JPH08145967A - Ultrasonic measuring apparatus - Google Patents

Ultrasonic measuring apparatus

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Publication number
JPH08145967A
JPH08145967A JP6288171A JP28817194A JPH08145967A JP H08145967 A JPH08145967 A JP H08145967A JP 6288171 A JP6288171 A JP 6288171A JP 28817194 A JP28817194 A JP 28817194A JP H08145967 A JPH08145967 A JP H08145967A
Authority
JP
Japan
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wave
frequency
signal
ultrasonic
low
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6288171A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Endo
富男 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP6288171A priority Critical patent/JPH08145967A/en
Publication of JPH08145967A publication Critical patent/JPH08145967A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02827Elastic parameters, strength or force

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain the complex information of a reflection signal from an ultrasonic sample in a wide frequency range by providing different cut-off frequencies, and switching a plurality of low-pass filters in which a signal multiplied by multiplying means is selectively input by the frequency. CONSTITUTION: A computer 1 selects a low-pass filter having a set frequency used for measurement and frequency characteristics conforming to a burst width from a plurality of low-pass filters 15a-1, 15a-2,..., 15b-2,.... Then, the computer 1 so switches input switching switches 14a, 14b and output switching switches 16a, 16b as to pass a reception signal through the selected filter. Since the width of the burst wave is decided according to the oscillating frequency of an oscillator 2, the computer 1 so switches the switches 14a, 14b and 16a, 16b as to connect the filters 15a-2, 15b-2 to multipliers 12a, 12b, A-C converters 17a, 17b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は試料の微小部分の弾性的
性質を超音波を利用して測定する超音波測定装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic measuring device for measuring elastic properties of a minute portion of a sample by using ultrasonic waves.

【0002】[0002]

【従来の技術】音響レンズを通して収束させた超音波を
試料に入射し、その試料反射波から必要な反射波成分を
抽出して超音波画像を作成したり、又は試料のV(Z)
曲線を測定して試料の微小部分の弾性的性質を検出する
装置として超音波顕微鏡が知られている。
2. Description of the Related Art An ultrasonic wave converged through an acoustic lens is incident on a sample and a necessary reflected wave component is extracted from the sample reflected wave to create an ultrasonic image, or V (Z) of the sample.
An ultrasonic microscope is known as a device that measures a curve to detect elastic properties of a minute portion of a sample.

【0003】上記した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るが、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反射波の強度と位相とを
検出する超音波測定装置が考えられている。この種の超
音波測定装置が特開平5−26854号公報に開示され
ている。
Although the above-mentioned ultrasonic microscope measures only the intensity of the reflected wave from the sample, the ultrasonic wave for detecting the intensity and phase of the reflected wave in order to obtain more information about the elastic property of the sample. Measuring devices are being considered. An ultrasonic measuring device of this kind is disclosed in JP-A-5-26854.

【0004】図5は、試料反射波の強度と位相とを検出
する超音波測定装置の構成例を示す図である。この超音
波測定装置では、基準信号発振部101が常に一定周波
数の連続波を出力しており、コンピュータ102から送
信トリガが入力した制御部103が送信トリガに同期し
て基準信号発振器101の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
に出力する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of an ultrasonic measuring device for detecting the intensity and phase of a sample reflected wave. In this ultrasonic measuring device, the reference signal oscillator 101 always outputs a continuous wave of a constant frequency, and the control unit 103, to which the transmission trigger is input from the computer 102, synchronizes with the transmission trigger to change the frequency of the reference signal oscillator 101. An ON / OFF signal corresponding to a time width of several tens of cycles is sent to the analog switch 104.
Output to.

【0005】アナログスイッチ104は制御部103か
らの信号のON、OFFに対応して切り替わり、ONの
時には基準信号発振器101の発生した信号がサーキュ
レータ105に出力されて送信バースト信号がつくられ
る。この送信バースト信号は、サーキュレータ105を
通りトランスデューサ106に印加される。送信バース
ト波はトランスデューサ106で電気音響変換され超音
波に変換される。この超音波は、音響レンズ107を伝
播し試料台108の上に置かれた試料109に入射す
る。音響レンズ107と試料109との間は超音波を伝
播させるためのカプラ液体110で満たされている。
The analog switch 104 is switched according to ON / OFF of the signal from the control unit 103, and when ON, the signal generated by the reference signal oscillator 101 is output to the circulator 105 to generate a transmission burst signal. This transmission burst signal passes through the circulator 105 and is applied to the transducer 106. The transmission burst wave is electroacoustic converted by the transducer 106 and converted into ultrasonic waves. This ultrasonic wave propagates through the acoustic lens 107 and is incident on the sample 109 placed on the sample stage 108. A space between the acoustic lens 107 and the sample 109 is filled with a coupler liquid 110 for propagating ultrasonic waves.

【0006】試料109で反射された反射超音波は、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で電気信号に変換される。以下、こ
の信号を受信信号と呼ぶ。受信信号はサーキュレータ1
05を通り前置増幅器111で増幅されて2つの乗算部
112a、112bに入力される。
The reflected ultrasonic wave reflected by the sample 109 propagates again through the coupler liquid 110 and the acoustic lens 107, and is converted into an electric signal by the transducer 106. Hereinafter, this signal is referred to as a received signal. Received signal is circulator 1
It is amplified by the preamplifier 111 through 05 and input to the two multiplication units 112a and 112b.

【0007】一方の乗算部112aでは基準信号発振器
101の出力する連続波と受信信号との乗算を行ないイ
ンフェーズ成分を検出する。もう一方の乗算部112b
では基準信号発振器101の出力する連続波を移相部1
13で90°位相変化させた信号と受信信号との乗算を
行いクワドラチャーフェーズ成分を検出する。
On the other hand, the multiplication section 112a multiplies the continuous wave output from the reference signal oscillator 101 by the received signal to detect the in-phase component. The other multiplication unit 112b
Then, the continuous wave output from the reference signal oscillator 101
The signal having the 90 ° phase change in 13 is multiplied by the received signal to detect the quadrature phase component.

【0008】ここで、基準信号発振器101の出力する
信号をsin(ωt)とする。なおωは周波数、tは時
間である。受信信号は試料の弾性的性質、音響レンズと
カプラ液体中を伝搬する時間等によって位相が送信に対
して遅れているのでこの位相遅れをφとすると、Bsi
n(ωt−φ)と書ける。なお、Bは受信信号の強度で
ある。
Here, the signal output from the reference signal oscillator 101 is defined as sin (ωt). Note that ω is frequency and t is time. Since the phase of the received signal is delayed with respect to the transmission due to the elastic properties of the sample, the time of propagation in the acoustic lens and the coupler liquid, and so on, if this phase delay is φ, then Bsi
It can be written as n (ωt−φ). Note that B is the strength of the received signal.

