JPS6342742B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波顕微鏡に係り、特に観察され
る試料が、超音波媒体により観察に不都合な移動
や損傷を受けることがない様に改良を施した超音
波顕微鏡に関する。

光の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の超音
波ビームによつて試料面を機械的に走査し、散乱
され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。そして、その構成としては超音波の
検出の仕方によつて、すなわち試料内で散乱ある
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図は透過型の超音
波顕微鏡の従来の構成を示すブロツク図であり、
同図中１は高周波発振器、２は送波側超音波集束
レンズでサフアイアなどで形成され、一面には送
波用トランスデユーサ２ａが貼着され、他面には
球面状にえぐられてなる球面レンズ部２ｂが形成
されている。３は受波側超音波集束レンズで、送
波側超音波集束レンズと同様にサフアイアなどで
形成され、一面には受波用トランスデユーサ３ａ
が貼着され、他面には球面状にえぐられてなる球
面レンズ部３ｂが形成されている。そして、この
ような一対の超音波集束レンズは互いに球面レン
ズ部２ｂ，３ｂを対向せしめて超音波媒体となる
水４を介して共焦点構成に配設されている。５は
試料保持用枠でマイラー膜６が張設され、該マイ
ラー膜６に被検査物体となる試料７が取付けられ
ている。８は試料保持用枠５をＸ及びＹ方向に移
動させる走査装置、９は試料保持用枠５の移動と
同期して後述する表示装置のビームを走査する走
査回路、１０は受波側超音波集束レンズ３の出力
を受信する受信回路、１１は表示装置である。前
述の如き超音波顕微鏡において、まず送波用トラ
ンスデユーサ２ａによつて放射された平面超音波
は球面レンズ部２ｂによつて集束され水中に焦点
を結ぶ。この焦点に集まつた超音波は共焦点に配
置されている受波側超音波集束レンズ３の球面レ
ンズ部３ｂによつて集音され、平面超音波となつ
て受波用トランスデユーサ３ａによつて電気信号
に変換される。そこで試料７の検査面が焦点に位
置するようにしながら試料保持用枠５をＸ方向に
振動させながらＹ方向に少しずつ移動させれば、
超音波ビームは相対的に試料面を走査することに
なる。超音波ビームが試料７を透過する際、振幅
や位相の変化を受けるから、超音波ビームが横切
るところの試料面の各点に対応させて表示装置１
１内の陰極線管（CRT）の電子ビームを掃引し、
受波用トランスデユーサ３ａの出力信号に応じて
輝度変調をかければCRT面上に二次元の顕微鏡
像が得られる。

ところで、かゝる従来の超音波顕微鏡において
は超音波集束レンズを固定しておき、試料をＸ及
びＹ方向に移動させ、これにより超音波ビームを
して該試料面上を走査させるものであつた。この
ため、試料が振動に耐えられない場合、たとえば
生体の脳細胞や豆腐のような試料の場合には従来
の超音波顕微鏡ではその観察をすることができな
かつた。又、集束レンズを移動させ、これにより
超音波ビームをして試料面上を走査させるように
したとしても、従来の構成ではレンズの振動に伴
なう超音波媒体の乱れにより試料が移動したり、
試料自体が分離してしまい事実上試料の観察を行
なうことができなかつた。

また、試料が生体である場合、超音波媒体は細
胞を殺すことのない生理食塩水が好ましいし、一
方超音波吸収が少ない理由で、選択されうる超音
波媒体として、水の他に水銀Hg、CS₂が用いら
れるが、この場合接することで生体細胞を殺した
り、或いは試料を変質、腐蝕する。

従つて本発明の目的は、超音波媒体が試料に悪
影響を及ぼすことがなく、良好な画像をうる超音
波顕微鏡を提供することを目的とする。

以下、本発明の実施例を図面に従つて詳細に説
明する。

第２図は本発明に係る反射型の超音波顕微鏡の
ブロツク図である。

図中、２１は高周波発振器、２２は高周波の入
力信号と出力信号とを互いに分離する分離回路
で、たとえばサーキユーレータと時間的にゲート
するゲート回路により構成されている。尚、この
分離回路２２を配設した理由は以下の通りであ
る。即ち、反射型顕微鏡においては後述する圧電
トランスデユーサから発生した入射音波と試料か
ら反射した反射音波とは同一の道を互いに逆にた
どる。しかも、上記圧電トランスデユーサは高周
波の電気信号を超音波に、又試料からの反射音波
を電気信号にそれぞれ変換するから、入出力電気
信号もそれぞれ線Ｌ中を逆向に流れる。このため
分離回路２２が必要になるのである。

