JPH0545343A - Ultrasonic measuring apparatus with distance measuring device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain an ultrasonic measuring apparatus having a distance measuring device which directly measures the distance between an acoustic lens and a sample. CONSTITUTION:This ultrasonic measuring apparatus is provided with an electric acoustic converting part 24 which converts generated burst waves to ultrasonic waves and converts again reflecting waves from a sample to electric signals, an acoustic lens 26 which converges ultrasonic waves to spherical waves and guides plane waves into the sample, phase sensitive wave detecting parts 30, 31 which detect the phase of the detecting signals, and A/D converters 35-38 which digitize the reflecting waves of the convergent spherical waves of the sample and the reflecting waves of the plane waves of the sample separately. Moreover, this apparatus is provided with an operating part 39 which operates the distance between the acoustic lens 26 and a sample 28 based on the detecting output of the plane waves, an operating part 39 which operates the intensity and phase of the detecting signals from the converged spherical waves, an operating part 39 which operates the timing of the A/D conversion from the distance, and a scanning part 41 which changes the relative distance of the acoustic lens and the sample in the Z axis direction which is the direction of incidence of the ultrasonic waves.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は試料の微細部分の弾性的
性質を超音波を利用して測定する超音波測定装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic measuring device for measuring elastic properties of a fine portion of a sample by using ultrasonic waves.

【０００２】[0002]

【従来の技術】一般に、収束された超音波を試料に入射
させて試料からの反射波を受波して超音波画像を作成
し、またはＶ（Ｚ）曲線を利用して試料の微小部分のヤ
ング率等の弾性的性質を測定する超音波顕微鏡等の超音
波測定装置が知られている。図８に従来の超音波測定装
置の構成を示す。2. Description of the Related Art Generally, a focused ultrasonic wave is incident on a sample and a reflected wave from the sample is received to create an ultrasonic image, or a V (Z) curve is used to measure a minute portion of the sample. There is known an ultrasonic measuring device such as an ultrasonic microscope for measuring elastic properties such as Young's modulus. FIG. 8 shows the configuration of a conventional ultrasonic measurement device.

【０００３】この超音波測定装置の超音波送受信部は、
バースト波を発生する送信部１と、そのバースト波を信
号として一方向（トランスデューサ２方向およびトラン
スデューサ２から前置増幅器３方向）のみに通過させる
サーキュレータ４、送受信信号を電気音響変換するトラ
ンスデューサ２、超音波を収束させる音響レンズ５、超
音波を伝播させるカプラ液体６とで構成されている。ま
た、前記カプラ液体６に接するように試料７が、Ｘ−Ｙ
走査部８によってＸ−Ｙ方向に移動可能な試料台９に載
置される。前記音響レンズ５は、Ｚ走査部１０によって
垂直方向（Ｚ方向）に移動可能になっている。The ultrasonic transmitter / receiver of this ultrasonic measuring apparatus is
A transmitting unit 1 that generates a burst wave, a circulator 4 that passes the burst wave as a signal in only one direction (transducer 2 direction and preamplifier 3 direction), a transducer 2 that performs electroacoustic conversion of a transmission / reception signal, It is composed of an acoustic lens 5 for converging sound waves and a coupler liquid 6 for propagating ultrasonic waves. Further, the sample 7 is XY so as to come into contact with the coupler liquid 6.
It is placed on a sample table 9 which can be moved in the XY directions by the scanning unit 8. The acoustic lens 5 is movable in the vertical direction (Z direction) by the Z scanning unit 10.

【０００４】この超音波送受信部により出力された反射
信号は、前記前置増幅器３で増幅された後、ゲート部１
１により必要な反射信号が抽出され、ピーク検出部１２
に入力される。前記ピーク検出部１２は、前記反射信号
のピーク値をホールドし、その出力はＡ／Ｄ変換部１３
によりデジタル信号に変換され、メモリ１４に格納され
る。前記メモリ１４に格納されたデータは、コンピュー
タ１５の制御によって、表示部１６に画像として表示さ
れる。また、これらの構成部材は、制御部１７によって
動作を制御されている。このように構成された前記超音
波測定装置の動作を図９のタイムチャートを参照して説
明する。The reflected signal output from the ultrasonic wave transmitting / receiving unit is amplified by the preamplifier 3 and then the gate unit 1
1, the necessary reflection signal is extracted, and the peak detection unit 12
Entered in. The peak detector 12 holds the peak value of the reflected signal, and its output is the A / D converter 13
Is converted into a digital signal and stored in the memory 14. The data stored in the memory 14 is displayed as an image on the display unit 16 under the control of the computer 15. Further, the operation of these constituent members is controlled by the control unit 17. The operation of the ultrasonic measuring device thus configured will be described with reference to the time chart of FIG.

【０００５】まず制御部１７から、送信トリガが、図９
（ａ）に示すように送信部１に入力されると送信部１
は、図９（ｂ）に示すようなタイミングで、数百ＭＨｚ
〜数ＧＨｚの周波数の数十周期の高周波バースト波を発
生する。発生した送信波は、サーキュレータ４を通っ
て、圧電トランスデューサ２に印加される。前記圧電ト
ランスデューサ２では、前記送信バースト信号が超音波
に変換されて、音響レンズ５によって、微小スポットに
収束されて、試料台９上に載置された試料７に入射させ
る。First, the control unit 17 sends a transmission trigger as shown in FIG.
When input to the transmission unit 1 as shown in FIG.
Is several hundred MHz at the timing shown in FIG.
A high frequency burst wave having a frequency of several GHz to several tens of cycles is generated. The generated transmission wave passes through the circulator 4 and is applied to the piezoelectric transducer 2. In the piezoelectric transducer 2, the transmission burst signal is converted into ultrasonic waves, converged into a minute spot by the acoustic lens 5, and incident on the sample 7 mounted on the sample table 9.

【０００６】前記試料７と音響レンズ５の間は、超音波
の減衰を妨ぐためのカプラ液体６で満たされている。試
料７に入射した超音波は、試料で反射されて、受信信号
として再びカプラ液体６、音響レンズ５を通ってトラン
スデューサ２で電気信号に変換され、サーキュレータ４
を通り前置増幅器３で増幅される。A space between the sample 7 and the acoustic lens 5 is filled with a coupler liquid 6 for preventing attenuation of ultrasonic waves. The ultrasonic wave incident on the sample 7 is reflected by the sample, passes through the coupler liquid 6 and the acoustic lens 5 again as a received signal, and is converted into an electric signal by the transducer 2.
And is amplified by the preamplifier 3.

【０００７】この受信信号は、図９（ｃ）に示すように
送信漏れ、レンズ第一反射、試料反射、レンズ第二反射
等を含むため、図９（ｄ）に示すように、制御部１７か
らレンズの内部反射を除くようなタイミングのゲート信
号をゲート部１１に入力して、ゲートをあけ、必要な反
射信号のみを抽出する。Since this received signal includes transmission leakage, lens first reflection, sample reflection, lens second reflection, etc., as shown in FIG. 9 (c), as shown in FIG. 9 (d), the control section 17 is used. A gate signal is input to the gate unit 11 at a timing such that internal reflection of the lens is removed, and the gate is opened to extract only the necessary reflection signal.

【０００８】このように抽出された反射信号は、ピーク
検波部１２によって図９（ｅ）に示すようにピークホー
ルドされ、Ａ／Ｄ変換部１３でディジタル信号に変換さ
れた後、メモリ１４に記録される。The reflected signal thus extracted is peak-held by the peak detector 12 as shown in FIG. 9E, converted into a digital signal by the A / D converter 13, and then recorded in the memory 14. To be done.

