JPS5887455A - 超音波顕微鏡 - Google Patents
超音波顕微鏡Info
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- JPS5887455A JPS5887455A JP56185416A JP18541681A JPS5887455A JP S5887455 A JPS5887455 A JP S5887455A JP 56185416 A JP56185416 A JP 56185416A JP 18541681 A JP18541681 A JP 18541681A JP S5887455 A JPS5887455 A JP S5887455A
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 24
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
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- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波エネルギーを用いた撮像装置特に超音
波顕微鏡に関する。
波顕微鏡に関する。
近年Ｉ ＧＨｚに及ぶ超高周波の音波の発生検出が可能
となったので、水中で約１°μｍの音波長が実現できる
事になり、その結果、高い分解能の音波撮像装置が得ら
れる様になつ九、即ち、凹面レンズを用いて集束音波ビ
ームを作り、１μｍに及ぶ高い分解能ｔ−実現するので
ある、 上記ビーム中に試料ｔそう人し、試料による反射超音波
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或は試料を機械的に２次元に走査しながらこの信号の強
度ｔブラウン管の輝変信号として表示すれば、試料の微
細領域を拡大してみる事が出来る。
となったので、水中で約１°μｍの音波長が実現できる
事になり、その結果、高い分解能の音波撮像装置が得ら
れる様になつ九、即ち、凹面レンズを用いて集束音波ビ
ームを作り、１μｍに及ぶ高い分解能ｔ−実現するので
ある、 上記ビーム中に試料ｔそう人し、試料による反射超音波
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或は試料を機械的に２次元に走査しながらこの信号の強
度ｔブラウン管の輝変信号として表示すれば、試料の微
細領域を拡大してみる事が出来る。
まず、この様な超音波顕微鏡の従来構成について説明し
、その問題点を説明する。
、その問題点を説明する。
第１図は、超音波顕微鏡の探触子系の従来法による概略
構成を示す図である。音波伝播媒体２０（例えばサファ
イア、石英ガラス等の円柱状結晶）はその一端［１２１
は光学研摩された平面であり。
構成を示す図である。音波伝播媒体２０（例えばサファ
イア、石英ガラス等の円柱状結晶）はその一端［１２１
は光学研摩された平面であり。
他端面は凹面状の半球穴３０が形成されている。
端面２１に蒸着された圧電薄膜１０に印加され九ＲＦパ
ルス電気信号により結晶２０内に平面波のＲＦパルス音
波が放射される。この平面音波は上記半球穴３０と媒質
４０（一般に水）との界面で形成された正の音響レンズ
により所定焦点におかれ九試料５０上に集束される。
ルス電気信号により結晶２０内に平面波のＲＦパルス音
波が放射される。この平面音波は上記半球穴３０と媒質
４０（一般に水）との界面で形成された正の音響レンズ
により所定焦点におかれ九試料５０上に集束される。
試料５０によって反射、散乱され１超音波は。
同じレンズによって集音され平面波に変換されて結晶内
２０に伝播し、最終的に圧電薄膜１０によりＲＦ電気信
号に変換される。このＲＦ電気信号ｔダイオード検波し
てビデオ信号に変換し、上記のブラウン管の人力信号と