２３は圧電トランスデユーサで上述の如く、高
周波発振器２１から発生した高周波の入力信号を
超音波に変換すると共に、試料から反射してきた
反射音波を電気信号に変換する。２４は超音波集
束レンズであり、一面には圧電トランスデユーサ
２３が貼着され、他面には球面状にえぐられてな
る球面レンズ部２５が形成されている。この超音
波集束レンズ２４はサフアイアなどにより形成さ
れ、圧電トランスデユーサ２３から放射された平
面超音波（入射音波）を球面レンズ部２５によつ
て集束して超音波ビームに変換すると共に、後述
する試料面上に焦点を結ばせ、又試料から反射し
た反射音波を球面レンズ部２５にて集音し、平面
超音波に変換する。２６はマイラー膜などからな
る隔離膜であり、後述するように超音波媒体をレ
ンズ側超音波媒体と、試料側超音波媒体に仕切
る。２７は隔離膜支持体、２８は被検査物体であ
る試料、２９はレンズ側超音波媒体、３０は試料
側超音波媒体である。レンズ側超音波媒体２９と
試料側超音波媒体３０とは隔離膜２６により仕切
られ、試料側超音波媒体３０に試料２８が埋没し
ている。尚、試料側超音波媒体３０としては試料
２８を腐蝕させたり、生体細胞を殺すことがない
媒体、たとえば水（H₂O）、生理食塩水等が適し
ている。一方、レンズ側超音波媒体２９としては
水も考えられるが、水よりも超音波吸収が少な
く、しかも試料２８に悪影響を与える（生体細胞
を殺したり、或いは試料を腐蝕させる）ような媒
体、たとえば水銀Hg、CS₂が適している。たと
えば、試料２８としてICチツプを考えると、レ
ンズ側超音波媒体２９として水銀を、試料側超音
波媒体３０として水を使用すれば、レンズ側超音
波媒体２９及び試料側超音波媒体３０として共に
水を用いるより超音波ロスを軽減することができ
る。というのは水銀のα／f²（このα／f²は液体
中の音波吸収の程度を表わす量であり、αは音波
吸収係数（cm^-1）、ｆは音波の周波数（S^-1）であ
る）は、水の1/3程度であるからである。尚、水
銀をレンズ側媒体２９及び試料側媒体３０として
用いることはできない。これは、水銀をICチツ
プに接触させると、IC上の配線材である金とア
マルガムをつくり金をとかしたり、或いはその大
きな表面張力及び濡性の悪さにより試料の孔、段
差部に気孔を生じさせることがあるからである。

３１は試料２８が載置され、超音波集束レンズ
２４に対し独立にＸ及びＹ方向に移動できる試料
台であり、この試料台を移動させることにより視
野位置を調整することができる。３２は表示装
置、３３は超音波集束レンズ２４をＸ方向及びＹ
方向に振動させ、超音波ビームをして試料２８上
を走査せしめるレンズ加振器である。

次に、本発明に係る超音波顕微鏡の動作を説明
する。

高周波発振器２１から発生した高周波の入力信
号は分離回路２２により、線Ｌを介して圧電トラ
ンスデユーサ２３に印加される。これにより圧電
トランスデユーサ２３は振動し、平面超音波を放
射する。この平面超音波は超音波集束レンズ２４
内を移動し球面レンズ部２５によつて集束され、
レンズ側超音波媒体２９、隔離膜２６、試料側超
音波媒体３０を介して、該試料側超音波媒体３０
内に配設せられた試料２８に焦点を結ぶ。この焦
点に集まつた超音波ビームは試料２８の各部の音
響的性質によつて反射し、反射音波となつて試料
側超音波媒体３０、隔離膜２６、レンズ側超音波
媒体２９を介して球面レンズ部２５に到る。これ
により球面レンズ部２５は反射音波を集音し、平
面超音波に変換して圧電トランスデユーサ２３に
印加する。圧電トランスデユーサ２３は平面超音
波が印加されゝば、これを電気信号に変換し、線
Ｌに出力する。この電気出力信号は分離回路２２
を介して表示装置３２に印加され、内蔵する
CRT上に表示される。従つて、上記動作と関連
してレンズ加振器３３により超音波集束レンズ２
４をＸ及びＹ方向に振動させれば超音波ビームは
試料上をＸ及びＹ方向に走査し、これにより表示
装置３２内蔵のCRT面上には試料２８の二次元
的顕微鏡像が得られる。

