WO2018143134A1 - 位置制御装置、位置制御方法、及び超音波映像システム - Google Patents

位置制御装置、位置制御方法、及び超音波映像システム Download PDF

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正勝 村井
直史 大和谷
和彦 大貫
一吉 黒澤
俊匡 郷
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株式会社日立パワーソリューションズ
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Definitions

  • the present invention relates to a position control device, a position control method, and an ultrasound image system.
  • SAT Scanning Acoustic Tomograph
  • Patent Document 1 a plurality of suction cups having a base portion and a lip portion are used to adsorb a flexible work and stably adsorb and fix the work in a state where the work is immersed in water in a water tank.
  • a workpiece suction and fixing device with improved inspection accuracy is disclosed.
  • Patent Document 2 after setting the focal depth of the ultrasonic probe wide, obtaining a depth map of the observation position of the sample by pre-scanning, the focal depth of the ultrasonic probe is set narrow.
  • An ultrasonic imaging apparatus for observing a sample with a high resolution by the main scanning including the observation position is disclosed.
  • JP 2013-170902 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-121951
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a position control device in which the measurement time and work cost are reduced.
  • the present invention provides a time and a reference time from when an ultrasonic probe scans the n-1th line on the sample surface to when a reflected wave is received after transmitting the ultrasonic wave. And a storage unit that stores the deviation of the n ⁇ 1 line before moving the ultrasonic probe unit to the n line, and the ultrasonic probe unit detects the deviation of the sample surface based on the deviation of the n ⁇ 1 line.
  • a position of the ultrasonic probe when scanning the n-th line of the image, and transmitting an ultrasonic wave when the ultrasonic probe scans the n-th line of the sample surface A processing unit that calculates a deviation of the nth line between the time until the reflected wave is received and the reference time.
  • an ultrasound imaging system 100 includes an ultrasound probe unit 1, a control device 2, a position control device 3, an X-axis drive unit 21, a Y-axis drive unit 22, and a Z-axis drive. Unit 23.
  • the ultrasound probe 1 scans the entire surface of the sample 4, and the position control device 3 supervises the ultrasound probe 1 so that the focal point F of the ultrasound probe 1 matches the surface of the sample 4.
  • the position of the ultrasonic probe 1 is determined, and the control device 2 controls the position of the ultrasonic probe 1.
  • the sample 4 is, for example, a disk-shaped silicon wafer having a curved surface. In the present embodiment, the case where a disk-shaped silicon wafer having a curved surface is used as an example will be described as an example. However, the sample observed using the ultrasound imaging system 100 is limited to this. It is not a thing.
  • the ultrasonic probe unit 1 includes an encoder 11 and a piezoelectric element 12. The lower part of the ultrasonic probe 1 is immersed in water 6 filled in the water tank 5.
  • the piezoelectric element 12 is provided so as to face the surface of the sample 4 and includes a piezoelectric film and electrodes formed on both surfaces of the piezoelectric film. When a voltage is applied between both electrodes, the piezoelectric film vibrates, and ultrasonic waves having a predetermined frequency are irradiated from the piezoelectric element 12 to the surface of the sample 4. The reflected wave reflected from the surface of the sample 4 propagates to the piezoelectric element 12 and a voltage is generated between both electrodes.
  • the encoder 11 detects the position ( ⁇ X direction position, ⁇ Y direction position, ⁇ Z direction position) of the ultrasonic probe unit 1 and outputs a signal indicating the position of the ultrasonic probe unit 1 to the control device. Output to 2.
  • the output side of the control device 2 is connected to the X-axis drive unit 21, the Y-axis drive unit 22, and the Z-axis drive unit 23, and the input side of the control device 2 is connected to the position control device 3 and the encoder 11.
  • the control device 2 detects the position of the ultrasonic probe 1 (the position in the ⁇ X direction, the position in the ⁇ Y direction, the position in the ⁇ Z direction) based on the signal input from the encoder 11, and detects the ultrasonic probe. A signal indicating the position of the touch portion 1 is output to the position control device 3.
  • the control device 2 controls the position of the ultrasonic probe 1 to the position determined by the position control device 3. That is, the control device 2 outputs a control signal for driving the ultrasonic probe unit 1 in the ⁇ X directions to the X-axis drive unit 21 based on the position signal input from the position control device 3. Further, the control device 2 outputs a control signal for driving the ultrasonic probe unit 1 in the ⁇ Y direction to the Y-axis drive unit 22 based on the position signal input from the position control device 3. Further, the control device 2 outputs a control signal for driving the ultrasonic probe unit 1 in the ⁇ Z directions to the Y-axis drive unit 22 based on the position signal input from the position control device 3.
  • the ultrasonic probe 1 when the X-axis drive unit 21 is driven in the arrow direction, the ultrasonic probe 1 is moved in the ⁇ X direction, and the Y-axis drive unit 22 is driven in the arrow direction.
  • the ultrasound probe 1 moves in the ⁇ Y direction, and the ultrasound probe 1 moves in the ⁇ Z direction when the Z-axis drive unit 23 is driven in the arrow direction.
  • the position control device 3 includes a scanning control unit 31, a timing control unit 32, an oscillator 33, an input unit 34, a processing unit 35, an image generation unit 36, and a storage unit 37.
  • the scanning control unit 31 outputs to the control device 2 a position signal for the control device 2 to control the position of the ultrasonic probe 1 in the ⁇ X direction. In addition, the scanning control unit 31 outputs a position signal for the control device 2 to position the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Y direction to the control device 2. In addition, the scanning control unit 31 outputs a position signal for the control device 2 to control the position of the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Z direction to the control device 2.
  • the scanning control unit 31 detects the position of the ultrasonic probe unit 1 ( ⁇ X direction position, ⁇ Y direction position, ⁇ Z direction position) based on a signal input from the control device 2. A signal indicating the position of the acoustic probe unit 1 is output to the timing control unit 32.
  • the timing control unit 32 generates a timing signal for controlling the timing at which the ultrasonic probe 1 transmits ultrasonic waves to the surface of the sample 4 based on the signal input from the scanning control unit 31, and supplies the timing signal to the oscillator 33. Is output. Further, the timing control unit 32 generates a timing signal for controlling the timing at which the position control device 3 receives the reflected signal of the reflected wave reflected from the surface of the sample 4 and outputs the timing signal to the input unit 34. Further, the timing control unit 32 generates a timing signal for controlling the timing at which the processing unit 35 performs gate processing on the reflected signal, and outputs the timing signal to the processing unit 35.
  • the oscillator 33 transmits an impulse signal to the ultrasonic probe 1 based on the timing signal input from the timing controller 32. As a result, a voltage is applied between both electrodes formed on the piezoelectric film, and ultrasonic waves are irradiated from the piezoelectric element 12 to the surface of the sample 4.
  • the input unit 34 includes an amplifier and an A / D converter, receives the reflected signal of the reflected wave reflected from the surface of the sample 4 based on the timing signal input from the timing control unit 32, and receives the received signal. Is output to the processing unit 35.
  • the amplifier amplifies the reflected signal, and the A / D converter converts the reflected signal from an analog signal to a digital signal.
