JPH07159384A - 超音波顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、簡単な構成で、複素Ｖ（ｚ）
曲線を測定できると共に超音波画像を形成できる超音波
顕微鏡の提供にある。 【構成】高周波バースト波を発生する送信手段２と、高
周波バースト波を超音波へ変換して試料７へ入射すると
共に、試料反射波を受波してな受信信号へ変換する電気
音響変換手４，５と、受信信号を位相検波して複素情報
を得る位相検波手段１１と、複素情報を記憶する記憶手
段１と、複素情報から受信信号に含まれる試料反射波の
強度を求める強度演算手段１５〜１７と、強度演算手段
１５〜１７で算出された強度情報を記憶する画像記憶手
段１９と、超音波を試料７に対してＸＹ平面内で走査す
るＸＹ走査手段２４と、超音波が収束する位置と試料７
とのＺ軸方向の距離を変化させるＺ走査手段２２と、画
像記憶手段１９に記憶された強度情報を可視化する超音
波画像表示手段２１とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して試料
の弾性的性質を画像化し、また定量的な測定を行うこと
のできる超音波顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】音響レンズにて収束させた超音波を試料
に入射し、その試料からの反射波を受波して超音波画像
を形成したり、又は試料反射波からいわゆるＶ（ｚ）曲
線を測定し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が知られている。従来の超音波顕微
鏡は試料からの反射波の強度のみを測定していた。一
方、最近では、試料の弾性的性質についてより多くの情
報を得るために、試料反射波の強度と共に位相を検出す
る超音波測定装置が開発されており、例えば特開平５−
２６８５４号公報に開示されている。

【０００３】図５は、試料反射波の強度と位相を検出可
能にした超音波測定装置の構成例を示している。この超
音波測定装置は、基準信号発振部１０１が常時一定周波
数の連続波を発生する。またコンピュータ１０２から送
信トリガを受信した制御部１０３が、送信トリガに同期
して基準信号発振部１０１の発振周波数の数十周期分の
時間幅に相当するＯＮ，ＯＦＦ信号をアナログスイッチ
１０４へ出力する。アナログスイッチ１０４は、ＯＮ，
ＯＦＦ信号に対応して切り替わり、基準信号発振部１０
１の発生した連続波をＯＮ時に切り出して送信バースト
信号を生成する。この生成した送信バースト信号をサー
キュレータ１０５を介してトランスデューサ１０６へ印
加する。トランスデューサ１０６は、送信バースト信号
を超音波へ変換して音響レンズ１０７に入射する。音響
レンズ１０７はレンズ内を伝播した超音波を音響レンズ
１０７の他端面に形成したレンズ面により収束する超音
波として出射する。音響レンズ１０７から出射される超
音波の収束点に試料台１０８上に載置された試料１０９
が置かれる。なお、音響レンズ１０７のレンズ面と試料
１０９との間は、超音波を伝播させるためにカプラ液体
１１０で満たされている。

【０００４】試料１０９で反射した超音波は、再びカプ
ラ液体１１０，音響レンズ１０７を伝播してトランスデ
ューサ１０６で電気信号へ変換される。以下、この信号
を受信信号と呼ぶ。トランスデューサ１０６で変換され
た受信信号をサーキュレータ１０５を介して前置増幅器
１１１に入力し、そこで増幅した受信信号をさらに乗算
部１１２ａ，１１２ｂへそれぞれ入力する。乗算部１１
２ａは、基準信号発振部１０１で発生している連続波が
そのまま入力されており、当該連続波と受信信号との乗
算を行い同相成分を出力する。また乗算部１１２ｂは、
基準信号発振部１０１の連続波を９０度位相を変化させ
る移相器１１３を介して入力しており、９０度位相変化
させた信号と受信信号とを乗算して直交成分を出力す
る。

【０００５】ここで、周波数をω，時間をｔとすると、
基準信号発振器１０１の出力する信号はsin(ωt)で表す
ことができる。一方、受信信号は、試料の弾性的性質，
音響レンズとカプラ液体中を伝播することによる時間等
により位相が送信信号に対して遅れているのでこの位相
遅れをφとすると、Ｂsin(ωt-φ) で表せる。なお、Ｂ
は受信信号の強度である。従って、乗算部１１２ａの同
相成分Ｕ１と乗算部１１２ｂの直交成分Ｕ２は次のよう
になる。

