JPH0843365A - Ultrasonic measuring device - Google Patents

Ultrasonic measuring device

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Publication number
JPH0843365A
JPH0843365A JP6182496A JP18249694A JPH0843365A JP H0843365 A JPH0843365 A JP H0843365A JP 6182496 A JP6182496 A JP 6182496A JP 18249694 A JP18249694 A JP 18249694A JP H0843365 A JPH0843365 A JP H0843365A
Authority
JP
Japan
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wave
frequency
phase
ultrasonic
high frequency
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6182496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Endo
富男 遠藤
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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
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Publication of JPH0843365A publication Critical patent/JPH0843365A/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Withdrawn legal-status Critical Current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 complex information of a reflection signal from a specimen in a wide frequency band while a high reliability is maintained. CONSTITUTION:An ultrasonic measuring device comprises burst wave generating means 2, 3 to generate a high frequency burst wave with variable frequency, ultrasonic signal transmitting/receiving means 4, 5, 10 which convert the burst wave into an ultrasonic wave and make it incident onto a specimen and also convert the reflected wave into a reception signal, and a phase shift means 14 which has a plurality of frequency characteristics with different frequency ranges and makes phase shift of the reference signal having the same frequency as the high frequency burst wave with any of the frequency characteristics. The arrangement further includes changeover means 13, 15 to generate by changeover the frequency characteristic to be used in phase shift of the reference signal in accordance with the frequency of the high frequency burst wave, a wave detection means to make phase detection of the reception signal with the phase shifted reference signal, a means 1 to store the phase detection output of the detection means, and a driving means 19 which changes in the Z-axis direction the relative distance between the transmitting/receiving means 4, 5, 10 and the specimen 6.

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。
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.

【0011】なお、Z走査部116は、コンピュータ1
02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。また、特開平5−26855号公報
には、移相部113の代わりに一定時間基準信号を遅延
させる遅延部を使用することが提案されている。遅延部
の遅延時間をΔtとすれば、位相検波出力は、 (B/2)cosφ (3) (B/2)cos(φ−ωΔt) (4) となるので、次式から試料反射のsinφ、cosφを
計算することが出来る。
The Z scanning unit 116 is the computer 1
A command from 02 changes the distance between the acoustic lens and the sample to adjust focusing and the like. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-26855 proposes to use a delay unit that delays a reference signal for a certain period of time instead of the phase shift unit 113. If the delay time of the delay unit is Δt, the phase detection output is (B / 2) cosφ (3) (B / 2) cos (φ−ωΔt) (4). , Cos φ can be calculated.

【0012】 sinφ={Bcos(φ−ωΔt)−cos(ωΔt)Bcosφ} /sin(ωΔt) (5) cosφ={sin(ωΔt)Bcosφ} /sin(ωΔt) (6) 周波数ωと遅延時間Δtは既知であるから、sinφ、
cosφを計算できることになる。
Sin φ = {Bcos (φ−ωΔt) −cos (ωΔt) Bcosφ} / sin (ωΔt) (5) cosφ = {sin (ωΔt) Bcosφ} / sin (ωΔt) (6) Frequency ω and delay time Δt Is known, sin φ,
It means that cosφ can be calculated.

【0013】[0013]

【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、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.

【0014】ところが、特開平5−26854号公報に
開示された装置では、位相検波の参照波として移相部で
位相変化させた波を使用しているが、移相部を構成する
90°ハイブリッド回路は使用できる周波数範囲が限ら
れており、一般の超音波顕微鏡で使用している100M
Hz〜数GHzの広帯域には十分に対応することができ
ないという欠点がある。
However, in the device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-26854, a wave whose phase is changed in the phase shift section is used as a reference wave for phase detection, but a 90 ° hybrid forming the phase shift section is used. The circuit has a limited frequency range that can be used, and is 100M used in general ultrasonic microscopes.
It has a drawback that it cannot fully support a wide band of Hz to several GHz.

【0015】また、特開平5−26855号公報に開示
された装置では、遅延部に一般的な50Ωケーブルを使
えば周波数帯域は広くなるが、遅延時間の設定が困難な
場合がある。例えば、100MHzで位相が90°遅れ
るような遅延時間にすると200MHzでは180°に
なってしまう。これでは(5)式(6)式の分母が0に
なってしまい計算できないことになる。同様のことは4
00、600、・・・MHzでおきる。また、500M
Hzでの位相遅れは450°となるがこれは90°の時
と同じ測定値になるので90°か450°か判定できな
い。一方、1GHzのような高周波で位相遅れが90°
になるように遅延時間を設定すれば上記のようなことは
起こらないが、100MHzの位相遅れがわずか9°に
なってしまい測定値(B/2)cosφと(B/2)c
os(φ−Δt)との差が小さくなりノイズの影響を受
け易くなる。
Further, in the device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-26855, if a general 50Ω cable is used for the delay section, the frequency band becomes wide, but it may be difficult to set the delay time. For example, if the delay time is such that the phase is delayed by 90 ° at 100 MHz, it becomes 180 ° at 200 MHz. In this case, the denominator of the equations (5) and (6) becomes 0, and the calculation cannot be performed. The same thing 4
00, 600, ... MHz. Also, 500M
The phase delay at Hz is 450 °, but since this is the same measured value as at 90 °, it cannot be determined whether it is 90 ° or 450 °. On the other hand, the phase delay is 90 ° at high frequencies such as 1 GHz.
If the delay time is set so that the above will not occur, the phase delay at 100 MHz becomes only 9 °, and the measured values (B / 2) cosφ and (B / 2) c
The difference from os (φ-Δt) becomes small, and it becomes easy to be affected by noise.

【0016】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、周波数特性の異なる複数の移相部または遅
延部を高周波バースト波の周波数に応じて切り替えて使
用でき、広い周波数範囲で位相敏感検波が行える超音波
測定装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a plurality of phase shift sections or delay sections having different frequency characteristics can be switched and used according to the frequency of the high frequency burst wave, and can be used in a wide frequency range. An object of the present invention is to provide an ultrasonic measurement device capable of phase sensitive detection.

