JPH0229985B2 - - Google Patents

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JPH0229985B2
JPH0229985B2 JP61011948A JP1194886A JPH0229985B2 JP H0229985 B2 JPH0229985 B2 JP H0229985B2 JP 61011948 A JP61011948 A JP 61011948A JP 1194886 A JP1194886 A JP 1194886A JP H0229985 B2 JPH0229985 B2 JP H0229985B2
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JP
Japan
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sample
signal
lens
piezoelectric film
reflected
Prior art date
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Application number
JP61011948A
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Japanese (ja)
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JPS61165658A (en
Inventor
Hiroshi Kanda
Kyoshi Ishikawa
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPS61165658A publication Critical patent/JPS61165658A/en
Publication of JPH0229985B2 publication Critical patent/JPH0229985B2/ja
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    • GPHYSICS
    • 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
    • G01N29/0609Display arrangements, e.g. colour displays
    • G01N29/0618Display arrangements, e.g. colour displays synchronised with scanning, e.g. in real-time
    • G01N29/0627Cathode-ray tube displays

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波顕微鏡に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an ultrasound microscope.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、1GHzに及ぶ高い周波数の音波の発生、
検出が可能となつたので、水中で約1μmの音波長
が実現できる事となり、その結果、高い分解能の
音波撮像装置が得られるようになつた。即ち、凹
面レンズを用いて集束超音波ビームを作り、この
超音波ビーム中に試料をそう入し、試料による反
射音波を検出して試料の弾性的性質を反映した情
報を得、あるいは試料を機械的に走査して像を作
成することにより1μmレベルの高い分解能を実現
している。(例えば、特開昭50−116058号公報に
記載)。
In recent years, the generation of high frequency sound waves up to 1 GHz,
Since detection became possible, it became possible to realize sound wavelengths of approximately 1 μm underwater, and as a result, it became possible to obtain high-resolution sonic imaging devices. That is, a concave lens is used to create a focused ultrasound beam, a sample is inserted into this ultrasound beam, and the reflected sound waves from the sample are detected to obtain information reflecting the elastic properties of the sample, or the sample is machined. By scanning and creating images, high resolution of 1 μm level is achieved. (For example, described in JP-A-50-116058).

このような音波像を得る従来例を第1図及び第
2図を用いて説明する。
A conventional example of obtaining such a sound wave image will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図は、試料から反射信号を得るための探触
子系の概略構成を示す図である。図において、例
えばサフアイアまたは石英ガラス等の円柱状の結
晶よりなる音響レンズ20は一端面は光学研摩さ
れた平面であり、他端面は球面穴によるレンズ面
30が形成されている。圧電膜薄膜10に印加さ
れたRFパルス電気信号により音響レンズ20内
に平面波のRFパルス音波が放射する。この平面
音波は上記球面穴30の媒質(一般に水)40と
の界面で形成された正のレンズにより所定焦点に
おかれた試料50上に集束する。試料50より反
射した音波は同じレンズ面により集音され平面波
に変換されて音響レンズ20内を伝播し、最終的
に圧電薄膜10により電気信号に変換される。こ
の様子をビデオ領域でみると、第2図のようにな
る。第2図の横軸は時間軸を、縦軸は受信した反
射波の信号強度を表わす。Aは打ち出しエコー
を、Bはレンズ界面30からの反射エコーを、C
は試料からの反射エコーである。これらは、繰り
返し時間tRで反復される。反射エコーCは試料の
音響的性質や試料の走査によつて時間的に変化す
るから、この反射エコーCを繰り返し周期に同期
して標本化してそのエコー強度のみを取り出し、
試料を機械走査させつつ、これと同期してブラウ
ン管上に表示すれば音波像が得られる。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a probe system for obtaining reflected signals from a sample. In the figure, an acoustic lens 20 made of a cylindrical crystal such as sapphire or quartz glass has one end surface having an optically polished flat surface, and the other end surface having a lens surface 30 formed by a spherical hole. An RF pulsed sound wave of a plane wave is radiated into the acoustic lens 20 by the RF pulsed electrical signal applied to the piezoelectric thin film 10 . This plane sound wave is focused onto a sample 50 placed at a predetermined focus by a positive lens formed at the interface of the spherical hole 30 with a medium (generally water) 40. The sound waves reflected from the sample 50 are collected by the same lens surface, converted into plane waves, propagated within the acoustic lens 20, and finally converted into electrical signals by the piezoelectric thin film 10. If you look at this situation in the video area, it will look like Figure 2. In FIG. 2, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the signal strength of the received reflected wave. A is the launch echo, B is the reflected echo from the lens interface 30, and C is the reflected echo from the lens interface 30.
is the reflected echo from the sample. These are repeated with a repetition time tR . Since the reflected echo C changes over time depending on the acoustic properties of the sample and the scanning of the sample, this reflected echo C is sampled in synchronization with the repetition period and only its echo intensity is extracted.
A sound wave image can be obtained by mechanically scanning the sample and displaying it on a cathode ray tube in synchronization with this.

