JP2551218Y2 - 超音波顕微鏡装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本考案は、画像計測手段と定量計
測手段の両手段を備えた超音波顕微鏡装置に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】近年、集束した超音波ビームを用いて物
体の微視的あるいは巨視的な構造及び音響特性を観察測
定する機械走査型超音波顕微鏡が開発されている。 【０００３】この超音波顕微鏡は、原理的には円錐状に
集束された超音波ビームを被検査体に照射し、超音波ビ
ームの焦点の位置を被検査体面内で移動させたり、ある
いは被検査体内の各点における弾性的性質の差異等によ
って生ずる超音波の反射波あるいは透過波を超音波トラ
ンスジューサで検出して電気信号に変換し、その信号を
陰極線管面上に二次元的に表示して超音波顕微鏡像を得
たり、あるいはＸＹレコーダを形成するための変換器と
しては、代表的には、レンズ方式によるもの、凹面ある
いは凸面の球面上に超音波変換器を構成した方式による
もの等がある。 【０００４】又超音波トランスジューサの配置により透
過型と反射型の超音波顕微鏡に分類される。 【０００５】図５は、反射型の超音波顕微鏡のブロック
図を示したもので、集束超音波ビームを得るために、音
響レンズを用いた例であり、高周波パルス発振器１から
の電気信号は方向性結合器２を経て、集束超音波トラン
スジューサ３より円錐状の集束超音波ビームとなり、液
体音場媒体４を介して被検査体保持台５上に固定され
て、ほぼ焦点近傍に配置された被検査体６に照射され
る。 【０００６】被検査体保持台５はＸＹ方向移動装置７に
よってＸ及びＹ方向に移動されるが、勿論、被検査体保
持台５を移動させる代わりに超音波トランスジューサ３
をＸ及びＹ方向に移動させてもよいし、又、このＸＹ方
向移動装置７は走査制御回路８によって制御される。 【０００７】被検査体６より反射された反射波は再び超
音波トランスジューサ３で集音され、電気信号に変換さ
れ、方向性結合器２を経て表示装置９へ供給され、超音
波顕微鏡像が得られる。 【０００８】このような超音波顕微鏡像から被検査体の
音響特性を場所の関数として読み取る計測法は超音波顕
微鏡による画像計測と呼ばれている。 【０００９】この画像計測においては、超音波顕微鏡
は、被検査体６を集束超音波ビームの液体音場媒体（通
常は水が使用される）における焦点面上に配置させて超
音波像を撮像するばかりでなく、焦点面から積極的にず
らして使用されることが多い。 【００１０】これは超音波顕微鏡の特徴であり、従来の
光学顕微鏡及び電子顕微鏡等で観測できない被検査体内
部の変化をコントラストよく観測することができる。 【００１１】一方、前述の画像計測のための超音波顕微
鏡を改良して、被検査体の音速を測定する音速測定装置
が開発されている。 【００１２】図６は、この従来の音速測定装置の構成を
示したもので、図５と同一符号の部分は同一のものを示
しており、又、被検査体保持台５上に配置された被検査
体６（例えば固体物質）は、Ｚ方向移動装置１０によっ
て超音波トランスジューサ３の方向に近づけるように移
動させながら超音波トランスジューサ３の出力を記録装
置１１で観察するようにしている。 【００１３】この超音波トランスジューサ３の出力曲線
はＶ（Ｚ）曲線あるいは音響特性曲線と呼ばれている。 【００１４】この曲線の周期性は物質に依存し、又これ
は集束超音波ビームのうちＺ軸近傍からの反射波と、臨
界角近傍のビームによって励起された漏洩弾性波の再放
射した波との干渉によるものであることが知られてい
る。 【００１５】従って、図７の周期ΔＺを測定することに
より、物質の漏洩弾性波の速度を計算により求めること
ができる。 【００１６】この周期ΔＺと音速との関係は近似的に次
式で与えられる。 【００１７】 【数式１】 【００１８】ここで、Ｖ１は液体音場媒体４の縦波速
度、Ｖｓは漏洩弾性波速度、ｆは使用超音波周波数であ
る。 【００１９】従って、このＶ（Ｚ）曲線を解析すること
によって、固体の音響特性（音速及び伝搬減衰量等）を
定量的に求めることができる。 【００２０】このことから、この図６の装置による測定
は、被検査体の音響特性の超音波顕微鏡による定量的計
測と呼ばれている。 【００２１】 【考案が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すように構成された画像計測装置では、被検査体内部
の構造の変化を知ることはできるが、音響特性との関連
性を知ることはできず、又、図６に示したように構成さ
れた定量的計測装置では、音響特性と被検査体内部の構
造変化との関連性を知ることはできなかった。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本考案は、被検査体上を
円錐状に絞られた集束超音波を照射する円錐状集束超音
波トランスジューサで順次走査して、該円錐状集束超音
波トランスジューサから超音波ビームを前記被検査体に
照射し、その反射波又は透過波より超音波像を検出する
