JPH0749337A - 超音波測定装置 - Google Patents
超音波測定装置Info
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- JPH0749337A JPH0749337A JP5195936A JP19593693A JPH0749337A JP H0749337 A JPH0749337 A JP H0749337A JP 5195936 A JP5195936 A JP 5195936A JP 19593693 A JP19593693 A JP 19593693A JP H0749337 A JPH0749337 A JP H0749337A
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- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 6
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】試料の画像観察が可能となると共に、異方性試
料の直交異方性を同時に測定することにある。 【構成】音響レンズ17として球面レンズを備え、且つ電
気信号を超音波に変換し、試料19からの反射波を電気信
号に変換するトランスデューサを５分割型として、その
１つのトランスデューサ２を球面レンズの中心部に超音
波が入射するように設け、残りの４つを２つで１組とし
てその１組のトランスデューサ３，４を中心部を挟んで
球面レンズの周辺部に対向させて設け、もう１組のトラ
ンスデューサ５，６を前記２つのトランスデューサ３，
４の組と直交する方向に設ける構成とし、音響レンズに
より受信した試料からの反射信号として球面レンズの中
心部のトランスデューサからの反射信号と球面レンズの
周辺部の２組のトランスデューサからの反射信号をそれ
ぞれ加算してＡ／Ｄ変換器24,25 に入力する受信加算器
22,23 を設ける。
料の直交異方性を同時に測定することにある。 【構成】音響レンズ17として球面レンズを備え、且つ電
気信号を超音波に変換し、試料19からの反射波を電気信
号に変換するトランスデューサを５分割型として、その
１つのトランスデューサ２を球面レンズの中心部に超音
波が入射するように設け、残りの４つを２つで１組とし
てその１組のトランスデューサ３，４を中心部を挟んで
球面レンズの周辺部に対向させて設け、もう１組のトラ
ンスデューサ５，６を前記２つのトランスデューサ３，
４の組と直交する方向に設ける構成とし、音響レンズに
より受信した試料からの反射信号として球面レンズの中
心部のトランスデューサからの反射信号と球面レンズの
周辺部の２組のトランスデューサからの反射信号をそれ
ぞれ加算してＡ／Ｄ変換器24,25 に入力する受信加算器
22,23 を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料の微小部分の弾性
的性質を超音波を用いて測定する超音波測定装置に関す
る。
的性質を超音波を用いて測定する超音波測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に超音波顕微鏡においては、Ｖ
（Ｚ）曲線と呼ばれる試料の弾性表面波速度を反映した
周期を持つ振動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できることが知られている。
（Ｚ）曲線と呼ばれる試料の弾性表面波速度を反映した
周期を持つ振動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できることが知られている。
【０００３】図４はこのＶ（Ｚ）曲線を説明するための
音響レンズのモデル図である。図４に示す音響レンズ
は、超音波を収束させるレンズ母材１０２と、このレン
ズ母材１０２の上面に設けられた超音波トランスデュー
サ（圧電トランスデューサ）１０１と、超音波を伝搬さ
せるカプラ１０３とで構成され、超音波トランスデュー
サ１０１より出される超音波をレンズ母材１０２、カプ
ラ１０３を通して試料１０４に入射する。
音響レンズのモデル図である。図４に示す音響レンズ
は、超音波を収束させるレンズ母材１０２と、このレン
ズ母材１０２の上面に設けられた超音波トランスデュー
サ（圧電トランスデューサ）１０１と、超音波を伝搬さ
せるカプラ１０３とで構成され、超音波トランスデュー
サ１０１より出される超音波をレンズ母材１０２、カプ
ラ１０３を通して試料１０４に入射する。
【０００４】この場合、受信信号は超音波トランスデュ
ーサ１０１より試料１０４に＃０に示すように垂直に超
音波が入射して試料１０４から反射される成分と、超音
波が＃１のように特定の角度θR （表面波の臨界角）で
試料１０４に入射し、試料表面を表面波１０５として伝
搬した後、再放射される成分との干渉信号となる。
ーサ１０１より試料１０４に＃０に示すように垂直に超
音波が入射して試料１０４から反射される成分と、超音
波が＃１のように特定の角度θR （表面波の臨界角）で
試料１０４に入射し、試料表面を表面波１０５として伝
搬した後、再放射される成分との干渉信号となる。
【０００５】いま、両成分の位相差がｎπ（ｎ＝２，
４，６，８，……）の時強め合い、ｎπ（ｎ＝１，３，
５，……）の時弱め合い、Ｖ（Ｚ）曲線は極大、極小を
繰り返す。
４，６，８，……）の時強め合い、ｎπ（ｎ＝１，３，
５，……）の時弱め合い、Ｖ（Ｚ）曲線は極大、極小を
繰り返す。
【０００６】ここで、音響レンズの移動量Ｚとカプラー
中の超音波の波長λw 、表面波の臨界角θR との間には
