JPS59188551A - Ultrasonic microscope - Google Patents

Ultrasonic microscope

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JPS59188551A
JPS59188551A JP58062141A JP6214183A JPS59188551A JP S59188551 A JPS59188551 A JP S59188551A JP 58062141 A JP58062141 A JP 58062141A JP 6214183 A JP6214183 A JP 6214183A JP S59188551 A JPS59188551 A JP S59188551A
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JP
Japan
Prior art keywords
conductive material
case
sound wave
lower electrode
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP58062141A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Ishikawa
潔 石川
Hiroshi Kanda
浩 神田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58062141A priority Critical patent/JPS59188551A/en
Publication of JPS59188551A publication Critical patent/JPS59188551A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/06Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To impress voltages to an upper and a lower electrode securely from the outside of a case by providing a terminal part which has the outer circumferential part made of insulating material and the center part made of conductive material, a ring made of conductive material provided to the circumference of a sound wave propagation medium, etc. CONSTITUTION:An ultrasonic microscope has the terminal part which has the outer circumference made of the insulator 18 and the conductive material 20 fitted only in the center part while a bellows 19 is fitted to the conductive material 20, and this terminal part is inserted into the case 16. The sound wave propagation medium is provided with a spherical lens (sound wave lens); its outer circumference is conductive and has the metallic ring 19 with large rigidity pressed in and the end surface is fixed in level with the top surface of the spherical lens 1. Consequently, voltages are impressed to the upper and lower electrodes securely from the outside of the case to improve the reliability of the device.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は超音波顕微鏡に関し、特に超音波顕微鏡の圧電
薄膜部の構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an ultrasonic microscope, and particularly to the structure of a piezoelectric thin film portion of an ultrasonic microscope.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

近年IGH2に及ぶ超高周波の音波を発生し、これを検
出することが可能になったため、水中で約1μmの音波
長が実現できることになり、その結果、高い分解能の音
波撮像装置が得られるようになった。すなわち、凹面レ
ンズを用いて集束音波ビームを作り、1μmに及ぶ高い
分解能を実現する。このビーム中に試料を挿入して、試
料からの反射超音波全検出することにより、試料の微細
領域の弾性的性質を解明する。また、試料を機械的に2
次元に走査しながら、この信号の強度をCRTディスプ
レイの輝度信号として表示すれば、試料の微細構造を拡
大して観測できる。
In recent years, it has become possible to generate and detect ultra-high frequency sound waves up to IGH2, making it possible to achieve sound wavelengths of approximately 1 μm underwater, and as a result, it has become possible to obtain high-resolution sonic imaging devices. became. That is, a concave lens is used to create a focused sound wave beam, achieving a high resolution of 1 μm. By inserting a sample into this beam and detecting all of the reflected ultrasonic waves from the sample, the elastic properties of minute regions of the sample are elucidated. In addition, the sample can be mechanically
By displaying the intensity of this signal as a brightness signal on a CRT display while scanning in different dimensions, it is possible to enlarge and observe the fine structure of the sample.

第1図は、従来の超音波顕微鏡の主要部を示す図である
FIG. 1 is a diagram showing the main parts of a conventional ultrasound microscope.

超音波の集束と送受は、球面レンズ1により行っている
が、その構造は円柱状の熔融石英等を用いた物質の一面
を光学研磨し、その上に圧電薄膜(ZnO)2を上下各
電極3により挾んでサンドウィッチ構造とする。この圧
電薄膜2に、パルス発振器4から発生されたパルス5を
印加して、超音波6を発生させる。また、球面レンズ1
の他端部は、口径0.1 ranφ〜1.0 mmφ程
度の凹面状の半球穴が形成され、この半球穴と試料7と
の間には、超音波6を試料7に伝搬させるための媒体(
例えば水)8が満たされている。圧電薄膜2によって発
生した超音波6は、円柱の中を平面波となって伝播する
。この平面波が半球穴に達すると、石英(音速6ooo
m/s )と水(音速1500m/s)との音速の差に
より屈折作用が生じ、集束した超音波6を試料7面上に
照射することができる。逆に試料7から反射されてくる
超音波は、球面レンズ1により集音整相され、平面波と
なって圧電薄膜2に達し、ここで高周波(几F)信号9
に変換される。この高周波信号9を受信器10で受信し
、ここでダイオード検波してビデオ信号11に変換し、
CRTディスプレイ12の入力信号となる。
The focusing, transmission and reception of ultrasonic waves is performed by a spherical lens 1, whose structure is made by optically polishing one side of a material made of cylindrical fused silica, etc., and piezoelectric thin film (ZnO) 2 is placed on top and bottom of each electrode. 3 to make a sandwich structure. A pulse 5 generated from a pulse oscillator 4 is applied to this piezoelectric thin film 2 to generate an ultrasonic wave 6. In addition, spherical lens 1
A concave hemispherical hole with a diameter of about 0.1 ranφ to 1.0 mmφ is formed at the other end, and a hole for propagating the ultrasonic waves 6 to the sample 7 is provided between the hemispherical hole and the sample 7. Medium (
For example, water) 8 is satisfied. The ultrasonic waves 6 generated by the piezoelectric thin film 2 propagate in the cylinder as plane waves. When this plane wave reaches the hemispherical hole, quartz (sound velocity 6 ooo)
A refraction effect occurs due to the difference in sound speed between water (sound speed: 1500 m/s) and water (sound speed: 1500 m/s), and focused ultrasonic waves 6 can be irradiated onto the surface of the sample 7. Conversely, the ultrasonic wave reflected from the sample 7 is collected and phased by the spherical lens 1, becomes a plane wave, and reaches the piezoelectric thin film 2, where it is converted into a high frequency (F) signal 9.
is converted to This high frequency signal 9 is received by a receiver 10, where it is diode-detected and converted into a video signal 11.
This becomes an input signal for the CRT display 12.

