JPH0257971A - 超音波顕微鏡における測定対象物の反射関数算定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、音響レンズを用いて超音波の集束球面波を発
生させ、測定対象である物質の表面および内部からの反
射波を再び音響レンズでとらえて音響−電気変換を行な
い、その反射信号を時間分離して記録する如く構成され
た超音波顕微鏡に適用され、測定対象である物質の反射
関数、特に物質内部の反射関数を算定する方法およびそ
の装置に関する。

〔従来の技術〕

音響レンズを用いて超音波の集束球面波を発生させ、測
定対象物である固体試料の表面からの反射波を音響レン
ズで再びとらえて音響−電気変換を行なう装置は公知で
ある。かかる装置に於いて、音響レンズと固体試料の表
面との距離Ｚを、合焦状態から短縮する方向に変化させ
ると、その電気出力Ｖが固体試料を構成する物質によっ
て独特な変化をすることが知られている。この出力の変
化はＶ　（Ｚ）曲線と称され、物質の音響的性質を調べ
る上で有力な情報として注目されている・。

更に近年、上記Ｖ　（Ｚ）曲線が、音響レンズの瞳関数
Ｐ（ｋｒ）の２乗と試料表面の反射関数Ｒ（ｋ「）の積
のフーリエ変換で表わされることに着目し、Ｖ　（Ｚ）
をフーリエ逆変換することにより、反射関数Ｒ（ｋｒ）
を求めようという試みがなされている。上記試みに関す
る技術は、例えば文献ｒＭａｔｅｒｌａｌ　Ｃｈａｒａ
ｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｔｈｅＩｎｖｅｒｓｉ
ｏｎ　ｏｆ’　Ｖ（Ｚ）　Ｊ　（Ｇ、Ｓ、ＫＩＮＯｅｔ
ａｌ、１ＥＥＥＴＲＡＮＳ、５ＯＮＩＣ８＆　ＵＬＴＲ
ＡＳＯＮＩＣ８，Ｖｏｌ、５Ｕ−３２ＮＯ，２Ｐ２１３
　ＭＡＲＣＩ＋　１９８５）に記載されている。

すなわちＰ（ｋｒ）が既知であれば Ｒ（ｋｒ　）　−Ｆ−’　　ｆＶ　（Ｚ）　１／Ｐ２　
（ｋｒ　）　　　　・・・（１）なる式によって求めら
れるというものである。ここでｐ−１はフーリエ逆変換
を表わし、ｋｒは音響レンズによって形成される集束球
面波を構成する各平面波の伝搬定数におけるレンズ半径
方向成分である。なお上記レンズ半径方向成分は、音波
の入射角θに相当し、次のような関係を有している。

θ−ｓ　ｉｎ−’　　（ｋｒ　／ｋＯ）（但しｋＯ：　
２πν／Ｃｗ　、Ｃｖ　：水中の音速。

シ：音波の周波数） 瞳関数Ｐは理想的には１であるが、収差等を含んでいる
場合は、別途測定する必要がある。その方法についても
前記文献に開示されている。

以上述べた方法で測定される反射関数Ｒ（ｋｒ）は、音
波の入射角度の関数であり、物質の音響的性質を様々に
反映している。例えば、縦波、横波の臨界角θＬ、θＴ
から、それぞれの音速はＣＬ−Ｃｗ／ｓｉｎθＬ　　　
　　　−（２）ＣＴ＝Ｃｖ／ｓｉｎθＴ　　　　　　−
（３）（但しＣＷ　二水中の音速） なる式で求まる。また垂直入射波の反射率Ｒ（０）は横
波の発生がないため、 Ｒ（ｏ）　＝　（ｐｉ　Ｃ−ｐｏ　Ｃｗ　）／（ρＩｃ
Ｌ＋ρ０ＣＷ）　　　・・・（４）（但しρ０：水の密
度、ρｌ　：固体の密度）であるから、これより固体の
密度ｐｌが求まる。

