DE3415283C2 - Akustisches Mikroskop - Google Patents

Abstract

Ein akustisches Mikroskop des Types einer mechanischen Abtastung wird vorgeschlagen, in welchem ein einziger Wandler arbeitet, um einen akustischen Strahl zu erzeugen und von der Probe reflektierte Echos zu erfassen. Ein von einer Zwischenfläche zwischen einer akustischen Linse und einem akustischen Fortpflanzungsmedium reflektiertes Echo wird erfaßt, und die erfaßte Intensität wird als Bezug für die Darstellung der Verteilung von Dämpfungsfaktoren in zweidimensionaler Weise verwendet. Unter den Signalen, welche die Verteilung von Dämpfungsfaktoren der Probe repräsentieren, werden lediglich solche Signale, welche Intensitäten innerhalb eines vorbestimmten Bereiches aufweisen, dargestellt, um ein Bild der Probe zu erhalten, welches die Verteilung von Dämpfungsfaktoren lediglich eines vorbestimmten Bereiches repräsentiert.

Description

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leitet sind, stütze sich auf den Verstärkungsfaktor eines In der Zeichnung zeigt

Verstärkers, der Erfassungssignale verstärkt oder sich Fig. 1 ein Diagramm, welches schematisch den Aufauf die Bildhelligkeit am Kathodenstrahlrohr stütze, bau eines herkömmlichen akustischen Mikroskops darebenfalls nicht korrekte Faktoren. stellt,

Aus der DE-OS 32 14 562 ist es bekannt, daß bei aku- 5 F i g. 2 ein Diagramm seiner Betriebsweise,

stischen Mikroskopen Linsenreflexionssignale — dort F i g. 3 ein Diagramm, welches den Reflexionsmecha-

b 1 genannt — auftreten, können. Die in dieser Entge- nismus darstellt,

genhaltung vorgeschlagene Lösung besteht darin, durch F i g. 4 ein Blockdiagramm, welches ein Behandlungseine Impedaiizanpassungsschicht derartige Reflexions- verfahren der reflektierten Wellen darstellt,
: signale zu vermeiden. Die Impedanzanpassungsschicht 10 Fig.5 ein Diagramm der Intensitäten von Echos von 5; 46 wird dabei in komplizierter Weise aus verschiedenen der Linsen-Grenzfläche und von der Probe,
■■ Materialien durch Aufdampfen auf die akustische Linse F i g. 6 ein Blockdiagramm, wobei eine Ausführungs-■;■^; erzeugt form der Erfindung gezeigt ist,

;> Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- Fig.7 ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb nach

;; gründe, ein akustisches Mikroskop der im Oberbegriff 15 F i g. 6 darstellt, und

f des Anspruchs 1 definierten Art zu schaffen, dessen Fig.8 ein Schaltkreisdiagramm eines Blockes 600

■ Wiedergabequalität von Intensitätsschwankungen des nach Fig. 6.

\l angelegten HF-Impulses, der Empfangsempfindlichkeit Vor Erläuterung einer Ausführungsform der Erfin-

j| des Wandlers und dem Verstärkungsgrad eines varia- dung wird der fundamentale Aufbau eines akustischen

ii blen Verstärkers unabhängig ist Das zu schaffende aku- 20 Mikroskops der Reflexionsart ur;,y;f Bezug auf Fig. 1

If stische Mikroskop soll also Dämpfungskopstanten, die beschrisben, auf weiches die voriieger-de Erfindung an-

% einer Probe innewohnen, anzeigen können, ohne durch wendbiir ist

|i die Betriebsbedingungen beeinträchtigt oder gestört zu Ein Wandler, der Ultraschallwellen erzeugt und er-

H werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch faßt, besteht im wesentlichen aus einem piezoelektri-

'-' ein akustisches Mikroskop gelöst, wie es im Anspruch 1 25 scher, dünnen Film 20 und einer akustischen Linse 40.

