JPH0437379B2 - - Google Patents
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- JPH0437379B2 JPH0437379B2 JP58144728A JP14472883A JPH0437379B2 JP H0437379 B2 JPH0437379 B2 JP H0437379B2 JP 58144728 A JP58144728 A JP 58144728A JP 14472883 A JP14472883 A JP 14472883A JP H0437379 B2 JPH0437379 B2 JP H0437379B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
技術分野
本発明は、超音波顕微鏡に使用するために集束
超音波ビームを形成する集束超音波トランスジユ
ーサ素子に関するものである。 従来技術 近年、集束した超音波ビームを用いて物体の微
視的あるいは巨視的な構造及び音響特性を観察測
定する機械走査型超音波顕微鏡が開発されてい
る。この超音波顕微鏡は、原理的には円錐状に集
束された超音波ビームを被検査体に照射し、超音
波ビームの焦点の位置を被検査体面内で移動させ
たり、あるいは被検査体面に垂直方向に移動させ
たりして、被検査体内の各点における弾性的性質
の差異等によつて生ずる超音波の反射波あるいは
透過波を超音波トランスジユーサで検出して、電
気信号に変換し、その信号を陰極線管面上に二次
元的に表示して超音波顕微鏡像を得たり、あるい
はＸ−Ｙレコーダー等に記録したりするものであ
る。集束超音波ビームを形成するための変換器と
しては、代表的には、レンズ方式によるもの、凹
面あるいは凸面の球面上に超音波変換器を構成し
た方式によるもの等がある。また超音波トランス
ジユーサの配置により透過型と反射型の超音波顕
微鏡に分類される。 第１図は、反射型の超音波顕微鏡のブロツク図
を示したもので、集束超音波ビームを得るため
に、音響レンズを用いた例であり、高周波パルス
発振器１からの電気信号は方向性結合器２を経
て、前述したように集束用超音波トランスジユー
サ３により集束超音波ビームとなり、液体音場媒
体４を介して被検査体保持板５上に固定され、ほ
ぼ焦点近傍に配置された被検査体６に照射され
る。被検査体保持板５は走査装置７によつてＸ及
びＹ方向に移動される。勿論、被検査体保持板５
を移動させる代りに超音波トランスジユーサ３を
Ｘ及びＹ方向に移動させてもよい。またこの走査
装置７は走査制御回路８によつて制御される。被
検査体６により反射された反射波は再び超音波ト
ランスジユーサ３で集音され、電気信号に変換さ
れ、方向性結合器２を経て表示装置９へ供給さ
れ、超音波顕微鏡像が得られる。このような超音
波像から被検査体の音響的特性を場所の関数とし
て読み取る計測法は超音波顕微鏡による画像計測
と呼ばれている。この画像計測においては、超音
波顕微鏡は、被検査体６を集束超音波ビームの液
体音場媒体（通常は水が使用される）における焦
点面上に配置させて超音波像を撮像するばかりで
なく、焦点面から積極的にずらして使用されるこ
とが多い。これは超音波顕微鏡の特徴であり、従
来の光学顕微鏡及び電子顕微鏡等で観測できない
被検査体内部の変化をコントラストよく観測する
ことができる。 一方、前述の画像計測のための超音波顕微鏡を
改良して、被検査体の音速を測定する音速測定装
置が開発されている。第２図はこの従来の音速測
定装置の構成を示したもので、第１図と同一符号
の部分は同一のものを示している。即ち、第１図
の超音波顕微鏡において、Ｘ及びＹ方向に走査さ
せず、第２図に示したようにＺ軸方向移動装置１
１上に配置された被検査体１０（例えば固体物
質）を、移動装置１２によつて超音波トランスジ
ユーサ３の方向に近ずくように移動させながら超
音波トランスジユーサ３の出力を記録装置１３で
観察するようにしている。この超音波トランスジ
ユーサ３の出力曲線はＶ（Ｚ）曲線あるいは音響
特性化曲線と呼ばれており、その音響特性化曲線
の形状は物質の音響特性に依存することが知られ
