JPS6395349A - Scanner of ultrasonic spectroscope - Google Patents

Scanner of ultrasonic spectroscope

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Publication number
JPS6395349A
JPS6395349A JP61241755A JP24175586A JPS6395349A JP S6395349 A JPS6395349 A JP S6395349A JP 61241755 A JP61241755 A JP 61241755A JP 24175586 A JP24175586 A JP 24175586A JP S6395349 A JPS6395349 A JP S6395349A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
transducer unit
scanning device
bimorph
scanning
Prior art date
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Pending
Application number
JP61241755A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Koyano
小谷野 明
Toshiyuki Matsunaka
敏行 松中
Keiji Kato
恵司 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Aloka Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6395349A publication Critical patent/JPS6395349A/en
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable highly accurate fast scanning, by employing a bimorph diaphragm comprising a ceramic piezoelectric body as actuator. CONSTITUTION:A vibrator is made up of a bimorph diaphragm 10 comprising a ceramic piezoelectric body, a mounting base 12 for fixing both ends of the diaphragm 10 and an AC power source 16 connected to electrodes provided on both sides of the diaphragm 10, which is connected to a transducer with a support arm 14. Here, as displacement of a thickness mode of the diaphragm 10 is directly proportional to an applied voltage, an actuator is obtained which facilitates the control of the displacement depending on voltage. Then, when a voltage is applied to the diaphragm 10, the diaphragm 10 vibrates in the direction of the arrow, which enables horizontal reciprocation of a transducer unit fixed at the other end of the arm 14, by connecting one end of the arm 14 to the diaphragm 10. Thus, this enables highly accurate fast scanning.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は超音波顕微鏡、特に機械走査型超音波顕微鏡の
走査装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an ultrasound microscope, particularly to a scanning device for a mechanical scanning ultrasound microscope.

[従来の技術] 超音波顕微鏡は超音波のビームをトランスデユーサユニ
ットにより試料に送受波し、その反射又は透過により試
料の微細領域の情報を得るものであり、走査手段として
は機械走査が一般的である。
[Prior Art] Ultrasonic microscopes transmit and receive ultrasonic beams to and from a sample using a transducer unit, and obtain information on minute areas of the sample by reflecting or transmitting the beams. Mechanical scanning is generally used as a scanning method. It is true.

前記機械走査は試料またはトランスデユーサのいずれか
一方に与えられ、加振器を試料台またはトランスデユー
サユニットに連結し、複数の走査を種々組み合わせるこ
とによってxy二次元走査を行い、所望の拡大像を得て
いる。
The mechanical scan is applied to either the sample or the transducer, and a vibrator is connected to the sample stage or the transducer unit, and xy two-dimensional scanning is performed by various combinations of multiple scans to achieve the desired magnification. I'm getting a statue.

特に、高速走査が必要とされる場合の走査装置の加振器
はムーヴイングコイルアクチュエータが好適である。
In particular, a moving coil actuator is suitable for the exciter of the scanning device when high-speed scanning is required.

従来の走査装置の構成例を第3図において説明する。第
3図はトランスデユーサユニット36と加振器38及び
両者を連結する支持アーム14とから成るX方向の走査
装置と、試料32を裁置する試料台24をy方向に走査
するパルスモータステージ22から構成される。
An example of the configuration of a conventional scanning device will be explained with reference to FIG. FIG. 3 shows an X-direction scanning device consisting of a transducer unit 36, a vibrator 38, and a support arm 14 that connects the two, and a pulse motor stage that scans a sample stage 24 on which a sample 32 is placed in the Y direction. Consists of 22.

上記トランスデユーサユニット36は超音波振動子を含
む圧電トランスデユーサ26と、超音波ビームを集束す
る上端が平面そして下端が凹面の音響レンズ28とから
構成され、リード線34により超音波顕微鏡本体と電気
的に接続される。
The transducer unit 36 is composed of a piezoelectric transducer 26 including an ultrasonic transducer, and an acoustic lens 28 whose upper end is flat and whose lower end is concave for focusing an ultrasonic beam. electrically connected to.

圧電トランスデユーサ26から送波される超音波は、音
響レンズ28で集束され、伝達媒質30により試料32
に到達し、その音響特性による反射波を同トランスデユ
ーサユニット36で受波することによって微細領域の情
報が得られる。
The ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric transducer 26 are focused by the acoustic lens 28 and transmitted to the sample 32 by the transmission medium 30.
The transducer unit 36 receives the reflected wave due to its acoustic characteristics, thereby obtaining information on the minute area.