【０００６】 Ｕ１(T) ＝ (B/2){cosφ− cosφcos( 2ωt)− sinφ・sin( 2ωt)} （１） Ｕ２(T) ＝ (B/2){sinφ＋ sinφcos( 2ωt)− cosφ・sin( 2ωt)} （２） 上式においてφは定数であるから、 sinφ,cosφも定数
であるので、Ｕ１，Ｕ２はD.C.と２ωの周波数を持って
おり、２ω成分を除けば、受信信号の位相遅れφに関す
るsin,cos 成分（Bsinφ/2, Bcosφ/2）を取り出すこと
ができる。実際には、送信がバースト波であるからBsin
φ/2, Bcosφ/2の強度の矩形波となる。

【０００７】乗算部１１２ａの同相成分と乗算部１１２
ｂの直交成分はそれぞれローパスフィルター１１４ａ，
１１４ｂに入力する。ローパスフィルター１１４ａは同
相成分から、またローパスフィルター１１４ｂは直交成
分からそれぞれ２ω成分を除去し、Bsinφ/2, Bcosφ/2
に相当する強度を持つ矩形波をＡ／Ｄ変換器１１５ａ，
１１５ｂへ出力する。Ａ／Ｄ変換器１１５ａ，１１５ｂ
が同相成分，直交成分の検波出力をＡ／Ｄ変換してデジ
タル信号へ変換すると、そのデジタル信号をコンピュー
タ１０２に内蔵するメモリへ記憶する。

【０００８】また、Ｚ走査部１１６がコンピュータ１０
２からの指令に応じて音響レンズ１０７と試料１０９と
の距離を変化させると、Ｚ検出部１１７が音響レンズ１
０７と試料１０９との相対距離を検出しコンピュータ１
０２へ検出値を送出する。

【０００９】Ｖ（ｚ）測定時は、Ｚ走査部１１６により
音響レンズ１０７と試料１０９とのＺ方向の相対距離を
変化させてゆき、その変化をＺ検出部１１７で検出し
て、検出される距離が一定量変化する度にコンピュータ
１０２が送信トリガを出力して前記一連の動作による測
定を実行する。これによりコンピュータ１０２のメモリ
には複素Ｖ（ｚ）曲線のデータが蓄積される。この複素
Ｖ（ｚ）曲線をフーリエ変換することにより、試料の反
射関数が求められ、反射関数の計算により横波音速，レ
ーリー波音速，ラム波音速等の試料の弾性的性質を求め
ることができる。なお、複素Ｖ（ｚ）曲線をフーリエ変
換することにより反射関数が求められることは、文献
K.K.Liang G.S.Kino and B.T.Khuri-Yakub:"Material C
haracterization by Inversion of V(z)":IEEE Trans.S
onics and Ultras on .,SU-32 2(1985)で述べられてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波測定装置は、複素Ｖ（ｚ）曲線の測定は可能で
あるが、超音波画像を得ることができないという欠点が
ある。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１１５ａ，１１５ｂの出
力を画像メモリへ記憶したとしても、実際に得られる情
報は同相成分と直交成分の複素情報だけであることか
ら、一般の超音波顕微鏡のような反射強度情報の画像を
得ることができない。反射強度情報を得るために受信信
号のピーク値を検出するピーク検波部を別途設けること
も考えられるが、その様な構成を採用するとゲート部及
びゲートタイミング設定部が必要となるため回路構成が
複雑化する。しかも、ピーク検波回路は使用できる周波
数帯域が狭いので周波数によっては複数のピーク検波回
路を切り替える必要も生じる。また、ピーク検波には一
般にダイオードが用いられるが、ダイオードはある程度
電位差が生じないとオンしないため、不感帯が生じるこ
ととなり微小な信号は検波されない不具合が生じる。

