JPH0510933A - Ultrasonic sensor and ultrasonic spectrum microscope using the same - Google Patents

Ultrasonic sensor and ultrasonic spectrum microscope using the same

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JPH0510933A
JPH0510933A JP3161897A JP16189791A JPH0510933A JP H0510933 A JPH0510933 A JP H0510933A JP 3161897 A JP3161897 A JP 3161897A JP 16189791 A JP16189791 A JP 16189791A JP H0510933 A JPH0510933 A JP H0510933A
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JP
Japan
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wave
ultrasonic
transmitting
receiving means
piezoelectric element
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JP3161897A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobutaka Nakaso
教尊 中曽
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain an ultrasonic spectrum microscope capable of executing ultrasonic scanning of a body to be inspected, without being accompanied by mechanical scanning. CONSTITUTION:An ultrasonic sensor 1 is a transmission-reception independence type sensor constructed of an array type cylindrical transducer 12 and a planar transducer 14. An input signal to be impressed on each piezoelectric element 24 of a piezoelectric element group 22 of the array type cylindrical transducer 12 from a pulser 38 is given a delay time by an input signal processing circuit 34a. Thereby a time lag is made to occur in the time of generation of an ultrasonic wave by each piezoelectric element 24 of the piezoelectric element group 22. By setting this time lag appropriately, the ultrasonic wave propagated from the array type cylindrical transducer 12 is point-focused at a desired one point on a scanning line 20b on the surface 20a of a body to be inspected. A reflected wave from this focusing point is received by the planar transducer 14, converted into an electric signal and then subjected to a spectrum analysis in FFT 54.

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、被検体へ高周波超音波
を送波して、その反射波出力を出力する超音波センサに
関する。また、この超音波センサの反射波出力のスペク
トラムを評価することにより、被検体の物理的特性、膜
の厚さや密着性等を測定する超音波スペクトラム顕微鏡
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic sensor which transmits a high frequency ultrasonic wave to a subject and outputs a reflected wave output thereof. The present invention also relates to an ultrasonic spectrum microscope for measuring the physical characteristics of a subject, the film thickness, the adhesion, etc. by evaluating the spectrum of the reflected wave output of this ultrasonic sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば特開平2−251751号公報に
開示された超音波スペクトラム顕微鏡は、平面トランス
ジューサと球面状の凹面トランスジューサとの一対の超
音波トランスジューサからなる送受独立型超音波センサ
を備えている。
2. Description of the Related Art An ultrasonic spectrum microscope disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 251751/1990 includes a transmission / reception independent ultrasonic sensor including a pair of ultrasonic transducers of a flat transducer and a spherical concave transducer. .

【0003】球面トランスジューサから送波された超音
波は、球面の集束作用により、被検体の微小な一点に集
束されて入射される。この入射波は、被検体の弾性的特
性や構造の影響を受けつつ分散して反射され、平面トラ
ンスジューサに受波され、電気信号に変換される。この
ようなセンサによれば、球面トランスジューサの集束特
性によって、高い空間分解能が得られる。更に、平面ト
ランスジューサの圧電体面における位相干渉により、特
定の入射角(即ち平面の法線と被検体表面の法線とがな
す角度)の成分のみの反射波が電気信号に変換されて出
力される。この出力信号に基づいて反射波の強度スペク
トラムや位相スペクトラムを評価することにより、被検
体の弾性定数、膜厚、異方性等が定量測定される。
The ultrasonic waves transmitted from the spherical transducer are focused and incident on a minute point of the subject due to the focusing action of the spherical surface. This incident wave is dispersed and reflected while being influenced by the elastic characteristics and structure of the subject, received by the flat transducer, and converted into an electric signal. Such a sensor provides high spatial resolution due to the focusing properties of the spherical transducer. Further, due to phase interference on the piezoelectric surface of the flat transducer, a reflected wave of only a component having a specific incident angle (that is, an angle formed by the normal line of the plane and the normal line of the subject surface) is converted into an electric signal and output. . By evaluating the intensity spectrum and phase spectrum of the reflected wave based on this output signal, the elastic constant, film thickness, anisotropy, etc. of the subject can be quantitatively measured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、球面ト
ランスジューサによる入射波は微小な一点に集束される
ため、高い空間分解能を有するものの、一度に一点の測
定しかできない。従って、多点の測定を実行するために
は、センサ自体を被検体表面に沿って機械的に走査させ
ねばならず、測定の高速化が困難である。
However, since the incident wave from the spherical transducer is focused on a minute point, it has a high spatial resolution, but can measure only one point at a time. Therefore, in order to perform multipoint measurement, the sensor itself must be mechanically scanned along the surface of the subject, and it is difficult to speed up the measurement.

【0005】本発明は係る問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、機械的な走査が不要
であるにも拘らず、多くの測定点の測定を高速に実行可
能とする超音波センサ及びそれを用いたスペクトラム顕
微鏡を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to perform measurement at many measurement points at high speed, although mechanical scanning is unnecessary. Another object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor and a spectrum microscope using the same.

【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、本発明の超音波センサは、第1と第2の送受波手段
を備え、その一方が送波側として用いられ、高周波信号
が印加されることにより被検体表面へ高周波超音波を送
波し、他方が受波側として用いられ、被検体からの反射
超音波を受波し、この反射超音波の強度に対応した電気
信号を出力する送受独立型の超音波センサであって;第
1の送受波手段は、複数の超音波圧電素子が、その各々
が互いに独立して圧電効果を生起するように、等間隔に
アレイ状に配列されてなる圧電素子群を有すると共に、
この圧電素子群の発すべき高周波超音波を集束波とする
ように、上記アレイ状配列の配列方向を長手方向とする
円筒面状の送受波面を有し;第2の送受波手段は、圧電
体面が平面状の超音波圧電素子及び平面状の送受波面を
有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the ultrasonic sensor of the present invention is provided with first and second wave transmitting / receiving means, one of which is used as a wave transmitting side and a high frequency signal is transmitted. When applied, it transmits high-frequency ultrasonic waves to the surface of the subject, and the other side is used as the receiving side to receive reflected ultrasonic waves from the subject and generate an electric signal corresponding to the intensity of the reflected ultrasonic waves. A first transmission / reception independent type ultrasonic sensor for outputting; a first transmission / reception means, wherein a plurality of ultrasonic piezoelectric elements are arrayed at equal intervals so that each piezoelectric element independently produces a piezoelectric effect. While having a piezoelectric element group that is arranged,
In order to make a high frequency ultrasonic wave which this piezoelectric element group emits into a converging wave, it has a cylindrical wave-transmission-and-reception surface which makes the arrangement direction of the above-mentioned array-like arrangement a longitudinal direction; Has a planar ultrasonic piezoelectric element and a planar transmitting / receiving surface.

【0007】本発明の実施例によれば、第1と第2の送
受波手段は一体的に形成されている。
According to the embodiment of the present invention, the first and second wave transmitting / receiving means are integrally formed.

【0008】第1の送受波手段の各圧電素子は、一対の
電極の間に圧電体を挟んでなり、その圧電体面は円筒面
状に形成されていてもよく、平面状に形成されていても
よい。
Each piezoelectric element of the first wave transmitting / receiving means has a piezoelectric body sandwiched between a pair of electrodes, and the surface of the piezoelectric body may be formed into a cylindrical surface or a flat surface. Good.

【0009】第1の送受波手段の各圧電素子の一対の電
極のうちの何れか一方の電極をなす部材と、圧電体をな
す部材とのうちの少なくとも何れかの部材が、複数の圧
電素子について一体的に形成されていてもよい。
At least one of the member forming one of the pair of electrodes of each piezoelectric element of the first wave transmitting / receiving means and the member forming the piezoelectric body is a plurality of piezoelectric elements. May be integrally formed.

【0010】第1の送受波手段の圧電素子群が、上記円
筒面状送受波面を形成された遅延材を有してもよい。
The piezoelectric element group of the first wave transmitting / receiving means may include a delay member having the cylindrical surface wave transmitting / receiving surface.

【0011】第2の送受波手段の圧電素子は、圧電体面
が平面状の圧電体を一対の平面状の電極の間に挟んでな
ってもよく、更に上記平面状送受波面を形成された遅延
材を有してもよい。
In the piezoelectric element of the second wave transmitting / receiving means, a piezoelectric body having a flat piezoelectric surface may be sandwiched between a pair of flat electrodes, and further, the delay having the flat wave transmitting / receiving surface is formed. You may have a material.

【0012】第2の送受波手段の圧電素子の任意の方向
における長さLは、下式、 L≧(1/sin β)・(V/ω) (但し、Vは超音波伝播媒体中の音速、ωは超音波セン
サの発信する超音波の時間周波数、または超音波センサ
に受信された反射超音波についてのスペクトラム強度分
布上の強度極小部の周波数、βは超音波センサの入射角
選択能力を表す値であって、第2の送受波手段の平面状
送受波面の法線と被検体表面の法線とがなす角度をθと
したときに、第2の送受波手段が受波する超音波の入射
角成分がθ±βの範囲のみであることを示す値)を満足
することが好ましい。
The length L of the piezoelectric element of the second transmitting / receiving means in an arbitrary direction is expressed by the following equation: L ≧ (1 / sin β)  (V / ω) (where V is in the ultrasonic wave propagating medium) Sound velocity, ω is the time frequency of the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic sensor, or the frequency of the minimum intensity part in the spectrum intensity distribution of the reflected ultrasonic wave received by the ultrasonic sensor, β is the incident angle selection ability of the ultrasonic sensor Is a value that represents, and the angle formed by the normal of the plane wave transmitting / receiving surface of the second wave transmitting / receiving means and the normal of the subject surface is θ, It is preferable to satisfy a value indicating that the incident angle component of the sound wave is only in the range of θ ± β.

【0013】第1の送受波手段を送波側に用いる場合
は、上記圧電素子群の少なくとも一部をなす任意の整数
N個の隣接する圧電素子から送波される超音波が、焦点
となる一点に集束されるように、第1の送受波手段の各
圧電素子に印加すべき高周波信号に、予め定められた時
間差を付与して各圧電素子に印加させる入力信号処理手
段を更に備えることが好ましい。
When the first transmitting / receiving means is used on the transmitting side, ultrasonic waves transmitted from arbitrary integer N adjacent piezoelectric elements forming at least a part of the piezoelectric element group become the focal point. It further comprises input signal processing means for applying a predetermined time difference to the high-frequency signals to be applied to the respective piezoelectric elements of the first wave transmitting / receiving means so as to be focused at one point and apply the signals to the respective piezoelectric elements. preferable.

【0014】第1の送受波手段を受波側に用いる場合
は、上記圧電素子群の少なくとも一部をなす任意の整数
N個の隣接する圧電素子から出力される電気信号から、
焦点となる一点から反射された反射波の強度に対応する
電気信号が形成されるように、第1の送受波手段の各圧
電素子の出力する電気信号を、予め定められた時間差を
付与して合成させる出力信号処理手段を更に備えること
が好ましい。
When the first wave transmitting / receiving means is used on the wave receiving side, from an electric signal output from an arbitrary integer N adjacent piezoelectric elements forming at least a part of the piezoelectric element group,
The electric signal output from each piezoelectric element of the first wave transmitting / receiving means is given a predetermined time difference so that an electric signal corresponding to the intensity of the reflected wave reflected from one point serving as the focal point is formed. It is preferable to further include output signal processing means for combining.

【0015】請求項12に記載の本発明の超音波スペク
トラム顕微鏡は、複数の測定点が一直線上に配列されて
なる仮想的なリニア走査ラインが表面に延在する被検体
に対し、各々の測定点に高周波超音波を集束させること
によりリニア走査ラインに沿って被検体をリニア走査
し、各々の測定点から得られた電気信号に基づいて、そ
の強度を周波数の関数として示した強度スペクトラムを
形成する超音波スペクトラム顕微鏡であって;被検体が
載置されるべきテーブルと;第1の送受波手段から送波
されるべき高周波超音波がリニア走査ラインに入射する
ように、且つこの入射波に対する被検体からの反射波が
第2の送受波手段で受波されるように配置される請求項
1乃至9の何れか1項に記載の超音波センサと;この超
音波センサの入力信号としての高周波信号を発振する高
周波発振手段と;上記超音波センサの第1の送受波手段
の少なくとも一部の圧電素子から送波されるべき高周波
超音波が、各々の測定点に集束しながらリニア走査ライ
ンに沿って被検体をリニア走査するように、上記高周波
発振手段の高周波信号に、予め定められた時間差を付与
して第1の送受波手段の少なくとも一部の圧電素子に印
加させる入力信号処理手段と;超音波センサの第2の送
受波手段の圧電素子の出力した電気信号に基づいて、そ
の強度スペクトラムを形成する強度スペクトラム形成手
段とを備えることを特徴とする。
In the ultrasonic spectrum microscope according to the present invention as defined in claim 12, each of the measurement is performed on an object in which a virtual linear scanning line formed by arranging a plurality of measurement points on a straight line extends on the surface. A high-frequency ultrasonic wave is focused on a point to linearly scan the subject along a linear scanning line, and based on the electrical signal obtained from each measurement point, an intensity spectrum showing its intensity as a function of frequency is formed. An ultrasonic spectrum microscope for: a table on which an object is to be placed; a high frequency ultrasonic wave to be transmitted from the first transmitting / receiving means, to be incident on a linear scanning line, and for this incident wave The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 9, which is arranged so that a reflected wave from the subject is received by the second transmitting / receiving means; and an input signal of the ultrasonic sensor. A high-frequency oscillating means for oscillating a high-frequency signal as; a high-frequency ultrasonic wave to be transmitted from at least a part of the piezoelectric elements of the first transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor is linearly focused on each measurement point. An input signal for applying a predetermined time difference to the high-frequency signal of the high-frequency oscillating means and applying it to at least a part of the piezoelectric elements of the first transmitting / receiving means so that the subject is linearly scanned along the scanning line. It is characterized by comprising processing means; and intensity spectrum forming means for forming an intensity spectrum thereof based on the electric signal output from the piezoelectric element of the second wave transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor.

