JPH0972889A

JPH0972889A - 超音波測定装置

Info

Publication number: JPH0972889A
Application number: JP7230133A
Authority: JP
Inventors: Tomio Endo; 富男遠藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】測定に使用する超音波の波長の１倍から数倍程
度の膜厚を有するサンプルであっても弾性定数の測定を
可能にすること。【解決手段】第１の超音波送受信手段８，１０が超音波
を微小スポットに収束して試料１２に入射し試料反射波
を反射信号に変換して送出し、第２の超音波送受信手段
９，１１が超音波を平面波として試料１２に入射し試料
反射波を反射信号に変換する。試料１２と第１の超音波
送受信手段８，１０の相対距離を変化させて複素Ｖ
（ｚ）データを測定し、表面波演算手段２０ｃが複素Ｖ
（ｚ）データに基づいてレーリー波の音速を計算する。
また、高周波バースト波の周波数を変化させてそれぞれ
の周波数での反射信号の強度を測定し、縦波演算手段２
０ｄが干渉曲線から縦波の音速を計算する。弾性定数演
算手段２０ｅがレーリー波の音速と縦波の音速とから試
料１２の弾性定数を計算するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
試料の弾性的性質を測定する超音波測定装置に係り、特
に膜厚が超音波の波長の数倍よりも薄いサンプルを対象
とした超音波測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を収束させて試料に入射すると共
に該試料からの反射波を受波して反射波強度に基づいて
超音波画像を作成する装置、または超音波の収束点がＺ
方向にずれる複数位置での試料反射波から求められるＶ
（Ｚ）曲線を利用して試料の微小部分の弾性的性質を測
定する装置として超音波顕微鏡が知られている。この種
の超音波顕微鏡は試料からの反射波の強度のみを測定し
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
超音波測定装置が開発されている。例えば、特開平５−
２６８５４号には試料反射波の強度と位相を検出して試
料の弾性的性質を分析する超音波測定装置が記載されて
いる。

【０００３】図５は、位相検出可能に構成された超音波
測定装置の構成図である。同図に示す超音波測定装置
は、基準信号発振部１０１から常時一定周波数の連続波
を出力し、コンピュータ１０２から送信トリガを受けた
制御部１０３より基準信号発振器１０１の周波数の数十
周期分の時間幅に相当するオンオフ信号を送信トリガに
同期してアナログスイッチ１０４に出力する。アナログ
スイッチ１０４はオンオフ信号のＯＮ、ＯＦＦに対応し
て切り替わる。オンオフ信号がＯＮの時はアナログスイ
ッチ１０４は端子ａ側に接続し基準信号発振器１０１の
発生した信号がサーキュレータ１０５に出力され送信バ
ースト信号がつくられる。この送信バースト信号はサー
キュレータ１０５を通りトランスデューサ１０６に印加
される。送信バースト波はトランスデューサ１０６で電
気音響変換され超音波に変換される。この超音波は、音
響レンズ１０７を伝播し試料台１０８の上に置かれた試
料１０９に入射する。音響レンズ１０７と試料１０９の
間は超音波の伝播のためにカプラ液体１１０で満たされ
ている。試料１０９に入射した超音波は試料１０９で反
射され、再びカプラ液体１１０、音響レンズ１０７を伝
播してトランスデューサ１０６で電気信号に変換され
る。以下この信号を反射信号と呼ぶ。

【０００４】反射信号はサーキュレータ１０５を通り前
置増幅器１１１で増幅されて２つの乗算部１１２ａ、１
１２ｂに入力する。乗算部１１２ａでは基準信号発振器
１０１の出力する連続波と反射信号の乗算を行ないイン
フェーズ成分を出力する。乗算部１１２ｂでは基準信号
発振器１０１の出力する連続波を移相部１１３で９０°
位相変化させた信号と反射信号の乗算を行いクワドラチ
ャーフェーズ成分を出力する。

