JPS59160754A - 走査型音波顕微鏡 - Google Patents
走査型音波顕微鏡Info
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- JPS59160754A JPS59160754A JP58223058A JP22305883A JPS59160754A JP S59160754 A JPS59160754 A JP S59160754A JP 58223058 A JP58223058 A JP 58223058A JP 22305883 A JP22305883 A JP 22305883A JP S59160754 A JPS59160754 A JP S59160754A
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- energy
- sonic
- lens
- acoustic
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
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- G—PHYSICS
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- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/10—Amplitude; Power
- G01H3/12—Amplitude; Power by electric means
- G01H3/125—Amplitude; Power by electric means for representing acoustic field distribution
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
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- G01N2291/02854—Length, thickness
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- Pathology (AREA)
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- Multimedia (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般に顕微鏡、特に高周波音波エネルギーを用
いる走査型顕微鏡に関連する。
いる走査型顕微鏡に関連する。
従来型顕微鏡は２種の放射線、即ち光学顕微鏡では電磁
波、電子顕微鏡では電子波を使用する。
波、電子顕微鏡では電子波を使用する。
光学顕微鏡は長年にわたって改良され、これで生物細胞
のような微小対象物の正確な像が得られる。この改良に
も拘らず、光学顕微鏡は結像される試料の誘電特性を基
本的に感知するものであるから固有の限界がある。従っ
である種の対象物は光学的に透明なため像が現われず、
他の対象物は光学的に不透明なため内部の詳細が現われ
ない。
のような微小対象物の正確な像が得られる。この改良に
も拘らず、光学顕微鏡は結像される試料の誘電特性を基
本的に感知するものであるから固有の限界がある。従っ
である種の対象物は光学的に透明なため像が現われず、
他の対象物は光学的に不透明なため内部の詳細が現われ
ない。
又組織切片及び細胞懸濁液のようなある種の生物試料で
は固有の光学的コントラストが少ないのでコントラスト
感度に限界がある。このコントラストの限界は生物学的
試料を着色する非常に手のかかる技術によりある程度改
善できる。
は固有の光学的コントラストが少ないのでコントラスト
感度に限界がある。このコントラストの限界は生物学的
試料を着色する非常に手のかかる技術によりある程度改
善できる。
勿論、電子顕微鏡は製作も使用法も技術的にはるかに困
難である。スケきている細胞のようなある種の対象物は
、真空中に支持する必要があること、及び細胞を破壊す
る電子ボンバードのために検査できない。
難である。スケきている細胞のようなある種の対象物は
、真空中に支持する必要があること、及び細胞を破壊す
る電子ボンバードのために検査できない。
周波数的１．ＯＯＯ’ＭＨｚの音波が比較的最近の開発
で発生できるようになったため水中の音波波長約１ミク
ロンが得られ、従って高分解像が得られる優れた機構の
可能性が示唆されるようになった。又音波エネルギーの
走査２反射及び吸収を決めるのは試料の誘電特性ではな
く弾性特性の変化である。このため、光学的又は電子的
に不透明のある種の試料の表面下の細部の研究が可能に
なった。更に最も重要なことは弾性特性の変化は又異な
る細部を表示し、特に大きな固有音波コントラストを与
えることである。
で発生できるようになったため水中の音波波長約１ミク
ロンが得られ、従って高分解像が得られる優れた機構の
可能性が示唆されるようになった。又音波エネルギーの
走査２反射及び吸収を決めるのは試料の誘電特性ではな
く弾性特性の変化である。このため、光学的又は電子的
に不透明のある種の試料の表面下の細部の研究が可能に
なった。更に最も重要なことは弾性特性の変化は又異な
る細部を表示し、特に大きな固有音波コントラストを与
えることである。
従って本発明の一般目的は高度の分解能、感度及びコン
トラストを有し、し・かも構造も使用法も簡単な音波顕
微鏡を提供することにある。
トラストを有し、し・かも構造も使用法も簡単な音波顕
微鏡を提供することにある。
この目的を達成するため、マイクロ波領域の無線周波ｆ
ｉ（ＲＦ）エネルギーが圧電トランスデユーサに印加さ
れて音波伝ｍｔｓ質内に規準、即ちコリメートされたビ
ーム形式の強力な音波を発生し、このビームは音波レン
ズに送られ、このレンズは上記伝搬媒質内で簡単ではあ
るが有効な凹面形を形成し、かつ隣接する流体ｔｌＸ質
内の焦点に音波エネルギーを集束するため焦面に支持さ
れた試料又は対象物と音波接触する。この音波レンズは
最小球面収差を有するように設計されているので顕微鏡
の分解能は回折だけに限定されることが本発明の重要特
徴である。対象物の走査は集束音波ビームと対象物との
相対運動、例えば焦面内における対象物自体の単純な機
械的並進運動で行われる。
ｉ（ＲＦ）エネルギーが圧電トランスデユーサに印加さ
れて音波伝ｍｔｓ質内に規準、即ちコリメートされたビ
ーム形式の強力な音波を発生し、このビームは音波レン
ズに送られ、このレンズは上記伝搬媒質内で簡単ではあ
るが有効な凹面形を形成し、かつ隣接する流体ｔｌＸ質
内の焦点に音波エネルギーを集束するため焦面に支持さ
れた試料又は対象物と音波接触する。この音波レンズは
最小球面収差を有するように設計されているので顕微鏡
の分解能は回折だけに限定されることが本発明の重要特
徴である。対象物の走査は集束音波ビームと対象物との
相対運動、例えば焦面内における対象物自体の単純な機
械的並進運動で行われる。
対象物の性質、特にその弾性によって音波エネルギーは
吸収９反射及び／′又は散乱されるので、射出音波エネ
ルギーの強さ又は位相変化としてのしよう乱を生じ、こ
のじよう乱は圧電トランスデユーサで検出される。じよ
う乱は送信音波エネルギーにも反射音波エネルギーにも
存在するので、観察される特定試料によって送信エネル
ギー又は反射エネルギーで検出される。
吸収９反射及び／′又は散乱されるので、射出音波エネ
ルギーの強さ又は位相変化としてのしよう乱を生じ、こ
のじよう乱は圧電トランスデユーサで検出される。じよ
う乱は送信音波エネルギーにも反射音波エネルギーにも
存在するので、観察される特定試料によって送信エネル
ギー又は反射エネルギーで検出される。
検出された音波信号は可視表示のためオシロスコープに
印加され、又音波エネルギーの焦面内の濃械的走査によ
る対象物の運動は表示オシロスコープの電子ビームの走
査と同期さ・れる。又このビームの強さは、電子ビーム
が螢光板に衝突した詩良好な可視像が得られるように、
対象物で送られる音波エネルギーに比例させる。
印加され、又音波エネルギーの焦面内の濃械的走査によ
る対象物の運動は表示オシロスコープの電子ビームの走
査と同期さ・れる。又このビームの強さは、電子ビーム
が螢光板に衝突した詩良好な可視像が得られるように、
対象物で送られる音波エネルギーに比例させる。
正確な選択周波数によって非常に高い分解能が、得られ
る。例えば、４００ＭＨｚの周波数を用いると分解能は
約３ミクロンになり、又１゜５ＧＨ２を用いると１ミク
ロン以下の最終分解能が得られる。前述の音波レンズ設
計により球面収差はこの分解能に対して何の制限も与え
ない。
る。例えば、４００ＭＨｚの周波数を用いると分解能は
約３ミクロンになり、又１゜５ＧＨ２を用いると１ミク
ロン以下の最終分解能が得られる。前述の音波レンズ設
計により球面収差はこの分解能に対して何の制限も与え
ない。
全音波ビームが利用されるから最小量の音波エネルギー
で優れたコントラストを有する像が得られる。又層れた
ＳＮ（信号対雑音）特性が平均エネルギーレベル１０−
７ワツト／Ｃｌ１１２で容易に得られる。従って必要な
エネルギーは生物試料の損渇レベルよりも十分に低い。
で優れたコントラストを有する像が得られる。又層れた
ＳＮ（信号対雑音）特性が平均エネルギーレベル１０−
７ワツト／Ｃｌ１１２で容易に得られる。従って必要な
エネルギーは生物試料の損渇レベルよりも十分に低い。
種々の検出装置が使用できる。伝送された音波エネルギ
ーは類似の音波レンズで再規準された後、感度の大きい
圧電１−ランスデューサ、即ち圧電変換器で検出される
。音波レンズ自体は媒質に適当−な凹面を形成すること
によって簡単に得られ、又は“王道レンズ°°のような
一層複雑なレンズを使用して、球面収差特にビーム軸外
の領域の球面収差を低下できる。本発明ではレンズの断
面を透過する音波エネルギーの伝送は最狭部のビーム断
面が最適形状になるように制御することが可能である。
ーは類似の音波レンズで再規準された後、感度の大きい
圧電１−ランスデューサ、即ち圧電変換器で検出される
。音波レンズ自体は媒質に適当−な凹面を形成すること
によって簡単に得られ、又は“王道レンズ°°のような
