JPS6018755A - Automatic focus adjusting apparatus of ultrasonic microscope - Google Patents

Automatic focus adjusting apparatus of ultrasonic microscope

Info

Publication number
JPS6018755A
JPS6018755A JP58125553A JP12555383A JPS6018755A JP S6018755 A JPS6018755 A JP S6018755A JP 58125553 A JP58125553 A JP 58125553A JP 12555383 A JP12555383 A JP 12555383A JP S6018755 A JPS6018755 A JP S6018755A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
signal
phase
acoustic lens
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP58125553A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0427502B2 (en
Inventor
Junichi Ishibashi
石橋 純一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp, Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Corp
Priority to JP58125553A priority Critical patent/JPS6018755A/en
Publication of JPS6018755A publication Critical patent/JPS6018755A/en
Publication of JPH0427502B2 publication Critical patent/JPH0427502B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/06Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/221Arrangements for directing or focusing the acoustical waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To automatically perform focus adjustment with high accuracy, by detecting the reflected wave from a specimen of an ultrasonic wave emitted from an ultrasonic acoustic lens, and variably controlling the relative position of the acoustic lens and the specimen on the basis of the phase difference signal of the receiving signal and a reference signal. CONSTITUTION:The reflected wave from a specimen 8 of an ultrasonic wave emitted from the ultrasonic acoustic lens 4 of an ultrasonic microscope is received by a piezoelectric transducer 3 through the lens 4. The output thereof is inputted to a phase detector 18 through a diode switch 14, an amplifier 16 and a phase shifter 17, which are electrically connected, by opposite polarity control signals (p), (s) from a coaxial change-over device 12 and a pulse control part 13. The receiving signal (j) inputted to the detector 18 is compared with the continuous wave (reference) signal from a continuous wave oscillator 15 and the phase difference signal of the outputs thereof is sent to a sample hold device 19 while the relative distance Z of the lens 4 and the specimen 8 is variably controlled through a Z-direction driving control part 20 and a Z-direction drive mechanism 21 by the focus error signal Vn of the output thereof and focus adjustment is performed with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焦点調整精度の高い超音波顕微鏡の自動焦点
調節装置に関し、特に発射した超音波の試料による反射
波が受信されるまでの時間に対応して変化する超音波受
信信号の位相量から、焦点情報を得るようにした超音波
顕微鏡の自動焦点調節装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic focus adjustment device for an ultrasonic microscope with high focus adjustment accuracy, and in particular to an automatic focus adjustment device for an ultrasonic microscope that has high focus adjustment accuracy, and in particular, an ultrasonic focus adjustment device that changes in accordance with the time it takes for emitted ultrasonic waves to be reflected by a sample. The present invention relates to an automatic focus adjustment device for an ultrasound microscope that obtains focus information from the phase amount of a received sound wave signal.

超音波顕微鏡は、従来種々の構成のものが提案されてい
る。その構成の一例を第1図に示す。図示の超音波顕微
鏡においては、高周波パルス発生器1で超高周波のパー
スト波電気信号を発振させてサーキュレータ2を介して
圧電トランスジ1−サ3に供給し、ここで電気信号から
超音波に変換して超音波音響レンズ4および液体5を介
して走査制御装置6によりXおよびY方向に2次元的に
移動する試料台7上に載置された試料8上にスポット状
に投射している。また、試料8からの反射波は超音波音
響レンズ4で集音し、圧電トランスジューサ3により受
信され電気信号に変換される。
Ultrasonic microscopes with various configurations have been proposed in the past. An example of its configuration is shown in FIG. In the illustrated ultrasound microscope, a high-frequency pulse generator 1 oscillates an ultrahigh-frequency burst wave electric signal, which is supplied to a piezoelectric transducer 1-3 via a circulator 2, where the electric signal is converted into an ultrasonic wave. The beam is projected in the form of a spot through the ultrasonic acoustic lens 4 and the liquid 5 onto a sample 8 placed on a sample stage 7 that moves two-dimensionally in the X and Y directions by a scanning controller 6. Further, the reflected waves from the sample 8 are collected by the ultrasonic acoustic lens 4, received by the piezoelectric transducer 3, and converted into electrical signals.

この受信信号はサーキュレータ2を介して信号処理回路
9に供給し、ここで不要な信号を除去すると共に必要な
反射波に対応する信号のみを増幅、検波して反射波の強
度に応じた検波信号を得る。
This received signal is supplied to the signal processing circuit 9 via the circulator 2, where unnecessary signals are removed, and only the signal corresponding to the necessary reflected wave is amplified and detected, resulting in a detected signal corresponding to the intensity of the reflected wave. get.

