JPH0399258A - 超音波顕微鏡 - 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〕 本発明は、超音波によって試料のＢモード画像。

Ｃモード画像等の任意の画像を得ることのできる超音波
顕微鏡に関する。

〔従来の技術〕

従来、超音波ビームを微小スポットに集束し、これによ
り試料を相対的に走査して得られる反射波信号を処理し
て試料の状態を観測する超音波顕微鏡が知られている。

第６図は、従来の超音波顕微鏡の構成例である。

この超音波顕微鏡は、送信部１から発生した送信パルス
波が圧電トランスデユーサ２に印加される。圧電トラン
スデユーサ２ではパルス波が超音波に変換され、これが
音響レンズ３により微小スポットに集束され、その焦点
面近傍に置かれた試料４に入射される。試料４と音響レ
ンズ３との間は超音波の減衰を防止するために水等から
なるカブラ液体５で満たされている。試料４に入射した
超音波パルスは、試料４の表面、内部、裏面等の各所で
反射、透過、吸収、散乱等の影響を受ける。

試料４から反射された超音波は、再び音響レンズ３を通
り、圧電トランスデユーサ２で電気信号に変換され、受
信信号として出力される。この受信信号は、プリアンプ
６で増幅される。この増幅された受信信号には、第７図
（ａ）に示すように、送信もれ、レンズ内反対、試料表
面反射、試料内部反射、試料裏面反射等が含まれている
。そこで、この受信信号が入力するゲート回路７を制御
部８から与えられるゲート信号によって制御し、観察し
たい信号のみを抽出する。例えば、試料内部反射波を抽
出する場合には、第７図（ｂ）に示すようなゲート信号
を用い、第７図（Ｃ）に示すような信号を抽出する。こ
のようにして抽出された信号は、検波部９で検波され、
信号強度が検出される。この検波部９の出力はＡ／Ｄ変
換器１０でデジタル信号に変換され、画像メモリ１１に
書き込まれる。

以上の動作で得られるのは試料４の１点についての情報
である。二次元画像を得るために、制御部８とＸＹ定走
査１２によって試料４を超音波パルスに対してＸＹ定走
査て各点の情報を前記同様に順次画像メモリ１１に記憶
する。このようにして画像メモリ１１に記憶されたＣモ
ード画像データを読出すことによってデイスプレィ１３
に試料の内部画像を表示する。

また、送信波にバースト波を使用して試料表面付近の画
像を得る方法がある。送信波にバースト波を用いた場合
には、試料のＸＹ面の一点に対して、音響レンズを２方
向に移動させると、受信信号の強度が周期的に変化する
。これは、いわゆるＶ　（ｚ）曲線と呼ばれるものであ
り、このＶ（ｚ）曲線は試料の表面波の速度を求めるの
に利用される。

また、第７図（ａ）に示す受信信号において反射波の時
間軸上の遅れは、試料の深さ位置の情報を含んでいる。

そこで、試料の異なる深さで反射された各反射波の時間
軸上での遅れを利用して、第７図（ｄ）に示す多数のゲ
ート信号で次々とサンプリングすることにより、複数枚
のＣモード画像を得て、３次元表示させる例がある。こ
の例で得られる各Ｃモード画像は一枚を除いて焦点がず
れた状態のものである。そのため、各Ｃモード画像に対
して点広がり関数を計算して復元フィルタを作成し、こ
の復元フィルタによって焦点ずれの画像から合焦画像に
復元する例もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら以上のような超音波顕微鏡には次のような
問題がある。

送信波としてパルス波を用いた場合には、同じ周波数の
バースト波に比べて、得られる画像のＸＹ力方向分解能
が悪くなるという問題がある。これは、バースト波が略
単一周波数であるのに対してパルス波は非常に広い周波
数成分を持っているので、パルス波の低周波成分の影響
で音波が十分に集束せずに広がってしまいＸＹ力方向分
解能が劣化するためである。

また、送信波としてバースト波を用いた場合は、送信波
が連続しているため試料表面からの反射波と試料内部か
らの反射波とが重なり合ってしまい、両反射波を区別す
ることができない。よって、試料の深さ方向の分解能が
得られないという問題がある。

送信波としてパルス波を用い試料内部に焦点を合わせて
その焦点位置付近の内部画像を得るような場合は、カブ
ラ液体５と試料４の各々の音響性質の違いから収差が生
じ、超音波が微小スポットに集束しないで拡がってしま
うため、試料表面に焦点を合わせて得られる表面画像に
比べて、試料内部に焦点を合わせて得られる内部画像は
その分解能が劣ったものとなる。

