JPH0658916A - 超音波顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子が複数存在する超音波顕微鏡装置にお
いて、受信系統を１個にして、回路点数の減少をはか
り、更に回路のばらつきの悪影響をさけたい。 【構成】 ２つの振動子３、４の受信信号（超音波信
号）を切替回路１６で交互に取り込む。この回路１６の
出力は、時系列的にみると、複数の振動子からの出力で
あるが、各時点では１つの振動子毎の１つの受信信号と
なる。そこで、切替回路の出力側に１個の受信回路１７
と１個の振幅・位相回路１８とより成る１個の受信系統
を設けておき、この１個の受信系統だけで、複数の振動
子からの超音波信号を受信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異種な弾性波の音速を
同時測定する超音波顕微鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波集束形式には、点集束形（ＰＦ
Ｂ）と線集束形（ＬＦＢ）とがあり、ＬＦＢ形は、異方
性計測に適し、ＰＦＢ形は、画像計測に適すると云われ
ている。

【０００３】ＰＦＢ形で、異なる２種の弾性波を計測す
るには、それぞれの弾性波が入射角度によって異なるこ
とから、それぞれの入射角度位置に振動子を設置するや
り方をとる。２種の弾性波計測の代表的なものに、Ｖ
（Ｚ）曲線がある。Ｖ（Ｚ）曲線とは、垂直反射波と表
面弾性波とを、試料と音響レンズとの距離Ｚを変更しな
がら計測して求めた、その計測値Ｖと路離Ｚとの関係を
規定する計測関数である。Ｖ（Ｚ）曲線から試料の機械
的、物理的性質を見つける。

【０００４】図２（イ）、（ロ）に振動子分離構造のＰ
ＦＢ形の探触子を示す。ＰＦＢ形探触子１は、音響レン
ズ２と振動子３、４とより成る。音響レンズ２は円筒形
状であり、その上面に振動子３、４を取り付けてある。
音響レンズ２の下面にはレンズ形状の凹面部５を持つ。
図２の（ロ）には、上面に設けた振動子３、４の構成を
示す。振動子３は中心位置に設けられ、円板状の形状で
ある。振動子４は、その振動子３の外側に設けられ、円
環状の形状である。振動子３、４共に、下部電極と上部
電極とを持ち、下部電極は、レンズ２の上面にはりつけ
られ振動子３と４とで共通に使用され、上部電極は、振
動子３、４にそれぞれ独立して設けられている。レンズ
２の凹面部５と試料６との間には音響媒質（水滴）を設
けて測定を行う。振動子３から放射した超音波Ｃは、試
料表面から反射してこの振動子３に入射する。この入射
波が垂直波である。一方、振動子４から放射した超音波
Ａは、試料６の表面を通って反射波Ｂとなり、振動子４
に入射する。これが表面弾性波である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この振動子分離構造の
探触子の利点は、振動子３、４でそれぞれ独立して超音
波反射信号が検出できる点である。しかし、その場合、
振動子３用の受信回路と、振動子４用の受信回路とを別
々に設けるやり方がとられるが、受信回路の数が大とな
り好ましくない。

【０００６】本発明の目的は、振動子の数が増加しても
１個の受信回路で受信可能とする超音波顕微鏡装置を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、増幅を行う受
信手段及び振幅・位相の検出手段とを１系統とし、複数
の振動子を時系列的に切替えて、この１系統で受信でき
るようにした。

【０００８】

【作用】本発明によれば、１系統を設けて、この１系統
へ複数の振動子の超音波信号を切替えて送出する。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の超音波顕微鏡装置の実施例図
である。本実施例の装置は、送信回路１１、分配回路１
２、サーキュレータ１３ａ、１３ｂ、切替回路１６、受
信回路１７、振幅・位相回路１８、トリガー回路２０、
ゲート回路２１、共通バス２２、マイクロプロセッサ２
３、Ｚ駆動ステージ２４、ステージコントローラ２５、
及び探触子１、音響レンズ２、振動子３、４より成る。

