JPS63308557A - Ultrasonic microscope - Google Patents

Ultrasonic microscope

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JPS63308557A
JPS63308557A JP62143346A JP14334687A JPS63308557A JP S63308557 A JPS63308557 A JP S63308557A JP 62143346 A JP62143346 A JP 62143346A JP 14334687 A JP14334687 A JP 14334687A JP S63308557 A JPS63308557 A JP S63308557A
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JP
Japan
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ultrasonic
transducer
subject
transducers
reflected
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Pending
Application number
JP62143346A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Toda
耕司 戸田
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable independent detection of ultrasonic beams orthogonal to each other, by providing an ultrasonic device with two receiving transducers. CONSTITUTION:A high frequency pulse signal is applied to transducers Ti1 and Ti2 to emit an ultrasonic beam, which is converged with an acoustic lens 3 and reaches an object 2 to be inspected through a liquid L by Snell's law to be reflected on the surface of the object 2 being inspected. The ultrasonic beams of the transducers Ti1 and Ti2 contain components orthogonal to each other: when the object 2 being inspected has elastic anisotropy owing to a flaw, a clear phase difference appears in the ultrasonic beam reflected. Thus, the reflected ultrasonic wave is converted into electrical signals with two receiving transducers T<01> and T02 and can be detected as independent output.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、被検体に向けて発射された超音波ビームに
より前記被検体の状態についての情報を得る超音波装置
に関し、特に被検体から反射されて来た超音波ビームに
含まれ、互いに直交する成分を独立して受信するように
した超音波顕微鏡に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an ultrasonic device that obtains information about the state of a subject by means of an ultrasonic beam emitted toward the subject, and in particular, The present invention relates to an ultrasonic microscope that independently receives mutually orthogonal components included in an ultrasonic beam.

(従来の技術) 従来、超音波ビームを被検体に向けて発射し、被検体の
表面及び内部を観察する超音波装置として、例えば特願
昭第58−22978号に開示されているものがあった
。第2図はこのような超音波装置を示すものである。即
ち、圧電板Bの一平面上には、扇状のトランスデユーサ
T in及びT。utが一つの円を2分割する形式で配
置されている。ここで、トランスデユーサT inは印
加される電気信号に従って超音波ビームを送信する電極
として機能し、トランスデユーサT。utはトランスデ
ユーサT、□から発射された超音波ビームによる反射波
を受信し、電気信号に変換する電極として機能するもの
である。
(Prior Art) Conventionally, there is an ultrasonic device that emits an ultrasonic beam toward a subject to observe the surface and interior of the subject, for example, as disclosed in Japanese Patent Application No. 58-22978. Ta. FIG. 2 shows such an ultrasonic device. That is, fan-shaped transducers T in and T are arranged on one plane of the piezoelectric plate B. ut is arranged in such a way that one circle is divided into two. Here, the transducer T in functions as an electrode that transmits an ultrasound beam according to the applied electrical signal, and the transducer T in functions as an electrode that transmits an ultrasound beam according to an applied electrical signal. ut functions as an electrode that receives reflected waves from the ultrasonic beam emitted from the transducer T, □ and converts them into electrical signals.

動作において、圧電板Bは、超音波装置とじて機能する
ために、第2図に示すように、トランスデユーサT、。
In operation, the piezoelectric plate B acts as a transducer T, as shown in FIG. 2, to function as an ultrasound device.

を設けている面を下にして液体L(例えば純水)中に浸
すようにして配置される。
It is placed so that it is immersed in liquid L (for example, pure water) with the side on which it is provided facing down.

更に、圧電板Bに対面し、超音波ビームが収束する液体
中の位置には、被検体2が配置される。
Furthermore, the subject 2 is placed in the liquid at a position facing the piezoelectric plate B and where the ultrasonic beam is focused.

