DE3415283A1

DE3415283A1 - Akustisches mikroskop

Info

Publication number: DE3415283A1
Application number: DE19843415283
Authority: DE
Inventors: Isao Hino Tokio/Tokyo Ishikawa; Hiroshi Tokorozawa Saitama Kanda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1984-04-24
Publication date: 1984-10-25
Also published as: JPS59196459A; DE3415283C2; GB8410297D0; GB2139356A; US4577504A; GB2139356B

Description

Hitachi, Ltd. ²⁴· ^AP^{ril 1984}

Tokyo, Japan H 5^31

Beschreibung

Akustisches Mikroskop

!5 Die Erfindung betrifft eine Darstellungsvorrichtung, welche unter Verwendung akustischer Energie arbeitet, und insbesondere ein akustisches Mikroskop.

In neuester Zeit wurden den Ultraschallwellen in der Medizintechnik Aufmerksamkeit geschenkt, die wirksam zur Beobachtung der Innenstruktur eines menschlichen Körpers verwendet werden können. Ultraschallwellen haben nämlich eine Eigenschaft, durch Materialien zu dringen, die für Licht oder Elektronenstrahlen optisch undurchlässig sein können. Je höher die Frequenz ist, umso

genauer können die Gegenstände beschrieben werden. Weiterhin geben die mit Ultraschallwellen erhaltenen Daten dynamische Eigenschaften der Gegenstände wie beispielsweise Elastizität, Dichte, Viskosität u.dgl. wieder und machen ®0 es möglich, die Innenstruktur kennen zu lernen, die mit Licht oder Elektronenstrahlen nicht erreichbar ist.

Untersuchungen wurden in Bezug auf das akustische Mikroskop vorwärtsgetrieben, welches die meisten der Ultraschallwellen durch Verwendung von Ultrahochfrequenz-Schallwellen schafft, die so hoch wie ein 1 GHz sind, d.h.

eine Schallwellenlänge von ca. 1 um im Wasser aufweisen. ("A Scanning Acoustic Microscope" von R.A. Lemon und CF. Quatse, IEEE Cat. No. 73 CH 14829 SU, S.423-426).

& Das Prinzip eines akustischen Mikroskops umfaßt das mechanische Abtasten der Oberfläche einer Probe in zweidimensionaler Weise mit einem akustischen Strahl, der auf so eng wie ca. 1 um fokussiert wird, wobei die gestörten Schallwellen wie beispielsweise die gesammelt werden, welche von der Probe gestreut und reflektiert sind oder solche, welche gedämpft bzw. abgeschwächt werden, wenn sie sich durch die Probe bewegen, wobei die gesammelten Schallwellen in elektrische Signale umgewandelt werden und die elektrischen Signale auf einer Katho-

*" denstrahlröhre zweidimensional synchron mit dem mechanischen Abtasten dargestellt werden, so daß ein Mikroskopbild erhalten wird.

Wenn die Schallwellen, die durch die Probe geleitet worden "⁰^ sind, erfaßt und auf dem akustischen Mikroskop dargestellt sind, macht die erhaltene Bildkonstante die Verteilung von akustischen Schwächungs- bzw. Dämpfungsfaktoren der Probe konstant (nachfolgend einfach als Schwächungsbzw. Dämpfungskonstante bezeichnet). In der praktisch eingesetzten Vorrichtung wird die Intensität von HF-Impulsen zum Oszillieren der Schallwellen fixiert und der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers, welcher Schallwellen-Erfassungssignale verstärkt, wird zweckmäßig so eingestellt, daß das Bild auf der Kathodenstrahlröhre mit einer geeigne-

ten Helligkeit dargestellt wird. Gemäß der herkömmlichen Vorrichtung besteht demzufolge eine nicht bestimmte Beziehung zwischen der Schwächungskonstante der Probe und der Helligkeit des Signales an der Kathodenstrahlröhre. Es ist nämlich nicht erlaubt, Informationen variabler

Dichte des erhaltenen Schallwellenbildes als gemessene Daten der Schwächungskonstante der Probe zu verwenden.