1« gekennzeichnet ist D. h. ein Linsenkristall 40 (beispielsweise ein zylindri-

I In vorteilhafter Weise erlaubt das akustische Mikro- sches Kristall von Saphir, Quartz, Glas o. dgL) weist eine

% skop der vorliegenden Erfindung eine Anzeige mit gu- flache Oberfläche an seinem einen Ende 41 auf, die op-

|| tem Kontrast durch Umwandeln der zweidimensionalen tisch poliert ist, wobei an dem anderen Ende ein halb-

i| Verteilung von Dämpfungskonstanten in eine natürliche 30 kreisföitniges Loch 42 von einem sehr geringen Krfim-

% Skala. Das akustische Mikroskop der Erfindung erlaubt mungsradius (beispielsweise 0,1 bis 1 mm) vorgesehen

% die Wiedergabe in scheibenartiger Weise von willkür- ist Wenn ,elektrische Signale, die von einem HF-Impuls-

% Hch ausgewählten Bereichen von Dämpfungsfaktoren in generator 100 erzeugt sind, an die oberen und unteren

§ Abhängigkeit von dem lokalen Niveau der Dämpfungs- Elektroden angelegt werden, welche in der Form von

f| faktoren der untersuchten Probe, derart, daß ein Bild 35 Schichten konstruiert sind, die aus einer oberen Elektro-

•f, mit klarem und erhöhtem Kontrast produziert werden de 10, dem piezoelektrischen dünnen Fifrn 20 und einer

t kann. unteren Eelektrode 11 bestehen, die an der Endfläche 41

$ Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop wird ein von metallisiert sind, werden ebene Ultraschallwellen 80 von

U der Grenzfläche einer Linse und einem akustischen HF-Impulsen in den Linsenkristall 40 aufgrund der pie-

5 Ausbreitungsmedium reflektiertes Echo, welches bis- 40 zoelektrischen Wirkung des piezoelektrischen dünnen

•■i lang als nutzlos betrachtet wurde, als ein Bezugssigna!, Filmes emittiert Die ebenen akustischen Wellen wer-

f| eingesetzt. Ein Erfassungssignal des von der Rückseite den auf einer Probe 60 fokussiert welche in einer durch

g der Probe reflektierten Echos wird mit dem obigen Be- eine positive akustische sphärische Linse vorbestimm-

if zugssignal verglichen, um Dämpfungsfaktoren der Pro- ten Brennebene angeordnet ist die voider Grenzfläche

y be darzustellen. Dabei variiert die. Intensität des Echos 45 zwischen dem halbkreisförmigen Loch 42 und einem

2| von. der Probe ähnlich wie die Intensität des Echos von Medium 50 gebildet ist (welches normalerweise reines

Ά der Grenzfläche der Linse, und zwar in Abhängigkeit Wasser ist).

y von der Intensität der HF-Impulse, die aufgebracht wur- Die Ultraschallwellen, die von der Probe 60 reflek-

f) den, in Abhängigkeit Vv>n der Übertragungs- bzw. Emp- tiert sind, werden von der akustischen Linse gesammelt

\i fangsempfindlichkeit des Wandlers und in Abhängigkeit 50 in ebeme Ultraschallwellen umgewandelt, welche sich

,3 von der Verstärkung des variablen Verstärkers. Das In- durch den Linsenkristall 40 ausbreiten und abschließend

I tensitätsverhältnis dieser beiden Echos bleibt jedoch in elektrische HF-Impülsignale aufgrund des umgekehr-

}, konstant, unabhängig von diesen Einflüssen. Aufgrund ten piezoelektrischen Effektes des piezoelektrischen

I dieser Tatsache "können die Dämpfungskonstanten der dünnen Filmes umgewandelt werden. Die elektrischen

g Probe in dem erfindungsgemäßen Mikroskop definitiv 55 HF-Impulssignaie werden verstärkt und von einem HF-

$ und ohne Einfluß von diesen Größen dargestellt wer- Empfänger 110 erfaßt in Bildsignale (Ibis 10 MHz) um-

c, den. gewandelt und als Helligkeitssignale fZ-Eingänge) für

3 Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Le- die Kathodenstrahlröhre 130 verwendet

I vel-Wählschaltkreis vorgesehen, der nur solche Emp- Bei der obigen Konstruktion wird die auf dem Pro-

^f; fangssignale von dem akustischen Wandler zur zweidi- 60 benständer 70 angeordnete Probe 60 zweidimensional

i mensionalen Darstellung der Dämpfungskonstanten der von einer zweidimensionalen Abtasteinrichtung 120 in