このように、極めて豊富な情報を読み取ることができる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べた従来の反射関数を求める方法は、専ら固体試
料の表面（固液界面）での反射関数を求める方法であっ
た。周知の如く超音波が有している大きな特徴の一つは
、固体の内部へも容易に到達し得ることである。そこで
、この特徴を有効に利用するためには、固体内部に存在
する反射物体の音響的性質を定量的にとらえ得る手段を
有することが重要な要素となる。しかるに従来の超音波
顕微鏡では、測定対象物の内部からの反射波の存在を知
ることは可能であるが、例えばその反射波が、より密度
の高い物質の存在によるものか、クラックや剥離による
低密度な物質との界面からの反射によるものかを知るこ
とすら容易ではなく、ましてやそれ等を定量的にとらえ
ることは不可能であった。

したがって本発明の目的は、物質内部に存在する音響的
不均一面に於ける音波の反射関数を容易かつ適確に求め
ることができ、測定対象物を構成する物質の音響的内部
構造を定量的に把握することが可能な超音波顕微鏡にお
ける測定対象物の反射関数算定方法およびその装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は上記
課題を解決し目的を達成るために次のような手段を講じ
た。

（１）本発明の「超音波顕微鏡における測定対象物の反
射関数算定方法」に於いては、一方において音響レンズ
と測定対象である物質との距離を変化させて得られる時
間分離された物質内部からの反射信号を複素Ｖ　（Ｚ）
信号として取込み、これをフーリエ変換すると共に、他
方において既知である前記音響レンズの瞳関数の２乗と
、前記物質の表面から物質内部へ向かって超音波が透過
するときの角度を変数とする第１の透過率関数と、前記
物質の内部から物質外部へ向かって超音波が透過すると
きの角度を変数とする第２の透過率関数と、前記物質本
体の音速から求まる超音波の入射角度を変数とする位相
遅れ関数との積を求める。

そしてこの積によって、前記フーリエ変換した結果を除
算することにより、物質内部の反射関数を算定するよう
にした。

（２）また本発明の「超音波顕微鏡における測定対象物
の反射関数算定方法」に於いては、（１）に記載の反射
関数算定方法に於いて、時間分離された物質表面からの
反射信号と物質内部からの反射信号の複素Ｖ　（Ｚ）信
号とを同時に測定し、物質表面の複素Ｖ　（Ｚ）信号か
らこの物質表面の反射関数を求め、この物質表面の反射
関数から物質本体の音速と密度とを算出することにより
求めた前記第１および第２の透過率関数と、前記位相遅
れ関数と、前記既知の瞳関数の２乗との積を求め、この
積によって、時間分離された物質内部からの反射信号の
複素Ｖ　（Ｚ）信号をフーリエ変換した結果を除算する
ことにより、物質内部の反射関数を算定するようにした
。

すなわち、上記（１）（２）に記載した本発明の反射関
数算定方法は、従来の技術として述べたＶ　（Ｚ）のフ
ーリエ変換から反射関数を求める方法を、物質内部に存
在する反射面で反射関数を求めるための方法に拡張した
ことを特徴としている。

（３）本発明の「超音波顕微鏡における測定対象物の反
射関数算定装置」に於いては、高い周波数の基本クロッ
クを発生するクロック発生回路と、このクロック発生回
路にて発生したクロックを超音波パルスの発生に同期さ
せて通過可能とするゲートと、このゲートを通過した前
記クロックを：を数可能に設けられたカウンタと、外部
設定操作を行なうことにより第１の整数値を設定する設
定手段と、前記音響レンズと測定対象物との距離の変化
量に基づいて ＯＵＴ＝２ｆΔｚ　／　Ｃｖ なる演算を行なって第２の整数値を算出する算出手段と
、前記設定手段により設定された第１の整数値に対し前
記算出手段により算出された第２の整数値を加減算しこ
の加減算出力を前記超音波パルスの発生に同期させて前
記カウンタにプリセット値として与える手段と、前記カ
ウンタが上記プリセット値に相当する前記クロックの計
数を終了したとき前記ゲートを遮断すると共にタイムゲ
ート信号を発生させる手段と、この手段により発生した
タイムゲート信号を用い少なくとも測定対象物を構成す
る物質の内部からの反射信号を時間分離して抽出する手
段と、この手段により抽出された反射信号を直交検波し
て複素Ｖ　（Ｚ）信号となす手段と、この手段で得た出
力を記憶するメモリと、このメモリに記憶された情報に
基づいて前記物質内部の反射関数の演算を行なう演算手
段と、を備えるようにした。

