JPH0526855A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、周波数を可変することなく、位相
敏感検波が行え試料の反射波の強度と位相が検出できる
超音波側定装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、周波数の可変可能な発振部２１
と、基準信号の一部を切りとり、バースト波を取り出す
アナログスイッチ２２と、バースト波を電気音響変換
し、微小スポットに超音波を収束して試料２８に照射
し、試料反射（受信信号）を得るトランスデューサ２４
及び音響レンズ２４と、一定時間遅延させた複数の参照
信号を生成する遅延部３２，３３と、受信信号と参照信
号とで位相検波する位相敏感検波部とで構成され、その
検波結果から反射波の強度と位相を演算する超音波測定
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料の微小部分の弾性
的性質を超音波を利用して測定する超音波測定装置の改
善に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、収束された超音波を試料に入射
させて、その試料からの反射波を受波して超音波画像を
作成し、またはＶ（Ｚ）曲線を利用して試料の微小部分
のヤング率等の弾性的性質を測定する装置として超音測
定装置が知られている。

【０００３】このような超音波測定装置は試料からの反
射波の強度をのみを測定している。これに対して、試料
の弾性的性質について、より多くの情報を得るために反
射波の強度と位相を検出する超音波測定装置が考えられ
ている。図５に本出願人が先に出願した特願平３−１８
２６４５号に記載された位相検出可能な超音測定装置の
構成を示し、説明する。

【０００４】この構成において、一定の周波数の連続波
を発生する基準信号発振部１に、前記連続波（以下、基
準信号と称する）の一部を切りとり、バースト波を出力
するためのアナログスイッチ２の入力側端子を接続す
る。前記アナログスイッチ２の出力側端子の一方には、
信号を一方向にのみ流すサーキュレータ３を介して、前
記バースト波を電気音響変換するトランスデューサ４及
び前置増幅器５が接続され、該出力側端子の他方には、
５０Ωの抵抗Ｒ１が接続される。

【０００５】前記トランスデューサ４には、微小なスポ
ットに超音波を収束させる音響レンズ６が取り付けられ
る。この音響レンズ６の焦点付近には、移動可能な試料
台７が設けられ、その上に試料８が載置される。そして
前記音響レンズ６と試料８との間が、超音波を伝播する
ためのカプラ液体９で満たされている。

【０００６】そして前記前置増幅器５には、２つの乗算
部１０、１１がそれぞれ接続される。前記乗算部１０
は、基準信号発振部１と基準信号が参照信号（第１参照
信号）として入力するように直接的に接続され、乗算部
１１は、前記基準信号の位相を９０°変化させた参照信
号（第２参照信号）を生成する９０°移相部１２を介し
て、基準信号発振部１と接続される。これらの乗算部１
０、１１の出力端には、高周波成分を除去するローパス
フィルタ（ＬＰＦ）１３、１４が接続される。これらＬ
ＰＦ１３、１４は、少なくとも基準信号発振部１の出力
する連続波の周波数の２倍の周波数が除去できる特性の
ものが採用されている。

【０００７】これらの乗算部１０、１１及び、ＬＰＦ１
３、１４により、位相敏感検波（ＰＳＤ）が行われる。
そして前記ＬＰＦ１３，１４の出力側には、Ａ／Ｄ変換
部１５、１６が接続されて、ここからの変換出力はデジ
タル化され、コンピュータ１７にそれぞれ入力される。
前記コンピュータ１７には、全体のタイミングを制御す
る制御部１８と試料と音響レンズの距離をＺ軸方向に変
化させるＺ走査部１９が接続されている。このような従
来の超音波測定装置の動作を説明する。

【０００８】前記基準信号発振部１は常時、一定周波数
の連続波を出力し、コンピュ−タ１７及び制御部１８の
制御信号により、アナグロスイッチ２を切替え動作さ
せ、送信バ−スト信号を生成する。