Probe durchläßt, die innerhalb eines vorbestimmten Be- der A'-'K-Ebene abgetastet und die Bildsignale werden

reiches liegen. Der Durchgang der empfangenen Signa- an der Kathodenstrahlröhre 130 synchron mit ihrem

Ie wird dagegen verhindert, wenn deren Intensitäten Abtastein dargest-'Ht Somit wird ein mikroskopisches

außerhalb dieses Bereiches liegen. 65 Bild erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbei- In F i g. 2 ist diese Bedingung in Ausdrücken von Bildspielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläu- Frequenzbereichen gezeigt, in denen auf der Abszisse ^tert- die Zeit und der Ordinate die Intensität der Sienale

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 f/j wiederholt, um jedes Bildelement zu bilden. Das reflektierte Echo Cändert sich in Abhängigkeit von den akustischen Eigenschaften der Probe oder dem Abtasten der Probe. Demzufolge wird, wenn die Intensität des reflekierten 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 F i g. 3 gezeigt ist, dient die Intensität des reflektierten Echos C als das Datum, welches eine Dämpfungskonstante einer Probe des lebender. Körpers reflektiert In F i g. 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 1\, seine untere Oberfläche mit h und die Dicke durch (/gekennzeichnet ist wird der Ultraschallwellenstrahl 141, welcher auf die Probe von einer oberen Richtung auftrifft zunächst teilweise von der Grenzfläcche h 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 Schallwellen, die sich durch die Probe 143 fortgepflanzt haben, werden von der Zwischenfläche k reflektiert breiten sich durch die Probe aufwärts in der Zeichnung aus, treten in das Wasser 142 über die Grenzfläche h ein und 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 h reflektiert werden. Mit dem Aufbau nach F i g. 3 werden die reflektierten Signale durch die Signale bestimmt weiche von der Grenzfläche h reflektiert werden.

Wenn die akustischen Impedanzen der Probe des lebenden Körpers, des Wassers und des Unterlagematerials mit Zs, Zw bzw. Zb bezeichnet werden, wird eine Reflexionskonstante R gegeben durch:

(Z_s- Z_w)(Zs+Zb) + (Z_s+Z_w)(Z_g - Z₅) e~ (Z₅+Z_n)(Zs+ Z₈) + (Z_S-Z„)(Z_B - Zs) c-

wobei e^2(k—jac_s)d, und Areine Wellenzahl ist

Demzufolge, weil Zb>Zs, Zw und Zs=Zw+ΔΖ und ΔΖ/Ζν,<\ ist ist die Reflexionskonstante gegeben durch

»-2Λ d

wobei as 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 fortgepflanzt hat Demzufolge wird ein ausgezeichneter Kontrast aufgrund einer Relation einer Quadratkraft erhalten, um die Dämpfungskonstante txs der

Probe zu reflektieren.

Insoweit wurden die elektrischen Signale (reflektierte Ultraschallwellen), die proportional zum Reflexionsfaktor R sind, in der Form von Helligkeit auf der Kathodens strahlröhre 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 ίο Echos Cgefunden 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 dagestellt wird. Zu-

is nächst wird das herkömmliche Verfahren einer Behandlung der Echos C nachfolgend beschrieben.

Unter Bezug auf Fig.4 wird ein von einem HF-Impu!s Oszillator 150 erzeugtes Aüsgangssigna! (intensiiäi E) über einen Richtkoppler 151 an einen Wandler 153 angelegt der aus einer Linse und einem piezoelekrischen dünnen Film besteht Das elektrische HF-Signal, welches ein Ultraschallwellensignal (wie das in F i g. 2 gezeigte) enthält das von der Probe reflektiert wurde, erstreckt sich durch den richtungsempfindlichen Kopp ler 151, wird in einem variablen HF-Verstärker 154 (mit einem Verstärkungsgrad G) verstärkt, von einer Diode in einem iÜddetektor 155 erfaßt wobei die Wellenfom in F i g. 2 der Wellenform dieses Ausgangs 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 Verstär kung des Verstärkers 154 wird manuell eingestellt, so daß die Intensität des reflektierten Echos C ein Niveau einnehmen wird, um die Kathodenstrahlröhre geeignet aufzuhellen.

