JPH07181169A

JPH07181169A - 超音波顕微鏡

Info

Publication number: JPH07181169A
Application number: JP5324335A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 弘山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】目的とする反射波に対して確実にゲートを設
定することを可能にする。【構成】物性値測定用超音波振動子２１、２５と、凹
レンズ面２０ｂおよび平坦面２０ｃが共通の端部に形成
され、物性値測定用超音波振動子２１で発生した超音波
を凹レンズ面２０ｂにより集束して試料３０に向けて照
射する音響レンズ２０と、音響レンズ２０の平坦面２０
ｃに形成され、試料３０に向けて超音波を照射してその
表面で直接反射して得られる直接反射波Ｗ_Fを受信する
ゲート設定用超音波振動子３５と、ゲート設定用超音波
振動子３５により試料３０の直接反射波Ｗ_Fが受信され
てから所定時間後に物性値測定用超音波振動子２５の受
信信号にゲートを設定するゲート設定手段４５とを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料の物性解析などに
用いられる超音波顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の超音波顕微鏡の一例の概
略構成を示す図であり、以下、本図により超音波顕微鏡
による試料の観察動作を説明する。。試料台１０上に置
かれた試料６にカップラントと呼ばれる媒体（例えば
水）５を滴下し、超音波探触子（送受信型）４を接触さ
せる。送信器１からバースト状の電気信号をサーキュレ
ータ３を介して探触子４に印加する。探触子４は電気信
号を超音波信号に変換し、探触子４の端部に設けられた
レンズで集束してカップラント５を介して試料６に超音
波信号を入射する。試料６の表面層で反射・散乱する超
音波信号は同じレンズに入射して探触子４により電気信
号に変換された後、サーキュレータ３を介して受信器２
に送信される。受信器２に送信された電気信号は適当に
増幅され、ピーク検出器７に送信される。

【０００３】この際、図７に示す試料表面からのレンズ
中心近傍の直接反射波１４と弾性表面波１５とが干渉し
て、図８に示すような両者の位相差により干渉波に大き
な振幅変化が起こる。この干渉波が電気信号に変換され
て、サーキュレータ３を介して受信器２に送信される。

【０００４】この状態で、探触子４と試料６との間の距
離を、ＣＰＵ９からの命令により制御器１３から制御信
号（パルス）を送出することでＺ軸移動装置１１により
一定方向に変化させ、ピーク検出器７から得られるピー
ク値を測定すると、前述した直接反射波と弾性表面波と
の位相変化によりピーク値が変化する。そこで、このピ
ーク値をＡ／Ｄ変換器８を介してＣＰＵ９により取り込
み、これをディスプレイ１２上に表示すると、図９に示
すような曲線が得られる。これをＶ（ｚ）曲線と呼び、
縦軸はピーク値Ｖ、横軸は探触子４と試料６との間の距
離ｚである。なお、ｚの値は、探触子４のレンズの焦点
位置から試料６に向かう方向を負とし、通常は負の値の
み測定する。このＶ（ｚ）曲線は試料６の弾性表面波の
音速に依存する形状を有しており、従って、測定対象た
る試料６のＶ（ｚ）曲線のΔｚを求めることで試料６の
弾性表面波の音速を測定することができる。具体的に
は、

【数１】により試料６の弾性表面波の音速Ｃ_Rが求められる。こ
こで、Ｃ_Wはカップラント５の音速、Ｆは超音波の周波
数、ΔｚはＶ（ｚ）曲線の周期（図９参照）である。

【０００５】この際、干渉波（図８）を送信波や探触子
４のレンズ内反射波と区別するために、ピーク検出器７
は不図示のゲート設定手段を内蔵し、受信器２で増幅さ
れた受信信号にはこのゲート設定手段によりゲートが設
定され、干渉波のみが抽出されてそのピーク値が検出さ
れる。ただし、探触子４と試料６との間の距離により受
信信号中の干渉波の位置も変化するので、干渉波の位置
に応じてゲートを設定する位置を追従させる必要があ
る。

【０００６】従来のゲート設定方法としては、探触子４
の移動量をポテンショメータ等により検出してこの移動
量に追従してゲート設定位置を移動させる方法（実公昭
６１−４８４０号公報参照）や、探触子４の送り量ピッ
チに対応してゲート設定位置を追従、移動させる方法
（特開平４−２８６９５４号公報参照）などがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のゲート設定方法では、試料表面から探触子まで
の距離や探触子の移動量といった情報を予め求めておく
か、あるいは既知として所定値を入力しておく必要があ
ったので、情報入力の精度によりゲート追従の精度が左
右されるとともに、情報計測時の環境と実際のＶ(ｚ)曲
線測定時の環境とが異なる場合はその分が誤差となるお
それがあった。