ている。従つて、このＶ（Ｚ）曲線を解析するこ
とによつて、固体の音響特性（音速、減衰等）を
定量的に求めることができる。このことから、こ
の第２図の装置による測定は、被検査体の音響特
性の超音波顕微鏡による定量計測と呼ばれてい
る。 このように構成された超音波顕微鏡において、
集束超音波ビームを形成させるための手段とし
て、従来、代表的なものは、第３図に示したよう
な音響レンズ方式（特願昭50−18446号（特公昭
59−44582号公報）参照）、あるいは第４図に示し
たように、凹面あるいは凸面の球面上に超音波ト
ランスジユーサを構成した方式（特願昭51−
99953号（特開昭53−25389号公報）、特願昭51−
127498号（特公昭62−40920号公報）及び特願昭
55−155766号（特開昭57−80556号公報）参照）
等によるものが実用化されている。第３図に示さ
れた音響レンズ方式において、超音波トランスジ
ユーサ１４で発生された平面音波は、音響レンズ
媒体１５を伝搬し、音響レンズ部１６によつて集
束され、液体音場媒体１７を介して被検査体１８
に放射される。このレンズ方式による焦点距離(F)
は近似的に次式で与えられる。 Ｆ＝Ｒ／（１−Ｃ） ここで、Ｒはレンズ球面の曲率半径、またＣ＝
Vl／VLであり、Vlは液体音場媒体の音速、VLは
レンズ材料の縦波の音速である。分解能ｄは近似
的にλ・Ｆ／Ｄに比例する。ここで、λは液体音
場媒体１７中での音波の波長、Ｄはレンズ開口直
径である。音響レンズ媒体１５の材料としては、
音速の大きな材料を選べば、超音波ビームは焦点
距離が短かくなり、焦点において細く絞られ、高
分解能が期待されるが、その音速の値も有限であ
るため、球面収差を生じる。通常、このレンズ材
料としては、超音波の伝搬減衰の非常に小さく、
音速の速い材料であるＺカツト・サフアイア
（VL＝11180m／ｓ）が実用的に用いられている。
このサフアイア及び液体音場媒体として、水（Vl
＝1483m／ｓ（20℃））をとり上げると、Ｃは約
0.133となり、ＦはＲと一致する程にはならず、
Ｆ＝Ｒという理想的な場合に得られる集束超音波
のビーム・ウエストＷより、球面収差による分だ
けこのビーム・ウエストＷが太くなり、分解能が
低下するという欠点がある。高価なサフアイアに
較べ、高周波超音波の伝搬減衰も小さく、しかも
安価なレンズ材料として溶融石英（SiO2）等が
あるが、この溶融石英（SiO2）の音速は、VL＝
5973m／ｓであり、この場合には、ＦはＲより約
33％も大きくなり、より分解能が低下する。 このように、低音速の材料は焦点距離Ｆを長く
し、分解能を低下させるという欠点に加えて、液
体音場媒体中の伝搬距離が長くなるため、超音波
の伝搬減衰により信号が小さくなるという欠点も
付加されるため、高分解能を得るためのレンズ材
料として、溶融石英等のような材料の使用に制限
を与えていた。 一方、第４図に示された方式においては、超音
波トランスジユーサ１４は凹面あるいは凸面の球
面部に配置されているため、超音波トランスジユ
ーサ１４で発生された超音波は自然に１点に理想
的に絞られる。即ち、集束超音波トランスジユー
サ素子１４は同心球殻状に構成され、超音波は液
体音場媒体１７との界面に垂直に入射するため、
その曲率中心に無収差で集束するという特徴を有
する。なお、第４図ａ〜ｄにおいて、１８は被検
査体、１９は基体、２０は音響整合層、２１は超
音波伝搬媒体である。 しかしながら、このような球曲面上に効率よく
動作する超音波トランスジユーサ１４を一様に形
成することは、技術的に必ずしも容易でないとい
う欠点を有している。また第４図ａ，ｂ，ｃの集
束超音波トランスジユーサ素子においては、超音
波トランスジユーサ１４を支える基体１９は薄い
ため、複合共振振動子として動作するので、効率
よく使用できる周波数帯も狭く、パルス応答特性
も悪いという欠点を持ち、また超高周波帯用のト
ランスジユーサとしては、トランスジユーサ及び
球面の形状が非常に小さくなり、薄い基体１９が
必要とされ、強度的にも問題があり、その目的に
は適しないという欠点がある。また、第４図ｄの
