JPH04198857A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JPH04198857A JPH04198857A JP2331648A JP33164890A JPH04198857A JP H04198857 A JPH04198857 A JP H04198857A JP 2331648 A JP2331648 A JP 2331648A JP 33164890 A JP33164890 A JP 33164890A JP H04198857 A JPH04198857 A JP H04198857A
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- ultrasonic transducer
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- Pending
Links
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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、超音波顕微鏡の超音波探触子、特に超音波ト
ランスジューサの改良に関する。
ランスジューサの改良に関する。
超音波顕微鏡は、被検体の材料評価の有力な手段である
。材料評価には、被検体と探触子との間の距離（Ｚ）を
変化させて得た反射波出力（Ｖ）を利用する。これは第
２図に示すように、前記距離Ｚを変数とし、反射波出力
Ｖが極小と極大とが交互に繰返す関数で表わされ、Ｖ
（Ｚ）曲線と呼ばれている。Ｖ （Ｚ）曲線の相隣り合
う極大値間、又は極小値間は、干渉周期ΔＺと呼ばれ、
材料評価の有力なパラメータである。この干渉周期ΔＺ
は、被検体のレーリー波速度や縦波速度によって決まる
ため、Ｖ （Ｚ）曲線上からΔＺを求め、このΔＺから
レーリー速度や縦波速度を求めることができる。
。材料評価には、被検体と探触子との間の距離（Ｚ）を
変化させて得た反射波出力（Ｖ）を利用する。これは第
２図に示すように、前記距離Ｚを変数とし、反射波出力
Ｖが極小と極大とが交互に繰返す関数で表わされ、Ｖ
（Ｚ）曲線と呼ばれている。Ｖ （Ｚ）曲線の相隣り合
う極大値間、又は極小値間は、干渉周期ΔＺと呼ばれ、
材料評価の有力なパラメータである。この干渉周期ΔＺ
は、被検体のレーリー波速度や縦波速度によって決まる
ため、Ｖ （Ｚ）曲線上からΔＺを求め、このΔＺから
レーリー速度や縦波速度を求めることができる。
２月、第２５回東北大通研シンポジウム「超音波エレク
トロニクス−新しい圧電応用−Ｊの論文集、Ｐ、２１〜
２８の「弾性波デバイス用基板の評価」櫛引他）。
トロニクス−新しい圧電応用−Ｊの論文集、Ｐ、２１〜
２８の「弾性波デバイス用基板の評価」櫛引他）。
この従来の超音波トランスジューサの構成例を第３図に
示す。音響レンズ１は、その音響レンズ面ＩＡが円筒状
をなし、背面には、電極２と圧電素子３と電極４とが積
層されている。リード線５は、電圧印加用と電圧取出し
用とに兼用している。
示す。音響レンズ１は、その音響レンズ面ＩＡが円筒状
をなし、背面には、電極２と圧電素子３と電極４とが積
層されている。リード線５は、電圧印加用と電圧取出し
用とに兼用している。
音響レンズ面ＩＡからの放射超音波は媒質（水等）を通
って被検体６の表面又はその内部任意位置の焦点Ｆに集
束する。この焦点Ｆは円筒面の奥行き方向に直線をなし
、これを線状集束超音波ビーム（ラインフォーカス線）
と呼ぶ。
って被検体６の表面又はその内部任意位置の焦点Ｆに集
束する。この焦点Ｆは円筒面の奥行き方向に直線をなし
、これを線状集束超音波ビーム（ラインフォーカス線）
と呼ぶ。
かかるラインフォーカスでは、音響レンズ１として超音
波の減衰が少なく、収差の少ないことが要求されるため
、サファイアを用いることが多い。
波の減衰が少なく、収差の少ないことが要求されるため
、サファイアを用いることが多い。
サファイアは、高価で且つ加工が困難である。更に、レ
ンズ１と被検体６との間で媒質を水としたる必要がある
。
ンズ１と被検体６との間で媒質を水としたる必要がある
。
こうした問題の解決例として、レンズ１の音響レンズ面
ＩＡに直接に超音波トランスジューサを設けることが考
えられる。この構成例を第４図に示す。
ＩＡに直接に超音波トランスジューサを設けることが考
えられる。この構成例を第４図に示す。
第４図は、音響レンズ１のレンズ面ＩＡに超音波トラン
スジューサ１０を全面にわたって設けた例である。ここ
で、トランスジューサ１０は、第３図かかる探触子では
