JPH0378653A - 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〕 本発明は、超音波顕微鏡に係り、特に試料からの反射波
信号を処理する受信系の信号処理手段の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、超音波ビームを微小スポットに集束し、これによ
り試料を相対的に走査して得られる反射波信号を処理し
て試料の状態を観測する超音波顕微鏡が知られている。

第９図は、従来の超音波顕微鏡の構成例である。

この超音波顕微鏡は、パルス送信部１０１から発生した
パルス波が圧電トランスデユーサ１０２に印加される。

圧電トランスデユーサ１０２ではパルス波が超音波に変
換され、これが音響レンズ１０３により微小スポットに
集束され、その焦点面近傍に置かれた試料１０４に入射
される。試料１０４と音響レンズ１０３との間は超音波
を伝えるための水１０５で満たされている。試料１０４
に入射した超音波パルスは、試料１０４で反射。

透過、吸収、散乱等の影響を受ける。試料１０４から反
射された超音波は、再び音響レンズ１０３を通り、圧電
トランスデユーサ１０２で電気信号に変換される。この
圧電トランスデユーサ１０２で変換された反射波信号は
、プリアンプ１０６で増幅される。この増幅された反射
波信号には、直接のパルス波、音響レンズ１０３の内部
反射等の不要な信号や試料１０４の表面、内部、裏側等
からの反射波が含まれている。そこで、増幅された反射
波信号が入力するゲート１０７を制御部１０８から与え
られるゲート信号によって制御し、観察したい信号のみ
を抽出する。このようにして抽出された信号は、検波部
１０９で検波され、信号強度が検出される。この（ｉ号
強度からなる検波信号はＡ／Ｄ変換器１１０でデジタル
信号に変換され、画像メモリ１１１に書き込まれる。

以上の動作で得られるのは試料１０４０１点についての
情報である。二次元画像を得るために、制御部１０８と
ＸＹ走査部１１２によって試料１０４を超音波に対して
ＸＹ定走査て各点の情報を前記同様に順次画像メモリ１
１１に記憶する。

画像メモリ１１１に記憶された画像データをコンピュー
タ１１３に取込み、ここで種々の画像処理を行った後、
画像メモリ１１１に戻し、適時表示部１１４に読み出し
て可視化された画像を表示させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、以上のような超音波顕微鏡で取り込まれる情
報は、試料１０４から反射された超音波の強度情報であ
る。一方、受信系を構成するプリアンプ１０６．ゲート
部１０７．検波部１ｏ９゜Ａ／Ｄ変換器１１０は、一般
にその入出力特性に非線形性を有している。そのため、
プリアンプ１０６に入力した反射波信号は、受信系を通
ってＡ／Ｄ変換器１１０から出力されるときには、第１
０図に示すように、その信号強度が非線形化される。

しかし、反射波信号の信号強度が非線形に変化すると、
超音波による定量計測を行う場合は、正確な測定値を得
ることができないという問題がある。

例えば、試料内部のある部位の物性を調べるような場合
、超音波を用いてその部位からの反射波を取り込み、そ
の反射波の強度を検出して、その値から曳ング率、音速
等の定量計測を行なっている。この場合、試料内部から
の実際の反射波の強度とこの反射波が入力された装置の
出力値との間に第１０図に示すような非線形特性がある
と、非線形部分の出力値は誤差を含むこととなるので正
確な測定値を得ることはできない。

また、特願昭６３−２０８６１１号で本出願人が述べた
ように、音響レンズの焦点があっていない部位の画像は
いわゆる焦点ぼけ画像となるが、このような画像に対し
、音響レンズの魚床がり関数を計算して逆フィルタを求
め、逆フィルタを用いて復元する方法がある。この場合
、取り込まれた画像の各点における超音波の強度に対す
る濃度が非線形に変化していると、線形に変化している
として求められた逆フィルタによって復元されるので、
適正な復元を行なうことができず劣化した画像が復元さ
れる可能性がある。

