RU2451291C1

RU2451291C1 - Ultrasonic microscope

Info

Publication number: RU2451291C1
Application number: RU2011106672/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Фёдорович Меньших (RU); Олег Фёдорович Меньших
Original assignee: Олег Фёдорович Меньших
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-05-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: ultrasonic microscope has, in a receiving channel with an immersion liquid, a second acoustic lens and a second ultrasonic transducer which is connected by the output to the first input of the wideband amplifier of the receiving channel, an attenuator which is controlled at the first output of a personal computer and connected between the output of a generator of linearly frequency-modulated oscillations and the second input of the wideband amplifier of the receiving channel, a depth scanning device having a two-way connection with the personal computer which controls its operation and mechanically moves along the normal to the plane of the support of the connected combination of the first and second ultrasonic transducers and the first and second acoustic lenses, as well as a unit for detecting irregularities in the analysed object which is not transparent for light waves, the first, second and third inputs of that unit being respectively connected to the outputs of a threshold device, a clock pulse generator and the second control output of the personal computer, and the output of that unit is connected to the data input of the personal computer, wherein focal planes of the first and second acoustic lenses are superimposed with the analysed section which is parallel to the plane of the support of the analysed object which is not transparent for light waves.

EFFECT: high resolution of the ultrasonic microscope.

8 dwg

Description

Изобретение относится к областям электроакустики и радиотехники и может быть использовано в качестве устройства для послойной визуализации неоднородностей внутренних структур непрозрачных объектов, например, для регистрации топологии многослойных сверхбольших интегральных схем (СБИС).The invention relates to the fields of electroacoustics and radio engineering and can be used as a device for layer-by-layer visualization of heterogeneities of internal structures of opaque objects, for example, for recording the topology of multilayer ultra-large integrated circuits (VLSI).

Микроскопическое исследование внутренних объемов непрозрачных для световых электромагнитных излучений структур невозможно. Использование рентгеновского излучения не дает возможности микроскопических исследований из-за отсутствия фокусирующих устройств для спектра этого излучения. Также обстоит дело при использовании более жестких излучений - альфа- или бета-излучений. Поэтому «просвечивание» объектов заменяют их «прозвучиванием» ультразвуковыми волнами - продольного или поперечного типов, которые принципиально не могут распространяться в отсутствии среды. Некоторым неудобством методов «прозвучивания» исследуемых объектов является необходимость визуализации получаемых в звуковом поле результатов.Microscopic examination of the internal volumes of structures opaque to light electromagnetic radiation is impossible. The use of x-ray radiation does not allow microscopic studies due to the lack of focusing devices for the spectrum of this radiation. This is also the case when using more stringent radiation - alpha or beta radiation. Therefore, the “transillumination” of objects is replaced by their “sounding” by ultrasonic waves — longitudinal or transverse types, which in principle cannot propagate in the absence of a medium. Some inconvenience of the methods of “sounding” the objects under study is the need to visualize the results obtained in the sound field.

Одним из перспективных направлений визуализации ультразвуковых изображений является ультразвуковая топография, в основе которой лежит интерференционный метод записи, воспроизведения и преобразования звуковых полей. Методы акустической топографии используются в звуковидении - получении изображения объектов с помощью акустических волн для получения амплитудно-фазовой структуры отраженных и рассеянных полей, измерения характеристик направленности акустических антенн, пространственно-временной обработки акустических сигналов, образующихся от преобразования соответствующих электрических сигналов (см., например, Свет В.Д. Методы акустической топографии, Л., 1976; Ахмед М., Ван К., Мидерелл А. Голография и ее применение в акустоскопии, пер. с англ., «ТИИЭР», 1979, т.67, с.25; Зуйкова Н.В., Свет В.Д. Об одном оптическом методе восстановления акустической голограммы точечного источника, расположенного в неоднородном волноводе, «Акуст.ж.», 1981, т.27, с.513; Грегуш П. Звуковидение, пер. с англ., М., 1982). Самостоятельным разделом, основанным на использовании в том числе и акустической голографии, является томография, используемая в медицинской диагностике. Реконструктивная томография дает пространственное распределение параметров распространения звука - коэффициент затухания (аттенюационная модификация метода) или скорости звука (рефракционная модификация). В этом методе исследуемое сечение объекта прозвучивается многократно в различных направлениях, и информация о координатах прозвучивания и об ответных сигналах обрабатывается на ЭВМ, в результате чего на дисплее отображается реконструированная томограмма (см., например, Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962).One of the promising areas of ultrasound imaging is ultrasound topography, which is based on the interference method of recording, reproducing and converting sound fields. Acoustic topography methods are used in sound vision - obtaining images of objects using acoustic waves to obtain the amplitude-phase structure of reflected and scattered fields, measuring the directivity of acoustic antennas, spatio-temporal processing of acoustic signals generated from the conversion of the corresponding electrical signals (see, for example, Svet V.D. Methods of acoustic topography, L., 1976; Ahmed M., Van K., Meidell A. Holography and its application in acoustoscopy, trans. From English, “TIIER” 1979, v.67, p.25; Zuykova N.V., Svet V.D. On one optical method for reconstructing the acoustic hologram of a point source located in an inhomogeneous waveguide, Akust.zh., 1981, v.27, p. 513; Gregush P. Soundvision, transl. from English, M., 1982). An independent section based on the use of acoustic holography, including tomography, is used in medical diagnostics. Reconstructive tomography gives the spatial distribution of sound propagation parameters — attenuation coefficient (attenuation modification of the method) or sound velocity (refractive modification). In this method, the studied section of the object is sounded repeatedly in different directions, and information on the coordinates of the sound and on the response signals is processed on a computer, as a result of which the reconstructed tomogram is displayed (see, for example, Mataushek I., Ultrasonic technique, trans. With it ., M., 1962).