一層複雑なレンズを使用して、球面収差特にビーム軸外
の領域の球面収差を低下できる。本発明ではレンズの断
面を透過する音波エネルギーの伝送は最狭部のビーム断
面が最適形状になるように制御することが可能である。
これはビーム断面が最大の位相分解能を与えることを考
慮したものである。
慮したものである。
透過音波エネルギーではない反射音波エネルギーは伝送
用変換器、又は分離されかつ適当な位置に配置された第
２レンズと変換器で検出される。
用変換器、又は分離されかつ適当な位置に配置された第
２レンズと変換器で検出される。
又横方向一定間隔に配置さｔ’Ｌ ｔｃ複数の変換器と
レンズを、顕微鏡内を連続的に運動する対象物に対して
使用することができ、検出された出力は、適当な遅延時
間後、結合して最終的に非常に高いＳＮ比を得ることが
できる。種々の信号処理技術がこの方法に使用できる。
レンズを、顕微鏡内を連続的に運動する対象物に対して
使用することができ、検出された出力は、適当な遅延時
間後、結合して最終的に非常に高いＳＮ比を得ることが
できる。種々の信号処理技術がこの方法に使用できる。
又音波エネルギーに曝露される対象物又は試料は位相変
化を生じるので、位相じよう乱音波は又あとの表示のた
め位相基準信号と比較できる。
化を生じるので、位相じよう乱音波は又あとの表示のた
め位相基準信号と比較できる。
入力１エネルギーは又現用レーダ装置のように大幅に変
えることができ対象物の更に詳細な情報を与える。例え
ば入力信号は“チャーブ” （ｃｈｉｒｐ ：線形掃引
周波数）形式とすることができ、文具なる周波数の各種
入力信号を対象物に連続的に印加した後再結合すること
もできる。最終可視像のコントラストを改善する異なる
色彩表示を有するカラー表示オシロスコープはその一例
である。
えることができ対象物の更に詳細な情報を与える。例え
ば入力信号は“チャーブ” （ｃｈｉｒｐ ：線形掃引
周波数）形式とすることができ、文具なる周波数の各種
入力信号を対象物に連続的に印加した後再結合すること
もできる。最終可視像のコントラストを改善する異なる
色彩表示を有するカラー表示オシロスコープはその一例
である。
更に対象物は音波エネルギーの方向に沿って運動できる
ように支持され、対象物の各断面を焦面内に移動するこ
とによって対象物の内部変化等を検出することができる
。
ように支持され、対象物の各断面を焦面内に移動するこ
とによって対象物の内部変化等を検出することができる
。
又基準波を音波ホログラフィ方式で与えて三次元像を得
ることもできる。
ることもできる。
上記本発明の目的とそれを達成する方法は添付図面に示
す実施例による下記の詳細な説明から明らかであろう。
す実施例による下記の詳細な説明から明らかであろう。
第１図の無線周波数発振器１０は同軸線１２を通して、
例えば４００ＭＨｚの周波数の電磁波エネルギーを供給
するよう配置され、この同軸線の末端はＢ１で示す規準
ビームとして強力な音波を発生するため音波伝搬媒質１
６の端部の薄膜又は板状の圧電変換器１４にエネルギー
を供給する。
例えば４００ＭＨｚの周波数の電磁波エネルギーを供給
するよう配置され、この同軸線の末端はＢ１で示す規準
ビームとして強力な音波を発生するため音波伝搬媒質１
６の端部の薄膜又は板状の圧電変換器１４にエネルギー
を供給する。
変換器１４は図示の実施例では酸化亜鉛のａｍであるが
、ニオブ酸リチウム、硫化カドミウム。
、ニオブ酸リチウム、硫化カドミウム。
硫化亜鉛その他種々の圧電材料が使用できる。又この実
施例の音波伝搬速度１６はサファイアであるが、融解石
英、イツトリウム−アルミニウムざくろ石のような他の
媒質、硫化カドミウムのような圧電半導体、又は他の公
知の伝＃Ｉ媒質も使用される。しかし本発明の目的には
後述のようにかなり高い音波伝搬速度を有する媒質を使
用するのが好適である。
施例の音波伝搬速度１６はサファイアであるが、融解石
英、イツトリウム−アルミニウムざくろ石のような他の
媒質、硫化カドミウムのような圧電半導体、又は他の公
知の伝＃Ｉ媒質も使用される。しかし本発明の目的には
後述のようにかなり高い音波伝搬速度を有する媒質を使
用するのが好適である。
音波レンズ１８は、圧電変換器１４と反対側で伝搬媒質
１６の端部に形成され、図示のようにサファイア材料の
端部を研磨して凹面を形成する。
１６の端部に形成され、図示のようにサファイア材料の
端部を研磨して凹面を形成する。
詳記すれば上記レンズはｒ数は０．６５を有する曲率半
径０．４ｍｍに研磨する。従って音波の規準ビームＢ＋
は、図示実施例では例えば、上記音波レンズ１８を形成
した音波伝搬媒ｊ（１６端部と、後述の音波レンズを形
成した別の音波伝搬媒質端部との間に表面張力によって
保持される水を使用する流体媒質２０内に集束される。
径０．４ｍｍに研磨する。従って音波の規準ビームＢ＋
は、図示実施例では例えば、上記音波レンズ１８を形成
した音波伝搬媒ｊ（１６端部と、後述の音波レンズを形
成した別の音波伝搬媒質端部との間に表面張力によって
保持される水を使用する流体媒質２０内に集束される。
水はサファイアと比較して音波伝搬′速度が低い媒質で
あるから、上記音波レンズは正レンズを構成し音波ビー
ムを焦点Ｆに集束する。
あるから、上記音波レンズは正レンズを構成し音波ビー
ムを焦点Ｆに集束する。
サファイアは水よりもはるかに音波伝搬速度が大ぎく、
これらの音速比ＣＩ／Ｃ２は約７．４５であるから、第
２図に示ず通り、音波エネルギーの屈折線とレンズ１８
の交差半径Ｒとの間の角θ２は小さな値になる。勿論こ
の値はスネルの法則、即ちｓｉｎθ２ ＝Ｃ２／’Ｃ１
ｓｉｎθ１で決り、このθ１はＭ２図に示す通り音波エ
ネルギーの入射線と曲率半径の延長線との間の角である
。従って、サファイアと水を媒質として使用すると最小
錯乱円直径は１ミクロン以下に減少され、レンズ１８の
この球面収差のため音波顕微−の分解能を１ミクロン以
下にてきる。図示の実施例では周波数４００ Ｍ Ｈｚ
を使用すると水中音波の波長は約３゜７５ミクロンにな
るから音波レンズのこの最小球面収先のため分解能には
実際の制限はない。骸の最小錯乱円を更に小さくするた
め音波レンズに特別のコーチングを施してもよい。
これらの音速比ＣＩ／Ｃ２は約７．４５であるから、第
２図に示ず通り、音波エネルギーの屈折線とレンズ１８
の交差半径Ｒとの間の角θ２は小さな値になる。勿論こ
の値はスネルの法則、即ちｓｉｎθ２ ＝Ｃ２／’Ｃ１
ｓｉｎθ１で決り、このθ１はＭ２図に示す通り音波エ
ネルギーの入射線と曲率半径の延長線との間の角である
。従って、サファイアと水を媒質として使用すると最小
錯乱円直径は１ミクロン以下に減少され、レンズ１８の
この球面収差のため音波顕微−の分解能を１ミクロン以
下にてきる。図示の実施例では周波数４００ Ｍ Ｈｚ
を使用すると水中音波の波長は約３゜７５ミクロンにな
るから音波レンズのこの最小球面収先のため分解能には
実際の制限はない。骸の最小錯乱円を更に小さくするた
め音波レンズに特別のコーチングを施してもよい。
上記のように、観察すべき対象物又は試料Ｏは焦点Ｆの
位置で流体媒質２０内に支持され、又この実施例では試
料に簡単な機械的運動を与えて走査する装置が設けられ
る。第１図に略示されるように、マイクロメータを有す
る調整可能な支持体２２によって試料ＯはＺ方向で焦面
に一致させるように調整できる。又焦面内では第１図の
Ｘ方向の迅速な走査はスピーカ２４を上記支持体２２上
に装着することによって行われ、このスピーカコーンは
試料又は対象物に接続される。支持体２２は更にラム２
３でＹ方向に油圧で往復運動する載物台２６上に装着さ
れる。スピーカ２４の駆動電圧と同一電圧が電源２５か
らオシロスコープ２８の水平偏向制御部に供給され、又
往復する載物台２６はポテンシオメータ３０に接続され
、ポテンシオメータの出力電圧はオシロスコープ２８の
垂直偏向制御部に供給されるので対象物の位置とオシロ
スコープビーム位置との間には１対１の対応が得られる
。事実、走査速度３００線／秒で３−一の視野が得られ
るから１秒以内に完全な像がオシロスコープ上に形成さ
れる。
位置で流体媒質２０内に支持され、又この実施例では試
料に簡単な機械的運動を与えて走査する装置が設けられ
る。第１図に略示されるように、マイクロメータを有す
る調整可能な支持体２２によって試料ＯはＺ方向で焦面
に一致させるように調整できる。又焦面内では第１図の
Ｘ方向の迅速な走査はスピーカ２４を上記支持体２２上
に装着することによって行われ、このスピーカコーンは
試料又は対象物に接続される。支持体２２は更にラム２
３でＹ方向に油圧で往復運動する載物台２６上に装着さ
れる。スピーカ２４の駆動電圧と同一電圧が電源２５か
らオシロスコープ２８の水平偏向制御部に供給され、又
往復する載物台２６はポテンシオメータ３０に接続され
、ポテンシオメータの出力電圧はオシロスコープ２８の
垂直偏向制御部に供給されるので対象物の位置とオシロ
スコープビーム位置との間には１対１の対応が得られる
。事実、走査速度３００線／秒で３−一の視野が得られ
るから１秒以内に完全な像がオシロスコープ上に形成さ
れる。
公知のように、任危の時期に対象物Ｏに投射される音波
エネルギーはじよう乱゛をうけるから、観察試料の弾性
特性によって音波の強さ及び、′又ｌユ位相に変動が起
こり、このじよう乱音波エネルギーは水を通して別の音
波レンズ３２に伝送され、このレンズは通常前記音波レ
ンズ１８と同じもので、又これらの２個のレンズ１８と
３２は焦点が一致するように配置される。音波伝搬媒体
３４の端部には音波レンズ３２が形成されこの媒質を通
って伝送される音波エネルギーを８２で示されるように
再び規準し、この音波エネルギーは、酸化亜鉛又は他の
適当な圧電材料で作られ、従ってじよう乱音波エネルギ
ー検出器として動作する圧電変換器３６に供給される。
エネルギーはじよう乱゛をうけるから、観察試料の弾性
特性によって音波の強さ及び、′又ｌユ位相に変動が起
こり、このじよう乱音波エネルギーは水を通して別の音
波レンズ３２に伝送され、このレンズは通常前記音波レ
ンズ１８と同じもので、又これらの２個のレンズ１８と
３２は焦点が一致するように配置される。音波伝搬媒体
３４の端部には音波レンズ３２が形成されこの媒質を通
って伝送される音波エネルギーを８２で示されるように
再び規準し、この音波エネルギーは、酸化亜鉛又は他の