すなわち、上記（３）に記載した本発明の超音波顕微鏡
における測定対象物の反射関数算定装置は、物質内部の
反射面に於けるＶ　（Ｚ）を求める手段として、従来の
パルス式超音波顕微鏡に、■音響レンズの上下方向（Ｚ
方向）の移動に対して、試料内部のある定まった深さか
らの反射信号に追従するタイムゲート信号を発生する手
段、■受信信号を直交検波して複素信号を得、これを記
憶しておき、その記憶情報に基づいて物質内部の反射関
数の演算を行なう手段、等を備えたことを特徴としてい
る。

〔実施例〕

まず物質内部の反射面に於ける反射関数を求める方法に
ついて説明する。

第１図は、本発明の測定対象物を構成する物質の反射関
数を算定する方法の手順を示すブロック図である。第１
図の手順１に示すように、まず音響レンズと測定対象物
を構成する物質との距離を変化させて得られる前記時間
分離された物質内部からの反射信号を複素Ｖ　（Ｚ）信
号として取込む。

次に手順２に示すように、複素Ｖ　（Ｚ）信号をフーリ
エ変換する。他方、手順３，４，５．６に示すように、
既知である前記音響レンズの瞳関数の２乗と、前記物質
の表面から物質内部へ向かって超音波が透過するときの
角度を変数とする第１の透過率関数と、前記物質の内部
から物質外部へ向かって超音波が透過するときの角度を
変数とする第２の透過率関数と、前記物質本体の音速か
ら求まる超音波の入射角度を変数とする位相遅れ関数と
を求める。そして手順７に示すように、前記手順３．４
，５．６で求めた各位を乗算してその積を求める。次に
手順８に示すように、上記のようにして求めた積により
、前記フーリエ変換した結果を除算することにより、物
質内部の反射関数Ｒ’　　（ｋｒ）を算定する。

次に上記した方法により、物質内部の反射関数Ｒ’　　
（ｋｒ）を算定することができる理由を説明する。物質
表面のＶ　（Ｚ）は、前述の参考文献から Ｖ　　（Ｚ）　　−Ｃｆ　Ｐ２（ｋｒ　　）　　Ｒ（ｋ
ｒ　　３（ｋｒ／ｋｚ） −ｅｘｐｃ−ｊ２ｋｚＺ）ｄｋｒ　　　・　（５）（但
しＣ：規格因子、（ｋｒ／ｋｚ） ：内周と外周のエネルギーの違いを表す因子）である。

上式について適当な変数変換を行なうと、Ｖ　（ｕ）−
ＣｌＦ３　（ｔ）Ｒ（ｔ）−ｅχｐ（−ｊ２πｕｔ）ｄ
ｔ　　−（６）と表わせるｏＶ’（ｕ）は、Ｐ２　（ｔ
）Ｒ（ｔ）のフーリエ変換であることがわかる。そこで
（５）式を物質内部に拡張することを考える。説明を簡
単化するために物質内部の縦波だけを考える。

