JPH02226064A - 超音波顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は物体の音響的非線形作用を利用して試料表面
やその内部の特性を検出する超音波顕微鏡に関するもの
である。

［従来の技術］ 第４図は従来の超音波顕微鏡の一例を示したものであり
、図中１は音波を集束せしめる音響レンズであり、該音
響レンズ１の上端には超音波変換器２が取付けられてお
り、この超音波変換器２には入出力信号切替器８を介し
て電気信号入力端子３と電気信号出力端子７とが接続さ
れている。

そして、前記音響レンズｌの直下には試料４を位置せし
めるようになっており、音響レンズ１の下部と試料４の
上面との間には水５が介在しており、音響レンズｌによ
り集束せしめられた超音波は水５の中を伝播して試料４
に印加される様になっている。なお、同図中の点線は、
超音波信号か集束する状況を模式的に示したものである
。

この様に音響レンズｌによって集束せしめられた信号は
試料４の表面あるいは内部の音響インピーダンスの変化
に応じた反射波を生じ、この反射波は入射波とは逆の経
路をたどり、機械的振動として超音波変換器２を励振し
、電気振動に変換され、出力側に切換えられた入出力信
号変換器８を通り、電気信号出力端子７へ出力信号とな
って現われる。従って、入射波（ＡＣパルス）のくり返
し周波数に同期させて試料を走査する様にすれば、走査
面の音響インピーダンスの変化を可視できることとなる
。

この際、試料４の内部や表面にクラックかあれば、その
クラックの部分の音響インピーダンスが異る為、それに
応じた反射波が生じ、これを電気信号に変換することに
より物体内部や表面の状況を知ることかできるのである
。

［発明か解決しようとする課題］ 従来の超音波顕微鏡は試料の音響インピーダンスの変化
を可視化するものであり、信号周波数としては、通常数
メガＨｚ乃至数ギガＨｚのものを用いているが、この様
に高い周波数の信号は音響レンズ、水、試料等の物体内
での減衰が激しく、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）か低いと
いう欠点かある。

又、分解能を上げる為、周波数を高くすると、往復の経
路で信号が減衰し、Ｓ／Ｎ比が更に悪くなるという問題
もる。

この発明は試料の非線形的性質（非線形定数など）の差
異を可視化させるという従来の超音波顕微鏡とは異なる
原理に基づいて従来の超音波顕微鏡の欠点を除去せんと
するものである。

［課題を解決する為の手段コ この発明は、超音波変換器によって発生せしめられた同
じ帯域に属する周波数の異る２つの超音波信号を音響レ
ンズを介して試料に照射し、試料の持つ音響的非線形作
用によって生ずる差周波信号を受波器で受波することに
より、物体表面及び内部の特性を検出し得る様にするこ
とにより上記課題を解決せんとするものである。

［作　用］ 音響レンズにより集束せしめた同じ帯域に属する周波数
の異る２つの超音波信号（１次波）　ｒｌ。

ｆ２を試料である物体に印加すると、その試料の音響的
非線形作用により、２次波として２つの周波数の差周波
Δｆが生ずる。この差周波Δｆは従来の超音波顕微鏡に
おける音響インピーダンスの差ではなく、非線形定数の
差である。

この差周波Δｆは受波器で受波され、電気信号に変換せ
しめられ、この電気信号により試料表面や内部の状況が
検知される。

この際、分解能が１次波の波長によることは従来の超音
波顕微鏡と同じであるか、２次波発生のメカニズムにお
いて２次波の大きさは１次波の音圧の２乗に比例するの
で同一波長でも分解能の向上が期待できる。

更に、試料の音響的非線形作用によって生ずる差周波Δ
ｆは入力信号ｆ、、　ｆ、に比して充分低い周波数とな
るので、復路において試料、音響レンズ、物体と音響レ
ンズとの間に介在している水などの内部における減衰を
防ぐことができる。

又、検出される信号は従来の超音波ａ微鏡に比して２桁
程度低レベルであるが、復路において信号は低周波に変
換されるので受信側で大きな増巾が可能であり、極めて
良好なＳ／Ｎ比を有する。

更に、１次波であるｆＩ、　ｆ２のいずれかを可変とす
るならば２差周波Δｆも変化する為、Δｆの変化に対す
る試料の非線形特性の応答をとることができ、非線形音
響スペクトル分析も行うことができる。

