JPS6281561A - 超音波顕微鏡を用いた計測方法 - Google Patents
超音波顕微鏡を用いた計測方法Info
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- JPS6281561A JPS6281561A JP60221806A JP22180685A JPS6281561A JP S6281561 A JPS6281561 A JP S6281561A JP 60221806 A JP60221806 A JP 60221806A JP 22180685 A JP22180685 A JP 22180685A JP S6281561 A JPS6281561 A JP S6281561A
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- G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
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- G01H3/10—Amplitude; Power
- G01H3/12—Amplitude; Power by electric means
- G01H3/125—Amplitude; Power by electric means for representing acoustic field distribution
-
- 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
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
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- G—PHYSICS
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、超音波顕微鏡の計測機能に係わる。
近年I G Hzに及ぶ超高周波の音波の発生検出が可
能となったので、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
られることが特開昭50−116058号にて示されて
いる。即ち、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のである。
能となったので、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
られることが特開昭50−116058号にて示されて
いる。即ち、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のである。
上記ビーム中に試料をそう人し、試料による反射超音波
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或いは試料を機械的に2次元に走査しながら、この信号
の強度をブラウン管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みることができる。
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或いは試料を機械的に2次元に走査しながら、この信号
の強度をブラウン管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みることができる。
第1図は、その超音波顕微鏡の主要構造部を示す図であ
る。超音波の集束及び送受は球面レンズ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もちいた物質
の一面を光学研磨し、その上に圧電aII!!(Z n
O) 2を上下電極3によりはさむ、このようにサン
ドウィッチ構造になっている圧電薄膜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、他端部は口径0.1煙mmφ〜1.0
mmφ程度の凹面状の半球穴が形成されており、この半
球穴と試料との間には、超音波6を試料7に伝播させる
ための媒質(例えば水)8が満される。
る。超音波の集束及び送受は球面レンズ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もちいた物質
の一面を光学研磨し、その上に圧電aII!!(Z n
O) 2を上下電極3によりはさむ、このようにサン
ドウィッチ構造になっている圧電薄膜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、他端部は口径0.1煙mmφ〜1.0
mmφ程度の凹面状の半球穴が形成されており、この半
球穴と試料との間には、超音波6を試料7に伝播させる
ための媒質(例えば水)8が満される。
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6000m/s)と水(音速1500 m /
s )との音速の差により屈折作用が生じ、試料7面
上に集束した超音波6を照射することができる。逆に試
料7から反射されてくる超音波は球面レンズにより集音
整相され、平面波となって圧電薄膜2に達し、ここでR
F信号9に変換される。このRF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の入力信号として用いて
いる。
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6000m/s)と水(音速1500 m /
s )との音速の差により屈折作用が生じ、試料7面
上に集束した超音波6を照射することができる。逆に試
料7から反射されてくる超音波は球面レンズにより集音
整相され、平面波となって圧電薄膜2に達し、ここでR
F信号9に変換される。このRF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の入力信号として用いて
いる。
この様に構成された装置において、試料台14が試料台
駆動電源13によりx−y平面内で2次元に走査してい
