JPH05296984A - 超音波スペクトラム顕微鏡の焦点調整方法及び入射角調整方法 - Google Patents
超音波スペクトラム顕微鏡の焦点調整方法及び入射角調整方法Info
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- JPH05296984A JPH05296984A JP4098319A JP9831992A JPH05296984A JP H05296984 A JPH05296984 A JP H05296984A JP 4098319 A JP4098319 A JP 4098319A JP 9831992 A JP9831992 A JP 9831992A JP H05296984 A JPH05296984 A JP H05296984A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】超音波スペクトラム顕微鏡の超音波センサの入
射角を安価な構成で容易に調整できる方法を提供する。 【構成】超音波センサ１０は、凹面トランスジューサ１
１と平面トランスジューサ１２とを有する送受独立型セ
ンサである。被検体載置ステージ２０の載置面２０ａに
対するセンサ１０からの超音波の入射角は、θステージ
１６でセンサ１０を傾動させることにより可変とされ
る。ここで入射角は、平面トランスジューサ１２の平面
１２ａの法線が載置面２０ａの法線に対してなす角度と
して規定される。また、ステージ２０の載置面２０ａに
は、三角プリズム４０が載置されている。このプリズム
４０は、載置面２０ａに対して角度θ0 をなす基準面４
０ａを有する。この基準面４０ａに対して平面トランス
ジューサ１２の平面１２ａが平行をなすようにセンサ１
０を傾動させると、入射角をθ0 に設定できる。
射角を安価な構成で容易に調整できる方法を提供する。 【構成】超音波センサ１０は、凹面トランスジューサ１
１と平面トランスジューサ１２とを有する送受独立型セ
ンサである。被検体載置ステージ２０の載置面２０ａに
対するセンサ１０からの超音波の入射角は、θステージ
１６でセンサ１０を傾動させることにより可変とされ
る。ここで入射角は、平面トランスジューサ１２の平面
１２ａの法線が載置面２０ａの法線に対してなす角度と
して規定される。また、ステージ２０の載置面２０ａに
は、三角プリズム４０が載置されている。このプリズム
４０は、載置面２０ａに対して角度θ0 をなす基準面４
０ａを有する。この基準面４０ａに対して平面トランス
ジューサ１２の平面１２ａが平行をなすようにセンサ１
０を傾動させると、入射角をθ0 に設定できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波スペクトラム顕
微鏡の焦点調整方法及び入射角調整方法に関する。
微鏡の焦点調整方法及び入射角調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本願の出願人は、先に特開平２−２５１
７５１号公報において超音波スペクトラム顕微鏡を開示
している。この超音波スペクトラム顕微鏡は、一対の超
音波トランスデューサからなる送受独立型センサを備え
ている。一方のトランスデューサは凹面を有し、他方の
トランスデューサは平面を有する。以下では説明を簡単
にするために、前者を送波側、後者を受波側として用い
た例について説明する。凹面トランスデューサに高周波
電圧パルスが印加されると、凹面トランスデューサは高
周波超音波を発生する。この超音波は、凹面の収束作用
により収束されつつ、被検体表面へ送波され、被検体表
面で凹面の開口角とトランスデューサ若しくはレンズの
材質に対応する方向に分散して反射される。この反射波
は、多くの異なる方向から平面トランスデューサに受波
され、その強度に応じた電気信号に変換される。この電
気信号は、周波数分析手段、例えばスペクトラムアナラ
イザへ出力される。
７５１号公報において超音波スペクトラム顕微鏡を開示
している。この超音波スペクトラム顕微鏡は、一対の超
音波トランスデューサからなる送受独立型センサを備え
ている。一方のトランスデューサは凹面を有し、他方の
トランスデューサは平面を有する。以下では説明を簡単
にするために、前者を送波側、後者を受波側として用い
た例について説明する。凹面トランスデューサに高周波
電圧パルスが印加されると、凹面トランスデューサは高
周波超音波を発生する。この超音波は、凹面の収束作用
により収束されつつ、被検体表面へ送波され、被検体表
面で凹面の開口角とトランスデューサ若しくはレンズの
材質に対応する方向に分散して反射される。この反射波
は、多くの異なる方向から平面トランスデューサに受波
され、その強度に応じた電気信号に変換される。この電
気信号は、周波数分析手段、例えばスペクトラムアナラ
イザへ出力される。
【０００３】スペクトラムアナライザは、平面トランス