第4図は従来のムーヴイングコイルアクチュエータの構
成例であり、磁気回路を形成する永久磁石50の中に中
空状のムーヴイングコイル52が支持され、ムーヴイン
グコイル52は他端にトランスデユーサユニット36を
固定する支持アーム14の一端に固定されている。
FIG. 4 shows a configuration example of a conventional moving coil actuator, in which a hollow moving coil 52 is supported in a permanent magnet 50 forming a magnetic circuit, and the moving coil 52 has a transducer unit at the other end. 36 is fixed to one end of the support arm 14.

ムーヴイングコイル52に電流を流すと、この電流が永
久磁石50から発生している磁束を切るために、ムーヴ
イングコイル52は図の矢印方向に往復動することにな
り、ムーヴイングコイル52と連結するトランスデユー
サユニット36を水平往復動することが可能となる。
When a current is passed through the moving coil 52, this current cuts the magnetic flux generated from the permanent magnet 50, so the moving coil 52 reciprocates in the direction of the arrow in the figure, and is connected to the moving coil 52. The transducer unit 36 can be horizontally reciprocated.

従って、ムーヴイングコイルアクチュエータによりトラ
ンスデユーサユニット36をX方向に高速走査すると共
に、パルスモータステージ22で試料台24をy方向に
低速走査し、試料32の微細領域の拡大像を得ることが
できる。
Therefore, the transducer unit 36 is scanned at high speed in the X direction by the moving coil actuator, and the sample stage 24 is scanned at low speed in the y direction by the pulse motor stage 22, thereby making it possible to obtain an enlarged image of a minute region of the sample 32. .

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、従来の走査装置ではムーヴイングコイル
による機械振動によって超音波ビームの走査をするため
に、微少振動を必要とする高精度な走査が難しいという
問題点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in conventional scanning devices, the ultrasonic beam is scanned by mechanical vibrations caused by a moving coil, so there is a problem in that it is difficult to perform highly accurate scanning that requires minute vibrations. be.

すなわち、ムーヴイングコイルによる振幅は永久磁石に
よる磁束とムーヴイングコイルに流す電流とによって決
定されるために、トランスデユーサユニットの移動を数
十分の一1数百分の一ミクロンという精度で制御するこ
とは到底不可能である。
In other words, since the amplitude of the moving coil is determined by the magnetic flux from the permanent magnet and the current flowing through the moving coil, the movement of the transducer unit can be controlled with an accuracy of a few tenths to a few hundredths of a micron. It is simply impossible to do so.

従って、従来の走査装置では走査密度を向上させ、より
微細な領域の情報を得ることは不可能である。
Therefore, with conventional scanning devices, it is impossible to increase the scanning density and obtain information in finer areas.

また、従来の走査装置の加振器は永久磁石とムーヴイン
グコイルとから構成されているために、加振器が大型で
重くなり、走査装置を小型軽量化することが困難である
Furthermore, since the exciter of the conventional scanning device is composed of a permanent magnet and a moving coil, the exciter is large and heavy, making it difficult to make the scanning device smaller and lighter.

以上のような問題点を解決するために、本発明は高精度
な走査の可能な、小型で軽量な超音波顕微鏡の走査装置
の提供を目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a small and lightweight scanning device for an ultrasound microscope that is capable of highly accurate scanning.

[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は超音波顕微鏡のト
ランスデユーサユニットまたは試料台を移動させる走査
装置の加振器を、セラミックス圧電体から成る両端を固
定されたバイモルフ振動板を含む加振器とすることを特
徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a transducer unit of an ultrasonic microscope or an exciter of a scanning device for moving a sample stage, with both ends made of a ceramic piezoelectric material. The vibration exciter includes a fixed bimorph diaphragm.

[実施例] 以下、第1図〜第3図に基づいて本発明の好適な実施例
を説明する。
[Example] Hereinafter, a preferred example of the present invention will be described based on FIGS. 1 to 3.