【0016】請求項13記載の本発明の超音波スペクト
ラム顕微鏡は、複数の測定点が一直線上に配列されてな
る仮想的なリニア走査ラインが表面に延在する被検体に
対し、リニア走査ラインに高周波超音波を送波し、その
リニア走査ラインからの反射波に基づいて、各測定点に
ついての反射波出力を形成することにより被検体をリニ
ア走査し、各測定点についての反射波の強度を周波数の
関数として示した強度スペクトラムを形成する超音波ス
ペクトラム顕微鏡であって;被検体が載置されるべきテ
ーブルと;第2の送受波手段から送波されるべき高周波
超音波がリニア走査ラインに入射するように、且つこの
入射波に対する被検体からの反射波が第1の送受波手段
で受波されるように配置される請求項1乃至9の何れか
1項に記載の超音波センサと;高周波信号を発振し、こ
の高周波信号を超音波センサの第2の送受波手段の圧電
素子に印加させる高周波発振手段と;上記超音波センサ
の第1の送受波手段の少なくとも一部の圧電素子から出
力される電気信号に基づいて、各々の測定点から反射さ
れた反射波の強度に対応する電気信号を形成するよう
に、第1の送受波手段の少なくとも一部の圧電素子の反
射波出力に対し、予め定められた時間差を付与して合成
させる出力信号処理手段と;上記合成された反射波出力
に基づいて、その強度スペクトラムを形成する強度スペ
クトラム形成手段とを備えることを特徴とする超音波ス
ペクトラム顕微鏡。
According to the ultrasonic spectrum microscope of the present invention as defined in claim 13, a virtual linear scanning line formed by arranging a plurality of measurement points on a straight line is formed on the surface of a subject having a virtual scanning line. A high-frequency ultrasonic wave is transmitted, and based on the reflected wave from the linear scanning line, the subject is linearly scanned by forming the reflected wave output at each measurement point, and the intensity of the reflected wave at each measurement point is measured. An ultrasonic spectrum microscope for forming an intensity spectrum as a function of frequency; a table on which an object is to be placed; a high frequency ultrasonic wave to be transmitted from a second transmitting and receiving means on a linear scanning line. The ultrasonic sound according to any one of claims 1 to 9, wherein the ultrasonic wave is arranged so as to be incident and the reflected wave from the subject with respect to the incident wave is received by the first wave transmitting / receiving means. A sensor; a high-frequency oscillating means for oscillating a high-frequency signal and applying the high-frequency signal to a piezoelectric element of a second wave transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor; at least a part of the first wave transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor Reflection of the piezoelectric element of at least a part of the first transmitting / receiving means so as to form an electric signal corresponding to the intensity of the reflected wave reflected from each measurement point based on the electric signal output from the piezoelectric element. Output signal processing means for adding a predetermined time difference to the wave output to synthesize the wave output; and intensity spectrum forming means for forming an intensity spectrum of the reflected wave output based on the synthesized reflected wave output. Ultrasonic spectrum microscope.

【0017】これらの超音波スペクトラム顕微鏡は、超
音波センサの第2の送受波手段の圧電素子の出力した電
気信号に基づいて、その位相を周波数の関数として示し
た位相スペクトラムを形成する位相スペクトラム形成手
段を更に備えることが好ましい。
These ultrasonic spectrum microscopes form a phase spectrum, which forms a phase spectrum whose phase is shown as a function of frequency, based on the electric signal output from the piezoelectric element of the second transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor. It is preferable to further comprise means.

【0018】上記高周波発振手段の発振する高周波信号
は、超音波センサの発すべき高周波超音波が広帯域パル
ス波となるように広帯域パルス信号としてもよく、或い
は、超音波センサの発すべき高周波超音波がバースト波
となるように、周波数を掃引しながら発振されるバース
ト信号としてもよい。
The high frequency signal oscillated by the high frequency oscillating means may be a wide band pulse signal so that the high frequency ultrasonic wave emitted by the ultrasonic sensor becomes a wide band pulse wave, or the high frequency ultrasonic wave emitted by the ultrasonic sensor is A burst signal that is oscillated while sweeping the frequency so that it becomes a burst wave may be used.

【0019】被検体表面方向をx−y方向、被検体表面
上のリニア走査ラインの延在方向をy方向とするとき、
リニア走査ラインを被検体表面に沿ってx方向へ移動さ
せるように、上記超音波センサとテーブルとのうちの少
なくとも一方を他方に対して相対的に、且つ機械的に移
動させる移動手段を更に備えてもよい。
When the surface direction of the object is the xy direction and the extending direction of the linear scanning line on the surface of the object is the y direction,
A moving means is further provided for mechanically moving at least one of the ultrasonic sensor and the table relative to the other so as to move the linear scanning line in the x direction along the surface of the subject. May be.

【0020】第2の送受波手段の上記平面状送受波面の
法線方向と被検体表面の法線方向とがなす角度して規定
される入射角または受波角を可変とするように、第2の
送受波手段を被検体表面の法線方向に対して傾動させる
角度制御手段を更に備えてもよい。
In order to make variable the incident angle or the receiving angle defined by the angle formed by the normal line direction of the plane wave transmitting / receiving surface of the second wave transmitting / receiving device and the normal line direction of the object surface, An angle control means for tilting the wave transmitting / receiving means 2 with respect to the normal direction of the surface of the subject may be further provided.

【0021】上記角度制御手段が、リニア走査ラインの
延在方向に平行をなす上記傾動の中心軸線を中心とし
て、第1と第2の送受波手段を一体的に傾動させてもよ
い。
The angle control means may integrally tilt the first and second wave transmitting / receiving means around the tilting central axis which is parallel to the extending direction of the linear scanning line.

【0022】第1と第2の送受波手段を一体的に傾動さ
せる上記角度制御手段が、第1の送受波手段の送波する
超音波の焦点を上記傾動中心軸線上に位置させるよう
に、少なくとも一つの方向へ第1と第2の送受波手段を
一体的に移動させる焦点位置調整手段を備えてもよい。
The angle control means for tilting the first and second wave transmitting / receiving means integrally so that the focal point of the ultrasonic wave transmitted by the first wave transmitting / receiving means is located on the tilt center axis line. A focus position adjusting means for integrally moving the first and second wave transmitting / receiving means in at least one direction may be provided.

【0023】上記焦点位置調整手段が、上記焦点の位置
合わせの際に、上記移動の方向と被検体表面の法線方向
とに直交する方向へ第1と第2の送受波手段を一体的に
傾動させる傾動手段を備えてもよい。
The focus position adjusting means integrally moves the first and second wave transmitting / receiving means in a direction orthogonal to the moving direction and the normal line direction of the surface of the object when the focus is adjusted. A tilting means for tilting may be provided.

【0024】[0024]

【作用】上記の超音波センサによれば、第1の送受波手
段の圧電素子群の各圧電素子が同時に超音波を送波する
とすれば、その超音波は円筒面のレンズ作用により線集
束する。しかし、各圧電素子が超音波を送波する時刻に
適宜な時間差を与えることにより、或る時刻において或
る一つの測定点に超音波を点集束させることができ、こ
の点集束位置を変化させることができる。従って超音波
センサ自体を機械的に二次元走査させることなく、被検
体を走査することができる。
According to the above ultrasonic sensor, assuming that each piezoelectric element of the piezoelectric element group of the first transmitting / receiving means simultaneously transmits ultrasonic waves, the ultrasonic waves are line-focused by the lens action of the cylindrical surface. . However, by giving an appropriate time difference to the time when each piezoelectric element transmits the ultrasonic wave, the ultrasonic wave can be point-focused at a certain measurement point at a certain time, and this point-focused position is changed. be able to. Therefore, the subject can be scanned without mechanically two-dimensionally scanning the ultrasonic sensor itself.

【0025】また、この超音波センサを用いた超音波ス
ペクトラム顕微鏡によれば、上記のように被検体を走査
しながら各測定点からの反射波強度を得ることにより、
その強度を周波数の関数として示したスペクトラム強度
分布が形成される。
Further, according to the ultrasonic spectrum microscope using this ultrasonic sensor, by obtaining the reflected wave intensity from each measurement point while scanning the subject as described above,
A spectrum intensity distribution is formed whose intensity is shown as a function of frequency.

【0026】[0026]

【実施例】図1は本発明の一実施例に係る超音波スペク
トラム顕微鏡を概略的に示す。超音波スペクトラム顕微
鏡(Ultrasonic Micro Spectrometer;以下、UMSMと
略記す)はX方向に駆動可能なテーブル110を備え
る。このテーブル110には被検体20が載置されてい
る。ここでテーブル110の駆動方向Xに対し、その法
線方向をZ方向、これらX方向及びZ方向に直交する方
向をY方向とするXYZ座標系を定義する。また、被検
体表面20aがなす面をxy平面、その法線方向をz方
向とするxyz座標系を定義する。但し、図1において
は、これらXYZ座標系とxyz座標系とは一致してい
るものとする。
FIG. 1 schematically shows an ultrasonic spectrum microscope according to an embodiment of the present invention. An ultrasonic spectrum microscope (hereinafter, abbreviated as UMSM) includes a table 110 that can be driven in the X direction. The subject 20 is placed on the table 110. Here, with respect to the driving direction X of the table 110, an XYZ coordinate system in which the normal direction is the Z direction and the direction orthogonal to these X and Z directions is the Y direction is defined. Further, an xyz coordinate system in which the plane formed by the subject surface 20a is the xy plane and the normal direction is the z direction is defined. However, in FIG. 1, it is assumed that the XYZ coordinate system and the xyz coordinate system coincide with each other.

【0027】被検体20の表面20aには、y方向に延
在する仮想的なリニア走査ライン20bが規定される。
このリニア走査ライン20bに沿って、UMSMによる
被検体20のリニア走査が実行される。このリニア走査
は、後述のようにUMSMの超音波センサ1の機械的な
走査を伴わず、電気的な信号処理により実行される。U
MSMに用いられる本発明の超音波センサ1は、集束ト
ランスジューサ12と平面トランスジューサ14との対
からなる送受独立型センサである。
A virtual linear scanning line 20b extending in the y direction is defined on the surface 20a of the subject 20.
A linear scan of the subject 20 is performed by the UMSM along the linear scan line 20b. This linear scanning is executed by electrical signal processing without mechanical scanning of the ultrasonic sensor 1 of the UMSM as described later. U
The ultrasonic sensor 1 of the present invention used in the MSM is a transmission / reception independent sensor including a pair of a focusing transducer 12 and a plane transducer 14.

【0028】集束トランスジューサ12は円筒面状の超
音波送受波面16を有し、平面トランスジューサ14は
平面の超音波送受波面18を有する。
The focusing transducer 12 has a cylindrical ultrasonic wave transmitting / receiving surface 16, and the plane transducer 14 has a flat ultrasonic wave transmitting / receiving surface 18.

【0029】これらトランスジューサ12,14は、そ
の一方から被検体表面20a上のリニア走査ライン20
bに送波された超音波に対する反射波が他方で受波され
るように配置される。
These transducers 12 and 14 are connected to one of the linear scanning lines 20 on the surface 20a of the subject.
It is arranged so that the reflected wave with respect to the ultrasonic wave transmitted to b is received by the other.

【0030】また、平面トランスジューサ14の平面1
8の法線と被検体表面20aの法線とは鋭角θをなす
が、この鋭角θは平面トランスジューサ14を送波側に
用いた場合は入射角、受波側に用いた場合は受信角(検
出角)である。
Further, the plane 1 of the plane transducer 14
The normal line 8 and the normal line to the surface 20a of the subject form an acute angle θ. This acute angle θ is the incident angle when the plane transducer 14 is used on the transmitting side, and the receiving angle (when the plane transducer 14 is used on the receiving side ( Detection angle).

【0031】これらトランスジューサ12,14は、何
れも超音波の送波側と受波側とを兼ねるが、図1では前
者を送波側、後者を受波側とした例を示している。
Each of these transducers 12 and 14 serves both as the ultrasonic wave transmitting side and the ultrasonic wave receiving side, but FIG. 1 shows an example in which the former is the transmitting side and the latter is the receiving side.