例では、十分に集束角度の広い集束超音波ビーム
を得るため、超音波トランスジユーサ１４の面積
が大きくなりすぎ、静電容量が大きくなるため、
効率よく超音波が発生・検出できないという欠点
がある。 目 的 本発明は、上記従来例の欠点を解消するため
に、超音波媒体の一方の端面は凸面の球面の一部
とした凸面球面部を形成し、他端面は凹面にえぐ
られた球面の一部とした凹面球面部を形成し、凸
面球面部と凹面球面部の対称軸を一致させ、かつ
凸面球面部の中心点と凹面球面部の中心点を一致
させず、凸面球面部の表面に超音波の送受波用ト
ランスジユーサを設けることを特徴とし、その目
的は高分解能の集束超音波ビームを形成すること
ができ、ダイナミツクレンジを拡大することがで
き、またＳ／Ｎを向上させることができ、更に超
音波伝搬媒体として、サフアイアのような音速の
速い材料は勿論のこと、安価な溶融石英等が使用
できる集束超音波トランスジユーサ素子を提供す
るものである。以下、図面により本発明の実施例
の構成を詳細に説明する。 構 成 第５図は、本発明の１実施例の集束超音波トラ
ンスジユーサ素子の断面図を示したもので、２２
は一端に凸面の球面部２３を形成し、他端に凹面
の球面レンズ部２４を形成した超音波伝搬媒体、
２５は超音波伝搬媒体２２の一端の凸面の球面部
２３上の一部に形成された超音波トランスジユー
サであり、超音波伝搬媒体２２の凹面の球面レン
ズ部２４と超音波トランスジユーサ２５を形成し
た凸面の球面部２３の対称軸は一致させ、かつ凹
面の球面レンズ部２４の中心点２６と凸面の球面
部２３の中心点２７を一致させず、非同心球殻状
に形成する。 このように構成した本実施例の集束超音波トラ
ンスジユーサ素子では、曲率半径の大きな凸面の
球面部（曲率半径R1）の上の一部に形成された
超音波トランスジユーサ２５で発生した超音波
は、対称軸の一点O1に集束するように超音波伝
搬媒体２２を伝搬し、凹面の球面レンズ部（曲率
半径R2、開口角θ）２４のレンズ効果により、
液体音場媒体２８中の焦点O3に集束される。 このように、本実施例の集束超音波トランスジ
ユーサ素子は、第３図の音響レンズによる集束効
果と、第４図の球面上に構成された超音波トラン
スジユーサによる音波の集束効果の両効果を用い
ることによつて、それぞれの超音波集束方式にお
ける欠点を大幅に改善するものである。また超音
波伝搬媒体としては、サフアイアのような音速の
速いものは勿論のこと、溶融石英（SiO2）のよ
うな音速の比較的遅いものも使用することができ
る。
超音波ビームを形成する集束超音波トランスジユ
ーサ素子に関するものである。 従来技術 近年、集束した超音波ビームを用いて物体の微
視的あるいは巨視的な構造及び音響特性を観察測
定する機械走査型超音波顕微鏡が開発されてい
る。この超音波顕微鏡は、原理的には円錐状に集
束された超音波ビームを被検査体に照射し、超音
波ビームの焦点の位置を被検査体面内で移動させ
たり、あるいは被検査体面に垂直方向に移動させ
たりして、被検査体内の各点における弾性的性質
の差異等によつて生ずる超音波の反射波あるいは
透過波を超音波トランスジユーサで検出して、電
気信号に変換し、その信号を陰極線管面上に二次
元的に表示して超音波顕微鏡像を得たり、あるい
はＸ−Ｙレコーダー等に記録したりするものであ
る。集束超音波ビームを形成するための変換器と
しては、代表的には、レンズ方式によるもの、凹
面あるいは凸面の球面上に超音波変換器を構成し
た方式によるもの等がある。また超音波トランス
ジユーサの配置により透過型と反射型の超音波顕
微鏡に分類される。 第１図は、反射型の超音波顕微鏡のブロツク図
を示したもので、集束超音波ビームを得るため
に、音響レンズを用いた例であり、高周波パルス
発振器１からの電気信号は方向性結合器２を経
て、前述したように集束用超音波トランスジユー
サ３により集束超音波ビームとなり、液体音場媒
体４を介して被検査体保持板５上に固定され、ほ
ぼ焦点近傍に配置された被検査体６に照射され
る。被検査体保持板５は走査装置７によつてＸ及
びＹ方向に移動される。勿論、被検査体保持板５
を移動させる代りに超音波トランスジユーサ３を
