JPS61223551A - 超音波顕微鏡 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波顕微鏡に係り、特に走査型において高
い精度の観察を行なうのに好適な超音波顕微鏡に関する
ものである。

〔発明の背景〕

超音波顕微鏡の概略を第７図によって説明する。

近年、Ｉ　ＧＨｚに及ぶ超高周波の音波の発生及び検出
が可能となり、水中で約１μｍの音波長が実現でき、紗
超音波を用いて高い分解能を有する４ｆｌＩ像装置が可
能となってきた。ＩＥ７図において超音波の集束及び送
受は音波レンズ１により行なっている。該音波レンズ１
の構造は、円柱状の溶融石英等を用いた物質の一面を光
学研磨し、該面の上に上下の電ｆ！３によってはさみサ
ンドウィッチ構造とした該圧電薄膜（例えばＺ　ｎ　Ｏ
）２を設けた構成となっている。この圧電ｎ膜２にパル
ス発振器４によって発信したパルス５を印加して超音波
６を発生させている。また、ｆｔ波レンズ１の他端部に
は口径０．１１１１ｆｆｌψ〜１０ｆｆｌｌｌｌψ程度
の凹面の半球穴が形収されている。該半球穴と試料７と
の間には、超音波６を該試料７に伝播させるための媒質
（例えば水）　８が満たされている。

このような構成において、圧？ｔＭ１！２によって発生
した超音波６は音波レンズ１内を平面波となって伝播す
る。該平面波が半球穴に達すると、該音波レンズ１を成
す石英と媒質８である水との伝播する音速の差により屈
折作用が生じ、試料７の上面に築束した超音波６を照射
することができる。

逆に試料７から反射されて（る超音波は、音波レンズ１
により集音整相され、平面波となって圧電薄膜２に達シ
７．ここで高周波信号（以下ＲＦ倍信号いう）９に変換
される。二のＲＰ信号９を受信ＭｌＯで９信しダイオー
ド検波してビデオ信号１１に変換して表示装置校の入力
信号として用いている。

二のようにして試料７からの反射超音波を得ているが、
試料７を前記作用と同時に試料台駆動部１３によってＸ
−Ｙ平面内で２次元的に走査させ、該試料７の所定範囲
における状態を表示装置１２に表示する構成とな、てい
る。

ところで前述のような超音波顕微鏡に用いられる音波は
、高分解能を得るために１００ＭＨ８〜ＩＧＨｚという
超高周波とする。したがって該音波の波長が極めて短く
なるため試料７の上面がわずかに傾斜していでも、該傾
斜による変位のλ／２毎番こ音波が干渉し、麦示装置鴛
の画面に前記干渉による干渉縞が発注する。このため、
該干渉縞によって有効な観察が行なえないという問題が
あった。

この問題は、例えば、試料７の形状を変更したり。

あるいは第８図に示すように他の部材であるブロック１
５に接着する等の対策により解決可能であるが、しかし
、この場合、作業能率が非常に悪いという不具合いが生
じる。

そこで、試料台上に圧電素子等を複数設置し。

該複数の圧電素子を操作して前記干渉縞をな（す方向に
試料を傾斜させる構成が特開昭５８−１５１５２号公報
に開示されている。しかし、該構成においては試行錯誤
により画像を形成してその画像な操作者が確認しながら
複数の圧電素子を操作しなければならず、その操作が煩
雑であるという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、試料の傾斜制御を自動的に行ない！＆
適な試着の保持状態で観察を行なう二とができるととも
に焦点合わせも行う二とができる超音波顕微鏡を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は音波レンズから受信器を介して得られたビデオ
信号の便化量が試料の傾斜度合によって増減することに
着目しなされたもので、試料の２次元走査方向すなわち
ＸあるいはＹ方向においてまず基準となる位置のビデオ
信号変化量を演算するとともに最大輝度点を求めるか、
若しくは任意の位置を最大輝度点となるように焦点合わ
せなした後、その位Ｓを中心に試料をある方向へ傾斜さ
せた後、前記と同様なビデオ信号変化量を演算するとと
もに前記ビデオ信号変化量とを比較して、その結果が最
少となる方向に試料を傾斜させる構成としたものである
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を１ｌｒ１図〜第６図により説
明する。尚、第１図〜ＩＩＳ図で、第７図と同一符号は
同一部材を示すものである。１４　ａは試料台１４上に
圧電素子１７　ａ　、　１７　ｂ　、　１８　ａ　、　
１８　ｂを介して支持される試料傾斜台である。なお、
圧電素子１７　ａ　、　１７　ｂ　、　１８　ａ　、　
１８　ｂは印加する電圧によってその軸方向への伸縮量
が変化するものであり、第ビデオ信号と試料台駆動部１
３からの走査位Ｕデータを入口とし最大輝度点を求めそ
の点を基準にして圧電素子１７　ａ　、　　１７　ｂ　
、　１８　ｇ　、　１８　ｂのＺ軸方向の伸縮量−制御
を行なう試料傾斜制御器である。該試料傾斜制御器１６
の詳細は第５図にふすように、前記ビデオ信号と走査位
置データの突き合わせを行なうとともに記憶する画像メ
モリ１６　ｍと該画像メモ１１６　ｍにおける最大輝度
点を求める演算器１６　ｂとその点を圧電素子１７　ａ
　、　１７　ｂ　、　１８　ａ　、　１８　ｂの伸縮量
制御の基準位置に設定する１６　ｃとＸ方向及びＹ方向
におけるビデオ信号の変化量絶対値の総和を演算するビ
デオ信号変化量演算器１６　ｄと、＃ビデオ信号質化量
値算器１６　ｄからの演算結果を入力として各演算結果
間の差を判定する比較判定器１６ｅと、該比較判定器１
６　ｅからの判定結果によって圧゛屯素子１７　ａ　、
　１７　ｂ　、　１８　ａ　、　１８　ｂ　ヘの印加電
、圧を制御する指令ｖ制御器１６　ｆとから成っている
。

