JPS6098362A - 超音波顕微鏡の保護装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は試料内の微小部分を超音波を用いて観察し得る
ように構成した超音波顕微鏡で、焦点合せ等を行う場合
、試料台を音響レンズに近づけたとき、試料にレンズが
接触してレンズ及び試料等が破損するのを防止するよう
にした超音波顕微鏡の保護装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

光の代シに超音波を用いて物体の微視的な構造を観察す
る装置として、機械走査形超音波Ｓ微鏡がある。この超
音波顕微鏡は、原理的にけａｌ　＜絞った超音波ビーム
によって試料面を機械的に走査し、その試料によシ散乱
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
るものである。

走査する超音波としては、１００ＭＨｚ　＝　Ｉ　ＧＨ
ｚ位の超高周波ビームが用いられ、１０μｍ〜１μｍ　
程度の分解能が得られる。さらに、上記以上の周波数ビ
ームを用いれば、さらに分解能を上げることも可能であ
シ、また超音波によって物体の内部像を観察し得るとい
う利点も有している。

構成としては、超音波の゛検出の仕方によって、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って
反射してきた超音波を検出する場合とによって、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ｌからの信号は方向性結合器２により送受兼用トラン
スジューサ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ァイア等の超音
波伝搬媒体拐から成る音響レンズ４の一面よシ内部に放
射される。汀響レンズ４の他面は球面状にえぐられて球
面レンズ部４ａとされ、、球面レンズ部４ａと対向して
試料台５が配される。音響レンズ４と前記試料台５の上
部保持板５ａとの間には音場媒体である水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が上部保
持板５ａに取付けられている。音響レンズ４は加振器８
の走査軸８ａに取り付けられており、同走査軸８ａのＸ
−Ｙ方向の移動によって同方向に走査のだめの移動をす
るようになっている。勿論、音響レンズ４の代わシに試
料台５をＸ−Ｙ方向に移動させてもよい。なお、加振器
８は走査信号発生回路９によって制御され、同回路９の
Ｘ−Ｙ方向走査信号を表示装置１ｆｆｃＲ１１ｃ供給す
ることによシ、表示装置ＣＲＴの１フレ一ム期間に対応
した試料７０１周期の走査を行うことが可能である。

そして、前記トランスジユーザ３よシｆ１響レンズ４内
に入射された平面状の超音波ｅよｎ１１配球ｉｒ＋ｉレ
ンズ部４２に伝播し、該球面レンズ部４ａにより集束さ
れて試料７へ到達する。その反射波は再び−Ｍ贋レンズ
４で集音され、トランスジ１−サ３で電気信号に変換さ
れて、前記方向性結合器２を通って表示装置Ｃ１ｔＴへ
供給される。なお、加振器８および試料台５は基台１０
に設置されている。

ところで、超音波が音響レンズ４によって最も集束され
る位置（この位置を以下焦点という）を、観察しようと
する試料７の所定部位に合わせる必要がある。従来、こ
のよう毫合焦燥作ｄ５、Ｇ・（科白５或は、音響レンズ
４をＸ−Ｙ走査を行々いながら手動により図の２方向に
移動させて試料７から反射波が得られる装置を探し、そ
のうちρ最大の反射波で像が得られる位置を合焦位置と
していた。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、焦点距離はマイクロ単位の値であり、上
記合焦操作を行って誤って君響レンズ４を試料７に接触
させてしまった場合、音響レンズ４が損傷される虞れが
あった。また、同時に加振器８の走査軸８ａにも不測な
力が加わり、捩れ等な・起こし、高精度のＸ方向直線運
動を１１えなくなるといった欠点もあった。

そこで、従来、音響レンズ４又は試料台５の走査は行う
ことなく、音響レンズ４と試料５とのギャップを検出し
て、このギャップ長が焦点Ｖ目離と略一致しておれば合
焦しているものと判断していた。しかし、このような合
焦操作は、試料７の観察面の数点に対して行う必要があ
り、非常に煩わしいものであった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した点にかんがみ、焦点合せ等を行うため
に、試料を音響レンズに近づけた場合、試料がレンズに
接触することによって加振器等の走査装置、レンズや試
料等が破損するのを防止することができる超音波顕微鏡
の保護装置を捺供することである。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明は、加振器等の走査装置によって加振
される音響レンズ又は試料台の相対的位置の変位信号が
音響レンズと試料との接触により振幅又は周期が変化す
ることを利用して、この変位信号の振幅又は周ｊυ１と
予め設定された基準信号のレベル又は周期と比較して、
前記変位信号が基準信号に対してその振幅又は周期が変
化した時、警告或いは走査停止を行うようにしたもので
ある〔発明の実施例〕 以下、本発明を図示の実施例について具体的に説明する
。ここに、第２図ないし第４図は本発明の一実施例に係
る図面を示し、第２図は同実施例に係る超音波顕微鏡の
保護装置の全体を示す概略図、第３図は本発明の要部に
係る電気回路を示す回路図、第４図は第３図の動作を説
明するだめの説明図である。なお、第２図においては第
１図と同一要素には同一符号を記す。