また、試料表面で反射して直接音響レンズに返ってくる
波と一度表面波として伝播してから返ってくる波とが干
渉してＶ　（ｚ）曲線が得られるわけであるが、前記二
つの波が音響レンズに戻るまでの時間には差があり、パ
ルス波のような短い波では二つの波を干渉させることが
できないため、Ｖ　（ｚ）曲線を得ることができない。

よって、Ｖ　（ｚ）曲線を用いた試料の物性測定を行う
ことができないという不都合がある。

さらに、復元フィルタを用いても焦点ずれ画像を十分に
復元することができないという問題がある。試料内部の
反射体における超音波の反射の様子を第８図に示す。超
音波は音響レンズ３を通り、カブラ液体５を伝播してそ
の一部が所定の角度で試料内に入る。そして、試料内部
の反射体２０で入射角に応じた所定の角度で反射し、所
定の経路を通って受信される。このとき、音響レンズ３
の中心部を通る波Ａと端部を通る波Ｂとでは、その音路
長に差があるため、反射体２０からの反射波は第９図（
ａ）（ｂ）に示すように、Δｔの時間差が生じる。実際
の受信波は、短いパルス状の反射波が音響レンズ３の様
々な位置を通り重なり合ったものとなるので第９図（Ｃ
）に示すような波形のものとなる。すなわち、干渉不足
により複雑に歪んだ波形となる。このような干渉不足の
反射波から得られた画像に対して、連続波から計算され
た復元フィルタを用いても焦点ずれ画像を十分に復元す
ることはできない。

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、方
位分解能および深度分解能を向上させることができ、試
料の内部画像を正確に復元することのできる超音波顕微
鏡を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するために、高周波数の連続波
を発生する手段と、この手段で発生した連続波を任意の
時間幅で抽出する第１の抽出手段と、この第１の抽出手
段で抽出した連続波を超音波に変換し、微小スポットに
集束させて試料に入射させ、その試料からの反射波を再
び電気信号に変換して出力する超音波送受手段と、前記
試料への超音波入射方向をＺ軸として、４れと直交する
二輪をＸ、Ｙ軸として、前記超音波を試料に対してＸ−
Ｙ平面内で走査する手段と、前記超音波送受手段から出
力される前記電気信号を所定の時間幅でサンプリングし
て前記試料の所定の深さ位置からの反射波を抽出する第
２の抽出手段と、この第２の抽出手段の出力をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出
力をＣモ−ド画像データとして記憶する画像メモリと、
この画像メモリに記憶された前記Ｃモード画像データを
可視化する手段とを備える構成とした。

また、前記第２の抽出手段の出力信号から前記反射波が
十分に干渉した部分を抽出する手段を備える構成とした
。

さらに、前記試料に入射させる超音波の焦点位置を試料
に対してＺ軸方向に相対的に移動する手段と、この手段
によって前記超音波の焦点位置を前記試料表面および前
記第２の抽出手段で抽出する反射波の試料内の反射位置
に合わせ、その相対距離を検出する手段と、この手段で
検出された画然点位置の相対的距離と前記連続波の周波
数と前記試料の音速および密度とに基づいて前記画像メ
モリに記憶されたＣモード画像に対応した復元フィルタ
を作成する手段と、この手段で作成された前記復元フィ
ルタで前記画像メモリに記憶されたＣモード画像を復元
する手段とを備える構成とした。

〔作用〕

本発明は以上のような手段を講じたことにより、高周波
数の連続波の一部が第１の抽出手段によって任意の時間
幅で切取られて送信波とされるので、連続波を切出す時
間幅を変えることにより深度分解能を自由に設定できる
ものとなる。

また、連続波の一部が送信波とされることから、試料か
らの反射波は十分な干渉距離を取ることができ、反射波
の十分干渉した部分が抽出されるので、単一周波数を用
いた場合と同等の方位分解能を得ることができる。

さらに、連続波の一部を切出して送信波としていること
から、得られる試料の内部画像は単一周波数となり、こ
のような内部画像が単一周波数の点広がり関数から求め
られる復元フィルタを用いて復元されるので、試料内部
の画像が試料の表面画像と同等に正確に復元されるもの
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は第１実施例に係る超音波顕微鏡の構成を示す図
である。この超音波顕微鏡の超音波送受信手段は、高周
波の連続波を発生させる連続波発生部５１と、この連続
波発生部５１から発生された連続波の一部を所定の時間
幅で切り取るゲート回路５２と、任意のゲート幅に設定
したゲート信号をゲート回路５２に対して出力するパル
ス発生部５３と、ゲート回路５２によって切り取られた
連続波を送信波としての超音波に変換するトランスデユ
ーサ５４と、このトランスデユーサ５４から送信される
超音波を微小スポットに集束させる音響レンズ５５とか
ら構成されている。音響レンズ５５からの超音波の集束
位置近傍には、観察すべき試料５７が置かれている。こ
の試料５７と音響レンズ５５との間は水等のカプラ液体
５６で満たされている。Ｘ−Ｙ走査部５８は、試料５７
を超音波の入射方向（Ｚ方向）と直交する２軸Ｘ。