画像計測手段と、該画像計測手段における走査位置と対
応させて又は所望のサンプリング部分において前記被検
査体に直線状集束超音波ビームを照射し得るように前記
円錐状集束超音波トランスジューサと交換可能にされた
直線状集束超音波トランスジューサと、前記被検査体と
前記直線状集束超音波トランスジューサとの間隔を変え
ながらその反射波又は透過波を検出して、前記被検査体
の部分的な音響特性に関する量を測定する定量的計測手
段と、前記画像計測手段による計測結果と前記定量的計
測結果による計測結果とを比較対照可能に表示する手段
とを有するものである。 【００２３】 【作用】本考案では、画像計測による超音波像と定量的
計測による前記超音波像に対応した各部の計測結果とを
比較して表示する。 【００２４】それによって、例えば、被検査体の物質の
粒径や物質の粒径の配置に対応して音響等を表示するこ
とができる。 【００２５】 【実施例】図１は、本考案の実施例の超音波顕微鏡装置
のブロック図を示したもので、１は高周波パルス発振
器、２は方向性結合器、３は円錐状に絞られた集束超音
波を照射する集束超音波トランスジューサ、４は液体音
場媒体、５は被検査体保持台、６は被検査体であり、こ
れらの構成は上記従来例と同じ構成であるので、説明は
省略するが、本考案では、信号記憶装置１２にＸＹ方向
移動装置１３及びＺ軸方向移動装置１４が接続され、
又、信号記憶装置１２はマイクロコンピュータ１５に接
続され、さらに、マイクロコンピュータ１５に表示装置
１６が接続され、又、被検査体保持台５はＸＹ方向移動
装置１３によって移動される。 【００２６】このように構成された本実施例の超音波顕
微鏡装置では、図５の従来例と同様に、高周波パルス発
振器１からの電気信号は方向性結合器２を経て集束超音
波トランスジューサ３に送られ、この集束超音波トラン
スジューサ３はからの円錐状に絞られた集束超音波は、
液体音場媒体４を介して被検査体保持台５上の被検査体
６はに照射される。 【００２７】その時、マイクロコンピュータ１５からの
信号によって、集束超音波トランスジューサ３はＸＹ方
向移動装置１３によってＸ及びＹ方向に移動される。 【００２８】そして、被検査体６はにより反射された反
射波は集束超音波トランスジューサ３で集音され、電気
信号に変換され、方向性結合器２を経て信号記憶装置１
２に記憶される。 【００２９】このようにして被検査体６上の観測対応さ
せた範囲の音響特性はその範囲の場所の関数として記憶
装置１２に記憶される。 【００３０】この画像計測が終わった後、マイクロコン
ピュータ１５からの信号によって、再び前述と同じよう
に、ＸＹ方向移動装置１３によって集束超音波トランス
ジューサ３のＸ及びＹ方向の走査が行われるが、この
時、走査位置の所望の点毎に、被検査体６はＺ軸方向移
動装置１４によって集束超音波トランスジューサ３を近
づけるか遠ざけることにより、集束超音波ビームの焦点
を外すように移動させ、又は振動させ、図６の従来例の
定量的計測に相当する計測が行われる。 【００３１】この時、被検査体６からの反射信号は前述
の画像計測の位置に対応してマイクロコンピュータ１５
に送られ、Ｖ（Ｚ）曲線の解析を行い、前述の画像計測
の位置にそれぞれ対応して記憶装置１２に記憶される。 【００３２】この画像計測及び定量的計測によってそれ
ぞれ記憶装置に記憶された測定値は、それぞれ対応する
位置で表示装置１６に交互に表示することにより、被検
査体の各部の構造と音響特性を一目で判別することがで
きる。 【００３３】又、画像計測で得られた値及び定量的計測
で得られた値をそれぞれ別の色で表し、それらの色を重
ねるように表示装置１６で表示すれば、より被検査体の
各部の構造と音響特性を一目で判別できるようにするこ
とができる。 【００３４】さらに、画像計測により得られた超音波像
を輪郭強調等の画像処理を施して、粒径の大きさを自動
的に計測し、Ｖ（Ｚ）曲線による音響特性の定量的計測
の結果との対応に用いることができる。 【００３５】なお、上記実施例では、定量的計測は各点
毎に行うようにしたが、例えば、Ｘ又はＹ方向の走査線
毎に複数点の定量的計測を行い、その平均値をマイクロ
コンピュータ１５で演算して、それぞれ画像計測で検出
した検出値と対応させて記憶装置１２に記憶させ、それ
らの値がそれぞれ重なるように表示装置１６で表示する
ようにしてもよい。 【００３６】この場合、図２に示したように、集束用超
音波トランスジューサ３をＸＹ方向移動装置１３で被検
査体６の所望の部分に移動させ、切換装置１８でＸＹ方
向移動装置１３を切り離し、ＸＹ方向振動装置１７で集
束用超音波トランスジューサ３をその位置でＸ及びＹ又
はそのいずれか一方向に振動させることにより、その部
分の音響的平均値を機械的に検出することができる。 【００３７】図１の実施例の超音波顕微鏡装置におい
て、定量的測定の時にのみ、図３に示したような直線状
の集束超音波を発生する集束超音波トランスジューサ１
９と交換することにより、各走査線毎にＺ軸方向移動装
置１４で被検査体６をＺ軸方向に移動して定量的測定を
行い、被検査体の画像測定で得られた測定値と対応させ
て記憶装置１２で記憶させることができる。 【００３８】このようにすることにより、各走査線毎の
