JPH0943209A - Ultrasonic measuring device - Google Patents

Ultrasonic measuring device

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JPH0943209A
JPH0943209A JP7191723A JP19172395A JPH0943209A JP H0943209 A JPH0943209 A JP H0943209A JP 7191723 A JP7191723 A JP 7191723A JP 19172395 A JP19172395 A JP 19172395A JP H0943209 A JPH0943209 A JP H0943209A
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JP
Japan
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reception
signal
transmission
ultrasonic
sample
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Withdrawn
Application number
JP7191723A
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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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH0943209A publication Critical patent/JPH0943209A/en
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an ultrasonic measurement in a wide frequency range and to prevent adverse influence due to the saturation of an amplifier in a high frequency. SOLUTION: A transmission signal is taken from a burst wave generated by an oscillation means 2 and it is applied to an ultrasonic wave transmission/ reception means 4, 5 through a switch 10. The reflection wave from a specimen 6 is converted to a reception signal by the ultrasonic wave transmission/ reception means 4, 5 to be inputted to a side of a reception circuit through the switch 10. A timing of switching of transmission/reception by a switch 11 is set to one whereby the reflection in a lens is removed. Filter switching means 11, 12 switch passages such that the reception signal is inputted to detection means 15-17 by being passed through a high pass filter 13 when it is a high frequency and it is inputted to the detection means 15-17 by being not passed therethrough when it is a low frequency. Outputs of the detection means 15-17 are stored in a memory to be used for forming of an ultrasonic image and measuring of an elastic characteristic.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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】超音波を収束させて試料に入射すると共
に該試料からの反射波を受波して反射波強度に基づいて
超音波画像を作成する装置、または超音波の収束点がZ
方向にずれる複数位置での試料反射波から求められるV
(Z)曲線を利用して試料の微小部分の弾性的性質を測
定する装置として超音波顕微鏡が知られている。この種
の超音波顕微鏡は試料からの反射波の強度のみを測定し
ている。これに対して、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を検出する
超音波測定装置が開発されている。例えば、特開平5−
26854号には試料反射波の強度と位相を検出して試
料の弾性的性質を分析する超音波測定装置が記載されて
いる。
2. Description of the Related Art An apparatus for converging an ultrasonic wave to enter a sample, receiving a reflected wave from the sample, and creating an ultrasonic image based on the intensity of the reflected wave, or a convergence point of the ultrasonic wave is Z.
V obtained from the reflected waves of the sample at a plurality of positions displaced in the direction
An ultrasonic microscope is known as an apparatus for measuring the elastic properties of a minute portion of a sample using a (Z) curve. This type of ultrasonic microscope measures only the intensity of the reflected wave from the sample. On the other hand, an ultrasonic measuring device for detecting the intensity and phase of the reflected wave has been developed in order to obtain more information about the elastic properties of the sample. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-
No. 26854 describes an ultrasonic measuring device that detects the intensity and phase of a reflected wave of a sample and analyzes the elastic properties of the sample.

【0003】図3は、位相検出可能に構成された超音波
測定装置の構成図である。基準信号発振部101は常時
一定周波数の連続波を出力している。コンピュータ10
2から制御部103に送信トリガを入力し、制御部10
3から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オンオフ信号をア
ナログスイッチ104に出力する。アナログスイッチ1
04はオンオフ信号のON、OFFに対応して切り替わ
る。オンオフ信号がONの時はアナログスイッチ104
は端子a側に接続し基準信号発振器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1
07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の間は超音波
の伝播のためにカプラ液体110で満たされている。試
料109に入射した超音波は試料109で反射され、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。
FIG. 3 is a block diagram of an ultrasonic measuring device configured to detect a phase. The reference signal oscillator 101 always outputs a continuous wave having a constant frequency. Computer 10
2 inputs a transmission trigger to the control unit 103, and the control unit 10
3 outputs an on / off signal corresponding to the time width of several tens of cycles of the frequency of the reference signal oscillator 101 to the analog switch 104 in synchronization with the transmission trigger. Analog switch 1
04 is switched according to ON / OFF of the on / off signal. When ON / OFF signal is ON, analog switch 104
Is connected to the terminal a side, and 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 is generated by the acoustic lens 1.
07 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 the propagation of ultrasonic waves. The ultrasonic wave incident on the sample 109 is 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.

