JPH04301761A - 超音波物性測定装置 - Google Patents

超音波物性測定装置

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JPH04301761A
JPH04301761A JP3091022A JP9102291A JPH04301761A JP H04301761 A JPH04301761 A JP H04301761A JP 3091022 A JP3091022 A JP 3091022A JP 9102291 A JP9102291 A JP 9102291A JP H04301761 A JPH04301761 A JP H04301761A
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JP
Japan
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sample
curve
data
physical property
acoustic lens
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Withdrawn
Application number
JP3091022A
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English (en)
Inventor
Yasuo Sasaki
靖夫 佐々木
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して物質
の結晶方位や膜厚などの物性定数を測定する超音波物性
測定装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】最近、各方面で注目を浴びている超音波顕
微鏡は、超高周波技術・信号処理技術等の飛躍的な技術
進歩と数百MHz以上の超音波発生技術との確立により
、分解能としてミクロンオーダーの画像が得られるよう
になった。すなわち、媒質が水で、周波数が1GHzの
場合、分解能は約1μmとなり、光学顕微鏡と同等の分
解能が得られる。
【0003】この種の超音波顕微鏡は、超音波を音響レ
ンズで集束し、その集束した超音波を試料面に当て、こ
れを機械的に走査し、試料の音響特性に応じた音波を集
束して電気信号に変換する。この信号の強度を記録して
、CRT上に表示するものである。
【0004】このように、音響レンズを用いて超音波の
集束波を発生させ、測定対象物である固体試料の表面か
らの反射波を音響レンズで再びとらえて音響−電気変換
を行う装置は公知である。
【0005】現在、反射型超音波顕微鏡を用いて、試料
のミクロあるいはマイクロな弾性的性質を定量的に測定
しようとする研究がなされている。この超音波顕微鏡に
おいては、2次元走査を行わずに集束超音波ビームの焦
点の位置をZ軸方向に移動させながらトランスデューサ
の出力を観測すると、周期的に変化する曲線が得られる
。この曲線は、固体試料を構成する物質によって独特な
変化をすることが知られており、V(Z) 曲線と呼ば
れている。このV(Z) 曲線の周期から固体試料の表
面波音速などの音響的性質を調べることができる。
【0006】V(Z) 曲線は、試料の反射率から計算
により求めることができるが、測定対象物が異方性物質
の場合には、反射率の計算が複雑で、最近になって計算
例が確立してきた。等方性物質におけるV(Z) 測定
は、計算機によるシュミレーション結果との比較により
行われている。一方、異方性物質におけるV(Z) 測
定は、比較的計算が容易な試料表面のレイリー音速によ
る解析が行われているに過ぎない。
【0007】上記V(Z) 曲線は物質の音響的性質を
調べる上で有効な情報として注目され、試料の表面波音
速により異方性性物質の物性測定を解析する試みがなさ
れている。上記試みに関する技術は、文献『Mater
ial  Characterization  by
  Line−Focus−Beam』(IEEE  
TRANSACTIONS  ON  SONIC  
AND  ULTRASONICS.VOL.SU−3
2.NO.2.P189〜212  MARCH  1
985)に記載されている。また、等方性物質の膜構造
物質の表面波音速計算に関する技術は、文献『Acou
stic  Micro−Metrology』(IE
EE  TRANSACTIONS  ON  SON
IC  AND  ULTRASONICS.VOL.