音響的平均値を検出することができる。 【００３９】なお、この場合、被検査体をＺ軸の周りに
角度回転して同様な測定を繰り返すことによって、Ｚ軸
の周りの音響的平均値を検出することができる。 【００４０】又、図４に示したように、直線状の集束超
音波ビームを発生する集束超音波トランスジューサ１９
の振動装置２０を接続し、この集束超音波トランスジュ
ーサ１９をライン方向に垂直に振動させることにより、
集束超音波トランスジューサ１９のライン方向に垂直な
方向の周辺を含めた音響的平均値を検出することができ
る。 【００４１】なお、上記実施例では、超音波トランスジ
ューサを動かしたが、試料を動かしてもよいことは言う
までもない。 【００４２】上述の説明では、ＸＹ方向移動装置１３で
は集束超音波トランスジューサ３をＸ及びＹ方向に移動
し、Ｚ軸方向移動装置１４で被検査体保持台５をＺ軸方
向に移動したが、Ｚ軸方向移動装置１４で集束超音波ト
ランスジューサ３をＺ軸方向に移動し、ＸＹ方向移動装
置１３で被検査体保持台１５をＸ及びＹ方向に移動して
もよい。 【００４３】又、集束超音波トランスジューサ３で被検
査体６からの反射波を検出するようにしたが、被検査体
６を挟んで２個の集束超音波トランスジューサを設け、
集束超音波の透過波を検出するようにしてもよい。 【００４４】 【考案の効果】以上説明したように本考案の超音波顕微
鏡装置は、被検査体の超音波顕微鏡像を検出する画像計
測手段と、この超音波顕微鏡像の走査と対応させて各部
分の音響特性を検出する定量的計測手段を設けることに
より、被検査体の粒径や粒径の配置に対応させて音響特
性を検出することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本考案の実施例の超音波顕微鏡装置のブロック
図である。 【図２】本考案の他の実施例の超音波顕微鏡装置のブロ
ック図である。 【図３】直線状の集束超音波ビームを発生する集束超音
波トランスジューサの斜視図である。 【図４】図６の集束超音波トランスジューサを使用した
本考案のさらに他の実施例の超音波顕微鏡の一部のブロ
ック図である。 【図５】従来の反射型超音波顕微鏡の原理を示した図で
ある。 【図６】反射型超音波顕微鏡による音響特性測定の原理
を示した図である。 【図７】図６の反射型超音波顕微鏡によって検出された
周期的に変化するＶ（Ｚ）曲線を示した図である。 【符号の説明】 １ 高周波パルス発振器 ２ 方向性結合器 ３ 集束超音波トランスジューサ ４ 液体音場媒体 ５ 被検査体保持台 ６ 被検査体 １２ 信号記憶装置 １３ ＸＹ方向移動装置 １４ Ｚ軸方向移動装置 １５ マイクロコンピュータ １６ 表示装置 １７ ＸＹ方向移動装置 １８ 切り換え装置、 １９ 集束超音波トランスジューサ ２０ 振動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−9063（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−179371（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【実用新案登録請求の範囲】 １．被検査体上を円錐状に絞られた集束超音波を照射す
   る円錐状集束超音波トランスジューサで順次走査して、
   該円錐状集束超音波トランスジューサから超音波ビーム
   を前記被検査体に照射し、その反射波又は透過波より超
   音波像を検出する画像計測手段と、該画像計測手段にお
   ける走査位置と対応させて又は所望のサンプリング部分
   において前記被検査体に直線状集束超音波ビームを照射
   し得るように前記円錐状集束超音波トランスジューサと
   交換可能にされた直線状集束超音波トランスジューサ
   と、前記被検査体と前記直線状集束超音波トランスジュ
   ーサとの間隔を変えながらその反射波又は透過波を検出
   して、前記被検査体の部分的な音響特性に関する量を測
   定する定量的計測手段と、前記画像計測手段による計測
   結果と前記定量的計測結果による計測結果とを比較対照
   可能に表示する手段とを有することを特徴とする超音波
   顕微鏡装置。 ２．前記直線状集束超音波ビームを放射する前記直線状
   集束超音波トランスジューサをそのライン方向と垂直な
   方向に振動させることにより、その部分の音響的平均値
   を検出することを特徴とする請求項１記載の超音波顕微
   鏡装置。 ３．前記直線状集束超音波ビームを放射する直線状集束
   超音波トランスジューサを、前記被検査体を横切る走査
   線毎の１つ又はそれ以上のサンプリング部分において、
   前記被検査体面の垂直軸の周りでそれぞれ回転させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の超音波顕微鏡装置。 ４．前記定量的計測手段において、前記超音波トランス
   ジューサにより前記被検査体の所望の複数位置毎の音響
   特性に関する量を測定することを特徴とする請求項１記
   載の超音波顕微鏡装置。