  • the processing unit 35 performs gate processing on the reflected signal based on the timing signal input from the timing control unit 32, and detects the displacement of the reflected wave (for example, reflected wave amplitude information, reflected wave time information, etc.). The detection signal is output to the image generation unit 36. Further, the processing unit 35 generates a tracking gate in order to cut out the displacement of the reflected wave in a predetermined period.
  • the processing unit 35 calculates a deviation (refer to the description below) when the ultrasonic probe unit 1 scans a predetermined line (for example, the third line) on the surface of the sample 4 and stores the deviation in the storage unit 37. In addition, the processing unit 35 applies to the surface of the sample 4 when the ultrasonic probe 1 scans the next line (for example, the fourth line) on the surface of the sample 4 so that the deviation is zero. Thus, the position of the ultrasonic probe 1 in the vertical direction ( ⁇ Z direction) is determined, and a position signal is output to the scanning controller 31. In the present specification, zero is not limited to being strictly zero, but means substantially zero, and includes a range of measurement error from zero.
  • the deviation is the time difference between the time from transmission of the ultrasonic wave to the sample surface until reception of the reflected wave (real time) and the reference time.
  • the reference time is a reflected wave after transmitting an ultrasonic wave to the sample surface when the distance between the ultrasonic probe unit 1 and the surface of the sample 4 coincides with the focal length of the ultrasonic probe unit 1. It is the time until receiving, and is the reference time for the real time.
  • the real time is shortened, and the deviation is a positive value. Further, if the surface of the sample 4 is curved away from the ultrasonic probe 1 (the distance between the ultrasonic probe 1 and the surface of the sample 4 is larger than the focal length of the ultrasonic probe 1). If it is longer), the real time will be longer and the deviation will be negative. That is, the distance between the ultrasonic probe 1 and the sample surface depends on the deviation (time difference).
  • the processing unit 35 determines the position of the ultrasound probe unit 1 in the ⁇ Z direction according to the curvature of the surface of the sample 4, thereby enabling high-resolution image generation in the ultrasound imaging system 100. Become.
  • the curvature of the surface of the sample 4 in the predetermined line is substantially equal to the curvature of the surface of the sample 4 in the next line.
  • the processing unit 35 determines the position of the ultrasonic probe 1 when scanning the next line, thereby obtaining the deviation calculated for the next line. Based on this, it is possible to obtain substantially the same effect as determining the position of the ultrasonic probe 1 when scanning the next line. That is, it is possible to obtain substantially the same effect as when the processing unit 35 scans a line whose curvature of the sample surface is completely equal to determine the position of the ultrasonic probe unit. Thereby, in the ultrasonic imaging system 100, the accurate position correction of the ultrasonic probe 1 can be performed.
  • the processing unit 35 sets measurement points at predetermined time intervals and calculates a deviation for each measurement point.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram when the ultrasonic probe 1 continuously advances in the + X direction and performs measurement for calculating a deviation at each measurement point.
  • FIG. 3A shows how the ultrasonic probe 1 scans the surface of the sample 4 in the + X direction when four measurement points set at a predetermined time interval are set in the + X direction.
  • FIG. 3B shows a state in which the ultrasonic probe 1 scans the surface of the sample 4 in the + X direction when four measurement points set at a predetermined time interval are set in the + X direction.
  • FIG. 3A shows how the ultrasonic probe 1 scans the surface of the sample 4 in the + X direction when four measurement points set at a predetermined time interval are set in the + X direction.
  • FIG. 3B shows a state in which the ultrasonic probe 1 scans the surface of the sample 4 in the + X direction when four measurement points set at a predetermined time interval are set in the + X direction.
  • X1 is a first measurement point on a predetermined line (for example, the third line).
  • P1 is a point for performing position correction in the next line (for example, the fourth line) based on the deviation calculated at the first measurement point X1, and at the same time, the first line in the next line (for example, the fourth line). This is a point that becomes one measurement point.
  • X2 is a second measurement point on a predetermined line (for example, the third line).
  • P2 is a point for performing position correction on the next line (for example, the fourth line) based on the deviation calculated at the second measurement point X2, and at the same time, the second line (for example, the fourth line). This is the point that becomes the second measurement point.
  • X3 is a third measurement point on a predetermined line (for example, the third line).
  • P3 is a point for performing position correction in the next line (for example, the fourth line) based on the deviation calculated at the third measurement point X3, and at the same time, the third line in the next line (for example, the fourth line). 3 is a point to be measured.
  • X4 is a fourth measurement point on a predetermined line (for example, the third line).
  • P4 is a point for performing position correction on the next line (for example, the fourth line) based on the deviation calculated at the fourth measurement point X4, and at the same time, the point on the next line (for example, the fourth line). This is a point to be a measurement point of 4.
  • the processing unit 35 calculates the deviation at the first measurement point X1 in a predetermined line (for example, the third line) on the surface of the sample 4 and stores the deviation in the storage unit 37. Then, the processing unit 35 determines the position in the ⁇ Z direction of the ultrasound probe unit 1 at the point P1 of the next line (for example, the fourth line) based on the deviation calculated at the first measurement point X1. .
  • the processing unit 35 calculates the deviation at the second measurement point X2 in a predetermined line (for example, the third line) on the surface of the sample 4 and stores the deviation in the storage unit 37. Then, the processing unit 35 determines the position in the ⁇ Z direction of the ultrasound probe unit 1 at the point P2 of the next line (for example, the fourth line) based on the deviation calculated at the second measurement point X2. .
  • the processing unit 35 calculates a deviation at a third measurement point X3 in a predetermined line (for example, the third line) on the surface of the sample 4 and stores the deviation in the storage unit 37. Then, based on the deviation calculated at the third measurement point X3, the processing unit 35 determines the position in the ⁇ Z direction of the ultrasound probe unit 1 at the point P3 of the next line (for example, the fourth line). .
  • the processing unit 35 calculates a deviation at a fourth measurement point X4 in a predetermined line (for example, the third line) on the surface of the sample 4 and stores the deviation in the storage unit 37. Then, based on the deviation calculated at the fourth measurement point X4, the processing unit 35 determines the position in the ⁇ Z direction of the ultrasound probe unit 1 at the point P4 of the next line (for example, the fourth line). .
  • a predetermined line for example, the third line
  • the processing unit 35 calculates a deviation for each measurement point of the (n ⁇ 1) th line (for example, the third line) set at a predetermined time interval.
  • the processing unit 35 sets the deviation calculated at the measurement point of the corresponding n ⁇ 1th line (for example, the third line) to zero for each measurement point of the nth line (for example, the fourth line).
  • the position of the ultrasonic probe 1 in the direction perpendicular to the sample surface ( ⁇ Z direction) is determined.
  • the interval between the first measurement point X1 and the point P1 is extremely small. Therefore, for example, determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P1 on the fourth line based on the deviation calculated at the first measurement point X1 on the third line is the fourth line. It can be considered that this is substantially the same as determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P1 of the fourth line based on the deviation calculated at the point P1. Thereby, when the ultrasonic probe 1 scans the fourth line, the distance D between the ultrasonic probe 1 and the surface of the sample 4 can be kept constant.
