JPH05126807A - 超音波装置 - Google Patents
超音波装置Info
- Publication number
- JPH05126807A JPH05126807A JP3285078A JP28507891A JPH05126807A JP H05126807 A JPH05126807 A JP H05126807A JP 3285078 A JP3285078 A JP 3285078A JP 28507891 A JP28507891 A JP 28507891A JP H05126807 A JPH05126807 A JP H05126807A
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- JP
- Japan
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- phase
- wave
- sample
- ultrasonic
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、試料からの反射波の振幅と位相を高
精度にかつ高速に測定可能な超音波装置を提供すること
を目的とする。 【構成】本発明は音響レンズ５からなる位相敏感検波部
と、連続波を発生する基準信号発振器と、連続波をバー
スト波にするパルス変調器と、前記連続波を位相敏感検
波の参照波に位相変化させる第１移相器及び、前記参照
波を０°と９０°移相させる第２移相器と、検波出力の
片方の零点を検出する零点検出器３８，４３と、前記零
点をカウントするカウンタと、その量を記憶させるメモ
リ４６と、残りのＡ／Ｄ変換された検波出力を記憶させ
るメモリ３６と、超音波の伝搬方向に音響レンズ５と試
料の距離を変化させるステージとを備え、前記検波出力
信号を移相器１８，２０により位相変化させ、前記ステ
ージの駆動部にフィードバックさせる超音波装置であ
る。
精度にかつ高速に測定可能な超音波装置を提供すること
を目的とする。 【構成】本発明は音響レンズ５からなる位相敏感検波部
と、連続波を発生する基準信号発振器と、連続波をバー
スト波にするパルス変調器と、前記連続波を位相敏感検
波の参照波に位相変化させる第１移相器及び、前記参照
波を０°と９０°移相させる第２移相器と、検波出力の
片方の零点を検出する零点検出器３８，４３と、前記零
点をカウントするカウンタと、その量を記憶させるメモ
リ４６と、残りのＡ／Ｄ変換された検波出力を記憶させ
るメモリ３６と、超音波の伝搬方向に音響レンズ５と試
料の距離を変化させるステージとを備え、前記検波出力
信号を移相器１８，２０により位相変化させ、前記ステ
ージの駆動部にフィードバックさせる超音波装置であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて試料の
微細領域を拡大表示する超音波顕微鏡、及び超音波を用
いて試料の微細領域の弾性的な性質を測定する超音波装
置の改善に関する。
微細領域を拡大表示する超音波顕微鏡、及び超音波を用
いて試料の微細領域の弾性的な性質を測定する超音波装
置の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に収束された超音波を試料に入射さ
せて試料からの反射波を受波して超音波画像を作成し、
またはＶ(Z) 曲線を利用して試料の微小部分の弾性的性
質を測定する装置として超音波顕微鏡等が知られてい
る。従来の前記超音波顕微鏡等として、本願出願人が出
願した特願平3-182645号、や特願平3-200409号に提案さ
れている。
せて試料からの反射波を受波して超音波画像を作成し、
またはＶ(Z) 曲線を利用して試料の微小部分の弾性的性
質を測定する装置として超音波顕微鏡等が知られてい
る。従来の前記超音波顕微鏡等として、本願出願人が出
願した特願平3-182645号、や特願平3-200409号に提案さ
れている。
【０００３】次に、弾性的性質の計測機能及び超音波画
像作成機能の２つの機能について説明する。まず、弾性
的性質の計測機能について、従来から用いられる超音波
顕微鏡のＶ(Z) 曲線法は、音響レンズと試料の相対距離
Ｚを変化させ、各Ｚにおける試料反射波の振幅Ｖを測定
した。前記試料の漏洩弾性波（ＬＳＡＷ）速度をｖLSAW
とすると、振幅Ｖは次式で与えられる一定周期ΔＺで振
動することが知られている。
像作成機能の２つの機能について説明する。まず、弾性
的性質の計測機能について、従来から用いられる超音波
顕微鏡のＶ(Z) 曲線法は、音響レンズと試料の相対距離
Ｚを変化させ、各Ｚにおける試料反射波の振幅Ｖを測定
した。前記試料の漏洩弾性波（ＬＳＡＷ）速度をｖLSAW
とすると、振幅Ｖは次式で与えられる一定周期ΔＺで振
動することが知られている。
【０００４】
【数１】 ここで、λW 、ｖW は、それぞれ音響レンズと試料間に
満たされる超音波伝達媒体（音響カプラー、通常は純
水）中の超音波の波長と音速である。測定されたＶ(Z)
曲線から、例えばFourier 変換法により、ΔＺを求める
と、（１）式からｖLSAWが得られる。
満たされる超音波伝達媒体（音響カプラー、通常は純
水）中の超音波の波長と音速である。測定されたＶ(Z)
曲線から、例えばFourier 変換法により、ΔＺを求める
と、（１）式からｖLSAWが得られる。
【０００５】こうした手法は、表面弾性波素子用の圧電
膜の評価等に用いられている。一方、Liang,K.K.らはＶ
(Z) 曲線が水と固体界面の複素反射率Ｒ（ｋcos θ）
（ｋ＝２π／λW ：音響カプラ中の超音波の波数、θ：
固体への超音波の入射角）と音響レンズの瞳関数の２乗
Ｐ2 （ｋcos θ）の積のFourier 変換であることを「K.
K.Liang,G.S.Kino andB.T.Khuri-Yakub:IEEE Trano.Son
ics and Ultrason.,SU-32,2,(March 1985)213.」に記載
している。すなわち、周波数１０ＭＨｚの超音波を使っ
て種々の材料の複素Ｖ(Z) 曲線を測定し、逆Fourier 変
換することにより、複素反射率Ｒ（ｋcos θ）を求めて
いる。
膜の評価等に用いられている。一方、Liang,K.K.らはＶ
(Z) 曲線が水と固体界面の複素反射率Ｒ（ｋcos θ）
（ｋ＝２π／λW ：音響カプラ中の超音波の波数、θ：
固体への超音波の入射角）と音響レンズの瞳関数の２乗
Ｐ2 （ｋcos θ）の積のFourier 変換であることを「K.
