JPH0411171Y2 - - Google Patents
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- JPH0411171Y2 JPH0411171Y2 JP16566885U JP16566885U JPH0411171Y2 JP H0411171 Y2 JPH0411171 Y2 JP H0411171Y2 JP 16566885 U JP16566885 U JP 16566885U JP 16566885 U JP16566885 U JP 16566885U JP H0411171 Y2 JPH0411171 Y2 JP H0411171Y2
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本考案は、超音波顕微鏡、特にその試料の設定
並びに超音波ビームの走査機構に関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an ultrasonic microscope, particularly its sample setting and ultrasonic beam scanning mechanism.
（従来の技術及びその問題点）
超音波顕微鏡の分解能は、一般に伝播媒質中の
超音波の波長が短い程高くなるので、音速の小さ
い媒質を使用することが望ましい。そこで音速の
小さい媒質として液体ガスを用いた超音波顕微鏡
が開発されている。特に液体ヘリウム 4Heは、
1K以下の温度で音速が極めて小さくなるので、
サブミクロン以下の分解能を求めるときに不可欠
の媒質で、すでにスタンフオード大学から液体
He超音波顕微鏡が発表されている。（FOSTER
AND RUGAR： LOW−TEMPERATURE
ACOUSTIC MICROSCOPY.IEEE Trans.
Sonics and Ultrasonics 1985 pp 139〜151参
照）。1K以下の温度は、液体 4He中に 3Heを拡
散させることにより実現されるが、このときの冷
却能力は0.1K程度の温度では103erg／secのオー
ダーであり、外部からの熱的、電気的、機械的擾
乱は極力防がねばならない。(Prior Art and its Problems) Generally, the resolution of an ultrasound microscope increases as the wavelength of ultrasound in a propagation medium becomes shorter, so it is desirable to use a medium with a low sound velocity. Therefore, ultrasonic microscopes using liquid gas as a medium with low sound speed have been developed. In particular, liquid helium 4 He
Since the speed of sound becomes extremely small at temperatures below 1K,
It is an indispensable medium when seeking submicron resolution, and has already been developed by Stanford University as a liquid medium.
A He ultrasonic microscope has been announced. (FOSTER
AND RUGAR: LOW-TEMPERATURE
ACOUSTIC MICROSCOPY. IEEE Trans.
Sonics and Ultrasonics 1985 pp 139-151). Temperatures below 1K are achieved by diffusing 3He into liquid 4He , but the cooling capacity at this time is on the order of 10 3 erg/sec at a temperature of about 0.1K, and the , electrical and mechanical disturbances must be prevented as much as possible.
このような事情から、1K以下の温度を維持す
る冷却装置（クライオスタツト）の大きさは、小
さくても通常約2m位の高さを要することになる。
従つて超音波顕微鏡の場合には、試料を交換する
必要から、試料を2m近い長い棒（以下試料棒と
呼ぶ）の先端に固定し、クライオスタツトの上部
から挿入することになる。通常この2m近い試料
棒を上部フランジのところで支え、クライオスタ
ツト底部に設けられた超音波振動子と試料の観察
面とのギヤツプの微調整を、上部フランジ支点部
においてマイクロメータ等で微動させて行なつて
いた。 Due to these circumstances, the size of a cooling device (cryostat) that maintains a temperature below 1 K usually requires a height of about 2 m, even if it is small.
Therefore, in the case of an ultrasonic microscope, it is necessary to exchange the sample, so the sample is fixed to the tip of a nearly 2 m long rod (hereinafter referred to as the sample rod) and inserted from the top of the cryostat. Normally, this approximately 2 m sample rod is supported at the upper flange, and the gap between the ultrasonic transducer installed at the bottom of the cryostat and the observation surface of the sample is finely adjusted by moving the upper flange fulcrum using a micrometer, etc. I was getting used to it.
