JPH0610318Y2 - 超音波顕微鏡用走査装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波顕微鏡の超音波送受素子の走査装置の改
良に関するものである。

超音波顕微鏡は、光の代わりに超音波を用いて物体の微
視的な構造を観察する装置である。原理としては、細く
集束させた超音波ビームによつて試料面を走査し、試料
内の音響的性質の差によつて反射する超音波を各々のス
ポツトで集音して電気信号に変換し、それを輝度信号と
して陰極線管に二次元的に表示するものである。像の拡
大は試料面での超音波ビームの走査巾が、陰極線管上で
のラスターの走査巾より小さいことによつてなされてい
る。

このような超音波顕微鏡は通常第１図に示すような構成
となつている。第１図において、１はコントロール部で
ある。２は送信する超音波を発生する高周波発生部であ
る。３は電気信号と超音波信号を可逆的に変換するトラ
ンスデユーサである。４は超音波の集束と集音をおこな
う音響レンズである。５は音場媒体としての液体で、６
は試料、７は試料台である。８，９は走査部であり、ト
ランスデユーサ及び音響レンズと試料を相対的に二次元
運動させて超音波のビームが試料上で走査するようにす
る。１０は受信部で試料から反射した超音波が３のトラ
ンスデユーサで電気信号に変換された後、増巾、検波等
の信号処理を行う。１１は表示部である。ところで、走
査部としては８のＸ方向走査部によつてトランスデユー
サ及び音響レンズを、Ｘ方向に５０Hz程度で振動させ、
９のＹ方向走査部で試料台をＹ方向に少しずつ移動させ
ているが、従来Ｙ方向の走査部９は移動速度が遅いため
簡単な構成の機械的駆動装置例えばリードスクリユーに
より駆動する装置等を用いており、Ｘ方向の走査部は移
動速度が速いため電磁作動によるものが用いられてい
る。

このようなＸ方向走査部８として従来用いられているも
のの一例を第２図及び第３図に示す。第２図は外観であ
る。Ｘ方向走査部８から駆動軸１３がのびていて、その
端にトランスデユーサ３、音響レンズ４を納めたレンズ
ホルダー１２が固着されていて、振動を伝える。試料台
７としては、試料６を走査面として水平に保つ必要上か
らゴニオメータを用いている。第３図はＸ方向走査部８
の内部の構成を示している。１３は上述の駆動軸でコイ
ル保持枠１４と一体になつていて、枠１４にはコイル１
５が巻かれている。１６は磁石で、一方の極片（図では
Ｓ極側）がコイル１５内に挿入されている。磁石１６は
走査部８の外枠１７に固定されていて、コイル１５等と
一体となつた駆動軸１３は板ばね１８で保持され、この
板ばね１８はその水平方向の両端を外枠１７に固定して
いる。この構成で、コイル１５に交流電流を流すとコイ
ル１５と磁石１６との間に生じる電磁力の作用により駆
動軸１３がレンズホルダ１２にＸ方向の振動を伝えるの
である。

しかし、この構成では第２図でわかるように、広い面積
をもつ試料の観察には適さない。それは駆動軸１３の長
さを長くするに従つて不要な上下方向の振動を生むこと
から、その長さには限度があり、そのため、大きな試料
の場合は周辺部しか観察できない。また走査部の装置の
端面と駆動軸の長さに制限されて、試料台のＸ方向に関
する移動量が大きくとれないという問題点を有してい
た。

本考案の目的はこのような従来の超音波顕微鏡用走査装
置、特に高い周波数で振動させる必要のあるＸ方向走査
部における上述の問題点を解決し、Ｘ方向への移動量を
大きくしても正確な走査を行なうことのできる超音波顕
微鏡用走査装置を得ることである。

この目的を達成するため、本考案の超音波顕微鏡用走査
装置は、一端に球面部を形成し、他端にトランスデュー
サを有する音響レンズと、該音響レンズを保持するレン
ズホルダとを有し、該レンズホルダの外周の対向する位
置に前記音響レンズの超音波進行方向に平行な板面を有
する一対の支持手段を設け、該支持手段の少なくとも一
方を間に挟んだ２枚の圧電バイモルフ板により形成し、
該圧電バイモルフ板に交番電圧を印加して所望の周波数
で振動させることにより、前記音響レンズで試料を走査
するよう構成したことを特徴とするものである。