【０００９】以上のようにして得られる情報は、試料７
の一点の情報だけである。つまり画像化するときは、前
記Ｘ−Ｙ走査部８によって超音波の入射方向（Ｚ軸）に
対して垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）に音響レンズ、または
試料を２次元走査して、前述した検出動作を繰り返し行
い、２次元情報をメモリ１４に記録し、表示部１６に表
示する。The information obtained as described above is used for sample 7
There is only one point of information. That is, when imaging, the acoustic lens or the sample is two-dimensionally scanned by the X-Y scanning unit 8 in a plane (X-Y plane) perpendicular to the incident direction of the ultrasonic waves (Z axis), and The above detection operation is repeated to record the two-dimensional information in the memory 14 and display it on the display unit 16.

【００１０】また試料の弾性性質を測定する場合には、
Ｚ走査部１０によって、音響レンズ５と試料７との間の
距離を変化させて前記検出動作をＸ−Ｙ平面上の一点に
対して行うことで、Ｖ（Ｚ）曲線が得られ、コンピュー
タ１６によりフーリエ変換等の演算処理を行い表面波音
速を求める。When measuring the elastic properties of a sample,
The Z scanning unit 10 changes the distance between the acoustic lens 5 and the sample 7 and performs the detection operation for one point on the XY plane, thereby obtaining a V (Z) curve, and the computer 16 Then, the surface acoustic velocity is obtained by performing arithmetic processing such as Fourier transform.

【００１１】このようなＶ（Ｚ）曲線の周期は数十μ程
度であり、Ｖ（Ｚ）曲線によって精度良く音速を求める
ためには、非常に高精度に音響レンズと試料間の距離を
測定する必要がある。従来この距離の測定には、Ｚ走査
部をギヤを介してパルスモータで動かし、パルスモータ
を駆動するパルス信号のパルス数で測定する手法、電磁
力を用いたボイスコイルで動かしボイスコイルに加える
電圧から測定する手法、レーザ測距器等で外部からＺ走
査部の動作測距を測定する手法があった。The period of such a V (Z) curve is about several tens of μ, and in order to obtain the sound velocity with high accuracy using the V (Z) curve, the distance between the acoustic lens and the sample is measured with extremely high accuracy. There is a need to. Conventionally, the distance is measured by moving the Z scanning unit with a pulse motor through a gear and measuring the number of pulses of a pulse signal for driving the pulse motor, or by using a voice coil using electromagnetic force to move the voltage applied to the voice coil. There has been a method of measuring the operation distance of the Z scanning unit from the outside using a laser distance measuring device or the like.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した音響
レンズと試料との間の距離を測距する手法において、パ
ルスモータを駆動するパルス数を数える手法は、試料台
をＺ走査方向に移動させるモータに取り付けたギヤで行
っているがギヤのバッククラッシュ、ギヤの偏心があ
る。ボイスコイルによる手法は外部からの振動の影響を
受け易く、防振対策を必要とする。測距器による手法
は、実際にはレーザ発振器とその測定器が別個に必要と
なる。However, in the method of measuring the distance between the acoustic lens and the sample described above, the method of counting the number of pulses for driving the pulse motor is to move the sample stage in the Z scanning direction. Although it is done with the gear attached to the motor, there is gear backlash and gear eccentricity. The voice coil method is easily affected by external vibrations and requires anti-vibration measures. The method using the range finder actually requires a laser oscillator and its measuring device separately.

【００１３】さらにどの装置による測定手法も、Ｚ走査
部の動作測距であって試料を乗せる試料台の振動や熱に
よる変化等は測定できず音響レンズと試料間距離を直接
的に測距する手法はなかった。そこで本発明は、音響レ
ンズと試料間距離を直接的に測距する距離測定装置を有
する超音波測定装置を提供することを目的とする。Further, in any measuring method using any device, the distance between the acoustic lens and the sample is directly measured because it is not possible to measure the movement of the Z-scanning section and the change due to vibration or heat of the sample stage on which the sample is placed. There was no method. Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic measuring device having a distance measuring device that directly measures the distance between the acoustic lens and the sample.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、高周波バースト波を発生させる周波数可変
の発振手段と、前記発振手段により発生させたバースト
波を超音波に変換し試料からの反射波を再び電気信号に
変換する電気音響変換手段と、前記超音波を収束球面波
にすると共に平面波を試料に入射させる音響レンズと、
前記試料からの反射波を前記電気音響変換手段により再
び電気信号に変換した受信信号を位相敏感検波（ＰＳ
Ｄ）する位相検波手段と、前記位相検波手段により検波
出力された収束球面波試料反射と平面波試料反射を個々
にデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／
Ｄ変換手段によりデジタル信号化された平面波試料反射
信号から前記音響レンズと前記試料と間の距離を演算す
る距離演算手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル
信号化された収束球面波試料反射信号から受信信号の強
度及び位相を演算する強度及び位相演算手段と、前記Ａ
／Ｄ変換手段からのデジタル信号又は前記距離演算手段
と強度及び位相演算手段により算出された受信信号の強
度と位相を記憶する手段と、前記距離演算手段により演
算された距離からＡ／Ｄ変換のタイミングを演算するタ
イミング演算手段と、前記電気音響変換手段により生成
した超音波の前記音響レンズから前記試料への入射方向
をＺ軸とし、該Ｚ軸方向に該音響レンズと該試料との相
対距離を変化させる手段とで構成される超音波測定装置
を提供する。In order to achieve the above object, the present invention provides a variable frequency oscillating means for generating a high frequency burst wave, and a burst wave generated by the oscillating means converted into an ultrasonic wave from a sample. An electroacoustic conversion means for converting the reflected wave of the above into an electric signal again, and an acoustic lens for making the ultrasonic wave a convergent spherical wave and making a plane wave incident on the sample,
The received signal obtained by converting the reflected wave from the sample into an electric signal again by the electroacoustic conversion means is subjected to phase sensitive detection (PS).
D) phase detection means, A / D conversion means for individually converting the convergent spherical wave sample reflection and plane wave sample reflection detected and output by the phase detection means into digital signals, and the A / D conversion means
Distance calculation means for calculating the distance between the acoustic lens and the sample from the plane wave sample reflection signal digitized by the D conversion means, and the convergent spherical wave sample reflection signal digitized by the A / D conversion means. Intensity and phase calculating means for calculating the intensity and phase of the received signal from A,
Means for storing the digital signal from the A / D conversion means or the strength and phase of the received signal calculated by the distance calculation means and the strength and phase calculation means; and the distance calculated by the distance calculation means for A / D conversion. A Z direction is an incident direction of the ultrasonic wave generated by the electro-acoustic conversion unit from the acoustic lens to the sample, and a relative distance between the acoustic lens and the sample in the Z axis direction. There is provided an ultrasonic measuring device configured by a means for changing.

【００１５】[0015]

【作用】以上のような構成の超音波測定装置により、連
続波を発生する基準発信器を備え、基準信号発信器の出
力する連続波を切りとってバースト波とし、前記連続波
を位相変化させる手段を備え、位相敏感検波の参照波と
して基準発信器の発生する連続波を位相変化させた波を
使用する構成とし、試料からの反射波を位相検波し、検
波出力から音響レンズによって収束した反射波の強度と
位相の情報と、音響レンズの平面の部分からの平面波の
試料反射波の位相を得られるようにした。平面部分の反
射波の位相測定を異なった複数の周波数で行いその結果
から音響レンズと試料の距離を算出する演算部を備える
構成とした。この距離から次のサンプルタイミングを算
出することで音響レンズと試料の距離が変化しても検波
出力が検出可能とした。With the ultrasonic measuring device having the above-described structure, a reference oscillator for generating a continuous wave is provided, and the continuous wave output from the reference signal oscillator is cut into a burst wave to change the phase of the continuous wave. It is configured to use a wave in which the continuous wave generated by the reference oscillator is phase-shifted as the reference wave for phase-sensitive detection.The reflected wave from the sample is phase-detected and the reflected wave converged by the acoustic lens from the detection output. It is possible to obtain the information on the intensity and phase and the phase of the sample reflected wave of the plane wave from the plane part of the acoustic lens. The phase measurement of the reflected wave in the plane portion is performed at a plurality of different frequencies, and the arithmetic unit is configured to calculate the distance between the acoustic lens and the sample from the results. By calculating the next sample timing from this distance, the detection output can be detected even if the distance between the acoustic lens and the sample changes.