先ず、第２図において、高周波発振器１からの信号は方
向性結合器２により上部及び下部翫極３ｇ。

３ｂ及び圧電体３Ｃから成る送受兼用トランスジューサ
３へ供給されている。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ァイア等の超音波伝搬
媒体材から成る音響レンズ４の平面状の一面より内部に
放射されるようＫなっている。該音響レンズ４の他面は
球面状にえぐらｈて球面レンズ部４ａとされ、球面レン
ズ部４ａと対向して試料台５が配されている。仁の試料
台５は上部保持板５ａと下部調整板５ｂとから成り、下
部調整板５ｂを調整することにより上部保持板５ａをＸ
−Ｙ方向に移動可能となっている。また、試料台５は基
台１０に取シ付けられている。そして、前記音響レンズ
４と上部保持板５ａとの間には水等の音場媒体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が上
部保持板５ａに設置されている。

次に、音響レンズ４は加振器８から延出された走査軸８
ａ先端に取り伺けられており、同走査輔８ａはＸ方向お
よびＹ方向に加振（移動）されるようになっている。ま
た、加振器８の走査軸８ａには、発光ダイオード１１が
取り付けられている。そして、この発光ダイオード１１
に臨んで加振器８の人体部にレバー１２が固定され、こ
のレバー１２には、−次元型半導体装置検出器１３が、
その線形受光面を走査軸８ａの入走査方向に平行とする
ように取着されている。これにより、発光ダイオード１
１ｄ、走査軸８ａのＸ方向の移動に応じて位置検出器１
３の受光面を照射可能となっている。この位置検出器１
３の出力としての位置検出信号１．３ａは、判定回路１
４に入力されている。この判定回路１４　）、ｊ、前記
位置検出信号ｔａａのレベルが予め設定さｉまた上下の
設定値（±Ｖ）範囲内にあるか否かを判定するもので、
判定出力１４ａは警告／停止回路１５に入力されている
。この警告／停止回路１５は、前記判定出力１４ａに基
づいて音響レンズ４と試料７とが接触状態であることを
操作者Ｋ　ＨＥ識させたり、或いは、前記接触で走査又
はＺ方向の移動を行えないようにしたりする機能を有し
ている。

また、前記トランスジューサ３より音響レンズ４内に入
射された平面状の超音波は前記球面レンズ部４ａに伝播
し、該球面レンズ部４ａにより集束されて試料７へ到達
する。その反射波け１り゛び音響レンズ４で集音され、
トランスジューサ３で電気信号に変換されて、前記方向
性結合器２を通って表示装＠ＣＲＴへ供給される。この
表示装置ｃｉｔ’ｒは、走査信号発生回路９からのＸ−
Ｙ同期信号によって制御されるとともに、この走査信号
発生回路９け加振器８をＸ−Ｙ方向に加振するためのＸ
・Ｙ走査信号を発生して同加振器８が制＠　ｄ　＃する
ようになっている。

次に、本発明の要部である点線にて囲った発光ダイオー
ド１１、位置検出器１３、判定回路１４および警告／停
止回路１５の具体的−例を第３図に示して説明する。発
光ダイオードエ１は電圧源Ｅ。

によって駆動され、位置検出器１３を１■射するように
なっている。この位置検出器１３は、直線的に移動する
光スポットの位置を連続した電気信号として出力するも
のであって、抵抗体１３ａにて表わされる受光面に前記
発光ダイオード１１の光が当ることにより、その当った
位置と前記抵抗体１３ａの両端電極１３ｂ　、　１３ｂ
とのそれぞれの距離の違いによって該電極ｘ３ｂ　、　
１３ｂからの光電流が差動的に異り、この差動的な電流
が両電極１３ｂ　、　１３ｂから導出される。なお、前
記抵抗体１３ａの所定位置には、電圧源Ｅ！が印加され
ている。