第1図は本発明による加振器の構成例、第2図はバイモ
ルフ振動板の説明図である。従来例と同一部材には同一
符号を付して説明を省略する。
FIG. 1 is a configuration example of a vibrator according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a bimorph diaphragm. The same members as those in the conventional example are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

第1図において、本発明による加振器38は、バイモル
フ振動板10と、バイモルフ振動板10の両端を固定す
る取付台12と、バイモルフ振動板10の両面に設けら
れた電極と接続する交流電源16とから成り、バイモル
フ振動板10はトランスデユーサユニット36と支持ア
ーム14により連結される。
In FIG. 1, a vibrator 38 according to the present invention includes a bimorph diaphragm 10, a mounting base 12 for fixing both ends of the bimorph diaphragm 10, and an AC power supply connected to electrodes provided on both sides of the bimorph diaphragm 10. 16, and the bimorph diaphragm 10 is connected to the transducer unit 36 by the support arm 14.

第2図はバイモルフ振動板10の構成例であり、実施例
においては弾性補強板20の両面にセラミックス圧電体
から成る索子18(圧電素子)が分、極方向が異なるよ
うに設けられ、振動板10の両端は固定され、各圧電素
子18には電極が設けられている。
FIG. 2 shows an example of the structure of the bimorph diaphragm 10. In this embodiment, cords 18 (piezoelectric elements) made of ceramic piezoelectric material are provided on both sides of the elastic reinforcing plate 20 so that the polar directions are different. Both ends of the plate 10 are fixed, and each piezoelectric element 18 is provided with an electrode.

第2図のようなバイモルフ振動板10に電圧が印加され
ると、印加電圧に比例してセラミックス内部の正負電荷
と外部の電荷との間に静電力が働き、それによってセラ
ミックスが伸び縮みをし、一方の圧電素子18が伸びる
とき、他方の圧電素子18が収縮して生じる上下方向の
屈曲により、バイモルフ振動板10には破線のような厚
みモードの変位が生じる。
When a voltage is applied to the bimorph diaphragm 10 as shown in Figure 2, an electrostatic force acts between the positive and negative charges inside the ceramic and the external charges in proportion to the applied voltage, causing the ceramic to expand and contract. When one piezoelectric element 18 expands, the other piezoelectric element 18 contracts and bends in the vertical direction, causing thickness mode displacement in the bimorph diaphragm 10 as shown by the broken line.

このときのバイモルフ振動板10の厚みモードの変位量
は、印加電圧に正比例するために、変位量を電圧によっ
て容易に制御可能なアクチュエータが得られる。
Since the amount of displacement in the thickness mode of the bimorph diaphragm 10 at this time is directly proportional to the applied voltage, an actuator whose displacement amount can be easily controlled by voltage can be obtained.

第2図のような構成から成るバイモルフ振動板10を第
1図のように配置し、電圧を印加すると、バイモルフ振
動板10は矢印方向に振動し、バイモルフ振動板10に
支持アーム14の一端を接続することにより、支持アー
ム14の他端に固定されるトランスデユーサユニット3
6の第3図の矢印のような水平往復動が可能となる。
When the bimorph diaphragm 10 having the configuration shown in FIG. 2 is arranged as shown in FIG. 1 and a voltage is applied, the bimorph diaphragm 10 vibrates in the direction of the arrow, causing one end of the support arm 14 to Transducer unit 3 fixed to the other end of support arm 14 by connecting
6, horizontal reciprocation as shown by the arrow in FIG. 3 is possible.

なお、実施例においては、加振器38とトランスデユー
サユニット36とを連結してトランスデユーサユニット
36を移動しているが、加振器38と試料台24とを連
結して試料台24を移動する走査装置としても同様な効
果が得られる。
In the embodiment, the vibrator 38 and the transducer unit 36 are connected to move the transducer unit 36, but the vibrator 38 and the sample stage 24 are connected and the sample stage 24 is moved. A similar effect can be obtained by using a scanning device that moves.

本発明の特徴的なことは、セラミックス圧電体から成る
バイモルフ振動板を含む加振器を走査装置のアクチュエ
ータとすることにより、トランスデユーサユニットまた
は試料台の高精度な高速走査が容易に可能なことである
A characteristic feature of the present invention is that by using an exciter including a bimorph diaphragm made of a ceramic piezoelectric material as an actuator of a scanning device, highly accurate high-speed scanning of a transducer unit or a sample stage can be easily performed. That's true.

すなわち、本発明においては、バイモルフ振動板を電圧
の印加により励振するために、振幅の制御が容易に可能
であると共に変位量の少ない微少振動が得られる。
That is, in the present invention, since the bimorph diaphragm is excited by applying a voltage, the amplitude can be easily controlled and minute vibrations with a small amount of displacement can be obtained.