Ｙが作る平面内で２次元的に走査駆動するものであって
、パルス制御部５９によって制御されている。２走査部
６０は、音響レンズ５５を上下方向（Ｚ方向）に移動で
き、音響レンズ５５の超音波の入射方向であるＺ軸の基
準位置からの相対的移動距離を検出する。この基準位置
は任意に設定可能である。試料５７からの反射波は、再
び音響レンズ５５を通り、トランスデユーサ５４で電気
信号に変換されて前置増幅器６１に入力される。前置増
幅器６１の出力側にはゲート回路６２が接続されている
。この前置増幅器６１からの出力は、ゲート回路６２に
よって試料５７の所定の深さからの反射波が抽出され、
包絡線検波部６３で検波される。検波された信号はコン
パレータ６４およびゲート回路６５に入力される。コン
パレータ６４は、反射波を検波した信号が入力したとき
だけオンとなるように基準電圧が設定されている。

コンパレータ６４の基準電圧は基準電圧発生部６６で設
定される。コンパレータ６４からの出力はパルスデイレ
−回路６７に入力され、所定時間遅延され、入力と論理
積されてゲート信号になりゲート回路６２で抽出された
反射波のうち十分干渉した部分のみを抽出できるゲート
信号としてグー１回路６５に出力される。パルスデイレ
−回路６７からのゲート信号によってゲート６５で抽出
された信号は、検波された反射波から十分干渉した部分
が抽出され、Ａ／Ｄ変換部６８でＡ／Ｄ変換され、画像
メモリ６９に記憶される。この画像メモリ６９には、後
述する復元を行うためのコンピュータ７０および復元さ
れた画像を表示するためのデイスプレィ装置７１が接続
されている。

このように構成された第１実施例において、試料５７の
内部画像を得るための動作について、第２図に示すタイ
ミングチャートを参照して説明する。

先ず、試料表面に音響レンズ５５の焦点を合わせて２走
査部６０の基準位置を合わせ、次ぎに試料５７の観察し
たい深さに焦点を合わせる。このとき、２方向の基準位
置から観測したい深さの焦点位置までの相対距離が検出
され、その検出信号がコンピュータ７０に送信される。

次に、パルス制御部５９からＸ走査信号およびＹ走査信
号をＸ−Ｙ走査部５８に出力して、試料５７をＸＹ定走
査る。

連続波発生部５１からは、常に、第２図（ａ）に示す一
定周波数の連続波が出力されていて、パルス発生部５３
にパルス制御部５９からＸ走査信号に同期した送信トリ
ガ信号が入力すると、第２図（ｂ）に示す単発パルス信
号を発生させる。この単発パルス信号のパルス幅は、外
部から設定でき、試料の深度方向の分解能を高くしたい
ときはこのパルス幅を短くし、ＸＹ力方向分解能を良く
したり画像の復元を十分に行いたいときは、干渉距離が
十分とれるようにパルス幅を長くする。ゲート回路５２
では、第２図（ｃ）に示すように、パルス発生部５３で
発生した単発パルスをゲート信号として、連続波の一部
を取出し送信信号としてトランスデユーサ５４に印加さ
れる。トランスデユーサ５４に印加された送信信号は電
気音響変換され、音響レンズ５５を通って試料５７に入
射する。

試料５７で反射した超音波は、再び音響レンズ５５を通
り、トランスデユーサ５４で電気信号に変換され受信信
号として出力される。この受信信号は前置増幅器６１に
入力する。前置増幅器６１で増幅される受信信号は、第
２図（ｄ）に示すように伝送もれ、レンズ内反耐波、試
料表面反射波。

試料内部反射波、試料裏面反射波等が存在している。受
信信号はゲート回路６２で第２図（ｅ）に示すゲート信
号によって、音響レンズ５５の焦点位置となる深さから
の反射波が抽出される。このようにしてゲート回路６２
で抽出された反射波は、その信号強度が包絡線検波部６
３で検波され、第２図（ｇ）に示す検波信号が得られる
。この検波信号はコンパレータ６４に入力される。コン
パレータ６４は、基準電圧発生部６６で設定された基準
電圧と検波信号とを比較して、検波信号に試料内部から
の反射波が存在しているときにのみ出力がオンとなる、
第２図（ｈ）に示す単発パルスを発生する。ゲート回路
６５は、コンパレータ６４で発生した単発パルス（ｈ）
がパルスデイレ−回路６７でパルスの立上りをΔｔだけ
タイムデイレ−された第２図（ｉ）に示すゲート信号に
よってゲートがかけられる。その結果、上記検波信号か
ら試料内部からの反射波が十分に干渉している部分が抽
出される。受信信号に表れる反射波成分のうち、初めの
部分は干渉距離不足のため波形が歪んでいて、画像を復
元するのが難しい。そのため、反射波の後半部分のみを
抽出している。なお、反射波の後半部分のみを抽出する
ためのデイレ−量Δｔは、周波数や焦点ずれによって異
なる。具体的には、周波数３０　Ｍ　Ｈｚ　、焦点ずれ
３〜４　ｍ　ｍ　。