Wenn es in weiterer Einzelheit erwähnt wird, selbst wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers dargestellt wird, ist es schwierig, die Dämpfungskonstante der Probe genau zu messen. Diese Schwierigkeit besteht deshalb, weil die Absetzwirksamkeit eines Wandlers, der Schallwellen erzeugt, in Abhängigkeit von der Frequenz variiert. Daneben variiert die obenerwähnte Wirksamkeit selbst dann, wenn eine fixierte Frequenz verwendet wird, mit dem Altern. Demzufolge umfaßt die Annahme, die Intensität der Schallwellen, welche auf die Probe auftreffen, stütze sich auf der Intensität von HF-Impulsen, nicht-korrekte Faktoren. Ein anderer Grund besteht darin, daß die Empfindlichkeit eines empfangenden Wandlers zum Erfassen von Schallwellen, die durch die Probe geleitet worden sind, ebenfalls in Abhängigkeit von der Frequenz und dem Altern variiert. Demzufolge umfaßt die Annahme, die Intensität von Schallwellen, welche durch die Probe geleitet sind, stütze sich auf den Verstärkungsfaktor eines Verstärkers, der Erfassungssignale verstärkt oder sich auf die Bildhelligkeit am Kathodenstrahlrohr stütze, ebenfalls nicht korrekte Faktoren.

Die Erfindung betrifft ein akustisches Mikroskop der Reflexionsart, welches ein Bild erhält, das die Verteilung von Dämpfungsfaktoren einer Probe reflektiert, indem Echos erfaßt werden, die von der Rückfläche der Probe reflektiert werden. Das akustische Mikroskop dieser Art ist in der japanischen Patentanmeldung 35828/1983

erläutert.
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Ein Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein akustisches Mikroskop zu schaffen, welches Dämpfungskonstanten (attenuation constants) anzeigen kann, welche einer Probe immer innewohnen, ohne durch die Betriebsbedingungen beeinträchtigt zu werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein akustisches Mikroskop, welches eine Anzeige mit gutem Kontrast durch Umwandeln def Änderung in zweidimensionale Verteilung von Dämpfungskonstanten in eine natürliche Skala bzw. Maßstab erzeugt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein akustisches Mikroskop, welches scheibenartig lediglich willkürlich ausgewählte Bereiche von Dämpfungsfaktoren in Abhängigkeit von dem lokalisierten Niveau von Dämpfungsfaktoren einer zu beobachtenden Probe darstellt, so daß das Bild mit klarem und erhöhtem Kontrast produziert werden kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein von einer Grenzfläche zwischen einer Linse und einem akustischen Ausbreitungsmedium reflektiertes Eaho, welches bislang als nutzlos betrachtet wurde, als ein Bezugssignal eingesetzt wird, und ein Erfassungssignal des von der Rückfläche der Probe reflektierten Echos wird mit dem obigen Bezugssignal verglichen, um Dämpfungsfaktoren der Probe darzustellen. Ähnlich wie die Intensität eines Echos von der Probe variiert die Intensität eines Echos von der Grenzfläche der Linse in Abhängigkeit von der Intensität von HF-Impulsen, die angelegt sind von der Leit-/Empfangsempfindlichkeit des Wandlers und von der Ausbeute bzw. Verstärkung des variablen Verstärkers. Jedoch bleibt das Intensitätsverhältnis dieser beiden Echos unbeachtet dieser Größenkonstante. Sich stützend auf die obige Tatsache können Dämpfungskonstanten der Probe sicher dar-

^ÖU gestellt werden, ohne durch diese Größen beeinflußt zu werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines Level-Wählschaltkreises, welcher Empfangssignale von einem akustischen Wandler einführt, der eine zweidimensionale Verteilung von Dämpfungskonstanten der

Probe darstellt, welche gestattet, daß die Empfangssignale nur dann durchtreten, wenn sie Intensitäten aufweisen, die innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen, und welcher den Durchgang dieser empfangenen Signale verhindert, wenn sie Intensitäten aufweisen, die außerhalb dieses Bereiches liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. 10

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau eines herkömmlichen akustischen Mikroskopes darstellt,

Fig. 2 ein Diagramm seiner Betriebsweise,

Fig. 3 ein Diagramm, welches den Reflexionsmechanismus darstellt,

Fig. 4 ein Blockdiagramm, welches ein Behandlungsverfahren der reflektierten Wellen darstellt,
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Fig. 5 ein Diagramm der Intensitäten von Echos

von der Linsen-Grenzfläche und von der Probe,

"^O Fig. 6 ein Blockdiagramm, wobei eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist,

Fig. 7 ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb

nach Fig. 6 darstellt, und 35

Fig. 8 ein Schaltkreisdiagramm eines Blockes

nach Fig. 6.