【0009】従って、乗算部112aのインフェーズ出
力u1 と乗算部112bのクワドラチャーフェーズ出力
2 は次のようになる。 u1 (t)=(B/2){cosφ−cosφcos(2ωt) −sinφsin(2ωt)} (1) u2 (t)=(B/2){sinφ+sinφcos(2ωt) −cosφsin(2ωt)} (2) φは定数であるからsinφ、cosφも定数となるの
で、u1 、u2 は直流成分と2ωの周波数成分を持って
いるので、2ω成分を除けば受信信号の位相遅れφのs
in、cosを取り出すことができる。
Therefore, the in-phase output u 1 of the multiplication unit 112a and the quadrature phase output u 2 of the multiplication unit 112b are as follows. u 1 (t) = (B / 2) {cosφ-cosφcos (2ωt) -sinφsin (2ωt)} (1) u 2 (t) = (B / 2) {sinφ + sinφcos (2ωt) -cosφsin (2ωt)} ( 2) Since φ is a constant, sin φ and cos φ are also constants. Therefore, u 1 and u 2 have a DC component and a frequency component of 2ω.
in, cos can be taken out.

【0010】乗算部112aのインフェーズ出力と乗算
部112bのクワドラチャーフェーズ出力はそれぞれロ
ーパスフィルター114a、114bで2ω成分が除去
されてsinφ、cosφに相当する直流成分のみが残
る。A/D変換部115a、115bで前記インフェー
ズ、クワドラチャーフェーズそれぞれの検波出力をA/
D変換し、試料反射の位相検波出力をデジタル信号に変
換してコンピュータ102内のメモリに記憶する。コン
ピュータ102では記憶された試料反射のsinφ、c
osφ成分から位相と反射強度を演算する。なお、Z走
査部116は、コンピュータ102からの指令で音響レ
ンズと試料の距離を変化させ合焦等の調節を行う。
The 2ω component of the in-phase output of the multiplication unit 112a and the quadrature phase output of the multiplication unit 112b are removed by the low-pass filters 114a and 114b, respectively, and only the DC components corresponding to sin φ and cos φ remain. The A / D converters 115a and 115b convert the detection outputs of the in-phase and quadrature phases into A / D
D conversion is performed, the phase detection output of the sample reflection is converted into a digital signal, and the digital signal is stored in the memory in the computer 102. In the computer 102, sin φ, c of the sample reflection stored
The phase and the reflection intensity are calculated from the osφ component. The Z scanning unit 116 changes the distance between the acoustic lens and the sample according to a command from the computer 102, and adjusts focusing and the like.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波測定装置には次のような欠点があった。
すなわち、一般に超音波測定装置の分解能は使用周波数
の逆数に比例して増加し、超音波の吸収係数は使用周波
数の2乗に比例して増加する。このために、使用目的に
応じて周波数を選択する必要がある。例えば、高分解能
で測定するときは高い周波数を選択し、試料の内部を測
定するときは低い周波数を選択するといったことが行わ
れている。また、ラム波やセザワ波のように音速に周波
数分散を示す波の特性を測定するときには周波数が可変
であることが要求される。
However, the above-mentioned conventional ultrasonic measuring device has the following drawbacks.
That is, generally, the resolution of the ultrasonic measurement device increases in proportion to the reciprocal of the used frequency, and the absorption coefficient of the ultrasonic wave increases in proportion to the square of the used frequency. Therefore, it is necessary to select the frequency according to the purpose of use. For example, a high frequency is selected when measuring with high resolution, and a low frequency is selected when measuring the inside of a sample. In addition, it is required that the frequency be variable when measuring the characteristics of waves such as Lamb wave and Sezawa wave that exhibit frequency dispersion in the speed of sound.

【0012】特開平5−26854号公報に開示された
測定装置では、ローパスフィルタとして使用する発振周
波数の2倍の周波数を除去可能である必要がある。その
遮断周波数は測定装置で使用できる最低の周波数を決定
する。例えば、100MHzまで使用できる装置ならロ
ーパスフィルタの遮断周波数は200MHz以下に、3
0MHzまで使用できる装置なら遮断周波数を60MH
z以下にしなければならない。
In the measuring device disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-26854, it is necessary to be able to remove a frequency twice the oscillation frequency used as a low pass filter. The cutoff frequency determines the lowest frequency that can be used by the measuring device. For example, if the device can be used up to 100MHz, the cutoff frequency of the low-pass filter should be 200MHz or less.
If the device can be used up to 0MHz, the cutoff frequency is 60MH
must be less than or equal to z.

【0013】一方、超音波の吸収は周波数が高いほど大
きくなるために高周波では音響レンズの焦点距離が短く
なる。焦点距離が短くなると、音響レンズ内部の反射と
試料からの反射信号が干渉しないようにバースト波の幅
を短くする必要がある。例えば、1GHzではバースト
波の幅は50nsec程度になる。この周波数での乗算部か
らの出力は50nsec幅の矩形波と2GHzの信号であり
ローパスフィルタによって2GHzの信号のみを除去し
なければならない。一般にt[sec ]幅の矩形波を通す
ために必要な周波数はD.C.〜3*1/t が必要であるから5
0nsecの矩形波を通すためにはローパスフィルタの遮断
周波数は60MHz以上にしなければならないことにな
る。また、ローパスフィルタの遮断周波数を低く選べ
ば、S/N比が良好になるので、可能な限り低い遮断周
波数を持ったローパスフィルタを選ぶことが望ましい。
On the other hand, since the absorption of ultrasonic waves increases as the frequency increases, the focal length of the acoustic lens decreases at high frequencies. When the focal length becomes shorter, it is necessary to shorten the width of the burst wave so that the reflection inside the acoustic lens does not interfere with the reflection signal from the sample. For example, at 1 GHz, the width of the burst wave is about 50 nsec. The output from the multiplication unit at this frequency is a rectangular wave with a width of 50 nsec and a 2 GHz signal, and only the 2 GHz signal must be removed by a low pass filter. Generally, the frequency required to pass a square wave with a width of t [sec] is DC to 3 * 1 / t, so 5
In order to pass the rectangular wave of 0 nsec, the cutoff frequency of the low pass filter must be 60 MHz or higher. Also, if the cutoff frequency of the lowpass filter is selected low, the S / N ratio will be good, so it is desirable to select a lowpass filter having the cutoff frequency as low as possible.