【0017】本発明は、周波数特性の異なる複数の移相
部または遅延部から使用すべき移相部または遅延部を半
導体スイッチにより高速に切り替えることができ、高速
な周波数切り替えが可能な超音波測定装置を提供するこ
とを目的とする。本発明は、広い周波数帯域での位相検
波を精度良く行え、しかも安価な超音波測定装置を提供
することを目的とする。
According to the present invention, a phase shifter or delayer to be used from a plurality of phase shifters or delayers having different frequency characteristics can be switched at high speed by a semiconductor switch, and ultrasonic measurement capable of high-speed frequency switching. The purpose is to provide a device. An object of the present invention is to provide an ultrasonic measuring device that can perform phase detection in a wide frequency band with high accuracy and is inexpensive.

【0018】[0018]

【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と共に
その高周波バースト波の周波数を変更可能なバースト波
発生手段と、前記バースト波発生手段で発生させた高周
波バースト波を超音波に変換し微小スポットに収束させ
て試料へ入射し、該試料からの反射波を電気的な受信信
号に変換する超音波送受信手段と、互いに周波数範囲の
異なる複数の周波数特性を有し、前記高周波バースト波
と同一周波数の基準信号をいずれかの周波数特性におい
て位相変化させる移相手段と、前記移相手段において前
記基準信号の位相変化に使用すべき周波数特性を前記高
周波バースト波の周波数に応じて切り替える切替え手段
と、前記移相手段で位相変化させた基準信号が参照波と
して与えられ、前記超音波送受信手段から出力される受
信信号を前記参照波を用いて位相検波する検波手段と、
前記検波手段の位相検波出力を記憶する手段と、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駆動手段とを具備して
構成される。
The present invention has taken the following means in order to achieve the above object. The present invention corresponding to claim 1 is to generate a high frequency burst wave and to change the frequency of the high frequency burst wave, and to convert the high frequency burst wave generated by the burst wave generation means into ultrasonic waves. The ultrasonic high-frequency burst wave having a plurality of frequency characteristics different in frequency range from each other, the ultrasonic wave transmitting / receiving means for converting the reflected wave from the sample into an electric reception signal after being converged on a minute spot and incident on the sample. And a phase shift means for changing the phase of a reference signal having the same frequency as any one of the frequency characteristics, and a switching for switching the frequency characteristics to be used for the phase change of the reference signal in the phase shift means according to the frequency of the high frequency burst wave. Means and a received signal output from the ultrasonic wave transmission / reception means, which is provided with a reference signal whose reference signal is phase-shifted by the phase shifting means. A detection means for detecting the phase with the reference wave,
It comprises a means for storing the phase detection output of the detection means, and a drive means for changing the relative distance between the ultrasonic wave transmission / reception means and the sample in the Z-axis direction with the incident direction of the ultrasonic wave as the Z axis. .

【0019】請求項2に対応する本発明は、上記構成の
超音波測定装置において、前記バースト波発生手段が、
高周波連続波を発生させると共にその発振周波数が可変
な少なくとも1つの発振器と、この発振器で発生させた
高周波連続波を切り出して高周波バースト波に変換する
バースト波変換手段とから構成され、前記移相部は、前
記発振器で発生させた高周波連続波が前記基準信号とし
て入力されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic measuring device having the above structure, the burst wave generating means is
The phase shifter includes at least one oscillator that generates a high-frequency continuous wave and whose oscillation frequency is variable, and burst wave conversion means that cuts out the high-frequency continuous wave generated by the oscillator and converts it into a high-frequency burst wave. Is characterized in that a high frequency continuous wave generated by the oscillator is inputted as the reference signal.

【0020】請求項3に対応する本発明は、上記構成の
超音波測定装置において、前記移相手段を、前記基準信
号を90°変化させる90°ハイブリッド回路を複数併
設して構成している。
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic measuring device having the above-mentioned configuration, the phase shifting means is provided with a plurality of 90 ° hybrid circuits for changing the reference signal by 90 °.

【0021】請求項4に対応する本発明は、上記構成の
超音波測定装置において、前記移相手段を、前記基準信
号を一定時間遅延させる遅延素子を複数併設して構成し
ている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic measuring device having the above-mentioned configuration, the phase shift means is constructed by providing a plurality of delay elements for delaying the reference signal for a predetermined time.

【0022】請求項5に対応する本発明は、上記構成の
超音波測定装置において、遅延素子を50Ωのインピー
ダンスを持つケーブルで構成している。請求項6に対応
する本発明は、上記構成の超音波測定装置において、前
記切替え手段を、併設された複数の90°ハイブリッド
回路または遅延素子の入力段と前記バースト波発生手段
との間に設けられた入力切り替えスイッチと、併設され
た複数の90°ハイブリッド回路または遅延素子の出力
段と前記検波手段との間に設けられ前記入力切替えスイ
ッチと連動する出力切替えスイッチとを有し、前記入力
切替えスイッチおよび前記出力切替えスイッチが半導体
スイッチで構成している。
According to a fifth aspect of the present invention, in the ultrasonic measuring device having the above structure, the delay element is composed of a cable having an impedance of 50Ω. According to a sixth aspect of the present invention, in the ultrasonic measuring device having the above configuration, the switching means is provided between the input stages of a plurality of 90 ° hybrid circuits or delay elements provided side by side and the burst wave generating means. The input changeover switch, and an output changeover switch provided between the output stages of a plurality of 90 ° hybrid circuits or delay elements provided side by side and the detection means, the output changeover switch interlocking with the input changeover switch. The switch and the output selector switch are semiconductor switches.

【0023】[0023]

【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、バースト波発生手段の発生する高周波バース
ト波の周波数に応じて移相手段での周波数特性が複数の
周波数特性の中から選択される。
The present invention has the following effects by taking the above measures. According to the present invention corresponding to claim 1, the frequency characteristic in the phase shifting means is selected from a plurality of frequency characteristics according to the frequency of the high frequency burst wave generated by the burst wave generating means.