Ｘ及びＹ方向に移動させてもよい。またこの走査
装置７は走査制御回路８によつて制御される。被
検査体６により反射された反射波は再び超音波ト
ランスジユーサ３で集音され、電気信号に変換さ
れ、方向性結合器２を経て表示装置９へ供給さ
れ、超音波顕微鏡像が得られる。このような超音
波像から被検査体の音響的特性を場所の関数とし
て読み取る計測法は超音波顕微鏡による画像計測
と呼ばれている。この画像計測においては、超音
波顕微鏡は、被検査体６を集束超音波ビームの液
体音場媒体（通常は水が使用される）における焦
点面上に配置させて超音波像を撮像するばかりで
なく、焦点面から積極的にずらして使用されるこ
とが多い。これは超音波顕微鏡の特徴であり、従
来の光学顕微鏡及び電子顕微鏡等で観測できない
被検査体内部の変化をコントラストよく観測する
ことができる。 一方、前述の画像計測のための超音波顕微鏡を
改良して、被検査体の音速を測定する音速測定装
置が開発されている。第２図はこの従来の音速測
定装置の構成を示したもので、第１図と同一符号
の部分は同一のものを示している。即ち、第１図
の超音波顕微鏡において、Ｘ及びＹ方向に走査さ
せず、第２図に示したようにＺ軸方向移動装置１
１上に配置された被検査体１０（例えば固体物
質）を、移動装置１２によつて超音波トランスジ
ユーサ３の方向に近ずくように移動させながら超
音波トランスジユーサ３の出力を記録装置１３で
観察するようにしている。この超音波トランスジ
ユーサ３の出力曲線はＶ（Ｚ）曲線あるいは音響
特性化曲線と呼ばれており、その音響特性化曲線
の形状は物質の音響特性に依存することが知られ
ている。従つて、このＶ（Ｚ）曲線を解析するこ
とによつて、固体の音響特性（音速、減衰等）を
定量的に求めることができる。このことから、こ
の第２図の装置による測定は、被検査体の音響特
性の超音波顕微鏡による定量計測と呼ばれてい
る。 このように構成された超音波顕微鏡において、
集束超音波ビームを形成させるための手段とし
て、従来、代表的なものは、第３図に示したよう
な音響レンズ方式（特願昭50−18446号（特公昭
59−44582号公報）参照）、あるいは第４図に示し
たように、凹面あるいは凸面の球面上に超音波ト
ランスジユーサを構成した方式（特願昭51−
99953号（特開昭53−25389号公報）、特願昭51−
127498号（特公昭62−40920号公報）及び特願昭
55−155766号（特開昭57−80556号公報）参照）
等によるものが実用化されている。第３図に示さ
れた音響レンズ方式において、超音波トランスジ
ユーサ１４で発生された平面音波は、音響レンズ
媒体１５を伝搬し、音響レンズ部１６によつて集
束され、液体音場媒体１７を介して被検査体１８
に放射される。このレンズ方式による焦点距離(F)
は近似的に次式で与えられる。 Ｆ＝Ｒ／（１−Ｃ） ここで、Ｒはレンズ球面の曲率半径、またＣ＝
Vl／VLであり、Vlは液体音場媒体の音速、VLは
レンズ材料の縦波の音速である。分解能ｄは近似
的にλ・Ｆ／Ｄに比例する。ここで、λは液体音
場媒体１７中での音波の波長、Ｄはレンズ開口直
径である。音響レンズ媒体１５の材料としては、
音速の大きな材料を選べば、超音波ビームは焦点
距離が短かくなり、焦点において細く絞られ、高
分解能が期待されるが、その音速の値も有限であ
るため、球面収差を生じる。通常、このレンズ材
料としては、超音波の伝搬減衰の非常に小さく、
音速の速い材料であるＺカツト・サフアイア
（VL＝11180m／ｓ）が実用的に用いられている。
このサフアイア及び液体音場媒体として、水（Vl
＝1483m／ｓ（20℃））をとり上げると、Ｃは約
0.133となり、ＦはＲと一致する程にはならず、
Ｆ＝Ｒという理想的な場合に得られる集束超音波
のビーム・ウエストＷより、球面収差による分だ
けこのビーム・ウエストＷが太くなり、分解能が
低下するという欠点がある。高価なサフアイアに
較べ、高周波超音波の伝搬減衰も小さく、しかも
安価なレンズ材料として溶融石英（SiO2）等が
あるが、この溶融石英（SiO2）の音速は、VL＝
