JPH03211458A - Inclination detecting device for ultrasonic microscope - Google Patents

Inclination detecting device for ultrasonic microscope

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JPH03211458A
JPH03211458A JP2006259A JP625990A JPH03211458A JP H03211458 A JPH03211458 A JP H03211458A JP 2006259 A JP2006259 A JP 2006259A JP 625990 A JP625990 A JP 625990A JP H03211458 A JPH03211458 A JP H03211458A
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JP
Japan
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sample
sub
acoustic lens
ultrasonic
inclination
Prior art date
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Application number
JP2006259A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Miyaki
宮木 克己
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To securely and easily detect the inclination between a lens and a sample by arranging plural subordinate piezoelectric elements on an acoustic lens and selecting some of them, and composing ultrasonic wave received signals and comparing the maximum value among them with a set value. CONSTITUTION:Two optionally selected subordinate piezoelectric elements 22a and 22b emit ultrasonic waves and then the waves pass through the flat part 21c of the acoustic lens 21 and are reflected by the sample 4 to return to the elements 22a and 22b. They are converted into electric signals, which are received by a receiver. If the sample 4 slants, there is a difference generated between the paths of the ultrasonic waves and the maximum amplitude becomes less than the maximum amplitude Vmax obtained when the sample 4 is parallel. Then the amplitude Vmax is stored as the set value and compared with the composite signals to securely and easily detect the inclination. Then a correcting device 8 is driven until the values become equal to correct the inclination.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検体Sこ超音波を照射して当該被検体の検
査、解析等を行なう超音波顕微鏡において、当該被検体
との間の相対的1頃斜の有無を検出する超音波顕微鏡の
傾斜検出装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic microscope that irradiates ultrasonic waves onto a subject to examine and analyze the subject. The present invention relates to a tilt detection device for an ultrasonic microscope that detects the presence or absence of a relative tilt.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超音波による被検体(試料)の検査、解析を行なう超音
波顕微鏡は一触に用いられて周知である。
2. Description of the Related Art Ultrasonic microscopes that inspect and analyze objects (sample) using ultrasonic waves are commonly used and are well known.

このような超音波顕微鏡による検査、解析において、特
に、試料の表面の状態、例えば表面残留応力等を調査す
る手段が提案されている。この手段の概略を図により説
明する。
In such inspection and analysis using an ultrasonic microscope, methods have been proposed in particular for investigating the surface condition of a sample, such as surface residual stress. The outline of this means will be explained with reference to the drawings.

第8図は従来の超音波顕微鏡の概略構成図である。図で
x、y、zは座標軸を示す。1は音響レンズであり、平
坦な上面1aおよび下部のレンズ凹面部1bを有する。
FIG. 8 is a schematic diagram of a conventional ultrasonic microscope. In the figure, x, y, and z indicate coordinate axes. Reference numeral 1 denotes an acoustic lens, which has a flat upper surface 1a and a lower lens concave surface portion 1b.

レンズ凹面部1bは音響レンズ1から放射される超音波
を集束するように形成されている。2は音響レンズ1の
上面1aに装着される圧電素子である。音響レンズ1と
圧電素子2で超音波探触子3が構成される。4は検査対
象たる試料、5は音響レンズ1と試料4との間に介在す
る水を示す。6は超音波探触子3をX軸およびY軸方向
に駆動するX−Yステージ、7は試料4をZ軸方向に移
動させるZステージ、8はZステージ7上に備えられる
とともに試料4を載置しその傾きを補正する傾斜角補正
装置である。
The lens concave portion 1b is formed so as to focus the ultrasonic waves emitted from the acoustic lens 1. 2 is a piezoelectric element mounted on the upper surface 1a of the acoustic lens 1. An ultrasound probe 3 is configured by an acoustic lens 1 and a piezoelectric element 2. Reference numeral 4 indicates a sample to be inspected, and reference numeral 5 indicates water interposed between the acoustic lens 1 and the sample 4. 6 is an X-Y stage that drives the ultrasonic probe 3 in the X- and Y-axis directions, 7 is a Z-stage that moves the sample 4 in the Z-axis direction, and 8 is provided on the Z-stage 7 and drives the sample 4. This is an inclination angle correction device that corrects the inclination of the device.

10は圧電素子2に電圧(特定時間のみ正弦波形電圧と
なるバースト波)を与える送信器、11は圧1f素子2
で変換された超音波の反射波信号を受信する受信器、1
2は送信器10と受信器11の切換を行なうサーキュレ
ータである。13はX−Yステージ6およびZステージ
7の駆動を制御するステージコントローラである。14
は処理装置を示し、送信器10の出力制御、ステージコ
ントローラ13の制御、および受信器11で受信された
信号の処理を行なう。
10 is a transmitter that applies a voltage (a burst wave that becomes a sinusoidal voltage only for a specific time) to the piezoelectric element 2; 11 is a piezoelectric element 2;
a receiver for receiving reflected ultrasound signals converted by
2 is a circulator for switching between the transmitter 10 and the receiver 11; A stage controller 13 controls the driving of the XY stage 6 and Z stage 7. 14
indicates a processing device, which controls the output of the transmitter 10, controls the stage controller 13, and processes the signal received by the receiver 11.