このような構成において、先ず試料７を試料傾斜台１４
　ａ上にセットし、試料傾斜制御器１６を作動させる音
妨レンズ１の焦点距吋ｌを音波レンズｌをＺ方向に移動
させながら撮像して求めてい（と。

走査範囲Ｓで合焦すなわち最大輝度点がＡ点に表われる
。しかし、最大輝度かどうかの判定は、Ｊ！に２下方に
音波レンズ１を移動させて行なわれ。

例えば下方に△ｌだけ移動したとすると、最大輝度点Ａ
はＡ′に移行する。この人を合焦位置として試料傾斜の
基準とし圧電素子１７　ａとＡ′点とのＸ軸方向の寸法
（ｘ１寸法）とＡ点と圧電素子１７　ｂとのＸ軸方向の
寸法（ｘ１寸法）　との比で圧電素子１７ａ。

１７　ｂのＺ軸方向の伸縮量を制御する。試料傾斜台１
４　ａとＡ点の位置関係はＸ軸方向での試料傾斜台１４
　ａの中心位ｉＣ点、Ａ点との差△Ｘを求めて決定する
等容易に行なえる。二の時点で受信器１０からのビデオ
記号と試料台駆動Ｓｔａからの走査位置データとが突き
合わされ画像メモリ１６　ａにｌ！ｅ！されているので
腋１ｉｌｉｉ像メモリ１６　ａ内のビテ゛オ信号の各点
間における変化量絶対値の総和Ｘ１をステップＳ８でビ
デオ信号変化量演算器１６　ｄにより求める。

その結果を比較器ＩＧ　ｅに送り、そこで肢位を記憶す
るとともに指令制御器１６　ｆによってステ、プＳ。

の試料傾斜台１４　ａを傾ける動作を行なう。そしてこ
の状態で前記と同一部分の撮像を行ない、そのビデオ信
号及び走査位置データを画像メモリ１６　ｇに記憶する
。この状態でステップＳ３の画像メモリ１６　ａ内のビ
デオ信号の各点間における変化量絶対値の総和Ｘ２を求
め、比較器１６　ｅに出力する。腋比較器１６　ｅでは
ステップＳ４に示すように前記値Ｘ返Ｘｇの比較判定を
行なって、その結果を指令制御器１６４に出力する。訪
指令制御器１６　ｆでは＼≧Ｘ２の場合、ステップＳｓ
に示すように前回傾けた方向と同じ方向すなわち前記ス
テップＳ、で試料傾斜台１４麿を傾けた方向にさらに傾
けるように圧電素子１７ａ、１７ｂＯＺ軸方向の伸縮量
を制御する。この状態で前記と同一部分の撮像を行ない
、ビデオ信号及び定査位ぼデータなＵＭ像メモ！７１６
ｍに記憶する。

そしてステップＳ６のビデオ信号変化量演算器１６　ｂ
によるビデオ信号の各点における変化量絶対値の総和Ｘ
３を求め、比較器１６　ｅに出力する。該比較器１６　
ｅではステップＸ３の前記値ＸとＸの比較判定を行ない
、その結果を指令制御器１６　ｆに出力する。