Vor Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung wird der fundamentale Aufbau eines akustischen Mikroskopes der Reflexionsart unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben, auf welches die vorliegende Erfindung anwendbar ist. 5

Ein Wandler, der Ultraschallwellen erzeugt und erfaßt, besteht im wesentlichen aus einem piezoelektrischen dünnen Film 20 und einer akustischen Linse 40. D.h. ein Linsenkristall 40 (beispielsweise ein zylindrisches Kristall von Saphir, Quartz, Glas ο.dgl.) weist eine flache Oberfläche an seinem einen Ende 41 auf, die optisch poliert ist, wobei an dem anderen Ende ein halbkreisförmiges Loch 42 von einem sehr geringen Krümmungsradius (beispielsweise 0,1 bis 1 mm) vorgesehen ist. Wenn elektrische Signale, die von einem HF-Impulsgenerator 100 erzeugt sind, an die oberen und unteren Elektroden angelegt werden, welche in der Form von Schichten konstruiert sind, die aus einer oberen Elektrode 10, dem piezoelektrischen dünnen Film 20 und einer unteren Elektrode 11 bestehen, die an der Endfläche 41 metallisiert sind, werden ebene Ultraschallwellen 80 von HF-Impulsen in das Linsenkristall 40 aufgrund der piezoelektrischen Wirkung des piezoelektrischen dünnen Filmes emittiert. Die ebenen akustischen Wellen werden auf einer Probe 60 fokussiert, welche auf der Oberfläche eines

*° vorbestimmten Brennpunktes durch eine positive akustische sphärische Linse angeordnet ist, die von der Grenzfläche zwischen dem halbkreisförmigen Loch 42 und einem Medium 50 gebildet ist (welches normalerweise reines Wasser ist).

Die Ultraschallwellen, die von der Probe 60 reflektiert sind, werden von der akustischen Linse gesammelt, in ebene Ultraschallwellen umgewandelt, welche sieh durch das Linsenkristall 40 ausbreiten und abschließend in elektrische HF-Impulssignale aufgrund des umgekehrten piezoelektrischen Effektes des piezoelektrischen dünnen Filmes umgewandelt werden. Die elektrischen HF-Impuls-

signale werden verstärkt und von einem HF-Empfänger 110 erfaßt, in Bildsignale (1 bis 10 MHz) umgewandelt und als Helligkeitssignale (Z-Eingänge) für die Kathodenstrahlröhre 130 verwendet.
5

Bei der obigen Konstruktion wird die auf dem Probenständer 70 angeordnete Probe 60 zweidimensional von einer zweidimensionalen Abtasteinrichtung 120 in der X-Y-Ebene vibriert und die Bildsignale werden an der Kathodenstrahlröhre 130 synchron mit ihrem Abtasten dargestellt. Somit wird ein mikroskopisches Bild erhalten.

In Fig. 2 ist diese Bedingung in Ausdrücken von Bildfrequenzbereichen gezeigt, in denen auf der Abszisse die Zeit und der Ordinate die Intensität der Signale aufgezeichnet ist. In Fig. 2 bedeutet der Buchstabe A ein durch den Wandler gelaufenes Signal, B ein Echo von der Linsengrenzfläche 42 und C ein Echo, welches von der Probe reflektiert ist. Sie werden zu einer Wiederholzeit t_D wiederholt, um jedes Bildelement zu bilden. Das reft

flektierte Echo C ändert sich in Abhängigkeit von den akustischen Eigenschaften der Probe oder dem Abtasten der Probe. Demzufolge wird, wenn die Intensität des reflektierten Echos C synchron mit der sich wiederholenden Periode geprüft wird und die Signale auf der Kathodenstrahlröhre synchron mit dem mechanischen Abtasten der Probe dargestellt werden, ein akustisches Bild erhalten.