Широко используется в технике ультразвук - в дефектоскопии, звуколокации, для контроля технологических процессов, очистки поверхностей металлов от окислов, при пайке алюминия и точечной сварке микроконтактов при изготовлении больших интегральных схем, в биологии и медицине (см., например, Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Михайлов И.Т., Соловьев В.А., Сырников Ю.П. Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, пер. с англ., под ред. У.Мэзона, Р.Терстона, т.1-7, М., 1966-74; Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику, М., 1966; Ультразвуковая технология, под ред. Б.А.Аграната, М., 1974; Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах, М., 1981).It is widely used in ultrasound technology - in flaw detection, sonar, for process control, for cleaning metal surfaces from oxides, for brazing aluminum and spot welding of microcontacts in the manufacture of large integrated circuits, in biology and medicine (see, for example, Bergman L. Ultrasound and its application in science and technology, transl. from German, 2nd ed., M., 1957; Mikhailov I.T., Soloviev V.A., Syrnikov Yu.P. Fundamentals of molecular acoustics, M., 1964; Physical acoustics , transl. from English, under the editorship of W. Mason, R. Turston, vol. 1-7, M., 1966-74; Zarembo L.K., Krasilnik ov V.A. Introduction to nonlinear acoustics, M., 1966; Ultrasonic technology, under the editorship of B.A. Agranat, M., 1974; Viktorov I.A. Sound surface waves in solids, M., 1981).

Акустическая микроскопия - есть совокупность методов визуализации микроструктуры и формы малых объектов с помощью ультразвуковых и гиперзвуковых волн. Она включает в себя также методы измерения локальных характеристик упругих и вязких свойств объекта и их распределений по его поверхности или внутри объема. Акустическая микроскопия основана на том, что УЗ-волны, прошедшие, отраженные или рассеянные отдельными участками объекта, имеют различные характеристики (амплитуду, фазу и др.) в зависимости от локальных вязкоупругих свойств образца. Эти различия позволяют методами визуализации звуковых полей получать акустические изображения, восстанавливаемые компьютером на экране дисплея. В зависимости от способа преобразования акустических полей в видимое изображение различают сканирующую лазерную и сканирующую растровую акустическую микроскопию.Acoustic microscopy is a combination of methods for visualizing the microstructure and shape of small objects using ultrasonic and hypersonic waves. It also includes methods for measuring the local characteristics of the elastic and viscous properties of an object and their distributions over its surface or inside the volume. Acoustic microscopy is based on the fact that ultrasound waves transmitted, reflected or scattered by individual parts of the object have different characteristics (amplitude, phase, etc.) depending on the local viscoelastic properties of the sample. These differences allow sound field visualization methods to obtain acoustic images that are restored by the computer on the display screen. Depending on the method of converting acoustic fields into a visible image, scanning laser and scanning raster acoustic microscopy are distinguished.

Сканирующая лазерная акустическая микроскопия представляет собой разновидность акустической голографии, предназначенную для визуализации малых объектов. При облучении плоской УЗ-волной объекта, помещенного в жидкость, фронт волны после прохождения образца искажается из-за неоднородных фазовых задержек, а амплитуда изменяется в соответствии с неоднородностью коэффициента отражения и поглощения в объекте. Прошедшая волна падает на свободную поверхность жидкости и создает на ней поверхностный рельеф, соответствующий акустическому изображению объекта. Этот рельеф считывается световым лучом лазера и затем воспроизводится на экране дисплея после соответствующих преобразований амплитудно-фазового распределения сосчитанного световым пучком акустического рельефа. УЗ-микроскоп такого типа содержит излучающий УЗ-волну пьезоэлектрический преобразователь, через звукопровод связанный с наблюдаемым объектом, помещенным в иммерсионную жидкость. После прохождения объекта УЗ-волна создает на поверхности этой жидкости рельеф. На поверхность жидкости нанесена тонкая полупрозрачная пленка, которая деформируется вместе с жидкостью, повторяя ее рельеф. Луч лазера с помощью сканирующего устройства перемещается по поверхности пленки, частично отражаясь от нее. Отраженные углы от различных точек поверхности пленки отвечают созданному на ней рельефу и с помощью фокусирующей оптики световой пучок воздействует на фотоприемник, предварительно проходя через оптический нож, преобразующий угловую модуляцию луча света в амплитудную. Видимое акустическое изображение объекта возникает на экране дисплея, развертка которого синхронизирована с движением лазерного луча по поверхности пленки. Другое аналогичное устройство визуализации строят на использовании прошедшего через объект лазерного луча, что позволяет сравнивать изображения, полученные при отражении и прохождении света через объект, получая при этом дополнительную информацию об объекте.Scanning laser acoustic microscopy is a type of acoustic holography designed to visualize small objects. When an object placed in a liquid is irradiated by a plane ultrasonic wave, the wave front is distorted after passing through the sample due to inhomogeneous phase delays, and the amplitude changes in accordance with the inhomogeneity of the reflection and absorption coefficients in the object. The transmitted wave falls on the free surface of the liquid and creates a surface relief on it, corresponding to the acoustic image of the object. This relief is read out by the laser light beam and then displayed on the display screen after corresponding transformations of the amplitude-phase distribution of the acoustic relief counted by the light beam. An ultrasound microscope of this type contains a piezoelectric transducer emitting an ultrasonic wave, through a sound duct connected to the observed object, placed in an immersion liquid. After the object passes, the ultrasonic wave creates a relief on the surface of this liquid. A thin translucent film is applied to the surface of the liquid, which deforms with the liquid, repeating its relief. Using a scanning device, the laser beam moves along the surface of the film, partially reflecting from it. The reflected angles from various points on the film surface correspond to the relief created on it and, using focusing optics, the light beam acts on the photodetector after passing through an optical knife that converts the angular modulation of the light beam into amplitude. A visible acoustic image of the object appears on the display screen, the scan of which is synchronized with the movement of the laser beam on the film surface. Another similar visualization device is built on the use of a laser beam transmitted through an object, which allows you to compare images obtained by reflecting and passing light through an object, while receiving additional information about the object.

Используемый в сканирующей лазерной акустической микроскопии способ визуализации не позволяет получать высокое разрешение. Такие микроскопы работают на частотах вплоть до нескольких сотен МГц и дают разрешение до 10 мкм. Достоинством таких микроскопов является возможность одновременного получения оптического и акустического изображений для их сравнения.The imaging method used in scanning laser acoustic microscopy does not allow obtaining high resolution. Such microscopes operate at frequencies up to several hundred MHz and give a resolution of up to 10 microns. The advantage of such microscopes is the ability to simultaneously obtain optical and acoustic images for comparison.

В сканирующей растровой акустической микроскопии сфокусированный в точку УЗ-пучок перемещается по объекту, изображение которого воссоздается по точкам в виде растра. Сфокусированная УЗ-волна, падая на образец, частично отражается от него, частично поглощается и рассеивается в нем, а частично проходит через него. Принимая ту или иную часть излучения, можно судить об акустических свойствах образца в области, размеры которой определяются размерами фокального пятна. Эти размеры согласно теории дифракции по порядку равны длине волны УЗ-колебаний в данной среде.In scanning raster acoustic microscopy, an ultrasound beam focused to a point moves through an object, the image of which is recreated by points in the form of a raster. The focused ultrasonic wave, incident on the sample, is partially reflected from it, partially absorbed and scattered in it, and partially passes through it. Accepting one or another part of the radiation, one can judge the acoustic properties of the sample in a region whose dimensions are determined by the size of the focal spot. According to the diffraction theory, these sizes are in order equal to the wavelength of ultrasonic vibrations in a given medium.

