JPH04283660A - Ultrasonic microscope device - Google Patents

Ultrasonic microscope device

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Publication number
JPH04283660A
JPH04283660A JP3070426A JP7042691A JPH04283660A JP H04283660 A JPH04283660 A JP H04283660A JP 3070426 A JP3070426 A JP 3070426A JP 7042691 A JP7042691 A JP 7042691A JP H04283660 A JPH04283660 A JP H04283660A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
ultrasonic
probe
transducer
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP3070426A
Other languages
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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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP3070426A priority Critical patent/JPH04283660A/en
Publication of JPH04283660A publication Critical patent/JPH04283660A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain an ultrasonic microscope for performing a point focusing and a line focusing with one probe without changing the probe. CONSTITUTION:An acoustic lens of a probe is constituted by a first lens 41 where a center perimeter lens surface is constituted by a spherical recessed surface 42 and a second lens 46 where a center lens surface is constituted by a cylindrical recessed surface 47. A oscillator of the probe is constituted by a first oscillator 43 which is provided on the lens surface 42 of the first lens 41 and generates ultrasonic which is point-focused and a second oscillator 48 which is provided at a position opposing the lens surface 47 of the second lens 46 and generates ultrasonic which is line-focused. Then, a synthesis means for synthesizing an output signal of a receiver and a specified transmission signal is provided.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、超音波により試料の物
性を評価する超音波顕微鏡装置に関し、特に試料の任意
の点の異方性を測定するのに好適な超音波顕微鏡装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic microscope apparatus for evaluating the physical properties of a sample using ultrasonic waves, and more particularly to an ultrasonic microscope apparatus suitable for measuring anisotropy at any point on a sample.

【0002】0002

【従来の技術】超音波顕微鏡装置は、検査対象物(試料
)の表層の物性や、試料内部の欠陥の有無等を検査する
装置として用いられる。このような超音波顕微鏡装置を
図9により説明する。図9は従来の超音波顕微鏡装置の
ブロック図である。図中、1は超音波探触子であり、レ
ンズの上面に超音波振動子が載置され、下端にレンズ凹
面が形成されている。2は超音波の媒体(例えば水)、
3は試料、4は試料台である。5は送信機であり、バー
スト状の電気信号を出力する、6は受信機であり、後述
する方向性結合器7を介して超音波探触子1から送られ
てくる電気信号を受信し、適宜増幅する。前記方向性結
合器7は送信機からのバースト波信号を超音波探触子1
に送る一方、超音波探触子1からの電気信号を受信機6
に送るように切換え機能する。8はピーク検出器であり
、受信機6の出力信号のピーク値を検出する。 9はA/D変換器であり、ピーク検出器8が検出したピ
ーク値を基に受信機6が受信した電気信号をA/D変換
する。10はマイクロコンピュータで構成される演算制
御器であり、前記超音波探触子1からの信号に基づいて
所要の演算、制御を行なうとともに当該超音波探触子1
のZ軸方向移動の指令信号を出力する。駆動制御器11
は前記指令信号に基づいてZ軸移動装置12を駆動させ
る。Z軸駆動装置12は駆動制御器11の指令信号によ
り超音波探触子1をZ軸方向、つまり試料3と垂直方向
に移動させる。13は例えばCRTディスプレイであり
、超音波測定結果を画面表示する。このような超音波顕
微鏡においては、まず送信機5からのバースト電圧が方
向性結合器7を介して探触子1に印加され、これにより
発生された超音波は媒体2を介して試料台4上の試料3
へと照射されるとともに、当該試料3から反射した反射
波は同一経路を経て探触子1で電気信号に変換され、こ
の電気信号は方向性結合器7を介して受信機6で受信さ
れる。受信機6は受信した電気信号を適宜増幅してピー
ク検出器8に送り、ここで検出されたピーク値はA/D
変換器9でデジタル信号に変換され、演算制御器10に
より所要の処理がなされ、その結果がCRTディスプレ
イ13上に画面表示される。またこの間演算制御器10
では探触子1の試料3からの距離の制御がなされる。
2. Description of the Related Art An ultrasonic microscope device is used as a device for inspecting the physical properties of the surface layer of an object (sample) to be inspected, the presence or absence of defects inside the sample, and the like. Such an ultrasonic microscope device will be explained with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram of a conventional ultrasound microscope device. In the figure, reference numeral 1 denotes an ultrasonic probe, in which an ultrasonic transducer is placed on the upper surface of a lens, and a concave surface of the lens is formed at the lower end. 2 is the ultrasound medium (e.g. water);
3 is a sample, and 4 is a sample stage. 5 is a transmitter, which outputs a burst-like electrical signal; 6 is a receiver, which receives an electrical signal sent from the ultrasound probe 1 via a directional coupler 7, which will be described later; Amplify as appropriate. The directional coupler 7 transmits the burst wave signal from the transmitter to the ultrasound probe 1.
On the other hand, the electrical signal from the ultrasound probe 1 is sent to the receiver 6.
The function is to switch to send to. A peak detector 8 detects the peak value of the output signal of the receiver 6. Reference numeral 9 denotes an A/D converter, which A/D converts the electrical signal received by the receiver 6 based on the peak value detected by the peak detector 8. Reference numeral 10 denotes an arithmetic controller composed of a microcomputer, which performs necessary calculations and controls based on signals from the ultrasonic probe 1, and also controls the ultrasonic probe 1.
Outputs a command signal for movement in the Z-axis direction. Drive controller 11
drives the Z-axis moving device 12 based on the command signal. The Z-axis drive device 12 moves the ultrasonic probe 1 in the Z-axis direction, that is, in the direction perpendicular to the sample 3, in response to a command signal from the drive controller 11. 13 is a CRT display, for example, which displays the ultrasonic measurement results on a screen. In such an ultrasound microscope, first, a burst voltage from a transmitter 5 is applied to the probe 1 via a directional coupler 7, and the ultrasonic waves generated thereby are transmitted via a medium 2 to a sample stage 4. Sample 3 above
At the same time, the reflected wave reflected from the sample 3 is converted into an electrical signal by the probe 1 via the same route, and this electrical signal is received by the receiver 6 via the directional coupler 7. . The receiver 6 amplifies the received electrical signal appropriately and sends it to the peak detector 8, and the peak value detected here is detected by the A/D.
The signal is converted into a digital signal by a converter 9, subjected to necessary processing by an arithmetic controller 10, and the result is displayed on a CRT display 13. During this time, the arithmetic controller 10
Then, the distance of the probe 1 from the sample 3 is controlled.

