JPH0412824B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波顕微鏡に係り、特に幅広い周
波数の超音波を用いて観察を行なうのに好敵な超
音波顕微鏡に関するものである。

〔発明の背景〕

超音波顕微鏡に関しては、特開昭50−116058号
公報等に記載されているように種々の構成が開発
されつつある。これら従来の超音波顕微鏡の構成
を第２図によつて説明する。同図において、１は
円柱状の熔融石英等から成り一面を光学研磨し、
他面に半球穴のレンズ面１５を形成して成る音響
レンズである。２は前記音響レンズ１の光学研磨
した面に取付けられる圧電薄膜（ZnO等）で、上
下電極３によつて挾んだ状態で前記音響レンズ１
に取付けられている。前記音響レンズ１、圧電薄
膜２および上下電極３をまとめてセンサ１６とい
う。４は前記上下電極３に対して所要の連続波パ
ルス５を発信するパルス発振器である。該パルス
発振器４によつて発振したパルス５を前記上下電
極３に印加すると圧電薄膜２が励振して超音波６
を発生する。７は前記音響レンズ１のレンズ面１
５側に対向して試料台１４に配置された試料、８
は音響レンズ１と試料７との間を満たす媒質（例
えば水）である。前記圧電薄膜２で発生した超音
波６な音響レンズ１内を平面波となつて伝播す
る。前記超音波６の平面波がレンズ面１５部に達
すると該音響レンズ１の材質と媒質８との伝播音
速の差により屈折作用が生じ、前記超音波６の平
面波は集束されて試料７面上に照射される。この
ようにして試料７に照射された超音波６は、該試
料７内で反射して媒質８に伝わり、レンズ面１５
部で集音整相され平面波となつて圧電薄膜２に達
し、該圧電薄膜２によつてRF信号（高周波電気
信号）９に変換される。１０は前記RF信号９を
受信し、かつ、ダイオード検波してビデオ信号１
１に変換する受信器、２１は前記ビデオ信号１１
について増幅、レベル調整およびＡ／Ｄ変換を行
なつてデジタルイメージメモリ２３に出力するエ
コー処理部である。１３は前述の試料７を支える
試料台１４を走査させる駆動装置で、該駆動装置
１３は前記試料台１４を走査させる際その走査位
置情報をデジタイズして前記デジタルイメージメ
モリ２３へ出力する構成となつている。そして、
前記デジタルイメージメモリ２３では、前記エコ
ー処理部２１からのビデオ信号と前記駆動装置１
３からの走査位置情報とを同期させて画像情報を
形成し記憶する。そして、該デジタルイメージメ
モリ２３内の画像情報をCRT（ブラウン管）１２
に表示させて観察を行なう。なお、２２は前記ビ
デオ信号１１をエコー処理部２１で増幅およびレ
ベル調整する度合を表示するエコー表示部であ
り、表示された状態を目安として観察を行なう。
一方、前述のように圧電薄膜２で発生した超音波
６は音響レンズ１の中を伝播してレンズ面１５に
達すると、一部は試料７に照射され、一部は音響
レンズ１と媒質８との音響インピーダンスの差に
よつて反射する。音響レンズと試料との間に媒質
８を満たさない場合には、音響レンズ１と空気と
の音響インピーダンスの差が極度に大きいので、
超音波はレンズ面１５で全反射する。

前述のような構成の超音波顕微鏡においては、
試料の材質等に応じて種々の異なる周波数域を用
い、かつ、それぞれの周波数域に応じたセンサ１
６を用いて観察を行なう方が効果的な観察が行な
える。各種のセンサ１６を用いて観察を行なう場
合、該センサ１６の対応周波数域における最適な
周波数すなわち超音波の伝播効率の最もよい周波
数を見付け出す必要がある。従来、この各センサ
１６における周波数選定操作は、音響レンズ１の
レンズ面１５に媒質８を満たさない状態で行な
い、周波数を手動で変換しながら前記半球穴１５
で全反射してくる反射エコーの強度をエコー表示
部２２で操作者が判定し、最適周波数を選定して
いた。この操作は、前述のように周波数を変えな
がら、各周波数毎にエコー表示部２２を見て最大
反射エコーを判定しなければならず、非常に煩雑
で、かつ、多大な時間を要していた。また、セン
サ１６を取替える度に行なわなければならず、こ
の点においても問題となつていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、各種の周波数域
でそれぞれ異なるセンサを用いて観察を行なう場
合において、各センサの最適周波数選定を自動的
に行なう機能を有する超音波顕微鏡を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