次のような関係が成立する。 Ｚ＝−ｎλw ／２（１− cosθR ） ……（１） 但し、ｎ＝１，２，３ 従って、極大又は極小の間隔ΔＺは ΔＺ＝λw ／２（１− cosθR ） ……（２） が成立する。
中の超音波の波長λw 、表面波の臨界角θR との間には
次のような関係が成立する。 Ｚ＝−ｎλw ／２（１− cosθR ） ……（１） 但し、ｎ＝１，２，３ 従って、極大又は極小の間隔ΔＺは ΔＺ＝λw ／２（１− cosθR ） ……（２） が成立する。
【０００７】よって、このΔＺを求めて表面波の臨界角
θR とスネルの法則とにより、試料の表面波速度ｖSAW
を求めることができる。いま、試料の分子構造に異方性
がある場合、特定の方向に伝搬する表面波速度ｖSAW を
測定することにより、その異方性を測定することができ
る。
θR とスネルの法則とにより、試料の表面波速度ｖSAW
を求めることができる。いま、試料の分子構造に異方性
がある場合、特定の方向に伝搬する表面波速度ｖSAW を
測定することにより、その異方性を測定することができ
る。
【０００８】ところで、試料の表面を特定の方向に伝搬
する表面波を検出する従来の手法としては、種々の方法
がある。図５は御子紫宣夫、生嶋明共編、1990年発行の
「超音波スペクトロスコピー」応用編のＰ163 に記載さ
れている表面波検出方法を説明するための音響レンズを
示すもので、図４と同一構成部品には同一符号を付して
ある。この音響レンズは、図５に示すようにレンズ母材
１０２の超音波出射部を円筒形のレンズ形状に形成して
特定の方位から試料１０４に超音波を入射するようにし
たものである。
する表面波を検出する従来の手法としては、種々の方法
がある。図５は御子紫宣夫、生嶋明共編、1990年発行の
「超音波スペクトロスコピー」応用編のＰ163 に記載さ
れている表面波検出方法を説明するための音響レンズを
示すもので、図４と同一構成部品には同一符号を付して
ある。この音響レンズは、図５に示すようにレンズ母材
１０２の超音波出射部を円筒形のレンズ形状に形成して
特定の方位から試料１０４に超音波を入射するようにし
たものである。
【０００９】また、図６は特開昭６３−１９５５６３号
に記載されている表面波検出方法を説明するための音響
レンズを示すもので、図４と同一構成部品には同一符号
を付してある。この音響レンズは、図６に示すようにレ
ンズ母材１０２の超音波出射部を球面状に形成したレン
ズ母材１０２に対し横波の超音波を入射させ、試料に入
射する超音波の方位を制限するようにしたものである。
に記載されている表面波検出方法を説明するための音響
レンズを示すもので、図４と同一構成部品には同一符号
を付してある。この音響レンズは、図６に示すようにレ
ンズ母材１０２の超音波出射部を球面状に形成したレン
ズ母材１０２に対し横波の超音波を入射させ、試料に入
射する超音波の方位を制限するようにしたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】これら図５及び図６に
示す方法は、全て単一の特定方向の表面波速度を計測す
ることは可能である。しかし、図５に示すように超音波
出射部が円筒状の音響レンズでは、試料面に対して超音
波ビームが線状に収束するため、測定する表面波の伝搬
方向と直交する方向の分解能が落ちると共に、画像観察
ができないという問題がある。
示す方法は、全て単一の特定方向の表面波速度を計測す
ることは可能である。しかし、図５に示すように超音波
出射部が円筒状の音響レンズでは、試料面に対して超音
波ビームが線状に収束するため、測定する表面波の伝搬
方向と直交する方向の分解能が落ちると共に、画像観察
ができないという問題がある。
【００１１】また、図６に示すように超音波出射部が球
面状の音響レンズでは、画像観察はできるが、測定する
表面波の伝搬方向とこれに直交する方向の２方向を音響
レンズを別々に回転させて測定しなければならない。
面状の音響レンズでは、画像観察はできるが、測定する
表面波の伝搬方向とこれに直交する方向の２方向を音響
レンズを別々に回転させて測定しなければならない。
【００１２】従って、音響レンズを各方向毎に別々に回
転させて測定するということは、周囲の環境が変化する
可能性があるため、同一条件での測定とは言えない。特
にカプラの温度変化による測定条件の変化は、装置の設
置場所が恒温室のような理想的な測定条件が得られない
場合には大きな測定誤差を生じる要因となる。
転させて測定するということは、周囲の環境が変化する
可能性があるため、同一条件での測定とは言えない。特
にカプラの温度変化による測定条件の変化は、装置の設
置場所が恒温室のような理想的な測定条件が得られない
場合には大きな測定誤差を生じる要因となる。
【００１３】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、その目的は試料の画像観察が可
能であり、また異方性試料の直交異方性を同時に測定で
きる超音波測定装置を提供することにある。
ためになされたもので、その目的は試料の画像観察が可
能であり、また異方性試料の直交異方性を同時に測定で
きる超音波測定装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により超音波測定装置を構
成したものである。 （１）連続高周波を発生させる手段と、この手段により
発生した連続高周波をバースト波に変換させる手段と、
この手段によりバースト波を超音波に変換し、微小スポ
ットに収集して試料に入射すると共に、試料からの反射
波を再び電気信号に変換する音響レンズと、この音響レ