焦点距離１２ｍｍの音響レンズを使用した場合には、１
０〜２０波長程度のデイレ−量となる。そのため、本実
施例ではデイレ−量Δｔを外部から任意に設定可能な構
成となっている。

このようにして抽出された信号は、Ａ／Ｄ変換部６８に
入力され、デジタル信号に変換された後、画像メモリ６
９に読み込まれる。

以上の動作から試料５７のＺ方向の任意の位置における
ＸＹ平面上の一点に関する画像情報が記憶される。この
様な動作をＸＹ定走査るごとに繰り返し、順次画像メモ
リ６９に読み込む。その結果、１枚のＣモード画像が得
られる。そして、２走査部６０によって音響レンズ５５
と試料５７との相対位置を移動させて、上記同様にＸＹ
走査することにより複数枚のＣモード画像が画像メモリ
６９に記憶される。このＣモード画像は十分干渉した部
分を取出したものであるから、単一周波数の画像と考え
ることができる。次に、このようなＣモード画像を一定
周波数の点広がり関数がら求められる復元フィルタによ
って復元する。

コンピュータ７０では、Ｚ走査部６ｏから送られてくる
前記焦点位置の相対距離情報と、予め入力されている連
続波の周波数と試料５７の音速および密度等のデータに
基づいて作成された復元フィルタによって、各Ｃモード
画像が復元される。

次に、コンピュータ７０による画像の復元操作について
具体的に説明する。

まず、音響レンズ５５の後焦点面ＦＢの音場を求める。

これは音響レンズ５５の水中側（試料側）焦点面ＦＦの
音場のスペクトルを求めることになる。なお後焦点面Ｆ
Ｂの音場ｕｆ（χ、ｙ）と、水中側焦点面ＦＦでのスペ
クトルＵｆ（ｋｘ。

ｋｙ）の変数の間には、 ｋｘ　−（ｋｏｗ／　ｆ　）　ｘ　　　　　　　　＝　
（１）ｋｙ　＝　（ｋｏｗ／　ｆ　）　ｙ　　　　　　
　　−（２）ｋＯｗ　−２ｙｒ　！１　／　Ｃｖ　　　
　　　　　　＝　（３）なる関係がある。ここでνは音
波の周波数、　　Ｃｗは水中での音速、ｆは水中での音
響レンズの焦点距離である。

試料表面の音場を求めるには、先に求めた水中側焦点面
ＦＦのスペクトルＵｆ　　（ｋｘ、ｋｙ）を、水中で超
音波の投射方向にΔＺだけ逆もどりした平面のスペクト
ルを計算してやれば良い。それをＵｓとすると Ｕｓ　−Ｕｒ　ｅ　　’　ｋ２’Δｚ　　　　　　・　
（４）（但しｋｚｗｍ　　（ｋＯｗ２−ｋｘ２−ｋｙ”
））なる式の計算を、各ｋｘ、ｋｙについて行なうこと
によって求まる。

固体中では縦波と横波が存在するのが一般的であるが、
以下説明を簡単化するために縦波についてのみ考える。

Ｕｓは試料５７内の反射体が存在する面まで進んでＵＯ
となるが、これは（３）式と同じ考え方から ＵＯ−Ｕｓ　ｅ−１ｋｚＬｚ　　　　　　−（５）（但
しｋＺＬ＝　　（ｋＯＬ２−ｋｘ２−ｋｙ２））（ｋＯ
Ｌは試料中の縦波の伝搬定数） と表される。試料の音速がかわっているという前提から ｋＯＬ−２πν／ＣＬ　。

Ｚ　−（ｎ−１）　ＣＬ　／　ｆ　ｇ　　　　　　−（
６）但し ＣＬ＝試料中の縦波の音速 ν　：音波の周波数 ｆｇ：タイムゲート信号のクロック周波数ｎ　：タイム
ゲート信号の番号 によって求まる。このＵｏ　　（ｋｘ、ｋｙ）を逆フー
リエ変換したＵＯ（χ、ｙ）が、試料５７の表面下２の
距離にある面に、音響レンズが形成する音場すなわち点
広がり関数である。