【００１０】送信回路１１はバースト波発生を行い、分
配回路１２はこのバースト波を各振動子３、４用に分配
する。サーキュレータ１３ａ、１３ｂは、送信と受信と
の分離を行う。ステージコントローラ２５は、探触子１
のＺ軸方向の駆動を行う。切替回路１６は、サーキュレ
ータ１３ａと１３ｂとの受信出力をトリガー回路２０の
出力で時分割（交互）切替える。受信回路１７は、従来
に比し１個のみであり、これは切替回路１６の時分割切
替えによって可能となったものである。

【００１１】振幅・位相回路１８は、受信回路１７の出
力を、ゲート回路２１のゲート信号に振幅と位相の信号
を出力する。マイクロプロセッサ２３は、共通バス２２
を介してコントローラ２５の制御、トリガー回路２０の
制御、及び振幅・位相回路１８で得た受信信号（振幅及
び位相）を取り込み、Ｖ（Ｚ）曲線を求め、音響解析を
行う。

【００１２】次に動作を説明する。トリガー回路２０か
ら発せられたトリガーパルスによって送信回路１１から
バースト波が出力される。バースト波は分配器１２で同
じ大きさで分配され、各々サーキュレータ１３ａ、１３
ｂを介して探触子１の上面にはりつけられた振動子３、
４に印加される。探触子１で検出された超音波信号は再
び振動子３、４で電気信号に変換された後、分配器１３
ａ、１３ｂを介して切替回路１６に入力される。切替回
路１６ではトリガー回路２０から発せられたトリガーパ
ルスによって振動子３または４からの信号を任意選択し
て出力する。任意に選択された信号は受信回路１７で増
幅されて振幅・位相回路１８に入力される。振幅・位相
回路１８ではトリガー回路２０のトリガーパルスによっ
てゲート回路２１から発生したゲートパルスによって必
要な振幅と位相の信号が得られ、バス２２を介してコン
ピュータ２３に送られる。探触子１はステージコントロ
ーラ２５によって制御されたステージ２４によって上下
に走査する。

【００１３】本実施例において切替回路１６の動作を図
３により説明する。一定周期の繰り返しパルスをトリガ
ーパルスとしてトリガー回路２０から送信回路１１と切
替回路１６とゲート回路２１に同時に出力する。まず送
信回路１１にトリガーパルスが加わるとバースト波が発
振して分配器１２、サーキュレータ１３ａ及び１３ｂを
介して振動子３及び４に印加され、探触子１で検出され
た超音波信号は逆の系路を通って切替回路１６に同図の
ＲＦ信号ａ及びＲＦ信号ｂとして入力される。ところで
トリガーパルスを同図に示すようにＴ_r1、Ｔ_r2、Ｔ_r3、
Ｔ_r4……、というように時系列的に記号をつけておく。
トリガーパルスは同時に切替回路１６にも印加されてお
り、例えばトリガーパルスがＴ_r1の時は振動子３からの
信号を選択して切替回路１６から出力し、トリガーパル
スがＴ_r2の時は振動子４からの信号を選択して回路１６
から出力する。次にトリガーパルスＴ_r3が発せられると
切替回路１６は再びａ側に切替り同様の動作を行う。つ
まり同図に示すようにトリガーパルスが切替回路１６に
印加されるたびにスイッチング動作により信号ａとｂが
交互に切り換って出力される。

【００１４】一方、ゲート回路２１からはトリガーパル
スにより予め設定された位置と幅で同図に示すようなゲ
ートパルスが振幅・位相回路１８に印加されて、ゲート
内に現れたＲＦ信号の振幅（最大値）と位相を測定し
て、その結果をディジタル値としてインタフェースを介
して、データバスライン２２、マイクロプロセッサ２３
に送られ、所定の演算がなされる。