デューサの出力信号に基づいて、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分布を形成する。
この強度スペクトラム分布を参照することにより、各周
波数成分についての応答特性が分析できる。この分析結
果に基づいて、被検体の物理的特性の測定評価、積層体
として被検体の層厚測定などがなされる。
デューサの出力信号に基づいて、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分布を形成する。
この強度スペクトラム分布を参照することにより、各周
波数成分についての応答特性が分析できる。この分析結
果に基づいて、被検体の物理的特性の測定評価、積層体
として被検体の層厚測定などがなされる。
【０００４】また、入射角を測定することにより、例え
ば表面波等の音速ＶS を、 ＶS ＝ＶW ／sin θI ……(i) （但し、ＶW は超音波伝播媒体（一般に水）中の音速、
θI は超音波センサによる入射角）として求めることが
できる。
ば表面波等の音速ＶS を、 ＶS ＝ＶW ／sin θI ……(i) （但し、ＶW は超音波伝播媒体（一般に水）中の音速、
θI は超音波センサによる入射角）として求めることが
できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような超音波スペ
クトラム顕微鏡において、超音波センサから被検体表面
へ向かう入射超音波の入射角を変化させるためには、被
検体表面に対して超音波センサを傾動させる必要があ
る。この場合、傾動の中心と超音波センサの焦点位置と
が一致していないと、入射角の変更に伴って超音波の入
射位置も変化する。従って、被検体の特定の微小領域に
ついて、入射角を変化させながら測定を実行しようとす
ると、入射角の変化に応じて測定位置がずれてしまい、
測定不可能となる。
クトラム顕微鏡において、超音波センサから被検体表面
へ向かう入射超音波の入射角を変化させるためには、被
検体表面に対して超音波センサを傾動させる必要があ
る。この場合、傾動の中心と超音波センサの焦点位置と
が一致していないと、入射角の変更に伴って超音波の入
射位置も変化する。従って、被検体の特定の微小領域に
ついて、入射角を変化させながら測定を実行しようとす
ると、入射角の変化に応じて測定位置がずれてしまい、
測定不可能となる。
【０００６】また、測定対象によっては、超音波センサ
による入射角を精度よく知る必要がある。例えば上記
(i) 式に明らかなように、音速ＶS の測定精度には入射
角θIが直接に効いてくるため、入射角の正確な測定が
不可欠である。従来、このような入射角の測定にはレー
ザー測角器が用いられているが、これは比較的に高価で
あり、測定コストを増大させるという不都合がある。
による入射角を精度よく知る必要がある。例えば上記
(i) 式に明らかなように、音速ＶS の測定精度には入射
角θIが直接に効いてくるため、入射角の正確な測定が
不可欠である。従来、このような入射角の測定にはレー
ザー測角器が用いられているが、これは比較的に高価で
あり、測定コストを増大させるという不都合がある。
【０００７】この発明は上記問題点を解決するためにな
されたものである。即ち、この発明の一つの目的は、傾
動の中心と超音波センサの焦点位置とを一致させること
ができる超音波スペクトラム顕微鏡の焦点調整方法を提
供することである。
されたものである。即ち、この発明の一つの目的は、傾
動の中心と超音波センサの焦点位置とを一致させること
ができる超音波スペクトラム顕微鏡の焦点調整方法を提
供することである。
【０００８】また、この発明の他の目的は、安価な構成
で入射角を容易に調整できる超音波スペクトラム顕微鏡
の入射角調整方法を提供する。
で入射角を容易に調整できる超音波スペクトラム顕微鏡
の入射角調整方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の一つの観点に
よれば、被検体が載置されるべき平坦な載置面を有し、
この載置面を所定の二次元平面に位置させるべきステー
ジと、一体的な第１と第２の超音波トランスデューサを
有し、その第１のトランスデューサは、この第１のトラ
ンスデューサからステージに載置された被検体へ向かう
入射超音波またはその被検体から第１のトランスデュー
サへ向かう反射超音波が一点に収束されるように位置付
けられた凹面を有し、第２のトランスデューサはステー
ジに載置された被検体に対面する平面を有してなる超音
波センサと、この超音波センサを傾動させることによ
り、第２のトランスデューサの平面の中心を通る法線が
被検体の法線に対してなす超音波入射角を可変とさせる
入射角制御手段と、超音波センサの焦点位置を二次元平
面に平行な少なくとも一つの方向に沿って移動させる移
動手段と、超音波センサにより受波された反射超音波の
スペクトラムを解析する解析手段と、を備える超音波ス
ペクトラム顕微鏡のための焦点調整方法であって、超音
波センサの焦点位置と入射角制御手段による超音波セン