そして、前記位置検出信号３の各電極１３ｂ　、　１３
ｂは、センサアンプ１４ａに差動的に入力されている。

このセンサアンプ１４ａによって、前記位置検出器１３
の各電極１３ｂ　、　１３ｂからの電流は、その差成分
が位置検出信号Ｖｓとして取り出されるようになってい
る。次いで、センサアンプ１４ａ　ａ、その出力端が２
つの第１．第２演算増幅器１４ｂ　、　１４Ｃのそれぞ
れ非反転入力端および反転入力端に接ｌりｊ、されてお
り、これら第１．第２演算増幅器１４ｂ。

１４Ｃの各反転入力端および非反転入力端には、上側設
定値＋Ｖおよび下側設定値−Ｖが印加さｙｔている。ま
た、第１１第２演算増幅器１４ｂ　、　１４Ｃの各出力
端は２人力ナンド回路１４ｄに接続さｈ、このナンド回
路１４ｄの出力端は警報／停止回路１５としてのランプ
１５ａを介して接地されている。なお、前記センサアン
プ１４ａ％第１．第２演算増幅器１４ｂ　、　１４Ｃお
よびナンド回路１４ｄで第２図に示した判定回路１４が
構成され１０ 以上の構成から成る超音波顕微鏡の保獲装置ｆｆによれ
は、加振器８が走査信号発生回路９によって駆動される
と、走査軸８ａすなわち音響レンズ４はＸ方向およびＹ
方向（図示せず）に加振される。

この場合、Ｘ方向をテレビジョン走査の水平方向とし、
Ｙ方向を垂直方向とする。これにより、発。

光ダイオード１１は、位置検出器１３の受光面を音響レ
ンズ４の走査と同様の振幅で照射し、位置検出器１３の
各電極１３ｂ　、　１３ｂ　Ｖｃは、発光ダイオード１
１のスポット位置と各電極１３ｂ　、　１３ｂとの距離
、すなわち音響レンズ４のＸ方向走査における左右両端
間か５のそ位置の変化に対応した差動的電流が形成され
る。そして、この電流は、その差成分がセンサアンプ１
４ａで増幅され、音響レンズ４と試料７との相対的位置
の変位信号、すなわち前記位置検出信号ＶＳとして次段
に導出される。この増た 幅は、へ差成分が小さい程大きく増幅するものである。

さて、前記位置検出信号ＶＳは、第４し１（ａ）に示す
ように横軸に示す音響レンズ４の左右の移動量に対して
略直線的になり、例えば同図の０点からＰ点迄の移動量
を音響レンズ４のＸ方向走査の１周期Ｔにおける振幅と
すれば、縦軸にて示す位置検出信号ＶＳは、０点からＰ
点迄の各位置に対応した１（点レベルからＱ点しベル迄
変化する信号となる。

この位置検出信号ｖｓを第４図（ｂ）の実線波形にて示
す。

ところが、音響レンズ４と試料７とが接触すると、音響
レンズ４の移動量は、０２間より短かくなるため、位置
検出器１３からの差成分振幅は第４図（ｂ）の２点鎖線
波形にて示すように正常走査１１．￥よシ小さくなる。

そこで、センサアンプ１４ａは、正常走査時の振幅よシ
、その小さくなった分だけ位置検出信号Ｖｓが大きくな
るように増幅する。

この時の位置検出信号Ｖｓ′を同図の１点鎖線にて示す
Ｄ この位置検出信号ｖｓ′は、第１．第２演算増幅器１４
ｂ　、　１４ｃに入力される。この第１．第２演訂増幅
器１４ｂ　、　１４Ｃに設定される上側および下（Ｉｌ
ｌの設定値レベル±Ｖは、略正常走査時の最大振幅レベ
ルに設定される。したがって、振幅の大きくされた位置
検出信号Ｖｓ′は、前記設定値レベル±Ｖの範囲を越え
、この越えた部分を検出することができる。