ところで、反射超音波の強さは媒質と試料の音
響インピーダンスで定まり、次の反射率Rに比例
する。
By the way, the intensity of reflected ultrasound is determined by the acoustic impedance of the medium and the sample, and is proportional to the following reflectance R.

R=Zs−Zw/Zs+Zw≡X−1/X+1 ………(1) ここで、Zs:試料の音響シンピーダンス Zw:媒質の音響インピーダンス X≡Zs/Zw:媒質の音響インピーダンスで規
格化した試料の音響インピーダンス(以下相対イ
ンピーダンスとよぶ) 従来は反射エコーの音圧に比例した電気信号を
CRT上に輝度表示していたので、試料の反射率
が表示されていたことになる。
R=Z s −Z w /Z s +Z w ≡X−1/X+1 ………(1) Here, Z s : Acoustic sympedance of the sample Z w : Acoustic impedance of the medium X≡Z s /Z w : Acoustic impedance of the sample normalized by the acoustic impedance of the medium (hereinafter referred to as relative impedance). Conventionally, an electrical signal proportional to the sound pressure of the reflected echo was used.
Since the brightness was displayed on the CRT, the reflectance of the sample was displayed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記事情は、反射エコーCの高さを調べる事に
より、試料の相対インピーダンスという試料固有
の物理量の2次元分布を求め得る事を示してい
る。この単に反射強度を輝度表示する従来の方法
は本質的な難点が存在する。まず、従来のエコー
Cの処理方法を説明する。
The above circumstances indicate that by examining the height of the reflected echo C, it is possible to obtain a two-dimensional distribution of a physical quantity unique to the sample, called the relative impedance of the sample. This conventional method of simply displaying the reflected intensity as a luminance has an essential drawback. First, a conventional echo C processing method will be explained.

第3図に示すようにRFパルス発振器100の
出力パルスを方向性結合器110及び整合器12
0を介して、前述したレンズや圧電薄膜からなる
トランスデユーサ130に印加する。試料からの
反射超音波信号を含むRF電気信号は、整合器1
20及び方向性結合器110を介して、可変RF
増巾器140で増巾後、ビデオ検波器150でダ
イオード検波すると第2図に示すような出力波形
が得られる。この出力波形を標本化回路160に
よりエコーCの高さとして取り出し、CRTの輝
度信号としている。
As shown in FIG.
0 to the transducer 130 made of the above-mentioned lens or piezoelectric thin film. The RF electric signal including the reflected ultrasound signal from the sample is sent to the matching box 1.
20 and the directional coupler 110, the variable RF
After amplification by the amplifier 140, diode detection is performed by the video detector 150 to obtain an output waveform as shown in FIG. This output waveform is extracted as the height of the echo C by the sampling circuit 160, and is used as the brightness signal of the CRT.

このように、従来の方法では、RFパルス発振
機の発する印加RFパルスの強さを固定して、反
射エコーCの高さがCRTを適度に光らせるレベ
ルになる様に増巾器140のゲインをマニユアル
で調整している。
In this way, in the conventional method, the intensity of the applied RF pulse emitted by the RF pulse oscillator is fixed, and the gain of the amplifier 140 is adjusted so that the height of the reflected echo C is at a level that makes the CRT light up appropriately. Adjusted manually.

従つて従来の方法では試料の相対インピーダン
スとCRT上の輝度信号との間に確定した関係が
なく、得られた音波像の濃淡情報を計測データと
して使う事は不可能であつた。かかる点に鑑み本
発明の一つの目的は、試料の反射率の大きさを定
量的に表示する手段を提供する事である。
Therefore, in the conventional method, there is no established relationship between the relative impedance of the sample and the brightness signal on the CRT, and it has been impossible to use the gradation information of the obtained sound wave image as measurement data. In view of this, one object of the present invention is to provide a means for quantitatively displaying the magnitude of reflectance of a sample.

