JPS61200461A - 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】 〔発明の利用分野〕 未発明は、超音波顕微鏡に係り、特に高い精度の＠察を
好なうのりこ好適な超音波顕微鏡に関するものである。

〔発明の背景〕

超音波顕微鏡の概略を第７図および第８＠によって説明
する。近年、］ＧＨ２ｒこ文び超高周波の音波の発生お
よび検出が可能となり、水中で約１μｍの音波長が実現
できること１こよって該超音波を用いて高い分解能を有
する撮像が可能となってきた。第７図において、超音波
の集束および送受は音波レンズ１により行なっている。

該音波レンズ１の構造は１円柱状の溶融石英等を用いた
物質の一面を光学研磨＋７、載面の上に上下の電極３に
よってはさみサンドウィッチ構造とした該圧電薄膜（例
えばＺｎ０）２を設けた構成となっている。

この圧電薄膜２＃こパルス発振器４＃こよって発信した
パルス５を印加して超音波６を発生させている。

また、前記音波レンズ１の他端部會こは口径０．１１１
１φ〜１．０ｍ−程度の凹面の半球穴が形成さｎている
。該半球穴と試料７との１ｌｊｃは、ｆｉＩ記超音波６
を該試料７ｖこ伝播させるための媒質（例えば水）８が
満たされている。

このような構成１こおいて、前記圧４ｍ膜２によつて発
生した超音波６は明記音波レンズ】内を平面波となって
伝播する。該平面波が半球穴に達すると、該音波レンズ
１を成す石英と媒質８である水との伝播する音速の差に
より屈折作用が生じ、試料７の上面ＶこＩｌ！束した超
音波６をＩ！６射することができる。逆に、試料７から
叉射さｒてくる超音波は、前記音波レンズ１により集音
整相され、平面波となって圧電４　＄　２　ｒこ達し、
ここで高周波信号（以下ＲＦ倍信号いう）９＃こ変換さ
ｎる。このＲＦ信号９を受信器１０で受信し、ダイオー
ド検波すると２もにビデオ信号１１に変換して表示装置
１ｊ３２の入力信号として用いている。このようにして
、試料７からの反射超音波を得ているが、この動作を同
時に試料７を試料台駆動部１３ＣよってＸ−Ｙ平面内で
２次元的に走査させ、ば試料７の所定範囲における状態
をｌ前記表示ｇ装置１２に表示する構成となっている。

ところで、前述のような超音波顕微鏡に用いろｎ、る音
波は、高分解能を得るためＣ１００ＭＨ８〜ＩＧＨｚと
いう超高周波とする。したがって、該音波の波長人が極
めて垣くなるため、前記試料７の上面がわずかに傾斜し
ていても、該傾Ｍ）こよる変４Ｄのλ／２毎に音波が干
渉して表示装置】２の画面にｉｆｆ記干渉による干渉縞
が発生する。このため、該干渉縞によって有効な観察が
行なえないという入点があった。また、餌記人点を解決
するものとして、前記試料７の形状を変更したり、他の
部材であるブロック１５に接着する等の対策が必要で、
作業能率が非常ｒこ慾いという入点もあった。

た。

そこで、ｍ記試料面の傾きを任意な方向ｒこ傾斜させ得
る手段すなわち試料台上に配置した圧電素子等を複数設
置し、該複数の圧電素子を操作して前記干渉縞をなくす
方向に試料を傾斜させる構成のものが知らｒている。（
例えば特開昭５８−１５１５２号公報）ところが、ｌ！
ｉＴ述の構成においては、画像を確認しながら試料傾斜
手段を操作しなけｎ、ばならず、操作性の面での配慮が
なさｎでいなかった。

また、通常試料面の傾ぎを補正する構成とじては、直角
２方向の傾斜手段を組合せたものとなっているが、該試
料面の傾とが前記各傾斜手段の傾斜方向とず０ている場
合の補正作業はさらに煩雑となる。こｒを解決するもの
として、試料を回転させ得る回転手段を設け、該試料の
傾斜力向を回転させることによって変える構成のものが
知られ。

ている。（例えば実開昭５７−１９４０６０号公報）と
ころが、試料の回転角度の割出し等については、その開
示がなく、前述のものと同様操作面における配慮がなさ
れていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、試料面が傾斜して配置さ
ｎた場合において、該試料面の角度補正が容易に行なえ
、操作性のよい超音波顕微鏡を提供することにある。