この検波信号を輝度信号としてスキャンコンバータ10
により走査制御装置6による試料台7の走査ど同期させ
て超音波像を陰極管11−Fに表示させるようにしてい
る。なお、超音波音響レンズ4は試料台7に対して垂直
な7方向に変位可能になっている。
The scan converter 10 uses this detection signal as a luminance signal.
Accordingly, the ultrasonic image is displayed on the cathode tube 11-F in synchronization with the scanning of the sample stage 7 by the scanning control device 6. Note that the ultrasonic acoustic lens 4 can be displaced in seven directions perpendicular to the sample stage 7.

上述したような超音波顕微鏡において、超音波音響レン
ズ4を7方向に変位させて試料8から十分離れた位置か
ら近づけていくど、信号処理回路9からは第2図に示す
ような第1.第2および第3の順次の極大値I、Ifお
よび■を有するいわゆるV(Z)カーブと呼ばれる検波
信号V(7)の強度分布が得られ、それらの検波信号が
得られる距1illt7Iま、使用する超音波の周波数
、超音波音響レンズ4の構造、液体5の種類等によって
定まる。
In the ultrasonic microscope as described above, when the ultrasonic acoustic lens 4 is moved in seven directions and brought close to the sample 8 from a sufficiently distant position, the signal processing circuit 9 sends a signal to the sample 8 as shown in FIG. The intensity distribution of the detected signal V(7), the so-called V(Z) curve, with second and third sequential maximum values I, If and It is determined by the frequency of the ultrasonic waves, the structure of the ultrasonic acoustic lens 4, the type of liquid 5, etc.

第2図において、■(7)が最大となる第2の極大値I
fの点「は、超音波音響レンズ4が試料8に対して合焦
状態にあるときに得られ、この点[の前後の点dおよび
hにおいて現われる第1および第3の極大値■および■
は、試′F!48における表面波と反射波との干渉など
により生じる。
In Figure 2, the second local maximum value I at which ■(7) is the maximum
The point "f" is obtained when the ultrasonic acoustic lens 4 is in focus on the sample 8, and the first and third maximum values ■ and ■ appearing at points d and h before and after this point [
Ha, try 'F! This is caused by interference between the surface wave and the reflected wave at 48.

そこで、従来では焦点調節に際し、信号処理回路9の出
力をオシロスコープ等の測定器でモニターし、これを目
視により観察しながら超音波音響レンズ4を手動により
Z方向に変位させて検波信号レベルが最大となる位置(
第2図の点r)を探し、この位置に音響レンズ4を合わ
せることにより、超音波音響レンズ4の試料8に対する
焦点調節を行なっていた。
Therefore, conventionally, when adjusting the focus, the output of the signal processing circuit 9 is monitored with a measuring device such as an oscilloscope, and while visually observing this, the ultrasonic acoustic lens 4 is manually displaced in the Z direction to maximize the detected signal level. The position (
The focus of the ultrasonic acoustic lens 4 on the sample 8 was adjusted by searching for point r) in FIG. 2 and aligning the acoustic lens 4 with this position.

しかし、このような手動による焦点調節においては、操
作者が反射波検波信号のレベルを観察しながら、たとえ
ば第2図の点d、fおよびhの第1〜第3の極大値■〜
■を憶えておき、Z方向を変位させながらモニターを観
察し、これらを比較しながら最大反射波点(焦点位置)
tを探す必要があるため、調節が容易でないばかりでは
なく特開もかかる。この焦点調節作業は、超音波の周波
数を高くすればする程、液体5中での超音波の減衰が大
きくなり、これを押えるために超音波音響レンズ4と試
料8との間の距離をさらに短くする必要があるため、距
離の微小変化から最大反射点fを探すのがざらに困難と
なる。また、操作者は3− モニターを見ながら超音波音響レンズ4を操作するため
、超音波音響レンズ4と試料8とが接触することに気付
かないことがあり、このような場合には、それら両者を
毀損する恐れがある。さらに、正確に焦点調節すること
が難しいことに起因して、多数の試料を観察する場合等
、焦点調節がまちまちになり勝ちとなるので像のコント
シストに差異が生じ、試料間の比較が極めて難しくなる
場合がある。
However, in such manual focus adjustment, the operator observes the level of the reflected wave detection signal and determines, for example, the first to third maximum values of points d, f, and h in FIG.
Keep in mind ■, observe the monitor while displacing it in the Z direction, and compare these to determine the maximum reflected wave point (focal position).
Since it is necessary to find t, not only is the adjustment not easy, but it also takes a long time. In this focus adjustment work, the higher the frequency of the ultrasonic waves, the greater the attenuation of the ultrasonic waves in the liquid 5. In order to suppress this, the distance between the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 is further increased. Since it is necessary to shorten the distance, it becomes extremely difficult to find the maximum reflection point f from minute changes in distance. In addition, because the operator operates the ultrasonic acoustic lens 4 while looking at the 3-monitor, he may not notice that the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 are in contact with each other. There is a risk of damaging it. Furthermore, due to the difficulty in accurately adjusting the focus, when observing a large number of samples, the focus adjustment tends to be inconsistent, resulting in differences in image contrast, making comparisons between samples extremely difficult. It may happen.