［実施例］ 第１図はこの発明に係る超音波顕微鏡の第１実施例の正
面図である０図中１は音波を集束せしめ°る音響レンズ
であり、該音響レンズ１の上端には超音波変換器２か取
付けられており、この超音波変換器２には同じ帯域に属
し、周波数の異る２つの電気信号を入力する電気信号入
力端子３が取付けられている。そして、前記音響レンズ
１の直下には試料４か位置せしめられる様になっており
、音響レンズ１の下部と試料４の間には水５が介在せし
められており、音響レンズｌにより集束せしめられた超
音波信号は水５の中を伝播して試料４に印加せしめられ
る様になっている。又、音響レンズ１と試料４との間に
介在している水５中には反射波を受ける例えば円環状を
しだ受波器６．６が位置せしめられており、該受波器６
には信号出力端子７が接続せしめられている。

なお、この実施例においては、受波器６を水５の中に位
置させたが、試料４の裏面側に設けても良い。

又、特に受波器６を設けず、超音波変換器２に受波器を
兼用させ、これて反射波を受波する様にしても良い。

次に、この第１実施例の動作を説明すると１図示されて
いない１台あるいは２台の信号発生器から同じ帯域に属
し１周波数の異る２種の信号（１次波）　ｆｌ、　ｆ２
をバースト波あるいは連続波として電気信号入力端子３
に加え、超音波変換器２にこれを印加する。超音波変換
器２では信号周波数ｆｌ、　ｆ＊の重ね合せに応じた機
械振動となり、音響レンズエで集束され、水５内を通っ
て、試料４に印加される。

ここで、試料４における音響的非線形作用により、２つ
の超音波信号の周波数の差周波Δｆが２次波として生ず
る。　ｆ２−ｆ、＝Δｆ、今ここで、ｆ２を１．０１ギ
ガＨｚ、　ｆ、を０．９９ギガＨｚとすると、差周波Δ
ｆは０．０２ギガＨｚとなる。この様にして生じた差周
波Δｆの信号は、水５中に設けられている受波器６で受
波され、信号出力端子７に電気信号として現われ、この
電気信号により試料４の表面あるいは内部の状況を検知
する。

なお、受波器６の共振周波数をΔｆに合せることにより
、Ｓ／Ｎ比を向上させることも可能である。

上記第１実施例においては、１組の超音波変換器と音響
レンズを用い試料に異る周波数の信号を印加する様にし
たが、２組の超音波変換器と音響レンズを用い、それぞ
れｆ、、　ｆ２の信号を加えることも可能である。

即ち、第２図に示す第２実施例においては、試料４の表
裏に二対の超音波変換器２と音響レンズ１とを対向させ
て設けており、又、第３図に示す第３実施例においては
、試料４の表面側に一対の超音波変換器２と音響レンズ
１とをそれぞれの超音波信号が試料４の一点に集中する
様に傾斜させて設けられており、第１実施例と同様な動
作原理を有している。

［発明の効果コ この発明に係る超音波顕微鏡は上記の通りの構成を有し
、同じ帯域に属する異る周波数のｆｌ＋　ｆ２の超音波
信号を用いており、試料である物体の音響的非線形作用
による差周波数Δｆにより試料の従来とは異る音響的性
質、即ち非線形定数の変化を可視化することができる。

ざらにΔｆは入力信号ｆ、、　ｆ、に比して充分に低い
周波数となる為、受波側で大きな増幅度の確保が容易で
あると共に試料である物体、水、音響レンズ等の内部に
おける減衰を防ぐことかでき、Ｓ／Ｎ比が高く高解像度
で非線形音響スペクトル分析が可能であるなど情報量の
多い超音波顕微鏡を実現できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る超音波顕微鏡の第１実施例の正
面図、第２図は第２実施例の正面図、第３図は第３実施
例の正面図である。又、第４図は従来例の正面図である
。 １・・・音響レンズ、２・・・超音波変換器、３・・・
電気信号入力端子、４・・・試料、５・・・水、６・・
・受波器。 ７・・・電気信号出力端子、８・・・入出力信号切換器
。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波変換器によって発生せしめられた同じ帯域に属す
   る周波数の異る２つの超音波信号を音響レンズを介して
   試料に照射し、試料の持つ音響的非線形作用によって生
   ずる差周波信号を受波器で受波することにより、試料表
   面及び内部の特性を検出し得る様にしたことを特徴とす
   る超音波顕微鏡。