第２図に示すように、物質内部の反射面９からの反射波
は、物質表面１０からの反射波に対して試料中を２２だ
け長く進むことがわかる。この点を考慮すると（５）式
は、 Ｖ　（Ｚ）−ＣＪ’Ｐ２　（ｋｒ）Ｒ’　　（ｋｒ）（
ｋｒ　／ｋｚ　）ｅｘｐ　Ｃ−ｊ２ｋｚ　Ｚ）−ｅｚｐ
［ｊ２１ｃｚ’　　ｚ〕ｄｋｒ　　−（７）のように拡
張できる。ここでＲ’　　（ｋｒ）は物質内部の反射関
数、１（ｚ′　は物質内部の伝搬定数のＺ成分であり、 ｋＺ’　＝　　（ｋＱ’−ｋｒ”） （但しｋｏ’−２πν／ＣＬ、　　シ：音波の周波数、
　　ＣＩ、：縦波の音速） である。ＣＬは既知ないしは前述した従来の方法で、１
ｌｌ１１定可能であり、Ｚは後述する反射波の時間計測
を行なうことにより、 ｚ４τＣＬ　　　　　　　　　　　　　・・・（８）な
る式により求まる。２は、Ｚの変化に対して不変である
。したがってｅχＩ）（ｊ２ｋｚ’　　ｚ）は、ｋ「の
みを変数とする位相項なので、Ｐ（ｋｒ）と同様に扱え
ばよいことがわかる。次に、音波が物質表面の固液界面
を往復することによる影響を考える。

固液界面の反射率および透過率の角度依存性は既に詳細
に解析されており、以下のように定式化されている。

ＣＷ、ρ：水の音速と密度 ＣＬ、Ｃｓ：固体中の縦波と横波の音速ρｌ　：固体の
密度 とすると、水中の伝搬定数は ｋＱ　−２πν／ＣＷ である。固体中の伝搬定数は縦波、横波に対してｋＯ’
−２πν／ＣＬ ｋｏ’−２πν／Ｃ３ であり、入射角θ、縦波の屈折角θｌ、横波の屈折角γ
はそれぞれ θ−ｓ　ｉ　ｎ’　　（ｋｒ　／　ｋｏ　）θｌ　−ｓ
　ｉ　ｎ’　　（ｋｒ　／ｋＯ’　）７−ｓ　ｉｎ−’
　　（ｋｒ　／ＲＯ’　）で表わされる。そこで Ｚ−ρＣ／ｃｏｓθ Ｚノｍρｌｃ／ｃｏｓθＩ Ｚｔ　””１１）ｌ　Ｃｓ／ｃｏｓ７ とすると、水から固体への縦波の透過率Ｔ（ｋｒ）は Ｔ　　（ｋｒ）＝　　（２ρ／ρｌ　　）ＺＪｃｏｓ２
　γ（Ｚ）　ＣＯＳ２２　γ ＋ｚｔ　　ｓ　　ｉ　　ｎ２２７＋Ｚ）−ｔ　　　・−
（９）となる。逆に固体から水中への透過率Ｔ’　　（
ｋｒ）は、φを φ＝　（Ｚ＋Ｚｔ　ｓ　ｉ　ｎ２２７ −Ｚｆｃｏｓ２２７） ／　（Ｚ＋Ｚｔ　ｓ　ｉ　ｎ２２７ ＋　Ｚ　、ｆ？　ｃ　ｏ　ｓ　２２７　）　　　−（１
０）と定義すると、 Ｔ’　　−（Ｃｖ　ｃｏｓθｌ／ＣＬｃｏｓθ・ｃｏｓ
２γ）（１−φ）　・・・・・・（１１）となる。なお
、以上の算定に関する参考文献としては、「曾＾ＶＥＳ
　ＩＮ　ＬＡＹＥＲＥＤ　ＭＥＤＩＡＪ　（Ｓｅｃｏｎ
ｄＥｄｉｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｌ、Ｍ　ＢＲＥＫＩＩＯＶＳ
ＫＩＫＨ，Ａｃａｄｅａ＋Ｉｃ　ｐｒｅｓｓ。