本発明の目的は、超音波顕微鏡を手動焦点調節する場合
の畑ねしざから解放し、上記のような各種の不具合の発
生を解消するために、焦点情報の検出精度の高い超音波
顕微鏡の自動焦点調節装置を提供しようとり−るもので
ある。
An object of the present invention is to develop an ultrasonic microscope that can detect focus information with high accuracy, in order to free an ultrasonic microscope from the burden of manual focus adjustment and eliminate the various problems described above. The present invention attempts to provide an automatic focusing device.

本発明の超音波顕微鏡の自動焦点調節装置は、超音波音
響レンズと試料との超音波投射方向における相対佼If
を変位させて焦点を調節するように構成した超音波顕微
鏡において、前記超音波音響レンズから投射した超音波
の試料からの反射波を受信して冑た受信信号の位相とリ
ファレンス信号4− の位相との差を検出する位相検出手段と、この位相検出
手段から得られた検出信号によって前記相対位置を可変
制御し得るように構成した焦点調節手段とから成ること
を特徴とするものである。
The automatic focus adjustment device of the ultrasound microscope of the present invention provides a relative distance between the ultrasound acoustic lens and the sample in the ultrasound projection direction.
In an ultrasonic microscope configured to adjust the focus by displacing the ultrasonic acoustic lens, the phase of the received signal and the phase of the reference signal 4- are determined by receiving the reflected wave from the sample of the ultrasonic wave projected from the ultrasonic acoustic lens. The present invention is characterized by comprising: a phase detecting means for detecting a difference between the two positions; and a focus adjusting means configured to variably control the relative position based on a detection signal obtained from the phase detecting means.

以下、本発明を図面に基づき詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on the drawings.

第3図は、本発明の実施例の一例の構成を示すブロック
図である。この実施例は、第1図に示した従来構成の超
音波顕微鏡に実施した場合を示しており、一点鎖線で囲
んだ範囲がそれに該当し、同軸切換器12を接点a側に
切り変えた状態で超音波顕微鏡として動作する。なお、
一点鎖線で示した範囲内の構成は、さきに説明したとお
りであるのでこの実施例の説明上必要な部分以外は図示
を省略しである。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an example of an embodiment of the present invention. This example shows the case where it is implemented in the conventionally configured ultrasonic microscope shown in FIG. It operates as an ultrasound microscope. In addition,
The configuration within the range indicated by the dashed-dotted line is as described above, and therefore illustrations other than those necessary for explaining this embodiment are omitted.

前記同軸切換器12の接点すは、パルスコントロール部
13からの制御パルスq、Sによって制御されるダイオ
ードスイッチ14に接続されている。すなわち、ダイオ
ードスイッチ14は、パルスコントロール部13からの
互に逆極性の2種のスイッチコントロール信号qおよび
Sによって導通する2個のスイッチ素子によって構成さ
れており、その一方のスイッチ索子14aが導通したと
き連続波発振器15の出力1)がバースト状パルス信号
1として圧電トランスジューサ3に711ねり、それ以
外の時間は、他方のスイッチ索子1411 i)<導通
して試料8からの反射波の受信信号Jが増幅器16に導
かれるように、同軸切換器12、連続波発振器15およ
び増幅器16間に介挿されている。なお、前記連続波発
振器15は、超音波像を得るために圧電1〜ランスジコ
ーサ3に供給される高周波パルス発生器1の発振周波数
よりも低い周波数を発振するように設定されており、そ
の周波数の決定については詳細を後記する。
The contacts of the coaxial switch 12 are connected to a diode switch 14 which is controlled by control pulses q and S from a pulse control section 13. That is, the diode switch 14 is composed of two switch elements that are made conductive by two switch control signals q and S of opposite polarity from the pulse control section 13, and one of the switch elements 14a is made conductive. At that time, the output 1) of the continuous wave oscillator 15 is applied to the piezoelectric transducer 3 as a burst pulse signal 1, and at other times, the other switch cable 1411 is conductive and receives the reflected wave from the sample 8. It is inserted between the coaxial switch 12, the continuous wave oscillator 15, and the amplifier 16 so that the signal J is guided to the amplifier 16. The continuous wave oscillator 15 is set to oscillate at a lower frequency than the oscillation frequency of the high frequency pulse generator 1 which is supplied to the piezoelectric 1 to the lance gycoser 3 in order to obtain an ultrasonic image. Details of the decision will be provided later.

