JPH0158456B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、試料台を静圧空気軸受によつて、非
接触に支持したことを特徴とする超音波顕微鏡等
の試料移動台に関する。

近年1GHzに及ぶ超高周波の音波の発生検出が
可能となつたので、水中で約1μｍの音波長が実
現できることになり、その結果、高い分解能の音
波撮像装置が得られるようになつた。即ち、凹面
レンズを用いて集束音波ビームを作り、1μｍに
及ぶ高い分解能を実現するのである。

上記ビーム中に試料をそう入し、試料による反
射超音波を検出して試料の微細領域の弾性的性質
を解明したり、或は試料を機械的に２次元に走査
しながら、この信号の強度をブラウン管の揮度信
号として表示すれば、試料の微細構造を拡大して
みることができる。

第１図は、その超音波顕微鏡の主要構成部を示
す図である。超音波の集束及び送受は球面レンズ
１により行つているが、その構造は円柱状の熔融
石英等をもちいた物質の一面を光学研磨し、その
上に圧電薄膜（ZnO）２を上下電極３によりはさ
む、このようにサンドウイツチ構造になつている
圧電薄膜２に、パルス発振器４から発生されたパ
ルス５を印加して、超音波６を発生させる。ま
た、他端部は口径0.1mmφ〜1.0mmφ程度の凹面状
の半球穴が形成されており、この半球穴と試料と
の間には、超音波６を試料７に伝播させるための
媒質（例えば水）８が満されている。

圧電薄膜２によつて発生した超音波６は円柱の
中を平面波となつて伝播する。この平面波が半球
穴に達すると石英（音速6000ｍ／ｓ）と水（音速
1500ｍ／ｓ）との音速の差により屈折作用が生
じ、試料７面上に集速した超音波６を照射するこ
とができる。逆に試料７から反射されてくる超音
波は球面レンズにより集音整相され、平面波とな
つて圧電薄膜２に達し、こゝでRF信号９に変換
される。このRF信号９を受信器１０で受信し、
こゝでダイオード検波してビデオ信号１１に変換
し、CRTデイスプレイ１２の入力信号として用
いている。

この様に構成された装置において、試料７が試
料台駆動電源１３によりｘ−ｙ平面内で２次元に
走査していると試料の走査にともなう試料面から
の反射の強弱が２次元的にCRT面１２に表示さ
れる。

試料７の走査速度は高速であるほど、一画面を
形成する時間が短時間ですみ、操作性の向上につ
ながるが、従来、一般に使用されている試料７の
走査方法は機械的に行つているために走査速度
も、ｘ軸走査を数10Hz、ｙ軸走査を約10秒程度で
行つている。

上述の如く、ｘ−ｙ平面に走査している試料
に、超音波を照射し、試料から反射してくる超音
波を使つて画像表示する装置において、試料の近
傍あるいは内部に弾性的性質の変化があれば、そ
の都度反射してくる超音波には振幅や位相の変化
が生ずる。この位相は球面レンズと試料との距離
が敏感に影響するので、走査している試料面と超
音波ビームの焦点面とは空間的に、いつも同一位
相条件に保つよう構成されなければならず、試料
の走査には、その精度が問題となつてくるが、こ
のような装置に適した試料移動台として、静圧空
気軸受の使用が考えられている。この静圧空気軸
受の特徴は軸受と試料台との間に供給される空気
の静圧力で試料台を支持する方法であるので、軸
受の摩擦抵抗が少なく、摩耗のないことがあげら
れる。さらに試料台と軸受面との静圧空気層が緩
衝材として作用するので軸受面のわずかな凹凸に
も影響されることなく平滑に移動する。

第２図ａ及びｂは上述の静圧空気軸受を使用し
た試料移動台の構成を示すもので、第２図ｂは第
２図ａの断面図である。図において、１４はガイ
ド部である。ガイド部には圧縮空気吐出口１５が
所定の位置に取りつけられており、この圧縮空気
吐出口１５から吐出される圧縮空気により試料台
１６を保持する。１７は圧縮空気取入口である。
また、１８は試料台１６の駆動軸である。

このように構成された試料台を使用することに
より、走査中の試料の上下動を0.03μｍ以下が実
現され、超音波顕微鏡等の試料台として極めて安
定に動作するのである。

上述の超音波顕微鏡で種々の試料に対して、観
察実験を行つているときに超音波顕微鏡で観察し
た同一個所を他の観察装置、例えば光学顕微鏡な
どでは得られない情報を取得し、両者の結果を総
合して試料の形態や特性を判断できれば、得られ
る結果は単一装置から得られるものよりも、精度
は向上すると考えられる。

第３図はこのような要求を実現するための試料
移動台の一実施例を示す図である。本実施例で
は、超音波顕微鏡（音響球面レンズ１で示す）で
観察した試料と同一視野を光学顕微鏡で観察する
構成について述べる。

試料の視野選択を行うためのＸ・Ｙ方向の移動
が可能な粗動機構部２０，２１が直交して取りつ
けてある。その上部に図では省略したが試料７を
ｘ・ｙ走査するためのｘ・ｙ走査部２２，２３が
取りつけてある。こゝでｘ走査部には第２図で述
べた静圧空気軸受型試料台が使用されており、そ
の駆動は加振器２４から試料台駆動軸１８を介し
て試料台１６に接続されていることにより行つて
いる。