K.Liang,G.S.Kino andB.T.Khuri-Yakub:IEEE Trano.Son
ics and Ultrason.,SU-32,2,(March 1985)213.」に記載
している。すなわち、周波数１０ＭＨｚの超音波を使っ
て種々の材料の複素Ｖ(Z) 曲線を測定し、逆Fourier 変
換することにより、複素反射率Ｒ（ｋcos θ）を求めて
いる。
【０００６】つまり、前記複素反射率を知れば縦波、横
波、弾性表面波等の試料中に励起される音波の速度が分
かるので、試料の弾性的性質を詳細に解析することが可
能になる。
波、弾性表面波等の試料中に励起される音波の速度が分
かるので、試料の弾性的性質を詳細に解析することが可
能になる。
【０００７】そして、超音波画像作成機能において、従
来からの超音波顕微鏡の超音波画像は、音響レンズと試
料を音響レンズの焦点距離又は焦点距離以下に保ち、音
響レンズ及び試料を相対的に二次元に走査し、試料表面
又は内部から反射されてきた反射波の振幅を測定し、画
像を描いていた。この時、試料の内部画像には、試料表
面の影響が含まれている画像となる。一方、「P.A.Rein
holdtsen and B.T.Khuri-Yakub:IEEE Trano.Ultrasonic
s,
来からの超音波顕微鏡の超音波画像は、音響レンズと試
料を音響レンズの焦点距離又は焦点距離以下に保ち、音
響レンズ及び試料を相対的に二次元に走査し、試料表面
又は内部から反射されてきた反射波の振幅を測定し、画
像を描いていた。この時、試料の内部画像には、試料表
面の影響が含まれている画像となる。一方、「P.A.Rein
holdtsen and B.T.Khuri-Yakub:IEEE Trano.Ultrasonic
s,
【０００８】Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ
Ｆｒｅｇｎｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ３８，２（Ｍ
ａｒｃｈ １９９１）１４１．」に記載されるように、
１０ＭＨｚの超音波を用い試料内部の画像を観察する
際、試料と音響カプラ界面の屈折による収差の影響を除
去したり、１０ＭＨｚの超音波を用いデフォーカスした
信号により観察した画像より試料表面の影響を除いた表
面下の画像を復元している。これにより、試料内部の超
音波画像を試料表面の影響を除去して鮮明に得ることが
可能になる。
Ｆｒｅｇｎｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ３８，２（Ｍ
ａｒｃｈ １９９１）１４１．」に記載されるように、
１０ＭＨｚの超音波を用い試料内部の画像を観察する
際、試料と音響カプラ界面の屈折による収差の影響を除
去したり、１０ＭＨｚの超音波を用いデフォーカスした
信号により観察した画像より試料表面の影響を除いた表
面下の画像を復元している。これにより、試料内部の超
音波画像を試料表面の影響を除去して鮮明に得ることが
可能になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述したような
従来の超音波装置には、次のような欠点があった。
従来の超音波装置には、次のような欠点があった。
【００１０】まず、試料の反射関数からの弾性的性質を
求めたり、試料表面の影響を除去し内部の画像を復元す
るためには、反射信号の振幅のみならず位相情報も必要
となる。
求めたり、試料表面の影響を除去し内部の画像を復元す
るためには、反射信号の振幅のみならず位相情報も必要
となる。
【００１１】しかし、従来の超音波装置においては、処
理速度が遅く、Ｚ方向精度が機械系の精度に依存し画像
を観察する際に、試料の傾きやうねりなどの影響は除去
されずにいた。さらにＺ方向変位を正確に測定するに
は、例えばレーザー測長器が必要であった。また使用さ
れる周波数が、１０ＭＨｚ程度にすぎず、微細領域を拡
大表示する超音波顕微鏡及び微細領域の弾性的な性質を
測定するには不十分であった。
理速度が遅く、Ｚ方向精度が機械系の精度に依存し画像
を観察する際に、試料の傾きやうねりなどの影響は除去
されずにいた。さらにＺ方向変位を正確に測定するに
は、例えばレーザー測長器が必要であった。また使用さ
れる周波数が、１０ＭＨｚ程度にすぎず、微細領域を拡
大表示する超音波顕微鏡及び微細領域の弾性的な性質を
測定するには不十分であった。
【００１２】一方、特願平３−１８２６４５号には、高
周波バースト波に対して直交検波方式により位相測定を
行う方法が示されているが、コンピュータによる実成分
虚成分から振幅位相への演算が必要で、位相検出速度は
実用するために十分な速度は得られず、また参照波に対
する特定の位相ずれ量のときに測定精度が落ちてしま
う。
周波バースト波に対して直交検波方式により位相測定を
行う方法が示されているが、コンピュータによる実成分
虚成分から振幅位相への演算が必要で、位相検出速度は
実用するために十分な速度は得られず、また参照波に対
する特定の位相ずれ量のときに測定精度が落ちてしま
う。
【００１３】また特願平３−２００４０９号には、音響
レンズと試料の距離を直接測定する方法が記載されてい
る。しかし、機械系の誤差や試料表面の形状の変化への
対応に関しては記載されていない。そこで本発明は、試
料からの反射波の振幅と位相を高精度にかつ高速に測定
可能な超音波装置を提供することを目的とする。
レンズと試料の距離を直接測定する方法が記載されてい
る。しかし、機械系の誤差や試料表面の形状の変化への
対応に関しては記載されていない。そこで本発明は、試
料からの反射波の振幅と位相を高精度にかつ高速に測定
可能な超音波装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、連続高周波を発生させる発振手段と、発生
させた高周波からバースト波を生成するバースト波生成
手段と、前記バースト波を超音波に変換し微小領域に収
束して試料に入射させ試料からの反射波を再び電気信号
に変換する超音波送受信手段と、前記発振手段からの連
続高周波を位相変化させる複数の位相変化手段と、前記
位相変化手段により位相変化された連続波を各々異なっ
た固定位相遅延させる位相遅延手段と、前記位相遅延手
段により遅延された信号を参照波に用いて受信信号を位
相敏感検波法にて検波する複数の検波手段と、前記検波
手段からの検波出力をディジタル信号に変換する複数の
Ａ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変
換された検波出力の片方の零点を検出する複数の零点検
出手段と、前記零点検出手段により零点検出された信号
をカウントする複数のカウント手段と、前記カウント手
段によりカウントされた量をＤ／Ａ変換させる複数のＤ
／Ａ変換手段と、前記カウント手段によりカウントされ
た量を記憶するカウント量記憶手段と、前記零点検出信
号以外のＡ／Ｄ変換された検波出力を記憶する検波出力
記憶手段と、前記各手段の駆動を制御する主制御手段
と、超音波の伝搬方向をＺ軸として、Ｚ軸方向に前記超
音波送受信手段と試料の距離を変化させる複数の距離変
化手段とを備え、前記Ｄ／Ａ変換された信号を前記位相
変化させる手段と前記超音波送受信手段と試料の距離を
変化させる距離変化手段とにフィードバックさせる超音
波装置を提供する。
するために、連続高周波を発生させる発振手段と、発生
させた高周波からバースト波を生成するバースト波生成
手段と、前記バースト波を超音波に変換し微小領域に収
束して試料に入射させ試料からの反射波を再び電気信号
に変換する超音波送受信手段と、前記発振手段からの連
続高周波を位相変化させる複数の位相変化手段と、前記
位相変化手段により位相変化された連続波を各々異なっ
た固定位相遅延させる位相遅延手段と、前記位相遅延手
段により遅延された信号を参照波に用いて受信信号を位
相敏感検波法にて検波する複数の検波手段と、前記検波
手段からの検波出力をディジタル信号に変換する複数の
Ａ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変
換された検波出力の片方の零点を検出する複数の零点検
出手段と、前記零点検出手段により零点検出された信号
をカウントする複数のカウント手段と、前記カウント手
段によりカウントされた量をＤ／Ａ変換させる複数のＤ
／Ａ変換手段と、前記カウント手段によりカウントされ
た量を記憶するカウント量記憶手段と、前記零点検出信
号以外のＡ／Ｄ変換された検波出力を記憶する検波出力
記憶手段と、前記各手段の駆動を制御する主制御手段
と、超音波の伝搬方向をＺ軸として、Ｚ軸方向に前記超
音波送受信手段と試料の距離を変化させる複数の距離変
化手段とを備え、前記Ｄ／Ａ変換された信号を前記位相
変化させる手段と前記超音波送受信手段と試料の距離を
変化させる距離変化手段とにフィードバックさせる超音
波装置を提供する。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明による第１実施例のＶ(Z) カ