ると試料の走査にともなう試料面からの反射信号の強弱
が2次元的にCRT面12に表示される。
駆動電源13によりx−y平面内で2次元に走査してい
ると試料の走査にともなう試料面からの反射信号の強弱
が2次元的にCRT面12に表示される。
反射型超音波顕微鏡において、試料を二次元に走査せず
音響レンズをZ軸方向に稼動しながら、その出力電圧を
計測すると、第2図に示すような周期的に変化する曲線
を得ることができる。この曲線は■(2,曲線と呼ばれ
ており、曲線にみられる周期ΔZは超音波照射領域で励
起された表面弾性波とZ軸近傍で入射した波との干渉に
よるものである。
音響レンズをZ軸方向に稼動しながら、その出力電圧を
計測すると、第2図に示すような周期的に変化する曲線
を得ることができる。この曲線は■(2,曲線と呼ばれ
ており、曲線にみられる周期ΔZは超音波照射領域で励
起された表面弾性波とZ軸近傍で入射した波との干渉に
よるものである。
したがって1周期ΔZをVRとの間には式(1)の関係
が成り立つ。
が成り立つ。
ΔZ = (VR/ V w )2・1w ”””
(1)すなわち、超音波の波長λい、媒軍の音速VW、
および周期Δ2を用いると、本来試料の弾性的性質を反
映する表面弾性波の伝播速度■、を決定できる。
(1)すなわち、超音波の波長λい、媒軍の音速VW、
および周期Δ2を用いると、本来試料の弾性的性質を反
映する表面弾性波の伝播速度■、を決定できる。
一方、セラミックスなどの強脆性材料の強度は材料内部
に存在する欠陥や加工時に試料表面に導入される微小欠
陥などにより、その強度が大きく左右されることから、
このような材料の欠陥評価法の確立が望まれている。
に存在する欠陥や加工時に試料表面に導入される微小欠
陥などにより、その強度が大きく左右されることから、
このような材料の欠陥評価法の確立が望まれている。
しかしながら非破壊でこのような強度劣化の原因となる
欠陥の程度、すなわち加工変質層の厚さを効率的に評価
することは困難とされていた。
欠陥の程度、すなわち加工変質層の厚さを効率的に評価
することは困難とされていた。
本発明は、このような問題を解決するためのもので、試
料の加工変質層の厚さを非破壊的に求めることが可能な
超音波顕微鏡を用いた計測方法を提案するものである。
料の加工変質層の厚さを非破壊的に求めることが可能な
超音波顕微鏡を用いた計測方法を提案するものである。
本発明の基本概念は、表面弾性波の伝播速度の周波数依
存性を求め、伝播速度の変曲点に相当する周波数の波長
より加工変質層の厚さを算出するというものである。
存性を求め、伝播速度の変曲点に相当する周波数の波長
より加工変質層の厚さを算出するというものである。
すなわち、試料の表面弾性波の伝播領域は周波数が高く
なる程浅くなるので、伝播速度に影響を与える微少クラ
ック、塑性ひずみ等が存在する領域、つまり加工変質層
の厚みは表面弾性波の伝播速度の周波数特性の変曲点か
ら算出できるのである。具体的には、音波伝播媒質を介
して試料の所定の位置に超音波ビームを照射し、前記試
料からのしよう乱音波を検出する超音波発生検出手段と
。
なる程浅くなるので、伝播速度に影響を与える微少クラ
ック、塑性ひずみ等が存在する領域、つまり加工変質層
の厚みは表面弾性波の伝播速度の周波数特性の変曲点か
ら算出できるのである。具体的には、音波伝播媒質を介
して試料の所定の位置に超音波ビームを照射し、前記試
料からのしよう乱音波を検出する超音波発生検出手段と
。
前記試料を保持する試料台と、前記試料台と前記超音波
発生手段とを相対的に走査する手段を有する超音波顕微
鏡を用い、前記超音波検出手段と試料との距離を変化し
ながら超音波の照射を行なって得られる検出信号の電圧
曲線(V(21曲線)の周期から前記試料の表面弾性波
の伝播速度を測定し、前記超音波の周波数を変えながら
この表面前記の測定をくり返してこの伝播速度の周波数
依存性を求める。
発生手段とを相対的に走査する手段を有する超音波顕微
鏡を用い、前記超音波検出手段と試料との距離を変化し
ながら超音波の照射を行なって得られる検出信号の電圧
曲線(V(21曲線)の周期から前記試料の表面弾性波
の伝播速度を測定し、前記超音波の周波数を変えながら
この表面前記の測定をくり返してこの伝播速度の周波数
依存性を求める。
以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
第3図に各種加工条件で研摩を行った試料の表面弾性波
の伝播速度を第1図に示すような超音波顕微鏡にて周波
数を300MHzから450MHzまで変化させながら
測定した結果を示す。
の伝播速度を第1図に示すような超音波顕微鏡にて周波
数を300MHzから450MHzまで変化させながら
測定した結果を示す。
測定の方法は、それぞれに試料を第1図の試料台14に
搭載し、試料台14を2方向(レンズ1との距離方向)
に移動しながら検討信号の強度を計測して第2図の曲線
(V(21曲線)を得、その周期ΔZ、及び接媒質8の
波長λい、音速VWから(1)式により試料の表面弾性
法VRを求める。
搭載し、試料台14を2方向(レンズ1との距離方向)
に移動しながら検討信号の強度を計測して第2図の曲線
(V(21曲線)を得、その周期ΔZ、及び接媒質8の
波長λい、音速VWから(1)式により試料の表面弾性
法VRを求める。
周波数を300MHzから450 M Hzまで変化さ
せて各資料につき測定をくり返した結果が第3図に示す
ものである。350MHzまでは各試験片ともほぼ同じ
伝播速度であったものが、それ以上高い周波数領域にな
ると伝播速度にばらつきが生じ、その値は450MHz
においては、無ひずみ試料Aに対して、B=3%、C=
4%、D=5%の減少であった。また、その変化の様子
は表面粗さとも密接に関係していることがわかった。
せて各資料につき測定をくり返した結果が第3図に示す
ものである。350MHzまでは各試験片ともほぼ同じ
伝播速度であったものが、それ以上高い周波数領域にな
ると伝播速度にばらつきが生じ、その値は450MHz
においては、無ひずみ試料Aに対して、B=3%、C=
4%、D=5%の減少であった。また、その変化の様子
は表面粗さとも密接に関係していることがわかった。
450MHzにおいて、各試験片の伝播速度にちがいが
見出せたことは、周波数が高くなるにつれて表面弾性波