【0004】受信信号はサーキュレータ105を通り前
置増幅器111で増幅されて2つの乗算部112a、1
12bに入力される。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の乗算を行ないイ
ンフェーズ成分を出力する。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113で90
°位相変化させた信号と受信信号の乗算を行いクワドラ
チャーフェーズ成分を出力する。
The received signal passes through the circulator 105 and is amplified by the preamplifier 111 to generate two multiplication units 112a and 112a.
12b is input. The multiplication unit 112a multiplies the continuous wave output from the reference signal oscillator 101 and the received signal and outputs an in-phase component. In the multiplication unit 112b, the continuous wave output from the reference signal oscillator 101
° Multiply the phase-shifted signal and the received signal and output the quadrature phase component.

【0005】今、基準信号発振器101の出力する信号
をsin(ωt)とする。ここで、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
カプラ液体中を伝播することによ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、Bsin(ωt−φ)と書ける。Bは受信信号の強
度である。
Now, assume that the signal output from the reference signal oscillator 101 is sin (ωt). Here, 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 required for propagating in the acoustic lens and the coupler liquid, and the like, if this phase delay is φ, it can be written as Bsin (ωt−φ). B is the strength of the received signal.

【0006】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)− cosφsin(2ωt)} (1) u2 (t) =B/2{sinφ+ sinφcos(2ωt)− cosφsin(2ωt)} (2) φは定数であるからsinφ、cosφも定数であるの
でu1 、u2 は直流成分と2ωの周波数を持っており、
2ω成分を除けば受信信号の位相遅れφのsin、co
s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) − cosφsin (2ωt)} (1) u 2 (t) = B / 2 {sinφ + sinφcos (2ωt) − cosφsin (2ωt)} (2) φ Since u is a constant and sin φ and cos φ are also constants, u 1 and u 2 have a DC component and a frequency of 2ω,
Except for the 2ω component, sin, co of the phase delay φ of the received signal
s can be taken out.

【0007】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。
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.

【0008】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si
nφ、cosφ成分から位相と反射強度を演算する。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 A / D converters 115a and 115b A / D-convert the detection outputs of the in-phase and quadrature phases, respectively, and convert the phase detection output of the sample reflection into a digital signal, which is stored in the memory of the computer 102. To do. The computer 102 stores the sample reflection si
The phase and the reflection intensity are calculated from the nφ and cosφ components. Z
The 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.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の超
音波測定装置には次のような欠点があった。上記した位
相検波を行う場合、必要とする信号成分を切り出すため
のゲート回路を設ける必要はないが、カプラ液体中の超
音波の吸収は使用周波数が高くなると周波数の2乗の指
数関数で増加する。このため、高い周波数で使用する音
響レンズほど焦点距離が短くなる。トランスデューサで
発生した超音波は全てが液体カプラ中に伝播するわけで
はなく、超音波の1部は音響レンズのレンズ面で反射す
る。焦点距離が短くなると試料からの反射信号と音響レ
ンズのレンズ面からの反射信号とが非常に近くなる。一
方、試料からの反射波はカプラ液体中での吸収や試料面
での反射等により、高い周波数にあっては音響レンズの
内部反射より小さくなる。従って、試料反射信号に合わ
せて増幅器の増幅率を設定すると、試料反射信号よりも
大きい音響レンズの内部反射によって増幅器が飽和し1
00nsec程度の時間域において正常動作しなくな
る。このため、試料反射信号が増幅されないといった不
具合が発生する。
The conventional ultrasonic measuring device as described above has the following drawbacks. When performing the above-mentioned phase detection, it is not necessary to provide a gate circuit for cutting out a necessary signal component, but the absorption of ultrasonic waves in the coupler liquid increases with the exponential function of the square of the frequency as the used frequency increases. . Therefore, the focal length becomes shorter as the acoustic lens is used at a higher frequency. Not all the ultrasonic waves generated by the transducer propagate in the liquid coupler, and a part of the ultrasonic waves is reflected by the lens surface of the acoustic lens. When the focal length is shortened, the reflected signal from the sample becomes very close to the reflected signal from the lens surface of the acoustic lens. On the other hand, the reflected wave from the sample becomes smaller than the internal reflection of the acoustic lens at a high frequency due to absorption in the coupler liquid, reflection on the sample surface, and the like. Therefore, if the amplification factor of the amplifier is set according to the sample reflection signal, the amplifier is saturated due to the internal reflection of the acoustic lens which is larger than the sample reflection signal.
Normal operation will stop in the time range of about 00 nsec. For this reason, there occurs a problem that the sample reflection signal is not amplified.

