JPS61281297A - 音響球面レンズの作成方法 - 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、超音波顕微鏡に用いる音波集束手段に関する
。

〔従来の技術〕

近年ＩＧＨｚに及ぶ超高周波の音波の発生検出が可能と
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、試料による面封超音波
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或いは試料を機械的に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．ｏｍｍφ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
と石英（音速６０００　ｍ　／　ｓ　）と水（音速１５
００ｍ／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１
０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、ＣＲＴ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ＣＲ’Ｔ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、その中に入って行き、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ｆ＃鏡である。

上記記述から明らかな様に従来例は、結晶と媒質の音速
差を利用した正の球面レンズをその集束原理としている
。従って、結晶に半球面状の凹面穴を形成する事が要と
なるが、レンズ面からＳ焦点までの媒質（通常、水）の
音響減衰が著しく大きい為低いＦナンバのレンズを作る
為には例えばＱ、２ｍ＋ａといった微小球内を作成し５
レンズ面から焦点までの距離を減じて音波減衰を避ける
必要がある。しかも、その球面レンズとして作用するに
は、少なくとも音波長の１／１０波長以下の凸凹があっ
てはならない。これはＩＧＨｚの音波の場合０．１μｍ
のオーダである。

〔発明の解決しようとする問題点〕

従来例ではこの様なレンズを加工するのに、研磨法で行
なっており、極めて困難な作業であり０　、５　ｍｍ径
のレンズを作るのがやっとである。

本発明は以上の点を鑑みてなされたもので、その目的は
微小口径でその表面が鏡面である様な音響球面レンズ効
率よく得ることができる方法を提供することである。

石英ガラス等のガラス類を作成する場合、或いは天然の
石英、水晶等を利用する場合にその内部に残留ガス等に
よる気泡が存在又は発生する事は当業界では公知であり
、この気泡の除去方法がそれ等の材質の良否を決めてい
る事は広く知られている。ところで例えば、石英中の気
泡を注意深く観察してみると気泡は極めて真球度が良く
その界面は研磨法ではとても不可能な程の鏡面である事
がわかった。実際、第２図に示すように気泡を含む石英
板５０から泡の部分５１を削り出して他面に圧電素子１
０を付着させＩＧＨｚの音波の集束実験を行なってみた
ところ極めて良い集束性を示し、高層音波の集束用球面
レンズとして秀れたものである事を確認した。石英板中
に散在する気泡は大は０　、５　ｍｍから小は１０μｍ
に至るまで色々な大きさの球形で存在するから、研磨法
では不可能な微小口径と鏡面度、真球度を有する球面レ
ンズを得る事ができる。

上述の如く、レンズ材中に含まれる気泡を利して球面レ
ンズを作成する方法については、筆者らは先に出ｇ（特
願５４−５７０９６号、特開昭５５−１４９９９８号公
報を参照）したがさらに以下に述べる球面レンズ作成法
に関するものを提案する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、レンズ材料となる複数の板を重ね、これを加
熱することにより板の境界面に介在していた微少なガス
により生じる気泡を板の中に生ぜしめ、さらにこの重ね
合せた板をうら返して再加熱することにより多４数の球
状の気泡をレンズ材料の板の中に生ぜしめ、このレンズ
材料の板を切断。

整形して所望の気泡の面を露出させることにより音響球
面レンズを作成する方法に特徴を有する。

よお、え、１３よゎ１□、ゎ。ゎえゎえよ工。　　　　
１・□〔作用〕 板の中に多数の気泡を生ぜしめることができ、完全な球
形の所望の大きさの気泡を容易に選んでこれを音響球面
レンズに用いることができる。

〔実施例〕

前提案の中での一実施例として、泡の源となるガスを発
生させる素材を積極的に利用する方法もあわせて記述し
である。この骨子は第２図に示すように両面がよく研磨
された２枚の石英板１４゜１５を（ａ）のように重ね、
これを炉内で石英の融点温度付近まで加熱すると石英の
＃触面内に介在しているガスが完全球状の形で一点にあ
つまる。

この状態で冷却すると、（ｂ）のように石英板１５の接
触面付近には完全球穴をみいだすことができる。これを
球面レンズに利用するものである。

しかしながら、上述の作業工程中において発生した気泡
をよ＜Ｉ！祭してみると５気泡が存在する範囲は、その
ＲＲｌを第３図に示すように、石英板の接触、境界面に
はその数は最も多く、順次上部に向って気泡の数が減少
している。その範囲は加熱時間にもよるがおおよそ１ｍ
ｍ〜１．５ｍｍの中にある。

筆者らは、このようにして石英板中に気泡を設けること
のできた石英板１４．１５を再度炉内に導入し加熱して
みた。しかし、このとき石英板の上下の関係を反対にし
た。すなわち気泡の含まれている石英板１５を下部にお
いて、加熱を行った。

その結果、境界面に存在していた気泡が、また移動をは
じめ１石英板１４側へ上昇して行くのがみとめられた。

所定の時間加熱後、徐冷して、炉内よりとりだして気泡
の分布の様子を確認してみると、第４図に示すごとく１
石英板１４．１５の接着面を中心にして、上下に分布し
ていることがわかった。このことは、石英板１４．１５
を加熱の途中において、上下逆にうら返す作業を行うこ
とにより、石英板中に作る気泡の数を２倍程度、容易に
増大させることができるおけである。

このようにレンズ材中に大量の気泡を封入した石英板１
４．ｔ５を接触面で切断し、分割するとそれぞれの石英
板には完全球形の気泡の存在する石英板が２枚得られる
。

この石英板から、所定の大きさの気泡に着目し第５図（
ａ）〜（ｃ）までの作業順序にもとづいて＃着面側から
研磨し、研磨面が気泡の赤道面に到するまで加工を行う
。さらに外形を整えることにより球面レンズを得るので
ある。

〔発明の効果〕

このように、重ね合せた２枚のレンズ材の接触面に存在
する吸着ガスの集合から生ずる気泡を加熱中にレンズ材
をうらがえしすることにより両レンズ材中に分布させ、
気泡の量を増倍させることにより、大量の球面レンズを
作成することが容易となり、本発明の効果には、まこと
に著しいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１薗は超音波顕微鏡の構成を示す図、第２図及び第３
図は球面レンズの凹面穴を気泡から得る従来法の説明図
、第４図及び第５図は本発明の一実施例の説明図である
。 ２・・・圧電薄膜、７・・・試料、１４．１５・・・石
英板。 ￥３１　　図 （（Ｊ−）　　　　　　　　　　（ｂ）第３図 Ｔ　ｓ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、所定のレンズ材の板を複数枚重ね合せて加熱するこ
   とにより前記板の中に気泡を生ぜしめ、重ね合せた板を
   裏返して再加熱して更に気泡を生ぜしめ、得られた気泡
   の中から所望の気泡を選んで露出させてレンズ面とする
   ことを特徴とする音響球面レンズの作成方法。