【0032】これらトランスジューサ12,14の超音
波送受波面16,18と被検体20との間には超音波伝
播媒体としての水(図示せず)が介在されている。
Water (not shown) as an ultrasonic wave propagation medium is interposed between the ultrasonic wave transmitting / receiving surfaces 16 and 18 of the transducers 12 and 14 and the subject 20.

【0033】集束トランスジューサ12は、特に図2に
示すように、圧電素子群22を有するアレイ形トランス
ジューサである。圧電素子群22は、例えば100本の
帯状の圧電素子24が互いに独立に圧電効果を生起する
ように、その長手方向で互いに平行に、且つ円筒面16
の長手方向、即ちY方向に沿ってアレイ状に並べられて
なる。圧電素子群22を形成する複数の圧電素子24
は、複数の帯状の上部電極26と、一枚の平板状の下部
電極28との間に、一枚の平板状の圧電体30を挟んで
なる。上部電極26は例えばメッキで形成され、下部電
極28は例えば蒸着、メッキで形成される。
The focusing transducer 12 is an array type transducer having a piezoelectric element group 22, particularly as shown in FIG. The piezoelectric element group 22 includes, for example, 100 strip-shaped piezoelectric elements 24, which are parallel to each other in the longitudinal direction of the cylindrical surface 16 so that the piezoelectric elements 24 independently generate each other.
Are arranged in an array along the longitudinal direction, that is, the Y direction. A plurality of piezoelectric elements 24 forming the piezoelectric element group 22
Is a plate-shaped piezoelectric body 30 sandwiched between a plurality of strip-shaped upper electrodes 26 and a plate-shaped lower electrode 28. The upper electrode 26 is formed by, for example, plating, and the lower electrode 28 is formed by, for example, vapor deposition or plating.

【0034】圧電素子群22の各素子24は、その長手
方向長さが例えば50mm、その幅、即ち上部電極26
の幅が例えば80μmである。隣接し合う二つの素子2
4間の中心間隔、即ち各上部電極26間の中心間隔Δd
は等間隔であり、例えば100μmである。
Each element 24 of the piezoelectric element group 22 has a longitudinal length of, for example, 50 mm and its width, that is, the upper electrode 26.
Has a width of, for example, 80 μm. Two adjacent elements 2
4, the center distance between the upper electrodes 26, that is, the center distance Δd between the upper electrodes 26.
Are equally spaced, for example 100 μm.

【0035】下部電極28の下面には遅延材32aが貼
着され、この遅延材32aの下端には上記円筒面16が
形成されている。この円筒面16の集束半径は例えば1
0mmである。
A delay material 32a is attached to the lower surface of the lower electrode 28, and the cylindrical surface 16 is formed at the lower end of the delay material 32a. The focusing radius of this cylindrical surface 16 is, for example, 1
It is 0 mm.

【0036】一方、平面トランスジューサ14は、例え
ば単独の平板状の圧電素子40を有し、この圧電素子4
0は、上下一対の平板状の電極42,44の間に一枚の
平板状の圧電体46を挟んでなる。下部電極44の下面
には遅延材32bが貼着され、この遅延材32bの下端
には上記平面18が形成されている。尚、図示の例で
は、平面トランスジューサ14の遅延材32bと集束ト
ランスジューサ12の遅延材32aとは、中間部遅延材
32cを介して一体的に形成されている。
On the other hand, the flat transducer 14 has, for example, a single flat plate-shaped piezoelectric element 40.
In the case of 0, a flat plate-shaped piezoelectric body 46 is sandwiched between a pair of upper and lower flat plate-shaped electrodes 42 and 44. A delay material 32b is attached to the lower surface of the lower electrode 44, and the flat surface 18 is formed at the lower end of the delay material 32b. In the illustrated example, the delay member 32b of the flat transducer 14 and the delay member 32a of the focusing transducer 12 are integrally formed via the intermediate delay member 32c.

【0037】各トランスジューサ12,14の電極2
6,28,42,44は例えば5000オングストロー
ム厚の金箔であり、圧電体30,40は例えば30μm
厚のP(VDF−TrFE)有機膜、遅延材32a,3
2b,32cは例えば溶融石英である。
Electrode 2 of each transducer 12, 14
6, 28, 42 and 44 are, for example, 5000 Å thick gold foils, and the piezoelectric bodies 30 and 40 are, for example, 30 μm.
Thick P (VDF-TrFE) organic film, delay material 32a, 3
2b and 32c are, for example, fused quartz.

【0038】各トランスジューサ12,14の形状は図
示したものに限定されるものではない。例えば遅延材3
2a,32b,32cは必ずしも用いる必要はない。こ
こで遅延材32aを用いない場合、集束トランスジュー
サ12の円筒面16は、電極26,28及び圧電体30
を円筒面状に湾曲させることにより形成できる。
The shapes of the transducers 12 and 14 are not limited to those shown in the figure. For example, delay material 3
2a, 32b and 32c do not necessarily have to be used. If the delay member 32a is not used here, the cylindrical surface 16 of the focusing transducer 12 has the electrodes 26, 28 and the piezoelectric body 30.
Can be formed by bending into a cylindrical shape.

【0039】また、集束トランスジューサ12の電極2
6と電極28との上下関係を逆にしてもよい。つまり、
円筒面16側に帯状の電極26を設けてもよい。この場
合、各トランスジューサ12,14の保持部材(図示せ
ず)または32a,32bを導電部材で形成することに
より、これらに電極の役割を兼ねさせることもできる。
更に、各トランスジューサ12,14の水に接する部分
は、例えば膜厚1μmの不導体有機膜からなる防水膜
(図示せず)で被覆することが望ましい。
Further, the electrode 2 of the focusing transducer 12
The vertical relationship between 6 and the electrode 28 may be reversed. That is,
A strip electrode 26 may be provided on the side of the cylindrical surface 16. In this case, a holding member (not shown) or 32a, 32b of each of the transducers 12 and 14 may be formed of a conductive member so that they also serve as electrodes.
Further, it is desirable that the portions of the transducers 12 and 14 that come into contact with water be covered with a waterproof film (not shown) made of a non-conductive organic film having a thickness of 1 μm, for example.

【0040】集束トランスジューサ12の各圧電素子2
4には、入力信号処理回路34aの出力端が接続されて
いる。この入力信号処理回路34aは、各圧電素子24
に対応した遅延素子36aと、これら遅延素子36aに
よる時間差を制御する制御部36bとを有する。また、
この入力信号処理回路34aの入力端には、パルサー3
8が接続されている。
Each piezoelectric element 2 of the focusing transducer 12
An output terminal of the input signal processing circuit 34a is connected to 4. This input signal processing circuit 34a is provided for each piezoelectric element 24.
And a control unit 36b that controls a time difference due to the delay elements 36a. Also,
The pulsar 3 is connected to the input terminal of the input signal processing circuit 34a.
8 is connected.

【0041】パルサー38は、各帯状圧電素子24の駆
動電圧として例えば広帯領域パルス信号を発生する。こ
のパルス信号は、入力信号処理回路34aで時間差を与
えられた後、各帯状圧電素子24の一対の電極26,2
8間に印加される。これにより、各帯状圧電素子24か
ら遅延材32aへ平面波が発せられる。この平面波は遅
延材32aの下端の円筒面16のレンズ作用により集束
波とされて円筒面16から送波される。この超音波は水
を介して被検体表面20aに入射し、ライン20bへ線
集束される。
The pulsar 38 generates, for example, a wide band pulse signal as a drive voltage for each band-shaped piezoelectric element 24. This pulse signal is given a time difference in the input signal processing circuit 34a, and then, the pair of electrodes 26, 2 of each strip-shaped piezoelectric element 24.
It is applied between 8 times. As a result, a plane wave is emitted from each band-shaped piezoelectric element 24 to the delay member 32a. This plane wave is made a focused wave by the lens action of the cylindrical surface 16 at the lower end of the delay member 32a and is transmitted from the cylindrical surface 16. This ultrasonic wave is incident on the surface 20a of the subject through water and is focused on the line 20b.

【0042】平面トランスジューサ14には、アンプ5
0、オシロスコープ52、FFTアナライザ54、CR
T56が順に接続されている。
The plane transducer 14 includes an amplifier 5
0, oscilloscope 52, FFT analyzer 54, CR
T56 is connected in order.

【0043】集束トランスジューサ12からの被検体2
0への入射波は、被検体20で反射して水を介して平面
トランスジューサ14の受波面18で受波され、電気信
号に変換される。この電気信号はアンプ50で増幅され
てオシロスコープ52へ与えられる。オシロスコープ5
2は与えられた電気信号の時間波形を形成し、FFTア
ナライザ54へ与える。FFTアナライザ54は与えら
れた時間波形に高速フーリエ変換を施すことにより、反
射波の強度を周波数の関数として示したスペクトラム強
度分布を形成する。更に、反射波の位相を周波数の関数
として示したスペクトラム位相分布を形成してもよい。
これら形成されたスペクトラム強度分布、スペクトラム
位相分布はCRT56に表示される。
Subject 2 from Focusing Transducer 12
The incident wave to 0 is reflected by the subject 20 and received by the wave receiving surface 18 of the flat transducer 14 via water, and converted into an electric signal. This electric signal is amplified by the amplifier 50 and given to the oscilloscope 52. Oscilloscope 5
2 forms a time waveform of the supplied electric signal and supplies it to the FFT analyzer 54. The FFT analyzer 54 forms a spectrum intensity distribution showing the intensity of the reflected wave as a function of frequency by applying a fast Fourier transform to the given time waveform. Further, a spectrum phase distribution in which the phase of the reflected wave is shown as a function of frequency may be formed.
The spectrum intensity distribution and spectrum phase distribution thus formed are displayed on the CRT 56.

【0044】次に、上記のようなUMSMによるリニア
走査について説明する。
Next, the linear scanning by the above UMSM will be described.

【0045】図3に示すように、集束トランスジューサ
12の圧電素子群22のうちの連続的に並べられたN個
の圧電素子24を考える。説明を簡単にするために、図
3に示す圧電素子群22は遅延材32aを有さず、圧電
素子群22自体が円筒面16を形成するように屈曲され
ているものとする。
As shown in FIG. 3, consider N piezoelectric elements 24 arranged in series in the piezoelectric element group 22 of the focusing transducer 12. For simplification of explanation, it is assumed that the piezoelectric element group 22 shown in FIG. 3 does not have the delay member 32a and that the piezoelectric element group 22 itself is bent so as to form the cylindrical surface 16.

【0046】この図3において、後述の距離nの位置に
中線を持つ圧電素子24は符号En で示されている。こ
こで距離nは、圧電素子En の形成される面上で焦点に
最も近い位置を0とし、この位置と各素子Enの中線と
の間のアレイ状配列方向に沿った距離である。説明を簡
単にするために、n=0の位置に中線を持つ素子E0
図示の右側の素子の距離nは順次に、1,2,3,…同
様に、0番目の素子E0 の図示の左側の素子の距離nは
順次に、−1,−2,−3,…とする。また、各々の素
子En に最も近い測定点をPn で示す。
In FIG. 3, the piezoelectric element 24 having a center line at a position of a distance n, which will be described later, is indicated by a symbol E n . Here, the distance n is a distance along the array arrangement direction between the position and the median of each element E n , where 0 is the position closest to the focus on the surface where the piezoelectric elements E n are formed. . For simplification of description, the distance n between the elements E 0 having the center line at the position n = 0 on the right side of the figure is sequentially 1, 2, 3, ... Similarly, the 0th element E 0. The distances n of the elements on the left side of the figure are sequentially -1, -2, -3, ... The measurement point closest to each element E n is indicated by P n .

【0047】N個の素子Eが同時に超音波を発した場合
は、N個の素子Eの超音波送波面16は円筒面であるか
ら、N個の素子Eの超音波は走査ライン20bに線集束
する。ここで或る時刻において、集束トランスジューサ
12のN個の素子Eからそれぞれ独立に発せられた超音
波をライン20b上のある一つの測定点のみに点集束さ
せ、この一つの測定点からの反射波を平面トランスジュ
ーサ14に受波させるためには、N個の素子En の各々
に印加されるべきパルス信号に時間差を加えてやればよ
い。
When the N elements E simultaneously emit ultrasonic waves, the ultrasonic wave transmitting surface 16 of the N elements E is a cylindrical surface, so the ultrasonic waves of the N elements E are transmitted to the scanning line 20b. Focus. Here, at a certain time, the ultrasonic waves independently emitted from the N elements E of the focusing transducer 12 are focused on only one measurement point on the line 20b, and the reflected wave from this one measurement point is focused. In order to be received by the planar transducer 14, a time difference may be added to the pulse signals to be applied to each of the N elements E n .