【０００５】基準信号発振器１０１の出力する信号をｓ
ｉｎ（ωｔ）とする。ωは周波数、ｔは時間である。反
射信号は試料の弾性的性質、音響レンズとカプラ液体中
を伝播することによる時間等によって位相が送信に対し
て遅れているのでこの位相遅れをφとすると、Ｂｓｉｎ
（ωｔ−φ）と書ける。Ｂは反射信号の強度である。従
って、乗算部１１２ａのインフェーズ出力ｕ₁ と乗算部
１１２ｂのクワドラチャーフェーズ出力ｕ₂ は次のよう
になる。

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】

【０００８】φは定数であるからｓｉｎφ、ｃｏｓφも
定数であるのでｕ₁ 、ｕ₂ は直流成分と２ωの周波数を
持っており、２ω成分を除けば反射信号の位相遅れφの
ｓｉｎ、ｃｏｓを取り出すことができる。

【０００９】乗算部１１２ａのインフェーズ出力と乗算
部１１２ｂのクワドラチャーフェーズ出力はそれぞれロ
ーパスフィルタ１１４ａ、１１４ｂで２ω成分が除去さ
れてｓｉｎφ、ｃｏｓφに相当する直流成分のみが残
る。

【００１０】Ａ／Ｄ変換部１１５ａ、１１５ｂで前記イ
ンフェーズ、クワドラチャーフェーズそれぞれの検波出
力をＡ／Ｄ変換し、試料反射の位相検波出力をデジタル
信号に変換してコンピュータ１０２内のメモリに記憶す
る。コンピュータ１０２では記憶された試料反射のｓｉ
ｎφ、ｃｏｓφ成分から位相と反射強度を演算する。

【００１１】Ｚ走査部１１６は、コンピュータ１０２か
らの指令で音響レンズと試料の距離を変化させる。コン
ピュータ１０２によりＺ走査部１１６で音響レンズ１０
７と試料１０９の距離を変化させながら、反射信号の位
相と強度を測定すれば、複素Ｖ（ｚ）曲線が得られる。
Ｖ（ｚ）曲線と試料の反射関数Ｒ（ｋ_z ）の間には音響
レンズの瞳関数をＰ（ｋ_z ）とすれば次の関係がある。

【００１２】

【数３】

【００１３】ｋ_z は超音波の波数ｋのｚ成分であり、θ
を超音波の入射角とすればｋ_z ＝ｋｃｏｓθとなりフー
リエ変換の関係になっている。音響レンズの瞳関数は、
通常は位相がフラットであり、強度は超音波の入射角が
０を最大として緩やかに減少する曲線である。従って、
複素Ｖ（ｚ）曲線を逆フーリエ変換した結果は、縦波や
横波の臨界角でピークが現れ、また位相にはレーリー波
の臨界角で３６０°の変化が現れるので、臨界角とスネ
ルの法則から縦波、横波、レーリー波の音速が計算でき
る。縦波の音速ｖ₁ 、横波の音速ｖ_s が分かり、試料の
密度ρが既知ならば、弾性定数であるヤング率Ｅ、横弾
性率Ｇ、ポアソン比νは下式より計算される。

【００１４】

【数４】

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波による弾性定数測定方法には次のような欠点が
あった。すなわち、試料の厚さが超音波の波長の５倍程
度より薄い場合、又は基板上に同様の厚さの膜がある場
合に、試料又は膜の弾性定数を測定しようとすると、膜
にラム波と呼ばれる板波の表面波が様々な音速で発生し
て、Ｖ（ｚ）曲線が多数の板波の励起により図６に示す
ような非常に複雑な形状になる。この結果、複素Ｖ
（ｚ）曲線の逆フーリエ変換の強度には各表面波の臨界
角で谷が生じ、位相には３６０°の変化が生じるため縦
波と横波の臨界角が検出できず弾性定数の測定が不可能
となる。