【0003】図10は超音波ビームが試料3の表面に対
してデフォーカス状態で超音波を照射したときの反射の
態様を示す拡大説明図である。図10に示すように探触
子1から試料3へと超音波が照射された際には、試料3
表面からの垂直反射波と試料3の表面を伝播する弾性表
面波とが探触子1に反射されるが、それら反射波は図1
1の波形図に示すように垂直反射波aが先に検出された
後、伝播経路の長い弾性表面波bが遅れて検出される。 これらの反射波は探触子1で干渉し干渉波として検出さ
れる。両波が同相の場合にはその干渉波は波形cで示す
ように振幅が大きくなり、逆相の場合には波形dで示す
ように振幅が小さくなる。両波の位相のずれは試料3に
対する探触子1の位置により異なる。そして探触子1と
試料3との間の距離の変化に応じて位相の同相と逆相が
順に繰り返される。すなわち、Z軸移動装置12の駆動
により垂直反射波と弾性表面波との位相変化がおきて受
信機6の出力信号の振幅が変化する。このような電気信
号をA/D変換器9を介して演算制御器10により処理
し、ディスプレイ13上に表示すると、図12に示すよ
うに一定周期を持った曲線が得られる。この曲線がいわ
ゆるV(Z)曲線であり、横軸に探触子1の位置が、縦
軸に干渉波の受信信号レベルがとってあり、図示のよう
にある一定の周期を有し、この周期および信号レベルが
前記弾性表面波の伝播速度および減衰と所定の関係にあ
る。したがって、当該周期および信号レベルを計測する
ことにより伝播速度および減衰が判り、これらにより試
料3の物性を評価することができる。
FIG. 10 is an enlarged explanatory view showing the manner in which the ultrasonic beam is reflected when the ultrasonic beam is irradiated onto the surface of the sample 3 in a defocused state. As shown in FIG. 10, when the ultrasonic wave is irradiated from the probe 1 to the sample 3, the sample 3
Vertical reflected waves from the surface and surface acoustic waves propagating on the surface of sample 3 are reflected to probe 1, and these reflected waves are shown in Figure 1.
As shown in the waveform diagram 1, the vertical reflected wave a is detected first, and then the surface acoustic wave b, which has a long propagation path, is detected later. These reflected waves interfere with the probe 1 and are detected as interference waves. When both waves are in phase, the amplitude of the interference wave becomes large as shown by waveform c, and when they are in opposite phase, the amplitude becomes small as shown by waveform d. The phase shift between the two waves varies depending on the position of the probe 1 with respect to the sample 3. Then, the in-phase and anti-phase are sequentially repeated in accordance with changes in the distance between the probe 1 and the sample 3. That is, driving the Z-axis moving device 12 causes a phase change between the vertically reflected wave and the surface acoustic wave, and the amplitude of the output signal from the receiver 6 changes. When such an electrical signal is processed by the arithmetic controller 10 via the A/D converter 9 and displayed on the display 13, a curve having a constant period is obtained as shown in FIG. This curve is a so-called V(Z) curve, with the position of the probe 1 on the horizontal axis and the received signal level of the interference wave on the vertical axis. The period and signal level have a predetermined relationship with the propagation velocity and attenuation of the surface acoustic wave. Therefore, by measuring the period and signal level, the propagation velocity and attenuation can be determined, and the physical properties of the sample 3 can be evaluated based on these.