このように構成された装置において、試料7が試料駆動
電源13によりX−Y平面内で2次元に走査されると、
試料7の走査にともなう試料面からの反射の強弱が2次
元的にCRTディスプレイ面12に表示される。
In the apparatus configured in this way, when the sample 7 is scanned two-dimensionally within the X-Y plane by the sample drive power source 13,
The intensity of reflection from the sample surface as the sample 7 is scanned is displayed two-dimensionally on the CRT display surface 12.

一般に、超音波は、物体の表面で一部は反射するが、か
なりの部分は物体が光学的に透明か否かに関係なく、そ
の中に入っていき、物体内部に存在する硬さや、密度、
粘性の違いや欠陥等を反映したエコーとなって返ってく
る。超音波顕微鏡は、この性質を利用して、試料7の内
部の様相を検出するのである。
In general, some ultrasound waves are reflected by the surface of an object, but a significant portion of the ultrasound waves enters the object, regardless of whether the object is optically transparent or not. ,
It returns as an echo reflecting differences in viscosity, defects, etc. The ultrasonic microscope utilizes this property to detect the internal aspects of the sample 7.

次に、第2図により超音波顕微鏡の圧電薄膜部を詳細に
説明する。第2図(a)は従来技術の圧電薄膜部の縦断
面、第2図(b)は第2図(a)を矢印方向から見た平
面図である。
Next, the piezoelectric thin film portion of the ultrasonic microscope will be explained in detail with reference to FIG. FIG. 2(a) is a longitudinal section of a piezoelectric thin film portion of the prior art, and FIG. 2(b) is a plan view of FIG. 2(a) viewed from the direction of the arrow.

球面レンズ1の上に形成された下部電極3′にはリード
線14が取付けられ、ケース16と接続されている。さ
らに、このケース16は接地されている。この下部電極
3′の上面には圧電薄膜(ZnO)2が所定の厚さにス
パッタリング形成されており、さらにその上面には上部
電極3“が蒸着されている。外周が絶縁材18からなり
中心部分にのみ導電材20を配した端子部はケース16
に挿入されており、端子部の導電材20と上部電極3“
とはリード線15で接続されている。
A lead wire 14 is attached to a lower electrode 3' formed on the spherical lens 1 and connected to a case 16. Furthermore, this case 16 is grounded. A piezoelectric thin film (ZnO) 2 is sputtered to a predetermined thickness on the upper surface of this lower electrode 3', and an upper electrode 3'' is further deposited on the upper surface.The outer periphery is made of an insulating material 18, and the center The terminal part where the conductive material 20 is arranged only in the case 16
The conductive material 20 of the terminal part and the upper electrode 3"
and is connected by a lead wire 15.

このリード線15と下部電極に設けられたリード線14
との間にパルス電圧を印加すると、間に挾まれた圧電薄
膜2は超音波を発生し、超音波顕微鏡として機能する。
This lead wire 15 and the lead wire 14 provided on the lower electrode
When a pulse voltage is applied between them, the piezoelectric thin film 2 sandwiched between them generates ultrasonic waves and functions as an ultrasonic microscope.

