユニットが前記特定の深さから伝搬した反射波を検出し、且つ、前記ドライカップリングと前記サンプルとの間の境界を離れた、走査パルスの２次反射波を表す反射波を検出しないように構成されることができるように、検出ユニットを設計するステップを含む、
    請求項２３記載の製造方法。
25. 前記検出ユニットを、時間ゲートを備えるように設計するステップを含む、
    請求項２４記載の製造方法。
26. 添付の図面を参照して、本明細書に実質的に記載された装置。
27. 添付の図面を参照して、本明細書に実質的に記載された製造方法。

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