JPS62130351A - 超音波顕微鏡用音響レンズ - 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、音響レンズ内における多重反射を抑制するよ
うにした超音波顕微鏡用音響レンズに関する。

〔従来の技術〕

近年、光学的な顕微鏡とか電子線を利用した電子顕微鏡
とは異り、音響的な画俊情報を得ることのできる超音波
顕微鏡が注目されるようになった。

上記超音波顕微鏡は１例えば１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚの
超音波を用いることによって１μｍオーダーの分解能を
有する超音波顕微鏡画像を得ることができる。

この超音波顕微鏡は、原理的には細く絞った超高周波超
音波ビームによって試料面を機械的に走査し、その試料
により散乱された超音波を集音して電気信号に変換し、
その信号をブラウン管等の表示画面に二次元的に表示し
、顕微鏡像を得るのである。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３図は反射型の超音波顕微鏡の原理図、第４図は従来
の音響レンズの構成図である。送信機１からの信号は方
向性結合器又はサーキエレータ２により送受兼用圧電ト
ランスデユーサ３へ供給され、る。この信号は超音波に
変換されてこの圧電トランスデユーサ３が一方の面（上
端面）に貼着された送受波兼用のサファイヤ等の超音波
伝搬媒体材から成る超音波集束レンズ（音響レンズ）４
の一面より内部に平面波状に放射され、他面側に送波さ
れる。この音響レンズ４の他面は球面状にえぐられて球
面レンズ部４＆が形成され、この球面レンズ部４ａに対
向する試料５との間に介装される水等の超音波伝搬媒体
６を球面波状に伝搬し、試料５の表面でビームスポット
状に集束されるようにしである（表面にフォーカスした
場合）。

上記試料５は試料保持台７上に配置されており。

この試料５側に送波された超音波はその試料表面での音
響特性に応じて透過、吸収等をするが１反射波、散乱波
の一部が同一の経路を通り、圧電トランスデユーサ３で
電気信号に変換され、受信機８に入力される。この受信
機８で検波されその出力はビデオ信号処理部９を経てＣ
ＲＴ等の表示器１０に入力される。一方、上記音響レン
ズ４は図示しない加振器で例えばＸ方向に走査され、試
料保持台７側はＹ方向への走査され、これらの走査に同
期した掃引信号が表示器１０のＸ、Ｙ軸に印加され、こ
の表示器９の表示画面に２次元的な超音波顕微鏡画倫が
表示される。

ところで上記超音波顕微鏡は、第４図に示すようにＸ、
Ｙ平面と垂直なＺ軸方向におけるフォーカス位置を変え
る。つまり音響レンズ４を試料側に近づけて試料内部に
フォーカスした状態で使用すれば、試料内部に対する超
音波顕微鏡画偉を得ることができるという特徴を有する
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記構成の超音波顕微鏡において、第４
図に示されるように、試料５のフォーカス位置からの反
射波Ｐ１の他に、音響レンズ４の球面レンズ部４ａによ
りて反射した反射波Ｐ２や試料５のフォーカス位置以外
１例えば試料５の表面からの反射波Ｐａ等が発生し、こ
れらの反射波Ｐ２゜Ｐａが音響Ｖンズ４の壁面で多重反
射して圧電トランスデユーサ３に入射し１反射信号とし
て検出されることになる。特に試料５からの反射波Ｐ１
が・超音波伝搬媒体６を経て音響レンズ４に再入射し圧
電トランスデユーサ３に達する時刻に前述のような多重
反射による反射波Ｐｇ　、　Ｐａが圧電トランスデユー
サ３に達して、特にコヒーレントな音響系となっている
ため干渉等を起こし、試料５からの反射波Ｐ１を訪客す
ることがある。そのため従来の音響レンズでは、多重反
射による反射波がノイズ成分となり、反射信号のＳ／Ｎ
が低下し、正確な試料からの反射波のみを反射信号とし
て取り出しにくい欠点がある。

そこで本出願人は、特開昭５８−９６２４８号において
、音響レンズの音場媒体と接する球面レンズ部と圧電ト
ランスデユーサが取り付けられる電極部分を除く外周面
に、音響レンズの音響インピーダンスに比較的近い音響
インピーダンスを有し、かつ超音波吸収の大きい物質な
被着した音響レンズを提案している。これによると、音
響レンズ内における不要な反射波をある程度吸収し、ノ
イズ成分となる反射波の圧電トランスデユーサへの入射
を抑制することができるが、不要な反射波が完全に除去
されるわけではない。

