JPH0572985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波顕微鏡に係り、特に機械走査
型の超音波顕微鏡に関するものである。

〔従来の技術〕

超音波顕微鏡に関しては、特開昭50−116058号
公報等に記載されているように種々の構成が開発
されている。これら従来の超音波顕微鏡の構成を
第４図によつて説明する。同図において、１は円
柱状の熔融石英等から成り一面を光学研磨し、他
面に半球穴を形成して成る球面レンズである。２
は前記球面レンズ１の光学研磨した面に取り付け
られる圧電薄膜（ZnO等）で、上下電極３によつ
てはさんだ状態で前記球面レンズ１に取付けられ
ている。前記球面レンズ１、圧電薄膜２および上
下電極３をまとめてセンサ２８という。４は前記
上下電極３に対してパルス５を発振するパルス発
信器である。該パルス発信器４によつて発振した
パルス５を前記上下電極３に印加すると圧電薄膜
２が振動して超音波６を発生する。７は前記球面
レンズ１の半球穴側に対向して試料台２０上に配
置された試料、８は球面レンズ１と試料７との間
を満す媒質（例えば水）である。前記圧電薄膜２
で発生した超音波６は球面レンズ１内を平面波と
なつて伝播する。前記超音波６の平面波が半球穴
部に達すると該球面レンズ１の材質と水との伝播
音速の差により屈折作用が生じ、前記超音波６の
平面波は集束されて試料７面上に照射される。こ
のようにして試料７に照射された超音波６は、該
試料７内で反射して媒質８に伝わり半球穴部で集
音整相され平面波となつて圧電薄膜２に達する。
そして、該圧電薄膜２によつてRF信号（高周波
電気信号）９に変換される。１０は前記RF信号
９を受信し、かつ、ダイオード検波してビデオ信
号１１に変換する受信器、２７は前記ビデオ信号
１１を増幅、レベル調整およびＡ／Ｄ変換を行な
つてデジタルイメージメモリ１２に出力するエコ
ー処理部である。１３は駆動制御装置で、操作盤
１９から入力される設定条件に従つて以下に述べ
るように本装置全体の作動を制御するものであ
る。試料７の視野を変えるために、操作盤１９か
ら視野の位置を入力すると、駆動制御装置１３は
試料台２０の現在の位置情報と前記入力値との偏
差を演算し、Ｘ軸粗動ステージ２２及びＹ軸粗動
ステージ２３の移動信号を発する。この信号は増
巾器２５及び２６で増巾され、Ｘ軸粗動ステージ
２２及びＹ軸粗動ステージ２３のパルスモータ
（図示せず）に入力され、操作盤から入力された
設定位置に移動する。CRT２４に表示する音響
観察像の倍率を操作盤１９から入力するとｘ方向
とｙ方向の観察範囲が駆動制御装置１３で演算さ
れ設定される。ｘ方向の観察範囲の信号はｘ軸走
査管理部１６に伝えられ、加振器１８に印加する
電圧値が設定される。この印加電圧値信号は、増
巾器１７に伝えられ、ここで前記電圧値の電圧に
変換され、加振器１８に印加される。センサ２８
は加振器１８によつて加振され、前記印加電圧に
よつて定まる振巾で正弦波往復運動を行なう。セ
ンサ２８によつて観察す範囲は、前記正弦波往復
運動の中央部分の近似的に等速運動の部分を利用
するので、全振巾に対する利用部分、即ち観察範
囲の比率が予め定められており、その値は駆動制
御装置１３に記憶されている。従つて、前記倍率
が駆動制御装置１３に設定されると、その倍率に
よつてｘ方向の観察範囲が定まり、又、加振器１
８に印加する電圧値も演算される。このｘ方向の
観察範囲と印加電圧値は、ｘ軸走査管理部１６に
転送され、記憶される。

ｘ方向の一回の往復運動において観察範囲内の
観察点数は倍率即ち観察範囲の大小に係りなく一
定数に定めてあるので、前記観察範囲をセンサ２
８が通過する時間を前記一定数で分割し、その時
間間隔でパルス発信器４が電圧パルスを発信すれ
ば、センサ２８は、ｘ方向の観察範囲を実質的に
等間隔で走査することになる。駆動制御装置１３
は、ｘ方向の観察範囲に対応する時間並びに時間
間隔を、設定された倍率に基いて算出し、パルス
発信のトリガー信号をパルス発信器４に印加す
る。一方、このトリガー信号又はトリガー信号に
同期する信号をｘ軸走査管理部１６にも送信す
る。ｘ軸走査管理部１６は、ｘ方向の観察範囲の
端からこの信号をカウントし、順次ｘアドレスを
デジタルイメージメモリ１２に指定する。後述す
るｙアドレスとこのｘアドレスによつて、デジタ
ルイメージメモリ１２におけるxyアドレスが決
定され、エコー処理部２７から送られるエコー高
さのデジタル値がそのxyアドレスに記憶される。