【0014】従って、一定の遮断周波数を持つローパス
フィルタでは広い周波数で位相検波を行うことはできな
いという欠点がある。本発明は、以上のような実情に鑑
みてなされたもので、異なった遮断周波数を持つローパ
スフィルタを周波数によって何種類も切り替えて広い周
波数での位相敏感検波が行え試料の反射波の強度と位相
が検出できる超音波測定装置を提供することを目的とす
る。
Therefore, there is a drawback that a low-pass filter having a constant cutoff frequency cannot perform phase detection in a wide frequency range. The present invention has been made in view of the above circumstances, and can perform phase sensitive detection at a wide frequency by switching many kinds of low-pass filters having different cutoff frequencies depending on the frequency, and the intensity and phase of the reflected wave of the sample. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic measuring device capable of detecting

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項1に対
応する本発明は、高周波バースト波を発生させる周波数
が可変なバースト波発振手段と、発生させたバースト波
を超音波に変換し微小スポットに収束して試料に入射さ
せ、試料からの反射波を再び電気信号に変換する超音波
送受信手段と、前記バースト波と同一周波数の基準信号
を位相変化させる移相手段と、この移相手段から出力さ
れた信号及び前記基準信号をそれぞれ参照波として前記
超音波送受信手段から出力された電気信号と乗算する乗
算手段と、互いに異なる遮断周波数を有しており前記乗
算手段で乗算された信号が選択的に入力される複数のロ
ーパスフィルタと、前記乗算手段で乗算された信号を入
力するローパスフィルタを切り替える切替手段と、前記
ローパスフィルタを通った信号を記憶する手段と、超音
波の入射方向をZ軸とし、Z軸方向に前記超音波送受信
手段と試料の相対距離を変化させる手段とを具備する構
成とした。
The present invention has taken the following means in order to achieve the above object. According to the present invention, which corresponds to claim 1, a burst wave oscillating means that generates a high frequency burst wave and has a variable frequency, and the generated burst wave is converted into an ultrasonic wave, converges into a minute spot, and is made incident on the sample. The ultrasonic wave transmitting / receiving means for converting the reflected wave of the above into an electric signal again, the phase shifting means for changing the phase of the reference signal of the same frequency as the burst wave, and the signal output from this phase shifting means and the reference signal respectively. Multiplication means for multiplying the electric signal output from the ultrasonic wave transmission / reception means as a wave, and a plurality of low-pass filters having cut-off frequencies different from each other and to which the signals multiplied by the multiplication means are selectively input, Switching means for switching a low-pass filter for inputting the signal multiplied by the multiplying means, means for storing the signal passed through the low-pass filter, and ultrasonic wave The morphism direction and Z-axis, and configured to and a means for changing the relative distance of the ultrasonic wave transmitting and receiving means and the sample in the Z-axis direction.

【0016】請求項2に対応する本発明は、前記バース
ト波発振手段を高周波連続波を発生させる周波数が可変
な少なくとも1つの発振手段と、この発振手段で発生さ
せた連続波を切りとってバースト波に変換するバースト
波変換手段とから構成し、前記基準信号として前記発振
手段の出力する連続波を用いることを特徴とする。請求
項3に対応する本発明は、前記切替手段を半導体スイッ
チで構成したことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, at least one oscillating means having a variable frequency for generating a high frequency continuous wave by the burst wave oscillating means, and the continuous wave generated by the oscillating means are cut off to generate a burst wave. And a continuous wave output from the oscillating means is used as the reference signal. The present invention corresponding to claim 3 is characterized in that the switching means comprises a semiconductor switch.

【0017】[0017]

【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に対応する本発明
によれば、バースト波発振手段から高周波バースト波が
発生され任意の周波数に調整される。バースト波発振手
段で発生させたバースト波は超音波送受信手段により超
音波に変換されて微小スポットに収束して試料に入射す
る。また、その試料からの反射波が超音波送受信手段で
受信されて再び電気信号に変換されて乗算手段へ入力さ
れる。一方、移相手段においてバースト波と同一周波数
の基準信号を位相変化させて作成した信号及び基準信号
が参照波として乗算手段へ入力され受信信号と乗算され
る。複数のローパスフィルタは切替手段により適当な遮
断周波数のローパスフィルターに切替えられる。そし
て、乗算された信号が既に切替えられているローパスフ
ィルタに入力されて高周波成分が除去される。ローパス
フィルタを通った信号は記憶手段に記憶される。そし
て、超音波の入射方向をZ軸とし、Z軸方向に超音波送
受信手段と試料の相対距離を変化させ測定を行う。
The present invention has the following effects by taking the above measures. According to the present invention corresponding to claim 1, a high frequency burst wave is generated from the burst wave oscillating means and adjusted to an arbitrary frequency. The burst wave generated by the burst wave oscillating means is converted into ultrasonic waves by the ultrasonic wave transmitting / receiving means, converges to a minute spot and is incident on the sample. The reflected wave from the sample is received by the ultrasonic wave transmitting / receiving means, converted into an electric signal again, and input to the multiplying means. On the other hand, the signal generated by changing the phase of the reference signal having the same frequency as the burst wave in the phase shift means and the reference signal are input to the multiplication means as reference waves and multiplied by the received signal. The plurality of low-pass filters are switched by the switching means to low-pass filters having an appropriate cutoff frequency. Then, the multiplied signal is input to the already-switched low-pass filter to remove the high frequency component. The signal passed through the low pass filter is stored in the storage means. Then, the incident direction of the ultrasonic wave is set to the Z axis, and the relative distance between the ultrasonic wave transmitting / receiving means and the sample is changed in the Z axis direction for measurement.

【0018】請求項2に対応する本発明によれば、前記
バースト波発振手段に含まれた少なくとも1つの発振手
段から高周波連続波が発生され、その発振された連続波
がバースト波変換手段で切り取られてバースト波に変換
される。
According to the present invention corresponding to claim 2, a high frequency continuous wave is generated from at least one oscillating means included in the burst wave oscillating means, and the oscillated continuous wave is cut out by the burst wave converting means. Are converted to burst waves.