ンズを前記試料面に対して垂直方向に移動させる音響レ
ンズ移動手段と、前記試料を２次元平面上に移動させる
試料移動手段とこの音響レンズにより受信した試料から
の反射信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換手
段と、このＡ／Ｄ変換手段の出力を演算して受信信号の
強度と位相を求めて記憶部に記憶する演算制御手段と、
この演算制御手段の記憶部に記憶された情報及び演算結
果を表示する表示手段とを備えた超音波測定装置におい
て、前記音響レンズとして球面レンズを備え、且つ電気
信号を超音波に変換し、試料からの反射波を電気信号に
変換するトランスデューサを５分割型として、その１つ
を前記球面レンズの中心部に超音波が入射するように設
け、残りの４つのトランスデューサを２つで１組として
その１組のトランスデューサを前記中心部を挟んで球面
レンズの周辺部に対向させて設け、もう１組のトランス
デューサを前記対向する２つのトランスデューサの組と
直交する方向に設ける構成とし、前記音響レンズにより
受信した試料からの反射信号として前記球面レンズの中
心部のトランスデューサからの反射信号と前記球面レン
ズの周辺部の２組のトランスデューサからの反射信号を
それぞれ加算して前記Ａ／Ｄ変換手段に入力する加算手
段を設けたものである。 （２）上記（１）の構成に加えて、前記連続高周波から
９０°位相のずれた２つの連続波信号を得る位相変換手
段と、この位相変換手段より得られる２つの連続波信号
と加算手段の出力信号とを乗算する乗算手段と、この乗
算手段の乗算出力を高調波成分を除去してＡ／Ｄ変換手
段に与えるローパスフィルタとを設けたものである。
成するため、次のような手段により超音波測定装置を構
成したものである。 （１）連続高周波を発生させる手段と、この手段により
発生した連続高周波をバースト波に変換させる手段と、
この手段によりバースト波を超音波に変換し、微小スポ
ットに収集して試料に入射すると共に、試料からの反射
波を再び電気信号に変換する音響レンズと、この音響レ
ンズを前記試料面に対して垂直方向に移動させる音響レ
ンズ移動手段と、前記試料を２次元平面上に移動させる
試料移動手段とこの音響レンズにより受信した試料から
の反射信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換手
段と、このＡ／Ｄ変換手段の出力を演算して受信信号の
強度と位相を求めて記憶部に記憶する演算制御手段と、
この演算制御手段の記憶部に記憶された情報及び演算結
果を表示する表示手段とを備えた超音波測定装置におい
て、前記音響レンズとして球面レンズを備え、且つ電気
信号を超音波に変換し、試料からの反射波を電気信号に
変換するトランスデューサを５分割型として、その１つ
を前記球面レンズの中心部に超音波が入射するように設
け、残りの４つのトランスデューサを２つで１組として
その１組のトランスデューサを前記中心部を挟んで球面
レンズの周辺部に対向させて設け、もう１組のトランス
デューサを前記対向する２つのトランスデューサの組と
直交する方向に設ける構成とし、前記音響レンズにより
受信した試料からの反射信号として前記球面レンズの中
心部のトランスデューサからの反射信号と前記球面レン
ズの周辺部の２組のトランスデューサからの反射信号を
それぞれ加算して前記Ａ／Ｄ変換手段に入力する加算手
段を設けたものである。 （２）上記（１）の構成に加えて、前記連続高周波から
９０°位相のずれた２つの連続波信号を得る位相変換手
段と、この位相変換手段より得られる２つの連続波信号
と加算手段の出力信号とを乗算する乗算手段と、この乗
算手段の乗算出力を高調波成分を除去してＡ／Ｄ変換手
段に与えるローパスフィルタとを設けたものである。
【００１５】
【作用】このような構成の超音波測定装置にあっては、
音響レンズとして球面レンズを備え、且つトランスデュ
ーサを５分割型とし、その１つを球面レンズの中心部を
通って試料に超音波を出射し、その反射波を取込む送受
信用とし、残り４つの２つを１組とする一方のトランス
デューサより超音波を試料に出射させ、他方のトランス
デューサにより試料表面を伝搬する表面波を受信し、こ
の組の送受信経路と直交する方向の受信経路を形成する
もう１組の一方のトランスデューサより超音波を試料に
出射させ、試料表面を伝搬する表面波を受信して球面レ
ンズの中心部を通る反射波にそれぞれ加算することによ
り、試料の直交方向のＶ（Ｚ）曲線を１回の測定で同時
に測定することができ、その測定データをもとに演算制
御部で試料の直交方向の表面波速度を求めることができ
る。また、試料の画像観察を行うにはトランスデューサ
からの反射信号の全て又は一部を加算することにより可
能である。
音響レンズとして球面レンズを備え、且つトランスデュ
ーサを５分割型とし、その１つを球面レンズの中心部を
通って試料に超音波を出射し、その反射波を取込む送受
信用とし、残り４つの２つを１組とする一方のトランス
デューサより超音波を試料に出射させ、他方のトランス
デューサにより試料表面を伝搬する表面波を受信し、こ
の組の送受信経路と直交する方向の受信経路を形成する
もう１組の一方のトランスデューサより超音波を試料に
出射させ、試料表面を伝搬する表面波を受信して球面レ
ンズの中心部を通る反射波にそれぞれ加算することによ
り、試料の直交方向のＶ（Ｚ）曲線を１回の測定で同時
に測定することができ、その測定データをもとに演算制
御部で試料の直交方向の表面波速度を求めることができ
る。また、試料の画像観察を行うにはトランスデューサ
からの反射信号の全て又は一部を加算することにより可