駆動制御装置１３は、ｘ方向の観察範囲を走査
している間に発信したトリガーパルスの回数をカ
ウントし、一走査の測定点数に達すると一走査の
完了信号をｙ軸走査管理部１４に送る。ｙ軸走査
管理部１４はこの信号によつてｙ軸スキツプ信号
を発生し、増巾器１５はこれをｙ軸駆動信号に変
換してｙ軸走査ステージ２１を１スキツプ移動さ
せる。CRTの１画面においてｙ軸に入れるｘ軸
走査線即ちｙ軸スキツプ数は倍率の大小に係わり
なく予め定められていることはｘ方向の観察点数
が定められているのと同様である。従つて倍率が
制定されているとｙ軸の１スキツプの距離が定ま
るので、駆動制御装置１３はこれを算出する。ｙ
軸走査管理部１４この距離の値を記憶していて、
駆動制御装置１３よりスキツプ信号を受け取る度
に、１スキツプ距離の信号を発信する。増巾器１
５はこれをｙ軸走査ステージの駆動信号に変換
し、ｙ軸走査ステージを１スキツプの距離だけ移
動させる。また、ｙ軸走査管理部１４は、前記の
スキツプ信号をカウントし、上記の所定数に達す
ると走査完了信号を駆動制御回路１３に送る。

ｙ軸走査管理部は、駆動制御装置１３がパルス
発信器４に送るトリガー信号に同期して、ｙ軸ア
ドレス信号をデジタルイメージメモリー１２に送
信する。このｙ軸アドレス信号は上述したように
ｘ軸アドレス信号と共同してデジタルイメージメ
モリー１２にxyアドレスを指定する。このxyア
ドレスはセンサ２８の試料７に対する走査位置を
示すものであり、従つてエコー処理部より受けて
このxyアドレスに入力されるエコー強度の信号
は、試料７の音響像を構成する各ドツトデータと
なる。このようにしてxy走査が完了すると、デ
ジタルイメージメモリー１２に記憶されたデータ
はCRT２４の画像メモリに転送されCRTに画像
表示される。なお、測定データのCRT画像メモ
リへの転送は、一回のｘ方向の走査完了毎に転送
する方法もある。また、図示していないがセンサ
２８はＺ方向にも移動でき、試料７との間隔を調
整できる構成になつている。

〔発明が解決しようとする課題〕 前述のような構成の超音波顕微鏡において、倍
率を低くして広い範囲を走査する場合でも、また
倍率を上げて狭い範囲を走査する場合でも、同じ
ように精度を維持するような装置構造を設計する
ことは極めて困難である。

また、超音波顕微鏡が使用する超音波の周波数
は10MHzから1GHzにわたる広い範囲である。高
周波を用いると分解能は向上するが超音波の減衰
が激しく、試料の表面から浅い所しか観察できな
いので、低い周波数を使用せざるを得ないことも
多い。この他にも測定目的によつては低周波の方
が好適な場合も少なくない。低周波を使用する
と、分解能が低下するので、必然的に倍率を下げ
走査範囲を広くすることになる。しかしながらｘ
軸方向の走査に加振器を用いているため、振巾を
大きくするためには加振器が非常に大きくなり実
現性がない。また、ｘ軸の機械走査をＸ軸粗動ス
テージのようにステツピングモータまたはサーボ
モータ等により行なうと、加振器を用いた時のよ
うには高速で走査できず撮像時間が非常に長く掛
るという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低倍率時においても加振器を
大きくすることなしに撮像時間の増大を抑制でき
る超音波顕微鏡を提供することにある。

〔発明の概要〕

上述したように倍率が設定されると、その倍率
に対応するｘ方向およびｙ方向の観察範囲が定ま
るが、本発明はそのｘ方向の観察範囲を加振器の
能力によつて許容できるｘ方向の観察範囲と比較
し、許容できるｘ方向の観察範囲を越えていると
きには倍率で定まるｘ方向の観察範囲を許容でき
るｘ方向の観察範囲内に納まるように分割し、分
割されたｘ方向の観察範囲でxy走査を行なうよ
うにしたものである。即ち、第３図に示すように
ｘ方向の観察範囲をｘ軸方向に分割し、分割した
一区画のxy走査が完了すると順次隣接した区割
でxy走査を行ない、この全体の走査画像をCRT
に表示するようにしたものであり、その際、上記
隣接した区画同士で走査の重複や間隙が生じない
ようにすると共に、CRT画面上にも重複や間隙
が生じないように制御するものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明
する。

