JP3048454B2

JP3048454B2 - 超音波探触子の検査方法および検査装置

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Publication number: JP3048454B2
Application number: JP03336959A
Authority: JP
Inventors: 博幸西森
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH05107234A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波顕微鏡等に用い
られる超音波探触子の検査方法および検査装置に関し、
特に、探触子の性能を評価するうえで重要な超音波ビー
ムの対称性を検査できるものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、従来の集束型の超音波探触子
を評価する手法を説明するための図である。まず、集束
型の超音波探触子について説明すれば、この種の超音波
探触子は、図１４(ａ)に示すように、音響レンズ４ｄの
上面に下部電極４ｃを形成し、その上に圧電素子４ｂお
よび上部電極４ａを順次配置したもので、上下の電極４
ａ、４ｃに電圧を印加して圧電素子４ｂを励振させ、発
生した超音波を音響レンズ４ｄの下面に形成された凹部
４ｅによって集束させて試料（ターゲット）に送信する
とともに、反射波を同じ探触子により電気信号に変換し
て取り出せる構成となっている。

【０００３】この場合、実質的に超音波が発生するのは
下部電極４ｃ、圧電素子４ｂおよび上部電極４ａの全て
が重複する部分のみであるため、これら圧電素子４ｂお
よび上部電極４ａの中心軸が音響レンズ４ｄ（凹部４
ｅ）の中心軸と一致し、音響レンズ４ｄ内を伝播する超
音波ビームの音軸と音響レンズ４ｄ（凹レンズ）の中心
軸とが正確に一致していることが必要である。もし、こ
れら音軸および中心軸が一致していない場合は、音響レ
ンズ４ｄで集束された超音波送信ビームは非対称に出射
され、かつ、探触子４に入射される反射波も非対称に受
信されることになる。したがって、音響レンズ４ｄ内を
伝播する超音波ビームの音軸と音響レンズ４ｄの中心軸
とが一致しているか否か、換言すれば超音波ビームが音
響レンズ４ｄの中心軸に関して対称に発生しているか否
かが探触子４の性能の重要な評価対象となる。

【０００４】図１４に戻って、図示する従来例はターゲ
ットとしてボールターゲットを用いたものである。ボー
ルターゲットは、直径Ｄなる真球状の鋼球からなるボー
ル２０であり、同図(ａ)に示すように、支柱２１を介し
て固定台１９に支持され、あるいは、同図(ｂ)に示すよ
うに直接固定されて用いられる。

【０００５】いま、超音波検査装置にセットした探触子
４とボール２０とを上下方向に並べて配置し、探触子４
の発生する超音波の集束点をボール２０の表面上に設定
する。この状態で探触子４を水平方向の一方向に走査し
て反射波ＳＢの信号強度を検出すると、同図(ｃ)に示す
ような反射波ＳＢの包絡線が得られる。この包絡線がピ
ーク値を軸として左右対称であるか否かによって、超音
波ビームと音響レンズ４ｄとの対称性が評価できる。

【０００６】あるいは、同様の走査を互いに直交する水
平二方向に行い、図１４(ｃ)に示すように、各方向にお
ける包絡線の半値幅、つまりピーク値を挟んで信号強度
がピーク値の半分（すなわちピーク値から−６ｄＢ）と
なる２点間の距離ｄ_-6を求める。この半値幅（これをビ
ーム径と称する）ｄ_-6は理論上次式で表されるが、直交
する二方向について実際に測定して求めた値が一致する
か否かによって対称性を評価する。

【数１】なお、上式においてλ_wは媒質中における波長であり、
媒質中における音速をＣ_w、周波数をｆとすればλ_w＝Ｃ
_w／ｆで表される。またＦは探触子４の焦点距離、ｒは
凹部４ｅの開口半径である。