【0010】なお、内部反射信号にゲートをかけて除去
する事も考えられるが、ゲート回路のオンオフで生じる
ノイズで増幅器が飽和する可能性がある。飽和を避ける
ためにゲートノイズの周波数が300〜500MHzで
あることに着目してゲート回路の後段に500MHz程
度の遮断周波数のハイパスフィルタを設ける事も考えら
れるが、これでは遮断周波数以下の周波数での測定が不
可能となる。
Although it is possible to apply a gate to the internal reflection signal to remove the internal reflection signal, there is a possibility that the amplifier will be saturated by noise generated when the gate circuit is turned on and off. In order to avoid saturation, focusing on the fact that the gate noise frequency is 300 to 500 MHz, it is conceivable to provide a high-pass filter with a cutoff frequency of about 500 MHz in the latter stage of the gate circuit. Measurement becomes impossible.

【0011】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
で、低周波数から高周波数までの広い帯域にわたり、受
信信号を増幅する増幅器が音響レンズの内部反射成分や
ゲートノイズの影響で飽和すること無く、試料反射の情
報を得る事ができる超音波測定装置を提供する事を目的
とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an amplifier for amplifying a received signal saturates due to an internal reflection component of an acoustic lens and gate noise over a wide band from a low frequency to a high frequency. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic measurement device that can obtain information on sample reflection without the need.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために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、バースト波を発生させるバースト波発
振手段と、前記バースト波信号を微小スポットに収束す
る超音波に変換して試料に入射すると共に該試料からの
反射波を受波して電気的な受信信号に変換する超音波送
受信手段と、前記超音波送受信手段を該超音波送受信手
段に前記送信信号を印加可能な送信状態と前記超音波送
受信手段から前記受信信号を取り出し可能な受信状態と
に切り替える送受信切り替え手段と、前記送受信切り替
え手段による送受信切り替えタイミングを設定する設定
手段と、前記受信信号から低周波分を除去するハイパス
フィルタと、前記受信信号を検波する検波手段と、前記
超音波送受信手段から取り出された前記受信信号が前記
検波手段に至る経路を前記ハイパスフィルタを通してか
ら前記検波手段に入力する第1経路と前記ハイパスフィ
ルタを通さずに前記検波手段に入力する第2経路とに切
替えるフィルタ切り替え手段と、前記受信信号の検波情
報を記憶するメモリとを備える。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. According to the present invention, which corresponds to claim 1, a burst wave oscillating means for generating a burst wave, and an ultrasonic wave which converges the burst wave signal into a minute spot to be incident on a sample and receive a reflected wave from the sample. Ultrasonic transmission / reception means for wave-converting into an electric reception signal, a transmission state in which the ultrasonic transmission / reception means can apply the transmission signal to the ultrasonic transmission / reception means, and the reception signal is extracted from the ultrasonic transmission / reception means Transmission / reception switching means for switching to a possible reception state, setting means for setting transmission / reception switching timing by the transmission / reception switching means, high-pass filter for removing low frequency components from the reception signal, and detection means for detecting the reception signal , The path of the received signal extracted from the ultrasonic wave transmitting / receiving means to the detecting means is passed through the high pass filter before Comprising a filter switching means for switching to a second path to be input to the detecting means without passing through the first path to be input to the detection means the high-pass filter and a memory for storing the detection information of the received signal.

【0013】本発明によれば、使用周波数が低いときは
バースト波を試料に入射させその反射信号をそのまま検
波手段に入力して位相検波又はピーク検波し、試料反射
信号の複素情報又は強度情報をメモリに保存する。一
方、使用周波数が高いときは試料反射信号をハイパスフ
ィルタを通してゲートノイズを除去してから検波手段に
入力してその検波情報を得ることができる。従って、共
通の受信回路で広い周波数で超音波測定可能となり、高
周波での増幅器の飽和による悪影響を除くことが可能で
ある。
According to the present invention, when the frequency used is low, a burst wave is made incident on the sample and the reflected signal is input to the detection means as it is for phase detection or peak detection to obtain complex information or intensity information of the sample reflected signal. Save to memory. On the other hand, when the used frequency is high, the sample reflection signal can be filtered through a high pass filter to remove the gate noise and then input to the detection means to obtain the detection information. Therefore, it is possible to measure ultrasonic waves at a wide frequency with a common receiving circuit, and it is possible to eliminate the adverse effect of saturation of the amplifier at high frequencies.

【0014】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、前記設定手段から前記送受信
切り替え手段に対して、前記超音波送受信手段の内部反
射信号よりも遅く、且つ、試料の反射信号よりも早いタ
イミングで受信状態に切り替わる送受信切り替えタイミ
ングを設定する。
According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic measuring apparatus having the above-mentioned configuration, the setting means is slower than the internal reflection signal of the ultrasonic transmission / reception means to the transmission / reception switching means, and is a sample. The transmission / reception switching timing for switching to the reception state at a timing earlier than the reflection signal of is set.