して用いるのである。
２０に伝播し、最終的に圧電薄膜１０によりＲＦ電気信
号に変換される。このＲＦ電気信号ｔダイオード検波し
てビデオ信号に変換し、上記のブラウン管の人力信号と
して用いるのである。
ところで、この様な装置の分解能には、超音波の伝播方
向の深度分解能（焦点＃！寂）Δρと超音波の伝播方向
と垂直な面内の方位分解能Δｒとがわり、いずれも使用
した超音波の波長λとレンズの照るさｔ表わすＦナンバ
によって定り。
向の深度分解能（焦点＃！寂）Δρと超音波の伝播方向
と垂直な面内の方位分解能Δｒとがわり、いずれも使用
した超音波の波長λとレンズの照るさｔ表わすＦナンバ
によって定り。
Δｒ＝λ・Ｆ（１）
Δρ＝２λ・Ｆ雪 （２）で与えられ
る。
る。
作成可能なレンズのＦナンバは０．７４１ｉ＆でるるか
ら、ＩＧＨ！の超音波動用いると水中（１５００ｍ／ｍ
、）でΔｒ〜Ｌ＋ｕｍ、 Δρ′Ｎ１．５μｍとなる
。
ら、ＩＧＨ！の超音波動用いると水中（１５００ｍ／ｍ
、）でΔｒ〜Ｌ＋ｕｍ、 Δρ′Ｎ１．５μｍとなる
。
音波顕微鏡では、このように極めて浅い焦点法Ｉｎ利用
して試料内部のある深さの面内スライス画像を検出する
事ができる。第２図はこの仁とｔ模式的に示したもので
ある。ここで試料１２０はＸ７平面内で機械的に２次元
に走査されている。
して試料内部のある深さの面内スライス画像を検出する
事ができる。第２図はこの仁とｔ模式的に示したもので
ある。ここで試料１２０はＸ７平面内で機械的に２次元
に走査されている。
上記の超音波センサ１００が第２図（ａ）の位置にいる
時は、レンズの焦点Ｆは試料１２０から離れており、ピ
ントのボケた画像が得られ、第２図Φ）の位置にいる時
には焦点Ｆは丁度試料１２００表面九会い１試料１２０
の表面の音響像が得られ、又。
時は、レンズの焦点Ｆは試料１２０から離れており、ピ
ントのボケた画像が得られ、第２図Φ）の位置にいる時
には焦点Ｆは丁度試料１２００表面九会い１試料１２０
の表面の音響像が得られ、又。
第２図（ｃ）の位置にいる時には、試料１２０の深さＺ
なる内部のスライス面の音響像が得られるのである。
なる内部のスライス面の音響像が得られるのである。
而して、ｍ微画像を得る際、センサ１００と試料１２０
との閣の距離を固定しておき、１１面内を走査してセン
サ１００の焦点が試料表面から２なる深度のΔρなる厚
みのスライスｇＩｔ得ている。
との閣の距離を固定しておき、１１面内を走査してセン
サ１００の焦点が試料表面から２なる深度のΔρなる厚
みのスライスｇＩｔ得ている。
従って第２図中１人なる反射体はこの走査による画像に
表われ、Ｂなる反射体は表われない事になる。Ｂなる反
射体を描画するにはセンサ１００【更に試料１２０に近
づけ焦点Ｆがｘｙ機械走査中にＢ点’ｉｌｌ切る様にし
なくではならない。
表われ、Ｂなる反射体は表われない事になる。Ｂなる反
射体を描画するにはセンサ１００【更に試料１２０に近
づけ焦点Ｆがｘｙ機械走査中にＢ点’ｉｌｌ切る様にし
なくではならない。
ところで、超音ａ′ａ微鏡で試料ｉＩ−観察する場合ま
ず低倍軍で試料全体のｘｙｄＭ内の＃Ａ儂ｔｉｉ＃Ｉ！
ｔ、。
ず低倍軍で試料全体のｘｙｄＭ内の＃Ａ儂ｔｉｉ＃Ｉ！
ｔ、。
拡大してＩｉ＃Ｌ九−場所瞥見つけその上で高倍率でそ
の部分を拡大して観察する事が行なわれている。これと
同様に、ＸＩ又はｙｚ面内の試料の深さ方向の情報も、
まずＩｌｌ／１．２図の様に表面からＺ′なる深さくこ
れは超音波が内部に到達しうる最大法［）、までの全体
の様子を知り、しかる後に所望のスライス面ｔｌＩ察す
る方法が求められている。例えば、＃Ｉ２図の例では、
まずＡとＢという反射体が存在するという事ｔｘｙｌｌ
Ａ械走査で求め、その上でＡ又はＢｋ詳しく観察し丸い
のである。
の部分を拡大して観察する事が行なわれている。これと
同様に、ＸＩ又はｙｚ面内の試料の深さ方向の情報も、