しかしながらこのような方式のものには、つぎ
のような問題点があつた。即ち、
支点と動作点とが離れているため、装置の外
部や内部で生じる微弱な機械的振動によつて寄
生振動を生じ易く、また、これを抑圧するため
には試料棒を太くするが、それにも装置上の限
界がある。この寄生振動を抑えるには、超音波
振動子の近くで試料台を媒質用 4Heの容器壁
にダイヤフラム等で固定すればよいが、試料交
換を行なう必要から、この構造を採ることは困
難である。従つてこの場合、太い試料棒の挿入
による冷却系統に対する悪影響と、寄生振動に
よる超音波画像の品質の低下が避けられないこ
とになる。 However, this type of system has the following problems. That is, since the fulcrum and the operating point are far apart, parasitic vibrations are likely to occur due to weak mechanical vibrations occurring outside or inside the device, and in order to suppress this, the sample rod must be made thicker. There are limits to this equipment as well. In order to suppress this parasitic vibration, it is possible to fix the sample stage near the ultrasonic transducer to the wall of the 4 He medium container with a diaphragm, etc., but this structure is difficult due to the need to exchange the sample. be. Therefore, in this case, it is inevitable that the insertion of a thick sample rod will have an adverse effect on the cooling system and that the quality of the ultrasonic image will deteriorate due to parasitic vibrations.
媒質用の液体 4Heは1K以下にあり、超流動
状態であるため、フイルム流による1K以上の
温度部との熱交換を起こし易い。殊に試料台は
この 4He中に直漬されるので、フイルム流を
カツトするなど煩雑な構造が必要となる。 The liquid 4 He for the medium is at a temperature of 1K or less and is in a superfluid state, so it is easy to exchange heat with parts with a temperature of 1K or more due to film flow. In particular, since the sample stage is directly immersed in this 4 He, a complicated structure such as cutting the film flow is required.
試料棒は、2mの長さの中で一方が300K、他
方が1Kという大きな温度勾配をもち、かつク
ライオスタツト内4Kの 4He部の液面は時間と
ともに下降していくので、試料棒の長さが時間
変化することになる。従つてマイクロメータの
再調整の頻度が多くなり、極めて不都合が生じ
る。 The sample rod has a large temperature gradient of 300K on one side and 1K on the other within its 2m length, and the liquid level in the 4K 4He part inside the cryostat decreases over time, so the length of the sample rod is The length will change over time. Therefore, the micrometer must be readjusted more frequently, which is very inconvenient.
いま、もし試料が媒質用 4Heに浸された状態
でクライオスタツト上部のフランジとの直結状態
を断つことができれば、上記〜の問題点をか
なり解消することができる。 Now, if it were possible to break off the direct connection to the flange at the top of the cryostat while the sample was immersed in the 4 He medium, the problems mentioned above could be significantly resolved.
そこで本考案は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、極低温（1K以下）において、試料を迅速
にかつ安定に設定し、クライオスタツトの冷却効
果を向上するとともに正確な超音波ビームの走査
を実現するようにした超音波顕微鏡装置を提供す
るものである。 Therefore, the present invention was developed in view of these points, and it allows for rapid and stable setting of the sample at extremely low temperatures (below 1K), improving the cooling effect of the cryostat, and accurate scanning of the ultrasonic beam. An object of the present invention is to provide an ultrasonic microscope device that achieves this.
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本考案は、第１図
の基本構成図に示したように、位置基準となる筐
体の底部１と、筐体底面１ａから垂直に立ち上が
つた支持棒２を有し集束超音波ビームを放射して
検出する超音波振動子（レンズ付）３を固定支持
する支持台４と、支持棒２に作用し、底面１ａに
対して平行でかつ互いに直交する二軸方向にそれ
ぞれ曲げモーメントを与えるトランスレータ５，
６と、超音波振動子３に対向するように試料７を
保持する試料台８と、試料台８を取り外し可能に
保持するセラミツク等の撓みにくい剛体からなる
保持台９と、保持台９と筐体との間に設けられ電
歪によりその軸方向に伸縮し、保持台９を底面１
ａに対して垂直方向に変位させるピエゾ素子１０
とから構成されており、筐体内に入れられた1K
以下の 4Heに直漬される。なお、１１は上部フ
ランジ１２に連結された試料棒であり、試料交換
時のみ試料台８と結合し、試料の出し入れに使用
される。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention, as shown in the basic configuration diagram of FIG. A support stand 4 has a support rod 2 rising vertically from the bottom and fixedly supports an ultrasonic transducer (with lens) 3 that emits and detects a focused ultrasonic beam, and a support base 4 that acts on the support rod 2 and has a bottom surface 1a. a translator 5 that applies bending moments in two axial directions parallel to and orthogonal to each other;
6, a sample stand 8 that holds the sample 7 so as to face the ultrasonic transducer 3, a holding stand 9 made of a hard-to-flex rigid body such as ceramic that holds the sample stand 8 in a removable manner, and the holding stand 9 and the housing. It is provided between the body and expands and contracts in the axial direction by electrostriction, and the holding table 9 is attached to the bottom surface 1.