【0015】本発明によれば、送受信切り替え手段が超
音波送受信手段の内部反射信号よりも遅く、且つ、試料
の反射信号よりも早いタイミングで受信状態に切り替わ
るので、内部反射信号を受信信号から除去することがで
きる。また、送受信切り替え手段によるゲートノイズは
ハイパスフィルタを通すことにより除去することができ
る。
According to the present invention, since the transmission / reception switching means switches to the reception state at a timing later than the internal reflection signal of the ultrasonic transmission / reception means and earlier than the reflection signal of the sample, the internal reflection signal is removed from the reception signal. can do. Further, the gate noise caused by the transmission / reception switching means can be removed by passing it through a high pass filter.

【0016】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、前記設定手段から前記送受信
切り替え手段に対して、試料の反射信号の近傍でのみ受
信状態に切り替わる送受信切り替えタイミングを設定す
る。
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic measuring apparatus having the above-mentioned configuration, the transmission / reception switching timing for switching from the setting means to the transmission / reception switching means to a reception state only in the vicinity of the reflection signal of the sample is set. Set.

【0017】本発明によれば、送受信切り替え手段が試
料の反射信号の近傍でのみ受信状態に切り替わるので、
内部反射信号が除去された試料反射信号のみを取り出す
ことができ、また送受信切り替え手段によるゲートノイ
ズはハイパスフィルタを通すことにより除去することが
できる。
According to the present invention, since the transmission / reception switching means switches to the reception state only in the vicinity of the reflection signal of the sample,
Only the sample reflection signal from which the internal reflection signal has been removed can be taken out, and the gate noise due to the transmission / reception switching means can be removed by passing it through a high pass filter.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る超音波
測定装置の構成を示す図である。本実施形態の超音波測
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から送出される信号の
一部を半導体スイッチ3が切り取るようにしている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic measurement device according to an 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 the semiconductor switch 3 cuts off a part of the signal sent from the oscillator 2.

【0019】電気音響変換を行うトランスデューサ4が
音響レンズ5の一端面に取り付けられている。音響レン
ズ5の他端面に形成した凹面状の曲率面により超音波を
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の中は超音波が伝播するためのカプラ液体9で満
たされている。
A transducer 4 for performing electroacoustic conversion is attached to one end surface of an acoustic lens 5. The concave curved surface formed on the other end surface of the acoustic lens 5 converges the ultrasonic wave into 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 water tank 8 is filled with a coupler liquid 9 for propagating ultrasonic waves.

【0020】トランスデューサ4には半導体スイッチ1
0が接続されている。半導体スイッチ10は、トランス
デューサ4の入出力を発振部2側と第1のフィルタ切り
替えスイッチ11側とに切り替えることができる。第1
のフィルタ切り替えスイッチ11は、トランスデューサ
4からの信号を第2のフィルタ切り替えスイッチ12側
とハイパスフィルタ13側とに切り替えることができ
る。第2のフィルタ切り替えスイッチ12は、増幅器1
4の入力端子に接続する端子を第1のフィルタ切り替え
スイッチ11とハイパスフィルタ13との間で切り替え
るものである。
The transducer 4 has a semiconductor switch 1
0 is connected. The semiconductor switch 10 can switch the input / output of the transducer 4 between the oscillation unit 2 side and the first filter changeover switch 11 side. First
The filter changeover switch 11 can switch the signal from the transducer 4 between the second filter changeover switch 12 side and the high pass filter 13 side. The second filter changeover switch 12 is the amplifier 1
The terminal connected to the fourth input terminal is switched between the first filter changeover switch 11 and the high-pass filter 13.

【0021】増幅器14の出力段には、2つの乗算部1
5a、15bが接続されている。一方の乗算部15aに
第1参照信号として発振部2の出力する連続波が入力さ
れ、他方の乗算部15bに第1参照信号を例えば90°
ハイブリッドで構成される90°移相部16を通して9
0°位相を遅らせて第2参照信号として入力している。
乗算部15a、15bの出力段にそれぞれローパスフィ
ルタ17a、17bを接続している。ローパスフィルタ
17a、17bは高周波成分を除去するように機能す
る。ローパスフィルタ17a、17bの特性は、少なく
とも測定時に発振部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カットオフ周波数が設定さ
れている。
The output stage of the amplifier 14 has two multiplication units 1
5a and 15b are connected. The continuous wave output from the oscillation unit 2 is input as the first reference signal to one multiplication unit 15a, and the first reference signal is input to the other multiplication unit 15b, for example, 90 °.
9 through the 90 ° phase shifter 16 composed of a hybrid
It is input as the second reference signal with a 0 ° phase delay.
Low-pass filters 17a and 17b are connected to the output stages of the multipliers 15a and 15b, respectively. The low pass filters 17a and 17b function to remove high frequency components. The characteristics of the low-pass filters 17a and 17b are set so that at least a frequency that is twice the frequency of the continuous wave output by the oscillator 2 can be removed during measurement.