サの傾動の中心位置との間の位置ずれ量を検出する行程
と、検出位置ずれ量に基づいて、移動手段により超音波
センサを移動させ、傾動の中心位置と焦点位置とを一致
させる行程と、からなることを特徴とする超音波スペク
トラム顕微鏡の焦点調整方法が提供される。
よれば、被検体が載置されるべき平坦な載置面を有し、
この載置面を所定の二次元平面に位置させるべきステー
ジと、一体的な第１と第２の超音波トランスデューサを
有し、その第１のトランスデューサは、この第１のトラ
ンスデューサからステージに載置された被検体へ向かう
入射超音波またはその被検体から第１のトランスデュー
サへ向かう反射超音波が一点に収束されるように位置付
けられた凹面を有し、第２のトランスデューサはステー
ジに載置された被検体に対面する平面を有してなる超音
波センサと、この超音波センサを傾動させることによ
り、第２のトランスデューサの平面の中心を通る法線が
被検体の法線に対してなす超音波入射角を可変とさせる
入射角制御手段と、超音波センサの焦点位置を二次元平
面に平行な少なくとも一つの方向に沿って移動させる移
動手段と、超音波センサにより受波された反射超音波の
スペクトラムを解析する解析手段と、を備える超音波ス
ペクトラム顕微鏡のための焦点調整方法であって、超音
波センサの焦点位置と入射角制御手段による超音波セン
サの傾動の中心位置との間の位置ずれ量を検出する行程
と、検出位置ずれ量に基づいて、移動手段により超音波
センサを移動させ、傾動の中心位置と焦点位置とを一致
させる行程と、からなることを特徴とする超音波スペク
トラム顕微鏡の焦点調整方法が提供される。
【００１０】この発明の他の観点によれば、被検体が載
置されるべき平坦な載置面を有し、この載置面を所定の
二次元平面に位置させるべきステージと、一体的な第１
と第２の超音波トランスデューサを有し、その第１のト
ランスデューサは、この第１のトランスデューサからス
テージに載置された被検体へ向かう入射超音波またはそ
の被検体から第１のトランスデューサへ向かう反射超音
波が一点に収束されるように位置付けられた凹面を有
し、第２のトランスデューサはステージに載置された被
検体に対面する平面を有してなる超音波センサと、この
超音波センサを傾動させることにより、第２のトランス
デューサの平面の中心を通る法線が被検体の法線に対し
てなす超音波入射角を可変とさせる入射角制御手段と、
超音波センサの焦点位置を二次元平面に平行な少なくと
も一つの方向に沿って移動させる移動手段と、超音波セ
ンサにより受波された反射超音波のスペクトラムを解析
する解析手段と、を備える超音波スペクトラム顕微鏡の
ための入射角調整方法であって、載置面に、この載置面
に対して超音波センサの設定すべき入射角に等しい角度
をなして延在する基準面を配置し、この基準面に対して
第２のトランスジューサの平面が平行をなすように、入
射角制御手段により超音波センサを傾動させることを特
徴とする超音波スペクトラム顕微鏡の入射角調整方法が
提供される。
置されるべき平坦な載置面を有し、この載置面を所定の
二次元平面に位置させるべきステージと、一体的な第１
と第２の超音波トランスデューサを有し、その第１のト
ランスデューサは、この第１のトランスデューサからス
テージに載置された被検体へ向かう入射超音波またはそ
の被検体から第１のトランスデューサへ向かう反射超音
波が一点に収束されるように位置付けられた凹面を有
し、第２のトランスデューサはステージに載置された被
検体に対面する平面を有してなる超音波センサと、この
超音波センサを傾動させることにより、第２のトランス
デューサの平面の中心を通る法線が被検体の法線に対し
てなす超音波入射角を可変とさせる入射角制御手段と、
超音波センサの焦点位置を二次元平面に平行な少なくと
も一つの方向に沿って移動させる移動手段と、超音波セ
ンサにより受波された反射超音波のスペクトラムを解析
する解析手段と、を備える超音波スペクトラム顕微鏡の
ための入射角調整方法であって、載置面に、この載置面
に対して超音波センサの設定すべき入射角に等しい角度
をなして延在する基準面を配置し、この基準面に対して
第２のトランスジューサの平面が平行をなすように、入
射角制御手段により超音波センサを傾動させることを特
徴とする超音波スペクトラム顕微鏡の入射角調整方法が
提供される。
【００１１】
【作用】この発明の焦点調整方法によれば、超音波セン
サの焦点位置と入射角制御手段による超音波センサの傾
動の中心位置との間の位置ずれ量が検出される。この位
置ずれ量がなくなるように超音波センサを移動させるこ
とにより、傾動の中心位置と焦点位置とを一致させるこ
とができる。
サの焦点位置と入射角制御手段による超音波センサの傾
動の中心位置との間の位置ずれ量が検出される。この位
置ずれ量がなくなるように超音波センサを移動させるこ
とにより、傾動の中心位置と焦点位置とを一致させるこ
とができる。
【００１２】超音波センサの入射角は、第２の超音波ト
ランスジューサの平面の中心を通る法線がステージの載