ーブ測定の超音波装置の構成を示す図である。
に説明する。図１は本発明による第１実施例のＶ(Z) カ
ーブ測定の超音波装置の構成を示す図である。
【００１６】この超音波装置において、基準信号発振器
１は、一定の周波数の連続波を発生させ、この連続波を
バースト波に変換するパルス変調器２に接続される。発
生したバースト波は、高速切替えスイッチ３を介して、
トランスデューサ４によって超音波に変換され、音響レ
ンズ５で該超音波を微小領域に収束させる。
１は、一定の周波数の連続波を発生させ、この連続波を
バースト波に変換するパルス変調器２に接続される。発
生したバースト波は、高速切替えスイッチ３を介して、
トランスデューサ４によって超音波に変換され、音響レ
ンズ５で該超音波を微小領域に収束させる。
【００１７】そして前記音響レンズ５の焦点付近には試
料７が置かれ、前記音響レンズ５と試料７との間はカプ
ラ６によって満たされている。前記試料７は、試料台８
の上に置かれ、該試料台８はＸ−Ｙステージ９の上に置
かれている。
料７が置かれ、前記音響レンズ５と試料７との間はカプ
ラ６によって満たされている。前記試料７は、試料台８
の上に置かれ、該試料台８はＸ−Ｙステージ９の上に置
かれている。
【００１８】前記音響レンズ５は、精密微小Ｚステージ
１０に取り付けられ、精密微小Ｚステージ１０は、Ｚス
テージ１１に取り付けられている。前記Ｘ−Ｙステージ
９及び、Ｚステージ１１は、共に主制御部１２に接続さ
れ、前記試料７と前記音響レンズ５を３次元的に可動さ
れる。前記高速切替えスイッチ３は、前記トランスデュ
ーサ４とパルス変調器２、アンプ１３に連がれ、パルス
変調器２とアンプ１３とのいずれかを選択する。
１０に取り付けられ、精密微小Ｚステージ１０は、Ｚス
テージ１１に取り付けられている。前記Ｘ−Ｙステージ
９及び、Ｚステージ１１は、共に主制御部１２に接続さ
れ、前記試料７と前記音響レンズ５を３次元的に可動さ
れる。前記高速切替えスイッチ３は、前記トランスデュ
ーサ４とパルス変調器２、アンプ１３に連がれ、パルス
変調器２とアンプ１３とのいずれかを選択する。
【００１９】前記アンプ１３には、乗算器１４，１５，
１６，１７が接続され、乗算器１４，１５には、移相器
１８及び９０°ハイブリッド１９が接続され、乗算器１
６，１７には、移相器２０及び９０°ハイブリッド２１
が接続されており、それぞれの連続波を前記移相器１
８，２０により位相変化し、さらに９０°ハイブリッド
１９，２１により移相された信号が入力される。各乗算
器１４，１５，１６，１７は、それぞれにローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）２２，２３，２４，２５に接続され、高
周波成分がカットされる。
１６，１７が接続され、乗算器１４，１５には、移相器
１８及び９０°ハイブリッド１９が接続され、乗算器１
６，１７には、移相器２０及び９０°ハイブリッド２１
が接続されており、それぞれの連続波を前記移相器１
８，２０により位相変化し、さらに９０°ハイブリッド
１９，２１により移相された信号が入力される。各乗算
器１４，１５，１６，１７は、それぞれにローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）２２，２３，２４，２５に接続され、高
周波成分がカットされる。
【００２０】前記ＬＰＦ２２〜２５は、それぞれサンプ
ル＆ホールド（Ｓ＆Ｈ）２６，２７，２８，２９に接続
され、サンプル＆ホールド２６の出力信号は、コンパレ
ータ３０を介して、ウィンドウコンパレータ３１に出力
される。前記サンプル＆ホールド２７の出力は、Ａ／Ｄ
変換器３２によりディジタル変換され、前記ウィンドコ
ンパレータ３１に出力される。
ル＆ホールド（Ｓ＆Ｈ）２６，２７，２８，２９に接続
され、サンプル＆ホールド２６の出力信号は、コンパレ
ータ３０を介して、ウィンドウコンパレータ３１に出力
される。前記サンプル＆ホールド２７の出力は、Ａ／Ｄ
変換器３２によりディジタル変換され、前記ウィンドコ
ンパレータ３１に出力される。
【００２１】また、前記サンプル＆ホールド２８の出力
は、Ａ／Ｄ変換器３３を介して、ウィンドウコンパレー
タ３４に出力され、前記サンプル＆ホールド２９の出力
は、Ａ／Ｄ変換器３５を介してメモリ３６及び、コンパ
レータ３７を介して、ウィンドウコンパレータ３４に出
力される。
は、Ａ／Ｄ変換器３３を介して、ウィンドウコンパレー
タ３４に出力され、前記サンプル＆ホールド２９の出力
は、Ａ／Ｄ変換器３５を介してメモリ３６及び、コンパ
レータ３７を介して、ウィンドウコンパレータ３４に出
力される。
【００２２】前記ウィンドウコンパレータ３１の出力
は、零点検出器３８により零点検出され、カウンタ３９
によりカウントされる。ここでカウントされた量は、デ
ータセレクタ４０により選択されたいずれか一方のＤ／
Ａ変換器４１，４２に出力され、Ｄ／Ａ変換器によりア
ナログ信号に変換され、前記移相器１８、前記精密微小
Ｚステージ１０の制御信号として入力される。
は、零点検出器３８により零点検出され、カウンタ３９
によりカウントされる。ここでカウントされた量は、デ
ータセレクタ４０により選択されたいずれか一方のＤ／
Ａ変換器４１，４２に出力され、Ｄ／Ａ変換器によりア
ナログ信号に変換され、前記移相器１８、前記精密微小
Ｚステージ１０の制御信号として入力される。
【００２３】また前記ウィンドウコンパレータ３４の出
力は、零点検出器４３により零点検出され、カウンタ４
４でカウントされる。カウントされた値は、Ｄ／Ａ変換
器４５によりアナログ信号に変換され、制御信号として
前記移相器２０及びメモリ４６に出力される。また、デ
ータセレクタ４０はモード設定部４７により制御され
る。
力は、零点検出器４３により零点検出され、カウンタ４
４でカウントされる。カウントされた値は、Ｄ／Ａ変換
器４５によりアナログ信号に変換され、制御信号として
前記移相器２０及びメモリ４６に出力される。また、デ
ータセレクタ４０はモード設定部４７により制御され
る。
【００２４】さらに前記主制御部１２は、前記高速切替
えスイッチ３、サンプル＆ホールド２６〜２９、メモリ
３６，４６、移相器１８及びモード設定器４７に接続
し、各構成部材の制御を行う構成となっている。次にこ
のように構成された第１実施例の動作について説明す
る。
えスイッチ３、サンプル＆ホールド２６〜２９、メモリ
３６，４６、移相器１８及びモード設定器４７に接続
し、各構成部材の制御を行う構成となっている。次にこ
のように構成された第１実施例の動作について説明す
る。
【００２５】まず基準信号発振器１は、常時、一定周波
数の連続波を出力し、パルス変調器２及び、移相器１８
に入力され、前記パルス変調器２に入力された連続波か
らバースト波が生成される。
数の連続波を出力し、パルス変調器２及び、移相器１８
に入力され、前記パルス変調器２に入力された連続波か
らバースト波が生成される。
【００２６】そして主制御部１２からのトリガ信号によ
り、高速切替えスイッチ３が切替わり、パルス変調器２
とトランスデューサ４とが導通されて、前記バースト波
がトランスデューサ４に印加され、超音波に変換され
る。
り、高速切替えスイッチ３が切替わり、パルス変調器２
とトランスデューサ４とが導通されて、前記バースト波
がトランスデューサ４に印加され、超音波に変換され
る。
【００２７】前記トランスデューサ４により変換された
超音波は、音響レンズ５内で２つの経路Ａ，Ｂを通り、
カプラを介して試料７に入射し、試料７の表面で反射さ
れて戻り、再びトランスデューサ４により電気信号に変
換される。
超音波は、音響レンズ５内で２つの経路Ａ，Ｂを通り、
カプラを介して試料７に入射し、試料７の表面で反射さ
れて戻り、再びトランスデューサ４により電気信号に変
換される。
【００２８】この経路のうち、経路Ａは、音響レンズ５
により収束され試料７に入射され、反射されて戻ってき
た試料反射波であり、経路Ｂは、前記音響レンズ５の平
面部よりカプラ６を通して試料７の表面で反射され再び
音響レンズ５の平面部よりトランスデューサ４に戻る平
面波である。以下、前者を試料反射波、後者を平面反射
波と称する。両者は時間軸上では完全に分離されて、干
渉し合うことはない。各平面反射波、試料反射波は、高
速切替えスイッチ３によりアンプ１３に入力され増幅さ
れて、乗算器１４，１５，１６，１７にそれぞれ入力さ
れる。
により収束され試料７に入射され、反射されて戻ってき
た試料反射波であり、経路Ｂは、前記音響レンズ５の平
面部よりカプラ６を通して試料７の表面で反射され再び
音響レンズ５の平面部よりトランスデューサ４に戻る平
面波である。以下、前者を試料反射波、後者を平面反射
波と称する。両者は時間軸上では完全に分離されて、干
渉し合うことはない。各平面反射波、試料反射波は、高
速切替えスイッチ３によりアンプ１３に入力され増幅さ
れて、乗算器１４，１５，１６，１７にそれぞれ入力さ
れる。