【００１６】[0016]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１に本発明の第１実施例の超音波測定装
置の構成を示し、説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention, which will be described.

【００１７】この超音波測定装置において、例えば１０
ＭＨ以上で好ましくは１００〜２００ＭＨｚ程度の一定
の周波数の連続波（以下、基準信号と称する）を発生す
る発振部２１に、前記基準信号の一部を切りとり、バー
スト波を出力するためのアナログスイッチ２２の入力側
端子を接続する。前記アナログスイッチ２２の出力側端
子の一方には、高速切替え可能な切替えスイッチ２３の
入力端子が接続し、他方には、例えば５０Ωの抵抗Ｒ１
が接続される。In this ultrasonic measuring device, for example, 10
An analog switch for cutting a part of the reference signal and outputting a burst wave to an oscillating unit 21 that generates a continuous wave (hereinafter referred to as a reference signal) having a constant frequency of MH or more and preferably about 100 to 200 MHz. 22 is connected to the input side terminal. One of the output side terminals of the analog switch 22 is connected to the input terminal of a changeover switch 23 capable of high-speed switching, and the other is connected to a resistor R1 of, for example, 50Ω.
Are connected.

【００１８】前記切替えスイッチ２３の切替え端子は、
バースト波を電気音響変換するトランスデューサ２４に
接続され、その出力端子には前置増幅器２５が接続され
る。前記アナログスイッチ２２及び前記切替えスイッチ
２３は、後述するコンピュータ３９の指令に基づいた制
御部４０からの制御信号により、切り替え動作が行われ
る。The changeover terminal of the changeover switch 23 is
A preamplifier 25 is connected to the output terminal of the transducer 24 for electroacoustic conversion of the burst wave. The analog switch 22 and the changeover switch 23 are changed over by a control signal from a control unit 40 based on a command from a computer 39 described later.

【００１９】前記トランスデューサ２４には、微小スポ
ットに超音波を収束させる音響レンズ２６が取り付けら
れる。この音響レンズ２６の焦点付近には、移動可能な
試料台２７が設けられ、その上に試料２８が載置され
る。そして前記音響レンズ２６と試料２８との間が、超
音波を収束及び伝播するためのカプラ液体２９で接続す
るように満たされている。An acoustic lens 26 for focusing an ultrasonic wave on a minute spot is attached to the transducer 24. A movable sample base 27 is provided near the focal point of the acoustic lens 26, and a sample 28 is placed thereon. The space between the acoustic lens 26 and the sample 28 is filled with a coupler liquid 29 for converging and propagating ultrasonic waves.

【００２０】前記音響レンズ２６は、前記トランスデュ
ーサ２４が発生した超音波をカプラ液体２９内で収束さ
せると共に平面波をカプラ液体２９に伝播させ、前記試
料２８に入射する。また前記トランスデューサ２４には
前記切替えスイッチ２３の切り替えによって、該トラン
スデューサ２４からの出力が前記前置増幅器２５に出力
される。The acoustic lens 26 converges the ultrasonic wave generated by the transducer 24 in the coupler liquid 29, propagates a plane wave to the coupler liquid 29, and makes it incident on the sample 28. Further, the output from the transducer 24 is output to the preamplifier 25 by switching of the changeover switch 23 to the transducer 24.

【００２１】そして前記前置増幅器２５には、２つの乗
算部３０、３１がそれぞれ接続される。前記乗算部３０
は、発振部２１からの基準信号が参照信号（第１参照信
号）として入力するように直接的に接続され、前記乗算
部３１は、前記基準信号の位相を９０°変化させた参照
信号（第２参照信号）を生成する９０°移相部３２を介
して、発振部２１と接続される。これらの乗算部３０、
３１の出力端には、高周波成分を除去するローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）３３、３４が接続される。これらＬＰＦ
３３、３４は、少なくとも発振部２１の出力する連続波
の周波数の２倍の周波数が除去できる特性のものが採用
されている。Two multipliers 30 and 31 are connected to the preamplifier 25, respectively. The multiplication unit 30
Is directly connected so that the reference signal from the oscillation unit 21 is input as a reference signal (first reference signal), and the multiplication unit 31 changes the phase of the reference signal by 90 ° (reference signal (first reference signal)). (2 reference signal) is connected to the oscillator 21 via the 90 ° phase shifter 32. These multiplication units 30,
Low-pass filters (LPF) 33 and 34 that remove high-frequency components are connected to the output end of 31. These LPF
The characteristics of 33 and 34 are such that at least twice the frequency of the continuous wave output by the oscillator 21 can be removed.

【００２２】これらの乗算部３０、３１及び、ＬＰＦ３
３、３４により、位相敏感検波（ＰＳＤ）が行われる。
そして前記ＬＰＦ３３の出力側にはＡ／Ｄ変換部３５、
３６が接続され、前記ＬＰＦ３４の出力側にはＡ／Ｄ変
換部３７、３８が接続され、ここで変換出力がデジタル
化され、コンピュータ３９にそれぞれ入力される。前記
コンピュータ３９には、全体のタイミングを制御する制
御部４０と試料２８と音響レンズ２６との距離をＺ軸方
向に変化させるＺ走査部４１が接続されている。また、
コンピュータ３９には、該コンピュータ３９の指令で文
字やグラフを表示する表示部４２が接続されている。次
に図２のタイムチャートを参照して、前述したように構
成された超音波測定装置の動作について説明する。These multiplication units 30, 31 and LPF3
Phase-sensitive detection (PSD) is performed by means of 3, 34.
On the output side of the LPF 33, an A / D converter 35,
36 is connected, and A / D converters 37 and 38 are connected to the output side of the LPF 34, where the converted outputs are digitized and input to the computer 39. The computer 39 is connected to a control unit 40 that controls the overall timing and a Z scanning unit 41 that changes the distance between the sample 28 and the acoustic lens 26 in the Z-axis direction. Also,
The computer 39 is connected to a display unit 42 that displays characters and graphs in response to commands from the computer 39. Next, the operation of the ultrasonic measuring device configured as described above will be described with reference to the time chart of FIG.

【００２３】まず前記コンピュータ３９から前記発振部
２１にユーザーが所望する周波数を設定する。前記発振
部２１は、図２（ａ）に示すような設定された周波数
で、常時一定周波数の連続波を出力する。First, the frequency set by the user is set in the oscillator 21 from the computer 39. The oscillating unit 21 always outputs a continuous wave of a constant frequency at a set frequency as shown in FIG.

【００２４】まず、前記コンピュータ３９から図２
（ｂ）に示すような送信トリガが、前記制御部４０に入
力されると、該制御部４０は送信トリガに同期して、図
２（ｃ）に示す発振器２１の連続波の周波数の数十周期
分の時間幅の矩形（オン・オフ）信号をアナログスイッ
チ２２及び、該矩形信号より早くオンになり遅くオフに
なる図２（ｄ）に示す切替え信号を切替えスイッチ２３
に出力する。First, from the computer 39 shown in FIG.
When a transmission trigger as shown in (b) is input to the control unit 40, the control unit 40 synchronizes with the transmission trigger and the frequency of the continuous wave of the oscillator 21 shown in FIG. A rectangular (on / off) signal having a time width corresponding to a cycle is an analog switch 22, and a switching signal shown in FIG.
Output to.