【００１５】本実施例によれば、切替回路１６をＴ_rの
順番によって交互切替えているため、受信回路は、回路
１７の１個のみで２つの振動子３、４の反射信号を交互
に受信できることになった。

【００１６】本実施例では図１に示すように、探触子は
１つで振動子が２つの例を示したが、振動子の数は３つ
でも４つでも構わず、その数を切替える機能を持った切
替回路１６であればよい。さらにまた、図４に示すよう
に探触子が複数（１Ａ、１Ｂ）であっても方法は同じで
ある。

【００１７】本実施例での２つの弾性波として、垂直反
射波と表面反射波の例としたが、表面反射波の種類は各
種存在し、且つそれらは入射角によって定まっている。
即ち、表面弾性波（ＳＡＷ）には、表面のみを伝播する
本来の表面弾性波の他に、媒質（水）を伝播する漏洩波
（Ｌ）、試料中を伝播する疑似波（Ｐ）があり、更にそ
れらの組合さった各種の波が存在する（ＬＳＡＷ、ＰＳ
ＡＷ、ＬＰＳＡＷ）。また縦波、横波があり、これらと
表面弾性波との組合せ、また漏洩波（Ｌ）、疑似波
（Ｐ）との組合せも種々存在する。計測目的によってど
の波を計測するかが定まる。そこで、図１での１個の振
動子４の他に、その外周又は内周に１つ又は２つ以上の
円環状振動子をその入射角に位置するように設けておく
ことで、複数の表面弾性波を検出できる。こうした２つ
以上の円環状振動子を設けた構成に対しても、１個の受
信回路でそれぞれの振動子の反射信号の受信を達成でき
る。また、ステージ２４の測定中の位置変動に対して、
図４の回路で、２つの振動子１Ａと１Ｂとの受信信号の
位相差を求めてステージの水平面での左右の位置変動を
補正するやり方が考えられる。このような位置補正の際
にも、受信回路は１個ですむとの利点がある。更に、Ｐ
ＦＢの例としたが、ＬＦＢ（材料の異方性計測に使用）
でも適用できる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、受信回路以降の回路は
１系統ですむので、 （イ）、回路を複数にしたときの回路間の特性のばらつ
きがなくなる。 （ロ）、振動子または探触子が複数であっても切替回路
の構成を変更するだけで対応できる。 （ハ）、安価になる。 （ニ）、コンパクトになる。との効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波顕微鏡装置の実施例図である。

【図２】本発明の対象となる探触子の構成図である。

【図３】本発明のタイムチャートである。

【図４】本発明の超音波顕微鏡装置の他の実施例図であ
る。

【符号の説明】

１ 探触子 ２ 音響レンズ ３、４ 振動子 ５ 凹面部 １１ 送信回路 １２ 分配回路 １３ａ、１３ｂ サーキュレータ １６ 切替回路 １７ 受信回路 １８ 振幅・位相回路 ２０ トリガー回路 ２１ ゲート回路 ２３ マイクロプロセッサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面を伝播する複数弾性波の音速を
   測定する超音波顕微鏡装置において、複数の弾性波を検
   出するために探触子のレンズ上面に配置された複数の振
   動子と、夫々振動子に同時にバースト波を送出する手段
   と、探触子で検出した複数の超音波信号から任意の超音
   波信号を選択し逐次切替える手段と、前記で選択された
   超音波信号を増幅する手段と、増幅された超音波信号の
   任意の位置にゲートをかける手段と、ゲート内に現れた
   超音波信号の振幅と位相を測定する手段と、探触子を試
   料表面に垂直な方向に移動させる手段を備えた超音波顕
   微鏡装置。
2. 【請求項２】 上記逐次切替える手段は、時系列的な切
   替えタイミング信号によって、複数の振動子の超音波信
   号を逐次切替えるものとした請求項１の超音波顕微鏡装
   置。