JPH0219762A - 超音波顕微鏡の試料面傾斜調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、試料表面に超音波ビームを照射し、得られ
た反射波から試料物質の性質を観察する超音波顕微鏡に
関し、特に超音波ビームの焦点走査平面と試料表面とを
平行に設定するための超音波顕微鏡の試料面傾斜調整装
置に関する。

【従来の技術】

従来のこの種の試料面傾斜調整装置として、試料表面を
超音波ビームで走査することにより、前記試料表面上の
複数箇所における超音波受信信号の基準時刻からの時間
遅れをそれぞれ検出し、それらの値が等しくなるように
試料保持台の傾斜を調整するものが知られている。 第３図はこのような試料面傾斜調整装置のシステムブロ
ック図を示すものである。第３図において、制御部１が
発生する一定周期のパルス信号によって制御される高周
波パルス発振器２の出力は、サーキュレータ３を通して
、圧電素子４ａと音響レンズ４ｂとからなる送受波用超
音波トランスジューサ（以下、単にトランスジューサと
いう。）４に加えられ、超音波ビームを発生させる。こ
の超音波ビームは、音響媒体５の中を伝搬して試料６に
入射し反射波を発生させるが、この反射波は再びトラン
スジューサ４を通って電気信号に変換され、サーキュレ
ータ３を経て受信部７に受信される。遅れ時間検出部９
は、受信部７からの受信検波信号を制御部１からのパル
ス信号を基準にして送波からの時間遅れに対応したアナ
ログ信号に変換する。 一方、制御部１によりタイミング制御される走査部８は
トランスジューサ４を図示Ｘ方向に移動させ、超音波ビ
ームにより試料表面を走査させる。 そこで、試料表面の異なる２点での反射波の時間遅れに
対応する上記アナログ信号が遅れ時間検出部９から同時
に差動増幅器１０に送られる。この差動増幅器１０の出
力は傾斜調整機構１１に送られ、この傾斜調整機構１１
により試料保持台１２のＸ方向についての傾斜が差動増
幅器１０の出力が零になるように自動調整される。次い
で、試料保持台１２を手動操作により９０度回転させて
同様に傾斜が調整され、ＸＹ平面での傾斜の調整が完了
する。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、このような従来の試料面傾斜調整装置には次
のような欠点があった。 （１）　　上記従来装置は、トランスジューサの音響レ
ンズと試料表面との間の距離の変化を受信検波信号の到
達時間の変化で検出するものであるが、集束超音波レン
ズの場合はこの距離の変化による受信検波信号の振幅変
化が大きく、試料表面が超音波ビーム焦点面から少しず
れただけでも振幅が著しく小さ（なり検出が困難となる
。例えば、２００Ｍ七の高周波パルス信号の場合、試料
表面が１０μｍ焦点面からずれるだけで、試料によって
は２０ｄＢ以上も受信検波信号の振幅が落ちる。 （２）使用する超音波パルス幅に対する受信検波信号の
到達時間の変化幅の比は、音響レンズと試料表面との間
の距離が１波長分変化したとすると約ｌ／２０で、この
程度の到達時間の変化では検出がなかなか困難である。 すなわち、従来装置では試料面の傾斜に伴う信号の検出
レベルが低く、例えば干渉縞が１本も生じないように試
料面の傾斜を精密に調整することは困難であった。 この発明は、上記到達時間の変化によることなく別の手
段を講じ、超音波ビームの焦点走査面と試料表面との平
行度をより精度良く調整できるようにした超音波顕微鏡
の試料面傾斜調整装置を提供することを目的とするもの
である。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、この発明は、送受波用超音
波トランスジューサからの超音波ビームの焦点走査平面
と試料表面とを平行に設定するための超音波顕微鏡の試
料面傾斜調整装置において、送受波用超音波トランスジ
ューサからの超音波ビームで試料表面を一方向に直線的
に走査させる走査部と、走査中における前記試料表面の
各点での超音波受信信号値とこれらの中の最大値との差
を積分して出力する検出部とを備えるものとする。

【作　用】

超音波ビームで試料表面を一方向に直線的に走査したと
きの試料表面の各点での超音波受信信号値とこれらの中
の最大値との差を積分したものを試料面の傾斜信号とす
ることにより、試料面の傾斜を超音波受信信号の変化と
して直接検出することができる。そして、この傾斜信号
値が零値を示すように試料保持台あるいはトランスジュ
ーサの傾斜を調整することによって、超音波ビームの焦
点走査面と試料表面との平行度を容易に精度良（調整す
ることができる。

