JPH04320959A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて測定対
象物の内部構造を画像化して観察することのできる超音
波顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、測定対象物に超音波を入射して、
その反射波を電気的な信号に変換して得られた反射信号
から試料内部情報を持った必要部分のみを取出し、その
内部情報から試料内部構造を画像表示する超音波顕微鏡
が知られている。

【０００３】かかる超音波顕微鏡では、反射信号をアン
プ系にて所定増幅率で増幅した後、ゲート回路に入力し
、ゲート回路に与えるゲート信号のタイミングを調整し
て反射信号の必要部分のみを取出す。さらに、その取出
した信号成分を検波回路でピーク検波して、その検波信
号値を画像化していた。

【０００４】試料反射波から得られる一連の反射信号に
は、試料の深さ方向の情報が時系列的に含まれることか
ら、この反射信号に対して順次ゲート信号をかけること
によって、一回の動作で試料の深さ方向に連なる複数の
情報を得ることができる。例えば、特開平２−８０９５
４号には、増幅から検波までの受信回路を複数並列に設
けて、それぞれの受信回路で同一の反射信号に対して順
次ゲート信号をかけて並列処理を行うことのできる超音
波顕微鏡が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
記載された超音波顕微鏡は、各受信回路の増幅器の増幅
率が一律に所定値に固定されており、試料内部の異なる
場所からの反射成分をそれぞれ同じ増幅率で増幅してい
た。

【０００６】ところが、試料からの反射信号は、試料内
部の反射位置によって信号強度が大きく異なるため、一
つの反射成分の信号強度に合わせて全受信回路の増幅率
を調整しても、他の反射成分に対しては増幅率が大き過
ぎたり、または小さ過ぎたりして、その部分の画像が白
く抜けた状態となってしまったり、黒くつぶれてしまう
等の問題がある。

【０００７】また、特公平２−２９９８５号に記載され
ているように、音響レンズ界面よりの反射エコーの強度
が一定の値となるように増幅器の増幅率を調整すること
のできる超音波顕微鏡があるが、この超音波顕微鏡によ
ってもやはり一連の反射信号の信号強度が異なる反射成
分の各々に対して最適な増幅率を設定することはできず
、画像劣化の無い最適な画像を得ることはできない。

【０００８】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、測定対象物の一連の反射信号から深さ方向の
複数の情報を取出す場合に、一回の動作で取出される全
ての反射成分を画像化に最適な信号強度に調整すること
ができ、画像劣化の無い最適な画像を得ることのできる
超音波顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、高周波電気信号を電気−音響変換素子で超
音波に変換し、該超音波を音響レンズによって収束球面
波として測定対象物に入射し、該測定対象物からの反射
波を前記音響レンズで受信して前記電気−音響変換素子
で電気的な反射信号に変換し、この反射信号から前記測
定対象物の複数の反射波成分を取出して前記測定対象物
の内部構造を画像化する超音波顕微鏡において、前記音
響−電気変換素子の出力端子に対して並列に接続され、
該電気−音響変換素子より各々入力する前記反射信号か
ら互いに異なる反射波成分を取出すと共に、これら各反
射波成分に対するゲインが各々個別に設定される複数の
受信回路と、前記各受信回路のゲインを各受信回路で取
出すべき反射波成分の信号強度に応じて制御するゲイン
制御手段とを具備した構成とした。

【００１０】

【作用】本発明によれば、電気−音響変換素子から出力
された同一の反射信号が複数の受信回路にそれぞれ入力
され、そこで測定対象物の深さ方向の情報を持った各反
射成分が一回の動作で取出され、各々個別に設定された
ゲインで調整されて出力される。一方、各受信回路は、
出力される反射成分の信号強度が適当な信号強度となる
ように、各々取出すべき反射成分の信号強度に応じて、
各ゲインがゲイン制御手段によって制御される。このよ
うに、各受信回路は適正な画像を形成し得るゲインに設
定され、画像劣化の無い最適な画像が得られることにな
る。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
に係る超音波顕微鏡について説明する。