以下に図面を参照し本考案の超音波顕微鏡用走査装置を
詳述する。

第４図は本考案の超音波顕微鏡用走査装置の一実施例の
Ｘ方向走査部の構成を示す図である。

第４図において、レンズホルダ２０は音響レンズ２１お
よびトランスデユーサ２２を収容保持している。レンズ
ホルダ２０の両側部に一端を固着したバイモルフ振動子
２３は図示してない外枠に他端が固着され、その振動方
向は音響レンズ２１の超音波進行軸に直交する方向とな
つている。リード線２４，２５はバイモルフ振動子２３
のそれぞれの側の電極に接続してあり、各側のリード線
ごとに端子２６，２７でまとめてある。

次にこのバイモルフ振動子２３を第５図において説明す
る。圧電現象において、応力の方向と分極の方向が直角
な場合を横効果というが、この横効果のある振動子の電
極を分割して極性をかえて駆動すれば、上面Ａは伸び、
下面Ｂは縮むので、たわみ振動を起こす。つまり、長さ
方向に伸び縮みする圧電板２枚を貼り合わせて一方の板
Ａが伸びるとき他方の板Ｂが縮むように構成して振動を
生む振動子がバイモルフ振動子である。実際には、２枚
の振動子の間には補強材をはさみこんである。このバイ
モルフ振動子２３でレンズホルダ２０を第４図に示すよ
うにはさみこむのであるが、バイモルフ振動子２３は板
状でありその面が音響レンズ２１の超音波進行軸に平行
な方向となつているため、同じ方向に板ばねで保持する
のと同様な効果があり、超音波進行軸の方向にはほとん
どぶれることはない。このようにこの走査装置では音響
レンズおよびトランスデユーサを保持するレンズホルダ
２０の支持部材と駆動部材とを同一の部材とすることが
できるので部品点数が少なく構成が非常に簡単となる。

なおこの実施例ではレンズホルダ２０をはさんでいる両
方の板を圧電バイモルフ板としているが、一方のみを圧
電バイモルフ板とし他方を板ばねとしてもよい。また上
述の実施例では圧電バイモルフ板をレンズホルダおよび
外枠の両方に固着としているが、どちらか一方の固着部
を弾性体を介挿して固着するようにしてもよい。

以上詳述したように本考案の走査装置は従来のＸ方向走
査装置が駆動機構と、駆動を伝える駆動軸と、この駆動
軸を保持すると同時に縦方向の振動をおさえるための板
ばねと、トランスデユーサおよび音響レンズを保持する
レンズホルダとの４つの部分から構成されているのに対
し、上述の実施例に示したようにレンズホルダの支持手
段と駆動手段とを兼ねるバイモルフ板と、トランスデユ
ーサおよび音響レンズを保持するレンズホルダとの２つ
の部分から構成することができるので、構造が簡単で小
型、軽量、かつ安価なＸ方向走査装置となる。また装置
を試料の上方に配置することができるので、広い面積を
もつ試料であつても観察部分の制限を受けることはな
い。さらに小型軽量の音響レンズを超音波進行方向に平
行な板面を有する一対の支持手段で支持したので、不要
な超音波進行方向の振動を有効に抑え、常に安定して走
査できると共に、小型軽量であるところから光学顕微鏡
との組み合わせも容易となる等の種々の利点を有する走
査装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の超音波顕微鏡用走査装置を適用する超
音波顕微鏡の一例の構成を示すブロツク線図、 第２図は第１図の顕微鏡に用いていた従来の走査装置の
構成を示す斜視図、 第３図は第２図の装置の断面図、 第４図は本考案の走査装置の一実施例の構成を示す斜視
図、 第５図は第４図の装置に用いたバイモルフ振動子の作動
原理を説明する線図である。 ２０…レンズホルダ、２１…音響レンズ ２２…トランスデユーサ ２３…バイモルフ振動子 ２４，２５…リード線、２６，２７…端子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に球面部を形成し、他端にトランスデ
   ューサを有する音響レンズと、該音響レンズを保持する
   レンズホルダとを有し、該レンズホルダの外周の対向す
   る位置に前記音響レンズの超音波進行方向に平行な板面
   を有する一対の支持手段を設け、該支持手段の少なくと
   も一方を間に補強材を挟んだ２枚の圧電バイモルフ板に
   より形成し、該圧電バイモルフ板に交番電圧を印加して
   所望の周波数で振動させることにより、前記音響レンズ
   で試料を走査するよう構成したことを特徴とする超音波
   顕微鏡用走査装置。