【0004】ところで、このような超音波検査に使用さ
れる探触子としては、一般に図13〜図15に示すよう
な点集束型探触子が用いられる。図13は点集束型探触
子の上面図、図14はその側面図、図15はその底面図
である。すなわちこの点集束型探触子は図13に示すよ
うに音響レンズ20の上面の中心にリード線21が接続
された円形状の振動子22が装着され、かつ図14およ
び図15に示すようにこの音響レンズ20の下端面に半
球面状の凹面23を形成して構成されている。この点集
束型探触子を用いて例えば図16の顕微鏡写真に示すよ
うな金属粒子組織を持つ試料3を観察する手法としては
、焦点位置での反射率の違いを測定する手法と、前記V
(Z)曲線を用いる手法とがあるが、後者の方がより鋭
敏に反応するので、後者すなわち弾性表面波速度の違い
を測定して観察を行なう方が多い。このようにして試料
3の全体の組織観察を行った後に、さらに各組織の物性
を定量的に把握する場合には、試料3上の任意の位置の
組織をV(Z)曲線により測定するが、組織の異方性を
把握する場合には、点集束型探触子によっては充分な把
握ができない。その理由は図17に符号Aで示す試料面
3の弾性表面波伝播領域の矢印のように点集束型探触子
によって励起される弾性表面波は平面内の全方向成分を
有しており、異方性組織の全方向の弾性表面波速度の混
じり合ったV(Z)曲線を得ることになり、解析を困難
にしているからである。そこで、組織の異方性を把握す
る場合には、点集束型探触子を装置から取り外し、放射
される超音波が方向性を持つ線集束型探触子と交換して
試料への超音波照射を行っている。図18〜図20は線
集束型探触子の上面図、側面図および底面図、図21は
図19の線D’−D’に沿う断面図である。この線集束
型探触子は図18に示すように例えば音響レンズ30の
上面の中心にリード線31が接続された方形状の振動子
32を装着し、図19、図20および図21に示すよう
にこの音響レンズ30の下端面に半円筒状の凹面33を
形成して構成されている。この線集束型探触子によって
励起される弾性表面波は図22に符号Bで示す試料の弾
性表面波伝播領域の矢印のように音響レンズ30の下端
面の凹面32が半円筒状であるから特定方向(当該半円
筒の径方向)にのみ伝播されるので異方性組織の各方向
毎の弾性表面波速度を測定することが可能である。
[0004] Incidentally, as a probe used in such an ultrasonic inspection, a point focusing type probe as shown in FIGS. 13 to 15 is generally used. FIG. 13 is a top view of the point focusing type probe, FIG. 14 is a side view thereof, and FIG. 15 is a bottom view thereof. That is, in this point-focusing type probe, as shown in FIG. 13, a circular vibrator 22 to which a lead wire 21 is connected is attached to the center of the upper surface of an acoustic lens 20, and as shown in FIGS. 14 and 15. This acoustic lens 20 has a hemispherical concave surface 23 formed on its lower end surface. There are two methods for observing the sample 3 having a metal particle structure as shown in the micrograph of FIG. 16 using this point-focusing probe:
There is a method using a (Z) curve, but since the latter responds more sensitively, it is more often observed by measuring the difference in surface acoustic wave velocity. After observing the entire structure of sample 3 in this way, if you want to further quantitatively understand the physical properties of each structure, the structure at any position on sample 3 can be measured using a V(Z) curve. However, when it comes to understanding the anisotropy of tissues, point-focusing probes cannot provide sufficient information. The reason for this is that the surface acoustic waves excited by the point-focusing probe have components in all directions within the plane, as shown by the arrow in the surface acoustic wave propagation region of the sample surface 3 indicated by the symbol A in FIG. This is because a V(Z) curve containing a mixture of surface acoustic wave velocities in all directions of the anisotropic tissue is obtained, making analysis difficult. Therefore, when understanding tissue anisotropy, remove the point-focusing type probe from the device and replace it with a line-focusing type probe whose emitted ultrasonic waves are directional. Irradiation is being performed. 18 to 20 are a top view, a side view, and a bottom view of the line focusing type probe, and FIG. 21 is a sectional view taken along line D'-D' in FIG. 19. This line focusing type probe is equipped with a rectangular vibrator 32 to which a lead wire 31 is connected, for example, to the center of the top surface of an acoustic lens 30, as shown in FIG. 18, and as shown in FIGS. 19, 20 and 21. The acoustic lens 30 has a semi-cylindrical concave surface 33 formed on its lower end surface. The surface acoustic waves excited by this line focusing probe are generated because the concave surface 32 of the lower end surface of the acoustic lens 30 is semi-cylindrical, as shown by the arrow in the surface acoustic wave propagation region of the sample indicated by the symbol B in FIG. Since the waves are propagated only in a specific direction (the radial direction of the semi-cylinder), it is possible to measure the surface acoustic wave velocity in each direction of the anisotropic tissue.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の超音波顕微
鏡装置においては、試料の物性を評価するとき、全体画
像観察には点集束型探触子を使用し、組織の異方性を観
察する場合には当該点集束型探触子を取り外して線集束
型探触子と交換する手段が採られている。しかし実際の
測定対象組織はμmオーダの微小領域であるので、探触
子交換時の取付け誤差により、真に得たい位置での異方
性計測が困難であるという問題があった。またこれを避
けるため、最初から線集束型探触子を用いると次のよう
な不具合が生じる。すなわち、線集束型探触子からの超
音波は方向性を有するので、試料3の組織の全体画像観
察をする場合、図23に示すように弾性表面波伝播領域
Bの弾性表面波伝播方向がX方向であると、この方向の
弾性表面波速度の違いを表現した画像が得られることに
なるが、矩形領域Bは相当範囲を有し、組織の境界にま
たがることになるので、結局、得られる像は図25に示
すようにX方向の組織の境界が明瞭に表れない画像とな
る。逆に領域Bの弾性表面波伝播方向が図24に示すよ
うにY方向であると、得られる像は図26に示すように
Y方向の組織の境界が明瞭に表れない画像となる。いず
れにしろ、線集束型探触子を用いたのでは本来得たい全
体組織画像とは異なった組織画像となってしまう。本発
明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、探触子を交
換することなく、1つの探触子で点集束、および線集束
を行うことができる超音波顕微鏡装置を提供することに
ある。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional ultrasonic microscope device described above, when evaluating the physical properties of a sample, a point-focusing probe is used to observe the entire image, and the anisotropy of the tissue is observed. In some cases, the point-focusing probe is removed and replaced with a line-focusing probe. However, since the actual tissue to be measured is a minute region on the order of μm, there is a problem in that it is difficult to measure anisotropy at the position that is truly desired due to mounting errors when replacing the probe. In order to avoid this, if a line focusing type probe is used from the beginning, the following problems will occur. That is, since the ultrasonic waves from the line focusing probe have directionality, when observing the entire image of the tissue of sample 3, the direction of surface acoustic wave propagation in surface acoustic wave propagation region B is determined as shown in FIG. If it is in the X direction, an image expressing the difference in surface acoustic wave velocity in this direction will be obtained, but since rectangular region B has a considerable range and straddles the tissue boundary, the resulting The resulting image is an image in which the tissue boundaries in the X direction are not clearly shown, as shown in FIG. On the other hand, if the surface acoustic wave propagation direction in region B is in the Y direction as shown in FIG. 24, the obtained image will be an image in which the tissue boundaries in the Y direction do not clearly appear as shown in FIG. 26. In any case, using a line focusing probe will result in a tissue image that is different from the overall tissue image that is originally desired. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide an ultrasonic microscope device that can perform point focusing and line focusing with one probe without replacing the probe. be.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は音響レンズおよび振動子よりなる探触子と
、前記振動子を励振させる送信機と、前記振動子の励振
により生じた超音波の反射波を受信する受信機とを備え
た超音波顕微鏡装置において、前記音響レンズを、中心
周囲レンズ面を球状凹面に構成した第1のレンズ、およ
び中心レンズ面を円筒状凹面に構成した第2の音響レン
ズで構成するとともに、前記探触子を、前記第1のレン
ズのレンズ面に設けられて点集束する超音波を発生する
第1の振動子、および前記第2のレンズのレンズ面に対
向する位置に設けられ線集束する超音波を発生する第2
の振動子で構成し、かつ、前記受信機の出力信号と所定
の発信信号とを合成する合成手段を設けたことを特徴と
する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above objects, the present invention provides a probe comprising an acoustic lens and a vibrator, a transmitter that excites the vibrator, and a transmitter that excites the vibrator. and a receiver for receiving reflected ultrasound waves, wherein the acoustic lens includes a first lens having a peripheral lens surface having a spherical concave surface, and a center lens surface having a cylindrical concave surface. The probe includes a first transducer that is provided on the lens surface of the first lens and generates a point-focused ultrasonic wave; A second lens is provided at a position facing the lens surface and generates line-focused ultrasonic waves.
The present invention is characterized in that it is composed of a vibrator, and further includes a synthesizing means for synthesizing the output signal of the receiver and a predetermined transmission signal.