5973m／ｓであり、この場合には、ＦはＲより約
33％も大きくなり、より分解能が低下する。 このように、低音速の材料は焦点距離Ｆを長く
し、分解能を低下させるという欠点に加えて、液
体音場媒体中の伝搬距離が長くなるため、超音波
の伝搬減衰により信号が小さくなるという欠点も
付加されるため、高分解能を得るためのレンズ材
料として、溶融石英等のような材料の使用に制限
を与えていた。 一方、第４図に示された方式においては、超音
波トランスジユーサ１４は凹面あるいは凸面の球
面部に配置されているため、超音波トランスジユ
ーサ１４で発生された超音波は自然に１点に理想
的に絞られる。即ち、集束超音波トランスジユー
サ素子１４は同心球殻状に構成され、超音波は液
体音場媒体１７との界面に垂直に入射するため、
その曲率中心に無収差で集束するという特徴を有
する。なお、第４図ａ〜ｄにおいて、１８は被検
査体、１９は基体、２０は音響整合層、２１は超
音波伝搬媒体である。 しかしながら、このような球曲面上に効率よく
動作する超音波トランスジユーサ１４を一様に形
成することは、技術的に必ずしも容易でないとい
う欠点を有している。また第４図ａ，ｂ，ｃの集
束超音波トランスジユーサ素子においては、超音
波トランスジユーサ１４を支える基体１９は薄い
ため、複合共振振動子として動作するので、効率
よく使用できる周波数帯も狭く、パルス応答特性
も悪いという欠点を持ち、また超高周波帯用のト
ランスジユーサとしては、トランスジユーサ及び
球面の形状が非常に小さくなり、薄い基体１９が
必要とされ、強度的にも問題があり、その目的に
は適しないという欠点がある。また、第４図ｄの
例では、十分に集束角度の広い集束超音波ビーム
を得るため、超音波トランスジユーサ１４の面積
が大きくなりすぎ、静電容量が大きくなるため、
効率よく超音波が発生・検出できないという欠点
がある。 目 的 本発明は、上記従来例の欠点を解消するため
に、超音波媒体の一方の端面は凸面の球面の一部
とした凸面球面部を形成し、他端面は凹面にえぐ
られた球面の一部とした凹面球面部を形成し、凸
面球面部と凹面球面部の対称軸を一致させ、かつ
凸面球面部の中心点と凹面球面部の中心点を一致
させず、凸面球面部の表面に超音波の送受波用ト
ランスジユーサを設けることを特徴とし、その目
的は高分解能の集束超音波ビームを形成すること
ができ、ダイナミツクレンジを拡大することがで
き、またＳ／Ｎを向上させることができ、更に超
音波伝搬媒体として、サフアイアのような音速の
速い材料は勿論のこと、安価な溶融石英等が使用
できる集束超音波トランスジユーサ素子を提供す
るものである。以下、図面により本発明の実施例
の構成を詳細に説明する。 構 成 第５図は、本発明の１実施例の集束超音波トラ
ンスジユーサ素子の断面図を示したもので、２２
は一端に凸面の球面部２３を形成し、他端に凹面
の球面レンズ部２４を形成した超音波伝搬媒体、
２５は超音波伝搬媒体２２の一端の凸面の球面部
２３上の一部に形成された超音波トランスジユー
サであり、超音波伝搬媒体２２の凹面の球面レン
ズ部２４と超音波トランスジユーサ２５を形成し
た凸面の球面部２３の対称軸は一致させ、かつ凹
面の球面レンズ部２４の中心点２６と凸面の球面
部２３の中心点２７を一致させず、非同心球殻状
に形成する。 このように構成した本実施例の集束超音波トラ
ンスジユーサ素子では、曲率半径の大きな凸面の
球面部（曲率半径R1）の上の一部に形成された
超音波トランスジユーサ２５で発生した超音波
は、対称軸の一点O1に集束するように超音波伝
搬媒体２２を伝搬し、凹面の球面レンズ部（曲率
半径R2、開口角θ）２４のレンズ効果により、
液体音場媒体２８中の焦点O3に集束される。 このように、本実施例の集束超音波トランスジ
ユーサ素子は、第３図の音響レンズによる集束効
果と、第４図の球面上に構成された超音波トラン
スジユーサによる音波の集束効果の両効果を用い
ることによつて、それぞれの超音波集束方式にお
ける欠点を大幅に改善するものである。また超音
波伝搬媒体としては、サフアイアのような音速の
速いものは勿論のこと、溶融石英（SiO2）のよ