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、試
料から反射された超音波の強度を極めて正確に得ること
ができ、よって微細構造の物性の定ｍ　７９１定を正確
に行なうことができ、または正確な復元画像を得ること
のできる超音波顕微鏡を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するために、集束する超音波を
試料に入射させ、試料からの超音波を受信系に導いて電
気信号に変換し、この信号を所定の信号処理系を介し所
望のデータに変換する超音波顕微鏡において、前記受信
系における前記電気信号の信号強度の前記信号処理系に
関する入出力特性を検出する手段と、この手段で検出さ
れた前記入出力特性に基づいて線形補正用のルックアッ
プテーブルを作成する手段と、前記電気信号の信号強度
を前記ルックアップテーブルを用いて線形補正処理する
手段とを備えた構成とした。

また、上記課題を解決するために、前記信号処理−系に
、前記電気信号の信号強度から複素信号を生成する手段
を設け、さらに、前記試料に超音波を集束させる音響レ
ンズの焦点が前記試料の表面に合った状態を基準として
この音響レンズと前記試料との間の距離の変動量を検出
する手段と、前記音響レンズまたは試料載置用ステージ
の平面走査を行うことによって複素Ｃモード画像を得る
手段と、この手段により得られた複素Ｃモード画像に対
応する魚床がり関数を前記検出された距離の変動量を含
む情報に基づいた計算によって求めて逆フィルタを作成
する手段とを設け、前記複素信号に対して前記ルックア
ップテーブルを用いて線形補正処理した後に、前記逆フ
ィルタ作成手段により作成された逆フィルタを用いて画
像劣化を復元し画像として表示する手段を設けた構成と
した。

〔作　用〕

本発明は以上のような手段を講じたことにより、受信系
の信号強度の人出力特性が検出され、この検出された入
出力特性に基づいてルックアップテーブルが作成される
。受信系で非線形化される電気信号の強度はこのルック
アップテーブルによって線形補正された値に変換される
。したがって、試料から反射された超音波の強度を極め
て正確に得ることができ、微細構造の物性の定量測定を
正確に行なうことができたり、または、正確な復元画像
を得ることのできるものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は第１実施例に係る超音波顕微鏡の構成を示す図
である。なお、同図において第９図に示す超音波顕微鏡
と同じ部分には同一の符号を付している。本実施例は、
プリアンプ１０６．ゲート１０７、検波部１０９．Ａ／
Ｄ変換部１１０からなる受信系の入力部すなわちプリア
ンプ１０６の入力側にスイッチ１１が設けられていて、
このスイッチ１１に高周波信号発生器１２の出力が可変
減衰器１３を介して入力される構成となっている。

可変減衰器１３はコンピュータ１４からの指令信号によ
ってその出力レベルが可変される。コンピュータ１４に
はルックアップテーブル用メモリ（以下、ｒＬＵＴメモ
リ」と呼称する）１５が接続されており、このＬＵＴメ
モリ１５には画像メモリ１１１に記憶されている入出力
特性データからコンピュータ１４が作成した線形補正用
のデータが２己憶される。

次に、本実施例の動作について説明する。

先ず、受信系の信号強度に関する入出力特性を検出する
。そのために、スイッチ１１をＢ側にし、高周波信号発
生器１２の出力レベルを設定する。

例えば、音響レンズ１０３の動作周波数に合わせ、任意
のレベル（例えばＯｄＢｍ）の連続波出力とする。そし
て、コンピュータ１４によって、可変減衰器１３の減衰
量を制御する。例えば、動作開始時は１００ｄＢの減衰
量とし、ΔＴの短い時間間隔で０．１　ｄ　Ｂ　／　５
Ｌｅｐづつ減衰量を減らしていく。その結果、スイッチ
１１を介してプリアンプ１０６に入力される高周波信号
の強度は、減衰量の変化に対応して一１００ｄＢｍから
Ｏ，ｌｄＢ／５ｔｅｐづつ増加していく。このように減
衰量が順次変化する高周波信号はプリアンプ１０６で増
幅され、常開制御されたゲート１０７を介して検波部１
０９に入力する。検波部１０９ではその入力信号を検波
して信号強度を検出する。検波された信号強度を示す検
波信号は、制御部１６およびコンピュータ１４によって
制御されるＡ／Ｄ変換部１１０に入力してデジタル信号
に変換される。このデジタル信号は、制御部１６および
コンピュータ１４の制御によって、画像メモリ１１１の
メモリアドレスｎのところにＡ／Ｄ変換部１１０からの
出力値Ｙｎが記憶される。