【0022】ローパスフィルタ17a、17bを通った
信号はA/D変換部18a、18bでA/D変換され
る。A/D変換部18a、18bそれぞれの変換出力は
コンピュータ1に入力される。コンピュータ1は、全体
のタイミングを制御するパルス制御部19、試料6と音
響レンズ4との距離を変化させるZ走査部20、その移
動距離を測定するZ測距部21がそれぞれ接続されてい
る。
The signals passed through the low pass filters 17a and 17b are A / D converted by the A / D converters 18a and 18b. The converted outputs of the A / D converters 18a and 18b are input to the computer 1. The computer 1 is connected to a pulse control unit 19 that controls the overall timing, a Z scanning unit 20 that changes the distance between the sample 6 and the acoustic lens 4, and a Z distance measuring unit 21 that measures the moving distance.

【0023】次に本実施形態の作用について説明する。
図2は本実施形態のタイムチャートである。初めに、コ
ンピュータ1に測定する周波数を入力する。コンピュー
タ1は設定した周波数に応じて第1,第2の切り替えス
イッチ11、12の切り替えタイミングを制御する。例
えば、半導体スイッチ10によって生じる切り替えノイ
ズの周波数成分が500MHz程度ならば、ハイパスフ
ィルタ13の遮断周波数もほぼ500MHzに設定され
ているので、発振周波数が600MHz以下ならハイパ
スフィルタ13が入らない経路となるように切り替え、
600MHzより大きいときはハイパスフィルタ13を
通る経路となるようにように切り替える。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
FIG. 2 is a time chart of this embodiment. First, the frequency to be measured is input to the computer 1. The computer 1 controls the switching timing of the first and second changeover switches 11 and 12 according to the set frequency. For example, if the frequency component of the switching noise generated by the semiconductor switch 10 is about 500 MHz, the cutoff frequency of the high-pass filter 13 is also set to about 500 MHz, so if the oscillation frequency is 600 MHz or less, the high-pass filter 13 will not enter. Switch to
When the frequency is higher than 600 MHz, the path is switched so that the path passes through the high pass filter 13.

【0024】図2(a)に示すように、発振部2はコン
ピュータ1から設定された一定周波数の連続波を常時出
力している。コンピュータ1からパルス制御部19に送
信トリガが入力されると(図2(b))、パルス制御部
19が送信トリガに同期して図2(c)に示すような発
振器2の周波数の数十周期分の時間幅のオンオフ信号を
半導体スイッチ3に与える。また、パルス制御部19は
送信トリガに同期して、発振部2の周波数が600MH
z以下(低周波)の時は、当該オンオフ信号(c)より
数十nsec早くオンになり、数十nsec遅くオフに
なる図2(d)に示す切り替え信号を半導体スイッチ1
0に出力し、また発振部2の発振周波数が600MHz
以上(高周波)の時はオンオフ信号(c)より数十ns
ec速くオンになり第1レンズ内部反射より遅くオフに
なる信号(図2(e))を半導体スイッチ10に出力す
る。
As shown in FIG. 2A, the oscillator 2 constantly outputs a continuous wave having a constant frequency set by the computer 1. When a transmission trigger is input to the pulse control unit 19 from the computer 1 (FIG. 2 (b)), the pulse control unit 19 synchronizes with the transmission trigger and the frequency of the oscillator 2 as shown in FIG. An on / off signal having a time width corresponding to a cycle is given to the semiconductor switch 3. Further, the pulse control unit 19 synchronizes with the transmission trigger so that the frequency of the oscillation unit 2 is 600 MHz.
When the frequency is equal to or lower than z (low frequency), the switching signal shown in FIG. 2D is turned on several tens nsec earlier than the on / off signal (c) and turned off several tens nsec later.
0, and the oscillation frequency of the oscillator 2 is 600 MHz.
At above (high frequency) several tens ns from the on / off signal (c)
A signal (FIG. 2E) that turns on faster and turns off later than the internal reflection of the first lens is output to the semiconductor switch 10.

【0025】図2(c)に示すオンオフ信号が与えられ
る半導体スイッチ3は、オンオフ信号の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
号が半導体スイッチ10に出力される。このようにして
図2(f)に示す送信バースト信号が作られる。
The semiconductor switch 3 to which the ON / OFF signal shown in FIG. 2C is applied is switched in response to ON / OFF of the ON / OFF signal, and when ON, the signal generated by the oscillator 2 is output to the semiconductor switch 10. . In this way, the transmission burst signal shown in FIG. 2 (f) is produced.