【００２９】前記乗算器１４は、前記連続波を移相器１
８を用いて、位相変化させた信号との乗算を行い、前記
乗算器１５は、前記位相変化信号をさらに９０°位相変
化させた信号との乗算を行う。
８を用いて、位相変化させた信号との乗算を行い、前記
乗算器１５は、前記位相変化信号をさらに９０°位相変
化させた信号との乗算を行う。
【００３０】前記乗算器１７は、前記連続波を移相器１
８，２０により位相変化させた信号との乗算を行い、乗
算器１６は、その位相変化信号をさらに９０°位相変化
させた信号との乗算を行う。それぞれ乗算された信号
は、ＬＰＦ２２，２３，２４，２５により高周波成分を
除去され、それぞれがサンプル＆ホールド２６，２７，
２８，２９にそれぞれ入力される。
８，２０により位相変化させた信号との乗算を行い、乗
算器１６は、その位相変化信号をさらに９０°位相変化
させた信号との乗算を行う。それぞれ乗算された信号
は、ＬＰＦ２２，２３，２４，２５により高周波成分を
除去され、それぞれがサンプル＆ホールド２６，２７，
２８，２９にそれぞれ入力される。
【００３１】前記サンプル＆ホールド２６、２７は、時
間軸上で平面反射波を選択し、得られた信号を保持す
る。この信号は、平面反射波のクワドラチャーフェーズ
成分とインフェーズ成分である。
間軸上で平面反射波を選択し、得られた信号を保持す
る。この信号は、平面反射波のクワドラチャーフェーズ
成分とインフェーズ成分である。
【００３２】一方、前記サンプル＆ホールド２８，２９
は、試料反射波を選択し、得られた信号を保持する。こ
の信号は、試料反射波のインフェーズ成分、クワドラチ
ャーフェーズ成分である。前記各インフェーズ成分は、
それぞれコンパレータ３０，３７により符号検出され、
前記各クワドラチャーフェーズ成分は、それぞれ前記Ａ
／Ｄ変換器３２，３３によりディジタル信号に変換さ
れ、前記ウィンドウコンパレータ３１，３４に入力させ
る。前記ウィンドウコンパレータ３１，３４の出力は、
零点検出器３８，４３により、クワドラチャーフェーズ
成分の零点の検出を行われ、カウンタ３９，４４により
カウントされる。それらのカウントされた量は、データ
セレクタ４０により移相器１８、精密Ｚステージ１０に
制御信号として出力される。
は、試料反射波を選択し、得られた信号を保持する。こ
の信号は、試料反射波のインフェーズ成分、クワドラチ
ャーフェーズ成分である。前記各インフェーズ成分は、
それぞれコンパレータ３０，３７により符号検出され、
前記各クワドラチャーフェーズ成分は、それぞれ前記Ａ
／Ｄ変換器３２，３３によりディジタル信号に変換さ
れ、前記ウィンドウコンパレータ３１，３４に入力させ
る。前記ウィンドウコンパレータ３１，３４の出力は、
零点検出器３８，４３により、クワドラチャーフェーズ
成分の零点の検出を行われ、カウンタ３９，４４により
カウントされる。それらのカウントされた量は、データ
セレクタ４０により移相器１８、精密Ｚステージ１０に
制御信号として出力される。
【００３３】また、試料７のＶ(Z) カーブを測定する際
は、まずモード設定部４７により初期設定のモードが選
択される。このモードでは、前記音響レンズ５が所定の
位置にセットされ、データセレクタ４０により移相器１
８を選択し、平面反射波のクワドラチャーフェーズ成分
を零にするようにカウンタ３９によりカウントされた量
が、アナログ信号に変換された制御信号で移相器１８を
制御する。また試料反射波のクワドラチャーフェーズ成
分を零にするように、前記Ｄ／Ａ変換４５のフィードバ
ック信号により移相器２０が移相変化される。それぞれ
クワドラチャーフェーズ成分が零になると、初期設定が
完了される。そして前記Ａ／Ｄ変換器３５の出力がメモ
リ３６に、零位相がメモリ４６に、それぞれ試料反射波
の振幅と位相を記憶する。
は、まずモード設定部４７により初期設定のモードが選
択される。このモードでは、前記音響レンズ５が所定の
位置にセットされ、データセレクタ４０により移相器１
８を選択し、平面反射波のクワドラチャーフェーズ成分
を零にするようにカウンタ３９によりカウントされた量
が、アナログ信号に変換された制御信号で移相器１８を
制御する。また試料反射波のクワドラチャーフェーズ成
分を零にするように、前記Ｄ／Ａ変換４５のフィードバ
ック信号により移相器２０が移相変化される。それぞれ
クワドラチャーフェーズ成分が零になると、初期設定が
完了される。そして前記Ａ／Ｄ変換器３５の出力がメモ
リ３６に、零位相がメモリ４６に、それぞれ試料反射波
の振幅と位相を記憶する。
【００３４】次に、前記モード設定部４７で測定開始の
モードが選択され、前記データセレクタ４０は、フィー
ドバック信号を出力せず、主制御部１２により“Ｚ”だ
けＺステージ１１により、前記音響レンズ５を試料７に
近づけ、同時にφo だけ前記移相器１８により位相を変
化させる。位相変化量のφo は、
モードが選択され、前記データセレクタ４０は、フィー
ドバック信号を出力せず、主制御部１２により“Ｚ”だ
けＺステージ１１により、前記音響レンズ５を試料７に
近づけ、同時にφo だけ前記移相器１８により位相を変
化させる。位相変化量のφo は、
【００３５】
【数２】
【００３６】に等しい量であり、純粋に音響レンズ５が
試料７に近づいたことによる位相変化である。従って、
前記平面反射波は前記位相変化を受け、これと同時に、
試料反射波は、試料の弾性的性質を反映する位相変化を
受ける。
試料７に近づいたことによる位相変化である。従って、
前記平面反射波は前記位相変化を受け、これと同時に、
試料反射波は、試料の弾性的性質を反映する位相変化を
受ける。
【００３７】この時、“Ｚ”の機械的精度が高いもので
あれば、零点検出器が零点を検出てきる。しかし、零点
が検出されなければ、カウンタ３９によりカウントされ
た値は、データセレクタ４０により精密微小Ｚステージ
１０を選択し、Ｄ／Ａ変換器４２によりアナログ信号に
変換され、平面反射波のクワドラチャーフェーズ成分を
零にするように、精密微小Ｚステージ１０を動かす。
あれば、零点検出器が零点を検出てきる。しかし、零点
が検出されなければ、カウンタ３９によりカウントされ
た値は、データセレクタ４０により精密微小Ｚステージ
１０を選択し、Ｄ／Ａ変換器４２によりアナログ信号に
変換され、平面反射波のクワドラチャーフェーズ成分を
零にするように、精密微小Ｚステージ１０を動かす。
【００３８】このフィードバックした量は、Ｚステージ
１１の機械的な誤差である。この結果、試料反射波の位
相変化分は全て試料の弾性的性質に起因するものとな
り、ＬＰＦ２８，２９の出力をそれぞれＵ1 、Ｕ2 とす
れば、
１１の機械的な誤差である。この結果、試料反射波の位
相変化分は全て試料の弾性的性質に起因するものとな
り、ＬＰＦ２８，２９の出力をそれぞれＵ1 、Ｕ2 とす
れば、
【００３９】
【数３】 となる。但し、φ：試料反射波の位相変化、Ａ：試料反
射波の振幅位相変化とする。ここでφ＝０とすれば、
射波の振幅位相変化とする。ここでφ＝０とすれば、
【００４０】
【数４】 となる。
【００４１】従って、試料反射波のクワドラチャーフェ
ーズ成分を零にするように、移相器２０で参照波の位相
を変化させると、Ａ／Ｄ変換器３５からは、反射波の振
幅が出力される。また、移相器２０で変化させた位相が
試料反射波の位相となり、カウンタ４４でカウントされ
た値と対応する。従って、Ａ／Ｄ変換器３５とカウンタ
４４の出力をそれぞれメモリ３６，４６に記憶させる
と、それぞれ試料反射波の振幅と位相変化量となる。こ
の測定モードを所定回数繰り返すことにより、試料の弾
性的性質のみを反映するＶ(Z) カーブの振幅と位相変化
量を測定できる。
ーズ成分を零にするように、移相器２０で参照波の位相
を変化させると、Ａ／Ｄ変換器３５からは、反射波の振
幅が出力される。また、移相器２０で変化させた位相が
試料反射波の位相となり、カウンタ４４でカウントされ
た値と対応する。従って、Ａ／Ｄ変換器３５とカウンタ
４４の出力をそれぞれメモリ３６，４６に記憶させる
と、それぞれ試料反射波の振幅と位相変化量となる。こ
の測定モードを所定回数繰り返すことにより、試料の弾
性的性質のみを反映するＶ(Z) カーブの振幅と位相変化
量を測定できる。
【００４２】このように本発明によれば、Ｖ(Z) カーブ
の測定において、音響レンズを高い精度で移動させ、同
時にＶ(Z) カーブの振幅と位相変化量を高精度、高速に
測定が可能である。
の測定において、音響レンズを高い精度で移動させ、同
時にＶ(Z) カーブの振幅と位相変化量を高精度、高速に
測定が可能である。
【００４３】次に図２は本発明の第２実施例の画像測定
用の超音波装置の構成を示す図である。この第２実施例
は、第１実施例の試料反射波の振幅と位相変化より試料
の微細領域の画像観察を行うものである。ここで、第２
実施例の構成部材で、第１実施例と同等のものは同じ参
照番号を付して、その説明を省略する。
用の超音波装置の構成を示す図である。この第２実施例
は、第１実施例の試料反射波の振幅と位相変化より試料
の微細領域の画像観察を行うものである。ここで、第２
