JPS61258162A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波顕微鏡、特に所定試料台を非接触で走
査することのできる超音波顕微鏡等に関する。

［従来の技術］ 近年ＩＧＨｚに及ぶ超高周波の音波の発生検品が可能と
なったので、水中で約１μｍの音波長が実現できること
になり、その結果、高い分解能の音波撮像装置が得られ
るようになった。即ち、凹面レンズを用いて集束音波ビ
ームを作り、１μｍに及ぶ高い分解能を実現するのであ
る。

上記ビーム中に試料をそう人し、試料による反射超音波
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或は試料を機械的に２次元に走査しながら、この信号の
強度をブラウン管の輝度信号として表示すれば、試料の
微細構造を拡大してみることができる。

第１図は、その超音波顕微鏡の主要構成部を示す図であ
る。超音波の集束及び送受は球面レンズ１により行って
いるが、その構造は円柱状の熔融石英等をもちいた物質
の一面を光学研磨し、その上に圧電薄膜（ＺｎＯ）２を
上下電極３によりはさむ、このようにサンドウィッチ構
造になっている圧電薄膜２に、パルス発振器４から発生
されたパルス５を印加して、超音波６を発生させる。ま
た、他端部は口径０　、１　ｍｍφ〜１．ｏｍ１１φ程
度の凹面状の半球穴が形成されており、この半球穴と試
料との間には、超音波６を試料７に伝播させるための媒
質（例えば水）８が満されている。

圧電薄膜２によって発生した超音波６は円柱の中を平面
波となって伝播する。この平面波が半球穴に達すると召
人（音速６００ｍ／ｓ）と水（音速１５００ｍ／ｓ）と
の音速の差により屈折作用が生じ、試料７面上に集束し
た超音波６を照射することができる。逆に試料７から反
射されてくる超音波は球面レンズにより集音整相され、
平面波となって圧電薄膜２に達し、ここでＲＦ信号９に
変換される。このＲＦ信号９を受信器１０で受信し、こ
こでダイオード検波してビデオ信号１１に変換し、ＣＲ
，Ｔディスプレイ１２の入力信号として用いている。

この様に構成された装置において、試料７が試料台駆動
電源１３によりｘ−ｙ平面内で２次元に走査していると
試料の走査にともなう試料面からの反射の強弱が２次元
的にＣＲＴ面１２に表示される。

而して、一般に超音波は物体の表面で一部分は反射する
が、かなりの部分は物体が光学的に透明かどうかに関係
なく、その中にはいってゆき、物体内部に存在する硬さ
や、密度、粘性の違いや欠陥などを反映したエコーとな
って返ってくる。この性質を利用して試料内部の様相を
検出できるのが超音波顕微鏡である。

上述の超音波顕＊ｍにおいて、高性能を実現するために
は、下記に述べるような技術的課題を解決しなければな
らない６ その第１として、微小凹面部をもつ球面レンズの作成す
ること、これは高分解能を得るために周波数を高めると
、球面レンズと試料間の媒質中で超音波の減衰が大きく
なると云う障害がある。これを防ぐために微小口径レン
ズを作成し、超音波が媒質中を伝播する距離を短かくす
るよう努めなければならない。

その第２は、試料を機械走査している間における上下動
が小さいことが要求される。走査中に試料の上下動が大
きいことは焦点面がたえず移動していることであり、解
明な像が得られない。

第３は、長時間安定に動作する圧電薄膜を実現すること
である。

上記の技術課題のうち、第２の課題に関しては例えば特
開昭５０−１１６０５８号公報にはスピーカーの駆動コ
イルに試料台を連結して機械走査を行なう構造が提案さ
れているが、機械走査に伴なう上下動を小さくする点で
不充分であった。また、走査系に大きな動力を要すると
の問題点もあった・ ［発明が解決しようとする問題点］ そこで本発明は、上記した従来技術の欠点を鑑み、機械
走査に伴なう試料の上下動を著るしく小さくし、かつ走
査系に要する動力も小さくできる超音波顕微鏡を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、試料台の両側方に走査方向と平行な溝を設け
、該溝が互いに対向する２本のレール状の軸受に挿入さ
れる構造を有し、かっ該軸受の表面と溝の内面とが非接
触の状態で（空気を介在して）試料台が上記軸受に支持
される構成に特徴を有する。非接触で支持されるために
は溝の内壁とレールとの間に圧縮空気を供給する、もし
くは両者に磁石を投げ、その反発力を利用するなどの手
法をとる。

［作用コ 上記の構成によれば、試料台と軸受とは完全に非接触で
（空気を介して）走査方向に移動可能に安定に支持され
る。しかも試料台は断面がＨ型となりその上面の広さに
対して全体の形状がシンプルとなるので塔載すべき試料
の大きさに対して試料台を小形軽量に作成することが可
能となる。よって試料の機械走査に伴なう上下物を著る
しく小さくすることができ、かつ走査系の駆動力も小さ
くて良い。

［実施例コ 走査中の試料の上下動をいかにして少なくするかと云う
ことに対して検討を行った結果、これに最も適した構造
の試料台として、試料台を空気静圧、または磁気力によ
って非接触で支持しながら走査する方法を考察した。