【０００８】例えば、上述の特開平４−２８６９５４号
公報に開示された技術においては、最初に探触子４の焦
点位置が試料６の表面に合致した位置における干渉波の
時間軸上の位置を基準とし、探触子４のＺ軸方向の送り
ピッチに対応した時間遅れをこの基準位置に対して与え
ることによってゲート設定位置を追従させている。この
ため、干渉波の時間軸上の位置の精度がそのままゲート
追従の精度となり、時間軸上の位置測定の誤差がゲート
追従に反映してしまうとともに、基準位置測定時と実際
のＶ(ｚ)曲線測定時とにおいてカップラント５の温度が
変化して超音波の音速が変化してしまうとその分がゲー
ト追従の誤差になりうる。

【０００９】本発明の目的は、目的とする反射波に対し
て確実にゲートを設定することの可能な超音波顕微鏡を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１、図
３および図４に対応付けて説明すると、本発明は、送信
手段４１により超音波探触子を励振し、この超音波探触
子から試料３０に向けて超音波を照射して試料３０の表
面で直接反射して得られる直接反射波Ｗ_Lと試料３０表
面近傍に励起された表面波Ｗ_Rとの干渉波を超音波探触
子により電気信号に変換して受信手段４４〜４６により
受信し、干渉波の位相変化により試料３０の物性値を測
定する超音波顕微鏡に適用される。そして、上述の目的
は、超音波探触子に、物性値測定用超音波振動子２１、
２５と、凹レンズ面２０ｂおよび平坦面２０ｃが共通の
端部に形成され、物性値測定用超音波振動子２１で発生
した超音波を凹レンズ面２０ｂにより集束して試料３０
に向けて照射する音響レンズ２０と、音響レンズ２０の
平坦面２０ｃに形成され、試料３０に向けて超音波を照
射してその表面で直接反射して得られる直接反射波Ｗ_F
を受信するゲート設定用超音波振動子３５とを設け、受
信手段に、ゲート設定用超音波振動子３５により試料３
０の直接反射波Ｗ_Fが受信されてから所定時間後に物性
値測定用超音波振動子２５の受信信号にゲートを設定す
るゲート設定手段４５とを設けることにより達成され
る。ここで、物性値測定用超音波振動子を送信用超音波
振動子２１と受信用超音波振動子２５とから構成し、受
信用振動子２５を音響レンズ２０の凹レンズ面２０ｂに
形成することが好ましい。

【００１１】

【作用】直接反射波Ｗ_Lあるいは弾性表面波Ｗ_Rが物性値
測定用超音波振動子で受信される時間と、直接反射波Ｗ
_Fがゲート設定用超音波振動子３５で受信される時間と
の間では、超音波の伝播経路の差に基づく時間差が存在
し、直接反射波Ｗ_Fのほうが早く受信される。そして、
これら直接反射波Ｗ_Lまたは弾性表面波Ｗ_Rと直接反射波
Ｗ_Fとの間での超音波の伝播経路の差はもっぱら音響レ
ンズ２０内のみにあるため、上述の時間差は音響レンズ
２０の形状、材質および超音波の周波数にのみ依存し、
試料３０や媒質３１の影響を受けない。従って、ゲート
設定用超音波振動子３５で受信された直接反射波Ｗ_Fを
基準信号として音響レンズ２０の物性等により一意的に
定まる所定時間後にゲートを設定すれば、直接反射波Ｗ
_Lと弾性表面波Ｗ_Rとの干渉波を確実に抽出することがで
きる。

【００１２】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明による超音波顕微鏡の一実施
例に用いられる超音波探触子を示す断面図、図２は同底
面図である。本実施例の超音波探触子は、弾性表面波の
音速および擬似縦波の音速を１つの探触子で測定可能な
ものである。

