JPH0419500Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の技術分野］ 本考案は超音波顕微鏡に係り、特に超音波集束
レンズを電気信号にてその軸方向又はこれとほぼ
直角な方向に変位動可能とすることにより、レン
ズ部分の洗浄を行えるようにした超音波顕微鏡装
置に関する。

［考案の技術的背景とその問題点］ 光の代りに超音波を用いて物体の微視的な構造
を観察する装置として、機械操作形超音波顕微鏡
がある。この超音波顕微鏡は、原理的には細く絞
つた超音波ビームによつて試料面を機械的に走査
し、その試料により散乱された超音波を集音して
電気信号に変換し、その信号を陰極線管の表示面
に二次元的に表示し、顕微鏡像を得るものであ
る。走査する超音波としては、100MHz〜1GHz位
の超音波ビームが用いられ、10μm〜1μm程度の
分解能が得られる。さらに、上記以上の周波数ビ
ームを用いれば、さらに分解能を上げることも可
能であり、また超音波によつて物体の内部像を観
察し得るという利点も有している。

構成としては、超音波の検出の仕方によつて、
すなわち試料内で散乱あるいは減衰しながら透過
してきた超音波を検出する場合と、試料内の音響
的性質の差によつて反射してきた超音波を検出す
る場合とによつて、透過型と反射型とに分けられ
る。

第１図は反射型の超音波顕微鏡の構成図で、高
周波発振器１からの信号は方向性結合器２により
上部及び下部電極３ａ，３ｂ及び圧電体３ｃから
成る送受兼用トランスジユーサ３へ供給される。
この信号は超音波に変換されてこれが貼着された
送受波兼用のサフアイヤ等の超音波伝搬媒体材か
ら成る超音波集束レンズの平面状の一面より内部
に放射される。該超音波集束レンズ４の他面は球
面状にえぐられて球面レンズ部４ａとされ、球面
レンズ部４ａと対向して試料台５が配される。超
音波集束レンズ４と前記試料台５との間には水等
の音場媒体６が介在され、前記球面レンズ部４ａ
の焦点において試料７が試料台５に取り付けられ
る。試料台５は走査装置８でＸ及びＹ方向に移動
させる。勿論、試料台５の代りに超音波集束レン
ズ４をＸ及びＹ方向に移動することも可能であ
る。走査装置８は走査回路９により制御される。

上記構成においては、前記トランスジユーサ３
より超音波集束レンズ４内に入射された平面状の
超音波は前記球面レンズ部４ａに伝播し、該球面
レンズ部４ａにより集束されて試料７へ到達し、
その反射波は再び超音波集束レンズ４で集音さ
れ、トランスジユーサ３で電気信号に変換され
て、前記方向性結合器２を通つて表示装置１０へ
供給されるようになつている。

ところで、上述のような超音波顕微鏡では、観
察時、前記試料台５に試料７を載置し、超音波集
束レンズ４と前記試料台５との間に音場媒体とな
る水６を介在させて観察を行うので、特に生体を
観察した場合水６に混入した不純物が所謂水垢と
なつて超音波集束レンズ４の球面レンズ部４ａに
附着したり、またかびが発生したりして超音波出
力が低下し画像が劣化して正常な観察を行えない
という問題があつた。

従来、上記のような汚れが付着した場合は、超
音波洗浄によつて球面レンズ面４ａを洗浄するか
或いは細い棒状の部材で擦つて汚れを取り去るよ
うにしていた。

しかしながら、球面レンズ部４ａは凹面であり
例えば超音波ビーム周波数が1GHzの場合、球面
が0.1mmアール程度に形成されているため、超音
波洗浄によつては付着した汚れを充分に取り去る
ことができず、このため棒状のもので球面部分を
人手によつて擦つて汚れを取り去るしかなく洗浄
作業が煩わしかつた。

［考案の目的］ 本考案は上述した点にかんがみ、超音波集束レ
ンズのレンズ端面を自動的に洗浄することができ
る超音波顕微鏡装置を提供することである。

［考案の概要］ 本考案の超音波顕微鏡装置は、超音波集束レン
ズを電気信号を用いてその軸方向又はこれとほぼ
直角方向に変位動できるように、超音波集束レン
ズを支持する支持具と超音波集束レンズとの間に
例えばバイモルフ圧電体のような電気機械変換を
行えるトランスジユーサを介装した構成とするも
のである。

