JPH0390857A - Ultrasonic microscope - Google Patents

Ultrasonic microscope

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Publication number
JPH0390857A
JPH0390857A JP1228824A JP22882489A JPH0390857A JP H0390857 A JPH0390857 A JP H0390857A JP 1228824 A JP1228824 A JP 1228824A JP 22882489 A JP22882489 A JP 22882489A JP H0390857 A JPH0390857 A JP H0390857A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
frequency band
high frequency
resolution
image
Prior art date
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Pending
Application number
JP1228824A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Ishibashi
石橋 純一
Tomio Endo
富男 遠藤
Masahiro Aoki
雅弘 青木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP1228824A priority Critical patent/JPH0390857A/en
Publication of JPH0390857A publication Critical patent/JPH0390857A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the azimuth resolution and depth resolution and to obtain an image with high resolution by providing a high-frequency band correcting means which increases in gain as the frequency characteristics of electric signal amplification increase. CONSTITUTION:A waveform generating circuit 20 generates a bias voltage, which is applied to a variable high frequency band correcting circuit 10. Consequently, the high frequency band of a reflected wave which is reflected at a deeper position in a sample 104 and received a longer delay time later is amplified large and the attenuation of the spectrum intensity in the high frequency band can be corrected. Therefore, the azimuth resolution of an internal image of the sample 104 can be improved and the depth resolution when a three- dimensional image is formed can be improved, so that the image with extremely high resolution is obtained. Further, data after the attenuation in the sample is corrected can be obtained and this data is outputted to an instrument 114 for material property quantitative measurement, which is carried out to enable extremely accurate measuring operation.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料の物性定量計測や試料の内部状況の観測
を行うことのできる超音波顕微鏡に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ultrasonic microscope capable of quantitatively measuring the physical properties of a sample and observing the internal state of the sample.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来より、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信号を処理
して試料の内部状態を観測する超音波顕微鏡が知られて
いる。
BACKGROUND ART Ultrasonic microscopes are conventionally known that focus an ultrasonic beam onto a minute spot, relatively scan a sample with the ultrasonic beam, process reflected signals obtained, and observe the internal state of the sample.

第7図は従来の超音波顕微鏡の構成例である。FIG. 7 shows an example of the configuration of a conventional ultrasound microscope.

同図に示す100は制御部であり、送信信号を発生させ
るための指令信号をパルス送信部101に送信する。パ
ルス送信部101は指令信号を受信すると送信パルス波
を発生させる。パルス送信部101から発生された送信
パルス波は、圧電トランスデユーサ102に印加されて
電気信号から超音波に変換される。この超音波は圧電ト
ランスデユーサ102が取付けられている音響レンズ1
03によって微小スポットに集束され、その焦点付近に
置かれた試料104に入射する。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で満さ
れている。試料104に入射した超音波パルスは試料1
04で反射、透過。
Reference numeral 100 shown in the figure is a control section, which transmits a command signal for generating a transmission signal to the pulse transmission section 101. When the pulse transmitter 101 receives the command signal, it generates a transmit pulse wave. A transmission pulse wave generated from the pulse transmission unit 101 is applied to the piezoelectric transducer 102 and converted from an electrical signal to an ultrasonic wave. This ultrasonic wave is transmitted to the acoustic lens 1 to which the piezoelectric transducer 102 is attached.
03, the beam is focused into a minute spot, and is incident on a sample 104 placed near the focal point. The space between the sample 104 and the acoustic lens 103 is filled with water 105 for transmitting ultrasonic waves. The ultrasonic pulse incident on sample 104
04 reflects and transmits.

散乱、吸収等の影響を受ける。Affected by scattering, absorption, etc.

試料104で反射した超音波は、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。この電気信号はプリアンプ1.06で増幅され
る。増幅された信号は$11部100によりオン、オフ
制御されるゲート回路107に人力する。プリアンプ1
06から出力される信号には、直接の送信パルス波や音
響レンズ103の内部反射波等の不要な信号と、試料1
04の表面、内部、裏面からの反射波が含まれている。
The ultrasonic waves reflected by the sample 104 pass through the acoustic lens 103 again.
and is converted into an electrical signal by the piezoelectric transducer 102. This electrical signal is amplified by a preamplifier 1.06. The amplified signal is input to a gate circuit 107 which is turned on and off by the $11 unit 100. Preamplifier 1
The signal output from the sample 106 includes unnecessary signals such as a directly transmitted pulse wave and an internally reflected wave from the acoustic lens 103,
Includes reflected waves from the front, inside, and back surfaces of 04.

そこで、ゲート回路107のオン。Therefore, the gate circuit 107 is turned on.