従来法の第2の難点は、従来の表示方法では試
料の音響インピーダンスが大きい場合、音響イン
ピーダンスの微妙な差を明瞭に表示しきれないと
いうことである。即ち、超音波顕微鏡の対象試料
の音響インピーダンスは、小は生物細胞(Zs
1.6×106Kg/m2/s)から大はタングステン(Zs
98×106Kg/m2/s)に到るまで巾ひろい分布
をしているのであるが、相対インピーダンスの大
きさと反射率との関係は直線的に比例しない。第
4図は、この事情を示したもので、横軸に相対イ
ンピーダンスを、縦軸に表示信号として反射率R
をとり両者の関係を実線で示すと共に代表的な物
質の相対インピーダンスを矢印で示している。こ
の図からわかるように、反射率の大きさは相対イ
ンピーダンスの大きさと比例関係になく、相対イ
ンピーダンスの大きいところでは材質の違いによ
つて相対インピーダンスが違つていてもCRT上
の輝度は殆んど変らない事になり、ICやLSI等の
様にAl,Si,Cu,Au等の相対インピーダンスが
大きい材料で構成された試料では明確なコントラ
ストを生じない。
The second difficulty of the conventional method is that when the acoustic impedance of a sample is large, the conventional display method cannot clearly display subtle differences in acoustic impedance. In other words, the acoustic impedance of the target sample for an ultrasound microscope is as small as that of a biological cell (Z s
1.6×10 6 Kg/m 2 /s) to tungsten (Z s
However, the relationship between the relative impedance and the reflectance is not linearly proportional. Figure 4 shows this situation, with the relative impedance on the horizontal axis and the reflectance R as the display signal on the vertical axis.
The relationship between the two is shown by a solid line, and the relative impedance of a typical material is shown by an arrow. As can be seen from this figure, the magnitude of reflectance is not proportional to the magnitude of relative impedance, and where the relative impedance is large, the brightness on the CRT is almost negligible even if the relative impedance differs depending on the material. There is no difference, and no clear contrast occurs in samples made of materials with high relative impedance such as Al, Si, Cu, and Au, such as ICs and LSIs.

この事情は、表示の為に単に圧縮や伸長などの
画像信号の非線型処理では解消されない。本発明
の第2の目的は、従来の様に反射率を表示するの
ではなく、試料の相対インピーダンスという材料
固有の量で表示する手段を提供することにある。
又第3の目的は、試料の相対インピーダンスの相
異をより明確なコントラストで表示する手段を提
供する事である。
This situation cannot be solved simply by nonlinear processing of image signals such as compression and expansion for display purposes. A second object of the present invention is to provide a means for displaying the relative impedance of a sample, which is a material-specific quantity, instead of displaying the reflectance as in the conventional method.
A third purpose is to provide a means for displaying differences in relative impedance of samples with clearer contrast.

〔目的を解決するための手段及びその作用〕[Means for solving the purpose and their effects]

第1の課題に対して、従来回路を検討した結
果、従来表示されている輝度信号と試料の反射率
Rとの間の比例定数は、主として、トランスデユ
ーサ130に印加するRFパルスの強さE、トラ
ンスデユーサの送受波感度T及びビデオ領域まで
含めた受信系の増巾度Gの積で表わされる。
Regarding the first problem, as a result of examining conventional circuits, we found that the proportionality constant between the conventionally displayed luminance signal and the reflectance R of the sample is mainly due to the strength of the RF pulse applied to the transducer 130. It is expressed as the product of E, the transducer's wave transmitting/receiving sensitivity T, and the amplification degree G of the receiving system including the video area.

従つて、試料の相対インピーダンスを定量的に
求める為には、上記E,T,Gの3つの量を制御
すればよい。勿論、従来のように印加RFパルス
の強さEを固定して、反射エコーがある設定した
高さになる様調整した時の増巾度Gを反射超音波
の強さの絶対値とする方法ではこの目的にそぐわ
ない。その理由は、使用する超音波周波数をかえ
たり、センサそのものをかえると、トランスジユ
ーサの送受波感度が変化する為、反射超音波の強
さの絶対的基準として上記増巾度Gを用いる為に
は、センサ毎に又使用超音波毎に校正表を作成す
る必要があり、繁雑すぎて到底実用にならないの
である。
Therefore, in order to quantitatively determine the relative impedance of the sample, it is sufficient to control the three quantities E, T, and G mentioned above. Of course, as in the conventional method, the intensity E of the applied RF pulse is fixed, and the amplification degree G when adjusted so that the reflected echo reaches a certain set height is taken as the absolute value of the intensity of the reflected ultrasound. That doesn't suit this purpose. The reason for this is that if the ultrasonic frequency used or the sensor itself is changed, the transmitting and receiving sensitivity of the transducer changes, so the above amplification degree G is used as the absolute standard for the intensity of reflected ultrasonic waves. In order to do this, it is necessary to create a calibration table for each sensor and for each ultrasonic wave used, which is too complicated to be practical.