【０００７】また、探触子４を超音波顕微鏡等にセット
し、同様にボールターゲットを水平面内で走査して結果
を画像化し、その画像が円になっているか否かによって
評価することも可能である。なお他に探触子の性能の一
般的な評価方法としては、一定幅の溝（スリット）を複
数形成した回折格子状の試料を溝の幅を変えて複数種用
意し、溝の上部と底部とが分離可能な最小の溝幅によっ
て分解能を評価するものがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のボールターゲットを用いた超音波探触子
の検査においては、測定上必要とされるボール２０の直
径Ｄはビーム径ｄ_-6と同程度であるため、検査対象とな
る探触子のビーム径に応じて多くのボールターゲットを
用意しなければならない、という問題があった。

【０００９】また、100ＭＨｚから１〜２ＧＨｚの高周
波帯で使用される超音波顕微鏡用の探触子４では、ビー
ム径ｄ_-6が30〜１μｍ程度であるためボール２０の直径
も30〜１μｍ程度でなければならないことになるが、ボ
ールがこのように小さくなると真球の入手が困難である
とともに、図１４(ａ)に示すように、ボール２０を支持
するための支柱２１を固定台１９に設置することが至難
となる、という問題があった。一方、同図(ｂ)に示すよ
うに、ボール２０を固定台１９に直接固定すると、固定
台１９の表面からの反射波ＳＰとボール２０からの反射
波ＳＢとが干渉し、同図(ｃ)に示したような包絡線が得
られない、という問題があった。

【００１０】また、スリットを設けた試料を用いる方法
は分解能を検査するためのものであり、振動子によって
発生する超音波の音軸と音響レンズの中心軸とが一致し
ているか否かを直接的に判断するのは困難である。

【００１１】本発明の目的は、超音波顕微鏡等に用いら
れる高周波用探触子であってもその評価を簡易にかつ正
確に行いうる超音波探触子の検査装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明は、超音波探触子４から送
信される超音波ビームの対称性を評価する超音波探触子
４の検査方法および検査装置に適用される。そして、請
求項１の発明は、断面が少なくとも１軸に対して軸対称
な凸曲面を少なくともその一部に有するターゲット６に
対し、このターゲット６からの直接反射波と他の反射波
とが前記超音波探触子４により受信される際に互いに干
渉するように、前記超音波探触子４を前記ターゲット６
の前記軸に対して直交する方向に相対的に移動させつつ
前記超音波探触子４と前記ターゲット６との間で超音波
の送受信を行う工程と、前記超音波の送受信工程で得ら
れる受信信号の強度変化をこの受信信号が得られた時の
超音波探触子４の位置に対応して出力する工程とを備
え、この信号強度変化の対称性から前記超音波ビームの
対称性を評価可能とすることにより上述の目的を達成し
ている。また、請求項２の発明は、請求項１に記載の超
音波探触子の検査方法を実施するための装置において、
断面が少なくとも１軸に対して軸対称な凸曲面を少なく
ともその一部に有するターゲット６と、探触子４の焦点
位置が前記ターゲット６および前記軸を横切り、かつ、
前記断面内において前記軸に対して直交する方向に超音
波探触子４を相対的に移動させる移動手段１１と、前記
超音波探触子４を励振して超音波を送信させる送信手段
１と、前記超音波探触子４からの信号を受信する受信手
段７と、前記移動手段１１により前記超音波探触子４を
移動させながら前記受信手段７で受信された信号の強度
変化を検出する検出手段８、９とを備えたものである。
さらに、請求項３の発明は、請求項２に記載の検査装置
において、前記送信手段１と受信手段７とにより前記タ
ーゲット６の表面で反射されるターゲット直接反射波と
このターゲット６からの弾性表面波との干渉波を受信す
るようなものである。そして、請求項４の発明は、請求
項２に記載の検査装置において、前記送信手段１と受信
手段７とにより少なくとも前記ターゲット６の表面で反
射されるターゲット直接反射波と前記超音波探触子４の
先端界面で反射される探触子内反射波との干渉波を受信
するようなものである。

