JPS63169554A - 超音波顕微鏡レンズ - Google Patents
超音波顕微鏡レンズInfo
- Publication number
- JPS63169554A JPS63169554A JP62002153A JP215387A JPS63169554A JP S63169554 A JPS63169554 A JP S63169554A JP 62002153 A JP62002153 A JP 62002153A JP 215387 A JP215387 A JP 215387A JP S63169554 A JPS63169554 A JP S63169554A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- sample
- film
- film thickness
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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、特開昭６１−７９１５７号公報記載の原理に
基づいて、円柱体、あるいは線状体等の被験体表面に形
成された膜の膜厚測定を、被験体の各部にわたって連続
的に測定する際に適した超音波顕微鏡レンズである。
基づいて、円柱体、あるいは線状体等の被験体表面に形
成された膜の膜厚測定を、被験体の各部にわたって連続
的に測定する際に適した超音波顕微鏡レンズである。
近年開発された超音波顕微鏡は、圧電体に高周波電気パ
ルスを印加して超音波を発生させ、それを音響レンズに
よって収束させて試料表面に照射しながら音響レンズあ
るいは試料をＸ−Ｙ走査して、その時の試料面からの反
射超音波あるいは試料を透過した透過超音波の強度ある
いは位相を音響レンズと圧電体で受信しＸ−Ｙ走査と同
期して記録することにより、試料表面および試料の表面
直下の弾性的情報を画像として得るものである。
ルスを印加して超音波を発生させ、それを音響レンズに
よって収束させて試料表面に照射しながら音響レンズあ
るいは試料をＸ−Ｙ走査して、その時の試料面からの反
射超音波あるいは試料を透過した透過超音波の強度ある
いは位相を音響レンズと圧電体で受信しＸ−Ｙ走査と同
期して記録することにより、試料表面および試料の表面
直下の弾性的情報を画像として得るものである。
ここで音響レンズの役割は圧電体によって発生された超
音波ビームを試料表面上の微小領域に収束させて超音波
顕微鏡画像の分離能を向上させることにある。この目的
のために用いられる音響レンズとしては、代表的にはサ
ファイア、石英ガラスなどの円柱上の一方の端面に圧電
体を密着させ、他方の端面に凹球面を設けたものがあり
、ここでは圧電体によって発生した超音波は円柱内を平
面波として進行し、凹球面に達するとそこで屈折して試
料表面の微小領域に収束する。また同様の円柱の一端面
に凹球面を設け、更にその面にそって圧電体を密着させ
て凹球面の圧電体を作り、これによって直接に収束球面
波を発生させることを目的とした超音波顕微鏡レンズも
発表されている。
音波ビームを試料表面上の微小領域に収束させて超音波
顕微鏡画像の分離能を向上させることにある。この目的
のために用いられる音響レンズとしては、代表的にはサ
ファイア、石英ガラスなどの円柱上の一方の端面に圧電
体を密着させ、他方の端面に凹球面を設けたものがあり
、ここでは圧電体によって発生した超音波は円柱内を平
面波として進行し、凹球面に達するとそこで屈折して試
料表面の微小領域に収束する。また同様の円柱の一端面
に凹球面を設け、更にその面にそって圧電体を密着させ
て凹球面の圧電体を作り、これによって直接に収束球面
波を発生させることを目的とした超音波顕微鏡レンズも
発表されている。
これらはいずれも超音波ビームを試料表面の微小領域に
収束させて高分解能を得ることを目的としているが、超