置面の法線に対してなす角度として決定される。そこ
で、この発明の入射角調整方法によれば、超音波センサ
の設定すべき入射角に等しい角度をなす基準面がステー
ジの載置面上に配置される。この基準面に対して第２の
トランスジューサの平面を平行にすると、超音波センサ
の入射角は、基準面のなす角度、即ち設定すべき入射角
となる。
ランスジューサの平面の中心を通る法線がステージの載
置面の法線に対してなす角度として決定される。そこ
で、この発明の入射角調整方法によれば、超音波センサ
の設定すべき入射角に等しい角度をなす基準面がステー
ジの載置面上に配置される。この基準面に対して第２の
トランスジューサの平面を平行にすると、超音波センサ
の入射角は、基準面のなす角度、即ち設定すべき入射角
となる。
【００１３】
【実施例】図１は、この発明の焦点調整方法及び入射角
調整方法が適用される超音波スペクトラム顕微鏡（Ultr
easonic Micro Spectrometer; 以下、ＵＭＳＭと称す）
を概念的に示す。
調整方法が適用される超音波スペクトラム顕微鏡（Ultr
easonic Micro Spectrometer; 以下、ＵＭＳＭと称す）
を概念的に示す。
【００１４】超音波センサ１０は、凹面の送受波面を有
する凹面トランスデューサ１１と、平面の送受波面を有
する平面トランスデューサ１２との対よりなる送受独立
型センサである。凹面トランスデューサ１１と平面トラ
ンスデューサ１２とは、何れも超音波送波器と超音波受
波器とを兼ねている。このような超音波センサ１０の焦
点位置は、送受波面のデザインに応じて定まる。
する凹面トランスデューサ１１と、平面の送受波面を有
する平面トランスデューサ１２との対よりなる送受独立
型センサである。凹面トランスデューサ１１と平面トラ
ンスデューサ１２とは、何れも超音波送波器と超音波受
波器とを兼ねている。このような超音波センサ１０の焦
点位置は、送受波面のデザインに応じて定まる。
【００１５】超音波センサ１０は支持体１４により一体
的に支持されている。
的に支持されている。
【００１６】支持体１４に支持された超音波センサ１０
においては、図２に示すように、凹面トランスデューサ
１１の凹面１１ａの中心を通る法線Ｎ1 と平面トランス
デューサ１２の平面１２ｂの中心を通る法線Ｎ2 との間
に所定の対向角φが保持されている。
においては、図２に示すように、凹面トランスデューサ
１１の凹面１１ａの中心を通る法線Ｎ1 と平面トランス
デューサ１２の平面１２ｂの中心を通る法線Ｎ2 との間
に所定の対向角φが保持されている。
【００１７】再度図１を参照すると、支持体１４は、超
音波センサ１０をθ方向へ傾動させるθステージ１６に
支持されている。
音波センサ１０をθ方向へ傾動させるθステージ１６に
支持されている。
【００１８】被検体１８は被検体ステージ２０の載置面
２０ａに載置されている。ここで載置面２０ａは、所定
の二次元平面（ＸＹ平面）内にあるものとする。被検体
ステージ２０は、載置面２０ａをＸＹ移動させるＸＹス
テージ２２を備えている。更にステージ２０は、その載
置面２０ａを所定の二次元平面内におく目的で、載置面
２０ａをθ′方向へ傾動させるゴニオステージ２４を備
えていることが好ましい。また、被検体１８を二次元平
面内で回転させるための回転ステージ２６を更に備えて
もよい。
２０ａに載置されている。ここで載置面２０ａは、所定
の二次元平面（ＸＹ平面）内にあるものとする。被検体
ステージ２０は、載置面２０ａをＸＹ移動させるＸＹス
テージ２２を備えている。更にステージ２０は、その載
置面２０ａを所定の二次元平面内におく目的で、載置面
２０ａをθ′方向へ傾動させるゴニオステージ２４を備
えていることが好ましい。また、被検体１８を二次元平
面内で回転させるための回転ステージ２６を更に備えて
もよい。
【００１９】被検体１８と超音波センサ１０との間に
は、超音波伝播媒体（典型的には水）２８が存在してい
る。
は、超音波伝播媒体（典型的には水）２８が存在してい
る。
【００２０】超音波センサ１０の一方のトランスデュー
サ１１（または１２）には、パルスジェネレータ３０が
接続され、他方のトランスデューサ１２（または１１）
には、増幅器３２、ディジタルオシロスコープ３４、Ｆ
ＦＴ（高速フーリエ変換）演算装置３６、ディスプレィ
３８が順次に接続されている。
サ１１（または１２）には、パルスジェネレータ３０が
接続され、他方のトランスデューサ１２（または１１）
には、増幅器３２、ディジタルオシロスコープ３４、Ｆ
ＦＴ（高速フーリエ変換）演算装置３６、ディスプレィ
３８が順次に接続されている。
【００２１】パルスジェネレータ３０は、例えば１０〜
１，０００ＭＨｚの広帯域パルス電圧信号を発生する。
このパルス信号は、超音波センサ１０の例えば凹面トラ
ンスデューサ１１に印加される。すると、凹面トランス
デューサ１１は、その凹面１１ａから伝播媒体２８を通
じて被検体１８へ収束性超音波を送波する。
１，０００ＭＨｚの広帯域パルス電圧信号を発生する。