本発明の特徴は、従来むしろ無用のものとして
扱われていたレンズと媒質の界面からのエコーB
を基準信号として用いることである。
The feature of the present invention is that the echo B from the interface between the lens and the medium, which was treated as useless in the past, is
is used as a reference signal.

勿論、このレンズ界面からのエコーBの高さ
も、試料からのエコーCの高さと同様上記の3つ
の量、印加RFパルスの強さE、トランスデユー
サの送受波感度T、可変増巾器のゲインGに比例
するのであるが、試料からのエコーと、レンズ界
面からのエコーの高さの比はこれ等の量に依存し
ない事を見出した。
Of course, the height of the echo B from this lens interface, like the height of the echo C from the sample, depends on the three quantities mentioned above: the strength E of the applied RF pulse, the transducer sensitivity T, and the variable amplifier. Although it is proportional to the gain G, it has been found that the ratio of the height of the echo from the sample to the height of the echo from the lens interface does not depend on these quantities.

以下、第1図によつて定量的にこの事情を説明
する。レンズ界面30からのエコーBは、圧電薄
膜10から発生した超音波パルスがレンズ界面3
0で反射される現象より生ずるから、エコーBの
高さVBは次式で与えられる。
This situation will be quantitatively explained below with reference to FIG. Echo B from the lens interface 30 is an ultrasonic pulse generated from the piezoelectric thin film 10
The height VB of the echo B is given by the following equation.

VB=ETGZw−ZL/Zw+ZL ………(2) ここで、ZL:レンズ材の音響インピーダンス (2)式において、(Zw−ZL)/(Zw+ZL)はレン
ズ界面の反射率である。
V B = ETGZ w − Z L / Z w + Z L ………(2) Here, Z L : Acoustic impedance of lens material In equation (2), (Z w − Z L ) / (Z w + Z L ) is the reflectance of the lens interface.

他方、試料からの反射エコーCは、上記のレン
ズ30に到達した超音波パルスが更に媒質40中
を減衰しつつ伝播し、試料50で反射され再びレ
ンズ界面により集音される過程であるから、エコ
ーCの高さVcは次式で与えられる。
On the other hand, the reflected echo C from the sample is a process in which the ultrasonic pulse that has reached the lens 30 further propagates through the medium 40 while being attenuated, is reflected by the sample 50, and is again collected by the lens interface. The height Vc of echo C is given by the following equation.

Vc=ETG4ZLZw/(ZL+Zw2e-2awdR………(3) ここで、aw:媒質中の単位伝播距離当りの減
衰率 d :レンズと試料間の距離 (3)式において、4ZLZw/(ZL+Zw2の項はレン
ズ界面を2度通過する際の透過率を、又e-2awd
媒質中を距離dを往復する際の減衰率を表わして
いる。
Vc=ETG4Z L Z w / (Z L + Z w ) 2 e -2awd R……(3) Here, a w : Attenuation rate per unit propagation distance in the medium d : Distance between the lens and the sample (3 ), the term 4Z L Z w / (Z L + Z w ) 2 is the transmittance when passing through the lens interface twice, and e -2awd is the attenuation rate when going back and forth a distance d in the medium. It represents.

従つて、レンズ界面からのエコーBの高さを基
準として、試料からの反射エコーCの高さを表わ
せば、次式となる。
Therefore, if the height of the echo C reflected from the sample is expressed using the height of the echo B from the lens interface as a reference, the following equation is obtained.

Vc/VB=4ZLZw)/(ZL+Zw)(Zw−ZL)e-awdR……
…(4) (4)式は、上記3つの変化量E,T,Gによらな
い反射エコーCの絶対レベルを設定出来ることを
現している。即ち、反射エコーCの高さをレンズ
界面からのエコーBの高さを基準として表現した
量は不変であるから、最適な画像を得るために、
E,T,Gの設定を変えても、試料の反射率の2
次元分布の計測値はE,T,Gに影響なく、かつ
定量的に求める事が出来る。
Vc/V B =4Z L Z w )/(Z L + Z w ) (Z w − Z L ) e -awd R...
...(4) Equation (4) shows that the absolute level of the reflected echo C can be set regardless of the above three variations E, T, and G. In other words, since the height of the reflected echo C expressed with respect to the height of the echo B from the lens interface remains unchanged, in order to obtain the optimal image,
Even if the settings of E, T, and G are changed, the reflectance of the sample is
The measured value of the dimensional distribution can be obtained quantitatively without affecting E, T, and G.