Wenn ein Gewebestück eines lebenden Gegenstandes bzw. Körpers mit dem Aufbau beobachtet wird, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, dient die Intensität des reflektierten Echos C als das Datum, welches eine Dämpfungskonstante einer Probe des lebenden Körpers reflektiert. In Fig. 3 ist die Probe 143 eines lebenden Körpers von einer Probenplatte 144 fixiert, die aus einem Glas oder einem

Metall zusammengesetzt ist, welches eine akustische Impedanz aufweist, die größer als eine akustische Impedanz der Probe ist. Wenn die obere Fläche der Probe 143 des lebenden Körpers durch L. seine untere Oberfläche mit L ο und die Dicke durch d gekennzeichnet ist, wird der Ultraschallwellenstrahl 141, welcher auf die Probe von einer oberen Richtung auftrifft, zunächst teilweise von der Grenzfläche £ - reflektiert. Jedoch wird der größte Teil des Strahles 141 in die Probe 143 geleitet. Hier ist die Reflexionsgröße sehr gering, weil die akustische Impedanz der Probe 143 des lebenden Körpers nahe an der akustischen Impedanz des Mediums 142 liegt. Die Schallwelle, die sich durch die Probe 143 fortgepflanzt haben, werden von der Zwischenfläche JL~ reflektiert, breiten sich durch die Probe aufwärts in der Zeichnung aus, treten in das Wasser 142 über die Grenzfläche (. . ein unu werden von einem Fühlsystem 140 als reflektierte Schallwellen erfaßt. Wenn das Unterlagematerial 144 eine akustische Impedanz aufweist, die ausreichend größer als die der Probe des lebenden Körpers ist, kann beobachtet werden, daß die Schallwellen vollständig von der Zwischenfläche <*- reflektiert werden. Mit dem Aufbau nach Fig. 3 werden die reflektierten Signale virtuell durch die Signale bestimmt, welche von der Grenzfläche L^ reflektiert werden.

Wenn die akustischen Impedanzen der Probe des lebenden Körpers, des Wassers und des Unterlagematerials mit Zg, Z_w bzw. Z„ bezeichnet werden, wird eine Reflexionskonstante R gegeben durch:
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^(zB-^zs^)e"^je

VVW sVBs

(1)

wobei 0 = 2(k - jo£s)d, und k eine Wellenzahl ist.

Demzufolge, weil Ζ_β5^Ζο, Z_w und Z„ = Z„ + ^ Z und Az/Z„*1 ist, ist die Reflexionskonstante gegeben durch

wobeiO^ eine Dämpfungs- bzw. Schwächungskonstante der

Probe bedeutet.

Das heißt, bei dem obenerwähnten Aufbau ist das reflektierte Signal äquivalent zu einem Transmissionssignal, das sich zweimal durch die Probe eines lebenden Körpers ¹^ fortgepflanzt hat. Demzufolge wird ein ausgezeichneter Kontrast aufgrund einer Relation einer Quadratkraft erhalten, um die Dämpfungskonstanteö^ der Probe zu re-, flektieren.

^O Insoweit wurden die elektrischen Signale (reflektierte Ultraschallwellen), die proportional zum Reflexionsfaktor R sind, in der Form von Helligkeit auf der Kathodenstrahlröhre dargestellt. Die obenerwähnte Situation zeigt indessen die Tatsache an, daß die Dämpfungsfaktoren der

^ Probe oder die zweidimensionale Verteilung von physikalischen Größen in Bezug auf die Probe durch Untersuchung der Intensität der reflektierten Echos C gefunden werden kann. Unter Zugrundelegung dieses Gesichtspunktes wurde nunmehr überraschend gefunden, daß es eine beträchtliche

Schwierigkeit gibt, wenn die Reflexionsintensität einfach in der Form von Helligkeit in herkömmlicher Weise dargestellt wird. Zunächst wird das herkömmliche Verfahren einer Behandlung der Echos C nachfolgend beschrieben.

