JPH0136585B2 - - Google Patents

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JPH0136585B2
JPH0136585B2 JP56138808A JP13880881A JPH0136585B2 JP H0136585 B2 JPH0136585 B2 JP H0136585B2 JP 56138808 A JP56138808 A JP 56138808A JP 13880881 A JP13880881 A JP 13880881A JP H0136585 B2 JPH0136585 B2 JP H0136585B2
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Japan
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sample
ultrasonic
acoustic lens
ultrasonic acoustic
hold
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JP56138808A
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Japanese (ja)
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JPS5839942A (en
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Junichi Ishibashi
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH0136585B2 publication Critical patent/JPH0136585B2/ja
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/06Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波顕微鏡において、超音波音響
レンズが試料に合焦した場合の当該試料からの反
射波の検波信号は、合焦しない場合の検波信号に
比べて一番大きな値を示し、しかもその場合の超
音波音響レンズと試料間の距離は、超音波音響レ
ンズの構成によつて定まることに着目し、超音波
音響レンズから試料に超音波を投射した時点を基
準とした超音波音響レンズの構成等によつて定ま
るタイミングによつて、合焦により得られる検波
信号(合焦検波信号)をサンプル・ホールドして
検出し、これを所定のしきい値と比較して合焦、
非合焦を判定するようにした超音波顕微鏡の自動
焦点調節装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides an ultrasonic microscope in which, when an ultrasonic acoustic lens focuses on a sample, a detected signal of a reflected wave from the sample is equal to the detected signal when the ultrasonic acoustic lens is not focused. The distance between the ultrasonic acoustic lens and the sample is determined by the configuration of the ultrasonic acoustic lens. Sample and hold the detection signal obtained by focusing (focus detection signal) at a timing determined by the configuration of the reference ultrasonic acoustic lens, etc., and compare it with a predetermined threshold. and focus,
The present invention relates to an automatic focus adjustment device for an ultrasound microscope that determines out-of-focus.

超音波顕微鏡は、従来種々の構成のものが提案
されている。その構成の一例を第1図に示す。図
示の超音波顕微鏡においては、高周波パルス発生
器1で超高周波数のバースト波電気信号を発振さ
せてサーキユレータ2を介して圧電トランスジユ
ーサ3に供給し、ここで電気信号から超音波に変
換して超音波音響レンズ4および液体5を介して
走査制御装置6によりXおよびY方向に2次元的
に移動する試料台7上に載置された試料8上にス
ポツト状に投射している。また、試料8からの反
射波は超音波音響レンズ4で集音し、圧電トラン
スジユーサ3により電気信号に変換してサーキユ
レータ2を介して信号処理回路9に供給し、ここ
で不要な信号を除去すると共に必要な反射波に対
応する信号のみを増幅、検波して反射波の強度に
応じた検波信号を得、この検波信号を輝度信号と
してスキヤンコンバータ10により走査制御装置
6による試料台7の走査と同期させて超音波像を
陰極管11上に表示させるようにしている。な
お、音響レンズ4は試料台7に対して垂直なZ方
向に変位可能になつている。
Ultrasonic microscopes with various configurations have been proposed in the past. An example of its configuration is shown in FIG. In the illustrated ultrasound microscope, a high-frequency pulse generator 1 oscillates an ultra-high frequency burst wave electrical signal and supplies it to a piezoelectric transducer 3 via a circulator 2, where the electrical signal is converted into an ultrasound wave. The beam is projected onto a sample 8 placed on a sample stage 7 which moves two-dimensionally in the X and Y directions by a scanning controller 6 via an ultrasonic acoustic lens 4 and a liquid 5 in the form of a spot. In addition, the reflected waves from the sample 8 are collected by the ultrasonic acoustic lens 4, converted into electrical signals by the piezoelectric transducer 3, and supplied to the signal processing circuit 9 via the circulator 2, where unnecessary signals are removed. At the same time, only the signal corresponding to the necessary reflected wave is amplified and detected to obtain a detection signal corresponding to the intensity of the reflected wave, and this detection signal is used as a luminance signal to be used by the scan converter 10 to control the sample stage 7 by the scanning control device 6. The ultrasonic image is displayed on the cathode tube 11 in synchronization with the scanning. Note that the acoustic lens 4 can be displaced in the Z direction perpendicular to the sample stage 7.

上述したような超音波顕微鏡において、超音波
音響レンズ4をZ方向に変位させて試料8から十
分離れた位置から近づけていくと、信号処理回路
9からは第2図に示すような第1、第2および第
3の順次の極大値,およびを有するいわゆ
るV(Z)カーブと呼ばれる検波信号の強度分布が得
られそれらの検波信号が得られる距離Zは、使用
する超音波の周波数、音響レンズ4の構造、液体
5の種類等によつて定まるものである。第2図に
おいて、V(Z)が最大となる第2の極大値の点f
は超音波音響レンズ4が試料8に対して合焦状態
にあるときに得られ、この点fの前後の点dおよ
びhにおいて現われる第1および第3の極大値
およびは試料8における表面波と反射波との干
渉などにより生じる。
In the ultrasonic microscope as described above, when the ultrasonic acoustic lens 4 is displaced in the Z direction and brought close to the sample 8 from a sufficiently distant position, the signal processing circuit 9 outputs the first, first and second signals as shown in FIG. The intensity distribution of the detected signal called the so-called V (Z) curve having the second and third sequential maximum values and It is determined by the structure of liquid 4, the type of liquid 5, etc. In Figure 2, the second local maximum point f where V (Z) is maximum
is obtained when the ultrasonic acoustic lens 4 is in focus on the sample 8, and the first and third maximum values appearing at points d and h before and after this point f are the surface waves in the sample 8. This occurs due to interference with reflected waves, etc.