【００１３】

【作用】ターゲット６からの直接反射波と他の反射波と
が超音波探触子４により受信される際に互いに干渉する
ように、移動手段１１により超音波探触子４を相対的に
移動させつつ受信手段７で信号を受信すると、この超音
波探触子４とターゲット６との間の距離が軸を対称とし
て左右対称に変化し、この結果、受信手段７により受信
される干渉波の強度も変化する。超音波ビームが対称で
あれば、受信手段７により受信される信号変化もこの軸
に対して左右対称に現れるが、超音波ビームが非対称で
あれば受信信号の変化も非対称に現れる。従って、検出
手段８、９により受信信号の強度変化を検出すれば、こ
の信号強度変化の対称性から超音波ビームの対称性が判
定可能となる。

【００１４】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１５】

【実施例】

−第１実施例− 図１〜図１１により本発明の第１実施例を説明する。図
１は本実施例の検査装置の構成を示すブロック図であ
る。図において、発振器１はパルス状あるいは一定時間
だけ連続するパルス状の電気信号を発生する。この信号
はサーキュレータ２および整合器３を介して探触子４の
上部電極４ａおよび下部電極４ｃに印加され、圧電素子
４ｂにより超音波が発生する。この超音波は、音響レン
ズ４ｄを伝播してその下面にある凹部（凹レンズ）４ｅ
により集束され、ターゲット６に向けて媒質（主として
水）５中に送信される。ターゲット６で反射された超音
波は上述と逆の経路をたどって圧電素子４ｂで受信され
て電気信号に変換され、上部・下部電極４ａ、４ｃを介
して外部に取り出される。取り出された受信信号は整合
器３およびサーキュレータ２を介してレシーバ７におい
て増幅され、ピーク検出器８においてそのピーク値を検
出し、ピーク値に比例した直流電圧を出力する。検出さ
れたピーク値はマイクロコンピュータ９でデジタル値と
して変換し、取り込まれる。

【００１６】マイクロコンピュータ９はまた、ターゲッ
ト６が載置されたＸＹＺスキャナ１１の走査をＸＹＺコ
ントローラ１０を介して行い、上述したピーク値をその
時のＸＹＺスキャナ１１のＸ，Ｙ，Ｚ座標上の位置と対
応させて画像メモリ１２に格納し、さらにモニタ（２）
１３ａ上にその画像をリアルタイムに表示させる。走査
範囲や座標等はモニタ（１）１３ｂに表示され、設定値
等の入力はキーボード１４から行われる。画像計測部１
５は計測結果を解析し評価するが、これについては後に
詳述する。オシロスコープ１６は、ターゲット６からの
反射波のピーク値をピーク検出器８で検出するためのゲ
ートをモニタする。

【００１７】以上の構成における請求の範囲と実施例と
の対応において、発振器１は送信手段を、レシーバ７は
受信手段を、ピーク検出器８およびマイクロコンピュー
タ９は検出手段をそれぞれ構成している。なお、以下の
説明において、Ｚ軸は垂直方向にとられ、Ｘ軸は図１に
おいて紙面の左右方向に延びる水平方向に、Ｙ軸は図１
において紙面を貫く水平方向にとられている。