【0024】バースト波発生手段で発生された高周波バ
ースト波が超音波送受信手段で超音波に変換され試料へ
送波されると、その反射波が超音波送受信手段で電気的
な受信信号に変換され検波手段へ入力される。
When the high frequency burst wave generated by the burst wave generation means is converted into ultrasonic waves by the ultrasonic wave transmission / reception means and transmitted to the sample, the reflected wave is converted into an electrical reception signal by the ultrasonic wave transmission / reception means. Input to the detection means.

【0025】一方、移相手段にバースト波発生手段で発
生された高周波バースト波と同一周波数の基準信号が切
替え手段を介して入力される。この基準信号が上記選択
された周波数特性で移相変化せしめられ切替え手段を介
して検波手段へ参照波として入力される。
On the other hand, the reference signal having the same frequency as the high frequency burst wave generated by the burst wave generating means is input to the phase shifting means through the switching means. This reference signal is phase-shifted by the selected frequency characteristic and is input as a reference wave to the detection means via the switching means.

【0026】検波手段では参照波を用いて受信信号の位
相検波が行われ、その位相検波出力である試料反射波の
複素情報が記憶される。駆動手段により試料と超音波送
受信手段とのZ方向の相対距離を変化させてZ方向の各
位置で位相検波を行うことにより試料のV(Z)曲線が
測定される。
The detector detects the phase of the received signal using the reference wave, and stores the complex information of the sample reflected wave, which is the phase detection output. The V (Z) curve of the sample is measured by changing the relative distance in the Z direction between the sample and the ultrasonic wave transmitting / receiving means by the driving means and performing phase detection at each position in the Z direction.

【0027】請求項2に対応する本発明によれば、発振
器で発生した高周波連続波がバースト波変換手段で切り
出され高周波バースト波が作成される。また、発振器で
発生させた高周波連続波が基準信号として移相手段に入
力される。
According to the present invention corresponding to claim 2, the high frequency continuous wave generated by the oscillator is cut out by the burst wave converting means to create a high frequency burst wave. Further, the high frequency continuous wave generated by the oscillator is input to the phase shifting means as a reference signal.

【0028】請求項3に対応する本発明によれば、併設
した個々の90°ハイブリッド回路の周波数特性を異な
らせることにより、一つの90°ハイブリッド回路の周
波数範囲は狭くても全体では広い周波数範囲をカバーす
ることができる。
According to the present invention corresponding to claim 3, by making the frequency characteristics of the individual 90 ° hybrid circuits arranged side by side different, even if the frequency range of one 90 ° hybrid circuit is narrow, the overall frequency range is wide. Can be covered.

【0029】請求項4に対応する本発明によれば、併設
した遅延素子の周波数特性を異ならせることにより、一
つの遅延素子の周波数範囲を狭くして適当な移相変化を
得ることができると共に、全体では広い周波数範囲をカ
バーすることができる。
According to the present invention corresponding to claim 4, by making the frequency characteristics of the delay elements provided side by side different, it is possible to narrow the frequency range of one delay element and obtain an appropriate phase shift change. , Can cover a wide frequency range as a whole.

【0030】請求項5に対応する本発明によれば、移相
手段を構成している遅延素子を50Ωのインピーダンス
を持つケーブルで実現しているので移相手段を安価に構
成できる。
According to the present invention corresponding to claim 5, since the delay element constituting the phase shifting means is realized by the cable having the impedance of 50Ω, the phase shifting means can be constructed at a low cost.

【0031】請求項6に対応する本発明によれば、切替
え手段を構成する入力切替えスイッチおよび出力切替え
スイッチが半導体スイッチで形成されているので、機械
的なスイッチに比べて極めて高速な周波数切替えが可能
になる。
According to the present invention corresponding to claim 6, since the input changeover switch and the output changeover switch forming the changeover means are formed of semiconductor switches, the frequency changeover can be performed at an extremely high speed as compared with a mechanical switch. It will be possible.

【0032】[0032]

【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測定装置の構成
図である。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、
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が発振部2で発生した連続波の一部を切りとる。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の中には超
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 is a configuration diagram of an ultrasonic measurement device according to a 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,
The semiconductor switch 3 cuts off a part of the continuous wave generated in the oscillator 2 according to the gate width of the burst gate signal. 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. A sample 6 is placed in a water tank 8 on a sample table 7 near the focal point of the acoustic lens 5. 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.

【0033】前置増幅器11には2つの乗算部12a、
12bが接続されている。一方の乗算部12aには、発
振部2の出力する連続波を2分割したうちの一方が第1
参照信号として入力される。他方の乗算部12bには、
上記のように2分割した連続波のもう一方が90°位相
が遅れて第2参照信号として入力される。
The preamplifier 11 has two multiplication units 12a,
12b is connected. In one of the multiplication sections 12a, one of the continuous waves output from the oscillation section 2 is divided into the first
It is input as a reference signal. In the other multiplication unit 12b,
The other of the two continuous waves divided as described above is input as the second reference signal with a 90 ° phase delay.

【0034】ここで、発振部2の出力する連続波を2分
割したうちのもう一方が入力切替えスイッチ13を介し
て90°ハイブリッドで構成される90°移相部14
a、14b、14c・・・の1つに入力される。これら
90°移相部14a、14b、14c・・・はそれぞれ
周波数特性が異なる。いずれかの90°移相部14を通
過した信号は、入力切替えスイッチ13と連動した出力
切替えスイッチ15を通り第2参照信号として乗算部1
2bに入力している。
Here, the continuous wave output from the oscillator 2 is divided into two, and the other is divided into two via the input changeover switch 13, and the 90 ° phase shifter 14 is composed of a 90 ° hybrid.
It is input to one of a, 14b, 14c ... The 90 ° phase shifters 14a, 14b, 14c ... Have different frequency characteristics. The signal that has passed through any of the 90 ° phase shift units 14 passes through the output changeover switch 15 that is interlocked with the input changeover switch 13 and serves as the second reference signal.
You are typing in 2b.