実施例の構成部材で、第１実施例と同等のものは同じ参
照番号を付して、その説明を省略する。
【００４４】前記主制御部１２に制御され、前記メモリ
３６，４６に接続する画像処理部４８を設ける。前記メ
モリ３６，４６に記憶される試料反射波の振幅と位相変
化を処理して画像にする。その他の部材の構成は第１実
施例と同様である。次に第２実施例の動作について説明
する。
３６，４６に接続する画像処理部４８を設ける。前記メ
モリ３６，４６に記憶される試料反射波の振幅と位相変
化を処理して画像にする。その他の部材の構成は第１実
施例と同様である。次に第２実施例の動作について説明
する。
【００４５】まず基準信号発振器１より連続波が出力さ
れ、Ｄ／Ａ変換器４１，４２，４５でフィードバック信
号が出力されるまでの動作は第１実施例と同様であり、
その説明を省略する。
れ、Ｄ／Ａ変換器４１，４２，４５でフィードバック信
号が出力されるまでの動作は第１実施例と同様であり、
その説明を省略する。
【００４６】試料の微小領域の画像観察を行うには、ま
ず、モード設定部により初期設定のモードが選択され
る。このモードでは、前記音響レンズ５により収束され
た超音波を試料７の内部に焦点を合わせ、Ｄ／Ａ変換器
４１より出力されたフィードバック信号により平面反射
波のクワドラチャーフェーズ成分を零にするように移相
器１８が駆動した後、その状態を保持する。
ず、モード設定部により初期設定のモードが選択され
る。このモードでは、前記音響レンズ５により収束され
た超音波を試料７の内部に焦点を合わせ、Ｄ／Ａ変換器
４１より出力されたフィードバック信号により平面反射
波のクワドラチャーフェーズ成分を零にするように移相
器１８が駆動した後、その状態を保持する。
【００４７】さらに、試料反射波のクワドラチャーフェ
ーズ成分も零にるように、前記Ｄ／Ａ変換器４５より出
力されるフィードバック信号により移相器２０が設定さ
れる。クワドラチャーフェーズ成分が零になると、Ａ／
Ｄ変換器３５の出力がメモリ３６に記憶され、零位相が
メモリ４６に記憶される。 …提案書に記載される次の段落（Ｐ２１．１０行目）の
意味が正確に理解できず、以下のようにしました訂正を
お願いします。…
ーズ成分も零にるように、前記Ｄ／Ａ変換器４５より出
力されるフィードバック信号により移相器２０が設定さ
れる。クワドラチャーフェーズ成分が零になると、Ａ／
Ｄ変換器３５の出力がメモリ３６に記憶され、零位相が
メモリ４６に記憶される。 …提案書に記載される次の段落（Ｐ２１．１０行目）の
意味が正確に理解できず、以下のようにしました訂正を
お願いします。…
【００４８】“次に前記モード設定部４７により、画像
観察モードに設定され、カウンタ３９から出力するフィ
ードバック信号が精密微小Ｚステージ１０にフィードバ
ックするように接続された後、Ｘ−Ｙステージ９は、試
料７の所望位置へＸ方向又はＹ方向に微小に動く。”
観察モードに設定され、カウンタ３９から出力するフィ
ードバック信号が精密微小Ｚステージ１０にフィードバ
ックするように接続された後、Ｘ−Ｙステージ９は、試
料７の所望位置へＸ方向又はＹ方向に微小に動く。”
【００４９】すると、平面反射波は、試料７表面のうね
りや傾きなど外形表因により位相変化を受け、試料反射
波はさらに試料の内部状態を反映する位相変化を受け、
クワドラチャーフェーズ成分に位相変分に関するsin 成
分として表われ、精密微小Ｚステージ１０を制御するた
めのフィードバック信号として、該精密微小Ｚステージ
１０に入力し、音響レンズ５が試料７の表面形状に追従
されるように移動させる。
りや傾きなど外形表因により位相変化を受け、試料反射
波はさらに試料の内部状態を反映する位相変化を受け、
クワドラチャーフェーズ成分に位相変分に関するsin 成
分として表われ、精密微小Ｚステージ１０を制御するた
めのフィードバック信号として、該精密微小Ｚステージ
１０に入力し、音響レンズ５が試料７の表面形状に追従
されるように移動させる。
【００５０】この後、試料反射波のクワドラチャーフェ
ーズ成分を零にするように移相器２０により乗算器１
６，１７の参照波が位相変化される。クワドラチャーフ
ェーズ成分が零になると、Ａ／Ｄ変換器３５の出力はメ
モリ３６に記憶され、カウンタ４４によりカウントされ
た量がメモリ４６に記憶される。それぞれ値は、試料反
射波の振幅と試料７内部要因に関する位相変化に対応す
る。
ーズ成分を零にするように移相器２０により乗算器１
６，１７の参照波が位相変化される。クワドラチャーフ
ェーズ成分が零になると、Ａ／Ｄ変換器３５の出力はメ
モリ３６に記憶され、カウンタ４４によりカウントされ
た量がメモリ４６に記憶される。それぞれ値は、試料反
射波の振幅と試料７内部要因に関する位相変化に対応す
る。
【００５１】この画像観察モードの測定を試料７の被観
察微小領域にわたり繰り返し行い、前記メモリ３６，４
６の振幅と位相情報を画像処理部４８により試料７の内
部画像が表示される。
察微小領域にわたり繰り返し行い、前記メモリ３６，４
６の振幅と位相情報を画像処理部４８により試料７の内
部画像が表示される。
【００５２】このように本発明によれば、試料の画像測
定において、試料反射波の試料表面の影響を自動的に除
去し、試料の内部に起因する振幅と位相変化を高精度に
高速に測定が可能である。
定において、試料反射波の試料表面の影響を自動的に除
去し、試料の内部に起因する振幅と位相変化を高精度に
高速に測定が可能である。
【００５３】次に図３に、本発明の第３実施例のＶ(Z)
カーブ側定用の超音波測定装置の構成を示し、説明す
る。この第３実施例は、平面反射波、試料反射波の直交
検波後、極座標変換することで振幅と位相を求めるもの
である。ここで、第３実施例の構成部材で第１実施例と
同等のものは、同じ参照番号を付して、その説明を省略
し、特徴部分のみを図示する。
カーブ側定用の超音波測定装置の構成を示し、説明す
る。この第３実施例は、平面反射波、試料反射波の直交
検波後、極座標変換することで振幅と位相を求めるもの
である。ここで、第３実施例の構成部材で第１実施例と
同等のものは、同じ参照番号を付して、その説明を省略
し、特徴部分のみを図示する。
【００５４】この構成は、まず第１の実施例と同様に、
乗算器１４、１５、１７、１６が共に、９０°ハイブリ
ッド１９に接続され、さらにＬＰＦ２２，２３，２４，
２５とサンプル＆ホールド（Ｓ＆Ｈ）２６，２７，２
８，２９に接続されている。また、前記サンプル＆ホー
ルド２６，２７，２８，２９は、Ａ／Ｄ変換器５０，５
１，５２，５３に接続される。さらに前記Ａ／Ｄ変換器
５０，５１は、座標系変換器５４に接続され、前記Ａ／
Ｄ変換器５２，５３は、座標系変換器５５に接続されて
いる。
乗算器１４、１５、１７、１６が共に、９０°ハイブリ
ッド１９に接続され、さらにＬＰＦ２２，２３，２４，
２５とサンプル＆ホールド（Ｓ＆Ｈ）２６，２７，２
８，２９に接続されている。また、前記サンプル＆ホー
ルド２６，２７，２８，２９は、Ａ／Ｄ変換器５０，５
１，５２，５３に接続される。さらに前記Ａ／Ｄ変換器
５０，５１は、座標系変換器５４に接続され、前記Ａ／
Ｄ変換器５２，５３は、座標系変換器５５に接続されて
いる。
【００５５】そして前記座標系変換器５４は、メモリ５
６と差分器５７に接続され、前記差分器５７では、前記
座標系変換器５４とメモリ５６との差をＤ／Ａ変換器５
８に出力するようになっている。前記Ｄ／Ａ変換器５８
は直接、精密微小Ｚステージ１０に連がれている。ま
た、座標系変換器５５、メモリ５９、差分器６０も同じ
ように構成され、さらにメモリ３６に接続され、前記差
分器６０はメモリ４６に出力する。また、前記メモリ５
６、５９は、モード設定部４７からの信号により制御さ
れ、その他の構成は第１実施例と同様である。次に前記
座標系変換器５４，５５について説明する。前記座標系
変換器５４は、内部に２つのＲＯＭを設けられ、一方の
ＲＯＭ１は振幅検出用、他方のＲＯＭは位相検出力用と
して用いられている。
６と差分器５７に接続され、前記差分器５７では、前記
座標系変換器５４とメモリ５６との差をＤ／Ａ変換器５
８に出力するようになっている。前記Ｄ／Ａ変換器５８
は直接、精密微小Ｚステージ１０に連がれている。ま
た、座標系変換器５５、メモリ５９、差分器６０も同じ
ように構成され、さらにメモリ３６に接続され、前記差
分器６０はメモリ４６に出力する。また、前記メモリ５
６、５９は、モード設定部４７からの信号により制御さ
れ、その他の構成は第１実施例と同様である。次に前記
座標系変換器５４，５５について説明する。前記座標系
変換器５４は、内部に２つのＲＯＭを設けられ、一方の
ＲＯＭ１は振幅検出用、他方のＲＯＭは位相検出力用と
して用いられている。
【００５６】図４（ａ），（ｂ）に前記ＲＯＭの内部デ
ータの概念を示す。図４（ａ）は振幅検出用ＲＯＭであ
り、同図（ｂ）は、位相検出用ＲＯＭである。入力とし
ては、検波出力のインフェーズ成分をＸ、クワドラチャ
ーフェーズ成分をＹとする。
ータの概念を示す。図４（ａ）は振幅検出用ＲＯＭであ