オフによって試料的反射波等の必要な信号のみが取り出
され、検波部108に出力される。検波部108はゲー
ト回路107によって取出された信号を検波し、その信
号強度を検出する。この検出信号は、A/D変換部10
9に入力し、制御部100からの制御信号によって極め
て短い間隔でサンプリングされデジタル信号に変換され
、画像メモリ110に記憶される。
By turning off, only necessary signals such as sample reflected waves are extracted and output to the detection section 108. The detection unit 108 detects the signal extracted by the gate circuit 107 and detects the signal strength. This detection signal is transmitted to the A/D converter 10
9, is sampled at extremely short intervals according to a control signal from a control unit 100, is converted into a digital signal, and is stored in an image memory 110.

以上の動作によって得られる情報は、超音波パルスの入
射方向をZ軸としたときのXY平面の1点で2方向のも
のである。そこで、XY定走査111によって、試料1
04と音響レンズ103を相対的にXY定走査ることに
より、試料104のXY平面における各点の2方向の情
報が画像メモリ110に記憶される。画像メモリ110
に記憶された情報をコンピュータ112に読込み、各種
の画像処理を行った後、再び画像メモリ110に戻し、
さらに表示部113に表示させることにより、例えば試
料内部の状況を観察することができる。
The information obtained by the above operation is information in two directions at one point on the XY plane when the direction of incidence of the ultrasonic pulse is the Z axis. Therefore, by XY constant scanning 111, sample 1
04 and the acoustic lens 103 relative to each other, information in two directions at each point on the XY plane of the sample 104 is stored in the image memory 110. Image memory 110
After reading the information stored in the computer 112 and performing various image processing, it is returned to the image memory 110 again.
Further, by displaying the information on the display unit 113, it is possible to observe, for example, the situation inside the sample.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上のような超音波顕微鏡は、試料104から反射され
る反射波の強度(いわゆるスペクトル)を情報として取
込んでいる。試料104から反射されトランスデユーサ
102で変換される信号は、第8図のような「周波数−
スペクトル」特性を示す。同図に示す曲線Aを試料表面
からの反射波のものとすると、試料内部からの反射波は
試料の深さ方向の位置が深くなるにしたがって高周波数
帯域のスペクトル強度ががより大きく減衰する曲線Bの
ようになる。曲11Aは、パルス送信部101から発生
する送信パルス波のスペクトル強度が、圧電トランスデ
ユーサ102の周波数特性やカプラー液体となる水の周
波数特性の違いでの吸収による減衰、試f4104表面
での反射特性、音響レンズの周波数特性、さらには電気
信号の伝送特性等の影響を受けた特性となっている。ま
た、曲線Bは、上記各特性の影響の他に試料104内部
での超音波の吸収による減衰Rを受けた特性となってい
る。ここで、音の強度Iは一般に、■刺a e −a 
4 と表すことができる。なお、αはある物質中の単位長さ
の振幅吸収係数、dは伝搬距離、aは定数である。また
、振幅吸収係数αは周波数fの影響によって、αoo 
f 、 αoo f 2等の特性を示す。すなわち、周
波数が大きくなるほど吸収係数αは大きくなり、試料1
04のある深さdでの音の強度Iも小さくなる。また、
伝搬送距Mdが長い(試料内のより深い位置)はどそれ
だけ大きな減衰を受けることになる。したがって、第8
図に示すように、試料内部または裏面からの反射波は曲
線Bのように、例えば数MHz〜数百MHzの高周波数
帯域では、周波数が大きくなるのに伴ってスペクトル値
がより小さくなる。
The ultrasonic microscope as described above captures the intensity (so-called spectrum) of the reflected wave reflected from the sample 104 as information. The signal reflected from the sample 104 and converted by the transducer 102 has a "frequency -
spectral characteristics. If the curve A shown in the same figure is the reflected wave from the sample surface, then the reflected wave from inside the sample is a curve in which the spectral intensity in the high frequency band attenuates more as the depth of the sample increases. It will look like B. In song 11A, the spectral intensity of the transmitted pulse wave generated from the pulse transmitter 101 is attenuated due to absorption due to differences in the frequency characteristics of the piezoelectric transducer 102 and the frequency characteristics of the water that serves as the coupler liquid, and reflection on the surface of the sample F4104. characteristics, the frequency characteristics of the acoustic lens, and even the transmission characteristics of electrical signals. Further, the curve B has a characteristic that is affected by attenuation R due to the absorption of ultrasonic waves inside the sample 104 in addition to the influence of each of the above-mentioned characteristics. Here, the sound intensity I is generally expressed as ■sting a e −a
It can be expressed as 4. Note that α is the amplitude absorption coefficient of a unit length in a certain substance, d is the propagation distance, and a is a constant. Also, the amplitude absorption coefficient α is affected by the frequency f, αoo
It shows the characteristics of f, αoo f2, etc. In other words, the absorption coefficient α increases as the frequency increases, and sample 1
The sound intensity I at a certain depth d at 04 also becomes smaller. Also,
The longer the propagation distance Md is (the deeper the position within the sample), the greater the attenuation. Therefore, the eighth
As shown in the figure, the reflected wave from the inside of the sample or from the back surface has a spectral value that becomes smaller as the frequency increases, as shown by curve B, in a high frequency band of, for example, several MHz to several hundred MHz.