【００２５】アナログスイッチ２２は、前記矩形信号の
オン・オフに対応して切り替わり、オンの時は前記発振
器２１の基準信号が前記切替えスイッチ２３に出力され
る。このように図２（ｅ）に示す送信バ−スト信号が生
成される。前記切替えスイッチ２３は、前記制御部４０
からの切替え信号がオンの時は、前記アナログスイッチ
２２の側へ、オフのときは前置増幅器２５側へ切替わ
る。The analog switch 22 is switched in response to ON / OFF of the rectangular signal, and when ON, the reference signal of the oscillator 21 is output to the switch 23. In this way, the transmission burst signal shown in FIG. 2 (e) is generated. The changeover switch 23 includes the control unit 40.
When the switching signal from is ON, it is switched to the analog switch 22 side, and when it is OFF, it is switched to the preamplifier 25 side.

【００２６】そして前記送信バ−スト信号は、前記切替
えスイッチ２３を介して、トランスデュ−サ２４に印加
される。この送信バ−スト波が前記トランスデュ−サ２
４で電気音響変換され超音波に変換される。この超音波
は、音響レンズ２６内を伝播し、一部はカプラ液体２９
内で微小スポットに収束され、一部は平面波としてカプ
ラ液体２９を通り試料２８に入射する。入射した超音波
は、試料２８で反射され、再びカプラ液体２９、音響レ
ンズ２６を伝播して、トランスデューサ２４で電気信号
に変換された反射信号（以下、受信信号と称する）が、
すでに前置増幅器２５側に切り替わっている切替えスイ
ッチ２３を介して、前置増幅器２５に入力されて増幅さ
れ、前記乗算部３０、３１に入力される。The transmission burst signal is applied to the transducer 24 via the changeover switch 23. This transmitted burst wave is the above-mentioned transducer 2.
It is electroacoustic converted at 4 and converted into ultrasonic waves. This ultrasonic wave propagates in the acoustic lens 26, and a part thereof is the coupler liquid 29.
The light is converged into a minute spot inside, and a part of it is incident as a plane wave on the sample 28 through the coupler liquid 29. The incident ultrasonic wave is reflected by the sample 28, propagates through the coupler liquid 29 and the acoustic lens 26 again, and a reflected signal (hereinafter, referred to as a received signal) converted into an electric signal by the transducer 24 is
It is input to the preamplifier 25 via the change-over switch 23 which has already been switched to the side of the preamplifier 25, amplified, and then input to the multiplication units 30 and 31.

【００２７】前記乗算部３０では、前記基準信号の第１
参照信号と受信信号との乗算を行ないインフェーズ成分
を出力する、前記乗算部３１では前記基準信号の位相を
９０°変化させた第２参照信号と受信信号の乗算を行な
いクワドラチャーフェーズ成分を出力する。In the multiplication unit 30, the first reference signal
The reference signal and the received signal are multiplied and an in-phase component is output. The multiplication unit 31 multiplies the second reference signal and the received signal in which the phase of the reference signal is changed by 90 ° and the quadrature phase component is output. To do.

【００２８】前記発振部２１からの基準信号を、sin
（ωt ）とする。ただし、ωは周波数、ｔは時間とす
る。また前記受信信号は、試料の弾性的性質、音響レン
ズとカプラ液体中を伝搬することによる時間等によっ
て、位相が送信に対して遅れているため、この位相遅れ
をφとすると、Ｂ sin（ωt −φ）と書ける。ただし、
Ｂは受信信号の強度とする。従って、乗算部３０のイン
フェーズ出力ｕ₁ と乗算部３１のクワドラチャーフェー
ズ出力ｕ₂ は次のようになる。The reference signal from the oscillator 21 is set to sin
(Ωt) However, ω is frequency and t is time. Since the phase of the received signal is delayed with respect to the transmission due to the elastic properties of the sample, the time required for propagating through the acoustic lens and the coupler liquid, and so on, if this phase delay is φ, then B sin (ωt -Φ) can be written. However,
B is the strength of the received signal. Therefore, the in-phase output u ₁ of the multiplication unit 30 and the quadrature phase output u ₂ of the multiplication unit 31 are as follows.

【００２９】[0029]

【数１】 [Equation 1]

【００３０】ここで、φは定数であり、sin φ、cos φ
も定数であるため、インフェーズ出力ｕ₁ 、クワドラチ
ャーフェーズ出力ｕ₂ は、Ｄ．Ｃ成分と２ωの周波数成
分を持っており、２ω成分を除けば受信信号の位相遅れ
φに関するsin 、cos 成分（Ｂ sinφ／２，Ｂ cosφ／
２）を取り出すことができる。Where φ is a constant and sin φ, cos φ
Is also a constant, the in-phase output u ₁ and the quadrature phase output u ₂ are It has a C component and a frequency component of 2ω. Excluding the 2ω component, sin and cos components (B sinφ / 2, B cosφ / relating to the phase delay φ of the received signal)
2) can be taken out.

【００３１】前記乗算部３０からのインフェーズ出力ｕ
₁ と乗算部３１からのクワドラチャーフェーズ出力ｕ₂
は、それぞれＬＰＦ３３、３４により２ω成分が除去さ
れ、sinφ、 cosφに相当するＤＣ成分のみが残る。In-phase output u from the multiplier 30
₁ and quadrature phase output u ₂ from multiplier 31
, The LPFs 33 and 34 remove the 2ω component, and only the DC components corresponding to sin φ and cos φ remain.

【００３２】そして、検波前の受信信号を図２（ｆ）に
示し、前記ＬＰＦ３３、３４を通過した後の検波出力の
インフェーズ出力ｕ₁ を図２（ｇ）に示し、同様にクワ
ドラチャーフェーズ出力ｕ₂ を図２（ｈ）に示す。The received signal before detection is shown in FIG. 2 (f), and the in-phase output u ₁ of the detection output after passing through the LPFs 33 and 34 is shown in FIG. 2 (g). Similarly, the quadrature phase is shown. The output u ₂ is shown in FIG.

【００３３】図３に示すように、試料２８の面と対向す
る前記音響レンズ２６の面が凹面と平面からなる場合
は、トランスデューサ２４から発生した超音波のうち、
音響レンズ２６の凹面に達した超音波は、経路Ａのよう
に収束されて試料２８で反射して戻ってくる。一方、音
響レンズ２６の平面部分に達した超音波は、経路Ｂのよ
うに平面波として試料２８に入射し、試料２８の表面で
反射して戻ってくる。経路Ｂの波の方が経路Ａの波より
音路長が短いため、早くトランスデューサ２４に戻り２
つの反射波を容易に分離することができる。As shown in FIG. 3, when the surface of the acoustic lens 26 facing the surface of the sample 28 is a concave surface and a flat surface, among the ultrasonic waves generated from the transducer 24,
The ultrasonic waves reaching the concave surface of the acoustic lens 26 are converged as in the path A, reflected by the sample 28, and returned. On the other hand, the ultrasonic waves that have reached the plane portion of the acoustic lens 26 enter the sample 28 as a plane wave as in the path B, are reflected by the surface of the sample 28, and return. Since the sound path length of the wave on the path B is shorter than that of the wave on the path A, the wave returns to the transducer 24 earlier.
The two reflected waves can be easily separated.

【００３４】以後、経路Ａのように音響レンズ２６の凹
面に入射して収束し試料で反射した波を収束試料反射と
し、経路Ｂのように音響レンズの平面部分に入射し平面
波として試料で反射した波を平面試料反射と称する。After that, the wave which is incident on the concave surface of the acoustic lens 26 as in the path A and is converged and reflected by the sample is made as the convergent sample reflection, and is made incident on the flat portion of the acoustic lens as in the path B and is reflected as the plane wave by the sample. The generated waves are called plane sample reflections.

【００３５】しかし実際の受信信号においては、検波前
では図２（ｆ）に示すように、収束試料反射と平面試料
反射の他に送信漏れ、レンズ第１反射、レンズ第２反射
等が含まれ、反射波（受信信号）がバースト波であるた
め、位相検波出力は図２（ｇ），（ｈ）のようなそれぞ
れの反射に対応した矩形波として出力される。However, in the actual received signal, as shown in FIG. 2 (f), transmission leakage, lens first reflection, lens second reflection, etc. are included in addition to the convergent sample reflection and plane sample reflection before detection. Since the reflected wave (received signal) is a burst wave, the phase detection output is output as a rectangular wave corresponding to each reflection as shown in FIGS. 2 (g) and 2 (h).