第2の課題に対して、試料の相対インピーダン
スと比例関係で対応する信号が再現性良く得られ
るならば解決できる。相対インピーダンスと反射
率Rとは(1)式に示す関係にあるので、(1)式を変換
すると次の(5)式になる。
The second problem can be solved if a signal proportional to the relative impedance of the sample can be obtained with good reproducibility. Since the relative impedance and reflectance R have the relationship shown in equation (1), converting equation (1) gives the following equation (5).

X=1+R/1−R ………(5) この(5)式を用い、反射率Rすなわち反射超音波
の強さから(5)式の演算により処理した信号を表示
すれば良い。かくすれば、反射率に比例して反射
超音波を相対インピーダンスを表わす信号に変換
して表示する事が出来る。第5図は、この演算処
理の様を示したものであるが、横軸は入力信号即
ち反射超音波信号の強さを、縦軸はCRT上に表
示すべき出力信号を示している。このような演算
処理を行なつた表示信号と相対インピーダンスと
の関係は第4図に破線で示すように表示信号と相
対インピーダンスとが完全に比例する。
X=1+R/1-R (5) Using this equation (5), the signal processed by the calculation of equation (5) can be displayed from the reflectance R, that is, the intensity of the reflected ultrasonic wave. In this way, the reflected ultrasonic waves can be converted into a signal representing relative impedance in proportion to the reflectance and displayed. FIG. 5 shows this calculation process, where the horizontal axis shows the intensity of the input signal, that is, the reflected ultrasound signal, and the vertical axis shows the output signal to be displayed on the CRT. The relationship between the display signal and the relative impedance after such arithmetic processing is completely proportional to the display signal and the relative impedance, as shown by the broken line in FIG.

本発明の第3の課題は、以上の様にして得られ
た試料の相対インピーダンスXをブラウン管上に
表示するに際して、X=1〜100の全範囲をいつ
も表示する必要はないという使用経験から生まれ
たものである。即ち、生物試料を観察している場
合にはX=1〜4程度であり集積回路等を観察す
る場合には、X=10〜40であるという様に、観察
対象によつてその相対インピーダンスの大きさが
局在化している。従つて局在化した相対インピー
ダンスの付近のみを取り出して表示するなら、相
対インピーダンスの2次元分布に基づく画像のコ
ントラストをより明瞭にすることが期待される。
この為に、相対インピーダンスのある範囲(例え
ばX=10〜20)のみを表示し、又この範囲を任意
に設定できるように可変することによつて解決で
きる。
The third problem of the present invention was born from the usage experience that when displaying the relative impedance X of the sample obtained in the above manner on a cathode ray tube, it is not always necessary to display the entire range of X = 1 to 100. It is something that In other words, when observing a biological sample, X = about 1 to 4, and when observing an integrated circuit, etc., X = 10 to 40. Localized in size. Therefore, if only the area near the localized relative impedance is extracted and displayed, it is expected that the contrast of the image based on the two-dimensional distribution of relative impedance will become clearer.
This problem can be solved by displaying only a certain range of relative impedance (for example, X=10 to 20) and changing this range so that it can be set arbitrarily.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第6図は、本発明の一実施例を示す図で、RF
連続波発振器300で発生した例えば1GHzのRF
連続波電気信号をアナログスイツチ310で例え
ば100nsの継続時間tdのRFパルス信号にかえ、
(第7図bの制御信号)、方向性結合器320を介
してトランスデユーサ330に印加する。反射検
出信号を方向性結合器320を介して、AGC受
信アンプ350、及びRF可変増巾器360で増
巾後、ダイオード検波器370で帯域10MHz程度
のビデオ信号に変換し、タイムゲート標本化回路
380を用いて所望の信号である試料からの反射
信号Cを標本化(第7図dの制御信号)して撮像
用信号としている。更にAGC受信アンプ350
の出力(第7図a波形)は、ダイオード検波器3
90でビデオ帯域に変換後、タイムゲート標本化
回路400(第7図cの制御波形)でレンズ界面
からのエコーBの高さを検出し、これとあらかじ
め設定した基準電圧との差をコンパレータ410
で検出して、このコンパレータ410の出力を零
にする様にAGC受信器350のゲインを制御す
る構成になつている。なお、コントロール回路3
40は、繰り返し周期tRで第7図b〜dの制御信
号を発生する回路である。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the present invention, in which RF
For example, 1 GHz RF generated by continuous wave oscillator 300
Convert the continuous wave electrical signal to an RF pulse signal with a duration td of, for example, 100 ns using an analog switch 310,
(control signal in FIG. 7b) is applied to the transducer 330 via the directional coupler 320. After the reflected detection signal is amplified by the AGC receiving amplifier 350 and the RF variable amplifier 360 via the directional coupler 320, it is converted to a video signal with a band of about 10 MHz by the diode detector 370, and then the time gate sampling circuit 380 is used to sample the reflected signal C from the sample, which is a desired signal (control signal in FIG. 7d), and use it as an imaging signal. Furthermore, AGC receiving amplifier 350
The output (waveform a in Figure 7) is the diode detector 3.
After conversion to the video band at step 90, the height of the echo B from the lens interface is detected by the time gate sampling circuit 400 (control waveform shown in FIG. 7c), and the difference between this and a preset reference voltage is detected by the comparator 410.
is detected, and the gain of the AGC receiver 350 is controlled so as to make the output of the comparator 410 zero. In addition, the control circuit 3
40 is a circuit that generates the control signals shown in FIGS. 7b to 7d at a repetition period tR .