適当な圧電材料で作られ、従ってじよう乱音波エネルギ
ー検出器として動作する圧電変換器３６に供給される。
この音波エネルギーは変換器で電磁エネルギーに変換さ
れた後オシロスコープに供給され、表示ビームの強さを
変え、試Ｆｌ像の最終的可視表示を与える。
れた後オシロスコープに供給され、表示ビームの強さを
変え、試Ｆｌ像の最終的可視表示を与える。
上記試、目物点から発散するすべてのエネルギーが利用
されるのでこの音波顕微鏡では低密度の音波エネルギー
が用いられる。事実、平均エネルギーレベル１０−’Ｗ
／ｃｍ２で優れたコントラストを示す生物試料像が得ら
れた。このエネルギーレベルは生物試料の損傷限界値以
下である。又実験の結果、観察試料の弾性特性によって
浸れたコン１〜ラストが得られ、又前記のように４００
ＭＨｚの周波数で約３ミクロンの分解能が得られた。周
波数が１．０００ＭＨｚＫ上に増加すると約１ミクロン
の分解能が得られることは明らかで、又音波レンズの球
面収差のためこの優れた分解能には殆ど制限がないこと
を重ねて強調したい。
されるのでこの音波顕微鏡では低密度の音波エネルギー
が用いられる。事実、平均エネルギーレベル１０−’Ｗ
／ｃｍ２で優れたコントラストを示す生物試料像が得ら
れた。このエネルギーレベルは生物試料の損傷限界値以
下である。又実験の結果、観察試料の弾性特性によって
浸れたコン１〜ラストが得られ、又前記のように４００
ＭＨｚの周波数で約３ミクロンの分解能が得られた。周
波数が１．０００ＭＨｚＫ上に増加すると約１ミクロン
の分解能が得られることは明らかで、又音波レンズの球
面収差のためこの優れた分解能には殆ど制限がないこと
を重ねて強調したい。
対象物の位置がマイクロメータ調整支持体２２で７方向
に変位されると、焦面に対する対象物の位置が変わり、
従って対象物の異なる部分が焦面、即ち音波ビームの挟
小部（１ミクロン）に移動することは明らかであろう。
に変位されると、焦面に対する対象物の位置が変わり、
従って対象物の異なる部分が焦面、即ち音波ビームの挟
小部（１ミクロン）に移動することは明らかであろう。
第３図に示されるように、１ミクロンの対象物０が焦点
Ｆにあると、殆ど全部の音波ビームが遮断されて最大の
しよう乱が現われる。しかし対象物Ｏが点線位置まで７
方向に僅かに移動してもビーム遮断とこれ□に伴うじよ
う乱は大幅に減少し、従って変位が大きくなるとじよう
乱はｗＩＩ察できない。しかし対象物はＺ方向にかなり
の大きさを有する場合には、上記の変位によって異なる
深さの対象物局部、又は断面が焦面に一致するから特定
検査が可能になる。従って対象物の内部の詳細を容易に
研究できる。
Ｆにあると、殆ど全部の音波ビームが遮断されて最大の
しよう乱が現われる。しかし対象物Ｏが点線位置まで７
方向に僅かに移動してもビーム遮断とこれ□に伴うじよ
う乱は大幅に減少し、従って変位が大きくなるとじよう
乱はｗＩＩ察できない。しかし対象物はＺ方向にかなり
の大きさを有する場合には、上記の変位によって異なる
深さの対象物局部、又は断面が焦面に一致するから特定
検査が可能になる。従って対象物の内部の詳細を容易に
研究できる。
前記の通り、対象物又は試料による音波ビ〜゛ムの遮断
は反射、及び透過エネルギーの強さと位相にしよう乱を
生じ、本発明の原理によるとこの反射エネルギーが可視
像の形成に利用される。勿論、この反射エネルギーの一
部は第１図の圧電変換器に戻された後表示用オシロスコ
ープに供給される。
は反射、及び透過エネルギーの強さと位相にしよう乱を
生じ、本発明の原理によるとこの反射エネルギーが可視
像の形成に利用される。勿論、この反射エネルギーの一
部は第１図の圧電変換器に戻された後表示用オシロスコ
ープに供給される。
第４図に略示された変形装置は入射エネルギーど反射エ
ネルギーとを分離する利点がある。詳記すると、可変無
線周波数発振器３８はプリズム状伝搬媒質４２の一面上
の第１圧電変換器４０に音波入力エネルギーを供給して
規準ビームＢ３を生じ、このビームは音波レンズ４４で
焦点Ｆに集束され、この焦点に試料又は対象物Ｏが流体
媒質４８内の適当な支持体４６で支持され、この媒質は
第１実施例のように水でもよく、又更に音波伝搬速度が
低く、かつ波長と球面収差を減少する液体ヘリウムのよ
うな他の流体でもよい。対象物Ｏで反射されたエネルギ
ーは前記プリズム状伝搬媒質４２内に適当に配置された
第２音波レンズ５０で反射ビームＢ４として再び規準さ
れ、このエネルギーは第２圧電変換器５２で検出され、
第１実施例と同様に表示オシロスコープに供給される。
ネルギーとを分離する利点がある。詳記すると、可変無
線周波数発振器３８はプリズム状伝搬媒質４２の一面上
の第１圧電変換器４０に音波入力エネルギーを供給して
規準ビームＢ３を生じ、このビームは音波レンズ４４で
焦点Ｆに集束され、この焦点に試料又は対象物Ｏが流体
媒質４８内の適当な支持体４６で支持され、この媒質は
第１実施例のように水でもよく、又更に音波伝搬速度が
低く、かつ波長と球面収差を減少する液体ヘリウムのよ
うな他の流体でもよい。対象物Ｏで反射されたエネルギ
ーは前記プリズム状伝搬媒質４２内に適当に配置された
第２音波レンズ５０で反射ビームＢ４として再び規準さ
れ、このエネルギーは第２圧電変換器５２で検出され、
第１実施例と同様に表示オシロスコープに供給される。
しかし可変無線周波数発振器３８は複雑なレーダー動作
で“チャープ°′と一般に呼ばれる線形掃引入力信号を
発生し、レーダーと同様に対象物の細部の像が形成され
る。
で“チャープ°′と一般に呼ばれる線形掃引入力信号を
発生し、レーダーと同様に対象物の細部の像が形成され
る。
又、上記発振器３８又は異なる周波数で動作する数個の
分離した発売器は、圧電変換器４０に供給される信号、
及びオシロスコープ、５４に供給され−る信号を有する
こともでき、このオシロスコープは異なる周波数信号の
各色表示及びそれらの組合せからなる表示像が得られる
多色ユニット形式のオシロスコープでもよく、従っであ
るＳ合には対象物に関するより多くの情報が得られる。
分離した発売器は、圧電変換器４０に供給される信号、
及びオシロスコープ、５４に供給され−る信号を有する
こともでき、このオシロスコープは異なる周波数信号の
各色表示及びそれらの組合せからなる表示像が得られる
多色ユニット形式のオシロスコープでもよく、従っであ
るＳ合には対象物に関するより多くの情報が得られる。
上記実施例では単一の入力音波ビームを用いるが、例え
ばＳＮ比の著しい改良等の利点は対象物を適当な順序で
一連のビームに＠露することにより得られる。例えば第
５図に示されるように無線周波数発振器５６からの入カ
ニネルキーは、１ｇの伝搬媒質６４上で通常横方向に一
定間隔離して配置した３個の入力変換器５８，６０．６
’２に印加され、３本の平行なビームＢｓ 、Ｂｓ及び
Ｂ７を形成し、これらのビームは３個の同じレンズ６６
．６８．７０で共通の焦面上の３焦点に集束される。適
当な支持体７２上の対象物０は３本の集束ビームによっ
て機械的に走査され、所定の時間順序でビームをじょう
乱する。じょう乱入力信号は単一の出力伝搬媒質８０に
形成された音波レンズ７４．７６．７８によって３本の
出力゛ビームＢ８、Ｂｓ及びＢ ＋ｏに再び規準される
。第５図に示されるように対象物Ｏが下方に渫械的に動
かされると仮定すると、可変時間遅延装置８８と９０は
第１及び第２出力信号の供給を遅延するようにセットさ
れているから、３個の出力はすべて電子式加算器９２に
供給され、組合せ出力が表示用オシロスコープ９４に送
られる。上記の３個の遅延装置に発生する゛雑音″は非
干渉的に集められるが、各装置の対象物信号は加算され
るので、使用する遅延装置の数に比例してＳＮ比が改善
される。
ばＳＮ比の著しい改良等の利点は対象物を適当な順序で
一連のビームに＠露することにより得られる。例えば第
５図に示されるように無線周波数発振器５６からの入カ
ニネルキーは、１ｇの伝搬媒質６４上で通常横方向に一
定間隔離して配置した３個の入力変換器５８，６０．６
’２に印加され、３本の平行なビームＢｓ 、Ｂｓ及び
Ｂ７を形成し、これらのビームは３個の同じレンズ６６
．６８．７０で共通の焦面上の３焦点に集束される。適
当な支持体７２上の対象物０は３本の集束ビームによっ
て機械的に走査され、所定の時間順序でビームをじょう
乱する。じょう乱入力信号は単一の出力伝搬媒質８０に
形成された音波レンズ７４．７６．７８によって３本の
出力゛ビームＢ８、Ｂｓ及びＢ ＋ｏに再び規準される
。第５図に示されるように対象物Ｏが下方に渫械的に動
かされると仮定すると、可変時間遅延装置８８と９０は
第１及び第２出力信号の供給を遅延するようにセットさ
れているから、３個の出力はすべて電子式加算器９２に
供給され、組合せ出力が表示用オシロスコープ９４に送
られる。上記の３個の遅延装置に発生する゛雑音″は非
干渉的に集められるが、各装置の対象物信号は加算され
るので、使用する遅延装置の数に比例してＳＮ比が改善
される。
対象物Ｏは流体媒質９６内で連続的に動かされるが、共
通焦面内の正確な位置を保持するため偏平な内面を有す
る案内部材９８が伝搬媒質６４と８０上に装着される。
通焦面内の正確な位置を保持するため偏平な内面を有す
る案内部材９８が伝搬媒質６４と８０上に装着される。
これらの案内部材９８はエポキシ又は音波低損失特性を
有する他の材料で作られ、又この低損失材料の挿入物は
勿論他の実施例にも有効である。
有する他の材料で作られ、又この低損失材料の挿入物は
勿論他の実施例にも有効である。
前記実施例において、検出と生成像は、主として音波エ
ネルギーの通路にある試料又は対象物のため生じた透過
エネルギー又は反則エネルギーの種々の強度によるもの
として説明した。前述のように位相変化も生じこれらの
変化は最終的に可視像を形成するのに利用される。例え
ば、第６図の１個のＲＦ発振器１００からのＲＦエネル
ギーはニオブ酸リチウムの伝搬媒質１０６の同一平面上
の２個の変換器’Ｉ０．２．１０４に同時に伝送され２
個の類似のＮ波ぜ−ムＢ ｉｆ ＋ ８ Ｘ２を生じ、
これらのじ−ムは類似の音波レンズ１０８．１１０で集
束され、これらのレンズはニオブ酸リチウム内の単純な
凹面で形成されるが、図示のように各レンズは、公知の
ように球面収差をゼロにするためガリウム１１４の中間