【0035】乗算部12a、12bの出力には、ローパ
スフィルター16a、16bがそれぞれ接続されてお
り、入力信号の高周波成分を除去するようになってい
る。このローパスフィルター16a、16bの特性は、
少なくとも発振部2の出力する連続波の周波数の2倍の
周波数が除去できるように選ばれている。ローパスフィ
ルター16a,16bにはA/D変換部17a、17b
が接続されており、それぞれの変換出力はコンピュータ
1に入力される。
Low-pass filters 16a and 16b are connected to the outputs of the multipliers 12a and 12b, respectively, so as to remove high-frequency components of the input signal. The characteristics of the low-pass filters 16a and 16b are
It is selected so that at least twice the frequency of the continuous wave output by the oscillator 2 can be removed. A / D converters 17a and 17b are provided in the low-pass filters 16a and 16b.
Are connected, and the respective converted outputs are input to the computer 1.

【0036】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と試料6と音響レンズ4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。コンピュータ1で制御された制
御部18が、上記バーストゲート信号,送受信切換信
号,A/D変換部17a、17bのサンプリング信号を
発生させている。
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, and a Z distance measuring unit 20 for measuring the moving distance. The control unit 18 controlled by the computer 1 generates the burst gate signal, the transmission / reception switching signal, and the sampling signals of the A / D conversion units 17a and 17b.

【0037】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。図2は,本実施例のタイムチャ
ートである。発振部2で発生させるべき周波数の値がコ
ンピュータ1に入力されると、コンピュータ1が発振部
2に発振周波数を指示すると共に、その発振周波数に相
当する周波数特性を持った移相部を14a、14b、1
4c・・・から選択し、その選択した移相部を連続波が
通過するようにスイッチ13、15を切り替える。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be described. FIG. 2 is a time chart of this embodiment. When the value of the frequency to be generated by the oscillating unit 2 is input to the computer 1, the computer 1 instructs the oscillating unit 2 about the oscillating frequency, and the phase shifting unit 14a having a frequency characteristic corresponding to the oscillating frequency is supplied to 14b, 1
4c ..., and switches 13 and 15 so that the continuous wave passes through the selected phase shift section.

【0038】例えば、100MHzの周波数を発振部2
に設定した場合、移相部14aの周波数特性が100〜
200MHz、移相部14bの周波数特性が200〜4
00MHz、移相部14cの周波数特性が400〜80
0MHzとすると、コンピュータ1はスイッチ13を発
振部2と移相部14aが接続するように、スイッチ15
を移相部14aと乗算部12bが接続するように切り替
える。
For example, a frequency of 100 MHz is applied to the oscillator 2.
When set to, the frequency characteristic of the phase shifter 14a is 100 to
200 MHz, the frequency characteristic of the phase shifter 14b is 200 to 4
00 MHz, the phase shifter 14c has frequency characteristics of 400 to 80
At 0 MHz, the computer 1 uses the switch 15 so that the switch 13 connects the oscillator 2 and the phase shifter 14a.
Is switched so that the phase shifter 14a and the multiplier 12b are connected.

【0039】発振部2はコンピュータ1から設定された
周波数で図2(a)のように常時一定周波数の連続波を
出力する。図2(b)のように,コンピュータ1から制
御部15に送信トリガが入力すると、制御部15が送信
トリガに同期して図2(c)に示す発振器2の周波数の
数十周期分の時間幅のON、OFF信号をアナログスイ
ッチ3に送信し、またこの信号より早くオンになり遅く
オフになる図2(d)に示す切り替え信号をアナログス
イッチ10に出力する。
The oscillating unit 2 always outputs a continuous wave having a constant frequency as shown in FIG. 2A at the frequency set by the computer 1. As shown in FIG. 2B, when a transmission trigger is input from the computer 1 to the control unit 15, the control unit 15 synchronizes with the transmission trigger and the time for several tens of cycles of the frequency of the oscillator 2 shown in FIG. A width ON / OFF signal is transmitted to the analog switch 3, and a switching signal shown in FIG. 2D that is turned on earlier and turned off later than this signal is output to the analog switch 10.

【0040】アナログスイッチ3は前記信号のON、O
FF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。アナログ
スイッチ10は、制御部18から送出された図2(d)
に示すバーストゲート信号がオンの時はアナログスイッ
チ3の側へ、オフの時は前記増幅器11側へ切り替わ
る。こうして図2(e)に示す送信バースト信号がつく
られる。送信バスート信号は、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。送信バースト信
号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を伝播し収束さ
れてカプラ液体9を通り試料6に入射する。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で受信信号に変換
される。
The analog switch 3 turns on / off the signal.
The signal generated by the oscillator 2 is output to the analog switch 10 when the switching is ON corresponding to the FF. The analog switch 10 shown in FIG.
When the burst gate signal shown in (1) is turned on, it is switched to the analog switch 3 side, and when it is turned off, it is switched to the amplifier 11 side. In this way, the transmission burst signal shown in FIG. The transmit bust signal is applied to the transducer 4 through the analog switch 10. The transmission burst signal is electroacoustic converted by the transducer 4 and converted into ultrasonic waves. This ultrasonic wave propagates through the acoustic lens 5, is converged, passes through the coupler liquid 9, and enters the sample 6. The incident ultrasonic wave is reflected by the sample 6, propagates through the coupler liquid 9 and the acoustic lens 5 again, and is converted into a reception signal by the transducer 4.

【0041】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1
1で増幅されて乗算部12a、12bに入力される。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出力する、一
方、発振器2の出力する連続波がスイッチ13で選択さ
れた移相部14aで位相が90°遅れた信号となり、ス
イッチ15を通って第2参照信号となり、乗算部12b
で受信信号の乗算されその結果が出力される。
The received signal passes through the analog switch 10 already switched to the preamplifier 11 side and the preamplifier 1
It is amplified by 1 and input to the multiplication units 12a and 12b. The multiplication unit 12a multiplies the received signal by using the continuous wave output from the oscillator 2 as a reference signal and outputs the result. On the other hand, the continuous wave output from the oscillator 2 is phase-shifted by the phase shift unit 14a selected by the switch 13. Becomes a signal delayed by 90 °, becomes a second reference signal through the switch 15, and becomes a multiplication unit 12b.
The received signal is multiplied by and the result is output.

