JPS6097260A - 超音波ヘツドの走査装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 技　術　分　野 本発明は超音波ヘッドにより試料を二次元的に走査する
装置に関するものである。

従　来　技　術 従来、試料を超音波ヘッドにより二次元的に走査して試
料の超音波像を表示するようにした超音波顕微鏡は知ら
れている。従来の超音波顕微鏡では試料をＸおよびＹ方
向に移送し得る試料台上に載置すると共に圧電トランス
ジューサを有する超音波ヘッドを加振装置の加振軸に連
結してＸ方向に振動させている。例えば試料の広範囲の
部分を。

走査して低倍率の超音波像を表示するときには、試料台
をＸおよびＹ方向に移動させている。また、試料の微小
部位を走査するときには加振装置によって超音波ヘッド
をＸ方向に振動させると共に試料台をＹ方向へ移動させ
ている。例えば５０　ｙＨｉの超音波を用いる場合、超
音波ビームの試料表面でのスポット径は約８０μｍとな
り、テレビモニタ上に表示する場合、Ｘ方向の画集を８
００個とすると、ｉ（０Ｘ８００＝９０００ｐｍとなり
、Ｘ方向に９０００μｍの幅で超音波ヘッドを振動させ
なけｎばならないが、従来のボイスコイルを用いた加振
装置ではこのように大きな範囲に亘って超音波ヘッドを
振動させることはできない。したがってこのような場合
には、試料台をＸおよびＹ方向に送って二次元的走査を
行なうことになるが、これらの送り機構は、例えばリー
ドスクリュウを・モータで回転させて試料台をリニアに
移動させるものであるから、高速度の走査を行なうこと
はできず、走査に長時間を要する欠点がある。また、従
来の加振装置では超音波ヘッドを直線的に往復動させる
ものであるから、例えば試料が曲面を有しているような
場合には走査が不可能となってしまう欠点があった。さ
らに従来の超音波顕微鏡は大形で重緻も重いものであり
、持ち運びは容易でなく、検査すべき試料を超音波顕微
鏡が設置されている部屋まで運んできて検査するように
している。しかし、試料を運ぶことは面倒であると共に
試料によっては持ち運ぶことができないような物もあり
、用途が制限されるという欠点があった。

さらに従来の超音波顕微鏡では試料は試料台の上に載置
して走査しているので、試料台に載せることができない
ような試料を走査することはできず、このことが大きな
制約となっていた。

従来、簡易な超音波検査装置としては、超音波ヘッドを
被検試料に押し当てながら手動により超音波ヘッドを移
動させるようにしたものがあるが試料に超音波ヘッドを
接触させることができないような試料には使用できない
と共に手動的に超音波ヘッドを移動させるものであるか
ら正確な二次元走査は不可能であり、従来も一次元走査
を行なうだけのものであり、したがって試料表面の超音
波像などを表示することはできない。

発明の目的 不発明の目的は、上述した従来の欠点を除失し、試料台
を用いずに試料の任意の大きさの部分を２次元的に走査
することができ、小形軽層とすることによって容易に持
ち運ぶことができる超音波ヘッドの走査装置を提供しよ
うとするものである。

発明の概要 本発明による超音波ヘッドの走査装置は、圧電トランス
ジューサを具える超音波ヘッドを、複数のアームを回動
自在に連結して構成した三次元駆動機構の先端に装着し
、この三次元駆動機構の先端を試料に対して移動させる
ことにより試料を二次元的に走査するように構成したこ
とを特徴とするものである。

実　施　例 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による超音波ヘッドの走査装置を具える
超音波顕微鏡の全体の構成を示すものである。本例では
超音波ヘッドｌを第１のアーム２ａの先端に着脱自在に
装着し、このアーム２ａの他端を第２のアーム２ｂの一
端に軸８ａを中心として回動自在に連結し、この第２７
−ム２ｂの他端を第８のアーム２Ｃの一端に軸８ｂを中
心として回動自在に連結し、この第８アーム２Ｃの他端
を軸８Ｃを中心として回動自在に旋回部今に連結する。