Известны ультразвуковые микроскопы сканирующего растрового типа (см., например, Березина С.И., Лямов В.Е., Солодов И.Ю. Акустическая микроскопия, «Вестник МГУ», сер. «Физика, Астрономия», 1977, т.18, №1, стр.3; а также Куайт К.Ф., Алталар А., Викрамасингхе Х.К. Акустическая микроскопия с механическим сканированием, «ТИИЭР», Обзор, 1979, т.67, №8, р.5), содержащий излучающий УЗ-волну пьезоэлектрический преобразователь, связанный через звукопровод с собирающей акустической линзой, которая в последующем звукопроводе собирает УЗ-волны в фокус малых размеров. Такая акустическая линза может представлять собой сферическое углубление в звукопроводе на границе его раздела с иммерсионной жидкостью. Образец при этом помещают в фокальную плоскость акустической линзы и перемещают в этой плоскости вдоль двух ортогональных осей координат этой плоскости с помощью специального сканирующего устройства. УЗ-излучение после взаимодействия с объектом собирается второй сферической акустической линзой, конструкция которой аналогична первой, и через звукопровод возбуждает второй пьезоэлектрический преобразователь, на выходе которого образуется электрический сигнал с частотой УЗ-колебаний генератора, возбуждающего УЗ-колебания в первом преобразователе. Этим сигналом управляется яркость электронного луча дисплея, у которого развертка синхронизирована с движением сканирующего устройства с помещенным в него образцом. При этом на экране дисплея возникает акустическое изображение, которое определяется распределением по образцу его физических свойств (упругости, плотности, вязкости, толщины, анизотропии и т.д.).Known ultrasound microscopes of scanning raster type (see, for example, Berezina S.I., Lyamov V.E., Solodov I.Yu. Acoustic microscopy, "Vestnik MSU", ser. "Physics, Astronomy", 1977, v. 18 , No. 1, p. 3; as well as Quait K.F., Altalar A., Wikramasinghe H.K. Acoustic Microscopy with Mechanical Scanning, TIIER, Obzor, 1979, vol. 67, No. 8, p. 5) containing a piezoelectric transducer emitting an ultrasonic wave, connected through a sound pipe to a collecting acoustic lens, which in the subsequent sound pipe collects ultrasonic waves into a small focus. Such an acoustic lens may be a spherical recess in the sound duct at the interface with the immersion fluid. The sample is placed in the focal plane of the acoustic lens and moved in this plane along two orthogonal coordinate axes of this plane using a special scanning device. Ultrasonic radiation after interaction with the object is collected by a second spherical acoustic lens, the design of which is similar to the first, and a second piezoelectric transducer is excited through the sound pipe, at the output of which an electric signal is generated with the frequency of ultrasonic vibrations of the generator, exciting ultrasonic vibrations in the first transducer. This signal controls the brightness of the electron beam of the display, in which the scan is synchronized with the movement of the scanning device with the sample placed in it. At the same time, an acoustic image appears on the display screen, which is determined by the distribution of its physical properties (elasticity, density, viscosity, thickness, anisotropy, etc.) along the sample.

В зависимости от того, какая часть излучения после взаимодействия с объектом регистрируется, различают акустические микроскопы «на отражение», «на прохождение». «темного поля». При использовании микроскопа «на прохождение» пара акустических линз должна отвечать условию совмещения их фокальных плоскостей. В режиме «на отражение» используется одна и та же акустическая линза как для зондирования объекта УЗ-волной, так и для приема отраженной от объекта УЗ-волны. Акустическое изображение в режиме «темного поля» создается лучами, рассеянными объектом, и для его получения приемную (вторую) линзу в конфокальной системе отклоняют от акустической оси системы так, чтобы она собирала рассеянные лучи. Имеется еще один режим приема УЗ-волн - нелинейный, основанный на приеме не на основной частоте УЗ-колебаний соответствующего генератора УЗ-колебаний, а на ее гармониках.Depending on what part of the radiation after interaction with the object is detected, acoustic microscopes are distinguished “for reflection”, “for transmission”. "Dark field". When using a “pass through” microscope, a pair of acoustic lenses must meet the condition of combining their focal planes. In the “reflection” mode, the same acoustic lens is used both for probing an object with an ultrasonic wave and for receiving an ultrasonic wave reflected from an object. An acoustic image in the "dark field" mode is created by the rays scattered by the object, and to receive it, the receiving (second) lens in the confocal system is rejected from the acoustic axis of the system so that it collects the scattered rays. There is another mode of receiving ultrasonic waves - non-linear, based on reception not on the fundamental frequency of ultrasonic vibrations of the corresponding generator of ultrasonic vibrations, but on its harmonics.

Ближайшим техническим решением (прототипом) к заявляемому является ультразвуковой микроскоп по патенту РФ того же автора №2270997, опубликованному в бюлл. №6 от 27.02.2005, содержащий последовательно акустически связанные преобразователь УЗ-колебаний, звукопровод, акустическую линзу и иммерсионную среду, связанную с исследуемым объектом, помещенным в фокальную плоскость акустической линзы и перемещаемым в ней двухкоординатным сканирующим устройством, а также дисплей, развертка в котором соотнесена с работой двухкоординатного сканирующего устройства, отличающийся тем, что в него включены последовательно соединенные генератор линейно-частотно-модулированных импульсов, коммутатор, широкополосный усилитель, согласованный фильтр на дисперсионной линии задержки, компенсирующий усилитель, амплитудный детектор, пороговое устройство, временной селектор и компьютер, подключенный выходом к дисплею, а также генератор синхронизирующих импульсов, выходы которого подключены к синхровходам генератора линейно-частотно-модулированных импульсов, коммутатора, временного селектора, двухкоординатного сканирующего устройства и компьютера, первый управляющий выход компьютера подключен ко второму входу временного селектора, второй - к управляющему входу двухкоординатного сканирующего устройства, выход которого соединен со вторым информационным входом компьютера, а второй вход-выход коммутатора соединен с преобразователем УЗ-колебаний.The closest technical solution (prototype) to the claimed is an ultrasound microscope according to the patent of the Russian Federation of the same author No. 2270997, published in bull. No. 6 dated February 27, 2005, containing a sequentially acoustically coupled ultrasonic vibrations transducer, a sound duct, an acoustic lens, and an immersion medium connected to an object under study placed in the focal plane of an acoustic lens and moved by a two-coordinate scanning device in it, as well as a display in which correlated with the work of a two-coordinate scanning device, characterized in that it includes a series-connected linear-frequency-modulated pulse generator, a switch, a wide a glossy amplifier, a matched filter on the dispersion delay line, a compensating amplifier, an amplitude detector, a threshold device, a time selector and a computer connected by an output to the display, as well as a clock pulse generator, the outputs of which are connected to the clock inputs of a linear-frequency-modulated pulse generator, switch, temporary selector, two-axis scanning device and computer, the first control output of the computer is connected to the second input of the temporary selector, the second to the control input of the two-coordinate scanning device, the output of which is connected to the second information input of the computer, and the second input-output of the switch is connected to the transducer of ultrasonic vibrations.