【０００９】この送信バ−スト信号は、サ−キュレ−タ
３を介してトランスデュ−サ４に印加されて超音波に変
換された後、この超音波は音響レンズ６を伝搬して、か
ら試料８に入射する。試料８で反射された反射波（以
下、受信信号と称する）は、音響レンズ６を伝搬しトラ
ンスデューサ４で電気信号に変換された後、この受信信
号は、前記サ−キュレ−タ３を介して、前置増幅器５に
入力され、増幅されて前記乗算部１０、１１にそれぞれ
入力される。前記乗算部１０では基準信号と同位相の参
照信号と前記受信信号との乗算を行ないインフェ−ズ成
分を出力する、また前記乗算部１１は前記基準信号の位
相を移相部１２で９０°変化させた参照信号と受信信号
との乗算を行ないクワドラチャ−フェ−ズ成分を出力す
る。

【００１０】前記基準信号発振部１からの基準信号を、
sin （ωt ）とする。ただし、ωは周波数、ｔは時間と
する。また前記受信信号は、試料の弾性的性質、音響レ
ンズとカプラ液体中を伝搬することによる時間等によっ
て、位相が送信に対して遅れているため、この位相遅れ
をφとすると、Ｂ sin（ωt −φ）と書ける。ただし、
Ｂは受信信号の強度とする。従って、乗算部１０のイン
フェ−ズ出力ｕ₁ と乗算部１１のクワドラチャ−フェ−
ズ出力ｕ₂ は次のようになる。

【００１１】

【数１】

【００１２】ここで、φは定数であり、sin φ、cos φ
も定数であるため、ｕ₁ 、ｕ₂ はＤ．Ｃ成分と２ωの周
波数成分を持っており、２ω成分を除けば受信信号の位
相遅れφに関するsin 、cos 成分（Ｂ／２ sinφ，Ｂ／
２ cosφ）を取り出すことができる。

【００１３】前記乗算部１０からのインフェーズ出力と
乗算部１１からのクワドラチャーフェーズ出力は、それ
ぞれＬＰＦ１３、１４により２ω成分が除去され、 sin
φ、cosφに相当するＤＣ成分のみが残る。

【００１４】そしてＡ／Ｄ変換部１５、１６により前記
インフェ−ズ、クワドラチャ−フェ−ズの各検波出力を
デジタル信号化し、前記受信信号の位相検波出力をデジ
タル信号に変換してコンピュ−タ１７内のメモリに記憶
する。前記コンピュ−タ１７では記憶された受信信号の
sin φ、cos φ成分から位相と反射強度を演算する。前
記Ｚ走査部１９は、コンピュ−タ１７の制御により前記
音響レンズ６と前記試料８の距離を可変させ合焦等の調
節を行なう。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した先願
の超音波測定装置には次のような欠点がある。通常、分
解能は、使用する周波数の逆数に比例し、超音波の吸収
係数は周波数の２乗に比例して増加する。

【００１６】このために、使用目的に応じて周波数を選
択する必要があり、例えば高分解能で測定するときは高
い周波数を選択し、試料の内部を測定するときは低い周
波数を選択する必要がある。また、ラム波やセザワ波の
ように音速に対して周波数分散を示す波の特性を測定す
るときには、周波数が可変であることが有能な手段にな
る。