従来の超音波顕微鏡は、以上のような特性を有すること
から、試料104の内部画像を得るときには、試料10
4の深さ位置によって高周波数帯域のスペクトル値が異
なり、深い位置からのものほどスペクトルの山の中心が
低周波数領域に移動してしまうので、音響レンズ103
として動作する周波数帯域が低周波数域となってしまい
、試料104のXY方向での方位分解能が劣化するとい
う問題がある。
Since the conventional ultrasonic microscope has the above-mentioned characteristics, when obtaining an internal image of the sample 104,
The spectrum value of the high frequency band differs depending on the depth position of the acoustic lens 103, and the center of the peak of the spectrum moves to the low frequency region as the depth increases.
There is a problem in that the frequency band in which the device operates is a low frequency band, and the azimuth resolution of the sample 104 in the X and Y directions deteriorates.

また、第9図(a)(b)に示すように、試料内部から
の反射波<b>のパルス波部分の時間幅Δtiは、試料
表面からの反射波(a)のパルス波部分の時間幅Δts
よりも長いものとなる。これは、第8図に示したように
、試料表面からの反射波のスペクトルに比べて、試料1
04内部からの反射波のスペクトルはその中心周波数が
低くなリ、周波数帯域も狭くなることによるものである
したがって、試料104内部での反射位置が深くなり反
射波のパルス部分の時間幅が長くなると、異なる深さ位
置からの反射波が重なってしまうので、試料104の深
さ方向の深度分解能が劣化するという問題がある。
Furthermore, as shown in FIGS. 9(a) and 9(b), the time width Δti of the pulse wave portion of the reflected wave <b> from inside the sample is equal to the time width Δti of the pulse wave portion of the reflected wave (a) from the sample surface. Width Δts
It will be longer than As shown in Figure 8, this is because the sample 1
The spectrum of the reflected wave from inside sample 104 has a lower center frequency and a narrower frequency band. Therefore, as the reflection position inside sample 104 becomes deeper and the time width of the pulse portion of the reflected wave becomes longer, Since the reflected waves from different depth positions overlap, there is a problem that the depth resolution in the depth direction of the sample 104 deteriorates.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、方位
分解能および深度分解能の向上を図ることができ、高分
解能な画像を得ることができると共に試料の物性定量を
正確に測定できる超音波顕微鏡を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of these circumstances, and provides an ultrasonic microscope that can improve lateral resolution and depth resolution, obtain high-resolution images, and accurately measure quantitative physical properties of a sample. The purpose is to provide

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

本発明は上記課題を解決するために、集束する超音波パ
ルスを試料に入射させ、試料からの反則波を受信して電
気信号に変換し、この電気信号を信号処理して所望のデ
ータに変換するする超音波顕微鏡において、前記電気信
号を増幅し、この増幅の周波数特性が中域から高域にか
けて高域となるほど高利得となる高周波帯域補正手段と
、この高周波帯域補正手段の中域から高域での利得を前
記試料からの反射波に同期させて峙間の経過とともに高
くする手段と備える構成とした。
In order to solve the above problems, the present invention injects a focused ultrasonic pulse into a sample, receives a repulsive wave from the sample, converts it into an electrical signal, and processes this electrical signal to convert it into desired data. In the ultrasonic microscope, the electric signal is amplified, and the frequency characteristic of the amplification is such that the higher the gain becomes from the middle to the high range, the higher the gain becomes. The structure includes means for synchronizing the gain in the region with the reflected wave from the sample and increasing it as the time passes.

〔作用〕[Effect]

本発明は以上のような手段を講じたことにより、試料内
部からの反射波のスペクトル強度が、試料のより深い位
置からのものほど高周波帯域の減衰が大きくなるのに対
し、高周波帯域補正手段によって中域から高域にかけて
の利得が高域になるほど大きく増幅されるので、高周波
帯域の減衰が有効に補正されるものとなる。しかも、試
料のより深い位置から反射され時間的に遅れて受信され
る反射波はど、中域から高域にかけてより大きな利得で
増幅されるので、さらに高周波帯域での減衰が有効に補
正されるものさなる。
By taking the above-mentioned measures, the present invention can reduce the spectral intensity of the reflected wave from inside the sample by using the high-frequency band correction means, whereas the deeper the sample is, the higher the attenuation in the high-frequency band. Since the gain from the middle range to the high range is amplified more as the range gets higher, attenuation in the high frequency band can be effectively corrected. Moreover, the reflected waves that are reflected from a deeper position in the sample and received with a time delay are amplified with a larger gain from the mid-range to the high-frequency range, effectively compensating for the attenuation in the high-frequency range. It's a big thing.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.