能である。
【００１６】また、連続高周波から９０°位相のずれた
２つの連続波信号を得て、上記加算値と乗算してローパ
スフィルタにより高調波成分を除去することにより、試
料の縦波及び横波の測定が可能となり、試料の弾性係数
を求めることができる。
２つの連続波信号を得て、上記加算値と乗算してローパ
スフィルタにより高調波成分を除去することにより、試
料の縦波及び横波の測定が可能となり、試料の弾性係数
を求めることができる。
【００１７】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。まず、本発明で使用される音響レンズの構成につい
て図３により説明する。図３（ａ）は音響レンズの上面
図、同図（ｂ）は正面図である。図３（ａ），（ｂ）に
示すように、超音波出射部を球面状に形成した柱状のレ
ンズ母材１の上面中心部に第１の圧電トランスデューサ
２を設け、この第１の圧電トランスデューサ２を挟んで
第２及び第３の圧電トランスデューサ３，４を対向させ
てそれぞれ設け、これら第２及び第３の圧電トランスデ
ューサ３，４とそれぞれ９０°異なる位置に第４及び第
５の圧電トランスデューサ５，６を対向させてそれぞれ
設ける構成とする。
る。まず、本発明で使用される音響レンズの構成につい
て図３により説明する。図３（ａ）は音響レンズの上面
図、同図（ｂ）は正面図である。図３（ａ），（ｂ）に
示すように、超音波出射部を球面状に形成した柱状のレ
ンズ母材１の上面中心部に第１の圧電トランスデューサ
２を設け、この第１の圧電トランスデューサ２を挟んで
第２及び第３の圧電トランスデューサ３，４を対向させ
てそれぞれ設け、これら第２及び第３の圧電トランスデ
ューサ３，４とそれぞれ９０°異なる位置に第４及び第
５の圧電トランスデューサ５，６を対向させてそれぞれ
設ける構成とする。
【００１８】ここで、第２及び第３の圧電トランスデュ
ーサ３，４は図４に示す経路＃１の超音波の送信及び受
信用に相当し、第４及び第５の圧電トランスデューサ
５，６は経路＃１と直交する方向の超音波の送信及び受
信用に相当し、さらに第１の圧電トランスデューサ２は
経路＃０の超音波の送信及び受信用に相当するものであ
る。
ーサ３，４は図４に示す経路＃１の超音波の送信及び受
信用に相当し、第４及び第５の圧電トランスデューサ
５，６は経路＃１と直交する方向の超音波の送信及び受
信用に相当し、さらに第１の圧電トランスデューサ２は
経路＃０の超音波の送信及び受信用に相当するものであ
る。
【００１９】従って、直交する２方向の一方をＡ方向、
他方をＢ方向とすると、Ｖ（Ｚ）曲線は次式により与え
られる。 Ｖ（Ｚ）A ＝Ａ（Ｚ）(3)(4)＋αA Ａ（Ｚ）(2) Ｖ（Ｚ）B ＝Ａ（Ｚ）(5)(6)＋αB Ａ（Ｚ）(2) ……（３） 但し、Ａ（Ｚ）(3)(4)，Ａ（Ｚ）(5)(6)，Ａ（Ｚ）(2)
はそれぞれのトランスデューサよりの出力信号で、α
A 、αB は適当な重み付けである。
他方をＢ方向とすると、Ｖ（Ｚ）曲線は次式により与え
られる。 Ｖ（Ｚ）A ＝Ａ（Ｚ）(3)(4)＋αA Ａ（Ｚ）(2) Ｖ（Ｚ）B ＝Ａ（Ｚ）(5)(6)＋αB Ａ（Ｚ）(2) ……（３） 但し、Ａ（Ｚ）(3)(4)，Ａ（Ｚ）(5)(6)，Ａ（Ｚ）(2)
はそれぞれのトランスデューサよりの出力信号で、α
A 、αB は適当な重み付けである。
【００２０】このように圧電トランスデューサを第１乃
至第５の圧電トランスデューサに分割して配置する構成
とし、これらの圧電トランスデューサより同時に超音波
の送信を行った後、同時に超音波の受信を行うことによ
り、１回の測定で同時に直交する２方向のＶ（Ｚ）曲線
を測定することができる。
至第５の圧電トランスデューサに分割して配置する構成
とし、これらの圧電トランスデューサより同時に超音波
の送信を行った後、同時に超音波の受信を行うことによ
り、１回の測定で同時に直交する２方向のＶ（Ｚ）曲線
を測定することができる。
【００２１】次に上記のような構成の音響レンズを用い
た本発明の超音波測定装置の第１の実施例を図１により
説明する。図１において、１１は装置全体の制御と試料
の直交する２方向のＶ（Ｚ）曲線から試料の直交方向の
表面波速度の演算及び試料の画像観察に必要な処理を行
う演算制御部で、この演算制御部には情報を記憶する記
憶部を備えている。
た本発明の超音波測定装置の第１の実施例を図１により
説明する。図１において、１１は装置全体の制御と試料
の直交する２方向のＶ（Ｚ）曲線から試料の直交方向の
表面波速度の演算及び試料の画像観察に必要な処理を行
う演算制御部で、この演算制御部には情報を記憶する記
憶部を備えている。
【００２２】また、１２は演算制御部１１からの指令に
より高周波信号を出力する高周波発振器、１３はこの高
周波発振器１２より出力される高周波信号を位相変調し
てバースト波を出力する位相変調器である。
より高周波信号を出力する高周波発振器、１３はこの高
周波発振器１２より出力される高周波信号を位相変調し
てバースト波を出力する位相変調器である。
【００２３】さらに、１４，１５，１６は送信側と受信
側の固定接点とこれら固定接点の何ずれかに切換える可
動接点を有する切換スイッチで、これら切換スイッチ１
４，１５，１６の送信側固定接点は位相変調器１３の出
力端にそれぞれ接続されている。また、切換スイッチ１
４の可動接点は前述した構成の音響レンズ１７の第２及
び第３の圧電トランスデューサ３，４に接続され、切換
スイッチ１５の可動接点は第１の圧電トランスデューサ
２に接続され、切換スイッチ１６の可動接点は第４及び
第５の圧電トランスデューサ５，６に接続されている。