【００１７】従来の装置では位相敏感検波（ＰＳＤ）の
参照信号（波）として基準となる信号（波）を一定角度
移相部で位相変化させた波を使用しているが、移相部を
構成するフェ−ズシフタは使用できる周波数範囲が限ら
れており、一般の超音波顕微鏡で使用している１００Ｍ
Ｈｚ〜数ＧＨｚの帯域で使用することはできず、何種類
かのフェ−ズシフタを切り替えて使用しなければならな
かった。そこで本発明は、周波数を可変することなく、
位相敏感検波が行え試料の反射波の強度と位相が検出で
きる超音波側定装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【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、高周波バ−スト波を発生させる周波数が可
変可能な発振手段と、前記発振手段により発生されたバ
ースト波を超音波に変換し、微小スポットに収束して試
料に入射させ、試料からの反射波を電気信号に変換した
受信信号を出力する超音波送受信手段と、前記バ−スト
波と同一周波数の基準信号を所望の固定時間遅延させ、
参照信号を生成する少なくとも１つの遅延手段と、前記
超音波送受信手段で得られた受信信号と前記各参照信号
との乗算を行う乗算部及び、前記乗算部から出力された
検波出力の所定周波数を除去する周波数選択部からなる
複数の位相検波手段と、前記位相検波手段により検波さ
れた検波出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段
と、前記Ａ／Ｄ変換手段により変換されたデジタル出力
から受信信号の強度と位相を演算する手段と、前記デジ
タル出力又は受信信号の強度と位相を記憶する手段と、
超音波の入射方向をＺ軸とし、Ｚ軸方向に前記超音波送
受信手段と試料の相対距離を変化させる手段とで構成さ
れる超音波測定装置を提供する。

【００１９】

【作用】以上のような構成の超音波測定装置は、基準信
号を一定時間遅延させて位相検波のための参照信号が生
成される。また位相検波のための複数の参照信号が生成
され、選択によって順次位相検波される。

【００２０】音響レンズと試料の距離が変化して、受信
信号（試料反射）のタイミングがずれた時に、音響レン
ズと試料との相対距離を測定し、Ａ／Ｄ変換のトリガ信
号の送信トリガからの時間遅れが演算される。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１に本発明の第１実施例の超音波測定装
置の構成を示し、説明する。

【００２２】この構成は、所望の周波数の連続波（以
下、基準信号と称する）を発生する発振部２１に、前記
基準信号の一部を切りとり、バースト波を出力するため
のアナログスイッチ２２の入力側端子を接続する。前記
アナログスイッチ２２の出力側端子の一方には、高速切
替え可能な切替えスイッチ２３の入力端子に接続し、一
方には、例えば５０Ωの抵抗Ｒ１が接続される。

【００２３】前記切替えスイッチ２３の切替え端子は、
バースト波を電気音響変換するトランスデューサ２４に
接続され、その出力端子には前置増幅器２５が接続され
る。前記アナログスイッチ２２及び前記切替えスイッチ
２３は、後述するコンピュータ３８の指令に基づいた制
御部３９からの制御信号により、切り替え動作が行われ
る。

【００２４】また前記トランスデューサ２４には、微小
スポットに超音波を収束させる音響レンズ２６が取り付
けられる。この音響レンズ２６の焦点付近には、移動可
能な試料台２７が設けられ、その上に試料２８が載置さ
れる。そして前記音響レンズ２４と試料２５との間が、
超音波を伝播するためのカプラ液体２９で接続するよう
に満たされている。

【００２５】そして前記前置増幅器２５の出力側には、
２つの乗算部３０、３１がそれぞれ接続される。前記乗
算部３０は、基準信号を遅延部３２で遅延された信号が
参照信号（第１参照信号）として入力するように、該遅
延部３２を介して発振部２１に接続され、同様に時間遅
延された信号が参照信号（第２参照信号）として入力す
るように該遅延部３３を介して発振部２１に接続され
る。

【００２６】これらの乗算部３０、３１の出力端には、
高周波成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）３
４、３５が接続され、少なくとも発振部２１の出力する
連続波の周波数の２倍の周波数が除去できるＬＰＦを採
用する。前記乗算部３０、３１及び、前記ＬＰＦ３４、
３５により、位相敏感検波（ＰＳＤ）が行われる。

【００２７】そして前記ＬＰＦ３４、３５の出力側に
は、Ａ／Ｄ変換部３６、３７が接続され、検波された信
号がデジタル化され、コンピュータ３８にそれぞれ入力
される。前記コンピュータ３８には、全体のタイミング
を制御する制御部３９と試料２８と音響レンズ２６の距
離をＺ軸方向に変化させるＺ走査部４０が接続されてい
る。次に図２のタイムチャ−トを参照して第１実施例の
動作について説明する。まずコンピュ−タ３８に測定す
る周波数のデータを入力する。次に前記発振部２１は、
前記コンピュ−タ３８に設定された周波数で図２（ａ）
のように常時一定周波数の連続波を出力している。