この旋回部は垂直な軸（図示せず）を中心として回動自
在にベース５に連結されている。これらの第１〜第８の
アームおよび旋回部会はそｎぞれ独立に駆動することが
できるように構成されており、これによって第１アーム
２ａの先端に取付けた超音波ヘッド１を三次元的に駆動
することができる。このような三次元駆動機構６として
は種々の形式のものが従来公知であり、本発明ではそれ
ら内の任意のものを用いることができるので、これ以上
詳細には説明しない。本発明においては、上述したよう
に超音波ヘッド１を三次元駆動機構６に装着し、三次元
駆動機構６をマイクロプロセッサ７によ？）　適９Ｊ　
ニ制御することにより超音波ヘッド１によって試料８を
二次元走査し、信号処理回路９を介してテレビモニタ１
０上に試料の超音波像を表示することができる。次に信
号処理回路９の部分についてさらに詳細に説明する。

第２図は第１図に示した超音波顕微鏡の構成をさらに詳
細に示すブロック図である。本例では超音波ヘッド１は
音響レンズ１ａとその上面に配置した圧電トランスジュ
ーサｌｂとを具えており１送信機１１からサーキュレー
タ１２を経て圧電トランスジューサ】ｂに高周波パルス
を印加して超音波を発射させるようになっている。超音
波ビームは音響レンズ１ａの下面に形成された曲面によ
って集束され、試料８上に投射される。試料からの反射
波は音響レンズｌａによって集められ、圧、電トランス
ジューサ】ｂにより電気的パルス信号に変換され、サー
キュレータ１２を経て受信機１３に供給される。受信機
］８では、送信機１１からサーキュレータ１２を介して
直接供給される送信パルスや音響レンズｌａでの内部多
重反射による反射パルスと区別して試料８からの反射パ
ルスを抽出し、これを適当に処理して画像信号とし、こ
れをデジタルメモリ１４に供給してここに記憶する。送
信機１１および受信機】８はコントローラ１５からの信
号によって制御されるようになっており、デジタルメモ
リ１４およびコントローラ１５はマイクロプロセッサ７
によって制御さｎるようになっている。上述したように
三次元駆動機構６もマイクロプロセッサ７で制御される
ので、試料８の所望の部分の超音波像を表わす画像信号
がデジタルメモリ】４に記憶さｎＸざらにモニタｌＯで
表示されるようになる。

本発明では上述したように、超音波ヘッド１を三次元駆
動機構６によって移動させながら走査を行なうものであ
るから、試料８と超音波ヘッド１との間の距離を常に二
定値に保つ必要がある。次にそのための構成を説明する
。

第２図に示すように、音場レンズ１ａの下端面には平面
波圧電トランスジューサ２１を設ケ、試料８へ向は平面
波を投射して超音波ヘッド１と試料８との間の距離を測
定できるようにする。すなわち、補助送信機２２を設け
、パルス信号をサーキュレータ２３を経て圧電トランス
ジューサ２１に印加し、試料８からの反射波を℃気信号
に変換し、これをサーキュレータ２８を経て補助受信機
２４へ供給する。補助受信機２４の出力信号をゲートコ
ントローラ２５により開閉が制御されるゲート２６によ
り抽出し、コンパレータ２７の一方の入力端子に供給す
る。このコンパレータの他方の入力端子にはスレッシュ
ホールド電圧ＥＴＨを印加し、その出力をコントローラ
】５からのりｐツクをカウントするカウンタ２８の制御
端子に供給する。

次に、上述した２方向の距離を測定する動作を第３図お
よび第４図をも参照して説明する。第８図は順次の動作
を示すフローチャートであり、先ずフン）０−ラ１５の
制御の下で時刻ｔ。において補助送信機２２を駆動して
圧電トランスジューサ２１から平面波を発射させる。こ
れと同時にコントローラ１５からカウンタ２８ヘクロツ
クパルスを供給してそのカウントを開示させる。第４図
Ａはクロックパルスを示し、第４図Ｂは補助受信１＆Ａ
２４への入力信号を示し、第４図Ｃはゲートコントロー
ラ２５からのゲート信号を示すものであり、ゲート信号
はサーキュレータ２８を経て直接供給される送信パルス
がゲート２６を通過しないようにタイミングが設定され
ている。第４図Ｂに示すように時刻ｔ□において試料８
からの反射波によるパルスが到来すると、この信号はゲ
ートｇ６をｉ過してコンパレータ２７に供給される。