【0019】請求項3に対応する本発明によれば、ロー
パスフィルタ切り替え手段は半導体スイッチであること
から高速切り替えが実現され、1回の測定動作に要する
時間で2回の測定を実施することができる。
According to the present invention corresponding to claim 3, since the low-pass filter switching means is a semiconductor switch, high-speed switching is realized, and two measurements can be performed within a time required for one measurement operation. it can.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1には本発明の第1実施例に係る超音波測定装置の構成
が示されている。本実施例の超音波測定装置は、コンピ
ュータ1から指定された周波数の連続波を発振部2が発
生し、発振部2で発生した連続波の一部をバーストゲー
ト信号のゲート幅に応じて半導体スイッチ3が切りと
る。半導体スイッチ3で切り出した送信バースト信号は
トランスデューサ4により超音波に変換される。このト
ランスデューサ4は音響レンズ5の一端面に取付けられ
ている。音響レンズ5は、トランスデューサ4で変換し
た超音波を、他端面に形成した凹面から送波し微小スポ
ットに収束させる。音響レンズ5の焦点付近には試料6
が試料台7の上の水槽8の中に置かれている。水槽8の
中は超音波の伝播のためにカプラ液体9で満たされてい
る。トランスデューサ4への送信バースト信号の入力
は、送受信切換用の半導体スイッチ10を介して行われ
る。また、音響レンズ5で受波した試料反射波の受信信
号の前置増幅器11への出力は半導体スイッチ10を介
して行われる。すなわち、半導体スイッチ10が送受信
切換信号に基づいてトランスデューサ4の入出力を発振
部2と前置増幅器11に切り替える。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows the configuration of an ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the ultrasonic measurement apparatus of this embodiment, the oscillator 2 generates a continuous wave having a frequency designated by the computer 1, and a part of the continuous wave generated by the oscillator 2 is converted into a semiconductor according to the gate width of the burst gate signal. Switch 3 turns off. The transmission burst signal cut out by the semiconductor switch 3 is converted into ultrasonic waves by the transducer 4. The transducer 4 is attached to one end surface of the acoustic lens 5. The acoustic lens 5 transmits the ultrasonic waves converted by the transducer 4 from the concave surface formed on the other end surface and converges the ultrasonic waves on a minute spot. Sample 6 near the focal point of acoustic lens 5
Are placed in a water tank 8 on the sample table 7. The aquarium 8 is filled with coupler liquid 9 for the propagation of ultrasonic waves. The transmission burst signal is input to the transducer 4 via the semiconductor switch 10 for switching between transmission and reception. Further, the reception signal of the sample reflected wave received by the acoustic lens 5 is output to the preamplifier 11 via the semiconductor switch 10. That is, the semiconductor switch 10 switches the input / output of the transducer 4 between the oscillator 2 and the preamplifier 11 based on the transmission / reception switching signal.

【0021】前置増幅器11には2つの乗算部12a、
12bが接続されている。乗算部12aには発振部2の
出力する連続波を2分割したその一方が第1参照信号と
して入力される。他の乗算部12bには発振部2の出力
する連続波を2分割したもう一方の出力であって例えば
90°ハイブリッドで構成される90°移相部13を通
り90°位相が遅れた信号が第2参照信号として入力さ
れる。
The preamplifier 11 has two multiplication units 12a,
12b is connected. One of the two continuous waves output from the oscillator 2 is input to the multiplier 12a as a first reference signal. The other multiplication unit 12b outputs another signal obtained by dividing the continuous wave output from the oscillating unit 2 into two, for example, a signal having a 90 ° phase delay after passing through a 90 ° phase shift unit 13 configured by a 90 ° hybrid. It is input as the second reference signal.

【0022】乗算部12a、12bの出力端子には、そ
れぞれ入力切替え用スイッチ14a、14bによって入
力が切り替えられ夫々周波数特性の異なるローパスフィ
ルタ15a−1、15a−2、15a−3…と、15b
−1、15b−2、15b−3…と、が並列接続されて
いる。
Inputs to the output terminals of the multipliers 12a and 12b are switched by input switching switches 14a and 14b, respectively, and low-pass filters 15a-1, 15a-2, 15a-3, ... And 15b having different frequency characteristics.
, 1, 15b-2, 15b-3, ... Are connected in parallel.

【0023】ローパスフィルタ15a,15bの出力端
子は、入力切替え用スイッチ14a、14bとそれぞれ
連動する出力切替え用スイッチ16a、16bを介して
A/D変換部17a、17bに接続されている。A/D
変換部17a、17bのそれぞれの変換出力はコンピュ
ータ1に入力される。
The output terminals of the low-pass filters 15a and 15b are connected to the A / D converters 17a and 17b through the output switching switches 16a and 16b which are interlocked with the input switching switches 14a and 14b, respectively. A / D
The conversion outputs of the conversion units 17a and 17b are input to the computer 1.

【0024】コンピュータ1には全体のタイミングを制
御する制御部18、試料6と音響レンズ4のZ方向の距
離を変化させるZ走査部19、その移動距離を測定する
Z測距部20が接続されている。
The computer 1 is connected to a control unit 18 for controlling the overall timing, a Z scanning unit 19 for changing the distance between the sample 6 and the acoustic lens 4 in the Z direction, and a Z distance measuring unit 20 for measuring the moving distance. ing.

【0025】次に、以上のように構成された本実施例の
作用について説明する。図2は本実施例の動作タイミン
グを示すタイムチャートである。先ず、コンピュータ1
に対して測定に使用する周波数を指示する。コンピュー
タ1は、測定に使用する周波数が設定されるとその設定
周波数とバースト幅とに適合する周波数特性を持ったロ
ーパスフィルタを、複数併設されたローパスフィルター
15a−1、15a−2、15a−3…、15b−1、
15b−2、15b−3…の中から選択する。次に、コ
ンピュータ1は選択したローパスフィルタを受信信号が
通過するように入力切替え用スイッチ14a,14b、
及び出力切替え用16a,16bをそれぞれ切り替え操
作する。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 2 is a time chart showing the operation timing of this embodiment. First, computer 1
To the frequency used for measurement. When the frequency used for measurement is set, the computer 1 has a plurality of low-pass filters 15a-1, 15a-2, 15a-3 having a frequency characteristic that matches the set frequency and the burst width. …, 15b-1,
15b-2, 15b-3 ... Are selected. Next, the computer 1 switches the input selector switches 14a and 14b so that the received signal passes through the selected low pass filter.
And the output switching 16a and 16b are switched.

【0026】バースト波の幅は発振部2の発振周波数に
よってほぼ決まり、具体的には100MHzで500〜
1000nsec、200MHzで200〜500nsec、4
00MHzで100〜200nsec、800MHzで50
〜100nsec前後、1GHzで50nsec前後となる。例
えば、400MHzの周波数を発振部2に設定し、その
バースト幅が150nsecであるとする。このときに必要
な遮断周波数の範囲は20MHz〜800MHzの間で
なるべく周波数特性の低い方のものである。ローパスフ
ィルタ15a−1、15b−1の遮断周波数が5MH
z、ローパスフィルタ15a−2、15b−2の遮断周
波数が30MHz、ローパスフィルタ15a−3、15
b−3の遮断周波数が100MHzとすると、コンピュ
ータ1は入力切替え用スイッチ14a、14bを乗算部
12a、12bとローパスフィルタ15a−2、15b
−2が接続するように切替え、出力切替え用スイッチ1
6a、16bをローパスフィルタ15a−2、15b−
2とA/D変換部17a、17bが接続するように切り
替える。
The width of the burst wave is substantially determined by the oscillation frequency of the oscillator 2, and specifically, it is 500 to 100 MHz.
1000nsec, 200-500nsec at 200MHz, 4
100-200nsec at 00MHz, 50 at 800MHz
Approximately 100 nsec or so, it becomes approximately 50 nsec at 1 GHz. For example, assume that a frequency of 400 MHz is set in the oscillator 2 and the burst width thereof is 150 nsec. The range of the cutoff frequency required at this time is between 20 MHz and 800 MHz, whichever has the lowest frequency characteristic. The cutoff frequency of the low-pass filters 15a-1 and 15b-1 is 5 MH
z, the cutoff frequency of the low pass filters 15a-2 and 15b-2 is 30 MHz, and the low pass filters 15a-3 and 15
Assuming that the cut-off frequency of b-3 is 100 MHz, the computer 1 causes the input switching switches 14a and 14b to include the multiplication units 12a and 12b and the low-pass filters 15a-2 and 15b.
-Switch to connect 2 and output switch 1
6a and 16b are low-pass filters 15a-2 and 15b-
2 and the A / D conversion units 17a and 17b are switched to be connected.