【００３６】この反射波中から試料反射のみを取り出す
ために、図２（ｉ）に示すような送信に対して、遅延時
間Ｔd1だけ遅れたタイミングでトリガ信号を制御部４０
で生成し、Ａ／Ｄ変換部３５、３７を駆動させるトリガ
信号として用いる。このトリガ信号により、インフェー
ズ及び、クワドラチャーフェーズの各検波出力がＡ／Ｄ
変換されて収束試料反射のみの位相検波出力をデジタル
信号に変換して、前記コンピュータ３９内のメモリに記
憶する。In order to extract only the sample reflection from the reflected wave, the control unit 40 sends the trigger signal at a timing delayed by the delay time Td1 with respect to the transmission as shown in FIG. 2 (i).
And is used as a trigger signal for driving the A / D converters 35 and 37. By this trigger signal, each detection output of in-phase and quadrature phase is A / D
The converted phase detection output of only the convergent sample reflection is converted into a digital signal and stored in a memory in the computer 39.

【００３７】さらに平面試料反射を取り出すために図２
（ｊ）に示すような送信に対して、遅延時間Ｔd2だけ遅
れたタイミングでトリガ信号を制御部４０で生成し、Ａ
／Ｄ変換部３６、３８を駆動させるトリガ信号として用
いる。このトリガ信号により、インフェーズ，クワドラ
チャフェーズの各平面試料反射のみの位相検波出力をデ
ジタル信号に変換して、前記コンピュータ３９に入力す
る。To further extract the plane sample reflection, FIG.
With respect to the transmission as shown in (j), the control unit 40 generates a trigger signal at a timing delayed by the delay time Td2, and A
It is used as a trigger signal for driving the / D converters 36 and 38. With this trigger signal, the phase detection output of only the in-phase and quadrature phase plane sample reflections is converted into a digital signal and input to the computer 39.

【００３８】前記送信とＡ／Ｄ変換のトリガ信号の遅延
時間Ｔd1、Ｔd2は、前記コンピュータ３９により任意の
値に設定可能である。この遅延時間Ｔd1、Ｔd2は、測定
の最初のオシロスコープ等に表示された反射信号に基づ
き設定され、Ｚ方向での距離の変化に応動して、反射波
の戻るタイミングがずれるため、後述する距離測定法で
初期の位置からの動作距離ΔＺを求め、以下のようにし
て計算する。反射の時間のずれをΔＴとするとΔＴは次
のように計算される。The delay times Td1 and Td2 of the transmission and A / D conversion trigger signals can be set to arbitrary values by the computer 39. The delay times Td1 and Td2 are set based on the reflection signal displayed on the first oscilloscope or the like of the measurement, and the return timing of the reflected wave shifts in response to the change in the distance in the Z direction. The operating distance ΔZ from the initial position is obtained by the method and calculated as follows. If the deviation of the reflection time is ΔT, ΔT is calculated as follows.

【００３９】[0039]

【数２】 [Equation 2]

【００４０】ここで、ＣL はカプラ液体の音速である。
前記コンピュータ３９では、この（３）式から、ΔＴを
演算し初期の送信トリガからの時間遅延Ｔｄ1 ，Ｔｄ2
を制御部４０に送信する。この時間遅延Ｔｄ1 ，Ｔｄ2
が次の測定時のＡ／Ｄ変換を行うタイミングとなる。次
の測定時に音響レンズ２６と試料２８の距離が非常に大
きく変動したときは、Ａ／Ｄ変換を行うタイミングが合
わなくなるが、その時間範囲は、例えばカプラ液体２９
の音速が１５００m/s でバースト波の時間幅が２００ns
である場合は、最大１５０μm になる。次に、音響レン
ズ２６と試料２８との間の距離の測距について説明す
る。Here, CL is the speed of sound of the coupler liquid.
In the computer 39, ΔT is calculated from the equation (3) and time delays Td1 and Td2 from the initial transmission trigger are calculated.
Is transmitted to the control unit 40. This time delay Td1, Td2
Is the timing for A / D conversion at the next measurement. When the distance between the acoustic lens 26 and the sample 28 changes significantly during the next measurement, the timing for performing A / D conversion will not match, but the time range is, for example, the coupler liquid 29.
Sound speed is 1500 m / s and burst wave duration is 200 ns
, The maximum is 150 μm. Next, distance measurement of the distance between the acoustic lens 26 and the sample 28 will be described.

【００４１】前述した平面試料反射の位相の遅れは、音
響レンズ２６と試料２８との間の往復距離分のカプラ液
体を伝播すること、音響レンズ内を伝播すること及び、
試料２８の反射率関数が原因になる。The delay of the phase of the plane sample reflection described above propagates the coupler liquid for the round trip distance between the acoustic lens 26 and the sample 28, propagates in the acoustic lens, and
This is caused by the reflectance function of the sample 28.

【００４２】また収束波の場合は、試料２８へ様々な入
射角度で入射されるために、音響レンズ２６と試料２８
との間の距離の変動によって、反射関数による位相変化
が生じるが、これに対して平面試料反射は垂直入射であ
るため、反射関数による位相への影響は無く、音響レン
ズ２６と試料２８との間の距離が変わることでカプラ液
体２９内を超音波が伝播する距離が変わることによる時
間遅延による位相変化だけである。伝播距離による変化
以外の時間遅れを遅れ時間Ｔc とおくと平面試料反射の
位相φf は次式のように表される。In the case of a convergent wave, the acoustic lens 26 and the sample 28 are incident on the sample 28 at various incident angles.
A phase change due to the reflection function occurs due to a change in the distance between the reflection surface and the reflection surface. However, since the plane sample reflection is perpendicularly incident, the reflection function does not affect the phase, and the acoustic lens 26 and the sample 28 are not affected. It is only a phase change due to a time delay due to a change in the distance at which the ultrasonic wave propagates in the coupler liquid 29 due to a change in the distance between them. When the time delay other than the change due to the propagation distance is set as the delay time Tc, the phase φf of the plane sample reflection is expressed by the following equation.

【００４３】[0043]

【数３】 [Equation 3]

【００４４】ここで、距離Ｚは音響レンズ２６と試料２
８との間の距離、ＣLはカプラ液体２９の音速である。
２つの周波数ω1 ，ω2 で位相測定をして、平面試料反
射の２つの位相の差Δφを求めると、Here, the distance Z is the acoustic lens 26 and the sample 2
8, the distance CL is the speed of sound of the coupler liquid 29.
Phase measurement at two frequencies ω 1 and ω 2 and the difference Δφ between the two phases of the plane sample reflection is

【００４５】[0045]

【数４】 従って、[Equation 4] Therefore,

【００４６】[0046]

【数５】 [Equation 5]

【００４７】及び遅れ時間Ｔc がわかれば距離Ｚを２つ
の周波数の位相から求めることができる。前記遅れ時間
Ｔc の算出には、レンズ第１反射を利用する。このとき
は、遅れ時間Ｚ＝０であるため、（６）式から周波数と
位相を求めれば算出することができる。前記遅れ時間Ｔ
c は、１つの音響レンズ内では一定であり、一度求めて
記憶すれば測定時に毎回、遅れ時間Ｔc の測定をする必
要はない。If the delay time Tc is known, the distance Z can be obtained from the phases of the two frequencies. The first reflection of the lens is used to calculate the delay time Tc. At this time, since the delay time Z = 0, it can be calculated by obtaining the frequency and the phase from the equation (6). The delay time T
c is constant in one acoustic lens, and once obtained and stored, it is not necessary to measure the delay time Tc every time measurement is performed.