【0042】発振部2の送信する周波数をω、反射波の
位相遅れをφとする。乗算部12aの出力と乗算部12
bの出力はそれぞれローパスフィルター16a、16b
で2ω成分が除去されて、cosφ、sinφに相当す
る直流成分のみが残る。
The frequency transmitted by the oscillator 2 is ω, and the phase delay of the reflected wave is φ. Output of the multiplier 12a and multiplier 12
The outputs of b are low-pass filters 16a and 16b, respectively.
The 2ω component is removed at, and only the DC components corresponding to cos φ and sin φ remain.

【0043】検波前の受信信号を図2(f)に、ローパ
スフィルター16aの検波出力を図2(g)に、ローパ
スフィルター16bの出力を図2(h)に示す。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
まれており、連続波ではなくバースト波であるので、位
相検波出力は図2(g)、(h)のようなそれぞれの反
射に対応した矩形波となる。
The received signal before detection is shown in FIG. 2 (f), the detection output of the low pass filter 16a is shown in FIG. 2 (g), and the output of the low pass filter 16b is shown in FIG. 2 (h). Before detection, the actual received signal includes transmission leakage, lens first reflection, lens second reflection, etc. in addition to sample reflection as shown in FIG. 2F, and is not a continuous wave but a burst wave. The phase detection output is a rectangular wave corresponding to each reflection as shown in FIGS. 2 (g) and 2 (h).

【0044】この中から試料反射を取り出すために図2
(i)のような送信トリガに対して時間Tdだけ遅れた
タイミングでA/D変換トリガ信号を制御部18でつく
りA/D変換部17a、17bのトリガ信号としてそれ
ぞれの検波出力をサンプリングしてA/D変換し、その
試料反射波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1内のメモリに記憶する。
To extract the sample reflection from the above, FIG.
The control unit 18 generates an A / D conversion trigger signal at a timing delayed by a time Td with respect to the transmission trigger as shown in (i), and samples each detection output as a trigger signal of the A / D conversion units 17a and 17b. A / D conversion is performed, the phase detection output of the sample reflected wave is converted into a digital signal, and the digital signal is stored in the memory in the computer 1.

【0045】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。Z走査部19は、コンピュータ1
からの指令で音響レンズ5と試料6の距離を変化させ合
焦等の調節を行う。
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. The Z scanning unit 19 is the computer 1
The distance between the acoustic lens 5 and the sample 6 is changed in response to a command from to adjust focusing and the like.

【0046】V(z)測定を行うときは初めにオシロス
コープ等を見ながら受信信号上の試料反射の位置にA/
D変換のタイミングTdをあわせる。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の距離によって変化する。測定開
始の位置からのZ移動量をΔz、タイミングのズレをΔ
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。
When performing V (z) measurement, first look at the sample reflection position on the received signal with A /
The D conversion timing Td is adjusted. The Z scanning unit 19 changes the distance between the acoustic lens 5 and the sample 6 and the Z distance measuring unit 20 measures the amount of movement to repeat the above-mentioned processing, and the complex information cos φ and sin φ of the sample reflection are calculated by the computer together with the amount of movement of Z. Take in 1. The timing of A / D conversion changes depending on the distance between the acoustic lens 5 and the sample 6. The amount of Z movement from the measurement start position is Δz, and the timing shift is Δ
Assuming that Td and the speed of sound of the coupler are v, the computer 1 calculates the timing of A / D conversion from the following equation and changes the timing.

【0047】 ΔTd=2Δz/v (7) このように本発明によれば、移相部を高周波バースト信
号の周波数に応じて自動的に切り替えることができ、広
い周波数にわたって超音波の試料からの反射の複素情報
を測定できる。
ΔTd = 2Δz / v (7) As described above, according to the present invention, the phase shift section can be automatically switched according to the frequency of the high frequency burst signal, and the ultrasonic wave is reflected from the sample over a wide frequency range. Can measure complex information of.

【0048】次に、本発明の第2実施例に係る超音波測
定装置について説明する。図3は、第2実施例の要部の
構成を示す図である。本実施例は、上記した第1実施例
における移相部の切替えスイッチの構成を変形した例で
あり、その他の構成はコンピュータ1の処理内容を除い
て第1実施例と同様である。ここでは、移相部の切替え
スイッチの構成及び動作についてのみ説明する。
Next, an ultrasonic measuring device according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of the second embodiment. The present embodiment is an example in which the configuration of the changeover switch of the phase shift unit in the first embodiment described above is modified, and other configurations are the same as those in the first embodiment except the processing contents of the computer 1. Here, only the configuration and operation of the changeover switch of the phase shift unit will be described.

【0049】本実施例では、移相部14a、14b、1
4cの入力切替えスイッチ13の代わり半導体スイッチ
301a、301bを備え、出力切替えスイッチ15の
代わり半導体スイッチ302a、302bを備えてい
る。一般に、超音波顕微鏡で使用される100MHz以
上の周波数を切り替える半導体スイッチは、1入力、2
出力(接続状態によっては逆)であるので図3に示す如
く3つの移相部を切り替える場合は、2段重ねに構成に
する必要がある。
In this embodiment, the phase shifters 14a, 14b, 1
4c includes semiconductor switches 301a and 301b instead of the input changeover switch 13 and semiconductor switches 302a and 302b instead of the output changeover switch 15. Generally, a semiconductor switch used in an ultrasonic microscope for switching frequencies of 100 MHz or higher has 1 input and 2
Since the output is the opposite (depending on the connection state), when switching the three phase shift units as shown in FIG.

【0050】すなわち、一方の入力側半導体スイッチ3
01aは、その入力端子が発振部2に接続され、第1の
出力端子が移相部14aに接続されている。また、他方
の入力側半導体スイッチ301bは、その入力端子が入
力側半導体スイッチ301aの第2の出力端子に接続さ
れ、第1の出力端子が移相部14bに接続され、第2の
出力端子が移相部14cに接続されている。
That is, one input side semiconductor switch 3
01a has its input terminal connected to the oscillator 2 and its first output terminal connected to the phase shifter 14a. The other input-side semiconductor switch 301b has its input terminal connected to the second output terminal of the input-side semiconductor switch 301a, its first output terminal connected to the phase shifter 14b, and its second output terminal It is connected to the phase shift unit 14c.

