JPS6097264A - 反射型超音波干渉顕微鏡 - 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】 この発明は集束型超音波トランスジー−サにより観察す
べき試料に超音波集束ビームを照射し、この試料から反
射してくる超音波を前記集束型超音波トランスジューサ
にて電気信号に変換し、その電気信号から、前記超音波
が前記試料により受けた信号変化を検出する反射型超音
波顕微鏡に関する。

〈従来技術〉 従来生物組織や固体の微小部分の音速を精密に測定する
だめの装置として透過型超音波干渉顕微鏡が特願昭５６
−１８２７１０号で提案されている。

即ち第１図に示すように液体媒体１１中に観察すべき試
料１２が設けられ、その試料１２に、集束型超音波トラ
ンスノー−サ１３から集束超音波ビームが照射される。

その集束超音波ビームが試料１２を透過する際に試料の
音速が液体媒体１１と異々れば位相変化を受ける。この
透過超音波ビームは集束型超音波受波トランスジューサ
１４で受波される。集束型超音波送波トランスジー−サ
１３は、加振器１５によシ両トランスジューサ１３．１
４を結ぶＺ方向に周期的に移動されて両トランスソユー
サ１３．１４間の距離が周期的に変化される。これと共
にＸＹ走査器１６によりＺ方向と直角々Ｘ方向に集束型
超音波送波トランスソー−サ１３及び集束型超音波受波
トランすノー一サ１４を往徨移動させる。またＸ方向に
トランスノー−サ１３，１４を１回移動させるごとに、
ｘｙ走査器１６によシＸ方向及び２方向の両者と直角な
Ｙ方向にトランスジー−サ１３．１４を僅か移動させる
。このようにして試料１２に対して集束型超音波ビーム
によシ２次元走査（ｘｙ定走査が行われる。

高周波発振器１７からの高周波信号は・ぐルス変調器−
１８でパルス変調されてバースト状信号トシて集束型超
音波送波トランスジー−サ１３に供給され、このトラン
スゾューサ１３が駆動される。高周波発振器１７の出力
は分岐され、減衰器１９で適当なレベルにされて位相検
波器２１へ供給される。この高周波信号を参照信号とし
て集束型超音波受波トランスジー−サ１４の出力が位相
検波され、つまり参照信号に対する位相差が検出される
。

この検波出力はオシロスコーｆ２２に表示信号として供
給され、これにょシミ子ビームが輝度変調される。オシ
ロスコープ２２のＸ、Ｙ走査信号端子に、ｘｙ走査器１
６がらＸ方向移動制御信号、Ｙ方向移動制御信号がそれ
ぞれ供給される。

いま集束超音波ビームが試料１２がら外れた液体媒体１
１中を走査しているとすると、液体媒体１１内の超音波
の音速は一定であるからトランスノー−サ１３，１４が
Ｘ方向に移動するに従ってこれらの間隔（２方向の距離
）が徐々に変化しているため、受波トランスソー−ザ１
４の出力の位相は参照信号に対し徐々に変化し、位相検
波器２１の出力は正弦波状信号となる。この正弦波状信
号の各ピーク部分でオシロスコープ２２１ＣＭ１点が生
じるようにすればオンロスコープ２２の表示面上にＸ方
向に対して一定間隔の輝点が生じる。

集束超音波ビームはＹ方向にも走査されるため、表示面
上の前記各輝点は集束超音波ビームのＹ方向走査に従っ
て表示面上においてもＹ方向にほぼ連続し、オシロスコ
ープ２２の表示面２３には第２図に示すようにＹ方向に
延長した輝線２４が等間隔で表示される。集束超音波ビ
ームのＹ方向の走査が進み試料１２を走査するように々
ると、試料１２内での音速は液体媒体１１の音速と異な
るため、試料１２に対する走査に入る前と入った後とで
はトランスジー−サ１４の出力の参照信号に対する位相
が急に変化する。試料１２の媒質が均一ならば、試料１
２を走査中は表示面２３には各輝線２４に対しＸ方向に
ｄだけずれ、かつＹ方向に延長した輝線２５が生じる。

このように表示面２３上に液体媒体１１における干渉縞
が得られ、この干渉縞が試料１２の音速、厚さなどに応
じてｄだけシフトする。液体媒体１１の音速をｊｌ。、
試料１２に対する超音波ビームの入射角をθ、試料１２
の厚さをＴ、超音波の液体媒体１１内での波長をλ、干
渉縞の間隔をＤ、干渉縞のシフト量をｄとすると試料１
２の音速τは次式でまる。

