JPH0323864B2 - - Google Patents

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JPH0323864B2
JPH0323864B2 JP56193731A JP19373181A JPH0323864B2 JP H0323864 B2 JPH0323864 B2 JP H0323864B2 JP 56193731 A JP56193731 A JP 56193731A JP 19373181 A JP19373181 A JP 19373181A JP H0323864 B2 JPH0323864 B2 JP H0323864B2
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JP
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acoustic lens
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ultrasonic
acoustic
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JP56193731A
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Akihiro Nanba
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Multimedia (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (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、音響レンズ内における超音波の多重
反射を抑制するようにした超音波顕微鏡用トラン
スジユーサに関するものである。
第1図は、従来の超音波顕微鏡の構成の一例を
示すブロツク線図である。同図において、1はバ
ースト波状の高周波パルス信号を発生する高周波
パルス発生器、2はサーキユレータ、3はそのサ
ーキユレータ2を介して前記高周波パルス発生器
1から供給される高周波パルス信号を超音波に変
換する圧電トランスジユーサ、4は例えばサフア
イヤによつて形成した音響レンズであつて、試料
5に対向する端部の円錐状部の頂部が球凹面に形
成されており、他端側には前記圧電トランスジユ
ーサ3が取り付けられ、これらの圧電トランスジ
ユーサ3および音響レンズ4によりトランスジユ
ーサが構成されている。6はX−Y走査機構7に
よつてX−Y方向に駆動される試料台であつて、
試料5がその上に載置されて、前記音響レンズ4
に対し二次元的に走査駆動されるようになつてい
る。また8は音響レンズ4と試料5間に満たされ
た超音波伝達媒体例えば水である。9は前記X−
Y走査機構を制御するための制御装置であり、同
時に試料5からの所定の反射波に対応した圧電ト
ランスジユーサからの電気信号のみを取り出すた
めのゲート回路10及びブランキング回路16に
供給する所定のタイミングの制御信号をも発生さ
せている。
すなわち、圧電トランスジユーサ3から発生し
た超音波は、サフアイヤによつて形成した音響レ
ンズ4内で平面波に変換され、その音響レンズの
下端の球凹面部から水8を伝播して試料5に放射
される。試料5からの反射超音波は、再び水8を
介して前記球凹面部から音響レンズ4内に再入射
し、圧電トランスジユーサ3により電気信号に変
換されて、サーキユレータ2を介し前記ゲート回
路10に加わる。そのゲート回路10には、前記
制御回路9から、所望の超音波反射信号に対応し
た圧電トランスジユーサ3からの反射波電気信号
(以下「反射信号」という。)のタイミングで制御
信号が送られ、ここで試料5からの正しい所定の
タイミングの反射信号のみが取り出される。
この反射信号は、高周波増幅回路11により増
幅した後混合回路12に導かれ、局部発振回路1
3からの局部発振周波数信号と混合して中間周波
数信号に変換し、中間周波増幅回路14を介して
検波回路15に導いて検波した後、ブランキング
回路16によつて、前記制御回路9から加えられ
た所定のタイミングを有する制御信号により試料
7の極く近傍からの反射信号のみを取り出し、こ
れをピーク検波回路17によつてピーク検波す
る。
このようにして得られた検波出力信号を順次ス
キヤンコンバータ18に導いてテレビジヨン信号
に変換し、これを輝度信号にしてテレビジヨン画
像モニタ19上に画像表示するようにしている。
すなわち、スキヤンコンバータ18において
は、ピーク検波回路17からの検波出力信号を一
時記憶し、前記X−Y走査機構7による走査周期
に同期するように構成したX偏向信号発生回路2
0、及びY偏向信号発生回路21からの各偏向用
同期信号によつて、前記一時記憶した前記検波信
号をテレビジヨン走査周期で読み出し、この読み
出した信号に前記XおよびY偏向信号発生回路2
0,21からの各同期信号を付加して複合テレビ
ジヨン信号とし、これをテレビジヨン画像モニタ
19に供給することにより、試料5の超音波画像
を得るようにしている。
しかしながら、上述の如き構成の超音波顕微鏡
において、試料5からの反射信号を得る前に、音
響レンズ4における下端球凹面部の球面によつて
直接反射して圧電トランスジユーサ3に入射する
反射波信号が、また、前記試料5からの反射信号
の前後には多重反射信号がそれぞれ検出される。
第2図は、音響レンズ4内における反射波の様子
を示したものである。すなわち、音響レンズ4内
においては、下端球面によつて反射し直接圧電ト
ランスジユーサ3に入射する反射波P1のほか、
下端球面より当該音響レンズ4の壁面方向に進む
反射波P2,P3等が発生し、これが多重反射して
圧電トランスジユーサ3に入射し、反射信号とし