第1図は本発明の第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、第7図に示を超音波顕微鏡と同
一部分には同一符号を付している。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an ultrasound microscope according to a first embodiment of the present invention. Note that the same parts as those in the ultrasonic microscope shown in FIG. 7 are given the same reference numerals.

本実施例は、第7図に示す超音波顕微鏡のゲート回路1
07と検波部108との間に、外部より与えられるバイ
アス電圧の変化によって人力信号の高周波数帯域の利得
を補正する可変高周波帯域補正回路10が設けられ、こ
の可変高周波帯域補正回路10に波形発生回路11で発
生される電圧がバイアス電圧として供給される構成であ
る。
In this embodiment, a gate circuit 1 of an ultrasonic microscope shown in FIG.
07 and the detection unit 108, a variable high frequency band correction circuit 10 is provided that corrects the gain of the high frequency band of the human signal by changing the bias voltage applied from the outside. The configuration is such that the voltage generated by the circuit 11 is supplied as a bias voltage.

可変高周波帯域補正回路10は、ゲート回路107の出
力を増幅する広帯域オペアンプ11とこのオペアンプ1
1の帰還回路を構成する可変容量素子12.コンデンサ
13.抵抗R1〜R3からなり、可変容量素子12とコ
ンデンサ13との間に波形発生回路20の出力が供給さ
れる。波形発生回路20は、可変高周波帯域補正回路1
0に供給するバイアス電圧の変化を示す波形データ(利
得補正に関するデータ)を記憶する波形データROM2
1と、このROM21に記憶されている波形データをD
/A変換するD/A変換部22と、このD/A変換部2
2の出力波形を滑かにするσ−バスフィルタ23とから
構成されている。
The variable high frequency band correction circuit 10 includes a wide band operational amplifier 11 that amplifies the output of the gate circuit 107 and this operational amplifier 1.
Variable capacitance element 12 constituting the feedback circuit of 1. Capacitor 13. It consists of resistors R1 to R3, and the output of the waveform generation circuit 20 is supplied between the variable capacitance element 12 and the capacitor 13. The waveform generation circuit 20 includes the variable high frequency band correction circuit 1
Waveform data ROM2 that stores waveform data (data related to gain correction) indicating changes in the bias voltage supplied to
1 and the waveform data stored in this ROM21 as D.
A D/A converter 22 that performs /A conversion, and this D/A converter 2
2. The σ-bus filter 23 smoothes the output waveform of the second output waveform.

波形データROM21の各アドレスには、波形発生回路
20の出力波形を所望の波形にするデータが予め設定さ
れて記憶されている。
Data for making the output waveform of the waveform generating circuit 20 into a desired waveform is preset and stored in each address of the waveform data ROM 21.

ここで、可変高周波帯域補正回路10の利得Gは、コン
デンサ13と可変容量素子12の合成容量をCとすると
、 と表せる。なお、ω−2πX(周波数)である。
Here, the gain G of the variable high frequency band correction circuit 10 can be expressed as follows, where C is the combined capacitance of the capacitor 13 and the variable capacitance element 12. Note that it is ω-2πX (frequency).

この可変高周波帯域補正回路10の利得Gに関する周波
数特性は、第2図に示すように、例えば、100MHz
前後の高域に利得がピークをとる特性となり、合成容量
Cの変化によって高域特性が変化する。可変容jiX:
子12の容量は、波形発生回路20から与えられるバイ
アス電圧が大きくなるほど小さくなり、これに伴って合
成容量Cも小さくなる。従って、この可変高周波帯域補
正回路10の周波数特性は、バイアス電圧を高電圧にす
るほど、ピーク周波数が高域に移動し中域から高域にか
けての利得が減少する。
As shown in FIG. 2, the frequency characteristic regarding the gain G of this variable high frequency band correction circuit 10 is, for example, 100 MHz.
The gain peaks in the front and rear high frequencies, and the high frequency characteristics change as the composite capacitance C changes. Variable capacity jiX:
The capacitance of the element 12 becomes smaller as the bias voltage applied from the waveform generating circuit 20 becomes larger, and the combined capacitance C also becomes smaller accordingly. Therefore, in the frequency characteristics of the variable high frequency band correction circuit 10, the higher the bias voltage is, the higher the peak frequency moves to a higher range, and the lower the gain from the middle range to the higher range.