層を有し、がっ適当に研磨した融解石英１１２を含む複
合不遊レンズである。
ネルギーの通路にある試料又は対象物のため生じた透過
エネルギー又は反則エネルギーの種々の強度によるもの
として説明した。前述のように位相変化も生じこれらの
変化は最終的に可視像を形成するのに利用される。例え
ば、第６図の１個のＲＦ発振器１００からのＲＦエネル
ギーはニオブ酸リチウムの伝搬媒質１０６の同一平面上
の２個の変換器’Ｉ０．２．１０４に同時に伝送され２
個の類似のＮ波ぜ−ムＢ ｉｆ ＋ ８ Ｘ２を生じ、
これらのじ−ムは類似の音波レンズ１０８．１１０で集
束され、これらのレンズはニオブ酸リチウム内の単純な
凹面で形成されるが、図示のように各レンズは、公知の
ように球面収差をゼロにするためガリウム１１４の中間
層を有し、がっ適当に研磨した融解石英１１２を含む複
合不遊レンズである。
対象物Ｏは一方のビームＢ ｕの焦点でこのビームに１
Ｉｊｌｎされ、位相かじよう乱された出力は検出用変換
器１２０に伝送するため伝ｔｓ結晶１１８に隣接した他
のレンズ１１Ｇで再び規準される。他のビームＢ １２
は集束ｊ炎、類似レンズ１２２で再び規準された後、対
応する変換器１２４で検出され、この両出力は標準位相
比較器１２Ｇに送られ、次いでその出力は可視像を現わ
す表示用オシロスコープ１２８に供給される。
Ｉｊｌｎされ、位相かじよう乱された出力は検出用変換
器１２０に伝送するため伝ｔｓ結晶１１８に隣接した他
のレンズ１１Ｇで再び規準される。他のビームＢ １２
は集束ｊ炎、類似レンズ１２２で再び規準された後、対
応する変換器１２４で検出され、この両出力は標準位相
比較器１２Ｇに送られ、次いでその出力は可視像を現わ
す表示用オシロスコープ１２８に供給される。
以上説明したように本発明によれば、光学顕微鏡及び電
子顕微鏡では不可能であった透明物の細部、又は不透明
物内部の細部等をそのまま、例えば生物学的試料を着色
する手段等を用いること・びく表示でき、又、高度の分
解能、感度及びコントラストを有し、しかも構造も使用
も簡単であるといった効果がある。更に、対象物によっ
てじよう乱された反射音波エネルギーを検出し表示する
ので、じよう乱された透過音波エネルギーを検出し表示
するもののように対象物の厚さが限定されない利点を有
する。−更に又、入射エネルギーと反別エネルギーとが
反射蒔直で分離できる。
子顕微鏡では不可能であった透明物の細部、又は不透明
物内部の細部等をそのまま、例えば生物学的試料を着色
する手段等を用いること・びく表示でき、又、高度の分
解能、感度及びコントラストを有し、しかも構造も使用
も簡単であるといった効果がある。更に、対象物によっ
てじよう乱された反射音波エネルギーを検出し表示する
ので、じよう乱された透過音波エネルギーを検出し表示
するもののように対象物の厚さが限定されない利点を有
する。−更に又、入射エネルギーと反別エネルギーとが
反射蒔直で分離できる。
本発明の実施態様を列挙すれば下記の通りである。
１、 特許請求範囲記載の顕ｍ鏡で、該音波伝搬媒質が
流体媒質よりも本質的に速い音波速度を有する走査型音
波顕微Ｈ０ ２、特許請求の四記載の顕ｙｉ鏡で、該音波伝搬ｇＸ質
がその一端部に音波レンズを形成するため球状凹面を有
する固体からなる走査型音波顕微鏡。
流体媒質よりも本質的に速い音波速度を有する走査型音
波顕微Ｈ０ ２、特許請求の四記載の顕ｙｉ鏡で、該音波伝搬ｇＸ質
がその一端部に音波レンズを形成するため球状凹面を有
する固体からなる走査型音波顕微鏡。
３、 第２項記載の顕微鏡で、音波ビーム発生装置が、
音波レンズと整列した固体の伝搬媒質の他端部に圧電を
利用した音波変換器を含む走査型音波顕微鏡。
音波レンズと整列した固体の伝搬媒質の他端部に圧電を
利用した音波変換器を含む走査型音波顕微鏡。
４． 第２項記載の顕微鏡で、流体媒質の反対側に上記
音波レンズと焦点が一致する第２音波レンズを形成する
凹面を有する第２個体音波伝搬媒質を含み、かつ検出装
置が第２音波レンズの反対側の第２音波伝搬［買端部に
圧電変換器を含む走査ヤ音波顕微鏡。
音波レンズと焦点が一致する第２音波レンズを形成する
凹面を有する第２個体音波伝搬媒質を含み、かつ検出装
置が第２音波レンズの反対側の第２音波伝搬［買端部に
圧電変換器を含む走査ヤ音波顕微鏡。
５、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、音波ビームに直角
な平面内で移動できるように対象物を支持する装置を含
む走査型音波顕微鏡。
な平面内で移動できるように対象物を支持する装置を含
む走査型音波顕微鏡。
６、 第５項記載の顕微鏡で、対象物支持装置が平面内
の直角２方向に移動できるように対象物を支持する走査
型音波顕微鏡。
の直角２方向に移動できるように対象物を支持する走査
型音波顕微鏡。
７、 特許請求の範囲記載の顕微鏡で、音波ビームの方
向に沿って移動できるように対象物を支持する装置を含
む走査型音波顕微鏡。
向に沿って移動できるように対象物を支持する装置を含
む走査型音波顕微鏡。
８、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、音波レンズが不遊
レンズである走査型音波顕微鏡。
レンズである走査型音波顕微鏡。
９、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、対象物を透過した
音波エネルギーを検出するため検出装置が配置された走
査型音波顕微鏡。
音波エネルギーを検出するため検出装置が配置された走
査型音波顕微鏡。
１０、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、対象物で反射さ
れた音波エネルギーを検出するため検出装置が配置され
た走査型音波顕微鏡。
れた音波エネルギーを検出するため検出装置が配置され
た走査型音波顕微鏡。
１１、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、音波ビーム発生
装置がマイクロ周波教範、囲で動作するＲ’Ｆ発振器を
含む走査型音波顕微鏡。
装置がマイクロ周波教範、囲で動作するＲ’Ｆ発振器を
含む走査型音波顕微鏡。
１２、 第１１項記載の顕微鏡で、ＲＦ周波数発振器が
チャープ出力を発生する走査型音波顕微鏡。
チャープ出力を発生する走査型音波顕微鏡。
１３、 第１１項記載の顕微鏡で、ＲＦ周波数発振器の
出力と、対象物でしょう乱された検出音波信号との位相
を比較する装置を含む走査型音波顕微鏡。
出力と、対象物でしょう乱された検出音波信号との位相
を比較する装置を含む走査型音波顕微鏡。
１４、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、対象物から反射
された音波エネルギーを受信する位置で伝搬媒質内に第
２音波レンズを形成する装置を含む走査型音波顕微鏡。
された音波エネルギーを受信する位置で伝搬媒質内に第
２音波レンズを形成する装置を含む走査型音波顕微鏡。
１５、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、音波伝搬ｔｓ責
と流体媒質との間に挿入された低い音波損失媒質を含む
走査型音波顕微鏡。
と流体媒質との間に挿入された低い音波損失媒質を含む
走査型音波顕微鏡。
１６、 特許請求範囲記載の顕微鏡で、横方向に一定間
隔に離れた位置で伝搬媒鰐端部に少くとも１個の別の音
波レンズを形成する装置；該音波レンズに対する音波ビ
ームを発生する装置：該音波ビームを通して順次対象物
を移動する装置：上記−各ビームからのしよう乱音波エ
ネルギーを検出する装置；検出間隔に関連して検出音波
信号を遅延する時ｒＮ遅延装置：及び上記全音波ビーム
からの検出信号を組合わせる装置、を含む走査型音波顕
微鏡。
隔に離れた位置で伝搬媒鰐端部に少くとも１個の別の音
波レンズを形成する装置；該音波レンズに対する音波ビ
ームを発生する装置：該音波ビームを通して順次対象物
を移動する装置：上記−各ビームからのしよう乱音波エ
ネルギーを検出する装置；検出間隔に関連して検出音波
信号を遅延する時ｒＮ遅延装置：及び上記全音波ビーム
からの検出信号を組合わせる装置、を含む走査型音波顕
微鏡。
１７、 ゛特許請求範囲記載の顕微鏡で、伝搬媒質内に
第２音波レンズを形成する装置；第１音波レンズとの共
通平面内に焦点を有する該第２音波レンズに向けて上記
伝搬媒質内に第２音波ビームを発生する装置：第１音波
ビームと交差するように対象物を支持する＠置：第１及
び第２音波ビームから生じる音波信号を検出する装置：
及び第１及び第２検出音波信号の位相を比較する装置、
を含む走査型音波顕微鏡。
第２音波レンズを形成する装置；第１音波レンズとの共
通平面内に焦点を有する該第２音波レンズに向けて上記
伝搬媒質内に第２音波ビームを発生する装置：第１音波
ビームと交差するように対象物を支持する＠置：第１及
び第２音波ビームから生じる音波信号を検出する装置：
及び第１及び第２検出音波信号の位相を比較する装置、
を含む走査型音波顕微鏡。
１８、 特許請求範囲記載の顕微鏡で検出音波信号を可
視表示する装置を含む走査型音波顕微鏡。
視表示する装置を含む走査型音波顕微鏡。
１９、 第１８項記載の顕微鏡で、可視表示装置がオシ
ロスコープを含む走査型音波顕微鏡。
ロスコープを含む走査型音波顕微鏡。
２０、 第１９項記載の顕微鏡で、オシロスコープは数
種の色彩表示を与えるように動作し、この顕微鏡が、異
なる周波数の数種の音波ビームを発生する装置；異なる
周波数の種々の音波ビームから生じた異なるしよう乱音
波信号を検出する！！Ｉｔ：及び異なる色彩の可視表示
をするため上記オシロスコープに異なる音波信褥を供給
する装置、を含む走査型音波顕微鏡。
種の色彩表示を与えるように動作し、この顕微鏡が、異
なる周波数の数種の音波ビームを発生する装置；異なる
周波数の種々の音波ビームから生じた異なるしよう乱音
波信号を検出する！！Ｉｔ：及び異なる色彩の可視表示
をするため上記オシロスコープに異なる音波信褥を供給
する装置、を含む走査型音波顕微鏡。
２１、 第２項記載の顕微鏡で、伝搬媒質と流体媒質の
音波伝搬速度の比は十分に大きく、レンズの分解能は屈
折によってのみ限定される走査型音波顕微鏡。
音波伝搬速度の比は十分に大きく、レンズの分解能は屈
折によってのみ限定される走査型音波顕微鏡。