このパルス信号は、超音波センサ１０の例えば凹面トラ
ンスデューサ１１に印加される。すると、凹面トランス
デューサ１１は、その凹面１１ａから伝播媒体２８を通
じて被検体１８へ収束性超音波を送波する。
【００２２】この超音波は被検体１８の表面にて反射
し、この反射波は伝播媒体２８を通じて再伝播して平面
トランスデューサ１２により受波される。
し、この反射波は伝播媒体２８を通じて再伝播して平面
トランスデューサ１２により受波される。
【００２３】平面トランスデューサ１２は、受波した反
射波を電気信号に変換して出力する。この出力信号は、
増幅器３２により増幅された後、ディジタルオシロスコ
ープ３４に与えられて所定の波形が検出される。この波
形はＦＦＴ演算装置３６に与えられて高速フーリエ変換
される。その結果、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分布と、反射波の位相を周波数
の関数として示した位相スペクトラム分布とが形成され
る。これら強度スペクトラム分布と位相スペクトラム分
布とはディスプレィ３８に表示される。
射波を電気信号に変換して出力する。この出力信号は、
増幅器３２により増幅された後、ディジタルオシロスコ
ープ３４に与えられて所定の波形が検出される。この波
形はＦＦＴ演算装置３６に与えられて高速フーリエ変換
される。その結果、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分布と、反射波の位相を周波数
の関数として示した位相スペクトラム分布とが形成され
る。これら強度スペクトラム分布と位相スペクトラム分
布とはディスプレィ３８に表示される。
【００２４】超音波センサ１０による被検体表面１８ａ
またはステージ載置面２０ａに対する超音波の入射角
は、超音波入射点における被検体表面１８ａまたは載置
面２０ａの法線Ｎ0 と平面トランスデューサ１２の法線
Ｎ2 とがなす角度として定義される（図２参照）。この
入射角は、平面トランスデューサ１２を受波側として用
いた場合は被検体表面１８ａからの超音波の反射角、平
面トランスデューサ１２を送波側とした場合は入射角で
あるが、本明細書においては何れの場合をも入射角と称
する。
またはステージ載置面２０ａに対する超音波の入射角
は、超音波入射点における被検体表面１８ａまたは載置
面２０ａの法線Ｎ0 と平面トランスデューサ１２の法線
Ｎ2 とがなす角度として定義される（図２参照）。この
入射角は、平面トランスデューサ１２を受波側として用
いた場合は被検体表面１８ａからの超音波の反射角、平
面トランスデューサ１２を送波側とした場合は入射角で
あるが、本明細書においては何れの場合をも入射角と称
する。
【００２５】図３において、被検体表面１８ａは、載置
面２０ａのおかれたＸＹ平面に平行な平面にあるものと
する。説明を簡単にするために、被検体表面１８ａのな
す面をＸＹ平面とし、このＸＹ平面の法線方向をＺ軸と
する。また、焦点の位置座標とθステージ１６の傾動の
中心座標とは、ＹＺ平面にあるものとする。
面２０ａのおかれたＸＹ平面に平行な平面にあるものと
する。説明を簡単にするために、被検体表面１８ａのな
す面をＸＹ平面とし、このＸＹ平面の法線方向をＺ軸と
する。また、焦点の位置座標とθステージ１６の傾動の
中心座標とは、ＹＺ平面にあるものとする。
【００２６】θステージ１６の傾動の角度をαとして、
α＝０のとき凹面トランスデューサ４の焦点が被検体表
面１８ａ上に位置しているとする。また、このときの超
音波センサ１０による被検体表面１８ａに対する超音波
の入射角をθI とする。
α＝０のとき凹面トランスデューサ４の焦点が被検体表
面１８ａ上に位置しているとする。また、このときの超
音波センサ１０による被検体表面１８ａに対する超音波
の入射角をθI とする。
【００２７】凹面トランスデューサ１１の焦点の初期位
置座標を（０，０）とし、θ軸ゴニオメータ１６の傾動
の中心座標を（−ａ，−ｂ）とする。即ち、ａ＝ｂ＝０
のとき、凹面トランスデューサ１１の焦点の位置座標と
θステージ１６の傾動の中心座標とが一致しているもの
とする。
置座標を（０，０）とし、θ軸ゴニオメータ１６の傾動
の中心座標を（−ａ，−ｂ）とする。即ち、ａ＝ｂ＝０
のとき、凹面トランスデューサ１１の焦点の位置座標と
θステージ１６の傾動の中心座標とが一致しているもの
とする。
【００２８】ここで、凹面トランスデューサ１１の焦点
が初期位置座標（０，０）にあるときから、θステージ
１６が座標（−ａ，−ｂ）を中心に角度αだけ傾動した
とする。
が初期位置座標（０，０）にあるときから、θステージ
１６が座標（−ａ，−ｂ）を中心に角度αだけ傾動した
とする。
【００２９】
【数１】 (1-2) 式より、焦点が初期位置座標（０，０）にあると
きの超音波センサ１０と被検体表面１８ａとの間の超音
波伝播距離ｌは、θステージ１６が角度αだけ傾動した
後では、ｌ1 ＋ｌ2 だけ長くなる。