【0048】例えばN個の素子En からの超音波をリニ
ア走査ライン20b上の測定点P0 に点集束させる場合
を考える。この場合、N個の素子En のうち、測定点P
0 の直上の一つの素子E0 は時間差を与える必要がな
い。そこで、この素子E0 を基準として時間差を与える
べき順序を考えればよい。
For example, consider a case where the ultrasonic waves from the N elements E n are focused on the measurement point P 0 on the linear scanning line 20b. In this case, of the N elements E n , the measurement point P
One element E 0 immediately above 0 does not need to give a time difference. Therefore, it suffices to consider the order in which the time difference should be given with reference to the element E 0 .

【0049】0番目の素子E0 から測定点P0 までの超
音波伝播距離をL0 とすると、素子En から測定点P0
までの超音波伝播距離Ln は、直角三角形の定理より、 Ln ={L0 2 +n2 1/2 −L0 である。
When the ultrasonic wave propagation distance from the 0th element E 0 to the measurement point P 0 is L 0 , the element E n to the measurement point P 0
The ultrasonic propagation distance L n up to is L n = {L 0 2 + n 2 } 1/2 −L 0 from the right-angled triangle theorem.

【0050】この超音波伝播距離Ln を各素子En から
発せられた超音波が伝播するのに要する時間tLnは、t
Ln=Ln /Vであるから、 tLn=[{L0 2 +n2 1/2 −L0 ] /V で与えられる。ここでVは超音波伝播媒体中の音速であ
り、本実施例では水中の音速Vw である。従って、N個
の各素子En に与えるべき時間差τn は次式で与えられ
る。
The time t Ln required for the ultrasonic wave emitted from each element E n to propagate through this ultrasonic wave propagation distance L n is t
Because it is Ln = L n / V, it is given by t Ln = [{L 0 2 + n 2} 1/2 -L 0] / V. Here, V is the speed of sound in the ultrasonic wave propagating medium, and is the speed of sound V w in water in this embodiment. Therefore, the time difference τ n to be given to each of the N elements E n is given by the following equation.

【0051】[0051]

【数1】 [Equation 1]

【0052】一方、集束トランスジューサ12が例えば
図1に示すような遅延材32aを有する場合は、この遅
延材32aによる超音波の遅延を考慮する必要がある。
この場合、N個の各素子En に与えるべき時間差τn
次式で与えられる。
On the other hand, when the focusing transducer 12 has the delay member 32a as shown in FIG. 1, it is necessary to consider the delay of the ultrasonic wave by the delay member 32a.
In this case, the time difference τ n to be given to each of the N elements E n is given by the following equation.

【0053】[0053]

【数2】 [Equation 2]

【0054】但し、Ln ′,D′は次式を満たす。However, L n ′ and D ′ satisfy the following equation.

【0055】[0055]

【数3】 [Equation 3]

【0056】ここでVp は遅延材32a中の音速、Dは
遅延材の厚み、Ln ′,D′はそれぞれ素子En から測
定点Pn までの超音波の伝播可能な経路のうち、伝播時
間が最短となる超音波伝播媒体中の伝播距離、及び遅延
材32a中の伝播距離である。
Here, V p is the speed of sound in the delay material 32a, D is the thickness of the delay material, and L n ′ and D ′ are the paths in which ultrasonic waves can propagate from the element E n to the measurement point P n . They are the propagation distance in the ultrasonic propagation medium and the propagation distance in the delay material 32a that have the shortest propagation time.

【0057】この遅延時間τn を入力信号処理回路34
aによりパルス信号に加えることにより、超音波センサ
1自体を機械的に移動させることなく、測定点P0 へ超
音波を点集束させることができ、この測定点P0 におけ
る反射波を受波角Δθにて受波できる。また、他の各測
定点Pn に最も近接した素子をそれぞれ0番目として上
記[i] または[ii]式に従った時間差を与えることによ
り、点集束位置を各測定点Pn に移動させることができ
る。これにより、超音波センサ1の機械的な走査機構を
必要とせずに、被検体20をリニア走査して各測定点の
スペクトラム強度分布、スペクトラム位相分布を測定で
きる。
This delay time τ n is used as the input signal processing circuit 34.
By adding to the pulse signal by a, the ultrasonic wave can be point-focused to the measurement point P 0 without mechanically moving the ultrasonic sensor 1 itself, and the reflected wave at the measurement point P 0 can be received at an angle of reception. Can be received at Δθ. Further, the point focusing position is moved to each measurement point P n by setting the element closest to each other measurement point P n as the 0th element and giving a time difference according to the above formula [i] or [ii]. You can As a result, the spectrum intensity distribution and the spectrum phase distribution at each measurement point can be measured by linearly scanning the subject 20 without requiring the mechanical scanning mechanism of the ultrasonic sensor 1.

【0058】尚、入力信号処理回路34aに代えて、適
当な演算器により上記[i] または[ii]式の時間差の付与
を実行する構成としてもよい。
Incidentally, instead of the input signal processing circuit 34a, it is also possible to adopt a configuration in which the time difference given by the above formula [i] or [ii] is executed by an appropriate arithmetic unit.

【0059】この第1実施例のUMSMを用いた一測定
例について説明する。UMSMでは、被検体に形成され
た膜の厚さを、スペクトラム強度分布上の強度極小部の
周波数またはスペクトラム位相分布上の位相変化部の周
波数fと、被検体及び超音波伝播媒体の弾性的性質等で
定まる定数Cとの比として求めることができる。
A measurement example using the UMSM of the first embodiment will be described. In UMSM, the thickness of the film formed on the subject is determined by the frequency of the minimum intensity portion on the spectrum intensity distribution or the frequency f of the phase change portion on the spectrum phase distribution, and the elastic properties of the subject and the ultrasonic propagation medium. It can be obtained as a ratio with a constant C determined by

【0060】この測定例では被検体20として、42N
i−Fe合金の基板表面上に金の薄膜が形成されたもの
を用い、その金膜の厚さを求めた。
In this measurement example, the object 20 is 42N.
The thickness of the gold film was determined by using a gold thin film formed on the surface of the i-Fe alloy substrate.

【0061】超音波センサ1は、平面トランスジューサ
14の超音波検出角が30°となるように配置した。時
間差は上記[ii]式に従った。
The ultrasonic sensor 1 is arranged so that the ultrasonic wave detection angle of the flat transducer 14 is 30 °. The time difference was according to the above formula [ii].

【0062】この測定例により得られたスペクトラム強
度分布とスペクトラム位相分布とをそれぞれ図4
(A)、図4(B)に示す。
The spectrum intensity distribution and spectrum phase distribution obtained by this measurement example are shown in FIG.
(A) and FIG. 4 (B) are shown.

【0063】これらの図に明らかなように、スペクトラ
ム強度分布では周波数10MHzに強度極小が出現し、
スペクトラム位相分布でも周波数10MHzに位相の変
化が出現している。これは、超音波検出角(または入射
角)が30°の場合には、周波数10MHz成分の超音
波により、被検体表面20aに弾性表面波が励起されて
いることを示す。この測定例における定数Cを公知のデ
ータより300とすると、被検体20の金の膜厚d
g は、 dg =C/f=300/10=30[μm] と求められた。
As is clear from these figures, in the spectrum intensity distribution, an intensity minimum appears at a frequency of 10 MHz,
Even in the spectrum phase distribution, a phase change appears at a frequency of 10 MHz. This indicates that when the ultrasonic wave detection angle (or incident angle) is 30 °, surface acoustic waves are excited on the surface 20a of the object to be inspected by ultrasonic waves having a frequency of 10 MHz. Assuming that the constant C in this measurement example is 300 from known data, the gold film thickness d of the subject 20 is
g was calculated as d g = C / f = 300/10 = 30 [μm].

【0064】図5は本発明の第2実施例のUMSMを概
略的に示す。このUMSMの送受独立型超音波センサ1
は、トランスジューサ12,14の構造については上記
図1のセンサ1と同様である。但し、アレイ形集束トラ
ンスジューサ12を受波側、上記平面トランスジューサ
14を送波側に用いている。このようなセンサ1によれ
ば、広帯域パルス波を使用した場合には、平面トランス
ジューサ14から超音波を1回送波するだけで、アレイ
形集束トランスジューサ12は、被検体20上の任意の
測定点からの反射波の信号を出力することができる。
FIG. 5 schematically shows a UMSM of the second embodiment of the present invention. This UMSM transmission / reception independent ultrasonic sensor 1
The structure of the transducers 12 and 14 is similar to that of the sensor 1 shown in FIG. However, the array-type focusing transducer 12 is used on the receiving side and the plane transducer 14 is used on the transmitting side. According to such a sensor 1, when a wideband pulse wave is used, the array type focusing transducer 12 can be transmitted from an arbitrary measuring point on the subject 20 by only transmitting the ultrasonic wave once from the planar transducer 14. The reflected wave signal of can be output.

【0065】図5において、平面トランスジューサ14
にはパルサー38が接続されている。パルサー38の発
する広帯域パルス信号は、圧電素子40の上下一対の電
極42,44間に印加される。これにより、平面トラン
スジューサ14から超音波が送波され、水を介して被検
体20の表面に入射角Δθで入射され、ここで反射され
る。
In FIG. 5, the planar transducer 14
A pulsar 38 is connected to the. The broadband pulse signal generated by the pulsar 38 is applied between the pair of upper and lower electrodes 42, 44 of the piezoelectric element 40. As a result, an ultrasonic wave is transmitted from the flat transducer 14, is incident on the surface of the subject 20 through water at an incident angle Δθ, and is reflected here.

【0066】この反射波が受波されるアレイ形集束トラ
ンスジューサ12の各帯状圧電素子24には、それぞれ
アンプ58、出力信号処理回路34bの遅延素子36a
が接続されている。更に出力信号処理回路34bの出力
側には、オシロスコープ52、FFTアナライザ54、
CRT56が順に接続されている。
An amplifier 58 and a delay element 36a of the output signal processing circuit 34b are respectively provided in the respective band-shaped piezoelectric elements 24 of the array type focusing transducer 12 which receives the reflected wave.
Are connected. Further, on the output side of the output signal processing circuit 34b, an oscilloscope 52, an FFT analyzer 54,
The CRT 56 is sequentially connected.

【0067】アレイ形集束トランスジューサ12の各圧
電素子24は、受波した反射波を電気信号に変換し、各
々に対応するアンプ58へ出力する。アンプ58は電気
信号を増幅して出力信号処理回路34bの遅延素子36
aへ与える。出力信号処理回路34bは、遅延制御部3
6bの制御により、各時間波形に上記[ii]式で与えられ
る時間差τn を与えた後、各時間波形を合成し、この合
成波形を出力する。
Each piezoelectric element 24 of the array type focusing transducer 12 converts the received reflected wave into an electric signal and outputs the electric signal to the corresponding amplifier 58. The amplifier 58 amplifies the electric signal and delays the delay element 36 of the output signal processing circuit 34b.
give to a. The output signal processing circuit 34b includes the delay control unit 3
By the control of 6b, each time waveform is given the time difference τ n given by the above equation [ii], and then each time waveform is synthesized, and this synthesized waveform is output.

【0068】出力信号処理回路34bの出力する合成波
形は、0番目の素子24の直下における測定点からの反
射波出力に相当する。従って、出力信号処理回路34b
はE(n=0) とすべき素子24の位置に応じて各測定点P
n における入射角θの入射波に対する反射波出力を出力
することができる。この反射波出力に基づいて、上記図
1の例と同様にオシロスコープ52、FFTアナライザ
54を経てスペクトラム強度分布、スペクトラム位相分
布が形成され、CRT56に表示される。
The combined waveform output from the output signal processing circuit 34b corresponds to the reflected wave output from the measurement point immediately below the 0th element 24. Therefore, the output signal processing circuit 34b
Is the measurement point P depending on the position of the element 24 which should be E (n = 0)
It is possible to output a reflected wave output for an incident wave having an incident angle θ at n . Based on the output of this reflected wave, a spectrum intensity distribution and a spectrum phase distribution are formed through the oscilloscope 52 and the FFT analyzer 54 as in the example of FIG. 1, and displayed on the CRT 56.

【0069】この第2実施例におけるアレイ形集束トラ
ンスジューサ12の出力側の構成は、図6に示す構成に
代えてもよい。この例では、平面トランスジューサ14
に広帯域パルス信号を印加するパルサー38からのトリ
ガー信号により、スイッチ51が各圧電素子24の出力
波形を順次にアンプ53に切り換える。このアンプ53
で増幅された各圧電素子24の出力波形から、デジタル
オシロスコープ55にて各測定点の反射波形に相当する
波形が形成され、波形記憶器57に記憶される。
The structure of the output side of the array type focusing transducer 12 in the second embodiment may be replaced with the structure shown in FIG. In this example, the planar transducer 14
The switch 51 sequentially switches the output waveform of each piezoelectric element 24 to the amplifier 53 by the trigger signal from the pulsar 38 that applies the broadband pulse signal to the. This amplifier 53
From the output waveform of each piezoelectric element 24 amplified in step 1, a waveform corresponding to the reflection waveform of each measurement point is formed by the digital oscilloscope 55 and stored in the waveform storage 57.