  • the interval between the second measurement point X2 and the point P2 is extremely small. Therefore, for example, determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P2 on the fourth line based on the deviation calculated at the second measurement point X2 on the third line is the fourth line. It can be considered that this is substantially the same as determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P2 of the fourth line based on the deviation calculated at the point P2. Thereby, when the ultrasonic probe 1 scans the fourth line, the distance D between the ultrasonic probe 1 and the surface of the sample 4 can be kept constant.
  • the distance between the third measurement point X3 and the point P3 is extremely small. Therefore, for example, determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P3 on the fourth line based on the deviation calculated at the third measurement point X3 on the third line is the fourth line. It can be considered that this is substantially the same as determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P3 of the fourth line based on the deviation calculated at the point P3. Thereby, when the ultrasonic probe 1 scans the fourth line, the distance D between the ultrasonic probe 1 and the surface of the sample 4 can be kept constant.
  • the interval between the fourth measurement point X4 and the point P4 is extremely small. Therefore, for example, determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P4 on the fourth line based on the deviation calculated at the fourth measurement point X4 on the third line is the fourth line. It can be considered that this is substantially the same as determining the position in the ⁇ Z direction of the ultrasonic probe 1 at the point P4 of the fourth line based on the deviation calculated at the point P4. Thereby, when the ultrasonic probe 1 scans the fourth line, the distance D between the ultrasonic probe 1 and the surface of the sample 4 can be kept constant.
  • the ultrasound video system 100 can perform efficient position correction.
  • the image generation unit 36 generates an image based on the signal input from the processing unit 35. As described above, the position of the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Z direction is adjusted to an appropriate position (a position where the focal point F of the ultrasonic probe 1 matches the surface of the sample 4). 36 can generate an image with high resolution.
  • the storage unit 37 stores a deviation calculated by the processing unit 35 when the ultrasonic probe unit 1 scans a predetermined line on the surface of the sample 4.
  • the storage unit 37 stores a deviation used by the processing unit 35 when the ultrasonic probe unit 1 scans the next line on the surface of the sample 4. Therefore, the memory
  • the storage unit 37 stores a predetermined reference time set in advance. Further, the storage unit 37 stores the start point of the tracking gate, the end point of the tracking gate, the point where the voltage waveform has a peak, the point where the reference voltage waveform has a peak, and the like.
  • the storage unit stores a deviation when the ultrasonic probe scans a predetermined line on the sample surface, and the processing unit makes the deviation zero.
  • the position of the ultrasonic probe when the ultrasonic probe scans the next line on the sample surface is determined. Thereby, measurement time and work cost can be reduced.
  • the ultrasound probe 1 can be adjusted to an appropriate position only by scanning the entire sample once. Thereby, measurement time and work cost can be reduced. Moreover, in order to observe a sample with high resolution, the conventional problem that the ultrasonic probe 1 had to scan the entire sample twice can be improved.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between time and the displacement of the reflected wave.
  • FIG. 4A shows a reference voltage waveform
  • FIG. 4B shows an actually measured voltage waveform.
  • the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents voltage (displacement of reflected wave) [V].
  • the processing unit 35 generates the tracking gate G, plots the displacement of the reflected wave in the tracking gate G, the reference voltage waveform in the tracking gate G, the actually measured voltage waveform in the tracking gate G, To calculate the deviation.
  • the time of the start point of the tracking gate G is t 0 [s]
  • the time of the end point of the tracking gate G is t 1 [s]
  • the time when the reference voltage waveform has a peak is t x1.
  • the time from the start point of the tracking gate G until the reference voltage waveform has a peak is t A [s] (predetermined reference time).
  • the time of the start point of the tracking gate G is t 0 [s]
  • the time of the end point of the tracking gate G is t 1 [s]
  • the actually measured voltage waveform has a peak time.
  • Is t x2 [s] the time from the start point of the tracking gate G until the actually measured voltage waveform has a peak is t B [s] (predetermined real time).
  • the processing unit 35 takes a time from the start point of the tracking gate until the voltage waveform has a peak (t A [s]) and a time from the start point of the tracking gate to the peak of the reference voltage waveform (t B [s]).
  • the time difference (t A ⁇ t B [s]) with respect to () is calculated as a deviation. That is, the processing unit 35 can generate a tracking gate, cut out the displacement of the reflected wave in a predetermined period, and calculate the deviation.
  • the tracking gate G is arbitrarily set by the processing unit 35.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the gate circuit 350 included in the processing unit 35.
  • the gate circuit 350 receives waveform data obtained by taking a reflected wave and data related to the gate, and performs gate processing to output the displacement of the reflected wave.
  • the data related to the gate includes a gate start timing, a gate width, and a determination threshold value.
  • the gate circuit 350 detects the displacement of the reflected wave exceeding the determination threshold with respect to the reflected wave in the gate set in advance.
  • FIG. 6A is a plan view when the ultrasonic probe 1 scans the surface of the sample 4 in the ⁇ X direction.
  • FIG. 6B is a side view when the ultrasonic probe 1 scans the surface of the sample 4 in the ⁇ X directions.
  • the ultrasonic probe 1 scans the first line of the sample surface in the + X direction.
  • the processing unit 35 calculates the deviation in the first line, and the storage unit 37 stores the deviation in the first line.
  • the ultrasonic probe 1 scans the first line on the sample surface, the deviation for determining the position of the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Z direction has not been calculated yet, so the ⁇ Z direction.
  • the ultrasonic probe 1 scans the first line of the sample surface without changing the position of the ultrasonic probe 1 in FIG.
  • the ultrasonic probe 1 moves by a predetermined pitch in the ⁇ Y direction.
  • the pitch is an extremely short distance (specifically, 0.01 mm or less). Therefore, the curvature of the sample surface in the first line and the curvature of the sample surface in the second line can be made substantially equal.
  • the ultrasonic probe 1 scans the second line on the sample surface in the ⁇ X direction. Based on the deviation in the first line stored in the storage unit 37, the processing unit 35 performs super-measurement in the ⁇ Z direction when the ultrasonic probe unit 1 scans the second line on the sample surface in the ⁇ X direction. The position of the acoustic probe 1 is determined.
  • the scanning control unit 31 outputs a position signal for controlling the position of the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Z direction to the control device 2, and the control device 2 outputs the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Z direction. Adjust the position to an appropriate position.
  • the appropriate position is a position where the distance D between the ultrasonic probe 1 and the surface of the sample 4 is constant as shown in FIG.
  • the processing unit 35 calculates the deviation in the second line, and the storage unit 37 stores the deviation in the second line. At this time, the storage unit 37 stores the deviation in the first line and the deviation in the second line.
  • the ultrasonic probe 1 moves by a predetermined pitch in the ⁇ Y direction.
  • the pitch is an extremely short distance (specifically, 0.01 mm or less). Therefore, the curvature of the sample surface in the second line and the curvature of the sample surface in the third line can be made substantially equal.
  • the ultrasonic probe 1 scans the third line on the sample surface in the + X direction.
  • the processing unit 35 detects the ultrasonic wave in the ⁇ Z direction when the ultrasonic probe unit 1 scans the third line on the sample surface in the + X direction.
  • the position of the probe unit 1 is determined.
  • the scanning control unit 31 outputs a position signal for controlling the position of the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Z direction to the control device 2, and the control device 2 outputs the ultrasonic probe 1 in the ⁇ Z direction. Adjust the position to an appropriate position.