そこで、従来では信号処理回路9の出力をオシ
ロスコープ等の測定器でモニターし、これを目視
により観察しながら超音波音響レンズ4を手動に
よりZ方向に変位させて検波信号レベルが最大と
なる位置(第2図の点f)を探し、この位置に音
響レンズ4を合わせることにより、超音波音響レ
ンズ4の試料8に対する焦点調節を行なつてい
た。
Therefore, conventionally, the output of the signal processing circuit 9 is monitored with a measuring instrument such as an oscilloscope, and while visually observing this, the ultrasonic acoustic lens 4 is manually displaced in the Z direction to locate the position where the detected signal level is maximum ( The focus of the ultrasonic acoustic lens 4 on the sample 8 was adjusted by searching for point f) in FIG. 2 and aligning the acoustic lens 4 with this position.

しかし、このような手動による焦点調節におい
ては、操作者が反射波検波信号のレベルを観察し
ながら、たとえば第2図の点d,fおよびhの第
1〜第3の極大値〜を憶え、これらを比較し
ながら最大反射波点(焦点位置)fを探す必要が
あるため、調節が極めて困難であると共に時間が
かかる。これは超音波の周波数を高くすればする
程、液体5中での超音波の減衰が大きくなり、こ
れを押えるために超音波音響レンズ4と試料8と
の間の距離を更に短くする必要があるため、距離
の微小変化から最大反射点を探すのが更に困難と
なる。また、操作者はモニターを見ながら超音波
音響レンズ4を操作するため、超音波音響レンズ
4と試料8とが接触して両者が毀損する恐れがあ
る。更に、焦点調節が極めて困難であるために、
多数の試料を観察する場合に像のコントラストに
差異が生じ、試料間の比較が極めて難しくなる不
具合がある。
However, in such manual focus adjustment, the operator memorizes, for example, the first to third maximum values of points d, f, and h in FIG. 2 while observing the level of the reflected wave detection signal. Since it is necessary to search for the maximum reflected wave point (focal point position) f while comparing these, adjustment is extremely difficult and time consuming. This is because the higher the frequency of the ultrasonic waves, the greater the attenuation of the ultrasonic waves in the liquid 5, and in order to suppress this, it is necessary to further shorten the distance between the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8. Therefore, it becomes more difficult to find the point of maximum reflection based on minute changes in distance. Furthermore, since the operator operates the ultrasonic acoustic lens 4 while looking at the monitor, there is a risk that the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 will come into contact and be damaged. Furthermore, since focusing is extremely difficult,
When observing a large number of samples, differences in image contrast occur, making it extremely difficult to compare samples.

本発明の目的は、上述の種々の不具合を解消す
るために、焦点調節を自動的に行なう自動焦点調
節装置を提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an automatic focus adjustment device that automatically adjusts focus in order to eliminate the various problems described above.

すなわち、本発明の超音波顕微鏡の自動焦点調
節装置は、超音波音響レンズと試料の超音波投射
方向における相対位置を変位させて焦点を調節す
るように構成した焦点調節機構を有する超音波顕
微鏡において、前記超音波音響レンズから投射さ
れた超音波の試料からの反射波を受信して得た検
波信号中から、前記超音波音響レンズの構成等に
よつて定まる所定のタイミングでサンプリングし
てホールドするように構成したサンプル・ホール
ド手段と、そのサンプル・ホールド手段からの出
力電圧を所定のしきい値と比較して停止パルス信
号を得るように構成した比較手段とを具え、その
停止パルス信号によつて前記焦点調節機構の動作
を停止させるよう構成したことを特徴とするもの
である。
That is, the automatic focus adjustment device for an ultrasound microscope of the present invention is applicable to an ultrasound microscope having a focus adjustment mechanism configured to adjust the focus by displacing the relative position of an ultrasound acoustic lens and a sample in the ultrasound projection direction. , sampling and holding a detection signal obtained by receiving the reflected wave from the sample of the ultrasonic wave projected from the ultrasonic acoustic lens at a predetermined timing determined by the configuration of the ultrasonic acoustic lens, etc. and comparing means configured to compare the output voltage from the sample and hold means with a predetermined threshold value to obtain a stop pulse signal, The invention is characterized in that the focus adjustment mechanism is configured to stop the operation of the focus adjustment mechanism.

また、本発明は、超音波音響レンズと試料の超
音波投射方向における相対位置を変位させて焦点
を調節するように構成した焦点調節機構を有する
超音波顕微鏡において、前記超音波音響レンズか
ら投射された超音波の試料からの反射波を受信し
て得た検波信号を、前記超音波音響レンズの構成
等によつて定まる所定のタイミングと、その近傍
のタイミングの二つの時点においてサンプリング
して得た二値を各別にホールドするサンプル・ホ
ールド手段と、これらの二値を比較し前記所定の
タイミングによるサンプル・ホールド値がその近
傍のタイミングによるサンプル・ホールド値より
も大きいときに出力を発する比較器、前記二値の
うちの一つと所定のしきい値を比較する比較器お
よびそれら両比較器からの出力のAND出力を停
止パルス信号として取り出すためのAND回路を
有する比較手段とを具えることを特徴とするもの
である。
The present invention also provides an ultrasonic microscope having a focus adjustment mechanism configured to adjust the focus by displacing the relative positions of an ultrasonic acoustic lens and a sample in an ultrasonic projection direction, wherein The detection signal obtained by receiving the reflected wave of the ultrasonic wave from the sample was sampled at two points: a predetermined timing determined by the configuration of the ultrasonic acoustic lens, and a timing in the vicinity thereof. sample-and-hold means for holding two values separately; a comparator that compares these two values and outputs an output when the sample-and-hold value at the predetermined timing is larger than the sample-and-hold value at the neighboring timing; Comparing means includes a comparator for comparing one of the binary values with a predetermined threshold value, and an AND circuit for extracting the AND output of the outputs from both of the comparators as a stop pulse signal. That is.