【0070】この記憶された波形は、意図した測定点か
らの反射波が得られるように、演算器59にて時間差τ
n が与えられて合成される。この合成波形に基づいて、
演算器59はスペクトラム強度分布、スペクトラム位相
分布を形成し、これらがCRT56に表示される。この
図6のようなアレイ形集束トランスジューサ12の出力
側の構成は、図5の構成に比べて単純化できる。
This stored waveform is calculated by the computing unit 59 so that the reflected wave from the intended measurement point can be obtained.
Given n, they are synthesized. Based on this composite waveform,
The calculator 59 forms a spectrum intensity distribution and a spectrum phase distribution, which are displayed on the CRT 56. The configuration of the output side of the array type focusing transducer 12 as shown in FIG. 6 can be simplified as compared with the configuration of FIG.

【0071】また、繰り返し電気信号を発振しながらス
イッチ51の切り換えにより各素子24からの波形を採
取する代わりに、ディジタルオシロスコープ等の波形採
取装置を素子24の数と同数台配置して、各素子24か
らの波形を一度に採取する構成としてもよい。
Further, instead of sampling the waveform from each element 24 by switching the switch 51 while repeatedly oscillating an electric signal, a waveform sampling device such as a digital oscilloscope is arranged in the same number as the number of the elements 24 and each element is arranged. The waveform from 24 may be collected at one time.

【0072】上記の第2実施例によるUMSMを用いた
一測定例について説明する。この測定例では、被検体2
0として42Ni−Fe合金の基板表面上に金の薄膜が
形成されたものを用い、その表面20aに励起されるレ
ーリー波の位相速度を測定した。
An example of measurement using the UMSM according to the second embodiment will be described. In this measurement example, the subject 2
As 0, a substrate in which a gold thin film was formed on the surface of a 42Ni—Fe alloy substrate was used, and the phase velocity of the Rayleigh wave excited on the surface 20a was measured.

【0073】先ず平面トランスジューサ14から送波さ
れる超音波の被検体表面20aに対する入射角を変化さ
せながら、その異なる入射角に対するリニア走査ライン
20b上の一つの測定点についての反射波合成波形を形
成し、そのスペクトラム強度分布、スペクトラム位相分
布を形成した。ここで時間差は上記[ii]式に従った。ま
た、入射角を変化させる手段としては、後述のθステー
ジ82(図8参照)を使用できる。
First, while changing the incident angle of the ultrasonic wave transmitted from the flat transducer 14 with respect to the surface 20a of the object to be examined, a reflected wave composite waveform for one measurement point on the linear scanning line 20b for the different incident angle is formed. Then, the spectrum intensity distribution and the spectrum phase distribution were formed. Here, the time difference complies with the above equation [ii]. Further, a θ stage 82 (see FIG. 8) described later can be used as a means for changing the incident angle.

【0074】次に、測定されたスペクトラム位相分布の
うち、周波数20MHz成分の位相の変化を入射角に対
してプロットしたところ、図7に示す特性が得られた。
Next, when the change in the phase of the frequency 20 MHz component in the measured spectrum phase distribution was plotted against the incident angle, the characteristics shown in FIG. 7 were obtained.

【0075】図7に明らかなように、入射角23度にて
微小測定点からの反射波の位相が回転していることが解
る。これは弾性表面波であるレーリー波が入射角23度
で励起されたことを示す。その結果、被検体20の位相
速度Vphase は、超音波伝播媒体(この例では水)中の
音速を1500m/secとして、スネルの法則によ
り、 Vphase =1500/sin(23) =3846[m/sec] と求められた。以上は、リニア走査ライン20b上の一
つの測定点についてのレーリー波の位相速度の測定例で
あるが、他の測定点の位相速度は、再度の超音波送波を
必要とすることなく測定可能である。即ち、上記[ii]式
において、n=0とする波形を演算で移動させることに
より他の測定点の反射波合成波形を形成し、それに基づ
いて他の測定点の位相速度を測定できる。
As is apparent from FIG. 7, it is understood that the phase of the reflected wave from the minute measurement point is rotated at the incident angle of 23 degrees. This indicates that the Rayleigh wave, which is a surface acoustic wave, was excited at an incident angle of 23 degrees. As a result, the phase velocity V phase of the subject 20 is V phase = 1500 / sin (23) = 3846 [m according to Snell's law, assuming that the speed of sound in the ultrasonic propagation medium (water in this example) is 1500 m / sec. / Sec] was required. The above is an example of measuring the phase velocities of Rayleigh waves at one measurement point on the linear scanning line 20b, but the phase velocities at other measurement points can be measured without the need for another ultrasonic wave transmission. Is. That is, in the above formula [ii], the reflected wave composite waveform of another measurement point is formed by moving the waveform with n = 0 by calculation, and the phase velocity of the other measurement point can be measured based on it.

【0076】上記各実施例における平面トランスジュー
サ14は、その長手方向の幅Lが、下式、 L≧(1/sin β)・(V/ω)……(2-1) (但し、Vは超音波伝播媒質中の音速度であって、上記
各実施例においては水中の音速度VW 、ωは超音波セン
サーの送波する超音波の時間周波数、または周波数分布
の周波数の最小値、βは超音波センサの入射角選択能力
を表す値)を満足することが望ましい。
In the planar transducer 14 in each of the above-mentioned embodiments, the width L in the longitudinal direction is expressed by the following formula: L ≧ (1 / sin β) · (V / ω) (2-1) (where V is The sound velocity in the ultrasonic wave propagation medium, in the above embodiments, the sound velocity V W in water, ω is the time frequency of the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic sensor, or the minimum value of the frequency of the frequency distribution, β Is preferably a value representing the incident angle selection ability of the ultrasonic sensor).

【0077】これについて、第1実施例における超音波
センサ1(図1)を用いて説明する。図8において、被
検体表面20aによって定義される平面トランスジュー
サ14の入射角θは、平面トランスジューサ14の法線
1 と被検体表面20aの法線N2 とがなす角度であ
る。この図5に示すように、平面トランスジューサ14
に受波されるべき超音波に、この入射角θから角度αだ
けずれている入射角成分が生じているとする。この場合
の超音波センサ1の反射波出力は、図9及び図10に示
すようになることが知られている。
This will be described using the ultrasonic sensor 1 (FIG. 1) in the first embodiment. In FIG. 8, the incident angle θ of the flat transducer 14 defined by the surface 20a of the subject is the angle between the normal N 1 of the flat transducer 14 and the normal N 2 of the surface 20a of the subject. As shown in FIG. 5, the planar transducer 14
It is assumed that the ultrasonic wave to be received by the antenna has an incident angle component deviated from the incident angle θ by an angle α. It is known that the reflected wave output of the ultrasonic sensor 1 in this case is as shown in FIGS. 9 and 10.

【0078】α=0の場合は、平面トランスジューサ1
4に垂直に超音波が入射する場合に相当する。幅Lが大
きい場合、超音波センサ1の出力は、αが小さくても急
激に減少し、一般にα=βの角度で出力が極小となる。
ここでβは、次式を満たすことが図11より明らかであ
る。 β=Sin -1(λ/L)……(2-2) ここでλは超音波の波長であり、λ=V/ω、即ち上記
各実施例においてはλ=VW /ωである。
When α = 0, the plane transducer 1
This corresponds to the case where an ultrasonic wave is vertically incident on the beam No. 4. When the width L is large, the output of the ultrasonic sensor 1 sharply decreases even if α is small, and generally the output becomes minimum at the angle α = β.
Here, it is clear from FIG. 11 that β satisfies the following equation. β = Sin −1 (λ / L) (2-2) where λ is the wavelength of the ultrasonic wave, and λ = V / ω, that is, λ = V W / ω in each of the above embodiments.

【0079】この(2-2) 式で求められる角度βだけ入射
角θからずれた超音波の入射角成分は、平面トランスジ
ューサ14の幅L全体に亘る位相干渉により極小とな
る。即ち、βは、θ±βの範囲の超音波の入射角成分の
みを超音波センサ1が大きな強度を持って出力し得るこ
とを示すパラメータである。ここでβを入射角度選択能
力と定義すると、入射角度選択能力βを有する平面トラ
ンスジューサ14の幅Lは、(2-2) 式を変形することに
より、(2-1) 式で与えられる。ここで説明した超音波セ
ンサーの出力特性及び(2-1) 式は、平面トランスジュー
サ14を送波側に用いても、或いは一対のトランスジュ
ーサ12,14の一方または双方の遅延材32a,32
bの有無に拘らずに成立することが確認されている。
The incident angle component of the ultrasonic wave deviated from the incident angle θ by the angle β obtained by the equation (2-2) becomes minimum due to phase interference over the entire width L of the flat transducer 14. That is, β is a parameter indicating that the ultrasonic sensor 1 can output only the incident angle component of the ultrasonic wave in the range of θ ± β with a large intensity. If β is defined as the incident angle selecting ability, the width L of the flat transducer 14 having the incident angle selecting ability β is given by the equation (2-1) by modifying the equation (2-2). The output characteristics of the ultrasonic sensor and the equation (2-1) described here are applicable to the delay members 32a and 32 of one or both of the pair of transducers 12 and 14 even if the flat transducer 14 is used on the transmitting side.
It has been confirmed that it holds regardless of the presence or absence of b.

【0080】図12は本発明の第3実施例に係るUMS
Mの全体的な構造を示す。このUMSMは、超音波セン
サ1の焦点を調整する手段を備えたものである。
FIG. 12 shows a UMS according to the third embodiment of the present invention.
1 shows the overall structure of M. This UMSM is provided with means for adjusting the focus of the ultrasonic sensor 1.

【0081】図12において、第1及び第2実施例と同
様な構成要素については同一の参照符号を付して示す。
但し、このUMSMにおける入力信号処理回路34aと
出力信号処理回路34bとは、超音波センサ1のアレイ
型円筒トランスジューサ12と平面トランスジューサ1
4との何れを送波側に用いるかに応じて択一的に設けら
れる。
In FIG. 12, the same components as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals.
However, the input signal processing circuit 34a and the output signal processing circuit 34b in this UMSM are the array type cylindrical transducer 12 and the planar transducer 1 of the ultrasonic sensor 1.
It is selectively provided depending on which of 4 and 4 is used on the transmitting side.

【0082】図12において、UMSMは、超音波セン
サ1の焦点調整手段として、Zステージ68及びセンサ
駆動機構80を備えている。このような焦点調整手段を
備える場合には、超音波センサ1のアレイ型トランスジ
ューサ12と円筒平面トランスジューサ14とを一体的
に形成することが好ましい。というのは、高周波超音波
は短波長であり、その焦点調整には微細な調整が要求さ
れるので、焦点調整の際にはトランスジューサ12,1
4を一体的に駆動できることが望ましいためである。
In FIG. 12, the UMSM comprises a Z stage 68 and a sensor drive mechanism 80 as focus adjusting means for the ultrasonic sensor 1. When such a focus adjusting means is provided, it is preferable that the array type transducer 12 and the cylindrical planar transducer 14 of the ultrasonic sensor 1 are integrally formed. This is because high frequency ultrasonic waves have a short wavelength and fine adjustment is required for the focus adjustment. Therefore, when adjusting the focus, the transducers 12, 1 are used.
This is because it is desirable to be able to drive 4 integrally.

【0083】また、このような焦点調整手段は、例えば
超音波センサ1を回路基板等の被検体20の製造ライン
に固定して使用する場合には、特に備える必要はない。
Further, such a focus adjusting means need not be provided especially when the ultrasonic sensor 1 is used while being fixed to the manufacturing line of the subject 20 such as a circuit board.

【0084】UMSMのベース60には、縦フレーム6
4と横フレーム66とからなるフレーム体62が立設さ
れている。その横フレーム66には、センサ駆動機構8
0を保持するZステージ68が摺動自在に取り付けられ
ている。このZステージ68は、超音波センサ1の焦点
深度を調整するために、超音波センサー1と被検体20
との間のZ方向の距離を変えるものである。このZステ
ージ68は、例えばパルスモータ70によりセンサ駆動
機構80をZ方向へ移動させ、所望の位置で固定でき
る。このZステージ68のような焦点深度調整手段は被
検体20を載置するテーブル110に設けても良い。ま
た、パルスモータ70を含め、以下の説明における各モ
ータはマイクロコンピュータ等の制御手段により制御さ
れるものとする。
The vertical frame 6 is provided on the base 60 of the UMSM.
A frame body 62 composed of four and a horizontal frame 66 is provided upright. The lateral frame 66 has a sensor drive mechanism 8
A Z stage 68 holding 0 is slidably attached. The Z stage 68 is provided on the ultrasonic sensor 1 and the subject 20 in order to adjust the depth of focus of the ultrasonic sensor 1.
The distance in the Z direction between and is changed. The Z stage 68 can be fixed at a desired position by moving the sensor drive mechanism 80 in the Z direction by, for example, the pulse motor 70. The focal depth adjusting means such as the Z stage 68 may be provided on the table 110 on which the subject 20 is placed. Further, each motor including the pulse motor 70 in the following description is controlled by a control means such as a microcomputer.