超音波顕微鏡に用いる超音波の周波数域は、方
位分解能、深度分解能等より50MHz〜1GHzさら
には2GHzまで広い範囲のものが用いられ、対象
試料および該試料の観察位置によつて適宜周波数
域を選定している。周波数域の選定に伴つてセン
サについても最適なものを用いる。このようにし
て周波数域およびセンサを決定するに当つてセン
サ毎に最も適した周波数すなわち伝播効率の最も
よい周波数がある。本発明は、各センサにおける
前記最適周波数の選定を、発振周波数を段階的に
変化させ、この時の球面レンズの半球穴部におけ
る全反射エコーの強度を順次比較判定して該反射
エコーの最大値を求めることによつて行なうこと
を特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によつて説明
する。同図において、前記従来例と同一符号は同
一部材を示すものである。２４は発振器４および
エコー処理部２１に接続されたレンズエコー判定
部であり、発振器４の発振するパルス５の周波数
を段階的に変化させる指令を発振器４に出力する
とともに前述の周波数を段階的に変化させた際の
各段階におけるレンズ面１５の全反射エコーの強
度を順次比較判定して最大値を求め、反射エコー
が最大値になる周波数を発振器４にセツトするも
のである。なお、前記レンズエコー判定部２４で
最適周波数選定を行なう場合、レンズ面１５にお
ける全反射エコーを用いて判定を行なうため、レ
ンズ面１５には媒質８は満たされていない。とこ
ろで、前記レンズエコー判定部２４で前述の判定
を行なう場合に圧電薄膜２で受ける反射エコーに
は、発振信号、レンズ面１５で反射した反射エコ
ー、電気的な反射信号および音響レンズ１内で多
重反射した多重反射エコーが含まれている。これ
らのうち、前記判定に必要なものはレンズ面１５
で反射した反射エコーのみで他は不要なものであ
り、この反射エコーを得るために次のような操作
が行なわれる。すなわち、電気的な反射信号は前
記レンズ面１５からの反射エコーに比べて到達時
間が非常に速いため、ゲートを開く時間をわずか
に遅延させるだけで充分である。従つて、レンズ
エコー判定部２４で前記圧電薄膜２からの出力を
取込む時間帯を、発振器４からパルス５を発振し
てからレンズ面１５で反射してくるまでの経過時
間について各種センサ１６のうち最も長い時間ま
でとし、この時間帯で反射エコーの取り込みを行
ないエコー強度の最大値を判定する。なお、前記
時間帯で反射エコーを取り込むと、場合によつて
は前記多重反射エコーも取り込まれるが、該多重
反射エコーは十分小さな値であるため、エコー強
度の判定に影響を与えることはない。

前述のようにしてセンサ１６を取替える度に前
記レンズエコー判定部２４によつて発振器４へ所
定の間隔で発振周波数の変換指令を出力し、か
つ、各周波数におけるレンズ面１５からの反射エ
コーを取り込み、その値を順次判定して反射エコ
ーが最大値の時の周波数を見出して、その周波数
を発振器４にセツトして、周波数選定動作を完了
する。この時点で試料７を試料台１４上にセツト
し、かつ、該試料７と音響レンズ１との間に媒質
８を満たして観察を実行する。

ところで、前記レンズエコー判定部２４では、
各センサ１６のレンズ面１５からの反射エコーの
最大値を判定しているが、反射エコーはそのセン
サ１６について所要値以上の値である必要があ
り、レンズエコー判定部２４でレンズ面１５から
の反射エコーの強度判定を行なわせてもよい。こ
の反射エコーの強度判定を行なうことによつて、
常に各センサの合否判定を行ないながら試料７の
観察ができる。

このような構成によれば、5MHz〜2GHzという
幅広い周波数域で各種試料の観察を行なう場合、
選定した周波数域に合わせてセンサ１６をセツト
すると、自動的にセンサ１６に最適な周波数が選
定でき、煩雑な周波数選定操作を行なう必要がな
くなる。したがつて、観察作業が迅速かつ効率的
に行なえる。

なお、前記実施例においては、反射型のものに
ついて説明したが、透過型についても同様な効果
が得られるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、幅広い周
波数域で観察試料の材質あるいは観察深さ等によ
つて周波数域を変え、かつ、その周波数域に対応
するセンサを用いて観察を行なう場合に、周波数
の選定を簡単、かつ、正確に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波顕微鏡の一実施例
を示すブロツク図、第２図は従来の超音波顕微鏡
を示すブロツク図である。 １……音響レンズ、２……圧電薄膜、４……発
振器、１０……受信機、１６……センサ、２１…
…エコー処理部、２２……エコー表示部、２３…
…デジタルイメージメモリ、２４……レンズエコ
ー判定部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パルスを発振する発振器と、該発振器からの
   パルスによつて超音波を発生する圧電薄膜を有
   し、試料に対して前記音波を照射する音響レンズ
   と、該音響レンズから照射され試料によつてじよ
   う乱された音波を受信し整相する圧電薄膜を有す
   る音響レンズと、前記試料を支える試料台と、該
   試料台を走査させ、かつ、その走査情報を出力す
   る駆動装置と、前記音響レンズで受信した音波を
   ビデオ信号に変換する受信器と、該受信器からの
   ビデオ信号と前記走査情報とを同期させて画像情
   報を記憶するデジタルイメージメモリと、該デジ
   タルイメージメモリの画像情報を表示し観察する
   表示装置とから成る超音波顕微鏡において、前記
   発振器の発振パルスの周波数を段階的に変化させ
   て順次発振させ、かつ、該各パルスによつて圧電
   薄膜で生起した超音波が音響レンズのレンズ面で
   反射した反射エコーを順次取り込み、取り込んだ
   反射エコーの強度を順次比較してエコーの強度が
   最大値となる周波数を求めるレンズエコー判定部
   を設けたことを特徴とする超音波顕微鏡。