第１図において第４図に示す従来例の構成に比
べ、ｘ軸走査管理部１６′の構成が異なり、且つ
ｘ軸走査管理部１６′はＸ軸粗動ステージ２２の
駆動用増巾器２５及びｙ軸走査管理部１４との間
に信号の送受が行なわれるようになつていること
が異なる。その他は第４図の従来例と同様であつ
て、同一符号は同一のものを示す。

ｘ軸走査管理部１６′は、第２図に示すように
送り量算出部１６ａ、Ｘ軸粗動ステージに移動信
号を発する移動信号発生部１６ｂ、ｘ軸アドレス
発生部１６ｃ及びｘ軸走査信号発生部１６ｄより
なる。駆動制御装置１３に倍率の信号が入力され
ると、倍率に対応するｘ方向の観察範囲が演算さ
れ、その値が送り量算出部１６ａに送られる。一
方、加振器１８の性能によつて許容可能なｘ方向
の観察範囲の最大値は決つているので、この許容
できる観察範囲を予め送り量算出部１６ａに記憶
してあつて、この値と前記ｘ方向の観察範囲とを
比較し、許容できる観察範囲より、算出された観
察範囲の方が大きい時は、ｘ方向の観察範囲を均
等に分割する演算を行なう。たとえばｘ方向の観
察範囲が許容される観察範囲の２倍と３倍の間に
あるときはｘ方向の観察範囲を均等に３分割す
る。この演算により得られた分割数を記憶し、且
つ分割されたｘ方向の観察範囲（以下分割観察範
囲という。）をｘ軸走査信号発生部１６ｄに送る。
ｘ軸走査信号発生部１６ｄは分割観察範囲の値か
ら駆動電圧を算出し、この駆動電圧値が増巾器１
７で駆動電圧に変換されることは、第１図に示し
た従来例と同様である。送り量算出部１６ａは、
駆動制御装置１３がパルス発信器４に送るトリガ
信号と同期して信号を受け、これをｘ軸アドレス
発生部１６ｃに転送する。ｘ軸アドレス発生部１
６ｃはトリガー信号をカウントし、順次デイジタ
ルイメージメモリー１２にアドレスを指定するこ
とは第４図に示したものと同様である。しかしな
がら、第４図に示す構成では、ｘ方向の一走査中
の観察点数が定つているので、この数に達するま
で逐次アドレスを発生するが、本実施例の送り量
算出部１６ａは上述のｘ方向の観察範囲の分割数
に応じアドレスの発生を間引く。たとえば、ｘ方
向の観察範囲が３分割されているときにはパルス
発信器４が３回パルスを発生する毎に１回アドレ
ス信号を発生する。従つてエコー処理部２７から
デジタルイメージメモリー１２に送られる３回の
データのうち２回はアドレスが指定されていない
ので記憶されないで、１回だけ記憶される。な
お、間引きのシステムはこの例に限られるもので
はなく、たとえばエコー処理部２７において３回
の受信エコーデータの平均値を演算し、３回のエ
コー毎に１つのデジタルイメージメモリー１２を
送信するようにしてもよいし、或いは駆動制御装
置１３がパルス発生器４に送るトリガ信号の間隔
を３倍にすることによつて、トリガー信号の発生
回数を３分の１に減じてもよい。

ｙ軸走査は第４図に示す従来例で説明したとこ
ろと同じである。しかし、ｙ軸走査が終了して、
ｙ軸走査管理部１４が駆動制御装置１３に走査終
了信号を発信すると同時に本発明の実施例ではｘ
軸走査管理部１６′にも走査終了信号が送られる。
この信号は第２図に示すようにｘ軸走査管理部１
６′の送り量算出部１６ａが受信する。この送り
量算出部１６ａは既述の通り、ｘ方向の観察範囲
の分割演算をし、その分割数と分割観察範囲を移
動信号発生部１６ｄが記憶しているので、上記走
査終了信号を受けるとこの信号の受信回数をカウ
ントし、分割数に達していないときは、記憶して
いる分割観察範囲を呼び出し、Ｘ軸粗動ステージ
２２をこの分割観察範囲の距離だけ移動させる信
号を発する。Ｘ軸粗動ステージ２２が上記距離の
移動を完了すると、この移動した場所でのxy走
査が開始される。