【0085】披検体20の光学的な観察が望まれる場合
には、披検体20を光学的に観察するための光学顕微鏡
72及びその顕微鏡写真撮影用の撮影装置74を横フレ
ーム66に取り付けてもよい。
If optical observation of the specimen 20 is desired, an optical microscope 72 for optically observing the specimen 20 and a photographing device 74 for taking a photomicrograph thereof may be attached to the horizontal frame 66. Good.

【0086】Zステージ68の下方には、特に図13に
示すように多段式のセンサ駆動機構80が取り付けられ
ている。このセンサ駆動機構80は、その最上段から、
入射角設定用のθ軸ゴニオメータ82、センサ駆動機構
80の厚み吸収用のスペンサ84、θ軸ゴニオメータ8
2の揺動中心軸C0 に対して垂直な方向へ超音波センサ
1の傾きを調整するための微調整用のΨ軸ゴニオメータ
86、超音波センサ1のx軸方向の焦点位置修正用のx
軸ステージ88、超音波センサ1のz軸方向の焦点位置
修正用のz軸スペンサ90を順次に重ねて取り付けてな
る。
A multistage sensor drive mechanism 80 is attached below the Z stage 68, as shown in FIG. This sensor drive mechanism 80 is
The θ-axis goniometer 82 for setting the incident angle, the thickness absorbing spencer 84 of the sensor drive mechanism 80, the θ-axis goniometer 8
2, a ψ-axis goniometer 86 for fine adjustment for adjusting the inclination of the ultrasonic sensor 1 in a direction perpendicular to the swing center axis C 0 , and an x for correcting the focal position of the ultrasonic sensor 1 in the x-axis direction.
An axial stage 88 and a z-axis spencer 90 for correcting the focal position of the ultrasonic sensor 1 in the z-axis direction are sequentially stacked and attached.

【0087】このセンサ駆動機構80の最下段のz軸ス
ペンサ90には、アダプター76を介して超音波センサ
1のホルダ78が取り付けられている。アダプター76
とホルダ78との結合は、例えば捩子込みや捩子固定に
より、着脱自在とする。
A holder 78 of the ultrasonic sensor 1 is attached to the lowermost z-axis spencer 90 of the sensor drive mechanism 80 via an adapter 76. Adapter 76
The holder 78 can be attached and detached by, for example, screwing in or fixing the screw.

【0088】θ軸ゴニオメータ82は、超音波入射角を
設定するために、超音波センサ1をθ方向へ傾動させる
ものであり、駆動機構部92と傾動テーブル94とを備
えている。このθ軸ゴニオメータ82は、好ましくはス
テッピングモータ96により駆動される。このステッピ
ングモータ96の駆動によりθ軸ゴニオメータ82の主
軸(図示せず)を回動させると、駆動機構部92の内部
では、主軸に設けられたウォームギア(図示せず)が、
傾動テーブル94の湾曲面94aに沿って形成されたウ
ォームホイール(図示せず)に噛合し、傾動テーブル9
4をθ方向へ傾斜させる。その結果、傾動テーブル94
の下部水平面94bに取り付けられた各構成要素を介し
て超音波センサ1がθ方向へ傾動され、種々の測定に応
じた適切な入射角にて停止される。
The θ-axis goniometer 82 tilts the ultrasonic sensor 1 in the θ direction in order to set the ultrasonic wave incident angle, and includes a drive mechanism section 92 and a tilting table 94. The θ-axis goniometer 82 is preferably driven by a stepping motor 96. When the main shaft (not shown) of the θ-axis goniometer 82 is rotated by the driving of the stepping motor 96, a worm gear (not shown) provided on the main shaft is moved inside the drive mechanism section 92.
The tilt table 9 is meshed with a worm wheel (not shown) formed along the curved surface 94a of the tilt table 94.
4 is tilted in the θ direction. As a result, the tilt table 94
The ultrasonic sensor 1 is tilted in the θ direction through the respective components attached to the lower horizontal surface 94b of and is stopped at an appropriate incident angle according to various measurements.

【0089】このθ軸ゴニオメータ82による入射角設
定の際には、被検体表面20aからの反射波が効率的に
超音波センサ1に受信されるようにすることが好まし
い。具体的には、被検体表面20aと超音波センサ1と
の間で入射波と反射波とが形成する平面を、被検体表面
20aに対して垂直にさせることが好ましい。
When setting the incident angle by the θ-axis goniometer 82, it is preferable that the reflected wave from the surface 20a of the subject be efficiently received by the ultrasonic sensor 1. Specifically, it is preferable that the plane formed by the incident wave and the reflected wave between the subject surface 20a and the ultrasonic sensor 1 be perpendicular to the subject surface 20a.

【0090】そこで本実施例においては、θ軸ゴニオメ
ータ82の傾動テーブル94の下部水平面94bに、ス
ペンサ84を介してΨ軸ゴニオメータ86を取り付けて
いる。このΨ軸ゴニオメータ86は、超音波センサ1を
Ψ方向へ傾動させるためのものであり、θ軸ゴニオメー
タ82の駆動機構部92及び傾動テーブル94と同様な
駆動機構部98及び傾動テーブル100を備えている。
但し、駆動機構部98内の主軸(図示せず)は、この主
軸に連結されたノブ102により手動で駆動される。そ
してノブ102の手動操作により、傾動テーブル100
の下部水平面100aに取り付けられた各構成要素を介
して、超音波センサ1がΨ方向へ傾動され、適切な傾斜
角にて停止される。
Therefore, in the present embodiment, the Ψ-axis goniometer 86 is attached to the lower horizontal surface 94b of the tilt table 94 of the θ-axis goniometer 82 via the spencer 84. The Ψ-axis goniometer 86 is for tilting the ultrasonic sensor 1 in the Ψ direction, and includes a drive mechanism section 98 and a tilt table 100 similar to the drive mechanism section 92 and the tilt table 94 of the θ-axis goniometer 82. There is.
However, a main shaft (not shown) in the drive mechanism unit 98 is manually driven by a knob 102 connected to the main shaft. Then, the tilt table 100 is manually operated by the knob 102.
The ultrasonic sensor 1 is tilted in the Ψ direction through the respective components attached to the lower horizontal surface 100a of the and is stopped at an appropriate tilt angle.

【0091】更に、上記θ軸ゴニオメータ82による超
音波センサ1のθ方向への傾動においては、その傾動の
中心軸線上に超音波センサ1の焦点を位置させることが
好ましい。これは、入射角の変更に拘らず、被検体12
に対して常に焦点を一定の位置に保つためである。この
目的のために本実施例においては、Ψ軸ゴニオメータ8
6の下方に、x軸ステージ88及びz軸スペンサ90を
設けている。ここでx軸ステージ88は、超音波センサ
1の焦点位置をx軸方向へ修正するためのものであり、
Ψ軸ゴニオメータ86の傾動テーブル100の下部水平
面100aに対してx方向へ摺動可能に取り付けられて
いる。このx軸ステージ88を手動によりx方向へ摺動
させることにより、超音波センサ1の焦点位置のx軸方
向における位置調整がなされる。
Further, when the ultrasonic sensor 1 is tilted in the θ direction by the θ-axis goniometer 82, it is preferable to position the focal point of the ultrasonic sensor 1 on the central axis of the tilt. This is because the subject 12
This is because the focus is always kept at a fixed position. For this purpose, in this embodiment, the Ψ-axis goniometer 8 is used.
An x-axis stage 88 and a z-axis spencer 90 are provided below 6. Here, the x-axis stage 88 is for correcting the focal position of the ultrasonic sensor 1 in the x-axis direction,
The Ψ-axis goniometer 86 is attached to the lower horizontal surface 100a of the tilt table 100 so as to be slidable in the x direction. By manually sliding the x-axis stage 88 in the x-direction, the focal position of the ultrasonic sensor 1 is adjusted in the x-axis direction.

【0092】また、このx軸ステージ88に取り付けら
れたz軸スペンサ90は、超音波センサ1のz軸方向の
焦点位置をθ軸ゴニオメータ82の揺動中心軸線C0
一致させるためのものであり、z軸方向に手動により伸
縮する。これらx軸ステージ88及びz軸スペンサ90
により超音波センサ1の焦点位置をθ軸ゴニオメータ8
2の揺動中心軸線に位置させる。
The z-axis spencer 90 attached to the x-axis stage 88 is for aligning the focal position of the ultrasonic sensor 1 in the z-axis direction with the swing center axis C 0 of the θ-axis goniometer 82. Yes, it is manually expanded and contracted in the z-axis direction. These x-axis stage 88 and z-axis spencer 90
The focal position of the ultrasonic sensor 1 by the θ-axis goniometer 8
It is located on the rocking center axis of the No. 2.

【0093】一方、UMSMのベース60には、特に図
13に示すように、全体的に符号110で示される多段
式テーブルが備えられている。
On the other hand, the base 60 of the UMSM is provided with a multi-stage table generally designated by reference numeral 110, as shown in FIG.

【0094】この多段式テーブル110は、その下段か
ら被検体20をセンサ1の下で位置合せするためのXス
テージ112、被検体20の傾きを調整するための二連
式ゴニオメータ114を順次に重ねて取り付けてなる。
In this multi-stage table 110, an X stage 112 for aligning the subject 20 under the sensor 1 and a dual type goniometer 114 for adjusting the inclination of the subject 20 are sequentially stacked from the lower stage. Installed.

【0095】位置合せ用Xステージ112は、好ましく
はステッピングモータ116によりX方向に駆動され
る。これにより多段式テーブル110全体がX方向に駆
動され、多段式テーブル110の位置決めがなされる。
The positioning X stage 112 is preferably driven in the X direction by a stepping motor 116. As a result, the entire multi-stage table 110 is driven in the X direction, and the multi-stage table 110 is positioned.

【0096】多段式テーブル110の上面に載置された
被検体表面20aは、多段式テーブル110の駆動方向
Xと水平にさせることが好ましい。そのため本実施例に
おいては、多段式テーブル110に二連式ゴニオメータ
114を備えている。この二連式ゴニオメータ114
は、その上部構造としての被検体載置用テーブル118
と下部構造としてのゴニオメータ120とからなる。こ
のゴニオメータ120は傾動テーブル122を有し、こ
の傾動テーブル122の上平面には、被検体載置用テー
ブル118の下面が固着されている。
It is preferable that the surface 20a of the subject placed on the upper surface of the multi-stage table 110 is horizontal with respect to the driving direction X of the multi-stage table 110. Therefore, in this embodiment, the multi-stage table 110 is provided with the dual-type goniometer 114. This dual type goniometer 114
Is an object mounting table 118 as an upper structure thereof.
And a goniometer 120 as a lower structure. The goniometer 120 has a tilt table 122, and the lower surface of the subject mounting table 118 is fixed to the upper plane of the tilt table 122.

【0097】ゴニオメータ120の主軸124に連結さ
れたノブ126を手動で回動させると、ゴニオメータ1
20の内部で主軸124に設けられたウォームギア(図
示せず)が、傾動テーブル122の湾曲面122aに沿
って形成されたウォームホイール(図示せず)に噛合
し、傾動テーブル122を傾動させる。これに伴い被検
体載置用テーブル118も傾動されるから、ノブ126
の適宜な回動により被検体表面20aを多段式テーブル
110の駆動方向Xに水平に保てる。
When the knob 126 connected to the main shaft 124 of the goniometer 120 is manually rotated, the goniometer 1
A worm gear (not shown) provided on the main shaft 124 inside the gear 20 meshes with a worm wheel (not shown) formed along the curved surface 122a of the tilt table 122 to tilt the tilt table 122. Along with this, the subject mounting table 118 is also tilted, so that the knob 126
The surface 20a of the subject can be kept horizontal in the driving direction X of the multi-stage table 110 by appropriate rotation.

【0098】また、UMSMが光学顕微鏡72及び撮影
装置74を備える場合には、多段式テーブル110の下
方に、この多段式テーブル110を光学顕微鏡72の下
へ移動させるためのX移動機構128及びY移動機構1
30を配置する。これらXY移動機構128,130
は、好ましくはステッピングモータ132,134によ
り駆動され、多段式テーブル110をXY方向に移動さ
せる。
When the UMSM is provided with the optical microscope 72 and the photographing device 74, an X moving mechanism 128 and a Y moving mechanism for moving the multistage table 110 below the optical microscope 72 are provided below the multistage table 110. Moving mechanism 1
Place 30. These XY movement mechanisms 128, 130
Are preferably driven by stepping motors 132 and 134 to move the multi-stage table 110 in the XY directions.

【0099】このような第3実施例のUMSMによれ
ば、超音波センサ1の焦点を正確に合わせることがで
き、測定の信頼性が高められる。
According to the UMSM of the third embodiment, the ultrasonic sensor 1 can be accurately focused and the reliability of measurement can be improved.