【0007】[0007]

【作用】試料の物性を評価するときの全体画像観察を行
うときには、第1の振動子に電圧を印加し、ここで変換
された超音波を直接に試料へと照射する。そして試料か
らの反射波を同じ第1の振動子で電気信号に変換し、こ
の電気信号と所定の発信信号を合成手段で合成し、ここ
で得られた干渉波からV(Z)曲線を得る。一方、試料
の異方性を測定するときには、第2の振動子に電圧を印
加し、ここで変換された超音波を円筒状凹面から試料へ
と照射する。そして試料からの反射波を同じ第2の振動
子で電気信号に変換し、この電気信号中の垂直反射波と
弾性表面波とを干渉させてV(Z)曲線を得る。
[Operation] When observing the entire image when evaluating the physical properties of a sample, a voltage is applied to the first vibrator, and the ultrasonic waves converted here are directly irradiated onto the sample. Then, the reflected wave from the sample is converted into an electrical signal by the same first oscillator, this electrical signal and a predetermined transmitted signal are synthesized by a synthesizing means, and a V(Z) curve is obtained from the interference wave obtained here. . On the other hand, when measuring the anisotropy of the sample, a voltage is applied to the second vibrator, and the ultrasonic waves converted here are irradiated from the cylindrical concave surface to the sample. Then, the reflected wave from the sample is converted into an electrical signal by the same second oscillator, and the vertical reflected wave in this electrical signal and the surface acoustic wave are caused to interfere with each other to obtain a V(Z) curve.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図1〜図4は本発明の実施例に係る超音波顕微鏡
装置に用いられる超音波探触子の構成を示す図であり、
図1は上面図、図2側面図、図3は底面図、図4は図1
に示す線D−Dに沿う断面図である。図中、40は超音
波探触子を示す。41は第1の音響レンズ、42は音響
レンズ41の下端面に形成された球状凹面、43はその
球状凹面42に設けられ、リード線44が接続されたリ
ング形状の第1の振動子、45は球状凹面42の中心に
垂直方向に貫通形成された開孔である。46は前記球状
凹面42の中心、つまり開孔45内に組込まれた第2の
音響レンズ、47は第2の音響レンズ46の下端面に形
成された円筒状凹面、48は第2の音響レンズ46の上
面の前記円筒状凹面47に対向する位置に設けられ、リ
ード線49が接続された方形状の第2の振動子である。 なお、音響レンズ41の開孔45内に第2の音響レンズ
46を組込む方法としては、螺合方式、嵌合方式、ある
いは接着方式等が考えられるが、初めから一体成形とす
ることもできる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained below based on the illustrated embodiments. 1 to 4 are diagrams showing the configuration of an ultrasound probe used in an ultrasound microscope device according to an embodiment of the present invention,
Figure 1 is a top view, Figure 2 is a side view, Figure 3 is a bottom view, Figure 4 is Figure 1.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line DD shown in FIG. In the figure, 40 indicates an ultrasonic probe. 41 is a first acoustic lens; 42 is a spherical concave surface formed on the lower end surface of the acoustic lens 41; 43 is a ring-shaped first vibrator provided on the spherical concave surface 42 to which a lead wire 44 is connected; 45 is an opening formed vertically through the center of the spherical concave surface 42. 46 is a second acoustic lens built into the center of the spherical concave surface 42, that is, the aperture 45; 47 is a cylindrical concave surface formed at the lower end surface of the second acoustic lens 46; 48 is a second acoustic lens 46 is a rectangular second vibrator provided at a position facing the cylindrical concave surface 47 on the upper surface thereof, and to which a lead wire 49 is connected. Note that the second acoustic lens 46 may be assembled into the aperture 45 of the acoustic lens 41 by a screwing method, a fitting method, or an adhesive method, but it may also be integrally molded from the beginning.

