JPS6322522Y2

JPS6322522Y2 -

Info

Publication number: JPS6322522Y2
Application number: JP1980112240U
Authority: JP
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1980-08-08
Publication date: 1988-06-21
Also published as: JPS5735658U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、超音波顕微鏡の信号処理装置に関す
る。

光に代りに超音波を用いて物体の微視的な構造
を観察しようという考えが古くからあり、最近、
機械走査型超音波顕微鏡が開発された。この超音
波顕微鏡は、原理的には細く絞つた超高周波超音
波ビームによつて観察試料面を機械的に走査し、
散乱・減衰した超音波を集音して電気信号に変換
し、陰極線管の表面に二次元的に表示し、顕微鏡
像を得るものである。その構成としては、超音波
の検出方法によつて、すなわち観察試料内で散乱
あるいは減衰しながら透過してきた超音波を検出
する場合と、試料内の音響的性質の差によつて反
射してきた超音波を検出する場合とによつて、透
過型と反射型とに分けられる。

第１図は従来の反射形の超音波顕微鏡の信号処
理装置を示すブロツク図で、図面中、１は高周波
発振器、２はパルス発生器、３は遅延回路、４は
高周波信号の送受信を切換えるためのサーキユレ
ータ、５は送受波用の圧電体トランスジユーサ、
６はサフアイア材等の音波伝搬媒体材から成る超
音波集束レンズ、７は試料、８は高周波ゲート回
路、９は高周波増幅回路、１０はバンドパスフイ
ルター、１１は検波回路、１２はサンプルアンド
ホールド回路、１３は陰極線管から成る表示装
置、１４は試料７をＸ及びＹ方向に移動走査させ
るための機械走査装置である。

上述のような構成の反射形超音波顕微鏡におい
て、まず高周波発振器１によつて400MHz程度の
高周波を発生させ、この高周波をパルス発生器２
からのパルス周期4μs（t₄）、パルス巾0.05μs（t₃）
のパルス信号によつてパルス変調をし、第２図に
示すような高周波パルス信号とする。該高周波パ
ルス信号はサーキユレータ４を介して圧電体トラ
ンスジユーサ５を駆動し、超音波パルス信号に変
換される。該超音波パルス信号は超音波集束レン
ズ６によつて集束され、試料７に照射される。こ
のとき集束された超音波パルス信号は試料７の音
響的性質による減衰又は位相変化を受けた超音波
信号として試料７から反射され、この反射された
超音波信号を再び超音波集束レンズ６で受波し、
圧電体トランスジユーサ５によつて再び高周波パ
ルス信号に変換する。この高周波パルス信号をサ
ーキユレータ４によつて高周波増幅回路９に入力
して、増巾を行ない、検波回路１１によつて検波
し、該検波された高周波信号を表示装置１３の輝
度信号とし、一方試料７を機械走査装置１４によ
つて集束レンズ６に対して相対的に走査させ、こ
の走査に対応した信号を偏位信号として表示装置
１３にそれぞれ入力することによつて、表示装置
１３上に試料７の音響的性質を表わした二次元的
画像を得ることができる。このとき前記サーキユ
レータ４からの出力信号中には第３図に示すよう
に試料７からの反射信号イだけではなく、サーキ
ユレータ４への入力信号である高周波発振器１か
らの高周波パルス信号の漏れ信号ロや集束レンズ
６内での多重反射信号ハ，ニ〔多重反射信号の周
期は1μs程度（t₁＝t₂）〕が入つている。そこで従
来は超音波パルス信号の反射波を受信する装置に
おいて、高周波増巾回路９の前段に高周波ゲート
回路８を設け、所望の反射信号イのみを取出すよ
うにさせていた。しかし、前記高周波ゲート回路
８は200MHz以上の高周波用のゲート回路が必要
であり、これは非常に高価であるにもかかわら
ず、充分な不要信号の抑圧比が得られないという
欠点があつた。また、信号の挿入損失も無視でき
ない値であり、高周波増巾回路９の前段に配設さ
れているためＳ／Ｎ比を劣化させる原因となつて
いた。また、ゲート回路８の駆動パルス信号もノ
イズとして受信装置内に現われ、検波器１１から
の出力信号は第４図に示すように反射信号イの両
側にノイズとして現われる。これらのノイズを除
去するために検波回路１１の前段にバンドパスフ
イルタ１０および後段にサンプルアンドホールド
回路１２を配設させてある。