【００４８】この手法ではΔφが１周期以上になると同
じΔφに相当する距離Ｚが２つ求められ、どちらか正し
いものか判別できなくなる。このため測定できる距離の
限界が生じ、この距離を大きくすると精度が低下する。
例えばカプラ液体が「水」の時は、ＣL ＝１５００m/s
となり、測定できる最大距離を５００μm 、Ｔc ＝１．
５μs とすると、２つの周波数の差が最大で（ω1 −ω
2 ）／２π＝４６０ＫＨｚとなる。しかし位相の測定精
度が１°の場合には、（６）式により、距離の精度は４
μ程度となる。In this method, when Δφ becomes one cycle or more, two distances Z corresponding to the same Δφ are obtained, and it is impossible to determine which is correct. For this reason, there is a limit to the measurable distance, and if the distance is increased, the accuracy decreases.
For example, when the coupler liquid is "water", CL = 1500m / s
And the maximum measurable distance is 500 μm and Tc = 1.
If it is 5 μs, the maximum difference between the two frequencies is (ω1 − ω
2) / 2π = 460 KHz. However, if the phase measurement accuracy is 1 °, the distance accuracy is 4
It is about μ.

【００４９】次に２つの周波数の差を数倍から数十倍に
して測定する。この場合はΔφに相当する距離Ｚが、複
数算出されるが最初の測定で距離Ｚの距離がほぼ求めら
れるため、何周期目のΔφかを判断できる。これを繰り
返し行えば、高精度に音響レンズ２６と試料２８との間
の絶対距離を測定することができる。次のような第２の
手法も考えられる。まず（４）式を周波数で微分する
と、Next, the difference between the two frequencies is measured several times to several tens of times. In this case, a plurality of distances Z corresponding to Δφ are calculated, but since the distance of the distance Z is almost obtained in the first measurement, it is possible to determine what cycle Δφ is. By repeating this, the absolute distance between the acoustic lens 26 and the sample 28 can be measured with high accuracy. The following second method is also conceivable. First, when the equation (4) is differentiated by frequency,

【００５０】[0050]

【数６】 [Equation 6]

【００５１】になる。すなわち、周波数に対する位相の
変化は傾き一定で、その傾きは距離Ｚに比例する。周波
数を徐々に増加または減少させながら、多点位相測定を
行い最小自乗法等で、その傾きを求めることによって、
音響レンズ２６と試料２８との間の距離が測定できる。
この手法では測定限界距離による周波数に制限がないた
め、高精度に求めることができる。次に第３の手法とし
て、Ｖ（Ｚ）曲線の測定時や合焦からの距離のように相
対距離を測定することができる。まず、音響レンズ２６
と試料２８との間の距離が距離ΔＺ変動したときの位相
φf の変化Δφは、（４）式から、It becomes That is, the change in phase with respect to frequency has a constant slope, and the slope is proportional to the distance Z. While gradually increasing or decreasing the frequency, multipoint phase measurement is performed and the slope is obtained by the least squares method, etc.
The distance between the acoustic lens 26 and the sample 28 can be measured.
In this method, there is no limitation on the frequency due to the measurement limit distance, so that it can be obtained with high accuracy. Next, as a third method, it is possible to measure the relative distance such as the distance from the time of measuring the V (Z) curve or the focus. First, the acoustic lens 26
The change Δφ in the phase φf when the distance between the sample 28 and the sample 28 changes by the distance ΔZ is

【００５２】[0052]

【数７】 になる。[Equation 7] become.

【００５３】この手法では、第１手法と同様に位相の差
Δφが２πより大きくなると、対応するΔＺが２つにな
るため、測定できる上限の距離が存在する。例えばカプ
ラ液体２９が「水」であり、測定周波数を２００ＭＨｚ
に設定したときの測定可能な最大距離は３．７５μm 、
同様に測定周波数を１ＧＨｚに設定したときの最大距離
は０．７５μm と非常に小さくなるが、一方、測定精度
が非常に良くなり位相の測定精度が１°とすると距離の
精度は周波数２００ＭＨｚで１０nm、１ＧＨｚでは２nm
になり、位相の測定精度が５°程度であっても周波数２
００ＭＨｚで５０nm、１ＧＨｚでは１０nmと非常に高精
度である。Ｖ（Ｚ）測定のときの測定点間の距離は数μ
以下と小さいためこの手法を使用できる。また、この手
法は周波数を変える必要もなく第１，第２の手法に比べ
て高速である。In this method, as in the first method, when the phase difference Δφ becomes larger than 2π, the corresponding ΔZ becomes two, so that there is a measurable upper limit distance. For example, the coupler liquid 29 is "water" and the measurement frequency is 200 MHz.
When set to, the maximum measurable distance is 3.75 μm,
Similarly, when the measurement frequency is set to 1 GHz, the maximum distance is 0.75 μm, which is extremely small. On the other hand, when the measurement accuracy is very good and the phase measurement accuracy is 1 °, the distance accuracy is 10 nm at a frequency of 200 MHz. 2 nm at 1 GHz
Therefore, even if the phase measurement accuracy is about 5 °, the frequency 2
It has a very high accuracy of 50 nm at 00 MHz and 10 nm at 1 GHz. The distance between measurement points when measuring V (Z) is several μ
This method can be used because it is small as follows. In addition, this method is faster than the first and second methods without changing the frequency.

【００５４】次に図４に本発明の第２実施例の超音波測
定装置の構成を示し、説明する。図５には、第２実施例
の超音波測定装置に用いられる音響レンズとトランスデ
ューサの構成を示し、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）
は側面図である。ここで、図４の構成部材は特徴的なも
ののみを示しており、図１の破線Ａに囲まれた構成部材
に相当し、図４に図示されない構成部材は図１の部材と
同じ参照番号を付し、その説明は省略する。Next, FIG. 4 shows the configuration of the ultrasonic measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, and it will be described. FIG. 5 shows the configuration of an acoustic lens and a transducer used in the ultrasonic measurement apparatus of the second embodiment. FIG. 5A is a top view and FIG.
Is a side view. Here, the constituent members of FIG. 4 show only characteristic ones, correspond to the constituent members surrounded by the broken line A of FIG. 1, and constituent members not shown in FIG. 4 are the same reference numerals as those of FIG. Is attached and the description thereof is omitted.

【００５５】この音響レンズとトランスデューサの構成
は、音響レンズ２６の上面に、バースト波を電気音響変
換するトランスデューサ２４ａ、２４ｂが、同心円状に
２つに分割して付けられ、内側のトランスデューサ２４
ａは収束球面波を試料に照射しその反射を検出し、外側
のトランスデューサ２４ｂは平面波を試料に照射しその
反射を検出する構成となっている。In this acoustic lens and transducer configuration, transducers 24a and 24b for converting a burst wave into an electroacoustic wave are concentrically divided into two and are attached to the upper surface of the acoustic lens 26, and the inside transducer 24 is used.
Reference numeral a denotes a configuration in which the sample is irradiated with a convergent spherical wave to detect its reflection, and the outer transducer 24b is configured to irradiate a sample with a plane wave to detect its reflection.

【００５６】前記超音波測定装置の構成は、まずアナロ
グスイッチ２２の出力側端子に、２つの切替えスイッチ
５０、５１の各入力端子が接続されている。前記切替え
スイッチ５０の切替え端子は、前記トランスデューサ２
４ａに接続され、その出力端子には前置増幅器２５ａが
接続される。また前記切替えスイッチ５１の切替え端子
は、前記トランスデューサ２４ｂに接続され、その出力
端子には前置増幅器２５ｂが接続される。これらのアナ
ログスイッチ２２及び前記切替えスイッチ５０、５１
は、第１実施例と同様にコンピュータの指令に基づいた
制御部からの制御信号により、切り替え動作が行われ
る。In the configuration of the ultrasonic measuring device, first, the output terminals of the analog switch 22 are connected to the respective input terminals of the two changeover switches 50 and 51. The changeover terminal of the changeover switch 50 is the transducer 2
4a, and a preamplifier 25a is connected to its output terminal. The changeover terminal of the changeover switch 51 is connected to the transducer 24b, and the output terminal thereof is connected to the preamplifier 25b. These analog switches 22 and the changeover switches 50, 51
In the same manner as in the first embodiment, the switching operation is performed by the control signal from the control unit based on the instruction of the computer.