【0027】図2(a)に示すように、発振部2はコン
ピュータ1から設定された周波数で常時連続波を出力し
ている。図2(b)に示す送信トリガがコンピュータ1
から制御部18に与えられると、制御部18から送信ト
リガに同期して図2(c)に示す発振器2の周波数の数
十周期分の(この場合は150nsec)時間幅のON、O
FF信号がアナログスイッチ3に印加される。また、図
2(d)に示すように、図2(b)の信号より早くオン
になり遅くオフになるの切り替え信号がアナログスイッ
チ10に出力される。アナログスイッチ3は前記信号の
ON、OFFに対応して切り替わりONの時は発振器2
の発生した信号がアナログスイッチ10に出力される。
こうして図2(e)に示す送信バースト信号が作られ
る。アナログスイッチ10は図2(d)の信号がオンの
時はアナログスイッチ3の側へ切り替わり、オフの時は
前置増幅器11側へ切り替わる。
As shown in FIG. 2A, the oscillator 2 constantly outputs a continuous wave at the frequency set by the computer 1. The transmission trigger shown in FIG. 2B is the computer 1
Is given to the control unit 18 from the control unit 18, in synchronization with a transmission trigger from the control unit 18, ON and O of a time width of several tens of cycles of the frequency of the oscillator 2 shown in FIG. 2C (150 nsec in this case).
The FF signal is applied to the analog switch 3. Further, as shown in FIG. 2D, a switching signal that turns on earlier and turns off later than the signal in FIG. 2B is output to the analog switch 10. The analog switch 3 is switched according to ON and OFF of the signal, and when it is ON, the oscillator 2
The signal generated by is output to the analog switch 10.
In this way, the transmission burst signal shown in FIG. The analog switch 10 is switched to the side of the analog switch 3 when the signal of FIG. 2D is on, and switched to the side of the preamplifier 11 when it is off.

【0028】図2(c)(d)の信号が共にオンの時、
送信バースト信号はアナログスイッチ10を通りトラン
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超音波に変換される。こ
の超音波は、音響レンズ5を伝播しカプラ液体9を通り
収束されて試料6に入射する。
When the signals shown in FIGS. 2C and 2D are both ON,
The transmission burst signal is applied to the transducer 4 through the analog switch 10. The transmitted burst wave is electroacoustic converted by the transducer 4 and converted into ultrasonic waves. This ultrasonic wave propagates through the acoustic lens 5, passes through the coupler liquid 9, is converged, and enters the sample 6.

【0029】試料6に入射した超音波は、試料6で反射
され、再びカプラ液体9、音響レンズ5を伝播してトラ
ンスデューサ4で電気信号(受信信号)に変換される。
この受信信号はすでに前置増幅器11側に切り替わって
いるアナログスイッチ10を通り前置増幅器11で増幅
されて乗算部12a、12bに入力される。
The ultrasonic wave incident on the sample 6 is reflected by the sample 6, propagates through the coupler liquid 9 and the acoustic lens 5 again, and is converted into an electric signal (received signal) by the transducer 4.
The received signal passes through the analog switch 10 that has already been switched to the preamplifier 11 side, is amplified by the preamplifier 11, and is input to the multiplication units 12a and 12b.

【0030】乗算部12aでは、発振器2の出力する連
続波を参照信号として受信信号との乗算を行ない、その
結果をインフェーズ成分として出力される。一方、乗算
部12bでは、発振器2から出力され移相部13で位相
が90°遅れた第2参照信号と受信信号とが乗算され、
その結果をクワドラチャーフェーズ成分として出力され
る。
The multiplication unit 12a multiplies the received signal by the continuous wave output from the oscillator 2 as a reference signal, and outputs the result as an in-phase component. On the other hand, in the multiplication unit 12b, the received signal is multiplied by the second reference signal output from the oscillator 2 and delayed in phase by 90 ° in the phase shift unit 13,
The result is output as the quadrature phase component.

【0031】乗算部12aの出力と乗算部12bの出力
はそれぞれ切り替えスイッチ13a、13bで選択され
たローパスフィルタ15a−2、15b−2で、前述し
た図5の測定装置による場合と同様に、2ω成分が除去
されて cosφ、 sinφに相当する大きさの矩形波が残る
ことになる。尚、ωは発振部2の送信する周波数であ
り、φは受信信号の位相遅れである。
The outputs of the multiplying unit 12a and the multiplying unit 12b are low-pass filters 15a-2 and 15b-2 selected by the changeover switches 13a and 13b, respectively. The component is removed and a square wave with a size corresponding to cosφ and sinφ remains. Note that ω is the frequency transmitted by the oscillator 2, and φ is the phase delay of the received signal.

【0032】図2(f)は検波前の受信信号、図2
(g)はローパスフィルタ15a−2の検波出力、図2
(h)はローパスフィルタ15b−2の出力をそれぞれ
示している。実際の受信信号は、検波前では図2(f)
のように試料反射の他に送信漏れ、レンズ第1反射、レ
ンズ第2反射等が含まれているので位相検波出力は図2
(g)、(h)のようにそれぞれの反射に対応した矩形
波となる。
FIG. 2 (f) is a received signal before detection, and FIG.
(G) is the detection output of the low-pass filter 15a-2, FIG.
(H) shows the output of the low-pass filter 15b-2. The actual received signal is shown in Fig. 2 (f) before detection.
In addition to sample reflection, transmission leakage, lens first reflection, lens second reflection, etc. are included, so the phase detection output is as shown in FIG.
As in (g) and (h), a rectangular wave corresponding to each reflection is obtained.