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第3図は、本発明の実施例の一例の構成を第1
図に示した従来構成の超音波顕微鏡に適用した場
合について、ブロツク線図で示したものである。
また第1図の部分と同一部分は、同一符号を付し
て示したが、これらの各部については、さきに説
明したのでここでは説明を省略する。
FIG. 3 shows a first example of the configuration of an embodiment of the present invention.
This is a block diagram showing a case where the present invention is applied to the conventional ultrasonic microscope shown in the figure.
Further, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, but since these parts have been explained earlier, the explanation will be omitted here.

同図において、12は超音波音響レンズ4をZ
方向に間欠的に変位させるための駆動装置を含む
Z方向駆動機構、すなわち焦点調節機構である。
13はそのZ方向駆動機構12を制御するための
Z方向駆動制御装置であつて、停止パルス信号が
供給されたとき、前記Z方向駆動機構12の動作
を停止させるよう構成してある。また、14は高
周波パルス発生器1を発停制御するための制御パ
ルス発生器、15は信号処理回路9から得られた
反射波検波信号を制御パルス発生器14からのパ
ルス信号によりサンプリングしてホールドするよ
うに構成したサンプル・ホールド器であつて、そ
のパルス信号を超音波音響レンズ4の構成等によ
つて定まるタイミングをもつた合焦時の検波信号
のタイミングに一致させるために必要な時間だけ
遅延パルス発生器16により遅延させてサンプ
ル・ホールド器にサンプリングパルスとして加え
ている。
In the figure, 12 indicates the ultrasonic acoustic lens 4 at Z
This is a Z-direction drive mechanism, that is, a focus adjustment mechanism, including a drive device for intermittently displacing the Z-direction.
Reference numeral 13 denotes a Z-direction drive control device for controlling the Z-direction drive mechanism 12, and is configured to stop the operation of the Z-direction drive mechanism 12 when a stop pulse signal is supplied. Further, 14 is a control pulse generator for controlling the start/stop of the high-frequency pulse generator 1, and 15 is a control pulse generator for sampling and holding the reflected wave detection signal obtained from the signal processing circuit 9 using the pulse signal from the control pulse generator 14. A sample-and-hold device configured to hold the pulse signal for only the time necessary to match the timing of the detection signal at the time of focusing, which has a timing determined by the configuration of the ultrasonic acoustic lens 4, etc. The signal is delayed by a delay pulse generator 16 and applied to the sample/hold device as a sampling pulse.

すなわち、制御パルス発生器14からのパルス
出力を二分し、その一方により高周波パルス発生
器を駆動して高周波パルス信号発生させ、これに
より圧電トランスジユーサ3を駆動することによ
り得られた第2図の如き試料8からの反射波の検
波信号を信号処理回路9から得るとともに、その
二分した他方のパルス信号を遅延パルス発生器1
6により遅延させることによつて、第2図に示し
た第2の極大値に相当する合焦時の検波信号の
タイミングに一致するタイミングをもつたパルス
信号とし、このパルス信号により前記信号処理回
路9からの検波信号をサンプリングし、ホールド
しているので、超音波音響レンズ4と試料8のZ
方向の距離が変化するように、その超音波音響レ
ンズ4をたとえば試料8と遠く離れた位置から試
料8に近づけるように変位させた場合、サンプ
ル・ホールド器15によつてサンプル・ホールド
される検波信号の出力電圧が最大値を示したとき
の超音波音響レンズ4の位置が、丁度合焦位置に
相当することとなる。17はサンプル・ホールド
器15からの出力電圧をノイズ等の信号から分離
するための比較器であつて、サンプル・ホールド
器15でとらえた電圧Vfとしきい値基準電圧設
定器18の電圧Vrを比較し、Vf>Vrとなつたと
き出力するよう構成してある。
That is, the pulse output from the control pulse generator 14 is divided into two parts, one of which drives the high-frequency pulse generator to generate a high-frequency pulse signal, and the piezoelectric transducer 3 is thereby driven. A detected signal of the reflected wave from the sample 8 such as
6, the pulse signal is generated with a timing that matches the timing of the detection signal at the time of focusing corresponding to the second maximum value shown in FIG. 2, and this pulse signal causes the signal processing circuit to Since the detection signal from 9 is sampled and held, the Z of ultrasonic acoustic lens 4 and sample 8
When the ultrasonic acoustic lens 4 is displaced from a position far away from the sample 8 to closer to the sample 8 so that the distance in the direction changes, the detected wave is sampled and held by the sample and holder 15. The position of the ultrasonic acoustic lens 4 when the output voltage of the signal shows the maximum value exactly corresponds to the in-focus position. 17 is a comparator for separating the output voltage from the sample-and-hold device 15 from signals such as noise, and it compares the voltage V f captured by the sample-and-hold device 15 with the voltage V r of the threshold reference voltage setting device 18. It is configured to output when V f > V r .