この構成によれば、前述の印加RFパルスの強
さE、トランスデユーサの送受波感度Tによら
ず、常にあらかじめ設定した基準電圧値にレンズ
界面からのエコーBの高さが一致する様にAGC
アンプ350のゲインが調整される。この時の
AGCアンプのゲインをG0とすると、試料からの
反射エコーも自動的にG0倍増巾されるから、可
変増巾器360の増巾率がG1であるときは次の
(b)式の関係になる。
According to this configuration, the height of the echo B from the lens interface always matches the preset reference voltage value, regardless of the strength E of the applied RF pulse and the transducer sensitivity T of the transducer. AGC
The gain of amplifier 350 is adjusted. at this time
When the gain of the AGC amplifier is G 0 , the reflected echo from the sample is automatically amplified by G 0 times, so when the amplification rate of the variable amplifier 360 is G 1 , the following
The relationship is as shown in equation (b).

Vc=G1・R・VB ………(6) VBは常に一定値に調整されており、G1は分つ
ているので、Vcを測定すれば、RはVcとの比例
関係で求められる。即ち、常にレンズ界面からの
エコーBの高さを基準として試料からの反射エコ
ーCの荷う情報のうち、反射率によるもののみ取
り出すことが出来る。
Vc=G 1・R・V B ………(6) V B is always adjusted to a constant value and G 1 is known, so if you measure Vc, R can be found in proportion to Vc. It will be done. That is, of the information contained in the reflected echo C from the sample, only the information based on the reflectance can be extracted, always using the height of the echo B from the lens interface as a reference.

本実施例では、この標本化出力は反射率―相対
インピーダンス変換器500及び相対インピーダ
ンスレベル選択回路600を介して、特定の範囲
の相対インピーダンスを荷う信号のみをCRTの
輝度信号としている。反射率−相対インピーダン
ス変換器500が本発明の第2の目的を、相対イ
ンピーダンスレベル選択回路600は本発明の第
3の目的を具体化する手段である。以下これにつ
いて説明する。
In this embodiment, this sampled output is passed through a reflectance-relative impedance converter 500 and a relative impedance level selection circuit 600, so that only signals carrying a relative impedance in a specific range are used as CRT luminance signals. The reflectance-relative impedance converter 500 is a means for embodying the second object of the present invention, and the relative impedance level selection circuit 600 is a means for embodying the third object of the present invention. This will be explained below.

第8図は反射率―相対インピーダンス変換器5
00の一実施例を示したものである。即ち、標本
化回路380の出力をバツフアアンプ510で受
信し、これをAD変換器530でデイジタル化す
る。このデイジタル量が上記の反射率に比例した
入力信号を表わしているから、これをロム540
のアドレスとして用いロム540の出力として第
5図の入出力特性、又は第(5)式による変換データ
をあらかじめ書きこんでおけば、ROM540の
デイジタル出力は相対インピーダンスに変換され
た量となる。
Figure 8 shows the reflectance-relative impedance converter 5.
00 is shown. That is, the output of the sampling circuit 380 is received by the buffer amplifier 510 and digitized by the AD converter 530. Since this digital quantity represents an input signal proportional to the reflectance mentioned above, this digital quantity is
If the input/output characteristics shown in FIG. 5 or the conversion data according to equation (5) are written in advance as the address of the ROM 540, the digital output of the ROM 540 will be the amount converted to relative impedance.

