JPH0560733A - Ultrasonic microscope - Google Patents

Ultrasonic microscope

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Publication number
JPH0560733A
JPH0560733A JP3219763A JP21976391A JPH0560733A JP H0560733 A JPH0560733 A JP H0560733A JP 3219763 A JP3219763 A JP 3219763A JP 21976391 A JP21976391 A JP 21976391A JP H0560733 A JPH0560733 A JP H0560733A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
propagation medium
ultrasonic
acoustic lens
film body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3219763A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukitsugu Matsushita
幸嗣 松下
Takashi Osawa
隆司 大沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP3219763A priority Critical patent/JPH0560733A/en
Publication of JPH0560733A publication Critical patent/JPH0560733A/en
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an ultrasonic microscope which enables measurement of dynamic properties such as elasticity of a liquid sample as well without any hindrance. CONSTITUTION:An ultrasonic microscope has a transducer 1 which transmits and receives an ultrasonic wave through an acoustic lens 4, a sample stage 2 which holds a sample S at a position whereat the ultrasonic wave from the acoustic lens 4 converges through a propagation medium W, and a scanning means 3 which displaces this sample stage 2 and the transducer 1 relatively. A film body 9 interposed between the sample S on the sample stage 2 and the propagation medium W is provided and this film body 9 is formed of a substance having an acoustic impedance being approximate to the one of the propagation medium W.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超音波によって試料の
弾性、密度、粘性等の力学的性質を測定する際に用いら
れる超音波顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic microscope used for measuring mechanical properties such as elasticity, density and viscosity of a sample by ultrasonic waves.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波は、それが反射もしくは透過する
物質の有する弾性等の力学的性質を反映し、光や電子線
では得られない物質内部の情報をもたらす。そして、超
音波顕微鏡は、この超音波の特性を利用することによっ
て試料の微細画像を得るようにしたものであり、図2は
その概略構成を示している。
2. Description of the Related Art Ultrasonic waves reflect mechanical properties such as elasticity of a substance that is reflected or transmitted, and provide information inside the substance that cannot be obtained by light or electron beams. Then, the ultrasonic microscope is configured to obtain a fine image of the sample by utilizing the characteristics of this ultrasonic wave, and FIG. 2 shows its schematic configuration.

【0003】図2に示すように、超音波顕微鏡は、超音
波のトランスジューサ21と試料台22と走査手段23
とを備えており、トランスジューサ21は音響レンズ2
4と圧電薄膜25とからなっている。
As shown in FIG. 2, the ultrasonic microscope includes an ultrasonic transducer 21, a sample stage 22, and a scanning means 23.
And the transducer 21 is an acoustic lens 2
4 and a piezoelectric thin film 25.

【0004】音響レンズ24は、サファイアや石英ガラ
ス等の円柱状結晶からなっており、その一端面は光学研
磨された平面とされる一方、その他端には微小な半球状
の凹部が設けられている。圧電薄膜25は、音響レンズ
24の一端の平面上に設けられている。この圧電薄膜2
5は、パルス発振器26からの高周波パルスで励振され
て超音波を発生し、また、音響レンズ24を通じて伝わ
る超音波エコーを電気信号に変換して受信器27に与え
る。この受信器27は、電気信号を増幅、検波してビデ
オ信号に変換し、そのビデオ信号は表示器28に入力す
る。
The acoustic lens 24 is made of a columnar crystal such as sapphire or quartz glass. One end surface of the acoustic lens 24 is an optically polished flat surface, while the other end is provided with a minute hemispherical concave portion. There is. The piezoelectric thin film 25 is provided on the flat surface at one end of the acoustic lens 24. This piezoelectric thin film 2
5 is excited by a high frequency pulse from the pulse oscillator 26 to generate an ultrasonic wave, and also converts an ultrasonic echo transmitted through the acoustic lens 24 into an electric signal and gives it to the receiver 27. The receiver 27 amplifies and detects the electric signal, converts the electric signal into a video signal, and inputs the video signal to the display 28.

【0005】試料台22は、音響レンズ24と対向する
位置に載置された試料Sを保持するものであり、試料台
22上に載置された試料Sと音響レンズ24との間に
は、純水のような超音波の伝播媒体Wが充填される。そ
して、この試料台22は、走査手段23によって3次元
方向に変位駆動されるようになっている。
The sample table 22 holds the sample S placed at a position facing the acoustic lens 24, and between the sample S placed on the sample table 22 and the acoustic lens 24, An ultrasonic wave propagation medium W such as pure water is filled. The sample table 22 is driven to be displaced in the three-dimensional direction by the scanning means 23.