【００２８】前記コンピュ−タ３８から図２（ｂ）に示
すような送信トリガが、前記制御部３９に入力される
と、該制御部３９はこの送信トリガに同期し、図２
（ｃ）に示すような発振器２１の周波数の数十周期分の
時間幅の矩形信号をアナログスイッチ２２に出力すると
共に、またこの矩形信号より早くオンになり遅くオフに
なる図２（ｄ）に示す切替え信号を切替えスイッチ２３
に出力する。

【００２９】前記アナログスイッチ２２は、前記矩形信
号のオン・オフに対応して切り替わり、オンの時は前記
発振器２１の基準信号が前記切替えスイッチ２３に出力
される。このように図２（ｅ）に示す送信バ−スト信号
が生成される。前記切替えスイッチ２３は、前記制御部
３９からの切替え信号がオンの時は、前記アナログスイ
ッチ２２の側へ、オフのときは前置増幅器２５側へ切替
わる。

【００３０】そして前記送信バ−スト信号は、前記切替
えスイッチ２３を介して、トランスデュ−サ２４に印加
される。この送信バ−スト波が前記トランスデュ−サ２
４で電気音響変換され超音波に変換される。

【００３１】この超音波は、音響レンズ２６内を伝播
し、カプラ液体２９内で微小スポットに収束されて、試
料２８に入射する。入射した超音波は、試料２８で反射
され、再びカプラ液体２９、音響レンズ２６を伝播し
て、トランスデュ−サ２４に入力する。前記トランスデ
ュ−サ２４により電気信号に変換された反射信号（以
下、受信信号と称する）が、すでに前置増幅器２５側に
切り替わっている切替えスイッチ２３を介して、前置増
幅器２５に入力されて増幅され、前記乗算部３０、３１
に入力される。

【００３２】前記乗算部３０では、遅延部３２で時間遅
延された第１参照信号と前記受信信号との乗算を行い、
その結果を出力する、また前記乗算部３１では遅延部３
３で時間遅延された第２参照信号と受信信号との乗算を
行い、その結果を出力する。前記発振器２１からの基準
信号を、sin （ωt ）とする。ここでωは周波数、ｔは
時間とする。また前記受信信号は、試料の弾性的性質、
音響レンズとカプラ液体中を伝搬することによる時間等
によって、位相が送信に対して遅れているため、この位
相遅れをφとすると、 Ｂ sin（ωt-φ） と書ける。ここで、Ｂは受信信号の強度である。前記遅
延部３２、３３の時間遅延量をそれぞれ△ｔ₁ 、△ｔ₂
とすると乗算部３０、３１の参照信号は、 sin｛ω（ｔ−△ｔ₁ ）｝， cos｛ω（ｔ−△ｔ₂ ）｝となる。 従って乗算部３０の出力ｕ₁ と、乗算部３１の出力ｕ₂
は次式のようになる。

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで、φ、ω、△ｔ₁ 、△ｔ₂ が定数で
ある。そのため、cos(φ−ω△ｔ₁ ）、cos(φ−ω△ｔ
₂ ）も定数になるので、ｕ₁ 、ｕ₂ はＤ．Ｃ成分と２ω
の周波数を持っている。ここから２ω成分を除くこと
で、cos(φ−ω△ｔ₁ ）、cos(φ−ω△ｔ₂ ）を取り出
すことができる。

【００３５】前記乗算部３０の出力と乗算部３１の出力
は、それぞれＬＰＦ３４，３５により２ω成分を除去し
て、cos(φ−ω△ｔ₁ ）、cos(φ−ω△ｔ₂ ）に相当す
るＤ．Ｃ成分のみが残る。