Ｎ＝ｄ／Ｄ 従って、これよ多試料１２の厚さＴがわかれば音速τ８
がまシ、逆に音速τ８がわがれば試料１２の厚さＴがま
る。

このように従来の超音波干渉型顕微鏡は透過型であって
、送波用集束型超音波トランスジューサ１３と受波用集
束型超音波トランスノー−サ１４とを必要としてしかも
これら両集束型超音波トランスジューサ１３．１４を共
焦点合せする必要があり、その作業が大変面倒であった
。また両トランヌノユーサ１３．１４の間隔を機械的に
変化させるため、振動を受け易い欠点があった。

〈発明の概要〉 この発明の目的は反射型で構成され、従って用いる集束
型超音波トランスジューサは１個のみであシ、厄介な共
焦点合せを必要とせず簡単に構成できる反射型超音波干
渉顕微鏡を提供することにある。

この発明によれば集束型超音波トランスノーーサよ多試
料に対して集束超音波ビームが照射され、その試料から
の反射超音波が前記集束型超音波トランスソー−サによ
り受波される。試料は試料保持具に保持され、試料及び
集束型超音波トランスジー−サを結ぶ方向及びこれと直
角外方向に同時に試料が往復移動するように試料保持具
は制御される。

〈実施例〉 第３図はこの発明による超音波干渉顕微鏡の一例を示す
。液体媒体１１内に配された試料１２は試料保持具２７
に保持される。この例では試料保持具２７として、試料
１２と比較して音響インピーダンスが大きい材料からな
る試料保持台が用いられる。試料１２は例えば生物組織
のような低音響インピーダンスの物質が用いられる場合
である。

この試料１２に対し集束型超音波トランスジユーサ２１
８より集束超音波ビームが照射される。即ち高周波発振
器１７の出力がパルス変調器１８で・ぐルス変調され、
そのバースト状出力は方向性結合器２９を通じて集束型
超音波トランスノー−サ２８に供給され、これが励振さ
れる。トランスジューサ２８からの超音波は試料１２に
入射され、試料台２・７で反射され、この試料１２を往
復した試料１２からの反射超音波は集束型超音波トラン
スノー−サ２８で受波される。このトランスノユーサ２
８の出力は方向性結合器２９を通り位相検波器２１に供
給される。高周波発振器１７の出力は減衰器１９を通じ
て位相検波器２１へ供給され、これを参照信号としてト
ランスジー−ザ２８の出力が位相検波される。その検波
出力はオシロスコープ２２に表示信号として供給される
。ｘｙ走査器１６により試料台２７及びトランスノー−
ザ２８の一方、この例では試料保持具２７がＸ方向に往
復移動され、トランスノユーサ２８がＹ方向に移動制御
される。この実施例では試料台２７の試料保持面２７ａ
が、試料台２７とトランスジューサ２８とを結ぶ方向（
Ｚ方向）に対し僅か傾斜され、Ｙ方向に対して平行に保
持される。トランスジューサ２８からの集束超音波ビー
ムの照射方向が２方向である場合は試料保持面２７ａの
傾斜にかかわらず反射超音波がトランスジー−サ２８で
受波されるようにトランスジューサ２８の開口が選定さ
れる。例えば試料保持面２７ａの傾斜角θ１を５°とす
る時はトランスジューサ２８の開口角度は１０°以上と
する。

この構成において試料台２７がＸ方向に移動すると、試
料保持面２７ａの超音波ビームが照射されている位置と
トランスジューサ２８との距離が徐々に変化する。従っ
てその反射超音波と参照信号との位相差は徐々に変化す
る。試料台２７がＸ方向に１回移動するごとにこの例で
はトランスジューサ２８がＹ方向にわずか移動するため
前述した透過型干渉顕微鏡と同様に第２図に示したと同
様の輝線２４による干渉縞が得られることは容易に理解
されよう。またＹ方向の走査が進み、集束超音波ビーム
が試料１２に照射されると、その超音波は試料１２内を
通過し、試料保持面２７ａで反射され、試料１２からの
反射超音波としてトランスノー−サ２８にて受波される
。このように超音波が試料１２内を往復する際の超音波
の速度は液体媒体１１の速度と異なり、超音波ビームが
試料１２の外を走査している状態から試料１２を走査す
る状態になった時にその前後でトランスジーーサ２８の
出力と参照信号との位相差はステップ的に変化する。試
料１２を走査中において超音波は傾斜している試料保持
面２７ａで反射されるため、その各走査点とトランスジ
ー−サ２８との間の距離が徐々に変化し、第１図の場合
と同様に輝線２５による干渉縞が得られ、この干渉縞は
輝線２４の干渉縞に対しＸ方向にンフトしたものとなる
。

この反射型超音波顕微鏡は試料保持面２７ａに対して試
料１２、トランスジューサ２８と対称な位置に試料及び
トランスノー−サがそれぞれ配された透過型超音波干渉
顕微鏡と等分なものとなる。