側の固定接点とこれら固定接点の何ずれかに切換える可
動接点を有する切換スイッチで、これら切換スイッチ１
４，１５，１６の送信側固定接点は位相変調器１３の出
力端にそれぞれ接続されている。また、切換スイッチ１
４の可動接点は前述した構成の音響レンズ１７の第２及
び第３の圧電トランスデューサ３，４に接続され、切換
スイッチ１５の可動接点は第１の圧電トランスデューサ
２に接続され、切換スイッチ１６の可動接点は第４及び
第５の圧電トランスデューサ５，６に接続されている。
【００２４】上記音響レンズ１７は、演算制御部１１か
らの制御により平面座標系のＸ方向とＹ方向に移動する
Ｘ−Ｙステージ１８上に置かれた試料１９の上にカプラ
２０を介して設けられ、且つ音響レンズ１７自体は演算
制御部１１からの制御により試料１９に対して垂直方
向、つまりＺ方向に移動するＺステージ２１が備えられ
ている。
らの制御により平面座標系のＸ方向とＹ方向に移動する
Ｘ−Ｙステージ１８上に置かれた試料１９の上にカプラ
２０を介して設けられ、且つ音響レンズ１７自体は演算
制御部１１からの制御により試料１９に対して垂直方
向、つまりＺ方向に移動するＺステージ２１が備えられ
ている。
【００２５】一方、切換スイッチ１４，１６の受信側固
定接点は、受信加算器２２，２３の入力端に接続され、
また切換スイッチ１５の受信側固定接点は、それぞれ受
信加算器２２，２３に受信側入力信号に加算されるよう
に接続されている。
定接点は、受信加算器２２，２３の入力端に接続され、
また切換スイッチ１５の受信側固定接点は、それぞれ受
信加算器２２，２３に受信側入力信号に加算されるよう
に接続されている。
【００２６】これら受信側加算器２２，２３の出力信号
は、Ａ／Ｄ変換器２４，２５に入力され、このＡ／Ｄ変
換器２４，２５によりＡ／Ｄ変換された出力信号は演算
制御部１１から出されるトリガー信号により該演算制御
部に１１取込まれ、記憶部に記憶される。
は、Ａ／Ｄ変換器２４，２５に入力され、このＡ／Ｄ変
換器２４，２５によりＡ／Ｄ変換された出力信号は演算
制御部１１から出されるトリガー信号により該演算制御
部に１１取込まれ、記憶部に記憶される。
【００２７】この演算制御部１１で演算処理された結果
については、表示部２６に出力し、表示される。次に上
記のように構成された第１の実施例の超音波測定装置の
作用について説明する。
については、表示部２６に出力し、表示される。次に上
記のように構成された第１の実施例の超音波測定装置の
作用について説明する。
【００２８】まず、試料の異方性定量の測定についての
作用を説明する。いま、演算制御部１１からの指令によ
り高周波発振器１２より連続高周波信号を発振すると、
この連続高周波信号は位相変調器１３により数十サイク
ルのバースト波に切出され、切換スイッチ１４，１５，
１６の送信側固定接点にそれぞれ加えられる。このとき
演算制御部１１からの送受信タイミング指令により可動
接点が送信側固定接点側に接続されているものとする
と、バースト波は音響レンズ１７の第２及び第３の圧電
トランスデューサ３，４、第１の圧電トランスデューサ
２、第４及び第５の圧電トランスデューサ５，６にそれ
ぞれ印加され、超音波信号に変換される。この超音波信
号はレンズ母材１を伝搬し、カプラ２０を通して試料１
９に入射される。
作用を説明する。いま、演算制御部１１からの指令によ
り高周波発振器１２より連続高周波信号を発振すると、
この連続高周波信号は位相変調器１３により数十サイク
ルのバースト波に切出され、切換スイッチ１４，１５，
１６の送信側固定接点にそれぞれ加えられる。このとき
演算制御部１１からの送受信タイミング指令により可動
接点が送信側固定接点側に接続されているものとする
と、バースト波は音響レンズ１７の第２及び第３の圧電
トランスデューサ３，４、第１の圧電トランスデューサ
２、第４及び第５の圧電トランスデューサ５，６にそれ
ぞれ印加され、超音波信号に変換される。この超音波信
号はレンズ母材１を伝搬し、カプラ２０を通して試料１
９に入射される。
【００２９】ここで、第１の圧電トランスデューサ２よ
り放射された超音波は、試料１９に垂直に入射され、そ
の反射波はカプラ２０を通して再び第１の圧電トランス
デューサ２により受信されて電気信号に変換される。
り放射された超音波は、試料１９に垂直に入射され、そ
の反射波はカプラ２０を通して再び第１の圧電トランス
デューサ２により受信されて電気信号に変換される。
【００３０】また、第２の圧電トランスデューサ３より
放射された超音波信号は試料１９に斜入射し、試料１９
の表面波の臨界角の成分が試料１９の表面を表面波とし
て伝搬する。そして、この表面波はカプラ２０中に反射
波として再放射され、第３の圧電トランスデューサ４に
より受信されて電気信号に変換される。
放射された超音波信号は試料１９に斜入射し、試料１９
の表面波の臨界角の成分が試料１９の表面を表面波とし
て伝搬する。そして、この表面波はカプラ２０中に反射
波として再放射され、第３の圧電トランスデューサ４に
より受信されて電気信号に変換される。
【００３１】さらに、第４の圧電トランスデューサ５よ
り放射された超音波信号も同様にして試料１９に斜入射
し、試料１９の表面を表面波として伝搬する表面波はカ
プラ２０中に反射波として再放射され、第５のトランス
デューサ６により受信されて電気信号に変換される。
り放射された超音波信号も同様にして試料１９に斜入射
し、試料１９の表面を表面波として伝搬する表面波はカ
プラ２０中に反射波として再放射され、第５のトランス
デューサ６により受信されて電気信号に変換される。
【００３２】従って、第２及び第３の圧電トランスデュ