【0051】また、一方の出力側半導体スイッチ302
aは、その出力端子が乗算部12に接続され、第1の入
力端子が移相部14aに接続されている。他方の出力側
半導体スイッチ302bは、出力端子が出力側半導体ス
イッチ302aの第2の入力端子に接続され、第1の入
力端子が移相部14bに接続され、第2の入力端子が移
相部14cに接続されている。
Also, one output side semiconductor switch 302
The output terminal of a is connected to the multiplication unit 12, and the first input terminal is connected to the phase shift unit 14a. The other output side semiconductor switch 302b has an output terminal connected to the second input terminal of the output side semiconductor switch 302a, a first input terminal connected to the phase shifter 14b, and a second input terminal connected to the phase shifter. 14c is connected.

【0052】次に本実施例の作用について説明する。第
1実施例と同様に移相部14a、14b、14cの周波
数特性をそれぞれ100〜200MHz、200〜40
0MHz、400〜800MHzとする。
Next, the operation of this embodiment will be described. Similar to the first embodiment, the frequency characteristics of the phase shifters 14a, 14b and 14c are 100 to 200 MHz and 200 to 40, respectively.
0 MHz and 400 to 800 MHz.

【0053】コンピュータ1に対して発振部2の発振周
波数として300MHzが指示されると、コンピュータ
1から発振部2に周波数300MHzが設定され、それ
と同時にコンピュータ1が移相部14bに発振器2の出
力が入力されるように半導体スイッチ301a、301
bを切り替え、移相部14bの出力が乗算部12bの参
照信号として入力するように半導体スイッチ302a、
302bを切り替える。以後、第1実施例と同様に動作
することにより、300MHzの周波数の超音波試料反
射の複素情報が得られる。
When 300 MHz is instructed to the computer 1 as the oscillation frequency of the oscillator 2, the computer 1 sets the frequency of 300 MHz in the oscillator 2, and at the same time, the computer 1 outputs the output of the oscillator 2 to the phase shifter 14b. Semiconductor switches 301a, 301 to be input
b, and the semiconductor switch 302a, so that the output of the phase shifter 14b is input as the reference signal of the multiplier 12b.
Switch 302b. After that, by operating in the same manner as in the first embodiment, the complex information of the ultrasonic sample reflection at the frequency of 300 MHz can be obtained.

【0054】次に、周波数500MHzがコンピュータ
1から発振部2に設定され、それと同時にコンピュータ
1が移相部14cに発振器の信号が入力されるように半
導体スイッチ301a、301bを切り替え、移相部1
4cの出力が乗算部12bの参照信号となるように半導
体スイッチ302a、302bを切り替える。以後、第
1実施例と同様に動作して500MHzの周波数の超音
波試料反射の複素情報が得られる。
Next, a frequency of 500 MHz is set from the computer 1 to the oscillator 2, and at the same time, the computer 1 switches the semiconductor switches 301a and 301b so that the oscillator signal is input to the phase shifter 14c.
The semiconductor switches 302a and 302b are switched so that the output of 4c becomes the reference signal of the multiplication unit 12b. After that, the same operation as in the first embodiment is performed, and the complex information of the ultrasonic sample reflection having the frequency of 500 MHz is obtained.

【0055】以上の動作を音響レンズ5と試料6の距離
をZ走査部19で変化させながら交互に周波数を切り替
える。半導体スイッチの切り替え時間は数[nsec]
程度であるため、機械的なスイッチが数10[mse
c]の切換時間を要するのに比べて非常に高速である。
従って、機械的なスイッチで移相部を切換えて1つの周
波数の複素V(z)曲線を測定する時間があれば、1度
のV(z)測定で2つの周波数又はそれ以上の周波数で
複素V(z)曲線が得られる。
In the above operation, the frequency is alternately switched while the distance between the acoustic lens 5 and the sample 6 is changed by the Z scanning section 19. Switching time of semiconductor switch is several [nsec]
The mechanical switch is several tens [mse
It is very fast as compared with the switching time of c].
Therefore, if there is time to switch the phase shift part with a mechanical switch and measure the complex V (z) curve of one frequency, the complex V (z) curve can be measured at two frequencies or more at one V (z) measurement. A V (z) curve is obtained.

【0056】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移相部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、短時間のう
ちに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 phase shifters having different frequency characteristics are switched by the semiconductor switch, the frequency can be switched at a high speed, and V ( The z) measurement yields V (z) curves at multiple frequencies.

【0057】なお、この実施例では移相部が3つの場合
を述べたがこれに限定されるものではない。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。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。
In this embodiment, the case where the number of phase shift units is three has been described, but 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. Further, although there is a case where the switching of the frequency 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.

【0058】次に、本発明の第3実施例に係る超音波測
定装置について説明する。図4は、第3実施例の要部の
構成を示す図である。本実施例は、上記した第1実施例
における移相部の構成を変形した例であり、その他の構
成は第1実施例と同様である。
Next, an ultrasonic measuring device according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a main part of the third embodiment. The present embodiment is an example in which the configuration of the phase shift section in the first embodiment described above is modified, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.

【0059】本実施例では、第1実施例の移相部14
a、14b、14c・・・の代わりにそれぞれ違った遅
延時間をもつ遅延部401a、401b、401c・・
・を使用している。
In this embodiment, the phase shifter 14 of the first embodiment is used.
Instead of a, 14b, 14c ... Delay units 401a, 401b, 401c ...
・ You are using.