きの超音波センサ１０と被検体表面１８ａとの間の超音
波伝播距離ｌは、θステージ１６が角度αだけ傾動した
後では、ｌ1 ＋ｌ2 だけ長くなる。
【００３０】従って、凹面トランスデューサ４から超音
波が送波されたときから、被検体１８からの反射波が平
面トランスデューサ１２に受波されるまでに要する超音
波到達時間ｔは、θステージ１６が角度αだけ傾動する
前と傾動した後では、超音波伝播距離の差ｌ1 ＋ｌ2 に
応じて、Δｔだけ遅くなる。この時間差Δｔは次式のよ
うに表される。
波が送波されたときから、被検体１８からの反射波が平
面トランスデューサ１２に受波されるまでに要する超音
波到達時間ｔは、θステージ１６が角度αだけ傾動する
前と傾動した後では、超音波伝播距離の差ｌ1 ＋ｌ2 に
応じて、Δｔだけ遅くなる。この時間差Δｔは次式のよ
うに表される。
【００３１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】 以上のように、ａ，ｂは互いに独立に導かれる。
【００３２】従って時間差Δｔに基づいて、θステージ
１６の傾動中心の位置座標（−ａ，−ｂ）を超音波セン
サ１０の焦点位置からの相対位置として測定することが
できる。
１６の傾動中心の位置座標（−ａ，−ｂ）を超音波セン
サ１０の焦点位置からの相対位置として測定することが
できる。
【００３３】尚、時間差Δｔは、反射波の任意の周波数
成分ｆについてのθステージ１６が角度αだけ傾動する
前と傾動した後との位相変化ｐｈ（ｆ，α）から求める
ことができる。この位相変化ｐｈ（ｆ，α）はＦＦＴ演
算装置３６から得ることができる。
成分ｆについてのθステージ１６が角度αだけ傾動する
前と傾動した後との位相変化ｐｈ（ｆ，α）から求める
ことができる。この位相変化ｐｈ（ｆ，α）はＦＦＴ演
算装置３６から得ることができる。
【００３４】位相変化ｐｈ（ｆ，α）と時間差Δｔとは
次の関係にある。
次の関係にある。
【００３５】
【数６】 この(11)式によれば、(2) ，(3) 式のように超音波伝播
距離の差異に基づいて三角関数的に時間差Δｔを求める
よりも精度よく時間差Δｔを求めることができる。
距離の差異に基づいて三角関数的に時間差Δｔを求める
よりも精度よく時間差Δｔを求めることができる。
【００３６】この(11)式を(6) ，(9) 式に代入すること
により、θステージ１６の傾動の中心位置（−ａ，−
ｂ）を一層に正確に求めることができる。
により、θステージ１６の傾動の中心位置（−ａ，−
ｂ）を一層に正確に求めることができる。
【００３７】次に、本発明の入射角調整方法について説
明する。
明する。
【００３８】図４において、ステージ２０の載置面２０
ａには三角プリズム４０が載置されている。この三角プ
リズム４０は、設定すべき入射角に等しい角度θ0 の面
（以下、基準面と称す）４０ａを有し、この基準面４０
ａは平面トランスジューサ１２に対向されている。ここ
でステージ２０の載置面２０ａはＸＹ平面にあるものと
し、プリズム４０の基準面４０ａはＹ軸に対して角度θ
0 をなしているものとする。また、ステージ２０の載置
面２０ａに載置されるべき被検体の表面は、ＸＹ平面に
平行であるとする。
ａには三角プリズム４０が載置されている。この三角プ
リズム４０は、設定すべき入射角に等しい角度θ0 の面
（以下、基準面と称す）４０ａを有し、この基準面４０
ａは平面トランスジューサ１２に対向されている。ここ
でステージ２０の載置面２０ａはＸＹ平面にあるものと
し、プリズム４０の基準面４０ａはＹ軸に対して角度θ
0 をなしているものとする。また、ステージ２０の載置
面２０ａに載置されるべき被検体の表面は、ＸＹ平面に
平行であるとする。
【００３９】この場合、平面トランスジューサ１２の平
面１２ａとプリズム４０の基準面４０ａとを平行にする
と、超音波センサ１０の被検体に対する入射角をθ0 に
することができる。
面１２ａとプリズム４０の基準面４０ａとを平行にする
と、超音波センサ１０の被検体に対する入射角をθ0 に
することができる。
【００４０】平面トランスジューサ１２の平面１２ａと
プリズム４０の基準面４０ａとを平行にさせるには、例
えば以下のような操作を実行すればよい。この操作にお
いては、被検体載置ステージ２０が、ＸＹステージ２２
及びゴニオステージ２４に加えて、回転ステージ２６を
備えているものとする。
プリズム４０の基準面４０ａとを平行にさせるには、例
えば以下のような操作を実行すればよい。この操作にお
いては、被検体載置ステージ２０が、ＸＹステージ２２
及びゴニオステージ２４に加えて、回転ステージ２６を
備えているものとする。
【００４１】先ず、載置面２０ａに対してＸＹ駆動面が
水平をなすことを確認する。これは例えば超音波センサ
１０により載置面２０ａをＸＹ走査し、その際の反射波
の位相により確認できる。載置面２０ａに対してＸＹ駆
動面が水平でなければ、ゴニオステージ２４により載置
面２０ａを傾動させ、載置面２０ａとＸＹ駆動面とを水
平にさせる。