【００１４】この図において、２０はサファイヤ等で形
成され、上端面２０ａが平面に形成された円柱状の音響
レンズであり、この音響レンズ２０の上端面２０ａには
送信用超音波振動子２１が設けられている。この送信用
超音波振動子２１は、円板状の送信用圧電素子２２と、
この圧電素子２２を上下から挾む金属膜からなる円板状
の上部、下部電極２３、２４とを備える。圧電素子２２
を構成する材質としては、ＺｎＯ薄膜、ＰＺＴ等の圧電
セラミックス、圧電半導体といった電気機械結合係数が
大きい材質が好ましい。また、各電極２３、２４および
圧電素子２２の中心は、音響レンズ２０の軸線Ｘと一致
されている。

【００１５】音響レンズ２０の下端部（先端部）には凹
部２０ｂおよび平坦部２０ｃが形成されており、凹部２
０ｂの下面には、軸線Ｘを中心とする円形領域に形成さ
れた凹曲面３２ａと、この凹曲面３２ａの外周に形成さ
れた凹曲面３２ｂとが形成されている。これら２つの凹
曲面３２ａ、３２ｂはその曲率が異なるように形成され
ており、本実施例では、凹曲面３２ａの曲率が凹曲面３
２ｂの曲率より小さく（曲率半径では大きく）なるよう
に設定されている。したがって、図３に示すように、凹
曲面３２ａにより定まる音響レンズ２０の焦点距離Ｆ
_lsscwは、凹曲面３２ｂにより定まる音響レンズ２０の
焦点距離Ｆ_lsawよりも長くなる。

【００１６】音響レンズ２０の凹部２０ｂの下面には受
信用超音波振動子２５が設けられている。この受信用超
音波振動子２５は複数個（図示例では３個）の分割振動
子２５ａ、２５ｂ、２５ｃに分割され、これら分割振動
子２５ａ〜２５ｃは、図２に示すように、底面からみて
音響レンズ２０の軸線Ｘを中心として同心円状に配置さ
れている。より詳細には、分割振動子２５ｂ、２５ｃは
凹曲面３２ａ上に形成され、分割振動子２５ａは凹曲面
３２ｂ上に形成されている。なお、本実施例では、図２
に示すように、中心の分割振動子２５ｃを除く他の２つ
の分割振動子２５ａ、２５ｂはさらに周方向に分割され
ており、分割された周方向分割振動子３３ａ、３３ｂは
独立して超音波の受信が可能にされている。これによ
り、試料の表面に沿った異なる方向における音速測定が
でき、音速の異方性が測定可能となる。

【００１７】各分割振動子２５ａ〜２５ｃは、受信用圧
電素子２６ａ〜２６ｃと、この圧電素子２６ａ〜２６ｃ
を上下から挾む金属膜からなる上部、下部電極２７ａ〜
２７ｃ、２８ａ〜２８ｃとを備える（以下、受信用圧電
素子、上部、下部電極について一般的説明をおこなうと
きは符号２６〜２８を代表として用いる）。圧電素子２
６を構成する材質としては、ＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリ
デン）等の高分子圧電体といった電圧出力係数が大きい
材質が好ましい。

【００１８】最外周に位置する分割振動子２５ａは、試
料３０からレーリー角θ₁で出射した超音波（図３にＷ_R
で示す）を受信できるように、その位置が調整されてい
る。同様に、中間に位置する分割振動子２５ｂは、縦波
の臨界角θ₂で試料３０から出射する超音波（図３にＷ
_LLで示す）を受信できるように、最内周に位置する分割
振動子２５ｃは、試料３０からの直接反射波（図３にＷ
_Lで示す）を受信できるように、その位置が調整されて
いる。

【００１９】一方、音響レンズ２０の下端部に形成され
た平坦部２０ｃは、図２に示すように凹部２０ｂの外周
に環状をなすように形成され、上端面２０ａと平行な面
に形成されている。この平坦部２０ｃの下面には円環板
状のゲート設定用超音波振動子３５が設けられており、
この超音波振動子３５も、ゲート設定用圧電素子３６
と、この圧電素子３６を上下から挾む金属膜からなる上
部、下部電極３７、３８とを備える。圧電素子３６の材
質に限定はないが、受信用圧電素子２６と同一の材質に
しておけば受信用超音波振動子２５とゲート設定用超音
波振動子３５とを一体形成することが可能である。ま
た、ゲート設定用超音波振動子３５の幅は、一例として
１０〜５０μｍ程度である。