増幅器16によって増幅された受信信号、1は、移相器
17を介して位相検出器18に導かれ、ここでリファレ
ンス信号との位相差に対応した検出信号vkを得るよう
にしている。この実施例においては、前記連続波発振器
15から導いた連続波信号をリファレンス信号として用
い、このリファレンス信号の位相を基準にして受信信@
Jどの位相差に対応した検出信号を得る構成となってお
り、その位相検出器18に入力する受信信号はjの位相
は、リファレンス信号の位相に対してその受信信号、i
が超音波音響レンズ4の焦点面からの反射波である場合
に同相となるように、前記移相器17によって超音波音
響レンズ4内の通路長や線路長等による受信信号の遅延
時間の影響等を補償するよう位相調整されている。19
は位相検出器18の出力検波信号Vkを、パルスコント
ロール部13から供給されるサンプリングパルスmによ
って、順次サンプルホールドするサンプルホールド器で
あって、このサンプルボールド器19の出力Vn によ
って7方向駆動制御部20を作動とし超音波音響レンズ
4による超音波投射方向Zについてその超音波音響レン
ズ4ど試料台7の相対位置を可変し得るように構成した
Z方向駆動機構21を自動制御する構成になっている。
The received signal 1 amplified by the amplifier 16 is guided to the phase detector 18 via the phase shifter 17, where a detection signal vk corresponding to the phase difference with the reference signal is obtained. In this embodiment, the continuous wave signal derived from the continuous wave oscillator 15 is used as a reference signal, and the received signal @
J is configured to obtain a detection signal corresponding to which phase difference, and the received signal input to the phase detector 18 has a phase difference of j with respect to the phase of the reference signal, i
is the reflected wave from the focal plane of the ultrasonic acoustic lens 4, so that the phase shifter 17 eliminates the influence of the delay time of the received signal due to the path length, line length, etc. inside the ultrasonic acoustic lens 4 The phase is adjusted to compensate for the 19
is a sample hold device that sequentially samples and holds the output detection signal Vk of the phase detector 18 using the sampling pulse m supplied from the pulse control section 13, and the output Vn of the sample bold device 19 controls the seven-direction drive control section. 20 is activated to automatically control a Z-direction drive mechanism 21 configured to be able to vary the relative position of the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample stage 7 in the ultrasonic projection direction Z by the ultrasonic acoustic lens 4. There is.

以上のような構成において、まず連続波発振器15の発
振周波数はつぎのようにして決定する。
In the above configuration, first, the oscillation frequency of the continuous wave oscillator 15 is determined as follows.

第4図に示すように超音波音響レンズ4の開ロア一 部球面4aの曲率半径をrどし、当該レンズの材質をサ
ファイアとすると、超音波伝達媒体である液体5に水を
用いた場合、焦点距離fは、fzl、15rとなり、た
とえばr−0,5鉗とすれば、[= 0.575肚とな
る。
As shown in FIG. 4, when the radius of curvature of the open lower part spherical surface 4a of the ultrasonic acoustic lens 4 is set to r and the material of the lens is sapphire, when water is used as the liquid 5 which is the ultrasonic transmission medium. , the focal length f is fzl,15r, and for example, if it is r-0,5, then it becomes [=0.575°.

そこで、連続波発振器15からリファレンス信号どして
導かれた連続波信号の位相に対して、超音波音響レンズ
4と試料8間の7方向の距離を変化させたどきに、試料
からの反射波の位相の変化を有効に検出し得るように、
超音波音響レンズ4の開口部4aど試F18間に介在さ
せる液体5内において、焦点距離fが前記連続波信号の
波長のほぼ1/4またはその波長の〒 X(211+1
)倍(n:整数)にする。
Therefore, when changing the distance in seven directions between the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 with respect to the phase of the continuous wave signal derived from the continuous wave oscillator 15 as a reference signal, the reflected wave from the sample In order to effectively detect the change in the phase of
In the liquid 5 interposed between the aperture 4a and the sample F18 of the ultrasonic acoustic lens 4, the focal length f is approximately 1/4 of the wavelength of the continuous wave signal or 〒X(211+1) of that wavelength.
) times (n: integer).

このことから連続波発振器15の発振周波数Fは、F 
”” −1f (2n +1 > (Hz )(v:液
体5中の音速) に設定するのが妥当である。これをたとえばさきに例示
し1=f = 0.575mmを用いて計算すると、[
−652x (2n +1 ) KHz付近の周波数に
発振器8− 波数Fを設定するのがのぞましいことがわかる。
From this, the oscillation frequency F of the continuous wave oscillator 15 is F
It is appropriate to set it to ``'' -1f (2n +1 > (Hz) (v: sound speed in liquid 5).If you calculate this using the example given earlier and 1 = f = 0.575 mm, [
It can be seen that it is desirable to set the oscillator wave number F to a frequency around -652x (2n +1) KHz.