【0060】切替えスイッチ13にはそれぞれ異なった
時間遅延させる遅延部401a、401b、401c・
・・が接続されそれぞれの出力は切替えスイッチ15が
接続されている。それぞれの時間遅延量は、例えば、遅
延部401aを100〜200MHzで使用するとすれ
ば、遅延部401aは150MHzで位相が90°遅れ
るように設定する。このとき100MHzの位相遅れは
60°、200MHzで120°になる。同様に遅延部
401bを200〜400MHzで使用するとすれば、
遅延部401bは300MHzで位相が90°遅れるよ
うに設定し、200MHzで60°、400MHzで1
20°の位相遅れとなる。遅延部401cは400〜8
00MHzの周波数で使用するなら、遅延部401cは
600MHzで位相が90°遅れるように設定され、4
00MHzで60°、800MHzで120°位相が遅
れる。それぞれの遅延部を例えば50Ωのケーブルで構
成すればそれぞれ33.3cm、16.7cm、8.3
3cmの長さになる。この時のそれぞれの時間遅延は
1.66667[nsec]、0.833333[ns
ec]、0.4166667[nsec]である。その
他の構成は第1実施例と同じである。
The changeover switch 13 has delay units 401a, 401b, 401c for delaying different times.
.. are connected, and the changeover switch 15 is connected to each output. For example, assuming that the delay unit 401a is used at 100 to 200 MHz, the respective delay amounts are set so that the delay unit 401a delays the phase by 90 ° at 150 MHz. At this time, the phase delay of 100 MHz is 60 ° and 120 ° at 200 MHz. Similarly, if the delay unit 401b is used at 200 to 400 MHz,
The delay unit 401b is set so that the phase is delayed by 90 ° at 300 MHz, 60 ° at 200 MHz, and 1 ° at 400 MHz.
There is a phase delay of 20 °. The delay unit 401c is 400 to 8
When used at a frequency of 00 MHz, the delay unit 401c is set so that the phase is delayed by 90 ° at 600 MHz.
The phase is delayed by 60 ° at 00 MHz and 120 ° at 800 MHz. If each delay unit is composed of a cable of 50Ω, for example, 33.3 cm, 16.7 cm, and 8.3, respectively.
It will be 3 cm long. The respective time delays at this time are 1.66667 [nsec] and 0.833333 [ns.
ec] and 0.4166666 [nsec]. The other structure is the same as that of the first embodiment.

【0061】次に本実施例の作用について説明する。コ
ンピュータ1から発振部2に周波数が設定されると同時
にコンピュータ1はその周波数帯域で使用する遅延部に
発振器2の連続波が入力されるようにスイッチ13を切
り替え、選択した遅延部の出力が乗算部12bの参照信
号となるようにスイッチ15を切り替える。
Next, the operation of this embodiment will be described. At the same time that the frequency is set from the computer 1 to the oscillation unit 2, the computer 1 switches the switch 13 so that the continuous wave of the oscillator 2 is input to the delay unit used in the frequency band, and the output of the selected delay unit is multiplied. The switch 15 is switched so as to be the reference signal of the section 12b.

【0062】例えば、周波数120MHzの時は遅延部
401aに発振部2の連続波が入力するようにスイッチ
13を、乗算部12bの遅延部401aの出力が入力さ
れるようにスイッチ15を切り替える。
For example, when the frequency is 120 MHz, the switch 13 is switched so that the continuous wave of the oscillator 2 is input to the delay unit 401a, and the switch 15 is switched so that the output of the delay unit 401a of the multiplication unit 12b is input.

【0063】このような設定の下に得られる位相検波の
情報は、遅延部の遅延時間をΔt、発振部2の周波数を
ωとすれば(3)(4)式のようになる。これから
(5)(6)式より反射信号の複素情報sinφ、co
sφを得ることができる。
The information of the phase detection obtained under such a setting is expressed by equations (3) and (4), where Δt is the delay time of the delay section and ω is the frequency of the oscillation section 2. From the equations (5) and (6), the complex information sin φ, co
It is possible to obtain sφ.

【0064】以上のように本実施例によれば、位相を変
化させる移相部の代わりに遅延部を使うことで比較的安
価に位相遅れ機能を持たせることができるだけでなく、
周波数に応じて遅延部を切り替えることで従来のように
変化する位相が小さすぎてS/N比が悪く精度が落ちた
り、位相変化が大きすぎて360°を越えたりすること
がなくなるため高精度で信頼性の高い測定が可能にな
る。
As described above, according to the present embodiment, not only the phase delay function can be provided at a relatively low cost by using the delay section instead of the phase shift section for changing the phase, but also
By switching the delay unit according to the frequency, the phase that changes as in the past is too small and the S / N ratio is bad and the accuracy drops, and the phase change does not exceed 360 ° because the phase change is too large and it is highly accurate. This enables highly reliable measurement.

【0065】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の様にそれぞ
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 in JP-A-5-26854, three or more reference signals having different phase changes are used. It is also possible to use it for phase detection.

【0066】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。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。本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、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。
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. It is also possible to measure the intensity and phase of the two-dimensional reflected wave by repeating the measurement while the two-dimensional scanning is performed with the XY scanning unit. The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、位
相検波の参照波を位相変化させる移相部を超音波の使用
周波数によって切り替えるようにしたので、非常に広い
周波数帯域で試料からの反射信号の複素情報を得ること
ができる。
As described above in detail, according to the present invention, the phase shift part for changing the phase of the reference wave of the phase detection is switched depending on the frequency of use of the ultrasonic wave. It is possible to obtain the complex information of the reflection signal of.

【0068】また、発明によれば、切り替え手段を高速
な半導体スイッチにする事で、短時間のうちに1回のV
(z)測定で複数の周波数での複素V(z)曲線を得る
ことができ、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得ることが可能である。
According to the invention, the switching means is a high-speed semiconductor switch, so that the V-switching can be performed once in a short time.
It is possible to obtain complex V (z) curves at a plurality of frequencies by (z) measurement and obtain a complex ultrasonic image at a plurality of frequencies by performing one two-dimensional XY scan.

【0069】また、発明によれば、位相検波の参照波と
して基準波を一定時間遅延させてつくり遅延時間の異な
った遅延部を周波数に応じて切り替えるようにしたの
で、非常に安価な構成で位相変化が出来るだけでなく、
従来この構成では不可能であった広い周波数について高
精度な超音波の複素情報が得られることである。
Further, according to the invention, the reference wave is used as the reference wave for phase detection by delaying the reference wave for a certain time, and the delay sections having different delay times are switched according to the frequency. Therefore, the phase is very inexpensive. Not only can you make changes,
This is to obtain highly accurate complex information of ultrasonic waves over a wide range of frequencies, which has been impossible with this configuration.

【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測定装置の構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す超音波測定装置の動作を表すタイム
チャートである。
FIG. 2 is a time chart showing the operation of the ultrasonic measurement device shown in FIG.