音波顕微鏡による測定方法の一つであるいわゆるＶ （
Ｚ）曲線法の際にも用いられる。
収束させて高分解能を得ることを目的としているが、超
音波顕微鏡による測定方法の一つであるいわゆるＶ （
Ｚ）曲線法の際にも用いられる。
これは、試料あるいは音響レンズをＸ−Ｙ走査せずに試
料面上の一定位置に固定したまま試料面と音響レンズと
の距離を変化させてその時の試料２面からの反射超音波
の強度変化を記録すると、試料の材料に特有の周期で強
度が周期的に変化することが観察されることから、同方
法によって得られた記録の周期から試料表面および表面
直下の弾性的特徴を測定するものである。この反射強度
の周期的な変化は、凹球面レンズから発生した収束超音
波のうち、垂直入射成分といわゆるレーリー角度で試料
面に入射した成分との干渉によって生ずるものであり、
その周期は試料表面近傍のレーリー波の音速に依存する
。
料面上の一定位置に固定したまま試料面と音響レンズと
の距離を変化させてその時の試料２面からの反射超音波
の強度変化を記録すると、試料の材料に特有の周期で強
度が周期的に変化することが観察されることから、同方
法によって得られた記録の周期から試料表面および表面
直下の弾性的特徴を測定するものである。この反射強度
の周期的な変化は、凹球面レンズから発生した収束超音
波のうち、垂直入射成分といわゆるレーリー角度で試料
面に入射した成分との干渉によって生ずるものであり、
その周期は試料表面近傍のレーリー波の音速に依存する
。
この様に、従来用いられてきた超音波顕微鏡用の音響レ
ンズは、球面収束超音波を発生させて試料表面に収束さ
せることに特徴があるものがほとんどである。
ンズは、球面収束超音波を発生させて試料表面に収束さ
せることに特徴があるものがほとんどである。
また、同一出願人に係る特開昭６１−７９１５７号公報
、特開昭６１−７９１５８号公報等があるが、これは特
開昭６１−２０８０３号公報に記載した膜厚測定法に基
づいて、基板上に形成された膜の厚さを測る場合、基板
、液体、および膜の物質によって決定されるある一定の
角度で超音波を試料に入射し、かつ、同一レンズでその
反射波を採取する事を目的として発明されたものであり
、特徴として、レンズの一端の平板状の圧電体から平行
超音波を発生させ、レンズの他端の７字溝あるいは円錐
状の凹みによって屈折させる事で被験体に対して、一定
の入射角をもった超音波を発生させるものである。
、特開昭６１−７９１５８号公報等があるが、これは特
開昭６１−２０８０３号公報に記載した膜厚測定法に基
づいて、基板上に形成された膜の厚さを測る場合、基板
、液体、および膜の物質によって決定されるある一定の
角度で超音波を試料に入射し、かつ、同一レンズでその
反射波を採取する事を目的として発明されたものであり
、特徴として、レンズの一端の平板状の圧電体から平行
超音波を発生させ、レンズの他端の７字溝あるいは円錐
状の凹みによって屈折させる事で被験体に対して、一定
の入射角をもった超音波を発生させるものである。
また、特開昭５８−１６６２５８号公報記載の超音波レ
ンズがあるが、これは、円柱状遅延材一端の底面に圧電
体を張り、他端の底面に円錐形の溝をつくることで、圧
電体と垂直方向に直線状に収束させる事によって、超音
波探傷などにおいて、焦点深度を深く取る事を目的とし
ている。
ンズがあるが、これは、円柱状遅延材一端の底面に圧電
体を張り、他端の底面に円錐形の溝をつくることで、圧
電体と垂直方向に直線状に収束させる事によって、超音
波探傷などにおいて、焦点深度を深く取る事を目的とし
ている。
この様に、これらの超音波レンズは、平面構成の被験体
に対して、垂直にレンズを位置させ、自ら発振した超音
波を、同一の圧電体で受信する様設計されているものが
ほとんどである。
に対して、垂直にレンズを位置させ、自ら発振した超音
波を、同一の圧電体で受信する様設計されているものが
