JPS5950937B2 - 超音波顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波顕微鏡に使用される超音波集束レンズの
構造に関する。

光の代りに超音波を用いて物体の微視的な構造を観察し
ようという考えが古くからあり、最近機械走査形超音波
顕微鏡が開発された。

この超音波顕微鏡は、原理的には細く絞つた超高周波超
音波ビームによつて試料面を機械的に走査し、その試料
により散乱された超音波を集音して電気信号に変換し、
その信号を陰極線管の表示面に二次元的に表示し、顕微
鏡像を得るのである。構成としては超音波の検出の仕方
によつて、すなわち試料内で散乱あるいは減衰しながら
透過してきた超音波を検出する場合と、試料内の音響的
性質の差によつて反射してきた超音波を検出する場合と
によつて、透過型と反射型とに分けられる。第１図は反
射型の超音波顕微鏡の原理図で、高周波発振器１からの
信号は方向性結合器２により送受兼用トランスデユーザ
３へ供給される。

この信号は超音波に変換されてこれが貼着された送受波
兼用のサフアイヤ等の超音波伝搬媒体材から成る超音波
集束レンズ４の一面より内部に放射される。該超音波集
束レンズ４の他端は球面状にえぐられて球面レンズ部４
ａとされ、球面レンズ部４ａと対向して試料保持板５が
記されている。超音波集束レンズ４と前記保持板５との
間には水からなる音場媒体６が介在され、前記球面レン
ズ部４ａの焦点において試料７が保持板５に取付けられ
る。保持板５は走査査装置８でＸ及びＹ方向に移される
。走査装置８は走査回路９により制御される。前記トラ
ンスデユーサ３より超音波集束レンズ４に入射された超
音波は集束されて試料７へ到達する。その反射波は再び
超音波集束レンズ４で集音され、トランスデユーサ３で
電気信号に変換されて、前記方向性結合器２を通つて表
示装置」０へ供給される。ところが、実際には試料７表
面で反射した反射波だけでなく、第２図、第３図に示す
ように超音波集束レンズ４における球面レンズ部４ａの
境界面での反射波がトランスデユーサ３により電気信号
として取り出されてしまう。

第３図のａは高周波発振器１の送信パルスが方向性結合
器２から洩れた洩れ信号Ｂ，，ｂ。，ｂ。，ｂ”はそれ
ぞれ前記球面レンズ部４ａの境界面と超音波集束レンズ
４の一面との間での多重反射による第１、第２、第３、
第４の反射信号、ｃは試料７から反射した試料信号であ
る。そこで、超音波集束レンズ４内での多重反射による
これらの反射信号ｂ、〜Ｂ，と試料７からの試料信号ｃ
とが重なると、それらの位相関係により重畳されたり、
あるいは打消し合つて出力の振幅が試料信号ｃの強度に
よるものとはならない。従つて、試料信号ｃは前記第１
〜第４の反射信号Ｂ，〜Ｂ。の間に現出させる必要があ
る。本発明は上記の点に鑑み、超音波集束レンズの構造
を予め所定の寸法に設定することにより、試料信号を反
射信号と異なる位置に現出し得るようにしたものである
。以下、本発明を図面により説明すると、第２図に超音
波集束レンズ４及び該レンズ４から試料７面までの寸法
がそれぞれ示されており、図面中ｌは超音波集束レンズ
４の一面から球面レンズ部４ａの頂点４ｂまでの高さ、
ｄは球面レンズ部４ａの頂点４ｂから試料７面までの距
離、ｒは球面レンズ部４ａの半径、Ｃ１及びＣ２は超音
波集束レンズ４内及び音場媒体６中における超音波の速
度である。

今、第４図に反射信号及び試料信号を理想化して示すと
、Ｂ，〜Ｂ。は第１〜第４の反射信号で、該信号Ｂ，〜
Ｂ。はＴ，時間の周期を有する減衰信号である。なお、
そのパルス幅は例えば△ｔ時間とする。ｃは試料７面か
ら反射された試料信号で、該信号ｃは高周波発振器１か
らパルスが送信されてＴ２時間後に表われたものとする
。これらの時間ｔｌとｔ”は超音波集束レンズ４の寸法
及びそれらの音速から下記の式で示すことができる。Ｔ
，＝ ２１／Ｃ，・・・ （イ）Ｔ。