ｙ軸走査はｘ軸走査と直交した方向にステツプ
モータ２５により移動できるようになつている。

また、試料７と球面レンズ１との間隙を調整す
るためＺ軸移動機構２６が取りつけられている。

このように構成された超音波顕微鏡において観
察した試料７の同一視野内を光学顕微鏡２７で観
察できるように球面レンズ１の軸中心よりｘ軸方
向に距離Ｌだけはなれた位置に光学顕微鏡２７が
配置されている。

したがつて、超音波顕微鏡で観察後の試料７を
光学顕微鏡２７によつて観察しようとする場合に
は、試料台１６を試料台駆動軸１８から切り離し
て、光学顕微鏡２７の光軸下に移動しなければな
らない。また、この操作とは逆にあらかじめ光学
顕微鏡２７によつて試料７を観察しておき、この
試料７を超音波顕微鏡で観察するなどの場合も同
様に、試料７の移動が滑らかであるとともに高精
度の位置の再現性が要求される。これを実現する
試料移動台として本発明は、第４図に示すような
構成のものを用いる。すなわち、図において静圧
空気軸受のガイド部１４を試料台１６が光学顕微
鏡２７の軸上にまで移動しても脱落しない長さに
延長することにより、その機能を充分実現するこ
とができる。

以上の説明はｘ軸上に球面レンズ１から距離Ｌ
だけはなされた位置に光学顕微鏡２７を設けた構
成であるが、この位置に光学顕微鏡２７の代りに
他の観測機能をもつ装置を配置してもよい。さら
に図では省略するが、光学顕微鏡２７はそのまゝ
とし、球面レンズ１からｘ軸上の所定距離だけは
なされた位置に他の観測装置を配置する場合には
ガイド部１４をその装置まで延長すればよい。

ｘ軸上に複数個の観測装置を配置し、各々の観
測装置下の所定の場所に試料台１６が停止するよ
う、ストツパ２８が試料台１６の動きに連動して
動作するようにすれば、試料台１６を各観測装置
下では同一視野内で停止する。この作業を逐次行
ないながら、それぞれの装置から情報を取得する
ことができる。

第５図は第４図に示したのと同じく静圧空気軸
受を使用し、試料台１６をＬだけ移動できる構成
の側断面図である。

いま、超音波顕微鏡で観察中のＡ点にある試料
７を光学顕微鏡で観察するためにＢ点まで移動し
ようとする場合について述べると、加振器２４か
ら駆動軸１８を介し試料台１６は連結されてい
る。この連結の一番簡単な方法は図では省略した
が電磁石の吸引力で結合しておくと便利である。

たとえば、両者の結合を切りはなしたい場合に
は電磁石の励磁を停止すれば自然と両者は分離さ
れるからである。このような方法によつて駆動軸
１８から試料台１６を切りはなすと同時にバルブ
V₁を開きパイプ２９より圧縮空気を吐出させる
と圧縮空気は試料台の下部に取りつけてある駆動
板３１に衝突し、試料台１６を移動させるための
力が作用し、Ｂ点に向つて試料台１６は移動す
る。こゝで使用する圧縮空気は静圧空気軸受に使
用されている圧縮空気を分岐して導いてきたもの
であるが、試料台は静圧空気軸受で支持されてい
るので、駆動板３１に吹きつける空気の風圧、風
量は極めて僅かでも試料台１６が移動する。従つ
て測定系に不用の振動などを発生することがな
い。

Ｂ点に到達した試料台１６はストツパー２８に
より所定の位置で停止する。この際上述のように
駆動板３１に吹きつける空気の風圧によつて、試
料台１６はストツパー２８に押しつられているの
で、試料台１６とは特別な係止手段を設ける必要
はない。又この時には駆動板３９はパイプ２９の
吹出口から最も離れた位置になるので、駆動板３
１が受ける風圧は小さくなり、振動など観測に支
障を生ずることはない。

Ｂ点に到達した試料台１６はストツパー２８に
より所定の位置で停止する。逆にＢ点にある試料
台１６をＡ点に移動させない場合には、上述の操
作と逆な操作を行い、V₂を開き、パイプ３０よ
り圧縮空気を吐出させれば試料台１６は滑らかに
Ａ点に到達する。

以上述べた如く、複数個の観測機能をもつ装置
において、各観測機能の間を試料を移動させる方
法として、静圧空気軸受を使用した方法が操作が
容易で、かつ高信頼性を実現でき、本発明の効果
は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波顕微鏡の構成を示す図、第２図
は静圧空気軸受の主要構成部を示す図、第３図
は、複合型観測装置の構成を説明するための図、
第４図及び第５図は本発明の一実施例の構成を示
す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一端部に圧電素子を設け、他端部に球面穴を
   形成した音波レンズと、前記音波レンズの焦点近
   傍に設けられた試料台と、前記試料台に載置され
   た試料に対し前記音波レンズが２方向に走査する
   走査装置とからなり、試料に対し、前記音波レン
   ズより放射された後に前記試料によつてじよう乱
   された超音波を受信することにより、上記試料を
   撮影する超音波顕微鏡に用いる試料移動台であつ
   て、前記２方向の走査方向のうち一方の走査方向
   の同一軸上の任意の個所に複数個の観測手段を配
   置し、各々の観測手段の所定の位置に試料台を移
   動せしめることが可能な装置において、試料台が
   移動する方向に延在して試料台を非接触で支持す
   る静圧空気軸受と、試料台に設けた駆動板に圧縮
   空気を吹きつけるパイプを設けたことを特徴とし
   た試料移動台。