次に、上記超音波顕微鏡の動作の概要を説明する。今、
探触子3と試料4との位置関係を固定し、サーキュレー
タ12を送信器10側に切換え、送信器10から圧電素
子2に電圧(バースト波)を与えると、圧電素子2から
超音波が出力され、この超音波は音響レンズ1を通り、
レンズ凹面部Ibから媒質(この場合水5)を介して試
料4へ放射される。放射された超音波は試料4で反射し
て再び水5、レンズ凹面部1b、音響レンズ1を通って
圧電素子2に戻り、圧電素子2において、当該反射超音
波の強さに応した電気信号に変換され出力される。この
とき、サーキュレータ12は受信器11側に切換えられ
ており、圧電素子2から出力された信号は受信器11に
入力され増幅、検波され、処理装置14に送られ、検査
、解析に必要な処理がなされる。
Next, an overview of the operation of the ultrasound microscope described above will be explained. now,
When the positional relationship between the probe 3 and the sample 4 is fixed, the circulator 12 is switched to the transmitter 10 side, and a voltage (burst wave) is applied from the transmitter 10 to the piezoelectric element 2, an ultrasonic wave is output from the piezoelectric element 2. This ultrasonic wave passes through the acoustic lens 1,
The light is emitted from the lens concave portion Ib to the sample 4 via a medium (water 5 in this case). The emitted ultrasonic waves are reflected by the sample 4 and return to the piezoelectric element 2 through the water 5, the concave lens part 1b, and the acoustic lens 1, and the piezoelectric element 2 generates an electric signal corresponding to the intensity of the reflected ultrasonic waves. is converted and output. At this time, the circulator 12 is switched to the receiver 11 side, and the signal output from the piezoelectric element 2 is input to the receiver 11, amplified and detected, and sent to the processing device 14, where it undergoes processing necessary for inspection and analysis. will be done.

上記超音波顕微鏡は試料4に対する種々の検査、解析を
行なうことができるが、前述のように、試料4の表面状
態等の物性評価を行なうことができる点に大きな特徴が
ある。そこで、このような物性評価の原理の概要を第9
図および第10図を参照しながら説明する。
The ultrasonic microscope described above can perform various inspections and analyzes on the sample 4, but as described above, its major feature is that it can evaluate the physical properties of the sample 4, such as its surface condition. Therefore, an overview of the principles of such physical property evaluation is given in Part 9.
This will be explained with reference to the figures and FIG.

第9図は試料4の近傍を示す側面図である。図で、第8
図に示す部分と同一部分には同一符号が付しである。圧
電素子2から放射される超音波のうち、試料4に対する
入射角が臨界角0以上の超音波ビームB、は試料4の表
面の距離lを通ってレンズ凹面部1bに戻り、当該臨界
角0未満の超音波ビームB2は試料4の表面からそのま
ま反射される。なお、上記臨界角θは、水5の音速およ
び試料4の表面を通る超音波(表面波)の音速により定
まる。
FIG. 9 is a side view showing the vicinity of sample 4. In the figure, the 8th
The same parts as those shown in the figures are given the same reference numerals. Among the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric element 2, the ultrasonic beam B whose incident angle with respect to the sample 4 is greater than or equal to a critical angle of 0 passes through a distance l on the surface of the sample 4, returns to the lens concave surface portion 1b, and returns to the concave lens portion 1b with the critical angle of 0. The ultrasonic beam B2, which is less than 100 nm, is directly reflected from the surface of the sample 4. Note that the critical angle θ is determined by the sound speed of the water 5 and the sound speed of the ultrasonic wave (surface wave) passing through the surface of the sample 4.

これら各超音波ビームB+−Bzはその経路長や経路状
態が異なるので、圧電素子2に戻る時間に差を生じ、圧
電素子2において画題音波ビームB、、B、の相互干渉
を生じる。そして、この干渉の状態は、音響レンズ1と
試料4との間の距離により種々変化する。第10図にそ
の変化の状態を示す。この図で、横軸には音響レンズ1
と試料4との間のZ軸方向の距離が、又、縦軸に圧電素
子2からの出力レベルがとっである。この図に示される
曲線はV (Z)曲線と称され、同一周期ΔZで変化す
る。そして、この値ΔZに基づいて、表面波の伝搬速度
、即ち、試料4の弾性に関する情報(物性)を得ること
ができる。
Since each of these ultrasonic beams B+-Bz has different path lengths and path conditions, a difference occurs in the time it takes to return to the piezoelectric element 2, causing mutual interference between the image sound wave beams B, , B, in the piezoelectric element 2. The state of this interference varies depending on the distance between the acoustic lens 1 and the sample 4. FIG. 10 shows the state of the change. In this figure, the horizontal axis shows the acoustic lens 1
The distance in the Z-axis direction between and the sample 4 is plotted, and the output level from the piezoelectric element 2 is plotted on the vertical axis. The curve shown in this figure is called the V (Z) curve and changes with the same period ΔZ. Based on this value ΔZ, information (physical properties) regarding the propagation velocity of the surface wave, that is, the elasticity of the sample 4 can be obtained.