【0033】ローパスフィルタ15a−2、15b−2
を通った信号はそれぞれ切り替えスイッチ16a、16
bを通ってA/D変換部17a、17bに入力する。A
/D変換部17a、17bでは、これら複数の信号成分
から必要な試料反射のみを取り出す。このために、図2
(i)のような送信トリガに対してTdだけ遅れたタイ
ミングのA/D変換トリガ信号を制御部18で作り、A
/D変換部17a、17bにトリガ信号として与える。
それぞれの検波出力はA/D変換され試料反射の位相検
波出力がデジタル信号に変換されてコンピュータ1内の
メモリに記憶される。前記送信とA/D変換のトリガ信
号の時間遅延量Tdはコンピュータ1から制御部18に
対して設定可能となっている。
Low-pass filters 15a-2, 15b-2
The signals that have passed through are changeover switches 16a and 16 respectively.
It is input to the A / D conversion units 17a and 17b through b. A
The / D converters 17a and 17b take out only the necessary sample reflection from the plurality of signal components. For this purpose, FIG.
The control unit 18 generates an A / D conversion trigger signal at a timing delayed by Td with respect to the transmission trigger as shown in (i), and A
It is given to the / D converters 17a and 17b as a trigger signal.
Each detection output is A / D converted, and the phase detection output of the sample reflection is converted into a digital signal and stored in the memory in the computer 1. The time delay amount Td of the transmission and A / D conversion trigger signal can be set from the computer 1 to the control unit 18.

【0034】Z走査部19は、コンピュータ1からの指
令で音響レンズと試料6の距離を変化させ合焦等の調節
を行う。V(z)測定を行う場合は、図2(f)に示す
信号波形をオシロスコープ等を見ながら試料反射の位置
にA/D変換トリガ信号の発生タイミングTdを合わせ
る。次に、Z走査部19で音響レンズ5と試料6の距離
を変化させその移動量をZ測距部20で測定しながら上
記の処理を繰り返し行い、試料反射の複素情報 cosφ、
sinφをZ方向の移動量と共にコンピュータ1に取り込
む。A/D変換のタイミングは音響レンズ5と試料6の
距離の変化に合わせて変化させる。具体的には、測定開
始位置からのZ方向の移動量を△z、タイミングのズレ
を△Td、カプラの音速をvとすれば、A/D変換のタイ
ミングを以下の式からコンピュータ1で計算してタイミ
ングを変化させる。
The Z scanning section 19 changes the distance between the acoustic lens and the sample 6 in response to a command from the computer 1 to adjust focusing and the like. When performing V (z) measurement, the generation timing Td of the A / D conversion trigger signal is adjusted to the sample reflection position while observing the signal waveform shown in FIG. Next, the Z scanning unit 19 changes the distance between the acoustic lens 5 and the sample 6 and repeats the above process while measuring the amount of movement by the Z distance measuring unit 20 to obtain the complex information cos φ of the sample reflection,
The sin φ is loaded into the computer 1 together with the amount of movement in the Z direction. The timing of A / D conversion is changed according to the change in the distance between the acoustic lens 5 and the sample 6. Specifically, if the amount of movement in the Z direction from the measurement start position is Δz, the timing shift is ΔTd, and the sound velocity of the coupler is v, the computer 1 calculates the A / D conversion timing from the following equation. And change the timing.

【0035】 ΔTd=2Δz/v (3) また、発振器2に設定した発振周波数が100MHzで
あってバースト幅が1000nsecの場合は、必要な遮断
周波数の範囲は3MHz〜200MHzの間でなるべく
周波数特性の低い方のものである。このような場合は、
コンピュータ1は入力切替え用スイッチ14a、14b
を乗算部12a、12bとローパスフィルタ15a−
1、15b−1が接続するように切替え、出力切替え用
スイッチ16a、16bをローパスフィルタ15a−
1、15b−1とA/D変換部17a、17bが接続す
るようにそれぞれ切り替える。また、発振器2に設定し
た発振周波数が1GHzでそのバースト幅が50nsecの
場合は、必要な遮断周波数の範囲は60MHz〜2GH
zの間でなるべく周波数特性の低い方のものである。こ
のような場合は、コンピュータ1は入力切替え用スイッ
チ14a、14bを乗算部12a、12bとローパスフ
ィルタ15a−3、15b−3が接続するように切替
え、出力切替え用スイッチ16a、16bをローパスフ
ィルタ15a−3、15b−3とA/D変換部17a、
17bが接続するよう切り替える。その後、超音波の入
射、及び試料反射波の抽出を繰り返し行い、超音波画像
の形成、又はV(z)曲線の測定を行う。
ΔTd = 2Δz / v (3) Further, when the oscillation frequency set in the oscillator 2 is 100 MHz and the burst width is 1000 nsec, the required cutoff frequency range is between 3 MHz and 200 MHz, and the frequency characteristic is preferably set. The lower one. In this case,
The computer 1 has input switches 14a and 14b.
To the multiplication units 12a and 12b and the low-pass filter 15a-
1, 15b-1 are connected to each other, and the output switching switches 16a and 16b are connected to the low-pass filter 15a-.
1, 15b-1 and A / D converters 17a and 17b are switched so as to be connected to each other. When the oscillation frequency set for the oscillator 2 is 1 GHz and the burst width is 50 nsec, the required cutoff frequency range is 60 MHz to 2 GH.
The frequency characteristic is as low as possible between z. In such a case, the computer 1 switches the input switching switches 14a and 14b so that the multiplication units 12a and 12b and the low-pass filters 15a-3 and 15b-3 are connected, and the output switching switches 16a and 16b are switched to the low-pass filter 15a. -3, 15b-3 and the A / D converter 17a,
Switch to connect 17b. After that, incidence of ultrasonic waves and extraction of sample reflected waves are repeated to form an ultrasonic image or measure a V (z) curve.

【0036】このように本実施例によれば、乗算部14
a,14bの後段に周波数特性の異なる複数のローパス
フィルタを併設し、それらローパスフィルタの出力段に
出力切替え用スイッチ16a,16bを設けたので、発
振部2の発振周波数に応じてローパスフィルターを切り
替えることができ、広い周波数にわたって試料反射に含
まれる複素情報を測定できる。
As described above, according to this embodiment, the multiplication unit 14
Since a plurality of low-pass filters having different frequency characteristics are provided at the subsequent stage of a and 14b and the output switching switches 16a and 16b are provided at the output stages of the low-pass filters, the low-pass filters are switched according to the oscillation frequency of the oscillator 2. The complex information contained in the sample reflection can be measured over a wide range of frequencies.

【0037】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図3は第2実施例に係る超音波測定装置の要部の構
成を示す図である。本実施例は、図1に示す超音波測定
装置において乗算部12a,12bからA/D変換部1
7a,17bまでの間の構成を、図3に示す構成に入れ
替えた例である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of the ultrasonic measurement device according to the second embodiment. In this embodiment, in the ultrasonic measuring device shown in FIG. 1, the multiplication units 12a and 12b are connected to the A / D conversion unit 1.
This is an example in which the configuration between 7a and 17b is replaced with the configuration shown in FIG.