【００１８】図２は探触子４から送信される超音波は音
響レンズ４ｄにより集束される集束点（以下、焦点位置
と称し、音響レンズ４ｄの凹部４ｅまでの距離を焦点距
離と呼ばれる。）を試料１７表面から−Ｚ方向に移動し
た時の図である。試料１７表面を伝播する弾性表面波速
度Ｃ_Rが媒質５の速度Ｃ_Wより速い場合は、音響レンズ４
ｄの凹部４ｅ中心から媒質５を介し、試料１７表面で反
射した超音波（実線の経路）と音響レンズ４ｄの凹部４
ｅ周辺部から媒質５を介し、試料１７表面の垂線となす
角度ψ（＝ｓin^-1Ｃ_W／Ｃ_R）で入射する超音波が試料１
７表面に弾性表面波を発生させ再び角度ψで媒質５を介
し、音響レンズ４ｄを伝播する超音波（破線の経路）が
干渉して探触子４で受信される。したがって、この二つ
の経路を伝播する超音波は探触子４と試料１７の位置に
よって経路差（すなわち、超音波の位相差）が生じ、受
信信号強度が異なる。その結果、図３に示すように、探
触子４の焦点位置を試料表面（Ｚ＝０）として、横軸に
−Ｚ方向の距離，縦軸に信号強度Ｖをとった場合、一定
の周期をもつ曲線が得られることが知られている。この
曲線をＶ（Ｚ）曲線という。

【００１９】Ｖ(Ｚ)曲線は、平板状の試料１７に対して
探触子４を近づけた場合にのみ得られるのではなく、図
４、図６に示すような探触子４の凹レンズの開口２ｒよ
り十分大きな直径Ｄをもった球状のボールターゲット６
を用いても同様に得られる。すなわち、図４に示すよう
に、直径Ｄ（Ｄ＞２ｒ）のボールターゲット６に対しそ
の中心軸上で探触子４の焦点位置をボールターゲット６
の表面からＺ₁だけ下げ（−Ｚ₁だけデフォーカスさせ）
た状態で、例えばＸ方向に走査すると、ボールターゲッ
ト６が球であるために探触子４からボールターゲット６
の表面までの距離が変化し、その結果、平面状の試料１
７でＺ軸方向に近づけた場合と同様に反射波の信号強度
が変化する。

【００２０】この変化は、図４に示すように、音響レン
ズ４ｄに対して圧電素子４ｂおよび上部電極４ａが同心
円状に形成されている場合には、ボールターゲット６の
表面との間のＺ軸方向の距離が対称に変化するために対
称に現れるが、図６(ａ)，(ｂ)に示すように、上部電極
４ａまたは圧電素子４ｂの中心軸と音響レンズ４ｄの中
心軸とがずれ、発生する超音波の音軸と音響レンズ４ｄ
の中心軸とが一致しない不良探触子である場合には非対
称に現れる。したがって、この反射波の信号強度変化を
検出することで、その探触子４の発生する超音波の音軸
と音響レンズの中心軸とが一致しているか否かを検査す
ることができる。

【００２１】ここで、ボールターゲット６の半径につい
て検討する。探触子４のＺ方向デフォーカス量を−
Ｚ₁、ＸＹ平面内における走査範囲、例えばＸ方向の探
触子の移動量を図９に示すようにＸ、ボールターゲット
６のＺ軸方向の中心軸と走査範囲端Ａを通る中心軸との
開き角をθとすれば、ボールターゲット６の半径Ｒは次
式で表される。

【数２】

【００２２】いま、例として100ＭＨｚ、開口角100゜、
ビーム径14μｍの探触子について石英ガラスのＶ(Ｚ)曲
線を測定した結果を図１０に示す。この図から、ボール
ターゲット６の中心軸上における探触子４のデフォーカ
ス量をほぼ−80μｍとする。次に、モニタ１３ａの画素
数を400×400ドット、測定ピッチを2.5μｍとすれば、
Ｘ方向の探触子の移動量はＸ＝2.5×400＝1000μｍとな
る。さらに開き角θを５゜（経験値）とする。これらの
数値を式２に代入してＲを求めるとＲ≒5.8ｍｍとな
る。