〔発明が解決しようとする課題) ところで、上記超音波顕微鏡による検査、解析は、探触
子3と試料4との関係が平行間係にあることが前提であ
り、この平行関係が保持されていないと正確な検査、解
析を行なうことができない。
[Problems to be Solved by the Invention] Incidentally, the inspection and analysis using the ultrasonic microscope described above is based on the assumption that the relationship between the probe 3 and the sample 4 is in a parallel relationship, and it is necessary to maintain this parallel relationship. Without it, accurate inspection and analysis cannot be performed.

特に、上記表面波を用いる微細な解析においては、僅か
な非平行の状態が解析結果に大きな悪影響を及ぼす。こ
れを第11図により説明する。第11図は第9図と同一
部分の側面図である。この図では、音響レンズエに対し
て試料4がY軸まわりに傾いた状態が示されている。図
から明らかなように、このような傾斜が存在すると、傾
斜0の場合に比べて表面波伝搬距離が値1.に変化する
一方、Y軸方向の表面波伝搬距離は値lのまま変化せず
、したがって、方向により表面波伝搬距離が異なる事態
が生じる。さらに、レンズ凹面部1bの中心部分を通る
超音波は、第10図に示すV (Z)曲線を得るため音
響レンズ1と試料4との距離を変化させると、その変化
毎に経路が変化してしまうという事態を生じる。そして
、さらに傾斜が太きくなると超音波ビームB、はレンズ
凹面部1bから外れ、表面波を励起することができなく
なる。
Particularly in fine analysis using the surface waves, a slight non-parallel state has a large adverse effect on the analysis results. This will be explained with reference to FIG. FIG. 11 is a side view of the same part as FIG. 9. This figure shows a state in which the sample 4 is tilted around the Y axis with respect to the acoustic lens. As is clear from the figure, when such an inclination exists, the surface wave propagation distance increases to a value of 1.0 compared to the case where the inclination is 0. On the other hand, the surface wave propagation distance in the Y-axis direction remains unchanged at the value l, and therefore, a situation arises in which the surface wave propagation distance differs depending on the direction. Furthermore, when the distance between the acoustic lens 1 and the sample 4 is changed to obtain the V (Z) curve shown in FIG. 10, the path of the ultrasonic wave passing through the center of the concave lens portion 1b changes with each change. This may result in a situation where the When the slope becomes even thicker, the ultrasonic beam B comes off the lens concave portion 1b, making it impossible to excite surface waves.

従来、上言己のような傾斜を補正するために以下のよう
な方法がとられていた。まず、超音波の焦点が試料4の
表面にくるようにZステージ7が駆動される。次に、こ
の状態でX−Yステージ6が駆動され、少なくとも3点
で上記焦点合せが行なわれる。これら各点でのZステー
ジ7の移動量により傾斜角が求められる。この傾斜角は
傾斜角補正装置8で補正される。
Conventionally, the following methods have been used to correct the above-mentioned inclination. First, the Z stage 7 is driven so that the focus of the ultrasonic waves is on the surface of the sample 4. Next, in this state, the X-Y stage 6 is driven, and the above-mentioned focusing is performed at at least three points. The angle of inclination is determined by the amount of movement of the Z stage 7 at each of these points. This tilt angle is corrected by a tilt angle correction device 8.

ところで、上記のような方法では次の問題点がある。即
ち、検査、解析、例えばV <Z>曲線測定はX−Y面
の特定位置で行なうが上記のようにX−Yステージ7を
駆動して補正を行なうので、X−Yステージ7の精度が
大きく影響する。又、焦点を用いる補正であるので、焦
点深度が影響して精度の良い焦点合せが困難である。さ
らに、全体の操作が極めて面倒で大きな労力と時間を要
するという問題がある。
However, the above method has the following problems. That is, inspection and analysis, such as V<Z> curve measurement, are performed at a specific position on the X-Y plane, but since the X-Y stage 7 is driven and corrected as described above, the accuracy of the X-Y stage 7 is It has a big impact. Furthermore, since the correction uses focus, it is difficult to achieve accurate focusing due to the influence of the depth of focus. Furthermore, there is a problem that the entire operation is extremely troublesome and requires a great deal of effort and time.