１９８０）がある。

上記の（１１）式から明らかなように、Ｔ。

Ｔ′はρ１．ＣＬ、、Ｃｓが知れていれば、いづれもｋ
ｒのみの関数として計算できる。したがって（７）式は
、 Ｖ　（Ｚ）−ＣｌＦ３　（ｋｒ）Ｔ　（ｋｒ）・Ｔ’　
　（ｋｒ）Ｑ（ｋｒ）Ｒ’　　（ｋｒ）（ｋｒ／ｋｚ） ・ｅＺｐ（−ｊ２ｋｚ　Ｚ〕ｄｋｒ・　（１２）（但し
Ｑ　（Ｒｒ　）＝ｅｘｐ　　（ｊ２ｋｚ′　ｚ〕）と拡
張される。従ってＶ　（Ｚ）がＡＪｊ定されれば、物質
内部の反射面９に於ける反射関数Ｒ’　　（Ｒｒ）は Ｒ’　　（ｋｒ　　）　　−Ｆ−’　　ｆＶ　　（Ｚ）
１／Ｐ２　（ｋｒ　　）Ｔ　　（ｋｒ　　）−Ｔ’　　
　（ｋｒ　　）　　Ｑ　　（ｋｒ　　）　　　　　−（
１３）なる式で求めることができる。

なお、第１図に示した反射関数算定方法に於いて、時間
分離された物質表面からの反射信号と物質内部からの反
射信号の複素Ｖ　（Ｚ）信号とを同時に測定し、物質表
面のＶ　（Ｚ）信号からこの物質表面の反射関数を求め
、この物質表面の反射関数から物質本体の音速と密度と
を算出することにより求めた前記第１および第２の透過
率関数と、位相遅れ関数と、既知の瞳関数の２乗との積
を求め、この積により前記時間分離された物質内部から
の反射信号の複素Ｖ　（Ｚ）信号をフーリエ変換した結
果を除算することにより、物質内部の反射関数を算定す
るようにしてもよい。

上述した本実施例の方法によれば、集束球面波を用いた
超音波測定に於いて、物質内部に存在する音響的反射面
の反射関数を容易かつ適確に求め得、物質内部に存在す
る音響的諸性質の分布を定量的にとらえることができる
。その結果、物質の内部を非破塘で検定可能な超音波の
持つ特徴を最大限に活用することができ、新素材や生物
分野。

半導体分野等幅広い分野に於いて極めて有用で、かつ実
用上の効果の大きな反射関数算定方法を得ることができ
る。

次に前述した内部反射関数の算定方法を実施するための
装置について説明する。

第３図はその装置の構成を示すブロック図である。第３
図において１１は中央演算装置（以下ＣＰＵと略称する
）であり、各部の動作制御および反射関数の演算を行な
うものとなっている。このＣＰＵＩ　１からの制御信号
によって・制御される送信回路１２からは、例えば周波
数が３０ＭＨｚ〜１００Ｍ程度の送信パルスが出力され
る。この送信パルスは、サーキュレータ１３を通って圧
電トランスジューサ１４に印加される。圧電トランスジ
ューサ１４にて電気−音響変換されて発生した超音波パ
ルスは、音響レンズ１５によって集束球面波となり、カ
ブラ液体（水）１６を伝搬して測定対象物１７に照射さ
れる。照射された超音波パルスの一部は測定対象物１７
の物質表面で反射されるが、他の一部は物質内部に達す
る。物質表面および物質内部の音響的不均一面から反射
した反射波は、再び音響レンズ１５を通って圧電トラン
スジューサ１４に戻り、音響−電気変換される。

このようにして得られた反射波に対応する電気信号すな
わち反射信号は、サーキュレータ１３を通って受信回路
１８に入力して増幅される。増幅された反射信号は、一
方においてオシロスコープ１９に供給され、他方におい
て時間分離用ゲート回路２０へ入力信号として供給され
る。

一方、ＣＰＵ１１からの制御信号により、タイムゲート
信号発生回路３０が前記送信回路１２と同時に動作を開
始する。このタイムゲート発生回路３０には、基本クロ
ック発生回路としての高速パルスジェネレータ２１から
のパルスと、音響レンズ１５と測定対象物１７との距離
の変化量を検出する手段としての音響レンズ上下位置検
出回路２２からのデジタル信号が供給されるものとなっ
ている。そしてこのタイムゲート信号発生回路３０の出
力信号は、一方においてオシロスコープ１９に供給され
、他方において時間分離用ゲート回路２０のゲート制御
信号として供給される。