Unter Bezug auf Fig. 4 wird ein von einem HF-Impuls-Oszillator 150 erzeugtes Ausgangssignal (Intensität E)

über einen Richtkoppler 151 an einen Wandler 153 angelegt, der aus einer Linse und einem piezoelektrischen dünnen Film besteht. Das elektrische HF-Signal, welches ein Ultraschallwellensignal (wie das in Fig. 2 gezeigte) enthält, das von der Probe reflektiert wurde, erstreckt sich durch den richtungsempfindlichen Koppler 151, wird in einem variablen HF-Verstärker 15^ (mit einem Verstärkungsgrad G) verstärkt, von einer Diode in einem Bilddetektor 155 erfaßt, wobei die Wellenform in Fig. 2 der Wellenform dieses Ausganges entspricht, durch einen Prüfschaltkreis 156 in der Form lediglich der Intensität des Echos C entnommen und wird als Fälligkeitssignal für die Kathodenstrahlröhre verwendet.

Gemäß der herkömmlichen Methode ist die Intensität E der angelegten HF-Impulse fixiert, und die Verstärtcung des Verstärkers 154 wird lmanuell eingestellt, so daß die Intensität des reflektierten Echos C ein Niveau einnehmen

wird, um die Kathodenstrahlröhre geeignet aufzuhellen. 20

Bei diesem herkömmlichen Verfahren besteht demzufolge keine bestimmte Beziehung zwischen den Dämpfungskonstanten der Probe und den Helligkeitssignalen an der Kathodenstrahlröhre, und es ist nicht gestattet, angezeigte Daten des ^5 erhaltenen Schallwellenbildes als Meßdaten zu verwenden.

Gemäß der Erfindung wird andererseits als Bezugssignal Gebrauch gemacht von einem Echo B, das von der Grenzfläche einer Linse und einem Medium reflektiert ist, welches

bislang als nutzlos betrachtet worden ist. Ähnlich der Intensität des Echos C von der Probe variiert die Intensität des Echos B von der Grenzfläche der Linse ebenfalls im Verhältnis zu den obigen drei Größen, d.h. sie variiert im Verhältnis zu der Intensität E der angelegten HF-Impulse, der Leit-/Empfangsempfindlichkeit T des Wandlers und dem Verstärkungsgrad G des variablen Verstärkers.

Es wurde indessen gefunden, daß das Verhältnis dieser beiden Echos unabhängig von diesen Größen konstant bleibt.

Die Situation wird nun qualitativ in Bezug auf Fig. 5 erläutert. In Fig. 5 ist das Echo B von der Grenzfläche der Linse durch ein Phänomen geschaffen, in dem ein in der Linse 220 von einem piezoelektrischen dünnen Film 210 erzeugte Ultraschallwellenimpuls von der Grenzfläche 230 der Linse reflektiert wird. Demzufolge ist die Intensität Vg des Echos B gegeben durch:

²W " ²T
V_n « ETG (3)

^{B 2}W ^{+ 2}L

wobei Z. eine akustische Impedanz der Linse bedeutet.

Hier stellt (Z_w~ Z^) (Z_w + Z_L) einen Reflexionsfaktor der Zwischenfläche der Linse dar.

Unter Bezug auf das Echo C, das von der Probe andererseite reflektiert ist, pflanzt sich der die Grenzfläche 230 der Linse erreichende Ultraschallwellenimpuls weiter durch das Medium 240 fort, während er gedämpft wird, wird von der Probe 250 reflektiert und wiederum von der Linse gesammelt. Demzufolge ist die Intensität Vp des Echos C gegeben durch:

V-ETG ^Wd*R (4)

<²L ⁺ V

wobei *(. _Ir einen Dämpfungs- bzw. Schwächungsfaktor pro

W S

Einheit Ausbreitabstand in dem Medium und d einen Abstand zwischen der Linse und der Probe bedeuten. Hier

bezeichnet der Ausdruck 4Z.Z_W/(Z, + Z„) einen übertragungsfaktor, wenn sich das Echo doppelt durch die

—2*£

Grenzfläche der Linse erstreckt, wobei e~ _wd einen

¹

Dämpfungsfaktor für das Echo bedeutet, das durch 2d in dem Medium schwingt.