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
音響レンズと試料との相対的な傾斜の存在を確実、かつ
、容易に検出することができる超音波顕微鏡の傾斜検出
装置を提供するにある。
The purpose of the present invention is to solve the problems in the above-mentioned prior art,
An object of the present invention is to provide a tilt detection device for an ultrasonic microscope that can reliably and easily detect the presence of a relative tilt between an acoustic lens and a sample.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成するため、本発明は、試料と対向する
面に凹面が形成された音響レンズおよびこの音響レンズ
の前記面と反対面に配置された圧電素子で構成される探
触子を備え、前記圧電素子の励振により生じる超音波の
前記試料からの反射波信号を受信して所定の処理を行な
う超音波顕微鏡において、前記音響レンズの前記凹面の
周囲に平坦面を形成し、かつ、前記圧電素子の周囲に複
数の副圧型素子を配置するとともに、これら副圧型素子
のうちの複数個を任意に選択する選択手段と、この選択
手段で選択された副圧型素子からの信号を合成する信号
合成手段と、この信号合成手段により合成された信号の
最大値を予め定められた設定値と比較する比較手段とを
設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention includes a probe comprising an acoustic lens having a concave surface formed on the surface facing the sample, and a piezoelectric element disposed on the surface opposite to the surface of the acoustic lens. , in an ultrasonic microscope that receives reflected wave signals from the sample of ultrasonic waves generated by excitation of the piezoelectric element and performs predetermined processing, a flat surface is formed around the concave surface of the acoustic lens; A selection means for arranging a plurality of sub-voltage type elements around the piezoelectric element, arbitrarily selecting a plurality of these sub-voltage type elements, and a signal for synthesizing signals from the sub-voltage type elements selected by the selection means. The present invention is characterized in that it includes a combining means and a comparing means for comparing the maximum value of the signal combined by the signal combining means with a predetermined set value.

〔作用〕[Effect]

超音波顕微鏡による検査、解析実施前に、選択された副
圧1T:子の試料からの反射波信号が受信され合成され
る。この合成信号の最大値を、音響レンズと試料との平
行関係が維持されているときの合成信号の最大値(設定
値)と比較し、両者の値に差があるとき、(頃斜が存在
していると判断し、傾斜をQ Qこする処置がとられる
Before examination and analysis using an ultrasonic microscope, reflected wave signals from the selected secondary pressure 1T sample are received and synthesized. The maximum value of this composite signal is compared with the maximum value (set value) of the composite signal when the parallel relationship between the acoustic lens and the sample is maintained, and if there is a difference between the two values (the It is determined that this is the case, and measures are taken to scrape the slope.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments.

第1図は本発明の実施例に係る超音波顕微鏡の傾斜検出
装置の構成図、第2図は第1図に示す探触子の側面図で
ある。各図で、21は本実施例の音響レンズであり、2
1aはその上面、211)はレンズ凹面部である。21
cはレンズ凹面部の周囲に形成された平坦部である。2
2は音響レンズ21の上面21aに設けられた圧電素子
であり、レンズ凹面部21bと対向する位置に設けられ
、試料4の検査、解析のための超音波を放射する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a tilt detection device for an ultrasound microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the probe shown in FIG. 1. In each figure, 21 is the acoustic lens of this example, and 2
1a is the upper surface thereof, and 211) is the concave surface portion of the lens. 21
c is a flat portion formed around the concave portion of the lens. 2
A piezoelectric element 2 is provided on the upper surface 21a of the acoustic lens 21 at a position facing the lens concave portion 21b, and emits ultrasonic waves for inspecting and analyzing the sample 4.

この圧′T4素子22は従来装置の圧電素子2に対応す
る。22a〜22dは音響レンズ21の上面21aにお
いて圧電素子22の周囲に設けられた副圧1i素子であ
り、音響レンズ21の平坦部21cに対向する位置にほ
ぼ90度の間隔を1いて配置されている。これら副圧型
素子22a〜22dは傾斜検出時に使用される。23は
音響レンズ21、圧電素子22および副圧型素子22a
〜22dで構成される本実施例の探触子を示す。
This pressure 'T4 element 22 corresponds to the piezoelectric element 2 of the conventional device. 22a to 22d are sub-pressure elements 1i provided around the piezoelectric element 22 on the upper surface 21a of the acoustic lens 21, and are arranged at intervals of approximately 90 degrees at positions facing the flat part 21c of the acoustic lens 21. There is. These sub-pressure type elements 22a to 22d are used during tilt detection. 23 is an acoustic lens 21, a piezoelectric element 22, and a sub-pressure type element 22a.
22d shows the probe of this embodiment.

