JPH03252554A - 超音波探触子 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、５ＡＷ（表面弾性波）デバイス等における表
面弾性波の音速を測定するために用いて好適な超音波探
触子に関する。

Ｂ、従来の技術 第４図は、ＳＡＷデバイス等における表面弾性波の音速
測定に用いられる超音波凹面探触子の従来例を示す断面
図である。図において、１はレンズであり、このレンズ
ｌの下部には凹面１ａが形成されている。２はレンズ１
の凹面１ａの表面に形成された下部電極、３は下部電極
２の表面に設けられた圧電材料、４は圧電材料の表面に
形成された上部電極であり、これらレンズ１．下部電極
２、圧電材料３及び上部電極４により超音波凹面探触子
が構成されている。

このような構成の超音波凹面探触子では、その下部電極
２及び上部電極４に高周波電圧が印加されると圧電材料
３が振動して、上部電極４の前方（第４図に示す下方）
に配置された試料５に向けて超音波が発信される。特に
、この超音波探触子は凹面に形成されているため、発信
された超音波は凹面の曲率で規定される焦点位置で収束
する。

そして、試料５で反射された反射エコーにより圧電材料
３が振動し、これが下部電極２と上部電極４との間の電
位差となって受信される。

第５図は、試料５の表面に焦点位置を設定した場合の受
信強度を０（ｄＢ）とした相対強度を縦軸に、焦点位置
と試料５の表面までの距離を横軸に表した。いわゆるＶ
　（ｚ）曲線と呼ばれる関係を示す図であり、レンズ１
を試料５にＺ軸方向に接近させつつ電極から信号をとり
出して得られる。

このＶ　（ｚ）曲線は、レンズ１の中心軸近傍を伝播し
て試料５から反射してくる反射エコー６と、試料５に固
有のレーリーの臨界角で入射した超音波７が試料５表面
で表面波として伝播し、同様にレーリーの臨界角で出射
することで得られるエコー９との干渉によって得られる
ことが知られている。そして、この干渉の周期（第５図
の左端側に顕著に現れるＶ　（ｚ）曲線のｒ山」の間隔
）を計測することで、試料５の表面弾性波の音速を知る
ことができる。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 ところが、このＶ　（ｚ）曲線は、レーリーの臨界角を
含む全ての方向から入射する超音波７が試料５表面で直
接反射することで得られる反射エコー８の影響も受けて
いる。特に、この反射エコー８は、焦点位置を表面付近
に設定した場合には超音波探触子に垂直に近い状態で入
射するため、第５図に示すように焦点位置付近では前述
のような干渉によるｒ山」が顕著に現れず、計測結果の
精度が悪い、そこで従来は、焦点位置から離れたデフォ
ーカス量の大きい表面位置における計測結果を用いるこ
とで、第５図に示すＶ　（ｚ）のｒ山」が顕著に現れる
箇所において表面弾性波の音速測定を行っていた。

しかしながら、焦点位置から離れた位置においては発信
された超音波はビーム径が大きくなっており、超音波探
触子は試料５表面の広い領域からのエコーを受信する。

従って、試料５を微小領域に区分して精度良くその表面
弾性波の音速を測定できなかった。

本発明の技術的課題は、超音波探触子により試料表面の
微小領域における表面波の音速を精度良く測定すること
にある。

００課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図により本発明を説明すると１本発
明の超音波探触子は、凹面１１ａが形成されたレンズ１
１と、凹面１１ａに設けられレンズ１１中心近傍で超音
波を送受信する第１の送受信部１４ｂと、凹面１１ａに
設けられ、試料に対して超音波を送信するとともに試料
１５の表面部を伝播してレンズ１１＃部に至る超音波を
受信する第２の送受信部１４ａとを備えることにより、
上記技術的課題が達成される。

Ｅ０作用 第１の送受信部１４ｂから発信された超音波１６は、試
料１５の表面で反射し、再度この第１の送受信部１４ｂ
でエコーとして受信される。一方、第２の送受信部１４
ａから発信された超音波１７は、その一部がレーリーの
臨界角で試料１５に入射し、この試料１５表面で表面波
として伝播して同様にレーリーの臨界角で出射し、エコ
ー１９として再度第２の送受信部１４ａで受信される。