て検出されることになる。特に試料5からの反射
波が超音波伝達媒体8を経て音響レンズ4に再入
射し圧電トランスジユーサ3に達する時刻に前述
のような多重反射による反射波が圧電トランスジ
ユーサ3に達して、試料5からの反射波を妨害す
ることがあり、それがため従来の音響レンズでは
正確な試料からの反射波のみを反射信号として取
り出しにくい欠点がある。
第3図は、横軸に時間tを、また縦軸に電圧V
をとつて、サーキユレータ2から得られる各種の
反射信号の分布の様子を示したもので、Pは高周
波パルス発生器1のサーキユレータ2からの洩れ
信号、P0は試料5からの所望の反射信号、P1
音響レンズ4の下端球面による直接の反射信号及
びP2,P3は、試料5からの所望の反射信号P0
周辺に発生する多重反射波によるノイズ成分であ
る。
本発明の目的は、上述の如きノイズ成分となる
多重反射波の発生を抑制し得る超音波顕微鏡用ト
ランスジユーサを提供せんとするものである。
本発明は、音響レンズとこの音響レンズの一端
面に取り付けた圧電トランスジユーサとを有する
超音波顕微鏡用トランスジユーサにおいて、前記
圧電トランスジユーサで発生した超音波が前記音
響レンズ内で反射して前記圧電トランスジユーサ
に戻らないように、前記音響レンズの外周面に当
該音響レンズの音響インピーダンスに比較的近い
音響インピーダンスを有し、かつ超音波吸収の大
きい物質を被着したことを特徴とするものであ
る。
以下本発明の一実施例について詳細に説明す
る。
第4図は、本発明の超音波顕微鏡用トランスジ
ユーサの一実施例の構成を断面図で示したもので
ある。同図において、22はトランスジユーサ
で、例えば従来のものと同様にサフアイヤによつ
て形成した音響レンズ23の外周面に、該音響レ
ンズ23の音響インピーダンスに比較的近い音響
インピーダンスを有し、かつ超音波吸収の大きい
物質、例えばゲルマニウム(Ge)を、圧電トラ
ンスジユーサ3が取り付けられる電極部分24及
び音場媒体例えば水8と接する下端の球凹面部分
25を除いて被着し、ゲルマニウム被着層26を
施したものである。なお、ゲルマニウム(Ge)
被着層26は、真空蒸着法、あるいはC,V,D
法、またはスパツタリング等任意の方法で形成す
ればよい。
このように構成したトランスジユーサにおい
て、圧電トランスジユーサ3に加えられた高周波
パルス発生器1からの高周波励振電圧は、超音波
に交換され、平面波となつて音響レンズ23であ
るサフアイヤ内を球凹面25に向つて伝播し、こ
の球凹面25により球面波に変換されて試料5に
向い水8の中を伝播する。
一方、音響レンズ23の下端球凹面部25の球
面に到達した平面波の一部は、その球面によつて
反射して図示のように音響レンズ23内に戻り、
側壁に衝突する。音響レンズ23の外周面は、さ
きに記述したように音響レンズ23の形成物質で
あるサフアイヤと比較的近い音響インピーダンス
を有し、かつ超音波吸収の大きいゲルマニウムに
よつて被着層26が施されているので、側壁に衝
突した前記球面による反射波はその被着層26に
よつて大きく吸収され、再反射は極めて少なくな
る。このような再反射の繰り返すごとに大きく吸
収されて従来ノイズ成分として検出されていた不
要反射波は十分抑制されることとなる。
例えば超音波の反射について、超音波が第1媒
質から第2媒質に向つて入射したとすると、強さ
の反射率RIは垂直入射のとき、 RI=(Z1−Z2/Z1+Z22 で与えられる。ただし、Z1は第1媒質の音響イン
ピーダンス、Z2は第2媒質の音響インピーダンス
である。また、媒質の音響インピーダンスZは、 Z=ρC で与えられる。ただしρは媒質の密度、Cは媒質
中の音速である。
上記与式よりZ1=Z2であれば超音波の垂直入射
の反射は0となる。従つて音響レンズを形成する
物質の音響インピーダンスと比較的近い音響イン
ピーダンスを有し、かつ超音波吸収の大きな物質
によつて、前記音響レンズを被覆した構成のもの
においては、音響レンズ内の側壁内に入射する音
響レンズ下端球面からの不要反射波を十分吸収し
得ることとなる。
例えば前述のようにサフアイヤによつて形成し
た音響レンズ23の周囲をゲルマニウム(Ge)
での被着層26で被覆した場合、縦波についてサ
フアイヤの音響インピーダンスZ1は、およそ4.45
×106(g/sec・cm2)であり、ゲルマニウム
(Ge)の音響インピーダンスZ2は、〔110〕方向に
伝播する縦波についておよそ2.87×106(g/
sec・cm2)(25℃)であるから、サフアイヤとゲル
マニウムについて、垂直入射の反射率RIは、 RI= (4.45×106−2.87×106/4.45×106+2.87×1062=4
.66×10-2 である。
これに対し、サフアイヤのみによつて構成した
従来の音響レンズでは、空気の音響インピーダン
スは20℃のとき、4.44×101(g/sec・cm2)であ
るから、サフアイヤと空気の垂直入射の反射率
RIは、 RI= (4.45×106−4.44×101/4.45×106+4.44×1012
1 となり、空気とサフアイヤの間では、ほぼ100%
近く反射する。すなわち、サフアイヤで構成した
音響レンズ内で発生する不要な反射波は、殆んど
総てサフアイヤ内に戻つてきて、これがノイズ成
分として検出されることになり、これが試料5か
らの正しい反射信号の検出を妨害していたが、本
発明の上記実施例のように、サフアイヤからなる
音響レンズ23の周囲にゲルマニウム被着層26
を施したものにおいては、垂直入射の場合4.7%
程度の反射率となる。
第5図は、ゲルマニウム(Ge)のほか、各種
物質の縦波についての超音波吸収特性をそれぞれ
示したものである。超音波顕微鏡で使用する周波
数においては、ゲルマニウム(Ge)の超音波吸
収が他の物質に比べかなり大きいことがわかる。
以上のように本発明によれば、極めて簡単な構
成により、音響レンズ内における不要の反射波を