24a〜24dはそれぞれ副圧型素子22a〜22dに
接続されたサーキュレータ、25は各副圧型素子22a
〜22dに対して励振電圧を与える送信器、26は各副
圧型素子22a〜22dがら出力される超音波反射波に
応じた信号を受信する受信器である。27は各副圧型素
子22a〜22dのうちの任意のものを選択する選択器
である。
24a to 24d are circulators connected to the sub-pressure type elements 22a to 22d, respectively, and 25 is each sub-pressure type element 22a.
A transmitter 26 provides an excitation voltage to the sub-pressure elements 22a to 22d, and a receiver 26 receives a signal corresponding to an ultrasonic reflected wave output from each of the sub-pressure elements 22a to 22d. 27 is a selector for selecting any one of the sub-pressure type elements 22a to 22d.

この選択器27は各副圧1素子毎にサーキュレータを介
して接続された2つずつの端子(計8つの端子)、およ
び受信器26に接続された2つの切換子27 a〜27
bで構成される。これにより、各副圧型素子22a〜2
2dのうちの任意の2つを接続することができる。なお
、第2図に示す4は試料、7はZステージ、8は傾斜角
補正装置であり、第8図に示すものと同じである。又、
処理装置等の図示は省略されている。
This selector 27 has two terminals connected to each sub-pressure element via a circulator (eight terminals in total), and two switches 27a to 27 connected to the receiver 26.
Consists of b. As a result, each of the sub-pressure type elements 22a to 2
Any two of 2d can be connected. In addition, 4 shown in FIG. 2 is a sample, 7 is a Z stage, and 8 is a tilt angle correction device, which are the same as those shown in FIG. or,
Illustrations of processing devices and the like are omitted.

次に、本実施例の動作を第3図(a)〜(C)、第4図
(a)〜(C)、第5図(a)〜(C)、第6図(a)
〜(c)に示す波形図を参照しながら説明する。超音波
顕微鏡による検査、解析を実施するに先立ち、試料4と
探触子23の相対位置を所定の位置に設定する。次に、
選択器27を操作して任意の2つの副圧型素子、例えば
副圧型素子22a、22bを選択接続する。この状態で
送信器25を励起すると、各副圧型素子22a〜22d
から超音波が放射され、これら超音波は音響レンズ21
の平坦部21cを通って試料4で反射し、同一経路を経
て各副圧型素子22a〜22dに戻り、電気信号に変換
される。これら電気信号のうち、選択器27で選択され
ている副圧型素子22a、  22bの信号のみが受信
器26に受信される。
Next, the operation of this embodiment is shown in Figs. 3(a) to (C), Figs. 4(a) to (C), Figs. 5(a) to (C), and Fig. 6(a).
This will be explained with reference to the waveform diagrams shown in (c). Prior to performing inspection and analysis using an ultrasonic microscope, the relative positions of the sample 4 and the probe 23 are set at predetermined positions. next,
The selector 27 is operated to selectively connect any two sub-pressure type elements, for example, sub-pressure type elements 22a and 22b. When the transmitter 25 is excited in this state, each sub-pressure type element 22a to 22d
Ultrasonic waves are emitted from the acoustic lens 21.
The light passes through the flat portion 21c of the sample 4, is reflected by the sample 4, returns to each sub-pressure type element 22a to 22d via the same path, and is converted into an electrical signal. Of these electrical signals, only the signals of the sub-pressure type elements 22a, 22b selected by the selector 27 are received by the receiver 26.

なお、サーキュレータ24a〜24dは前述のサーキュ
レータ12と同一機能を有する。
Note that the circulators 24a to 24d have the same function as the circulator 12 described above.

ここで、副圧型素子22a、22bがら放射される超音
波についてみると、副圧型素子22aがらの超音波E3
zzaおよび副圧型素子22bがらの超音波Bttbは
第2図に示す経路を通る。今、試料4が第2図に示すよ
うに傾いていると、超音波B2□bの経路が超音波BH
aの経路より長くなるので、副圧型素子22a、22b
で変換された電気信号の位相には両経路の差に応じたず
れが生じる。これが第3図(a)、  (b)に示され
ている。
Here, looking at the ultrasonic waves emitted from the subpressure type elements 22a and 22b, the ultrasonic waves E3 from the subpressure type elements 22a
The ultrasonic wave Bttb from zza and the subpressure type element 22b passes through the path shown in FIG. Now, if the sample 4 is tilted as shown in Figure 2, the path of the ultrasonic wave B2□b will be changed to the ultrasonic wave BH.
Since it is longer than the path a, the sub-pressure type elements 22a and 22b
A shift occurs in the phase of the electrical signal converted in accordance with the difference between the two paths. This is shown in Figures 3(a) and (b).

第3図(a)は副圧型素子22aの信号波形、第3図(
b)は副圧型素子22bの信号波形を示し、後者の信号
波形は前者より両経路差に応じた時間tだけ遅れ位相と
なる。受信器26にはこれらの信号が加算(合成)され
て入力されることになる。
FIG. 3(a) shows the signal waveform of the sub-pressure type element 22a, and FIG.
b) shows the signal waveform of the sub-pressure type element 22b, and the latter signal waveform has a phase delayed from the former by a time t corresponding to the difference between the two paths. These signals are added (combined) and input to the receiver 26.