の伝播する領域が浅くなり、伝播速度に影響をあたえる
因子が表面層の状態に移行してくるので加工時に導入さ
れた微小クラクや塑性ひずみなどによる表面層の弾性的
性質のちがいの影響を受けている結果であると考えられ
る。したがって、伝播速度の周波数依存性から加工変質
層の厚みを推定することができる。
見出せたことは、周波数が高くなるにつれて表面弾性波
の伝播する領域が浅くなり、伝播速度に影響をあたえる
因子が表面層の状態に移行してくるので加工時に導入さ
れた微小クラクや塑性ひずみなどによる表面層の弾性的
性質のちがいの影響を受けている結果であると考えられ
る。したがって、伝播速度の周波数依存性から加工変質
層の厚みを推定することができる。
こ\では第4図に示すように無ひずみシリコン基板14
の上に厚さbの加工変質層15が形成され、その音響イ
ンピーダンス、表面弾性波16の伝播速度をそれぞれZ
gr v、、およびZ s ’ 、 V s ’として
等方体近似でlamb波の伝播速度の周波数依存性を求
めてみた。このような層構造の伝播速度vRは、周波数
をωとして VR= f (zst ZS’+ b + ω) ・
=・= (2)の関数の形であたえられるからvs′、
vsにそれぞれ低周波極限、高周波極限の値を用いるな
ら、bをパラメータとして実測値との一致を調べること
により、厚さbを求めることができる。第3図の破線は
b=5.4μmとしたときの計算結果の1例で、実験値
と比較的良い一致を示している。
の上に厚さbの加工変質層15が形成され、その音響イ
ンピーダンス、表面弾性波16の伝播速度をそれぞれZ
gr v、、およびZ s ’ 、 V s ’として
等方体近似でlamb波の伝播速度の周波数依存性を求
めてみた。このような層構造の伝播速度vRは、周波数
をωとして VR= f (zst ZS’+ b + ω) ・
=・= (2)の関数の形であたえられるからvs′、
vsにそれぞれ低周波極限、高周波極限の値を用いるな
ら、bをパラメータとして実測値との一致を調べること
により、厚さbを求めることができる。第3図の破線は
b=5.4μmとしたときの計算結果の1例で、実験値
と比較的良い一致を示している。
したがって、32000研摩剤における加工変質層の厚
さは、およそ5μmを見積るこができた。
さは、およそ5μmを見積るこができた。
上述の如く、本発明により超音波の周波数を変化させな
がら、表面弾性波の伝播速度を測定し、速度変化の変曲
点をさがすことにより加工変質層の厚さを非破壊で計測
することができ工業上利するところ大きい。
がら、表面弾性波の伝播速度を測定し、速度変化の変曲
点をさがすことにより加工変質層の厚さを非破壊で計測
することができ工業上利するところ大きい。
第1図は超音波顕微鏡の構造を示す図、第2図はv(2
)曲線の一例を示す図、第3図は各種加工条件における
表面弾性波の周波数依存性を求めた結果を示す図、第4
図は多層構造を表面弾性波が伝播するモデルを示す図。 第2図 F1汲駁(?’Fb) /≠
)曲線の一例を示す図、第3図は各種加工条件における
表面弾性波の周波数依存性を求めた結果を示す図、第4
図は多層構造を表面弾性波が伝播するモデルを示す図。 第2図 F1汲駁(?’Fb) /≠
Claims (1)
- 1、音波伝播媒質を介して試料の所定の位置に超音波ビ
ームを照射し、前記試料からじょう乱音波を検出する超
音波発生検出手段と、前記試料を保持する試料台と、前
記試料台と前記超音波発生検出手段とを相対的に走査す
る手段とを有する超音波顕微鏡を用い、前記超音波発生
検出手段と試料との距離を変化しながら超音波の照射を
行なって得られる検出信号の電圧曲線の周期から前記試
料の表面弾性波の伝播速度を測定し、前記超音波の周波
数を変えて前記の測定をくり返して前記試料の表面弾性
波の伝播速度の周波数依存性曲線を得、該周波数依存曲
線から前記試料の表面欠陥を有する層の厚みを計測する
ことを特長とする超音波顕微鏡を用いた計測方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60221806A JPS6281561A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 超音波顕微鏡を用いた計測方法 |
US06/904,400 US4730494A (en) | 1985-10-07 | 1986-09-08 | Method for examining a surface of a sample by means of ultrasound |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60221806A JPS6281561A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 超音波顕微鏡を用いた計測方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6281561A true JPS6281561A (ja) | 1987-04-15 |
JPH0421139B2 JPH0421139B2 (ja) | 1992-04-08 |
Family
ID=16772488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60221806A Granted JPS6281561A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 超音波顕微鏡を用いた計測方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4730494A (ja) |
JP (1) | JPS6281561A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02107905A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Takuya Senba | 物体表面の層構造の厚さの測定方法 |
JPH02107906A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Takuya Senba | 物体表面の層構造の厚さの測定方法 |