【0006】上記構成において、圧電薄膜25で発生し
た超音波は、音響レンズ24によって約1μm程度の細
いビームに絞られたうえ、伝播媒体Wを通じて試料Sに
照射される。また、この超音波ビームの照射とともに、
試料台22が3次元的に変位するから、試料Sは、超音
波ビームにより走査されることになる。そこで、試料S
からの超音波エコーは、伝播媒体Wおよび音響レンズ2
4を通じて圧電薄膜25に受波されたうえ、電気信号に
変換されることになる。そして、この電気信号が試料S
の走査と同期して処理されることにより、試料面の微細
な2次元画像が得られることになり、この画像が表示器
28によって表示される。
In the above structure, the ultrasonic wave generated by the piezoelectric thin film 25 is focused by the acoustic lens 24 into a thin beam of about 1 μm, and is irradiated onto the sample S through the propagation medium W. Also, with the irradiation of this ultrasonic beam,
Since the sample table 22 is three-dimensionally displaced, the sample S is scanned by the ultrasonic beam. Therefore, sample S
The ultrasonic echo from the ultrasonic wave is transmitted by the propagation medium W and the acoustic lens 2.
The signal is received by the piezoelectric thin film 25 through 4 and converted into an electric signal. This electrical signal is the sample S
By processing in synchronism with the scanning of, the fine two-dimensional image of the sample surface is obtained, and this image is displayed by the display 28.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の超音
波顕微鏡を用いて弾性等の性質が測定されるのは、固体
試料に限られている。これは、試料Sと音響レンズ24
との間に、純水のような超音波の伝播媒体Wを充填する
必要があるためであり、仮に、試料が液状である場合
は、その液状試料が伝播媒体W中に溶解、拡散すること
になって超音波の反射面としての境界面が破壊されてし
まうため、試料の弾性等の性質が測定できなくなるので
ある。
By the way, it is limited to the solid sample that properties such as elasticity are measured by using the conventional ultrasonic microscope. This is the sample S and the acoustic lens 24.
This is because it is necessary to fill an ultrasonic wave propagation medium W such as pure water between the two, and if the sample is liquid, the liquid sample must be dissolved and diffused in the propagation medium W. As a result, the boundary surface as the reflecting surface of the ultrasonic wave is destroyed, and the properties such as elasticity of the sample cannot be measured.

【0008】本発明は、かかる不都合に鑑みて創案され
たものであって、液状試料についても何らの支障なく、
その弾性等の力学的性質を測定しうる超音波顕微鏡の提
供を目的としている。
The present invention was devised in view of such inconveniences, and has no problem with liquid samples.
It is intended to provide an ultrasonic microscope capable of measuring mechanical properties such as elasticity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、音響レンズを通じて超音波を送受
波するトランスジューサと、音響レンズからの超音波が
伝播媒体を通じて集束する位置に載置された試料を保持
する試料台と、この試料台とトランスジューサとを相対
的に変位させる走査手段とを有する超音波顕微鏡におい
て、試料台上に載置された試料と伝播媒体との間に介装
される膜体を備えており、この膜体は伝播媒体に近い音
響インピーダンスを有する物質からなっていることを特
徴とするものである。
In order to achieve such an object, the present invention provides a transducer for transmitting and receiving an ultrasonic wave through an acoustic lens and a position where the ultrasonic wave from the acoustic lens is focused through a propagation medium. In an ultrasonic microscope having a sample table for holding a sample placed thereon and a scanning means for relatively displacing the sample table and the transducer, a sample placed on the sample table and a propagation medium are interposed between the sample table and the propagation medium. A film body to be mounted is provided, and the film body is made of a substance having an acoustic impedance close to that of the propagation medium.

【0010】[0010]

【作用】上記構成によれば、試料が液状であったとして
も、この試料と伝播媒体との間には膜体が介在している
のであるから、試料と伝播媒体とが混じり合うことは起
こらない。しかも、膜体は、伝播媒体の音響インピーダ
ンスに近似した音響インピーダンスを有しているのであ
るから、膜体と伝播媒体との境界面ではほとんど超音波
が反射されないことになり、試料が液状であったとして
も、この液状試料の任意位置に焦点を合わせることによ
って測定が行えることになる。
According to the above construction, even if the sample is in a liquid state, since the film body is interposed between the sample and the propagation medium, it is possible that the sample and the propagation medium are not mixed with each other. Absent. Moreover, since the film body has an acoustic impedance similar to that of the propagation medium, almost no ultrasonic waves are reflected at the boundary surface between the film body and the propagation medium, and the sample is liquid. Even if it does, the measurement can be performed by focusing on an arbitrary position of the liquid sample.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1は、本実施例に係る超音波顕微鏡の概
略構成を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic microscope according to this embodiment.