【0026】一方、半導体スイッチ10は、図2(d)
又は図2(e)に示す切替え信号がオンの時は半導体ス
イッチ3側へ切り替わり、オフの時は第1のフィルタ切
り替えスイッチ11側へ切り替わる。半導体スイッチ1
0が半導体スイッチ3側へ切り替わったとき、送信バー
スト信号が半導体スイッチ10を通りトランスデューサ
4に印加される。
On the other hand, the semiconductor switch 10 is shown in FIG.
Alternatively, when the switching signal shown in FIG. 2E is on, it is switched to the semiconductor switch 3 side, and when it is off, it is switched to the first filter switching switch 11 side. Semiconductor switch 1
When 0 is switched to the semiconductor switch 3 side, the transmission burst signal is applied to the transducer 4 through the semiconductor switch 10.

【0027】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を伝播し収束されてカプラ液体9を通り試料
6に入射する。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で受信信号に変換される。
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, is converged, passes through the coupler liquid 9, and enters the sample 6. 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 a reception signal by the transducer 4.

【0028】ここで、受信信号は図2(g)に示すよう
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。低周波の時は、受信信号は
そのまま第1及び第2のフィルタ切り替えスイッチ1
1、12を通り増幅器14で増幅される。この場合でも
音響レンズ5の内部反射によって増幅器14の出力が飽
和する場合があるが、例えば400MHz付近の周波数
で使われる音響レンズの焦点距離は600μm程度ある
ので、内部反射とのタイミングの差が800nsecも
あり、音響レンズ5と試料6の距離を近づけ両者が衝突
する状態でも開口半角60°のレンズならば内部反射と
のタイミングの差が300nsec以上あるので飽和の
影響を受けない。
Here, as shown in FIG. 2 (g), the received signal includes transmission leakage, lens first reflection, lens second reflection, etc. in addition to sample reflection. When the frequency is low, the received signal is the same as the first and second filter changeover switches 1
It is amplified by the amplifier 14 through 1 and 12. Even in this case, the output of the amplifier 14 may be saturated due to the internal reflection of the acoustic lens 5. For example, since the focal length of the acoustic lens used at a frequency near 400 MHz is about 600 μm, the timing difference from the internal reflection is 800 nsec. Therefore, even if the acoustic lens 5 and the sample 6 are brought close to each other and collide with each other, a lens having an opening half-angle of 60 ° has a timing difference of 300 nsec or more from internal reflection and is not affected by saturation.

【0029】一方、高周波の時は、半導体スイッチ10
の切り替えのタイミングが図2(d)であるから、受信
信号は図2(h)に示す様に試料反射信号のタイミング
より遅れた部分の信号及び半導体スイッチ10のオンオ
フ信号が、半導体スイッチ10から切り替えスイッチ1
1に出力される。第1のフィルタ切り替えスイッチ11
を通った信号はハイパスフィルタ13で半導体スイッチ
11のオンオフノイズが除去され第2のフィルタ切り替
えスイッチ12を通り増幅器14で増幅される。増幅さ
れた信号には送信漏れや試料反射より速いタイミングの
信号は除去されているので図2(i)のようになる。
On the other hand, at high frequency, the semiconductor switch 10
2 (d), the received signal is a signal delayed from the timing of the sample reflection signal and the on / off signal of the semiconductor switch 10 from the semiconductor switch 10 as shown in FIG. 2 (h). Changeover switch 1
It is output to 1. First filter changeover switch 11
On-off noise of the semiconductor switch 11 is removed by the high-pass filter 13 from the passed signal, and the signal passes through the second filter changeover switch 12 and is amplified by the amplifier 14. Since the transmission leakage and the signal having a timing earlier than the sample reflection are removed from the amplified signal, it becomes as shown in FIG. 2 (i).

【0030】増幅器14で増幅された受信信号は乗算部
15a、15bに入力される。乗算部15a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
る信号を移相部16で位相が90°遅れた信号とし、第
2参照信号として乗算部15bで受信信号に乗算されそ
の結果が出力される。それぞれ乗算された信号はローパ
スフィルタ17a、17bで発振部2の2倍の周波数成
分が除去され、従来例と同じくcosφ、sinφに相
当する大きさの矩形波が残る。
The received signal amplified by the amplifier 14 is input to the multiplication units 15a and 15b. The multiplier 15a multiplies the received signal by the continuous wave output from the oscillator 2 as a reference signal and outputs the result. On the other hand, the signal output from the oscillator 2 is converted into a signal whose phase is delayed by 90 ° in the phase shift unit 16, and is multiplied by the reception signal in the multiplication unit 15b as the second reference signal, and the result is output. The low-pass filters 17a and 17b remove the double frequency components of the oscillating unit 2 from the multiplied signals, and a rectangular wave having a magnitude corresponding to cosφ and sinφ remains as in the conventional example.