SU−32.NO.2.P225〜234  MARC
H  1985)に記載されている。また、異方性物質
の反射率計算に関する技術は、文献『Reflecti
on  coefficientnull  of  
acoustic  waves  a  liqui
d−anisotropic  solid  int
erface』(J.Acoust.Soc.Am.V
ol.85,No.1,P1〜10  January
  1989)に記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、異方性物質(またはその層状構造)対す
るV(Z) 曲線による解析(結晶方位あるいは膜厚測
定など)について、物質表面での表面波音速の計算結果
しかよりどころがなく、V(Z) 曲線から得られる情
報を有効に活用することができなかった。
【0009】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、測定対象物質である試料の膜厚や結晶方位など
の物性定数を高速かつ容易に測定し、しかもV(Z) 
曲線の測定データから得られる情報を有効に活用するこ
とができる超音波物性測定装置を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、音響レンズを用いて超音波を測定対象である試料に
集束させ、その試料からの反射波を再び音響レンズでと
らえて音響−電気変換を行い、その反射信号を時間分割
して記録する超音波物性測定装置において、前記音響レ
ンズと前記試料との距離を変化させ、試料からの反射波
の出力を複素V(Z) 信号として取込んでV(Z) 
曲線データを求める手段と、即知のV(Z) 曲線計算
手段に即知のパラーメータと未知のパラーメータを入れ
て求められたV(Z) 曲線データを記憶する記憶手段
と、前記試料から得られたV(Z) 曲線の測定データ
と前記記憶手段に記憶されたV(Z) 曲線の計算デー
タとを比較する比較手段とにより超音波物性測定装置を
構成した。
【0011】
【作用】本発明によれば、V(Z) 曲線計算手段に即
知のパラメータとして、音響レンズニ関する定数以外に
測定対象物質のスティフネス行列,結晶方位名度の物性
定数として入れ、膜厚または結晶軸の向きをパラメータ
にして複数のV(Z) 曲線を求めておくことにより、
測定データに近似する計算データから測定対象物質の結
晶方位や膜厚などの物性定数を求めることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0013】図1は、本発明にかかる超音波物性測定装
置の一実施例を示すブロック図である。図1において、
1は超音波物性測定装置の本体であり、防振台2の上に
設置された門型フレーム3に音響レンズ4を備えたZ軸
回転機構5が設けられている。このZ軸回転機構5は、
Zドライバ6からの制御信号を受けて回転駆動し、先端
部に取り付けられた音響レンズ4をZ方向(上下方向)
に移動せしめ、音響レンズ4と防振台2上の傾き調整付
き試料台7に載置された試料8との距離(Z)を所定の
ピッチで調整できるものとなっている。
【0014】9は中央処理装置であり、各部の動作制御
および音響レンズ4と試料8との距離(Z)を変化させ
たときの試料8からの反射波の出力Vを、複素V(Z)
 信号として取り込むことでV(Z) 曲線データを処
理できるものとなっている。
【0015】この中央処理装置9からの制御信号によっ
て制御される送受信回路10からは、音響レンズ4の上
端面に配設された図示しない圧電トランスデューサーに
高周波パルス信号が出力される。このとき、圧電トラン
スデューサーにて電気−音響変換されて発生した超音波
は、音響レンズ4によって集束され、カプラ液体(水)
11を伝搬して測定対象物質である試料8に放射される
【0016】そして、試料8によって反射,散乱された
超音波は、同じ音響レンズ4により集音されて圧電トラ
ンスデューサーにて音響−電気変換され、その変換され
た電気信号は送受信回路10を介して複素V(Z) 信
号として中央処理装置9に取り込まれる。
【0017】一方、中央処理装置9からは、Z軸回転機
構5に対して制御信号が送られる。
【0018】12は、コンピュータなどの計算装置13
を用いて即知のV(Z) 曲線計算手段に即知のパラメ
ータと未知のパラメータを入れて求めた複数のV(Z)
 曲線の計算データを記憶手段としてのメモリーである
【0019】14は、中央処理装置9により処理された
V(Z) 曲線の測定データとを比較する比較装置であ
る。 この比較装置14としては、パソコンを用いることがで
き、例えば、最小二乗法によってメモリー12に記憶さ
れた計算データと中央処理装置9からの測定データとを
比較し、測定データに近似する計算データを抽出するこ
とができる。
【0020】上記計算装置13は、以下に述べる反射率
の計算とV(Z) 曲線の計算とを行う。
【0021】測定対象物を構成する物質の反射率の計算
手順について説明する。反射率の(kx,ky )での
値R(kx,ky )を求める。スティフネス行列CI
J(I,J=1〜6)をもつ物質の、数1方向に伝播す
る音波の粒子速度ベクトルUは数2を満たす。ただし、
数3を条件とする。
【0022】いま、水と膜の界面に、水の側から波数、
数4の波が入射したときを考える。入射面をx−z 面
として図2のように座標を設定し、数4の水平成分をκ
とすると、波数のx 成分の保存則により、(0),(
1),(2) にたつ他の全ての波の波数のx 成分は
κに限られる。したがって、各物質内には図2のように
合計11のモードの波がたつことになる。その成分は、
数2式で求められる。 各成分の変位ベクトル,波数,大きさを数5のように書
く。(i は媒質の番号、j は各媒質にたつ波の番号
1〜3がZ<0の向き。なお、波がどちら向きに進むか
はポインティングベクトルの計算によって決める。)

0023】また、媒質(i) のモードj の波の変位
によってZ=Z0 でxy平面におこる力を、数6と書
く。(ストレステンソルと粒子速度ベクトルの間の関係
式は、数7である。)
【0024】すると、境界条件は、数8の連立方程式か
ら、数9とおいて解を求めると、反射波、数10、数1
1がでる。
【0025】つづいて、V(Z) 曲線の計算手順につ