吸収し得てノイズ成分となる反射波の圧電トラン
スジユーサへの入射を抑制することができるの
で、それらの不要の反射波の影響をそれ程受ける
ことなく、試料からの正しい反射波を取り出し得
る効果があり、超音波顕微鏡の精度向上に大きく
寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の超音波顕微鏡の構成の一例を
示すブロツク線図、第2図は、従来の超音波顕微
鏡用トランスジユーサの構成図、第3図は、従来
の超音波顕微鏡用トランスジユーサを用いた場合
に得られるサーキユレータの出力波形図、第4図
は、本発明の一実施例の構成図、第5図は、ゲル
マニウム(Ge)の超音波吸収特性を他の物質の
それと対比して示す特性図。 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……音響
レンズ、5……試料、6……試料台、7……X−
Y走査機構、8……水、9……制御回路、10…
…ゲート回路、11……高周波増幅回路、12…
…混合回路、13……局部発振器、14……中間
周波増幅器、15……検波回路、16……ブラン
キング回路、17……ピーク検波回路、18……
スキヤンコンバータ、19……テレビジヨン画像
モニタ、20……X偏向信号発生回路、21……
Y偏向信号発生回路、22……トランスジユー
サ、23……サフアイヤにより形成した音響レン
ズ、24……電極部、25……球面部、26……
ゲルマニウム被着層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一端部を球凹面に形成した音響レンズとこの
    音響レンズの他端部に取り付けた圧電トランスジ
    ユーサを有する超音波顕微鏡用トランスジユーサ
    において、前記圧電トランスジユーサで発生した
    超音波が前記音響レンズ内で反射して前記圧電ト
    ランスジユーサに戻らないように、前記音響レン
    ズの外周面に当該音響レンズの音響インピーダン
    スに比較的近い音響インピーダンスを有し、かつ
    超音波吸収の大きい物質を被着したことを特徴と
    する超音波顕微鏡用トランスジユーサ。
JP56193731A 1981-12-03 1981-12-03 超音波顕微鏡用音響レンズ Granted JPS5896248A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56193731A JPS5896248A (ja) 1981-12-03 1981-12-03 超音波顕微鏡用音響レンズ

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JP56193731A JPS5896248A (ja) 1981-12-03 1981-12-03 超音波顕微鏡用音響レンズ

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Publication Number Publication Date
JPS5896248A JPS5896248A (ja) 1983-06-08
JPH0323864B2 true JPH0323864B2 (ja) 1991-03-29

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ID=16312865

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JP56193731A Granted JPS5896248A (ja) 1981-12-03 1981-12-03 超音波顕微鏡用音響レンズ

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Families Citing this family (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6190048A (ja) * 1984-10-09 1986-05-08 Junkosha Co Ltd 漏液検知センサ
JPS62133946A (ja) * 1985-12-05 1987-06-17 松下電器産業株式会社 皮膚科用超音波送受波器
RU2715913C1 (ru) * 2019-05-13 2020-03-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки федеральный исследовательский центр " Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Ультразвуковой наклонный преобразователь для измерения скорости распространения акустических волн в стальных прокатных изделиях при определении параметров механических свойств, характеризующих хладостойкость

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5268492A (en) * 1975-12-01 1977-06-07 Hoffmann La Roche Method and system for forming image by suersonic waves
JPS5627646A (en) * 1979-08-15 1981-03-18 Hitachi Ltd Sound wave probe

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