走査型の結像システムに於ける伝達関数ｈ（χ。

ｙ）は、対物レンズの点広がり関数の２乗になることが
知られている。そこで ｈ（χ、ｙ）＝（ｕＯ（χ、ｙ））２・・・（７）が音
響レンズによる結像系の伝達関数になるわけである。

ここまでは試料５７と水（カブラ液体）５６の界面に於
ける透過率１反射体での反射率が１として説明してきた
が、これ等はすべて周波数特性を持っている。その内容
は、既に詳細に解析されてイル。参考文献トシテハ、ｒ
ＷＡＶＥｓ　ＩＮ　ＬＡＹＥＲＥＤＭＥＤＩＡ　Ｊ　（
Ｓｅｃｏｎｄ　Ｅｄｌｔｌｏｎ　ｂｙ　Ｌ、Ｍ　ＢＲＥ
ＫＨＯＶＳＫＩＫＨ。

Ａｃａｄｅａ＋１ｃｐｒｅｓｓ、　１９８０）がある。

縦波についての場合のみ、その結果を記すと、水から試
料５７の内部への透過率ＴＬ（ｋＸ。

ｋｙ）は ｋｒ　−５７２＋　１フ２ θ−５ｉｎ−’（ｋ　ｒ　　／　ｋ　ＯＷ）θ１−５ｉ
ｎ−’　（ｋ　ｒ　　／　ｋ　０Ｌ）７−５ｉｎ−’（
ｋ　ｒ　　／　ｋ　ｏｓ）ｋｏｓ＝２　　π　ν／Ｃｓ （但しＣ８：試料中の横波の音速） Ｚ　−ｐ　Ｃｖ　／ｅｏｓθ Ｚｌ　−ｐ　Ｌ　ＣＬ　／ｃｏｓθｌ Ｚｔ″ρＩｃｓ／ｃｏｓγ （但しρ、ρｌ　：各々水と試料の密度）とすると、 ＴＬ −（２ρ／ρ１）Ｚｆｌｃｏｓ２γ・ （Ｚｌ）　ｃｏｓ２２γ＋Ｚｔ　５ｉｎ２２７＋Ｚ）　
−’・・・（８） 試料から水への透過率（即ち試料中の縦波がその表面か
ら水中へ放射される比率）ＴＬ’　　（ｋｘ。

ｋｙ）は、φを φ−（Ｚ＋Ｚｔ　５１ｎ２２７−Ｚｆｌ　ｃｏｓ’　２
７）／　（Ｚ＋Ｚｔ　５ｉｎ２２７＋ＺｆＩｃｏｓ２２
７）と定義すると、 ＴＬ　’　−（Ｃｖ　ｃｏｓｏｌ／　ＣＬ　ｃｏｓθｃ
ｏｓ２γ）（１−φ）　　　　　　　　　・・・（９）
によって計算される。

反射体による反射率Ｒ（ｋｘ、ｋｙ）は、反射体の密度
及び音速を用いて計算で求めることができる。また、密
度及び音速がわからな（てもＶ　（Ｚ）曲線の逆フーリ
エ変換から反射関数を求める手法を物質内部にまで拡張
した方法によって求めることができる。

以上述べた３種類の周波数特性Ｔ、Ｔ’　、Ｒは反射体
におけるスペクトルＵｚにかかることになる。走査型結
像システムの２乗特性を考慮してＨ十喝ＵｏＴ　　　　
　　　　　　　・・・（１０）Ｈ−−ＵＯＲＴ’　　　
　　　　　　・・・（１１）Ｈ−Ｈ＋■Ｈ−・・・　（
１２） （■：コンポリューション） なるＨすなわち復元フィルタを作成する。

画像メモリ６９に記憶されている画像データを、この復
元フィルタを用いて復元する。

以上の説明は、物質内部に、縦波だけが存在している場
合に限定しての説明であったが、実際には横波も存在す
る。そして反射体は縦波から変換された縦波と横波、ま
た横波から変換された縦波と横波の４種類の波動が考え
られる。これらに関して、それぞれ前述と同様の考え方
を適用すれば、各々のＨが求められる。それぞれの逆変
換をｈｌ。

ｈ２．ｈ３．ｈ４とすると、劣化画像ｉは一般に、ｉＩ
ｌ−ｇ■（ｈｌ　＋ｈ２　＋ｈ３　＋ｈ４　）・・・（
１３） と考えて良い。したがって必要に応じて、つまり横波の
影響が無視できるかできないかを考慮して、ｈｌ−ｈ４
を組み合わせて用いれば良いであろう。