り、同図（ｂ）は、位相検出用ＲＯＭである。入力とし
ては、検波出力のインフェーズ成分をＸ、クワドラチャ
ーフェーズ成分をＹとする。
【００５７】
【数５】 但し、Ａ：振幅、Ｑ：位相とする。ここで、仮に最大拡
幅をＡ／２と考え、振幅検出用はｎ個の振幅に区別さ
れ、位相検出用はｍ個の角度に切られている。
幅をＡ／２と考え、振幅検出用はｎ個の振幅に区別さ
れ、位相検出用はｍ個の角度に切られている。
【００５８】ここで、（６）式，（７）式で示した入力
があった場合には、図中に示すようにそれぞれ交点が検
出される。この例では、振幅はＥ、位相はｅとなる。こ
のように振幅と位相を検出する。個数ｎ，ｍの値は、Ａ
／Ｄ変換器のビット数、並びにＲＯＭの数により決定さ
れ、増設するほど検出される値の精度は高くなる。次に
本実施例の作用について説明する。
があった場合には、図中に示すようにそれぞれ交点が検
出される。この例では、振幅はＥ、位相はｅとなる。こ
のように振幅と位相を検出する。個数ｎ，ｍの値は、Ａ
／Ｄ変換器のビット数、並びにＲＯＭの数により決定さ
れ、増設するほど検出される値の精度は高くなる。次に
本実施例の作用について説明する。
【００５９】まず基準信号発振器１から連続波が出力さ
れ、アンプ１３で増幅された平面反射波と試料反射波
が、乗算器１４，１５，１６，１７に入力されるのは、
第１実施例と同様である。その時、同じ参照波を乗算器
１４，１５，１６，１７で乗算され、ＬＰＦ２２，２
３，２４，２５を介して高周波成分が除去されて、サン
プル＆ホールド２６，２７，２８，２９に参照波信号が
保持される。前記サンプル＆ホールド２６，２７では平
面反射波を、サンプル＆ホールド２８，２９では試料反
射波が保持される。
れ、アンプ１３で増幅された平面反射波と試料反射波
が、乗算器１４，１５，１６，１７に入力されるのは、
第１実施例と同様である。その時、同じ参照波を乗算器
１４，１５，１６，１７で乗算され、ＬＰＦ２２，２
３，２４，２５を介して高周波成分が除去されて、サン
プル＆ホールド２６，２７，２８，２９に参照波信号が
保持される。前記サンプル＆ホールド２６，２７では平
面反射波を、サンプル＆ホールド２８，２９では試料反
射波が保持される。
【００６０】その後、Ａ／Ｄ変換器５０，５１，５２，
５３，５４によりディジタル変換され、平面反射波は座
標系変換器５４に入力され、試料反射波は座標系変換器
５５入力される。前記座標系変換器５０からは平面反射
波の位相のみメモリ５６と差分器５７に出力され、差分
器５７では、両者の差をとりＤ／Ａ変換器５８によっ
て、アナログ信号に変換された後、精密微小Ｚステージ
１０にフィードバック信号として入力される。
５３，５４によりディジタル変換され、平面反射波は座
標系変換器５４に入力され、試料反射波は座標系変換器
５５入力される。前記座標系変換器５０からは平面反射
波の位相のみメモリ５６と差分器５７に出力され、差分
器５７では、両者の差をとりＤ／Ａ変換器５８によっ
て、アナログ信号に変換された後、精密微小Ｚステージ
１０にフィードバック信号として入力される。
【００６１】前記座標系変換器５４は、位相をメモり５
９と差分器６０に出力し、前記差分器６０は両者の差を
メモリ４６に出力する。また、前記座標系変換器５５
は、試料反射波の振幅をメモリ３６に出力する。
９と差分器６０に出力し、前記差分器６０は両者の差を
メモリ４６に出力する。また、前記座標系変換器５５
は、試料反射波の振幅をメモリ３６に出力する。
【００６２】次に、Ｖ(Z) カーブを測定する際は、ま
ず、モード設定部４７によって、初期設定のモードが選
択される。このモード設定では、音響レンズ５が所定の
位置にセットし、平面反射波、試料反射波ともに座標系
変換部５４，５５にて振幅及び位相が出力される。メモ
リ５６，５９は、初期位相をそれぞれ記憶し、メモリ３
６は試料反射波の振幅をメモリ４６は零位相を記憶す
る。
ず、モード設定部４７によって、初期設定のモードが選
択される。このモード設定では、音響レンズ５が所定の
位置にセットし、平面反射波、試料反射波ともに座標系
変換部５４，５５にて振幅及び位相が出力される。メモ
リ５６，５９は、初期位相をそれぞれ記憶し、メモリ３
６は試料反射波の振幅をメモリ４６は零位相を記憶す
る。
【００６３】次に、モード設定部によって、Ｖ(Z) 測定
のモードが選択され、前記メモリ５６，５９の初期位相
が保持される。また、主制御部１２により、Ｚステージ
１１が、“ΔＺ”だけ動かされ、移相器１８により参照
波が、ΔＺ分だけ位相を変化される。この時、差分器５
７の出力は、Ｚステージの機械的誤差に相当する分の位
相差が出力されていて、この位相差をＤ／Ａ変換器５８
によりアナログ信号として精密微小Ｚステージにフィー
ドバックする。
のモードが選択され、前記メモリ５６，５９の初期位相
が保持される。また、主制御部１２により、Ｚステージ
１１が、“ΔＺ”だけ動かされ、移相器１８により参照
波が、ΔＺ分だけ位相を変化される。この時、差分器５
７の出力は、Ｚステージの機械的誤差に相当する分の位
相差が出力されていて、この位相差をＤ／Ａ変換器５８
によりアナログ信号として精密微小Ｚステージにフィー
ドバックする。
【００６４】このフィードバックにより、前記Ｚステー
ジ１１の機械的な誤差が補正される。従って、前記座標
系変換器５５の出力は、試料の微小領域の弾性的な性質
を反映した振幅と位相のみが出力され振幅はメモリ３６
に、位相は初期位相との差を差分器６０により出力され
メモリ４６に記憶される。このようにして、Ｖ(Z) 測定
モードが所定の回数繰り返され、試料７の弾性的性質の
みを反映する試料反射波の振幅と位相が測定できる。
ジ１１の機械的な誤差が補正される。従って、前記座標
系変換器５５の出力は、試料の微小領域の弾性的な性質
を反映した振幅と位相のみが出力され振幅はメモリ３６
に、位相は初期位相との差を差分器６０により出力され
メモリ４６に記憶される。このようにして、Ｖ(Z) 測定
モードが所定の回数繰り返され、試料７の弾性的性質の
みを反映する試料反射波の振幅と位相が測定できる。
【００６５】以上のように本発明の第３実施例によれ
ば、Ｖ(Z) カーブの測定において音響レンズの移動を精
度よく行なえ、同時にＶ(Z) カーブの振幅と位相を高精
度に速く測定することが可能である。
ば、Ｖ(Z) カーブの測定において音響レンズの移動を精
度よく行なえ、同時にＶ(Z) カーブの振幅と位相を高精
度に速く測定することが可能である。
【００６６】次に図５には、本発明の第４実施例として
の画像測定用の超音波装置の構成を示し、説明する。こ
の第４実施例は、第３実施例における試料反射波の振幅
と位相より試料の微細領域の画像観察を行なうものであ
る。ここで、第４実施例の構成部材で第３実施例と同等
のものは、同じ参照番号を付して、その説明を省略し、
特徴部分のみを図示する。
の画像測定用の超音波装置の構成を示し、説明する。こ
の第４実施例は、第３実施例における試料反射波の振幅
と位相より試料の微細領域の画像観察を行なうものであ
る。ここで、第４実施例の構成部材で第３実施例と同等
のものは、同じ参照番号を付して、その説明を省略し、
特徴部分のみを図示する。
【００６７】この第４実施例は、主制御部１２に制御さ
れ、前記メモリ３６，４６に接続して、記憶される試料
反射波の振幅と位相変化を処理して画像にする画像処理
部４８が設けられている。前記乗算器１４，１５，１
６，１７の参照波として、基準信号発振器１の出力した
連続波が用られている。その他の構成は第３実施例と同
様である。次に第４実施例の動作について説明する。
れ、前記メモリ３６，４６に接続して、記憶される試料
反射波の振幅と位相変化を処理して画像にする画像処理
部４８が設けられている。前記乗算器１４，１５，１
６，１７の参照波として、基準信号発振器１の出力した
連続波が用られている。その他の構成は第３実施例と同
様である。次に第４実施例の動作について説明する。
【００６８】まず、基準信号発振器１から連続波が出力
され、平面反射波、試料反射波ともに乗算器１４，１
５，１６，１７に入力されるまでの動作は、第３実施例
と同様であり、説明を省略する。また前記乗算器１４，
１５，１６，１７では、前記連続波を参照波として乗算
される。
され、平面反射波、試料反射波ともに乗算器１４，１
５，１６，１７に入力されるまでの動作は、第３実施例
と同様であり、説明を省略する。また前記乗算器１４，
１５，１６，１７では、前記連続波を参照波として乗算
される。
【００６９】試料７の微小領域の画像観察を行なう場合
には、まずモード設定部４７により初期設定のモードが
選択される。このモードは、音響レンズ５により収束さ
れた超音波を試料内部に焦点を合わせ、第３実施例と同
様に、メモリ５６，５９に初期位置を記憶し、初期位相
を試料反射波の振幅はメモリ３６に、零位相をメモリ４
６に記憶される。
には、まずモード設定部４７により初期設定のモードが
選択される。このモードは、音響レンズ５により収束さ
れた超音波を試料内部に焦点を合わせ、第３実施例と同