【００１１】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構成で、複素Ｖ（ｚ）曲線を測定で
きると共に、非常に微小な反射信号からでも試料反射波
の強度情報による超音波画像を形成できる超音波顕微鏡
を提供することを目的する。

【００１２】

【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、次のような手段を講じた。請求項１に対
応する超音波顕微鏡は、高周波バースト波を発生する送
信手段と、前記送信手段で発生した高周波バースト波を
超音波へ変換し収束超音波にして試料へ入射すると共
に、該試料からの反射波を受波して電気的な受信信号へ
変換する電気音響変換手段と、前記電気音響変換手段か
ら出力される受信信号を位相検波して該受信信号の複素
情報を得る位相検波手段と、前記位相検波手段で得られ
た複素情報を記憶する記憶手段と、前記位相検波手段で
得られた複素情報から前記受信信号に含まれる試料反射
波の強度を求める強度演算手段と、前記強度演算手段で
算出された強度情報を記憶する画像記憶手段と、前記超
音波の試料への入射方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交する２軸
をＸ，Ｙ軸として、前記超音波を前記試料に対してＸＹ
平面内で走査するＸＹ走査手段と、前記超音波が収束す
る位置と前記試料とのＺ軸方向の距離を変化させるＺ走
査手段と、前記画像記憶手段に記憶された強度情報を可
視化する超音波画像表示手段とを具備する構成とした。

【００１３】請求項２に対応する超音波顕微鏡は、上記
請求項１に記載の構成において、前記強度演算手段を、
前記受信信号の複素情報のうちの同相成分と直交成分と
をそれぞれ２乗する２乗演算手段と、前記２乗演算手段
で算出した同相成分と直交成分のそれぞれの演算結果を
加算する加算手段と、前記加算手段で算出された加算値
を平方根演算する開平演算手段とから構成した。

【００１４】請求項３に対応する超音波顕微鏡は、高周
波バースト波を発生する送信手段と、前記送信手段で発
生した高周波バースト波を超音波へ変換し収束超音波に
して試料へ入射すると共に、該試料からの反射波を受波
して電気的な受信信号へ変換する電気音響変換手段と、
前記受信信号を位相検波して該受信信号の複素情報を同
相成分，直交成分として得る位相検波手段と、前記位相
検波手段で得られた同相成分，直交成分を任意のタイミ
ングでサンプルホールドするサンプルホールド手段と、
前記サンプルホールド手段でホールドされた信号から前
記受信信号に含まれる試料反射波の強度を求める強度演
算手段と、前記強度演算手段で算出された強度情報を記
憶する画像記憶手段と、前記超音波の試料への入射方向
をＺ軸、該Ｚ軸と直交する２軸をＸ，Ｙ軸として、前記
超音波を前記試料に対してＸＹ平面内で走査するＸＹ走
査手段と、前記超音波が収束する位置と前記試料とのＺ
軸方向の距離を変化させるＺ走査手段と、前記画像記憶
手段に記憶された強度情報を可視化する超音波画像表示
手段とを具備する構成とした。

【００１５】

【作用】本発明は、以上のような手段を講じたことによ
り、次のような作用を奏する。請求項１に対応する超音
波顕微鏡では、送信手段で発生した高周波バースト波が
電気音響変換手段へ送信されると、高周波バースト波が
超音波へ変換され収束超音波として試料へ入射される。
試料への超音波の入射に伴い、当該試料で反射した超音
波（反射波）は電気音響変換手段で受波され電気的な受
信信号へ変換される。電気音響変換手段から出力された
受信信号が位相検波手段に入力すると、受信信号が位相
検波されその複素情報が出力される。

【００１６】例えばＶ（ｚ）測定を行う場合であれば、
Ｚ走査手段で超音波が収束する位置と試料とのＺ軸方向
の距離を変化させてゆき、そのとき得られる複素情報を
記憶手段に順次記憶する。