うな音速の比較的遅いものも使用することができ
る。
【表】
上記の表は、本発明の１具体例の集束超音波ト
ランスジユーサ素子のパラメータを示したもの
で、超音波伝搬媒体２２として溶融石英（SiO2）
を使用し、また液体音場媒体２８としては、水を
使用し、ほぼ200Hz帯用に設計したものである。 この具体例では、焦点距離Ｆは、Ｆ＝1.24R＝
1.56mmであり、溶融石英を音響レンズ方式として
使用したときの焦点距離Ｆ＝1.33Rより約７％も
焦点が短くなり、そのため、超音波トランスジユ
ーサの直径も3.05mm程度小さくなり、分解能も球
面収差の改善により向上する。 今、この集束超音波トランスジユーサ素子によ
る球面収差の改善による分解能の向上を直観的に
説明するために、幾何光学的手法による描写によ
つて、焦点近傍における集束状況を第６図に示し
たもので、２９′は音波入射側、３０は焦点、３
０′は近軸近似焦点、３１は集束超音波ビームで
あり、第６図ａは音響レンズ方式による場合を示
しており、また第６図ｂは本発明による集束超音
波トランスジユーサ素子の場合を示している。 前述の効果により、本発明では、焦点３０での
集束超音波ビーム３１のビーム・ウエストが細く
なり、分解能が向上されることが分かる。 なお、上記実施例では、点状に集束する超音波
ビームを形成する集束超音波トランスジユーサ素
子について説明したが、同様に直線状に集束する
超音波ビームを形成する集束超音波トランスジユ
ーサ素子（特願昭56−107402号（特公平１−
36584号公報）参照）についても同様の構成を適
用することができる。 効 果 以上説明したように、本発明によれば、超音波
トランスジユーサと球面レンズ部を非同心球殻状
超音波伝搬媒体上に構成しているため、高分解能
の集束超音波ビームを形成することができ、焦点
距離の短縮化による液体音場媒体における超音波
伝搬減衰の低減化が達成でき、ダイナミツクレン
ジが拡大し、Ｓ／Ｎ比が向上するという利点があ
る。更に、超音波伝搬媒体としては、サフアイア
のような音速の速い材料は勿論のこと、安価な溶
融石英（SiO2）等が使用できるという利点があ
る。
ランスジユーサ素子のパラメータを示したもの
で、超音波伝搬媒体２２として溶融石英（SiO2）
を使用し、また液体音場媒体２８としては、水を
使用し、ほぼ200Hz帯用に設計したものである。 この具体例では、焦点距離Ｆは、Ｆ＝1.24R＝
1.56mmであり、溶融石英を音響レンズ方式として
使用したときの焦点距離Ｆ＝1.33Rより約７％も
焦点が短くなり、そのため、超音波トランスジユ
ーサの直径も3.05mm程度小さくなり、分解能も球
面収差の改善により向上する。 今、この集束超音波トランスジユーサ素子によ
る球面収差の改善による分解能の向上を直観的に
説明するために、幾何光学的手法による描写によ
つて、焦点近傍における集束状況を第６図に示し
たもので、２９′は音波入射側、３０は焦点、３
０′は近軸近似焦点、３１は集束超音波ビームで
あり、第６図ａは音響レンズ方式による場合を示
しており、また第６図ｂは本発明による集束超音
波トランスジユーサ素子の場合を示している。 前述の効果により、本発明では、焦点３０での
集束超音波ビーム３１のビーム・ウエストが細く
なり、分解能が向上されることが分かる。 なお、上記実施例では、点状に集束する超音波
ビームを形成する集束超音波トランスジユーサ素
子について説明したが、同様に直線状に集束する
超音波ビームを形成する集束超音波トランスジユ
ーサ素子（特願昭56−107402号（特公平１−
36584号公報）参照）についても同様の構成を適
用することができる。 効 果 以上説明したように、本発明によれば、超音波
トランスジユーサと球面レンズ部を非同心球殻状
超音波伝搬媒体上に構成しているため、高分解能
の集束超音波ビームを形成することができ、焦点
距離の短縮化による液体音場媒体における超音波
伝搬減衰の低減化が達成でき、ダイナミツクレン
ジが拡大し、Ｓ／Ｎ比が向上するという利点があ
る。更に、超音波伝搬媒体としては、サフアイア
のような音速の速い材料は勿論のこと、安価な溶
融石英（SiO2）等が使用できるという利点があ