ーサ３，４の出力信号はＡ（Ｚ）(3)(4)、第４及び第５
の圧電トランスデューサ５，６の出力信号はＡ（Ｚ）
(5)(6)であり、第１の圧電トランスデューサ２の出力信
号はＡ（Ｚ）(2) となる。
ーサ３，４の出力信号はＡ（Ｚ）(3)(4)、第４及び第５
の圧電トランスデューサ５，６の出力信号はＡ（Ｚ）
(5)(6)であり、第１の圧電トランスデューサ２の出力信
号はＡ（Ｚ）(2) となる。
【００３３】このように第２及び第３の圧電トランスデ
ューサ３と４、第４及び第５の圧電トランスデューサ５
と６、第１の圧電トランスデューサ２の出力信号は、演
算制御部１１からの送受信タイミング指令により切換え
られる切換スイッチ１４，１５，１６の受信側接点を介
して受信加算器２２，２３にそれぞれ取込まれ、前述し
た（３）式に従い、Ｖ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B をそれぞれ
求める。受信加算器２２，２３で求められたＶ（Ｚ）A
とＶ（Ｚ）B はそれぞれＡ／Ｄ変換器２４，２５により
アナログ信号からデジタル信号に変換されて演算制御部
１１の記憶部に記憶される。この場合、Ａ／Ｄ変換器２
４，２５から演算制御部１１への取込みは演算制御部１
１から出されるトリガー信号により実行される。
ューサ３と４、第４及び第５の圧電トランスデューサ５
と６、第１の圧電トランスデューサ２の出力信号は、演
算制御部１１からの送受信タイミング指令により切換え
られる切換スイッチ１４，１５，１６の受信側接点を介
して受信加算器２２，２３にそれぞれ取込まれ、前述し
た（３）式に従い、Ｖ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B をそれぞれ
求める。受信加算器２２，２３で求められたＶ（Ｚ）A
とＶ（Ｚ）B はそれぞれＡ／Ｄ変換器２４，２５により
アナログ信号からデジタル信号に変換されて演算制御部
１１の記憶部に記憶される。この場合、Ａ／Ｄ変換器２
４，２５から演算制御部１１への取込みは演算制御部１
１から出されるトリガー信号により実行される。
【００３４】以上のような作用を音響レンズ１７の焦点
位置を挟み、上下に数十から数百点繰返すことにより、
試料１９の互いに直交する２方向のＶ（Ｚ）A とＶ
（Ｚ）Ｂを求めることができる。
位置を挟み、上下に数十から数百点繰返すことにより、
試料１９の互いに直交する２方向のＶ（Ｚ）A とＶ
（Ｚ）Ｂを求めることができる。
【００３５】このようにして求められたＶ（Ｚ）Ａ と
Ｖ（Ｚ）B は、表示部２６に表示され、また演算制御部
１１ではこれらＶ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B をもとに表面波
速度が計算される。
Ｖ（Ｚ）B は、表示部２６に表示され、また演算制御部
１１ではこれらＶ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B をもとに表面波
速度が計算される。
【００３６】次に画像観察モードの作用について説明す
る。画像観察モードにおいては、音響レンズ１７をＺス
テージ２１により試料１９に対して焦点位置又は焦点よ
り送込んだ位置に固定する。また、Ｘ−Ｙステージ１８
により試料１９を２次元に走査しながら、前述したよう
にＶ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B を測定し、演算制御部１１に
よりＶ（Ｚ）A ，Ｖ（Ｚ）B 又は両者の和を記憶させ、
表示部２６に表示させる。
る。画像観察モードにおいては、音響レンズ１７をＺス
テージ２１により試料１９に対して焦点位置又は焦点よ
り送込んだ位置に固定する。また、Ｘ−Ｙステージ１８
により試料１９を２次元に走査しながら、前述したよう
にＶ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B を測定し、演算制御部１１に
よりＶ（Ｚ）A ，Ｖ（Ｚ）B 又は両者の和を記憶させ、
表示部２６に表示させる。
【００３７】以上のように本発明の第１の実施例によれ
ば、画像観察を試料の互いに直交する２方向のＶ（Ｚ）
A ，Ｖ（Ｚ）B を同時に測定することができる。次に本
発明の第２の実施例を図２により説明する。
ば、画像観察を試料の互いに直交する２方向のＶ（Ｚ）
A ，Ｖ（Ｚ）B を同時に測定することができる。次に本
発明の第２の実施例を図２により説明する。
【００３８】図２は本発明の第２の実施例を示すブロッ
ク図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
第２の実施例では、図２に示すように高周波発振器１２
から出力される高周波信号を位相回路２７に加えて０°
と９０°の位相変化させた２つの信号を得、高周波信号
と同位相の出力信号と受信加算器２２，２３の出力信号
とを乗算器２８，３０によりそれぞれ乗算してローパス
フィルタ３２，３４に与え、その出力をＡ／Ｄ変換器３
６，３８を通して演算制御部１１に入力する。また、９
０°位相変化させた信号も同様に受信加算器２２，２３
の出力信号と乗算器２９，３１によりそれぞれ乗算して
ローパスフィルタ３３，３５に与え、その出力をＡ／Ｄ
変換器３７，３９を通して演算制御部１１に入力する。
この場合、ローパスフィルタ３２〜３５は高周波発振器
１２より出力される連続波の２倍の周波数が除去できる
特性のものが採用される。
ク図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
第２の実施例では、図２に示すように高周波発振器１２