トランスデユーサT inには、圧電板B及び電極周期
によって定められ、無線周波領域にある電気信号が図示
なしの信号源から印加される。これにより、第2図に矢
印により示すように、トランスデユーサT inから被
検体2に向かって角度θ1、θ2 (0〈θ1〈90°
、0〈θ2〈90°)により液体りに縦波の超音波ビー
ムが放射される。この超音波ビームは液体りを伝搬して
被検体2に到達し、その一部は被検体2の表面で反射さ
れ(点線)、他はその内部に進行して反射される(実線
)。反射された縦波の超音波ビームは再び液体りを介し
てトランスデユーサT。utに入射され、電気信号に変
換される。
An electric signal in the radio frequency range, which is determined by the piezoelectric plate B and the electrode period, is applied to the transducer T in from a signal source (not shown). As a result, as shown by arrows in FIG. 2, the angles θ1, θ2 (0〈θ1〈90°
, 0<θ2<90°), a longitudinal ultrasonic beam is emitted to the liquid. This ultrasonic beam propagates through the liquid and reaches the subject 2, a part of which is reflected by the surface of the subject 2 (dotted line), and the rest of it travels inside and is reflected (solid line). The reflected longitudinal ultrasound beam passes through the liquid again to the transducer T. ut and is converted into an electrical signal.

反射点及びその近傍に弾性的に異方性がない限り、トラ
ンスデユーサT in及びT。utはその円の中心軸上
に共焦点を有するので、トランスデユーサT、。の超音
波ビームはトランスデユーサT o u tより検出さ
れ、電気信号として取り出される。被検体2の表面やそ
の内部に弾性的な異方性が存在すると、超音波ビームは
伝搬速度に変化が生じ、これに対応して遅延電気信号の
振幅変化や、位相差が生ずる。従って、このような振幅
及び位相差を有する超音波ビームの電気信号について信
号解析すると、被検体2の表面及び内部の状態、例えば
被検体2内外部のクラックなどを検出することが可能で
ある。
As long as there is no elastic anisotropy at and near the reflection point, the transducers T in and T. Since ut has a confocal point on the central axis of its circle, the transducer T,. The ultrasonic beam is detected by the transducer T out and extracted as an electrical signal. If elastic anisotropy exists on the surface or inside of the object 2, the propagation speed of the ultrasonic beam will change, and a corresponding amplitude change or phase difference will occur in the delayed electrical signal. Therefore, by signal analysis of the electric signal of the ultrasonic beam having such an amplitude and phase difference, it is possible to detect the surface and internal conditions of the object 2, such as cracks inside and outside the object 2.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような構成の従来の超音波装置によ
ると、超音波ビームの受信用トランスデユーサが一個し
かないので、このような受信用トランスデユーサの超音
波ビームによフて被検体を走査しても被検体から反射さ
れて来た互いに直交する超音波ビームを独立して検出す
ることがです、従ってこれらを弁別できないという問題
点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, according to the conventional ultrasonic device having such a configuration, there is only one transducer for receiving an ultrasonic beam, so the ultrasonic wave of such a receiving transducer is Even if a subject is scanned with a sound beam, the ultrasound beams that are orthogonal to each other reflected from the subject cannot be detected independently, so there is a problem in that they cannot be distinguished.

この発明は、前記のような従来の技術が持っていた問題
点を解決することを目的としてなされたものてあり、反
射されて来た超音波ビームから互いに直交する超音波ビ
ームを独立して検出することができる超音波顕微鏡を提
供することを目的とする。
This invention was made with the aim of solving the problems of the conventional technology as described above, and it is possible to independently detect ultrasonic beams that are orthogonal to each other from reflected ultrasonic beams. The purpose is to provide an ultrasonic microscope that can perform