第3図において、連続波発振器15の発振周波数Fは上
記のとおり設定しであるものとして第5図の波形図によ
りその動作を説明する。
In FIG. 3, assuming that the oscillation frequency F of the continuous wave oscillator 15 is set as described above, its operation will be explained with reference to the waveform diagram in FIG.

同軸切換器12は、焦点調節する場合のみ、図示のよう
に接点す側に切り変える。これに連動して連続波発振器
15が発振するように構成しである。
The coaxial switch 12 switches to the contact side as shown in the figure only when adjusting the focus. The continuous wave oscillator 15 is configured to oscillate in conjunction with this.

第5図(a)はその発振器@pを示す。口の発振信号p
は、ダイオードスイッチ14の一方のスイッチ素子14
aを介し、パルスコントロール部13から供給される第
5図(1))のスイッチコントロール信号qのタイミン
グと時間幅に対応するパースト状パルス信号iとして、
適当な一定周期で圧電トランスジューサ3に導かれ、こ
こで超音波に変換され、液体5を通して試料8上に投射
される。第5図(C)は、その圧電トランスジューサ3
に導かれるバースト状パルス信Qiを示す。試F18か
らの反射波は、その逆の経路によって圧電トランスジュ
ーサ3で受信され電気信号に変換される。
FIG. 5(a) shows the oscillator @p. Mouth oscillation signal p
is one switch element 14 of the diode switch 14
As a burst pulse signal i corresponding to the timing and time width of the switch control signal q in FIG. 5(1)) supplied from the pulse control unit 13 via a,
It is guided at a suitable constant period to a piezoelectric transducer 3, where it is converted into an ultrasonic wave and projected onto the sample 8 through the liquid 5. FIG. 5(C) shows the piezoelectric transducer 3
2 shows a burst-like pulse signal Qi guided by. The reflected wave from the sample F18 is received by the piezoelectric transducer 3 through the reverse path and converted into an electrical signal.

この受信信号jは、第5図(d )に示したように同図
(C)に示J圧電トランスジコーザ3への電気信号入力
の時点より、超音波が音響レンズ4と液体5を通過して
試料8に達する時間の2倍(往復)の時間11だけ少な
くとも遅れている。この受信信号j (第5図((1)
)は、パルスコンI−ロール部13からの第5図(e)
に示すスイッチコントロール信号Sによって導通するダ
イオードスイツヂ14のスイッチ索子14bを介して増
幅器16に入力して増幅された後、移相器17を経て位
相検出器18に入力する。
As shown in FIG. 5(d), this received signal j is shown in FIG. There is a delay of at least a time 11 which is twice the time it takes to reach the sample 8 (round trip). This received signal j (Fig. 5 ((1)
) is FIG. 5(e) from the pulse control I-roll section 13.
The signal is input to the amplifier 16 through the switch wire 14b of the diode switch 14, which is turned on by the switch control signal S shown in FIG.

位相検出器18には、さきに説明したようにリファレン
ス信号として連続波発振器15から、汁電トランスジュ
ーサ3に加わるバースト状パルス伯号(第5図(C))
と同相の連続波信号pが供給されている。また、この位
相検出器18に加わる受信信号j (第5図(d))の
遅延時間1.は、超音波音響レンズ4と試料8の7方向
の相対距1Illlzに応じて変化し、Zが長くなけれ
ば1.も長くなり、逆に2が短くなればt 、b知くな
り、合焦時のt、を基準にその受信信号Jの位相が遅れ
たり進んだりする。位相検出器18に入力する受信信号
jは、さきに説明したように移相器17によって、合焦
時の受信信号の位相がリファレンス信号の位相と同相と
なるようにあらかじめ位相調整されているので位相検出
器18からは、第6図のように受信信号、1の位相調整
後の位相θヶと、リファレンス信号に用いた連続波信号
pの位相θβの差に応じた検波信号Vkが得られる。す
なわち、合焦しているときは、θヶーθβでありVk−
Oとなるが、Zがz>fのときにはθ6がθβより遅れ
て06−θβ〉0°となり、位相検出器18の出力Vk
はvk〉0で負極性になる。また逆にz<fのときには
θ6がθβにり進んでθα−θβ<Q’になり、vkは
vk 〈0で負極性になる。第5図(f)は、その検出
信号Vkの一例を示し、超音波音響レンズ4の試料8に
対する合焦位置の前後によって極性が異なり、その絶対
値は焦点と試料8間の距離に応じて変化する。
As explained earlier, the phase detector 18 receives a burst-like pulse signal (FIG. 5(C)) applied to the juice transducer 3 from the continuous wave oscillator 15 as a reference signal.
A continuous wave signal p is supplied which is in phase with . Also, the delay time 1. of the received signal j (FIG. 5(d)) applied to this phase detector 18. changes depending on the relative distance 1Illz between the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 in seven directions, and if Z is not long, 1. becomes longer, and conversely, if 2 becomes shorter, t,b becomes wider, and the phase of the received signal J lags or advances with respect to t at the time of focus. As explained earlier, the received signal j input to the phase detector 18 has been phase-adjusted in advance by the phase shifter 17 so that the phase of the received signal at the time of focusing is in phase with the phase of the reference signal. From the phase detector 18, as shown in FIG. 6, a detection signal Vk is obtained according to the difference between the phase θ after phase adjustment of the received signal 1 and the phase θβ of the continuous wave signal p used as the reference signal. . That is, when in focus, θ−θβ and Vk−
However, when Z is z>f, θ6 lags θβ and becomes 06−θβ>0°, and the output Vk of the phase detector 18
becomes negative polarity when vk>0. Conversely, when z<f, θ6 advances to θβ, and θα-θβ<Q', and vk becomes negative when vk <0. FIG. 5(f) shows an example of the detection signal Vk. The polarity varies depending on the focal position of the ultrasonic acoustic lens 4 on the sample 8, and its absolute value varies depending on the distance between the focus and the sample 8. Change.