【0031】このようにして位相検波されたローパスフ
ィルタ17a、17bの出力はA/D変換部17a、1
7bに入力する。A/D変換部18a、18bでこの多
数の信号から試料反射を取り出すために、パルス制御部
19で図2(j)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変換トリガ信号を作る。この
A/D変換トリガ信号をA/D変換部18a、18bに
与えて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1
内のメモリに記憶する。尚、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からパルス制御
部19に対して設定可能となっている。
The outputs of the low-pass filters 17a and 17b thus phase-detected are A / D converters 17a and 1b.
7b. In order to extract the sample reflection from the large number of signals in the A / D conversion units 18a and 18b, the pulse control unit 19 uses an A / D conversion trigger whose timing is delayed by Td with respect to the transmission trigger as shown in FIG. Make a signal. The A / D conversion trigger signal is given to the A / D conversion units 18a and 18b to perform A / D conversion on the respective detection outputs, and the phase detection output of the sample reflection is converted into a digital signal for computer 1
In the internal memory. The time delay amount Td of the trigger signal for transmission and A / D conversion can be set from the computer 1 to the pulse control unit 19.

【0032】Z走査部20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。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20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21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ΔTd、カプ
ラ液体の音速を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 20 changes the distance between the acoustic lens 5 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 A / D conversion timing Td is first adjusted to the sample reflection position while looking at the oscilloscope or the like. The Z scanning unit 20 changes the distance between the acoustic lens 5 and the sample 6, and the above process is repeated while measuring the amount of movement by the Z distance measuring unit 21. The complex information cos φ and sin φ of the sample reflection are moved by Z. It is taken into the computer 1 together with. The A / D conversion timing changes depending on the distance between the acoustic lens 5 and the sample 6. Assuming that the amount of Z movement from the measurement start position is Δz, the timing shift is ΔTd, and the sound velocity of the coupler liquid is v, the timing of A / D conversion is calculated by the computer 1 from the following equation and the timing is changed.

【0033】 ΔTd=2Δz/v (3) このように本実施形態によれば、発振部2の周波数に応
じて音響レンズ5からの受信部へ入力のオン、オフタイ
ミングを変化させて音響レンズ5の内部反射成分の除去
を行い、高周波の時のみハイパスフィルタ13を通すよ
うにしたので、低周波から高周波まで増幅器14の内部
反射による飽和の影響を受けること無く、試料6からの
反射の複素情報を測定できる。
ΔTd = 2Δz / v (3) As described above, according to this embodiment, the on / off timing of the input from the acoustic lens 5 to the receiving unit is changed according to the frequency of the oscillating unit 2 to change the acoustic lens 5. Since the internal reflection component of is removed and the high-pass filter 13 is passed only at the high frequency, the complex information of the reflection from the sample 6 is not affected by the saturation due to the internal reflection of the amplifier 14 from the low frequency to the high frequency. Can be measured.

【0034】なお、この実施例では位相検波の時のみを
述べているがこれに限定されるものではなく、ピーク検
波を行う場合にも同様に適用できる。また、音響レンズ
の送受信切り替え信号を試料反射の近傍でのみオフと
し、高周波の時のみハイパスフィルタを通すようにスイ
ッチを切り替えることも考えられる。
In this embodiment, only phase detection is described, but the present invention is not limited to this, and the same can be applied to the case of peak detection. It is also conceivable that the transmission / reception switching signal of the acoustic lens is turned off only near the sample reflection, and the switch is switched so as to pass through the high-pass filter only at high frequencies.

【0035】さらに、V(z)測定時のように試料反射
のタイミングが変化していくときは試料からの反射信号
が内部反射信号に近づいたときのみハイパスフィルタを
通すようにすることもできる。
Further, when the timing of sample reflection changes as in the measurement of V (z), the high-pass filter may be passed only when the reflection signal from the sample approaches the internal reflection signal.

【0036】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。
The intensity and phase of the two-dimensional reflected wave can be measured by repeating the measurement while the two-dimensional scanning is performed by using 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.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、送
受信の切り替えによりレンズ内部反射を除去、高周波信
号で超音波測定をするときは内部反射除去で生じるゲー
トノイズ信号を除去するハイパスフィルタを通し、低周
波の測定時には通さないようにすることができ、共通の
受信回路で広い周波数で超音波測定可能となり、高周波
での増幅器の飽和による悪影響を除くことが可能となっ
た。
As described above in detail, according to the present invention, the internal reflection of the lens is removed by switching the transmission / reception, and the gate noise signal generated by the internal reflection removal is removed when the ultrasonic measurement is performed with the high frequency signal. Therefore, it is possible to prevent the ultrasonic wave from being passed at the time of low frequency measurement, and it is possible to measure ultrasonic waves at a wide frequency with a common receiving circuit, and it is possible to eliminate the adverse effect of the saturation of the amplifier at high frequency.