【００３６】検波前の受信信号の波形を図２（ｆ）に示
し、前記ＬＰＦ３４からの検波出力の波形を図２（ｇ）
に示し、前記ＬＰＦ３５の検波出力の波形を図２（ｈ）
に示す。

【００３７】実際の受信信号においては、図２（ｆ）に
示すように、試料からの反射波の他に、送信漏れ、レン
ズ第１反射、レンズ第２反射等が含まれ、さらに反射波
がバ−スト波であるため、位相検波出力は図２（ｇ）、
（ｈ）に示すようなそれぞれの反射波に対応した矩形波
として出力される。

【００３８】この反射波中から試料反射のみを取り出す
ために図２（ｂ）に示す送信トリガに対して、遅延時間
Tdだけ遅れたタイミングで、図２（ｉ）に示すＡ／Ｄ変
換トリガ信号を制御部３９で生成し、該Ａ／Ｄ変換トリ
ガ信号により、Ａ／Ｄ変換部３６、３７を駆動させて、
前記ＬＰＦ３４、３５からの位相検波出力をデジタル化
変換して、コンピュ−タ３８内のメモリに記憶する。ま
た、前記送信トリガとＡ／Ｄ変換トリガ信号との間の時
間遅延量Tdは、コンピュ−タ３８に時間遅延量を設定す
ることにより可変することが容易にできる。前記コンピ
ュ−タ３８では、記憶されたcos(φ−ω△ｔ₁ ）、cos
(φ−ω△ｔ₂ ）成分から、以下の次式、

【００３９】

【数３】

【００４０】によって受信信号（試料反射）のsin φ、
cos φ成分が求められる。ここで、周波数ω、２つの遅
延時間△ｔ₁ 、△ｔ₂ は設定値であり、Ｂcos(φ−ω△
ｔ₁ ）、Ｂcos(φ−ω△ｔ₂ ）は、測定された値である
ため、試料反射のsin φ、cosφ成分が前記（５）、
（６）式から演算できる。さらにこの結果から位相と反
射強度を演算する。Ｚ走査部４０は、コンピュ−タ３８
からの指令で音響レンズ２６と試料２８の距離を可変さ
せ合焦等の調節を行う。このように本発明によれば遅延
部に使用される遅延線路は非常に広帯域であるから自由
な周波数で位相検出を行うことができる。次に図３に本
発明の第２実施例の超音波測定装置の構成を示し、説明
する。

【００４１】この第２実施例は、前述した第１実施例の
位相検波部分に参照信号として発振器からの出力を時間
遅延させる遅延部をそれぞれ互いに異なる遅延時間を持
つ３つの遅延部の出力を用いる構成とし、より精度を向
上させたものである。ここで、図３の参照符号において
は、図１に示した構成部材と同等のものには、図１と同
じ参照符号を付し、その説明を省略し、図３では第２実
施例の特徴部分のみを記載する。

【００４２】この第２実施例においては、位相検波のた
めの参照信号は、発振部２１が出力する基準信号を、遅
延部３２によって△ｔ₁ 時間遅延させた第１参照信号
と、遅延部３３によって△ｔ₂ 時間遅延させた第２参照
信号と、遅延部４１によって△ｔ₃ 時間遅延させた第３
参照信号とからなる参照信号を位相検波に用いる。

【００４３】すなわち第２実施例は、第３参照信号を生
成する遅延部４１と、位相検波部になる乗算器４２及び
ＬＰＦ４３と、Ａ／Ｄ変換部４４が第１実施例に付加さ
れ構成されている。各位相検波部の出力は、Ａ／Ｄ変換
部３６、３７、４４に接続され、その各デジタル出力は
コンピュ−タ３８に入力される。これらの各構成部材
は、前記コンピュ−タ３８の指令に基づき制御部３９に
より各構成部材の動作等が制御される。次に第２実施例
の動作について説明する。