従つて、第2図に示したV(Z)カーブにおいて、
合焦時検波信号である第2の極大値のみがしき
い値を越えるように、しきい値基準電圧設定器1
8の電圧Vrを設定すれば、超音波音響レンズの
Z方向の位置が、合焦点に達した時点で、比較器
17からパルス信号が発生する。この実施例にお
いては、そのパルス信号を停止パルス信号として
前記Z方向駆動制御装置13に供給している。
Therefore, in the V (Z) curve shown in Figure 2,
Threshold reference voltage setting device 1 so that only the second maximum value, which is the detection signal during focusing, exceeds the threshold value.
If the voltage Vr of 8 is set, a pulse signal is generated from the comparator 17 when the position of the ultrasonic acoustic lens in the Z direction reaches the focused point. In this embodiment, the pulse signal is supplied to the Z-direction drive control device 13 as a stop pulse signal.

そのZ方向駆動制御装置13は、さきに説明し
たように、停止パルスによつて前記Z方向駆動機
構12を停止させるよう制御する構成となつてい
るので、そのZ方向駆動機構12により駆動する
超音波音響レンズは、前記比較器17から停止パ
ルスが発生した時点、すなわち合焦時の検波信号
が得られた合焦位置で停止する。
As explained earlier, the Z-direction drive control device 13 is configured to control the Z-direction drive mechanism 12 to stop using a stop pulse. The sonic acoustic lens stops at the time when the stop pulse is generated from the comparator 17, that is, at the focus position where the detection signal at the time of focus is obtained.

上述の本発明の実施例の構成における動作を、
第4図に示すタイミングチヤートを参照して、さ
らに詳細に説明する。
The operation of the configuration of the embodiment of the present invention described above is as follows:
This will be explained in more detail with reference to the timing chart shown in FIG.

Z方向駆動制御装置13によりZ方向駆動機構
12を動作させ、超音波音響レンズ4と試料8の
Z方向の距離を近づけ、もしくは遠ざけるように
駆動させる。一方、圧電トランスジユーサを駆動
するための、繰り返しの高周波パルスを高周波パ
ルス発生器1から発生させ、その発生の制御を制
御パルス発生器14からのパルス信号によつて行
なう。第4図に高周波パルス発生器1から発生さ
せた波を入射波Pとして、そのタイミングをt1
ところにとれば、その波は圧電トランスジユーサ
3により超音波に変換され、超音波音響レンズ4
を通り、液体5を介して試料8の表面に当つて、
その反射波が逆経路を通り、信号処理回路9から
出力検波信号として取り出される。超音波音響レ
ンズ4の焦点に試料8の面があるときは、さきに
説明したように最も大きい反射があり、そのとき
の反射波をRfとし、入射波Pからの遅れ時間をtf
とする。超音波音響レンズ4の焦点を試料8の面
から少し超音波音響レンズ4と試料8が離れてい
るときの反射波をR1、近いときの反射波をR2
すると、それらのタイミング関係は第4図に示し
たようになる。そこで、信号処理回路9からの反
射波検波信号中、最も大きい反射波Rfに相当す
る反射波検波信号を取り出すため、制御パルス発
生器14からのパルス信号を遅延パルス発生器1
6によりtfだけ遅延させてt2のタイミングをもつ
た遅延パルス信号とし、この遅延パルス信号によ
り前記反射波検波信号をサンプル・ホールド回路
15によつてサンプリングし、そのときの電圧値
をホールドして比較器17に供給する。
The Z-direction drive control device 13 operates the Z-direction drive mechanism 12 to drive the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 closer to or farther apart in the Z direction. On the other hand, a high frequency pulse generator 1 generates repetitive high frequency pulses for driving the piezoelectric transducer, and the generation is controlled by a pulse signal from a control pulse generator 14. In Fig. 4, if the wave generated by the high-frequency pulse generator 1 is an incident wave P and its timing is set at t1 , the wave is converted into an ultrasonic wave by the piezoelectric transducer 3, and the ultrasonic acoustic lens 4
and hits the surface of the sample 8 via the liquid 5,
The reflected wave passes through the reverse path and is extracted from the signal processing circuit 9 as an output detection signal. When the surface of the sample 8 is at the focus of the ultrasonic acoustic lens 4, there is the largest reflection as explained earlier, the reflected wave at that time is R f , and the delay time from the incident wave P is t f
shall be. Let R 1 be the reflected wave when the focus of the ultrasonic acoustic lens 4 is slightly away from the surface of the sample 8 and the reflected wave when it is close to the surface of the sample 8 is R 2 , then the timing relationship between them is as follows. The result will be as shown in FIG. Therefore, in order to extract the reflected wave detection signal corresponding to the largest reflected wave R f from the reflected wave detection signals from the signal processing circuit 9, the pulse signal from the control pulse generator 14 is transferred to the delayed pulse generator 1.
6 , the reflected wave detection signal is sampled by the sample/hold circuit 15, and the voltage value at that time is held. and supplies it to the comparator 17.