【００１２】図１は、本実施例となる超音波顕微鏡の原
理的な機能ブロックを示す図である。同図に示すように
、送信信号発生手段１から所定のタイミングで発生され
た高周波の送信信号がサーキュレータ２を介して電気−
音響変換素子３に供給され超音波に変換される。この超
音波は音響レンズ４の焦点位置付近に配置される測定対
象物Ｓに入射される。音響レンズ４で受波される測定対
象物Ｓからの反射波は電気−音響変換素子３で電気的な
反射信号に変換されて前置増幅器５に入力される。これ
らサーキュレータ２，電気−音響変換素子３，音響レン
ズ４，前置増幅器５から電気−音響変換部が構成される
。

【００１３】複数の受信回路６−１，６−２は、この電
気−音響変換部に対して並列に接続される。各受信回路
６−１，６−２は、入力する反射信号から測定対象物Ｓ
の深さ方向に連な情報をそれぞれ含んだ各反射成分を抽
出すると共に、これら各反射成分を任意の増幅率で出力
する。

【００１４】ゲイン制御手段７は、これら各受信回路６
−１，６−２の増幅率を別々に制御可能に接続されてい
て、各受信回路６−１，６−２の増幅率を、それぞれ抽
出する反射成分の信号強度に応じた値に設定する。

【００１５】受信回路６−１，６−２の出力側には、信
号取出し手段８が設けられていて、各受信回路６−１，
６−２で抽出され増幅された各反射成分を順次選択して
取出して一連の信号列となして画像表示手段９に出力す
る。画像表示手段９は、信号取出し手段８によって取出
された信号列を処理して測定対象物Ｓの音響内部構造を
画像表示する機能を有する。図２は、本実施例のさらに
具体的な構成を示す図である。

【００１６】主制御部２０は、送信トリガ信号、ゲート
トリガ信号、リセットトリガ信号等の各タイミング信号
を出力して、装置全体の動作タイミングを制御するもの
である。

【００１７】送信信号発生回路２１は、主制御部２０か
ら送信トリガ信号を受信すると高周波数の送信信号を発
生させる回路である。主制御部２０の送信トリガ信号発
生機能と送信信号発生回路２１とから送信手段１が構成
されている。

【００１８】電気−音響変換部は、圧電材料等からなる
電気−音響変換素子３に音響レンズ４が結合されていて
、この音響レンズ４と測定対象物Ｓとの間に超音波の伝
達媒体となる音響カプラ２２が介在されている。

【００１９】並列配置された一方の受信回路６−１は、
増幅器２３ａ，ゲート回路２４ａ，可変増幅器２５ａ，
検波回路２６ａ，リセットスイッチ２７ａ，増幅器２８
ａが直列接続されて構成されている。同様に、他方の受
信回路６−２も、増幅器２３ｂ，ゲート回路２４ｂ，可
変増幅器２５ｂ，検波回路２６ｂ，リセットスイッチ２
７ｂ，増幅器２８ｂが直列接続されて構成されている。

【００２０】ゲート信号発生回路３１は、各ゲート回路
２４ａ，２４ｂにそれぞれ所定のタイミングでゲート信
号を与えるための回路である。ゲート信号発生タイミン
グは、主制御部３０からのゲートトリガ信号によって制
御される。

【００２１】ゲイン制御手段７は、可変増幅器２５ａ，
２５ｂの増幅率をそれぞれ任意の増幅率に設定するため
のものである。各々の可変増幅器２５ａ，２５ｂに設定
されるそれぞれの増幅率は、対応するゲート回路２４ａ
，２４ｂで切り出される反射波成分の信号強度に応じて
、画像化に適した適当な値が選択される。

【００２２】リセットスイッチ２７ａ，２７ｂは、検波
回路２６ａ，２６ｂをリセットするための回路であり、
リセットパルス発生回路３２からのリセットパルス信号
を受けて開閉制御される。リセットパルス信号の出力は
、主制御部３０からリセットパルス発生回路３２に与え
られるリセットトリガ信号によって制御される。

【００２３】信号取出し手段８は、切換えパルス発生回
路３３に接続されていて、該切換えパルス発生回路３３
から与えられる切換え信号によって動作する。すなわち
、各受信回路６−１，６−２の最終段に設けられた増幅
器２８ａ，２８ｂの出力端子にピーク検波値として現れ
る情報を順次取込むように動作する。