【0038】本実施例では第1実施例のローパスフィル
タ15a−1、15a−2、15a−3…の入出力を切
り替えるための切り替えスイッチ14a,16aを半導
体スイッチ301a−1、301a−2、302a−
1、302a−2で構成し、ローパスフィルタ15b−
1、15b−2、15b−3の入出力を切り替えるため
のの切り替えスイッチ14b,16bを半導体スイッチ
301b−1、301b−2、302b−1、302b
−2で構成するものである。
In this embodiment, the changeover switches 14a and 16a for switching the input and output of the low pass filters 15a-1, 15a-2, 15a-3, ... Of the first embodiment are semiconductor switches 301a-1, 301a-2, 302a. −
1, 302a-2, and a low-pass filter 15b-
Semiconductor switches 301b-1, 301b-2, 302b-1, 302b are provided as changeover switches 14b, 16b for switching the input / output of 1, 15b-2, 15b-3.
-2.

【0039】一般に、超音波顕微鏡で使用される100
MHz以上の周波数を切り替える半導体スイッチはSPDT
と呼ばれ1入力、2出力である。そのため、本実施例の
ように3つのローパスフィルターを切替える場合は、半
導体スイッチを図3の様に2段重ね構成にする必要があ
る。
100 commonly used in acoustic microscopy
The semiconductor switch that switches the frequency above MHz is SPDT
It has 1 input and 2 outputs. Therefore, when switching three low-pass filters as in the present embodiment, it is necessary to configure the semiconductor switches in a two-stage stack as shown in FIG.

【0040】次に本実施例の作用について説明する。第
1実施例と同じく例えばローパスフィルタ15a−1、
15b−1の遮断周波数が5MHz、ローパスフィルタ
15a−2、15b−2の遮断周波数が30MHz、ロ
ーパスフィルタ15a−3、15b−3の遮断周波数が
100MHzとする。
Next, the operation of this embodiment will be described. Like the first embodiment, for example, the low-pass filter 15a-1,
The cutoff frequency of 15b-1 is 5 MHz, the cutoff frequencies of the lowpass filters 15a-2 and 15b-2 are 30 MHz, and the cutoff frequencies of the lowpass filters 15a-3 and 15b-3 are 100 MHz.

【0041】発振周波数が100MHzでバースト幅が
1000nsecで測定する場合、コンピュータ1から発振
部2に周波数100MHzが設定される。さらにコンピ
ュータ1はローパスフィルタ15a−1及び15b−1
に乗算器13a、13bの信号が入力されるように半導
体スイッチ301a−1、301a−2、301b−
1、301b−2を切り替え、ローパスフィルタ15a
−1、15b−1の出力がA/D変換部17a、17b
に入力するように半導体スイッチ302a−1、302
a−2,302b−1,302b−2を切り替える。そ
の後の動作は第1実施例と同じである。このような設定
の下に測定を実施すれば、100MHzの周波数の超音
波試料反射の複素情報が得られる。
When the oscillation frequency is 100 MHz and the burst width is 1000 nsec, the computer 1 sets the frequency 100 MHz in the oscillator 2. Further, the computer 1 has low-pass filters 15a-1 and 15b-1.
So that the signals of the multipliers 13a, 13b are input to the semiconductor switches 301a-1, 301a-2, 301b-.
1, 301b-2 are switched, and the low-pass filter 15a
-1, 15b-1 outputs are A / D converters 17a, 17b
Input to the semiconductor switches 302a-1, 302
Switch a-2, 302b-1, 302b-2. The subsequent operation is the same as in the first embodiment. If the measurement is performed under such a setting, the complex information of the ultrasonic sample reflection at the frequency of 100 MHz can be obtained.

【0042】周波数400MHzでバースト幅150ns
ecで測定する場合、コンピュータ1から発振部2に周波
数400MHzが設定される。またコンピュータ1はロ
ーパスフィルタ15a−2と15b−2に乗算器13
a、13bの信号が入力されるように半導体スイッチ3
01a−1、301a−2、301b−1、301b−
2を切り替え、ローパスフィルタ15a−2、15b−
2の出力がA/D変換部17a、17bに入力するよう
に半導体スイッチ302a−1、302a−2、302
b−1、302b−2を切り替える。これにより400
MHzの周波数の超音波試料反射の複素情報が得られ
る。
Burst width 150 ns at frequency 400 MHz
When measuring with ec, the frequency of 400 MHz is set from the computer 1 to the oscillator 2. Also, the computer 1 includes a multiplier 13 in the low-pass filters 15a-2 and 15b-2.
Semiconductor switch 3 so that signals a and 13b are input
01a-1, 301a-2, 301b-1, 301b-
2 is switched, and the low-pass filters 15a-2 and 15b-
The semiconductor switches 302a-1, 302a-2, 302 are arranged so that the output of 2 is input to the A / D converters 17a, 17b.
b-1 and 302b-2 are switched. This gives 400
Complex information of the ultrasonic sample reflection at the frequency of MHz is obtained.

【0043】以上の動作を音響レンズ5と試料6の相対
距離をZ走査部19でZ方向へ変化させながら交互に周
波数を切り替えて繰り返す。半導体スイッチの切り替え
は数[nsec]しかかからず、機械的なスイッチの数十
[msec]に対して非常に高速であるから、時間的には1
回のV(z)測定動作において2つの周波数の複素V
(z)曲線を測定可能なことになる。
The above operation is repeated by alternately switching the frequency while changing the relative distance between the acoustic lens 5 and the sample 6 in the Z direction by the Z scanning unit 19. It takes only a few [nsec] to switch a semiconductor switch, which is extremely fast compared to several tens [msec] of a mechanical switch.
Complex V of two frequencies in one V (z) measurement operation
(Z) The curve can be measured.

【0044】以上のように本実施例によれば、周波数特
性の異なった複数のローパスフィルターの切り替えを半
導体スイッチで行うので、周波数の切り替えが高速にな
り1度のV(z)測定で複数の周波数のV(z)曲線が
得られる。
As described above, according to the present embodiment, since a plurality of low-pass filters having different frequency characteristics are switched by the semiconductor switch, the frequency switching becomes fast and a plurality of V (z) measurements can be made at one time. A V (z) curve of frequency is obtained.

【0045】なお、この実施例ではローパスフィルタが
3つの場合を述べたが、本発明はこれに限定されえるも
のではない。測定する周波数の帯域に応じ幾つでも半導
体スイッチと移相部を加えても良い。
Although this embodiment has described the case of three low-pass filters, the present invention is not limited to this. Any number of semiconductor switches and phase shifters may be added depending on the frequency band to be measured.