従つて、比較器17に供給されるサンプル・ホ
ールド器15の出力は、超音波音響レンズ4が試
料8の面に合焦するまでの過程の期間では、非合
焦の検波信号をも含むこととなるが、比較器17
は最も大きな反射波Rfの検波信号Vfが入力した
ときのみ、しきい値Vrに対し、Vf>Vrとなつて
出力するように、あらかじめ、しきい値基準電圧
設定器18により所定のしきい値Vrに設定して
あるので、超音波音響レンズ4の焦点に試料8の
面が位置したとき、すなわち最大反射波Rfに対
応する検波信号Vfがサンプル・ホールド器によ
りサンプリングされホールドされたときのみ、前
記比較器17からパルス信号を出力し、Z方向駆
動機構12による超音波音響レンズ4のZ方向の
変位を停止させるようにZ方向駆動制御装置13
を制御する。これにより、超音波音響レンズ4の
Z方向の変位が停止し、超音波音響レンズ4は試
料8の面に自動合焦する。
Therefore, the output of the sample-and-hold unit 15 supplied to the comparator 17 includes an unfocused detection signal during the process until the ultrasonic acoustic lens 4 focuses on the surface of the sample 8. However, comparator 17
is set in advance by the threshold reference voltage setting device 18 so that V f >V r with respect to the threshold value V r is output only when the detected signal V f of the largest reflected wave R f is input. Since the predetermined threshold value V r is set, when the surface of the sample 8 is located at the focal point of the ultrasonic acoustic lens 4, that is, the detected signal V f corresponding to the maximum reflected wave R f is detected by the sample and hold device. A Z-direction drive control device 13 outputs a pulse signal from the comparator 17 only when the sample is sampled and held, and stops the displacement of the ultrasonic acoustic lens 4 in the Z direction by the Z-direction drive mechanism 12.
control. As a result, the displacement of the ultrasonic acoustic lens 4 in the Z direction is stopped, and the ultrasonic acoustic lens 4 automatically focuses on the surface of the sample 8.

第5図は、本発明の他の実施例の構成の一部を
示すブロツク線図であつて、第3図における一点
鎖線で囲んだ部分のみを示したものであり、その
他の部分は第3図のものと同一構成なので図示を
省略してある。
FIG. 5 is a block diagram showing a part of the configuration of another embodiment of the present invention, and shows only the part surrounded by the dashed line in FIG. Since the configuration is the same as that in the figure, illustration is omitted.

この実施例は、さきの実施例におけるものより
も一層精度高く自動焦点調節を行ない得るように
したもので、サンプル・ホールド手段は二つのサ
ンプル・ホールド器19,20からなつている。
その一方は、パルス信号入力端子21を介して第
3図に1で示した制御パルス発生器からのパルス
信号のタイミングを前述の実施例の場合と同様
に、第4図に示したtfなる時間遅延させるための
第1の遅延パルス発生器22によつて遅延させた
遅延パルス信号により、検波信号入力端子23か
ら加えられる第3図に9で示した信号処理回路か
らの検波信号をサンプリングしてホールドするよ
うに構成してある。
In this embodiment, automatic focus adjustment can be performed with higher precision than in the previous embodiment, and the sample and hold means consist of two sample and hold devices 19 and 20.
On the one hand, the timing of the pulse signal from the control pulse generator shown at 1 in FIG. 3 is changed to t f shown in FIG. The detected signal from the signal processing circuit shown at 9 in FIG. 3, which is applied from the detected signal input terminal 23, is sampled by the delayed pulse signal delayed by the first delayed pulse generator 22 for time delaying. It is configured to be held in place.

また、他方のサンプル・ホールド器20は、前
記第1の遅延パルス発生器22で遅延した遅延パ
ルス信号を、さらに第2の遅延パルス発生器24
により微少時間Δtだけ遅延させて得た遅延パル
ス信号によつて、前記信号処理回路9からの検波
信号をサンプリングし、ホールドするように構成
してある。
Further, the other sample-and-hold device 20 transmits the delayed pulse signal delayed by the first delayed pulse generator 22 to the second delayed pulse generator 24.
The detection signal from the signal processing circuit 9 is sampled and held using a delayed pulse signal obtained by delaying the signal by a minute time Δt.

一方、比較手段もまた二つの比較器25,26
からなり、それら両比較器25,26からの出力
をAND回路27に導いて得たAND出力を停止パ
ルス信号として取り出すと共に、その一方の第1
の比較器25は、前述の実施例と同様に第1のサ
ンプル・ホールド器19の出力電圧を、ノイズ等
の信号と分離して誤動作を防ぐためのしきい値基
準電圧設定器28による所定のしきい値と比較
し、前記出力電圧がそのしきい値を越えた場合に
のみ出力するように構成してある。また、他方の
第2の比較器26は、前記反射波検出信号をごく
短かな時間差Δtを隔ててサンプリングして得た
各サンプル・ホールド器19,20からの各出力
電圧の差をとるように接続してある。しかして、
AND回路27からの停止パルス信号は、停止パ
ルス信号出力端子29から第3図に13で示した
Z方向駆動制御装置入力し、さきの実施例と同様
の動作をさせるようにしている。なお、その他の
構成は、第3図のものと同一であるので以下同図
をも参照して、第6図および第7図のタイミング
チヤートに基づきこの実施例のものの動作を説明
する。
On the other hand, the comparison means also includes two comparators 25 and 26.
The outputs from both comparators 25 and 26 are led to an AND circuit 27, and the obtained AND output is taken out as a stop pulse signal, and one of the first
Similar to the previous embodiment, the comparator 25 separates the output voltage of the first sample-and-hold device 19 from signals such as noise to prevent malfunction. The output voltage is compared with a threshold value and is configured to be output only when the output voltage exceeds the threshold value. The other second comparator 26 is configured to take the difference between the output voltages from the sample-and-hold devices 19 and 20 obtained by sampling the reflected wave detection signal at a very short time difference Δt. It's connected. However,
The stop pulse signal from the AND circuit 27 is inputted from the stop pulse signal output terminal 29 to the Z-direction drive control device shown at 13 in FIG. 3, so that the same operation as in the previous embodiment is performed. The rest of the structure is the same as that shown in FIG. 3, so the operation of this embodiment will be explained below based on the timing charts shown in FIGS. 6 and 7, with reference also to the same figure.