第１図は、ブロック図で示される関連電子式入力装置と
出力装置とを有する本発明の一実施例の音波顕微鏡の中
央断面略示図、第２図は第１図の装置に用いられる音波
レンズの動作を説明する線図、第３図は第１図の装置で
得られる対象物の内部の細部情報の音波検出を説明する
概略図、第４図は反射音波エネルギーが検出される一変
形実流例の断面略示図、第５図は複数検出を行う他の実
施例の断面略示図で、第６図は音波エネルギーの位相じ
よう乱が検出かつ表示される他の一実施例の断面略示図
である。 １４．３６・・・圧電変換器 １６．３４・・・音波伝搬媒質 １８．３２・・・音波レンズ ２０・・・流体媒質 ２２・・・支持体、ニア′・・
、 代理人 弁理士 伊 藤 進、 ・ゝ＼・−２
−５′ 第２図 第３図 第４図 手 続 補 正 内（自発） 特ｊ’ｌ’Ｊ、、−あ、「 若手、１ 人い 昭
４１５８年１２月２４６２、発明の名称 走査型
音波ｙＡ微鏡６、補止の対象 明ｑ＋ｔｉ：及び図
１ｆ１１全文７．７＋ｌｉ正の内容 別紙の通り明
細 自 １、発明の名称 走査型音波顕微鏡 ２、特許請求の範囲 音波伝搬媒質の端部に形成された所定の焦点を有する音
波レンズと、該音波レンズに向けて上記音波伝搬媒質内
に音波ビームを発生させる装置と、音波エネルギーの減
衰を抑制するため該音波エネルギーの伝搬方向に設ける
流体媒質と、上記焦点に位置し且つ上記音波エネルギー
の伝搬方向に対し所定の傾斜角度を有する対象物によっ
て反射されじよう乱された音波エネルギーを検出する装
置と、上記対象物と音波レンズの焦点とを相対的に走査
する走査装置と、上記検出装置の出力を表示する表示装
置とを具備したことを特徴とする走査型音波顕微鏡。 ３、発明の詳細な説明 本発明は一般に顕微鏡、特に高周波音波エネルギーを用
いる走査型音波顕微鏡に関連する。 従来型顕微鏡は２種の放射線、即ち光学顕微鏡では電磁
波、電子顕微鏡では電子波を使用する。 光学顕微鏡は長年にわたって改良され、これで生物細胞
のような微小対象物の正確な像が得られる。この改良に
も拘らず、光学顕微鏡は結像される試料の誘電特性を基
本的に感知するものであるから固有の限界がある。従っ
である種の対象物は光学的に透明なため像が現われず、
他の対象物は光学的に不透明なため内部の詳細が現われ
ない。 又組織切片及び細胞懸濁液のようなある種の生物試料で
は固有の光学的コントラストが少ないのでコントラスト
感度に限界がある。このコントラストの限界は生物学的
試料を着色する非常に手のかかる技術によりある程度改
善できる。 勿論、電子顕微鏡は製作も使用法も技術的にはるかに困
難である。スケきている細胞のようなある種の対象物は
、真空中に支持する必要があること、及び細胞を碩壊す
る電子ボンバードのために検査できない。 周波数的１．ＯＯＯＭＨｚの音波が比較的最近の開発で
発生できるようになったため水中の音波波長約１ミクロ
ンが得られ、従って高分解像が得られる優れた機構の可
能性が示唆されるようになった。又音波エネルギーの走
査９反射及び吸収を決めるのは試料の誘電特性ではなく
弾性特性の変化である。このため、光学的又は電子的に
不透明のある種の試料の表面下の細部の研究が可能にな
った。更に最も重要なことは弾性特性の変化は文具なる
細部を表示し、特に大きな固有音波コントラストを与え
ることである。 従って本発明の一般目的は高度の分解能、感度及びコン
トラストを有し、しかも構造も使用法も簡単な音波顕微
鏡を提供することにある。 この目的を達成するため、マイクロ波領域の無線周波数
（、ＲＦ）エネルギーが圧電トランスデユーサに印加さ
れて音波伝搬媒質内に規準、即ちコリメートされたビー
ム形式の強力な音波を発生し、このビームは音波レンズ
に送られ、このレンズは上記伝搬媒質内で簡単ではある
が有効な凹面形を形成し、かつ隣接する流体媒質内の焦
点に音波エネルギーを集束するため焦面に支持された試
料又は対象物と音波接触する。この音波レンズは最小球
面収差を有するように設計されているので顕微鏡の分解
能は回折だけに限定されることが本発明の重要特徴であ
る。対象物の走査は集束音波ビームと対象物との相対運
動、例えば焦面内における対象物自体の単純な機械的並
進運動で行われる。 対象物の性質、特にその弾性によって音波エネルギーは
吸収９反射及び／又は散乱されるので、射出音波エネル
ギーの強さとしてのしよう乱を生じ、このしよう乱は圧
電トランスデユーサで検出される。じよう乱は送信音波
エネルギーにも反射音波エネルギーにも存在するが本発
明では観察される特定試料によって反射される反射エネ
ルギーで検出される。 検出された音波信号は可視表示のためオシロスコープに
印加され、又音波エネルギーの焦面内の機械的走査によ
る対象物の運動は表示オシロスコープの電子ビームの走
査と同期される。又このビームの強さは、電子ビームが
螢光板に衝突した時良好な可視像が得られるように、対
象物で送られる音波エネルギーに比例させる。 正確な選択周波数によって非常に高い分解能が得られる
。例えば、４００ＭＨｚの周波数を用いると分解能は約
３ミクロンになり、又１．５ＧＨ２を用いると１ミクロ
ン以下の最終分解能が得られる。前述の音波レンズ設計
により球面収差はこの分解能に対して何の制限も与えな
い。 全音波ビームが利用されるから最小量の音波エネルギー
で優れたコントラストを有する像が得られる。又優れた
ＳＮ（信号対雑音）特性が平均エネルギーレベル１０−
７ワツト／ｃ＋ｎ２で容易に得られる。従って必要なエ
ネルギーは生物試料の損傷レベルよりも十分に低い。 音波レンズ自体は媒質に適当な凹面を形成することによ
って簡単に得られ、又は゛不遊レンズ′のような一層複
雑なレンズを使用して、球面収差特にビーム軸外の領域
の球面収差を低下できる。 本発明ではレンズの断面を透過する音波エネルギーの伝
送は最狭部のビーム断面が最適形状になるように制御す
ることが可能である。これはビーム断面が最大の位相分
解能を与えることを考慮したものである。 本発明は、透過音波エネルギーではない反射音波エネル
ギーを検出する構成で、分離されかつ適当な位置に配置
された第２レンズと受信用圧電変換器で検出される。 入力エネルギーは又現用レーダ装置のように大幅に変え
ることができ対象物の更に詳細な情報を与える。例えば
人力信号は“チャーブ°’ （ｃｈｉｒｐ ：線形掃引
周波数）形式とすることができ、文具なる周波数の各種
入力信号を対象物に連続的に印加した後再結合すること
もできる。最終可視像のコントラストを改善する異なる
色彩表示を有するカラー表示オシロスコープはその一例
である。 更に対象物は音波エネルギーの方向に沿って運動できる
ように支持され、対象物の各断面を焦面内に移動するこ
とによって対象物の内部変化等を検出することができる
。 又基準波を音波ホログラフィ方式で与えて三次元像を得
ることもできる。 上記本発明の目的とそれを達成する方法は添付図面に示
す実施例による下記の詳細な説明から明らかであろう。 第１図の無線周波数発振器１０は同軸線を通して、例え
ば４００ＭＨｚの周波数の電磁波エネルギーを供給する
よう配置され、この−同軸線の末端はＢ１で示す規準ビ
ームとして強力な音波を発生するためプリズム状の音波
伝搬媒質１６の一面の薄膜又は板状の第１圧電変換器１
４にエネルギーを供給する。 変換器１４は図示の実施例では酸化亜鉛の薄膜であるが
、ニオブ酸リチウム、硫化カドミウム。 硫化亜鉛その他種々の圧電材料が使用できる。又この実
施例の音波伝搬媒質１６はサファイアであるが、融解石
英、イツトリウム−アルミニウムざくろ石のような他の
媒質、硫化カドミウ、ムのような圧電半導体、又は他の
公知の伝搬媒質も使用される。しかし本発明の目的には
後述のようにかなり高い音波伝搬速度を有する媒質を使
用するのが好適である。 第１音波レンズ１８は、圧電変換器１４と反対側で伝搬
媒質１６の端部に形成され、図示のようにサファイア材
料の端部を研磨して凹面を形成する。詳記すれば上記レ
ンズはｆ数は０．６５を有する曲率半径０．４ｆｉｌｌ
に研磨する。従って音波の規準ビームＢ１は、図示実施
例では例えば、上記音波レンズ１８を形成した音波伝搬
媒質１６端部と、試料０を支持する部材１９との間に表
面張力によって保持される水又は音波伝搬速度が低く、
かつ波長と球面収差を減少する液体ヘリウムのような他
の液体を使用する流体媒質２０内に集束される。水はサ
ファイアと比較して音波伝搬速度が低い媒質ｔあるから
、上記音波レンズは正レンズを構成し音波ビームを焦点
Ｆに集束する。 サファイアは水よりもはるかに音波伝搬速度が大きく、
これらの音速比Ｃ＋／Ｃｚは約７．４５であるから、第
２図に示す通り、音波エネルギーの屈折線とレンズ１８
の交差半径Ｒとの間の角θ２は小さな値になる。勿論こ
の値はスネルの法則、即ちｓｉｎθ２ ｍｃｘ ／Ｃ＋
ｓｉｎθ鴬で決り、このＢ１は第２図に示す通り音波
エネルギーの入射線と曲率半径の延長線との間の角であ
る。従って、サファイアと水を媒質として使用すると最
小錯乱円直径は１ミクロン以下に減少され、レンズ１８
のこの球面収差のため音波顕微鏡の分解能を１ミクロン
以下にできる。図示の実施例では周波数４００ＭＨｚを
使用すると水中音波の波長は約３゜７５ミクロンになる
から音波レンズのこの最小球面収差のため分解能には実
際の制限はない。像の最小錯乱円を更に小さくするため
音波レンズに特別のコーチングを施してもよい。 上記のように、観察すべき対象物又は試料０は焦点Ｆの
位置で且つ音波エネルギーＢ＋の伝搬方向に対し所定傾
斜角度で流体媒質２０内に支持され、又この実施例では
試料に簡単な機械的運動を与えて走査する装置が設けら
れる。第１図に略本されるように、マイクロメータを有
する調整可能な支持体２２によって試料ＯはＺ方向で焦
面に一致させるように調整できる。又焦面内では第１図
のＸ方向の迅速な走査はスピーカ２４を上記支持体２２
上に装着することによって行われ、このスピーカコーン
は試料又は対象物に接続される。支持体２２は更にラム
２３でＹ方向に油圧で往復運動する載物台２６上に装着
される。スピーカ２４の駆動電圧と同一電圧が電源２５
からオシロスコープ２８の水平偏向制御部に供給され、
又往復する載物台２６はポテンシオメータ３０に接続さ
れ、ポテンシオメータの出力電圧はオシロスコープ２８
の垂直偏向制御部に供給されるので対象物の位置とオシ