【００１６】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
測定に使用する超音波の波長の１倍から数倍程度の膜厚
を有するサンプルであっても弾性定数の測定が可能な超
音波測定装置を提供する事を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項１に対
応する本発明は、周波数可変な高周波バースト波を発生
させるバースト波発振手段と、前記バースト波発振手段
から印加される高周波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、該試料からの反射
波を再び電気信号に変換した反射信号を送出する第１の
超音波送受信手段と、前記バースト波発振手段から印加
される高周波バースト波を超音波に変換し平面波として
前記試料に入射させ、該試料からの反射波を再び電気信
号に変換した反射信号を送出する第２の超音波送受信手
段と、前記第１の超音波送受信手段と前記試料との間の
超音波入射方向の相対距離を変化させる距離変化手段
と、前記距離変化手段で前記第１の超音波送受信手段と
前記試料との距離を変化させて前記第１の超音波送受信
手段から出力された反射信号からそれぞれの距離での反
射信号の複素情報を測定する複素Ｖ（ｚ）測定手段と、
前記バースト波発振手段が発生する高周波バースト波の
周波数を変化させて前記第２の超音波送受信手段から出
力された反射信号からそれぞれの周波数での反射信号の
強度情報を測定する干渉曲線測定手段と、前記複素Ｖ
（ｚ）測定手段で測定した複素情報、及び前記干渉曲線
測定手段で測定した強度情報を記憶するメモリと、前記
メモリに記憶された複素情報に基づいて前記試料のレー
リー波の音速を計算する表面波演算手段と、前記メモリ
に記憶された強度情報に基づいて前記試料の縦波の音速
を計算する縦波演算手段と、前記表面波演算手段で計算
したレーリー波の音速と前記縦波演算手段で計算した縦
波の音速とから前記試料の弾性定数を計算する弾性定数
演算手段とから超音波測定装置を構成する。

【００１８】本発明によれば、超音波の波長より厚い膜
厚を持つサンプルのときは、複素Ｖ（ｚ）曲線を測定
し、複素Ｖ（ｚ）曲線を逆フーリエ変換した結果におい
て位相が３６０°変化している角度のうち最も大きな角
度がレーリー波の臨界角にほぼ等しいことに着目して、
複素Ｖ（ｚ）曲線からレーリー波の音速ｖ_R を得ること
が出来る。

【００１９】また、試料の表面に垂直な平面超音波を入
射させ、周波数を変えながら試料からの反射信号の強度
を測定すると、試料自体の上面と下面での反射超音波が
干渉し、周波数の変化によって強弱が生じる。この干渉
曲線の谷の周波数間隔Δｆと試料の縦波の音速ｖ₁ には
試料の膜厚の厚さをｄとすれば

【００２０】

【数５】が成り立つので、縦波の音速を得ることが出来る。レー
リー波、縦波、横波の音速の間には

【００２１】

【数６】なる関係があるので、横波の音速を計算できる。

【００２２】以上により、縦波、横波の音速が得られて
いるので（４）式から弾性定数を計算することが可能と
なる。請求項２に対応する本発明は、上記構成の超音波
測定装置において、複素Ｖ（ｚ）データの測定時は前記
バースト波発振手段で発生した高周波バースト波を前記
第１の超音波送受信手段に入力し、干渉データの測定時
は前記バースト波発振手段で発生した高周波バースト波
を前記第２の超音波送受信手段に入力するように切り替
えるスイッチを備えた。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明を超音波測定装置に適用した
実施の形態を示す図である。この超音波測定装置は、Ｃ
ＰＵ１からバス２を介して発振部３に発振周波数を通知
し、発振周波数を可変できる発振部３がＣＰＵ１から指
定された周波数の連続波を発生する。

【００２４】第１の半導体スイッチ４が発振部３から送
出された連続波の一部を切りとりバースト波を発生して
いる。半導体スイッチ４のａ端子を第２の半導体スイッ
チ５のａ端子に接続している。第２の半導体スイッチ５
のもう１つの端子ｂに増幅器６を接続している。第２の
半導体スイッチ５の接続端子を切り換えることにより切
り替えスイッチ７への入出力を切り替えることができ
る。切り替えスイッチ７のａ端子には電気音響変換を行
う第１のトランスデューサ８が接続され、もう１つのｂ
端子には第２のトランスデューサ９が接続されている。