Bei diesem herkömmlichen Verfahren besteht demzu-

folge keine bestimmte Beziehung zwischen den Dämpfungskonstanten der Probe und den Helligkeitssignalen an der Kathodenstrahlröhre, und es ist nicht gestattet angezeigte Daten des 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 vari iert 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 Tdes 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 F i g. 5

eo erläutert In F i g. 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 Vgdes Echos 5gegeben durch:

V₈= ETG

(3)

wobei Zi. eine akustische Impedanz der Linse bedeutet.

I liiT sii'lli (7w— Zi) (7.\\>-\ Zi) einen Reflexionsfaktor der /.wiüdiciiflachu der Linse dar.

Unter Bezug auf das Echo C, das von der Probe andercrscils reflektiert ist, pflanzt sieh der die Grenzfläche 230 der Linse erreichende UUraschullwcllenimpuls weiter durch das Medium 240 fort, während er gedämpft wird, ι», ird von der Probe 250 reflektiert und wiederum von der Linse gesammelt. Demzufolge ist die Intensität Vcdes Echos Cgegeben durch:

V₁ = ETG

4 Z_LZ_W (Z₁.+ZwY

wobei (Xw einen Dämpfungs- bzw. Schwächungsfaktor pro Einheit Ausbreitabstand in dem Medium und d einen Abstand zwischen der Linse und der Probe bedeuten. Hier bezeichnet der Ausdruck 4ZtZwZfZt-I-ZiV)² einen üucrüagüiigsiakiöi, wciiii StC-Si das Echo uöppeii durch die Grenzfläche der Linse erstreckt, wobei e~ ^2£*n/ einen Dämpfungsfaktor für das Echo bedeutet, das durch 2c/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:

4 Z_tZ_w

(Z₁.+Z_W)(Z_W-Z₁)

"¹R

Souiit ist es möglich, ein absolutes Niveau für das reflektierte Echo Cunabhängig von den obenerwähnten drei variablen Größen E, T, Ceinzustellen.

Selbst wenn die Größen E, Vund 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 vor 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 zweidimensional 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 bis — 30 dB) lediglich dargestellt zu werden. Hier sollte der Bereich willkürlich geändert werden können.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von F i g. 6 und 7 näher erläuert, welche ein Zeitschaubild ist, welches den Betrieb dieser Ausführungsforin (hrsielli.

Hin !-!!-'-kontinuierlicher Wellenoszillator 300 produziert kontinuierliche elektrische HF-Wellensignale ei^r> ncr Frequenz von beispielsweise I GHz. Ein An.ilogschüllcr 310 wird von einem Steuersignal 345 (in F i g. 7b gezeigt) von einem Steuerschaltkreis 340 gesteuert. Ein HF-Signal, welches den Analogschalter 310 passiert hat, wird in ein HF-Impulssignal einer Dauerzeit u (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 Anaiogschaiikreis 360 angelegt, welcher lediglich ein Echo C herauszieht, das von der Probe mit den reflektierten Echos A, B und C nch F i g. 7a in Ansprechen auf ein Steuersignal 347 nach Fig.7d reflektiert wird, um so ein Prüfsignal eines Dämpfungsfaktors der Probe zu schaffen.

Der Ausgang des AGC-Verstärkers 350 (Wellenform nach F i g. 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 F i g. 7c reflektiert ist, herauszieht und es einem Eingangsende eines Komparators 410 zuführt. Der Komparator 410 erfaßt einen Unterschied zwischen einer Spannung des reflektierten Echos B und einer eingestellten Bezugsspannung V_rcf. 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-Verstärkes 350 (die Verstärkung des AGC-Verstärkers in diesem Augenblick wird mit Co bezeichnet) so eingestellt, daß die Intensität des Echos b von der Grenzfläche derLinse 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 Go-MaIe verstärkt. Durch Verwendung des verstärkten Faktors G\ des variablen Verstärkers 360 können die sich aus den Dämpfungsfaktoren ergebenden Daten nur von den Daten gerommen werden, welche von den Echos getragen sind, die von der Probe reflektiert sind, und zwar aufgrund einer Beziehung