第４図はタイムゲート信号発生回路３０の詳細な構成を
示すブロック図である。第４図に示すように、このタイ
ムゲート信号発生回路３０は、ゲート３１と、カウンタ
３２と、加減算回路３３と、第１の整数値を設定する手
段としての設定回路３４と、第２の整数値の算出手段と
しての演算回路３４とで構成されている。

加減・算回路３３は、設定回路３４からの第１の整数値
に対し、演算回路３５からの第２の整数値の加減算を行
ない、その結果を前記超音波パルスの発生に同期させて
前記カウンタ３２にプリセット値として与えるものであ
る。設定回路３４は観察者が外部から設定操作を行なう
ことにより、任意のデジタル値からなる第１の整数値を
設定するためのものである。演算回路３５は、端子３６
に与えられる前記上下位置検出回路２２からのデジタル
信号Δ２に基づいて ＯＵＴ＝２ｆΔｚ　／　Ｃｖ （但しｆ：高速パルスジェネレータの周波数）なる演算
を行ない、第２の整数値を算出するためのものである。

したがってＣＰＵＩ　１からの信号が端子３７に与えら
れると、ゲート３１が開かれて端子３８に与えられる高
速パルスジェネレータ２１からのパルスが通過可能とな
る。同時にカウンタ３２には加減算回路３３からプリセ
ット値がロードされる。

カウンタ３３が前記プリセット値を計数し終わると、そ
の計数終了信号によってゲート３１が遮断されると共に
、そのカウンタ出力信号がタイムゲート信号となって出
力端子３９から出力される。

このタイムゲート信号は、前述したように反射波に対応
する受信信号と共にオシロスコープ１９に供給されて画
面表示される。

第５図はオシロスコープ１９に表示される受信信号ＳＡ
と、タイムゲート信号ＳＢとを模擬的に示す波形図であ
る。ＳＡＩは表面反射信号を示し、ＳＡ２は内部反射信
号を示している。

第３図に説明を戻す。観察者は、まずオシロスコープ１
９に表示された第５図示の受信信号ＳＡの波形から表面
反射信号ＳＡＩを識別し、その振幅が最大となる位置（
表面に焦点が合った位置）に音響レンズ１５を移動した
のち、上下位置検出回路２２をリセット（△Ｚ−０）す
る。その位置から音響レンズ１５を測定対・象物１７に
近づける方向に移動して、測定対象物１７を構成してい
る物質内部からの反射信号が充分認識できるようにする
。ここで設定回路３４を操作して第５図に示すようにタ
イムゲート信号ＳＢが物質内部からの反射信号ＳＡ２を
通過させ得る状態に設定する。

このような状態に設定されると、上記状態から音響レン
ズ１５を上下いずれの方向に移動しても、上下位置検出
回路２２で検出された上下移動情報が、タイムゲート信
号発生回路３０へ与えられるので、第５図示のタイムゲ
ート信号ＳＢは常に当初の物質内部からの反射による反
射信号ＳＡ２に追随して移動することになる。

そこで観察者は、音響レンズ１５をＶ　（Ｚ）の測定開
始点に移動させた後、Ｖ（Ｚ）ＡｐＪ定用のプログラム
を始動する。Ｖ　（Ｚ）の１ｌｆｌｌ定ルーチンに於い
て、Ｃ’Ｐ　Ｕ　１１は、前述の送信制御を１回行なう
たびにＸＹＺ駆動機構２３に対し、音響レンズ１５また
は測定対象物１７を載置しているＸＹＺステージ２４を
、所定のピッチでＺ方向（上下方向）に移動させるべき
信号を送出する。

かくして音響レンズ１５と測定対象物１７との距離が変
化し、それに伴って得られる物質内部の反射による複数
の反射信号ＳＡ２が、時間分離用ゲート回路２０におい
てタイムゲート信号ＳＢにより時間的に分離して抽出さ
れる。

時間分離用ゲート回路２０を通過した反射信号は１、直
交検波回路２５によってｓｉｎ検波。

ｃｏｓ検波されて複素信号となり、それぞれピークホー
ルド回路（必要に応じて積分回路も含むものを用いるも
のとする）　２５ａ、２６ｂによりピークホールドされ
、さらにＡ／Ｄ変換回路２７ａ。