まずＩｌｌ／１．２図の様に表面からＺ′なる深さくこ
れは超音波が内部に到達しうる最大法［）、までの全体
の様子を知り、しかる後に所望のスライス面ｔｌＩ察す
る方法が求められている。例えば、＃Ｉ２図の例では、
まずＡとＢという反射体が存在するという事ｔｘｙｌｌ
Ａ械走査で求め、その上でＡ又はＢｋ詳しく観察し丸い
のである。
従来の１つの音響セ／すを用い九超音波顕黴鏡では、Ｘ
１ｒＴＪ内の方位分解１１ｔ−優先して設計されている
為に、焦点深度Δρは極めて浅く（〜１μｍ）上記の様
な深度方向の概略の反射体の分布を観察するには、セン
？１００と試料１２０とＯ関の距離を変えては％”Ｆ走
査してＩｌｉｇＩＩｔ求めるという操作を繰り返して一
九。ところが、機械走査を用いてμる為、１枚のＸＦｉ
ｊｍｔ得るのＫＩＧ 〜２０秒かかる為、Δρさ１５μ
ｍのセンナで厚み１５μｍの多層構造の集積回路ｒ＊察
する場合、２１−約１０回変えて１０枚の１７画面を得
て始めて深度方向の分布が判明し、約１００〜２００秒
という長時間を要していたのである。
１ｒＴＪ内の方位分解１１ｔ−優先して設計されている
為に、焦点深度Δρは極めて浅く（〜１μｍ）上記の様
な深度方向の概略の反射体の分布を観察するには、セン
？１００と試料１２０とＯ関の距離を変えては％”Ｆ走
査してＩｌｉｇＩＩｔ求めるという操作を繰り返して一
九。ところが、機械走査を用いてμる為、１枚のＸＦｉ
ｊｍｔ得るのＫＩＧ 〜２０秒かかる為、Δρさ１５μ
ｍのセンナで厚み１５μｍの多層構造の集積回路ｒ＊察
する場合、２１−約１０回変えて１０枚の１７画面を得
て始めて深度方向の分布が判明し、約１００〜２００秒
という長時間を要していたのである。
不発明は以上の点を鑑みてなされたもので、−回のｘｙ
面査差という短時間で１！［［方向の情報の概略を得、
これ倉もとに詳細に観察すべきスライス面を求めていく
手段を提供する事を目的とする。
面査差という短時間で１！［［方向の情報の概略を得、
これ倉もとに詳細に観察すべきスライス面を求めていく
手段を提供する事を目的とする。
かかる目的を達成するためＫ、本発明は、深度方向の分
解能Δρを深くしたり浅くしたりする手段を付加するこ
とｔ特徴とする。即ち、焦点深度の深い場合は上記第２
図の試料の様にＡ、８２つの反射体を１回の１７走査で
観察出来、又焦点深ｆｔ−浅くすればＡのみ又はＢのみ
を観察出来るからである。而して、（２）弐によれば焦
点深度ΔρはΔρ＝２λ・Ｐ ”
（３）で与えられる。従って低周波数にすれば焦点深
度を深く出来るから、一つの解決策としては高周波数用
センナ（例えばＩＧＨｚ、Δρ ：＝ １．５ ｐ ｍ
）と低周波数用センナ（例えば１００ＭＨｚ。
解能Δρを深くしたり浅くしたりする手段を付加するこ
とｔ特徴とする。即ち、焦点深度の深い場合は上記第２
図の試料の様にＡ、８２つの反射体を１回の１７走査で
観察出来、又焦点深ｆｔ−浅くすればＡのみ又はＢのみ
を観察出来るからである。而して、（２）弐によれば焦
点深度ΔρはΔρ＝２λ・Ｐ ”
（３）で与えられる。従って低周波数にすれば焦点深
度を深く出来るから、一つの解決策としては高周波数用
センナ（例えばＩＧＨｚ、Δρ ：＝ １．５ ｐ ｍ
）と低周波数用センナ（例えば１００ＭＨｚ。
Δρ＝１５μｍ）とｔ切り換える事が考えられる（第３
図の表中の方式１に示す）。しかし、これではセンナが
２つ必要であるばかやか、方位分解能も１μｍから１０
μｍと悪くなるので得策ではない。これは（１）、 （
３１式で波長人が共４Ｃ１次で効いている為である。
図の表中の方式１に示す）。しかし、これではセンナが
２つ必要であるばかやか、方位分解能も１μｍから１０
μｍと悪くなるので得策ではない。これは（１）、 （
３１式で波長人が共４Ｃ１次で効いている為である。
本発明者等は（１）、 （３）弐においてＦナンバの効
キ方が、方位分解能は１次であるのに対し深度分解能に