第1の実施例と同様に、超音波音響レンズ4を
試料8から遠い位置より除々に試料8に近づけ
て、試料8の面の近傍に超音波音響レンズ4の焦
点位置が達する場合、信号処理回路9から得られ
る検波出力は第6図のように変化する。
Similarly to the first embodiment, when the ultrasonic acoustic lens 4 is gradually brought closer to the sample 8 from a position far from the sample 8 and the focal position of the ultrasonic acoustic lens 4 reaches near the surface of the sample 8, the signal processing The detection output obtained from the circuit 9 changes as shown in FIG.

超音波音響レンズ4の焦点に、試料8の面があ
るときの検波出力を同図Bとすれば、超音波音響
レンズ4と試料8が、その焦点距離より少し離れ
ているときは、同図Aのように検波出力は、同図
Bに示した合焦した場合の検波出力よりも減少
し、また少し近いときも同図Cのように検波出力
は減少する。この微妙な検波出力レベルの差をと
らえて、合焦位置を判別するのに、制御パルス発
生器14からのパルスに対し、さきの実施例の場
合と同様に、制御パルス発生器14からのパルス
信号に対し、そのパルス信号のタイミングによる
超音波音響レンズ4からの試料8への入射波によ
つて得られる合焦時の反射波検波信号が得られる
までの時間差tfをもつたタイミングの第1の遅延
パルス信号を、第1の遅延パルス発生器22から
出力させ、その第1の遅延パルス信号により信号
処理回路9からの反射波検波信号を第1のサンプ
ル・ホールド器19によつてサンプリングし出力
電圧V1を得る。
If the detection output when the surface of the sample 8 is at the focal point of the ultrasonic acoustic lens 4 is B in the same figure, then when the ultrasonic acoustic lens 4 and the sample 8 are a little apart from each other by their focal distance, As shown in A, the detection output is lower than the detection output when the object is in focus, as shown in B of the same figure, and even when the object is a little closer, as shown in C of the same figure, the detected output is reduced. In order to detect this subtle difference in detection output level and determine the in-focus position, the pulse from the control pulse generator 14 is used as in the case of the previous embodiment. The signal has a time difference t f between when a reflected wave detection signal is obtained at the time of focusing obtained by the incident wave from the ultrasonic acoustic lens 4 to the sample 8 due to the timing of the pulse signal. 1 delayed pulse signal is output from the first delayed pulse generator 22, and the reflected wave detection signal from the signal processing circuit 9 is sampled by the first sample/hold device 19 using the first delayed pulse signal. and obtain the output voltage V1 .

また、前記第1の遅延パルス信号を第2の遅延
パルス発生器24により第7図に示したように微
少時間Δtだけ遅延させた第2の遅延パルス信号
を得て、この第2の遅延パルス信号により信号処
理回路9からの反射波検波信号を第2のサンプ
ル・ホールド器20においてサンプリングし出力
電圧V2を得る。第7図は、それら出力電圧V1
V2のタイミング関係を示したものである。
Further, a second delayed pulse signal is obtained by delaying the first delayed pulse signal by a minute time Δt as shown in FIG. 7 by the second delayed pulse generator 24, and this second delayed pulse signal is According to the signal, the reflected wave detection signal from the signal processing circuit 9 is sampled in the second sample-and-hold device 20 to obtain an output voltage V 2 . FIG. 7 shows these output voltages V 1 ,
This shows the timing relationship of V 2 .

前記第1のサンプル・ホールド器19の出力電
圧V1は、第1の比較器25において、しきい値
基準電圧設定器28により設定された基準電圧
Vrと比較される。その基準電圧Vrは、前記出力
電圧をノイズと分離して比較出力を得るに適した
しきい値をなるように設定されているので、V1
>Vrとなればその第1の比較器は出力する。つ
まり、ここで超音波音響レンズ4の焦点近傍に試
料8の面があることを判断する。
The output voltage V 1 of the first sample-and-hold device 19 is equal to the reference voltage set by the threshold reference voltage setter 28 in the first comparator 25.
Compared to V r . The reference voltage V r is set to be a threshold suitable for separating the output voltage from noise and obtaining a comparison output, so V 1
>V r , the first comparator outputs an output. That is, it is determined here that the surface of the sample 8 is near the focal point of the ultrasonic acoustic lens 4.