しかしながら、上記したような従来技術の構造では、下
部電極3′および上部電極3“にそれぞれリード線14
.15を取付ける作業が必須不可欠であるが、リード線
14.15は球面レンズ1゜ケース16.および端子部
で形成される閉空間に付取けられるため、リード線14
.15を確実に取付けることは大変困難であり、装置の
信頼性に欠けるという欠点がある。
However, in the conventional structure described above, the lead wires 14 are connected to the lower electrode 3' and the upper electrode 3'', respectively.
.. 15 is essential, but the lead wires 14.15 are attached to the spherical lens 1° case 16. Since the lead wire 14 is attached to the closed space formed by the
.. 15 is very difficult to securely attach, and the device has the drawback of lacking reliability.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、このような問題を解決するため、ケー
ス内部に形成された上下各電極にケース外部から確実に
電圧を印加することのできる超音波顕微鏡を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve such problems, an object of the present invention is to provide an ultrasonic microscope that can reliably apply voltage from outside the case to upper and lower electrodes formed inside the case.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するため、本発明の超音波顕微鏡は、下
部電極と上部電極とにより挾まれた圧電薄膜が音波レン
ズの上に形成され、前記音波レンズと、外周部が絶縁材
、その中心部が導電材で形成された端子部とが導電材よ
り成るケースに組み込まれた構造を有する超音波顕微鏡
の圧電薄膜部において、前記音波レンズの周囲に導電材
よりなるリングを、前記端子部の中心部と前記上部電極
との間にベローズをそれぞれ設け、前記リングと接続す
るように前記下部電極を形成することにより、前記下部
電極と前記上位電極との間にパルス電圧を印加できるよ
うにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the ultrasonic microscope of the present invention includes a piezoelectric thin film sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, formed on a sonic lens; In a piezoelectric thin film part of an ultrasonic microscope having a structure in which a terminal part formed of a conductive material and a case made of a conductive material are assembled, a ring made of a conductive material is placed around the sonic lens, and a ring made of a conductive material is placed at the center of the terminal part. A pulse voltage can be applied between the lower electrode and the upper electrode by providing bellows between the lower electrode and the upper electrode, and forming the lower electrode so as to be connected to the ring. It is characterized by

〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。[Embodiments of the invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第3図は本発明の一実施例に係る圧電薄膜部を説明する
ための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a piezoelectric thin film section according to an embodiment of the present invention.

所定の形状に加工した球面レンズ1の外周に、第3図(
a)に示すように導電性、があり剛性の強い、例えば金
属性のリング17を圧入し、その端面が、球面レンズ1
の上面と同一になるように固定されている。この状態で
球面レンズ1の上面全体に下部電極3′を蒸着すると、
第3図(b)に示すようにリング17の上面にも下部電
極3′の物質が蒸着され両者は確実に接続する。さらに
、この上面には圧電薄膜(ZnO)2が直径dlの範囲
にのみ所定の厚さにスパッタリング形成されている。圧
電薄膜(ZnO)2の直径dlは、球面レンズ1の音波
伝播用半球穴の口径よりも大きくする。
The outer periphery of the spherical lens 1 processed into a predetermined shape is marked with
As shown in a), a conductive and highly rigid ring 17 made of metal, for example, is press-fitted, and its end surface is shaped like the spherical lens 1.
It is fixed so that it is flush with the top surface of. When the lower electrode 3' is deposited on the entire upper surface of the spherical lens 1 in this state,
As shown in FIG. 3(b), the material of the lower electrode 3' is also deposited on the upper surface of the ring 17, and the two are securely connected. Further, on this upper surface, a piezoelectric thin film (ZnO) 2 is formed by sputtering to a predetermined thickness only within the diameter dl. The diameter dl of the piezoelectric thin film (ZnO) 2 is made larger than the diameter of the hemispherical hole of the spherical lens 1 for propagating sound waves.

圧電薄膜(ZnO)2の上には、上部電極3“が直径d
2の寸法で蒸着されている。上部電極3“の直径d2は
、音波伝播用半球穴にのみ音波が伝わるようにするため
、音波伝播用半球穴の口径と等しくする。
On the piezoelectric thin film (ZnO) 2, there is an upper electrode 3'' with a diameter d.
It is deposited with dimensions of 2. The diameter d2 of the upper electrode 3'' is made equal to the diameter of the hemispherical hole for sound wave propagation so that the sound wave is transmitted only to the hemispherical hole for sound wave propagation.

第4図は本発明の一実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

第3図(C)に示した圧電薄膜部はケース16に組み込
まれているが、この組み込み時に、剛性の強いリング1
7が剛性の弱い下部電極3′を保護するため、下部電極
3′はケース16と確実に接続される。ケース16は金
属で加工され、接地されているため、ケース16に圧電
薄膜部が組み込まれた状態では、下部電極3′とリング
17とケース16とは電気的に導通状態となり、下部電
極3′は容易に接地することが可能である。さらに前述
した下部電極3′を蒸着する工程は、従来技術において
も必須の工程であり、本実施例ではその蒸着範囲を拡大
することのみで確実に下部電極3′を接地することがで
きるので、工数を減らすこともできる。
The piezoelectric thin film part shown in FIG. 3(C) is assembled into the case 16, and when it is assembled,
7 protects the lower electrode 3', which has low rigidity, so that the lower electrode 3' is reliably connected to the case 16. Since the case 16 is made of metal and grounded, when the piezoelectric thin film portion is assembled in the case 16, the lower electrode 3', the ring 17, and the case 16 are electrically connected, and the lower electrode 3' can be easily grounded. Furthermore, the step of vapor depositing the lower electrode 3' mentioned above is an essential step in the prior art, and in this embodiment, the lower electrode 3' can be reliably grounded simply by expanding the vapor deposition range. It can also reduce man-hours.