また、試料によっては、その内部構造が剥離やクラック
を有していることがわかっている場合もあるが、この様
な場合にはＲは約１であると考えてさしつかえない。さ
らに音響レンズの開口角が十分少さい場合には、Ｔ、Ｔ
’がほぼ一様の振幅と位相になる場合もあり、試料の内
部に発生する横波が比較的小さくて無視できる場合もあ
る。これらのことから計算が簡略化されることも多い。

以上の復元操作を各Ｃモード画像に対しコンピュータ７
０により行ない、復元画像をデイスプレィ７１に表示す
る。

また、試料の表面音速を求めるときは、ゲート回路５２
で抽出される波が数百波となるように設定する。そして
、試料表面に焦点を合わせて２走査部６０の基準位置を
設定し、ＸＹ走査は行わずに２走査部６０で音響レンズ
５５を上下方向に動かし、この時の各２位置における反
射波強度を前記同様にして測定する。このような操作に
よってＶ　（ｚ）曲線が得られる。このＶ　（ｚ）曲線
はコンピュータ７０で解析され、試料の表面音速が算出
される。また、その他の試料の物性に関する測定が行わ
れる。

以上のように、第１実施例では、連続波発生部５１から
出力される単一周波数の連続波を、ゲート回路５２で切
出すことにより深度方向の分解能を得、この切出された
送信波に対する試料５７からの反射波にゲート回路６５
で再びゲートをかけることにより試料内部からの反射波
の十分に干渉している部分のみを抽出し、Ａ／Ｄ変換し
て画像メモリ６９に記憶している。そして、画像メモリ
６９をコンピュータ７０に接続して、このコンピュータ
７０で一定周波数の点広がり関数を求め、この点広がり
関数による復元フィルタで試料５７の内部画像を復元し
ている。

したがって、ゲート回路５２のゲート幅を任意に設定可
能なので、ゲート幅を狭くすることにより深度分解能を
高くでき、ゲート幅を広くすることにより方位分解能を
上げることができると共に反射波の干渉距離を十分にと
ることができる。また、反射波の干渉距離を十分にとる
ことができることがらＶ　（ｚ）曲線を得ることができ
、試料の物性測定を行うことができる。さらに、一定周
波数の連続波を用いて得たＣモード画像を、その周波数
の点広がり関数から求めた復元フィルタによって復元し
ているので、試料表面の表面画像と同等の方位分解能を
得ることができ、正確な復元像を得ることができる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

第３図は第２実施例の部分的構成を示す図であり、第１
図に示す超音波顕微鏡の検波部を変形して複素画像を得
る構成が示されている。ゲート回路６２で抽出された反
射波は、包絡線検波部８１およびゲート回路８２に入力
される。包絡線検波部８１で包絡線検波された検波信号
は、コンパレータ８３に入力され、基準電圧発生部８４
から入力された基準電圧と比較され、第２図（ｈ）に示
す単発パルスが出力される。この単発パルスはパルスデ
イレ−回路８５で第１実施例と同様にタイムデイレ−さ
れ、単発パルスと論理積がとられ第２図（ｉ）に示すパ
ルス信号となる。ゲート回路８２は、このパルス信号に
よってゲートをかけられ、ゲート回路６２で抽出された
反射波からその反射波が十分干渉した部分のみを抽出す
る。このようにして抽出された信号は、直交検波部８６
でｓｉｎ、ｃｏｓ検波され、この直交検波部８６に並列
に接続されたピークホールド回路８７ａ。

８７ｂで、ゲート信号に同期してピークホールドされる
。ピークホールド回路８７ａ、８７ｂに各々接続された
Ａ／Ｄ変換器８８ａ、８８ｂは、ピークホールド回路８
７ａ、８７ｂからの出力をそれぞれＡ／Ｄ変換し、デジ
タル信号を複素画像として複素画像メモリ８９に記憶す
る。複素画像メモリ８９に記憶された複素画像データは
、上記第１実施例と同様にして復元され、デイスプレィ
に表示される。

また、第１実施例と同様に、Ｖ　（ｚ）曲線から試料の
物性測定を行う場合は、ゲート回路５２で抽出される波
が数百波となるようにゲート幅を設定し、Ｚ走査部６０
によって音響レンズ５５を上下方向に動かすことによっ
てＶ　（ｚ）曲線の位相をとる。そして、この複素Ｖ　
（ｚ）曲線をコンピュータ７０で解析して、試料の表面
速度９反射率。

密度といった物性を求める。

このような第２実施例によれば、複素画像メモリ８９に
複素画像が直接記憶されるので、第１実施例で用いられ
る復元フィルタのように複素数で計算される復元フィル
タを用いる場合には、データより正確な復元画像を得る
ことができる。

なお、複素画像を得る手段としては、直交検波に限られ
るものではなく、位相検波を行うようにしてもよい。ま
た、上記第２実施例では、ビークホード回路８７ａ、８
７ｂに代えて包絡線検波回路を用いるようにしてもよい
。