水平をなすことを確認する。これは例えば超音波センサ
１０により載置面２０ａをＸＹ走査し、その際の反射波
の位相により確認できる。載置面２０ａに対してＸＹ駆
動面が水平でなければ、ゴニオステージ２４により載置
面２０ａを傾動させ、載置面２０ａとＸＹ駆動面とを水
平にさせる。
【００４２】次いで、プリズム４０をＹ方向へ移動さ
せ、再び回転ステージ２６により載置面２０ａをＸＹ面
内で回動させる。そして、反射波の到達時間または位相
が変化しなくなるところで載置面２０ａの回動を停止さ
せる。
せ、再び回転ステージ２６により載置面２０ａをＸＹ面
内で回動させる。そして、反射波の到達時間または位相
が変化しなくなるところで載置面２０ａの回動を停止さ
せる。
【００４３】次に、θステージ１６により超音波センサ
１０を傾動させ、プリズム基準面４０ａからの平面トラ
ンスジューサ１２の往復反射強度が最大になるところで
傾動を停止させる。
１０を傾動させ、プリズム基準面４０ａからの平面トラ
ンスジューサ１２の往復反射強度が最大になるところで
傾動を停止させる。
【００４４】以上により、超音波センサ１０の被検体に
対する入射角がθ0 に設定される。この発明は上述した
実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能で
ある。例えば本発明が適用されるＵＳＭＳにおいては、
パルスジェネレータ３０に代えてバースト信号源を用
い、ＦＦＴ演算装置３６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との組み合わせを用い
てもよい。また、反射波の位相を観察せず、強度のみを
観察する場合には、スペクトラムアナライザのみを使用
してもよい。
対する入射角がθ0 に設定される。この発明は上述した
実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能で
ある。例えば本発明が適用されるＵＳＭＳにおいては、
パルスジェネレータ３０に代えてバースト信号源を用
い、ＦＦＴ演算装置３６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との組み合わせを用い
てもよい。また、反射波の位相を観察せず、強度のみを
観察する場合には、スペクトラムアナライザのみを使用
してもよい。
【００４５】
【発明の効果】この発明の焦点調整方法によれば、超音
波センサの傾動の中心と焦点位置とを一致させることが
できるので、入射角の変化に伴う焦点位置のずれを防止
することができる。従って、測定対象領域が極めて微小
であったとしても、様々な入射角で精度の良い測定を実
行できる。
波センサの傾動の中心と焦点位置とを一致させることが
できるので、入射角の変化に伴う焦点位置のずれを防止
することができる。従って、測定対象領域が極めて微小
であったとしても、様々な入射角で精度の良い測定を実
行できる。
【００４６】一方、本発明の入射角調整方法によれば、
設定すべき入射角に等しい角度をなす基準面をステージ
の載置面に配置するという簡単な準備により、入射角を
容易に設定できる。また、従来のようなレーザ測角器が
不要であり、入射角調整を安価に実現できる。
設定すべき入射角に等しい角度をなす基準面をステージ
の載置面に配置するという簡単な準備により、入射角を
容易に設定できる。また、従来のようなレーザ測角器が
不要であり、入射角調整を安価に実現できる。
【図１】この発明の方法が適用される超音波スペクトラ
ム顕微鏡（ＵＭＳＭ）の全体構成を示す模式図である。
ム顕微鏡（ＵＭＳＭ）の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１における凹面トランスジューサと平面トラ
ンスジューサとの位置関係を示す説明図である。
ンスジューサとの位置関係を示す説明図である。
【図３】この発明の焦点調整方法の原理を示す説明図で
ある。
ある。
【図４】この発明の入射角調整方法の原理を説明するた
めの図であって、三角プリズムとＵＭＳＭの超音波セン
サとを示す側面図である。
めの図であって、三角プリズムとＵＭＳＭの超音波セン
サとを示す側面図である。
１０…超音波センサ、１１…凹面トランスジューサ（第
１の超音波トランスジューサ）、１１ａ…凹面、１２…
平面トランスジューサ（第２の超音波トランスジュー
サ）、１２ａ…平面、１６…θステージ（入射角制御手
段）、１８…被検体、２０…ステージ、２２…ＸＹステ
ージ（移動手段）、２０ａ…載置面、３６…ＦＦＴ演算
装置（解析手段）。
１の超音波トランスジューサ）、１１ａ…凹面、１２…
平面トランスジューサ（第２の超音波トランスジュー
サ）、１２ａ…平面、１６…θステージ（入射角制御手
段）、１８…被検体、２０…ステージ、２２…ＸＹステ
ージ（移動手段）、２０ａ…載置面、３６…ＦＦＴ演算
装置（解析手段）。
Claims (2)
- 【請求項１】 被検体が載置されるべき平坦な載置面を
有し、この載置面を所定の二次元平面に位置させるべき