ロスコープビーム位置との間には１対１の対応が得られ
る。事実、走査速度３００線／秒で３ｍｍの視野が得ら
れるから１秒以内に完全な像がオシロスコープ上に形成
される。 公知のように、任意の時期に対象物Ｏに投射される音波
エネルギーはじよう乱をうけるから、観察試料の弾性特
性によって音波の強さに変動が起こり、このしよう乱音
波エネルギーは反射され水を通して前記ブリ°ズム状伝
搬媒質１６に形成された第２音波レンズ３２に伝送され
、このレンズは通常前記音波レンズ１８と同じもので、
又これらの２個のレンズ１８と３２は焦点が一致するよ
うに配置される。前記第２音波レンズ３２は伝搬媒質を
通うて伝送される音波エネルギーを８２で示されるよう
に再び規準し、この音波エネルギーは、酸化亜鉛又は他
の適当な圧電材料で作られ、従ってじよう乱音波エネル
ギー検出器として動作しプリズム状音波伝搬媒質１６の
前記第２音波レンズ３２の反射側−面に設けた圧電変換
器３６に供給される。この音波エネルギーは変換器で電
磁エネルギーに・変換された後オシロスコープ２８に供
給され、表示ビームの強さを変え、試料像の最終的可視
表示を与える。 上記試料物点から発散するすべてのエネルギーが利用さ
れるのでこの音波顕微鏡では低密度の音波エネルギーが
用いられる。事実、平均エネルギーレベル１Ｏ−７Ｗ１
０■２で優れたコントラストを示す生物試料像が得られ
た。このエネルギーレベルは生物試料の損傷限界値以下
である。又実験の結果、観察試料の弾性特性によって優
れたコ）トラストが得られ、又前記のように４００ＭＨ
ｚの周波数で約３ミクロンの分解能が得られた。周波数
が１．０００ＭＨｚ以上に増加すると約１ミクロンの分
解能が得られることは明らかで、又音波レンズの球面収
差のためこの優れた分解能には殆ど制限がないことを重
ねて強調したい。 対象物の位置がマイクロメータ調整支持体２２で２方向
に変位されると、焦面に対する対象物の位置が変わり、
従って対象物の異なる部分が焦面、即ち音波ビームの挟
小部（・１ミクロン）に移動することは明らかであろう
。第３図に示されるように、１ミクロンの対象物Ｏが焦
点Ｆにあると、殆ど全部の音波ビームが遮断されて最大
のしよう乱が現われる。しかし対象物０が点線位置まで
２方向に僅かに移動してもビーム遮断とこれに伴うしよ
う乱は大幅に減少し、従って変位が大きくなるとじよう
乱は観′察できない。しかし対象物はＺ方向にかなりの
大きさを有する場合には、上記の変位によって異なる深
さの対象物局部、又は断面が焦面に一致するから特定検
査が可能になる。従って対象物の内部の詳細を容易に研
究できる。 前記の通り、対象物又は試料による音波ビームの遮断、
は反射、及び透過エネルギーの強さと位相にじよう乱を
生じ、本発明の原理によるとこの反射エネルギーが可視
像の形成に利用される。勿論、この反射エネルギーの一
部は第１図の第２圧電変換器に戻された後表示用オシロ
スコープに供給される。 このオシロスコープは異なる周波数信号の各色表示及び
それらの組合せからなる表示像が得られる多色ユニット
形式のオシロスコープでもよく、従っである場合には対
象物に関するより多くの情報が得られる。 以上説明したように本発明によれば、光学顕微鏡及び電
子顕微鏡では不可能であった透明物の細部、又は不透明
物内部の＠部等をそのまま、例えば生物学的試料を着色
する手段等を用いることなく表示でき、又、高度の分解
能、感度及びコントラストを有し、しかも構造も使用も
簡単であるといった効果がある。更に、対象物によって
じよう乱された反射音波エネルギーを検出し表示するの
で、じよう乱された透過音波エネルギーを検出し表示す
るもののように対象物の厚さが限定されない利点を有す
る。更に又、入射エネルギーと反射エネルギーとが反射
時点で分離できる。 本発明の実施態様を列挙すれば下記の通りである。 １、 音波顕微鏡は、音波伝搬媒質が流体媒質よりも本
質的に速い音波速度を有する走査型音波顕微鏡。 ２、 音波顕微鏡は、音波伝搬媒質がその一端部に音波
レンズを形成するため球状凹面を有する固体からなる走
査型音波顕微鏡。 ３、 実施−態様第２項記載の顕微鏡で、音波ビーム発
生装置が、音波レンズと整列した固体の伝搬媒質の他端
部に圧電を利用した音波変換器を含む走査型音波顕微鏡
。 ４、 音波顕微鏡は、音波ビームに直角な平面内で移動
できるように対象物を支持する装置を含む走査型音波顕
微ｌＩ。 ５、 実施Ｓ様第４項記載の顕微鏡で、対象物支持装置
が平面内の直角２方向に移動できるように対象物を支持
する走査型音波顕微鏡。 ６、 音波顕ｍ鏡は、音波ビームの方向に沿って移動で
きるように対象物を支持する装置を含む走査型音波顕微
鏡。 ７、 音波顕微鏡は、音波レンズが不遊レンズである走
査型音波顕微鏡。 ８、 音波顕微鏡は、対象物で反射された音波エネルギ
ーを検出するため検出装置が配置された走査型音波顕微
鏡。 ９、 音波顕微鏡は、音波ビーム発生装置がマイ 、
り日周波数範囲で動作するＲＦ発振器を含む走査型音波
顕微鏡。 １０、 実ｍ態様第９項記載の顕微鏡で、ＲＦ周波数発
振器がチャーブ出力を発生する走査型音波顕微鏡。 １１、 音波顕微ａは、対象物から反射された音波エネ
ルギーを受信する位置で伝搬ｌｌＩ賀内に第２音波レン
ズを形成する装置を含む走査型音波顕微鏡。 １２、 音波顕微鏡は、音波伝搬媒質と流体媒質との間
に挿入された低い音波損失媒質を含む走査型音波顕微鏡
。 微鏡。 １３、 音波顕微ａｌｔは、検出音波信号を可視表示す
る装置を含む走査型音波顕微鏡。 １４、 実施！１１！第１３項記載の顕微鏡で、可視表
示装置がオシロスコープを含む走査型音波顕微鏡。 １５、 ：ｌＩＩ！１ｍ！ｔ！１１４項記１Ｋ（７）
ｆｉｉｌ［、オシロスコープは数種の色彩表示を与える
ように動作し、この顕微鏡が、異なる周波数の数種の音
波ビームを発生する装置；異なる周波数の種々の音波ビ
ームから生じた異なるしよう乱音波信号を検出する装置
：及び異なる色彩の可視表示をするため上記オシロスコ
ープに異なる音波信号を供給する装置、を含む走査型音
波顕微鏡。 １６６ 実ｍｍ様第２項記載の顕微鏡で、伝搬媒質と流
体媒質の音波伝搬速度の比は十分に大きく、レンズの分
解能は屈折によってのみ限定される走査型音波顕微鏡。 ４、図面の簡単な説明 第１図はブロック図で示される関連電子式入力装置と出
力装置とを有する本発明の一実施例の音波顕微鏡の略本
図、第２図は第１図の装置に用いられる音波レンズの動
作を説明する線図、第３図は第１図の装置で得られる対
象物の内部の細部情報の音波検出を説明する概略図であ
る。 １４．３６・・・圧電変換器 １６・・・音波伝搬媒質 １８．３２・・・音波レンズ
出力装置とを有する本発明の一実施例の音波顕微鏡の中
央断面略示図、第２図は第１図の装置に用いられる音波
レンズの動作を説明する線図、第３図は第１図の装置で
得られる対象物の内部の細部情報の音波検出を説明する
概略図、第４図は反射音波エネルギーが検出される一変
形実流例の断面略示図、第５図は複数検出を行う他の実
施例の断面略示図で、第６図は音波エネルギーの位相じ
よう乱が検出かつ表示される他の一実施例の断面略示図
である。 １４．３６・・・圧電変換器 １６．３４・・・音波伝搬媒質 １８．３２・・・音波レンズ ２０・・・流体媒質 ２２・・・支持体、ニア′・・
、 代理人 弁理士 伊 藤 進、 ・ゝ＼・−２
−５′ 第２図 第３図 第４図 手 続 補 正 内（自発） 特ｊ’ｌ’Ｊ、、−あ、「 若手、１ 人い 昭
４１５８年１２月２４６２、発明の名称 走査型
音波ｙＡ微鏡６、補止の対象 明ｑ＋ｔｉ：及び図
１ｆ１１全文７．７＋ｌｉ正の内容 別紙の通り明
細 自 １、発明の名称 走査型音波顕微鏡 ２、特許請求の範囲 音波伝搬媒質の端部に形成された所定の焦点を有する音
波レンズと、該音波レンズに向けて上記音波伝搬媒質内
に音波ビームを発生させる装置と、音波エネルギーの減
衰を抑制するため該音波エネルギーの伝搬方向に設ける
流体媒質と、上記焦点に位置し且つ上記音波エネルギー
の伝搬方向に対し所定の傾斜角度を有する対象物によっ
て反射されじよう乱された音波エネルギーを検出する装
置と、上記対象物と音波レンズの焦点とを相対的に走査
する走査装置と、上記検出装置の出力を表示する表示装
置とを具備したことを特徴とする走査型音波顕微鏡。 ３、発明の詳細な説明 本発明は一般に顕微鏡、特に高周波音波エネルギーを用
いる走査型音波顕微鏡に関連する。 従来型顕微鏡は２種の放射線、即ち光学顕微鏡では電磁
波、電子顕微鏡では電子波を使用する。 光学顕微鏡は長年にわたって改良され、これで生物細胞
のような微小対象物の正確な像が得られる。この改良に
も拘らず、光学顕微鏡は結像される試料の誘電特性を基
本的に感知するものであるから固有の限界がある。従っ
である種の対象物は光学的に透明なため像が現われず、
他の対象物は光学的に不透明なため内部の詳細が現われ
ない。 又組織切片及び細胞懸濁液のようなある種の生物試料で
は固有の光学的コントラストが少ないのでコントラスト
感度に限界がある。このコントラストの限界は生物学的
試料を着色する非常に手のかかる技術によりある程度改
善できる。 勿論、電子顕微鏡は製作も使用法も技術的にはるかに困
難である。スケきている細胞のようなある種の対象物は
、真空中に支持する必要があること、及び細胞を碩壊す
る電子ボンバードのために検査できない。 周波数的１．ＯＯＯＭＨｚの音波が比較的最近の開発で
発生できるようになったため水中の音波波長約１ミクロ
ンが得られ、従って高分解像が得られる優れた機構の可
能性が示唆されるようになった。又音波エネルギーの走
査９反射及び吸収を決めるのは試料の誘電特性ではなく
弾性特性の変化である。このため、光学的又は電子的に
不透明のある種の試料の表面下の細部の研究が可能にな
った。更に最も重要なことは弾性特性の変化は文具なる
細部を表示し、特に大きな固有音波コントラストを与え
ることである。 従って本発明の一般目的は高度の分解能、感度及びコン
トラストを有し、しかも構造も使用法も簡単な音波顕微
鏡を提供することにある。 この目的を達成するため、マイクロ波領域の無線周波数
（、ＲＦ）エネルギーが圧電トランスデユーサに印加さ
れて音波伝搬媒質内に規準、即ちコリメートされたビー
ム形式の強力な音波を発生し、このビームは音波レンズ
に送られ、このレンズは上記伝搬媒質内で簡単ではある