同図Bを焦点に合つたときの検波出力とすれ
ば、超音波音響レンズ4を試料8に近づけるよう
にZ方向駆動させるときは、同図のAからBへ、
BからCへと検波出力レベルが変化する。そこ
で、第6図のA,B,Cに示した検波出力の微妙
なレベル差を判別するため、第7図に示すように
各サンプル・ホールド器19,20のサンプルホ
ールドのタイミング差Δtを短くすれば、検波出
力が焦点位置に対し同図Aの状態にあるとき、第
1のサンプル・ホールド器19からの出力電圧
V1と第2のサンプル・ホールド器20からの出
力電圧V2が、V1<V2となり、この場合V1>Vr
なつて第1の比較器25からON状態の出力がで
ても、第2の比較器26がV1<V2のときのみ出
力するように入力端子にV1、入力端子にV2
を入力させてあるので、第2の比較器26は
OFF状態となり、従つてAND回路27もOFF状
態のままである。
If B in the same figure is the detection output when it is in focus, when driving the ultrasonic acoustic lens 4 in the Z direction to bring it closer to the sample 8, from A to B in the figure,
The detection output level changes from B to C. Therefore, in order to distinguish the subtle level differences in the detection outputs shown in A, B, and C of FIG. Then, when the detection output is in the state of A in the figure with respect to the focal position, the output voltage from the first sample-and-hold device 19 is
V 1 and the output voltage V 2 from the second sample-and-hold device 20 become V 1 <V 2 , in which case V 1 >V r and the first comparator 25 outputs an ON state. Also, V 1 is applied to the input terminal and V 2 is applied to the input terminal so that the second comparator 26 outputs only when V 1 <V 2 .
is input, the second comparator 26 becomes
It is in the OFF state, and accordingly, the AND circuit 27 also remains in the OFF state.

つぎに超音波音響レンズ4が試料8の面に合焦
して焦点位置と検波出力の関係が同図Bに示した
状態に達し、もしくはその直前の状態においては
V1とV2の関係がV1>V2となり、第2の比較器2
6はON状態となつて出力する。このとき、第1
の比較器25がON状態となつて出力しているの
で、AND回路27は同図Bに示した合焦状態と
なつた時点もしくはその直前の時点でON状態と
なり、その出力が停止パルス信号としてZ方向駆
動制御装置13に入力し、Z方向駆動機構12の
動作を停止させる。超音波音響レンズ4のZ方向
の駆動は、これによつて停止し、その焦点は試料
8面に合つたこととなる。
Next, the ultrasonic acoustic lens 4 focuses on the surface of the sample 8, and the relationship between the focal position and the detection output reaches the state shown in Figure B, or in the state immediately before that.
The relationship between V 1 and V 2 becomes V 1 > V 2 , and the second comparator 2
6 is in the ON state and outputs. At this time, the first
Since the comparator 25 is in the ON state and outputting the output, the AND circuit 27 becomes the ON state at or just before the in-focus state shown in FIG. The signal is input to the Z-direction drive control device 13 and the operation of the Z-direction drive mechanism 12 is stopped. The driving of the ultrasonic acoustic lens 4 in the Z direction is thereby stopped, and its focus is now on the surface of the sample 8.

上述の第2の実施例においては、超音波音響レ
ンズ4を試料8に近づく方向に移動させて、自動
合焦させる場合について説明したが、超音波音響
レンズ4を試料8から遠ざける方向に駆動して自
動合焦させる場合には、各々のサンプル・ホール
ド器19,20の出力を逆に接続した構成にすれ
ば、上述の第2の実施例と同様の動作をさせるこ
とができる。
In the second embodiment described above, a case has been described in which the ultrasonic acoustic lens 4 is moved in the direction approaching the sample 8 and automatic focusing is performed, but the ultrasonic acoustic lens 4 is moved in the direction away from the sample 8. When automatic focusing is to be carried out using the above-described second embodiment, the same operation as in the second embodiment described above can be achieved by configuring the outputs of the sample-and-hold devices 19 and 20 to be connected in reverse.

上述したように本発明によれば、超音波音響レ
ンズと試料間の距離を変化させ、試料面に超音波
音響レンの焦点が合つたときの試料からの反射波
の検波信号をサンプリングしてホールドし、この
ホールド電圧を所定のしきい値と比較して得た比
較出力のタイミングによつて、前記超音波音響レ
ンズの駆動を停止させることにより前記超音波音
響レンズを試料面に合焦させるようにしたもので
あるから、従来観察者が手動により行なつていた
焦点調節を、迅速かつ高精度に自動的に行なうこ
とができ、しかも超音波音響レンズと試料との接
触による毀損も有効に防止できる。また、常に高
精度の焦点調節を自動的に行なうことができるこ
とから、多数の試料を観察する場合には一定のコ
ントラストの像を得ることができ、したがつて試
料間の比較を容易かつ正確に行なうことができ
る。
As described above, according to the present invention, the distance between the ultrasonic acoustic lens and the sample is changed, and the detected signal of the reflected wave from the sample when the ultrasonic acoustic lens is focused on the sample surface is sampled and held. The ultrasonic acoustic lens is focused on the sample surface by stopping the driving of the ultrasonic acoustic lens based on the timing of the comparison output obtained by comparing this hold voltage with a predetermined threshold. Because of this, focus adjustment, which conventionally had to be done manually by the observer, can be done automatically and quickly and with high precision, and also effectively prevents damage caused by contact between the ultrasonic acoustic lens and the sample. can. In addition, because it is possible to always automatically adjust the focus with high precision, it is possible to obtain images with a constant contrast when observing a large number of samples, making comparisons between samples easy and accurate. can be done.