Достижение цели изобретения-прототипа - увеличение разрешающей способности по глубине исследуемого образца в режиме работы ультразвукового микроскопа «на отражение» - обеспечивается благодаря временному «сжатию» широкополосного линейно-частотно-модулированного зондирующего объект УЗ-импульса достаточно большой длительности в дисперсионной линии задержки (ДЛЗ), согласованной с модуляционными параметрами зондирующего сигнала, отраженного от неоднородностей исследуемого слоя объекта. Получаемое высокое разрешение по глубине позволяет проводить послойную реконструкцию всех имеющихся неоднородностей в исследуемом объекте в их совокупности и раздельно (то есть послойно) на экране дисплея после предварительной обработки информации в компьютере.Achieving the objective of the prototype invention — increasing the depth resolution of the test sample in the “reflection” mode of the ultrasound microscope — is achieved by temporarily “compressing” a broadband linear frequency-modulated sounding object with an ultrasonic pulse of sufficiently long duration in the dispersion delay line (DLZ) consistent with the modulation parameters of the probe signal reflected from the inhomogeneities of the studied layer of the object. The obtained high resolution in depth allows for layer-by-layer reconstruction of all available heterogeneities in the studied object in their totality and separately (i.e., in layers) on the display screen after preliminary processing of information in a computer.

Недостатками прототипа являются необходимость использования в нем коммутатора, обеспечивающего режим «передача-прием» высокочастотных широкополосных УЗ-колебаний, наложение зондирующих и отраженных УЗ-колебаний на одном и том же участке звукопровода, а также снижение достоверности выявления неоднородностей.The disadvantages of the prototype are the necessity of using a switch in it, which provides the transmission-reception mode of high-frequency broadband ultrasonic vibrations, the imposition of probing and reflected ultrasonic vibrations in the same section of the sound duct, as well as a decrease in the reliability of detecting inhomogeneities.

Указанные недостатки прототипа устранены в заявляемом техническом решении.These disadvantages of the prototype are eliminated in the claimed technical solution.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности УЗ-микроскопа при его работе в режиме «на прохождение».The aim of the invention is to increase the resolution of the ultrasound microscope during its operation in the "pass" mode.

Поставленная цель достигается в заявляемом ультразвуковом микроскопе, содержащем связанный с генератором синхроимпульсов генератор линейно-частотно-модулированных колебаний, выходом подключенный к последовательно установленными в иммерсионной жидкости первым ультразвуковым преобразователем, первой акустической линзой и исследуемым непрозрачном для световых волн объектом, установленным на плоской подставке и перемещаемым в указанной плоскости подставки с помощью механического двухкоординатного сканирующего устройства, приемный тракт состоит из последовательно соединенных широкополосного усилителя, согласованного фильтра на дисперсионной линии задержки, компенсирующего потери малошумящего широкополосного усилителя, амплитудного детектора и порогового устройства, а также персональный компьютер с дисплеем, выход персонального компьютера двунаправлено связан с механическим двухкоординатным сканирующим устройством, а его первый управляющий вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, отличающимся тем, что в него введены в приемном ультразвуковом тракте с иммерсионной жидкостью вторая акустическая линза и второй ультразвуковой преобразователь, выходом подключенный к первому входу широкополосного усилителя приемного тракта, управляемый по первому выходу персонального компьютера аттенюатор, включенный между выходом генератора линейно-частотно-модулированных колебаний и вторым входом широкополосного усилителя приемного тракта, сканирующее по глубине устройство, двунаправлено связанное с управляющим его работой персональным компьютером и механически перемещающим вдоль нормали к плоскости подставки связанную комбинацию из первого и второго ультразвуковых преобразователей и первой и второй акустическими линзами, а также блок регистрации неоднородности исследуемого непрозрачного для световых волн объекта, первый, второй и третий входы этого блока подключены соответственно к выходам порогового устройства, генератора синхроимпульсов и ко второму управляющему выходу персонального компьютера, а выход этого блока подключен к информационному входу персонального компьютера, причем фокальные плоскости первой и второй акустических линз совмещены с рассматриваемым сечением, параллельным плоскости подставки, исследуемого непрозрачного для световых волн объекта.The goal is achieved in the inventive ultrasound microscope, which contains a linear-frequency-modulated oscillation generator coupled to a clock generator and connected to a first ultrasonic transducer, a first acoustic lens and an object opaque to light waves, mounted on a flat stand and movable in the specified plane of the stand using a mechanical two-coordinate scanning device, receiving The first path consists of a serially connected broadband amplifier, a matched filter on the dispersion delay line, compensating for the loss of a low-noise broadband amplifier, an amplitude detector and a threshold device, as well as a personal computer with a display, the output of a personal computer is bi-directionally connected to a mechanical two-coordinate scanning device, and its first control the input is connected to the second output of the clock generator, characterized in that it is introduced into the receiving ultrasound in the vocal tract with immersion liquid, a second acoustic lens and a second ultrasonic transducer connected to the first input of the broadband amplifier of the receiving path with an output, an attenuator controlled by the first output of the personal computer, connected between the output of the linear-frequency-modulated oscillation generator and the second input of the broadband amplifier of the receiving path, scanning in depth, a bi-directional device connected to a personal computer that controls its operation and mechanically moves the normal to the stand plane is a coupled combination of the first and second ultrasonic transducers and the first and second acoustic lenses, as well as a unit for detecting the inhomogeneity of the object that is opaque to light waves, the first, second and third inputs of this block are connected respectively to the outputs of the threshold device, the clock generator, and to the second control output of the personal computer, and the output of this unit is connected to the information input of the personal computer, and the focal plane and the first and second acoustic lenses are aligned with the considered cross section parallel to the plane of the stand, the test for an opaque object light waves.