〔発明の概要〕

観察しようとする試料を試料台上に設置した状態におい
て、該試料の上面すなわち試料面は音波レンズとの相対
的な走査方向に対してずれて傾斜しているのが大半であ
る。したがって、１ｉｆｆ記状態で撮像を行なうと画像
には干渉縞が生じる。該干渉縞は前述の走査方向と傾斜
方向とのすｎ、ｔｃよって斜めに描と出さｒる。この干
渉縞の傾まを、試料を回転させることによりなくして垂
直あるいは水平に位置させると、試料の傾斜方向は走査
方向と一致する。すなわち、試料面の傾斜を走査方向の
一方だけにすることがでとる。本発明は、前述の二よに
看目し、試料面の角度を変更し得る手段と、試料面の角
度を保持した状態で回転させ得る手段と、干渉縞の傾＃
により試料の必要回転角度を演算する手段とから成り、
試料面の傾斜方向を所定の方向に労わせるように該試料
を回転させ、一致した状態で前記傾斜を補正するように
したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による一実施例を第１図ないし第６図によ
り説明する。同図において、前記従来例と同一符号は同
一部材を示すものである。１４ａは前述の試料台】４上
に圧電素子】７および固定子】８を介して支持さｎた試
料傾斜台である。

１４ｂは該試料傾斜台１４ａ上に設置さｒ、た試料回転
台である。なお、面記圧電素子】７は印加する電圧にこ
よってその軸方向への伸縮層が変化するものであり、第
６図に示すように所定の間隔を隔てて対向配置さｎてい
る。】６は前記受信器１０からのビデオ信号と試料台協
動部１３からの走査位置データとを入力としてｌｆｆｆ
ｆ１圧電素子１７の伸縮層および試料回転台１４ｂの回
転階を演算して該圧電素子１７および試料回転台１４ｂ
を制御する演算制御器である。なお、ここで、該演算制
御器】６の演算内容をこついて詳述すると、試料７の上
面の傾斜は走査方向に対してずれて配置されることが多
い。したがって、第４図（ａ）Ｃ示すように表示装置１
２に表示される画像には干渉縞３０ａ。

３０ｂが曳われる。この干渉縞３０ａの位置には走査平
面に対して平行なＡ点Ｂ点をつなぐ線すなわち、試料面
上の一平面上の線分がある。また、走査軸上のＡ点から
Ｂ点までの距離ＸおよびｙＩは既知であるため、走査方
向と前記干渉縞３０ａとの角度θ鳳はθ＋＝　ｔａｎ　
”　Ｘｔ／）’　　で求められる。この角度θ・分だけ
前記試料回転台１４ｂを回転すれば、前記Ａ点からＢ点
までの線分は走査方向と一致し、第４図（ｂ）ｒこ示す
状態となる。この状態における画像−こ対応する試料面
の状況は第４図（ｃＪｃ示す状態となっている。この時
の試料面の傾斜は走査方向のみであり、その傾斜角度＃
謂は隣接した干渉縞３０ａ、３０ｂの間隔Ｘ、から求め
らする。すなわち、前記干渉縞３０ａ　、３０ｂの高さ
方向の変位はλ／２であるため、傾斜角度＃嘗はθ口！
ｔａｎ　”λ／２・Ｘｓによって求めろｊる。また、ｉ
ｔｒ記演算演算制御器１６成について第２図により詳述
するセ、前記ビデオ信号と走査位置データとの突含せを
行なうとともに記憶する画像メモリ１６ａ、第４図Ｉａ
ｌ　に示す走査線２０上のＡ点と走査線２１上で前記Ａ
点と輝度の同じＢ点な設定する位置設定器１６ｂ、前記
回転角＃亀をｆＲ算する演算器１６ｃ、該演算器１６ｃ
から出力される回転角−鳳の値によって試料回転台１４
ａを制御する指令制御器１６ｄから成る回転制御部と、
第４　ＦＡ　ｔｂ）に示す走査゛線２２上の半波長分だ
け高さの差すなわち２方向における差を有したＢ点と０
点を設定する位置設定器３６ｅ、傾斜角θ會を演算して
前記圧電素子】７の伸縮ｌに換算（第６図の寸法ｌの位
置に配置された圧電索子］７の伸縮１ｈは傾斜角＃雪の
場合ｈ＝ｌＸｔａｎａ會　で求めらｎる。）する演算器
１６ｆ。

訂記仲ｓｔｈ分伸縮させる印加電圧を出力する指令制御
器１６２から成る試料傾斜制御部とから構成されている
。

このような構成りおいて、その制御動作について説明す
る。まず、試料７を試料回転台１４ｂ上１こセットし、
この状態で撮像を行ない演算制御器１６を作動させる。

該演算制御器１６の動作は、最初に受信器１０からのビ
デオ信号と試料台駆動ｇ５】３からの走査位置データと
を突キ含わせ画像メモ！１１６ａに記憶する。次に、任
意位置設定器］６ｂにより萌述の如く第４図Ｌａ）に示
すＡ点、Ｂ点を設定しその点の相対位置から寸法Ｘｓと
ｙを求め演算器１６Ｃによって回転角ａＩを求め、この
結果によって指令制御器１６ｄへ信号を出力して試料回
転台１４ｂを回転させる。！Ｉ′ｉＹ記動作が一回で完
了しない場合には、繰返して行なう。この動作により試
料７の試料面は走査平面に対してその一走査軸のみが平
行にセットされたことになる。