以上の動作をΔＴの時間間隔で例えば１０００回行い、
−１００ｄＢｍからＯｄＢｍまでの入力信号強度に対す
るＡ／Ｄ変換部１１０からの出力値Ｙ１〜Ｙ１００Ｏを
、画像メモリ１１１のメモリアドレス１〜１０００に記
憶する。

このようにして画像メモリ１１１に記憶されたデータは
、受信系によって非線形化を受けているため、例えばデ
ジタル値が８ビツト出力であれば第２図に示すような、
入出力特性データが画像メモリ１１１に記憶されたこと
になる。

このようにして、受信系の人出力特性の検出が終了した
ら、この人出力特性に基づいて線形補正を行うためのル
ックアップテーブルを作成する。

すなわち、画像メモリ１１１に記憶させた人出力特性デ
ータをコンピュータ１４に取り込み、入力強度を第３図
に示すように対数から線形変化に変換する。なお、入力
強度の可変ピッチが線形数値の増量値に合わない場合は
（例えば整数値にする場合）、スプライン関数等の補間
法によって求める。そして、第３図に示す出力値側をＹ
軸、入力強度側をＸ軸とし、入力強度−Ｘｎ、　この入
力強度Ｘｎに対応した出力値−Ｙｎとすると、Ｙｎ　（
Ｘｎ）を変換した、 Ｙ＝Ｘｎ　（Ｙｎ） なる式にてルックアップテーブル１５に記憶するデータ
を作成する。すなわち第４図に示すように入出力軸を入
替えたデータすなわちルックアップテーブルが作成され
る。この作成されたデータをＬＵＴメモリ１５に記憶さ
せる。このようにして、非線形な入出力特性を線形人出
力特性に補正するルックアップテーブルが作成される。

次に、線形補正動作について説明する。

スイッチ１１をＡ側にし、従来と同様にして超音波によ
って試料１０４をＸＹ走査し、試料１０４の画像データ
を画像メモリ１１１に記憶させる。ここで、画像メモリ
１１１に記憶された画像データは試料１０４から反射し
た超音波の強度が非線形に変化したものである。

そこで、各画像データを線形に変換するために、コンピ
ュータ１４によって、画像メモリ１１１に記憶されてい
る画像データを画素単位で読み、その値を第４図に示す
人力画像濃度として対応する出力画像濃度値をＬＵＴメ
モリ１５から求める。

そして、求めた出力画像濃度値をコンピュータ１４から
画像メモリ１１１の元のアドレスに転送して線形補正さ
れたデータに入替える。

このような線形補正動作を画像メモリ１１１にある全画
素に相当するアドレスについて実行する。

そして、このように線形補正された画像データに基いて
、試料１０４の画像が表示部１１４に表示される。

このように第１実施例においては、離散的に出力レベル
が変化する高周波信号を受信系に入力して、受信系の入
出力特性データを画像メモリ１１１に記憶し、この入出
力特性データに基いて第４図に示すルックアップテーブ
ルデータを作成する。そして、受信系で非線形化を受け
た試料１０４からの画像データをＬＵＴメモリ１５に記
憶されたルックアップデータで線形補正する。

したがって、試料１０４から反射された超音波の強度が
非線形化されていない画像データを得ることができるこ
とから、このデータを用いて微細構造の物性の定量測定
を行なえば、正確な測定を行なうことができる。

第５図は第２実施例を示す図であり、第１図に示す超音
波顕微鏡の変更部分のみを示している。

本実施例は、第１図に示す超音波顕微鏡において、Ａ／
Ｄ変換部１１０と画像メモリ１１１との間にＬＵＴ変換
部２１が設けられ、このＬＵＴ変換部２１がＬＵＴメモ
リ１５にデータ転送用のバスで接続され、さらに、Ａ／
Ｄ変換部１１０の動作を制御する制御部１６からの指令
信号が入力される構成となっている。