２７ｂにより、それぞれデジタル信号に変換されてメモ
リ２８に格納される。こうしてＺ方向に一連の走査を行
なうことにより、走査終了時点においてメモリ２８内に
は、測定対象物１７の物質内部における反射面からのＶ
　（Ｚ）のデータが複素データの形でとり込まれること
になる。このメモリ２８に格納された記憶情報は、ＣＰ
Ｕ１１内において前述した（１３）式による演算が行な
われ、物質内部の反射面における反射関数Ｒ’　　（Ｒ
ｒ）が求められる。表面反射と内部反射の時間遅れτ。

測定対象物１７の音速ＣＩ４．ＣＳ、密度ｐｌ等の必要
なパラメータは既に入力されているものとする。なおＣ
ＰＵＩ　１の動作内容等は、デイスプレィ装置２９によ
って表示される。

本実施例に示した上記装置によれば、直交検波回路２５
での直交検波により複素信号を簡単に得ることができ、
また音響レンズ１５の上下移動に追従してタイムゲート
信号ＳＢが常に注目する反射信号ＳＡ２をとらえ得るの
で、Ｖ　（Ｚ）の測定を高速に行うことができる。

なお、タイムゲート信号発生回路３０としては、第６図
の如く構成したものであってもよい。すなわち第６図に
示すように、ゲート３１．カウンタ３２、加減算回路３
３．設定回路３４からなる部分をユニット化し、このユ
ニット化された複数のブロック４０ａ〜４Ｏｎを並列に
接続し、各ブロック４０ａ〜４０ｎのそれぞれの出力を
オアゲト４１を介して取出し、そのオア出力信号をタイ
ムゲート信号とするものである。このように構成すれば
、第７図に示すように表面反射による反射信号ＳＡＩを
含む複数の深さに存在する物質内部の反射面からの反射
信号ＳＡ２．ＳＡ３・・・についてのＶ　（Ｚ）を同時
的にとらえて算定することが可能となる。特にこの場合
、物質表面のＶ　（Ｚ）を同時にとらえ得ることから、
ＣＬ、Ｃ８，ρ１を計算で求めることができる。したが
って、物質本体の音速や密度が未知の場合でも、表面反
射のＶ　（Ｚ）を同時に測定することにより、目的の物
質内部の反射面における反射関数を短時間で求めること
ができるという利点があり、未知の測定対象物に対して
極めて有利な測定手段となる。

なお本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である
のは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、従来のＶ　（Ｚ）のフーリエ変
換から反射関数を求める方法が、物質内部に存在する反
射面での反射関数を求める方法にまで拡張されたので、
物質内部に存在する音響不均一面における音波の反射関
数を容易かつ適確に求めることができ、測定対象物を構
成する物質の音響的内部構造を定量的に把握することが
可能な、超音波顕微鏡における測定対象物の反射関数算
定方法を提供できる。