次に、前記試料面を前記走査軸に直交する走査軸につい
て傾斜の補正を行なう。まず、！ｊ＆像して演算制御器
１６を作動させる。そして、受信器１０からのビデオ信
号と試料台駆動部１３からの走査位置データとを突＃労
せ画像メモリ１６ａＣ記憶する。該画像メモ！７１６ａ
内の画像に干渉縞が２本以上表わｊた場合には、該各干
渉縞関の画像上での間隔および高さの差（λ／　２　）
　ｃよって傾斜角＃−を求める。この際、第４図（ｂ）
のｘ１寸法だけ離れたＢ点と０点を任意位置設定器１６
ｅＫ−より設定し、演算器１６ｆＣより傾斜角０歯を求
め、Ｘｓ寸法を第６因の１寸法に換算して補正寸法を求
め指令制御器】６タヘ信号を出力し、該指令制御器１６
へ信号を出力し、該指令制御器１６２ｃよって圧電素子
１７を伸縮させ傾斜を補正する。なお、画像に干渉縞が
２本以上表われない場合には、第６図の傾斜角のある走
査軸Ｘ方向に走査しながら音波レンズ１と試料７との間
の距離をＺ方向に変化させ撮像するいわゆるＸ−Ｚモー
ドで表面の傾ぎ角を求めて前述のように補正すれ、ばよ
い。＠３図の表示装置１２ＩＣ示さ０た画像の干渉縞に
おける〆が傾斜角で任意位置設定器１６ｅによりλ′点
。

Ｂ′点を設定し、ｘ／　、　ｙ／　　寸法から演算器１
６ｆｌＣよりσ′を求め　ｙ／寸法を第６図の７寸法に
換算して補正寸法を求め指令制御器１６２へ信号を出力
し、該指令制御器】６りによって圧電素子１７を伸縮さ
せて傾斜を補正する。

このような構成によれば、試料７の上面すなわち試料面
を音波レンズ１との相対的な走査面に対して平行に位置
させることができる。したがって精度の調い観察が行な
える。なお、前記一実施例においては、試料７の傾斜手
段に圧を素子を用いた例について説明したが、用いる超
音波の周波数が低い場合は、ねじ機構等を使用した精度
の低いものでも同様な効果が得られる。また、前述のＸ
−２モードで直角２方向について、それぞれ傾斜角を求
めて補正しても同様な効果が得られる。さらに、画像の
任意の点を表示装置１２の同位置１こ保持したい場合ト
こは、回転ステージＪ４ｂの上にＸＹ方向に位置決め可
能なステージを設けて、その位置を回転中心に−ｏわせ
でやれば問題はないう〔発明の効果〕 以上説明したよう心太発明によ０．ば、試料面が傾斜し
た状態で試料が配置さｎても、該試料面を走査平面−こ
対して平行にでと、かつ、自動的ｒこ作業が行なわ１、
試料面の角度補正が容易１こ行なえるため、操作性を大
＃ＩＡに向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は大発明による超音波顕微鏡の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は第１図Ｖこおける演算制御器の詳細
を示すブロック図、第３図はＸ−Ｚモードにおける画像
を示す図、第４図は試料面の傾斜補正時における画像お
よび試料面の状況を示す図、第５図は第１図に示す超音
波顕微鏡ｒこおける試料支持部の側面図、第６図は第５
図のアーア部平面図、第７図は従来の超音波顕微鏡の原
理を示すブロック図、第８図は従来の試料支持状況を示
す側面図である。 矛１口 第５口 牙乙図 オフ図 オ８凶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、音波伝播体と、この音波伝播体の端部に形成され、
   かつ、所定焦点を有する音波レンズとから成り、前記焦
   点近傍に置かれた試料からのじよう乱音波により該試料
   を撮像する超音波顕微鏡において、前記試料を支持した
   状態で回転させ得る試料回転手段と、該試料回転手段の
   回転面を一走査方向について傾斜可能に支持える試料傾
   斜手段と、撮像情報の干渉縞の傾きおよび間隔により試
   料回転角および試料傾斜角を演算し前記試料回転手段お
   よび試料傾斜手段を動作させる演算制御器とを有したこ
   とを特徴とする超音波顕微鏡。