Demzufolge ist, wenn die Intensität des Echos B von der Grenzfläche der Linse als Bezug genommen ist, die Intensität des Echos C, das von der Probe reflektiert ist, durch ein Verhältnis gegeben:

^VC ⁴²L²W 2o ^ " ^e

Somit ist es möglich, ein absolutes Niveau für das reflektierte Echo C unabhängig von den obenerwähnten drei variablen Größen E, T, G einzustellen.

Selbst wenn die Größen E, T und G geändert werden, um ein optimales Bild zu erreichen, bleibt die Größe des reflektierten Echos C, d.h. die Intensität des reflektierten Echos C mit der Intensität des Echos B von der Grenzfläche der Linse als Bezug unverändert. Selbst wenn der Verstärkungsgrad so eingestellt ist, daß er für die Beobachtung des Bildes angepaßt ist, kann die zweidimensionale Verteilung der Dämpfungskonstante der Probe unabhängig und qualitativ gemessen werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Erfindung, die später erläutert wird, wird eine neue Technik angewandt; d.h. unter den Signalen verschiedener Dämpfungsfaktoren der Probe, welche wie oben erläutert erhalten sind, werden nur Dämpfungsfaktoren, die innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen, auf der Kathodenstrahlröhre dargestellt, um das Bild zu beschreiben. Wenn beispielsweise eine Probe eines lebenden Körpers beobachtet wird,

"° kann die Dämpfungs- bzw. Schwächungskonstante für das Bindegewebe ungefähr -20 bis -30 dB und für einen

Krebsbereich des Gewebes ungefähr -40 bis -60 dB ausmachen. Somit werden die Grade der Dämpfungsfaktoren in Abhängigkeit von dem zu beobachtenden Objekt lokalisiert. Wenn demzufolge die Verteilung einer Dämpfungskonstante, die innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, lediglich herausgenommen und dargestellt wird, kann das Bild mit klarerem Kontrast dargestellt werden, und zwar aufgrund der zweidimensionalen Verteilung der Dämpfungskonstante. Für diesen Zweck brauchen die Dämpfungsfaktoren, die innerhalb eines gegebenen Bereiches liegen (beispielsweise von -20 dB bis -30dB)lediglich dargestellt zu werden. Hier sollte der Bereich willkürlich geändert werden können.

¹^ Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von Fig. 6 und 7 näher erläutert, welche ein Zeitschaubild ist, welches den Betrieb dieser Ausführungsform darstellt.

Ein HF-kontinuierlicher Wellenoszillator 300 produziert kontinuierliche elektrische HF-Wellensignale einer Frequenz von beispielsweise 1 GHz. Ein Analogschalter 310 wird von einem Steuersignal 345 (in Fig. 7b gezeigt) von einem Steuerschaltkreis 340 gesteuert. Ein HF-Signal,

welches den Analogschalter 310 passiert hat, wird in ein HF-Impulssignal einer Dauerzeit t, (beispielsweise 100 ns) umgewandelt und über einen richtungsempfindlichen Koppler 320 an einen Wandler 330 gelegt. Der Wandler 330 ist der gleiche wie der Wandler nach Fig.1.

Ein Reflexions-Erfassungssignal, welches von dem Wandler erhalten wird, wird durch den richtungsempfindlichen Koppler 320 geleitet, durch einen AGC-Verstärker 350 und einen variablen Hochfrequenz-Verstärker 360 verstärkt, in ein Bildsignal (ein Band von bis zu

10 MHz) durch einen HF-Detektor 370 umgewandelt und wird an einen Analogtorschaltkreis 380 angelegt, welcher

lediglich ein Echo C herauszieht, das von der Probe mit den reflektierten Echos A, B und C nach Fig. 7a in Ansprechen auf ein Steuersignal 3^7 nach Fig. 7d reflektiert wird, um so ein Prüfsignal eines Dämpfungsfaktors der Probe zu schaffen.