外周が絶縁物18から成り中心部にのみ導電材20がは
め込まれ、その導電材20にベローズ19が取付けられ
た端子部はケース16の内部に挿入されている。本実施
例においては絶縁物18としてベークライトを、導電材
20としてステンレスを用いた。ベローズ19の先端部
は上部電極3“に接触している。この接触圧は任意に設
定できる。このため、上部電極3″と端子部の導電材2
0とは電気的に確実に接続することができる。
The outer periphery is made of an insulator 18, a conductive material 20 is fitted only in the center, and a terminal portion with a bellows 19 attached to the conductive material 20 is inserted into the case 16. In this embodiment, Bakelite was used as the insulator 18 and stainless steel was used as the conductive material 20. The tip of the bellows 19 is in contact with the upper electrode 3''. This contact pressure can be set arbitrarily.
0 can be electrically connected reliably.

さらに、端子部をケース16に組み込む作業は簡単であ
り、この簡単な作業により上部電極3“にパルス電圧を
印加できるような構成が実現でき、従来取付困難とされ
た上部電極のリード線15(第2図(a)参照)を省略
できる。
Furthermore, the work of assembling the terminal part into the case 16 is easy, and this simple work makes it possible to realize a configuration in which a pulse voltage can be applied to the upper electrode 3''. (see FIG. 2(a)) can be omitted.

このような構造の圧電薄膜部において、導電材20とケ
ース16との間に高圧パルスを印加すると、圧電薄膜(
ZnO)2は良好に厚み振動を行うことが可能となる。
In the piezoelectric thin film portion having such a structure, when a high voltage pulse is applied between the conductive material 20 and the case 16, the piezoelectric thin film (
ZnO)2 can perform thickness vibration favorably.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、ケース内部に形
成された上下各電極にケース外部から確実に電圧を印加
することができ、装置の信頼性を高めることができる。
As described above, according to the present invention, voltage can be reliably applied from outside the case to the upper and lower electrodes formed inside the case, and the reliability of the device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は超音波顕微鏡の構成概要を示す図、第2図は従
来の超音波顕微鏡の圧電薄膜部を示す図、第3図は本発
明の一実施例に係る圧電薄膜部を説明するだめの図、第
4図は本発明の一実施例を示す図である。 1・・・球面レンズ、2・・・圧電薄膜、3′・・・下
部電極、3“・・・上部電極、16・・・ケース、17
・・・リング、18・・・絶縁材、19・・・ベローズ
、2o・・・導電材。 第 1 図 ( ′$2 図 (久) 第 3 図 tθ)
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of an ultrasound microscope, FIG. 2 is a diagram showing a piezoelectric thin film section of a conventional ultrasound microscope, and FIG. 3 is a diagram showing a piezoelectric thin film section according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Spherical lens, 2... Piezoelectric thin film, 3'... Lower electrode, 3''... Upper electrode, 16... Case, 17
... Ring, 18 ... Insulating material, 19 ... Bellows, 2o ... Conductive material. Figure 1 ('$2 Figure (ku) Figure 3 tθ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ■、上部電極と下部電極とが形成された圧電体がその一
端に設けられ、他端には所定焦点を有する音波レンズが
設けられた音波伝搬媒体を具備し、上記焦点近傍に設け
られた所定試料からのしよう乱音波により上記試料を撮
影する超音波顕微鏡において、外周部が絶縁材かつ中心
部が導電材で形成された端子部と、上記音波伝搬媒体の
周囲に設けられた導電材からなるリングと、上記導電材
と上部電極との間に設けられたベローズとを具え、上記
下部電極が上記リングと接続されていることを特徴とす
る超音波顕微鏡。
(2) A piezoelectric body on which an upper electrode and a lower electrode are formed is provided at one end, and a sound wave propagation medium is provided at the other end with a sound wave lens having a predetermined focal point, and a An ultrasonic microscope that images the sample using a disturbance sound wave emitted from the sample, consisting of a terminal portion whose outer periphery is made of an insulating material and whose center portion is made of a conductive material, and a conductive material provided around the sound wave propagation medium. An ultrasonic microscope comprising a ring and a bellows provided between the conductive material and an upper electrode, the lower electrode being connected to the ring.
JP58062141A 1983-04-11 1983-04-11 Ultrasonic microscope Pending JPS59188551A (en)

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