この検出信号Vkをつぎのサンプルホールド器19に導
いてサンプルホールドする。サンプルホー11 − ルド器19に供給するサンプリングパルス信号mは、第
5図((1>に示すように、同図(b)のスィッチ素子
14a駆動用スイツチコントロール信号qに対し、ts
時間遅らせてパルスコントロール部13により発生させ
たものである。その時間tsは、同図(d )に示す試
料からの正しい反射波の受信信号に対する位相検出器出
力(第5図(f))をサンプリングするのに適したタイ
ミングのサンプリングパルス信号が得られる時間に設定
されている。
This detection signal Vk is guided to the next sample and hold device 19 and sampled and held. The sampling pulse signal m supplied to the sample hold device 11-hold device 19 is ts as shown in FIG.
This is generated by the pulse control section 13 with a time delay. The time ts is the time at which a sampling pulse signal with a timing suitable for sampling the phase detector output (Fig. 5 (f)) in response to the received signal of the correct reflected wave from the sample shown in Fig. 5 (d) is obtained. is set to .

第5図(h)に、同図(f)の位相検出器18の出力を
サンプルホールドしたときのサンプルホールド器19か
ら得られる焦点エラー信号Vnを示す。
FIG. 5(h) shows a focus error signal Vn obtained from the sample and hold device 19 when the output of the phase detector 18 shown in FIG. 5(f) is sampled and held.

すなわち、このようにしC得た焦点エラー信号vnは、
サンプリングパルスmの周期ごとに焦点誤差に対応した
レベルを有し、かつ非合焦方向に応じた極性をもったも
のになる。
That is, the focus error signal vn obtained in this way is
It has a level corresponding to the focus error for each cycle of the sampling pulse m, and a polarity corresponding to the out-of-focus direction.

この焦点エラー信号Vnを7方向駆動制御部20に導い
ている。Z方向駆動制御部20は、焦点エラー信号Vn
の正負を判別し、V、>0のどきには超音波音響レンズ
4と試料8の相対距離Zが短く12− なる方向に、またVn〈0のときには前記相対距離lが
長くなる方向に7方向駆動機構を駆動し、Vn−0とな
ったときに停止させるように、当該Z方向駆動機構を自
動制御する構成になっている。
This focus error signal Vn is guided to the seven-direction drive control section 20. The Z-direction drive control section 20 outputs a focus error signal Vn
When V>0, the relative distance Z between the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 is shortened to 12-, and when Vn<0, the relative distance l is lengthened by 7. The Z-direction drive mechanism is automatically controlled so that the Z-direction drive mechanism is driven and stopped when Vn-0 is reached.

したがって、超音波音響レンズ4の焦点が試料8に合焦
したとき、サンプルホールド器19の出力Vnが零とな
るので、その時点で7方向駆動機構21が停止し、これ
により自動的に合焦状態となる。
Therefore, when the ultrasonic acoustic lens 4 focuses on the sample 8, the output Vn of the sample holder 19 becomes zero, and the seven-direction drive mechanism 21 stops at that point, which automatically focuses the sample. state.

このようにして焦点合わせを自動的に行なった後は、前
記同軸切換器12を下側の接点aに切り換えて、従来と
同様に超音波顕微鏡像を得るようにすれば、正確に焦点
の合った優れた解像度の超音波顕微鏡像が得られる。
After automatically focusing in this way, if you switch the coaxial switch 12 to the lower contact point a and obtain an ultrasonic microscope image in the same way as before, you can accurately focus. Ultrasonic microscopy images with excellent resolution can be obtained.