【００１７】また、試料反射波強度による超音波画像を
得る場合であれば、複素情報を強度演算手段へ入力する
ことにより超音波画像を得ることができる。強度演算手
段では位相検波手段で得られた複素情報から受信信号に
含まれる試料反射波の強度を求め、その強度情報を画像
記憶手段へ記憶する。ＸＹ走査手段で超音波を試料に対
してＸＹ平面内で走査したときに得られる強度情報を記
憶することにより超音波画像表示手段で強度情報を可視
化することができる。

【００１８】請求項２に対応する超音波顕微鏡では、受
信信号の同相成分，直交成分は、図２（ｆ）（ｇ）に示
すように受信信号の強度Ｂにcos φ，sin φに比例した
強度を持った矩形波であるので、２乗演算手段で複素情
報のうちの同相成分と直交成分とをそれぞれ２乗し、さ
らに加算手段で演算結果を加算し、その加算値を開平演
算手段で平方根演算することにより、図２（ｈ）に示す
ような受信信号の強度に比例する矩形波が得られる。

【００１９】請求項３に対応する超音波顕微鏡では、位
相検波出力をサンプルホールド回路で一定期間ホールド
するため、処理すべき矩形波のパルス幅が数十〜数百ｎ
ｓｅｃであっても、通常の周波数特性を持った素子で強
度演算手段を構成することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の第１実施例に係る超音波顕微鏡の構成を
示している。本実施例の超音波顕微鏡は、ＣＰＵ１から
指定された周波数で送信部２が連続波を発生し、送信部
２が発生する連続波の一部を第１の半導体スイッチ３が
切り出すようにしている。第１の半導体スイッチ３で切
り出された連続波が印加されるトランスデューサ４は音
響レンズ５の一端面に設けられており、トランスデュー
サ４で発生させる超音波を音響レンズ５がカプラ液体６
内で収束させる。音響レンズ５の焦点付近に試料７が水
槽８の中に置かれた状態で配置される。第１の半導体ス
イッチ３で切り出された連続波は、第２の半導体スイッ
チ９を介してトランスデューサ４へ印加され、また試料
反射波をトランスデューサ４で電気的信号に変換した受
信信号は、第２の半導体スイッチ９を介して前置増幅器
１０へ入力する。

【００２１】前置増幅器１０の出力段には位相検波部１
１が接続されている。位相検波部１１は送信部２から入
力する信号を参照波として受信信号を直交位相検波し、
同相成分と直交成分を出力する。位相検波部１１の同相
成分を出力する端子にはＡ／Ｄ変換器１４ａ，２乗演算
部１５ａを接続し、位相検波部１１の直交成分を出力す
る端子にはＡ／Ｄ変換器１４ｂ，２乗演算部１５ｂを接
続している。Ａ／Ｄ変換器１４ａ，１４ｂの出力はＣＰ
Ｕ１へ入力される。一方、２つの２乗演算部１５ａ，１
５ｂの出力は同一の加算部１６へ入力する。加算部１６
の出力段には平方根演算部１７を接続し、その平方根演
算部１７の出力をＡ／Ｄ変換部１８を介して画像メモリ
１９に記憶している。

【００２２】ＣＰＵ１は、第１，第２の半導体スイッチ
３，９の切替えタイミング、Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４
ｂ，１８のＡ／Ｄ変換タイミングをパルス制御部２０を
使って管理している。さらに、ＣＰＵ１にはディスプレ
イ２１，Ｚ走査部２２，Ｚ測距部２３、ＸＹ走査部２４
が接続されている。

【００２３】ディスプレイ２１は、ＣＰＵ１の指令で文
字，グラフ及び画像メモリ１９内に記憶している超音波
画像を表示する。Ｚ走査部２２は、Ｖ（ｚ）測定または
焦点合わせのために試料７と音響レンズ５とのＺ軸方向
（高さ方向）の相対距離を連続的に変化させる。Ｚ測距
部２３は、試料７と音響レンズ５とのＺ軸方向の距離の
変化を検出するものである。ＸＹ走査部２４は、試料７
をＺ軸と直交する２軸であるＸ，Ｙ軸を含む平面のＸＹ
平面内で２次元走査する。