該指令制御器１６　ｆにおいてはＸ２〉Ｘ３の場合にス
テップＳｓの前に戻して該ステップＳ、以下の動作を実
行させる。またＸ２≦父３の場合にはステップＳ、に示
すように前回の試例傾斜台１４　ａの傾斜量すなわちス
テップＳで傾けた傾斜量分だけ元の状態に戻して動作を
完了する。次に前記ステップＳ４における判定結果が＼
〈Ｘ２の場合、指令制御器１６　ｆはステップＳ、に示
すようにステップちで試料傾斜台１４　ａを傾けるよう
に圧電素子１７ａ、１７ｂＯＺ軸方向の伸縮量を制御す
る。そして前記同一部分の撮像を行ないビデオ信号と走
査位置データを画像メモリ１６　ａに記憶させる。この
状態で前記ステップＳ・と同様にビデオ信号変化量演算
ｆｉ１６ｄによる各点間におけるビデオ４３号変化量絶
対値の総和Ｘｓを求めて比較器１６　ｅへ出力する。該
比較器１６　ｅでは前記ステップＳと同様に前記４ＩＬ
ＸとＸの比較判定を行ない、指令１！ＩＩＩ御ｆｉ１６
ｆに出力する。これ以後の作動については前記ステツブ
シ以後の動作と同じであるが、ステップ５Ｊ））らの動
作においてはステップ８．＆こ似はスせ虹紅偲勘１４コ
ルｍｌけス嘴内ｈｉ　Ｉｆ　７テブブＳ、と同じ方向す
なわちステップＳ２における傾斜方向の逆に傾けること
となる。

なお、前記記述においては２次元の１方向（Ｘ軸方向）
にのみについで説明したが、Ｈ記動作を２次元平面内の
直交する２方向ｃＸ軸方向、Ｘ軸方向）について行なう
ものである。

このような構成によれば試料７からの一走査方向におけ
る反射エコーすなわち受信器１０を介して得られるビデ
オ信号の各点間における変化量を最少にすることができ
、試料７を音波レンズ１との相対約定・音締に対して平
行に位置させることができる。したがって精ツの高い観
察が行なえると同時に最大輝度点である合焦位置を基準
としたので焦点合わせも完了している。

また試料７を試料傾斜台１４　ａ上にセヴトし、前記演
算制御を実行させる指令を与えるだ１ヤで該試料フな自
動的に最適観察状態に位置させることができ、その操作
は非常に筒車である。

なお、上記一実施例においては先ず最大輝度点を求めた
が、この他に試料の任意の位〃を設定して２次元走査せ
ずに音波レンズと試料間の距離なＺ方向に斐化させ一度
テンタを比幀して最大輝度を求めて焦点合わした徒に、
更６図のフローチャートを）ｒ−実施例での場合と一様
に実行させることで、同様な制御を行なうこともできる
。従って第３図に示すように試料傾斜台１４　ａの中心
位ｊＣＡを傾斜の中心とした場合、任意の位１１は。

傾斜完了俊△Ａずれた位「となり１葉潰壓離も△Ｉ！ｏ
ずれ、実際の観察では任意の点に戻すことはかなりめ人
どうな作ｔであり贅率が悪くなることを肪止できる。

なお、以上の実施例においては、試料の傾斜状部な使え
る手段とした圧電素子な片いたが、本発明はこれに限定
されず、超音波の周波数が低い場合あるいは試料の傾斜
角度が大きい場合などにはねじ機構等を用いてもよ曵、
それらを併用しても同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、試料の傾斜制御な自動
的に行ない最適な試料の保持状襲で観察を行なうことが
できるとともに焦点合わせも行ならことができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による超音波顕微鏡の一実施例を示す
試料傾斜台近傍の正面図、第２図は、第１図のアーア視
平面図、第３図は試料の傾斜制御解析図、′＠４図は、
試料の傾斜制、御に係る部分の構成図、！Ｊ５図は、第
４図の試料傾斜制御器の構成図、！Ｊ６図は、試料の傾
斜制御の状況を示すフローチャート、１３７図は、従来
の超音波顕微鏡の構成図、ＩＪ８図は、従来の試料支持
例を示す断面図である。 １・・・・・・音波レンズ、４・・・・・・パルス発信
器、１０・・・・・・受信器、１２・・・・・・表示Ｖ
ｐｗ、１３・・・・・・試料台駆動部。 １４　ａ・・・・・・試料傾斜台、１６・・・・・・試
料傾斜制御器、１７オｌ凶 第４図 オ６図 オフ図 才δ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、音波レンズの焦点近傍に置かれた試料からのじょう
   乱音波により該試料を撮像する超音波顕微鏡において、
   前記試料を任意な方向に傾斜させ得る試料傾斜手段と、
   撮像情報を演算して最大輝度点を求め該最大輝度点の位
   置を中心に前記試料の傾きを最少にする方向へ前記試料
   傾斜手段を制御する試料制御器とを具備したことを特徴
   とする超音波顕微鏡。