このパルス信号の振幅はスレッシュホールドレベルより
も高くなっているのでコンパレータ２７の出力は反転し
、カウンタ２８でのカウント動作は停止される。したが
ってカウンタ２８は、第４図りに示すように時刻ｔ。か
らｔｌまでの間に供給されたクロックパルスを計数した
ことになる。この計数値をマイクロプロセッサ７に供給
し、ここでクロックパルスの計数値をＮ１りｐツクパル
スの周期をＴ１平面波の伝播速度を■とすると、２方向
の距離ｌは／−１−ＸＮＸＴＸＶから演算でめることが
できる。このようにしてめた距離ｌが常に所定の値、常
えば超音波ヘッド］の焦点距離と等しくなるように三次
元駆動機構６を制御することにより常に試料８の表面上
に超音波ビームを集束させることができる。この場合、
試料８の表面が彎曲していても超音波ヘッド１はそれに
沿って移動することになるので、任意の形状を有する試
料を正確に走査することができる。

第５図は、上述した超音波顕微鏡を用いて、実際に試料
を二次元走査する場合の動作を表わすフローチャートを
示すものである。本発明の走査製雪を用いて走査する場
合には試料の形状を予しめ入力しておき、これにしたが
って三次元駆動機構を駆動して走査する場合と、試料の
形状は入力せず、超音波ヘッドと試料との間の距離を測
定しな・がら走査を行なう場合とがある。先ず、試料の
形状を予しめ入力する場合について説明する。この場合
には、試料の形状を、必要な点の三次元座標（Ｘ　、　
Ｙ　、　Ｚ　）をマイクロプロセッサ７のキーボードの
キーを操作して入力する。次に第６図に示すように試料
８の走査すべき領域ｒを規定する点Ｐ。

およびＰｏの座標（Ｘｏ、Ｙｏ）および（Ｘ、、Ｙ、）
をそｎぞれ入力する。次に三次元駆動機構６を駆動して
、超音波ヘッドｌを点Ｐ。（Ｘｏ、　Ｙｏ）の位置に移
動させる。このようにして初期設定を終了したらば、先
ず点Ｐ。の位置における２方向の値を入力図形データに
基いて演算し、この演算結果に基いて三次元駆動機構６
を駆動して超音波ヘッドｌを２方向に移動させる。次に
送信機１１を駆動して圧電トランジューサ】ｂから超音
波を放射し、試料８からの反射波を受信機１８で適当に
処理した後デジタルメモリ】４の対応するアドレス位置
に記憶する。次に、三次元駆動機構６を駆動して超音波
ヘッド１をＸ方向へ１ステツプだけ移動させ、再びＺ軸
方向の距離を演算でめ、そ・の結果に応じて超音波ヘッ
ドを２方向へ移動した後、圧電トランスジューサ】ｂか
ら超音波を放射させ、画像情報をディジタルメモリ１４
の該当位置に記憶する。このような動作をＸ　−Ｘ、と
なるまで繰返し、第１ラインの走査を行ない、ディジタ
ルメモリ】４の第１ラインに画像情報を記憶する。Ｘ−
Ｘｌとなったら、三次元駆動機構６を駆動して超音波ヘ
ッド】をＹ方向へ１ステツプだけ移動させると共にＸ方
向ではＸ。の位置まで戻す。

次に２方向の位置の演算、２万回への移動、超音波の放
射、反射波に対応した画像情報のディジタルメモリ１４
への記憶をＸ方向へ１ステツプずつずらしながら繰返し
行なって２ライン目の走査を行なう。再びＸ＝Ｘ□とな
ったら、Ｙ方向へ再びｌステップ移動させる。このよう
な動作をＹ−Ｙ□となるまで順次に繰返すことにより第
６図に示す領域Ｆ全体を二次元的に走査することができ
、ディジタルメモリ１４には１画面分の画像情報が記憶
されることになる。したがって、これを読出すことによ
りモニタ１０において超音波像を表示す・ることかでき
る。

次に試料の形状を入力させない場合の動作を説明する。

この場合には先ず第６図に示すような視野範囲を規定す
る点Ｐ。（Ｘｏ・Ｙｏ）およびＰ□（Ｘ、　、　Ｙ、　
）の座標を入力する。さらに三次元駆動機構６を駆動し
て超音波ヘッドｌを点Ｐ。（Ｘｏ。