  • the appropriate position is a position where the distance D between the ultrasonic probe 1 and the surface of the sample 4 is constant as shown in FIG.
  • the processing unit 35 calculates the deviation in the third line, and the storage unit 37 stores the deviation in the third line.
  • the storage unit 37 may store all of the deviation in the first line, the deviation in the second line, the deviation in the third line, the deviation in the second line, and the deviation in the third line. You may remember. It is sufficient to store at least two lines (deviation on the second line, deviation on the third line).
  • the ultrasonic probe 1 moves by a predetermined pitch in the ⁇ Y direction.
  • the pitch is an extremely short distance (specifically, 0.01 mm or less). Therefore, the curvature of the sample surface in the third line and the curvature of the sample surface in the fourth line can be made substantially equal.
  • the ultrasonic probe 1 repeats the above-described scanning to scan all the lines on the surface of the sample 4. Thereby, an image of the surface of the sample 4 is generated.
  • the ultrasound imaging system 100 even for a sample with a curved surface, the ultrasound probe and the sample surface are scanned only by scanning the ultrasound probe once with respect to the entire sample. An image can be generated while keeping the distance D to be constant. As a result, it is possible to provide the ultrasonic imaging system 100 in which the measurement time and the operation cost are reduced while maintaining the resolution of the image when the ultrasonic probe is scanned twice with respect to the entire sample. .
  • the processing unit determines the position of the ultrasound probe unit while calculating the deviation. Therefore, the processing amount of the processing unit is the conventional ultrasound imaging system. It becomes twice as compared with.
  • the measurement time and work cost when performing double data processing are extremely small compared with the measurement time and work cost when performing double scanning processing. Therefore, compared with the conventional ultrasound imaging system, the ultrasound imaging system 100 according to the present embodiment can greatly reduce the measurement time and the work cost.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the position control device 3 according to the embodiment of the present invention.
  • step S501 the processing unit 35 calculates a deviation when the ultrasonic probe unit 1 scans the first line on the surface of the sample 4, and the storage unit 37 stores the deviation.
  • step S ⁇ b> 502 the processing unit 35 scans the second line (n-th line) on the surface of the sample 4 by the ultrasonic probe 1 based on the deviation in the first line (n ⁇ 1 line). Then, the position of the ultrasonic probe 1 is determined.
  • n (n ⁇ 2) is a variable indicating a line number.
  • step S503 the processing unit 35 calculates a deviation when the ultrasound probe unit 1 scans the second line (n-th line) on the surface of the sample 4, and the storage unit 37 stores the deviation.
  • step S504 the processing unit 35 determines whether or not the ultrasonic probe unit 1 has finished scanning all the lines on the surface of the sample 4. When it is determined that the ultrasonic probe 1 has not finished scanning all the lines on the surface of the sample 4 (Step S504 ⁇ No), the processing unit 35 performs the process of Step S505. On the other hand, when the processing unit 35 determines that the ultrasound probe unit 1 has finished scanning all the lines on the surface of the sample 4 (step S504 ⁇ Yes), the processing unit 35 performs the processing of step S506.
  • step S505 the processing unit 35 increases the variable n (n ⁇ 2) indicating the line number by one. That is, n is increased from 2 to 3.
  • step S502 the processing unit 35 causes the ultrasonic probe 1 to scan the third line (n-th line) on the surface of the sample 4 based on the deviation in the second line (n-1 line). At this time, the position of the ultrasonic probe 1 is determined.
  • step S503 the processing unit 35 calculates a deviation when the ultrasound probe unit 1 scans the third line (n-th line) on the surface of the sample 4, and the storage unit 37 stores the deviation. To do.
  • step S504 the processing unit 35 determines whether or not the ultrasonic probe unit 1 has finished scanning all the lines on the surface of the sample 4.