【0046】また、発振部によって周波数の切り替えが
高速でないものもあるがこの様なときは複数の発振周波
数の異なった発振部を半導体スイッチで切り替える構成
にすることも考えられる。
Although there is a case where the frequency switching is not fast depending on the oscillating unit, in such a case, it may be considered that a plurality of oscillating units having different oscillating frequencies are switched by the semiconductor switch.

【0047】尚、本発明は、上記の各実施例に限定され
るものではない。実施例ではいずれも参照信号として発
振器の信号とこれを位相変化させた信号の2つを使って
位相検波しているが特開平5−26854号に記載され
ている様にそれぞれ位相変化の異なる参照信号を3つ以
上使って位相検波する事も考えられる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In each of the embodiments, the phase detection is performed by using the oscillator signal and the signal obtained by changing the phase thereof as the reference signals. However, as described in JP-A-5-26854, the reference signals having different phase changes are used. It is also possible to detect the phase using three or more signals.

【0048】また、位相検波出力から反射波の位相と強
度を演算しているが、反射強度はピーク検波で検出し、
位相のみを位相検波出力から検出することも考えられ
る。さらに、X−Y走査部を備えて2次元走査しながら
測定を繰り返すことで2次元の反射波の強度と位相の測
定も行うことができる。
Further, the phase and intensity of the reflected wave are calculated from the phase detection output. The reflected intensity is detected by peak detection,
It is also possible to detect only the phase from the phase detection output. Furthermore, the intensity and phase of the two-dimensional reflected wave can be measured by repeating the measurement while the two-dimensional scanning is performed with the XY scanning unit.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、位
相検波器のローパスフィルタを周波数によって切り替え
るようにすることで非常に広い周波数範囲で超音波の試
料からの反射信号の複素情報が得られることである。
As described in detail above, according to the present invention, the complex information of the reflected signal from the ultrasonic sample in a very wide frequency range can be obtained by switching the low pass filter of the phase detector according to the frequency. To be obtained.

【0050】本発明によれば、ローパスフィルタの切り
替えを高速な半導体スイッチにする事で1回のV(z)
測定に要する時間で複数の周波数の複素V(z)曲線が
得られ、1回の2次元X−Y走査により複数の周波数で
の複素超音波画像を取得することが可能である。さら
に、遮断周波数を必要な範囲でできるだけ低いものを選
ぶことが出来るのでS/N比の良い高精度な複素V
(z)測定を行うことが可能となる。
According to the present invention, by switching the low-pass filter by a high-speed semiconductor switch, one V (z)
Complex V (z) curves of a plurality of frequencies can be obtained in the time required for measurement, and a complex ultrasonic image at a plurality of frequencies can be acquired by one two-dimensional XY scan. Furthermore, since the cutoff frequency can be selected as low as possible within the required range, a highly accurate complex V with a good S / N ratio can be selected.
(Z) It becomes possible to perform measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る超音波顕微鏡の機能
ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of an ultrasonic microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例の超音波顕微鏡の動作を説明するた
めのタイミング波形図である。
FIG. 2 is a timing waveform chart for explaining the operation of the ultrasonic microscope according to the first embodiment.

【図3】本発明の第2実施例に係る超音波顕微鏡の要部
の機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram of essential parts of an ultrasonic microscope according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の超音波測定装置の要部の機能ブロック図
である。
FIG. 4 is a functional block diagram of a main part of a conventional ultrasonic measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…コンピュータ、2…発振部、3…半導体スイッチ、
5…音響レンズ、6…試料、10…半導体スイッチ、1
2a,12b…乗算部12a、12b、13…移相部、
14a,14b…入力切り替えスイッチ、15…ローパ
スフィルタ、16…出力切り替えスイッチ、18…制御
部。
1 ... Computer, 2 ... Oscillator, 3 ... Semiconductor switch,
5 ... Acoustic lens, 6 ... Sample, 10 ... Semiconductor switch, 1
2a, 12b ... Multipliers 12a, 12b, 13 ... Phase shifter,
14a, 14b ... Input changeover switch, 15 ... Low pass filter, 16 ... Output changeover switch, 18 ... Control section.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高周波バースト波を発生させる周波数が
可変なバースト波発振手段と、発生させたバースト波を
超音波に変換し微小スポットに収束して試料に入射さ
せ、試料からの反射波を再び電気信号に変換する超音波
送受信手段と、前記バースト波と同一周波数の基準信号
を位相変化させる移相手段と、この移相手段から出力さ
れた信号及び前記基準信号をそれぞれ参照波として前記
超音波送受信手段から出力された電気信号と乗算する乗
算手段と、互いに異なる遮断周波数を有しており前記乗
算手段で乗算された信号が選択的に入力される複数のロ
ーパスフィルタと、前記乗算手段で乗算された信号を入
力するローパスフィルタを切り替える切替手段と、前記
ローパスフィルタを通った信号を記憶する手段と、超音
波の入射方向をZ軸とし、Z軸方向に前記超音波送受信
手段と試料の相対距離を変化させる手段とを備えたこと
を特徴とする超音波測定装置。
1. A burst wave oscillating means having a variable frequency for generating a high frequency burst wave, the generated burst wave being converted into an ultrasonic wave, converged into a minute spot and made incident on a sample, and a reflected wave from the sample is again generated. An ultrasonic wave transmitting / receiving means for converting into an electric signal, a phase shifting means for changing the phase of a reference signal having the same frequency as the burst wave, and the ultrasonic wave using the signal output from the phase shifting means and the standard signal as reference waves, respectively. Multiplying means for multiplying by an electric signal output from the transmitting / receiving means, a plurality of low-pass filters having cut-off frequencies different from each other and selectively inputting signals multiplied by the multiplying means, and multiplying by the multiplying means Switching means for switching the low-pass filter for inputting the input signal, means for storing the signal passed through the low-pass filter, and the Z-axis for the incident direction of the ultrasonic wave. The ultrasonic measuring device is provided with the ultrasonic transmitting / receiving device and a device for changing the relative distance between the sample and the sample in the Z-axis direction.
【請求項2】 前記バースト波発振手段は、高周波連続
波を発生させる周波数が可変な少なくとも1つの発振手
段と、この発振手段で発生させた連続波を切りとってバ
ースト波に変換するバースト波変換手段とからなり、前
記基準信号として前記発振手段の出力する連続波を用い
ることを特徴とする請求項1記載の超音波測定装置。
2. The burst wave oscillating means includes at least one oscillating means having a variable frequency for generating a high frequency continuous wave, and a burst wave converting means for cutting off the continuous wave generated by the oscillating means to convert into a burst wave. The ultrasonic wave measuring device according to claim 1, wherein the continuous wave output from the oscillating means is used as the reference signal.
【請求項3】 前記切替手段は、半導体スイッチである
ことを特徴とする請求項1記載の超音波測定装置。
3. The ultrasonic measurement device according to claim 1, wherein the switching means is a semiconductor switch.
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