【００２５】第１のトランスデューサ８は音響レンズ１
０の一端面に取り付けられている。音響レンズ１０の一
端面から入射した超音波を該レンズの他端面に形成した
レンズ面から微小スポットに収束する超音波にして試料
１２に照射する。第２のトランスデューサ９はロッド１
１の一端面に取り付けられている。ロッド１１は第２の
トランスデューサ９から入射する超音波を平面波として
試料１２に照射する。

【００２６】試料１２は試料台１３の上の水槽１４中に
置かれている。水槽１４の中は超音波を伝播するために
カプラ液体１５で満たされている。試料１２からの反射
波を音響レンズ１０、ロッド１１で受波し、第１，第２
のトランスデューサ８，９で反射信号に変換し、切り替
えスイッチ７及び第２の半導体スイッチ５を介して増幅
器６へ入力する。

【００２７】増幅器６の出力段には２つの乗算部１６
ａ，１６ｂが並列に接続されている。乗算部１６ａに発
振部３の出力する連続波を２分割した一方が第１参照信
号として入力する。もう一つの乗算部１６ｂに前記連続
波を２分割したもう一方の出力を例えば９０°ハイブリ
ッドで構成される９０°移相部１７を通して９０°位相
を遅らせて第２参照信号として入力している。乗算部１
６ａ，１６ｂの出力段には、高周波成分を除去するため
にローパスフィルタ１８ａ，１８ｂをそれぞれ接続して
いる。

【００２８】ローパスフィルタ１８ａ，１８ｂは、少な
くとも測定時に発振部３の出力する連続波が持つ周波数
の２倍の周波数が除去できるようなカットオフ周波数が
設定されている。

【００２９】ローパスフィルタ１８ａ，１８ｂを通った
反射信号はＡ／Ｄ変換部１９ａ，１９ｂでＡ／Ｄ変換さ
れ、それぞれの変換出力をバス２を通ってメモリ２０に
入力している。

【００３０】バス２には全体のタイミングを制御する制
御部２１と試料１２と音響レンズ１０との間の距離を変
化させるＺ走査部２２、その移動距離を測定するＺ測距
部２３が接続されている。

【００３１】ここで、メモリ２０には、複素Ｖ（ｚ）曲
線を測定するための処理内容が定められたＶ（ｚ）測定
プログラム２０ａ、干渉曲線を測定するための処理内容
が定められた干渉測定プログラム２０ｂ、複素Ｖ（ｚ）
曲線からレーリー波音速を求めるための処理内容が定め
られた複素Ｖ（ｚ）解析プログラム２０ｃ、干渉曲線か
ら縦波の音速を求めるための処理内容が定められた縦波
音速解析プログラム２０ｄ、レーリー波、縦波音速から
弾性定数を計算するための処理内容が定められた弾性定
数計算プログラム２０ｅが格納されている。

【００３２】次に、以上のように構成された本実施形態
の動作について、図２に示すタイムチャートを参照して
説明する。先ず、Ｖ（ｚ）測定プログラム２０ａを起動
して、試料１２の複素Ｖ（ｚ）曲線を測定する。

【００３３】測定に先立ち、ＣＰＵ１からバス２を通し
て切り替えスイッチ７に指令を与えて切り替えスイッチ
７をａ端子に接続し、バースト波が第１のトランスデュ
ーサ８に印加されるように設定する。一方で、発振部３
がＣＰＵ１から指示された発振周波数にて図２（ａ）に
示すように常時一定周波数の連続波を出力する。

【００３４】ＣＰＵ１から制御部２１に図２（ｂ）に示
す送信トリガが入力されると、同図（ｃ）に示すように
制御部２１が送信トリガに同期して発振器３の周波数の
数１０周期分の時間幅を持ったＯＮ、ＯＦＦ信号を第１
の半導体スイッチ４に出力し、同図（ｄ）に示すように
ＯＮ、ＯＦＦ信号より数１０ｎｓｅｃ早くオンになり、
数１０ｎｓｅｃ遅くオフになる切り替え信号を第２の半
導体スイッチ５に出力する。