【００２０】図４は、本発明による超音波顕微鏡の一実
施例を示すブロック図である。この図において、４１は
送信器であり、バースト波状の高周波パルスを送信用超
音波振動子２１の上部電極、下部電極２３、２４間、お
よびゲート設定用超音波振動子３５の上部電極、下部電
極３７、３８間に印加する。４２は切換器であり、分割
振動子２５ａ、２５ｂの各上部、下部電極２６ａ、２６
ｂ、２７ａ、２７ｂから取り出された受信信号のいずれ
か１つを選択して後述する合成器４３に送出する。合成
器４３は、分割振動子２５ｃの上部、下部電極２６ｃ、
２７ｃから取り出された受信信号、ゲート設定用超音波
振動子３５の上部、下部電極３７、３８から取り出され
た受信信号および切換器４２からの受信信号を合成し、
受信器４４に送出する。受信器４４は合成器４３からの
出力である受信信号を増幅する。

【００２１】ピーク検出器４５は、受信器４４の出力信
号である受信信号に対してゲートを設定する不図示のゲ
ート設定手段を備え、ゲート設定手段により設定された
ゲートにより受信信号の一部を抽出してそのピーク値を
検出する。Ａ／Ｄ変換器４６はピーク検出器４５の出力
をデジタル信号に変換し、そのデジタル出力信号はＣＰ
Ｕ４７に入力され、適宜ディスプレイ４８に表示され
る。

【００２２】ＣＰＵ４７はＸＹＺ駆動部４９を介してＸ
ＹＺスキャナ４０を駆動し、試料３０を図中Ｘ軸、Ｙ軸
およびＺ軸方向に移動させる。次に作用を説明する。試
料３０の弾性表面波速度Ｃ_Rを測定する場合は、まず、
ＣＰＵ４７の制御によりＸＹＺ駆動部４９を介してＸＹ
Ｚスキャナ４０を駆動し、超音波伝播媒質（水）３１を
介して試料３０の上方に超音波探触子を位置させる。つ
いで、送信器４１でバースト波状の高周波パルスを発生
させ、上部、下部電極２３、２４を介して送信用超音波
振動子２１の圧電素子２２に高周波電圧を印加するとと
もに、上部、下部電極３７、３８を介してゲート設定用
超音波振動子３５の圧電素子３６に高周波電圧を印加す
る。

【００２３】送信用超音波振動子２１の圧電素子２２は
印加電圧により励振され、この高周波電圧に応じた周波
数を有する超音波を放射する。放射された超音波は音響
レンズ２０内を伝播してその下端（先端）に形成された
凹部（集束部）２０ｂに至り、その一部は上部、下部電
極２７、２８および圧電素子２６を通過した後、スネル
の法則で定まる屈折角をもって屈折して集束する。

【００２４】集束された超音波の一部は試料３０の表面
で反射して直接反射波（図３にＷ_Lで示す）となり、最
内周の分割振動子２５ｃにより受信される。分割振動子
２５ｃの圧電素子２６ｃは、直接反射波に比例する受信
電圧信号を発生し、この受信電圧は上部、下部電極２７
ｃ、２８ｃから外部に取り出され、合成器４３に送信さ
れる。

【００２５】また、集束された超音波の他の一部は弾性
表面波として試料３０の表面を伝播してから再度試料３
０から出射し（図３にＷ_Rで示す）、最外周の分割振動
子２５ａにより受信される。分割振動子２５ａの圧電素
子２６ａは、弾性表面波に比例する受信電圧信号を発生
し、この受信電圧は上部・下部電極２７ａ、２８ａから
外部に取り出され、切換器４２に送信される。切換器４
２は、上部、下部電極２７ａ、２８ａからの受信信号の
みを合成器４３に送出するように切り換えられており、
これら電極２７ａ、２８ａ間の圧電素子２６ａで受信さ
れた弾性表面波に対応する受信信号のみが切換器４２か
ら出力され、合成器４３に入力される。

【００２６】一方、ゲート設定用超音波振動子３５の圧
電素子３６も印加電圧により励振され、この高周波電圧
に応じた周波数を有する超音波を放射する。放射された
超音波は試料３０の表面で反射して直接反射波（図３に
Ｗ_Fで示す）となり、同じゲート設定用超音波振動子３
５により受信される。超音波振動子３５の圧電素子３６
は、直接反射波に比例する受信電圧信号を発生し、この
受信電圧は上部、下部電極３７、３８から外部に取り出
され、合成器４３に送信される。

