JPS6097261A - 超音波顕微鏡 - 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】

酋術分野 本発明は超音波顕微鏡、特に試料の広範囲の部分の低倍
率の超音波像と、その中の微小部位の高倍率の超音波像
とを表示することができる超音波顕微鏡に関するもので
ある。 藍米双盈 従来、音響レンズと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によりＸ軸方向に微小に振動させる
と共に試料を載置した試料台をＹ軸方向に移動させて試
料を２次元的に走査しながら超音波ビームを投射してＣ
ＲＴ表示装置上に試料の超音波像を表示する超音波顕微
鏡は既知である。このような超音波顕微鏡を用いて、例
えばＩ（１１ウエフア等の平坦な表面を有する試料を観
察する場合には試料の広範囲の部分を低倍率の画面とし
て表示すると共に試料の微小部位をさらに拡大して高倍
率の画面として表示することが望ましい。 この場合には、先ず最初に低分解能の超音波ヘッドを装
着し、Ｙ軸およびＹ輸送り機構を用いて低倍率の超音波
像を表示し、この像を観察しながら、さらに詳細に観察
すべき部位を見出し、Ｙ軸およびＹ軸方向送り機構を駆
動して所望の部位が検鏡位置に来るようにし、超音波ヘ
ッドを高分解能のものと交換し、加振装置を用いて所望
の部位の高倍率像を表示するようにしている。この場合
、低倍率の超音波像を観察ｔながもきも鎚高倍率℃輸察
しながらさらに高倍率で観察すべき部位を探し出すので
、低倍率像と高倍率像との位置関係を明確に知ることが
できず、検査部位の特定を明確に行なうことができない
欠点がある。また、低倍率の像を見ながら高倍率で観察
すべき部位を検鏡位置に位置決めする際にも相当面倒な
操作が必要となると共にかなりの熟練が要求される欠点
もある。 また、試料の複数の部位を高倍率で観察したい場合には
、一つの部位の観察が終った後に再び低分解能の超音波
ヘッドに交換して試料の広範囲の像を表示し、これを観
察しながら次に高倍率で検査すべき部位を探すと云うき
わめて面倒な作業が必要になり、全体の検査時間が著し
く長くなる欠点がある。 発明の目的 本発明の目的は上述した欠点を除去し、試料の広範囲の
部分の低倍率の超音波像と、その中の任意の微小部位の
高倍率の超音波像とをきわめて簡単な操作によって表示
することができ、しかも、両超音波像の位置関係を観察
者が明確に把握することができる超音波顕微鏡を提供し
ようとするものである。 兄」二口

【！ 本発明の超音波顕微鏡は、試料と超音波ヘッドとをＸ軸
方向およびＹ軸方向に相対的に移動させるＸ軸方向送り
機構およびＹ軸方向送り機構と、超音波ヘッドをＸ軸方
向に微小振動させる加振装置と、試料で反射される超音
波を受信して得られる画像信号を少なくとも２画面分記
憶する画像メモリと、画像中の任意の位置を指定できる
座標入力装置と、最初にＸ軸方向およびＹ軸方向の送り
機構により試料と超音波ヘッドとを相対的に移動させて
広範囲の２次元走査を行なって画像メモリに記憶した低
倍率の超音波像を表示した後、この低倍率の超音波像中
の、前記座標入力装置によって指定された任意の位置に
対応する試料の微小部位を前記加振装置およびＹ軸方向
送り機構によって２次元走査して得られる高倍率の超音
波像を表示する表示装置とを具えることを特徴とするも
のである。 秀二適−週 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。 第１図は本発明の超音波顕微鏡の一例の構成を示すブロ
ック図である。音響レンズ１と圧電トランスジューサ２
を有する超音波ヘッド８は加振装置４の加振軸４ａに装
着する。検査すべき試料５は試料台６上に載置し、超音
波ヘッド８と試料５との間には超音波伝播媒質、例えば
水７を介在させる。本例では、この試料台６をＸＹテー
ブルを以って構成し、これをＸ軸方向送り機構８および
Ｙ軸方向送り機構９によってＸおよびＹ軸方向に移動で
きるように構成する。加振装Ｎ４は超音波ヘッド３をＸ
軸方向に微小範囲で高速に振動させるものであり、例え
ばムービングコイル装置を以って構成することができる
。一方、ＸおよびＹ軸方向送り機構８および９は試料５
を超音波ヘッド８に対して広範囲に亘って移動させるも
のであり、例えばモータとリードスクリュウを具えるリ