る。
第１図は従来の反射型超音波顕微鏡の原理を示
した図、第２図は反射型超音波顕微鏡による音響
特性測定の原理を示した図、第３図は従来の音響
レンズ方式による集束超音波ビームの形成を説明
するための図、第４図は凹面または凸面の球面部
に配置した超音波トランスジユーサによる集束超
音波ビームの形成を説明するための図、第５図は
本発明の１実施例の集束超音波トランスジユーサ
素子の断面図、第６図は従来の音響レンズ方式と
本発明の１実施例の集束超音波トランスジユーサ
素子において、焦点付近における超音波の集束状
況を比較説明するための図である。 ２２……超音波伝搬媒体、２３……凸面の球面
部、２４……凹面の球面レンズ部、２５……超音
波トランスジユーサ、２６……凹面の球面レンズ
部の中心点、２７……凸面の球面部の中心点、２
８……液体音場媒体、２９……被検査体、２９′
……音波入射側、３０……焦点、３０′……近軸
近似焦点、３１……集束超音波ビーム。
した図、第２図は反射型超音波顕微鏡による音響
特性測定の原理を示した図、第３図は従来の音響
レンズ方式による集束超音波ビームの形成を説明
するための図、第４図は凹面または凸面の球面部
に配置した超音波トランスジユーサによる集束超
音波ビームの形成を説明するための図、第５図は
本発明の１実施例の集束超音波トランスジユーサ
素子の断面図、第６図は従来の音響レンズ方式と
本発明の１実施例の集束超音波トランスジユーサ
素子において、焦点付近における超音波の集束状
況を比較説明するための図である。 ２２……超音波伝搬媒体、２３……凸面の球面
部、２４……凹面の球面レンズ部、２５……超音
波トランスジユーサ、２６……凹面の球面レンズ
部の中心点、２７……凸面の球面部の中心点、２
８……液体音場媒体、２９……被検査体、２９′
……音波入射側、３０……焦点、３０′……近軸
近似焦点、３１……集束超音波ビーム。
Claims (1)
- １ 点状に集まる超音波ビームを形成させる集束
超音波トランスジユーサ素子において、超音波伝
搬媒体の一方の面の端面は凸面の球面の一部とす
る凸面球面部を形成し、他の端面は、凹面にえぐ
られた球面の一部とする凹面球面部を形成し、前
記凸面球面部と凹面球面部の対称軸を一致させ、
かつ前記凸面球面部の中心点と前記凹面球面部の
中心点を一致させず、凸面球面部の表面に超音波
送受波用トランスジユーサを設けたことを特徴と
する非同心球殻形状の集束超音波トランスジユー
サ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58144728A JPS6036951A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 集束超音波トランスジユ−サ素子 |
| US06/632,206 US4566333A (en) | 1983-08-08 | 1984-07-18 | Focusing ultrasonic transducer element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58144728A JPS6036951A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 集束超音波トランスジユ−サ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036951A JPS6036951A (ja) | 1985-02-26 |
| JPH0437379B2 true JPH0437379B2 (ja) | 1992-06-19 |
Family
ID=15368940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58144728A Granted JPS6036951A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 集束超音波トランスジユ−サ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4566333A (ja) |