【0100】以上、本発明の三つの実施例について説明
したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例
えばアレイ型円筒トランスジューサ12の圧電素子群2
2においては、必ずしも全ての圧電素子24に遅延時間
を与える必要はない。例えば被検体表面20a上の極め
て微小な領域を走査する場合には、その領域から充分に
離れた圧電素子24には遅延時間を与える必要はない。
一方、平面トランスジューサ14の圧電素子40は必ず
しも1個とする必要はない。例えば送受波面18の面積
が比較的に広い場合には、圧電素子40を複数個に分割
し、被検体表面20a上の超音波入射領域に対応する個
所の圧電素子のみを駆動させるようにしてもよい。
Although the three embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these. For example, the piezoelectric element group 2 of the array type cylindrical transducer 12
In No. 2, it is not always necessary to give a delay time to all the piezoelectric elements 24. For example, when scanning an extremely small area on the subject surface 20a, it is not necessary to give a delay time to the piezoelectric element 24 sufficiently separated from the area.
On the other hand, the piezoelectric element 40 of the planar transducer 14 does not necessarily have to be one. For example, when the area of the wave transmitting / receiving surface 18 is relatively large, the piezoelectric element 40 may be divided into a plurality of parts so that only the piezoelectric element at a position corresponding to the ultrasonic wave incident region on the subject surface 20a is driven. Good.

【0101】また、スペクトラム強度分布やスペクトラ
ム位相分布の形成には、FFTアナライザ54や演算器
59に代えて、スペクトラム解析に一般に使用される各
種測定機器を用いてもよい。例えば、パルサー38の発
する信号がバースト信号である場合には、FFTアナラ
イザ54に代えて、スペクトラムアナライザとトラッキ
ングジェネレータを組み合わせた測定機器を用いてもよ
い。
Further, in order to form the spectrum intensity distribution and the spectrum phase distribution, various measuring instruments generally used for spectrum analysis may be used instead of the FFT analyzer 54 and the calculator 59. For example, when the signal emitted by the pulsar 38 is a burst signal, a measuring instrument combining a spectrum analyzer and a tracking generator may be used instead of the FFT analyzer 54.

【0102】このように特定周波数のバースト信号を用
いる場合は、周波数を掃引する必要上、測定の際には複
数回の超音波送波が必要である。しかし、この場合も超
音波センサ1の機械的な2次元走査を必要としないため
に、従来技術に比して高速な測定が可能である。
When a burst signal of a specific frequency is used as described above, it is necessary to sweep the frequency, and therefore it is necessary to transmit ultrasonic waves a plurality of times during measurement. However, also in this case, since the mechanical two-dimensional scanning of the ultrasonic sensor 1 is not required, the measurement can be performed at a higher speed than the conventional technique.

【0103】更に、UMSMに用いられる本発明の超音
波センサ1は、上記実施例における構成のUMSMに限
らず、超音波スペクトロスコピーを実行するための装置
のセンサとして使用できる。
Furthermore, the ultrasonic sensor 1 of the present invention used for the UMSM is not limited to the UMSM having the configuration in the above-mentioned embodiment, but can be used as a sensor for an apparatus for executing ultrasonic spectroscopy.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波セン
サ及びそれを用いた超音波スペクトラム顕微鏡によれ
ば、超音波センサの機械的な走査を伴わずに被検体をリ
ニア走査することができ、短時間若しくは超音波を一回
送波するのみで多点の測定を実行できる。従って測定に
要する時間が大幅に短縮され、高速な測定が可能とな
る。
As described above, according to the ultrasonic sensor of the present invention and the ultrasonic spectrum microscope using the ultrasonic sensor, it is possible to linearly scan an object without mechanically scanning the ultrasonic sensor. It is possible to perform multi-point measurement by transmitting ultrasonic waves once for a short time. Therefore, the time required for measurement is significantly reduced, and high-speed measurement is possible.

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

【図1】本発明の第1実施例に係る超音波センサ及びそ
れを用いた超音波スペクトラム顕微鏡を模式的に示す図
であって、アレイ型円筒トランスジューサを送波側に用
いた概念図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an ultrasonic sensor according to a first embodiment of the present invention and an ultrasonic spectrum microscope using the same, and is a conceptual diagram in which an array type cylindrical transducer is used on a transmitting side. .

【図2】図1におけるアレイ型円筒トランスジューサを
示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an array type cylindrical transducer in FIG.

【図3】入力信号処理回路または出力信号処理回路によ
るアレイ型円筒トランスジューサの超音波の送受を説明
するための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining transmission / reception of ultrasonic waves of an array type cylindrical transducer by an input signal processing circuit or an output signal processing circuit.

【図4】図1の超音波スペクトラム顕微鏡による膜厚測
定例を示す図であつて、(A),(B)を含み、(A)
はスペクトラム強度分布を示す線図、(B)はスペクト
ラム位相分布を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of film thickness measurement by the ultrasonic spectrum microscope of FIG. 1, including (A) and (B);
Is a diagram showing a spectrum intensity distribution, and (B) is a diagram showing a spectrum phase distribution.

【図5】本発明の第2実施例に係る超音波センサ及びそ
れを用いた超音波スペクトラム顕微鏡を模式的に示す図
であって、アレイ型円筒トランスジューサを受波側に用
いた概念図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an ultrasonic sensor according to a second embodiment of the present invention and an ultrasonic spectrum microscope using the ultrasonic sensor, and is a conceptual diagram in which an array type cylindrical transducer is used on a receiving side. .

【図6】図5における超音波センサの出力側の回路構成
例を示すブロック図である。
6 is a block diagram showing a circuit configuration example on the output side of the ultrasonic sensor in FIG.

【図7】図5の超音波スペクトラム顕微鏡による位相速
度の測定例を示す図であつて、入射角と位相との関係を
示す線図である。
7 is a diagram showing an example of measuring the phase velocity by the ultrasonic spectrum microscope of FIG. 5, and is a diagram showing the relationship between the incident angle and the phase.

【図8】本発明の超音波センサの平面トランスジューサ
の長手方向幅と入射角成分との関係を示す説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the width in the longitudinal direction of the planar transducer of the ultrasonic sensor of the present invention and the incident angle component.

【図9】図8における入射角成分に対する超音波センサ
の出力特性を示す線図である。
9 is a diagram showing the output characteristics of the ultrasonic sensor with respect to the incident angle component in FIG.

【図10】図8における入射角成分に対する超音波セン
サの出力特性を示す線図である。
10 is a diagram showing the output characteristics of the ultrasonic sensor with respect to the incident angle component in FIG.

【図11】本発明の超音波センサの入射角選択能力を説
明するための説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the incident angle selection ability of the ultrasonic sensor of the present invention.

【図12】本発明の超音波スペクトラム顕微鏡の全体的
な構成を示す正面図である。
FIG. 12 is a front view showing the overall configuration of the ultrasonic spectrum microscope of the present invention.

【図13】図9におけるセンサ駆動機構及び多段式ステ
ージを拡大して示す拡大図である。
FIG. 13 is an enlarged view showing the sensor drive mechanism and the multistage stage in FIG. 9 in an enlarged manner.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…超音波センサ、12…アレイ型円筒トランスジュー
サ(第1の送受波手段)、14…平面トランスジューサ
(第2の送受波手段)、16…円筒面状送受波面、18
…平面状送受波面、20…被検体、20a…被検体表
面、20b…リニア走査ライン、22…圧電素子群、2
4…圧電素子、26,28…電極、30…圧電体、32
a,32b,32c…遅延材、34a…入力信号処理回
路(入力信号処理手段)、34b…出力信号処理回路
(出力信号処理手段)、38…パルサー (高周波発振手段)、54…FFT(強度スペクトラム
形成手段、位相スペクトラム形成手段)、82…θステ
ージ(角度制御手段)、86…Ψステージ(傾動手
段)、88…x軸ステージ(焦点位置調整手段)110
…テーブル、112…Xステージ(移動手段)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic sensor, 12 ... Array type cylindrical transducer (1st wave transmission / reception means), 14 ... Planar transducer (2nd wave transmission / reception means), 16 ... Cylindrical planar wave transmission / reception surface, 18
... planar wave transmitting / receiving surface, 20 ... object, 20a ... object surface, 20b ... linear scanning line, 22 ... piezoelectric element group, 2
4 ... Piezoelectric element, 26, 28 ... Electrode, 30 ... Piezoelectric body, 32
a, 32b, 32c ... Delay material, 34a ... Input signal processing circuit (input signal processing means), 34b ... Output signal processing circuit (output signal processing means), 38 ... Pulsar (high frequency oscillation means), 54 ... FFT (intensity spectrum) Forming means, phase spectrum forming means), 82 ... θ stage (angle control means), 86 ... Ψ stage (tilting means), 88 ... x-axis stage (focus position adjusting means) 110
... table, 112 ... X stage (moving means).