Der Ausgang des AGC-Verstärkers 350 (Wellenform nach Fig. 7a) wird auf einem Video-Band durch einen HF-Detektor 390 umgewandelt und an einen Analogtorschaltkreis 400 angelegt, welcher das Echo B, welches von der Grenzfläche der Linse in Ansprechen auf ein Steuersignal 349 nach Fig. 7c reflektiert ist, herauszieht und es einem Eingangsende eines !Comparators 410 zuführt. Der Komparator 410 erfaßt einen Unterschied zwischen einer Spannung des reflektierten Echos B und einer eingestellten Bezugsspannung V _f. Eine AGC-Schleife wurde gebildet, um den Verstärkungsgrad des AGC-Verstärkers 350 zu steuern, so daß der Ausgang des Komparators 410 Null wird.

Gemäß dem obenerwähnten Aufbau wird der Verstärkungsgrad des AGC-Verstärkers 350 (die Verstärkung des AGC-Verstärkers in diesem Augenblick wird mit G bezeichnet) so eingestellt, daß die Intensität des Echos b von der Grenzfläche der Linse in Übereinstimmung mit einer vorgewählten Bezugsspannung unabhängig von der Intensität E der angelegten HF-Impulse oder der Leit-/Empfangsempfindlichkeit T des Wandlers gebracht wird. Demzufolge wird das von der Probe reflektierte Echo automatisch durch G - Male verstärkt. Durch Verwendung des ver-

stärkten Faktors G- des variablen Verstärkers 360 können die sich aus den Dämpfungsfaktoren ergebenden Daten nur von den Daten genommen werden, welche von den Echos getragen sind, die von der Probe reflektiert sind, und zwar aufgrund einer Beziehung

^VC = V ^VB

wobei die Intensität des Echos B von der Grenzfläche der Linse als Bezug dient. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Verstärkungsfaktor-Prüfausgang an einen Level-Wählschaltkreis 600 über einen logarithmischen Komprimierschaltkreis 500 angelegt, und der Ausgang hieraus wird als Helligkeitssignal für die Kathodenstrahlröhre verwendet.

In Fig. 8 ist eine Ausführungsform des Niveau-Wählschaltkreises gezeigt, in dem ein Ausgang einer digitalen Menge (beispielsweise bestehend aus 8 Bits), welcher den Dämpfungsfaktor anzeigt, in ein Analogsignal über einen Djft-Wandler 610 umgewandelt wird und als Helligkeitssignal für die Kathodenstrahlröhre über einen Analogschalter 630 verwendet wird. Das Analogsignal wird in einen Fensterkomparator 620 eingegeben. Wenn das Analogsignal eine Amplitude aufweist, die zwischen einem unteren Grenzlevel x. und einem oberen Grenzlevel x~ des von dem Operator bestimmten Dämpfungsfaktors liegt, gestattet der Analogschalter 630 den Durchgang des Ausganges des Komparators 620. Dann werden die Signale innerhalb eines Bereiches χ = X₁ bis X₂ direkt auf der Kathodenstrahlröhre dargestellt. Andere Signale können jedoch nicht durch den Analogschalter 63Ο gelangen und werden nicht dargestellt.

Die Funktion einer Niveau-Auswahl ist somit geschaffen.

Obwohl ein Analogkomparator als Niveau-Wählerschaltkreis bei dieser Ausführungsform verwendet wurde, ist es auch gestattet, die arithmetische Operation in digitaler

Weise der Verwendung eines Mikrocomputers zu steuern.

Schließlich sollte, um 0 dB zu kalibrieren, welches ein Absolutwert für den Dämpfungsfaktor ist, die Vorrichtung auf der Grundlage der Signale kalibriert werden, die von einem Spiegel reflektiert sind, welcher als Unterlagematerial dient, wenn keine Probe eines lebenden Körpers vorhanden ist.