V_b

wobei die Intensität des Echos 8 von der Grenzfläche der Linse als Bezug dient Gemäß dieser Ausführungsform wird der Verstärkungsfaktor-Prüfausgang an ei- nen Level-Wählschaltkreis 600 über einen logarithmischen Komprimierschaltkreis 500 angelegt, und der Ausgang hieraus wird als Helligkeitssignal für die Kathodenstrahlröhre verwendet
In F i g. 8 ist eine Ausführungsform des Niveau-Wähl-Schaltkreises gezeigt in dem ein Ausgang einer digitalen Menge (beispielsweise bestehend aus 8 Bits), welcher den Dämpfungsfaktor anzeigt in ein Analogsignal über einen D/A-Wandler 610 umgewandelt wird und als HeI-

ligkeitssignal 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 X2 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 x—X] bis X2 direkt auf der Kathodenstrahlröhre dargestellt. Andere Signale können jedoch nicht durch den Analogschalter 630 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 FVobe eines lebenden Körpers vorhanden ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

40

50

Claims (4)

1 2 ρ _ , chen Körpers verwendet werden können. Ultraschall- raieniansprucne: weUen haben nSm^cheine Ejgenschaft durch Materi-

1. Akustisches Mikroskop, alien zu dringen, die für licht oder Elektronenstrahlen mit einem Wandler, der ein piezoelektrisches EIe- optisch undurchlässig sein können. Je höher die Frement (20) und eine akustische Linse (42) aufweist, 5 quenz ist, um so genauer können die Gegenstände bemit einer Probehalterungseinrichtung (70), welche schrieben werden. Weiterhin geben die mit Ultraschalleine Probe derart aufnehmen kann, daß diese über wellen erhaltenen Daten dynamische Eigenschaften der ein akustisches Übertragungsmedium (50) dem Gegenstände, wie beispielsweise Elastizität, Dicht;, Vis-Wandler gegenüberliegt, kosität u. dgL, wieder und machen es möglich, die Innenmit einer Antriebseinrichtung, die den Wandler im- to struktur kennen zu lernen, die mit Licht oder Elektropulsartig durch elektrische Signale betreibt, nenstrahlen nicht erreichbar ist

mit einer Empfangseinrichtung (320,350), welche re- Untersuchungen wurden in bezug auf das akustische

flektierte Signale (B, C) verstärkt und erfaßt. Mikroskop vorwärtsgetrieben, welches die meisten der

mit einer Prüfeinrichtung (380), welche gewünschte Ultraschallwellen durch Verwendung von Ultrahochfre-

Signale (C) unter den von der Empfangseinrichtung is quenz-Schallwellen schafft, die so hoch wie ein 1 GHz

empfangenen Signalen auswählt, sind, d. h. eine Schallwellenlänge von ca. 1 um im Wasser

mit einer Darstellungseinrichtung (130), die Darstel- aufweisen (»A Scanning Acoustic Microscope« von R.

lungssignale aus den ausgewählten gewünschten Si- A. Lemon und C. F. Quatse, IEEE Cat No. 73 CH 14829

gnalen ^erzeugt, SU, S. 423-426).

gekennze^ghnetdurch 20 Das Prinzip eines akustischen Mikroskops umfaßt das

eine Echoempfangseinrichtung (350, 390, 400, mechanische Abtasten der Oberfläche einer Probe in

F i g. 6), weiche aus dem von einer Grenzfläche zwi- zweidimensionaler Weise mit einem akustischen Strahl,

sehen der Linse (42) und dem akustischen Medium der so eng wie ca. 1 μηι fokussiert wird, wobei die

(50) reflektierten Linsenecho ein Linsenechosignal Schallwellen gesammelt werden, welche z. B. von der

^y erzeugt, . 25 Probe gestreut und reflektiert sind oder solche, welche

eine Einstelleinrichtung (400, 41<2ί 350), die mit der gedämpft bzw. abgesphwächt werden, wenn sie sich

Echoempfangseinrichtung verbunden ist und die die durch die Probe bewegen, wobei die gesammelten

gewünschten Signale (C) einstellt, wobei das von der Schallwellen in elektrische Signale umgewandelt wer-

Echoempfangseinrichtung erzeugte Linsenechosi- den und die elektrischen Signale auf einer Kathoden-

gnal (B)Us Bezugspunkt dient 30 strahlröhre zweidimensional synchron mit dem mecha-