【0009】図5は上記第1の振動子43から超音波が
発信されたときの状態を説明する説明図である。図5で
、図1と同一部分には同一符号を付して説明を省略する
。図5に示す第1の振動子43にリード線44を介して
電圧が印加された場合、第1の振動子43から発信され
る超音波ビーム50は図5に示すように試料3へ向けて
集束されながら放射される。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the state when ultrasonic waves are transmitted from the first transducer 43. In FIG. 5, parts that are the same as those in FIG. When a voltage is applied to the first transducer 43 shown in FIG. 5 via the lead wire 44, the ultrasonic beam 50 emitted from the first transducer 43 is directed toward the sample 3 as shown in FIG. Emitted while being focused.

【0010】図6は図5の二点鎖線C内、つまり試料3
上に対してデフォーカス状態で超音波を照射したときの
反射の態様を示す拡大説明図である。図6で、図5に示
す部分と同一部分には同一符号が付してある。図6に示
すように第1の振動子43により得られる超音波ビーム
50は、デフォーカス時にリング形状の超音波ビーム5
1として試料3に入射する。このとき、超音波ビーム5
0の照射範囲内には弾性表面波52が励起されるが、音
響レンズ40の中心近傍の垂直反射波が無いためにこの
ままでは干渉が起こらず、V(Z)曲線が得られない。 そこで、本実施例では後述する基準信号源と合成回路と
を用いて電気的に干渉を起こさせてV(Z)曲線を得る
ようにする。なお、第1の音響レンズ46の上面の中心
に配置された第2の振動子48から超音波が発信された
場合には、図18、図22に示す探触子と同様、その超
音波は円筒状凹面47に向けて伝播し、さらに当該円筒
状凹面47により試料3上へと線集束されることになる
FIG. 6 shows the area within the two-dot chain line C in FIG. 5, that is, sample 3.
FIG. 3 is an enlarged explanatory diagram showing a reflection mode when ultrasonic waves are irradiated upward in a defocused state. In FIG. 6, the same parts as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals. As shown in FIG. 6, the ultrasonic beam 50 obtained by the first transducer 43 becomes a ring-shaped ultrasonic beam 5 when defocused.
1 and enters the sample 3. At this time, the ultrasonic beam 5
A surface acoustic wave 52 is excited within the irradiation range of 0, but since there is no vertical reflected wave near the center of the acoustic lens 40, no interference occurs and a V(Z) curve cannot be obtained. Therefore, in this embodiment, a V(Z) curve is obtained by causing electrical interference using a reference signal source and a combining circuit, which will be described later. Note that when an ultrasonic wave is emitted from the second transducer 48 placed at the center of the upper surface of the first acoustic lens 46, the ultrasonic wave is The light propagates toward the cylindrical concave surface 47 and is further focused onto the sample 3 by the cylindrical concave surface 47 .