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1と第2の送受波手段を備え、その一
方が送波側として用いられ、高周波信号が印加されるこ
とにより被検体表面へ高周波超音波を送波し、他方が受
波側として用いられ、被検体からの反射超音波を受波
し、この反射超音波の強度に対応した電気信号を出力す
る送受独立型の超音波センサであって;第1の送受波手
段は、複数の超音波圧電素子が、その各々が互いに独立
して圧電効果を生起するように、等間隔にアレイ状に配
列されてなる圧電素子群を有すると共に、この圧電素子
群の発すべき高周波超音波を集束波とするように、上記
アレイ状配列の配列方向を長手方向とする円筒面状の送
受波面を有し;第2の送受波手段は、圧電体面が平面状
の超音波圧電素子及び平面状の送受波面を有する;こと
を特徴とする超音波センサ。
1. A first and a second wave transmitting / receiving means, one of which is used as a wave transmitting side to transmit a high frequency ultrasonic wave to a surface of a subject by applying a high frequency signal, and the other receives the same. A transmission / reception-independent ultrasonic sensor used as a wave side, which receives reflected ultrasonic waves from a subject and outputs an electric signal corresponding to the intensity of the reflected ultrasonic waves; , A plurality of ultrasonic piezoelectric elements, each of which has a piezoelectric element group arranged in an array at equal intervals so as to independently generate a piezoelectric effect, and a high frequency ultrasonic wave to be emitted by the piezoelectric element group. In order to make a sound wave a focused wave, it has a cylindrical wave transmitting / receiving surface whose longitudinal direction is the array direction of the arrayed array; the second wave transmitting / receiving means is an ultrasonic piezoelectric element having a flat piezoelectric surface, and Having a plane wave transmitting / receiving surface; Nsa.
【請求項2】 第1と第2の送受波手段が一体的に形成
されていることを特徴とする請求項1記載の超音波セン
サ。
2. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the first and second transmitting / receiving means are integrally formed.
【請求項3】 第1の送受波手段の各圧電素子が、一対
の電極の間に圧電体を挟んでなり、その圧電体面が円筒
面状に形成されていることを特徴とする請求項1または
2記載の超音波センサ。
3. The piezoelectric element of the first wave transmitting / receiving means has a piezoelectric body sandwiched between a pair of electrodes, and the surface of the piezoelectric body is formed into a cylindrical surface. Alternatively, the ultrasonic sensor described in 2.
【請求項4】 第1の送受波手段の圧電素子が、一対の
電極の間に圧電体を挟んでなり、その圧電体面が平面状
に形成されていることを特徴とする請求項1または2記
載の超音波センサ。
4. The piezoelectric element of the first wave transmitting / receiving means has a piezoelectric body sandwiched between a pair of electrodes, and the surface of the piezoelectric body is formed in a planar shape. The ultrasonic sensor described.
【請求項5】 第1の送受波手段の各圧電素子の一対の
電極のうちの何れか一方の電極をなす部材と、圧電体を
なす部材とのうちの少なくとも何れかの部材が、複数の
圧電素子について一体的に形成されていることを特徴と
する請求項3または4記載の超音波センサ。
5. A member forming at least one of a pair of electrodes of each piezoelectric element of the first wave transmitting / receiving means and a member forming a piezoelectric body is composed of a plurality of members. The ultrasonic sensor according to claim 3 or 4, wherein the piezoelectric element is integrally formed.
【請求項6】 第1の送受波手段の圧電素子群が、上記
円筒面状送受波面を形成された遅延材を有することを特
徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の超音波セ
ンサ。
6. The super element according to claim 1, wherein the piezoelectric element group of the first wave transmitting / receiving means has a delay member having the cylindrical surface wave transmitting / receiving surface. Sound wave sensor.
【請求項7】 第2の送受波手段の圧電素子が、圧電体
面が平面状の圧電体を一対の平面状の電極の間に挟んで
なることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記
載の超音波センサ。
7. The piezoelectric element of the second wave transmitting / receiving means is formed by sandwiching a piezoelectric body having a planar piezoelectric surface between a pair of planar electrodes. The ultrasonic sensor according to item 1.
【請求項8】 第2の送受波手段の圧電素子が、上記平
面状送受波面を形成された遅延材を有することを特徴と
する請求項1乃至7の何れか1項に記載の超音波セン
サ。
8. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric element of the second wave transmitting / receiving means has a delay member having the planar wave transmitting / receiving surface. .
【請求項9】 第2の送受波手段の圧電素子の任意の方
向における長さLが、下式、 L≧(1/sin β)・(V/ω) (但し、Vは超音波伝播媒体中の音速、ωは超音波セン
サの発信する超音波の時間周波数、または超音波センサ
に受信された反射超音波についてのスペクトラム強度分
布上の強度極小部の周波数、βは超音波センサの入射角
選択能力を表す値であって、第2の送受波手段の平面状
送受波面の法線と被検体表面の法線とがなす角度をθと
したときに、第2の送受波手段が受波する超音波の入射
角成分がθ±βの範囲のみであることを示す値)を満足
することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記
載の超音波センサ。
9. The length L of the piezoelectric element of the second wave transmitting / receiving means in an arbitrary direction is expressed by the following formula: L ≧ (1 / sin β) · (V / ω) (where V is an ultrasonic wave propagation medium). Inside sound velocity, ω is the time frequency of the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic sensor, or the frequency of the minimum intensity part in the spectrum intensity distribution of the reflected ultrasonic wave received by the ultrasonic sensor, β is the incident angle of the ultrasonic sensor When the angle between the normal of the plane wave transmitting / receiving surface of the second wave transmitting / receiving means and the normal of the surface of the subject is θ, the second wave transmitting / receiving means receives a wave. The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the incident angle component of the ultrasonic wave is a value indicating that it is only in the range of θ ± β.
【請求項10】 上記圧電素子群の少なくとも一部をな
す任意の整数N個の隣接する圧電素子から送波される超
音波が、焦点となる一点に集束されるように、第1の送
受波手段の各圧電素子に印加すべき高周波信号に、予め
定められた時間差を付与して各圧電素子に印加させる入
力信号処理手段を更に備えることを特徴とする請求項1
乃至9の何れか1項に記載の超音波センサ。
10. A first transmitting / receiving wave so that ultrasonic waves transmitted from arbitrary integer N number of adjacent piezoelectric elements forming at least a part of the piezoelectric element group are focused at one focal point. 2. An input signal processing means for applying a predetermined time difference to a high frequency signal to be applied to each piezoelectric element of the means and applying it to each piezoelectric element.
10. The ultrasonic sensor according to any one of 1 to 9.
【請求項11】 上記圧電素子群の少なくとも一部をな
す任意の整数N個の隣接する圧電素子から出力される電
気信号から、焦点となる一点から反射された反射波の強
度に対応する電気信号が形成されるように、第1の送受
波手段の各圧電素子の出力する電気信号を、予め定めら
れた時間差を付与して合成させる出力信号処理手段を更
に備えることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項
に記載の超音波センサ。
11. An electric signal corresponding to the intensity of a reflected wave reflected from a focal point from electric signals output from arbitrary integer N adjacent piezoelectric elements forming at least a part of the piezoelectric element group. 2. The output signal processing means for synthesizing the electric signals output from the respective piezoelectric elements of the first wave transmitting / receiving means by giving a predetermined time difference so that the above is formed. 10. The ultrasonic sensor according to any one of 1 to 9.
【請求項12】 複数の測定点が一直線上に配列されて
なる仮想的なリニア走査ラインが表面に延在する被検体
に対し、各々の測定点に高周波超音波を集束させること
によりリニア走査ラインに沿って被検体をリニア走査
し、各々の測定点から得られた電気信号に基づいて、そ
の強度を周波数の関数として示した強度スペクトラムを
形成する超音波スペクトラム顕微鏡であって;被検体が
載置されるべきテーブルと;第1の送受波手段から送波
されるべき高周波超音波がリニア走査ラインに入射する
ように、且つこの入射波に対する被検体からの反射波が
第2の送受波手段で受波されるように配置される請求項
1乃至9の何れか1項に記載の超音波センサと;この超
音波センサの入力信号としての高周波信号を発振する高
周波発振手段と;上記超音波センサの第1の送受波手段
の少なくとも一部の圧電素子から送波されるべき高周波
超音波が、各々の測定点に集束しながらリニア走査ライ
ンに沿って被検体をリニア走査するように、上記高周波
発振手段の高周波信号に、予め定められた時間差を付与
して第1の送受波手段の少なくとも一部の圧電素子に印
加させる入力信号処理手段と;超音波センサの第2の送
受波手段の圧電素子の出力した電気信号に基づいて、そ
の強度スペクトラムを形成する強度スペクトラム形成手
段と;を備えることを特徴とする超音波スペクトラム顕
微鏡。
12. A linear scanning line by focusing a high frequency ultrasonic wave on each measuring point with respect to an object in which a virtual linear scanning line formed by arranging a plurality of measuring points on a straight line extends on the surface. An ultrasonic spectrum microscope that linearly scans a subject along a line and forms an intensity spectrum whose intensity is shown as a function of frequency based on an electric signal obtained from each measurement point; A table to be placed so that the high frequency ultrasonic waves to be transmitted from the first transmitting / receiving means are incident on the linear scanning line, and the reflected wave from the subject for this incident wave is the second transmitting / receiving means. 10. The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 9, which is arranged so as to be received by an ultrasonic wave; a high-frequency oscillating means for oscillating a high-frequency signal as an input signal of the ultrasonic sensor; A high-frequency ultrasonic wave to be transmitted from at least a part of the piezoelectric elements of the first transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor is focused on each measurement point while linearly scanning the subject along the linear scanning line. Input signal processing means for applying a predetermined time difference to the high frequency signal of the high frequency oscillating means and applying it to at least a part of piezoelectric elements of the first wave transmitting / receiving means; second wave transmitting / receiving of the ultrasonic sensor An ultrasonic spectrum microscope, comprising: an intensity spectrum forming means for forming an intensity spectrum of the electric signal output from the piezoelectric element of the means.
【請求項13】 複数の測定点が一直線上に配列されて
なる仮想的なリニア走査ラインが表面に延在する被検体
に対し、リニア走査ラインに高周波超音波を送波し、そ
のリニア走査ラインからの反射波に基づいて、各測定点
についての反射波出力を形成することにより被検体をリ
ニア走査し、各測定点についての反射波の強度を周波数
の関数として示した強度スペクトラムを形成する超音波
スペクトラム顕微鏡であって;被検体が載置されるべき
テーブルと;第2の送受波手段から送波されるべき高周
波超音波がリニア走査ラインに入射するように、且つこ
の入射波に対する被検体からの反射波が第1の送受波手
段で受波されるように配置される請求項1乃至9の何れ
か1項に記載の超音波センサと;高周波信号を発振し、
この高周波信号を超音波センサの第2の送受波手段の圧
電素子に印加させる高周波発振手段と;上記超音波セン
サの第1の送受波手段の少なくとも一部の圧電素子から
出力される電気信号に基づいて、各々の測定点から反射
された反射波の強度に対応する電気信号を形成するよう
に、第1の送受波手段の少なくとも一部の圧電素子の反
射波出力に対し、予め定められた時間差を付与して合成
させる出力信号処理手段と;上記合成された反射波出力
に基づいて、その強度スペクトラムを形成する強度スペ
クトラム形成手段と;を備えることを特徴とする超音波
スペクトラム顕微鏡。
13. A high-frequency ultrasonic wave is transmitted to a linear scanning line with respect to an object having a virtual linear scanning line extending on the surface, in which a plurality of measurement points are arranged in a straight line, and the linear scanning line is transmitted. The object is linearly scanned by forming the reflected wave output for each measurement point based on the reflected wave from, and an intensity spectrum showing the intensity of the reflected wave for each measurement point as a function of frequency is formed. An acoustic wave spectrum microscope; a table on which an object is to be placed; a high frequency ultrasonic wave to be transmitted from the second wave transmitting / receiving means to be incident on a linear scanning line, and the object to be incident on this incident wave The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the reflected wave from the ultrasonic wave sensor is arranged to be received by the first wave transmitting / receiving means;
High-frequency oscillating means for applying this high-frequency signal to the piezoelectric element of the second transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor; and an electric signal output from at least a part of the piezoelectric element of the first transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor. Based on the output of the reflected wave of at least a part of the piezoelectric element of the first wave transmitting / receiving means, a predetermined electric wave is formed so as to form an electric signal corresponding to the intensity of the reflected wave reflected from each measurement point. An ultrasonic spectrum microscope, comprising: an output signal processing means for giving a time difference and synthesizing; an intensity spectrum forming means for forming an intensity spectrum thereof based on the synthesized reflected wave output.
【請求項14】 超音波センサの第2の送受波手段の圧
電素子の出力した電気信号に基づいて、その位相を周波
数の関数として示した位相スペクトラムを形成する位相
スペクトラム形成手段を更に備えることを特徴とする請
求項12または13記載の超音波スペクトラム顕微鏡。
14. A phase spectrum forming means for forming a phase spectrum, the phase of which is shown as a function of frequency, based on the electric signal output from the piezoelectric element of the second wave transmitting / receiving means of the ultrasonic sensor. The ultrasonic spectrum microscope according to claim 12 or 13, characterized in that.
【請求項15】 超音波センサの発すべき高周波超音波
が広帯域パルス波となるように、上記高周波発振手段の
発振する高周波信号が広帯域パルス信号であることを特
徴とする請求項12乃至14の何れか1項に記載の超音
波スペクトラム顕微鏡。
15. The high frequency signal oscillated by the high frequency oscillating means is a wide band pulse signal so that the high frequency ultrasonic wave to be emitted from the ultrasonic sensor is a wide band pulse wave. The ultrasonic spectrum microscope according to item 1.
【請求項16】 超音波センサの発すべき高周波超音波
がバースト波となるように、上記高周波発振手段の発振
する高周波信号が周波数を掃引しながら発振されるバー
スト信号であることを特徴とする請求項12乃至14の
何れか1項に記載の超音波スペクトラム顕微鏡。
16. The high frequency signal oscillated by the high frequency oscillating means is a burst signal oscillated while sweeping the frequency so that the high frequency ultrasonic wave to be emitted from the ultrasonic sensor becomes a burst wave. Item 15. The ultrasonic spectrum microscope according to any one of items 12 to 14.
【請求項17】 被検体表面方向をx−y方向、被検体
表面上のリニア走査ラインの延在方向をy方向とすると
き、リニア走査ラインを被検体表面に沿ってx方向へ移
動させるように、上記超音波センサとテーブルとのうち
の少なくとも一方を他方に対して相対的に、且つ機械的
に移動させる移動手段を更に備えることを特徴とする請
求項12乃至16の何れか1項に記載の超音波スペクト
ラム顕微鏡。
17. The linear scanning line is moved along the surface of the object in the x direction when the direction of the surface of the object is the xy direction and the extending direction of the linear scanning line on the surface of the object is the y direction. 17. The apparatus according to claim 12, further comprising a moving unit that mechanically moves at least one of the ultrasonic sensor and the table relative to the other. The described ultrasonic spectrum microscope.
【請求項18】 第2の送受波手段の上記平面状送受波
面の法線方向と被検体表面の法線方向とがなす角度して
規定される入射角または受波角を可変とするように、第
2の送受波手段を被検体表面の法線方向に対して傾動さ
せる角度制御手段を更に備えることを特徴とする請求項
12乃至17の何れか1項に記載の超音波スペクトラム
顕微鏡。
18. An incident angle or a reception angle defined by an angle formed by a normal line direction of the planar wave transmission / reception surface of the second wave transmission / reception unit and a normal line direction of the surface of the subject is made variable. The ultrasonic spectrum microscope according to any one of claims 12 to 17, further comprising: angle control means for tilting the second transmitting / receiving means with respect to a normal line direction of the surface of the subject.
【請求項19】 上記角度制御手段が、リニア走査ライ
ンの延在方向に平行をなす上記傾動の中心軸線を中心と
して、第1と第2の送受波手段を一体的に傾動させるこ
とを特徴とする請求項18に記載の超音波スペクトラム
顕微鏡。
19. The angle control means tilts the first and second wave transmitting / receiving means integrally about a central axis of the tilt parallel to the extending direction of the linear scanning line. The ultrasonic spectrum microscope according to claim 18.
【請求項20】 第1と第2の送受波手段を一体的に傾
動させる上記角度制御手段が、第1の送受波手段の送波
する超音波の焦点を上記傾動中心軸線上に位置させるよ
うに、少なくとも一つの方向へ第1と第2の送受波手段
を一体的に移動させる焦点位置調整手段を備えることを
特徴とする請求項19記載の超音波スペクトラム顕微
鏡。
20. The angle control means for integrally tilting the first and second wave transmitting / receiving means positions the focal point of the ultrasonic wave transmitted by the first wave transmitting / receiving means on the tilt center axis line. 20. The ultrasonic spectrum microscope according to claim 19, further comprising focus position adjusting means for integrally moving the first and second transmitting / receiving means in at least one direction.
【請求項21】 上記焦点位置調整手段が、上記焦点の
位置合わせの際に、上記移動の方向と被検体表面の法線
方向とに直交する方向へ第1と第2の送受波手段を一体
的に傾動させる傾動手段を備えることを特徴とする請求
項20記載の超音波スペクトラム顕微鏡。
21. The focus position adjusting means integrates the first and second transmitting / receiving means in a direction orthogonal to the moving direction and the normal direction of the surface of the subject at the time of aligning the focus. 21. The ultrasonic spectrum microscope according to claim 20, further comprising tilting means for tilting the lens.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104359980A (en) * 2014-11-24 2015-02-18 清华大学 Sawtooth-shaped columnar ultrasonic phased array transducer

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