また、第４図の検波回路１１からの出力波形に
示すように、反射信号イがたとえば試料７での減
衰が大きいときノイズの中に反射信号イが埋れて
しまう可能性がある。

なお、信号ホはゲート回路８によるノイズであ
る。このために前記サンプルアンドホールド回路
１２によつて反射信号イの信号レベルを保持して
いる。このとき反射信号イと漏れ信号ロとの時間
差は集束レンズ６と試料７との間の距離によつて
変化し、サンプルアンドホールド回路１２のため
のタイミングパルスは、パルス発生器２からのパ
ルスを所望時間だけ遅延回路３によつて遅延させ
ることによつて得ている。この遅延時間の調整
は、集束レンズ６と試料７との間の距離を変化さ
せる毎に必要であり、この調整操作を、チエツク
する装置（図示せず）も必要となる。

また更に高周波パルス信号のパルス巾が0.05μs
と短かいパルスであるために、このパルスを遅延
させるための安定度の高い遅延回路は高価である
ばかりか操作性も悪いという欠点があつた。

本考案は、上述のような欠点に解決を得えるも
のであり以下本考案の一実施例を第６図を用いて
詳細に説明する（従来と同一構成は同一部番とし
てその詳細な説明は省く）。１は400MHzの高周波
発振器、２はパルス周期4μs、パルス巾0.05μsの
パルス信号を発生させるためのパルス発生器、
３′は遅延回路、４は高周波信号の送受信を切換
えるためのサーキユレータ、５は圧電体トランス
ジユーサ、６はサフアイア材等の音波伝搬媒体材
から成る超音波集束レンズ、７は試料、８′はゲ
ート回路、９は高周波増幅回路、１１は検波回
路、１３は表示装置、１４は試料７をＸ及びＹ方
向に移動走査させるための機械走査装置、１５は
周波数変換させるための混合器、１６は局部発振
器、１７は混合器１５によつて周波数変換された
中間周波信号を増幅するための中間周波増幅回
路、１８はブランキング回路、１９はピーク検波
回路、２０は該検波信号を増幅するための増幅回
路である。

上述のような構成の反射形超音波顕微鏡におい
て、第３図に示すようなサーキユレータ４からの
受信出力信号を高周波増幅回路９によつて増幅
し、該増幅された高周波信号は混合器１５に入力
され、該混合器１５において局部発振器１６から
の信号と混合され、30MHz〜100MHz程度の中間
周波信号に変換される。該中間周波信号をゲート
回路８′に入力し、所望の試料７からの反射信号
のみを取り出す、この中間周波段でのゲート回路
は、一般に存在する回路の浮遊容量Ｃによる中間
周波数でのインピーダンス（１／jωc）は、中間
周波数によるωが小になることから大となり高周
波段でのゲート回路と比較して抑圧比等の高い性
能を得ることができる。そして前記ゲート回路
８′からの所望の反射信号のみは中間周波増幅回
路１７に入力され、増幅されて、その後に検波回
路１１において検波される。該検波された信号
は、ブランキング回路１８に入力され、これによ
つて信号はノイズのない所望の信号となる。ま
た、ブランキング回路１８は検波回路１１の後段
に配設されているために第７図に示すようなゲー
ト回路８′における漏れ信号およびノイズに対し
て有効に作用する。なお、所望の信号のみとする
必要から中間周波段のゲート回路８′の抑圧比を
高くすると電源回路（図示せず）等からの帰還ノ
イズ等によつて充分な信号を得ることが困難であ
り、前記ブランキング回路１８が有効である。該
ブランキング回路１８からの出力を所定の時定数
を有するピーク検波回路１９によつてピーク検波
し、第８図に示すような信号を得る。このピーク
検波回路を増幅回路２０によつて増幅し、表示装
置１３の輝度信号として入力する。なお、遅延回
路３′，３″はパルス発生器２からのパルスを所定
時間遅延させて所望の反射信号とのタイミングを
取るためのものである。