また、第２の送受信部１４ａから発信された超音波１７
の他の一部は、この試料１５表面で反射してエコー１８
として超音波探触子に向かって伝播するが、このエコー
１８が受信される箇所は送受信部１４ａ、１４ｂが設け
られていない箇所であるので、受信信号として検出され
ることはない。

なお、本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。

Ｆ、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

一部１の実施例− 第１図および第２図により本発明の第１の実施例を説明
する。

第１図（ａ）は本発明による超音波探触子の第１の実施
例を示す断面図である０図において、１１はレンズであ
り、このレンズ１１の下部には凹面１１ａが形成され、
この凹面１１ａの球面により超音波探触子の焦点位置が
定められる。すなわち、この超音波探触子はいわゆるポ
イントフォーカス型のものである。なお、例えば円筒の
側面をその軸線に平行な平面で切断したような凹面を有
するいわゆるラインフォーカス型のものでもよい。

１２は金属膜等の導電性膜からなる下部電極であり、こ
の下部電極１２は、凹面１１ａの表面の略全体を覆うよ
うに設けられている。１３は膜状に形成された圧電材料
であり、この圧電材料１３は、下部電極１２の表面の略
全体を覆うように設けられている。圧電材料１３の材質
は、超音波探触子が発信する超音波の周波数により周知
の圧電物質から適宜選択されるが、本発明の利用分野で
ある５ＡＷ（表面弾性波）デバイスの音速測定において
は、比較的高周波領域（ＭＨｚ＝ＧＨｚ）の超音波が使
用されるため、ＺｎＯ等の物質が好適に使用可能である
。また、圧電材料１３の厚さも、前述と同様に超音波探
触子の周波数により適宜決定される。

１４は、下部電極１２と同様に金属膜等の導電性膜から
形成された上部電極である。この上部電極１４は、第１
図（ｂ）に示すように、圧電材料１３表面の縁部に環状
に設けられた第２の送受信部である上部電極１４ａと、
圧電材料１３表面の中央部に円形状に設けられた第１の
送受信部である上部電極１４ｂとから構成されている。

また、下部電極１２及び上部電極１４には図示されない
リード線が接続され、このリード線を介して図示されな
い電圧供給源から電圧が印加される１以上のレンズ１１
、下部電極１２、圧電材料１３及び上部電極１４により
、本発明に係る超音波探触子が構成されている。

このような構成の第１の実施例の作用について説明する
。

超音波探触子の前方、すなわち上部電極１４と相対向す
る位置に試料１５を配置する。この状態で、図示されな
い電圧供給源から下部電極１２及び上部電極１４に電圧
を印加する。なお１本実施例の超音波探触子は送／受信
兼用型の探触子であるため、これら電極１２．１４に印
加する電圧はパルスを一定周期で繰り返したものでよい
。

電極１２．１４に電圧が印加されると圧電効果により圧
電素子１３が振動し、超音波が発生する。

特に、本実施例では上部電極が圧電材料１３の表面全体
に設けられておらず、超音波はこの上部電極、すなわち
凹面の縁部１４ａ及び中心部１４ｂで主に発生する。

この超音波の一部はレンズ１１内を伝播するが。

レンズ１１が有効な超音波吸収体であれば、このレンズ
１１内で超音波は充分吸収される。一方、前方に放射さ
れた超音波は、圧電材料１３が凹面に形成されているた
め、この凹面の中心近傍、換言すると焦点位置で収束す
るように伝播する。

すなわち、第１の上部電極１４ｂから発信された超音波
１６は、試料１５の表面で反射し、再度この第１の上部
電極１４ｂでエコーとして受信される。一方、第２の上
部電極１４ａから発信された超音波１７は、その一部が
レーリーの臨界角で試料１５に入射し、この試料１５表
面で表面波として伝播して同様にレーリーの臨界角で出
射し、エコー１９として再度第２の上部電極１４ａで受
信される。また、第２の上部電極１４ａから発信された
超音波１７の他の一部は、この試料１５表面で反射して
エコー１８として超音波探触子に向かって伝播するが、
このエコー１８が受信される箇所は上部電極１４が設け
られていない箇所であるので、受信信号として検出され
ることはない。