ほとんどである。
特開昭６１−２０８０３号公報記載の膜厚測定原理に基
づいて、試料膜の表面に一定角度で超音波を入射し、反
射波を採取することで、膜厚を測定する膜厚測定方法に
おいて、被験体が、円柱状あるいは線状である場合、今
までの超音波顕微鏡レンズでは、被験体側面に直角以外
の一定の入射角で超音波を入射させる事が出来ず、さら
に、被験体の断面半径が小さい場合は、超音波の被照射
面が小さく、十分な照射強度とその反射強度を得ること
が困難であり、かつ、その反射波の位相が乱されるため
、円柱状の被験体側面に形成された膜の厚さを前記の測
定原理にもとづいて測定することが困難であった。
づいて、試料膜の表面に一定角度で超音波を入射し、反
射波を採取することで、膜厚を測定する膜厚測定方法に
おいて、被験体が、円柱状あるいは線状である場合、今
までの超音波顕微鏡レンズでは、被験体側面に直角以外
の一定の入射角で超音波を入射させる事が出来ず、さら
に、被験体の断面半径が小さい場合は、超音波の被照射
面が小さく、十分な照射強度とその反射強度を得ること
が困難であり、かつ、その反射波の位相が乱されるため
、円柱状の被験体側面に形成された膜の厚さを前記の測
定原理にもとづいて測定することが困難であった。
本発明は、以上の如き問題点を解決する為、特開昭６１
−２０８０３号公報で定義された角度の二倍の２０を円
錐の頂角にし、円錐底面以外の曲面状に正電位を位置さ
せ、かつ、その円錐中心線に円筒あるいは直線状体の被
験体の中心線を一致させた場合、圧電体によって発振さ
れた超音波が、被験体表面に向って高エネルギー密度に
収束され、かつ、被験体表面で一定の入射角で超音波を
入射させる事が出来る事を利用し、同様のレンズを発振
側レンズに相対する様位置させることで、これらレンズ
の中心線にあいた空洞を通して被験体を通過あるいは挿
入させることで、連続的に試料表面からの反射波を広い
面積で、かつ、位相のずれに起因する受信された信号の
周波数分布を観測した時の干渉による極小現象をおこす
こと無く、受信し、膜厚測定に十分な出力を得ることが
出来るレンズを提供するものである。
−２０８０３号公報で定義された角度の二倍の２０を円
錐の頂角にし、円錐底面以外の曲面状に正電位を位置さ
せ、かつ、その円錐中心線に円筒あるいは直線状体の被
験体の中心線を一致させた場合、圧電体によって発振さ
れた超音波が、被験体表面に向って高エネルギー密度に
収束され、かつ、被験体表面で一定の入射角で超音波を
入射させる事が出来る事を利用し、同様のレンズを発振
側レンズに相対する様位置させることで、これらレンズ
の中心線にあいた空洞を通して被験体を通過あるいは挿
入させることで、連続的に試料表面からの反射波を広い
面積で、かつ、位相のずれに起因する受信された信号の
周波数分布を観測した時の干渉による極小現象をおこす
こと無く、受信し、膜厚測定に十分な出力を得ることが
出来るレンズを提供するものである。
〔発明の詳細な
説明においては、特開昭６１−２０８０３号公報記載の
測定法を円柱状体あるいは線状体の側面の膜厚測定に応
用するに際し、超音波伝搬用の液体から、被験体の芯材
に入射する超音波の入射角が芯材、膜、液体の物質に固
有の値（θ）でかつ、超音波の波長と膜厚（ｄ）の比が
、芯材、膜、および液体の物質に固有の値（Ｈ）の時、
超音波の反射率が低下する事を利用して、反射波の強度
が低下する超音波の波長（λ）を測定し、第６図参照下
記（Ａ）式 ％式％（） によって膜厚を求める場合に使用する超音波顕微鏡レン
ズを圧電体を、頂角２θの円錐表面状に位置させ、その
円錐中心線に円柱あるいは線状の被験体の中心線が一致
する様に位置させる事により、被験体表面に、高エネル
ギー密度で、かつ、上記固有の入射角θで超音波を入射
させる事を可能とし、かつ、被験体が長い場合もそれら
レンズ中心線近傍に空洞を設は通過させる事で連続的に