【００４４】まず、前記前記発振器２１からの基準信号
の一部を切りとったバースト波を用いて、微小スポット
の超音波に収束させ、試料からの反射波を受信信号とし
て、前置増幅器２５に入力して増幅させて出力するまで
の送受信動作は第１実施例と同じである。

【００４５】前置増幅器２５の出力信号（受信信号）
は、前記各乗算器３０、３１、４２に入力され、前述し
た各参照信号とそれぞれ乗算される。これから求められ
た検波出力信号は、第１実施例と同様に、前記乗算器３
０の検波出力は前記（３）式で表わされ、乗算器３１の
検波出力は前記（４）式で表わすことができ、さらに乗
算器４２の検波出力は（３）式において、△ｔ₁ を△ｔ
₃ に置き換えたものでとなる。

【００４６】従ってＬＰＦ３４、３５、４３によって、
検波出力から２ω成分を除去すればそれぞれ反射波の c
os（φ−ω△ｔ₁ ）， cos（φ−ω△ｔ₂ ）， cos（φ
−ω△ｔ₃ ）成分がＡ／Ｄ変換部３６、３７、４４に出
力される。前記Ａ／Ｄ変換部３６、３７、４４では、こ
れらの検波出力を前述した第１実施例に示すタイミング
で各Ａ／Ｄ変換部を動作させて、検出信号を取出し、デ
ジタル信号に変換してコンピュ−タ３８内のメモリに位
相検波デ−タとして記憶させる。

【００４７】そして反射強度は、１回の測定で得られた
３つの位相検波デ−タ成分のうち、２つのデ−タ成分を
選択し、（５），（６）式を用いて演算することによっ
て求めることができる。

【００４８】すなわち、前記３つの位相検波デ−タ成分
の中で、cos の独立変数部が９０°、２７０°またはそ
の整数周期倍ならば、その成分は０になる。この付近に
おいては、検波出力値が微小になるため、微小な値にノ
イズ等が大きく影響を与え、その検波出力値の誤差を大
きくしている。このように３つの位相検波デ−タ成分の
中の１つが０に近くなったときは、他の２つのデ−タ成
分でsin φ、cos φを計算するようにする。

【００４９】また独立変数部ω（△ｔ₁ −△ｔ₂ ）、ω
（△ｔ₂ −△ｔ₃ ）、ω（△ｔ₃ −△ｔ₁ ）が、３６０
°の整数倍にならないように各遅延時間を設定すれば、
３つの位相検波デ−タ成分の中の２つが、同時に０にな
ることはない。

【００５０】従って第２実施例によれば、遅延時間の異
なった３つの参照信号により、位相敏感検波を行い、得
られたデータ成分値のうちの大きなもの２つから演算を
行うのでノイズによる誤差を小さくでき、精度の良い位
相測定が可能となる。

【００５１】また、この実施例では３つの位相検波を用
いているが、これに限定されるものではない。３つの遅
延時間を広い周波数帯域で上記の条件を満たすように選
択するのは難しいので、このような場合は遅延時間の異
なった信号をｎ個の参照信号として使用してｎ個の位相
検波をすることもできる。

【００５２】次に、図４に第３実施例の超音波測定装置
の構成を示し、説明する。ここで、図４の参照符号にお
いては、図１に示した構成部材と同等のものには、図１
と同じ参照符号を付して説明を省略し、図４では第３実
施例の特徴部分のみを記載する。

【００５３】この第３実施例は、第１実施例の位相検波
部と参照信号を生成する部分が異なり、各１つの乗算器
３０とＬＰＦ３４からなる位相検波部と、それぞれ異な
る遅延時間に設定された遅延部３２、３３と、前記遅延
部からの参照信号を切替えて、前記位相検波部に入力さ
せる切替えスイッチ４５により構成されている。

【００５４】そして前記位相検波部のＬＰＦ３４の出力
端は、検波出力をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部３６に
接続されて、ここでデジタル変換された位相検波デ−タ
がコンピュ−タ３８に入力される。その他の構成は第１
実施例と同じである。