  • the processing unit 35 performs the process of Step S505.
  • the processing unit 35 determines that the ultrasound probe unit 1 has finished scanning all the lines on the surface of the sample 4 (step S504 ⁇ Yes)
  • the processing unit 35 performs the processing of step S506.
  • step S505 the processing unit 35 increases the variable n (n ⁇ 2) indicating the line number by one. That is, n is increased from 3 to 4.
  • steps S502 to S505 is repeated until the ultrasonic probe unit 1 finishes scanning all the lines on the surface of the sample 4.
  • step S506 the image generation unit 36 generates an image of the surface of the sample 4 and ends the series of processes.
  • the measurement time and work cost can be reduced.

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Abstract

超音波探触部（１）が試料表面のｎ－１ライン目を走査した際の、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎ－１ライン目の偏差を超音波探触部をｎラインに移動させる前に記憶する記憶部（３７）と、該ｎ－１ライン目の偏差に基づいて、前記超音波探触部（１）が試料表面のｎライン目を走査する際の、前記超音波探触部（１）の位置を決定し、且つ、前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査する際に、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎライン目の偏差を算出する処理部（３５）と、を備える。前記処理部（３５）は、前記偏差をゼロとするように、前記試料表面に対して垂直方向における前記超音波探触部（１）の位置を決定する。

Description

位置制御装置、位置制御方法、及び超音波映像システム
　本発明は、位置制御装置、位置制御方法、及び超音波映像システムに関する。
　超音波探触部によって、試料表面を走査し、反射波の変位に基づいて、試料表面を映像化する超音波映像装置（ＳＡＴ：Scanning Acoustic Tomograph）が知られている。ＳＡＴを用いて、表面が湾曲する試料を観察する際、超音波探触部と試料表面との距離を略一定（焦点距離）に保持するために、超音波探触部の位置調整が必要となる。
　例えば、特許文献１には、基部及びリップ部を有する複数の吸盤により、可撓性を有するワークを吸着し、ワークを水槽の水に浸漬させた状態で安定的に吸着固定することで、欠陥の検査精度を高めたワーク吸着固定装置が開示されている。
　また、例えば、特許文献２には、超音波探触部の焦点深度を広く設定し、前走査によって試料の観察位置の深度マップを取得した後、超音波探触部の焦点深度を狭く設定し、該観察位置を含むような本走査によって、試料を高分解能で観察する超音波映像装置が開示されている。
特開２０１３－１７０９０２号公報 特開２０１６－１２１９５１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のワーク吸着固定装置は、割れやすいワークを吸着固定することが困難である。また、特許文献２に記載の超音波映像装置を用いると、深く湾曲した表面や傾斜した欠陥構造を有する試料を、高分解能で観察できるが、超音波探触部を適切な位置に調整するために、試料全体を２度走査（前走査と本走査）しなければならず、測定時間と作業コストが増大する。
　つまり、超音波映像装置を用いて、表面が湾曲する試料を、高分解能で観察しようとすると、測定時間と作業コストが増大するという問題がある。
　本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、測定時間と作業コストを減少させた位置制御装置を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するために、本発明は、超音波探触部が試料表面のｎ－１ライン目を走査した際の、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎ－１ライン目の偏差を超音波探触部をｎラインに移動させる前に記憶する記憶部と、該ｎ－１ライン目の偏差に基づいて、前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査する際の、前記超音波探触部の位置を決定し、且つ、前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査する際に、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎライン目の偏差を算出する処理部と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、測定時間と作業コストを減少させた位置制御装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る超音波映像システムの構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る超音波探触部による走査方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る偏差を算出するための測定を、各測定点において行う場合の概念図である。 本発明の実施形態に係る時間と反射波の変位との関係を示すグラフであるである。 本発明の実施形態に係るゲート回路の動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る超音波探触部による走査を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る位置制御装置による制御方法の一例を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
≪超音波映像システムの構成≫
　まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る超音波映像システム１００の構成について説明する。
　図１に示すように、超音波映像システム１００は、超音波探触部１と、制御装置２と、位置制御装置３と、Ｘ軸駆動部２１と、Ｙ軸駆動部２２と、Ｚ軸駆動部２３と、を備える。
　超音波映像システム１００において、超音波探触部１は、試料４の表面全体を走査し、位置制御装置３は、超音波探触部１の焦点Ｆが試料４の表面に合うように、超音波探触部１の位置を決定し、制御装置２は、超音波探触部１の位置を制御する。試料４は、例えば、表面が湾曲する円盤形状のシリコンウェーハである。なお、本実施形態では、試料４として、表面が湾曲する円盤形状のシリコンウェーハを用いる場合を一例に挙げて説明するが、超音波映像システム１００を用いて観察する試料は、これに限定されるものではない。
　超音波探触部１は、エンコーダ１１と、圧電素子１２と、を備える。超音波探触部１の下部は、水槽５に満たされた水６に浸漬される。
　圧電素子１２は、試料４の表面に対向するように設けられ、圧電膜及び圧電膜の両面に形成される電極を含む。両電極間に電圧が印加されることで、圧電膜が振動し、所定周波数の超音波が、圧電素子１２から試料４の表面へと照射される。試料４の表面で反射された反射波は、圧電素子１２へと伝搬し、両電極間に電圧が発生する。エンコーダ１１は、超音波探触部１の位置（±Ｘ方向の位置、±Ｙ方向の位置、±Ｚ方向の位置）を検知し、超音波探触部１の位置を示す信号を、制御装置２へと出力する。
　制御装置２の出力側は、Ｘ軸駆動部２１、Ｙ軸駆動部２２、Ｚ軸駆動部２３と接続され、制御装置２の入力側は、位置制御装置３、エンコーダ１１と接続される。
　制御装置２は、エンコーダ１１から入力される信号に基づいて、超音波探触部１の位置（±Ｘ方向の位置、±Ｙ方向の位置、±Ｚ方向の位置）を検知し、超音波探触部１の位置を示す信号を、位置制御装置３へと出力する。
　制御装置２は、超音波探触部１の位置を、位置制御装置３が決定した位置に制御する。即ち、制御装置２は、位置制御装置３から入力される位置信号に基づいて、超音波探触部１を±Ｘ方向に駆動させるための制御信号を、Ｘ軸駆動部２１へと出力する。また、制御装置２は、位置制御装置３から入力される位置信号に基づいて、超音波探触部１を±Ｙ方向に駆動させるための制御信号を、Ｙ軸駆動部２２へと出力する。また、制御装置２は、位置制御装置３から入力される位置信号に基づいて、超音波探触部１を±Ｚ方向に駆動させるための制御信号を、Ｙ軸駆動部２２へと出力する。
　例えば、図２に示すように、Ｘ軸駆動部２１が、矢印方向に駆動することで、超音波探触部１は±Ｘ方向に移動し、Ｙ軸駆動部２２が、矢印方向に駆動することで、超音波探触部１は±Ｙ方向に移動し、Ｚ軸駆動部２３が、矢印方向に駆動することで、超音波探触部１は±Ｚ方向に移動する。
　位置制御装置３は、走査制御部３１と、タイミング制御部３２と、発振器３３と、入力部３４と、処理部３５と、画像生成部３６と、記憶部３７と、を備える。
　走査制御部３１は、制御装置２が±Ｘ方向における超音波探触部１の位置を制御するための位置信号を、制御装置２へと出力する。また、走査制御部３１は、制御装置２が±Ｙ方向における超音波探触部１の位置をするための位置信号を、制御装置２へと出力する。また、走査制御部３１は、制御装置２が±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を制御するための位置信号を、制御装置２へと出力する。