Ｙｏ）の位置に移動させて初期設定を行なう。次に２方
向の焦点位置を第８図に示すようにしてめた後、三次元
駆動機構６を駆動して超音波ヘッド１を２＋αの位置へ
移動させる。※このαは焦点位置からの距離であり、試
料表面を走査するときはα＝０であり、試料の内部を走
査するときはα←０となる値である。ざらに圧電トラン
スジューサ１ｂから超音波を放射させ、試料８からの反
射波に対応する画像情報をディジタルメモリ１４の対応
するアドレス位置へ記憶する。次に三次元駆動機構６を
駆動してＸ方向へ１ステツプ移動させ上述した動作を繰
返す。この動作をＸ＝Ｘ□となるまで行ない１ライン目
の画像情報をディジタルメモリ】４の１ライン目に記憶
する。次に三次・元部動機構６を駆動して超音波ヘッド
ｌをＹ方向へ１ステツプ移動させ、Ｘｏの位置へ復帰さ
せた後上述した動作を繰返して２ライン目の走査を行な
う。このようにして試料８の所定の部分を二次元的に走
査することができる。

第７図は本発明の走査装置の使用態様の一例を示すもの
である。本例では、容器８１内に収容された液体８２中
に浸漬された試料８８を、超音波ヘッド８４を保持する
三次元駆動機構８５によって二次元的に走査するように
したものである。従来の超音波顕微鏡では、このような
場合には、試料８８＠容器８１から取出して試料台の上
に載置して二次元走査する必要があったが、不発明では
そのような必要はなく、試料８８を容器８１に入ｎたま
まで二次元走査を行なうことができる。

不発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変形や変更を加えることができる。例えば三次
元駆動機構は上述した構造のもめに限定されるものでは
なく、周知の種々の形式のものを使用することができる
。また、超音波ヘツドも上述したように音物レンズと圧
電トランスジューサとを具えるものに限られるものでは
なく、例えば圧電トランスジューサをＷ接彎曲させた構
造のものを用いることもできる。

発明の効果 本発明によれば、超音波ヘッドを三次元駆動機構の先端
に装着して試料を二次元的に走査するように構成したの
で、試料の任意の範囲を走査することができると共に走
査装置全体を小形軽量とすることができ、持ち運びが容
易となった。また、試料を試料台に載せる必要がないの
で、試料が置かｎている状態のままで走査を行なうこと
ができる。さらに、試料が曲面を有していてもそれに沿
って超音波ヘッドをＺ方向に移動することができるので
、常に正確な二次元走査を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査装置を具える超音波顕微鏡の一例
の全体の構成を示す図、 第２図は同じくその電気回路部分を詳細に示すブロック
図、 第８図は超音波ヘッドと試料との間の距離を測定する動
作を示すフローチャート、 第４図Ａ−Ｄは同じくその動作を説明するための信号波
形図、 第５図は本発明の走査装置により二次元的走査を行なう
動作を示すフローチャート、 第６図は同じくその走査領域を示す図、第７図は本発明
の走査装置の使用態様の一例を示す図である。 ］・・・超音波ヘッド　２ａ、２ｂ、ｊ２ｃ・・・アー
ムａａ、　ａｂ・８Ｃ・・・軸　４・・・旋回部５・・
・ベース　６・・・三次元駆動機構７・・・マイクロプ
ロセッサ　８・・・試料９・・・信号処理回路　１０・
・・モニタ】１・・・送信機　１２・・・サーキュレー
タ１８・・・受信機　１４・・・ディジタルメモリ１５
・・・コントローラ　２１・・・平面波用圧電トランス
ジューサ ・２２・・・補助送信機２８・・・サーキュレータ２４
・・・補助受信機　２５・・・ゲートコントローラ２６
・・・ゲート　２７・・・コンパレータ２８・・・カウ
ンタ 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社第１図 第３図 第４図 ｔ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　圧電トランスジューサを具える超音波ヘッドを、複
   数のアームを回動自在に連結して構成した三次元駆動機
   構の先端に装着し、この三次元駆動機構の先端を試料に
   対して移動させることにより試料を二次元的に走査する
   ように構成したことを特徴とする超音波ヘッドの走査装
   置。