〔発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ノイ
ズ成分となる多重反射波を除去して１反射信号のＳ／Ｎ
を向上でき、しかも、焦点位置のみの情報を選択的に取
り出すことのできる超音波顕微鏡用音響レンズを提供す
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
超音波顕微鏡用音響レンズは、音ｉレンズの音響軸に対
し直交する外周に凹部を周回状に設け、該凹部に音響レ
ンズの音響インピーダンスと略等しい音響インピーダン
スを有シ、かつ超音波吸収の大きい物質を埋設したもの
である。

すなわち、前記凹部に埋設した超音波吸収物質中を通過
するノイズ成分となる多重反射波は、超音波吸収物質に
より吸収され、その結果、試料からの反射波のみが反射
信号として検出される。

〔発明の実施例〕

以下１図面を参照して本発明の詳細な説明する。。

第１図は本発明の第１実施例の音響レンズの構成図であ
る。

本実施例の音響レンズ４は、従来のものと同様にサファ
イア等よりなる音響レンズの音響軸に直交する外周に、
音響軸方向の断面が音咎レンズの外周側が底辺となる三
角形の形状の切込み凹部１１が周回状に設けられ、該凹
部１１にそれと同形状のダンパ一部材１２が嵌合されて
いる。

このダンパ一部材１２は、音響レンズの音響インピーダ
ンスと略等しい音響インピーダンスを有し、かつ超音波
吸収の大きい物質からなる。そのような単体物質を捜す
のは困難であるが１等価的にそのような物質を作ること
は可能である。例えば、タングステン金属粉末とエポキ
シ樹脂を混合することにより広い範囲にわたり音響イン
ピーダンスを変化させることができることは、超音波診
断装置探触子等で公知である。、また、タングステン金
属粉末に限らず、レンズ構成物質の音番インピーダンス
よりも大きい音響インピーダンスを有する粉末と有機樹
脂とを適当割合混合することにより前記ダンパ一部材１
２を形成できる。

また、前記ダンパ一部材１２は、それ自体で音響レンズ
４の入射瞳及び出射瞳を形成している。

このように構成された音響レンズ４において。

圧電トランスデユーサ３に加えられた送信機１からの信
号は、超音波に変換され、平面波となって音響レンズ４
を伝播し、球面レンズ部４ａにより球面波に変換されて
試料５に向い水等の超音波伝搬媒体６中を伝播する。そ
して、試料５のフォーカス位置で反射した反射波Ｐｌは
往路と同一の経路を通り、圧電トランスデユーｔ３に達
し１反射信号として検出される。

一方、音響レンズ４の球面レンズ部４ａの球面に到来し
た平面波の一部は、その球面によって反射し、この反射
波Ｐ２は音響レンズ４の側壁によって反射して、圧電ト
ランスデユーサ３に向う。しかし、この不要な反射波Ｐ
２の進路上には前記ダンパ一部材１２が配設されている
ため１反射波Ｐ２はダンパ一部材１２を通過する際にダ
ンパ一部材１２により大きく吸収され、不要な反射波Ｐ
２の圧電トランスデユーサ３への入射が十分抑制される
。その結果、ノイズが低下し１反射信号のＳ／Ｎが向上
する。

また、試料５に向う球面波の一部は、試料５のフォーカ
ス位置以外１例えば試料５の表面で反射する。この反射
波Ｐ３も前述の反射波Ｐ２と同様に音響レンズ４の側壁
によって反射して圧電トランスデユーサ３に向うが、ダ
ンパ一部材１２によって大きく吸収され、圧電トランス
デユーサ３への入射が抑制される。その結果、試料５の
フォーカス位置近傍の情報のみを選択的に取り出すこと
かで゛きる。

前記ダンパ一部材１２を形成する物質は、超音波吸収が
大きいことの他に、その音響インピーダンスが音響レン
ズの音響インピーダンスに略等しいことが必要とされる
。それは１両者の音響インピーダンスが大きく異なると
１両者の界面において超音波の反射率が大きくなり、ダ
ンパ一部材１２中に不要な反射波が入射せず、その結果
、不要な反射波の吸収が行われなくなるためである。こ
れを詳しく述べると１例えば超音波の反射について。

超音波が第１媒質から第２媒質に向って入射したとする
と１強さの反射率Ｒは垂直入射のとき。

Ｒ＝　（（Ｚｌ　−Ｚｚ　）／（Ｚ１＋Ｚ２　）　）”
で与えられる。ただし、ｚｌは第１媒質の音響インピー
ダンス、Ｚ２は第２媒質の音響インピーダンスである。

また、媒質の音響インピーダンス２は。

２＝ρＣ で与えられる。ただしρは媒質の密度、Ｃは媒質中の音
速である。上記４式よりＺｌ　＝　Ｚ２であれば超音波
の垂直入射の反射は０となる。従って本発明のように、
音響レンズの音響インピーダンスとダンパ一部材の音響
インピーダンスが略等シい場合には、不要な反射波Ｐ２
　、　Ｐａは音響レンズからダンパ一部材へ、その界面
でほとんど反射することなく入射して、ダンパ一部材に
より吸収されることになる。