次に、本実施例の動作について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

試料104からの反射波をゲート回路107で抽出する
までの動作は、〔従来の技術〕の欄で説明した超音波顕
微鏡と同様である。
The operation up to the point where the reflected wave from the sample 104 is extracted by the gate circuit 107 is similar to that of the ultrasonic microscope described in the [Prior Art] section.

一方、制御部1はROM21の読出し信号およびアドレ
ス指定信号を波形データROM21に出力する。第3図
(a)にアドレス指定信号のLSBの変化を示す。アド
レス指定信号によってアドレス指定され、波形データR
OM21より読み出されたデータは、D/A変換部22
にて、アナログ信号に変換され、ローパスフィルタ23
で波形を滑かにされた後、可変高周波帯域補正回路10
のバイアス電圧として出力される。なお、波形データR
OM21に記憶されるデータは、D/A変換部22の出
力が、第3図(b)に示す波形となるように設定されて
いる。すなわち、可変高周波帯域補正回路】0は、バイ
アス電圧が時間の経過とともに大から小の正電圧へと変
化する。
On the other hand, the control section 1 outputs a read signal and an address designation signal from the ROM 21 to the waveform data ROM 21. FIG. 3(a) shows changes in the LSB of the addressing signal. Addressed by the addressing signal, the waveform data R
The data read from OM21 is transferred to D/A converter 22.
It is converted into an analog signal and passed through a low-pass filter 23.
After smoothing the waveform, the variable high frequency band correction circuit 10
is output as a bias voltage. In addition, the waveform data R
The data stored in the OM 21 is set so that the output of the D/A converter 22 has the waveform shown in FIG. 3(b). That is, in the variable high frequency band correction circuit 0, the bias voltage changes from a large positive voltage to a small positive voltage as time passes.

そして、制御部1は、試料104の表面からの反射波が
ゲート回路107に入る直前に、アドレス信号を出力し
、試料104からの反射波を受信するタイミングに同期
させて動作させる。したがって、第3図(b)に示すバ
イアス電圧が印加される可変高周波帯域補正回路10は
、動作開始峙はピーク周波数が高域にあり、中域から高
域においての利得が小さい。そして、時間の経過と共に
中域から高域における利得が大きくなり、動作終了直前
には中域から高域の利得が最も大きくなる。
Then, the control unit 1 outputs an address signal immediately before the reflected wave from the surface of the sample 104 enters the gate circuit 107, and operates in synchronization with the timing at which the reflected wave from the sample 104 is received. Therefore, in the variable high frequency band correction circuit 10 to which the bias voltage shown in FIG. 3(b) is applied, the peak frequency is in the high range at the start of operation, and the gain is small in the middle to high ranges. Then, as time passes, the gain in the middle to high range increases, and just before the end of the operation, the gain in the middle to high range becomes the largest.

その結果、試料104のより深い位置から反射され、時
間的により遅く抽出される反射波は試料104のより浅
い位置からの反射波に比べ、高周波帯域のスペクトル値
がより大きく増幅される。
As a result, a reflected wave reflected from a deeper position of the sample 104 and extracted later in time has a spectral value in a high frequency band amplified to a greater extent than a reflected wave from a shallower position of the sample 104.

したがって、試料104のより深い位置からの反射波の
高周波帯域でのスペクトル値の減衰が補正される。
Therefore, the attenuation of the spectral value in the high frequency band of the reflected wave from a deeper position of the sample 104 is corrected.

このようにして、高周波帯域の減衰が補正された信号は
、検波回路108で検波され、制御部1で指定されたタ
イミングでA/D変換部109でA/D変換された後、
画像メモリ110に記憶される。そして、画像メモリ1
10に記憶されたデータがコンピュータ112に読み出
され、画像処理されて表示部113に表示される。
The signal whose attenuation in the high frequency band has been corrected in this way is detected by the detection circuit 108, and after being A/D converted by the A/D converter 109 at the timing specified by the control unit 1,
The image is stored in image memory 110. And image memory 1
The data stored in the computer 10 is read out by the computer 112, subjected to image processing, and displayed on the display section 113.

以上の動作によって得られる情報は、超音波パルスの入
射方向をZ軸としたときのXY平面の1点でZ方向のも
のである。そこで、XY定走査111によって、試料1
04と音響レンズ103を相対的にXY定走査ることに
より、試料104のXY平面における各点の2方向の情
報が画像メモリ110に記憶され、これをコンピュータ
112に読込み、各種の画像処理を行った後、再び画像
メモリ110に戻し、さらに表示部113に表示させる
ことにより、正確に復元された試料内部画像を表示でき
る。
The information obtained by the above operation is information in the Z direction at one point on the XY plane when the direction of incidence of the ultrasonic pulse is the Z axis. Therefore, by XY constant scanning 111, sample 1
04 and the acoustic lens 103 relative to each other, information in two directions at each point on the XY plane of the sample 104 is stored in the image memory 110, which is read into the computer 112 and subjected to various image processing. After that, by returning the image to the image memory 110 and displaying it on the display unit 113, an accurately restored sample internal image can be displayed.