第9図は、相対インピーダンスレベル選択回路
600の一実施例を示したもので、上記相対イン
ピーダンスを表わすデイジタル量(例えば8bit)
出力をDA変換器610でアナログ信号に変換
し、これをアナログスイツチ630を介して
CRT用輝度信号としている。上記アナログ信号
は、ウインドウコンパレータ620に入力され
る。操作者が相対インピーダンスの下限レベル
X1と上限レベルX2を指定値としてウインドコン
パレータ620に入力しておくと、ウインドウコ
ンパレータ620の出力はDA変換器610の出
力信号のうち信号レベルがX1からX2までの間の
強度の信号のときのみアナログスイツチ630を
ONする。従つて、X=X1〜X2の範囲の信号は
そのままCRT上に表示されるが、これ以外の信
号はアナログスイツチ630がOFFになつてい
る為、表示されず、相対インピーダンスレベルが
選択される。
FIG. 9 shows an embodiment of a relative impedance level selection circuit 600, in which a digital amount (for example, 8 bits) representing the above-mentioned relative impedance is used.
The output is converted to an analog signal by the DA converter 610, and this is sent via the analog switch 630.
It is used as a brightness signal for CRT. The analog signal is input to a window comparator 620. The lower limit level of relative impedance is set by the operator.
If X 1 and upper limit level X 2 are input to the window comparator 620 as specified values, the output of the window comparator 620 will be based on the intensity of the signal level between X 1 and X 2 of the output signal of the DA converter 610. Turn analog switch 630 only when it is a signal.
Turn on. Therefore, signals in the range of X = Ru.

以上の構成では、本発明の要旨である「反射率
―相対インピーダンス変換」を読み出し専用メモ
リー(ROM)を用いているが、ランダムロジツ
クで組立てもよいし、マイクロコンピユータによ
る演算制御を用いてもよい。
In the above configuration, a read-only memory (ROM) is used to perform the "reflectance-relative impedance conversion" which is the gist of the present invention, but it may also be assembled using random logic or arithmetic control by a microcomputer. good.

なお、相対インピーダンスの絶対値の校正に
は、音響インピーダンスの値のわかつた材料を用
いて慣用されている方法で装置の校正を行なえば
よい。
Note that the absolute value of the relative impedance may be calibrated by a commonly used method using a material whose acoustic impedance value is known.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明によれば、反射率、
相対インピーダンスという試料固有の量を、操作
条件によらずいつも表示する事が出来るばかりで
なく、音響インピーダンスの変化を素直なスケー
ルに変換してコントラストよく表示する事を可能
にし、任意の相対インピーダンスの範囲のみを取
り出して表示する事が出来、超音波顕微鏡の画像
のコントラストを明確化できる。
As described above, according to the present invention, the reflectance,
Not only can relative impedance, a quantity specific to a sample, be displayed at all times regardless of operating conditions, but changes in acoustic impedance can be converted to a straightforward scale and displayed with good contrast, making it possible to display any relative impedance. It is possible to extract and display only the range, and the contrast of the ultrasound microscope image can be clarified.