【００２３】次に、200ＭＨｚ、開口角100゜、ビーム径
７μｍの探触子について同様にＶ(Ｚ)曲線を測定した結
果を図１１に示す。この図から、ボールターゲット６の
中心軸上における探触子４のデフォーカス量をほぼ−40
μｍとする。また、Ｘ方向の探触子の移動量Ｘは同様に
1000μｍとする。同様に開き角θとして５゜を用い、上
式からＲを求めると、Ｒ≒5.8ｍｍとなる。このよう
に、上式において右辺第２項の値は右辺第１項の値より
通常は十分小さいため、この右辺第２項を省略してＲ＝
Ｘ／２tanθで表せば共通のボールが使用できる。

【００２４】次に、本実施例の動作について説明する。
既に述べたように、ターゲット６として図４に示すよう
な直径Ｄ（Ｄ＞２ｒ）の鋼鉄製のボールターゲット６を
用い、その中心軸上で探触子４をボールターゲット６の
表面からＺ₁だけ下げた距離に保った状態でＸＹ平面内
で走査し、受信された反射波の信号強度を、その大きさ
によって図３に示した４階調で表示する。探触子４が図
４に示すように正常な探触子である場合には、各階調で
示される図形は図５に示すように同心円環状となり、各
図形の重心はすべて１点Ｏに一致する。

【００２５】これに対し、図６(ａ)，(ｂ)に示すような
不良探触子である場合には、図７に示すような画像が得
られ、各階調で示される図形の重心はＯ₀〜Ｏ₃となって
一致しない。そこで、各階調で示される図形の重心およ
び各重心のずれを画像計測部１６によって算出すること
によりこの探触子の良否を判定する。

【００２６】具体的には、ＸＹ平面内における走査範囲
をＸ×Ｙ＝ａ×ａ（単位はｍｍ）、測定ピッチをＰ＝ｂ
（同）とすると、画素数Ｎ×Ｎ＝ａ／ｂ×ａ／ｂであ
る。画面上の階調をＳ(Ｘ，Ｙ)（Ｘ，Ｙ＝０〜３）で表
示すれば、各階調の図形の重心Ｏ_n(Ｘ_n，Ｙ_n)（ｎ＝０
〜３）の座標値Ｘ_n、Ｙ_nは次式によって算出される。

【数３】このようにして得られたＯ₀〜Ｏ₃の位置を、図８に重ね
て示す。そして、これらの重心座標間の距離Ｌｍ（ｍ＝
０〜５）は、次式によって算出される。なお次式におい
てｉ＝０〜３、ｊ＝１〜３（ただしｉ≠ｊ）である。

【数４】

【００２７】このようにして得られたＬｍが要求される
探触子性能を満足する許容範囲内にあるか否かによって
探触子４の良否を判定する。もちろん、図５または図７
に示したような画像をモニタ上で観察し、直接視覚的に
その良否を判定してもよい。

【００２８】このように本実施例によれば、上部電極４
ａまたは圧電素子４ｂと音響レンズ４ｄとの中心軸のず
れが画像として示され、イメージと数値の双方によって
表示・判断かつ記録することができる。しかもターゲッ
ト６に用いたボールターゲット６はｍｍ単位の大きさを
もち、真球の入手が容易であるとともに、ボールターゲ
ット６の製作および探触子の位置決め作業などが楽に行
える利点を有する。

【００２９】−第２実施例− 図１２〜図１３を参照して、本発明の第２実施例を説明
する。図１２は本実施例の検査方法および検査装置の原
理を説明するための図である。本実施例の検査装置の構
成は、発振器１で発生されるパルス状の電気信号の継続
時間、ひいては圧電素子４ｂで発生される超音波の継続
時間を除いて上述の第１実施例の検査装置のそれと同一
であり、従って、同様の構成要素については同一の符号
を付してその説明を簡略化する。