前記従来例での問題点は解決できるが、新たな問題が発
生する。
スジューサ１０を全面にわたって設けた例である。ここ
で、トランスジューサ１０は、第３図かかる探触子では
前記従来例での問題点は解決できるが、新たな問題が発
生する。
第４図において、本来は、レーリー臨界角で入射した実
線１１の超音波が表面を伝播して実線１２のレーリー反
射波として入射し、併せて実線！。
線１１の超音波が表面を伝播して実線１２のレーリー反
射波として入射し、併せて実線！。
やｌ、で入射した超音波が実￥ｊｌＡ１４や１６の直接
の縦波反射波として入射し、両反射波が干渉してその干
渉波信号Ｖ （Ｚ）となる。
の縦波反射波として入射し、両反射波が干渉してその干
渉波信号Ｖ （Ｚ）となる。
然るに、レンズ面の全面にわたってトランスジューサを
形成しているが故に、点ｗ￥１！７，１２．の如き入射
波に対して点線１．．１．。の如き反射波が同時に、干
渉波として加わることになる。点線１！＊、ｉ＋ｏの反
射波は、本来不要な信号であり、Ｖ （Ｚ）曲線そのも
のが不正確なものとなり、音速検出に障害が生ずる。
形成しているが故に、点ｗ￥１！７，１２．の如き入射
波に対して点線１．．１．。の如き反射波が同時に、干
渉波として加わることになる。点線１！＊、ｉ＋ｏの反
射波は、本来不要な信号であり、Ｖ （Ｚ）曲線そのも
のが不正確なものとなり、音速検出に障害が生ずる。
本発明の目的は、点線１．．７！、の如き余分な入射波
も除去でき、点線１．．１．。の如き余分な反射波を除
去可能にする超音波探触子を提供するものである。
も除去でき、点線１．．１．。の如き余分な反射波を除
去可能にする超音波探触子を提供するものである。
本発明は、円筒状の音響レンズ面を持つ音響レンズと、
該音響レンズ面の中心線上に設けた第１の超音波トラン
スジューサと、上記中心線を線対称にして音響レンズ面
の両側にそれぞれ設けた第２の超音波トランスジューサ
と、を備えると共に、上記第１の超音波トランスジュー
サの中心線の両側の端部位置は、縦波臨界角近傍の角度
位置とし、上記第２の超音波トランスジューサの両側の
それぞれの端部位置は、レーリー臨界角近傍の角度位置
とする。
該音響レンズ面の中心線上に設けた第１の超音波トラン
スジューサと、上記中心線を線対称にして音響レンズ面
の両側にそれぞれ設けた第２の超音波トランスジューサ
と、を備えると共に、上記第１の超音波トランスジュー
サの中心線の両側の端部位置は、縦波臨界角近傍の角度
位置とし、上記第２の超音波トランスジューサの両側の
それぞれの端部位置は、レーリー臨界角近傍の角度位置
とする。
本発明によれば、探触子の第１の超音波トランスジュー
サでは縦波のみが受波し、第２の超音波トランスジュー
サではレーリーの反射波である漏洩弾性表面波のみが受
波し、両者の干渉波を得る。
サでは縦波のみが受波し、第２の超音波トランスジュー
サではレーリーの反射波である漏洩弾性表面波のみが受
波し、両者の干渉波を得る。
第１図は本発明の超音波探触子の実施例図である。音響
レンズ１の音響レンズ面ＩＡに３個の超音波トランスジ
ューサ１１．１２．１３を設ける。この３つのトランス
ジューサ１１．１２．１３は、レンズ面の円筒面に沿っ
て形成しである。その焦点Ｆを結ぶ集束点はラインフォ
ーカス線をなす。
レンズ１の音響レンズ面ＩＡに３個の超音波トランスジ
ューサ１１．１２．１３を設ける。この３つのトランス
ジューサ１１．１２．１３は、レンズ面の円筒面に沿っ
て形成しである。その焦点Ｆを結ぶ集束点はラインフォ
ーカス線をなす。
第５図は本実施例の超音波探触子の断面図を示す。音響
レンズ面ＩＡには、そのレンズ面に沿って下部電極１５
が形成されており、この下部電極１５の上側には互いに
異なる位置に圧電素子１７．１９゜２１、上部電極１６
．１８．２０を積層し、トランスジューサ１１．１２．
１３を形成している。
レンズ面ＩＡには、そのレンズ面に沿って下部電極１５
が形成されており、この下部電極１５の上側には互いに
異なる位置に圧電素子１７．１９゜２１、上部電極１６
．１８．２０を積層し、トランスジューサ１１．１２．
１３を形成している。
トランスジューサ１３は、レンズ面の中心ｖＡＣ上に両
側に沿って形成されており、その入射角（反射角）θ、
は、縦波臨界角θ。１をわずかに越える程度の最大入射
角とした。即ち、この入射角となるようにトランスジュ
ーサ１３の端部位置（正確には圧電素子の端部位置）を
決定しである。
側に沿って形成されており、その入射角（反射角）θ、
は、縦波臨界角θ。１をわずかに越える程度の最大入射
角とした。即ち、この入射角となるようにトランスジュ