＝２１／Ｃ，＋２ｄ／Ｃ。・・ ・ ・ ・ ・ （口
）今、Ｔ２＝Ｋｔｌとすると、上記式（イ）、（口）か
ら、ｌ＝ Ｄｃ，／（ｋ−１）Ｃ。・ ・ ・ ・ ・
・ （− −）となる。なお、前記ｄは球面レンズ部
４ａの半径ｒによつてｄ＝ｒ／ （１−Ｃ。／Ｃ，）の
式で表わされる。ここで、試料信号ｃが各反射信号ｂ、
〜Ｂ，の間に表わされるための条件は、試料信号ｃが表
示されるまでの時間Ｔ２をＮｔ，＋△ｔ≦Ｔ２≦ （ｎ
＋１）Ｔ，−△ｔ、 （ｎは正の整数）の範囲とすれば
良く、従つて、ｎ＋△ｔ ／ｃｌ≦ｋ≦ （ｎ＋１）△
ｔ／ＴＯ（ｎは正の整数）となる。ｋをこの範囲に設定
し且つ超音波集束レンズ４を上記式（−◆に当嵌るよう
に選べば、試料信号号ｃが反射信号Ｂ，〜Ｂ，に重なる
ことなく、各反射信号Ｂ，〜Ｂ，の間に現出させること
ができる。そこで、超音波集束レンズ４をサファイア、
音場媒体６を水とすると、音速Ｃ，及びＣ。

はそれぞれ１１．２ｍｍ／μＳｅｃ及び土５ｍｍ／μＳ
ｅｃで、ｄ＝ｒ／（ｌ−Ｃ。／ Ｃ，）の式からｄ ＝
１．１５５ｒとなる。よつて、例えばＲ，ｋを下記〔
表１〕に示すような値に設定すれば、上記式（−一）か
らｌの値をそれぞれ決定することができる。叙上のよう
に、本発明は超音波集束レンズ４内部からの多重反射信
号ｂｌ〜Ｂ４の間に試料信号ｃを現出させたものである
ため、ブランキング回路を用いて反射信号Ｂ，〜Ｂ２を
消去することにより、求める試料信号ｃだけを明瞭な形
で得ることができる顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射型超音波顕微鏡の原理を示す図、第２図は
超音波集束レンズと試料との関係を示す説明図、第３図
は反射信号と試料信号との出力波形を示す図、第４図は
第３図の出力波形を理想化して表わした説明図で゛ある
。 ４・・・・・・；超音波集束レンズ、４ａ・・・・・・
球面レンズ部、４ｂ・・・・・・頂点、６・・・・・・
音場媒体、７・・・・・・試料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波伝搬媒体材の一端に球面レンズ部を設けてな
   る超音波集束レンズにより、上記超音波伝搬媒体材の他
   端に設けたトランスデューサにて発生した超音波ビーム
   を音場媒体を介して試料に集束させると共に、この試料
   からの反射波を上記超音波集束レンズにより集音した後
   に電気信号に変換させるようにした超音波顕微鏡におい
   て、ｌ＝ｄｃ＿１／（ｔ＿２／ｔ＿１−１）ｃ＿２ｎ＋
   △ｔ／ｔ＿１≦ｔ＿２／ｔ＾１≦（ｎ＋１）−△ｔ／ｔ
   ＿１ただし、ｌ；超音波集束レンズのトランスデューサ
   側の一端から球面レンズ部の頂点までの高さ ｄ；球面レンズ部の頂点から試料ま での距離 ｃ＿１；超音波集束レンズ内の超音波の速度 ｃ＿２；音場媒体中の超音波の速度 ｔ＿１；球面レンズ部と音場媒体との境 界面と、超音波レンズの他端との 間での多重反射信号の周期 △ｔ；この多重反射信号のパルス幅 ｔ＿２；トランスデューサに駆動信号が加えられてから
   試料面で反射された 試料信号が検出するまでの時間 ｎ；正の整数 上記の関係式を満たすことを特徴とする超音波顕微鏡。