JPH03185355A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-13 | Isuzu Motors Ltd | 表面層の超音波測定法 |
JP2007517228A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-06-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 表面弾性波センサを介した伝播速度の推定 |
JP2020174856A (ja) * | 2019-04-17 | 2020-10-29 | 株式会社 資生堂 | 超音波測定方法、超音波測定プログラム、及び超音波測定装置 |
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JPH0740020B2 (ja) * | 1989-04-17 | 1995-05-01 | 敏夫 成田 | セラミツクス接合部の強度判定方法 |
DE69007534T2 (de) * | 1989-05-12 | 1994-08-18 | Hitachi Construction Machinery | Ultraschallmikroskopsonde. |
JP2860843B2 (ja) * | 1990-11-25 | 1999-02-24 | 憲賢 中鉢 | V(z)特性による超音波音速測定装置およびこれを用いた超音波顕微鏡 |
US6890302B2 (en) * | 2000-11-13 | 2005-05-10 | Sonoscan, Inc. | Frequency domain processing of scanning acoustic imaging signals |
FR2891360B1 (fr) * | 2005-09-26 | 2007-12-14 | Snecma | Procede de mesure de l'epaisseur de couches par ondes de surface |
EP2100130A1 (en) * | 2006-12-29 | 2009-09-16 | 3M Innovative Properties Company | Method of detection of bioanalytes by acousto-mechanical detection systems comprising the addition of liposomes |
GB2545004B (en) * | 2015-12-03 | 2019-04-03 | Rolls Royce Plc | Method and apparatus for machining objects |
WO2019050996A1 (en) * | 2017-09-05 | 2019-03-14 | Utah Valley University | DETERMINING THE MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF MATERIALS USING ACOUSTIC SIGNAL PROCESSING |
CN109781853A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-21 | 河北普阳钢铁有限公司 | 利用超声波单晶直探头判断扁平金属板材分层缺陷的方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4541281A (en) * | 1983-04-03 | 1985-09-17 | Noriyoshi Chubachi | Ultrasonic microscope system |
DE3409929A1 (de) * | 1984-03-17 | 1985-09-26 | Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar | Verfahren zur darstellung elastischer parameter in objektoberflaechen |
-
1985
- 1985-10-07 JP JP60221806A patent/JPS6281561A/ja active Granted
-
1986
- 1986-09-08 US US06/904,400 patent/US4730494A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02107905A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Takuya Senba | 物体表面の層構造の厚さの測定方法 |
JPH02107906A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Takuya Senba | 物体表面の層構造の厚さの測定方法 |
JPH03185355A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-13 | Isuzu Motors Ltd | 表面層の超音波測定法 |
JP2007517228A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-06-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 表面弾性波センサを介した伝播速度の推定 |
JP2020174856A (ja) * | 2019-04-17 | 2020-10-29 | 株式会社 資生堂 | 超音波測定方法、超音波測定プログラム、及び超音波測定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4730494A (en) | 1988-03-15 |
JPH0421139B2 (ja) | 1992-04-08 |
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