［考案の実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。まず、本考案に使用されるトランスジユーサ
の一例としてバイモルフ圧電体について説明す
る。第２図はバイモルフ圧電体の構成を示すもの
で、この図においてバイモルフ圧電体１１は、圧
電セラミツク材料（PZT系）よりなる圧電セラ
ミツク素子１２，１３を接合して構成され、これ
らの素子１２，１３の両面には、電極１４，１５
及び電極１６，１７が夫々被着されている。上記
圧電セラミツク素子１２，１３は、それらの分極
方向が厚さ方向で同一方向に揃えられ、接着剤に
て積層結合されている。そして、電極１４，１７
及び電極１５，１６が夫々同一極性になるように
端子１８，１９を介してバイモルフ圧電体１１に
電圧を加えると、第３図に示すように湾曲する。
この場合、印加電圧の方向を変えると逆方向に湾
曲する。

ところで、上記性質のバイモルフ圧電体を円筒
状に形成すればその円筒体の軸方向に上下動可能
でかつ中空状のトランスジユーサ（電気機械変換
手段）を構成できる。

そして、このように構成された円筒状バイモル
フ圧電体を超音波集束レンズの軸方向に装着し交
流的な電圧を印加すれば、超音波集束レンズを振
動させることができる。（また、直流電圧の印加
によつてレンズ面の位置を軸方向に変位させるこ
ともできる。） 第４図は本考案に係る超音波顕微鏡装置の第１
実施例を示す縦断面図で、第５図は第４図の−
線の断面図である。これらの図において、符号
２０は円筒状に構成されたバイモルフ圧電体で、
例えば２枚の圧電セラミツク素子２１，２２が同
心円的に内周、外周に接合されている。圧電セラ
ミツク素子２１，２２の両面には電極２３，２４
及び電極２５，２６が夫々被着され、電極２３，
２６及び電極２４，２５が夫々同一極性となるよ
うに電圧源２７が接続されている。このように構
成された円筒状のバイモルフ圧電体２０では、電
圧源２７が交流的な電圧源（例えば10〜50KHz位
の低周波発振器）であるとすると、電極２３，２
６及び電極２４，２５に印加される電圧の向きが
変化するので、バイモルフ圧電体２０のほぼ中央
部分では破線に示すようにある時点では外方向Ａ
へ湾曲した形状となり、又次の時点では元の円筒
形状に戻り、さらに次の時点では内方向Ｂへ湾曲
した形状となる。そして、このような円筒状のバ
イモルフ圧電体２０はその上端を支持具２８に固
定され、その下端を超音波集束レンズ４の上面に
固定された構成となつている。超音波集束レンズ
４の上面には、上部及び下部電極３ａ，３ｂ及び
ZnO等の圧電体３ｃから成る超音波送受兼用トラ
ンスジユーサ３が形成されている。電極３ａ，３
ｂには、高周波信号（数100〜数1000MHz）送受
兼用のケーブル２９が接続されていて、このケー
ブル２９は支持具２８を貫通して前述した方向性
結合器へ導かれるようになつている。なお、符号
４ａは超音波集束レンズ４の球面レンズ部で、こ
のレンズ部４ａは試料台５上の試料７と対向して
配置され、試料台５及び試料７との間に水等の音
場媒体６が介在されている。この場合、バイモル
フ圧電体２０の駆動電源２７は10〜50KHz位の低
周波発振器であつて、超音波集束レンズ４をその
軸方向に低周波振動可能としている。

このような構成においては、超音波像を得るた
めの走査を行つている間は、圧電体３ｃにケーブ
ル２９を通して高周波信号が印加されている。観
察終了後、走査を終えた後に、円筒状のバイモル
フ圧電体２０に電源２７より低周波信号が印加さ
れると、バイモルフ圧電体２０は図示破線Ａ，Ｂ
に示すように湾曲振動を行い、その結果超音波集
束レンズ４が図示矢符Ｈの方向に振動する。この
レンズ軸方向の振動によつて、球面レンズ部４ａ
に付着した汚れが振り落され、レンズ面の洗浄が
行われる。なお、レンズ洗浄は試料７を一旦取り
除き、レンズ４を別に用意した洗浄液槽に浸して
行うように構成してもよい。