この合成された信号波形が第3図(c)に示されている
This combined signal waveform is shown in FIG. 3(c).

ところで、試料4が第2図に示す傾いた状態からY軸ま
わりに回動されて平行状態にされたとすると、この平行
状態における副圧型素子22aの信号波形は第4図(a
)に示すように位相がt/2だけ遅らされた波形となり
、又、副圧型素子22bの信号波形は第4図(b)に示
すように位相がt/2だけ進められた波形となる。即ち
、両信号波形は同一位相の波形となる。そして、それら
の合成信号波形は第4図(C)に示す波形となる。
By the way, if the sample 4 is rotated around the Y axis from the tilted state shown in FIG.
), the phase becomes a waveform delayed by t/2, and the signal waveform of the sub-pressure type element 22b becomes a waveform whose phase is advanced by t/2, as shown in FIG. 4(b). . That is, both signal waveforms have the same phase. The combined signal waveform becomes the waveform shown in FIG. 4(C).

この合成信号の最大振幅■1.は、試料4が傾斜してい
るときの合成信号の最大振幅より大きいのは明らかであ
る。
Maximum amplitude of this composite signal ■1. is clearly larger than the maximum amplitude of the composite signal when the sample 4 is tilted.

そこで、本実施例では、上記最大振幅V、oを設定値と
して処理装置に記憶しておき、この値V smXと、受
信器26で受信された合成信号の最大振幅とを比較し、
受信された最大振幅が値7.18未満であるとき、試料
4と音響レンズ21との間に相対的な傾きが存在すると
判断するものである。
Therefore, in this embodiment, the maximum amplitude V, o is stored in the processing device as a set value, and this value VsmX is compared with the maximum amplitude of the composite signal received by the receiver 26.
When the received maximum amplitude is less than the value 7.18, it is determined that a relative tilt exists between the sample 4 and the acoustic lens 21.

そして、両者が等しくなるまで傾斜角補正装置8を駆動
して傾斜を補正する。又、副圧型素子22c、22dを
選択すればそれらの方向の傾きを検出することができ、
傾斜角補正装置8によりこれを補正する。 1IJi斜
角補正装置8による補正は、合成信号の最大値と設定値
■、□との差が0になるように傾斜角補正装置8をフィ
ードバック制御すればよい。
Then, the tilt angle correction device 8 is driven to correct the tilt until the two become equal. Furthermore, by selecting the sub-pressure type elements 22c and 22d, the inclination in those directions can be detected.
This is corrected by the tilt angle correction device 8. The correction by the 1IJi tilt angle correction device 8 may be performed by feedback controlling the tilt angle correction device 8 so that the difference between the maximum value of the composite signal and the set values ■ and □ becomes zero.

上記の手段により、音響レンズ21と試料4との間の相
対的傾きは補正されるが、試料4の傾きが第2図に示す
傾きよりさらに大きい場合には問題が生じる場合がある
。これを第5図(a)〜(c)により説明する。試料4
の傾きが、より大きなある傾きになると、副圧型素子2
2a、22bの信号波形はそれぞれ第5図(a)、  
(b)に示すように、前者はさらに位相が進み、後者は
さらに位相が遅れて丁度−周期ずれた波形となる。
Although the relative tilt between the acoustic lens 21 and the sample 4 is corrected by the above means, a problem may occur if the tilt of the sample 4 is greater than the tilt shown in FIG. This will be explained with reference to FIGS. 5(a) to 5(c). Sample 4
When the slope becomes a certain larger slope, the sub-pressure type element 2
The signal waveforms of 2a and 22b are shown in FIG. 5(a) and 22b, respectively.
As shown in (b), the phase of the former is further advanced, and the phase of the latter is further delayed, resulting in a waveform that is shifted by exactly -period.

このときの合成信号波形は第5図(C)に示す波形とな
り、その最大振幅は値■。Xと等しくなる。
The composite signal waveform at this time becomes the waveform shown in FIG. 5(C), and its maximum amplitude is the value ■. Becomes equal to X.

即ち、音響レンズ21と試料4との間に相対的傾きは存
在しないと判断されてしまう。
That is, it is determined that there is no relative tilt between the acoustic lens 21 and the sample 4.