【００２４】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について図２のタイムチャートを参照して説明す
る。まず、ＣＰＵ１から送信部２に対して周波数が設定
され、送信部２がＣＰＵ１で設定された周波数で常時一
定周波数の連続波を出力する。次に、ＣＰＵ１からパル
ス御部２０へ送信トリガが送信されると（図２
（ａ））、パルス制御部２０が送信トリガに同期して、
第２の半導体スイッチ９に対してオン，オフのための切
替えパルスを送信する（図２（ｂ））と共に、第１の半
導体スイッチ３に対して第２の半導体スイッチ９の切替
えパルス（図２（ｂ））よりも遅れてオンになり、かつ
早くオフになる，パルス幅数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃ
の切替えパルス（図２（ｃ））を送信する。

【００２５】第１の半導体スイッチ３は、図２（ｃ）の
信号のオン，オフに対応して切り替わり、オン時に送信
部２で発生している連続波が第２の半導体スイッチ９へ
入力して送信バースト信号が生成される（図２
（ｄ））。第２の半導体スイッチ９は切替えパルスがオ
ンの時は第１の半導体スイッチ３側へ、オフの時は前置
増幅器側へ切り替わる。

【００２６】第１の半導体スイッチ３で生成した送信バ
ースト信号は、第２の半導体スイッチ９を通ってトラン
スデューサ４に印加される。送信バースト波はトランス
デューサ４で電気音響変換されて超音波へ変換される。
トランスデューサ４にて変換された超音波は音響レンズ
５内を伝播し、そのレンズ面から収束する超音波として
出射し、試料７に入射する。

【００２７】試料７に入射した収束超音波は、試料７で
反射され、再びカプラ液体６，音響レンズ５を伝播して
トランスデューサ４で電気的な信号である受信信号に変
換される。試料反射波がトランスデューサ４で受信信号
へ変換さたれ時には、既に第２の半導体スイッチ９は前
置増幅器１０へ切り替わっているので、トランスデュー
サ４で変換された受信信号は第２の半導体スイッチ９を
通って前置増幅器１０へ入力する。

【００２８】前置増幅器１０で増幅された受信信号は位
相検波部１１へ入力される。位相検波部１１では、前置
増幅器１０からの受信信号を送信部２の出力する連続波
を参照信号として同相成分と直交成分とを出力する。こ
のとき、受信信号が連続波ならば、受信信号と参照信号
との位相差をφとしたとき、同相成分と直交成分はそれ
ぞれcos φ，sin φに相当するD.C.のみが残る。検波前
の受信信号は図２（ｅ）に示すようにバースト波である
から、位相検波された信号は図２（ｆ）（ｇ）に示すよ
うな矩形波となる。図２（ｆ）は位相検波部１１の検波
出力の同相成分出力を、同図（ｇ）は直交成分を示して
いる。

【００２９】ここで、複素Ｖ（ｚ）測定時のように試料
反射波の複素情報を得る場合は、受信信号の位相検波出
力から試料反射成分を取出すため、図２（ｉ）に示すよ
うに送信トリガに対して時間Ｔｄだけ遅れたタイミング
のＡ／Ｄ変換タイミング信号をパルス制御部２０で作
る。そしてＡ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂが図２（ｉ）に
示すＡ／Ｄ変換タイミング信号で動作することにより、
同相成分，直交成分をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１
内のメモリへ格納する。前記送信トリガに対するＡ／Ｄ
変換のトリガ信号の時間遅延量ＴｄはＣＰＵ１からパル
ス制御部２０に対して任意に設定可能になっている。

【００３０】以上の動作により試料７上の１点の反射波
の複素情報を測定できる。複素Ｖ（ｚ）曲線の測定時に
は、Ｚ走査部２２で試料７と音響レンズ５とのＺ軸方向
の距離を変化させて、以上の動作を繰り返す。

【００３１】なお、Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂの動作
タイミングは、試料７と音響レンズ５とのＺ軸方向の距
離を変化させると、反射波のタイミングがずれるので、
測定時に一番最初にオシロスコープ等で反射信号を観察
しながら遅延時間Ｔｄを設定し、その後はＺ測距部２３
によって初期位置からの相対移動距離ΔＺを求め、以下
のようにしてずれ時間ΔＴを計算する。