従って、本発明によれば、トランスデユーサユニットま
たは試料台の位置移動を高精度とすることができ、走査
密度の高い走査装置が可能である。
Therefore, according to the present invention, it is possible to move the transducer unit or the sample stage with high precision, and a scanning device with high scanning density is possible.

また、本発明の特徴的なことは、バイモルフ振動板をア
クチュエータとして用いることにより、軽量小型な走査
装置が得られることである。
Furthermore, a feature of the present invention is that by using a bimorph diaphragm as an actuator, a lightweight and compact scanning device can be obtained.

すなわち、従来のように磁界を必要としないので、磁石
が不必要となり、そのうえ機械振動によらないので、軽
量小型で耐久性の良い消費電力の低い走査装置が可能で
ある。
That is, unlike the conventional scanning device, a magnetic field is not required, so a magnet is unnecessary, and since it is not dependent on mechanical vibration, a lightweight, compact, durable, and low power consumption scanning device can be achieved.

また、実施例においては、バイモルフ振動板10の形状
を長方形としているが、円形板とし、周辺を固定して励
振する加振器とすることも可能であり、バイモルフ振動
板10の素子材を他の圧電材とすることも可能である。
In addition, in the embodiment, the bimorph diaphragm 10 has a rectangular shape, but it is also possible to use a circular plate with its periphery fixed as an exciting exciter, and the element material of the bimorph diaphragm 10 may be made of other materials. It is also possible to use a piezoelectric material.

以上、説明したように、本発明によれば、高精度な高速
走査が可能であると共に軽量小型で消費電力の低い走査
装置が得られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a scanning device that is capable of highly accurate high-speed scanning, is lightweight, compact, and has low power consumption.

[発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、高精度で高密度の
高速走査の可能な軽量小型な走査装置の提供が可能であ
る。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a lightweight and compact scanning device capable of high-accuracy, high-density, and high-speed scanning.

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

第1図は本発明による加振器の説明図、第2図はバイモ
ルフ振動板の説明図、 第3図は走査装置の構成図、 第4図は従来例による加振器の説明図である。 10 ・・・ バイモルフ振動板 12 ・・・ 取付台 14 ・・・ 支持アーム 18 ・・・ 圧電素子 20 ・・・ 弾性補強板 24 ・・・ 試料台 32 ・・・ 試料 36 ・・・ トランスデユーサユニット38 ・・・
 加振器。
Fig. 1 is an explanatory diagram of a vibrator according to the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of a bimorph diaphragm, Fig. 3 is a configuration diagram of a scanning device, and Fig. 4 is an explanatory diagram of a conventional vibrator. . 10... Bimorph diaphragm 12... Mounting base 14... Support arm 18... Piezoelectric element 20... Elastic reinforcing plate 24... Sample stage 32... Sample 36... Transducer Unit 38...
Vibrator.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料への超音波送受により微細領域を拡大表示す
る超音波顕微鏡のトランスデューサユニットまたは試料
台を移動させる走査装置において、トランスデューサユ
ニットまたは試料台を往復動させる加振器と、トランス
デューサユニットまたは試料台と加振器とを連結する支
持アームと、を備え、上記加振器は支持アームの一端と
接続するバイモルフ振動板と、バイモルフ振動板の両端
を固定する取付台と、を含み、バイモルフ振動板を励振
することにより、トランスデューサユニットまたは試料
台の高速走査を可能とすることを特徴とする超音波顕微
鏡の走査装置。
(1) In a scanning device that moves the transducer unit or sample stage of an ultrasound microscope that magnifies and displays minute areas by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the sample, an exciter that moves the transducer unit or sample stage back and forth, and a transducer unit or sample a support arm that connects the stand and the vibrator, the vibrator includes a bimorph diaphragm connected to one end of the support arm, and a mounting base that fixes both ends of the bimorph diaphragm; A scanning device for an ultrasound microscope, characterized in that it enables high-speed scanning of a transducer unit or a sample stage by exciting a plate.
(2)特許請求の範囲(1)記載の装置において、バイ
モルフ振動板はセラミックス圧電体から成ることを特徴
とする超音波顕微鏡の走査装置。
(2) A scanning device for an ultrasonic microscope according to claim (1), wherein the bimorph diaphragm is made of a ceramic piezoelectric material.
JP61241755A 1986-10-09 1986-10-09 Scanner of ultrasonic spectroscope Pending JPS6395349A (en)

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