ステージと、 一体的な第１と第２の超音波トランスデューサを有し、
その第１のトランスデューサは、この第１のトランスデ
ューサからステージに載置された被検体へ向かう入射超
音波またはその被検体から第１のトランスデューサへ向
かう反射超音波が一点に収束されるように位置付けられ
た凹面を有し、第２のトランスデューサはステージに載
置された被検体に対面する平面を有してなる超音波セン
サと、 この超音波センサを傾動させることにより、第２のトラ
ンスデューサの平面の中心を通る法線が被検体の法線に
対してなす超音波入射角を可変とさせる入射角制御手段
と、 超音波センサの焦点位置を二次元平面に平行な少なくと
も一つの方向に沿って移動させる移動手段と、 超音波センサにより受波された反射超音波のスペクトラ
ムを解析する解析手段と、を備える超音波スペクトラム
顕微鏡のための焦点調整方法であって、超音波センサの
焦点位置と入射角制御手段による超音波センサの傾動の
中心位置との間の位置ずれ量を検出する行程と、 検出位置ずれ量に基づいて、移動手段により超音波セン
サを移動させ、傾動の中心位置と焦点位置とを一致させ
る行程と、からなることを特徴とする超音波スペクトラ
ム顕微鏡の焦点調整方法。 - 【請求項２】 被検体が載置されるべき平坦な載置面を
有し、この載置面を所定の二次元平面に位置させるべき
ステージと、 一体的な第１と第２の超音波トランスデューサを有し、
その第１のトランスデューサは、この第１のトランスデ
ューサから前記ステージに載置された被検体へ向かう入
射超音波またはその被検体から第１のトランスデューサ
へ向かう反射超音波が一点に収束されるように位置付け
られた凹面を有し、第２のトランスデューサはステージ
に載置された被検体に対面する平面を有してなる超音波
センサと、この超音波センサを傾動させることにより、
第２のトランスデューサの平面の中心を通る法線が被検
体の法線に対してなす超音波入射角を可変とさせる入射
角制御手段と、 超音波センサの焦点位置を二次元平面に平行な少なくと
も一つの方向に沿って移動させる移動手段と、 超音波センサにより受波された反射超音波のスペクトラ
ムを解析する解析手段と、を備える超音波スペクトラム
顕微鏡のための入射角調整方法であって、 載置面に、この載置面に対して前記超音波センサの設定
すべき入射角に等しい角度をなして延在する基準面を配
置し、この基準面に対して第２のトランスジューサの平
面が平行をなすように、入射角制御手段により超音波セ
ンサを傾動させることを特徴とする超音波顕微鏡の入射
角調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4098319A JPH05296984A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 超音波スペクトラム顕微鏡の焦点調整方法及び入射角調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4098319A JPH05296984A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 超音波スペクトラム顕微鏡の焦点調整方法及び入射角調整方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05296984A true JPH05296984A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=14216594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4098319A Pending JPH05296984A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 超音波スペクトラム顕微鏡の焦点調整方法及び入射角調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05296984A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100683936B1 (ko) * | 2006-01-09 | 2007-02-16 | 엘지전자 주식회사 | 지향각 조절이 가능한 초음파 센서 |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP4098319A patent/JPH05296984A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100683936B1 (ko) * | 2006-01-09 | 2007-02-16 | 엘지전자 주식회사 | 지향각 조절이 가능한 초음파 센서 |
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