【００３２】ΔＴ＝２ΔＺ／Ｃ１ （３） なお、Ｃ１はカプラ液体の音速である。ＣＰＵ１では、
上記（３）式よりΔＴを演算し、そのΔＴにて時間補正
した初期の送信トリガからの時間遅延Ｔｄをパルス制御
部２０へ送信する。

【００３３】以上の動作により、ＣＰＵ１に内蔵するメ
モリに複素Ｖ（ｚ）曲線のデータが記憶される。この複
素Ｖ（ｚ）曲線を逆フーリエ変換すると、 Ｐ² (cosθ) Ｒ(cosθ）＝Ｆ^-1｛Ｖ（ｚ）｝ となる。ここで、Ｐは瞳関数，Ｒは反射関数，θは超音
波の試料への入射角である。従って、Ｐがわかれば反射
関数が求められる。瞳関数は鉛のように周期的なＶ
（ｚ）を示さない試料から求めることができる。よっ
て、ＣＰＵ１に瞳関数Ｐを予め入力することにより、反
射関数Ｒを求める。この様にして計算された反射関数か
らは、縦波，横波，表面波の音速等がわかるので試料の
弾性定数を求めることができる。

【００３４】一方、本実施例において超音波画像を得る
場合の動作は以下のようになる。まず、受信信号が位相
検波されるまでの動作は複素情報を得る場合と全く同じ
である。位相検波された受信信号の同相成分，直交成分
はそれぞれ２乗演算部１５ａ，１５ｂに入力され、そこ
でアナログ信号の状態で２乗される。この２つの２乗演
算部１５ａ，１５ｂの出力が加算部１６で加算される。
その加算値を表す信号は平方根演算部１７でルート演算
される。

【００３５】ここで、同相成分と直交成分は、図２
（ｆ）（ｇ）に示すように、受信信号の強度Ｂのcos
φ，sin φに比例した強度を持った矩形波である。従っ
て、同相成分，直交成分をそれぞれ２乗してから両者を
加算し、その加算値の平方根をとれば、図２（ｈ）に示
すような受信信号の強度に比例する矩形波が得られる。

【００３６】この受信信号の強度に比例する矩形波に
は、試料反射の他に送信漏れやレンズ内反射が含まれて
いるので、複素情報を得るときと同様にして試料反射の
みを抽出する。すなわち、図２（ｉ）のような送信トリ
ガに対してＴｄだけ遅れたタイミングでＡ／Ｄ変換タイ
ミング信号をパルス制御部２０で作り、そのＡ／Ｄ変換
タイミング信号をＡ／Ｄ変換部１８へ送信する。そして
Ａ／Ｄ変換部１８で図２（ｈ）に示す試料反射の強度を
Ａ／Ｄ変換したデジタルデータが画像メモリ１９に記憶
される。

【００３７】以上の動作により試料上の１点の超音波反
射の強度情報が得られる。超音波画像を得るためには、
ＸＹ走査部２４で音響レンズ５に対して試料７を２次元
走査しながら上記動作を繰り返すことにより、試料７の
２次元画像データが画像メモリ１９に記憶される。画像
メモリ１９に記憶された２次元画像データをＣＰＵ１か
らの指令によりディスプレイ２１が可視化する。

【００３８】このように本実施例によれば、受信信号を
位相検波する位相検波部１１から出力される同相成分と
直交成分を、Ｖ（ｚ）曲線の測定時には複素情報として
Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂを介してＣＰＵ１のメモリ
に格納し、また超音波画像を形成すべき時は２乗演算部
１５ａ，１５ｂ、加算部１６，平方根演算部１７，Ａ／
Ｄ変換部１８を介して画像メモリ１９へ格納するように
したので、複素Ｖ（ｚ）曲線を測定できると共に、超音
波の強度画像を形成することができる。しかもピーク検
波回路のような不感帯を持たないので微小な反射信号も
画像化できる。