次に、本発明の第３実施例について説明する。

第４図は第３実施例の部分的な構成を示す図であり、第
１図に示す超音波顕微鏡のゲート部および検波部を変形
し、１回の走査で三次元画像を得る構成が示されている
。すなわち、第１図および第３図に示すパルスデイレ−
回路６７．８５の出力信号がゲート信号となるゲート回
路６５．８２の出力側に複数のゲート回路９０−１〜９
０−ｎを併置し、各ゲート回路９０−１〜９０−ｎの各
々に検波部９１−１〜９１−ｎが接続されている。各検
波部９１−１〜９１−ｎの出力はアナログスイッチ９２
から取り出され、Ａ／Ｄ変換器９３に入力される。ゲー
ト回路６２．ゲート回路９０−１〜９０−ｎ、アナログ
スイッチ９２はバルス制御部９４によって制御される。

このように構成された本実施例の動作について第５図を
参照して説明する。超音波送受信手段で受信され、前置
増幅器６１で増幅された第５図（ａ）に示す受信信号は
、パルス制御部９４からゲート回路６２に出力された第
５図（ｂ）に示すのゲート信号によって、試料の表面か
ら裏面までの反射波が抽出される。抽出された反射波は
、包絡線検波部６３　（８１）およびゲート６５　（８
２）に入力する。そして、前記第１実施例と同様にして
、包路線検波部６３　（８１）で包絡線検波された反射
波は、コンパレータ６４　（８３）で基準電圧発生部６
６　（８４）から入力された基準電圧と比較される。基
準電圧は反射波が存在するときにのみコンパレータ６４
　（８３）の出力がオンとなるように設定されている。

すなわち、コンパレータ６４　（８３）から出力される
信号は第５図（Ｃ）に示すパルス信号となる。このパル
ス信号はパルスデイレ−回路６７　（８５）でタイムデ
イレ−され、第５図（Ｃ）の入力パルスと論理積がとら
れ、第５図（ｄ）に示すパルス信号がゲート信号として
ゲート回路６５（８２）に出力される。その結果、ゲー
ト回路６５　（８２）では第５図（ｅ）に示すように反
射波の中から十分に干渉した部分のみが抽出される。そ
して、第５図（ｅ）に示す信号が、複数併置されたゲー
ト回路９０−１〜９０−ｎに入力され、パルス制御部９
４から送られてくるゲート信号（ｆ）−１〜（ｆ）−ｎ
によって、併置された複数のゲート回路９０−１〜９０
−ｎが順次オン、オフされ、試料５７内部のそれぞれ異
なった位置の反射波が抽出される。各ゲート回路９０−
１〜９０−ｎで抽出された各信号は、検波部９１−１〜
９１−〇で各々検波され、アナログスイッチ９２を介し
て取り出され、Ａ／Ｄ変換器９３でデジタル信号に変換
されて、三次元画像メモリ９５に読込まれる。

以上の動作によって、試料５７のＸＹ平面上の一点であ
って２方向の異なる複数点の情報が三次元画像メモリ９
５に記憶される。そして、ＸＹ定走査て上記動作を繰返
すことにより一回のＸＹ定走査複数枚のＣモード画像が
三次元画像として三次元画像メモリ９５に記憶される。

このようにして得られるＣモード画像は合焦位置の画像
を除いて焦点はずれの像であり、焦点の合った位置の画
像であっても内部画像であるために劣化している。

そこで、得られた各Ｃモード画像の深さ方向のｎ点の位
置はわかっているので、コンピュータ７０は、三次元画
像メモリ９５に記憶した各Ｃモード画像に対応して各深
さ位置のｎ個の点広がり関数を上記第１実施例と同様に
して求め、この点広がり関数による復元フィルタによっ
て各Ｃモード画像を復元する。

このように本実施例によれば、前記第１実施例と同一の
作用効果を得ることができ、さらに−回のＸＹ定走査三
次元画像を得ることができる。

また、ゲート６５（８２）に第３図に示した直交検波部
８６をｎ個併置した回路構成とし、三次元複素画像に対
して復元を行うようにしても良い。

なお、本発明は内部画像に限定されるものではなく、焦
点ずれした表面画像に対しても適用することができる。

また、上気各実施例では反射波から十分干渉した部分を
抽出するために、コンパレータ（６４゜８３）、基準電
圧発生回路（６６，８４）、パルスデイレ−回路（６７
，８５）、ゲート回路（６５，８２）が設けられている
が、これらがなくても送信波の含む周波数成分はパルス
波に比べて十分狭いので、優れた方位分解能を得ること
ができる。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、連続波の一部を任
意の時間幅で切り出して送信波とするので、優れた方位
分解能および深度分解能を得ることができ、極めて分解
能の高い画像を得ることができる。