このように構成された第２実施例において、ルックアッ
プテーブル作成までの動作は第１実施例と同様にして行
われる。なお、このときＬＵＴ変換部２１はスルーにし
た動作を行なう。

次に、スイッチ１１をＡ側にして通常の観察が行なえる
状態にして、試料１０４を超音波でＸＹ定走査ることに
より得られた画像データをＡ／Ｄ変換部１１０からデジ
タル信号として出力し、その出力値をＬＵＴ変換部２１
に読込む。ＬＵＴ変換部２１は、その読込まれた値を第
４図に示すルックアップテーブルの入力画像濃度値とし
て対応する出力画像濃度値をＬＵＴメモリ１５より求め
、その値を上記読込まれた値として画像メモリ１１１の
所定のアドレスに人力する。

このようにして、Ａ／Ｄ変換部１１０から出力される試
料１０４の各点の情報が線形補正されて画像メモリ１１
１に記憶される。

このような第２実施例によれば、ＬＵＴ変換部２１に線
形補正処理機能を持たせているので、第１実施例に比べ
てコンピュータ１４にかかる負担を軽減することができ
、画像処理の高速化を図ることができる。

第６図は第３実施例を示す図であり、第１図に示す超音
波顕微鏡の変更部分のみを示している。

本実施例は、第１図に示す超音波顕微鏡において、パル
ス送信部１０１の出力部に可変減衰器３１を接続し、こ
の可変減衰器３１の出力レベルの調整をコンピュータ１
４で行い、試料１０４からの反射波信号をスイッチ１１
を介さずに直接プリアンプ１０６に入力する構成となっ
ている。

本実施例においては、コンピュータ１４からの指令信号
に基づいて制御部１６からパルス送信部１０１に送信ト
リガ信号が出力される。パルス送信部１０１は送信トリ
ガ信号が人力すると高電圧パルス波を出力する。出力さ
れたパルスは可変減衰器３１に入力し所定量の減衰をう
ける。この減衰量はコンピュータ１４によって制御され
る。例えば、動作開始時は、最大減衰量・が１００ｄＢ
となるように可変減衰器３１を設定し、所定の時間間隔
ΔＴで０．１　ｄ　Ｂ　／　５ｔｅｐづつ減衰量を減ら
すように制御する。ΔＴはパルス送信部１０１から送信
されたパルス波が音響ンズ１０３を介して試料１０４に
入射し、試料からの反射波が受信系で検出されるまでに
要する時間よりも若干長い時間に設定される。なお、試
料１０４としてはガラス。

サファイア等の音響インピーダンスの高いものを用いる
。また、音響レンズ１０３と試料１０４との位置関係は
、音響レンズ１０３により集束された超音波の焦点が試
料表面に来るように配置する。このように配置すること
により、プリアンプ１０６に人力する反射波信号は、そ
の強度がΔＴごとに増していくことになる。このような
反射波信号は、プリアンプ１０６で増幅され、ゲート１
０７に入力する。ゲート１０７はコンピュータ１４から
の指令信号に基づいて制御部１６から送信されるゲート
信号によって、必要な反射波信号だけをとおし、検波部
１０９に出力する。検波部１０９ではこのようにして抽
出された反射波信号を検波して信号強度を検出し、検波
信号として出力する。その検波信号は、Ａ／Ｄ変換部１
１０人力し、コンピュータ１４からの指令信号に基づい
て制御部１６から出力される制御信号によってアナログ
信号からデジタル信号に変換する。このデジタル信号は
コンピュータ１４および制御部１６の制御によって、画
像メモリ１１１のアドレスｎのところにその値Ｙｎが記
憶される。

この様な動作をΔＴの時間間隔で１０００回行うことに
より、パルス送信部１０１から送信されるパルス波の強
度をＯ，ｌｄＢづつ増したときの試料からの反射波信号
の信号強度に対するＡ／Ｄ変換部１１０からの出力値が
、画像メモリ１１１のアドレス１〜１０００までに値Ｙ
、〜Ｙ１０゜。として記憶される。このようにして、画
像メモリ１１１に受信系の人出力特性データが記憶され
る。