また本発明の装置によれば、直交検波により複素信号を
簡単に得ることができる上、音響レンズと測定対象物と
の距離の変化量に追従するタイムゲートにより内部反射
信号を適確に抽出できるので、前記方法を実施する上で
極めて有用な、超音波顕微鏡における測定対象物の反射
関数算定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は本発明方法の一実施例を示す図で
、第１図は物質内部の反射関数算定方法の手順を示すブ
ロック図、第２図は超音波の物質表面および物質内部で
の反射の模様を示す図である。第３図〜第５図は本発明
装置の一実施例を示す図で、第３図は全体の構成を示す
ブロック図、第４図はタイムゲート信号発生回路の構成
を示すブロック図、第５図は反射信号およびタイムゲー
ト信号を模擬的に示す波形図である。第６図は上記実施
例におけるタイムゲート信号発生回路の変形例を示すブ
ロック図、第７図は同変形例における反射信号およびタ
イムゲート信号を模擬的に示す波形図である。 １１・・・ＣＰＵ、１４・・・圧電トランスジューサ、
１５・・・音響レンズ、１７・・・測定対象物、２ｏ・
・・時間分離用ゲート回路、２５・・・直交検波回路、
３０・・・タイムゲート信号発生回路。 第１！！！Ｉ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）音響レンズを用いて超音波の集束球面波を発生さ
   せ、測定対象である物質の表面および内部からの反射波
   を再び音響レンズでとらえて音響−電気変換を行ない、
   その反射信号を時間分離して記録する如く構成された超
   音波顕微鏡に適用され、測定対象である物質の反射関数
   を算定する方法に於いて、 前記音響レンズと前記物質との距離を変化させて得られ
   る前記時間分離された物質内部からの反射信号を複素Ｖ
   （Ｚ）信号として取込み、これをフーリエ変換すると共
   に、既知である前記音響レンズの瞳関数の２乗と、前記
   物質の表面から物質内部へ向かって超音波が透過すると
   きの角度を変数とする第１の透過率関数と、前記物質の
   内部から物質外部へ向かって超音波が透過するときの角
   度を変数とする第２の透過率関数と、前記物質本体の音
   速から求まる超音波の入射角度を変数とする位相遅れ関
   数との積を求め、この積により前記フーリエ変換した結
   果を除算することにより物質内部の反射関数を算定する
   ようにしたことを特徴とする超音波顕微鏡における測定
   対象物の反射関数算定方法。
2. （２）請求項１に記載の反射関数算定方法に於いて、時
   間分離された物質表面からの反射信号と物質内部からの
   反射信号の複素Ｖ（Ｚ）信号とを同時に測定し、物質表
   面の複素Ｖ（Ｚ）信号からこの物質表面の反射関数を求
   め、この物質表面の反射関数から物質本体の音速と密度
   とを算出することにより求めた前記第１および第２の透
   過率関数と、前記位相遅れ関数と、前記既知の瞳関数の
   ２乗との積を求め、この積により前記時間分離された物
   質内部からの反射信号の複素Ｖ（Ｚ）信号をフーリエ変
   換した結果を除算することにより、物質内部の反射関数
   を算定するようにしたことを特徴とする超音波顕微鏡に
   おける測定対象物の反射関数算定方法。
3. （３）音響レンズを用いて超音波の集束球面波を発生さ
   せ、測定対象である物質の表面および内部からの反射波
   を再び音響レンズでとらえて音響−電気変換を行ない、
   その反射信号を時間分離して記録する如く構成された超
   音波顕微鏡に適用され、測定対象である物質の反射関数
   を算定する装置に於いて、 高い周波数の基本クロックを発生するクロック発生回路
   と、このクロック発生回路にて発生したクロックを超音
   波パルスの発生に同期させて通過可能とするゲートと、
   このゲートを通過した前記クロックを計数可能に設けら
   れたカウンタと、外部設定操作を行なうことにより第１
   の整数値を設定する設定手段と、前記音響レンズと測定
   対象物との距離の変化量に基づいて ＯＵＴ＝２ｆΔｚ／Ｃｗ なる演算を行なって第２の整数値を算出する算出手段と
   、前記設定手段により設定された第１の整数値に対し前
   記算出手段により算出された第２の整数値を加減算しこ
   の加減算出力を前記超音波パルスの発生に同期させて前
   記カウンタにプリセット値として与える手段と、前記カ
   ウンタが上記プリセット値に相当する前記クロックの計
   数を終了したとき前記ゲートを遮断すると共にタイムゲ
   ート信号を発生させる手段と、この手段により発生した
   タイムゲート信号を用い少なくとも測定対象物を構成す
   る物質の内部からの反射信号を時間分離して抽出する手
   段と、この手段により抽出された反射信号を直交検波し
   て複素Ｖ（Ｚ）信号となす手段と、この手段で得た出力
   を記憶するメモリと、このメモリに記憶された情報に基
   づいて前記物質内部の反射関数の演算を行なう演算手段
   とを備えたことを特徴とする超音波顕微鏡における測定
   対象物の反射関数算定装置。