なお、上記の実施例においては、連続波発振器15の発
振周波数について具体的に例示したが、この周波数は比
較的低い周波数であればよく、試料8による反射波の受
信信号の位相θαと、連続波発振器15からリファレン
ス信号として導かれる連続波信号の位相θβの差が、合
焦時にθα−θβ−0となるように移相器17で前記受
信信号の位相を調整することができることを考慮すれば
、前記連続波発振器15の発振周波数は実施例のものに
何ら限定されるものでは4Tい。また、超音波顕微鏡像
を得るための超音波の周波数が比較的に低い場合には、
その超音波発生用の高周波パルス発生器(第1図に1で
示す。)の発振モードを自動焦点調節時にのみ連続波発
振に切り換えて、実施例の連続波発振器15に代えるよ
うに構成することも可能である。
In the above embodiment, the oscillation frequency of the continuous wave oscillator 15 was specifically illustrated, but this frequency may be a relatively low frequency, and the phase θα of the received signal of the wave reflected by the sample 8 and the continuous It should be taken into consideration that the phase of the received signal can be adjusted by the phase shifter 17 so that the difference in phase θβ of the continuous wave signal guided as a reference signal from the wave oscillator 15 becomes θα−θβ−0 at the time of focusing. For example, the oscillation frequency of the continuous wave oscillator 15 is not limited to 4T in the embodiment. In addition, when the frequency of ultrasound used to obtain ultrasound microscopic images is relatively low,
The oscillation mode of the high-frequency pulse generator (indicated by 1 in FIG. 1) for generating ultrasonic waves is switched to continuous wave oscillation only during automatic focus adjustment, and it is configured to replace the continuous wave oscillator 15 of the embodiment. is also possible.

上記の実施例においてはまた、合焦時に得られる受信信
号の位相θαをリファレンス信号の位相θβに等しくす
るために、受信信号の位相に調整するようにしているが
、リファレンス信号の位相を調整することによって合焦
時の両信号の位相を一致させるように構成してもよいこ
とは勿論であり、また、場合によっては移相調整器を省
くこともできる。
In the above embodiment, the phase θα of the received signal obtained at the time of focusing is adjusted to the phase of the received signal in order to equalize the phase θβ of the reference signal, but the phase of the reference signal is adjusted. Of course, it is possible to make the phases of both signals coincide with each other during focusing, and in some cases, the phase shift adjuster can be omitted.

以上詳細に説明したように本発明によれば、試料の超音
波顕微鏡像の観測に先立ら従来観察者が手動により行な
っていた焦点調節を、迅速かつ高精度に自動的に行なう
ことができる。したがって、従来手間暇を要したこの種
の作業から観察者を解放することができるばかりではな
く、手操作時に生じ勝ちであった超音波音響レンズと試
料との接触による毀損事故を有効に防止することができ
る。
As explained in detail above, according to the present invention, focus adjustment, which conventionally had to be done manually by an observer, can be done automatically and quickly and with high precision prior to observing an ultrasonic microscope image of a sample. . Therefore, not only can the observer be freed from this type of work that conventionally required time and effort, but also it can effectively prevent damage accidents caused by contact between the ultrasonic acoustic lens and the sample, which tend to occur during manual operation. be able to.