Достижение указанной цели изобретения объясняется использованием метода микроскопии «на прохождение» при применении короткофокусных акустических линз и автоматическим сравнением амплитуд пар импульсов-откликов на выходе порогового устройства с последующим статистическим усреднением результатов многократного зондирования в каждой из зон исследуемого образца, соизмеримых с площадью фокального пятна (диска Эйри).Achieving the stated objective of the invention is explained by the use of the “pass through” microscopy method using short-focus acoustic lenses and the automatic comparison of the amplitudes of response pulse pairs at the output of a threshold device, followed by statistical averaging of the results of multiple sounding in each of the zones of the test sample commensurate with the area of the focal spot (disk Airy).

Схема ультразвукового микроскопа изображена на рис.1 и содержит:The ultrasound microscope diagram is shown in Fig. 1 and contains:

1 - генератор линейно-частотно-модулированных (ГЛЧМ) колебаний,1 - a generator of linear-frequency-modulated (HLFM) oscillations,

2 - генератор синхроимпульсов (ГСИ),2 - clock generator (GSI),

3 - первый ультразвуковой преобразователь (передающего канала),3 - the first ultrasonic transducer (transmitting channel),

4 - первую акустическую линзу,4 - the first acoustic lens,

5 - исследуемый непрозрачный для световых волн объект,5 - investigated opaque to light waves object,

6 - плоскую подставку (в системе координат XY),6 - flat stand (in the coordinate system XY),

7 - вторую акустическую линзу,7 - the second acoustic lens,

8 - второй ультразвуковой преобразователь (приемного канала),8 - second ultrasonic transducer (receiving channel),

9 - сильфон с механическими элементами сканирования по координатам XYZ,9 - a bellows with mechanical scanning elements along the XYZ coordinates,

10 - корпус ультразвукового модуля микроскопа разбираемый,10 - the case of the ultrasonic module of the microscope disassembled,

11 - иммерсионную жидкость, заполняющую корпус 10 и защищенную от вытекания из последнего сильфоном 9,11 - immersion fluid filling the housing 10 and protected from leakage from the latter by a bellows 9,

12 - сканирующее по глубине устройство (СГ), перемещающее элементы 3, 4, 7 и 8 вдоль координаты Z, ортогональной плоскости подставки 6, механические связи перемещаемых элементов для простоты не показаны на рис.1,12 - depth scanning device (SG) moving elements 3, 4, 7 and 8 along the Z coordinate, orthogonal to the plane of the stand 6, mechanical connections of the moved elements for simplicity are not shown in Fig. 1,

13 - механическое двухкоординатное сканирующее устройство (ДСУ),13 - mechanical two-coordinate scanning device (DSU),

14 - персональный компьютер с дисплеем,14 - personal computer with a display,

15 - широкополосный усилитель,15 is a broadband amplifier,

16 - управляемый персональным компьютером 14 аттенюатор,16 - controlled by a personal computer 14 attenuator,

17 - согласованный фильтр на дисперсионной линии задержки (ДЛЗ),17 - matched filter on the dispersion delay line (DLZ),

18 - компенсирующий потери малошумящий широкополосный усилитель,18 - loss-compensating low-noise broadband amplifier,

19 - амплитудный детектор,19 is an amplitude detector,

20 - пороговое устройство (ограничитель по минимуму с порогом U_ОГР*),20 - threshold device (minimum limiter with threshold U _OGR *),

21 - блок регистрации неоднородности исследуемого непрозрачного для световых волн объекта.21 is a unit for detecting the heterogeneity of the object opaque to light waves.

На рис.2 представлены эпюры коротких синхроимпульсов от ГСИ 2, ЛЧМ-сигналы, вырабатываемые в ГЛЧМ 1, и импульсная последовательность (внизу рис.2), определяющая длительность τ_и периодически следующих ЛЧМ-сигналов с периодом T_и. Частота ЛЧМ сигналов линейно падает от значения f_max до значения f_min в функции времени t.Figure 2 shows plots of short sync pulses from GSI 2, LFM signals generated in HFM 1, and a pulse sequence (bottom of Fig. 2) that determines the duration τ _and periodically following LFM signals with a period T _and . The frequency of the LFM signals linearly decreases from the value of f _max to the value of f _min as a function of time t.

На рис.3 в увеличенном масштабе представлен вид одного высокочастотного ЛЧМ-импульса с полосой частот ΔF=f_max-f_min.Figure 3 shows an enlarged view of one high-frequency chirp pulse with a frequency band ΔF = f _max -f _min .

На рис.4 дана картина взаимодействия ЛЧМ-сигналов, образующихся на выходе управляемого персональным компьютером аттенюатора 16 - прямая A и выходе второго ультразвукового преобразователя 8 - прямая B, с согласованным фильтром на ДЛЗ 17. Постоянная временная задержка между указанными ЛЧМ-имульсами равна Δt и определяется запаздыванием ЛЧМ ультразвуковых (УЗ) колебаний внутри корпуса ультразвукового модуля 10 с иммерсионной жидкостью 11.Figure 4 shows a picture of the interaction of the LFM signals generated at the output of a personal computer controlled attenuator 16 — line A and the output of the second ultrasonic transducer 8 — direct B, with a matched filter at DLZ 17. The constant time delay between the indicated LFM pulses is Δt and determined by the delay of the LFM of ultrasonic (US) vibrations inside the housing of the ultrasonic module 10 with immersion liquid 11.