【図3】本発明の第2実施例に係る超音波測定装置の要
部の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a main part of an ultrasonic measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例に係る超音波測定装置の要
部の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a main part of an ultrasonic measurement device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】従来の超音波測定装置の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram 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、4…トランスデュー
サ、5…音響レンズ、12a,12b…乗算部、13…
入力切り替えスイッチ、14a〜14c…移相部、15
…出力切り替えスイッチ、18…制御部、31a,31
b…入力側半導体スイッチ、32a,32b…出力側半
導体スイッチ、41a〜41b…遅延部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Computer, 2 ... Oscillation part, 4 ... Transducer, 5 ... Acoustic lens, 12a, 12b ... Multiplication part, 13 ...
Input selector switch, 14a to 14c ... Phase shifter, 15
... Output changeover switch, 18 ... Control section, 31a, 31
b ... Input side semiconductor switches, 32a, 32b ... Output side semiconductor switches, 41a-41b ... Delay section.

Claims (6)

【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と共にそ
の高周波バースト波の周波数を変更可能なバースト波発
生手段と、 前記バースト波発生手段で発生させた高周波バースト波
を超音波に変換し微小スポットに収束させて試料へ入射
し、該試料からの反射波を電気的な受信信号に変換する
超音波送受信手段と、 互いに周波数範囲の異なる複数の周波数特性を有し、前
記高周波バースト波と同一周波数の基準信号をいずれか
の周波数特性において位相変化させる移相手段と、 前記移相手段において前記基準信号の位相変化に使用す
べき周波数特性を前記高周波バースト波の周波数に応じ
て切り替える切替え手段と、 前記移相手段で位相変化させた基準信号が参照波として
与えられ、前記超音波送受信手段から出力される受信信
号を前記参照波を用いて位相検波する検波手段と、 前記検波手段の位相検波出力を記憶する手段と、 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駆動手段とを備
えたことを特徴とする超音波測定装置。
1. A burst wave generation means capable of generating a high frequency burst wave and changing the frequency of the high frequency burst wave; and a high frequency burst wave generated by said burst wave generation means converted into ultrasonic waves and converged into a minute spot. An ultrasonic wave transmitting / receiving means for converting the reflected wave from the sample into an electric reception signal and having a plurality of frequency characteristics different in frequency range from each other, and having the same frequency as the high frequency burst wave. Phase shifting means for changing the phase of any of the frequency characteristics of the signal; switching means for switching the frequency characteristics to be used for the phase change of the reference signal in the phase shifting means according to the frequency of the high frequency burst wave; The reference signal whose phase is changed by the phase means is given as a reference wave, and the received signal output from the ultrasonic wave transmitting / receiving means is referred to as the reference signal. Detecting means for phase-detecting using, means for storing the phase-detected output of the detecting means, and Z-axis as the incident direction of ultrasonic waves, and changing the relative distance between the ultrasonic transmitting / receiving means and the sample in the Z-axis direction. An ultrasonic measuring device comprising: a driving unit.
【請求項2】 前記バースト波発生手段は、高周波連続
波を発生させると共にその発振周波数が可変な少なくと
も1つの発振器と、この発振器で発生させた高周波連続
波を切り出して高周波バースト波に変換するバースト波
変換手段とからなり、 前記移相手段は、前記発振器で発生させた高周波連続波
が前記基準信号として入力されることを特徴とするは請
求項1記載の超音波測定装置。
2. The burst wave generating means generates at least one high frequency continuous wave and has an oscillation frequency variable, and a burst for cutting out the high frequency continuous wave generated by the oscillator and converting the high frequency continuous wave into a high frequency burst wave. The ultrasonic measuring device according to claim 1, wherein the ultrasonic wave measuring device comprises a wave converting device, and the high frequency continuous wave generated by the oscillator is input as the reference signal to the phase shifting device.
【請求項3】 前記移相手段は、前記基準信号を90°
変化させる90°ハイブリッド回路を複数併設してなる
ことを特徴とする請求項1記載の超音波測定装置。
3. The phase shift means sets the reference signal at 90 °.
The ultrasonic measuring device according to claim 1, wherein a plurality of 90 ° hybrid circuits for changing are provided side by side.
【請求項4】 前記移相手段は、前記基準信号を一定時
間遅延させる遅延素子を複数併設してなることを特徴と
する請求項1記載の超音波測定装置。
4. The ultrasonic measurement device according to claim 1, wherein the phase shift means is provided with a plurality of delay elements for delaying the reference signal for a predetermined time.
【請求項5】 前記遅延素子は、50Ωのインピーダン
スを持つケーブルであることを特徴とする請求項4記載
の超音波測定装置。
5. The ultrasonic measurement device according to claim 4, wherein the delay element is a cable having an impedance of 50Ω.
【請求項6】 前記切替え手段は、併設された複数の9
0°ハイブリッド回路または遅延素子の入力段と前記バ
ースト波発生手段との間に設けられた入力切り替えスイ
ッチと、併設された複数の90°ハイブリッド回路また
は遅延素子の出力段と前記検波手段との間に設けられ前
記入力切替えスイッチと連動する出力切替えスイッチと
を有し、前記入力切替えスイッチおよび前記出力切替え
スイッチが半導体スイッチで構成されていることを特徴
とする請求項1記載の超音波測定装置。
6. The switching means comprises a plurality of adjacent 9
Between an input changeover switch provided between an input stage of a 0 ° hybrid circuit or delay element and the burst wave generating means, and between an output stage of a plurality of 90 ° hybrid circuits or delay elements provided side by side and the detection means. 2. The ultrasonic measuring device according to claim 1, further comprising an output changeover switch provided in the same position as the input changeover switch, wherein the input changeover switch and the output changeover switch are semiconductor switches.
JP6182496A 1994-08-03 1994-08-03 Ultrasonic measuring device Withdrawn JPH0843365A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008151520A (en) * 2006-12-14 2008-07-03 Toppan Printing Co Ltd Measuring instrument using spherical surface acoustic wave element
US7538635B2 (en) 2005-04-11 2009-05-26 Ntt Docomo, Inc. Quadrature hybrid circuit having variable reactances at the four ports thereof

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