【実施例］ 第１図はこの発明の実施例のシステムブロック図を示す
ものである。第１図において、１は一定周期のパルス信
号によりタイミング制御を行う制御部、２は高周波パル
ス発振器、３はサーキュレータ、４は圧電素子４ａ及び
音響レンズ４ｂとからなるトランスジューサ、５は音響
媒体、６は試料、１２は試料保持台で、これらは第３図
の従来装置におけるものと本質的に同じものである。 １３はトランスジューサ４からの超音波ビームで試料６
の表面を一方向（図示Ｘ方向）に直線的に走査させる走
査部である。また、１４は反射波の電気信号を受信して
増幅検波する受信ＳＨ回路、１５は標準電圧発生器、１
６は差動増幅器、１７は積分回路で、これらは走査中に
おける試料表面の各点での超音波受信信号値とこれらの
中の最大値との差を積分して出力する検出部を構成する
ものである。さらに、１８は積分回路１７からの出力を
表示する表示装置である。 このような構成において、まず、走査をしない状態で試
料保持台１２を図示Ｘ方向に移動させ、試料６の表面を
音響レンズ４ｂの焦点走査平面に設定する。このとき、
受信Ｓ　Ｈ回路１４の超音波受信信号は最大となる。そ
の状態で走査部１３によりトランスジューサ４をＸ方向
に直線的に移動させると、試料６の表面が音響レンズ４
ａの焦点走査平面と平行でない場合は、試料６の表面の
一方の側は音響レンズ４ｂに近づき、他方の側は逆に遠
ざかる。したがって、受信３８回路１４に受信される超
音波受信信号は、試料６の両端に近い点におけるものほ
ど音響レンズ４ｂの焦点走査平面から外れた信号となり
低い値となる。 そこで、走査をしない状態、すなわら、試料６の表面を
音響レンズ４ｂの焦点走査平面に設定した状態での標〈
桿電圧発生器１５の出力をそのときの受信３８回路１４
の超音波受信信号と等しくなるように設定しておき、試
料表面をＸ方向に直線的に走査すれば、差動増幅器１６
の出力は超音波受信信号が試料６の端部に近い点におけ
るものほど、また試料表面の平行度が悪いほど大きくな
る。 この差動増幅器１６の出力は、走査部１３によるＸ方向
の走査周期でリセットされる積分回路１７に入力され、
その出力は表示装置１日に入力される。 したがって、表示装置１８の表示が小さくなるように手
動で試料保持台１２のＸ方向の傾斜を調整することによ
り、Ｘ方向での焦点走査面と試料表面との平行度を調整
することができる。Ｘ方向については、試料保持台１２
を９０度面回転せ同様にして調整する。 第２図はこの発明の別の実施例のシステムブロック図で
ある。この実施例と第１図の実施例との相違は、傾斜調
整機構１９を設け、試料保持台１２の傾斜を自動調整す
るようにした点である。すなわち、第２図においては制
御部ｌに傾斜調整機構１９の制御機能を付加し、この制
御部１に積分回路１７の出力を入力し、この積分回路１
７の出力が最も小さい値になるように傾斜調整機構１９
を制御し、試料保持台１２の傾斜調整を自動化したもの
である。 【発明の効果】 この発明によれば、超音波ビームの焦点走査平面と試料
表面との平行度を超音波受信信号の強度変化として直接
検出し、試料表面の各点での検出値を積分して出力する
ようにしたので、信号レベルが試料表面の傾斜を受信検
波信号の到達時間の変化で検出する場合に比べて格段に
大きくなる。 したがって、試料表面の微細なずれも確実に検出するこ
とができ、この検出信号値が零値を示すように試料保持
台を調整することにより試料を容易に精度良く設定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例のシステムブロック図、第２
図はこの発明の別の実施例のシステムブロック図、第３
図は従来装置のシステムブ「１ツク図である。 ■・・・制御部、２・・・高周波パルス発振器、３・・
・サーキュレータ、４・・・送受波用超音波トランスジ
ューサ、５・・・音響媒体、６・・・試料、１２・・・
試料保持台、１３・・・走査部、１４・・・受信３８回
路、１５・・・標準電圧発生器、１６・・・差動増幅器
、１７・・・積分回路、１８・・・表示装置、１９・・
・傾斜調整機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）送受波用超音波トランスジューサからの超音波ビー
   ムの焦点走査平面と試料表面とを平行に設定するための
   超音波顕微鏡の試料面傾斜調整装置において、送受波用
   超音波トランスジューサからの超音波ビームで試料表面
   を一方向に直線的に走査させる走査部と、走査中におけ
   る前記試料表面の各点での超音波受信信号値とこれらの
   中の最大値との差を積分して出力する検出部とを備える
   ことを特徴とする超音波顕微鏡の試料面傾斜調整装置。