【００２７】そして、合成器４３は、分割振動子２５ｃ
からの受信信号、ゲート設定用超音波振動子３５からの
受信信号および切換器４２からの受信信号（これは分割
振動子２５ａからの受信信号である）を１つの信号に合
成し、ピーク検出器４４へ送出する。

【００２８】図５は、ゲート設定用超音波振動子３５で
受信された直接反射波Ｗ_F（図５(ａ)）、分割振動子２
５ｃで受信された直接反射波Ｗ_L（図５(ｂ)）および分
割振動子２５ａで受信された弾性表面波Ｗ_Rの波形（図
５(ｃ)）、そして合成器４３で合成されて受信器４４へ
送出される合成信号Ｗ_F＋Ｗ_L＋Ｗ_R（図５(ｄ)）の波形
を示す図である。ここで、直接反射波Ｗ_Lを受信する分
割振動子２５ｃは音響レンズ２０の凹面２０ｂの頂部近
傍にあり、直接反射波Ｗ_Fを受信するゲート設定用超音
波振動子３５と比較すると試料３０表面との間の距離が
長い。したがって、時系列的に並べると最初に直接反射
波Ｗ_Fが受信され、ついで直接反射波Ｗ_L、弾性表面波Ｗ
_Rの順に受信される。そして、直接反射波Ｗ_Fと直接反射
波Ｗ_Lとの時間差は、音響レンズ２０の凹面２０ｂおよ
び平坦面２０ｃの形状（より詳細には凹面２０ｂの頂部
と平坦部２０ｃとの間の距離）、音響レンズ２０の材質
および超音波の周波数により一意的に定まり、媒質３１
の音速や試料３０との間の距離に依存しない。ただし、
上述のように、および図５(ｄ)に示すように、直接反射
波Ｗ_Lおよび弾性表面波Ｗ_Rは互いに干渉しあって見かけ
上は１つの干渉波しか観測できない。

【００２９】受信器４４により増幅された信号はピーク
検出器４５に送出される。ピーク検出器４５に内蔵され
たゲート設定手段は、送信用超音波振動子２１からの送
信波の立ち下がりから入力信号を監視し、所定のスレッ
ショルドレベルＶ_TH（図５(ｄ)参照）を越える信号が入
力された時点でトリガ信号を“Ｌ”にする（図５
(ｅ)）。そして、このトリガ信号の立ち下がりから所定
時間ｔ_F経過した時点でゲートを所定時間ｔ_Gだけ開き、
このゲートにより直接反射波Ｗ_Lと弾性表面波Ｗ_Rとの干
渉部分のみを取り出す。

【００３０】ここで、直接反射波Ｗ_Fと直接反射波Ｗ_Lと
の間の相対的時間差は、上述の議論からほぼ一定である
が、直接反射波Ｗ_Fと弾性表面波Ｗ_Rとの間の相対的時間
差は、探触子と試料３０との距離が変化すると弾性表面
波Ｗ_Rの伝播路程も変化することから、一定にはならな
い。そこで、本実施例では、送信用超音波振動子２１お
よびゲート設定用超音波振動子３５に印加するバースト
波状のパルス電圧のパルス幅を広く設定し、弾性表面波
Ｗ_Rの伝播路程が変化しても一定の時間ｔ_Fにおいてゲー
トを開けば干渉部分を測定できるようにしてある。

【００３１】たとえば、試料３０の弾性表面波Ｗ_Rの速
度Ｃ_R＝３５００ｍ／ｓ、超音波の周波数を２００ＭＨ
ｚ、レンズ２０の凹部２０ｂの開口角を１００゜、凹部
２０ｂの半径を０．５７２ｍｍ、Ｖ(ｚ)曲線の周期Δｚ
＝３９μｍとすると、直接反射波Ｗ_Fと直接反射波Ｗ_Lと
の間の相対的時間差は７６０ｎｓとなる。また、Δｚが
６周期程度とれるものとすると、パルス電圧のパルス幅
は、Δｚ×６＝２３４μｍであるから、これに対応する
時間幅３１２ｎｓ≒３２０ｎｓだけあればよい。そし
て、ゲートの時間幅ｔ_G＝１００ｎｓとすれば、ｔ_F＝７
６０＋３２０−１００＝９８０ｎｓに設定することによ
り、常に直接反射波Ｗ_Lと弾性表面波Ｗ_Rとの干渉部分を
受信することができる。一方、所定時間ｔ_Gは、送信バ
ースト波の継続時間等により定められるが、実験的に与
えられてもよい。