Piezo element 10 displaced in the direction perpendicular to a
It consists of 1K stored in the housing.
Directly soaked in 4He below. Note that 11 is a sample rod connected to the upper flange 12, and is connected to the sample stage 8 only when replacing the sample, and is used for loading and unloading the sample.
（作用）
試料７を保持した試料台８は、保持台９にセツ
トされた後は試料棒１１から切り離され、ピエゾ
素子１０の伸縮により超音波振動子３との間の最
適ギヤツプが調整される。そしてトランスレータ
５，６を作動させることにより超音波振動子３を
二軸に沿つて振動させる、即ち超音波ビームをＸ
−Ｙ方向に二次元的に走査させることができる。(Function) After the sample stand 8 holding the sample 7 is set on the holding stand 9, it is separated from the sample rod 11, and the optimum gap between it and the ultrasonic transducer 3 is adjusted by the expansion and contraction of the piezo element 10. . Then, by operating the translators 5 and 6, the ultrasonic transducer 3 is vibrated along two axes, that is, the ultrasonic beam is
- It is possible to scan two-dimensionally in the Y direction.
（実施例）
以下図面を参照して実施例を詳細に説明する。
第２図は、本考案の一実施例を示したもので、第
１図と同一符号のものは同一のものを示してい
る。本実施例では、トランスレータはそれぞれ２
組の磁石１３，１５と２組のコイル１４，１６か
らなつている。ここでは一軸のみを示している。
磁石１３の磁界中でコイル１４に電流を流すと、
支持棒２に、その軸に垂直方向の力が加わり、支
持棒２はモーメントを受けて変位する。一方、こ
の変位により磁石１５の磁界中で支持棒２に連結
されたコイル１６に、コイルの変位速度に応じた
起電力が生じる。従つて、コイル１６からの起電
力が一定となるようにコイル１４の駆動電流を制
御すれば、時間に関する直線走査が行なわれる。(Example) Examples will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same elements. In this example, each translator has two
It consists of a set of magnets 13 and 15 and two sets of coils 14 and 16. Only one axis is shown here.
When a current is passed through the coil 14 in the magnetic field of the magnet 13,
A force is applied to the support rod 2 in a direction perpendicular to its axis, and the support rod 2 receives a moment and is displaced. On the other hand, due to this displacement, an electromotive force is generated in the coil 16 connected to the support rod 2 in the magnetic field of the magnet 15 in accordance with the displacement speed of the coil. Therefore, if the drive current of the coil 14 is controlled so that the electromotive force from the coil 16 is constant, linear scanning with respect to time is performed.
試料７は、試料台８に固定され、試料台８は剛
体の保持台９に係止部材１７により係止されてい
る。この係止部材は、例えばバネ等を用いた摩擦
によるものであつてもよいし、ネジ等による固定
であつてもよい。また、特に係止部材を使用しな
いでそれ自体の重量で所定の位置に係着するよう
にしてもよい。試料棒１１は試料交換時のみ試料
台８と接続し、上部フランジより外部に取り出す
ことになる。あるいは試料台８を細いワイヤで吊
つて出し入れしてもよい。筐体１８は、クライオ
スタツト１９の壁部に入れられた4Kの液体
4He20とは真空空間２１により断熱されている。 The sample 7 is fixed to a sample stand 8, and the sample stand 8 is locked to a rigid holding stand 9 by a locking member 17. This locking member may be one based on friction using a spring or the like, or may be fixed using a screw or the like. Alternatively, the device may be locked in a predetermined position by its own weight without using any particular locking member. The sample rod 11 is connected to the sample stage 8 only when replacing the sample, and is taken out from the upper flange. Alternatively, the sample stage 8 may be suspended by a thin wire and taken in and out. The housing 18 is a 4K liquid contained in the wall of the cryostat 19.
4 It is insulated from He20 by the vacuum space 21.
媒質の 4He22の液面２２ａは、超流動により
筐体１８の内壁をはい上がろうとするが、試料の
低温セル導入部においてヒータ２３により遮断さ
れる。測定中は、試料棒１１は媒質の 4He22内
に浸漬されない高さまで引き上げられている。こ
の状態では、筐体底部１は低温セルの壁の一部を
なしており、クライオスタツト上部とは無関係に
ピエゾ素子１０により、超音波振動子３と試料７
とのギヤツプ調整を行なうことができる。 The liquid surface 22a of the medium 4 He22 tries to crawl up the inner wall of the housing 18 due to superfluidity, but is blocked by the heater 23 at the sample introduction part into the low temperature cell. During the measurement, the sample rod 11 is raised to a height where it is not immersed in the medium 4 He22. In this state, the bottom part 1 of the casing forms part of the wall of the cryogenic cell, and the ultrasonic transducer 3 and the sample 7 are connected by the piezo element 10 independently of the upper part of the cryostat.