今、上側設定値＋Ｖに対して位置検出信号ＶＳ′が大き
いときは、第１．第２演算増幅器１４ｂ　、　１４Ｃの
各出力レベルは、論理Ｈｉｇｈ（以下ｒＨＪ）レベルと
Ｌｏｗ　（以下「Ｌ」）レベルとなり、ナンド回路１４
ｄは、その出力として論理ｒＨＪレベルと々る。このｒ
　ＨＪ　レベルの出力でランプ１５ａが点燈される。こ
れにより、操作者は音響レンズ４と試料７とが接触した
ことを知ることができる。或いは、走査を停止すること
ができる。また、位置検出信号ｖｓ′が下側設定値−Ｖ
に対して小さいときは、第１．第２演算増幅器１４ｔ）
　、　１４ｃ　の各出力レベルは、論理ｒＬＪレベルと
ｒ　ＦＩ　Ｊレベルとな勺、ナンド回路１４ｄは、前記
と同様にｒ　Ｉ（Ｊレベルとなってランプ１５ａを点燈
する。

次に、本発明の第２実施例に係る超音波顕微鏡の保護装
置を第５図に示す。この実施例は、判定回路１４のセン
サアンプ１４ｅにサンプルホールド機能を持たせたもの
であシ、サンプルパルスＳｐとしては、１走査周期毎に
発生させたパルスを用いている。その他の構成は第３図
と同様であり、同一要素には同一符号を記す。この実ｍ
ｉ例によれば、警告用ランプ１５ａの点燈を持続するこ
とができるという利点がある。

さらに、第３実施例として、刊響レンズ４と試料７とが
接触した場合の走査の周期が変動すると周期信号とを位
相比較し、その比較レベルが所定値より犬きくなったと
き警告を発するものである。

ナオ、各実施例において、音響レンズ４に対して試料台
５を加振するようにした場合も適用ｏＪ能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、試料νＣ対する音
響レンズの１（を信号と、この１イｉ信号の振幅又は周
期に関する基準信号とを比較して音グタレンスと試料と
の接触を判定するようにしたので、音響レンズが試料に
接触しているにもかかわらず走査を行って音響レンズを
傷付けたり、走査装置の走査軸がゆがんだシすることを
防止でき、操作性に優れた超音波顕微鏡の保護装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｉｒ１ｋ来の超音波顕微鏡を示す概略図、第２図
は本発明の第１実施例に係る超音波顕微鏡の保護装置を
示す概略図、第３図は同装置の要部を示す回路図、第４
図は本発明の詳細な説明するだめの説明図、第５図は本
発明の第２実施例に係る超音波顕微鏡の保護装置の要部
を示す回路図である。 ４・・・音響レンズ、　５・・・試料台、７・・・試料
、　８・・・加振器、 ８ａ・・・走査軸、　工１・・・発光ダイオード、１３
・・・位置検出器、　１４・・・判定回路（Ｌ４ａ。 １４ｅ・・・センサアンプ％　１４ｂｌ１４Ｃ・・・演
算増幅器、１４ｄ・・・ナントゲート）、 １５・・・警告／停止回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料と超音波走査子としての音響レンズとの相対
   運動に基づいて所定走査面の顕微鏡像を得る超音波顕微
   鏡において、前記音響レンズの試料に対する所定方向の
   走査における相対的変位を位置の変化として検出する位
   置検出手段と、この位置検出手段からの変位信号とこの
   変位信号の振幅又は周期に関して予め設定された基準信
   号とを比較し、その大小に応じて前記音響レンズが試料
   に接触しているか否かを判定する判定手段と、この判定
   手段の判定結果に基づき警告或いは走査停止を行う接触
   防止手段とを具備したことを特徴とする超音波顕微鏡の
   保護装置。
2. （２）前記位置検出手段は、１次元半導体装置検出器を
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   超音波顕微鏡の保護装置。
3. （３）前記判定回路は、前記変位信号をそれぞれの反転
   入力端および非反転入力端に入力するととも前記変位信
   号と前記基準信号レベルとをレベル比較する第１．第２
   演算増幅器と、この第１．第２演算増幅器の各出力を入
   力し、前記変位信号の上限および下限レベルのうち少な
   くとも一方が前記基準信号レベルに対して変化した時を
   音響レンズと試料とが接触したものと判定する論理回路
   とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項およ
   び第２項のいずれかに記載の超音波顕微鏡の保護装置。
4. （４）前記判定回路は、前記変位信号の上限レベルおよ
   び下限レベルのうち少なくとも一方をサンプルホールド
   する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第３項のいずれかに記載の超音波顕微鏡の保護
   装置。
5. （５）前記判定回路は、前記変位信号と基準信号とを入
   力し、両信号の位相差を検出する位相比較手段と、この
   位相比較手段の出力レベルから音響しンズと試料とが接
   触したことを判定するレベル参照手段と、を具備したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項のい
   ずれかに記載の超音波顕微鏡の保藤装置。