が有効な凹面形を形成し、かつ隣接する流体媒質内の焦
点に音波エネルギーを集束するため焦面に支持された試
料又は対象物と音波接触する。この音波レンズは最小球
面収差を有するように設計されているので顕微鏡の分解
能は回折だけに限定されることが本発明の重要特徴であ
る。対象物の走査は集束音波ビームと対象物との相対運
動、例えば焦面内における対象物自体の単純な機械的並
進運動で行われる。 対象物の性質、特にその弾性によって音波エネルギーは
吸収９反射及び／又は散乱されるので、射出音波エネル
ギーの強さとしてのしよう乱を生じ、このしよう乱は圧
電トランスデユーサで検出される。じよう乱は送信音波
エネルギーにも反射音波エネルギーにも存在するが本発
明では観察される特定試料によって反射される反射エネ
ルギーで検出される。 検出された音波信号は可視表示のためオシロスコープに
印加され、又音波エネルギーの焦面内の機械的走査によ
る対象物の運動は表示オシロスコープの電子ビームの走
査と同期される。又このビームの強さは、電子ビームが
螢光板に衝突した時良好な可視像が得られるように、対
象物で送られる音波エネルギーに比例させる。 正確な選択周波数によって非常に高い分解能が得られる
。例えば、４００ＭＨｚの周波数を用いると分解能は約
３ミクロンになり、又１．５ＧＨ２を用いると１ミクロ
ン以下の最終分解能が得られる。前述の音波レンズ設計
により球面収差はこの分解能に対して何の制限も与えな
い。 全音波ビームが利用されるから最小量の音波エネルギー
で優れたコントラストを有する像が得られる。又優れた
ＳＮ（信号対雑音）特性が平均エネルギーレベル１０−
７ワツト／ｃ＋ｎ２で容易に得られる。従って必要なエ
ネルギーは生物試料の損傷レベルよりも十分に低い。 音波レンズ自体は媒質に適当な凹面を形成することによ
って簡単に得られ、又は゛不遊レンズ′のような一層複
雑なレンズを使用して、球面収差特にビーム軸外の領域
の球面収差を低下できる。 本発明ではレンズの断面を透過する音波エネルギーの伝
送は最狭部のビーム断面が最適形状になるように制御す
ることが可能である。これはビーム断面が最大の位相分
解能を与えることを考慮したものである。 本発明は、透過音波エネルギーではない反射音波エネル
ギーを検出する構成で、分離されかつ適当な位置に配置
された第２レンズと受信用圧電変換器で検出される。 入力エネルギーは又現用レーダ装置のように大幅に変え
ることができ対象物の更に詳細な情報を与える。例えば
人力信号は“チャーブ°’ （ｃｈｉｒｐ ：線形掃引
周波数）形式とすることができ、文具なる周波数の各種
入力信号を対象物に連続的に印加した後再結合すること
もできる。最終可視像のコントラストを改善する異なる
色彩表示を有するカラー表示オシロスコープはその一例
である。 更に対象物は音波エネルギーの方向に沿って運動できる
ように支持され、対象物の各断面を焦面内に移動するこ
とによって対象物の内部変化等を検出することができる
。 又基準波を音波ホログラフィ方式で与えて三次元像を得
ることもできる。 上記本発明の目的とそれを達成する方法は添付図面に示
す実施例による下記の詳細な説明から明らかであろう。 第１図の無線周波数発振器１０は同軸線を通して、例え
ば４００ＭＨｚの周波数の電磁波エネルギーを供給する
よう配置され、この−同軸線の末端はＢ１で示す規準ビ
ームとして強力な音波を発生するためプリズム状の音波
伝搬媒質１６の一面の薄膜又は板状の第１圧電変換器１
４にエネルギーを供給する。 変換器１４は図示の実施例では酸化亜鉛の薄膜であるが
、ニオブ酸リチウム、硫化カドミウム。 硫化亜鉛その他種々の圧電材料が使用できる。又この実
施例の音波伝搬媒質１６はサファイアであるが、融解石
英、イツトリウム−アルミニウムざくろ石のような他の
媒質、硫化カドミウ、ムのような圧電半導体、又は他の
公知の伝搬媒質も使用される。しかし本発明の目的には
後述のようにかなり高い音波伝搬速度を有する媒質を使
用するのが好適である。 第１音波レンズ１８は、圧電変換器１４と反対側で伝搬
媒質１６の端部に形成され、図示のようにサファイア材
料の端部を研磨して凹面を形成する。詳記すれば上記レ
ンズはｆ数は０．６５を有する曲率半径０．４ｆｉｌｌ
に研磨する。従って音波の規準ビームＢ１は、図示実施
例では例えば、上記音波レンズ１８を形成した音波伝搬
媒質１６端部と、試料０を支持する部材１９との間に表
面張力によって保持される水又は音波伝搬速度が低く、
かつ波長と球面収差を減少する液体ヘリウムのような他
の液体を使用する流体媒質２０内に集束される。水はサ
ファイアと比較して音波伝搬速度が低い媒質ｔあるから
、上記音波レンズは正レンズを構成し音波ビームを焦点
Ｆに集束する。 サファイアは水よりもはるかに音波伝搬速度が大きく、
これらの音速比Ｃ＋／Ｃｚは約７．４５であるから、第
２図に示す通り、音波エネルギーの屈折線とレンズ１８
の交差半径Ｒとの間の角θ２は小さな値になる。勿論こ
の値はスネルの法則、即ちｓｉｎθ２ ｍｃｘ ／Ｃ＋
ｓｉｎθ鴬で決り、このＢ１は第２図に示す通り音波
エネルギーの入射線と曲率半径の延長線との間の角であ
る。従って、サファイアと水を媒質として使用すると最
小錯乱円直径は１ミクロン以下に減少され、レンズ１８
のこの球面収差のため音波顕微鏡の分解能を１ミクロン
以下にできる。図示の実施例では周波数４００ＭＨｚを
使用すると水中音波の波長は約３゜７５ミクロンになる
から音波レンズのこの最小球面収差のため分解能には実
際の制限はない。像の最小錯乱円を更に小さくするため
音波レンズに特別のコーチングを施してもよい。 上記のように、観察すべき対象物又は試料０は焦点Ｆの
位置で且つ音波エネルギーＢ＋の伝搬方向に対し所定傾
斜角度で流体媒質２０内に支持され、又この実施例では
試料に簡単な機械的運動を与えて走査する装置が設けら
れる。第１図に略本されるように、マイクロメータを有
する調整可能な支持体２２によって試料ＯはＺ方向で焦
面に一致させるように調整できる。又焦面内では第１図
のＸ方向の迅速な走査はスピーカ２４を上記支持体２２
上に装着することによって行われ、このスピーカコーン
は試料又は対象物に接続される。支持体２２は更にラム
２３でＹ方向に油圧で往復運動する載物台２６上に装着
される。スピーカ２４の駆動電圧と同一電圧が電源２５
からオシロスコープ２８の水平偏向制御部に供給され、
又往復する載物台２６はポテンシオメータ３０に接続さ
れ、ポテンシオメータの出力電圧はオシロスコープ２８
の垂直偏向制御部に供給されるので対象物の位置とオシ
ロスコープビーム位置との間には１対１の対応が得られ
る。事実、走査速度３００線／秒で３ｍｍの視野が得ら
れるから１秒以内に完全な像がオシロスコープ上に形成
される。 公知のように、任意の時期に対象物Ｏに投射される音波
エネルギーはじよう乱をうけるから、観察試料の弾性特
性によって音波の強さに変動が起こり、このしよう乱音
波エネルギーは反射され水を通して前記ブリ°ズム状伝
搬媒質１６に形成された第２音波レンズ３２に伝送され
、このレンズは通常前記音波レンズ１８と同じもので、
又これらの２個のレンズ１８と３２は焦点が一致するよ
うに配置される。前記第２音波レンズ３２は伝搬媒質を
通うて伝送される音波エネルギーを８２で示されるよう
に再び規準し、この音波エネルギーは、酸化亜鉛又は他
の適当な圧電材料で作られ、従ってじよう乱音波エネル
ギー検出器として動作しプリズム状音波伝搬媒質１６の
前記第２音波レンズ３２の反射側−面に設けた圧電変換
器３６に供給される。この音波エネルギーは変換器で電
磁エネルギーに・変換された後オシロスコープ２８に供
給され、表示ビームの強さを変え、試料像の最終的可視
表示を与える。 上記試料物点から発散するすべてのエネルギーが利用さ
れるのでこの音波顕微鏡では低密度の音波エネルギーが
用いられる。事実、平均エネルギーレベル１Ｏ−７Ｗ１
０■２で優れたコントラストを示す生物試料像が得られ
た。このエネルギーレベルは生物試料の損傷限界値以下
である。又実験の結果、観察試料の弾性特性によって優
れたコ）トラストが得られ、又前記のように４００ＭＨ
ｚの周波数で約３ミクロンの分解能が得られた。周波数
が１．０００ＭＨｚ以上に増加すると約１ミクロンの分
解能が得られることは明らかで、又音波レンズの球面収
差のためこの優れた分解能には殆ど制限がないことを重
ねて強調したい。 対象物の位置がマイクロメータ調整支持体２２で２方向
に変位されると、焦面に対する対象物の位置が変わり、
従って対象物の異なる部分が焦面、即ち音波ビームの挟
小部（・１ミクロン）に移動することは明らかであろう
。第３図に示されるように、１ミクロンの対象物Ｏが焦
点Ｆにあると、殆ど全部の音波ビームが遮断されて最大
のしよう乱が現われる。しかし対象物０が点線位置まで
２方向に僅かに移動してもビーム遮断とこれに伴うしよ
う乱は大幅に減少し、従って変位が大きくなるとじよう
乱は観′察できない。しかし対象物はＺ方向にかなりの
大きさを有する場合には、上記の変位によって異なる深
さの対象物局部、又は断面が焦面に一致するから特定検
査が可能になる。従って対象物の内部の詳細を容易に研
究できる。 前記の通り、対象物又は試料による音波ビームの遮断、
は反射、及び透過エネルギーの強さと位相にじよう乱を
生じ、本発明の原理によるとこの反射エネルギーが可視
像の形成に利用される。勿論、この反射エネルギーの一
部は第１図の第２圧電変換器に戻された後表示用オシロ
スコープに供給される。 このオシロスコープは異なる周波数信号の各色表示及び
それらの組合せからなる表示像が得られる多色ユニット
形式のオシロスコープでもよく、従っである場合には対
象物に関するより多くの情報が得られる。 以上説明したように本発明によれば、光学顕微鏡及び電
子顕微鏡では不可能であった透明物の細部、又は不透明
物内部の＠部等をそのまま、例えば生物学的試料を着色
する手段等を用いることなく表示でき、又、高度の分解
能、感度及びコントラストを有し、しかも構造も使用も
簡単であるといった効果がある。更に、対象物によって
じよう乱された反射音波エネルギーを検出し表示するの
で、じよう乱された透過音波エネルギーを検出し表示す
るもののように対象物の厚さが限定されない利点を有す
る。更に又、入射エネルギーと反射エネルギーとが反射
