JPH0245756A - 超音波探触子 - 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〕 本発明は、超音波検査装置や超音波顕微鏡等に用いられ
る超音波探触子に関する。

（従来の技術） 超音波検査装置は物体内の欠陥の有無等、物体内部の状
態を当該物体を破壊することなく観察する装置であり、
又、超音波顕微鏡も同じく物体内部を非破壊で観察する
とともに、物体表面の物性をも観察する装置である。こ
れらの装置では、超音波を放射するとともにその反射波
をこれに応じた電気信号に変換する超音波探触子が使用
される。

以下、超音波顕微鏡の概略を図により説明する。

第３図は従来の超音波顕微鏡の系統図である。

図で、■は超音波探触子を示し、圧電素子２および音響
レンズ３により構成される。圧電素子２は電気的パルス
が印加されることにより超音波を出力するとともに、そ
の反射波をそれに応じた電気信号に変換する。音響レン
ズ３は圧電素子２からの超音波を一点Ｆに集束する機能
を有する。４は検査の対象となる試料、５は音響レンズ
３と試料４との間に介在する媒体を示す。６，７．８は
それぞれ超音波探触子１をＺ軸方向（試料４に対して上
下方向）、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に駆動する走査部である
。９は圧電素子２に印加するパルスを発生する高周波パ
ルス発生器、１０は高周波パルス発生器９からのパルス
を圧電素子２に与えるとともに圧電素子２からの信号は
高周波パルス発生器９には入力しないようにするサーキ
ュレータである。１１は圧電素子２の信号をサーキュレ
ータ１０を介して受信するオシロスコープであり、受信
信号の波形を表示する。、１２は圧電素子２の信号のう
ち必要部分（検査対象部分）の波形のみをとり出すゲー
ト部、１３はゲート部１２でとり出した信号を増幅、検
波し、そのピーク値をホールドして出力する増幅検波部
である。１４はスキャンコンバータであり、増幅検波部
１３のピーク値信号をＡ／Ｄ変換し、そのときの試料４
の座標位置（Ｘ、Ｙ）に対応するメモリに格納するとと
もに、これら格納された値をＤ／Ａ変換する機能も有す
る。１５はスキャンコンバータ１４のメモリに格納され
た値に基づいて所定の表示を行なう表示部である。１６
はこのような超音波顕微鏡の動作を制御する制御部を示
す。

高周波パルス発生器９から出力されたパルスがサーキュ
レータ１０を経て圧電素子２に印加されると、圧電素子
２は励起されて超音波を出力する。

この超音波は音響レンズ３、媒体５を経て試料４に入射
され、その反射波は再び媒体５および音響レンズ３を経
て圧電素子２に戻る。圧電素子２は、当該反射波をこれ
に比例する電気信号に変換してオシロスコープ１１およ
びゲート部１２に出力する。

オシロスコープ１１は、反射波の電気信号波形を時間軸
を横軸、大きさを縦軸として表示する。一方、ゲート部
１２、増幅検波部１３、スキャンコンバータ１４は、圧
電素子２から出力された反射波信号を処理し、所要の信
号のみを適切な形態で表示部１５に表示する。なお、試
料４におけるＸ−Ｙ平面上の検査位置はＸ方向走査部７
およびＹ方向走査部８により超音波探触子ｌを駆動する
ことにより任意に選定することができる。

上記超音波顕微鏡において、試料４の検査対象部位から
の最も精密な反射波信号を得るためには、超音波探触子
１からの超音波の焦点Ｆを当該検査対象部位と一致させ
ればよいのは明らかである。

そのため、検査開始前に、まず超音波探触子１のＺ軸方
向の位置を調節して、試料４の表面に焦点Ｆを一致させ
る作業が行なわれる。そして、検査対象部位が試料４の
表面であれば、両者が一致した状態で検査を開始すれば
よく、又、検査対象部位が試料４の内部であれば、超音
波探触子をそれに合致させて下げた状態で検査を開始す
ればよい。

このように、まず、焦点Ｆを試料４の表面に一致させる
作業が必要であるが、この作業は、超音波探触子１を２
軸方向に上下させながらオシロスコープ１１で反射波波
形を観察することにより行なわれる。第４図（ａ）、（
ｂ）は反射波波形の波形図であり、横軸に時間、縦軸に
反射波の大きさがとっである。各図で、Ａは圧電素子２
が超音波を送出したときの送信波、Ｂは音響レンズ３と
媒体５の境界で反射するレンズ界面波、Ｃは試料４の表
面で反射する表面波、Ｄは試料４の内部のある面で反射
する界面波を示す。超音波探触子１を上下させ、これら
波形のうち表面波Ｃをみて、その大きさが最大となる位
置に超音波探触子１をセットすれば、この位置が試料４
の表面と焦点Ｆが一致する位置となる。なお、以上の説
明は超音波顕微鏡を例示した説明であるが、焦点Ｆを試
料表面に一致させることは、当然超音波検査装置等にお
いても必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、試料４の表面に焦点Ｆを一致させる場合
、オシロスコープ１１で表面波Ｃの波形を観察するが、
第４図（ａ）に示すように表面波Ｃの波形が明瞭である
場合には、波形の大小の判断に多少の面倒さは伴うもの
の格別の問題はない。