その概要を第２図、第３図をもちいて述べる。

試料台の両側面に配置された２個の軸受と試料台との間
に圧縮空気を流し、この静圧力で試料台を支持する。な
お第３図は第２図の矢印部分の拡大図である。

したがって、非接触ガイドであるために、従来一般に用
いられている軸受支持の場合のような摩、擦抵抗がほと
んどなく、各部の摩耗がないことである。さらにテーブ
ルとガイド面の静圧空気層が緩衝材として作用し、ガイ
ド面や試料台の対向面にわずかな凹凸があっても影響さ
れることなく、平滑に移動させることができる特徴があ
る。

図において、１００はガイド部である。ガイド部には、
圧縮空気吐出口１０１が、所定の位置に取りつけられて
おり、この圧縮空気吐出口１０１から吐出される圧縮空
気により、試料台１０３を保持する。１０２は圧縮空気
取入口である。また１０７は試料台駆動軸である。

上述のような構成の試料台を使用することにより、試料
の上下を０．０３μｍ以下が実測され。

干渉法による超音波顕微鏡像を極めて安定に動作させる
ことができる。

以上の説明では、ガイ１−面と試料台のガイド対向面を
非接触にするため、圧縮空気を用いる場合を述べたが、
磁気の反発力を用いることもできる。

第４図及び第５図は磁気力を利用しての非接触型試料台
の構成を示している。なお、第５図は、第４図の矢印部
分を拡大した断面図である。図においてガイド１０５の
両端部には磁石のＮ極１０５ＮとＳ極１０５Ｓとが設け
てあり、このガイド１０５内に試料台１０６が挿入され
る。この試料台１０６の端部、すなわちガイド１０５と
対向する部分には磁石１０６Ｎと１０６ｓとが取りつけ
られており、その極性はガイド１０５の磁力と反発し合
うように各々のＮ極およびＳ極が互いにむき合うように
配置されている。このため、試料台１０６は、ガイド１
０５内で非接触で保持される。

この様子は、丁度、第２図で記述した圧縮空気を利用し
て、試料台を非接触で保持していることとまったく同様
であり、この状態にある試料台を周期的に往復運動を繰
り返している試料台駆動軸１０７と連結することにより
、試料台を走査することができる。

上述の如く、空気静圧、磁気力を利用した試料台は走査
中の上下動の極めて小さい試料台を提供できた。

しかしながら、上述のような構造の試料台であると、試
料を載置する場合、試料の大きさが制限される場合があ
る。すなわち、第６図に示すように、載置できる試料７
の大きさは少なくとも軸受部１００によって支持されて
いる部分より小さくなくてはならない、どうしても、そ
れより大きい試料７を載置しようとするならば、第７図
に示すように試料台１０３の中央部に取付台１０８を設
け、この上面に試料７を載置しなければならない。

このように試料台１０３上をさらに取付台１０８を取り
つけることは、試料台１０３の重量が増加することであ
り、走査を行うための走査系に大きな動力が要求されて
くる。

本発明は、この点を鑑みてなされたものであり、試料台
上に載置できる試料の大きさが軸受部によって制限され
ないようにしたものである。

以下１本発明の実施例の詳細を図をもちいて述べる。

第８図に主要構成部概略構造を、また第９図に試料台の
断面構造を示す。第９図において、Ｈ字型の試料台１１
０の溝部の両側面より軸受部１１１が挿入されている。

この軸受部１１１は詳細構造を第９図に示すように圧縮
空気吐出口が上下および試料台１１０の側面に設けであ
る。

１１２は圧縮空気の取入口である。

このような構造の試料台において、軸受部１１１より所
定の圧力に調整された圧縮空気を吐出すると、試料１１
０は空気静圧によって非接触に支持される結果、試料台
１１０の走査時の動きの滑らかさについては第２図、第
４図で述べた装置の試料台と何等異なるところはない。

その上、試料台１１０の形状をＨ字形にしたことにより
。

試料載置部を広く取ることができるために、形状の大き
い試料も取りつけることができる。

以上のように本発明によれば、機械走査型超音波顕微鏡
における試料の機械走査に伴なう上下動を著るしく小さ
くすることができ、焦点面と試料の相対位置を安定に保
つことができるとともに走査系に要する駆動力も小さく
て良いとの効果を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波顕微鏡の概略構成図、第２図。 第３図、第４図及び第５図は本発明の試料台の構造の説
明図、第６図及び第７図は第４図、第５図の試料台の問
題点を示す説明図、第８図及び第９図は本発明の実施例
の一実施例の構造図である。 １１０・・試料台、１１１・・・軸受部、１１２・・・
圧縮空気の取入口。 第　１　目 第　２　目 ′ＶＪ　３　圀 ／θθ 冗　６　図 ／′Ｉ５ 茅　７　図 （ｔｉ５ ￥　８　図 ｔＪ　ｑ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、音波伝搬体と、この伝搬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なり、上記焦点近傍
   に設けられた所定試料からのじよう乱音波により、上記
   試料を撮影する超音波顕微鏡において、上記試料を非接
   触で走査する手段を具備したことを特徴とした超音波顕
   微鏡。