【００５５】つまり、第３実施例は、それぞれ異なる遅
延時間に設定された遅延部３２、３３の出力を順次切替
えて、１つの位相検波部を用いることにより、複数の位
相検波部を用いた場合に生じる位相検波部による検波値
のばらつきを除去し、より精度を向上させたものであ
る。次にこのように構成された第３実施例の動作につい
て説明する。

【００５６】まず、前記前記発振器２１からの基準信号
の一部を切りとったバースト波を用いて、微小スポット
の超音波に収束させ、試料からの反射波を受信信号とし
て、前置増幅器２５に入力して増幅させて出力するまで
の送受信動作は第１実施例と同じである。

【００５７】そして前置増幅器２５の出力信号（受信信
号）を前記乗算器３０に入力すると共に、遅延部３０に
より基準信号から遅延時間△ｔ₁ 遅延させて生成された
第１参照信号を入力して、乗算させる。乗算された信号
は、前記ＬＰＦ３４により、２ω成分が除去され、 cos
（φ−ω△ｔ₁ ）成分が求められる。この成分（検波出
力）を前記Ａ／Ｄ変換部３６により試料から反射した検
波出力をデジタル信号に変換した後、前記コンピュ−タ
３８に入力される。次に前記コンピュ−タ３８が前記制
御部３９に２回目の送信トリガを送り、前記切替えスイ
ッチ４５の切替え動作を行う。

【００５８】この前記切替えスイッチ４５の切替えによ
って、遅延部３２から遅延部３３に切替えられるため、
前記乗算器３０に入力される参照信号が、前記第１参照
信号から第２参照信号に切替えられる。

【００５９】そして、２回目の測定によって発生した受
信信号は、１回目と同様に、前記乗算部３０に入力され
る。そして乗算部３０では、この受信信号と、前記遅延
部３３によって△ｔ₂ 時間遅延され生成された第２参照
信号とを乗算し、ＬＰＦ３４に出力する。前記ＬＰＦ３
４で２ω成分が除去され、cos(φ−ω△ｔ₂ ) 成分が求
められる。この成分（検波出力）を前記Ａ／Ｄ変換部３
６により試料から反射した検波出力をデジタル信号に変
換した後、前記コンピュ−タ３８に入力される。

【００６０】前記コンピュ−タ３８は、１回目の測定に
よるcos(φ−ω△ｔ₁ ) 成分と２回目の測定によるcos
(φ−ω△ｔ₂) 成分からcos φとsin φ成分を計算し、
反射波の強度と位相を演算する。

【００６１】この第３実施例では、位相検波部分を各１
つの乗算部とＬＰＦで検波器で構成して共通利用するた
め、複数設けた場合の検波器を構成する部品の特性等に
よるばらつきの誤差が少なくできると共に、多数の検波
器を備える場合に対して安価にすることができる。

【００６２】また第３実施例では位相検波のための参照
信号として２つの遅延させた信号を使用しているが、こ
れに限定されず、様々に時間遅延させた信号を幾つでも
スイッチの切替えによって使用可能である。

【００６３】尚、本発明は、前述した各実施例に限定さ
れるものではない。例えば、Ｖ（ｚ）曲線を測定すると
きのように音響レンズと試料の距離を変化させるときに
は受信信号（試料反射）のタイミングがずれてくる。こ
のような場合は、音響レンズと試料との相対距離を測定
するＺ検出部を取り付け変化した距離に応じて、Ａ／Ｄ
変換のトリガ信号の送信トリガからの時間遅れを演算す
れば、距離が変化しても、常に試料反射を検出できる。

【００６４】また、参照信号として基準発振出力の代わ
りにレンズ内反射を使用することも考えられる。この場
合は入射する超音波スポットを生成するためのバ−スト
波には、従来と同じくバ−スト波発振器を用いることも
可能である。