さて、本発明の一実施例において、超音波集束
レンズ２４と試料２８間の超音波媒体中に隔離膜
２６を設けて超音波媒体を２層にすると共に、超
音波集束レンズ２４と、レンズ側超音波媒体２９
と、隔離膜２６とを一体に移動するようにしてい
る。換言すれば超音波集束レンズ２４と試料側超
音波媒体３０とは一体に移動しない。このため、
走査に際し、レンズ加振器３３により超音波集束
レンズ２４を振動させても、試料側超音波媒体が
動いたりすることがなく試料２８の変形、分離、
浮き上り等を防止することができる。尚、超音波
集束レンズ２４とレンズ側超音波媒体２９のみが
一体に動き、隔離膜２６と試料側超音波媒体３０
は試料台３１と一体に動くように構成してもよ
い。

尚、作画中は超音波集束レンズ２４と隔離膜２
６間の距離、及び隔離膜２６と試料２８間の距離
を共に一定に保つことが好ましい。特にレンズ側
超音波媒体２９と試料側超音波媒体３０が異なる
場合には一定に保つことが要求される。第３図は
試料が小さい場合に上記距離を一定に保つのに適
用して好適な媒体隔離法を説明する説明図であり
図中、第２図と同一部分には同一符号を付してい
る。この第３図において、隔離膜支持枠２７は試
料台３１に植設されており、隔離膜２６と試料２
８間は常に一定の状態に維持される。

又、隔離膜２６の厚さを1/4λ（但し、λは超音
波の波長）とすることにより隔離膜２６における
超音波ロスを減少させることができる。特に、レ
ンズ側超音波媒体２９と試料側超音波媒体３０を
それぞれ異なる媒体で構成したときには、媒体間
のインピーダンス差にマツチした材料を使用する
と共に、1/4λの膜厚にすればなお一層超音波ロ
スを減少させることができる。

以上、本発明を実施例に従つて詳細に説明した
が本発明は実施例に限定されるものではない。た
とえば実施例としては反射型顕微鏡の例を示した
が、本発明は透過型顕微鏡にも適用できる。

以上、本発明によれば走査に際し、超音波集束
レンズ２４が振動される場合、超音波集束レンズ
２４側と試料２８側を隔離膜２６で分離している
ので試料が振動したり、浮上ることがないから該
試料の変形、分離等を防ぐことができ、生体細胞
等の観察が可能になり、しかも良質な顕微鏡像を
得ることができた。

又、本発明の超音波媒体を隔離膜により、レン
ズ側と試料側とを分離すると、試料に接触しない
レンズ側超音波媒体として該試料に悪影響を与え
る媒体を用いることができる。そして、これらの
媒体には水銀のようにα／f²が水の1/3程度のも
のがあるため、水に代えてたとえば水銀を用いる
ことにより超音波損失を減少させることができ、
良好な画像をうることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の透過型超音波顕微鏡のブロツク
図、第２図は本発明に係る超音波顕微鏡のブロツ
ク図、第３図は媒体隔離の別の実施例説明図であ
る。 ２１……高周波発振器、２２……分離回路、２
３……圧電トランスデユーサ、２４……超音波集
束レンズ、２５……球面レンズ部、２６……隔離
膜、２７……隔離膜支持枠、２８……試料、２９
……レンズ側超音波媒体、３０……試料側超音波
媒体、３１……試料台、３２……表示装置、３３
……レンズ加振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波媒体を介して超音波を超音波集束レン
   ズにより試料面に集束ビームを集束させると共
   に、前記超音波集束レンズと試料を相対的に走査
   してなる超音波顕微鏡において、 前記超音波媒体を前記超音波集束レンズ側と前
   記試料側とに分離し前記超音波レンズの走査によ
   り生ずるレンズ側超音波媒体のゆらぎを、試料側
   へ及ぼすことを抑える隔離膜を設けたことを特徴
   とする超音波顕微鏡。 ２ 超音波媒体を介して超音波集束レンズによ
   り、試料面に集束ビームを集束させると共に、前
   記超音波集束レンズと試料を相対的に走査してな
   る超音波顕微鏡において前記超音波集束レンズ側
   の超音波媒体と前記試料とを分離する隔離膜を設
   け、試料に損傷を与えることなく前記超音波集束
   レンズ側の超音波媒体として減衰の少ない超音波
   媒体を選択配置することを特徴とする超音波顕微
   鏡。