次に、第１実施例と同様にして、ルックアップテーブル
を作成し、画像メモリ１１１に記憶されている画像デー
タを線形補正した画像データに変換する。

このような第３実施例によれば、圧電トランスデユーサ
１０２．音響レンズ１０３．試料１０４等を含んだ受信
系の入出力特性を検出することができ、圧電トランスデ
ユーサ１０２．音響レンズ１０３、試料１０４等を含ん
だ受信系の非線形特性を線形特性に補正することができ
る。

第７図は第４実施例を示す図であり、第１図に示す超音
波顕微鏡の変更部分のみを示している。

本実施例は、第１図に示す超音波顕微鏡において、圧電
トランスデユーサ１０２から出力される試料１０４から
の反射波信号を可変減衰器４１を介してプリアンプ１０
６へ入力し、可変減衰器４１の減衰量をコンピュータ１
４で制御する構成となっている。なお、スイッチ１１．
高周波信号発生器１２は設けられていない。

このような本実施例においては、音響レンズ１０３や圧
電トランデューサ１０２等により信号波形を一定にした
信号での非線形特性を線形特性に補正することになる。

なお、上記第１〜第４実施例では、パルス波を例にして
説明しているがバースト波を用いても同様の作用効果を
得ることができる。

また、上記第１〜第４実施例では、ルックアップテーブ
ルを作成する手段の一部であるスイッチ１１、高周波信
号発生器１２．可変減衰器１３゜３１．４１を顕微鏡装
置本体に一体的に設けた例を示しているが、これらの構
成要素を装置本体に対して別体的に設け、ＬＵＴメモリ
１５にデータを記憶したら、装置本体から取り外すよう
にしてもよい。また、量産を考えたときに各顕微鏡で受
信系の入出力特性のバラツキが小さくほぼ同じとみなせ
る場合には、スイッチ１１．高周波信号発生器１２．可
変減衰器１３，３１．４１の機能を各装置本体に持たせ
ずに、これらの機能を含んだＬＵＴメモリ１５作成用の
装置を用いて、標準的なデータを記憶したＬＵＴメモリ
を１個作成するようにして、各装置にはこれの複製品を
搭載するようにしても良い。

また、プリアンプ１０６．ゲート１０７．検波部１０９
．Ａ／Ｄ変換部１１０がユニット化されるような場合は
、高周波信号発生器１２．可変減衰器１３．コンピュー
タ１４．ＬＵＴメモリ１５゜画像メモリ１１１と、可変
減衰器］３と画像メモリ１１１間に設けられ上記ユニッ
トを着脱自在に取り付ける接続部とを含むＬＵＴメモリ
作成作成等用装置を作成しておき、量産される上記ユニ
ットをこの専用装置に取り付けては、そのユニットの入
出力特性に応じたＬＵＴメモリを作成するようにしても
よい。

第８図は第５実施例を示す図であり、音響レンズの魚床
がり関数から逆フィルタを求め、焦点ぼけ画像を復元す
る回路構成に対し線形補正を行う例を示している。

このような構成において、ＣＰＵ５１の制御により送信
回路５２から送信されるパルス波はサーキュレータ５３
．スイッチ１１を通って圧電トランスデユーサ５４に印
加される。圧電トランスデユーサ５４は、印加されたパ
ルス波を超音波に変換して試料５６に入射させる。試料
５６からの反射波は、再び音響レンズ５５を通って圧電
トランスデユーサ５４に戻り電気信号に変換され、反射
波信号として出力される。この反射波信号はプリアンプ
５７で増幅された後、ゲート５８に人力する。反射波信
号の波形はオシロスコープ５９に表示され、このオシロ
スコープ５９に表示される波形の中から試料５６の複数
の部位からの反射波を抽出するように、複数のタイムゲ
ート信号がゲート５８に人力する。この複数のタイムゲ
ート信号は、高速パルスジェネレータ６１からタイムゲ
ート発生回路６２にパルス波が与えられ、ＣＰＵ５１か
らの送信トリガ信号によって出力されるものである。こ
のようにして抽出された反射波信号は直交検波回路６３
に人力される。直交検波回路６８は、入力した反射波信
号をｓｉｎ検波。