ーサ１３の端部位置（正確には圧電素子の端部位置）を
決定しである。
トランスジューサ１１と１２とは、中心線を線対称にし
たレンズ面の位置に形成されており、その中心位置の角
度θ２は、レーリーの臨界角 （又はその近傍値）に設
定しである。トランスジューサ１１と１２との両側の端
部は、θ２＋ε、の入射角度となる位置とした。ε１は
レーリー波として入射し、反射してくるに充分な余裕の
角度である。
たレンズ面の位置に形成されており、その中心位置の角
度θ２は、レーリーの臨界角 （又はその近傍値）に設
定しである。トランスジューサ１１と１２との両側の端
部は、θ２＋ε、の入射角度となる位置とした。ε１は
レーリー波として入射し、反射してくるに充分な余裕の
角度である。
第６図はその断面図を示し、トランスジューサ１１から
放射した点線の超音波１１は、表面を伝播し点線１２で
示すレーリー反射波（漏洩弾性表面波）としてトランス
ジューサ１２に入力する。一方、中央のトランスジュー
サ１３では、実線ｌ、で示す垂直方向の超音波の放射に
対して実線で示す垂直反射波が得られ、且つ縦波臨界角
で入射する超音波に対しては表面からの縦波反射波が点
線１４の如く得られる。
放射した点線の超音波１１は、表面を伝播し点線１２で
示すレーリー反射波（漏洩弾性表面波）としてトランス
ジューサ１２に入力する。一方、中央のトランスジュー
サ１３では、実線ｌ、で示す垂直方向の超音波の放射に
対して実線で示す垂直反射波が得られ、且つ縦波臨界角
で入射する超音波に対しては表面からの縦波反射波が点
線１４の如く得られる。
これらの３つの１２．’４＋ ｘ６の反射波は、互い
に干渉して１つの波となり、Ｖ （Ｚ）となる。
に干渉して１つの波となり、Ｖ （Ｚ）となる。
尚、下部電極１５には共通な１つのリード線２３が導出
され、上部量ｉ１６．２０からはリード″４ＩＡ２２が
共通に導出され、上部電極１８からはリード線２４が導
出される。この結果、トランスジューサ１１と１２とは
リード線２２と２３とで共通に駆動でき、トランスジュ
ーサ１３はリード線２４と２３とで駆動できる。
され、上部量ｉ１６．２０からはリード″４ＩＡ２２が
共通に導出され、上部電極１８からはリード線２４が導
出される。この結果、トランスジューサ１１と１２とは
リード線２２と２３とで共通に駆動でき、トランスジュ
ーサ１３はリード線２４と２３とで駆動できる。
このような構成とすることによって、被検体のレーリー
波速度を求めたい場合には、リートｖＡ２２と２３、及
びリード線２４と２３とに電圧パルスをそれぞれ印加す
る。これにより、リード線２２と２３とにはレーリー反
射波による信号が得られ、リード線２４と２３とには垂
直反射波による信号が得られ、両者を電気的に加算すれ
ば干渉波信号となり、Ｖ（Ｚ）曲線の信号が得られる。
波速度を求めたい場合には、リートｖＡ２２と２３、及
びリード線２４と２３とに電圧パルスをそれぞれ印加す
る。これにより、リード線２２と２３とにはレーリー反
射波による信号が得られ、リード線２４と２３とには垂
直反射波による信号が得られ、両者を電気的に加算すれ
ば干渉波信号となり、Ｖ（Ｚ）曲線の信号が得られる。
尚、この場合、リード線２２と２４とを共通化して一体
のリード線によって同様の干渉波信号が得られる。
のリード線によって同様の干渉波信号が得られる。
一方、被検体の縦波（Ｌ Ｓ Ｓ ＣＷ）速度を求めた
い場合は、リード線２４と２３のみに電圧パルスを印加
する。これにより、縦波のＶ （Ｚ）曲線の信号が得
られる。
い場合は、リード線２４と２３のみに電圧パルスを印加
する。これにより、縦波のＶ （Ｚ）曲線の信号が得
られる。
以上の実施例によれば、音響レンズ面上に選択的に超音
波トランスジューサを般けたが故に、不要な反射波は受
信しないことになり、正確なＶ（Ｚ）曲線を得ることが
可能になった。更に、音響レンズ１には、サファイアの
ように加工の難しく且つ高価な材料を使う必要がなくな
った。この結果、プラスチック類（ＰＭＭＡ）等を使用
して容易且つ安価に製作可能となった。更に、縦波の音
速測定では、レーリー波の影響を除外して測定できると
の効果がある。
波トランスジューサを般けたが故に、不要な反射波は受
信しないことになり、正確なＶ（Ｚ）曲線を得ることが
可能になった。更に、音響レンズ１には、サファイアの
ように加工の難しく且つ高価な材料を使う必要がなくな
った。この結果、プラスチック類（ＰＭＭＡ）等を使用
して容易且つ安価に製作可能となった。更に、縦波の音
速測定では、レーリー波の影響を除外して測定できると
の効果がある。
尚、入射角θ１は、縦波臨界角をわずかに越える程度の
最大入射角としたが、測定精度が若干低よい。