この場合試料１２を超音波が往復するから前記（１）式
と対応する式は次の（２）式となる。

Ｎ＝ｄ／Ｄ 々お実験によれば試料１２として厚さＴ＝２０．０１１
ｍ　のアルコール固定した犬の心筋組織を用い、試料保
持面２７ａの傾斜角θ１を５０、音速τが１４８２．６
６７７１／　ｓｅｅ　（２０℃）の液体媒体１１を用い
、超音波周波数を１５０　ＭＨｚとした。この時Ｎ＝ｄ
／Ｄ＝ｏ、５４が得られた。従って（２）式により試料
１２の音速τ　は１．７１０　ｍ／ｓｅｅとまる。

試料台２７として第４図に示すように板状のものを回動
自在に設け、試料保持面２７ａの傾斜角度θ１を調整し
て干渉縞の線間隔を調整できるようにすることもできる
。θ１＝０とすれば干渉縞は生ずることなく、この場合
は試料１２からの反射超音波の強度又は位相を検出する
従来の反射型超音波顕微鏡としても用いることができる
。反射超音波の強度を検出する場合は減衰器１９よシの
参照信号を用いることなく位相検波器２１の代シに振幅
検波器を用いればよい。つまシこの発明の超音波干渉顕
微鏡は、従来の反射型超音波顕微鏡としても用いること
ができ、また従来の反射型超音波顕微鏡に位相検波器２
１を付加し、かつ試料１２の保持面を僅か傾斜させるこ
とにより（例えば試料台を交換することにより）簡単に
超音波干渉顕微鏡として用いることができる。

第５図に示すように試料保持面２７ａに対し、集束超音
波ビームが垂直に入射するように集束型超音波トランス
ジー−サ２８に配置してもよい。

この場合は（２）式でθ−〇とする。第６図に示すよう
に保持台２７の試料保持面２７ａと集束型超音波トラン
スノー−サ２８の集束超音波ビームの照射方向を互に垂
直とし、試料台２７を試料保持面２７ａに対しθ１の角
度をもって斜めに往復移動させてもよい。前述では試料
１２に超音波を透過させ、試料台２７で超音波を反射さ
せたが、試料１２としてその表面で超音波を反射させる
ものを用いることによりその試料１２０表面の凹凸を測
定することができる。トランスジー−サ２８をＹ方向に
移動させる代りに試料台２７をＹ方向にも移動させても
よい。

く効　果〉 以上述べたようにこの発明によれば反射型で超音波干渉
顕微鏡が得られ、従って使用する集束型超音波トランス
ジー−サは１個ですみ、第１図に示したもののように共
焦点合せのような面倒々作業を必要とせず、構成が簡単
で取扱いも容易である。また第１図に示したものにおい
ては集束型超音波送受波トランスノー−サをｘ、ｙ、ｚ
の３方向に移動させるためその移動構造が複雑となるが
この発明ではＸ、Ｙの２方向の移動でよく、振動を受け
難いものとすることが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の透過型超音波干渉顕微鏡を示すブロック
図、第２図はその表示面の表示例を示す図、第３図はこ
の発明による反射型超音波干渉顕微鏡の一例を示すブＯ
ツク図、第４図は試料保持具の変形例を示す図、第５図
はトランスジューサと試料保持具との関係の他の例を示
す図、第６図は試料保持具の移動制御の他の例を示す図
である１１・・・液体媒体、１２・・・試料、１６・・
・ＸＹ走査器、１７・・・高周波発振器、１Ｂ・・りぐ
ルス変調器、１９・・・減衰器、２１・・・位相検波器
、２２・・・オシロスコープ、２７・・・試料保持具と
しての試料台、２８・・・集束型超音波トランスジュー
サ。 特許出願人　中　鉢　憲　賢 代理人　弁理士　草　野　卓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）集束型超音波トランスジューサと、その集束型超
   音波トランスジー−サからの集束超音波ビームが照射さ
   れる位置に設けられ、観察すべき試料が保持される試料
   保持具と、その試料保持具を一方向に往復駆動制御して
   その試料保持具に保持された試料を、上記集束型超音波
   トランスジーーサ及び試料保持具を結ぶ方向ならびにこ
   れとほぼ直角なＸ方向に同時に往復移動させる試料駆動
   手段と、上記試料からの集束超音波ビームの反射波を上
   記集束型超音波トランスジューサで受波した電気出力を
   、参照信号で位相検波する位相検波器と、その位相検波
   器の検波出力が表示信号として供給され、上記試料駆動
   手段の駆動信号によシ同期制御される表示器とを具備す
   る反射型類・音波干渉顕微鏡。