、その膜厚を測定する事を可とする超音波顕微鏡レンズ
である。
測定法を円柱状体あるいは線状体の側面の膜厚測定に応
用するに際し、超音波伝搬用の液体から、被験体の芯材
に入射する超音波の入射角が芯材、膜、液体の物質に固
有の値（θ）でかつ、超音波の波長と膜厚（ｄ）の比が
、芯材、膜、および液体の物質に固有の値（Ｈ）の時、
超音波の反射率が低下する事を利用して、反射波の強度
が低下する超音波の波長（λ）を測定し、第６図参照下
記（Ａ）式 ％式％（） によって膜厚を求める場合に使用する超音波顕微鏡レン
ズを圧電体を、頂角２θの円錐表面状に位置させ、その
円錐中心線に円柱あるいは線状の被験体の中心線が一致
する様に位置させる事により、被験体表面に、高エネル
ギー密度で、かつ、上記固有の入射角θで超音波を入射
させる事を可能とし、かつ、被験体が長い場合もそれら
レンズ中心線近傍に空洞を設は通過させる事で連続的に
、その膜厚を測定する事を可とする超音波顕微鏡レンズ
である。
頂角２θの円錐形では、同じ高Ｖをもつ円上からの法線
は第２図に示す様に常に、中心線上ｖ −１ｔａｎθで
収束する。この為、円錐形側面に圧電体を任意の広さで
張った場合も超音波は必らず円錐中心線上に収束し、か
つ、中心線に対して常にθの入射角をもつ。
は第２図に示す様に常に、中心線上ｖ −１ｔａｎθで
収束する。この為、円錐形側面に圧電体を任意の広さで
張った場合も超音波は必らず円錐中心線上に収束し、か
つ、中心線に対して常にθの入射角をもつ。
次に、円錐中心に沿って半径ｍの円柱体を設置した場合
も第３図に示す様に円錐裏面の圧電体から発した超音波
はこの円柱体表面に収束し、この時の超音波のエネルギ
ー密度は円錐形の側面でのエネルギー密度に対して爾／
２倍となる事がわかる。
も第３図に示す様に円錐裏面の圧電体から発した超音波
はこの円柱体表面に収束し、この時の超音波のエネルギ
ー密度は円錐形の側面でのエネルギー密度に対して爾／
２倍となる事がわかる。
以上円錐形測面状に圧電体を配した場合において、一定
の入射角θで収束超音波を入射でき、かつ、高エネルギ
ー密度を得ることは遅延材を用いた場合も同様に成り立
つ、このとき、中心線を含んだ断面に於いては、中心線
をＸ軸とすると、圧電体の位置に相当する面は、 ｙ ＝ −ｔａｎθ−ｘ＋ｈ Ｏ≦ｘ Ｏ＜ｙ−■
で表わされる。又、遅延材の対物面２６は、ｙ ＝ −
ｔａｎθ−ｘ＋ｋ Ｏ≦Ｘ Ｏ≦ｙ”’■で表わされ
る。ここで、円錐形の中心線に沿って被験体１０が通過
できるよう貫通した空洞部をもたせた場合、空洞部は、 ｘ＝ｔ、Ｏ≠ｔ＜ｋ・・・・・・・■ によって表わされる（第４図参照）、このようにレンズ
２０．３０を構成した場合、これと同様のレンズを相対
して位置させた場合、第１図に示すように発信用の圧電
体２２上のＰ点から発信された超音波はＰ−Ｒ→Ｓ→Ｔ
→Ｕの経路を通り反射波を受信用圧電体３２により受信
することができ、空洞部に通された被験体１０を移動す
ることで、連続的に円筒表面各部の膜厚を測定できる。
の入射角θで収束超音波を入射でき、かつ、高エネルギ
ー密度を得ることは遅延材を用いた場合も同様に成り立
つ、このとき、中心線を含んだ断面に於いては、中心線
をＸ軸とすると、圧電体の位置に相当する面は、 ｙ ＝ −ｔａｎθ−ｘ＋ｈ Ｏ≦ｘ Ｏ＜ｙ−■
で表わされる。又、遅延材の対物面２６は、ｙ ＝ −
ｔａｎθ−ｘ＋ｋ Ｏ≦Ｘ Ｏ≦ｙ”’■で表わされ
る。ここで、円錐形の中心線に沿って被験体１０が通過
できるよう貫通した空洞部をもたせた場合、空洞部は、 ｘ＝ｔ、Ｏ≠ｔ＜ｋ・・・・・・・■ によって表わされる（第４図参照）、このようにレンズ
２０．３０を構成した場合、これと同様のレンズを相対
して位置させた場合、第１図に示すように発信用の圧電
体２２上のＰ点から発信された超音波はＰ−Ｒ→Ｓ→Ｔ
→Ｕの経路を通り反射波を受信用圧電体３２により受信
することができ、空洞部に通された被験体１０を移動す