【００３０】具体的には、発振器１で発生されるパルス
状の電気信号の継続時間は、図２において音響レンズ４
ｄの凹部（凹レンズ）４ｅの界面で反射されるエコーＲ
_lと、平板状の試料１７の表面で反射される直接反射エ
コーＲ_sとが圧電素子４ｂで受信される際に互いに干渉
して受信されるように選択されている。このような条件
は、発振器１で発生される電気信号の継続時間を十分長
くとれば実現できるものであり、逆に、上述の第１実施
例においては、これらエコーＲ_l、Ｒ_sが互いに干渉しな
いように電気信号の継続時間を短く設定している。エコ
ーＲ_l、Ｒ_sが干渉するための条件は、探触子４の中心軸
上における凹レンズ４ｅから試料１７までの距離をｆ₀
（図２においては超音波ビームの集束点が試料１７の表
面上に位置されているため、この距離は焦点距離に等し
い）、媒質５の音速をＣ_w、圧電素子４ｂで発生される
超音波の継続時間をＴとすれば、

【数５】で与えられる。

【００３１】上式で与えられる条件により超音波が発生
されると、横軸に−Ｚ方向の距離、縦軸に受信された信
号強度をとった場合、干渉に基づく一定の周期λ_w／２
（λ_wは媒質５の縦波音速）をもつ曲線が得られる。図
１２は、周波数440ＭＨｚ、開口角100゜、ビーム径3.2
μｍの探触子について、上述の条件に基づいて石英ガラ
スからの反射波の強度を測定した結果を示す図である。
試料表面波と直接反射エコーとの干渉（周期ΔＺ）、お
よびレンズ面反射エコーと直接反射エコーとの干渉（周
期λ_w／２）の双方が重畳された曲線が得られることが
理解できる。このレンズ面反射エコーと直接反射エコー
との干渉は、試料の音響的性質（例えば表面波の発生の
有無）にかかわらず、上述の条件を満足すれば得られ
る。

【００３２】図１２に示すような曲線は、上述の第１実
施例と同様に、平板状の試料１７に対して探触子４を近
付けた場合にのみ得られるのではなく、図４、図６に示
すような探触子４の凹レンズの開口２ｒより十分大きな
直径Ｄをもった球状のボールターゲット６を用いても同
様に得られる。すなわち、図４に示すように、直径Ｄ
（Ｄ＞２ｒ）のボールターゲット６に対しその中心軸上
で探触子４の焦点位置をボールターゲット６の表面から
Ｚ₁だけ下げ（−Ｚ₁だけデフォーカスさせ）た状態で、
例えばＸ方向に走査すると、ボールターゲット６が球で
あるために探触子４からボールターゲット６の表面まで
の距離が変化し、その結果、平面状の試料１７でＺ軸方
向に近付けた場合と同様に反射波の信号強度が変化す
る。

【００３３】この変化は、図４に示すように、音響レン
ズ４ｄに対して圧電素子４ｂおよび上部電極４ａが同心
円状に形成されている場合には、ボールターゲット６の
表面との間のＺ軸方向の距離が対称に変化するために対
称に現れるが、図６(ａ)，(ｂ)に示すように、上部電極
４ａまたは圧電素子４ｂの中心軸と音響レンズ４ｄの中
心軸とがずれ、発生する超音波の音軸と音響レンズ４ｄ
の中心軸とが一致しない不良探触子である場合には非対
称に現れる。したがって、この反射波の信号強度変化を
検出することで、その探触子４の発生する超音波の音軸
と音響レンズの中心軸とが一致しているか否かを検査す
ることができる。

【００３４】ボールターゲット６の半径については、上
述の第１実施例と同様の議論が成立するので、その説明
を省略する。いま、例として上述の周波数440ＭＨｚ、
開口角100゜、ビーム径3.2μｍの探触子について検討し
てみると、水（媒質）の音速Ｃ_w＝1500m/sであるのでλ
_w＝3.4μｍ、λ_w／２＝1.7μｍとなる。図１２を参照し
て、上述のデフォーカス量Ｚ₁＝1.5×(λ_w／２)≒2.6μ
ｍとする。次に、モニタ１３ａの画素数を400×400ドッ
ト、測定ピッチはビーム径以下であればよいのでこれを
(ビーム径)／２とすれば1.6μｍであるので、Ｘ方向の
探触子の移動量はＸ＝1.6×400＝640μｍとなる。さら
に開き角θを５゜（経験値）とする。これらの数値を数
２に代入してＲを求めるとＲ≒3.7ｍｍとなる。