【００５７】前記音響レンズ２６に取り付けられた前記
トランスデューサ２４ａは入出力を切替えスイッチ５０
により発振器２１と前置増幅器２５ａを切り替え、前記
トランスデューサ２４ｂは入出力を切替えスイッチ５１
により前記発振器２１と前置増幅器２５ｂを切り替え
る。そして前置増幅器２５ａ、２５ｂはそれぞれ乗算部
３０、３１に接続される。次に前述したように構成され
た第２実施例の動作について説明する。The transducer 24a attached to the acoustic lens 26 switches the input / output to the switch 50.
To switch between the oscillator 21 and the preamplifier 25a, and the transducer 24b switches between input and output.
To switch the oscillator 21 and the preamplifier 25b. The preamplifiers 25a and 25b are connected to the multiplication units 30 and 31, respectively. Next, the operation of the second embodiment configured as described above will be described.

【００５８】前記アナログスイッチ２２のオン・オフ動
作で生成されたバースト波は切替えスイッチ５０、５１
を通って、各トランスデューサ２４ａ、２４ｂに印加さ
れる。The burst waves generated by the on / off operation of the analog switch 22 are changed over by the changeover switches 50, 51.
Is applied to each of the transducers 24a and 24b.

【００５９】前記バースト波が印加された前記トランス
デューサ２４ａでは、このバースト波を超音波に電気音
響変換して、変換された超音波は音響レンズ２６の凹面
部を通りカプラ液体２９中で微小スポットに収束され試
料２８に入射する。この収束波は試料２８で反射しカプ
ラ液体２９、音響レンズ２６を通り前記トランスデュー
サ２４ａにより、再び電気信号に変換されて収束試料反
射信号（受信信号）として、前置増幅器２５ａ側に切り
替わっている切替えスイッチ５０を通り、前置増幅器２
５ａに出力される。前記受信信号は、前記前置増幅器２
５ａにより増幅され、前記乗算部３０に入力され位相検
波される。In the transducer 24a to which the burst wave is applied, the burst wave is electroacoustically converted into ultrasonic waves, and the converted ultrasonic waves pass through the concave surface of the acoustic lens 26 to form a minute spot in the coupler liquid 29. It is converged and enters the sample 28. This converged wave is reflected by the sample 28, passes through the coupler liquid 29 and the acoustic lens 26, is converted into an electric signal again by the transducer 24a, and is switched to the preamplifier 25a side as a converged sample reflection signal (received signal). Pre-amplifier 2 through switch 50
5a is output. The received signal is the preamplifier 2
Amplified by 5a, input to the multiplication unit 30 and phase detected.

【００６０】一方、前記トランスデューサ２４ｂでは、
同様に前記バースト波が超音波に電気音響変化され、変
換された超音波は音響レンズ２６の平面部を通り平面波
として試料２８に入射する。この平面波は前記試料２８
で反射され、カプラ液体２９、音響レンズ２６を通りト
ランスデューサ２４ｂにより、再び電気信号に変換され
て平面試料反射信号として、前置増幅器２５ｂ側に切り
替わっている切替えスイッチ５１を通り、前置増幅器２
５ｂに出力される。前記平面試料反射信号は、前記前置
増幅器２５ｂにより増幅され、前記乗算部３１に入力さ
れ位相検波される。この平面波の位相から第１実施例と
同様にして音響レンズと試料の距離を算出する。On the other hand, in the transducer 24b,
Similarly, the burst wave is electroacoustically converted into ultrasonic waves, and the converted ultrasonic waves pass through the plane portion of the acoustic lens 26 and enter the sample 28 as plane waves. This plane wave is
Reflected by the pre-amplifier 2 through the coupler liquid 29 and the acoustic lens 26 and converted into an electric signal again by the transducer 24b to be a plane sample reflection signal through the changeover switch 51 which is switched to the pre-amplifier 25b side.
5b is output. The plane sample reflection signal is amplified by the preamplifier 25b, input to the multiplication unit 31, and subjected to phase detection. From the phase of this plane wave, the distance between the acoustic lens and the sample is calculated in the same manner as in the first embodiment.

【００６１】尚、この第２実施例では、２つのトランス
デューサ２４ａ、２４ｂに、同じバースト波を入力して
いるが、個々に発振部を２つ設けて、測距側のトランス
デューサ２４ｂでは、弾性的性質の測定に用いる周波数
と全く異なる周波数を用いて測距することもできる。In the second embodiment, the same burst wave is input to the two transducers 24a and 24b, but two oscillating sections are individually provided, and the transducer 24b on the distance measuring side is elastic. It is also possible to perform distance measurement using a frequency that is completely different from the frequency used to measure the property.

【００６２】次に図６には、第３実施例として超音波測
定装置に用いられる音響レンズとトランスデューサの構
成を示し説明する。同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は
側面図である。また前記構成の音響レンズとトランスデ
ューサを超音波測定装置に用いた超音波測定装置の構成
を図７に示し、説明する。ここで、図６及び図７の構成
部材は特徴的なもののみを示し、第２実施例と同様に他
の構成部材は図１と同等である。Next, FIG. 6 shows the configuration of an acoustic lens and a transducer used in an ultrasonic measuring apparatus as a third embodiment and will be described. The figure (a) is a top view and the figure (b) is a side view. Further, the configuration of an ultrasonic measurement device using the acoustic lens and the transducer having the above-described configuration in the ultrasonic measurement device is shown in FIG. 7 and will be described. Here, the constituent members of FIGS. 6 and 7 are only characteristic, and other constituent members are the same as those of FIG. 1 as in the second embodiment.

【００６３】この音響レンズとトランスデューサの構成
は、音響レンズ２６の上面の中央にトランスデューサ５
２と、その外側の四方にトランスデューサ５３乃至５６
が設けられている。前記トランスデューサ５２は、弾性
的性質の測定に用いられ、トランスデューサ５３乃至５
６は試料２８との間の距離の測距の用いられるものであ
る。The acoustic lens and the transducer are constructed such that the transducer 5 is provided at the center of the upper surface of the acoustic lens 26.
2 and transducers 53 to 56 on the outer four sides
Is provided. The transducer 52 is used for measuring elastic properties, and the transducers 53 to 5 are used.
Reference numeral 6 is used for measuring the distance to the sample 28.

【００６４】この超音波測定装置において、まずアナロ
グスイッチ２２の出力側端子に、５つの切替えスイッチ
５７乃至６１の各入力端子が接続されている。前記切替
えスイッチ５７乃至６１の切替え端子は、それぞれトラ
ンスデューサ５２乃至５６に接続され、各出力端子はそ
れぞれ相検波部６２乃至６６に接続される。これらのア
ナログスイッチ２２及び前記切替えスイッチ５７乃至６
１は、第１実施例と同様にコンピュータの指令に基づい
た制御部からの制御信号により、切り替え動作が行われ
る。そして各相検波部６２乃至６６は、乗算部とＬＰＦ
を一対として２組で構成されており、発振部２１からの
基準信号からなる第１参照信号と前記基準信号の位相を
９０°変化させた第２参照信号を用いて位相検波された
結果をコンピュータ３９内のメモリに記憶する。また試
料２８が載置される試料台２７には、Ｘ−Ｙ傾き調整部
６７が設けられ、測距された値により、試料２８の傾き
を調整することができる前記超音波測定装置の動作を説
明する。In this ultrasonic measuring device, the input terminals of the five changeover switches 57 to 61 are first connected to the output side terminals of the analog switch 22. The changeover terminals of the changeover switches 57 to 61 are connected to the transducers 52 to 56, respectively, and the output terminals thereof are connected to the phase detectors 62 to 66, respectively. These analog switches 22 and the changeover switches 57 to 6
In No. 1, the switching operation is performed by the control signal from the control unit based on the instruction of the computer as in the first embodiment. The phase detection units 62 to 66 include a multiplication unit and an LPF.
And a second reference signal obtained by changing the phase of the reference signal by 90 ° from the oscillation unit 21 and a second reference signal obtained by changing the phase of the reference signal by 90 °. Stored in the memory within 39. Further, the sample table 27 on which the sample 28 is mounted is provided with an XY tilt adjusting section 67, and the operation of the ultrasonic measuring apparatus capable of adjusting the tilt of the sample 28 according to the measured distance is performed. explain.