は２次で効いている事に着目し、１ｉ２用超音波周波数
は固定してＦナンバのみｔ変化させる事により焦点深［
ｔ−切り換える構成を考案し友。
キ方が、方位分解能は１次であるのに対し深度分解能に
は２次で効いている事に着目し、１ｉ２用超音波周波数
は固定してＦナンバのみｔ変化させる事により焦点深［
ｔ−切り換える構成を考案し友。
即ちＩＧＨｚでＦ＝０．７のセン？（Δｒ＝：１μｍ。
Δｐ ＝ １．５ ｐ ｍ ）で、ＦナンバｋＦ＝４２
にする事が出来るならΔｒ ＝ ３．３μｍ、Δρ＝１
５μｍとする事が出来るのでめる（第３図の表中の方式
％式％） 云いかえれは、上記表に示す様に本発明によれば方位分
解能を着るしく劣化させる事なく、焦点深Ｗｔｔ−深く
する事が出来る。以下に本発明の実施例【図面を用いて
説明する。第４図はレンズ系の幾何形状を示したもので
、レンズ材２００の一端面に下部電極２０５を蒸着し、
その上にＺｎＯ等の圧電薄膜２２０を蒸着する。更にそ
の上に従来と異なり同心円状の２つの上部電極２３０．
２１０を図の如く設は各々に電気入力端子２４０，２５
０を設けるのである。かかる構成において、ＲＦ電気パ
ルス信号を端子２４０，２５０に同時に印加すれば、２
６０の様な巾の平面超音波パルスが発生し焦点ＰＫ集束
する。この時の焦点Ｆからみたレンズ径の見込み角θ、
がＦナンバを決め。
にする事が出来るならΔｒ ＝ ３．３μｍ、Δρ＝１
５μｍとする事が出来るのでめる（第３図の表中の方式
％式％） 云いかえれは、上記表に示す様に本発明によれば方位分
解能を着るしく劣化させる事なく、焦点深Ｗｔｔ−深く
する事が出来る。以下に本発明の実施例【図面を用いて
説明する。第４図はレンズ系の幾何形状を示したもので
、レンズ材２００の一端面に下部電極２０５を蒸着し、
その上にＺｎＯ等の圧電薄膜２２０を蒸着する。更にそ
の上に従来と異なり同心円状の２つの上部電極２３０．
２１０を図の如く設は各々に電気入力端子２４０，２５
０を設けるのである。かかる構成において、ＲＦ電気パ
ルス信号を端子２４０，２５０に同時に印加すれば、２
６０の様な巾の平面超音波パルスが発生し焦点ＰＫ集束
する。この時の焦点Ｆからみたレンズ径の見込み角θ、
がＦナンバを決め。
Ｆ２□／２５．。θ、（４）
で与えられる。ＦナンバＯ８７のときはθ１＝４５゜で
ある。今１本構成で端子２５０のみにＲＥ’電気信号を
印加するなら、上部電極２３０と下部電極２０５ではさ
まれ１圧１／ＩＬ薄膜２２０の一部のみが振動し、２７
０の様な巾の平面超音波パルスが発生し同じく焦点ＰＫ
集束する。この時ＯＦナンバは、 Ｆ ＝ １ ／ ２ ｓｉｎ ｅ 、
（５）で与えられる。前述の様にθ、＝１３°
とするとＦナンバは２．２となる。従って１本構成を用
いるなら最初端子２５０のみｔ用いて超音波を送受信す
ればＦナンバ２２のセンサとしてＩＧＨｚで焦点深度１
５μｍの撮像を行ない２次にその観察ｔもとに改めて、
上部電極２５Ｇ、２４０ｔ−同時に用いて超音波を送受
信すればＦナンバ０．７のセンナとしてＩＧＨｚで焦点
＃！度１．５μｍの撮像を行なう事が出来るのは明らか
であろう。かかる操作は。
ある。今１本構成で端子２５０のみにＲＥ’電気信号を
印加するなら、上部電極２３０と下部電極２０５ではさ
まれ１圧１／ＩＬ薄膜２２０の一部のみが振動し、２７
０の様な巾の平面超音波パルスが発生し同じく焦点ＰＫ
集束する。この時ＯＦナンバは、 Ｆ ＝ １ ／ ２ ｓｉｎ ｅ 、
（５）で与えられる。前述の様にθ、＝１３°
とするとＦナンバは２．２となる。従って１本構成を用
いるなら最初端子２５０のみｔ用いて超音波を送受信す
ればＦナンバ２２のセンサとしてＩＧＨｚで焦点深度１
５μｍの撮像を行ない２次にその観察ｔもとに改めて、
上部電極２５Ｇ、２４０ｔ−同時に用いて超音波を送受
信すればＦナンバ０．７のセンナとしてＩＧＨｚで焦点