第６図は本考案に係る装置の第２実施例を示す
縦断面図である。この図において、符号３０は第
２図で示したような板状のバイモルフ圧電体で、
２枚の圧電セラミツク素子３１，３２が貼り合わ
され、これらの素子３１，３２の両面には電極３
３，３４及び電極３５，３６が夫々被着され、電
極３３，３６及び電極３４，３５が夫々同一極性
となるように電圧源２７が接続されている。この
ような板状のバイモルフ圧電体３０の両端部を支
持枠体３７を用いて支持具２８に固定する。バイ
モルフ圧電体３０の一辺は超音波集束レンズ４の
径の略２倍位の長さを有し、この圧電体３０に対
して超音波集束レンズ４を支持枠体３８を用いて
固定する。この場合、圧電体３０の中心部とレン
ズ４の球面レンズ部４ａが対向するように超音波
集束レンズ４を取り付ける。このようにして取り
付けられた板状のバイモルフ圧電体３０におい
て、電圧源２７として10〜50KHz位の低周波発振
器を使用すると、電極３３，３６及び電極３４，
３５に印加される電圧の向きが変化するので、バ
イモルフ圧電体３０のほぼ中央部分では破線Ｃ，
Ｄに示すように湾曲して上下に振動し超音波集束
レンズ４を矢符Ｈの方向に振動させることができ
る。このように板状のバイモルフ圧電体３０を用
いてレンズ４を振動させてレンズ面を洗浄するこ
ともできる。

なお、上記実施例では、支持具と超音波集束レ
ンズ間に介装されて変位動を与えるためのトラン
スジユーサは、その動作によつてレンズを洗浄す
ることが目的であつたが、上記トランスジユーサ
は洗浄目的のほかにレンズ面と試料面との間隙を
微調整する自動焦点機構としても用いることがで
きる。

以上述べた実施例は、何れの場合もトランスジ
ユーサによつて超音波集束レンズをその軸方向
（縦方向）に変位動させるように構成しているが、
この構成に代え、トランスジユーサによつて超音
波集束レンズをその軸方向とはほぼ直角な方向
（横方向）に変位動させてレンズ洗浄を行うよう
に構成することもできる。この場合、横方向に変
位動を与えるトランスジユーサとしては、例えば
２枚の平板状のバイモルフ圧電体を用意し、これ
らのバイモルフ圧電体を超音波集束レンズ４と支
持具２８間に縦方向に互いに対向配置して介装し
た構成とし、各バイモルフ圧電体を同方向に湾曲
させるように電圧源を接続し、電圧源より低周波
電圧を印加すれば、超音波集束レンズ４が横方向
に振動して洗浄目的を達成することができる。

［考案の効果］ 以上述べたように本考案によれば、超音波集束
レンズとその支持具間に、超音波集束レンズを電
気信号を用いてその軸方向若しくはこれとほぼ直
角な方向に変位動させるトランスジユーサを介装
した構成としたので試料観察に伴つてレンズ面に
付着する汚れを観察終了と同時に自動的に振動さ
せて洗浄することができる。また、このような装
置によれば、超音波集束レンズを取り外して洗浄
を行わなくとも試料走査ごとに自動的に洗浄でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波顕微鏡を示す構成図、第
２図はバイモルフ圧電体の構成を示す説明図、第
３図は第２図のバイモルフ圧電体に電圧を印加し
たときの動作を示す説明図、第４図は本考案に係
る超音波顕微鏡装置の第１実施例を示す縦断面
図、第５図は第４図の−線の横断面図、第６
図は本考案の第２実施例を示す縦断面図である。 ４……超音波集束レンズ、４ａ……球面レンズ
部、２０，３０……バイモルフ圧電体、２７……
電源、２８……支持具。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 超音波集束レンズを用いて集束された超音波ビ
   ームを走査して試料に照射し、試料からの反射波
   又は透過波を受波し超音波画像として表示可能と
   する超音波顕微鏡において、 前記超音波集束レンズを支持する支持具と超音
   波集束レンズとの間に、電気信号を用いて超音波
   集束レンズを変位動させるバイモルフ圧電体を介
   装し、試料の観察位置で超音波集束レンズの球面
   レンズ部を音場媒体で洗浄することを特徴とする
   超音波顕微鏡装置。