【００２４】信号取出し手段８の出力側は増幅器３４を
介して画像表示部３５に接続されている。画像表示部３
５は、主制御部３０に動作制御され増幅器３４を介して
取込まれる情報を画像化して測定対象物Ｓの超音波画像
を表示するものである。以上のように構成された本実施
例の動作について図３を参照して説明する。

【００２５】主制御部２０から送信信号発生回路２１に
送信トリガ信号が与えられて、高周波数の送信信号が発
生する。この発生した送信信号はサーキュレータ２を介
して電気−音響変換素子３に与えられ、ここで超音波に
変換される。この超音波は音響レンズ４によって収束球
面波となり音響カプラ２２を伝播して測定対象物Ｓに照
射される。

【００２６】一方、測定対象物Ｓの表面、内部等でそれ
ぞれ反射した反射波は音響レンズ４で受波されて電気−
音響変換素子３で電気的な反射信号に変換される。この
反射信号はサーキュレータ２により前置増幅器５へ入力
される。前置増幅器５で増幅された反射信号は、受信回
路６−１，６−２にそれぞれ入力する。

【００２７】受信回路６−１，６−２では、各々入力し
増幅器２３ａ，２３ｂで増幅された各反射信号がゲート
回路２４ａ，２４ｂに入力される。ゲート回路２４ａ，
２４ｂに入力する反射信号は、例えば、図３（ａ）に示
すような波形となる。測定対象物Ｓの表面で反射した反
射成分が先ず最初に現れ、測定対象物Ｓの内部で反射し
た反射成分はそれよりも時間的に遅れてより小さな信号
強度となって現れる。そこで、図３（ｂ）（ｃ）に示す
タイミングのゲート信号ａ，ｂによって、反射信号にゲ
ートをかけることにより、表面反射波および内部反射波
がゲート回路２４ａ，２４ｂでそれぞれ取出される。例
えば、ゲート信号ａをゲート回路２４ａに与え、ゲート
信号ｂをゲート回路２４ｂに与えることにより、ゲート
回路２４ａでは表面反射波成分が、ゲート回路２４ｂで
は内部反射波成分がそれぞれ取出される。実際には、反
射信号とゲート信号とを不図示のオシロスコープでモニ
タしながら、図３に示すタイミングでゲートがかかるよ
うにゲートタイミングを調整する。

【００２８】この様にして取出された互いに信号強度が
異なる表面反射波成分と内部反射波成分は、それぞれ適
当な増幅率に設定されている可変増幅器２５ａ，２５ｂ
に入力して、図３（ｄ）および同図（ｆ）に示すように
、画像化に適した信号強度に増幅される。可変増幅器２
５ａ，２５ｂで増幅された信号は対応する検波回路２６
ａ，２６ｂにそれぞれ入力してピーク値が検出され、そ
の後、直ちにリセットスイッチ２７ａ，２７ｂがオン動
作して、ピーク検波の終了した検波回路２６ａ，２６ｂ
がリセットされる。検波回路２６ａ，２６ｂで検出され
たピーク検波値は、それぞれ対応する増幅器２８ａ，２
８ｂで増幅される。そして、各増幅器２８ａ，２８ｂの
出力端子が、切換えパルス発生回路３３にて制御される
信号取出し手段８によって順次スイッチングされて、図
３（ｅ），同図（ｇ）にピーク検波値が、図３（ｈ）に
示すような連続した信号値として取出され、増幅器３４
を介して画像表示部３５に入力される。画像表示部３５
ではこの信号値を画像化する。ここで、可変増幅器２５
ａ，２５ｂの増幅率の設定手法について説明する。

【００２９】上記のように、一方の受信回路６−１で表
面反射波成分を取出す場合には、切換えパルス発生回路
３３を制御して、受信回路６−１側を画像表示部３５に
接続する。次に、不図示の走査機構によって音響レンズ
４と走査対象物Ｓとを相対的に移動して、例えばＸ方向
に走査して一走査分の検波信号値をモニタする。そして
、この検波信号値に応じて受信回路６−１の可変増幅器
２５ａの増幅率をゲイン制御手段７で調整し、ゲート回
路２４ａで取出された反射成分の信号強度が画像化に最
適な信号強度となる増幅率を設定する。