ることで、連続的に円筒表面各部の膜厚を測定できる。
さらに、受信用圧電体３２を第５図に示すように分割し
て張れば円筒表面の円周方向の各部分の膜の厚さの分布
も測定が可能である。
て張れば円筒表面の円周方向の各部分の膜の厚さの分布
も測定が可能である。
長いＮ−Ｆｅ４２％合金の芯材の上に金のメッキ膜がし
である円筒状の被験体の金メツキ膜厚を測定するにおい
て、超音波伝搬材に水を使用した時の入射角θは３１＠
であった。このため、頂角６２″の円錐形レンズを石英
で構成し、第１図に示す様に組み合わせ、圧電体２２が
超音波を発振し、圧電体３２を受信したところ、周波数
分布における極小値は７０ＭＨｚであった（第６図参照
）、これによりＡ弐を用いて金の膜厚ｄを計算すると、
ｄ＝３．９μｍであった。
である円筒状の被験体の金メツキ膜厚を測定するにおい
て、超音波伝搬材に水を使用した時の入射角θは３１＠
であった。このため、頂角６２″の円錐形レンズを石英
で構成し、第１図に示す様に組み合わせ、圧電体２２が
超音波を発振し、圧電体３２を受信したところ、周波数
分布における極小値は７０ＭＨｚであった（第６図参照
）、これによりＡ弐を用いて金の膜厚ｄを計算すると、
ｄ＝３．９μｍであった。
本発明は以上の様な構成であるので、円柱あるいは、線
状の被験体の芯材及び膜の物質の組み合わせが定まり、
さらに超音波伝搬用液体が定まったら、それらのもつ固
有の入射角で超音波を照射して、その反射波の入射波に
対する強度の比すなわち、反射率が極小となる周波数を
周波数計測器で測定し周波数を求め、次にＡ式により、
被測定体の膜の膜厚を算出する測定方法に適用すれば、
円柱状体あるいは線状体測面に形成された膜の膜厚や、
その分布を被験体をレンズ中心線にそって移動するだけ
で、短時間に精度よく測定出来る様になる。さらに受信
側の圧電体を分割し、独立に電気信号を取り出せる様に
構成すれば補測定物周囲の膜厚分布を一括して得る事が
出来る。
状の被験体の芯材及び膜の物質の組み合わせが定まり、
さらに超音波伝搬用液体が定まったら、それらのもつ固
有の入射角で超音波を照射して、その反射波の入射波に
対する強度の比すなわち、反射率が極小となる周波数を
周波数計測器で測定し周波数を求め、次にＡ式により、
被測定体の膜の膜厚を算出する測定方法に適用すれば、
円柱状体あるいは線状体測面に形成された膜の膜厚や、
その分布を被験体をレンズ中心線にそって移動するだけ
で、短時間に精度よく測定出来る様になる。さらに受信
側の圧電体を分割し、独立に電気信号を取り出せる様に
構成すれば補測定物周囲の膜厚分布を一括して得る事が
出来る。
図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図は本
発明の応用状態（液体１６は取除く）を示す正面から見
た説明図、第２図、第３図、第４図はレンズの形状を示
す説明図、第５図は本発明の応用状態を示す斜視図、第
６図は受信用圧電体から得られる電気信号のスペクトル
分布図である。 また、第７図は従来より知られている超音波膜厚測定技
術の原理を示す説明図である。 １０・・・被験体 １２・・・測定すべき膜 １４・・・芯材（又は基板） １６・・・ （超音波伝搬用）液体 ２０・・・発信用レンズ ２２・・・ （発信用）圧電体 ２４・・・ （発信用の）遅延材 ２６・・・ （遅延材の）対物面 ３０・・・受信レンズ ３２・・・ （受信用）圧電体 ３４・・・ （受信用の）遅延材 ３６・・・圧電体
発明の応用状態（液体１６は取除く）を示す正面から見
た説明図、第２図、第３図、第４図はレンズの形状を示
す説明図、第５図は本発明の応用状態を示す斜視図、第
６図は受信用圧電体から得られる電気信号のスペクトル
分布図である。 また、第７図は従来より知られている超音波膜厚測定技