■A-

- Leerseite -

Claims

PATENT-BARDEHLE, PAGENBERG, DOS", ATTENEöJnG & PARTNER RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNE JOCHEN PAGENBERG dk jur . Lt μ harvard·· HEINZ BARDEHLE dipl ing BERNHARD FROHWITTER oipl ing ■ WOLFGANG A. DOST dr . dipl -chem GÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH dipl .ng «=η>· UDO W. ALTENBURG d.pl -phys POSTFACH 86Ο62Ο. 80OO MÜNCHEN TELEFON (089)980361 TELEX 5 22 791 pad d CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN BÜRO: GALILEIPLATZ 1. 8 MÜNCHEN datum 24. April 1984 H 5431 Patentansprüche

1.1 Akustisches Mikroskop, gekennzeichnet

ireh einen Akustik-Wandler^, der ein pieoelektrisches Element und eine akustische Linse aufweist, durch eine Probenhalteeinrichtung, welche eine Probe in einer solchen Weise erhält, daß sie dem Wandler über ein akustisches über'tragungsmedium gegenüberliegt, wobei die Auflagefläche .der Probenhalteeinrichtung mit einem reflektierenden Material beschichtet ist, durch eine Antriebseinrichtung, welche den Wandler impulsartig in Ansprechen auf elektrische Signale betreibt, durch eine Empfangseinrichtung, welche reflektierte Echos verstärkt und erfaßt, die von dem Wandler erfaßt sind, und durch eine Probenahme- bzw. Prüfeinrichtung, welche gewünschte Ausgänge unter den Ausgängen von der Empfangseinrichtung prüft, um Darstellungssignale zu erzeugen, wobei weiterhin eine Bezugsausgangs-Erzeugungseinrichtung vorgesehen ist, welche

ein von einer Grenzfläche zwischen der akustischen Linse und dem akustischen Übertragungsmedium reflektiertes Echo unter den reflektierten Echos prüft und welche die Ausgangsspannung als Bezugssignal für die Darstellungssignale erzeugt.

2. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niveau-Wählerschaltkreis vorgesehen ist, welcher lediglich die Signale darstellt, deren Intensitäten innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unter den Darstellungssignalen liegen.

3- Akustisches Mikroskop, gekennzeichnet durch einen akustischen Wandler, welcher ein piezoelektrisches Element und eine akustische Linse aufweist, durch eine Probenhalteeinrichtung, welche eine Probe in einer solchen Weise hält, daß sie dem Wandler über ein akustisches Übertragungsmedium gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Unterlagefläche der Probenhalteeinrichtung mit einem reflektierenden Material beschichtet ist, durch eine Antriebseinrichtung, welche den Wandler impulsartig in Ansprechen auf elektrische Signale betreibt, durch eine Empfangseinrichtung, welche reflektierte Echos verstärkt und erfaßt, die von dem Wandler erfaßt worden

²^ sind,durch eine AVR-Schaltkreiseinrichtung, welche ein Echo prüft, das von einer Grenzfläche zwischen der akustischen Linse und dem akustischen Übertragungsmedium unter den reflektierten Echos reflektiert ist und welche den Verstärkungsfaktor der Empfangseinrichtung derart steuert,

daß ihr Ausgang einen vorbestimmten Wert erreicht, und durch eine Prüfeinrichtung, welche ein Echo prüft und darstellt, das von der Probe unter den reflektierten Echos reflektiert ist.

4. Akustisches Mikroskop, gekennzeichnet durch einen akustischen Wandler, welcher einen akustischen Strahl erzeugt, der in einem vorbestimmten Brennpunkt fokussiert wird und welcher Störungsschallwellen erfaßt, die von dem akustischen Strahl erzeugt sind, durch eine Abtasteinrichtung, welche eine Probe wirksam und zweidimensional abtastet, die in der Nähe des Brennpunktes des akustischen Wandlers gehalten ist, durch eine Empfangseinrichtung, welche Detektionsausgänge von

¹^ dem akustischen Wandler empfängt und welche Signale erzeugt, welche eine zweidimensionale Verteilung von Dämpfungsfaktoren der Probe darstellen, durch einen Niveau-Wählerschaltkreis, welcher die Ausgänge der Empfangseinrichtung eingibt, welche den Durchgang von

¹^ Signalen gestattet, wenn die Eingangssignale Niveaus aufweisen, die innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen und welche den Durchgang von Signalen verhindert, wenn ihre Levels außerhalb dieses vorbestimmten Bereiches liegen, und durch eine zweidimensionale Darstellungsein^w richtung, welche die Signale darstellt, welche durch den Niveau-Wählerschaltkreis gelangt sind.