最大入射角としたが、測定精度が若干低よい。
本発明によれば、不要な反射波を受信しない構成とした
ことにより、精度の良いＶ （Ｚ）曲線を得ることが可
能になった。また、音響レンズ自体が安価な材料で構成
可能となり、且つその製作も容易となった。
ことにより、精度の良いＶ （Ｚ）曲線を得ることが可
能になった。また、音響レンズ自体が安価な材料で構成
可能となり、且つその製作も容易となった。
第１図は本発明の超音波探触子の実施例図、第２図はＶ
（Ｚ）曲線の一例を示す図、第３図は従来の超音波探
触子を示す図、第４図は本発明の前提となる超音波探触
子を示す図、第５図は本発明の超音波探触子の断面の実
施例図、第６図はその入射２反射を示す図である。 １・・・音響レンズ、１１．１２．１３・・・超音波ト
ランスジューサ、ＩＡ・・・音響レンズ面、１５・・・
下部１ｉ橋、１６、１８．２０・・・上部電極、１７．
１９．２１・・・圧電素子、２２、 ２３． ２４・・
・リード線。 特許出願人 日立建機株式会社 代理人 弁理士 高 崎 芳 紘第１図 第２図 ｙ巨離、Ｘ（μ笥ン 第３図 第４図 ｙ、、、、７．／、、、、／／、、、、、、、／ ・
７ 、・プ・て；、、′’；、、、 、
、、、、、 、、、、、A、、、、・ ６（Ｍ検体） 第５図 第６図
（Ｚ）曲線の一例を示す図、第３図は従来の超音波探
触子を示す図、第４図は本発明の前提となる超音波探触
子を示す図、第５図は本発明の超音波探触子の断面の実
施例図、第６図はその入射２反射を示す図である。 １・・・音響レンズ、１１．１２．１３・・・超音波ト
ランスジューサ、ＩＡ・・・音響レンズ面、１５・・・
下部１ｉ橋、１６、１８．２０・・・上部電極、１７．
１９．２１・・・圧電素子、２２、 ２３． ２４・・
・リード線。 特許出願人 日立建機株式会社 代理人 弁理士 高 崎 芳 紘第１図 第２図 ｙ巨離、Ｘ（μ笥ン 第３図 第４図 ｙ、、、、７．／、、、、／／、、、、、、、／ ・
７ 、・プ・て；、、′’；、、、 、
、、、、、 、、、、、A、、、、・ ６（Ｍ検体） 第５図 第６図
Claims (1)
- （１）円筒状の音響レンズ面を持つ音響レンズと、該音
響レンズ面の中心線上に設けた第１の超音波トランスジ
ューサと、上記中心線を線対称にして音響レンズ面の両
側にそれぞれ設けた第２の超音波トランスジューサと、
を備えると共に、上記第１の超音波トランスジューサの
中心線に対して両側の端部位置は、縦波臨界角近傍の角
度位置とし、上記第２の超音波トランスジューサの両側
のそれぞれの端部位置は、レーリー臨界角近傍の角度位
置とする超音波探触子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2331648A JPH04198857A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 超音波探触子 |
| EP91120416A EP0488300B1 (en) | 1990-11-29 | 1991-11-28 | Acoustic microscope system |
| DE69120905T DE69120905T2 (de) | 1990-11-29 | 1991-11-28 | Akustisches Mikroskopsystem |
| US07/800,117 US5211059A (en) | 1990-11-29 | 1991-11-29 | Acoustic microscope system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2331648A JPH04198857A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04198857A true JPH04198857A (ja) | 1992-07-20 |
Family
ID=18246018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2331648A Pending JPH04198857A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04198857A (ja) |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2331648A patent/JPH04198857A/ja active Pending
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