【００３５】第１の半導体スイッチ４は、前記ＯＮ、Ｏ
ＦＦ信号のＯＮ、ＯＦＦ状態に対応して切り替わり、Ｏ
Ｎの時は発振器３の発生した信号が第２の半導体スイッ
チ５に出力する。このようにして図２（ｅ）に示す送信
バースト信号が作られる。

【００３６】第２の半導体スイッチ５は、制御部２１か
らの切り替え信号がＯＮの時は第１の半導体スイッチ４
側であるａ端子に接続し、切り替え信号がＯＦＦの時は
増幅器６へ切り替わる。前記送信バースト信号は、第２
の半導体スイッチ５がａ端子に接続されている間に切り
替えスイッチ７を通り第１のトランスデューサ８に印加
される。

【００３７】送信バースト波は第１のトランスデューサ
８で電気音響変換され超音波に変換される。この超音波
は、音響レンズ１０を伝播し収束してカプラ液体１５を
通り試料１２に入射する。入射した超音波は、試料１２
で反射され、再びカプラ液体１５、音響レンズ１０を伝
播して第１のトランスデューサ８で電気信号に変換され
反射信号として送出される。ここで、図２（ｆ）に示す
ように反射信号には試料反射成分の他に送信漏れ、レン
ズ第１反射成分、レンズ第２反射成分等が含まれてい
る。

【００３８】第２の半導体スイッチ５がｂ端子に接続さ
れているとき、このような反射信号が増幅器６で増幅さ
れ、乗算部１６ａ，１６ｂに入力される。乗算部１６ａ
では発振器３の出力する連続波を参照信号として反射信
号との乗算を行ない、その結果を出力する。一方、発振
器３の出力する信号を移相部１７で位相を９０°遅らせ
た第２参照信号が乗算部１６ｂで反射信号に乗算され、
その結果が出力される。それぞれの乗算部１６ａ，１６
ｂで乗算された信号はローパスフィルタ１８ａ，１８ｂ
で発振器３の２倍の周波数成分が除去され、図２（ｇ）
に示すように、ｃｏｓφ，ｓｉｎφに相当する大きさの
矩形波が抽出される。このようにして位相検波されたロ
ーパスフィルタ１８ａ，１８ｂの出力はＡ／Ｄ変換部１
９ａ，１９ｂに入力する。位相検波された信号には、試
料からの反射の他にレンズ内部反射などがあるので多数
の矩形波が含まれる。

【００３９】Ａ／Ｄ変換部１９ａ，１９ｂでは、この多
数の信号から試料反射を取り出す。そのため、図２
（ｈ）に示すように送信トリガに対してＴｄだけ遅れた
タイミングとなるＡ／Ｄ変換トリガ信号を制御部２１が
つくり、Ａ／Ｄ変換部１９ａ，１９ｂへトリガ信号とし
て入力する。Ａ／Ｄ変換部１９ａ，１９ｂはそれぞれの
検波出力をＡ／Ｄ変換し試料反射の位相検波出力を示す
デジタル信号に変換してメモリに記憶する。

【００４０】以上の動作により、１つのＺ位置での複素
情報が取得される。Ｚ位置での複素情報が取得される度
に、ＣＰＵ１からＺ走査部２２に指令を入力して音響レ
ンズ１０と試料１２との間の超音波入射方向の距離を変
化させる。それぞれのＺ位置において上記の処理を繰り
返し、試料反射の複素情報ｃｏｓφ，ｓｉｎφをＺ測距
部２３で検出される移動量と共にＶ（ｚ）データとして
メモリ２０に取り込む。