特に第2の実施例のものにおいては合焦時にお
ける反射波のピーク点に近い検波信号のタイミン
グで超音波音響レンズの駆動を停止せしめること
ができるので、さらに一層高精度の自動焦点調節
が可能となる。
In particular, in the second embodiment, the driving of the ultrasonic acoustic lens can be stopped at the timing of the detection signal close to the peak point of the reflected wave during focusing, so even more precise automatic focusing is possible. becomes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の超音波顕微鏡の一例の構成を示
すブロツク線図、第2図は音響レンズと試料との
間の距離に対する反射波検波信号の強度分布図、
第3図は本発明装置を第1図のものに適用した場
合の本発明の実施例の一例を示すブロツク線図、
第4図は、第3図の実施例の動作を説明するため
のタイミングチヤート、第5図は本発明の他の実
施例の構成の一部を示すブロツク線図、第6図お
よび第7図はその動作を説明するためのタイミン
グチヤートである。 1……高周波パルス発生器、2……サーキユレ
ータ、3……圧電トランスジユーサ、4……超音
波音響レンズ、5……液体、6……走査制御装
置、7……試料台、8……試料、9……信号処理
回路、11……陰極線管、12……Z方向駆動機
構、13……Z方向駆動制御回路、14……制御
パルス発生器、15……サンプル・ホールド器、
16……遅延パルス発生器、17……比較器、1
8,28……しきい値基準電圧設定器、19……
第1のサンプル・ホールド器、20……第2のサ
ンプル・ホールド器、21……パルス信号入力端
子、22……第1の遅延パルス発生器、23……
検波信号入力端子、24……第2の遅延パルス発
生器、25……第1の比較器、26……第2の比
較器、27……AND回路、28……停止パルス
信号出力端子。
Figure 1 is a block diagram showing the configuration of an example of a conventional ultrasonic microscope, Figure 2 is an intensity distribution diagram of the reflected wave detection signal with respect to the distance between the acoustic lens and the sample.
FIG. 3 is a block diagram showing an example of an embodiment of the present invention when the device of the present invention is applied to the device of FIG.
4 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment of FIG. 3, FIG. 5 is a block diagram showing a part of the configuration of another embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 is a timing chart to explain its operation. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... High frequency pulse generator, 2... Circulator, 3... Piezoelectric transducer, 4... Ultrasonic acoustic lens, 5... Liquid, 6... Scanning controller, 7... Sample stage, 8... Sample, 9...Signal processing circuit, 11...Cathode ray tube, 12...Z direction drive mechanism, 13...Z direction drive control circuit, 14...Control pulse generator, 15...Sample/hold device,
16...Delayed pulse generator, 17...Comparator, 1
8, 28... Threshold reference voltage setter, 19...
First sample and hold device, 20...Second sample and hold device, 21...Pulse signal input terminal, 22...First delay pulse generator, 23...
Detection signal input terminal, 24...second delay pulse generator, 25...first comparator, 26...second comparator, 27...AND circuit, 28...stop pulse signal output terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超音波音響レンズと試料の超音波投射方向に
おける相対位置を変位させて焦点を調節するよう
に構成した焦点調節機構を有する超音波顕微鏡に
おいて、前記超音波音響レンズから投射された超
音波の試料からの反射波を受信して得た検波信号
を、前記超音波音響レンズの構成等によつて定ま
る所定のタイミングでサンプリングしてホールド
するように構成したサンプル・ホールド手段と、
そのサンプル・ホールド手段からの出力電圧を所
定のしきい値と比較して停止パルス信号を得るよ
うに構成した比較手段とを具え、その停止パルス
信号によつて前記焦点調節機構の動作を停止させ
るよう構成したことを特徴とする超音波顕微鏡の
自動焦点調節装置。 2 超音波音響レンズと試料の超音波投射方向に
おける相対位置を変位させて焦点を調節するよう
に構成した焦点調節機構を有する超音波顕微鏡に
おいて、前記超音波音響レンズから投射された超
音波の試料からの反射波を受信して得た検波信号
を、前記超音波音響レンズの構成等によつて定ま
る所定のタイミングと、その近傍のタイミングの
二つの時点においてサンプリングして得た二値を
各別にホールドするサンプル・ホールド手段と、
これらの二値を比較し前記所定のタイミングによ
るサンプル・ホールド値がその近傍のタイミング
によるサンプル・ホールド値よりも大きいときに
出力を発する比較器、前記二値のうちの一つと所
定のしきい値を比較する比較器およびそれら両比
較器からの出力のAND出力を停止パルス信号と
して取り出すためのAND回路を有する比較手段
とを具えることを特徴とする超音波顕微鏡の自動
焦点調節装置。
[Scope of Claims] 1. In an ultrasonic microscope having a focus adjustment mechanism configured to adjust the focus by displacing the relative positions of an ultrasonic acoustic lens and a sample in the ultrasonic projection direction, sample/hold means configured to sample and hold a detection signal obtained by receiving reflected waves of the ultrasonic wave from the sample at a predetermined timing determined by the configuration of the ultrasonic acoustic lens; ,
comparing means configured to compare the output voltage from the sample and hold means with a predetermined threshold value to obtain a stop pulse signal, and stop the operation of the focusing mechanism by the stop pulse signal. An automatic focus adjustment device for an ultrasound microscope, characterized in that it is configured as follows. 2. In an ultrasonic microscope having a focus adjustment mechanism configured to adjust the focus by displacing the relative positions of the ultrasonic acoustic lens and the sample in the ultrasonic projection direction, the ultrasonic sample projected from the ultrasonic acoustic lens The detection signal obtained by receiving the reflected wave from the ultrasonic acoustic lens is sampled at two points in time: a predetermined timing determined by the configuration of the ultrasonic acoustic lens, and a timing in the vicinity thereof, and the obtained binary values are separately obtained. sample/hold means for holding;
a comparator that compares these two values and outputs an output when the sample-and-hold value at the predetermined timing is larger than the sample-and-hold value at the neighboring timing; one of the two values and a predetermined threshold; 1. An automatic focusing device for an ultrasound microscope, comprising: a comparator for comparing the two comparators; and a comparing means having an AND circuit for extracting the AND output from both the comparators as a stop pulse signal.
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