【００６５】そして位相検波出力から反射波の位相と強
度を演算しているが、反射強度はピ−ク検波で検出し、
位相のみを位相検波出力から検出することも考えられ
る。Ｘ−Ｙ走査部を備えて２次元走査しながら測定を繰
り返すことで２次元の反射波の強度と位相の測定も行う
ことができる。また本発明は、他にも発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変形や応用が可能であることは勿論
である。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、位
相検波の参照波として基準波を一定時間遅延させて生成
するため、広い周波数について同一の構成で位相検波が
できるようになり、目的に応じて超音波の周波数を選択
でき、周波数分散を示す波の特性の測定ができる。さら
に、周波数に対応した多数の移相素子を用意して切替え
る必要がなくなり、安価に位相検出できる。

【００６７】従って本発明によれば、周波数が変化して
も同一構成で、位相敏感検波が行え試料の反射波の強度
と位相が検出できる超音波側定装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例の超音波測定装置
の構成を示す図である。

【図２】図２は、図１に示した第１実施例の動作を示す
タイムチャ−トである。

【図３】図３は、本発明の第２実施例の超音波測定装置
の構成を示す図である。

【図４】図４は、本発明の第３実施例の超音波測定装置
の構成を示す図である。

【図５】図５は、従来の超音波顕微鏡の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１，２１…発振部、２，２２…アナログスイッチ、３…
サーキュレータ、４，２４…トランスデューサ、５，２
５…前置増幅器、６，２６…音響レンズ、７，２７…試
料台、８，２８…試料、９，２９…カプラ液体、１０，
１１３０，３１…乗算部、１２…移相部、１３，１４，
３４，３５，４３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１
５，１６，３６，３７，４４…Ａ／Ｄ変換部、１７，３
８…コンピュータ１８，３９…制御部、１９，４０…Ｚ
走査部、２３，４５…切替えスイッチ、３２，３３，４
１…遅延部、Ｒ１…抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岸 毅 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波バ−スト波を発生させる周波数が
   可変可能な発振手段と、 前記発振手段により発生されたバースト波を超音波に変
   換し、微小スポットに収束して試料に入射させ、試料か
   らの反射波を電気信号に変換した受信信号を出力する超
   音波送受信手段と、 前記バ−スト波と同一周波数の基準信号を遅延させ、参
   照信号を生成する少なくとも１つの遅延手段と、 前記超音波送受信手段で得られた受信信号と前記各参照
   信号との乗算を行う乗算部及び、前記乗算部から出力さ
   れた検波出力の所定周波数を除去する周波数選択部から
   なる複数の位相検波手段と、 前記位相検波手段により検波された検波出力をデジタル
   信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段により変換されたデジタル出力から
   受信信号の強度と位相を演算する手段と、 前記デジタル出力又は受信信号の強度と位相を記憶する
   手段と、 超音波の入射方向をＺ軸とし、Ｚ軸方向に前記超音波送
   受信手段と試料の相対距離を変化させる手段とを備えた
   ことをを特徴とする超音波測定装置。
2. 【請求項２】 前記乗算部及び前記周波数選択部の各１
   つからなる位相検波手段と、 複数の参照信号を発生する複数の遅延手段と、 前記複数の遅延手段が発生した複数の参照信号を１つづ
   つ順次、前記位相検波手段に入力させる選択手段とを具
   備することを特徴とする請求項１記載の超音波測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記超音波送受信手段と前記試料と間の
   相対距離を検出する距離検出手段と、 前記距離検出手段により検出された相対距離から、前記
   超音波送受信手段の送受信にかかる時間に対して送信か
   ら反射波間にかかる時間により遅延時間を演算する演算
   手段と、 前記演算手段により演算されたタイミングでトリガを発
   生するトリガ発生手段と、 前記トリガ発生手段により発生されたタイミングによっ
   て、前記位相検波手段から検出された検波出力をデジタ
   ル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段とを備えたことを特徴
   とする請求項１記載の超音波測定装置。