いて説明する。
【0026】bfp での音場は、フーリエ光学により
計算する。これを、数12とおく、するとフーリエ光学
の公式よりサンプル位置での音場のフーリエ変換は、数
13となる。だだし、(f:焦点距離、数14:水中の
波数、数15)
【0027】サンプル上で反射した直後は、数16とな
り、再びbfp に戻ったときの音場は結局、数17と
なる。
【0028】簡単のため、ここでトランスデューサの径
にわたって積分すると、V(Z) 曲線の1点での値が
でる。
【0029】以下に、膜厚または結晶軸を求める場合の
パラメータのふり方について述べる。
【0030】膜厚を求める場合、固定パラメータは各層
とサブストレートの材質で決まる弾性定数CIJ(I,
J=1〜6)と結晶方位および音響レンズに関するパラ
メータで、未知のパラメータは各層の膜厚である。
【0031】結晶方位の測定の場合、固定パラメータは
弾性定数および音響レンズのパラメータで、未知のパラ
メータは結晶方位である。結晶方位測定の際、球面レン
ズとシリンドリカルレンズは状況に応じて使いわける。 例えば、結晶面(111)からのずれ量を求める場合は
、球面レンズで行えばよいが、方位を特定する必要があ
る場合は、シリンドリカルレンズが必要となる。
【0032】このように、測定対象となる試料の固定パ
ラメータと未知のパラメータを適当な範囲でふって上記
計算手段によりV(Z) 曲線のデータを求めると、図
4〜7に示すV(Z)曲線が得られる。
【0033】このようにして得られたV(Z) 曲線の
計算データをメモリー12に記録し、これらの計算デー
タと中央処理装置9からの測定データとを比較し、測定
データに近似する計算データを抽出することで、この計
算データに基づいて測定対象となる試料に含まれている
情報を正確に求めることができる。
【0034】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、要旨を変更しない範囲において種々変形し
て実施することができる。
【0035】
【数1】
【0036】
【数2】
【0037】
【数3】
【0038】
【数4】
【0039】
【数5】
【0040】
【数6】
【0041】
【数7】
【0042】
【数8】
【0043】
【数9】
【0044】
【数10】
【0045】
【数11】
【0046】
【数12】
【0047】
【数13】
【0048】
【数14】
【0049】
【数15】
【0050】
【数16】
【0051】
【数17】
【0052】
【発明の効果】以上に詳述したように本発明によれば、
測定対象物質である試料の膜厚や結晶方位などの物性定
数を高速かつ容易に測定し、しかもV(Z) 曲線の測
定データから得られる情報を有効に活用することができ
る超音波物性測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる超音波物性測定装置
の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例に用いられる反射率の計算法
を説明する概念図である。
【図3】本発明の一実施例に用いられるV(Z) 曲線
の計算法を説明する概念図である。
【図4】膜厚0μm,結晶方位(100)のV(Z) 
曲線を示す図である。
【図5】膜厚1μm,結晶方位(100)のV(Z) 
曲線を示す図である。
【図6】膜厚2μm,結晶方位(100)のV(Z) 
曲線を示す図である。
【図7】膜厚0μm,結晶方位(111)のV(Z) 
曲線を示す図である。
【符号の説明】
1…本体 2…防振台 3…門型フレーム 4…音響レンズ 5…Z軸回転機構 6…Zドライバ 7…試料台 8…試料 9…中央処理装置 10…送受信回路 11…カプラ液体 12…メモリー 13…:計算装置 14…比較装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  音響レンズを用いて超音波を測定対象
    である試料に集束させ、その試料からの反射波を再び音
    響レンズでとらえて音響−電気変換を行い、その反射信
    号を時間分割して記録する超音波物性測定装置において
    、前記音響レンズと前記試料との距離を変化させ、試料
    からの反射波の出力を複素V(Z) 信号として取込ん
    でV(Z) 曲線データを求める手段と、即知のV(Z
    )曲線計算手段に即知のパラーメータと未知のパラーメ
    ータを入れて求められたV(Z) 曲線データを記憶す
    る記憶手段と、前記試料から得られたV(Z) 曲線の
    測定データと前記記憶手段に記憶されたV(Z) 曲線
    の計算データとを比較する比較手段とを具備し、前記記
    憶手段から前記測定データに近似する計算データを抽出
    することを特徴とする超音波物性測定装置。
JP3091022A 1991-03-29 1991-03-29 超音波物性測定装置 Withdrawn JPH04301761A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015045081A1 (ja) * 2013-09-27 2015-04-02 株式会社日立製作所 超音波による非破壊測定装置および方法
CN108871245A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 发那科株式会社 测量装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015045081A1 (ja) * 2013-09-27 2015-04-02 株式会社日立製作所 超音波による非破壊測定装置および方法
CN108871245A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 发那科株式会社 测量装置
JP2018189582A (ja) * 2017-05-10 2018-11-29 ファナック株式会社 計測装置
US10502563B2 (en) 2017-05-10 2019-12-10 Fanuc Corporation Measurement device

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