このような誤判断は、次の手段を採用することにより防
止することができる。即ち、副圧型素子22a、22b
が選択されている状態から、選択器27を切換えて、副
圧型素子22bの代りに副圧電素子22C(又は22d
)を選択する。このときの副圧型素子22aの波形が第
6図(a)に又、副圧型素子22cの波形が第6図(b
)に示されている。副圧型素子22Cの信号波形は、副
圧型素子22a、22bとの位置関係から副圧型素子2
2aの信号波形に対して丁度半周期遅れた波形となる。
Such misjudgments can be prevented by adopting the following measures. That is, the sub-pressure type elements 22a, 22b
is selected, switch the selector 27 to select the auxiliary piezoelectric element 22C (or 22d) instead of the auxiliary voltage type element 22b.
). The waveform of the sub-pressure type element 22a at this time is shown in FIG. 6(a), and the waveform of the sub-pressure type element 22c is shown in FIG. 6(b).
) is shown. The signal waveform of the sub-pressure type element 22C is determined by the signal waveform of the sub-pressure type element 2 from the positional relationship with the sub-pressure type elements 22a and 22b.
The waveform is exactly half a cycle behind the signal waveform of signal 2a.

したがって、両者の合成信号の波形は第6図(c)示す
波形となり、この波形の最大振幅は値v、あやとはなら
ない。これにより、上記のように、両信号波形に丁度−
周期のずれがあっても、傾きを検出することができる。
Therefore, the waveform of the combined signal of both is the waveform shown in FIG. 6(c), and the maximum amplitude of this waveform is the value v, which does not vary. As a result, as shown above, both signal waveforms are exactly -
Even if there is a shift in the period, the inclination can be detected.

このように、本実施例では、音響レンズの周辺に4つの
副圧型素子を等間隔に配置し、これらのうちの2つを選
択器で選択し、それらの出力信号の合成信号の最大値を
設定値と比較するようにしたので、音響レンズと試料と
の間の相対的な傾きを確実、容易に検出することができ
る。
In this way, in this example, four sub-pressure type elements are arranged at equal intervals around the acoustic lens, two of them are selected by a selector, and the maximum value of the composite signal of their output signals is Since it is compared with the set value, the relative inclination between the acoustic lens and the sample can be detected reliably and easily.

第7図(a)、  (b)は本発明の他の実施例に係る
超音波顕微鏡の傾斜検出装置の探触子の平面図および側
面図である。各図で、第1図および第2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。本実施
例がさきの実施例と異なるのは、さきの実施例が副圧型
素子を4つ配置した構成であるのに対して、本実施例で
は副圧型素子を3つ配置した点のみであり、その他の構
成は同じである。即ち、本実施例では、圧電素子22の
周囲に副圧型素子22e、22f、22gが配置された
構成となっている。
FIGS. 7(a) and 7(b) are a plan view and a side view of a probe of a tilt detection device for an ultrasonic microscope according to another embodiment of the present invention. In each figure, parts that are the same as those shown in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted. The only difference between this embodiment and the previous embodiment is that while the previous embodiment had a configuration in which four sub-pressure type elements were arranged, this embodiment had three sub-pressure type elements arranged. , the other configurations are the same. That is, in this embodiment, the sub-pressure type elements 22e, 22f, and 22g are arranged around the piezoelectric element 22.

本実施例では、まず、副圧型素子22e、22fを選択
し、それらの合成信号を採取してその最大値と設定値と
を比較し、傾きαを検出してこれを補正する。次いで、
副圧型素子22e (又は22f)と副圧型素子22g
を選択し、同様の手段により傾きを補正する。これによ
り、音響レンズ21と試料4との傾斜を補正することが
できる。本実施例もさきの実施例と同じ効果を奏する。
In this embodiment, first, the sub-pressure type elements 22e and 22f are selected, their combined signals are collected, and the maximum value thereof is compared with a set value, and the slope α is detected and corrected. Then,
Sub-pressure type element 22e (or 22f) and sub-pressure type element 22g
, and correct the tilt using the same method. Thereby, the inclination between the acoustic lens 21 and the sample 4 can be corrected. This embodiment also has the same effect as the previous embodiment.

なお、上記実施例の説明では、副圧型素子を3つ又は4
つ配置する例について説明したが、これらに限ることは
なく、5つ以上設けてもよい。又、選択する副圧型素子
の数は配置総数によって任意に選ぶことができる。さら
に、送信器および受信器は傾斜検出専用でなく、検査、
解析のものと共用できるのは当然である。又、傾斜角補
正装置は、X軸まわり、Y軸まわりのものを別個に設け
てもよいのは明らかである。又、上記実施例とは逆に、
選択器を送信器に接続して、送信する副圧型素子を選択
しても全く同様に傾きを検出することができる。
In addition, in the description of the above embodiment, three or four sub-pressure type elements are used.
Although an example has been described in which five or more are arranged, the arrangement is not limited to this, and five or more may be provided. Further, the number of sub-pressure type elements to be selected can be arbitrarily selected depending on the total number of arranged elements. Furthermore, the transmitter and receiver are not only for tilt detection, but also for inspection,
Of course, it can be used in common with analysis. Furthermore, it is clear that the tilt angle correction devices for the X-axis and the Y-axis may be provided separately. Also, contrary to the above embodiment,
Even if a selector is connected to a transmitter and a sub-pressure type element to be transmitted is selected, the inclination can be detected in exactly the same way.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明では、音響レンズに複数の副
圧型素子を配置し、これら副圧型素子のうちの複数を選
択してそれらの超音波受信信号を合成し、その合成信号
の最大値を設定値と比較するようにしたので、音響レン
ズと試料との間の傾きを確実、かつ、容易に検出するこ
とができる。
As described above, in the present invention, a plurality of sub-pressure type elements are arranged in an acoustic lens, a plurality of these sub-pressure type elements are selected, their ultrasonic reception signals are combined, and the maximum value of the combined signal is Since the angle is compared with the set value, the inclination between the acoustic lens and the sample can be detected reliably and easily.