【００３０】また、信号取出し手段８を受信回路６−２
側に切換えて、他方の受信回路６−２についても、上記
と同様の操作により内部反射成分に対して最適な増幅率
を設定する。

【００３１】叱る後に測定対象物ＳをＸ，Ｙ走査して、
２次元または３次元の画像データをサンプリングして画
像表示部３５に入力する。画像表示部３５では、以上の
ようにして得られた画像化に最適な画像データから測定
対象物Ｓの内部構造画像を正確に再現する。

【００３２】この様に本実施例によれば、測定対象物Ｓ
からの反射波を電気信号に変換する電気−音響変換部の
出力側に受信回路６−１，６−２を並列に設け、各受信
回路６−１，６−２の増幅率を、各々で抽出する反射成
分の信号強度が画像化に最適になるようにそれぞれ設定
できる構成にしたので、測定対象物Ｓの深さ方向に連な
る情報を並列接続された複数の受信回路で一回の動作で
取出す場合であっても、それぞれ抽出される反射成分の
ピーク検波値を画像化に最適なものとすることができ、
画像劣化の無い最適な画像を得ることのできる。この結
果、誤評価の原因となる画像劣化を防止することができ
、信頼性を向上を図ることができる。

【００３３】なお、上記一実施例では増幅率を調整する
場合について説明したが、増幅した信号の減衰率を調整
するようにしても同様の効果を得ることができる。この
変形例を図４を参照して説明する。例えば、受信回路６
−１，６−２の可変増幅器を増幅率が一定の増幅器４１
ａ，４１ｂに代え、この増幅器４１ａ，４１ｂの出力端
子に減衰率可変のアッテネータ４２ａ，４２ｂを接続し
て、アッテネータ４２ａ，４２ｂの減衰率をゲイン制御
手段７で制御するように構成する。その他の部分の構成
は上記一実施例と同じである。この様な変形例によれば
、各受信回路６−１，６−２のゲインをそれぞれ画像化
に最適なゲインに調整することができる。

【００３４】また、上記一実施例では、受信回路６−１
．６−２を２段に設けた例を示したが、これは測定対象
物の深さ方向の複数の情報を一回の動作で取り出すこと
のできる最低の段数であり、必要に応じて受信回路数を
増やすすことができるのは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、測
定対象物の反射波から得られる一連の反射信号から測定
対象物の深さ方向に連なる複数の情報を一回の動作で取
出すことができ、この様な場合に各受信回路のゲインを
それぞれ画像化に最適な値に設定することができ、画像
劣化の無い最適な画像を得ることのできる超音波顕微鏡
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波顕微鏡の原理を
説明するための機能ブロック図。

【図２】一実施例に係る超音波顕微鏡の詳しい機能ブロ
ック図。

【図３】一実施例に係る超音波顕微鏡の動作説明図。

【図４】一実施例の変形例に係る超音波顕微鏡の要部を
示す図。

【符号の説明】

１…送信信号発生手段、２…サーキュレータ、３…電気
−音響変換素子、４…音響レンズ、６…受信回路、７…
ゲイン制御手段、８…信号取出し手段、９…画像表示手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高周波電気信号を電気−音響変換素子
   で超音波に変換し、該超音波を音響レンズによって収束
   球面波として測定対象物に入射し、該測定対象物からの
   反射波を前記音響レンズで受信して前記電気−音響変換
   素子で電気的な反射信号に変換し、この反射信号から前
   記測定対象物の複数の反射波成分を取出して前記測定対
   象物の内部構造を画像化する超音波顕微鏡において、前
   記音響−電気変換素子の出力端子に対して並列に接続さ
   れ、該電気−音響変換素子より各々入力する前記反射信
   号から互いに異なる反射波成分を取出すと共に、これら
   各反射波成分に対するゲインが各々個別に設定される複
   数の受信回路と、前記各受信回路のゲインを各受信回路
   で取出すべき反射波成分の信号強度に応じて制御するゲ
   イン制御手段と、を具備したことを特徴とする超音波顕
   微鏡。