このような第1実施例によれば、波形発生回路20で第
3図(b)に示すバイアス電圧を発生し、このバイアス
電圧を可変高周波帯域補正回路10に印加するようにし
たので、試料104のより深い位置から反射され、より
遅い時間に受信される反射波の高周波帯域がより大きく
増幅され、高周波帯域でのスペクトル強度の減衰を補正
することができる。よって、試料104の内部画像の方
位分解能を向上させることができ、さらに三次元画像と
したときの深度分解能も向上させることができ、極めて
高分解能な画像を得ることができる。
According to the first embodiment, the waveform generation circuit 20 generates the bias voltage shown in FIG. 3(b), and this bias voltage is applied to the variable high frequency band correction circuit 10. The high frequency band of the reflected wave reflected from a deeper position and received at a later time is amplified to a greater extent, and the attenuation of the spectral intensity in the high frequency band can be corrected. Therefore, the azimuth resolution of the internal image of the sample 104 can be improved, and the depth resolution when a three-dimensional image is also improved, making it possible to obtain an extremely high-resolution image.

さらに、試料内部での減衰を補正したデータを得ること
ができるので、このデータを試料の物性定量計測のため
の装置114に出力し物性定量計測を行なえば、極めて
正確な測定を行なうことができる。
Furthermore, since it is possible to obtain data corrected for attenuation within the sample, extremely accurate measurements can be made by outputting this data to the device 114 for quantitative measurement of physical properties of the sample and performing quantitative measurement of physical properties. .

なお、上記実施例では、可変高周波帯域補正回路10を
1段にした構成を示したが、多段に構成してもよく、こ
のように構成することにより補正特性を急峻にすること
ができる。また、可変高周波帯域補正回路10の各々の
高周波特性を変えるようにしても良い。また、可変高周
波帯域補正回路10の構成は第1図に示すものに限定さ
れず、入力電圧を可変することで高周波帯域での利得特
性が上記のように変わるものであれば他の構成でも良い
。さらに、波形発生回路20の波形データROM21に
記憶させるデータを試料104の吸収特性に応じて変え
るようにして、補正の結果、減水がちょうどキャンセル
されるようにすればより大きな効果が得られる。なお、
ちょうどキャンセルされてフラットな特性が得られる程
度を越えて高周波帯域を逆に強調してしまうとノイズが
増加してS/N比が悪化するので好ましくない。また波
形発生回路20に代えてアナログ回路ののこぎり波発生
回路を用いることもできる。
In the above embodiment, the configuration in which the variable high frequency band correction circuit 10 has one stage is shown, but it may be configured in multiple stages, and by such a configuration, the correction characteristic can be made steep. Furthermore, the high frequency characteristics of each of the variable high frequency band correction circuits 10 may be changed. Further, the configuration of the variable high frequency band correction circuit 10 is not limited to that shown in FIG. 1, and other configurations may be used as long as the gain characteristics in the high frequency band change as described above by varying the input voltage. . Further, a greater effect can be obtained by changing the data stored in the waveform data ROM 21 of the waveform generating circuit 20 according to the absorption characteristics of the sample 104 so that the water loss is exactly canceled as a result of correction. In addition,
If the high frequency band is emphasized beyond the level at which flat characteristics can be obtained through cancellation, noise will increase and the S/N ratio will deteriorate, which is undesirable. Further, instead of the waveform generation circuit 20, a sawtooth wave generation circuit of an analog circuit can be used.

第4図は第2実施例を示す図である。本実施例は、第7
図に示す超音波顕微鏡のゲート回路107と検波部10
8との間に、入力信号の周波数の高域特性を外部からの
回路接続切換え信号によってtIJ御する切換え高周波
帯域補正回路(以下、「切換え補正回路」と呼称する)
40を設け、その切換え制御をスイッチコントロール部
50で行なう構成とした例である。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment. In this example, the seventh
Gate circuit 107 and detection unit 10 of the ultrasound microscope shown in the figure
8, there is a switching high frequency band correction circuit (hereinafter referred to as "switching correction circuit") that controls the high frequency characteristics of the input signal frequency by using an external circuit connection switching signal.
40 is provided, and its switching is controlled by a switch control section 50.