На рис.5 и 6 представлены импульсные отклики с выхода ДЛЗ 17 с их усилением в 18 и амплитудным детектированием в 19 при заданном пороге U_огр в 20, превышающим уровень шума, для двух сравниваемых ситуаций - при зондировании УЗ-колебаниями данной зоны исследуемого объекта 5 при отсутствии в этой зоне неоднородности (рис.5) и при наличии в этой зоне неоднородности (рис.6). При этом неоднородность является либо сильно поглощающей, либо сильно отражающей, что снижает амплитуду УЗ-колебаний, поступающих на второй ультразвуковой преобразователь 8. В первом случае амплитуды откликов, поступающих на входы широкополосного усилителя 15, уравниваются управляемым от персонального компьютера аттенюатором 16 до величины U₁ в исходном состоянии, а во втором случае амплитуда сигнала от второго ультразвукового преобразователя 8 уменьшается, что снижает импульс до величины U₂<U₁. Величины U₁ и U₂ имеют небольшой разброс, указанный на рис.5 и 6 двумя близкими пунктирными линиями.Figures 5 and 6 show the pulsed responses from the output of DLZ 17 with their amplification at 18 and amplitude detection at 19 for a given threshold U _ogre of 20 exceeding the noise level, for two compared situations - when probing by ultrasonic vibrations of this zone of the studied object 5 in the absence of heterogeneity in this zone (Fig. 5) and in the presence of heterogeneity in this zone (Fig. 6). In this case, the heterogeneity is either strongly absorbing or strongly reflecting, which reduces the amplitude of the ultrasonic vibrations arriving at the second ultrasonic transducer 8. In the first case, the amplitudes of the responses arriving at the inputs of the broadband amplifier 15 are equalized by the attenuator 16 controlled from the personal computer to the value U ₁ in the initial state, and in the second case, the amplitude of the signal from the second ultrasonic transducer 8 decreases, which reduces the pulse to a value of U ₂ <U ₁ . The values of U ₁ and U ₂ have a small scatter, indicated in Figs. 5 and 6 by two close dashed lines.

На рис.7 и 8 представлены результаты работы блока регистрации неоднородности исследуемого непрозрачного для световых волн объекта 5. При отсутствии неоднородности в рассматриваемой зоне объекта 5 (рис.7) отклик блока ΔU₁ существенно ниже некоторого порогового уровня U_огр*, а при наличии неоднородности в этой зоне отклик ΔU₂ блока существенно выше этого порога. Эти отклики кодируются соответственно в значениях нуля и единицы в двоичном коде и воздействуют на информационный вход персонального компьютера 14.Figures 7 and 8 show the results of the operation of the recording unit for the inhomogeneity of the object 5, which is opaque for light waves. In the absence of heterogeneity in the considered area of object 5 (Fig. 7), the response of the unit ΔU _{1 is} significantly lower than a certain threshold level U _og * *, and in the presence of heterogeneity in this zone, the response ΔU _{2 of the} block is significantly higher than this threshold. These responses are encoded respectively in the values of zero and one in binary code and act on the information input of the personal computer 14.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.Consider the action of the claimed device.

Под действием периодически следующих с периодом T_и коротких импульсов (см. верх на рис.2) от ГСИ 2 формируются в ГЛЧМ 1 линейно-частотно-модулированные импульсные колебания, вид которых показан на рис.2 и 3, имеющие длительность τ_и и спектр с шириной ΔF=f_max-f_min. Произведение этих величин называется базой сигнала B=ΔF τ_и>>1, и такие сигналы называются сложными. Эти радиоимпульсы поступают на вход первого ультразвукового преобразователя 3, образующего плоскую ультразвуковую волну, распространяющуюся в иммерсионной жидкости 11 в корпусе модуля. Эта волна фокусируется первой акустической линзой 3 в точечную зону внутри исследуемого объекта 5 (фокальная плоскость на рис.1 показана пунктирной линией, параллельной плоскости подставки 6). Размер сфокусированного пятна d=2,44λD/F, где λ=V/f - длина ультразвуковой волны внутри исследуемого объекта 5, V - скорость распространения колебаний частоты f, D - диаметр и F - фокусное расстояние первой акустической линзы 4. Так, если V=2000 м/с, f=1 ГГц (10⁹ Гц), то λ≈5 мкм (5.10^-6 м) при условии, что акустическая линза является короткофокусной, например, при D=F. Это определяет высокую разрешающую способность микроскопа по плоскости XY.Under the influence of these periodically with a period _T, short pulses (see. The top in Figure 2) from ICG 2 formed in GLCHM 1 linearly frequency-modulated pulse oscillation type which is shown in Figures 2 and 3, _and having a duration τ and the spectrum of with a width ΔF = f _max -f _min . The product of these quantities is called the signal base B = ΔF τ _and >> 1, and such signals are called complex. These radio pulses are fed to the input of the first ultrasonic transducer 3, forming a plane ultrasonic wave propagating in the immersion liquid 11 in the module housing. This wave is focused by the first acoustic lens 3 into a point zone inside the studied object 5 (the focal plane in Fig. 1 is shown by a dashed line parallel to the plane of the stand 6). The size of the focused spot is d = 2.44λD / F, where λ = V / f is the ultrasonic wavelength inside the test object 5, V is the propagation velocity of the frequency oscillations f, D is the diameter, and F is the focal length of the first acoustic lens 4. So, if V = 2000 m / s, f = 1 GHz (10 ⁹ Hz), then λ≈5 μm (5.10 ^-6 m), provided that the acoustic lens is short-focus, for example, at D = F. This determines the high resolution of the microscope along the XY plane.

Короткофокусность первой акустической линзы 4 обеспечивает сильную расходимость ультразвукового потока вне фокальной плоскости этой линзы, что положительно влияет на повышение сигнал/шум отклика во втором ультразвуковом преобразователе 8, при этом шум образуется от других возможных неоднородностей исследуемого объекта 5 в других его слоях, параллельных плоскости подставки 6.The short focus of the first acoustic lens 4 provides a strong divergence of the ultrasonic flow outside the focal plane of this lens, which positively affects the increase in signal / noise response in the second ultrasonic transducer 8, while the noise is generated from other possible inhomogeneities of the studied object 5 in its other layers parallel to the plane of the stand 6.

Проходящее УЗ-излучение после исследуемого объекта 5 вновь фокусируется второй акустической линзой 7, формирующей плоскую УЗ-волну, действующую на второй ультразвуковой преобразователь 8. Амплитуда широкополосного УЗ-сигнала изменяется в зависимости от наличия или отсутствия неоднородности в исследуемой зоне внутри объекта 5, в частности и главным образом, в совмещенных фокальных плоскостях первой и второй акустических линз 4 и 7. Если неоднородность является сильно поглощающей (воздушный пузырь), то интенсивность УЗ-волны, падающей на второй УЗ-преобразователь 8, падает. Если неоднородность является сильно отражающей (при попадании УЗ-пятна в фокальной плоскости на металлическую поверхность золотого полоскового проводника в микросхеме), то результат будет таким же - уменьшение интенсивности проходящей УЗ-волны. Эти обстоятельства и используются в работе микроскопа.The transmitted ultrasound radiation after the object under study 5 is again focused by the second acoustic lens 7, which forms a plane ultrasonic wave acting on the second ultrasonic transducer 8. The amplitude of the broadband ultrasound signal varies depending on the presence or absence of heterogeneity in the studied zone inside the object 5, in particular and mainly, in the combined focal planes of the first and second acoustic lenses 4 and 7. If the inhomogeneity is strongly absorbing (air bubble), then the intensity of the ultrasonic wave incident on Ora ultrasound transducer 8, falls. If the heterogeneity is highly reflective (when an ultrasound spot in the focal plane hits the metal surface of a gold strip conductor in the microcircuit), the result will be the same - a decrease in the intensity of the transmitted ultrasound wave. These circumstances are used in the work of the microscope.