時点で分離できる。 本発明の実施態様を列挙すれば下記の通りである。 １、 音波顕微鏡は、音波伝搬媒質が流体媒質よりも本
質的に速い音波速度を有する走査型音波顕微鏡。 ２、 音波顕微鏡は、音波伝搬媒質がその一端部に音波
レンズを形成するため球状凹面を有する固体からなる走
査型音波顕微鏡。 ３、 実施−態様第２項記載の顕微鏡で、音波ビーム発
生装置が、音波レンズと整列した固体の伝搬媒質の他端
部に圧電を利用した音波変換器を含む走査型音波顕微鏡
。 ４、 音波顕微鏡は、音波ビームに直角な平面内で移動
できるように対象物を支持する装置を含む走査型音波顕
微ｌＩ。 ５、 実施Ｓ様第４項記載の顕微鏡で、対象物支持装置
が平面内の直角２方向に移動できるように対象物を支持
する走査型音波顕微鏡。 ６、 音波顕ｍ鏡は、音波ビームの方向に沿って移動で
きるように対象物を支持する装置を含む走査型音波顕微
鏡。 ７、 音波顕微鏡は、音波レンズが不遊レンズである走
査型音波顕微鏡。 ８、 音波顕微鏡は、対象物で反射された音波エネルギ
ーを検出するため検出装置が配置された走査型音波顕微
鏡。 ９、 音波顕微鏡は、音波ビーム発生装置がマイ 、
り日周波数範囲で動作するＲＦ発振器を含む走査型音波
顕微鏡。 １０、 実ｍ態様第９項記載の顕微鏡で、ＲＦ周波数発
振器がチャーブ出力を発生する走査型音波顕微鏡。 １１、 音波顕微ａは、対象物から反射された音波エネ
ルギーを受信する位置で伝搬ｌｌＩ賀内に第２音波レン
ズを形成する装置を含む走査型音波顕微鏡。 １２、 音波顕微鏡は、音波伝搬媒質と流体媒質との間
に挿入された低い音波損失媒質を含む走査型音波顕微鏡
。 微鏡。 １３、 音波顕微ａｌｔは、検出音波信号を可視表示す
る装置を含む走査型音波顕微鏡。 １４、 実施！１１！第１３項記載の顕微鏡で、可視表
示装置がオシロスコープを含む走査型音波顕微鏡。 １５、 ：ｌＩＩ！１ｍ！ｔ！１１４項記１Ｋ（７）
ｆｉｉｌ［、オシロスコープは数種の色彩表示を与える
ように動作し、この顕微鏡が、異なる周波数の数種の音
波ビームを発生する装置；異なる周波数の種々の音波ビ
ームから生じた異なるしよう乱音波信号を検出する装置
：及び異なる色彩の可視表示をするため上記オシロスコ
ープに異なる音波信号を供給する装置、を含む走査型音
波顕微鏡。 １６６ 実ｍｍ様第２項記載の顕微鏡で、伝搬媒質と流
体媒質の音波伝搬速度の比は十分に大きく、レンズの分
解能は屈折によってのみ限定される走査型音波顕微鏡。 ４、図面の簡単な説明 第１図はブロック図で示される関連電子式入力装置と出
力装置とを有する本発明の一実施例の音波顕微鏡の略本
図、第２図は第１図の装置に用いられる音波レンズの動
作を説明する線図、第３図は第１図の装置で得られる対
象物の内部の細部情報の音波検出を説明する概略図であ
る。 １４．３６・・・圧電変換器 １６・・・音波伝搬媒質 １８．３２・・・音波レンズ
Claims (1)
- 音波伝搬媒質の端部（こ形成された所定の焦点を有する
音波レンズと、該音波レンズに向けて上記ａ波伝搬ｉ買
内に音波ビームを発生させる装置と、音波エネルギーの
減衰を抑制するため該音波エネルギーの伝搬方向に設け
る流体媒質と、上記焦点に位置し且つ上記音波エネルギ
ーの伝搬方向に対し所定の傾斜角度を有する対象物によ
って反射されじよう乱された音波エネルギーを検出する
装置と、上記対゛９物を走査するため該対象物を焦点に
対して走査する装置と、上記検出装置の出力を表示する
表示装置とを具備したことを特徴とする走査型音波顕微
鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US44278274A | 1974-02-15 | 1974-02-15 | |
| US442782 | 1974-02-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59160754A true JPS59160754A (ja) | 1984-09-11 |
Family
ID=23758118
Family Applications (5)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50018446A Expired JPS5944582B2 (ja) | 1974-02-15 | 1975-02-15 | 走査型音波顕微鏡 |
| JP58223059A Pending JPS59160755A (ja) | 1974-02-15 | 1983-11-26 | 音波顕微鏡 |
| JP58223057A Pending JPS6035254A (ja) | 1974-02-15 | 1983-11-26 | 音波顕微鏡 |
| JP58223058A Pending JPS59160754A (ja) | 1974-02-15 | 1983-11-26 | 走査型音波顕微鏡 |
| JP58243131A Granted JPS6035255A (ja) | 1974-02-15 | 1983-12-24 | 走査型音波顕微鏡 |
Family Applications Before (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50018446A Expired JPS5944582B2 (ja) | 1974-02-15 | 1975-02-15 | 走査型音波顕微鏡 |
| JP58223059A Pending JPS59160755A (ja) | 1974-02-15 | 1983-11-26 | 音波顕微鏡 |
| JP58223057A Pending JPS6035254A (ja) | 1974-02-15 | 1983-11-26 | 音波顕微鏡 |
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| JP58243131A Granted JPS6035255A (ja) | 1974-02-15 | 1983-12-24 | 走査型音波顕微鏡 |
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| US4030342A (en) * | 1975-09-18 | 1977-06-21 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University | Acoustic microscope for scanning an object stereo-optically and with dark field imaging |
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| DE102006032431B4 (de) * | 2006-06-22 | 2011-12-01 | Siltronic Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von mechanischen Defekten in einem aus Halbleitermaterial bestehenden Stabstück |
| SG138524A1 (en) | 2006-06-22 | 2008-01-28 | Siltronic Ag | Method and apparatus for detection of mechanical defects in an ingot piece composed of semiconductor material |
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| CN111208200B (zh) * | 2020-02-28 | 2020-10-20 | 北京理工大学 | 一种Ti-Al系合金药型罩组织一致性检测装置和检测方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4826172A (ja) * | 1971-08-06 | 1973-04-05 | ||
| JPS577685A (en) * | 1980-05-12 | 1982-01-14 | Rca Corp | Demagnetizing circuit |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| US2912853A (en) * | 1955-04-18 | 1959-11-17 | Gen Motors Corp | Ultrasonic transmission testing method |
| US3024644A (en) * | 1957-01-16 | 1962-03-13 | Univ Illinois | Ultrasonic microscope |
| US3774717A (en) * | 1971-12-27 | 1973-11-27 | Univ Leland Stanford Junior | Method of and apparatus for particle detection and identification |
-
1975
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-
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- 1983-11-26 JP JP58223058A patent/JPS59160754A/ja active Pending
- 1983-12-24 JP JP58243131A patent/JPS6035255A/ja active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4826172A (ja) * | 1971-08-06 | 1973-04-05 | ||
| JPS577685A (en) * | 1980-05-12 | 1982-01-14 | Rca Corp | Demagnetizing circuit |
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