【0011】図7は本実施例の超音波顕微鏡装置のブロ
ック図である。図中、図1および図9に示した部材、機
構等と同一のものには同一の符号を付して説明を省略す
る。60は基準信号源であり、基準信号、例えば所定周
波数の正弦波信号を発信する。61は合成回路であり、
基準信号源60からの基準信号と、受信機6が受信した
電気信号、つまり探触子40が試料3からの反射波を変
換した電気信号とを合成する。送信機5から出力された
バースト電圧が方向性結合器7を介して第1の振動子4
3に印加された場合、第1の振動子43は超音波を放射
し、この超音波は直接に媒体2中を伝播して試料台4上
の試料3へと照射される。そして第1の振動子43は当
該試料3から反射してくる反射波、つまり弾性表面波を
電気信号に変換し、変換された電気信号は方向性結合器
7を介して受信機6に受信される。次いで受信機6で受
信した電気信号は合成回路61に送られ、ここで基準信
号源60から発信される基準信号と合成されて干渉波が
得られる。この干渉波はピーク検出器8に送られてその
ピーク値が検出され、このピーク値はさらにA/D変換
器9でデジタル信号に変換された後に、演算制御器10
に入力される。探触子40のZ軸方向の移動に伴い、受
信機6の出力信号の位相は当該移動に応じて変化するが
、基準信号は同一位相を維持しているので、合成回路6
1からの干渉波信号は同位相と逆位相の間で干渉が繰返
され、その干渉波信号レベルが徐々に変化した信号とな
る。このようにして得られた信号に基づいて演算制御器
10が所定の演算、制御を行ない、その結果がCRTデ
ィスプレイ13上に画面表示される。これにより組織の
物性を評価することができる。また、送信機5から出力
されたバースト電圧が方向性結合器7を介して第2の振
動子48に印加された場合、第2の振動子48は超音波
を放射し、この超音波は第2の音響レンズ46、および
媒体2を介して試料台4上の試料3へと照射される。 そして第2の振動子44は当該試料3から反射してくる
反射波、つまり垂直反射波と弾性表面波とを干渉した干
渉波を電気信号に変換し、変換された電気信号は方向性
結合器7を介して受信機6に受信される。次いで受信機
6で受信した電気信号は合成回路61を介してピーク検
出器8に送られてそのピーク値が検出される。この場合
、基準信号源60の発振は停止され、その出力は0とな
っている。検出されたピーク値はさらにA/D変換器9
でデジタル信号に変換された後に、演算制御器10に入
力される。ここで演算制御器10が所定の演算、制御を
行ない、その結果がCRTディスプレイ13上に画面表
示される。これにより組織の異方性を把握することがで
きる。したがって本実施例では、点集束機能を必要とす
る場合にはリング状の第1の振動子43に対してバース
ト電圧を印加し、試料3から反射してくる反射波(つま
り弾性表面波)を電気信号に変換し、これを合成回路6
1により基準信号源60からの基準信号と合成して干渉
波を得るようにするとともに、その干渉波を制御演算器
10により処理する一方、線集束機能を必要とする場合
には方形状の第2の振動子48を励振させ、円筒状凹面
47を介して得られる反射波を電気信号に変換し、これ
をそのまま制御演算器10により処理するようにしたの
で、探触子の交換をすることなく点集束と線集束を行な
うことができ、ひいては試料3の物性を正確に評価する
ことが可能となる。
FIG. 7 is a block diagram of the ultrasonic microscope apparatus of this embodiment. In the drawings, the same members, mechanisms, etc. as shown in FIGS. 1 and 9 are denoted by the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted. A reference signal source 60 emits a reference signal, for example a sine wave signal of a predetermined frequency. 61 is a synthesis circuit;
The reference signal from the reference signal source 60 and the electrical signal received by the receiver 6, that is, the electrical signal obtained by converting the reflected wave from the sample 3 by the probe 40, are combined. The burst voltage output from the transmitter 5 is transmitted to the first vibrator 4 via the directional coupler 7.
3, the first vibrator 43 emits an ultrasonic wave, which directly propagates through the medium 2 and is irradiated onto the sample 3 on the sample stage 4. The first vibrator 43 converts the reflected wave reflected from the sample 3, that is, the surface acoustic wave, into an electrical signal, and the converted electrical signal is received by the receiver 6 via the directional coupler 7. Ru. Next, the electrical signal received by the receiver 6 is sent to a combining circuit 61, where it is combined with a reference signal transmitted from a reference signal source 60 to obtain an interference wave. This interference wave is sent to a peak detector 8 to detect its peak value, and this peak value is further converted into a digital signal by an A/D converter 9, and then an arithmetic controller 10
is input. As the probe 40 moves in the Z-axis direction, the phase of the output signal of the receiver 6 changes in accordance with the movement, but since the reference signal maintains the same phase, the synthesis circuit 6
The interference wave signal from 1 is repeatedly interfered between the same phase and the opposite phase, and becomes a signal whose level of the interference wave signal gradually changes. Based on the signals thus obtained, the arithmetic controller 10 performs predetermined calculations and controls, and the results are displayed on the CRT display 13. This allows the physical properties of the tissue to be evaluated. Further, when the burst voltage output from the transmitter 5 is applied to the second vibrator 48 via the directional coupler 7, the second vibrator 48 emits an ultrasonic wave, and this ultrasonic wave The sample 3 on the sample stage 4 is irradiated via the acoustic lens 46 of No. 2 and the medium 2 . Then, the second vibrator 44 converts the reflected wave reflected from the sample 3, that is, the interference wave obtained by interfering the vertical reflected wave and the surface acoustic wave, into an electrical signal, and the converted electrical signal is transmitted to the directional coupler. 7 and is received by the receiver 6. Next, the electrical signal received by the receiver 6 is sent to the peak detector 8 via the combining circuit 61, and its peak value is detected. In this case, the oscillation of the reference signal source 60 is stopped and its output is zero. The detected peak value is further sent to an A/D converter 9.
After being converted into a digital signal, the signal is input to the arithmetic controller 10. Here, the arithmetic controller 10 performs predetermined calculations and controls, and the results are displayed on the CRT display 13. This makes it possible to understand the anisotropy of the tissue. Therefore, in this embodiment, when a point focusing function is required, a burst voltage is applied to the ring-shaped first vibrator 43, and the reflected wave (that is, surface acoustic wave) reflected from the sample 3 is Convert it to an electrical signal and send it to the synthesis circuit 6
1, the interference wave is synthesized with the reference signal from the reference signal source 60, and the interference wave is processed by the control calculator 10. If a line focusing function is required, a rectangular The second transducer 48 is excited, and the reflected wave obtained via the cylindrical concave surface 47 is converted into an electrical signal, which is processed by the control calculator 10 as it is, so there is no need to replace the probe. Point focusing and line focusing can be performed without any problems, and as a result, it becomes possible to accurately evaluate the physical properties of the sample 3.