　走査制御部３１は、制御装置２から入力される信号に基づいて、超音波探触部１の位置（±Ｘ方向の位置、±Ｙ方向の位置、±Ｚ方向の位置）を検知し、超音波探触部１の位置を示す信号を、タイミング制御部３２へと出力する。
　タイミング制御部３２は、走査制御部３１から入力される信号に基づいて、超音波探触部１が、試料４の表面に超音波を送信するタイミングを制御するタイミング信号を生成し、発振器３３へと出力する。また、タイミング制御部３２は、位置制御装置３が、試料４の表面から反射される反射波の反射信号を受信するタイミングを制御するタイミング信号を生成し、入力部３４へと出力する。また、タイミング制御部３２は、処理部３５が、反射信号をゲート処理するタイミングを制御するタイミング信号を生成し、処理部３５へと出力する。
　発振器３３は、タイミング制御部３２から入力されるタイミング信号に基づいて、インパルス信号を、超音波探触部１へと送信する。これにより、圧電膜に形成される両電極間に電圧が印加され、超音波が、圧電素子１２から試料４の表面へと、照射される。
　入力部３４は、アンプ及びＡ／Ｄ変換器を備えており、タイミング制御部３２から入力されるタイミング信号に基づいて、試料４の表面から反射される反射波の反射信号を受信し、受信信号を処理部３５へと出力する。アンプは、反射信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器は、反射信号を、アナログ信号からデジタル信号へと変換する。
　処理部３５は、タイミング制御部３２から入力されるタイミング信号に基づいて、反射信号をゲート処理し、反射波の変位（例えば、反射波の振幅情報、反射波の時間情報、等）を検出し、検出信号を、画像生成部３６へと出力する。また、処理部３５は、所定期間における反射波の変位を切り出すために、追従ゲートを生成する。
　処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の所定ライン（例えば、３ライン目）を走査する際の、偏差（後述の説明参照）を算出し、記憶部３７に記憶させる。また、処理部３５は、該偏差をゼロとするように、超音波探触部１が試料４の表面の次のライン（例えば、４ライン目）を走査する際の、試料４の表面に対して垂直方向（±Ｚ方向）における超音波探触部１の位置を決定し、位置信号を、走査制御部３１へと出力する。なお、本明細書において、ゼロとは、厳密にゼロであることに限定されず、実質的にゼロであることを意味するものとし、ゼロから測定誤差の範囲も含むものとする。
　詳細な説明は後述するが、偏差とは、試料表面に超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間（実時間）と、基準時間との時間差である。また、基準時間とは、超音波探触部１と試料４の表面との距離が、超音波探触部１の焦点距離と一致する場合において、試料表面に超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間であり、実時間に対して基準となる時間である。
　試料４の表面が、超音波探触部１に近づくように湾曲していれば（超音波探触部１と試料４の表面との距離が、超音波探触部１の焦点距離より短ければ）、実時間は短くなり、偏差はプラスの値となる。また、試料４の表面が、超音波探触部１から離れるように湾曲していれば（超音波探触部１と試料４の表面との距離が、超音波探触部１の焦点距離より長ければ）、実時間は長くなり、偏差はマイナスの値となる。即ち、超音波探触部１と試料表面との距離は、偏差（時間差）に依存する。
　従って、処理部３５が、試料４の表面の湾曲に合わせて、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を決定することで、超音波映像システム１００において、高解像度の画像生成が可能になる。
　また、所定ラインにおける試料４の表面の湾曲と、次のラインにおける試料４の表面の湾曲と、は略等しいと考えられる。処理部３５が、所定ラインに対して算出した偏差に基づいて、次のラインを走査する際の、超音波探触部１の位置を決定することで、次のラインに対して算出した偏差に基づいて、次のラインを走査する際の、超音波探触部１の位置を決定することと、略同様の効果を得ることができる。即ち、処理部３５が、試料表面の湾曲が完全に等しいラインを走査して、超音波探触部の位置を決定することと、略同様の効果を得ることができる。これにより、超音波映像システム１００において、超音波探触部１の正確な位置補正が可能になる。
　また、処理部３５は、所定の時間間隔で測定点を設定し、該測定点ごとに、偏差を算出する。
　図３は、超音波探触部１が連続的に＋Ｘ方向に進行し、偏差を算出するための測定を、各測定点において行う場合の概念図である。図３（ａ）は、所定の時間間隔で設定される測定点を、＋Ｘ方向に４点とった場合において、超音波探触部１が、試料４の表面を＋Ｘ方向に走査する様子を示した平面図である。図３（ｂ）は、所定の時間間隔で設定される測定点を、＋Ｘ方向に４点とった場合において、超音波探触部１が、試料４の表面を＋Ｘ方向に走査する様子を示した側面図である。
　Ｘ１は、所定ライン（例えば、３ライン目）における第１の測定点である。Ｐ１は、第１の測定点Ｘ１で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）における位置補正を行う点であると同時に、次のライン（例えば、４ライン目）における第１の測定点となる点である。
　Ｘ２は、所定ライン（例えば、３ライン目）における第２の測定点である。Ｐ２は、第２の測定点Ｘ２で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）における位置補正を行う点であると同時に、次のライン（例えば、４ライン目）における第２の測定点となる点である。
　Ｘ３は、所定ライン（例えば、３ライン目）における第３の測定点である。Ｐ３は、第３の測定点Ｘ３で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）における位置補正を行う点であると同時に、次のライン（例えば、４ライン目）における第３の測定点となる点である。
　Ｘ４は、所定ライン（例えば、３ライン目）における第４の測定点である。Ｐ４は、第４の測定点Ｘ４で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）における位置補正を行う点であると同時に、次のライン（例えば、４ライン目）における第４の測定点となる点である。
　例えば、処理部３５は、試料４表面の所定ライン（例えば、３ライン目）における第１の測定点Ｘ１での、偏差を算出し、記憶部３７に記憶させる。そして、処理部３５は、第１の測定点Ｘ１で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）の点Ｐ１における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定する。
　同様に、例えば、処理部３５は、試料４表面の所定ライン（例えば、３ライン目）における第２の測定点Ｘ２での、偏差を算出し、記憶部３７に記憶させる。そして、処理部３５は、第２の測定点Ｘ２で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）の点Ｐ２における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定する。
　同様に、例えば、処理部３５は、試料４表面の所定ライン（例えば、３ライン目）における第３の測定点Ｘ３での、偏差を算出し、記憶部３７に記憶させる。そして、処理部３５は、第３の測定点Ｘ３で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）の点Ｐ３における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定する。
　同様に、例えば、処理部３５は、試料４表面の所定ライン（例えば、３ライン目）における第４の測定点Ｘ４での、偏差を算出し、記憶部３７に記憶させる。そして、処理部３５は、第４の測定点Ｘ４で算出した偏差に基づいて、次のライン（例えば、４ライン目）の点Ｐ４における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定する。
　即ち、処理部３５は、所定の時間間隔で設定したｎ－１ライン目（例えば、３ライン目）の測定点ごとに、偏差を算出する。また、処理部３５は、ｎライン目（例えば、４ライン目）の測定点ごとに、対応するｎ－１ライン目（例えば、３ライン目）の測定点で算出した偏差をゼロとするように、試料表面に対して垂直方向（±Ｚ方向）における超音波探触部１の位置を決定する。
　第１の測定点Ｘ１と点Ｐ１との間隔は、極めて小さい。従って、例えば、３ライン目における第１の測定点Ｘ１で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ１における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することは、４ライン目における点Ｐ１で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ１における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することと、略同様であると考えることができる。これにより、超音波探触部１が４ライン目を走査する際、超音波探触部１と試料４の表面との距離Ｄを一定に保つことができる。
　同様に、第２の測定点Ｘ２と点Ｐ２との間隔は、極めて小さい。従って、例えば、３ライン目における第２の測定点Ｘ２で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ２における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することは、４ライン目における点Ｐ２で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ２における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することと、略同様であると考えることができる。これにより、超音波探触部１が４ライン目を走査する際、超音波探触部１と試料４の表面との距離Ｄを一定に保つことができる。