【0013】図1に示すように、この実施例の超音波顕
微鏡が、超音波を送受波するトランスジューサ1と、こ
のトランスジューサ1からの超音波が集束する位置に載
置された試料Sを保持する試料台2と、この試料台2を
トランスジューサ1に対して2次元的に変位させる走査
手段3とを有しており、トランスジューサ1がサファイ
アや石英ガラス等の円柱状結晶からなる音響レンズ4の
一端面上に圧電薄膜5を設けることによって構成された
ものである点は、従来の超音波顕微鏡と同じである。ま
た、この超音波顕微鏡が、トランスジューサ1の圧電薄
膜5を励振するパルス発振器6と、圧電薄膜5からの電
気信号を増幅及び検波してビデオ信号を生成する受信器
7と、受信器7からのビデオ信号を試料Sの走査と同期
して画像として表示する表示器8とを有する点も、従来
例と同じである。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic microscope of this embodiment holds a transducer 1 for transmitting and receiving ultrasonic waves and a sample S placed at a position where the ultrasonic waves from the transducer 1 are focused. It has a sample table 2 and a scanning means 3 for two-dimensionally displacing the sample table 2 with respect to the transducer 1, and the transducer 1 is one of the acoustic lenses 4 made of a columnar crystal such as sapphire or quartz glass. It is the same as the conventional ultrasonic microscope in that it is configured by providing the piezoelectric thin film 5 on the end face. This ultrasonic microscope also includes a pulse oscillator 6 for exciting the piezoelectric thin film 5 of the transducer 1, a receiver 7 for amplifying and detecting an electric signal from the piezoelectric thin film 5 to generate a video signal, and a receiver 7 for receiving the signal. It is the same as the conventional example in that it has a display 8 for displaying a video signal as an image in synchronization with the scanning of the sample S.

【0014】この実施例に係る超音波顕微鏡が従来例と
異なるのは、試料台2上に載置された試料Sと伝播媒体
Wとの間に膜体9が介装されており、この膜体9が伝播
媒体Wの音響インピーダンスに近似した音響インピーダ
ンスを有する物質からなっていることである。
The ultrasonic microscope according to this embodiment is different from the conventional example in that a film body 9 is interposed between a sample S placed on a sample table 2 and a propagation medium W. That is, the body 9 is made of a substance having an acoustic impedance close to that of the propagation medium W.

【0015】具体的な膜体9の形成材料としては、ポリ
ジメチルシロキサンフィルムもしくは低密度ポリエチレ
ンフィルムが用いられている。ちなみに、これらの有す
る音響インピーダンス(N・s/m3)は、伝播媒体と
しての純水が1.4×106程度であるのに対して、ポ
リジメチルシロキサンでは1.1×106程度、低密度
ポリエチレンでは1.8×106程度となっている。
As a concrete material for forming the film body 9, a polydimethylsiloxane film or a low density polyethylene film is used. Incidentally, the acoustic impedance (N · s / m 3 ) of these is about 1.4 × 10 6 for pure water as a propagation medium, and about 1.1 × 10 6 for polydimethylsiloxane. The low density polyethylene is about 1.8 × 10 6 .

【0016】上記の構成において、液状試料の弾性等の
性質を測定する場合は、まず、試料台2上に試料Sを薄
く(約0.5mm程度)展開し、かつ、この試料Sの上
に膜体9を密着させた後、この膜体9と音響レンズ4と
の間に伝播媒体Wを充填する。なお、このとき、試料S
と伝播媒体Wとの間には膜体9が介在しているのである
から、試料Sと伝播媒体Wとが混じり合うことは起こり
得ない。
When measuring properties such as elasticity of a liquid sample in the above-mentioned structure, first, the sample S is spread thinly (about 0.5 mm) on the sample table 2 and is placed on the sample S. After the film body 9 is brought into close contact, the propagation medium W is filled between the film body 9 and the acoustic lens 4. At this time, the sample S
Since the film body 9 is interposed between and the propagation medium W, the sample S and the propagation medium W cannot be mixed with each other.