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

第1図は、超音波顕微鏡の探触子系の概略構成
を示す図、第2図はその受信エコーの説明図、第
3図は、反射波の従来の処理方法を説明するブロ
ツク図、第4図は、相対インピーダンスと反射率
との関係を示す特性図、第5図は、反射超音波信
号の大きさと表示すべき出力信号の大きさの関係
を示す図、第6図は、本発明の一実施例の構成を
示す図、第7図は、その信号動作の説明図、第8
図及び第9図は、本発明の要部の一実施例の構成
を示す図である。
Fig. 1 is a diagram showing the schematic configuration of the probe system of an ultrasound microscope, Fig. 2 is an explanatory diagram of the received echo, and Fig. 3 is a block diagram explaining the conventional processing method of reflected waves. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between relative impedance and reflectance, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the reflected ultrasound signal and the magnitude of the output signal to be displayed, and FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between relative impedance and reflectance. FIG. 7 is an explanatory diagram of the signal operation, and FIG.
9 and 9 are diagrams showing the configuration of an embodiment of the main part of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一方の端面に圧電膜を有し、他端面に凹球面
状のレンズ界面を有する音響レンズを備え、前記
圧電膜より発した超音波を音響レンズにより収束
ビームとし、該収束ビームの試料よりの反射波を
前記音響レンズを介して前記圧電膜で受信し、こ
の受信した信号を処理してCRT上の輝度として
表示する超音波顕微鏡において、圧電膜より発し
た超音波のレンズ界面よりの反射エコーの高さを
予め定められた標準値と比較し偏差値を出力する
手段と、この偏差値信号により、レンズ界面より
の反射エコーの高さが一定の値になるように増巾
率を調整するAGC回路と、試料よりの反射エコ
ーを前記の調整された増巾率で増巾し出力する手
段とを備え、これにより試料の反射率に比例する
強度の信号を得ることを特徴とする超音波顕微
鏡。 2 一方の端面に圧電膜を有し、他端面に凹球面
状のレンズ界面を有する音響レンズを備え、前記
圧電膜より発した超音波を音響レンズにより収束
ビームとし、該収束ビームの試料よりの反射波を
前記音響レンズを介して前記圧電膜で受信し、こ
の受信した信号を処理してCRT上の輝度として
表示する超音波顕微鏡において、圧電膜より発し
た超音波のレンズ界面よりの反射エコーの高さを
予め定められた標準値と比較し編差値を出力する
手段と、この偏差値信号により、レンズ界面より
の反射エコーの高さが一定の値になるように増巾
率を調整するAGC回路と、試料よりの反射エコ
ーを前記の調整された増巾率で増巾し出力する手
段とこの出力信号を、該信号の強度に応じて予め
定められた信号強度に補正し、これを出力する反
射率―相対インピーダンス変換手段を備えたこと
を特徴とする超音波顕微鏡。 3 一方の端面に圧電膜を有し、他端面に凹球状
のレンズ界面を有する音響レンズを備え、前記圧
電膜より発した超音波を音響レンズにより収束ビ
ームとし、該収束ビームの試料よりの反射波を前
記音響レンズを介して前記圧電膜で受信し、この
受信した信号を処理してCRT上の輝度として表
示する超音波顕微鏡において、圧電膜より発した
超音波のレンズ界面よりの反射エコーの高さを予
め定められた標準値と比較し偏差値を出力する手
段と、この偏差値信号によりレンズ界面よりの反
射エコーの高さが一定の値になるように増巾率を
調整するAGC回路と、試料よりの反射エコーを
前記の調整された増巾率で増巾し出力する手段
と、この出力信号を、該信号の強度に応じて予め
定められた信号強度に補正し、これを出力する反
射率―相対インピーダンス変換回路を備え、該回
路の出力信号のうち、任意に指定した範囲の強度
の出力信号のみを選択的に出力する手段を備えた
ことを特徴とする超音波顕微鏡。
[Scope of Claims] 1. An acoustic lens having a piezoelectric film on one end face and a concave spherical lens interface on the other end face, the ultrasonic wave emitted from the piezoelectric film is converted into a convergent beam by the acoustic lens, and the In an ultrasound microscope, the reflected wave of the convergent beam from the sample is received by the piezoelectric film via the acoustic lens, and the received signal is processed and displayed as brightness on a CRT. Means for comparing the height of the reflected echo from the lens interface with a predetermined standard value and outputting a deviation value, and using this deviation value signal, the height of the reflected echo from the lens interface is kept at a constant value. An AGC circuit that adjusts the amplification factor and a means for amplifying the reflected echo from the sample by the adjusted amplification factor and outputting it, thereby obtaining a signal with an intensity proportional to the reflectance of the sample. An ultrasonic microscope featuring: 2. An acoustic lens having a piezoelectric film on one end face and a concave spherical lens interface on the other end face is provided, and the ultrasound emitted from the piezoelectric film is converted into a focused beam by the acoustic lens, and the focused beam is emitted from the sample. In an ultrasound microscope in which reflected waves are received by the piezoelectric film via the acoustic lens, and the received signals are processed and displayed as brightness on a CRT, the reflected echo from the lens interface of the ultrasound emitted from the piezoelectric film means to compare the height of the lens with a predetermined standard value and output a deviation value, and use this deviation value signal to adjust the amplification rate so that the height of the reflected echo from the lens interface becomes a constant value. an AGC circuit for amplifying the reflected echo from the sample at the adjusted amplification rate and outputting the amplified signal; An ultrasonic microscope characterized by being equipped with reflectance-relative impedance conversion means that outputs. 3 An acoustic lens having a piezoelectric film on one end face and a concave spherical lens interface on the other end face is provided, and the ultrasound emitted from the piezoelectric film is converted into a convergent beam by the acoustic lens, and the convergent beam is reflected from the sample. In an ultrasound microscope in which waves are received by the piezoelectric film via the acoustic lens, and the received signals are processed and displayed as brightness on a CRT, the echoes of the ultrasound waves emitted from the piezoelectric film are reflected from the lens interface. A means for comparing the height with a predetermined standard value and outputting a deviation value, and an AGC circuit that uses this deviation value signal to adjust the amplification rate so that the height of the reflected echo from the lens interface becomes a constant value. a means for amplifying the reflected echo from the sample at the adjusted amplification rate and outputting the amplified signal; and a means for correcting the output signal to a predetermined signal intensity according to the intensity of the signal and outputting the same 1. An ultrasonic microscope comprising: a reflectance-relative impedance conversion circuit, and means for selectively outputting only output signals having an intensity within an arbitrarily specified range among the output signals of the circuit.
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