　同様に、第３の測定点Ｘ３と点Ｐ３との間隔は、極めて小さい。従って、例えば、３ライン目における第３の測定点Ｘ３で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ３における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することは、４ライン目における点Ｐ３で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ３における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することと、略同様であると考えることができる。これにより、超音波探触部１が４ライン目を走査する際、超音波探触部１と試料４の表面との距離Ｄを一定に保つことができる。
　同様に、第４の測定点Ｘ４と点Ｐ４との間隔は、極めて小さい。従って、例えば、３ライン目における第４の測定点Ｘ４で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ４における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することは、４ライン目における点Ｐ４で算出した偏差に基づいて、４ライン目の点Ｐ４における超音波探触部１の±Ｚ方向の位置を決定することと、略同様であると考えることができる。これにより、超音波探触部１が４ライン目を走査する際、超音波探触部１と試料４の表面との距離Ｄを一定に保つことができる。
　なお、超音波探触部１が試料４の表面の、所定ラインを走査する際の、偏差を算出するための測定を行う間隔であるが、試料４の表面の凹凸が少なく、湾曲が小さい部分においては、測定を行う間隔を大きくし、試料４の表面の凹凸が多く、湾曲が大きい部分においては、測定を行う間隔を小さくすることが可能である。湾曲が大きい部分において、集中的に測定を行い、偏差を算出することで、超音波映像システム１００において、効率的な位置補正が可能になる。
　画像生成部３６は、処理部３５から入力される信号に基づいて、画像を生成する。上述のように、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置は、適切な位置（超音波探触部１の焦点Ｆが試料４の表面に合う位置）に調整されるため、画像生成部３６は、解像度の高い画像を生成することができる。
　記憶部３７は、超音波探触部１が試料４の表面の、所定ラインを走査する際に、処理部３５が算出する偏差を記憶する。また、記憶部３７は、超音波探触部１が試料４の表面の、次のラインを走査する際に、処理部３５が使用する偏差を記憶する。従って、記憶部３７は、少なくとも２ライン分の偏差を記憶するメモリ容量を有していれば良い。
　記憶部３７は、予め設定される所定の基準時間を記憶する。また、記憶部３７は、追従ゲートの始点、追従ゲートの終点、電圧波形がピークを有する点、基準の電圧波形がピークを有する点、等を記憶する。
　本実施形態に係る位置制御装置３によれば、記憶部が、超音波探触部が試料表面の所定ラインを走査する際の、偏差を記憶し、処理部が、該偏差がゼロとなるように、超音波探触部が試料表面の次のラインを走査する際の、超音波探触部の位置を決定する。これにより、測定時間と作業コストを減少させることができる。
　本実施形態に係る超音波映像システム１００によれば、超音波探触部１が、試料全体を１度走査するのみで、超音波探触部１を適切な位置に調整できる。これにより、測定時間と作業コストを減少させることができる。また、試料を高分解能で観察するためには、超音波探触部１が、試料全体を２度走査しなければならなかったという、従来の問題点を改善することができる。
≪偏差の算出≫
　次に、図４、図５を参照して、上述した偏差について説明する。図４は、時間と反射波の変位との関係を示すグラフである。図４（ａ）は、基準の電圧波形を示しており、図４（ｂ）は、実際に測定された電圧波形を示している。横軸は時間[ｓ]、縦軸は電圧（反射波の変位）[Ｖ]を示している。
　処理部３５は、追従ゲートＧを生成し、反射波の変位を追従ゲートＧ内にプロットし、追従ゲートＧ内における基準の電圧波形と、追従ゲートＧ内における実際に測定された電圧波形と、を比較して、偏差を算出する。
　図４（ａ）に示すように、追従ゲートＧの始点の時刻をｔ0[ｓ]、追従ゲートＧの終点の時刻をｔ1[ｓ]、基準の電圧波形がピークを有する時刻をｔx1[ｓ]とすると、追従ゲートＧの始点から、基準の電圧波形がピークを有するまでの時間は、ｔA[ｓ]（所定の基準時間）となる。
　図４（ｂ）に示すように、追従ゲートＧの始点の時刻をｔ0[ｓ]、追従ゲートＧの終点の時刻をｔ1[ｓ]、実際に測定された電圧波形がピークを有する時刻をｔx2[ｓ]とすると、追従ゲートＧの始点から実際に測定された電圧波形がピークを有するまでの時間は、ｔB[ｓ]（所定の実時間）となる。
　処理部３５は、追従ゲートの始点から電圧波形がピークを有するまでの時間（ｔA[ｓ]）と、追従ゲートの始点から基準の電圧波形がピークを有するまでの時間（ｔB[ｓ]）との時間差（ｔA－ｔB[ｓ]）を、偏差として、算出する。即ち、処理部３５は、追従ゲートを生成し、所定期間における反射波の変位を切り出して、偏差を算出することが可能である。なお、追従ゲートＧは、処理部３５によって、任意に設定されるものである。
　図５は、処理部３５に含まれるゲート回路３５０の動作を示す図である。
　図５に示すように、ゲート回路３５０には、反射波を取り込んだ波形データ、ゲートに係るデータが入力されてゲート処理が行われ、反射波の変位が出力される。ゲートに係るデータは、ゲートの開始タイミングと、ゲートの幅と、判定閾値とを含んで構成される。ゲート回路３５０は、予め設定されたゲート内の反射波に対して、この判定閾値を超えた反射波の変位を検出する。
≪超音波探触部の走査≫
　次に、図６を参照して、超音波探触部１による走査について説明する。
　図６（ａ）は、超音波探触部１が、試料４の表面を±Ｘ方向に走査する場合の平面図である。図６（ｂ）は、超音波探触部１が、試料４の表面を±Ｘ方向に走査する場合の側面図である。
　図６（ａ）に示すように、まず、超音波探触部１は、試料表面の１ライン目を、＋Ｘ方向に走査する。処理部３５は、１ライン目における偏差を算出し、記憶部３７は、１ライン目における偏差を記憶する。なお、超音波探触部１が試料表面の１ライン目を走査する場合、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を決定するための偏差が、未だ算出されていないため、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を変えずに、超音波探触部１は、試料表面の１ライン目を走査する。
　次に、超音波探触部１は、－Ｙ方向に所定ピッチだけ移動する。該ピッチは、極めて短い距離（具体的には、０．０１ｍｍ以下）である。従って、１ライン目における試料表面の湾曲と、２ライン目における試料表面の湾曲とは、略等しいとすることができる。
　次に、超音波探触部１は、試料表面の２ライン目を、－Ｘ方向に走査する。処理部３５は、記憶部３７に記憶させた１ライン目における偏差に基づいて、超音波探触部１が、試料表面の２ライン目を－Ｘ方向に走査する際の、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を決定する。走査制御部３１は、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を制御するための位置信号を、制御装置２へと出力し、制御装置２は、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を、適切な位置に調整する。適切な位置とは、図６（ｂ）に示すように、超音波探触部１と試料４の表面との距離Ｄが一定となる位置である。
　また、処理部３５は、２ライン目における偏差を算出し、記憶部３７は、２ライン目における偏差を記憶する。このとき、記憶部３７は、１ライン目における偏差及び２ライン目における偏差を記憶する。
　次に、超音波探触部１は、－Ｙ方向に所定ピッチだけ移動する。該ピッチは、極めて短い距離（具体的には、０．０１ｍｍ以下）である。従って、２ライン目における試料表面の湾曲と、３ライン目における試料表面の湾曲とは、略等しいとすることができる。
　次に、超音波探触部１は、試料表面の３ライン目を、＋Ｘ方向に走査する。処理部３５は、記憶部３７に記憶させた２ライン目における偏差に基づいて、超音波探触部１が、試料表面の３ライン目を＋Ｘ方向に走査する際の、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を決定する。走査制御部３１は、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を制御するための位置信号を、制御装置２へと出力し、制御装置２は、±Ｚ方向における超音波探触部１の位置を、適切な位置に調整する。適切な位置とは、図６（ｂ）に示すように、超音波探触部１と試料４の表面との距離Ｄが一定となる位置である。
　また、処理部３５は、３ライン目における偏差を算出し、記憶部３７は、３ライン目における偏差を記憶する。このとき、記憶部３７は、１ライン目における偏差、２ライン目における偏差、３ライン目における偏差、の全てを記憶しても良いし、２ライン目における偏差、３ライン目における偏差、のみを記憶しても良い。少なくとも、２ライン分（２ライン目における偏差、３ライン目における偏差）を記憶していれば良い。
　次に、超音波探触部１は、－Ｙ方向に所定ピッチだけ移動する。該ピッチは、極めて短い距離（具体的には、０．０１ｍｍ以下）である。従って、３ライン目における試料表面の湾曲と、４ライン目における試料表面の湾曲とは、略等しいとすることができる。