(問題点を解決するための手段) この発明の超音波顕微鏡は、圧電板の一平面七に扇状を
なしてそれぞれ配置された超音波ビームの送信用トラン
スデユーサ及び受信用トランスデユーサを備え、前記送
信用トランスデユーサの超音波ビームを被検体に放射し
、前記被検体から反射された超音波ビームを前記受信用
トランスデユーサにより受信して前記被検体の状態を表
わす検出信号を検出すると共に、 前記受信用トランスデユーサは複数個備えられ、それぞ
れ前記被検体から反射されて来た超音波ビームのうちの
互いに直交する超音波ビームを独立して検出できるよう
に分割されて配置されたものである。
(Means for Solving the Problems) The ultrasound microscope of the present invention includes transducers for transmitting ultrasound beams and transducers for receiving ultrasound beams, each of which is arranged in a fan shape on one plane of a piezoelectric plate. , the ultrasonic beam of the transmitting transducer is emitted to the subject, the ultrasonic beam reflected from the subject is received by the receiving transducer, and a detection signal representing the state of the subject is detected. At the same time, a plurality of the receiving transducers are provided, each of which is divided and arranged so as to be able to independently detect mutually orthogonal ultrasound beams among the ultrasound beams reflected from the subject. It is something that

(作用) この発明によれば、以上のように構成されているので、
2つの受信用トランスデユーサがそれぞれ対応する位相
の信号成分を有する超音波ビームを独立して検出し、以
下の信号処理のために電気信号に変換して出力する。
(Operation) According to this invention, since it is configured as described above,
The two reception transducers independently detect ultrasound beams having signal components of corresponding phases, convert them into electrical signals for the following signal processing, and output them.

(実施例) 第1図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。トラ
ンスデユーサ部1は圧電デバイスとして機能するもので
あり、ZnOの圧電薄膜が薄膜の電極でサンドイッチ状
にはさまれている。このトランスデユーサ部は超音波ビ
ームを発射する機能を有するトランスデユーサTit及
びTi2と、超音波ビームを受信する機能を有するトラ
ンスデユーサT。1及びT。2とから形成されている。
(Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention. The transducer section 1 functions as a piezoelectric device, and a ZnO piezoelectric thin film is sandwiched between thin film electrodes. This transducer section includes transducers Tit and Ti2 that have a function of emitting ultrasonic beams, and a transducer T that has a function of receiving ultrasonic beams. 1 and T. It is formed from 2.

トランスデユーサTit、Ti2、TO+及びT。2は
、一つの円を4分割する形式で配置される。トランスデ
ユーサ部1はサファイアからなる音響レンズ3の平らな
第1の面(図示の位置では−に面)上に搭載されている
。この第1の面に対抗する音響レンズ3の第2の面(図
示の1’7置では下面)は凹面をなし、トランスデユー
サT10、T12から放射された超音波ビームをそれぞ
れ収束させる。音響レンズ3の第2の面から液体りを介
し、音響レンズ3の収束点には、被検体2が配置される
Transducers Tit, Ti2, TO+ and T. 2 are arranged in the form of dividing one circle into four. The transducer section 1 is mounted on a flat first surface (-face in the illustrated position) of an acoustic lens 3 made of sapphire. The second surface (lower surface in the illustrated 1'7 position) of the acoustic lens 3 that opposes the first surface is a concave surface, and focuses the ultrasound beams emitted from the transducers T10 and T12, respectively. The subject 2 is placed at the convergence point of the acoustic lens 3 via the liquid from the second surface of the acoustic lens 3 .