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

【図1】本発明の一実施形態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 an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す超音波測定装置のタイムチャートで
ある。
FIG. 2 is a time chart of the ultrasonic measurement device shown in FIG.

【図3】従来の超音波測定装置の構成図である。FIG. 3 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、3,10…半導体スイ
ッチ、4…トランスデューサ、5…音響レンズ、11…
第1のフィルタ切り替えスイッチ、12々…第2のフィ
ルタ切り替えスイッチ、13…ハイパスフィルタ、14
…増幅器、15a,15b…乗算部、17a,17b…
ローパスフィルタ、19…パルス制御部、20…Z走査
部、21…Z測距部。
1 ... Computer, 2 ... Oscillation part, 3, 10 ... Semiconductor switch, 4 ... Transducer, 5 ... Acoustic lens, 11 ...
First filter changeover switch, 12 ... Second filter changeover switch, 13 ... High-pass filter, 14
... amplifier, 15a, 15b ... multiplication section, 17a, 17b ...
Low-pass filter, 19 ... Pulse control unit, 20 ... Z scanning unit, 21 ... Z distance measuring unit.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バースト波を発生させるバースト波発振
手段と、 前記バースト波信号を微小スポットに収束する超音波に
変換して試料に入射すると共に該試料からの反射波を受
波して電気的な受信信号に変換する超音波送受信手段
と、 前記超音波送受信手段を該超音波送受信手段に前記送信
信号を印加可能な送信状態と前記超音波送受信手段から
前記受信信号を取り出し可能な受信状態とに切り替える
送受信切り替え手段と、 前記送受信切り替え手段による送受信切り替えタイミン
グを設定する設定手段と、 前記受信信号から低周波分を除去するハイパスフィルタ
と、 前記受信信号を検波する検波手段と、 前記超音波送受信手段から取り出された前記受信信号が
前記検波手段に至る経路を前記ハイパスフィルタを通し
てから前記検波手段に入力する第1経路と前記ハイパス
フィルタを通さずに前記検波手段に入力する第2経路と
に切替えるフィルタ切り替え手段と、 前記受信信号の検波情報を記憶するメモリとを備えたこ
とを特徴とする超音波測定装置。
1. A burst wave oscillating means for generating a burst wave; and a burst wave signal which is converted into an ultrasonic wave which converges into a minute spot to enter a sample and which receives a reflected wave from the sample and electrically An ultrasonic wave transmitting / receiving means for converting the ultrasonic wave transmitting / receiving means into a transmission state in which the transmission signal can be applied to the ultrasonic wave transmitting / receiving means, and a reception state in which the reception signal can be taken out from the ultrasonic wave transmitting / receiving means. Transmission / reception switching means for switching to, transmission / reception switching means for setting transmission / reception switching timing, a high-pass filter for removing low-frequency components from the reception signal, detection means for detecting the reception signal, and ultrasonic transmission / reception The reception signal extracted from the means is passed through the high-pass filter to the detection means after passing through the path to the detection means. A filter switching means for switching between a first path for input and a second path for inputting to the detection means without passing through the high-pass filter, and a memory for storing detection information of the received signal. Sound wave measuring device.
【請求項2】 前記設定手段から前記送受信切り替え手
段に対して、前記超音波送受信手段の内部反射信号より
も遅く、且つ、試料の反射信号よりも早いタイミングで
受信状態に切り替わる送受信切り替えタイミングを設定
することを特徴とする請求項1記載の超音波測定装置。
2. A transmission / reception switching timing for switching from the setting means to the transmission / reception switching means so as to switch to the reception state at a timing later than the internal reflection signal of the ultrasonic transmission / reception means and earlier than the reflection signal of the sample. The ultrasonic measuring device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記設定手段から前記送受信切り替え手
段に対して、試料の反射信号の近傍でのみ受信状態に切
り替わる送受信切り替えタイミングを設定することを特
徴とする請求項1記載の超音波測定装置。
3. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1, wherein the setting means sets the transmission / reception switching timing for switching to the reception state only in the vicinity of the reflection signal of the sample, to the transmission / reception switching means.
JP7191723A 1995-07-27 1995-07-27 Ultrasonic measuring device Withdrawn JPH0943209A (en)

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