【0012】図8は本発明の他の実施例に係る超音波顕
微鏡装置のブロック図であり、図中、図1および図4に
示した部材、機構等と同一のものには同一の符号を付し
て詳細な説明を省略する。70は連続発信器であり、連
続的に基準信号、例えば所定周波数の正弦波信号を発信
する。71は波形切出器であり、連続発信器70から発
信される基準信号から所要のバースト電圧を取り出して
出力する。連続発信器70と波形切出器71で送信機が
構成される。波形切出器71から出力されたバースト電
圧が方向性結合器7を介して第1の振動子43に印加さ
れ、この振動子43が試料3から反射してくる反射波を
電気信号に変換し、変換された電気信号は方向性結合器
7を介して受信機6に受信され、受信機6の出力信号は
合成回路61において連続発信器70からの基準信号と
合成され、合成回路61から干渉波信号が出力される。 以後の動作は先の実施例と同じである。このように本実
施例では、送信機を構成する連続発信器70から基準信
号を得るようにしたので、先の実施例の効果に加えて、
別途基準信号源を設ける必要をなくすことができるとい
う効果を奏する。
FIG. 8 is a block diagram of an ultrasonic microscope apparatus according to another embodiment of the present invention. In the figure, the same members, mechanisms, etc. as shown in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals. The detailed explanation will be omitted. 70 is a continuous oscillator that continuously transmits a reference signal, for example, a sine wave signal of a predetermined frequency. A waveform extractor 71 extracts a required burst voltage from the reference signal transmitted from the continuous oscillator 70 and outputs it. A transmitter is composed of a continuous oscillator 70 and a waveform cutter 71. The burst voltage output from the waveform cutter 71 is applied to the first vibrator 43 via the directional coupler 7, and this vibrator 43 converts the reflected wave reflected from the sample 3 into an electrical signal. , the converted electrical signal is received by the receiver 6 via the directional coupler 7, the output signal of the receiver 6 is combined with the reference signal from the continuous oscillator 70 in the combining circuit 61, and the interference signal is removed from the combining circuit 61. A wave signal is output. The subsequent operations are the same as in the previous embodiment. In this way, in this embodiment, the reference signal is obtained from the continuous oscillator 70 that constitutes the transmitter, so in addition to the effects of the previous embodiment,
This has the effect of eliminating the need to provide a separate reference signal source.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上、本発明によれば、超音波探触子の
第1のレンズの下端には球状凹面を形成するとともに、
当該第1のレンズに円筒状凹面を有した第2の音響レン
ズを組込み、さらに球状凹面に第1の振動子を設け、第
2の音響レンズの円筒状凹面に対向する位置に第2の振
動子を設け、第1の振動子で試料からの反射波を測定す
る際には当該反射波を基準信号と合成回路で合成するよ
うにしたので、探触子を交換することなく、1つの探触
子で点集束および線集束を行うことができる。
As described above, according to the present invention, a spherical concave surface is formed at the lower end of the first lens of an ultrasound probe, and
A second acoustic lens having a cylindrical concave surface is incorporated into the first lens, and a first vibrator is further provided on the spherical concave surface, and a second vibrator is provided at a position opposite to the cylindrical concave surface of the second acoustic lens. When measuring the reflected wave from the sample with the first transducer, the reflected wave is combined with the reference signal in the synthesis circuit, so one probe can be used without replacing the probe. Point focusing and line focusing can be performed with the tentacles.

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

【図1】本発明の実施例に係る超音波顕微鏡装置に用い
られる超音波探触子の上面図である。
FIG. 1 is a top view of an ultrasound probe used in an ultrasound microscope apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の側面図である。FIG. 2 is a side view of FIG. 1;

【図3】図1の底面図である。FIG. 3 is a bottom view of FIG. 1;

【図4】図1に示す線D−Dに沿う断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line DD shown in FIG. 1;

【図5】第1の矩形状の振動子から超音波が発信された
ときの状態を説明する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a state when ultrasonic waves are transmitted from a first rectangular transducer.

【図6】試料上に対してデフォーカス状態で超音波を照
射したときの反射の態様を示す拡大説明図である。
FIG. 6 is an enlarged explanatory diagram showing a reflection mode when ultrasonic waves are irradiated onto a sample in a defocused state.

【図7】本発明の第1の実施例に係る超音波顕微鏡装置
のブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram of an ultrasound microscope apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例に係る超音波顕微鏡装置
のブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of an ultrasound microscope apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図9】従来の超音波顕微鏡装置のブロック図である。FIG. 9 is a block diagram of a conventional ultrasound microscope device.

【図10】従来の超音波探触子において試料に超音波を
照射したときの状態を示す拡大説明図である。
FIG. 10 is an enlarged explanatory diagram showing a state when ultrasonic waves are irradiated onto a sample in a conventional ultrasonic probe.

【図11】垂直反射波、弾性表面波、および干渉波の一
例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a vertical reflected wave, a surface acoustic wave, and an interference wave.

【図12】V(Z)曲線の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of a V(Z) curve.

【図13】従来の点集束型探触子の上面図である。FIG. 13 is a top view of a conventional point focusing probe.

【図14】図11の側面図である。FIG. 14 is a side view of FIG. 11;

【図15】図11の底面図である。FIG. 15 is a bottom view of FIG. 11;

【図16】金属表面の顕微鏡写真の一例を示す図である
FIG. 16 is a diagram showing an example of a microscopic photograph of a metal surface.