ｃｏｓ検波して複素信号に変換する。この複素信号はピ
ークホールド回路６４ａ、６４ｂで、各々タイムゲート
信号のタイミングに合わせてピークホールドされ、この
信号がＡ／Ｄ変換部６５ａ。

６５ｂで各々デジタル信号に変換された後、画像メモリ
６６に記憶される。

そして、試料５６の載置されているＸ−Ｙステージ６７
をＸ−Ｙ駆動機構６８によって移動させて、試料５６の
各点の情報を画像メモリ６６に記憶する。

以上の画像の読取り、記憶動作に先立ち第１実施例と同
じ＜　ＬＵＴメ゛モリ１５の作成動作が実施されている
。そこで、画像メモリ６６に記憶された情報はＬＵＴメ
モリ１５により線形情報に書換えられ、再びメモリ６６
に記憶される。

次に、ＣＰＵ５１による焦点ぼけ画像の復元操作を具体
的に説明する。

先ず、音響レンズ１０３の後焦点面ＦＢの音場を求める
。これは音響レンズ１０３の水中側（試料側）焦点面Ｆ
Ｆの音場のスペクトルを求めることになる。なお後焦点
面ＦＢの音場ｕｆ（χ、ｙ）と、水中側焦点面ＦＦでの
スペクトルＵｆ（ｋｘ。

ｋｙ）の変数の間には、 ｋｘ　−（ｋＯｗ／　ｆ　）　ｘ　　　　　　　−（１
）ｋｙ　＝　（ｋＯｖ／　ｆ　）　Ｙ　　　　　　　−
（２）ｋ−Ｏｗ−２ｙｒ　ν／Ｃｗ　　　　　　　　−
（３）なる関係がある。ここでνは音波の周波数、　　
Ｃｗは水中での音速、ｆは水中での音響レンズの焦点距
離である。

試料５，６の表面５６ａの音場を求めるには、先に求め
た水中側焦点面ＦＦのスペクトルＵｆ（ｋｘ、ｋｙ）を
、水中で超音波の投射方向に△Ｚだけ逆もどりした平面
のスペクトルを計算してやれば良い。それをＵｓとする
と Ｕｓ　−Ｕｆ　ｅ−１ｋ”Ａｚ−（４）（但しｋｚｖ−
（ｋＯｗ２−ｋｘ　２−Ｒｙ　２）なる式の計算を、各
ｋｘ、ｋｙについて行なうことによって求まる。

固体中では縦波と横波が存在するのが一般的であるが、
以下説明を簡単化するために縦波についてのみ考える。

Ｕｓは試料５６内の反射体が存在する面まで進んでＵＯ
となるが、これは（３）式と同じ考え方から ＵＯ−Ｕｓ　ｅ　　−１ｋｚＬ’　　　　　　　　　−
（５）（但しｋＺＬ＝　　　（ｋＯＬ２−　ｋｘ　２−
　ｋｙ　２）（ｋ　ＯＬは試料中の縦波の伝搬定数）と
表される。試料の音速がかわっているという前提から ｋＯＬ−２π　ν／ＣＬ　　。

Ｚ　−（ｎ−１）　　ＣＬ　　／　ｆ　　ｇ　　　　　
　　　　−（６）但し ＣＬ：試料中の縦波の音速 ν　：音波の周波数 ｆｇ：タイムゲート信号のクロック周波数ｎ　：タイム
ゲート信号の番号 によって求まる。このＵｏ　　（ｋｘ、ｋｙ）を逆フー
リエ変換したｕ□　　（χ、ｙ）が、試料５６の表面下
２の距離にある面に、音響レンズが形成する音場すなわ
ち点広がり関数である。