Gap adjustment can be made.
第３図は、本考案の他の実施例を示したもの
で、保持台９はダイヤフラム２４により平衡位置
に保持され、バイモルフ２５により上下微動をす
ることができる。勿論、バイモルフ２５は、他の
直線的なピエゾ素子であつても構わないし、電動
型のアクチユエータでもよい。 FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, in which the holding table 9 is held in an equilibrium position by a diaphragm 24 and can be vertically moved slightly by a bimorph 25. Of course, the bimorph 25 may be any other linear piezo element or may be an electric actuator.
（考案の効果）
以上説明したように、本考案によれば、試料は
試料棒とは切り離されて安定した保持部材に保持
されるので、従来のように機械的寄生振動を生じ
ることはなく、また、電歪素子等により試料と超
音波振動子とのギヤツプを容易に微調整すること
ができ、1K以下の極低温における超音波顕微鏡
画像を分解能よく得ることができる。また、試料
の取り替えから超音波顕微鏡を動作させるまでに
要する時間が、従来は２時間もかかつていたが、
これを大幅に短縮することができる利点もある。(Effects of the invention) As explained above, according to the invention, the sample is separated from the sample rod and held by a stable holding member, so mechanical parasitic vibrations do not occur as in the conventional case. Furthermore, the gap between the sample and the ultrasonic transducer can be easily finely adjusted using an electrostrictive element or the like, and ultrasonic microscope images at extremely low temperatures of 1K or less can be obtained with good resolution. Additionally, the time required from changing the sample to operating the ultrasound microscope used to take two hours.
There is also the advantage that this time can be significantly shortened.
第１図は、本考案の基本的構成を示す斜視図、
第２図は、本考案の一実施例の断面図、第３図
は、本考案の他の実施例の断面図である。
１……筐体底部、２……支持棒、３……超音波
振動子、４……支持台、５，６……トランスレー
タ、７……試料、８……試料台、９……保持台、
１０……ピエゾ素子、１１……試料棒。
FIG. 1 is a perspective view showing the basic configuration of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention. 1...Bottom of the housing, 2...Support rod, 3...Ultrasonic transducer, 4...Support stand, 5, 6...Translator, 7...Sample, 8...Sample stand, 9...Holding stand ,
10...Piezo element, 11...Sample rod.
Claims (1)
超音波振動子を固定支持した支持台と、前記支持
棒に作用し前記筐体底面に対し平行でかつ互いに
直交する二軸方向にそれぞれ曲げモーメントを発
生させる手段と、前記超音波振動子に対向するよ
うに試料を保持する試料台と、該試料台を取り外
し可能に保持する剛体からなる保持台と、該保持
台と筐体との間に設けられ、電歪又は電動等によ
り伸縮して前記保持台を前記筐体底面に対して垂
直方向に変位させる素子とを具備してなることを
特徴とする超音波顕微鏡装置。 a support stand having a support rod rising vertically from the bottom surface of the housing and fixedly supporting the ultrasonic transducer; A means for generating a bending moment, a sample stand for holding a sample so as to face the ultrasonic transducer, a holding stand made of a rigid body for removably holding the sample stand, and a housing for the holding stand and the housing. An ultrasonic microscope apparatus characterized by comprising an element provided between the casing and an element that expands and contracts by electrostriction or electric power to displace the holding base in a direction perpendicular to the bottom surface of the casing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16566885U JPH0411171Y2 (en) | 1985-10-30 | 1985-10-30 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16566885U JPH0411171Y2 (en) | 1985-10-30 | 1985-10-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6275463U JPS6275463U (en) | 1987-05-14 |
| JPH0411171Y2 true JPH0411171Y2 (en) | 1992-03-19 |
Family
ID=31095910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16566885U Expired JPH0411171Y2 (en) | 1985-10-30 | 1985-10-30 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0411171Y2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0413392Y2 (en) * | 1989-01-19 | 1992-03-27 |
-
1985
- 1985-10-30 JP JP16566885U patent/JPH0411171Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6275463U (en) | 1987-05-14 |
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