JPH0346836B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波顕微鏡に用いる音波集束手段
に関する。

〔従来の技術〕

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、或いは試料を機械的に２次元に走
査しながら、この信号の強度をブラウン管の輝度
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面上に集束した超音波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、ここで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、
ここ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。

而して、一般に超音波は物体の表面で一部分は
反射するが、かなりの部分は物体が光学的に透明
かどうかに関係なく、その中に入つて行き、物体
内部に存在する硬さや、密度、粘性の違いや欠陥
などを反映したエコーとなつて返つてくる。この
性質を利用して試料内部の様相を検出できるのが
超音波顕微鏡である。

上記記述から明らかな様に従来例は、結晶と媒
質の音速差を利用した正の球面レンズをその集束
原理としている。従つて、結晶に半球面状の凹面
穴を形成する事が必要となるが、レンズ面からＳ
焦点までの媒質（通常、水）の音響減衰が著しく
大きい為低いＦナンバのレンズを作る為には例え
ば0.2mmといつた微小球穴を作成し、レンズ面か
ら焦点までの距離を減じて音波減衰を避ける必要
がある。しかも、その球面レンズとして作用する
には、少なくとも音波長の1/10波長以下の凸凹が
あつてはならない。これは1GHzの音波の場合
0.1μｍのオーダである。

〔発明の解決しようとする問題点〕

従来例ではこの様なレンズを加工するのに、研
磨法で行なつており、極めて困難な作業であり
0.5mm径のレンズを作るのがやつとである。

本発明は以上の点を鑑みてなされたもので、そ
の目的は微小口径でその表面が鏡面である様な音
響球面レンズを効率よく得ることができる方法を
提供することである。

石英ガラス等のガラス類を作成する場合、或い
は天然の石英、水晶等を利用する場合にその内部
に残留ガス等による気泡が存在又は発生する事は
当業界では公知であり、この気泡の除去方法がそ
れ等の材質の良否を決めている事は広く知られて
いる。ところで例えば、石英中の気泡を注意深く
観察してみると気泡は極めて真球度が良くその界
面は研磨法ではとても不可能な程の鏡面である事
がわかつた。実際、気泡を含む石英板から泡の部
分を削り出して他面に圧電素子を付着させ1GHz
の音波の集束実験を行なつてみたところ極めて良
い集束性を示し、高周音波の集束用球面レンズと
して秀れたものである事を確認した。石英板中に
散在する気泡は大は0.5mmから小は10μｍに至るま
で色々の大きさの球形で存在するから、研磨法で
は不可能な微小口径と鏡面度、真球度を有する球
面レンズを得る事ができる。

上述の如く、レンズ材中に含まれる気泡を利用
して球面レンズを作成する方法については先に出
願（特願54−57096号、特開昭55−149998号公報
を参照）したがさらに以下に述べる球面レンズ作
成法に関するものを提案する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、レンズ材料となる複数の板を重ね、
これを加熱することにより板の境界面に介在して
いた微少なガスにより生じる気泡を板の中に生ぜ
しめ、さらにこの重ね合せた板をうら返して再加
熱することにより多数の球状の気泡をレンズ材料
の板の中に生ぜしめ、このレンズ材料の板を切
断、整形して所望の気泡の面を露出させることに
より音響球面レンズを作成する方法に特徴を有す
る。

〔作用〕

上記した方法によれば、重ね合わされた上下の
板の中に多数の気泡を生ぜしめることができ、完
全な球形の所望の大きさの気泡を容易に選んでこ
れを音響レンズに用いることができる。

〔実施例〕

前提案の中での一実施例として、泡の源となる
ガスを発生させる素材を積極的に利用する方法も
あわせて記述してある。この骨子は第２図に示す
ように両面がよく研磨された２枚の石英板１４，
１５をａのように重ね、これを炉内で石英の融点
温度付近まで加熱すると石英の接触面内に介在し
ているガスが完全球状の形で一点にあつまる。こ
の状態で冷却すると、ｂのように石英板１５の接
触付近には完全球穴をみいだすことができる。こ
れを球面レンズに利用するものである。

しかしながら、上述の作業工程中において発生
した気泡をよく観察してみると、気泡が存在する
範囲は、その概略を第３図に示すように、石英板
の接触、境界面にはその数は最も多く、順次上部
に向つて気泡の数が減少している。その範囲は加
熱時間にもよるがおおよそ１mm〜1.5mmの中にあ
る。

このようにして石英板中に気泡を設けることの
できた石英板１４，１５を再度炉内に導入し加熱
してみた。しかし、このとき石英板の上下の関係
を反対にした。すなわち気泡の含まれている石英
板１５を下部において、加熱を行つた。その結
果、境界面に存在していた気泡が、また移動をは
じめ、石英板１４側へ上昇して行くのがみとめら
れた。

所定の時間加熱後、徐冷して、炉内よりとりだ
して気泡の分布の様子を確認してみると、第４図
に示すごとく、石英板１４，１５の接着面を中心
にして、上下に分布していることがわかつた。こ
のことは、石英板１４，１５を加熱の途中におい
て、上下逆にうら返す作業を行うことにより、石
英板中に作る気泡の数を２倍程度、容易に増大さ
せることができるわけである。

このようにレンズ材中に大量の気泡を封入した
石英板１４，１５を接触面で切断し、分割すると
それぞれの石英板には完全球形の気泡の存在する
石英板が２枚得られる。

この石英板から、所定の大きさの気泡に着目し
第５図ａ〜ｃまでの作業順序にもとづいて接着面
側から研磨し、研磨面が気泡の赤道面に到するま
で加工を行う。さらに外形を整えることにより球
面レンズを得るのである。

〔発明の効果〕

このように、重ね合せた２枚のレンズ材の接触
面に存在する吸着ガスの集合から生ずる気泡を加
熱中にレンズ材をうらがえしすることにより両レ
ンズ材中に分布させ、気泡の量を増倍させること
により、大量の球面レンズを作成することが容易
となり、本発明の効果には、まことに著しいもの
がある。

【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
及び第３図は球面レンズの凹面穴を気泡から得る
従来法の説明図、第４図及び第５図は本発明の一
実施例の説明図である。 ２……圧電薄膜、７……試料、１４，１５……
石英板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定のレンズ材の板を複数枚重ね合せて加熱
   することにより前記板の中に気泡を生ぜしめ、重
   ね合せた板を裏返して再加熱して更に気泡を生ぜ
   しめ、得られた気泡の中から所望の気泡を選んで
   露出させてレンズ面とすることを特徴とする音響
   球面レンズの作成方法。