術の原理を示す説明図である。 １０・・・被験体 １２・・・測定すべき膜 １４・・・芯材（又は基板） １６・・・ （超音波伝搬用）液体 ２０・・・発信用レンズ ２２・・・ （発信用）圧電体 ２４・・・ （発信用の）遅延材 ２６・・・ （遅延材の）対物面 ３０・・・受信レンズ ３２・・・ （受信用）圧電体 ３４・・・ （受信用の）遅延材 ３６・・・圧電体
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 円筒状体あるいは線状体上に形成された膜の膜厚測定に
際し、超音波伝搬用の液体から被験体表面に入射する超
音波の入射角が芯材、液体および膜の物質の固有の値（
θ）で、かつ、超音波の波長（λ）と膜厚（ｄ）の比が
芯材、液体および膜の物質の固有の値（Ｈ）の時、超音
波の波長（λ）を測定し、下記（Ａ）式 ｄ＝λ・Ｈ・・・・・・・（Ａ） によって膜厚を求める場合に使用する超音波顕微鏡レン
ズにおいて、遅延材は直行ｘ、ｙ空間で、ｈ＞ｋ ｙ＝−ｔａｎθ・ｘ＋ｈ ０≦ｘ ０≦ｙ・・・（１） ｙ＝−ｔａｎθ・ｘ＋ｋ ０≦ｘ ０≦ｙ・・・（２） ｘ＝−ｔ ０≠ｔ＜ｋ・・・・・・・・・・・（３） 上記（１）、（２）、（３）式でかこまれる面をｘ軸の
回りに３６０°回転させて出来る立体で構成されるか、
あるいはその一部であって、かつ、（１）式をｘ軸の回
りに回転させて出来る面の表面にそって圧電体が形成さ
れており、その圧電体が形成されている面の法線と（２
）式をｘ軸の回りに回転させた面との交点がその遅延材
の表面上に存在することを特徴とする超音波顕微鏡レン
ズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62002153A JPS63169554A (ja) | 1987-01-08 | 1987-01-08 | 超音波顕微鏡レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62002153A JPS63169554A (ja) | 1987-01-08 | 1987-01-08 | 超音波顕微鏡レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63169554A true JPS63169554A (ja) | 1988-07-13 |
| JPH0518361B2 JPH0518361B2 (ja) | 1993-03-11 |
Family
ID=11521409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62002153A Granted JPS63169554A (ja) | 1987-01-08 | 1987-01-08 | 超音波顕微鏡レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63169554A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008239259A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Max Co Ltd | ラベルプリンタ |
-
1987
- 1987-01-08 JP JP62002153A patent/JPS63169554A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008239259A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Max Co Ltd | ラベルプリンタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518361B2 (ja) | 1993-03-11 |
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