【００３２】そして、ピーク検出器４５は、設定された
ゲートにより抽出された直接反射波Ｗ_Lと弾性表面波Ｗ_R
との干渉部分のピーク値を検出し、Ａ／Ｄ変換器４６は
ピーク検出器４５の出力をデジタル値に変換してＣＰＵ
４７に送出する。ＣＰＵ４７は、Ａ／Ｄ変換器４６から
出力されたピーク値のデジタル信号を、探触子と試料３
０との間の距離とともに不図示の記憶手段内に格納す
る。

【００３３】そして、ＸＹＺスキャナ４０を駆動制御し
て探触子と試料３０との間の距離を変化させつつ各距離
において受信電圧のピーク値を測定すれば、図９に示す
ようなＶ(ｚ)曲線が得られる。この後は、Ｖ(ｚ)曲線の
周期Δｚを求め、この周期Δｚおよび超音波伝播媒質
（水）３１の音速Ｃ_Wを(１)式に代入すれば弾性表面波
の速度Ｃ_Rを求めることができる。

【００３４】一方、擬似縦波の速度Ｃ_Lを測定するに
は、上述と同様の手法により超音波を送信し、中間およ
び最内周の分割振動子２５ｂ、２５ｃにより擬似縦波
（図３にＷ_LLで示す）および直接反射波（図中にＷ_Lで
示す）を受信し、その合成電圧のピーク値を探触子−試
料３０間の距離とともに不図示の記憶手段内に格納す
る。そして、探触子−試料３０間の距離を変化させつつ
各距離において受信電圧のピーク値を測定すれば、図９
に示すようなＶ(ｚ)曲線に類似の曲線が得られる。この
後は、Ｖ(ｚ)曲線の周期Δｚを求め、この周期Δｚおよ
び超音波伝播媒質（水）３１の音速Ｃ_wを(１)式に代入
すれば擬似縦波の速度Ｃ_Lを求めることができる。この
場合、切換器４２により分割振動子２５ｂの上部、下部
電極２７ｂ、２８ｂからの受信電圧のみが合成器４３に
送信されるように切換制御する。

【００３５】以上説明した手法により、弾性表面波の音
速Ｃ_Rおよび擬似縦波Ｃ_Lを測定することができる。ここ
で、本実施例では、ゲート設定用超音波振動子３５で受
信された直接反射波Ｗ_Fを基準としてそれから所定時間
ｔ_F経過後にゲートを開いているので、媒質３１の温度
変化等があってもこれに依存せずに確実に干渉波にのみ
ゲートをかけてこれを抽出することができる。すなわ
ち、所定時間ｔ_Fは微小時間であることから、この所定
時間ｔ_F間において媒質３１、試料３０の温度等の環境
はほとんど変化しないと考えることができるので、直接
反射波Ｗ_F、Ｗ_L、弾性表面波Ｗ_Rおよび擬似縦波Ｗ_LLの
測定条件はすべて同一とみなすことができる。よって、
媒質３１の温度変化等があって干渉波の時間軸上の位置
がずれたとしても、直接反射波Ｗ_Fの時間軸上の位置も
これに連れてずれ、直接反射波Ｗ_Fと干渉波との時間軸
上の相対的位置関係は音響レンズ２０の形状等により一
意的に定まり変化しないので、この直接反射波Ｗ_Fを基
準として所定時間ｔ_Fにゲートを開けば確実に干渉波の
みにゲートをかけてこれを抽出することができる。ま
た、基準となるべき直接反射波Ｗ_Fの位置も自動的に求
まるので、測定者が手動で設定することなく自動的に干
渉波の位置に追従するゲートを設定することができる。

【００３６】また、本実施例ではゲート設定用超音波振
動子３５を音響レンズ２０の下端部に設けたので、ゲー
ト設定が正確になるとともに探触子の製作工程が簡易な
ものになる。

【００３７】すなわち、送信用超音波振動子２１の外
周、つまり音響レンズ２０の上端部にゲート設定用超音
波振動子を形成した場合、音響レンズ２０内を超音波が
伝播する際にレンズ２０側面等で超音波が反射してレン
ズ内反射波まで受信されてしまい、ゲート設定の際の誤
動作の原因となりうるが、本実施例では音響レンズ２０
の下端部にゲート設定用超音波振動子３５を設けている
ので、音響レンズ２０を介することなく直接超音波の送
受信を行うことができ、誤動作するおそれを極力少なく
することができる。