様に、メモリ５６，５９に初期位置を記憶し、初期位相
を試料反射波の振幅はメモリ３６に、零位相をメモリ４
６に記憶される。
【００７０】次に、画像観察モードを選択する。このモ
ードは、前記メモリ５６，５９の初期位相は保持され、
主制御部１２により、Ｘ−Ｙステージ９をＸ方向又はＹ
方向に動かす。すると、平面反射波は試料７の表面のう
ねりや傾きなど形状に起因して位相変化を受け初期位相
との差が差分器５７から出力され、Ｄ／Ａ変換器５８に
よりＤ／Ａ変換され、精密微小Ｚステージ１１にフィー
ドバック信号として入力され、試料表面形状に追求する
ように、音響レンズ５を移動させる。
ードは、前記メモリ５６，５９の初期位相は保持され、
主制御部１２により、Ｘ−Ｙステージ９をＸ方向又はＹ
方向に動かす。すると、平面反射波は試料７の表面のう
ねりや傾きなど形状に起因して位相変化を受け初期位相
との差が差分器５７から出力され、Ｄ／Ａ変換器５８に
よりＤ／Ａ変換され、精密微小Ｚステージ１１にフィー
ドバック信号として入力され、試料表面形状に追求する
ように、音響レンズ５を移動させる。
【００７１】この時、座標系変換器５５から試料反射波
の振幅をメモリ３６に記憶させ、また差分器６０から試
料内部に起因する位相量がメモリ４６に出力される。前
記メモリ３６，４６に記憶された情報は、画像処理部４
８により画像情報に変換され画像となる。この画像観察
モードを試料７の破観察微小領域にわたり繰り返すこと
で、試料７の内部画像が得られる。
の振幅をメモリ３６に記憶させ、また差分器６０から試
料内部に起因する位相量がメモリ４６に出力される。前
記メモリ３６，４６に記憶された情報は、画像処理部４
８により画像情報に変換され画像となる。この画像観察
モードを試料７の破観察微小領域にわたり繰り返すこと
で、試料７の内部画像が得られる。
【００７２】このように本発明によれば、試料の画像測
定において、試料反射波の試料表面の影響を自動的に除
去し、試料内部に起因する振幅と位相を高精度に高速に
測定できる。
定において、試料反射波の試料表面の影響を自動的に除
去し、試料内部に起因する振幅と位相を高精度に高速に
測定できる。
【００７３】また本発明は、前述した実施例に限定され
るものではなく、例えば乗算器の参照波として４５°と
１３５°位相変化させた信号を用いることも可能であ
る。また、Ｚステージは１つでも３つ以上でもよい。さ
らに位相検波出力から振幅と位相を求めているが、振幅
は従来の方法で測定し、位相のみを本発明の方法で測定
することも可能であり、他にも発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の変形や応用が可能であることは勿論であ
る。
るものではなく、例えば乗算器の参照波として４５°と
１３５°位相変化させた信号を用いることも可能であ
る。また、Ｚステージは１つでも３つ以上でもよい。さ
らに位相検波出力から振幅と位相を求めているが、振幅
は従来の方法で測定し、位相のみを本発明の方法で測定
することも可能であり、他にも発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の変形や応用が可能であることは勿論であ
る。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料からの反射波の振幅と位相を高速に高精度に測定して
いるので従来の方法に比べて、試料反射波に含まれる情
報を高速に高精度に得ることができるので、従来では膨
大な時間を必要とした試料の弾性的性質の測定等を高速
に高精度に行なえる超音波装置を提供することができ
る。
料からの反射波の振幅と位相を高速に高精度に測定して
いるので従来の方法に比べて、試料反射波に含まれる情
報を高速に高精度に得ることができるので、従来では膨
大な時間を必要とした試料の弾性的性質の測定等を高速
に高精度に行なえる超音波装置を提供することができ
る。
【図１】図１は、本発明による第１実施例のＶ(Z) カー
ブ測定の超音波装置の構成を示す図である。
ブ測定の超音波装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施例の画像測定用の超
音波装置の構成を示す図である。
音波装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施例のＶ(Z) カーブ側
定用の超音波測定装置の構成を示す図である。
定用の超音波測定装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、第３実施例のＲＯＭの内部データの概
念を示す図である。
念を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施例の画像測定用の超
音波装置の構成を示す図である。
音波装置の構成を示す図である。
１…基準信号発振器、２…パルス変調器、３…高速切替
えスイッチ、４…トランスデューサ、５…音響レンズ、
６…カプラ、７…試料、８…試料台、９…Ｘ−Ｙステー
ジ、１０…精密微小Ｚステージ、１１…Ｚステージ、１
２…主制御部、１３…アンプ、１４，１５，１６，１７
…乗算器、１８，２０…移相器、１９，２１…９０°ハ
イブリッド、２２，２３，２４，２５…ローパスフィル
タ（ＬＰＦ）、２６，２７，２８，２９…サンプル＆ホ
ールド（Ｓ＆Ｈ）、３０，３７…コンパレータ、３１，
３４…ウィンドウコンパレータ、３２，３３，５０，５
１，５２，５３…Ａ／Ｄ変換器、３６，４６，５６，５
９…メモリ、３８，４３…零点検出器、３９，４４…カ
ウンタ、４０…データセレクタ、４１，４２，４５，５
８…Ｄ／Ａ変換器、４７…モード設定部、４８…画像処
理部、５４，５５…座標系変換器、５７，６０…差分
器。
えスイッチ、４…トランスデューサ、５…音響レンズ、
６…カプラ、７…試料、８…試料台、９…Ｘ−Ｙステー
ジ、１０…精密微小Ｚステージ、１１…Ｚステージ、１
２…主制御部、１３…アンプ、１４，１５，１６，１７
…乗算器、１８，２０…移相器、１９，２１…９０°ハ
イブリッド、２２，２３，２４，２５…ローパスフィル
タ（ＬＰＦ）、２６，２７，２８，２９…サンプル＆ホ
ールド（Ｓ＆Ｈ）、３０，３７…コンパレータ、３１，
３４…ウィンドウコンパレータ、３２，３３，５０，５
１，５２，５３…Ａ／Ｄ変換器、３６，４６，５６，５
９…メモリ、３８，４３…零点検出器、３９，４４…カ
ウンタ、４０…データセレクタ、４１，４２，４５，５
８…Ｄ／Ａ変換器、４７…モード設定部、４８…画像処
理部、５４，５５…座標系変換器、５７，６０…差分
器。
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４７】さらに、試料反射波のクワドラチャーフェ
ーズ成分も零にるように、前記Ｄ／Ａ変換器４５より出
力されるフィードバック信号により移相器２０が設定さ
れる。クワドラチャーフェーズ成分が零になると、Ａ／
Ｄ変換器３５の出力がメモリ３６に記憶され、零位相が
メモリ４６に記憶される。
ーズ成分も零にるように、前記Ｄ／Ａ変換器４５より出
力されるフィードバック信号により移相器２０が設定さ
れる。クワドラチャーフェーズ成分が零になると、Ａ／
Ｄ変換器３５の出力がメモリ３６に記憶され、零位相が
メモリ４６に記憶される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】次に前記モード設定部４７により、画像観
察モードに設定され、カウンタ３９から出力するフィー
ドバック信号が精密微小Ｚステージ１０にフィードバッ
クするように接続された後、Ｘ−Ｙステージ９は、試料
７の所望位置へＸ方向又はＹ方向に微小に動く。
察モードに設定され、カウンタ３９から出力するフィー
ドバック信号が精密微小Ｚステージ１０にフィードバッ
クするように接続された後、Ｘ−Ｙステージ９は、試料
７の所望位置へＸ方向又はＹ方向に微小に動く。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】その後、Ａ／Ｄ変換器５０，５１，５２，
５３によりディジタル変換され、平面反射波は座標系変
換器５４に入力され、試料反射波は座標系変換器５５入
力される。前記座標系変換器５０からは平面反射波の位
相のみメモリ５６と差分器５７に出力され、差分器５７
では、両者の差をとりＤ／Ａ変換器５８によって、アナ
ログ信号に変換された後、精密微小Ｚステージ１０にフ
ィードバック信号として入力される。
５３によりディジタル変換され、平面反射波は座標系変
換器５４に入力され、試料反射波は座標系変換器５５入
力される。前記座標系変換器５０からは平面反射波の位
相のみメモリ５６と差分器５７に出力され、差分器５７
では、両者の差をとりＤ／Ａ変換器５８によって、アナ
ログ信号に変換された後、精密微小Ｚステージ１０にフ
ィードバック信号として入力される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６９】試料７の微小領域の画像観察を行なう場合