次に、動作について説明する。トランスデユーサ部1の
トランスデユーサT1□、Ti2には、図示なしのパル
ス発生源からパルス電圧が印加される。この場合には、
トランスデユーサT’++と、トランスデユーサT12
にインパルス又は同一の搬送周波数を有するRFパルス
信号が同時に印加される。これによって、トランスデユ
ーサTil、Ti2から超音波ビームが発射され、音響
レンズ3により収束され、スネルの法則に従い液体りを
介して被検体2に到達する。被検体2において、その一
部は被検体2の表面で直接反射され、他はその内部に進
行して反射される。ここで、トランスデユーサT1.の
超音波ビームとトランスデユーサT、2の超音波ビーム
には互いに直交する成分が含まれるが、被検体2にキズ
などによる弾性的な異方性がなければ、両者間にはほと
んど位相差が生じない。しかし、被検体2にキズなどに
よる弾性的な異方性があると、反射された超音波ビーム
に明確な位相差が現われる。これにより、被検体2は弾
性的異方性の分布として捕らえることができる。
Next, the operation will be explained. A pulse voltage is applied to the transducers T1□ and Ti2 of the transducer section 1 from a pulse generation source (not shown). In this case,
Transducer T'++ and transducer T12
Impulses or RF pulse signals having the same carrier frequency are simultaneously applied to the two. As a result, ultrasonic beams are emitted from the transducers Til and Ti2, are focused by the acoustic lens 3, and reach the subject 2 via the liquid according to Snell's law. In the subject 2, a part of the light is directly reflected on the surface of the subject 2, and the other part travels inside and is reflected. Here, transducer T1. The ultrasonic beam of the transducer T and the ultrasonic beam of the transducer T, 2 contain mutually orthogonal components, but unless the object 2 has elastic anisotropy due to scratches, there is almost no phase difference between them. does not occur. However, if the subject 2 has elastic anisotropy due to scratches or the like, a clear phase difference will appear in the reflected ultrasound beam. Thereby, the subject 2 can be captured as a distribution of elastic anisotropy.

被検体2の表面層の近傍ではトランスデユーサTil、
Ti2から放射された2つの超音波ビームが通過するが
、トランスデユーサT1.への印加電気信号を高振幅の
連続波とした状態では、被検体2の非線形性成分が強調
される。反射されたこれらの超音波ビームは、前述と逆
の経路を介してトランスデユーサT。、及びT。2に入
射される。従って、トランスデユーサT。I及びT。2
は、図示の矢印方向の経路を介して入射された超音波ビ
ームをそれぞれ独立して電気信号に変換して出力する。
In the vicinity of the surface layer of the object 2, the transducer Til,
Two ultrasound beams emitted from Ti2 pass through the transducer T1. When the electric signal applied to the test object 2 is a high-amplitude continuous wave, the nonlinear component of the object 2 is emphasized. These reflected ultrasound beams reach the transducer T via the reverse path as described above. , and T. 2. Therefore, the transducer T. I and T. 2
The converters independently convert the ultrasonic beams incident through the paths shown in the arrow directions into electrical signals and output the electrical signals.

これらの電気信号には、搬送波の2倍の周波数成分も含
まれているので、この2倍の周波数成分のみをフィルタ
により抽出することができる。このようにして被検体2
に関連されて検出された電気信号は、位相比較器等の通
常の信号処理手段により処理することにより、被検体2
の状態情報を含む位相差が検出される。また、被検体2
の状態を表わす2次元的な表示を得るために、被検体2
に到達する超音波ビームの位置を公知の適当な手段を用
い、逐次ずらして被検体2を走査することにより、逐次
位相差を表わす電気信号を連続的に検出するように構成
してもよい。
Since these electrical signals also include a frequency component twice that of the carrier wave, only this twice the frequency component can be extracted by the filter. In this way, the subject 2
The electrical signal detected in relation to the subject 2 is processed by ordinary signal processing means such as a phase comparator.
A phase difference containing state information is detected. In addition, subject 2
In order to obtain a two-dimensional display representing the state of the subject 2,
The object 2 may be scanned by sequentially shifting the position of the ultrasonic beam arriving at the object 2 using known appropriate means, thereby continuously detecting electrical signals representing phase differences.

第4図はこの発明の他の実施例による顕微鏡の平面図で
ある。この場合は、一つの送信用のトランスデユーサT
i+に対して2つのトランスデユーサT。、及びT。2
が備えられる。トランスデユーサTo1及びT。2は、
図の矢印により示す経路を介して被検体2により反射さ
れ、互いに直交する成分を含む超音波ビームをそれぞれ
独立して検出することができる。
FIG. 4 is a plan view of a microscope according to another embodiment of the invention. In this case, one transmitting transducer T
Two transducers T for i+. , and T. 2
will be provided. Transducers To1 and T. 2 is
Ultrasonic beams reflected by the subject 2 through the paths shown by the arrows in the figure and containing mutually orthogonal components can be detected independently.