2. Akustische Mikroskop nach Anspruch 1, da- nischen Abtasten dargestellt werden, so daß ein Mikrodurch gekennzeichnet, c!aß die Zchoempfangsein- skopbild erhalten wird

richtung derart ausgebildet und in dem Mikroskop Wenn die Schallwellen, die durch die Proben geleitet

angeordnet ist, daß diese eine Spar- lung erzeugt, die worden sind, erfaßt und auf dem akustischen Mikroskop

dem empfangenen Linsenechosignal (B) entspricht, 35 dargestellt sind, macht die erhaltene Bildkonstante die

und daß die Einstelleinrichtung derart ausgebildet Verteilung von akustischen Schwächungs- bzw. Dämp-

und in dem Mikroskop angeordnet ist, daß diese fungsfaktoren der Probe konstant (nachfolgend einfach

Spannung als Bezugsspannung für die Erzeugung als Schwächungs- bzw. DämpfungskcTCtante bezeich-

der Darstellungssignale eingesetzt wird. net). In der praktisch eingesetzten Vorrichtung wird die

3. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, 40 Intensität von HF-Impulsen zum Oszillieren der Schalldadurch gekennzeichnet, daß ein Niveau-Wähl- wellen fixiert und der Verstärkungsfaktor eines Verstärschaltkreis in dem Mikroskop angeordnet ist, wel- kers, welcher Schallwellen-Erfassungssignale verstärkt, eher lediglich diejenigen der gewünschten Signale wird zweckmäßig so eingestellt, daß das Bild auf der (C) als Darstellungssignale darstellt, deren Intensitä- Kathodenstrahlröhre mit einer geeigneten Helligkeit ten innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen. 45 dargestellt wird. Gemäß der herkömmlichen Vorrich-

4. Akustisches Mikroskop nach einem der Ansprü- tung besteht demzufolge keine bestimmte Beziehung ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Echo- zwischen der Schwächungskonstanten der Probe und empfangseinrichtung zum Empfangen und Verstär- der Helligkeit des Signals an der Kathodenstrahlröhre, ken reflektierter Signale ausgebildet ist und daß der Es ist nämlich nicht erlaubt, Informationen variabler Verstärkungsfaktor der Echoeniipfangseinrichtung 50 Dichte des erhaltenen Schallwellenbildes als gemessene steuerbar ist, und daß die Einstelleinrichtung auf- Daten der Schwächungskonstante der Probe zu vergrund des empfangenen Linsenechosignals (B) den wenden. Selbst wenn der Verstärkungsfaktor des VerVerstärkungsfaktor der Echoempfangseinrichtung stärkers dargestellt wird, ist es schwierig, die Dämpsteuert. fungskonstante der Probe genau zu messen. Diese

55 Schwierigkeit besteht deshalb, weil die Effizienz eines Wandlers, der Schallwellen erzeugt, in Abhängigkeit von der Frequenz variiert Daneben variiert die oben

Die Erfindung betrifft ein akustisches Mikroskop der erwähnte Wirksamkeit selbst dann, wenn eine fixierte Reflexionsart gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, Frequenz verwendet wird, mit dem Altern. Demzufolge welches ein Bild erhält, das die Verteilung von Dämp- 60 umfaßt die Annähme, die Intensität der Schallwellen, fungsfaktoren einer Probe reflektiert, indem Echos er- welche auf die Probe auftreffen, stütze sich auf die Infaßt werden, die von der Rückfläche der Probe reflek- tensität von HF-Impulsen, nicht korrekte Faktoren. Ein tiert werden. Das akustische Mikroskop dieser Art ist in anderer Grund besteht darin, daß die Empfindlichkeit der japanischen Patentanmeldung 35 828/1983 erläu- eines empfangenden Wandlers zum Erfassen von tcrt. 65 Schallwellen, die durch die Probe geleitet worden sind, In neuester Zeit wurden den Ultraschallwellen in der ebenfalls in Abhängigkeit von der Frequenz und dem Medizintechnik Aufmerksamkeit geschenkt, die wirk- Altern variiert. Demzufolge umfaßt die Annahme, die sam zur Beobachtung der Innenstruktur eines rnenschli- Intensität von Schallwellen, welche durch die Probe se-