また、本発明を実施した超音波顕微鏡によれば、常に均
一な高精度の焦点調節が自動的に行なわれるので、同一
超音波顕微鏡によって多数の試料を順次観察する場合、
各試料について一定のコントラストの超音波顕微鏡像を
得ることができる利点があり、したがって観察者にとっ
てそれら試料間の比較を容易かつ正確に行なうことがで
きる等の利便が生ずる。
Furthermore, according to the ultrasonic microscope embodying the present invention, uniform and highly accurate focus adjustment is automatically performed at all times, so when a large number of samples are sequentially observed using the same ultrasonic microscope,
This method has the advantage of being able to obtain an ultrasonic microscope image with a constant contrast for each sample, and therefore provides convenience for the observer, such as being able to easily and accurately compare the samples.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、超音波顕微鏡の一般的な構成の一例の概略を
示すブ[1ツク線図、 第2図は、V(z)カーブの説明図、 第3図は、本発明の実施例の一例の構成を示すブロック
線図、 第4図は、超音波音響レンズの焦点距離の説明15− 図、 第5図は、第3図に示した実施例の動作説明のための各
部波形図、 第6図は、位相検出器の出力特性の一例を示す曲線図で
ある。 1・・・高周波パルス発生器 2・・・サーキュレータ 3・・・圧電トランスジュー
サ4・・・超音波音響レンズ 5・・・液体 7・・・試料台 8・・・試料 9・・・信号処理回路 12・・・同軸切換器 13・・・パルスコントロール
部14・・・ダイオードスイッチ 14a 、 14b・・・スイッチ素子15・・・連続
波発振器 16・・・増幅器17・・・移相器 18・
・・位相検出器19・・・サンプルホールド器 20・・・Z方向駆動制御部 21・・・Z方向駆動機構 16− 第■図 第2図 第3図 第5図 命−や
Fig. 1 is a block diagram schematically showing an example of a general configuration of an ultrasound microscope, Fig. 2 is an explanatory diagram of a V(z) curve, and Fig. 3 is an embodiment of the present invention. A block diagram showing the configuration of an example; FIG. 4 is a diagram illustrating the focal length of the ultrasonic acoustic lens; FIG. 5 is a waveform diagram of each part to explain the operation of the embodiment shown in FIG. 3. , FIG. 6 is a curve diagram showing an example of the output characteristics of the phase detector. 1... High frequency pulse generator 2... Circulator 3... Piezoelectric transducer 4... Ultrasonic acoustic lens 5... Liquid 7... Sample stage 8... Sample 9... Signal processing circuit 12... Coaxial switch 13... Pulse control unit 14... Diode switch 14a, 14b... Switch element 15... Continuous wave oscillator 16... Amplifier 17... Phase shifter 18.
・・Phase detector 19・・Sample hold device 20・・Z direction drive control section 21・・Z direction drive mechanism 16 - Figure 2 Figure 3 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 10.超音波音響レンズと試料との超音波投射方向にお
ける相対位置を変位させて焦点を調節するように構成し
た超音波顕微鏡において、前記超音波音響レンズから投
射した超音波の試料からの反射波を受信して得た受信信
号の位相と、リファレンス信号の位相との差を検出する
位相検出手段と、この位相検出手段から得られた検出信
号によって前記相対位置を可変制御し得るように構成し
た焦点調節手段とから成ることを特徴とする超音波顕微
鏡の自動焦点調節装置。
10. In an ultrasonic microscope configured to adjust the focus by displacing the relative position of an ultrasonic acoustic lens and a sample in an ultrasonic projection direction, receiving reflected waves from the sample of ultrasonic waves projected from the ultrasonic acoustic lens. phase detection means for detecting the difference between the phase of the received signal obtained by the above-described method and the phase of the reference signal; and a focus adjustment configured to variably control the relative position based on the detection signal obtained from the phase detection means. An automatic focus adjustment device for an ultrasound microscope, characterized in that it consists of means.
JP58125553A 1983-07-12 1983-07-12 Automatic focus adjusting apparatus of ultrasonic microscope Granted JPS6018755A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58125553A JPS6018755A (en) 1983-07-12 1983-07-12 Automatic focus adjusting apparatus of ultrasonic microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58125553A JPS6018755A (en) 1983-07-12 1983-07-12 Automatic focus adjusting apparatus of ultrasonic microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6018755A true JPS6018755A (en) 1985-01-30
JPH0427502B2 JPH0427502B2 (en) 1992-05-12

Family

ID=14913047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58125553A Granted JPS6018755A (en) 1983-07-12 1983-07-12 Automatic focus adjusting apparatus of ultrasonic microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6018755A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5301552A (en) * 1989-01-20 1994-04-12 Canon Kabushiki Kaisha Ultrasonic apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5301552A (en) * 1989-01-20 1994-04-12 Canon Kabushiki Kaisha Ultrasonic apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0427502B2 (en) 1992-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4655083A (en) Surface ultrasonic wave interference microscope
JPH112667A (en) Dual laser voltage probing for ic
JP2860843B2 (en) Ultrasonic sound velocity measuring device based on V (z) characteristic and ultrasonic microscope using the same
JPH07294500A (en) Ultrasonic image inspection device
JPS6018755A (en) Automatic focus adjusting apparatus of ultrasonic microscope
JPH0461306B2 (en)
JPH0136585B2 (en)
JP2943040B2 (en) Vibration measuring device
JP4647864B2 (en) Ultrasonic imaging apparatus and measuring method thereof
JPH0222343B2 (en)
JPH0611385A (en) Transverse wave velocity measuring device and Young&#39;s modulus and / or Poisson&#39;s ratio measuring device using the same
JPH0219762A (en) Sample surface inclination adjusting device for ultrasonic microscope
JPS5872052A (en) Reflection type ultrasonic microscope
JPS6222838Y2 (en)
JPS6097268A (en) Focus aligning apparatus of ultrasonic microscope
JPH05126806A (en) Ultrasonic-wave measuring apparatus
JPS6117009A (en) Ultrasonic microscope
SU1518784A1 (en) Method of forming acoustic images
JPS6097263A (en) Scanning method of ultrasonic microscope
JPS59104547A (en) Auto focusing device of ultrasonic microscope
JPS6375661A (en) ultrasound microscope
JPS634662B2 (en)
JPH04264259A (en) Supersonic microscope apparatus
JPH06102260A (en) Confocal ultrasonic microscope
JPH0245756A (en) ultrasonic probe