には、まずモード設定部４７により初期設定のモードが
選択される。このモードは、音響レンズ５により収束さ
れた超音波を試料内部に焦点を合わせ、第３実施例と同
様に、メモリ５６，５９に初期位相を記憶し、試料反射
波の振幅はメモリ３６に、零位相をメモリ４６に記憶さ
れる。
には、まずモード設定部４７により初期設定のモードが
選択される。このモードは、音響レンズ５により収束さ
れた超音波を試料内部に焦点を合わせ、第３実施例と同
様に、メモリ５６，５９に初期位相を記憶し、試料反射
波の振幅はメモリ３６に、零位相をメモリ４６に記憶さ
れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯川 浩 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 連続高周波を発生させる発振手段と、 発生させた高周波からバースト波を生成するバースト波
生成手段と、 前記バースト波を超音波に変換し微小領域に収束して試
料に入射させ試料からの反射波を再び電気信号に変換す
る超音波送受信手段と、 前記発振手段からの連続高周波を位相変化させる複数の
位相変化手段と、 前記位相変化手段により位相変化された連続波を各々異
なった固定位相遅延させる位相遅延手段と、 前記位相遅延手段により遅延された信号を参照波に用い
て受信信号を位相敏感検波法にて検波する複数の検波手
段と、 前記検波手段からの検波出力をディジタル信号に変換す
る複数のＡ／Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換された検波出力の
片方の零点を検出する複数の零点検出手段と、 前記零点検出手段により零点検出された信号をカウント
する複数のカウント手段と、 前記カウント手段によりカウントされた量をＤ／Ａ変換
させる複数のＤ／Ａ変換手段と、 前記カウント手段によりカウントされた量を記憶するカ
ウント量記憶手段と、 前記零点検出信号以外のＡ／Ｄ変換された検波出力を記
憶する検波出力記憶手段と、 前記各手段の駆動を制御する主制御手段と、 超音波の伝搬方向をＺ軸として、Ｚ軸方向に前記超音波
送受信手段と試料の距離を変化させる複数の距離変化手
段とを備え、前記Ｄ／Ａ変換された信号を前記位相変化
させる手段と前記超音波送受信手段と試料の距離を変化
させる距離変化手段とにフィードバックさせることを特
徴とする超音波装置。 - 【請求項２】 前記カウント量記憶手段と前記検波出力
記憶手段とに記憶させた複数の情報を画像として処理す
る手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波
装置。 - 【請求項３】 連続する高周波を発生させる発振手段
と、 発生させた高周波からバースト波を生成するバースト波
生成手段と、 前記バースト波を超音波に変換し微小領域に収束して試
料に入射させ試料からの反射波を再び電気信号に変換す
る超音波送受信手段と、 前記発振手段からの連続高周波を位相変化させる位相変
化手段と、 前記位相変化手段により位相変化された連続高周波を各
々異なった固定位相遅延される複数の遅延手段と、 前記遅延手段により固定時間遅延された信号を参照波に
用いて受信信号を位相敏感検波法にて検波する複数の検
波手段と、 前記検波手段からの検波出力をディジタル信号に変換す
る複数のＡ／Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段により変換された検波信号を極座標
変換させて前記反射波の振幅と位相を出力する複数の極
座標変換出力手段と、 前記極座標変換出力手段からの出力信号の位相を記憶さ
せる複数の位相記憶手段と、 前記位相記憶手段に記憶させた出力信号の位相と新たに
極座標変換され出力された出力信号の位相との差をとる
複数の位相差検出手段と、 前記位相差検出手段により検出された差の値をＤ／Ａ変
換する位相差変換手段と、 前記位相差検出手段により検出された出力信号の差の値
を記憶させる手段と、 前記位相差検出手段により検出された出力信号の振幅を
記憶させる手段と、 前記超音波受信手段から発せられる超音波の伝搬方向を
Ｚ軸として、Ｚ軸方向に前記超音波受信手段と試料の距
離を変化させる複数の距離変化手段とを備え、前記Ｄ／
Ａ変換された信号を前記超音波送受信手段と試料の距離
を変化させる距離変化手段にフィードバックさせたこと
を特徴とする超音波装置。 - 【請求項４】 連続高周波を発生させる周波数が可変な
発振手段と、 前記発振手段により発生された高周波からバースト波を
生成するバースト波生成手段と、 前記バースト波を超音波に変換し微小領域に収束して試
料に入射させ試料からの反射波を再び電気信号に変換す
る超音波送受信手段と、 前記発振手段から発せられた連続高周波を各々異なった
固定時間遅延する複数の遅延手段と、 前記固定時間遅延された信号を参照波に用いて受信信号
を位相敏感検波法にて検波する複数の検波手段と、 前記検波手段からの検波出力をディジタル信号に変換
し、変換された検波信号を極座標変換させて反射波の振
幅と位相を記憶する複数の反射波記憶手段と、 前記反射波記憶手段に記憶された位相と新たに極座標変
換され出力された位相との差をとる複数の位相差検出手
段と、 前記位相差検出手段から出力された差の値をＤ／Ａ変換
する手段と、 前記位相差検出手段からの差の値を記憶させる手段と、 前記位相差検出手段からの振幅を記憶させる手段と、 前記超音波受信手段から発せられる超音波の伝幅方向を
Ｚ軸として、Ｚ軸方向に前記超音波送受信手段と試料の
距離を変化させる複数の距離変化手段とを備え、前記Ｄ
／Ａ変換された信号を前記超音波送受信手段と試料の距
離を変化させる距離変化手段にフィードバックさせたこ
とと、前記記憶させた複数の情報を画像として処理する
手段とを特徴とする超音波装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3285078A JPH05126807A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 超音波装置 |
| DE19924224209 DE4224209C2 (de) | 1991-07-23 | 1992-07-22 | Ultraschallmeßvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3285078A JPH05126807A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 超音波装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126807A true JPH05126807A (ja) | 1993-05-21 |
Family
ID=17686863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3285078A Withdrawn JPH05126807A (ja) | 1991-07-23 | 1991-10-30 | 超音波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05126807A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008058314A (ja) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Wacker Chemie Ag | ポリシリコン成形体の汚染および破壊のない試験法および欠陥のないポリシリコン成形体 |
| KR101251343B1 (ko) * | 2011-03-25 | 2013-04-05 | 미야사카 치아키 | 하이브리드 음향이미지장치 |
-
1991
- 1991-10-30 JP JP3285078A patent/JPH05126807A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008058314A (ja) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Wacker Chemie Ag | ポリシリコン成形体の汚染および破壊のない試験法および欠陥のないポリシリコン成形体 |
| JP2011095268A (ja) * | 2006-08-30 | 2011-05-12 | Wacker Chemie Ag | ポリシリコン成形体の汚染および破壊のない試験法および欠陥のないポリシリコン成形体 |
| KR101251343B1 (ko) * | 2011-03-25 | 2013-04-05 | 미야사카 치아키 | 하이브리드 음향이미지장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990107 |