切換え補正回路40は、ゲート回路107の出力信号を
多数に分ける分配器41と、この分配器41で、(n+
1)個に分配された信号がそれぞれ入力する(n+1)
個のアンプ42−1〜42−(n+1)と、一つを除く
アンプ42の各々の出力側に設けられたバイパスフィル
タ43−1〜43−nと、バイパスフィルタ43の各々
の出力側に設けられスイッチコントロール部50によっ
てオン、オフ@御されるスイッチS1〜Snと、各アン
プ42の出力が加算される加算器44とから構成されて
いる。各アンプ42は、広帯域な増幅器である。また、
バイパスフィルタ43−1〜43、−〇はコンデンサC
と抵抗Rとからなり、各バイパスフィルタ43−1〜4
3−nを通った信号の周波数特性が、第5図(b)〜(
d)に示すように、その遮断周波数が徐々に低周波とな
るように、バイパスフィルタ43の各容量および抵抗値
が設定されている。
The switching correction circuit 40 includes a distributor 41 that divides the output signal of the gate circuit 107 into a large number of parts;
1) Each distributed signal is input (n+1)
bypass filters 43-1 to 43-n provided on the output side of each of the amplifiers 42 except for one, and bypass filters 43-1 provided on the output side of each of the bypass filters 43. It is comprised of switches S1 to Sn which are controlled on and off by a switch control section 50, and an adder 44 to which the outputs of each amplifier 42 are added. Each amplifier 42 is a wideband amplifier. Also,
Bypass filters 43-1 to 43, -〇 is capacitor C
and a resistor R, and each bypass filter 43-1 to 43-4
The frequency characteristics of the signal passing through 3-n are shown in Fig. 5(b) to (
As shown in d), each capacitance and resistance value of the bypass filter 43 are set so that its cut-off frequency gradually becomes a lower frequency.

このように構成された第2実施例では、第1実施例と同
様にしてゲート回路107から抽出された信号は、分配
器41で分配されて各アンプ4また入力する。アンプ4
2−1で増幅された信号は直接加算器44に入力し、ア
ンプ42−2〜42−(n+1)で増幅された信号は、
各々対応するバイパスフィルタ43−1〜43−nを通
ってスイッチ81〜Snに至る。そして、スイッチコン
トロール部50によって、スイッチ81〜Snを選択的
に接続して加算器44に入力させる。
In the second embodiment configured in this way, the signal extracted from the gate circuit 107 in the same manner as in the first embodiment is distributed by the distributor 41 and inputted to each amplifier 4 as well. Amplifier 4
The signal amplified by amplifier 2-1 is directly input to the adder 44, and the signal amplified by amplifiers 42-2 to 42-(n+1) is
They pass through corresponding bypass filters 43-1 to 43-n and reach switches 81 to Sn. Then, the switch control section 50 selectively connects the switches 81 to Sn to input the signal to the adder 44 .

ここで、スイッチ81〜Snの選択順序として、全スイ
ッチをオフ、スイッチS1のみをオン、スイッチS1と
スイッチS2をオン、・・・、スイッチ81〜Snをオ
ンとすることによって、加算器44の出力は、第6図に
示す周波数特性となる。
Here, as the selection order of the switches 81 to Sn, all switches are turned off, only switch S1 is turned on, switch S1 and switch S2 are turned on, etc. By turning on switches 81 to Sn, the adder 44 is turned on. The output has the frequency characteristics shown in FIG.

すなわち、上記のような順序でスイッチ81〜Snを切
換えることによって、第1実施例の周波数特性と同様に
、動作開始時は高域に若干の利得上昇特性をもち、時間
の経過とともに中域から高域にかけての利得が大きくな
る。このような周波数特性にて、制御部60によって試
料104からの反射波を受信するタイミングに同期させ
て動作させる。そして、第1実施例と同様にして表示部
113に画像が表示される。
That is, by switching the switches 81 to Sn in the order described above, similar to the frequency characteristics of the first embodiment, at the start of operation there is a slight gain increase characteristic in the high range, and as time passes, the gain increases from the middle range to The gain in the high range becomes large. With such frequency characteristics, the control section 60 operates in synchronization with the timing of receiving the reflected wave from the sample 104. Then, an image is displayed on the display section 113 in the same manner as in the first embodiment.

このような第2実施例によれば、試料104のより深い
位置で反射され、より遅い時間に受信される反射波は、
高周波帯域でより大きく増幅する事ができるので、反射
波の高周波帯域でのスペクトル特性の減衰が補正され、
第1実施例と同様の効果を得ることができる。
According to the second embodiment, the reflected wave reflected at a deeper position in the sample 104 and received at a later time is
Since it can be amplified more in the high frequency band, the attenuation of the spectral characteristics of the reflected wave in the high frequency band is corrected.
The same effects as in the first embodiment can be obtained.