| JP (1) | JPS6036951A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0698129B2 (ja) * | 1987-03-23 | 1994-12-07 | 松下電器産業株式会社 | 超音波探触子 |
| US4852575A (en) * | 1988-02-26 | 1989-08-01 | North American Philips Corporation | Ultrasound flow measurement apparatus |
| EP0377986A3 (en) * | 1988-12-21 | 1990-10-31 | Ngk Insulators, Ltd. | Ultrasonic testing method |
| US5469744A (en) * | 1994-06-16 | 1995-11-28 | Iowa State University Research Foundation Inc. | Apparatus for acoustically inspecting a workpiece |
| US5922961A (en) * | 1996-05-10 | 1999-07-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Time and polarization resolved acoustic microscope |
| US5948985A (en) * | 1996-05-31 | 1999-09-07 | Ormet Corporation | Method and apparatus for ultrasonic testing of aluminum billet |
| US5736642A (en) * | 1997-01-08 | 1998-04-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Nonlinear ultrasonic scanning to detect material defects |
| CN106323444B (zh) * | 2016-09-13 | 2018-03-13 | 西北大学 | 倾斜光纤光栅超声波传感器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5724998A (en) * | 1980-07-22 | 1982-02-09 | Alps Nortronics | Ultrasonic wave condensing lens |
| JPS5780556A (en) * | 1980-11-07 | 1982-05-20 | Noritoshi Nakabachi | Concave transducer for focusing ultrasonic wave of ultrasonic microscope |
| JPS57173746A (en) * | 1981-04-21 | 1982-10-26 | Olympus Optical Co Ltd | Ultrasonic microscope |
| JPS589063A (ja) * | 1981-07-08 | 1983-01-19 | Noritoshi Nakabachi | 超音波顕微鏡 |
-
1983
- 1983-08-08 JP JP58144728A patent/JPS6036951A/ja active Granted
-
1984
- 1984-07-18 US US06/632,206 patent/US4566333A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6036951A (ja) | 1985-02-26 |
| US4566333A (en) | 1986-01-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |