JPS61250551A - 走査型音響顕微鏡 - Google Patents
走査型音響顕微鏡Info
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- JPS61250551A JPS61250551A JP61032062A JP3206286A JPS61250551A JP S61250551 A JPS61250551 A JP S61250551A JP 61032062 A JP61032062 A JP 61032062A JP 3206286 A JP3206286 A JP 3206286A JP S61250551 A JPS61250551 A JP S61250551A
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- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
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- G01H3/12—Amplitude; Power by electric means
- G01H3/125—Amplitude; Power by electric means for representing acoustic field distribution
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- 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
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- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
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- G—PHYSICS
- 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
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
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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】
Ａ、産業上の利用分野
本発明は、音響エネルギ・ビームを使って、光学顕微鏡
の分解能に匹敵するかまたはそれ以上の分解能で、試料
のある侵入深さまでの表面領域に関する情報が得られる
走査型音響顕微鏡に関するものである。
の分解能に匹敵するかまたはそれ以上の分解能で、試料
のある侵入深さまでの表面領域に関する情報が得られる
走査型音響顕微鏡に関するものである。
Ｂ、開示の概要
本発明の走査型音響顕微鏡は、音響伝播特性は異なるが
音響インピーダンスが一致する２つの材料区画（２，５
）からなる固体レンズ・ボデー（１）を含んでいる。上
記区画（２，５）の界面（３）に、レンズ（４）がその
焦点が一方の区画（５）の自由表面に形成された尖った
先端（７）の頂点（８）にくるように配置される。先端
（７）および調べようとする試料（１０）を吸収係数が
比較的大きな結合媒体（９）に浸たす、レンズ・ボデー
（１）は、その表面（６）上の先端（７）の反対側に、
平面音波を上記レンズ（４）と上記先端（７）を経て試
料（１０）上に送るための変換器（１１）を載荷してい
る０反射波と透過波を、それぞれレンズ・ボデー（１）
取り付けられた変換器（１１）および試料の裏側に配置
された変換器（２１）が受は取る。それらの出力信号を
適当に処理すると、試料（１０）の高分解能（ｌｏｎｌ
ｌ）の像を得ることができる。
音響インピーダンスが一致する２つの材料区画（２，５
）からなる固体レンズ・ボデー（１）を含んでいる。上
記区画（２，５）の界面（３）に、レンズ（４）がその
焦点が一方の区画（５）の自由表面に形成された尖った
先端（７）の頂点（８）にくるように配置される。先端
（７）および調べようとする試料（１０）を吸収係数が
比較的大きな結合媒体（９）に浸たす、レンズ・ボデー
（１）は、その表面（６）上の先端（７）の反対側に、
平面音波を上記レンズ（４）と上記先端（７）を経て試
料（１０）上に送るための変換器（１１）を載荷してい
る０反射波と透過波を、それぞれレンズ・ボデー（１）
取り付けられた変換器（１１）および試料の裏側に配置
された変換器（２１）が受は取る。それらの出力信号を
適当に処理すると、試料（１０）の高分解能（ｌｏｎｌ
ｌ）の像を得ることができる。
Ｃ０従来技術
走査型音響顕微鏡は、従来技術で知られている。
Ｓ、 ５ｏｋｏｌｏｖの［超音波顕微鏡Ｊ（”Ａｎ Ｕ
ｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”）、Ｄｏｋ
ｌ。Ａｋａｄ、 Ｎｏｕｋ、第６４巻（１９４９年）、
Ｐ、３３３〜３３５によって開示された初期の努力の後
に、最初の走査型音響顕微鏡が、Ｒ１＾、 Ｌｅ＋１ｏ
ｎｓおよびＣ，Ｆ、 Ｑｕａｔｅ、 ｒ機械走査による
音響顕微鏡技術Ｊ （”Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏ
ａｃｏｐｙｂｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃａｎ
ｎｉｎｇ”Ｌ Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ。
ｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”）、Ｄｏｋ
ｌ。Ａｋａｄ、 Ｎｏｕｋ、第６４巻（１９４９年）、
Ｐ、３３３〜３３５によって開示された初期の努力の後
に、最初の走査型音響顕微鏡が、Ｒ１＾、 Ｌｅ＋１ｏ
ｎｓおよびＣ，Ｆ、 Ｑｕａｔｅ、 ｒ機械走査による
音響顕微鏡技術Ｊ （”Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏ
ａｃｏｐｙｂｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃａｎ
ｎｉｎｇ”Ｌ Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ。
第２４巻（１９７４年）、Ｐ。１６３〜１６４によって
実現された。光ではなく音を利用する顕微鏡には、２つ
の主要な利点がある。第１に、音波と試料の相互作用で
得られた情報から像が形成され。
実現された。光ではなく音を利用する顕微鏡には、２つ
の主要な利点がある。第１に、音波と試料の相互作用で
得られた情報から像が形成され。
したがって、音響によって生成された像のコントラスト
は試料の力学的特性に関係するものとなる。
は試料の力学的特性に関係するものとなる。
実際に、光学顕微鏡では均一または不透明にみえる試料
が、音響顕微鏡で検査すると鋭いコントラストを示すこ
とができる。第２に結像システムの空間分解能は、照明
放射線の波長に依存する。光学顕微鏡では、最大の分解
能は緑色光で約０．３μ蕩である。音波の伝播速度は光
の速度よりもずっと小さく、シたがって匹敵する音響波
長を得るのに適度の音響周波数しか必要でないため、音
響顕微鏡は、光学顕微鏡の限界よりも５〜１０倍も高い
分解能をもつ可能性がある。
が、音響顕微鏡で検査すると鋭いコントラストを示すこ
とができる。第２に結像システムの空間分解能は、照明
放射線の波長に依存する。光学顕微鏡では、最大の分解
能は緑色光で約０．３μ蕩である。音波の伝播速度は光
の速度よりもずっと小さく、シたがって匹敵する音響波
長を得るのに適度の音響周波数しか必要でないため、音
響顕微鏡は、光学顕微鏡の限界よりも５〜１０倍も高い
分解能をもつ可能性がある。
通常の音響顕微鏡の原理と設計は、例えばＶ、 Ｊｉｐ
ｇｏｎとＣ，Ｆ、 Ｑｕａｔｅの「光学波長での音響顕
微鏡技術」（“Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｙ ａｔ ＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ”Ｌ
Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ Ｌａｔｔｅｒｓ、第３２巻（
１９７８年）、Ｐ、７８９〜７９１；Ｊ、Ｅ。
ｇｏｎとＣ，Ｆ、 Ｑｕａｔｅの「光学波長での音響顕
微鏡技術」（“Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｙ ａｔ ＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ”Ｌ
Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ Ｌａｔｔｅｒｓ、第３２巻（
１９７８年）、Ｐ、７８９〜７９１；Ｊ、Ｅ。
Ｈｓｉｓｅｒｍａｎの「低温音響顕微鏡技術：低温液体
を使用する超高分解能の研究」（“Ｃｒｙｏ（ｅｎｉｃ
Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｔ）ｅ
５ｅａｒｃｈ ｆｏｒ ＵｌｔｒａｈｉｇｈＲｅ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｌｌｓｉｎｇ Ｃｒｙｏｇａｎｉｃ
Ｌｉｇｕｉｄｓ” ）。
を使用する超高分解能の研究」（“Ｃｒｙｏ（ｅｎｉｃ
Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｔ）ｅ
５ｅａｒｃｈ ｆｏｒ ＵｌｔｒａｈｉｇｈＲｅ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｌｌｓｉｎｇ Ｃｒｙｏｇａｎｉｃ
Ｌｉｇｕｉｄｓ” ）。
Ｐｈｙｓｉｃａ 、第１０９＆１１０Ｂ巻（１９８２年
）。
）。
Ｐ、 １９７８〜１９８９ ；Ｄ、 Ａ、 ５ｉｎｃｌ
ａｉｒ、 １． Ｒ。
ａｉｒ、 １． Ｒ。
Ｓｍ１ｔｈとＨ，Ｋ、 Ｉｌｉｃｋｒａｍａｓｉｎｇｈ
ｅの「走査型音響顕微鏡技術の最近の進歩」（“Ｒｓｃ
ａｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎ Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇ ＡｃｏｕＳｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
”）、Ｔｈｅ Ｒａｄｉ。
ｅの「走査型音響顕微鏡技術の最近の進歩」（“Ｒｓｃ
ａｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎ Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇ ＡｃｏｕＳｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
”）、Ｔｈｅ Ｒａｄｉ。
ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ、第
５２巻（１９８２年）、第１０号、Ｐ、４７９〜４９３
などの文献で詳細に考察されている。
５２巻（１９８２年）、第１０号、Ｐ、４７９〜４９３
などの文献で詳細に考察されている。
簡単にいうと１通常の走査型音響顕微鏡では、試料は集
束された音響ビームに対してラスタ・パターン方式で点
毎におよび行毎に移動され−る。音響ビームは、圧電変
換器と向き合ったサファイア表面に切削形成された片面
球形レンズの軸に中心合わしてサファイア・ディスクの
裏面に取り付けられた圧電変換器によって生成される。
束された音響ビームに対してラスタ・パターン方式で点
毎におよび行毎に移動され−る。音響ビームは、圧電変
換器と向き合ったサファイア表面に切削形成された片面
球形レンズの軸に中心合わしてサファイア・ディスクの
裏面に取り付けられた圧電変換器によって生成される。
もちろん。
試料をレンズの焦点面中で移動させるが、この焦点面は
大部分の音響顕微鏡では厚さが四分の一波長の厚さの反
射防止ガラス層でコーティングされている。レンズと試
料が水などの液体中に浸される。サファイア中を通過し
た音響ビームは試料上に集束され、そこで反射されて圧
電変換器によって検出される０反射信号を入力信号と区
別するために電子サーキュレータが使われる。出力信号
を使って、ＣＲＴ表示装置の輝度が変調される０表示装
置のＸ軸とＹ軸は、試料走査と同期化されている。結合
液中の音波の波長は１μ−以下にするために、変換器は
ギガヘルツ領域の周波数で励振される。第２図は上記に
引用したいくつかの参考文献に発表されたものであるが
、先行技術による走査型音響顕微鏡の基本的コンポーネ
ントを示している。
大部分の音響顕微鏡では厚さが四分の一波長の厚さの反
射防止ガラス層でコーティングされている。レンズと試
料が水などの液体中に浸される。サファイア中を通過し
た音響ビームは試料上に集束され、そこで反射されて圧
電変換器によって検出される０反射信号を入力信号と区
別するために電子サーキュレータが使われる。出力信号
を使って、ＣＲＴ表示装置の輝度が変調される０表示装
置のＸ軸とＹ軸は、試料走査と同期化されている。結合
液中の音波の波長は１μ−以下にするために、変換器は
ギガヘルツ領域の周波数で励振される。第２図は上記に
引用したいくつかの参考文献に発表されたものであるが
、先行技術による走査型音響顕微鏡の基本的コンポーネ
ントを示している。
Ｄ１発明が解決しようとする問題点
り、 Ｊ、 Ｂ１５ｈｏｐとＲ，Ｃ，Ｄｙｎａｓの「ベ
ル研究所走査音響顕微鏡の説明」（“Ａ Ｄｅｓｃｒｉ
ｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅＢａｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏ
ｒｉｅｓ ５ｃａｎｎｅｄ ＡｃｏｕｓｔｉｃＭｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｅ”Ｌ Ｔｈａ Ｂａ１ｌ ５ｙｓｔ、 Ｔ
ａｃｈ、 Ｊｏｕｒｎ。
ル研究所走査音響顕微鏡の説明」（“Ａ Ｄｅｓｃｒｉ
ｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅＢａｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏ
ｒｉｅｓ ５ｃａｎｎｅｄ ＡｃｏｕｓｔｉｃＭｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｅ”Ｌ Ｔｈａ Ｂａ１ｌ ５ｙｓｔ、 Ｔ
ａｃｈ、 Ｊｏｕｒｎ。
第６１巻（１９８２年）、第９号、Ｐ、２１７４以下で
既に指摘されているように、音響顕微鏡の理論的分解能
は波長と比例し、したがって周波数を高くすると分解能
が高くなるはずである。しかしながら、水やその他の多
くの液体では、音響減衰率が周波数の２乗に比例するた
め１周波数を高くしても結合液中での出力損失が大幅に
増大するだけである。信号・雑音比を妥当なレベルに保
つには、３ＧＨｚのオーダの周波数が現在最適と考えら
れている。
既に指摘されているように、音響顕微鏡の理論的分解能
は波長と比例し、したがって周波数を高くすると分解能
が高くなるはずである。しかしながら、水やその他の多
くの液体では、音響減衰率が周波数の２乗に比例するた
め１周波数を高くしても結合液中での出力損失が大幅に
増大するだけである。信号・雑音比を妥当なレベルに保
つには、３ＧＨｚのオーダの周波数が現在最適と考えら
れている。
通常の音響顕微鏡の分解能は、また音響ビームの直径に
、すなわち使用するレンズの口径に関係する問題によっ
て制限されている０文献に報告されている最小のレンズ
口径は２０ｐ■（Ｓｉｎｃｌａｉｒ外、上掲文献、Ｐ。
、すなわち使用するレンズの口径に関係する問題によっ
て制限されている０文献に報告されている最小のレンズ
口径は２０ｐ■（Ｓｉｎｃｌａｉｒ外、上掲文献、Ｐ。
４９２）であり、レンズで実現できる分解能は、結合媒
体として４０ｂａｒのアルゴン・ガスを使ってＩＧＨｚ
で２２００■あると報告されている。
体として４０ｂａｒのアルゴン・ガスを使ってＩＧＨｚ
で２２００■あると報告されている。
明らかに、通常の音響顕微鏡では、アルゴンなどの単原
子気体を高圧で使用するか、または水の代りに液体ヘリ
ウムなどの低温液体を結合媒体として使用する（Ｈａｉ
ｓｅｒ■ａｎ、上掲文献）かしない限り、光学顕微鏡よ
りも高い分解能を実現することは不可能である。これら
の周囲条件は、分解能が向上するものの、限られた範囲
の試料しかかかる環境に適しないため、音響顕微鏡の用
途が制限される。
子気体を高圧で使用するか、または水の代りに液体ヘリ
ウムなどの低温液体を結合媒体として使用する（Ｈａｉ
ｓｅｒ■ａｎ、上掲文献）かしない限り、光学顕微鏡よ
りも高い分解能を実現することは不可能である。これら
の周囲条件は、分解能が向上するものの、限られた範囲
の試料しかかかる環境に適しないため、音響顕微鏡の用
途が制限される。
試料に対して難しい環境条件は課さずに妥当な信号・雑
音比でＬｏｎｅのオーダの分解能が得られる、新しい走
査型音響顕微鏡を提供することが、本発明の一目的であ
る。
音比でＬｏｎｅのオーダの分解能が得られる、新しい走
査型音響顕微鏡を提供することが、本発明の一目的であ
る。
Ｅ６問題点を解決するための手段
したがって、本発明では、検査しようとする試料を浸す
結合媒体と接する固体ボデー中に形成された音響レンズ
、上記の固体ボデー中で音波を生成または検出するため
の変換器１個、および試料を横切って上記レンズの焦点
面をラスタ走査するための手段を含み、上記の固体ボデ
ーが第１の音速をもつ第１の材料区画と上記の第１の音
速よりも低い第２の音速をもつ第２の材料区画から構成
され、かつ変換器が固体ボデーの上記第１区画の自由表
面に取り付けられ、かつ上記レンズが固体ボデーの上記
第１区画と第２区画の間の界面に形成され、上記レンズ
の焦点が上記第２区画の上記レンズと向き合った所に形
成された尖った先端にきて、上記先端が上記結合媒体に
浸され、上記試料に対してラスタ走査されるように適合
されていることを特徴とする、走査型音響顕微鏡を提案
する。
結合媒体と接する固体ボデー中に形成された音響レンズ
、上記の固体ボデー中で音波を生成または検出するため
の変換器１個、および試料を横切って上記レンズの焦点
面をラスタ走査するための手段を含み、上記の固体ボデ
ーが第１の音速をもつ第１の材料区画と上記の第１の音
速よりも低い第２の音速をもつ第２の材料区画から構成
され、かつ変換器が固体ボデーの上記第１区画の自由表
面に取り付けられ、かつ上記レンズが固体ボデーの上記
第１区画と第２区画の間の界面に形成され、上記レンズ
の焦点が上記第２区画の上記レンズと向き合った所に形
成された尖った先端にきて、上記先端が上記結合媒体に
浸され、上記試料に対してラスタ走査されるように適合
されていることを特徴とする、走査型音響顕微鏡を提案
する。
つぎに、添付の図面を参照しながら、本発明の実施例の
詳細について説明する。
詳細について説明する。
Ｆ、実施例
先に述べたように、第２図は、先行技術から知られる走
査型音響顕微鏡を概略的に示したものである。これは、
試料から反射される音波を使って表示画面に像を形成す
るにように設計されている。
査型音響顕微鏡を概略的に示したものである。これは、
試料から反射される音波を使って表示画面に像を形成す
るにように設計されている。
一定の条件下では、試料の下側に試料を通過する音響エ
ネルギを検出するための第２の変換器を設けて、試料を
透過方式で検査することが可能である。
ネルギを検出するための第２の変換器を設けて、試料を
透過方式で検査することが可能である。
通常の音響顕微鏡に付随する基本的な制限条件、すなわ
ちビーム直径の大きさおよび固体レンズ構造中と結合媒
体中の音波の速度比は、第１図に概略的に示した新奇な
設計では回避される。
ちビーム直径の大きさおよび固体レンズ構造中と結合媒
体中の音波の速度比は、第１図に概略的に示した新奇な
設計では回避される。
レンズ・ボデー１は、普通のサファイアなど比較的高い
音速をもつ第１の固体材料区画２からなっている。第１
区画２の下面３には、半径５０μｍ〜６００μｍの片面
レンズ４が嵌入されている。
音速をもつ第１の固体材料区画２からなっている。第１
区画２の下面３には、半径５０μｍ〜６００μｍの片面
レンズ４が嵌入されている。
下面３には１区画２の材料よりも低い音速をもつ第２の
固体材料区画５が取り付けられている０区画５の形は、
区画２のレンズ４を含む輪廓と継目なしに符合するよう
になっている。すなわち区画２と５の間にはレンズ４の
場所に隙間がない。
固体材料区画５が取り付けられている０区画５の形は、
区画２のレンズ４を含む輪廓と継目なしに符合するよう
になっている。すなわち区画２と５の間にはレンズ４の
場所に隙間がない。
区画５のレンズ４と反対側の面６には、尖った先端７が
設けられており、その縦軸がレンズ４の軸と中心合わせ
られている。レンズ４の形１区画５の厚さおよび先端７
の長さは、レンズ４の焦点が先端７の頂点８にくるよう
に設計されている。
設けられており、その縦軸がレンズ４の軸と中心合わせ
られている。レンズ４の形１区画５の厚さおよび先端７
の長さは、レンズ４の焦点が先端７の頂点８にくるよう
に設計されている。
頂点の所での先端の半径は、１０ｎ＋＊のオーダにすべ
きである。
きである。
レンズ・ホゾ−１の頂部には、圧電変換器１１が設けら
れている。これは、２枚の金フィルム１３と１４の間に
酸化亜鉛フィルム１２がスパッタされたものである。こ
の変換器は、電気整合回路１５を経てマイクロ波発生装
置１６に接続されている。この型式の変換器は、様々な
マイクロ波音響技術で、ときとして１０ＧＨｚをも超え
る周波数の電気パルスを音響平面波に変換するために広
く使用されている。この音響平面波がサファイア結晶２
中を通過して球面レンズ４に、さらに区画５の材料中を
通って先端７に進む。変換器１１は、また試料から反射
されて先端７とレンズ・ボデー１の区画５と２を通って
戻ってくる音波を検出するにも使用される。つぎに変換
器は音波をマイクロ波に変換する。入マイクロ波を変換
器へ送り。
れている。これは、２枚の金フィルム１３と１４の間に
酸化亜鉛フィルム１２がスパッタされたものである。こ
の変換器は、電気整合回路１５を経てマイクロ波発生装
置１６に接続されている。この型式の変換器は、様々な
マイクロ波音響技術で、ときとして１０ＧＨｚをも超え
る周波数の電気パルスを音響平面波に変換するために広
く使用されている。この音響平面波がサファイア結晶２
中を通過して球面レンズ４に、さらに区画５の材料中を
通って先端７に進む。変換器１１は、また試料から反射
されて先端７とレンズ・ボデー１の区画５と２を通って
戻ってくる音波を検出するにも使用される。つぎに変換
器は音波をマイクロ波に変換する。入マイクロ波を変換
器へ送り。
また出マイクロ波を表示のために区別するために。
サーキュレータ１７が必要である。走査コンバータ１８
は、ＸおよびＹ位置情報を変換器１１の整流出力パルス
と一緒に使って、ビデオ表示装置１９の画面にビデオ画
像を形成する。
は、ＸおよびＹ位置情報を変換器１１の整流出力パルス
と一緒に使って、ビデオ表示装置１９の画面にビデオ画
像を形成する。
音響顕微鏡を透過方式で動作させたい場合、先端７から
の音響力対は薄いポリエステル・フィルム２０上に載せ
た試料中を通過し、走査コンバータ１８に適当に接続さ
れた第２の変換器２１よって集められる。この場合、サ
ーキュレータ１７は不要である。
の音響力対は薄いポリエステル・フィルム２０上に載せ
た試料中を通過し、走査コンバータ１８に適当に接続さ
れた第２の変換器２１よって集められる。この場合、サ
ーキュレータ１７は不要である。
上記のように、レンズ・ボデー１の区画２は。
サファイア（Ａ１２０３）からなり、球面レンズ４がそ
の下面３に嵌入されている。区画２と隣接する区画５と
の間の界面での望ましくない反射を防止するため、サフ
ァイア中での音速とサファイアの密度の積は、区画５の
材料の音速とその密度の積とほぼ等しくなければならな
い、この条件は、区画５が鋼、ニッケル、銅、銀など普
通の金属の一つからなる場合に良い近似で満たされる。
の下面３に嵌入されている。区画２と隣接する区画５と
の間の界面での望ましくない反射を防止するため、サフ
ァイア中での音速とサファイアの密度の積は、区画５の
材料の音速とその密度の積とほぼ等しくなければならな
い、この条件は、区画５が鋼、ニッケル、銅、銀など普
通の金属の一つからなる場合に良い近似で満たされる。
もちろん、レンズ突起部と先端７を備えた区画５の製造
は非常に微妙である。一つの方法は、レンズ４の球面中
で材料間の隙間ができないように。
は非常に微妙である。一つの方法は、レンズ４の球面中
で材料間の隙間ができないように。
低融点合金をサファイアの下面３に流し込むことである
。ねじとナツトを使って領域２と５を互いに固定する以
外に、カナダ・バルサムなど光学で知られている接着剤
を使って接着してもよい、レンズ領域に隙間ができた場
合は水銀の滴で充填することができるが、その音速と密
度の積が小さいために反射率が大きくなる恐れがある。
。ねじとナツトを使って領域２と５を互いに固定する以
外に、カナダ・バルサムなど光学で知られている接着剤
を使って接着してもよい、レンズ領域に隙間ができた場
合は水銀の滴で充填することができるが、その音速と密
度の積が小さいために反射率が大きくなる恐れがある。
先行技術にもとづく大部分の音響顕微鏡では。
吸収係数が小さいために水を結合液に使用しているが１
本発明の音響顕微鏡では、当該の周波数領域での吸収係
数が大きい結合液が必要である。ベンゼン（ｃｓａｓ）
や四塩化炭素（ＣＣＱ４）などの液体が使用できるが、
水でもよい。
本発明の音響顕微鏡では、当該の周波数領域での吸収係
数が大きい結合液が必要である。ベンゼン（ｃｓａｓ）
や四塩化炭素（ＣＣＱ４）などの液体が使用できるが、
水でもよい。
結合媒体９の吸収特性のために１反射音波または透過音
波の強度は、先端７と試料１０の表面の間に間隔によっ
て大きく左右される。顕微鏡を反射方式で操作する時に
その間隔を一定に保つと、試料１ｏの表面の粗面度のた
めに、反射信号の振幅が初期値ないし基準値から外れる
ことになる。
波の強度は、先端７と試料１０の表面の間に間隔によっ
て大きく左右される。顕微鏡を反射方式で操作する時に
その間隔を一定に保つと、試料１ｏの表面の粗面度のた
めに、反射信号の振幅が初期値ないし基準値から外れる
ことになる。
この偏差を適当なフィード・バック・ループ装置２２に
送って、試料を取り付けたＺ方向駆動モジュール２３の
制御により先端と試料の間隔をオンランイで調節する。
送って、試料を取り付けたＺ方向駆動モジュール２３の
制御により先端と試料の間隔をオンランイで調節する。
またフィードバック装置２２からの制御信号をＸＹ走査
信号と一緒にプロッタ２４に送る。試料１０はマトリッ
クス式に走査されるので、プロッタ２４は垂直方向で約
１Ｏｒ＋＋ｓの分解能で試料１０の微細形状の像を描く
、もちろんＸＹ方向の分解能は、水平走査手段によって
決まる。ナノメートル範囲での水平走査ステップが可能
な、圧電素子からなる一体型ｘＹｚ駆動モジュールを使
用することが知られている。
信号と一緒にプロッタ２４に送る。試料１０はマトリッ
クス式に走査されるので、プロッタ２４は垂直方向で約
１Ｏｒ＋＋ｓの分解能で試料１０の微細形状の像を描く
、もちろんＸＹ方向の分解能は、水平走査手段によって
決まる。ナノメートル範囲での水平走査ステップが可能
な、圧電素子からなる一体型ｘＹｚ駆動モジュールを使
用することが知られている。
反射方式で操作する際は、マイクロ波発生装置１６によ
って３〜１０ＧＨｚの範囲の周波数で入力パルス列が生
成される。入力波と反射波を区別するのに必要な時間を
サーキュレータ１７に与えるために、パルス波が必要で
ある。入力波は整合回路１５を通過して変換器１１を励
振し、変換器１１は平面音波をレンズ・ボデー１の区画
２に送る。この音波はレンズ４によって先端７の頂点８
に焦点がくるようにして区画５に集束される。
って３〜１０ＧＨｚの範囲の周波数で入力パルス列が生
成される。入力波と反射波を区別するのに必要な時間を
サーキュレータ１７に与えるために、パルス波が必要で
ある。入力波は整合回路１５を通過して変換器１１を励
振し、変換器１１は平面音波をレンズ・ボデー１の区画
２に送る。この音波はレンズ４によって先端７の頂点８
に焦点がくるようにして区画５に集束される。
つぎに１本発明のレンズ・ボデーの寸法の例を示す。レ
ンズ口径が約０．２５ｍで曲率半径が約ｌｎａの場合、
レンズの焦点距離は約０．８ｍｍとなる。このうち、先
端の長さが約０．５＋ｍ＋で、区画５の長さが約０．３
閣となる。区画２は、レンズ・ボデー１の直径が１ｍの
所で厚さ０．４ｍとすることができる。Ａ１□０．から
なるレンズを区画２に嵌入した後、レンズ領域での隙間
形成を避けるため、区画２のレンズ積載面３を使って区
画５の金属を流し込む、つぎに、区画５をエッチして先
端７を形成する。直径と長さの比が１：３〜４で頂点で
の半径が約１Ｏｎ＋ｓの先端を得ることが可能なはずで
ある。
ンズ口径が約０．２５ｍで曲率半径が約ｌｎａの場合、
レンズの焦点距離は約０．８ｍｍとなる。このうち、先
端の長さが約０．５＋ｍ＋で、区画５の長さが約０．３
閣となる。区画２は、レンズ・ボデー１の直径が１ｍの
所で厚さ０．４ｍとすることができる。Ａ１□０．から
なるレンズを区画２に嵌入した後、レンズ領域での隙間
形成を避けるため、区画２のレンズ積載面３を使って区
画５の金属を流し込む、つぎに、区画５をエッチして先
端７を形成する。直径と長さの比が１：３〜４で頂点で
の半径が約１Ｏｎ＋ｓの先端を得ることが可能なはずで
ある。
先端７を試料１０の表面から１０ｎ■の一定距離に維持
する。この場合、入射点での音響ビームの直径も１０ナ
ノメートルの範囲となり、したがつてそれがこの装置で
達成できる分解能となる。
する。この場合、入射点での音響ビームの直径も１０ナ
ノメートルの範囲となり、したがつてそれがこの装置で
達成できる分解能となる。
妥当な信号・雑音比を得るには、熱ノイズが最大の妨害
源であることを考慮すると、どちらの操作方式でも３０
μＷの一次音響出力で充分である。
源であることを考慮すると、どちらの操作方式でも３０
μＷの一次音響出力で充分である。
先端を試料１０の表面から１０〜１５ｒ＋＋ｓ以内の距
離の所にもってくると、反射信号は一定の振幅となり、
基準値として記憶される。音響ビームが試料を横切って
走査されると、ａｍ定振幅は１表面の起伏、試料の表面
下のゾーン中にある構造的特徴、音響ビームの侵入深さ
によって決まるゾーンの広がりに応じて変わる。この侵
入深さは、入射ビームの周波数と出力および試料の材料
特性の関数である。
離の所にもってくると、反射信号は一定の振幅となり、
基準値として記憶される。音響ビームが試料を横切って
走査されると、ａｍ定振幅は１表面の起伏、試料の表面
下のゾーン中にある構造的特徴、音響ビームの侵入深さ
によって決まるゾーンの広がりに応じて変わる。この侵
入深さは、入射ビームの周波数と出力および試料の材料
特性の関数である。
もちろん透過方式の操作は、試料１０の厚さが音響ビー
ムの侵入深さよりも小さい場合しか使えない。試料を薄
いプラスチック・フィルムに載せる。試料１０の裏側に
配置された変換器２１が、試料１０中を通過する音響エ
ネルギを検出する。
ムの侵入深さよりも小さい場合しか使えない。試料を薄
いプラスチック・フィルムに載せる。試料１０の裏側に
配置された変換器２１が、試料１０中を通過する音響エ
ネルギを検出する。
反射方式の場合と同様に、各走査点についての出力信号
の振幅を走査座標情報と一緒に使って、試料の像を生成
する。出力信号は本来あいまいである。すなわち、試料
の材料と構造に関する情報が混入した試料の厚さに関す
る情報を含んでいる。
の振幅を走査座標情報と一緒に使って、試料の像を生成
する。出力信号は本来あいまいである。すなわち、試料
の材料と構造に関する情報が混入した試料の厚さに関す
る情報を含んでいる。
両方の変換器、すなわち反射方式用の変換器１１と透過
方式用の変換器２１の出力信号を適当な計算機で処理し
て、試料の微細形状および内部構造に関する総合像を得
るのが有用である。
方式用の変換器２１の出力信号を適当な計算機で処理し
て、試料の微細形状および内部構造に関する総合像を得
るのが有用である。
上記実施例ではレンズ４は区画２に凹状に形成されたい
たが１区画５内の音速が区画２内の音速よりも大きけれ
ば、レンズ４は凸状に形成しても良い、また区画は上記
実施例では２つであるが、３層以上の区画を用いて複合
レンズを構成してもよい、その他、種々の変型が可能な
事は言うまでもない。
たが１区画５内の音速が区画２内の音速よりも大きけれ
ば、レンズ４は凸状に形成しても良い、また区画は上記
実施例では２つであるが、３層以上の区画を用いて複合
レンズを構成してもよい、その他、種々の変型が可能な
事は言うまでもない。
Ｃ０発明の効果
本発明の音響顕微鏡は、一般的な使用条件の下で、高い
分解能を得る事ができる。
分解能を得る事ができる。
第１図は、本発明にもとづく走査型音響顕微鏡を示した
ものである８ 第２図は、従来の走査型音響顕微鏡を示したものである
。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人 弁理士 頓 宮 孝 −（外１名）
ものである８ 第２図は、従来の走査型音響顕微鏡を示したものである
。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人 弁理士 頓 宮 孝 −（外１名）
Claims (1)
- ２つの互いに音速の異なつた区画を含み、上記区画の間
の界面にレンズが形成され、試料側の面において上記レ
ンズの焦点位置に先端部を有する固体部材と、上記固体
部材に音波を供給する変換器と、上記固体部材を試料に
対して相対的に移動させる手段とを有する走査型音響顕
微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP851051599.9 | 1985-04-26 | ||
| EP85105159A EP0198944B1 (en) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | Scanning acoustic microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61250551A true JPS61250551A (ja) | 1986-11-07 |
| JPH0577025B2 JPH0577025B2 (ja) | 1993-10-25 |
Family
ID=8193469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61032062A Granted JPS61250551A (ja) | 1985-04-26 | 1986-02-18 | 走査型音響顕微鏡 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4646573A (ja) |
| EP (1) | EP0198944B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61250551A (ja) |
| CA (1) | CA1248620A (ja) |
| DE (1) | DE3576752D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03500213A (ja) * | 1988-06-16 | 1991-01-17 | ホンメルヴェルケ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ドクター トーマス ヴァイスヴァイラー | 共鳴音響発振素子の近接場中の対象物を検査する音響走査顕微鏡 |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5641906A (en) * | 1988-03-23 | 1997-06-24 | Texas Instruments Incorporated | Apparatus and method for automated non-destructive inspection of integrated circuit packages |