また、反射波が十分干渉した部分のみを抽出するので、
単一周波数を用いた場合と同等の方位分解能を得ること
ができる。あるいは、切り出す時間幅を広げることによ
ってＶ　（ｚ）曲線も得ることができ、試料の物性測定
を行うことができる。

さらに、連続波の一部を切り出して送信波としているこ
とから、得られる画像を単一周波数とすることができ、
このような画像を単一周波数°の魚床がり関数から求め
られる復元フィルタを用いて復元するので、正確な復元
像を得ることができる。

さらにまた、連続波の一部を切り出して送信波とし、受
信信号を所定の時間幅と間隔でサンプリングするように
したので、優れた方位分解能および深度分解能を得るこ
とができると共に、−回のＸＹ定走査三次元画像を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成図、第２図は第１実
施例の動作説明図、第３図は第２実施例の部分的な構成
図、第４図は第３実施例の部分的な構成図、第５図は第
３実施例の動作説明図、第６図は従来よりある超音波顕
微鏡の構成図、第７図は従来の超音波顕微鏡の動作説明
図、第８図は試料内での超音波の反射状況を示す図、第
９図は反射経路の異なる反射波および合成された反射波
の波形図である。 ５１・・・連続波発生部、５２．６２．６５・・・ゲー
ト回路、５３・・・パルス発生部、５４・・・トランス
デユーサ、５５・・・音響レンズ、５６・・・カブラ液
体、５７・・・試料、５８・・・Ｘ−Ｙ走査部、５９・
・・パルス制御部、６０・・・２走査部、６４・・・コ
ンパレータ、６６・・・基準電圧発生部、６７・・・パ
ルスデイレ−回路、６　訃Ａ　／　Ｄ変換部、６９・・
・画像メモリ、７０・・・コンピュータ、７１・・・デ
イスプレィ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波数の連続波を発生する手段と、この手段で
   発生した連続波を任意の時間幅で抽出する第１の抽出手
   段と、この第１の抽出手段で抽出した連続波を超音波に
   変換し、微小スポットに集束させて試料に入射させ、そ
   の試料からの反射波を再び電気信号に変換して出力する
   超音波送受手段と、前記試料への超音波入射方向をＺ軸
   として、これと直交する二軸をＸ、Ｙ軸として、前記超
   音波を試料に対してＸ−Ｙ平面内で走査する手段と、前
   記超音波送受手段から出力される前記電気信号を所定の
   時間幅でサンプリングして前記試料の所定の深さ位置か
   らの反射波を抽出する第２の抽出手段と、この第２の抽
   出手段の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と
   、このＡ／Ｄ変換器の出力をＣモード画像データとして
   記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された前
   記Ｃモード画像データを可視化する手段とを具備したこ
   とを特徴とする超音波顕微鏡。
2. （２）前記第２の抽出手段の出力信号から前記反射波が
   十分に干渉した部分を抽出する手段を具備したことを特
   徴とする請求項１記載の超音波顕微鏡。
3. （３）前記試料に入射させる超音波の焦点位置を試料に
   対してＺ軸方向に相対的に移動する手段と、この手段に
   よって前記超音波の焦点位置を前記試料表面および前記
   第２の抽出手段で抽出する反射波の試料内の反射位置に
   合わせ、その相対距離を検出する手段と、この手段で検
   出された両焦点位置の相対的距離と前記連続波の周波数
   と前記試料の音速および密度とに基づいて前記画像メモ
   リに記憶されたＣモード画像に対応した復元フィルタを
   作成する手段と、この手段で作成された前記復元フィル
   タで前記画像メモリに記憶されたＣモード画像を復元す
   る手段とを具備したことを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の超音波顕微鏡。
4. （４）高周波数の連続波を発生する手段と、この手段で
   発生した連続波を任意の時間幅で抽出する手段と、この
   手段で抽出した連続波を超音波に変換し、微小スポット
   に集束させて試料に入射させ、その試料からの反射波を
   再び電気信号に変換して出力する超音波送受手段と、前
   記試料への超音波入射方向をＺ軸として、これと直交す
   る二軸をＸ、Ｙ軸として、前記超音波を試料に対してＸ
   −Ｙ平面内で走査する手段と、前記超音波送受手段から
   出力される前記電気信号を所定の時間幅と間隔でサンプ
   リングして、前記試料の所定の深さ方向の異なる複数箇
   所からの各反射波をそれぞれ抽出する手段と、この抽出
   手段の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   このＡ／Ｄ変換器の出力を三次元画像データとして記憶
   する三次元画像メモリと、この三次元画像メモリに記憶
   された前記三次元画像データを可視化する手段とを具備
   したことを特徴とする超音波顕微鏡。