【0017】この後、パルス発振器6からの高周波パル
スを圧電薄膜5に印加することによって超音波を音響レ
ンズ4及び伝播媒体Wを通じて試料Sに集束照射し、こ
の超音波ビームによって試料を走査するとともに、試料
Sからの超音波エコーを受波する。このとき、膜体9が
伝播媒体Wの音響インピーダンスに近似した音響インピ
ーダンスを有しているため、音響レンズ4から発射され
る超音波ビームは、伝播媒体Wと膜体9との境界面では
ほとんど反射されずに透過することになるので、試料S
の任意位置に焦点を合わせることができ、この位置での
試料Sを測定することができる。したがって、膜体9の
両面のうちの試料Sと接触している面のみが、あたかも
試料Sが伝播媒体Wと直接的に接している境界面のよう
に作用することになる。これによって、液状試料の弾性
等の力学的性質を示す微細画像が得られる。
After that, by applying a high frequency pulse from the pulse oscillator 6 to the piezoelectric thin film 5, ultrasonic waves are focused on the sample S through the acoustic lens 4 and the propagation medium W, and the sample is scanned by this ultrasonic beam. , Receives the ultrasonic echo from the sample S. At this time, since the film body 9 has an acoustic impedance close to the acoustic impedance of the propagation medium W, the ultrasonic beam emitted from the acoustic lens 4 is almost at the boundary surface between the propagation medium W and the film body 9. Since it will pass through without being reflected, sample S
It is possible to focus on an arbitrary position of, and the sample S can be measured at this position. Therefore, of the both surfaces of the film body 9, only the surface in contact with the sample S acts as if the sample S were in direct contact with the propagation medium W. As a result, a fine image showing mechanical properties such as elasticity of the liquid sample can be obtained.

【0018】ところで、本件発明者らが、膜体9として
厚さ40μmの低密度ポリエチレンフィルムを用い、か
つ、測定周波数200MHzとして液状樹脂の弾性的性
質(充填剤とマトリックスとの分散状態や異方性充填剤
の配向等)を測定したところによれば、鮮明な画像が得
られることが確認されている。
By the way, the inventors of the present invention used a low-density polyethylene film having a thickness of 40 μm as the film body 9 and set the measurement frequency of 200 MHz to the elastic properties of the liquid resin (dispersion state of the filler and the matrix or It has been confirmed that a clear image can be obtained by measuring the (orientation of the functional filler).

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液状試料と伝播媒体とが混じり合うことがなく、しか
も、伝播媒体と液状試料とが明確な境界面を成して直接
的に接しているような画像が得られることになり、液状
試料の弾性等の力学的性質を何らの支障なく測定するこ
とができるという効果が得られる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to obtain an image in which the liquid sample and the propagation medium do not mix with each other, and moreover, the propagation medium and the liquid sample form a clear boundary surface and are in direct contact with each other. It is possible to obtain an effect that mechanical properties such as can be measured without any trouble.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る超音波顕微鏡の概略構
成を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic microscope according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の超音波顕微鏡の概略構成を示す構成図で
ある。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a conventional acoustic microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トランスジューサ 2 試料台 3 走査手段 4 音響レンズ 5 圧電薄膜 9 膜体 S 試料 W 伝播媒体 1 Transducer 2 Sample stage 3 Scanning means 4 Acoustic lens 5 Piezoelectric thin film 9 Film body S Sample W Propagation medium

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 音響レンズ(4)を通じて超音波を送受
波するトランスジューサ(1)と、音響レンズ(4)か
らの超音波が伝播媒体(W)を通じて集束する位置に載
置された試料(S)を保持する試料台(2)と、この試
料台(2)とトランスジューサ(1)とを相対的に変位
させる走査手段(3)とを有する超音波顕微鏡におい
て、 試料台(2)上に載置された試料(S)と伝播媒体
(W)との間に介装される膜体(9)を備えており、こ
の膜体(9)は伝播媒体(W)に近い音響インピーダン
スを有する物質からなっていることを特徴とする超音波
顕微鏡。
1. A transducer (1) for transmitting and receiving ultrasonic waves through an acoustic lens (4), and a sample (S mounted at a position where ultrasonic waves from the acoustic lens (4) are focused through a propagation medium (W). ) Is held on the sample stage (2), and a scanning means (3) for relatively displacing the sample stage (2) and the transducer (1) is mounted on the sample stage (2). A film body (9) interposed between the placed sample (S) and the propagation medium (W) is provided, and the film body (9) is a substance having an acoustic impedance close to that of the propagation medium (W). An ultrasonic microscope characterized by being composed of.
JP3219763A 1991-08-30 1991-08-30 Ultrasonic microscope Pending JPH0560733A (en)

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