ニア駆動機構を以って構成することができる。本例では
さらに、試料台６を超音波ビームの投射方向である２方
向に移動させるＸ軸方向送り機構１０をも設け、超音波
ヘッド８と試料５との間の距離を調整することができる
ように構成する。さらに試料台６はゴ鼻オメータによっ
て支持されており、Ｙ軸およびＹ軸を中心として回動さ
せることによって試料台の傾きを調整することができる
ようになっているが第１図では、図面を特徴とする特許
にこの機構は省略してあり、これについては後に詳述す
る。 次に第１図に示す本発明の超音波顕微鏡の電気回路部分
について説明する。 制御回路１１からの制御信号に同期したノく−スト状高
周波パルス信号を高周波発生器１２から発生させ、バッ
ファアンプ１８で増幅した後、サーキュレータ１４を介
して超音波ヘッド８の圧電トランスジューサ２に加えて
、前記バースト状高周波パルス信号のバースト周波数に
対応した超音波に変換する。この超音波を、音響レンズ
１により集束シて超音波ビームスゲットを試料５に投射
し、その反射波を音響レンズ１によって集めて圧電トラ
ンスジューサ２により電気信号に変換する。この受信信
号中には、音響レンズ１での内部多重反射した超音波に
よるものや、サーキュレータ１脅の漏えいバースト状高
周波パルス信号等の不正な不要信号を含んでいるので、
これをゲート１５に導き、後述するブランキング回路か
らの所定タイミングを有するゲート信号により、試料５
からの直接の反射波に相当する受信信号のみを取り出す
。 これをアッテネータ１６を介して高周波増幅回路】７に
より増幅し、混合器１８に導き局部発振器１９からの局
部発振周波数信号と混合して中間周波数信号に変換する
。この中間周波数信号は、中間周波数増幅器２０を介し
て検波器２１に供給され、ここで包絡線検波された後、
ブランキング回路２２に入力する。このブランキング回
路２２は、試料５からの直接の反射波に相当する受信信
号のみを取り出すゲート信号をゲート１５に供給する。 ブランキング回路２２の出力をピーク検波回路２８によ
りピーク検波し、このようにして得られた検波出力信号
をリミッタ２４を経て第１および第２のスキャンコンバ
ータ２５および２６のいずれか一方に導く。これらのス
キャンコンバータには制御回路１１から、加振装置４に
よるＸ軸走査周期に関連した同期情報信号および試料台
６のＸ軸およびＹ軸走査周期に関連した同期情報信号が
供給され、スキャンコンバータ内の画像メモリの所定位
置にＩＪ　ミッタ２４からの出力画像信号を順次−０時
記憶する。これをテレビジョン走査周期によって連続的
に繰り返して読み出すとともに同期情報全付加してテレ
ビジョン信号に変換し、第１および第２のテレビジョン
画像モニタ２７および２８に供給して画像再生すること
により超音波顕微鏡像を得ている。さらに、制御回路１
１．第１および第２のスキャンコンバータ２５および２
６を制御するための中央処理装置２９とライトペン８０
とを設ける。 本発明においては、上述したように第１および第２のス
キャンコンバータ２５および２６を設け、２画面分の画
像を記憶できるようにする。すなわち、最初に低倍率の
画像信号を取り出して第１スキヤンコンバータ２５に記
憶し、試料５の広範囲の部分の低倍率の超音波像を第１
モニタ２７上に表示する。オペレータはこの低倍率の超
音波像を見ながら、さらに高倍率の観察したい部位を探
し出し、該当する部位にライトペン８０を当ててその座
標を中央処理装置２９へ入力する。中央処理装置ではこ
の入力座標に応じて、制御回路１１を介・してＸ軸およ
びＹ軸方向送り機構８および９を駆動し、ライトペン８
０によって指定された部位を検鏡位置に位置決めする。 次に加振装置４とＹ軸方向送り機構９を駆動して指定さ
れた部位を二次元走査し、その画像信号を第２スキヤン
コンバータ２６の画像メモリに記憶し、微小部位の高倍
率超音波像を第２モニタ２８上に表示する。このように
して試料の広範囲の部分の超音波像と、その中の任意の
微小部位の拡大超音波像とを表示することができるので
、両観察部位の位置関係を明確に把握することができる
。また、第１スキヤンコンバータ２５に記憶している画
像信号はそのままとしておき、別の微小部位をライトペ
ン８０によって指定することによって新たにこの部位の
高倍率超音波像を第２モニタ２８上に表示することがで