(発明の効果) 以」二説明したように、この発明は、受信用の2つのト
ランスデユーサが被検体から反射されて来た超音波ビー
ムのうちの直交成分をそれぞれ独立して受信できるよう
に構成したので、2次元的な表示が可能な位相情報を含
む超音波ビームが得られ、また被検体の変化が微小なも
のであってもこれを的確に検出することができ、更に方
向性結合器を必要とすることなく、直交する超音波ビー
ムを分離して受信することが可能なので、装置を簡単に
することができる。
(Effects of the Invention) As explained below, the present invention is capable of allowing two receiving transducers to independently receive orthogonal components of the ultrasound beam reflected from the subject. As a result, an ultrasonic beam containing phase information that can be displayed two-dimensionally can be obtained, and even minute changes in the object can be accurately detected. Since orthogonal ultrasound beams can be received separately without the need for a coupler, the device can be simplified.

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

第1図はこの発明の一実施例による超音波顕微鏡用トラ
ンスデユーサの平面図、第2図は従来の超音波装置によ
る超音波ビームの径路図、第3図はこの発明による超音
波顕微鏡の経路図、第4図はこの発明の他の実施例によ
る顕微鏡用トランスデユーサの平面図である。 1a・・・トランスデユーサ部、 T12、Ti2、Tol、To2・・・トランスデユー
サ。 式凸もミ艮ビームtl紅語Vη 本3図 ko+feliMiff!aaMmD>2iう、−”j
rmm秦4図
FIG. 1 is a plan view of a transducer for an ultrasound microscope according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a path diagram of an ultrasound beam by a conventional ultrasound device, and FIG. 3 is a plan view of a transducer for an ultrasound microscope according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a plan view of a microscope transducer according to another embodiment of the present invention. 1a...Transducer section, T12, Ti2, Tol, To2...Transducer. Expression convex momi 艮 beam tl red language Vη Book 3 diagram ko + feliMiff! aaMmD>2iu,-”j
rmm qin 4 figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 圧電板の一平面上に扇状をなしてそれぞれ配置された超
音波ビームの送信用トランスデューサ及び受信用トラン
スデューサを備え、前記送信用トランスデューサの超音
波ビームを被検体に放射し、前記被検体から反射された
超音波ビームを前記受信用トランスデューサにより受信
して前記被検体の状態を表わす検出信号を得るようにし
た超音波顕微鏡において、 前記受信用トランスデューサは複数個備えられ、それぞ
れ前記被検体から反射されて来た超音波ビームのうちの
互いに直交する超音波ビームを独立して受信するように
配置されていることを特徴とする超音波顕微鏡。
[Scope of Claims] A transducer for transmitting an ultrasonic beam and a transducer for receiving an ultrasonic beam are arranged in a fan shape on one plane of a piezoelectric plate, and the ultrasonic beam of the transmitting transducer is emitted to a subject; In the ultrasound microscope, the ultrasonic beam reflected from the subject is received by the receiving transducer to obtain a detection signal representing the state of the subject, wherein a plurality of the receiving transducers are provided, and each of the receiving transducers is provided with a detection signal representing a state of the subject. An ultrasound microscope characterized in that the ultrasound microscope is arranged to independently receive ultrasound beams orthogonal to each other among ultrasound beams reflected from a subject.
JP62143346A 1987-06-10 1987-06-10 Ultrasonic microscope Pending JPS63308557A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02140465U (en) * 1989-04-25 1990-11-26

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5819556A (en) * 1981-07-27 1983-02-04 Olympus Optical Co Ltd Soundwave probe for ultrasonic microscope

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