【００３５】次に、本実施例の動作について説明する。
既に述べたように、ターゲット６として図４に示すよう
な直径Ｄ（Ｄ＞２ｒ）の鋼鉄製のボールターゲット６を
用い、その中心軸上で探触子４をボールターゲット６の
表面からＺ₁だけ下げた距離に保った状態でＸＹ平面内
で走査し、受信された反射波の信号強度を、その大きさ
によって図１２に示した４階調で表示する。探触子４が
図４に示すように正常な探触子である場合には、各階調
で示される図形は図５に示すように同心円環状となり、
各図形の重心はすべて１点Ｏに一致する。

【００３６】これに対し、図６(ａ)，(ｂ)に示すような
不良探触子である場合には、図７に示すような画像が得
られ、各階調で示される図形の重心はＯ₀〜Ｏ₃となって
一致しない。そこで、各階調で示される図形の重心およ
び各重心のずれを画像計測部１６によって算出すること
によりこの探触子の良否を判定する。以上の手順は上述
の第１実施例と同様であり、従ってその詳細な説明を省
略する。

【００３７】従って、本実施例によっても、上述の第１
実施例と同様の作用効果を得ることができる。特に、本
実施例には、第１実施例による測定が困難である探触子
についてもその性能評価を行うことができる、という優
れた効果がある。すなわち、第１実施例の検査方法およ
び装置は、試料（ボールターゲット６）から得られるＶ
(Ｚ)曲線（図１３の曲線Ａ）の周期ΔＺを用いて探触子
４の評価を行っているので、試料と探触子との関係によ
りＶ(Ｚ)曲線が得られない場合には評価が不能になるお
それがある。例えば、内部探傷等の目的で用いられ、図
２に示す開口角φが十分に小さくて試料１７の表面に弾
性表面波が生じないような探触子４についてはＶ(Ｚ)曲
線が得られない（図１３の曲線Ｂ）。また、高周波用の
探触子４は凹レンズ４ｅの曲率半径も小さく、焦点距離
も短くなるのでデフォーカス量を大きくとることができ
ず、探触子４の評価のために必要なデフォーカス量Ｚ₁
を確保できない（図１３の曲線Ｃ）。図１３の曲線Ｂに
示す探触子の場合、ターゲットの材質に音速の速いもの
（例えばセラミック）を選択すればＶ(Ｚ)曲線が得られ
るが、評価すべき探触子に応じてターゲットの材質を選
択する作業は手間がかかる。

【００３８】一方、本実施例の検査方法および装置は、
ターゲットの音響的性質にかかわらず、媒質の音速、音
響レンズ４ｄとターゲット６との間の距離および超音波
の継続時間によって定まる干渉の周期λ_w／２を用いて
探触子４の評価を行っているので、第１実施例による評
価が困難であった探触子についても超音波ビームの対称
性を評価することができ、しかも、同一の材質のターゲ
ットを用いて全ての探触子４の評価作業を行うことがで
きる。

【００３９】なお、本発明の超音波探触子の検査装置
は、その細部が上述の一実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。一例として、上述の一実施例では真球
状のボールターゲットを用いたが、ターゲットは必ずし
も球に限らず、少なくとも断面が１軸に関して対称な凸
曲面を一部に有するものであれば、その対称軸に直交す
る方向に走査を行うことで、同様にその方向における超
音波の音軸と音響レンズの中心軸との一致を検査するこ
とができる。例えば円筒状のターゲットを、その軸方向
をＸ軸に平行にして配置してＹ軸方向に走査すれば、探
触子のＹ軸方向の対称性が評価できる。