＃！度１．５μｍの撮像を行なう事が出来るのは明らか
であろう。かかる操作は。
第５図に示す如く、センサ系３０００２つの端子２５０
及び２４０のうち２４Ｇと超音波送受信機３２０との閾
にＲＦアナログスイッチ３１０ｔそう人し、これｔ−Ｏ
Ｎ、ＯＦＦする事により容易に実施出来る。
及び２４０のうち２４Ｇと超音波送受信機３２０との閾
にＲＦアナログスイッチ３１０ｔそう人し、これｔ−Ｏ
Ｎ、ＯＦＦする事により容易に実施出来る。
以上述べた如く１本発明によれば同−センサを用いて、
焦点深ｆ！浅くしたり深くしたりする事が出来、深度方
向の全体観察と特定スライスｆｆ１ｉＫ絞った詳細観察
とを使い分ける事が出来、超音波顕微鏡等の当業界への
寄与は極めて大きい。
焦点深ｆ！浅くしたり深くしたりする事が出来、深度方
向の全体観察と特定スライスｆｆ１ｉＫ絞った詳細観察
とを使い分ける事が出来、超音波顕微鏡等の当業界への
寄与は極めて大きい。
第１図は、従来の超音波顕微鏡の探触子の概略構成を示
す図、＠２図は、試料内部のスライス画像を得る従来方
法ｔ−説明する図、第３図は、深度分解能と方位分解能
とを比較する表を示す図、第４図は１本発明の一実施例
の構成を示す図、絡５図は１本発明の一実施例の構成の
動作を説明する第 １ 図 第 ２ 図 第 ３固
す図、＠２図は、試料内部のスライス画像を得る従来方
法ｔ−説明する図、第３図は、深度分解能と方位分解能
とを比較する表を示す図、第４図は１本発明の一実施例
の構成を示す図、絡５図は１本発明の一実施例の構成の
動作を説明する第 １ 図 第 ２ 図 第 ３固
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超音波集束ビームを送受信するセンサと該ビームの
焦域内ｔ−２次元に相対的に試料を走査する手段とを有
する超音波顕微鏡において、センサの焦点深度の値を切
り換える手段を具備せる事を特徴とする超音波顕微鏡。 ２ 上記センサーがレンズ媒質とその上に構成された下
部、上部電極と圧電薄膜からなると共に上部電極が同心
円状に分割されていることｔ％徴とする特許請求の範囲
第１項記載の超音波顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56185416A JPS5887455A (ja) | 1981-11-20 | 1981-11-20 | 超音波顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56185416A JPS5887455A (ja) | 1981-11-20 | 1981-11-20 | 超音波顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5887455A true JPS5887455A (ja) | 1983-05-25 |
| JPH0155408B2 JPH0155408B2 (ja) | 1989-11-24 |
Family
ID=16170400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56185416A Granted JPS5887455A (ja) | 1981-11-20 | 1981-11-20 | 超音波顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5887455A (ja) |
-
1981
- 1981-11-20 JP JP56185416A patent/JPS5887455A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0155408B2 (ja) | 1989-11-24 |
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