しかも、ゲート回路107から出力される信号を分配器
41を介して各アンプ42に入力させているので、切換
え補正回路40に入力する信号が反射されるを有効に防
止する事ができ、より正確なデータを得ることができる
Furthermore, since the signal output from the gate circuit 107 is input to each amplifier 42 via the distributor 41, it is possible to effectively prevent the signal input to the switching correction circuit 40 from being reflected, making it more accurate. data can be obtained.

なお、上記第2実施例では、バイパスフィルタ43にC
Rフィルタを用いているが、インダクタンスとキャパシ
タンスで構成することもでき、場合によっては位相が大
きく変化しない特性を示す構成とすることもできる。ま
た、合成した周波数特性も第6図に示すような滑らかな
上昇のものに限られず、段階的に上昇するものであって
もよい。
In addition, in the second embodiment, the bypass filter 43 has C.
Although an R filter is used, it can also be configured with inductance and capacitance, and depending on the case, it can also be configured to have a characteristic that the phase does not change significantly. Further, the synthesized frequency characteristic is not limited to a smooth rise as shown in FIG. 6, but may be a step-by-step rise.

さらに、タイムゲインコントロールを含めた構成とし、
試料104内部の深さによって全周波数での減衰を補正
するようにしてもよい。
Furthermore, the configuration includes time gain control,
Attenuation at all frequencies may be corrected depending on the depth inside the sample 104.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳記したように本発明によれば、方位分解能および
深度分解能の向上を図ることができ、高分解能な画像を
得ることができる超音波顕微鏡を提供できる。また、試
料の物性定量計測を行う場合には、正確な測定を行うこ
とができる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to improve the lateral resolution and the depth resolution, and to provide an ultrasound microscope that can obtain high-resolution images. Further, when performing quantitative measurement of physical properties of a sample, accurate measurement can be performed.

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

第1図は本発明の第1実施例の構成図、第2図は可変高
周波帯域補正回路の周波数特性を示す回国 第3−s″(a)はアドレス指定信号のLSBの変化を
示す図、第3図(b)は波形発生回路の出力波形を示す
図、第4図は第2実施例の構成図、第5図(a)〜(d
)は切換え高周波帯域補正回路の周波数特性の合成を説
明するための図、第6図は切換え高周波帯域補正回路の
周波数特性を示す図、第7図は従来よりある超音波顕微
鏡の構成図、第8図は従来よりある超音波顕微鏡の周波
数特性を説明するための図、第9図(a)は試料表面か
らの反射波を示す図、第9図(b)は試料内部からの反
射波を示す図である。 1.60・・・制御部、10・・・可変高周波帯域補正
回路、20・・・波形発生回路、40・・・切換え高周
波帯域補正回路、50・・・スイッチコントロール部。
FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the frequency characteristics of a variable high frequency band correction circuit, and No. 3-s'' (a) is a diagram showing changes in the LSB of the addressing signal. FIG. 3(b) is a diagram showing the output waveform of the waveform generation circuit, FIG. 4 is a configuration diagram of the second embodiment, and FIG. 5(a) to (d)
) is a diagram for explaining the synthesis of the frequency characteristics of the switching high frequency band correction circuit, FIG. 6 is a diagram showing the frequency characteristics of the switching high frequency band correction circuit, FIG. 7 is a block diagram of a conventional ultrasound microscope, Figure 8 is a diagram to explain the frequency characteristics of a conventional ultrasonic microscope, Figure 9 (a) is a diagram showing reflected waves from the sample surface, and Figure 9 (b) is a diagram showing reflected waves from inside the sample. FIG. 1.60...Control unit, 10...Variable high frequency band correction circuit, 20...Waveform generation circuit, 40...Switching high frequency band correction circuit, 50...Switch control unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 集束する超音波パルスを試料に入射させ、試料からの反
射波を受信して電気信号に変換し、この電気信号を信号
処理して所望のデータに変換する超音波顕微鏡において
、 前記電気信号を増幅し、この増幅の周波数特性が中域か
ら高域にかけて高域となるほど高利得となる高周波帯域
補正手段と、 この高周波帯域補正手段の中域から高域での利得を前記
試料からの反射波に同期させて時間の経過とともに高く
する手段と、 を具備したことを特徴とする超音波顕微鏡。
[Claims] In an ultrasonic microscope that injects a focused ultrasonic pulse into a sample, receives a reflected wave from the sample and converts it into an electrical signal, and processes this electrical signal to convert it into desired data. , a high frequency band correction means for amplifying the electrical signal, and the frequency characteristic of this amplification is such that the higher the frequency characteristic is from the middle range to the high range, the higher the gain; An ultrasonic microscope characterized by comprising: a means for increasing the height over time in synchronization with a reflected wave from a sample;
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009018541A (en) * 2007-07-13 2009-01-29 Fuji Seal International Inc Method for producing shrink molding, and shrink molding

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