このようにして第３図に示すように分割観察範
囲に区画された観察範囲毎にxy走査が行なわれ、
逐次隣接した区画を走査する。たとえばｘ方向の
観察範囲が３分割されているときには、分割観察
範囲毎のxy走査を３回走査すると、全体の走査
が完了する。このときｘ軸走査管理部は１６′は
上述したように、Ｘ軸粗動ステージ２２の移動距
離に対応したアドレス信号をデジタルイメージメ
モリー１２に指定してあるので、CRT２４にデ
ジタルイメージメモリー１２に記憶したデータを
ドツト対応で画像表示すると走査範囲全体の画像
が切れ目のない一体の画像として表示される。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、ｘ方向の観察
範囲を加振器の性能によつて許容されるｘ方向の
観察範囲に分割し、順次その分割数だけxy走査
し、画像メモリのアドレスを観察範囲の分割との
対応をとり一画面を作成できるので、低倍率時に
おいても加振器を大きくすることなしに撮像し
て、一画面に表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による超音波顕微鏡の一実施
例を示す構成図、第２図は、第１図のｘ軸走査管
理部の詳細構成図、第３図は、第１図に示す超音
波顕微鏡での走査例を示す走査軌跡図、第４図
は、従来の超音波顕微鏡の構成図である。 ４……パルス発振器、１０……受信機、１２…
…デジタルイメージメモリ、１３……駆動制御装
置、１４……ｙ軸走査管理部、１６′……ｘ軸走
査管理部、１６ａ……送り量算出部、１６ｂ……
Ｘ軸移動信号発生部、１６ｃ……ｘ軸アドレス発
生部、１６ｄ……ｘ軸走査信号発生部、１８……
加振器、１９……操作盤、２４……CRT、２７
……エコー処理部、２８……センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 位置入力信号によつて、Ｘ方向およびＹ方向
   に超音波センサと試料台とを相対的に移動させる
   Ｘ軸粗動ステージおよびＹ軸粗動ステージと、超
   音波センサと試料台とをｘ方向に相対的に移動さ
   せるｘ軸走査ステージと、印加電圧に応じた振巾
   でｘ方向にｘ軸走査ステージを繰返し往復移動さ
   せる加振器と、入力されたスキツプ信号によつて
   超音波センサと試料台とをｙ方向に所定距離だけ
   相対的に移動するｙ軸走査ステージと、入力され
   た倍率の値によつてｘ方向およびｙ方向の観察範
   囲を算出する駆動制御装置と、駆動制御装置によ
   つて算出されたｘ方向の観察範囲の値の信号を受
   け、この値に応じた印加電圧を加振器に印加する
   信号を発信し、且つ加振器の往復動に応じて、ト
   リガーパルスをｙ軸走査管理部に発信するｘ軸走
   査管理部と、駆動制御装置によつて算出されたｙ
   方向の観察範囲の値の信号を受け、この値に応じ
   たｙ方向のスキツプ距離を算出し、ｙ軸走査ステ
   ージに移動信号を発信するｙ軸走査管理部と、駆
   動制御装置が間欠的に発するトリガー信号を受け
   て超音波センサーに電圧パルスを印加するパルス
   発振器と、試料からの反射超音波を受信する受信
   器と、受信器が受信した超音波を処理して超音波
   受信データ値を求めるエコー処理部と、駆動制御
   装置が発するトリガ信号に応じてｘ軸走査管理部
   が発生するｘアドレスと、スキツプ信号に応じて
   ｙ軸走査管理部が発生するｙアドレスとによつて
   指定されたアドレスに超音波受信データ値を記憶
   するデジタルイメージメモリーと、デジタルイメ
   ージメモリーのアドレスに対応する画面上の位置
   に超音波受信データ値を輝度表示するCRT装置
   とを備えた超音波顕微鏡において、加振器によつ
   て定まるｘ方向の許容される観察範囲を記憶し、
   入力された倍率によつて算出されたｘ方向の観察
   範囲と前記許容される観察範囲とを比較し、ｘ方
   向の観察範囲を許容される観察範囲以下に分割す
   る演算を行ない、この分割されたｘ方向の観察範
   囲に対応する信号を加振器の印加電圧として発信
   し、ｙ軸走査完了の信号をｙ軸走査管理部より受
   けて、その完了信号の回数を分割数と比較し、分
   割数に達しないときには、分割されたｘ方向の観
   察範囲の距離だけｘ軸方向に移動する信号をｘ軸
   粗動ステージに発信し、且つ、この移動距離に対
   応するＸアドレス信号を発信する送り量算出部を
   ｘ軸走査管理部に設けたことを特徴とする超音波
   顕微鏡。