から出力される高周波信号を位相回路２７に加えて０°
と９０°の位相変化させた２つの信号を得、高周波信号
と同位相の出力信号と受信加算器２２，２３の出力信号
とを乗算器２８，３０によりそれぞれ乗算してローパス
フィルタ３２，３４に与え、その出力をＡ／Ｄ変換器３
６，３８を通して演算制御部１１に入力する。また、９
０°位相変化させた信号も同様に受信加算器２２，２３
の出力信号と乗算器２９，３１によりそれぞれ乗算して
ローパスフィルタ３３，３５に与え、その出力をＡ／Ｄ
変換器３７，３９を通して演算制御部１１に入力する。
この場合、ローパスフィルタ３２〜３５は高周波発振器
１２より出力される連続波の２倍の周波数が除去できる
特性のものが採用される。
【００３９】他の構成については第１の実施例と同じで
ある。次に上記のように構成された第２の実施例の超音
波測定装置の作用について説明する。
ある。次に上記のように構成された第２の実施例の超音
波測定装置の作用について説明する。
【００４０】まず、試料の異方性定量の測定についての
作用を説明する。受信加算器２２，２３よりＶ（Ｚ）
A ，Ｖ（Ｚ）B が出力されるところまでは第１の実施例
と同様である。高周波発振器１２より発振した連続高周
波は位相回路２７により０°と９０°位相変化させた２
つの信号を得、その出力信号を受信加算器２２，２３よ
り出力されるＶ（Ｚ）A ，Ｖ（Ｚ）B と乗算器２８，２
９，３０，３１により乗算された後、ローパスフィルタ
３２，３３，３４，３５をそれぞれ通る。いま、主に試
料を表面波として伝搬することによる位相変化をφA，
φB とすると、ローパスフィルタ３２，３３，３４，３
５の出力信号はそれぞれ（Ａ／２）cos φA ，（Ａ／
２）sin φB ，（Ｂ／２）cos φB ，（Ｂ／２）sin φ
A （Ａ，ＢはそれぞれＶ（ＺA ），Ｖ（ＺB ）の振幅）
となる。
作用を説明する。受信加算器２２，２３よりＶ（Ｚ）
A ，Ｖ（Ｚ）B が出力されるところまでは第１の実施例
と同様である。高周波発振器１２より発振した連続高周
波は位相回路２７により０°と９０°位相変化させた２
つの信号を得、その出力信号を受信加算器２２，２３よ
り出力されるＶ（Ｚ）A ，Ｖ（Ｚ）B と乗算器２８，２
９，３０，３１により乗算された後、ローパスフィルタ
３２，３３，３４，３５をそれぞれ通る。いま、主に試
料を表面波として伝搬することによる位相変化をφA，
φB とすると、ローパスフィルタ３２，３３，３４，３
５の出力信号はそれぞれ（Ａ／２）cos φA ，（Ａ／
２）sin φB ，（Ｂ／２）cos φB ，（Ｂ／２）sin φ
A （Ａ，ＢはそれぞれＶ（ＺA ），Ｖ（ＺB ）の振幅）
となる。
【００４１】これらローパスフィルタ３２，３３，３
４，３５の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３６，３７，３
８，３９によりデジタル信号に変換され、制御演算部１
１より出されるトリガー信号により制御演算部１１に取
込まれ、記憶部に記憶される。この制御演算部１１では
この記憶部に記憶された情報から反射波の強度と位相が
それぞれ計算される。
４，３５の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３６，３７，３
８，３９によりデジタル信号に変換され、制御演算部１
１より出されるトリガー信号により制御演算部１１に取
込まれ、記憶部に記憶される。この制御演算部１１では
この記憶部に記憶された情報から反射波の強度と位相が
それぞれ計算される。
【００４２】以上のような処理により得られる情報は試
料１９に対して一点の情報であり、従って音響レンズ１
７を挟んで、上下に数十から数百点繰返すことにより、
試料１９の直交する２つの方向の複素Ｖ（Ｚ）A とＶ
（Ｚ）B を求めることができる。また、かくして求めら
れた複素Ｖ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B は表示部２６に表示さ
れ、また演算制御部１１によりフーリエ変換等の演算処
理を行うことにより、表面波速度等が計算される。
料１９に対して一点の情報であり、従って音響レンズ１
７を挟んで、上下に数十から数百点繰返すことにより、
試料１９の直交する２つの方向の複素Ｖ（Ｚ）A とＶ
（Ｚ）B を求めることができる。また、かくして求めら
れた複素Ｖ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）B は表示部２６に表示さ
れ、また演算制御部１１によりフーリエ変換等の演算処
理を行うことにより、表面波速度等が計算される。
【００４３】画像観察モードについては第１の実施例と
同様なので、ここではその説明を省略する。以上のよう
に第２の実施例によれば、画像観察を可能とし、試料の
互いに直交する方向の２つの複素Ｖ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）
B とを同時に測定することができ、しかも縦波と横波の
測定が可能となるので、試料１９の弾性係数を求めるこ
とができる。
同様なので、ここではその説明を省略する。以上のよう
に第２の実施例によれば、画像観察を可能とし、試料の
互いに直交する方向の２つの複素Ｖ（Ｚ）A とＶ（Ｚ）
B とを同時に測定することができ、しかも縦波と横波の
測定が可能となるので、試料１９の弾性係数を求めるこ
とができる。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、試料
の画像観察が可能となると共に、異方性試料の直交異方