【図17】従来の点集束型探触子において試料に超音波
を照射したときの反射の態様を示す拡大説明図である。
FIG. 17 is an enlarged explanatory diagram showing the reflection mode when ultrasonic waves are irradiated onto a sample in a conventional point focusing probe.

【図18】従来の線集束型探触子の上面図である。FIG. 18 is a top view of a conventional line focusing probe.

【図19】図16の側面図である。FIG. 19 is a side view of FIG. 16;

【図20】図16の底面図である。FIG. 20 is a bottom view of FIG. 16;

【図21】図17の線D’−D’に沿う断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line D'-D' in FIG. 17;

【図22】従来の線集束型探触子において試料に超音波
を照射したときの反射の態様を示す拡大説明図である。
FIG. 22 is an enlarged explanatory diagram showing the reflection mode when ultrasonic waves are irradiated onto a sample in a conventional line focusing probe.

【図23】従来の線集束型探触子の弾性表面波伝播方向
がX方向であるときの計測の態様を説明する説明図であ
る。
FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating a measurement mode when the surface acoustic wave propagation direction of a conventional line focusing probe is in the X direction.

【図24】従来の線集束型探触子の弾性表面波伝播方向
がY方向であるときの計測の態様を説明する説明図であ
る。
FIG. 24 is an explanatory diagram illustrating a measurement mode when the surface acoustic wave propagation direction of a conventional line focusing probe is in the Y direction.

【図25】従来の線集束型探触子の弾性表面波伝播方向
がX方向であるときに試料の組織を観察した結果である
組織画像の具体例を示す説明図である。
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a specific example of a tissue image that is the result of observing the tissue of a sample when the surface acoustic wave propagation direction of a conventional line focusing probe is in the X direction.

【図26】従来の線集束型探触子の弾性表面波伝播方向
がY方向であるときに試料の組織を観察した結果である
組織画像の具体例を示す説明図である。
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a specific example of a tissue image that is the result of observing the tissue of a sample when the surface acoustic wave propagation direction of a conventional line focusing probe is in the Y direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41  第1の音響レンズ 42  球状凹面 43  第1の振動子 46  第2の音響レンズ 47  円筒状凹面 48  第2の振動子 41 First acoustic lens 42 Spherical concave surface 43 First oscillator 46 Second acoustic lens 47 Cylindrical concave surface 48 Second oscillator

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  音響レンズおよび振動子よりなる探触
子と、前記振動子を励振させる送信機と、前記振動子の
励振により生じた超音波の反射波を受信する受信機とを
備えた超音波顕微鏡装置において、前記音響レンズを、
中心周囲レンズ面を球状凹面に構成した第1のレンズ、
および中心レンズ面を円筒状凹面に構成した第2のレン
ズで構成するとともに、前記振動子を、前記第1のレン
ズのレンズ面に設けられて点集束する超音波を発生する
第1の振動子、および前記第2のレンズのレンズ面に対
向する位置に設けられ線集束する超音波を発生する第2
の振動子で構成し、かつ、前記受信機の出力信号と所定
の発信信号とを合成する合成手段を設けたことを特徴と
する超音波顕微鏡装置。
1. An ultrasonic probe comprising an acoustic lens and a transducer, a transmitter that excites the transducer, and a receiver that receives reflected waves of ultrasound generated by excitation of the transducer. In the acoustic microscope device, the acoustic lens is
a first lens having a spherical concave lens surface around the center;
and a second lens having a central lens surface configured as a cylindrical concave surface, and the transducer is a first transducer that is provided on the lens surface of the first lens and generates point-focused ultrasonic waves. , and a second lens provided at a position facing the lens surface of the second lens and generating line-focused ultrasonic waves.
What is claimed is: 1. An ultrasonic microscope apparatus comprising a vibrator, and further comprising a synthesizing means for synthesizing the output signal of the receiver and a predetermined transmission signal.
【請求項2】  請求項1において、前記第1の振動子
は、前記球状凹面に沿うリング形状であることを特徴と
する超音波顕微鏡装置。
2. The ultrasonic microscope apparatus according to claim 1, wherein the first vibrator has a ring shape along the spherical concave surface.
【請求項3】  請求項1において、前記第2の振動子
は、方形の振動子であることを特徴とする超音波顕微鏡
装置。
3. The ultrasonic microscope apparatus according to claim 1, wherein the second transducer is a rectangular transducer.
【請求項4】  請求項1において、前記第2のレンズ
は、第1のレンズに形成した開孔に密着嵌合して一体化
されていることを特徴とする超音波顕微鏡装置。
4. The ultrasonic microscope apparatus according to claim 1, wherein the second lens is integrated by tightly fitting into an aperture formed in the first lens.
【請求項5】  請求項1において、前記合成手段によ
り前記受信機の出力信号と合成される所定の発信信号は
、基準信号源から出力される所定周波数の正弦波である
ことを特徴とする超音波顕微鏡装置。
5. The ultrasonic wave generator according to claim 1, wherein the predetermined transmission signal to be synthesized with the output signal of the receiver by the synthesizing means is a sine wave of a predetermined frequency output from a reference signal source. Sonic microscope equipment.
【請求項6】  請求項1において、前記合成手段によ
り前記受信機の出力信号と合成される所定の発信信号は
、前記送信機を構成する連続発信機の出力信号であるこ
とを特徴とする超音波顕微鏡装置。
6. The ultrasonic transmitter according to claim 1, wherein the predetermined transmission signal to be combined with the output signal of the receiver by the combining means is an output signal of a continuous transmitter constituting the transmitter. Sonic microscope equipment.
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