| US5212987A (en) * | 1988-06-16 | 1993-05-25 | Hommelwerke Gmbh | Acoustic screen scan microscope for the examination of an object in the short-range field of a resonant acoustic oscillator |
| JPH0295860U (ja) * | 1989-01-19 | 1990-07-31 | ||
| US5319977A (en) * | 1991-06-20 | 1994-06-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Near field acoustic ultrasonic microscope system and method |
| US5268610A (en) * | 1991-12-30 | 1993-12-07 | Xerox Corporation | Acoustic ink printer |
| FR2697087B1 (fr) * | 1992-10-19 | 1995-01-06 | Centre Nat Rech Scient | Procédé acoustique d'analyse microscopique ou d'imagerie d'un objet en profondeur par application d'une pointe vibrante et microscope en faisant application. |
| DE19935907C2 (de) * | 1999-07-30 | 2002-01-24 | Siemens Ag | Kalibrierkörper für Ultraschallmikroskope |
| ES2184602B1 (es) * | 2001-03-16 | 2004-10-16 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas | Escaner para lectura de escritura en sistema "braille" por ultrasonidos. |
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| US8037762B2 (en) * | 2005-03-18 | 2011-10-18 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Portland State University | Whispering gallery mode ultrasonically coupled scanning probe microscopy |
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| CN105181799B (zh) * | 2015-08-13 | 2018-02-13 | 河海大学常州校区 | 圆柱曲面工件的横向缺陷检测装置及方法 |
| RU172340U1 (ru) * | 2017-04-13 | 2017-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Сканирующий акустический микроскоп |
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| RU2747917C1 (ru) * | 2020-10-21 | 2021-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГиТ) | Акустический микроскоп |
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-
1985
- 1985-04-26 DE DE8585105159T patent/DE3576752D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1985-04-26 EP EP85105159A patent/EP0198944B1/en not_active Expired
-
1986
- 1986-01-27 CA CA000500435A patent/CA1248620A/en not_active Expired
- 1986-02-18 JP JP61032062A patent/JPS61250551A/ja active Granted
- 1986-03-19 US US06/841,496 patent/US4646573A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0198944B1 (en) | 1990-03-21 |
| EP0198944A1 (en) | 1986-10-29 |
| JPH0577025B2 (ja) | 1993-10-25 |
| DE3576752D1 (de) | 1990-04-26 |
| US4646573A (en) | 1987-03-03 |
| CA1248620A (en) | 1989-01-10 |
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