性を同時に測定することができる超音波測定装置を提供
できる。
の画像観察が可能となると共に、異方性試料の直交異方
性を同時に測定することができる超音波測定装置を提供
できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す超音波測定装置の
ブロック構成図。
ブロック構成図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す超音波測定装置の
ブロック構成図。
ブロック構成図。
【図３】本発明に適用される音響レンズの構成説明図。
【図４】Ｖ（Ｚ）曲線を説明するための音響レンズのモ
デル図
デル図
【図５】従来の表面波検出方法を説明するための音響レ
ンズを示す図。
ンズを示す図。
【図６】従来の異なる表面波検出方法を説明するための
音響レンズを示す図。
音響レンズを示す図。
１…レンズ母材、２〜６…圧電トランスデューサ、１１
…演算制御部、１２…高周波発振器、１３…位相変調
器、１４〜１６…切換スイッチ、１７…音響レンズ、１
８…Ｘ−Ｙステージ、１９…試料、２０…カプラ、２１
Ｚステージ、２２，２３…受信加算器、２４，２５…Ａ
／Ｄ変換器、２６…表示部、２７…位相器、２８〜３１
…乗算器、３２〜３５…ローパスフィルタ、３６〜３９
…Ａ／Ｄ変換器。
…演算制御部、１２…高周波発振器、１３…位相変調
器、１４〜１６…切換スイッチ、１７…音響レンズ、１
８…Ｘ−Ｙステージ、１９…試料、２０…カプラ、２１
Ｚステージ、２２，２３…受信加算器、２４，２５…Ａ
／Ｄ変換器、２６…表示部、２７…位相器、２８〜３１
…乗算器、３２〜３５…ローパスフィルタ、３６〜３９
…Ａ／Ｄ変換器。
Claims (3)
- 【請求項１】 連続高周波を発生させる手段と、この手
段により発生した連続高周波をバースト波に変換させる
手段と、この手段によりバースト波を超音波に変換し、
微小スポットに収集して試料に入射すると共に、試料か
らの反射波を再び電気信号に変換する音響レンズと、こ
の音響レンズを前記試料面に対して垂直方向に移動させ
る音響レンズ移動手段と、前記試料を２次元平面上に移
動させる試料移動手段と、この音響レンズにより受信し
た試料からの反射信号をアナログ−デジタル変換するＡ
／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段の出力を演算して
受信信号の強度と位相を求めて記憶部に記憶する演算制
御手段と、この演算制御手段の記憶部に記憶された情報
及び演算結果を表示する表示手段とを備えた超音波測定
装置において、 前記音響レンズとして球面レンズを備え、且つ電気信号
を超音波に変換し、試料からの反射波を電気信号に変換
するトランスデューサを５分割型として、その１つを前
記球面レンズの中心部に超音波が入射するように設け、
残りの４つのトランスデューサを２つで１組としてその
１組のトランスデューサを前記中心部を挟んで球面レン
ズの周辺部に対向させて設け、もう１組のトランスデュ
ーサを前記対向する２つのトランスデューサの組と直交
する方向に設ける構成とし、 前記音響レンズにより受信した試料からの反射信号とし
て前記球面レンズの中心部のトランスデューサからの反
射信号と前記球面レンズの周辺部の２組のトランスデュ
ーサからの反射信号をそれぞれ加算して前記Ａ／Ｄ変換
手段に入力する加算手段を設けたことを特徴とする超音
波測定装置。 - 【請求項２】 前記連続高周波から９０°位相のずれた
２つの連続波信号を得る位相変換手段と、この位相変換
手段より得られる２つの連続波信号と加算手段の出力信
号とを乗算する乗算手段と、この乗算手段の乗算出力を
高調波成分を除去してＡ／Ｄ変換手段に与えるローパス
フィルタとを設けるようにしたことを特徴とする請求項
１に記載の超音波測定装置。 - 【請求項３】 各トランスデューサに与えるバースト波
及び各トランスデューサからの受信信号を演算制御手段
からの送受信タイミング指令により切換制御される切換
手段により入出力することを特徴とする請求項１又は２
に記載の超音波測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5195936A JPH0749337A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 超音波測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5195936A JPH0749337A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 超音波測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0749337A true JPH0749337A (ja) | 1995-02-21 |
Family
ID=16349440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5195936A Withdrawn JPH0749337A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 超音波測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0749337A (ja) |
-
1993
- 1993-08-06 JP JP5195936A patent/JPH0749337A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001031 |