【００３９】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図３は、第２実施例の要部の構成を示している。本
実施例は、前述した第１実施例の超音波顕微鏡における
位相検波部１１の出力段にサンプルホールド回路（以
下、Ｓ／Ｈ部と呼ぶ）３０ａ，３０ｂを設けており、そ
の他の構成は第１実施例とほぼ同様である。第１実施例
と同様の構成部分には同一符号を付している。

【００４０】本実施例の超音波顕微鏡は、位相検波部１
１の同相成分出力がＳ／Ｈ部３０ａへ入力し、直交成分
出力がＳ／Ｈ部３０ｂへ与えられる。Ｓ／Ｈ部３０ａ，
３０ｂは、受信信号の同相成分，直交成分を、パルス制
御部２０からのＳ／Ｈタイミングで保持する。Ｓ／Ｈ部
３０ａの出力段にはＡ／Ｄ変換部１４ａと２乗演算部１
５ａが接続され、Ｓ／Ｈ部３０ｂの出力段にはＡ／Ｄ変
換部１４ｂと２乗演算部１５ｂが接続されている。

【００４１】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について図４に示すタイムチャートを参照して説明
する。位相検波部１１で位相検波された受信信号は、図
４（ａ）に示すように送信バースト波の幅を持ち、反射
強度のcos とsin に比例した強度の同相成分，直交成分
の矩形波になる。超音波顕微鏡で使用される送信周波数
の数百ＭＨｚでは、矩形波の幅は数十〜数百ｎｓｅｃに
なる。この矩形波を２乗演算したり、平方根演算するた
めのアナログ回路には１００ＭＨｚ程度の帯域が望まれ
るが、その様な素子は非常に高価である。本実施例で
は、図４（ｂ）に示す試料反射のタイミングのパルスを
パルス制御部２０からＳ／Ｈ部３０ａ，３０ｂへ出力す
る。Ｓ／Ｈ部３０ａ，３０ｂはそれぞれ図４（ｂ）のタ
イミングで試料反射の同相成文，直交成分を図４（ｃ）
に示すように保持する。

【００４２】複素情報を得るときは、Ｓ／Ｈ部３０ａ，
３０ｂの出力をＡ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂでデジタル
データへ変換してＣＰＵ１に入力する。また強度情報を
得るときは、サンプルホールドされた信号を２乗演算部
１５ａ，１５ｂで２乗し、加算部１６で同相成分と直交
成分とを加算し、平方根演算部１７でルート演算して強
度信号へ変換する。

【００４３】ここで、２乗演算部１５ａ，１５ｂ、加算
部１６，平方根演算部１７に周波数特性のよくない部品
を使用した場合は、強度信号は図４（ｄ）に示すように
ホールドしていない信号はなまって三角形になるが、ホ
ールドされている試料反射は立上がりが鈍くなるだけで
強度は変わらない。

【００４４】Ｓ／Ｈ部３０ａ，３０ｂでホールドされた
信号をＡ／Ｄ変換部１８でデジタルデータへ変換して画
像メモリ１９に保存する。図４（ｅ）のようにＡ／Ｄ変
換のタイミングはＳ／Ｈ部３０ａ，３０ｂのサンプルホ
ールドタイミングよりも使用する素子による遅れ分Ｔａ
だけ遅延させたＡ／Ｄ変換タイミング信号をパルス制御
部２０から送信する。この遅延時間Ｔａは２乗演算部１
５ａ，１５ｂや加算部１６，平方根演算部１７に使用す
る素子に依存するが、一般に数百ｎｓｅｃ程度である。

【００４５】このように本実施例によれば、上記第１実
施例の構成に加え、位相検波部１１の出力段にＳ／Ｈ部
３０ａ，３０ｂを設け、同相成分出力及び直交成分出力
をサンプルホールドした状態でアナログ演算及びＡ／Ｄ
変換を行うようにしたので、この部分に周波数特性の良
くない素子を使うことができ、安価な部品構成にするこ
とができる。

【００４６】なお、本発明は、上記各実施例に限定され
るものではない。例えば、位相検波部１１で使用する参
照波として基準発振出力の代わりに、レンズ内反射を使
用することもできる。この場合には送信に従来通りバー
スト波発振器を用いることも可能である。その他にも本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能であ
る。