【００４１】なお、前記送信開始からＡ／Ｄ変換トリガ
を発生するまでの時間遅延量ＴｄはＣＰＵ１から制御部
２１に対して設定可能となっている。複素Ｖ（ｚ）デー
タの測定を行うときは、初めにオシロスコープ等を見な
がら試料反射の位置にＡ／Ｄ変換のタイミングＴｄを合
わせる。しかし、Ａ／Ｄ変換の最適なタイミングは音響
レンズ１０と試料１２との距離が変化するのに応じて変
化する。そこで、測定開始の位置からのＺ方向の移動量
をΔＺ、タイミングのズレをΔＴｄ、カプラの音速をｖ
とすれば、ＣＰＵ１がＡ／Ｄ変換のタイミングを以下の
式にて計算してタイミングを変化させる。

【００４２】

【数７】

【００４３】次に、干渉測定プログラム２０ｂを起動し
て試料１２について干渉データの測定を実施する。初め
に、ＣＰＵ１からの指令により切り替えスイッチ７をｂ
端子に接続して第２のトランスデューサ９側に切り替え
る。この結果、第２のトランスデューサ９へ送信バース
ト波を供給可能な状態になる。

【００４４】次に、ＣＰＵ１から制御部２１に送信トリ
ガが入力された制御部２１が第１の半導体スイッチ４を
制御して送信バースト信号を作り、この送信バースト信
号を切り替えスイッチ７が第２のトランスデューサ９に
印加する。第２のトランスデューサ９が送信バースト波
を超音波に変換し、ロッド１１から試料１２に対して垂
直な平面超音波が入射する。

【００４５】試料１２が超音波の波長の数倍長よりも薄
いときには、試料自体の上面と下面での各反射超音波が
干渉する。超音波（送信バースト信号）周波数を変えな
がら試料からの反射信号の強度を測定すると、周波数の
変化によって干渉に強弱が生じる。

【００４６】そこで、干渉データの測定を行っている期
間は、ＣＰＵ１からの指令により発振器３の発振周波数
を連続的に変化させて超音波の周波数を変化させる。こ
のような状態で第２のトランスデューサ９で電気信号に
変換された反射信号の強度を後段の乗算部１６ａ，１６
ｂで位相検波して、その位相検波出力を周波数の値と共
にメモリ２０に干渉データとして取り込む。

【００４７】なお、干渉データの測定を行っている期間
はＺ走査部２２は動かさない。以上のようにして、複素
Ｖ（ｚ）データの測定が終了したら複素Ｖ（ｚ）解析プ
ログラム２０ｃを起動する。ＣＰＵ１は複素Ｖ（ｚ）解
析プログラム２０ｃに基づいて動作し、既に測定してメ
モリ上に記憶されている複素Ｖ（ｚ）データを逆フーリ
エ変換して、図３に示すような逆フーリエ変換曲線を取
得する。そして図３に矢印で示すような、その位相が３
６０°変化している超音波の入射角度の中から最も大き
な角度を選び、下式にてスネルの法則によってレーリー
波の音速ｖ_R を求める。

【００４８】

【数８】

【００４９】また、干渉データの測定が終了したなら
ば、縦波解析プログラム２０ｄを起動する。縦波解析プ
ログラム２０ｄは、メモリ２０上に記憶されている反射
信号の信号強度と周波数との関係を示す干渉データから
図４に示すような干渉曲線を認識して、該干渉曲線から
矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す様な谷の間隔の平均値Δｆを
求め、このΔｆを上記した（５）式に代入して縦波の音
速ｖ₁ を計算する。

【００５０】このようにして、レーリー波の音速ｖ_R と
縦波音速ｖ₁ とを求めた後に、弾性定数計算プログラム
２０ｅを起動して弾性定数を計算する。すなわち、
（６）式よりレーリー波の音速ｖ_R と縦波音速ｖ₁ とか
ら横波音速ｖ_S を求め、縦波音速ｖ_l と横波音速ｖ_S と
を（４）式に代入して弾性定数を算出する。

【００５１】尚、試料１２の厚さが超音波の波長の５倍
程度より厚ければ、従来と同様に、複素Ｖ（ｚ）曲線の
みにより縦波、横波の音速を求め弾性定数を計算する。
このように本実施形態によれば、複素Ｖ（ｚ）曲線を測
定すると共に平面波による反射信号の干渉曲線を測定
し、前者からレーリー波音速を求め、後者から縦波音速
を求め、レーリー波音速及び縦波音速から試料１２の弾
性定数を計算するようにしたので、波長の数倍程度の厚
さ（数１０μｍ程度）の膜の弾性定数を測定できる。