きる。この場合、ライトペン３０によって指定、された
部位を第１モニタ上で、例えばカーソルによって表示す
るようにしてもよい。 上述したように、本発明によれば低倍率の像および高倍
率の像を表示することができるが、これ・は主として中
央処理装置２９を構成するコンピュータによって制御す
ることができる。次に、この中央処理装置２９の動作を
中心として各部の動作を詳細に説明する。 ＠２図は低倍率の超音波像を得る際のフローチャートを
示すものである。低倍率の超音波像を得るときには、上
述したように加振装置４は駆動せず、Ｘ軸およびＹ軸方
向送り機構８および９によって試料台６を移動させて２
次元走査を行なうが、この場合には先ず、２次元走査の
位置および範囲を指定する。例えば第３図に示すように
２次元走査すべき範囲Ｆ、の点Ｐ。およびＰｏの座標を
それぞれ（Ｘ６　＋　ＹＯ）および（ＸＩ　ｒ　Ｙｌ　
）とすると、これらの座標をキーボードに設けたキーを
操作して入力する。このとき、超音波ヘッドａによる検
鏡軸が点Ｐ。（ＸＯ、ＹＯ）にないときは、Ｘ軸および
Ｙ軸方向送り機構８および９を駆動して検鏡ｉ１１＋を
点Ｐ。（Ｘｏ＋　Ｙ□　）に一致させる。このようにし
て初期設定が終了したら、高周波パルス発生器１２を駆
動して超音波パルスを試料５へ向は投・射し、その反射
パルスを受信し、これに対応する画像信号をゲート１５
によって抽出し、第１スキヤンコンバータ２５の画像メ
モリの対応するアドレス位置に記憶する。次にＸ軸方向
送り機構８を駆動して試料台６をＸ軸方向へ１ステツプ
だけ移動させ、同様の動作を行なって画像メモリのＸ方
向に見た次のアドレス位置に画像信号を記憶する。 このような動作をＸ　−Ｘ、となるまで繰返し行ない、
ｌライ２分の画像情報を第１スキヤンコンバータ２５の
画像メモリの１ラインに順次記憶する。 次にＸ−Ｘ□となったら、Ｘ軸方向送り機構８を駆動し
てＸ−Ｘｏの位置まで復帰させると共にＹ軸方向送り機
構９を駆動して試料台６をＹ軸方向に１ステツプ移動さ
せた後、上述した動作を繰返して２ライン目の画像信号
を第１スキヤンコンバータ２５の画像メモリの第２ライ
ン目に記憶する。 この動作をＹ　−Ｙ、となるまで繰返すことにより、第
１スキヤンコンバータ２５の画像メモリ内には、第８図
の広範囲の部分ＦＬを表わす１画面分の画像信号が記憶
されることになる。 ・　第４図は高倍率の超音波像を得る際の動作を表わす
フローチャートである。上述したようにして第１モニタ
２７上に表示される低倍率の像を観察しながら、ライト
ペン８０の先端を所望の部位の中心に当てて、ライトペ
ンに設けられているスイッチを駆動する。これによって
第８図に示すように所望の部位Ｆ■の中心の座標（Ｘｍ
　、　Ｙｍ　）が中央処理装置２９に入力される。この
場合視野の大きさくＤＸＷ）はキーボードのキーを操作
して予じめ入力しである。すなわち、加振装置４による
Ｘ軸方向の振幅（走査幅）Ｗと、Ｙ軸方向送り機構９に
よるＹ軸方向の走査幅りとが入力されている。この大き
さは、例えば４段階に切換えることができるようになっ
ている。中央処理装置２９では上述した入力データＤ、
Ｗ、Ｘｍ、Ｙｍに基いて微小部位の点Ｐ；　、　Ｐ／、
／およびＰｍの座標を以下のようにして演算する。 次に制御回路１１を介してＸ軸およびＹ軸方向送り機構
８および９を駆動して、超音波ヘッド８の検鏡軸を点Ｐ
ｍと一致させる。このようにして初期設定をした後、加
振装置４を駆動して超音波ヘッド３をＸ軸方向へ振動さ
せ、超音波ヘッド３から超音波ビームを試料５に放射し
、その反射波を受信して電気信号に変換して適切に処理
して第２スキヤンコンバータ２６の画像メモリに記憶す
る。 すなわち、加振装置４によって超音波ヘッド８を振幅Ｗ
で１往復させて位置ｘｍが２回検出されたときに、Ｙ軸
方向送り機構９を駆動して試料台６をＹ軸方向へ１ピツ
チ移動させ、再び超音波ヘッド３をＸ軸方向へ１往復さ
せる。上述した動作をＹ　−Ｙ、’となるまで順次に繰
返して試料の微小部位ＦＨを二次元的に走査して得られ
る画像信号を・第２スキヤンコンバータ２６の画像メモ
リへ記憶することができる。この場合、第２モニ々２８
上に表示される微小部位ＦＨの拡大像は第１モニタ２７
上に表示されている広範囲の部分ＦＬの低倍率像の中か
らライトペン８０を用いて任意に選択することができ、
両画像の位置関係を明確に知ることができる。また、広