【００４７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、簡
単な構成で、複素Ｖ（ｚ）曲線を測定できると共に、非
常に微小な反射信号からでも試料反射波の強度情報によ
る超音波画像を形成できる超音波顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る超音波顕微鏡の構成
図である。

【図２】第１実施例に係る超音波顕微鏡の動作説明のた
めのタイムチャートである。

【図３】本発明の第２実施例に係る超音波顕微鏡の要部
の構成図である。

【図４】第２実施例に係る超音波顕微鏡の動作説明のた
めのタイムチャートである。

【図５】従来の超音波測定装置の構成図である。

【符号の説明】 １…ＣＰＵ、２…送信部、３…第１の半導体スイッチ、
４…トランスデューサ、５…音響レンズ、７…試料、９
…第２の半導体スイッチ、１１…位相検波部、１４ａ，
１４ｂ，１８…Ａ／Ｄ変換部、１５ａ，１５ｂ…２乗演
算部、１６…加算部、１７…平方根演算部、１９…画像
メモリ、２０…パルス制御部、２２…Ｚ走査部、２３…
Ｚ測距部、２４…ＸＹ走査部、３０ａ，３０ｂ…Ｓ／Ｈ
部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波バースト波を発生する送信手段
   と、前記送信手段で発生した高周波バースト波を超音波
   へ変換し収束超音波にして試料へ入射すると共に、該試
   料からの反射波を受波して電気的な受信信号へ変換する
   電気音響変換手段と、前記電気音響変換手段から出力さ
   れる受信信号を位相検波して該受信信号の複素情報を得
   る位相検波手段と、前記位相検波手段で得られた複素情
   報を記憶する記憶手段と、前記位相検波手段で得られた
   複素情報から前記受信信号に含まれる試料反射波の強度
   を求める強度演算手段と、前記強度演算手段で算出され
   た強度情報を記憶する画像記憶手段と、前記超音波の試
   料への入射方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交する２軸をＸ，Ｙ
   軸として、前記超音波を前記試料に対してＸＹ平面内で
   走査するＸＹ走査手段と、前記超音波が収束する位置と
   前記試料とのＺ軸方向の距離を変化させるＺ走査手段
   と、前記画像記憶手段に記憶された強度情報を可視化す
   る超音波画像表示手段とを具備したことを特徴とする超
   音波顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記強度演算手段は、前記受信信号の複
   素情報のうちの同相成分と直交成分とをそれぞれ２乗す
   る２乗演算手段と、前記２乗演算手段で算出した同相成
   分と直交成分のそれぞれの演算結果を加算する加算手段
   と、前記加算手段で算出された加算値を平方根演算する
   開平演算手段とを備えることを特徴とする請求項１記載
   の超音波顕微鏡。
3. 【請求項３】 高周波バースト波を発生する送信手段
   と、前記送信手段で発生した高周波バースト波を超音波
   へ変換し収束超音波にして試料へ入射すると共に、該試
   料からの反射波を受波して電気的な受信信号へ変換する
   電気音響変換手段と、前記受信信号を位相検波して該受
   信信号の複素情報を同相成分，直交成分として得る位相
   検波手段と、前記位相検波手段で得られた同相成分，直
   交成分を任意のタイミングでサンプルホールドするサン
   プルホールド手段と、前記サンプルホールド手段でホー
   ルドされた信号から前記受信信号に含まれる試料反射波
   の強度を求める強度演算手段と、前記強度演算手段で算
   出された強度情報を記憶する画像記憶手段と、前記超音
   波の試料への入射方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交する２軸を
   Ｘ，Ｙ軸として、前記超音波を前記試料に対してＸＹ平
   面内で走査するＸＹ走査手段と、前記超音波が収束する
   位置と前記試料とのＺ軸方向の距離を変化させるＺ走査
   手段と、前記画像記憶手段に記憶された強度情報を可視
   化する超音波画像表示手段とを具備したことを特徴とす
   る超音波顕微鏡。