走査型の結像システムに於ける伝達関数ｈ（χ、ｙ）は
、対物レンズの点広がり関数の２乗になることが知られ
ている。そこで ｈ（χ、ｙ）＝（ｕｏ（χ、ｙ））２　・・・（７）が
音響レンズによる結像系の伝達関数になるわけである。

ここまでは試料５６と水（カプラ液体）の界面に於ける
透過率１反射体での反射率が１として説明してき、だが
、これ等はすべて周波数特性を持つている。その内容は
、既に詳細に解析されている。

参考文献としては、「νＡＶＥＳ　ＩＮ　ＬＡＹＥＲＲ
Ｄ　ＭＥＤＩＡＪ（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ　ｂ
ｙ　Ｉｌ、Ｍ　ＢＲＥＫＨＯＶＳＫＩＫＨ。

Ａｃａｄｅｌｃｐｒｅｓｓ　、　　１９８０）がある。

縦波についての場合のみ、その結果を記すと、水から試
料５６の内部への透過率ＴＬ（ｋｘ　。

ｋｙ）は ｋｒ　−ｋｘ”＋に、ｙ’ θ−ｓ　ｉ　ｎ−’　（ｋｒ　／ｋＯＷ）θ１＝ｓ　ｉ
　ｎ−’　（ｋｒ　／ｋＯＬ）７−ｓ　ｉ　ｎ−’　（
ｋｒ　／ｋｏｓ）ｋｏｓ＝２πν／Ｃｓ （但しＣ８：試料中の横波の音速） Ｚ＝ρＣｗ／ｃｏｓθ Ｚ　　−ρｌｃＬ／ｃｏｓθＩ ＺＬ　−ρＩ　Ｃｓ／ｃｏｓ７ （但しρ、ρ］　：各々水と試料の密度）とすると、 ＴＬ　　＝　　（２ρ／ρｉ　　）　　Ｚ（ｌ　　ｃｏ
ｓ２７（２Ω　ｃ　ｏ　ｓ２２　γ 十Ｚｔ　ｓ　１ｎ２２７＋Ｚ）−’　　　−（８）試料
から水への透過率（即ち試料中の縦波がその表面から水
中へ放射される比率）ＴＬ’　　（ｋｘ。

ｋｙ）は、φを φ−（Ｚ＋Ｚｔ　ｓ　ｉ　ｎ２２７ −ＺΩＣＯ５２２７） ／　（Ｚ＋Ｚｔ　ｓ　ｉ　ｎ２２７ 十ＺΩＣ０８２２７） と定義すると、 ＴＬ’　　＝　　（Ｃｖ　　ｃｏｓ　　θ１／ＣＬｃｏ
ｓ　　θ　ｃｏｓ２　γ）　　　（１−φ）・・・　（
９） によって計算される。

反射体による反射率Ｒ（ｋｘ、ｋｙ）は、反射体の密度
及び音速が知られていないと計算できないが、本発明者
らは、別途Ｖ　（Ｚ）曲線の逆フーリエ変換から反射関
数を求める手法を物質内部にまで拡張した方法を提案し
ている。この方法によれば、試料本体の音速、密度が既
知の場合はもちろん、未知であっても、試料表面５６ａ
からの反射波についてのＶ　（Ｚ）と、内部反射体から
の反射波についてのＶ　（Ｚ）とを同時に測定、演算す
ることが可能であり、これにより反射率Ｒ（ｋｚ。

ｋｒ）が求められる。

以上述べた３種類の周波数特性Ｔ、Ｔ’　、Ｒは反射体
におけるスペクトルＵｚにかかることになる。走査型結
像システムの２乗特性を考慮してＨ＋　−Ｕｏ　Ｔ　　
　　　　　　　　　−（１０）Ｈ−−ＵＯＲＴ−’　　
　　　　　　　・・・（１１）Ｈ−Ｈ＋■Ｈ−・・・（
１２） （■：コンポリューション） なるＨすなわち逆フィルタを作成する。