範囲の部分ＦＬの中の他の微小部位の高倍率像を表示し
たい場合にはライトペン３０によって新たにその位置を
指定するだけでよく、その操作は非常に簡単である。 上述したように、試料の広範囲の部分の低倍率像を表示
するときは低分解能の超音波ヘッドを用い、微小部位の
高倍率像を表示するときは高分解能の超音波ヘッドを用
いる必要がある。これはその都度超音波ヘッドを交換す
ることにより行なうこともできるが、本例では同じ超音
波ヘッドを用いて低倍率および高倍率の像の双方を表示
することができる。以下、これについて説明する。 第５図Ａは低倍率の超音波像を得る場合の超音波ヘッド
８と試料５との位置関係を示すものであり、この場合に
は超音波ヘッド８から放射される超音波ビームが試料５
の内部で集束されるように距離１０を調整して、第６図
Ａに示すように直径の大きな超音波スポットが試料５の
表面上に投射されるようにする。この試料５の表面から
の反射波を選択的に取出すことにより低倍率の超音波画
像を得ることができる。一方、高倍率の超音波像を得る
ときには、第５図Ｂに示すように超音波ヘッド８から放
射される超音波ビームが丁度試料５の表面で集束するよ
うに両者の距離ｌ、を第６図Ａに示す距離１０よりも長
く調整する。この場合には、第６図Ｂに示すように最小
の径の超音波ビ　、−ムスポットが試料表面上に投射さ
れることになり、高分解能の走査が行なわれ、高倍率の
超音波像が表示されることになる。このように超音波ヘ
ッド３と試料５との間の距離を調整するのは、第１図に
示すＹ軸方向送り機構１０を駆動して行なうことができ
る。 上述したように、本例の超音波ビームにおいては試料台
６をゴニオメータによって支持し、Ｙ軸およびＹ軸方向
の傾きを調整することができるようになっている。すな
わち、第７図に示すようにゴニオメータ８１には試料台
６をＹ軸を中心として回動してＸ軸方向の傾きを調整す
るＸ軸方向調整用モータ３２と、Ｙ軸を中心として回動
してＹ軸方向の傾きを調整するＹ軸方向調整用モータ３
３とを設け、これらのモータを適当に駆動して試料台６
上に載置される試料の表面が超音波ビームの投射方向に
対して垂直となるようにする。以下、その動作を第８図
を参照して説明する。 第８図はＸ軸方向での傾きを調整する場合のフローチャ
ートを示すものであり、先ず、第３図の点Ｐ。（Ｘｏ、
Ｙｏ）およびＰ、　（Ｘ、　、　Ｙ、　）の座標を入力
し、Ｙ軸およびＹ軸方向送り機構８および９を駆動して
試料台６を点Ｐ。（Ｘｏ＋　ＹＱ　）の位置に移動させ
る。ここで超音波を放射し、試料表面からの反射波の強
度を検出する。第９図は超音波ヘッド８のＺ方向の位置
２を横軸にとり、縦軸に反射波の強度Ｖをとって示した
ものであり、超音波ビームが試料表面上で集束される合
焦位置２゜において強度は最大値Ｖ。となる。したがっ
て焦点調整を行ない、最大強度Ｖ。を記憶しておく。 次にＸ軸方向送り機構８を駆動してＸ軸方向に１ステツ
プ移動させ、その位置での反射強度Ｖを測定する。この
測定した強度Ｖが最大値強度Ｖ。がら予じめ設定した値
αを差引いた値よりも小さいときには、再び試料台を１
ステツプ移動させる。 このようにして順次検出を行なって行き、成る点（Ｘｎ
＋　ＹＯ）において反射強度ｖｎがＶ。−αよりも小さ
くなったら、許容し得ない程の傾きがあると判断し、こ
の位置でのＺ軸方向の位Ｍｚｎをめる。これらの値から
、傾き角αを −タ３２を駆動してこれと反対の方向に角αだけ傾斜さ
せる。上述した動作をＸ−Ｘ□となるまで順次に行なう
ことによりＸ軸方向の傾きを補正することができる。 次に調整台６を点Ｐ。（Ｘｏ、　Ｙｏ）に移動させて、
Ｙ軸方向についてＹ。からＹｌまでの範囲で同・様の操
作を行ない、Ｙ軸方向調整モータ８８を駆動してＹ軸方
向の傾きを補正することができる。 このようにして、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方について傾
きを補正することができ、より正確な超音波像を表示す
ることができるようになる。 本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変更や変形を加えることができる。例えば上述
した例では、第１および第２のモニタを設け、それぞれ
によって低倍率の超音波像と高倍率の超音波像を表示す
るようにしたが、１台のモニタを設け、その画面を部分