【００４０】また、上述の一実施例ではビームをスポッ
ト状に集束する探触子を検査する場合について説明した
が、本発明はライン状にビームを集束するシリンドリカ
ル形の探触子の検査にも同様に適用できる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、超音波顕微鏡等に用いられる高周波用探触子につ
いても、ビーム径によらず比較的大きなターゲットを利
用して、振動子によって発生する超音波ビームの音軸と
音響レンズの中心軸とが一致しているか否かの検査を簡
易にかつ正確に行うことができる。特に、請求項４の発
明によれば、Ｖ(Ｚ)曲線が得られない探触子について
も、ビーム径によらず比較的大きなターゲットを利用し
て、超音波ビームの音軸と音響レンズの中心軸とが一致
しているか否かの検査を簡易にかつ正確に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す検査装置のブロック
図

【図２】本発明の原理を説明するための図

【図３】Ｖ(Ｚ)曲線の一例を示す図

【図４】正常な探触子の一例を示す図

【図５】図４の探触子の検査結果の一例を示す図

【図６】不良探触子の一例を示す図

【図７】図６の探触子の検査結果の一例を示す図

【図８】不良探触子の検査結果の一例を示す図

【図９】ボールターゲットの半径の算出方法を説明する
ための図

【図１０】Ｖ(Ｚ)曲線の一例を示す図

【図１１】Ｖ(Ｚ)曲線の一例を示す図

【図１２】本発明の第２実施例の原理を説明するための
図

【図１３】各種探触子における距離と受信強度との関係
の一例を示す図

【図１４】従来の検査方法を説明するための図

【符号の説明】

１発信器４探触子４ｄ音響レンズ６ターゲット７レシーバ８ピーク検出器９マイクロコンピュータ１０ＸＹＺコントローラ１１ＸＹＺスキャナ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波探触子から送信される超音波ビー
ムの対称性を評価する超音波探触子の検査方法におい
て、断面が少なくとも１軸に対して軸対称な凸曲面を少なく
ともその一部に有するターゲットに対し、このターゲッ
トからの直接反射波と他の反射波とが前記超音波探触子
により受信される際に互いに干渉するように、前記超音
波探触子を前記ターゲットの前記軸に対して直交する方
向に相対的に移動させつつ前記超音波探触子と前記ター
ゲットとの間で超音波の送受信を行う工程と、前記超音波の送受信工程で得られる受信信号の強度変化
をこの受信信号が得られた時の超音波探触子の位置に対
応して出力する工程とを備え、この信号強度変化の対称性から前記超音波ビームの対称
性を評価可能としたことを特徴とする超音波探触子の検
査方法。
【請求項２】請求項１に記載の超音波探触子の検査方
法を実施するための装置であって、断面が少なくとも１軸に対して軸対称な凸曲面を少なく
ともその一部に有するターゲットと、探触子の焦点位置が前記ターゲットおよび前記軸を横切
り、かつ、前記断面内において前記軸に対して直交する
方向に超音波探触子を相対的に移動させる移動手段と、前記超音波探触子を励振して超音波を送信させる送信手
段と、前記超音波探触子からの信号を受信する受信手段と、前記移動手段により前記超音波探触子を移動させながら
前記受信手段で受信された信号の強度変化を検出する検
出手段とを備えたことを特徴とする超音波探触子の検査
装置。
【請求項３】請求項２に記載の検査装置において、前記送信手段と受信手段とにより前記ターゲット表面で
反射されるターゲット直接反射波とこのターゲットから
の表面弾性波との干渉波を受信することを特徴とする超
音波探触子の検査装置。
【請求項４】請求項２に記載の検査装置において、前記送信手段と受信手段とにより少なくとも前記ターゲ
ット表面で反射されるターゲット直接反射波と前記超音
波探触子の先端界面で反射される探触子内反射波との干
渉波を受信することを特徴とする超音波探触子の検査装
置。