JPH0411171Y2 - - Google Patents

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 筐体底面から垂直に立ち上がつた支持棒を有し
   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。