してその一方で低倍率の像を表示し、他方で高倍率の像
を表示するようにしてもよい。また、上述した例では、
微小部位の座標を入力する手段としてライトペンを用い
たが、モニタスクリーン上に表示されるカーソルを用い
て座標を入力することもできる。さらにスキャンコンバ
ータとモニタをさらに増やし、２つ以上の微小部位の超
音波像を表示することもできる。また、上述した例では
Ｘ軸およびＹ軸方向の送り機構は試料台を移動させるも
のとしたが・これらのいずれか一方または双方を、超音
波ヘッドを移動させるものとすることもできる。 見皿立皇ｊ 本発明によれば、試料の広範囲の部分の低倍率の超音波
像を表示し、その中の任意の微小部位の位置を入力装置
によって指定し、この微小部位の高倍率像を表示するよ
うにしたから、２つの像の位置関係を常に明確に知るこ
とができ、正確で迅速な観察を行なうことができる。ま
た、微小部位の位置を新たに指定するだけで、その部分
の高倍率像を表示することができるので、操作は非常に
簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波顕微鏡の一例の構成を示すブロ
ック図、 第２図は低倍率の超音波像を表示する場合の動作を示す
フローチャート、 第８図は低倍率像と高倍率像との位置関係を示す図、 第４図は高倍率の超音波像を表示する場合の動作を示す
フローチャート、 第５図ＡおよびＢは同一の超音波ヘッドを用いて低倍率
と高倍率の超音波像を表示する場合の超音波ヘッドと試
料との位置関係を示す図、第６図ＡおよびＢは同じくそ
の場合に試料表面上に投射される超音波ビームのスポッ
トを示す図、第７６図は試料台の傾きを調整するゴニオ
メータ機構を示す斜視図、 第８図は傾き調整の動作を示すフローチャート、第９図
は傾き調整を行なう場合の、超音波ヘッドの位置と反射
強度との関係を示すグラフである。 １・・・音響レンズ ２・・・圧電トランスジューサ ８・・・超音波ヘッド　４・・・加振装置５・・・試料
　６・・・試料台 ８・・・Ｘ軸方向送り機構　９・・・Ｙ軸方向送り機構
１０・・・Ｚ軸方同送り機構、１１・・・制御回路２５
．２６・・・＠１．第２スキャンコンバータ２７．２８
・・・第１．第２モニタ ・２９・・・中央処理装置　８０・・・ライトペン。 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社第２図 第３図 第 Ａ ５図 第９図 手続補正書 昭和５９年５　月　８　日 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願第２０４７１９　号２、発明の
名称 超音波顕微鏡 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社電話（５８１）
　２２４１番（代表） 、１明細書第７頁第１９行の「後述するブランキング回
路」を「制御回路１】」に訂正する。 ２、同第８頁第８〜１０行の「この−ｍ−供給する。」
を「このブランキング回路２２には制御回路１１から制
御信号を供給してゲート１５から漏れた不要信号を阻止
し、試料５からの直接の反射波に相当する受信信号のみ
を取り出すようにする。 に訂正する口 ８図面中、第１．２．４図を別紙訂正図のとおりにそれ
ぞれ訂正する。 第２図 □第 ４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　試料と超音波ヘッドとをＸ軸方向およびＹ軸方向に
   ４’ｆｌ対的に移動させるＸ軸方向送り機構およびＹ軸
   方向送り機構と、超音波ヘッドをＸ軸方向に微小振動さ
   せる加振装置と、試料で反射される超音波を受信して得
   られる画像信号を少なくとも２、画面分記憶する画像メ
   モリと、画像中の任意の位置を指定できる座標入力装置
   と、最初にＸ軸方向およびＹ軸方向の送り機構により試
   料と超音波ヘッドとを相対的に移動させて広範囲の２次
   元走査を行なって画像メモリに記憶した低倍率の超音波
   像を表示した後、この低倍率の超音波像中の、前記座標
   入力装置によって指定された任意の位置に対応する試料
   の微小部位を前記加振装置およびＹ軸方向送り機構によ
   って２次元走査して得られる高倍率の超音波像を表示す
   る表示装置とを具えることを特徴とする超音波顕微鏡。