【００５２】なお、この実施形態では干渉曲線の測定に
位相検波を用いているが、反射信号強度の測定はこれに
限定されるものではない。縦波音速測定には強度のデー
タしか使用しないので干渉曲線は強度検波により取得し
ても良い。

【００５３】また、音響レンズとロッドの２つのデバイ
スを切り替えスイッチで切り替え手いるが、コネクター
にして装着交換することも考えられる。本発明は上記実
施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変形実施可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、複
素Ｖ（ｚ）曲線からレーリー波音速を求め、干渉曲線か
ら縦波音速を求め、レーリー波音速及び縦波音速から試
料の弾性定数を計算するようにしたので、測定に使用す
る超音波の波長の１倍から数倍程度の膜厚を有するサン
プルであっても弾性定数の測定が可能な超音波測定装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る超音波測定装置の構
成図である。

【図２】図１に示す超音波測定装置の動作を示すタイム
チャートである。

【図３】複素Ｖ（ｚ）曲線の逆フーリエ変換波形を示す
図である。

【図４】干渉曲線を示す図である。

【図５】従来の超音波測定装置の構成図である。

【図６】複素Ｖ（ｚ）曲線の逆フーリエ変換波形を示す
図である。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…バス、３…発振部、４…第１の半導体
スイッチ、５…第２の半導体スイッチ、６…増幅器、７
…切り替えスイッチ、８…第１のトランスデューサ、９
…第２のトランスデューサ、１０…音響レンズ、１１…
ロッド、１２…試料、１６ａ，１６ｂ…乗算部、１７…
移相部、１８ａ，１８ｂ…ローパスフィルタ、１９ａ，
１９ｂ…Ａ／Ｄ変換部、２０…メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数可変な高周波バースト波を発生さ
せるバースト波発振手段と、前記バースト波発振手段から印加される高周波バースト
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、該試料からの反射波を再び電気信号に変換した反
射信号を送出する第１の超音波送受信手段と、前記バースト波発振手段から印加される高周波バースト
波を超音波に変換し平面波として前記試料に入射させ、
該試料からの反射波を再び電気信号に変換した反射信号
を送出する第２の超音波送受信手段と、前記第１の超音波送受信手段と前記試料との間の超音波
入射方向の相対距離を変化させる距離変化手段と、前記距離変化手段で前記第１の超音波送受信手段と前記
試料との距離を変化させて前記第１の超音波送受信手段
から出力された反射信号からそれぞれの距離での反射信
号の複素情報を測定する複素Ｖ（ｚ）測定手段と、前記バースト波発振手段が発生する高周波バースト波の
周波数を変化させて前記第２の超音波送受信手段から出
力された反射信号からそれぞれの周波数での反射信号の
強度情報を測定する干渉曲線測定手段と、前記複素Ｖ（ｚ）測定手段で測定した複素情報、及び前
記干渉曲線測定手段で測定した強度情報を記憶するメモ
リと、前記メモリに記憶された複素情報に基づいて前記試料の
レーリー波の音速を計算する表面波演算手段と、前記メモリに記憶された強度情報に基づいて前記試料の
縦波の音速を計算する縦波演算手段と、前記表面波演算手段で計算したレーリー波の音速と前記
縦波演算手段で計算した縦波の音速とから前記試料の弾
性定数を計算する弾性定数演算手段とを具備したことを
特徴とする超音波測定装置。
【請求項２】請求項１記載の超音波測定装置におい
て、複素Ｖ（ｚ）データの測定時は前記バースト波発振手段
で発生した高周波バースト波を前記第１の超音波送受信
手段に入力し、干渉データの測定時は前記バースト波発
振手段で発生した高周波バースト波を前記第２の超音波
送受信手段に入力するように切り替えるスイッチを具備
したことを特徴とする超音波測定装置。