しかしながら、例えば試料４の表面と界面との間隔が小
さい場合、第４図（ｂ）に示すように表面波Ｃと界面波
りとが重なり、相互に干渉し合うので波形が乱れ、試料
４の表面と焦点Ｆの一致を確認することが困難となる場
合がしばしば生じていた。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
超音波の焦点を容易に試料表面に一致させることができ
る超音波探触子を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、超音波源および
音響レンズを備え、前記超音波源から放射された超音波
を前記音響レンズにより焦点に集束させる超音波探触子
において、光源と、この光源の光が前記焦点を通過する
ように調整する導光部と、前記焦点からの前記光源の反
射光を受光する受光部とを設けたことを特徴する。

〔作　用〕

超音波探触子の焦点を試料の表面に一致させる場合、光
源を発光させ、試料と超音波探触子を相対的に移動させ
る。試料表面と焦点とが一致していないとき、光源の反
射光は受光部で受光されないが、両者が一致すると当該
反射光は受光部で受光される。これにより、両者の一致
、不一致が判断される。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波探触子の側面図で
ある。図で、第３図に示す部分と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。１′は本実施例の超音波探触
子を示す。２０はレーザ発振器、２０ｂはレーザ発振器
２０から出力されるレーザビームを示す。２１は超音波
探触子１′の適宜個所に固定された光ファイバであり、
一端でレーザビーム２Ｑｂを人力するとともに、他端か
らレーザビーム２０ｂを出力する。光ファイバ２１の当
該他端の中心軸（光軸）は焦点Ｆを通るように調整され
ている。２２は同じく超音波探触子１′の適宜個所に固
定された光ファイバであり、その下端の中心軸（光軸）
は焦点Ｆを通るように調整されている。

２３は光ファイバ２２の上端から出力されるレーザビー
ムを検出するフォトデテクタ、２４はフォトデテクタ２
３の受光レベルを表示する表示器である。なお、ｆ、は
焦点距離を示し、音響レンズ３の曲率、材質および媒体
５の音速によりその大きさが決定される。

次に、本実施例の動作を第２図に示すフォトデテクタの
出力電圧特性図を参照しながら説明する。

レーザ発振器２０からのレーザビーム２０ｂは光ファイ
バ２１を通って出力され、出力されたレーザビームは焦
点Ｆを通過する。超音波探触子１′は上下に移動されて
その位置が調節されるが、焦点Ｆが図に一点鎖線で示す
ように試料４の表面と一致しない場合には、レーザビー
ム２０ｂの試料表面での反射ビームは、破線で示すよう
に光ファイバ２２の下端の光軸と一致しないので、光フ
ァイバ２２には入力されず、したがってフォトデテクタ
２３での検出はなく、表示器２４には何も表示されない
。

しかし、超音波探触子１′の位置調節により試料４の表
面が焦点Ｆの極く近傍に達すると、図に実線で示すよう
にレーザビーム２０ｂの反射ビームの一部が光ファイバ
２２の下端から入射し′、この反射ビームは第２図に示
すようにフォトデテクタ２３で検出され、フォトデテク
タ２３の出力電圧は表示器２４に表示される。試料４の
表面が焦点Ｆに近づくにしたがって光ファイバ２２に入
力される反射ビームの量が増加し、焦点Ｆに一致したと
き当該反射ビームの量は最大となり、フォトデテクタ２
３の出力電圧も第２図に示すように最大となる。表示器
２４でこの最大出力電圧をみることにより、焦点Ｆを試
料４の表面に一致させることができる。

このように、本実施例では、レーザ発振器のレーザビー
ムを光ファイバにより超音波の焦点を通過させるように
し、試料表面と焦点が一致しているとき当該レーザビー
ムの反射光を光ファイバを介してフォトデテクタで検出
し、その出力電圧を表示器に表示するようにしたので、
超音波反射波の波形とは無関係に、単に表示器の最大値
をみるだけで焦点を試料表面に一致させることができ、
焦点合せを容易に行なうことができる。

なお、上記実施例の説明では、レーザ発振器および光フ
ァイバにより光が焦点を通過するようにしたが、通常の
光源とレンズを用いることもできる。又、試料表面から
の反射ビームを入力する光ファイバ、フォトデテクタ、
および表示器に代えて、試料表面と焦点が一致したとき
の反射ビームのみを人力する微小孔を有する板体、箱体
等を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、導光部により光源の光
が焦点を通過するようにし、試料表面と焦点とが一致し
たとき、受光部により試料表面からの反射光を受光する
ようにしたので、超音波反射波形に関係なく、容易に焦
点合せを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波探触子の側面図、
第２図は第１図に示すフォトデテクタの出力電圧特性図
、第３図は超音波顕微鏡の系統図、第４図（ａ）、（ｂ
）は超音波反射波の波形図である。 １′・・・・・・超音波探触子、２・・・・・・圧電素
子、３・・・・・・音響レンズ、４・・・・・・試料、
２０・・・・・・レーザ発振器、２０ｂ・・・・・・レ
ーザビーム、２１．２２・・・・・・光ファイバ、２３
・・・・・・フォトデテクタ、２４・・・・・・表示器
。 坪相汗訊材」距赳

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波源および音響レンズを備え、前記超音波源
   から放射された超音波を前記音響レンズにより焦点に集
   束させる超音波探触子において、光源と、この光源の光
   が前記焦点を通過するように調整する導光部と、前記焦
   点からの前記光源の反射光を受光する受光部とを設けた
   ことを特徴とする超音波探触子
2. （２）請求項（１）において、前記導光部は光ファイバ
   であることを特徴とする超音波探触子
3. （３）請求項（１）において、前記受光部は、前記反射
   光を入力する光ファイバと、この光ファイバの出力光を
   検出する光検出器と、この光検出器の出力レベルを表示
   する表示器とで構成されることを特徴とする超音波探触
   子