【００３８】加えて、ゲート設定用超音波振動子のみを
音響レンズ２０の上端部に設けるためには受信用超音波
振動子２５との間で正確な位置決め作業を行わなければ
ならず（上下方向に重複する部分があると送受信の邪魔
になるおそれがある）、上下に分かれた振動子相互で位
置決めを正確に行う作業は困難であるが、本実施例では
受信用超音波振動子２５、ゲート設定用超音波振動子３
５ともに音響レンズ２０の下端に設けられているので、
位置決め作業も容易である。さらに、受信用超音波振動
子２５およびゲート設定用超音波振動子３５の圧電素子
２６、３６が同一の材質であればこれらを一体に形成す
ることにより工程の簡略化をより図ることができる。

【００３９】以上説明した実施例と請求の範囲との対応
において、送信器４１は送信手段を、送信用超音波振動
子２１および受信用超音波振動子２５は一体となって物
性値測定用超音波振動子を、ピーク検出器４５はゲート
設定手段をそれぞれ構成している。なお、本発明の超音
波探触子および超音波顕微鏡は、その細部が上述の一実
施例に限定されず、種々の変形が可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ゲート設定用超音波振動子で受信された試料から
の直接反射波を基準としてゲートを設定して合成信号を
抽出しているので、媒質、試料の温度変化等があっても
これに依存せずに確実に目的とする反射波にのみゲート
をかけてこれを抽出することができる。また、基準とな
る直接反射波の位置も自動的に求まるので、測定者が手
動で設定することなく自動的に反射波の位置に追従する
ゲートを設定することができる。また、請求項２の発明
によれば、ゲート設定用超音波探触子の位置決めが容易
になるとともに、工程の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である超音波顕微鏡に用いら
れる超音波探触子を示す断面図である。

【図２】一実施例の超音波探触子の底面図である。

【図３】一実施例の超音波探触子の使用状態を示す断面
図である。

【図４】一実施例の超音波顕微鏡の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図５】一実施例の超音波顕微鏡の動作を説明するため
の波形図である。

【図６】従来の超音波顕微鏡の一例を示すブロック図で
ある。

【図７】超音波顕微鏡における反射波と表面波との関係
を示す図である。

【図８】反射波と表面波との干渉状態を説明するための
図である。

【図９】Ｖ（ｚ）曲線を示す図である。

【符号の説明】

２０音響レンズ２０ａ上端面２０ｂ凹部２０ｃ平坦部２１送信用超音波振動子２２、２６、３６圧電素子２３、２７、３７上部電極２４、２８、３８下部電極２５受信用超音波振動子２５ａ〜２５ｃ分割振動子３０試料３１媒質３５ゲート設定用超音波振動子４１送信器４２切換器４３合成器４４受信器４５ピーク検出器４６Ａ／Ｄ変換器４７ＣＰＵ４８ディスプレイ４９ＸＹＺ駆動部５０ＸＹＺスキャナ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信手段により超音波探触子を励振し、
この超音波探触子から試料に向けて超音波を照射して前
記試料の表面で直接反射して得られる直接反射波と前記
試料表面近傍に励起された表面波との干渉波を前記超音
波探触子により電気信号に変換して受信手段により受信
し、干渉波の位相変化により前記試料の物性値を測定す
る超音波顕微鏡において、前記超音波探触子は、物性値測定用超音波振動子と、凹レンズ面および平坦面が共通の端部に形成され、前記
物性値測定用超音波振動子で発生した超音波を前記凹レ
ンズ面により集束して前記試料に向けて照射する音響レ
ンズと、前記音響レンズの平坦面に形成され、前記試料に向けて
超音波を照射してその表面で直接反射して得られる直接
反射波を受信するゲート設定用超音波振動子とを備え、前記受信手段は、前記ゲート設定用超音波振動子により
前記試料の直接反射波が受信されてから所定時間後に前
記物性値測定用超音波振動子の受信信号にゲートを設定
するゲート設定手段を備えたことを特徴とする超音波顕
微鏡。
【請求項２】請求項１に記載の超音波顕微鏡におい
て、前記物性値測定用超音波振動子は送信用超音波振動子と
受信用超音波振動子とを備え、前記受信用振動子は前記音響レンズの凹レンズ面に形成
されていることを特徴とする超音波顕微鏡。