したがって１本実施例の超音波探触子では、従来の超音
波探触子においてＶ（ｚ）曲線により表面波の音速を測
定する際に誤差となっていたレンズ中心部と縁部との中
間部からのエコーの影響を除去することがで危るので、
超音波探触子の焦点位置が試料１５の表面よりわずかに
深い位置付近においても精度の良い音速測定が可能とな
る。これにより、試料１５表面の微小領域の音速測定を
精度良く行うことができる。

第２図に本実施例によるＶ　（ｚ）曲線の測定結果を示
す、焦点位置が試料１５の表面付近でもＶ（Ｚ）曲線に
「山」が現れており、充分に音速測定が可能であること
が理解できる。

なお、上記実施例では圧電材料１３を下部電極の全面に
設けたが上記電極１４ａ、１４ｂの形状に合わせて設け
てもよいことは明らかである。

−第２の実施例− 第３図（ａ）、（ｂ）により本発明の第２の実施膜を説
明する。

第３図（ａ）は、本発明による超音波探触子の第２の実
施例を示す断面図である。なお、以下の説明において、
第１の実施例と同一の構成要素については同一の符号を
付してその説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との相違点は超音波探触子に整
合層が設けられたことにある。すなわち。

図において、上部電極１４は圧電材料１３の表面の略全
体を覆うように設けられていると共に、この上部電極１
４の表面には整合層２０が設けられている。この整合層
２０は、第３図（ｂ）に示すように、上部電極１４表面
の中央部及び縁部にそれぞれ円形状及び環状に設けられ
た第１の整合層２０ａと、それ以外の上部電極１４表面
に設けられた第２の整合層２０ｂとから構成されている
。

第１の整合層２０ａは、その厚さが１／４λ（λは超音
波の波長）とされ、第２の整合層２０ｂは、その厚さが
１／２λとされている。また、これら第１．第２の整合
層２０ａ、２０ｂは、その音響インピーダンス２が共に
。

ｚ＝ｆＩ７了１］］口 ｚｌ：圧電材料１３の音響インピーダンスｚ２：超音波
探触子前方にある水等の媒質の音響インピーダンス とされている。

従って、第１の整合層２０ａに入射された超音波は、そ
の境界面間で反射する反射波の重畳により強めあった状
態でこの整合層２０ａから試料に対し出射される一方、
第２の整合層２０ｂ内に入射された超音波は、同様にそ
の境界面間で反射する反射波の重畳により打ち消しあっ
た状態となり。

この整合層２０ｂからは試料に対し殆ど出射されない、
すなわち、第２の整合層２０ｂが設けられた箇所（第１
の実施例で上部電極１４ａ、１４ｂを設けない領域に相
当）からは超音波は発信されず、受信もされない、した
がって５本実施例によっても、第１の実施例と同様の作
用効果を得ることができる。

Ｇ０発明の効果 以上のように本発明によれば、超音波信号が発信、受信
されるレンズ凹面に、レンズ中心近傍の反射波を送受信
する第１の送受信部と、試料の表面部を伝播してレンズ
に至る超音波を送受信する第２の送受信部とを設けたの
で、レーリーの入射角で入射し表面を伝播せずに反射し
た超音波エコーの影響を除去することができる。従って
、超音波探触子の焦点位置が表面に近い位置でも精度の
良い音速測定が可能となり、試料表面の微小領域の音速
測定を精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波探触子の第１の実施例を示
し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はその底面図である。 第２図は同実施例によるＶ　（ｚ）曲線の実験例を示す
図である。 第３図は本発明による超音波探触子の第２の実施例を示
し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はその底面図である。 第４図は従来の超音波探触子を示す断面図である。 第５図は同従来例によるＶ　（ｚ）曲線を示す図である
。 １１：レンズ　　　　１１ａ：凹面 １２：下部電極　　　　１３：圧電材料１４ａ：第２の
上部電極（第２の送受信部）１４ｂ：第１の上部電極（
第１の送受信部）１５：試料

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　凹面が形成されたレンズと、 前記凹面に設けられレンズ中心近傍において超音波を送
   受信する第１の送受信部と、 前記凹面に設けられ、試料に対して超音波を送信すると
   ともに試料の表面部を伝播してレンズに至る超音波を受
   信する第２の送受信部とを備えたことを特徴とする超音
   波探触子。