В исходном состоянии исследуемый объект установлен на плоской подложке 6 так, что фокальное пятно падает на материал внутри исследуемого объекта 5, не содержащий какой-либо неоднородности, когда сигнал на выходе второго ультразвукового преобразователя 8 максимальный. При этом с помощью персонального компьютера 14 управляемый аттенюатор 16 автоматически регулируется так, что сигнал на его выходе (на втором входе широкополосного усилителя 15) выравнивается по амплитуде отклика порогового устройства 20 (как это видно на рис.5), что минимизирует разность сигналов-откликов ΔU₁. После такой юстировки прибора исследуемый объект сканируют на плоскости подставки 6 по координатам XY с помощью ДСУ 13 и по глубине расположения плоскости первой и второй акустических линз 3 и 7 с помощью СГ 12 под действием управляющих сигналов с двунаправленных выходов персонального компьютера 14. Эти входы-выходы задают микросдвиги исследуемого объекта вдоль координатных осей XYZ, а также считывают показания датчиков сдвигов для передачи их в персональный компьютер 14. Когда фокальное пятно попадает на неоднородность внутри исследуемого объекта, координаты которой задаются сигналами датчиков сдвигов ДСУ 13 и СГ 12, на выходе порогового устройства возникают сигналы-отклики существенно различных амплитуд, и их разность ΔU₂>>ΔU₁, вычисляемая в блоке 21 регистрации неоднородности исследуемого непрозрачного для световых волн объекта и превышающая некоторый установленный порог U_огр*, что передается кодовой комбинацией в персональный компьютер как информация о неоднородности. Кодовый сигнал может содержать многозначный двоичный набор (вместо информации «Да» или «Нет»), с помощью которого оценивается степень неоднородности (оттенки уровня серого). Кодовая комбинация для неоднородности формируется в блоке регистрации 21, и связь выхода этого блока с персональным компьютером показана на рис.1 фигурной стрелкой.In the initial state, the test object is mounted on a flat substrate 6 so that the focal spot falls on the material inside the test object 5, which does not contain any heterogeneity, when the signal at the output of the second ultrasonic transducer 8 is maximum. Moreover, using a personal computer 14, the controlled attenuator 16 is automatically adjusted so that the signal at its output (at the second input of the broadband amplifier 15) is aligned with the response amplitude of the threshold device 20 (as can be seen in Fig. 5), which minimizes the difference of the response signals ΔU ₁ . After such adjustment of the device, the test object is scanned on the stand plane 6 at the XY coordinates using DSU 13 and along the depth of the plane of the first and second acoustic lenses 3 and 7 using SG 12 under the influence of control signals from the bi-directional outputs of the personal computer 14. These inputs and outputs set the microshifts of the investigated object along the XYZ coordinate axes, and also read the readings of the shift sensors to transfer them to the personal computer 14. When the focal spot falls on the inhomogeneity inside the studied The object, the coordinates of which are set by the signals of the shift sensors DSU 13 and SG 12, at the output of the threshold device there are response signals of substantially different amplitudes, and their difference ΔU ₂ >> ΔU ₁ , calculated in the block 21 for recording the inhomogeneity of the object under study that is opaque to light waves and exceeding some set threshold U _ogre *, which is transmitted by a code combination to a personal computer as information about heterogeneity. The code signal may contain a multi-valued binary set (instead of the information “Yes” or “No”), with the help of which the degree of heterogeneity (shades of gray level) is estimated. A code combination for heterogeneity is generated in the registration unit 21, and the connection of the output of this unit with a personal computer is shown in Fig. 1 by a curly arrow.

ЛЧМ-сигналы от второго УЗ-преобразователя 8 и управляемого аттенюатора 16 после их линейного усиления в широкополосном усилителе (суммирующем) 15 поступает на согласованный фильтр на ДЛЗ 17, имеющей полосу пропускания AF и длительность импульсной характеристики τ_и, в которой осуществляется спектровременное «сжатие» сигнала, в результате которого на выходе ДЛЗ образуются два коротких импульса-отклика с длительностью τ_вых=1/ΔF. Так, если ДЛЗ имеет параметры τ_и=95 мкс и ΔF=100 МГц (ДЛЗ с базой B=9500), то τ_вых=10 нс. При этом частота следования ЛЧМ-импульсов может быть задана равной F_и=1/T_и=10 кГц (скважность следования этих импульсов σ=T_и/τ_и=1,053. Использование спектровременного «сжатия» ЛЧМ сигналов в ДЛЗ позволяет, как известно, повысить отношение сигнал/шум на входе порогового устройства 20 в корень квадратный раз из числа, равного базе сигнала, согласованного в ДЛЗ, то есть отношение сигнал шум S/N=(9500)^1/2=97,5 (порядка 40 дБ по напряжению).The LFM signals from the second ultrasonic transducer 8 and the controlled attenuator 16 after their linear amplification in a broadband amplifier (summing) 15 are fed to a matched filter on the DLZ 17, which has an AF passband and pulse characteristic duration τ _and in which spectral-time “compression” is performed signal, as a result of which two short response pulses with a duration of τ _o = 1 / ΔF are formed at the DLZ output. So, if the DLS has parameters τ _and = 95 μs and ΔF = 100 MHz (DLS with the base B = 9500), then _τout = 10 ns. In this case, the chasing frequency of the LFM pulses can be set equal to F _and = 1 / T _and = 10 kHz (the duty cycle of these pulses is σ = T _and / τ _and = 1,053. The use of spectral-time “compression” of LFM signals in the DLZ allows, as is known, increase the signal-to-noise ratio at the input of the threshold device 20 by a square root of a number equal to the base of the signal matched in the DL, i.e., the signal-to-noise ratio S / N = (9500) ^1/2 = 97.5 (about 40 dB in voltage )

Уровень порогового ограничения U_огр в пороговом устройстве 20 выбирают по критерию обеспечения заданной вероятности правильного обнаружения при заданной допустимой вероятности ложных тревог. Использование ДЛЗ-обработки способствует решению этой задачи оптимальным образом.The threshold restriction level U _ogre in the threshold device 20 is selected according to the criterion of ensuring a given probability of correct detection at a given acceptable probability of false alarms. The use of DLZ processing contributes to the solution of this problem in an optimal way.