第２図は本発明の第２実施例の音響レンズの構成図であ
る。

本実施例の音響レンズ４は、音響軸に直交する外周に、
音響軸方向の断面が長方形の形状の凹部゛１１を、圧電
トランスデユーサ３近傍から曲面レンズ部近傍にわたっ
て周回状に設け、該凹部１１にそれと同形状のダンパ一
部材１２を嵌合したものである。ダンパ一部材１２は第
１実施例と同様に、音響レンズの音響インピーダンスと
略等しい音響インピーダンスを有し、かつ超音波吸収の
大きい物質からなる。

本実施例の音響レンズ４では、不要な反射波Ｐ２　、　
Ｐａがダンパ一部材１２中を通過する距離が長くなり、
不要な反射波Ｐ２　、　Ｐ３の吸収がより完全に行なわ
れると共に、音響軸に平行な方向からそれた方向に進む
反射波は前記ダンパ一部材１２により吸収され、音響軸
に略平行に進む反射波のみを圧電トランスデユーサ３で
検出することができる。すなわち、試料５のフォーカス
位置近傍の情報のみをより選択的に取り出すことができ
る。その他の作用及び効果は第１実施例と同様である。

以上説明したように、音響レンズ４に埋設するダンパ一
部材１２の、音響軸に垂直な方向の長さ。

音響軸に平行な方向の長さ、埋設する位置及び形状を調
節することにより１等位相々超音波、すなわちフォーカ
ス位置のみの情報を選択的に取り出すことができる。

また、音響レンズの入射瞳及び出射滝をダンパ一部材１
２で形成することができるため、音響レンズ４に圧電ト
ランスデユーサ３や音響レンズ４を振動運動させる加振
器等を取り付ける場合、音響レンズ４の前記入射瞳及び
出射１１ｉＶＣより限定される範囲外の部位を利用する
ことができ、圧電トランスデユーサ３や加振器等の取り
付は作業が容易になる。また、ダンパ一部材１２が入射
瞳及び出射瞳を形成するため、圧電トランスデユーサ３
の大きさを限定することができ、圧電トランスデユーサ
を形成する作業が容易になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、音響レンズの音
響軸に対し直交する外周に凹部を周回状に設け、該凹部
に音響レンズの音響インピーダンスと略等しい音響イン
ピーダンスを有し、かつ超音波吸収の大きい物質を埋設
したので、前記凹部に埋設した超音波吸収物質中を通過
するノイズ成分と々る多重反射波を吸収除去することが
でき。

反射信号のＳ／Ｎを向上することができる。

また、超音波吸収物質の大きさを調整することにより、
焦点位置のみの情報を選択的に取り出すことができる。

また、音響レンズの入射瞳及び出射瞳を超音波吸収物質
により形成することができるため、圧電トランスデユー
サや音響レンズを振動運動させる加振器等を取り付ける
作業が容易になり、また、圧電トランスデユーサの大き
さを限定でき、圧電トランスデユーサを形成する作業が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成図、第２図は本発明
の第２実施例の構成図、第３図は反射型の超音波顕微鏡
の原理図、＠４図は従来の音響レンズの構成図である。 １・・・送信機、　　　　　２・・・サーキュレータ。 ３・・・圧電トランスデユーサ。 ４・・・音響レンズ、　　　４＆・・・球面レンズ部。 ５・・・試料、　　　　　６・・・超音波伝搬媒体。 ７・・・試料保持台、　　８・・・受信機。 ９・・・ビデオ信号処理部。 １０・・・表示部、１１・・・凹部。 １２・・・ダンパ一部材。 ゝ゛−２−・′ 第２１！１ 第３図 第４図 ス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方の端面に設けられた超音波トランスデューサから出
   射される超音波を伝送して他方の端面に介在させた液体
   を経て試料側に送出し、反射された超音波を取り込み、
   超音波トランスデューサ側に伝送して超音波像を表示す
   るために用いられる超音波顕微鏡用音響レンズにおいて
   、音響レンズの音響軸に対し直交する外周に凹部を周回
   状に設け、該凹部に音響レンズの音響インピーダンスと
   略等しい音響インピーダンスを有し、かつ超音波吸収の
   大きい物質を埋設したことを特徴とする超音波顕微鏡用
   音響レンズ。