画像メモリ６６に記憶されている画像データを、この逆
フィルタを用いて復元する。

以上の説明は、物質内部に、縦波だけが存在している場
合に限定しての説明であったが、実際には横波も存在す
る。そして反射体は縦波から変換された縦波と横波、ま
た横波から変換された縦波と横波の４種類の波動が考え
られる。これらに関して、それぞれ前述と同様の考え方
を適用すれば、各々のＨが求められる。それぞれの逆変
換をｈｌ。

ｈ２．ｈ３．ｈ４とすると、劣化画像ｉは一般に、ｉ−
ｇ■（ｈｌ　＋ｈ２　＋ｈ３　＋ｈ４　）・・・（１３
） と考えて良い。したがって必要に応じて、つまり横波の
影響が無視できるかできないかを考慮して、ｈ［〜ｈ４
を組み合わせて用いれば良いであろう。

また、試料によっては、その内部構造が剥離やクラック
を有していることがわかっている場合もあるが、この様
な場合にはＲは約１であると考えてさしつかえない。さ
らに音響レンズの開口角が十分少さい場合には、Ｔ、Ｔ
’がほぼ一様の振幅と位相になる場合もあり、試料の内
部に発生する横波が比較的小さくて無視できる場合もあ
る。これらのことから計算が簡略化されることも多い。

以上の復元操作を各Ｃモード画像に対しＣＰＵ５１によ
り行ない、３次元復元画像をデイスプレィ装置６９に表
示する。

このような本実施例によれば、音響レンズ５５の焦点が
合っていない部位から得られた画像データであっても、
線形補正された画像データをさらに逆フィルタによって
復元する事により、さらに良好な画像を得ることができ
る。

なお、第５実施例では複数のタイムゲート信号を使って
３次元表示を行っているが、第１実施例のように１つの
タイムゲート信号を使って１枚のＣモード画像による２
次元表示を行うようにしてもよい。

［発明の効果コ 本発明によれば、受信系の信号強度の人出力特性を線形
補正するようにしたので、試料から反射された超音波の
強度情報を極めて正確な値で得ることができ、超音波に
よる微細構造の物性の定量測定を正確に行うことができ
る。また、正確な復元像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成図、第２図〜第４図
はルックアップテーブルの作成を説明するための図、第
５図は第２実施例の部分的な構成を示す図、第６図は第
３実施例の部分的な構成を示す図、第７図は第４実施例
の部分的な構成を示す図、第８図は第５実施例の構成図
、第９図は従来よりある超音波顕微鏡の構成図、第１０
図は受信系の入出力特性を示す図である。 １１・・・スイッチ、１２・・・高周波発生部、１３・
・・可変減衰器、１４・・・コンピュータ、１５・・・
ＬＵＴメモリ、１６・・・制御部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）集束する超音波を試料に入射させ、試料からの超
   音波を受信系に導いて電気信号に変換し、この信号を所
   定の信号処理系を介し所望のデータに変換する超音波顕
   微鏡において、 前記受信系における前記電気信号の信号強度の前記信号
   処理系に関する入出力特性を検出する手段と、 この手段で検出された前記入出力特性に基づいて線形補
   正用のルックアップテーブルを作成する手段と、 前記電気信号の信号強度を前記ルックアップテーブルを
   用いて線形補正処理する手段とを具備したことを特徴と
   する超音波顕微鏡。
2. （２）前記信号処理系は、前記電気信号の信号強度から
   複素信号を生成する手段を含み、さらに、前記試料に超
   音波を集束させる音響レンズの焦点が前記試料の表面に
   合った状態を基準としてこの音響レンズと前記試料との
   間の距離の変動量を検出する手段と、前記音響レンズま
   たは試料載置用ステージの平面走査を行うことによって
   複素Ｃモード画像を得る手段と、この手段により得られ
   た複素Ｃモード画像に対応する点広がり関数を前記検出
   された距離の変動量を含む情報に基づいた計算によって
   求めて逆フィルタを作成する手段とを有し、前記複素信
   号に対して前記ルックアップテーブルを用いて線形補正
   処理した後に、前記逆フィルタ作成手段により作成され
   た逆フィルタを用いて画像劣化を復元し画像として表示
   する手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超
   音波顕微鏡。