Данные о свойствах неоднородности и ее координатах внутри исследуемого объекта 5 передаются в форме двоичного кода на входы персонального компьютера 14 и накапливаются в его базе данных, что позволяет выводить на экран дисплея послойную дислокацию неоднородностей внутри этого объекта. Число шагов сканирования определяется геометрией исследуемого образца и площадью фокального пятна d. Если, например, требуется реконструировать топологию соединений в каком-то слое многослойной микросхемы в пластмассовом корпусе размером площади 20×20 мм (по арсенид-галлиевому кристаллу), то при диаметре фокального пятна 5 мкм число шагов сканирования по координатам XY имеет порядок 4000×4000=16*10⁶. При этом время сканирования одного полного слоя такой микросхемы составит T_скан.--1=16*10⁶/10⁴=1600 с=26 мин 40 сек, при этом скорость сканирования составляет 50 мм/с. С учетом предварительной настройки микроскопа снятие топологии одного слоя микросхемы размером кристалл 20×20 мм² требует в среднем получаса времени. Регистрация топологии слоя или отдельной его части может быть многократно повторена с последующим статистическим усреднением результатов, что дополнительно повысит точность регистрации ценою потери времени.Data on the properties of the heterogeneity and its coordinates inside the object under study 5 are transmitted in the form of a binary code to the inputs of the personal computer 14 and are accumulated in its database, which makes it possible to display a layered dislocation of the inhomogeneities on the display screen inside this object. The number of scanning steps is determined by the geometry of the test sample and the focal spot area d. If, for example, it is necessary to reconstruct the topology of the joints in a layer of a multilayer microcircuit in a plastic case measuring 20 × 20 mm in size (along a gallium arsenide crystal), then with a focal spot diameter of 5 μm, the number of scanning steps along XY coordinates is of the order of 4000 × 4000 = 16 * 10 ⁶ . In this case, the scan time of one full layer of such a microcircuit will be T _{scan. - 1} = 16 * 10 ^6/10 ⁴ = 1600 s = 26 min 40 sec, while the scanning speed is 50 mm / s. Taking into account the preliminary tuning of the microscope, the removal of the topology of one layer of a microcircuit with a crystal size of 20 × 20 mm ² requires an average of half an hour. Registration of the topology of a layer or its individual part can be repeated many times with subsequent statistical averaging of the results, which will further increase the accuracy of registration at the cost of time loss.

Предварительная автоматическая настройка микроскопа (настройка управляемого аттенюатора 16) осуществляется персональным компьютером 14 (с его первого выхода) по сигналам ΔU₁, которые в результате регулировки аттенюатора 16 минимизируются с возможным разбросом ΔU₁<U_огр*, как это видно на рис.7.Preliminary automatic tuning of the microscope (tuning of the controlled attenuator 16) is carried out by the personal computer 14 (from its first output) according to the signals ΔU ₁ , which, as a result of the adjustment of the attenuator 16, are minimized with a possible spread ΔU ₁ <U _og * *, as can be seen in Fig. 7.

Сброс информации, передаваемой двоичным кодом в персональный компьютер 14 из блока регистрации 21, осуществляется по мере усреднения указанного кода по числу повторов измерений в каждом шаге сканирования по синхросигналам от генератора синхроимпульсов 2. Фиксация приема кода персональным компьютером подтверждается передачей соответствующего сигнала от персонального компьютера в блок регистрации 21. Синхронизация работы персонального компьютера также осуществляется подачей на его вход синхроимпульсов с второго выхода генератора синхроимпульсов 2.The information transmitted by the binary code to the personal computer 14 from the registration unit 21 is reset when the specified code is averaged over the number of measurement repeats at each scanning step by the clock signals from the clock generator 2. The reception of the code by the personal computer is confirmed by the transmission of the corresponding signal from the personal computer to the block registration 21. The synchronization of the personal computer is also carried out by applying to its input clock pulses from the second output of the generator oimpulsov 2.

Рассмотрение электронной структуры блока регистрации 21 опускается в силу очевидности выполняемых этим блоком функций, выходит за рамки данной заявки. Программа работы персонального компьютера также выходит за рамки данной заявки и может быть легко составлена специалистами-программистами.Consideration of the electronic structure of the registration unit 21 is omitted due to the obviousness of the functions performed by this unit, is beyond the scope of this application. The program of work of a personal computer is also beyond the scope of this application and can be easily compiled by specialist programmers.

Claims

An ultrasound microscope containing a linear-frequency-modulated oscillation generator coupled to a clock generator and connected to a first ultrasonic transducer, a first acoustic lens and an object opaque to light waves, mounted on a flat stand and moved in the indicated plane of the stand with using a mechanical two-dimensional scanning device, the receiving path consists of series-connected x a broadband amplifier, a matched filter on the dispersion delay line, compensating for the loss of a low-noise wideband amplifier, an amplitude detector and a threshold device, as well as a personal computer with a display, the output of a personal computer is bi-directionally connected to a mechanical two-coordinate scanning device, and its first control input is connected to the second output clock generator, characterized in that in it are introduced into the receiving ultrasonic tract with immersion liquid sec a second acoustic lens and a second ultrasonic transducer, connected to the first input of the broadband amplifier of the receiving path with an output, an attenuator controlled by the first output of a personal computer, connected between the output of the linear-frequency-modulated oscillation generator and the second input of the broadband amplifier of the receiving path, a depth-scanning device, bidirectionally connected with a personal computer controlling its work and mechanically moving along the normal to the plane of the stand a combination of the first and second ultrasonic transducers and the first and second acoustic lenses, as well as a unit for detecting the inhomogeneity of the object under study opaque to light waves, the first, second and third inputs of this unit are connected respectively to the outputs of the threshold device, the clock generator and the second control output of the personal computer , and the output of this unit is connected to the information input of a personal computer, and the focal planes of the first and second acoustic lenses are compatible with the cross section under consideration parallel to the plane of the stand studied for the object opaque to light waves.