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

第1図は本発明の実施例に係る超音波顕微鏡の傾斜検出
装置の構成図、第2図は第1図に示す音響レンズの側面
図、第3図(a)〜(C)、第4図(a)〜(C)、第
5図(a)〜(C)および第6図(a)〜(c)は第1
図に示す動作を説明する信号波形図、第7図(a)、 
 (b)は本発明の他の実施例に係る超音波顕微鏡の傾
斜検出装置の探触子の上面図および側面図、第8図は従
来の超音波U微鏡の構成図、第9図は第8図に示す試料
近辺の側面図、第10図はV (Z)曲線を示す波形図
、第11図は傾斜した試料の近辺を示す側面図である。 4・・・・・・・・・・・・試料、8・・・・・・・・
・・・・傾斜角補正装置、21・・・・・・・・・・・
・音響レンズ、21c・・・・・・・・・・・・平坦部
、22a〜22g・・・・・・・・・・・・副圧型素子
、23・・・・・・・・・・・・探触子、25・・・・
・・・・・・・・送信器、26・・・・・・・・・・・
・受信器、27・・・・・・・・・・・・選択器。 第 1 図 第 7 図 (a) (b) 第 図 0 第 因 第 0 図
FIG. 1 is a configuration diagram of a tilt detection device for an ultrasound microscope according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the acoustic lens shown in FIG. 1, and FIGS. Figures (a) to (C), Figures 5 (a) to (C), and Figures 6 (a) to (c) are
A signal waveform diagram explaining the operation shown in the figure, FIG. 7(a),
(b) is a top view and a side view of a probe of a tilt detection device for an ultrasonic microscope according to another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional ultrasonic U-microscope, and FIG. 9 is a FIG. 8 is a side view of the vicinity of the sample, FIG. 10 is a waveform diagram showing the V (Z) curve, and FIG. 11 is a side view of the vicinity of the inclined sample. 4・・・・・・・・・・・・Sample, 8・・・・・・・・・
...Inclination angle correction device, 21...
・Acoustic lens, 21c...Flat part, 22a to 22g...Sub-pressure type element, 23... ...Probe, 25...
・・・・・・・・・Transmitter, 26・・・・・・・・・・・・
・Receiver, 27...Selector. Figure 1 Figure 7 (a) (b) Figure 0 Cause Figure 0

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 試料と対向する面に凹面が形成された音響レンズおよび
この音響レンズの前記面と反対面に配置された圧電素子
で構成される探触子を備え、前記圧電素子の励振により
生じる超音波の前記試料からの反射波信号を受信して所
定の処理を行なう超音波顕微鏡において、前記音響レン
ズの前記凹面の周囲に平坦面を形成し、かつ、前記圧電
素子の周囲に複数の副圧電素子を配置するとともに、こ
れら副圧電素子のうちの複数個を任意に選択する選択手
段と、この選択手段で選択された副圧電素子からの信号
を合成する信号合成手段と、この信号合成手段により合
成された信号の最大値を予め定められた設定値と比較す
る比較手段とを設けたことを特徴とする超音波顕微鏡の
傾斜検出手段。
The probe includes an acoustic lens having a concave surface formed on a surface facing the sample, and a piezoelectric element disposed on a surface opposite to the surface of the acoustic lens. In an ultrasonic microscope that receives reflected wave signals from a sample and performs predetermined processing, a flat surface is formed around the concave surface of the acoustic lens, and a plurality of sub-piezoelectric elements are arranged around the piezoelectric element. At the same time, a selection means for arbitrarily selecting a plurality of these sub-piezoelectric elements, a signal synthesis means for synthesizing the signals from the sub-piezoelectric elements selected by the selection means, and a signal synthesized by the signal synthesis means. 1. A tilt detection means for an ultrasound microscope, comprising a comparison means for comparing a maximum value of a signal with a predetermined set value.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5803793A (en) * 1996-03-26 1998-09-08 Nidek Co., Ltd. Lens grinding apparatus having chamfering and other grinding wheels mounted on the same shaft

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