　超音波探触部１は、上述のような走査を繰り返し、試料４の表面の全てのラインを走査する。これにより、試料４の表面の画像が生成される。
　本実施形態に係る超音波映像システム１００によれば、表面が湾曲する試料に対しても、超音波探触部を試料全体に対して１度走査させるのみで、超音波探触部と試料表面との距離Ｄを一定に保持し、画像を生成することができる。これにより、超音波探触部を試料全体に対して２度走査させた場合における、画像の解像度を維持しつつ、測定時間と作業コストを減少させた超音波映像システム１００の提供が可能となる。
　なお、従来の超音波映像システムは、超音波探触部が試料全体を２度走査するため、機械的な処理回数は、本実施の形態に係る超音波映像システム１００と比較して、２倍になる。一方、本実施の形態に係る超音波映像システム１００は、処理部が、偏差を算出しつつ、超音波探触部の位置を決定するため、処理部の処理量は、従来の超音波映像システムと比較して、２倍になる。しかしながら、２倍のデータ処理を行う場合における測定時間と作業コストは、２倍の走査処理を行う場合における測定時間と作業コストと比較して、極めて小さい。従って、従来の超音波映像システムと比較すると、本実施の形態に係る超音波映像システム１００は、大幅に、測定時間と作業コストを低減できることになる。
≪位置制御装置の動作≫
　次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施形態に係る位置制御装置３の動作について、説明する。
　図７は、本発明の実施形態に係る位置制御装置３の動作を示すフローチャートである。
　ステップＳ５０１において、処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の１ライン目を走査する際の偏差を算出し、記憶部３７は、該偏差を記憶する。
　ステップＳ５０２において、処理部３５は、１ライン目（ｎ－１ライン目）における偏差に基づいて、超音波探触部１が試料４の表面の２ライン目（ｎライン目）を走査する際の、超音波探触部１の位置を決定する。ｎ（ｎ≧２）は、ライン番号を示す変数である。
　ステップＳ５０３において、処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の２ライン目（ｎライン目）を走査する際の偏差を算出し、記憶部３７は、該偏差を記憶する。
　ステップＳ５０４において、処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の全てのラインの走査を終了したか否かを判断する。処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の全てのラインの走査を終了していないと判断する場合（ステップＳ５０４→Ｎｏ）、ステップＳ５０５の処理を行う。一方、処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の全てのラインの走査を終了したと判断する場合（ステップＳ５０４→Ｙｅｓ）、ステップＳ５０６の処理を行う。
　ステップＳ５０５において、処理部３５は、ライン番号を示す変数ｎ（ｎ≧２）を、１つ増加させる。即ち、ｎを、２から３へと増加させる。
　再び、ステップＳ５０２において、処理部３５は、２ライン目（ｎ－１ライン目）における偏差に基づいて、超音波探触部１が試料４の表面の３ライン目（ｎライン目）を走査する際の、超音波探触部１の位置を決定する。
　再び、ステップＳ５０３において、処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の３ライン目（ｎライン目）を走査する際の偏差を算出し、記憶部３７は、該偏差を記憶する。
　再び、ステップＳ５０４において、処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の全てのラインの走査を終了したか否かを判断する。処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の全てのラインの走査を終了していないと判断する場合（ステップＳ５０４→Ｎｏ）、ステップＳ５０５の処理を行う。一方、処理部３５は、超音波探触部１が試料４の表面の全てのラインの走査を終了したと判断する場合（ステップＳ５０４→Ｙｅｓ）、ステップＳ５０６の処理を行う。
　再び、ステップＳ５０５において、処理部３５は、ライン番号を示す変数ｎ（ｎ≧２）を、１つ増加させる。即ち、ｎを、３から４へと増加させる。
　超音波探触部１が試料４の表面の全てのラインの走査を終了するまで、上述のように、ステップＳ５０２～Ｓ５０５までの処理を繰り返す。
　ステップＳ５０６において、画像生成部３６は、試料４の表面の画像を生成し、一連の処理を終了する。
　上述の位置制御方法によれば、測定時間と作業コストを減少させることができる。
　１００　　　　　超音波映像システム
　１　　　　　　　超音波探触部
　２　　　　　　　制御装置
　３　　　　　　　位置制御装置
　３５　　　　　　処理部
　３７　　　　　　記憶部

Claims (9)

  1. 　超音波探触部が試料表面のｎ－１ライン目を走査した際の、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎ－１ライン目の偏差を超音波探触部をｎラインに移動させる前に記憶する記憶部と、
    　該ｎ－１ライン目の偏差に基づいて、前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査する際の、前記超音波探触部の位置を決定し、且つ、前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査する際に、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎライン目の偏差を算出する処理部と、
    　を備えることを特徴とする位置制御装置。
  2. 　前記処理部は、
    　所定の時間間隔で設定した測定点ごとに、前記偏差を算出し、前記偏差を前記記憶部に記憶させる、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
  3. 　前記処理部は、
    　前記偏差をゼロとするように、前記試料表面に対して垂直方向における前記超音波探触部の位置を決定する、
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置制御装置。
  4. 　前記処理部は、
    　前記ｎライン目の測定点ごとに、対応するｎ－１ライン目の測定点で算出した前記ｎ－１ライン目の偏差をゼロとするように、前記試料表面に対して垂直方向における前記超音波探触部の位置を決定する、
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置制御装置。
  5. 　前記処理部は、
    　追従ゲートを生成し、
    　前記追従ゲートの始点から電圧波形がピークを有するまでの時間と、前記追従ゲートの始点から基準の電圧波形がピークを有するまでの時間とを比較して、前記偏差を算出する
    　ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置制御装置。
  6. 　超音波探触部が試料表面のｎ－１ライン目を走査した際の、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎ－１ライン目の偏差を記憶するステップと、
    　該超音波探触部をｎラインに移動させるステップと、
    　該ｎ－１ライン目の偏差に基づいて、前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査する際の、前記超音波探触部の位置を決定するステップと、
    　前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査し、且つ、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎライン目の偏差を算出するステップと、
    　を備えることを特徴とする位置制御方法。
  7. 　前記偏差を記憶するステップは、
    　所定の時間間隔で設定したｎ－１ライン目の測定点ごとに、前記ｎ－１ライン目の偏差を算出し、
    　前記超音波探触部の位置を決定するステップは、
    　前記ｎライン目の測定点ごとに、対応するｎ－１ライン目の測定点の前記ｎ－１ライン目の偏差をゼロとするように、前記試料表面に対して垂直方向における前記超音波探触部の位置を決定する、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の位置制御方法。
  8. 　試料表面に超音波を送信し、前記試料表面からの反射波を受信する超音波探触部と、
    　前記超音波探触部が試料表面のｎ－１ライン目を走査した際の、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎ－１ライン目の偏差を超音波探触部をｎラインに移動させる前に記憶し、該ｎ－１ライン目の偏差に基づいて、前記超音波探触部が試料表面のｎライン目を走査する際の、前記超音波探触部の位置を決定する位置制御装置と、
    　前記超音波探触部の位置を、前記位置制御装置が決定した位置に制御する制御装置と、
    を備え、
    　前記位置制御装置は、ｎライン目を走査する際に、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間と基準時間とのｎライン目の偏差を算出することを特徴とする超音波映像システム。
  9. 　前記位置制御装置は、
    　所定の時間間隔で設定したｎ－１ライン目の測定点ごとに、前記ｎ－１ライン目の偏差を算出し、前記ｎ－１ライン目の測定点に対応するｎライン目の測定点ごとに、前記ｎ－１ライン目の偏差をゼロとするように前記超音波探触部の位置を決定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の超音波映像システム。
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