上述のように、本考案によれば高周波用の高価
なゲート回路の必要がなく、更に30〜100MHzの
中間周波信号をゲート処理するためにゲート回路
での挿入損失は低く、Ｓ／Ｎ比の向上が計れると
いう利点がある。また、それ自体が高価であり、
かつ安定度の高い遅延回路を必要とするサンプル
アンドホールド回路も必要としない。これは集束
レンズ内での多重反射信号ハ，ニの周期はレンズ
設計におけるレンズ長で決まり、1μs程度にする
ことができ、パルス発生器２からのパルス巾は通
常0.1μs以下に設定されるため非ブランキング時
間は0.5〜0.7μs程度に設定される。この時間巾は
集束レンズ６と試料７との距離の変動に対して、
集束レンズ６の焦点深度から充分な時間巾であ
る。

また、中間周波段のゲート回路８′は集束レン
ズ６の設計又はサーキユレータ４の性能等によつ
てＳ／Ｎ比が充分に取れているときは省略するこ
とも可能である。

なお、反射形について説明を行なつたが透過形
においてもまつたく同様な結果が得られるのは無
論である。

このように、本考案によれば性能の向上が計れ
るだけでなく、超音波顕微鏡を安価に製作できる
というその実用的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の反射形超音波顕微鏡のブロツク
図、第２図は同高周波発振器の出力波形図、第３
図は同サーキユレータの出力波形図、第４図は同
検波回路の出力波形図、第５図イ，ロは同サンプ
ルアンドホールド回路の出力波形図および遅延回
路からのサンプリングパルスの出力波形図、第６
図は本考案の一実施例を示す反射形超音波顕微鏡
のブロツク図、第７図は同ゲート回路の出力波形
図、第８図は同ピーク検波回路の出力波形図であ
る。１……高周波発振器、２……パルス発生器、
３，３′，３″……遅延回路、４……サーキユレー
タ、５……トランスジユーサ、６……集束レン
ズ、７……試料、８，８′……ゲート回路、９…
…高周波増幅回路、１０……バンドパスフイルタ
ー、１１……検波回路、１２……サンプルアンド
ホールド回路、１３……表示装置、１４……機械
走査装置、１５……混合器、１６……局部発振
器、１７……中間周波増幅回路、１８……ブラン
キング回路、１９……ピーク検波回路、２０……
増幅回路、イ……試料からの反射信号、ロ……サ
ーキユレータからの漏れ信号、ハ……集束レンズ
内の多重反射の第１反射信号、ニ……集束レンズ
内の多重反射の第２反射信号、ホ……ゲート回路
でのノイズ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

高周波数発振器からの高周波を一定のパルス周
期、所定のパルス時間中にパルス変調された高周
波パルスを圧電トランスジユーサより集束レンズ
を介し、超音波パルス信号に変換後、試料に集束
照射し、該試料からの反射又は透過波を該集束レ
ンズにより受波し、該圧電トランスジユーサによ
つて受信高周波パルス信号に変換し、該受信高周
波パルス信号より、該所定のパルス時間中内に含
まれる試料の音響的性質による減衰又は位相変化
の試料信号を処理する超音波顕微鏡の信号処理装
置において、該受信高周波パルス信号を、中間周
波数波におとし、中間周波数増幅回路で処理後、
該一定のパルス周期で、該所定のパルス時間中の
少なくとも一部を含むように該試料信号を通過せ
しめる回路を備えたことを特徴とする超音波顕微
鏡の信号処理装置。