【００６５】前記トランスデューサ５２によりバースト
波が電気音響変換された超音波は、音響レンズ２６の凹
面部を通りカプラ液体２９中で微小スポットに収束され
試料２８に入射する。前記試料２８で反射された超音波
は、再びカプラ液体２９、音響レンズ２６を通りトラン
スデューサ５２で電気信号に変換されて収束試料反射信
号（受信信号）として、位相検波部６２側に切り替わっ
ている切替えスイッチ５７を通って位相検波部６２によ
り位相検波され、その結果がコンピュータ３９内のメモ
リに記憶される。The ultrasonic waves in which the burst waves have been electroacoustic converted by the transducer 52 pass through the concave surface of the acoustic lens 26, are converged into minute spots in the coupler liquid 29, and enter the sample 28. The ultrasonic wave reflected by the sample 28 passes through the coupler liquid 29 and the acoustic lens 26 again, is converted into an electric signal by the transducer 52, and is converted to a converged sample reflection signal (reception signal) and switched to the phase detection section 62 side. The phase is detected by the phase detector 62 through the switch 57, and the result is stored in the memory in the computer 39.

【００６６】同様に、前記トランスデューサ５３乃至５
６により電気音響変換された超音波は、音響レンズ２６
の平面部を通りカプラ液体２９を通り試料２８に入射す
る。前記試料２８で反射された超音波は再びカプラ液体
２９、音響レンズ２６を通りトランスデューサ５３乃至
５６で再び電気信号に変換されて平面試料反射信号とし
て、すでに位相検波部６２乃至６６側に切り替わった切
替えスイッチ５７乃至６１を介して、それぞれ位相検波
部６２乃至６６に入力する。前記位相検波部６２乃至６
６は、前述したと同様に位相検波され、その結果がコン
ピュータ３９内のメモリに記憶される。Similarly, the transducers 53 to 5
The ultrasonic waves electro-acoustic converted by 6 are acoustic lenses 26.
Incident on the sample 28 through the coupler liquid 29. The ultrasonic waves reflected by the sample 28 again pass through the coupler liquid 29 and the acoustic lens 26 and are converted again into electric signals by the transducers 53 to 56 to be plane sample reflection signals, which have already been switched to the phase detectors 62 to 66. The signals are input to the phase detectors 62 to 66 via the switches 57 to 61, respectively. The phase detectors 62 to 6
Phase 6 is phase-detected as described above, and the result is stored in the memory in the computer 39.

【００６７】前記位相検波部６２乃至６６の検波出力か
ら、音響レンズの周辺部の４つの点の距離が前述した計
算によって求められる。この距離の差により、試料が音
響レンズに対して、どちらに傾いているかをコンピュー
タで判断し、Ｘ−Ｙ傾き調整部６７によって傾きの調整
をすることができる。From the detection outputs of the phase detectors 62 to 66, the distances between the four points in the peripheral portion of the acoustic lens can be obtained by the above-mentioned calculation. Based on this difference in distance, the computer can determine which side the sample is inclined with respect to the acoustic lens, and the XY inclination adjusting section 67 can adjust the inclination.

【００６８】以上説明したように本発明によれば、試料
からの反射波によって測定できるため外乱の影響を受け
ずに音響レンズと試料の距離が測定でき、これまでに不
可能であった絶対距離が測定でき、相対距離の測定を非
常に高精度に行うことが可能となる。また、レンズの平
面部の反射をいくつかの部分で分けて距離を測定すれ
ば、音響レンズに対する試料の傾きを検出することもで
き、傾き調整に使用できる。As described above, according to the present invention, the distance between the acoustic lens and the sample can be measured without being affected by the disturbance because the measurement can be performed by the reflected wave from the sample. Can be measured, and the relative distance can be measured with extremely high accuracy. Further, if the reflection of the flat surface of the lens is divided into several parts and the distance is measured, the inclination of the sample with respect to the acoustic lens can be detected and can be used for inclination adjustment.

【００６９】尚、本発明は、例えば、参照波として基準
発振出力の代わりにレンズ内反射を使用することも考え
られる。この場合は送信には従来と同じくバースト波発
振器を用いることも可能である。参照波として発振器の
波を０°、９０°位相変化した波を使用する必要もなく
自由な位相でよい。検波器も特願平３−１８２６４５号
のような２つ以上の構成にしてさらに位相の測定精度を
向上させることも考えられる。In the present invention, it is also conceivable to use in-lens reflection instead of the reference oscillation output as the reference wave. In this case, a burst wave oscillator can be used for transmission as in the conventional case. It is not necessary to use a wave obtained by changing the phase of the oscillator by 0 ° or 90 ° as the reference wave, and a free phase may be used. It is also conceivable that the detector may have two or more configurations as in Japanese Patent Application No. 3-182645 to further improve the phase measurement accuracy.

【００７０】さらに、音響レンズと試料間の絶対距離が
測定できるため距離の最小値を決めてそれ以上距離が小
さくならないようにすることで音響レンズと試料の衝突
を防止する機構にも使用可能である。また本発明は、前
述した各実施例に限定されるものではなく、他にも発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や応用が可能であ
ることは勿論である。Furthermore, since the absolute distance between the acoustic lens and the sample can be measured, it can be used as a mechanism for preventing the collision between the acoustic lens and the sample by determining the minimum value of the distance and preventing the distance from becoming smaller. is there. Further, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that various modifications and applications can be made without departing from the scope of the invention.

【００７１】[0071]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、音
響レンズと試料間距離を直接的に測距する距離測定装置
を有する超音波測定装置を提供することができる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic measuring device having a distance measuring device for directly measuring the distance between the acoustic lens and the sample.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】図１は、本発明の第１実施例の超音波測定装置
の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】図２は、第１実施例の超音波測定装置の動作を
示すタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart showing the operation of the ultrasonic measurement device of the first embodiment.

【図３】図３は、第１実施例の超音波測定装置に用いら
れる音響レンズとトランスデューサの構成を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an acoustic lens and a transducer used in the ultrasonic measurement device of the first embodiment.

【図４】図４は、本発明の第２実施例の超音波測定装置
の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図５】図５は、第２実施例の超音波測定装置に用いら
れる音響レンズとトランスデューサの構成を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an acoustic lens and a transducer used in the ultrasonic measurement device of the second embodiment.

【図６】図６は、第３実施例として超音波測定装置に用
いられる音響レンズとトランスデューサの構成を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an acoustic lens and a transducer used in an ultrasonic measurement device as a third embodiment.

【図７】図７は、本発明の第３実施例の超音波測定装置
の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic measurement device according to a third embodiment of the present invention.

【図８】図８は、従来の超音波測定装置の構成を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional ultrasonic measurement device.

【図９】図９は、従来の超音波測定装置の動作を示すタ
イムチャートである。FIG. 9 is a time chart showing the operation of a conventional ultrasonic measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…送信部、２，２４，２４ａ，２４ｂ，５２５３，５
４，５５，５６…トランスデューサ、３，２５，２５
ａ，２５ｂ…前置増幅器、４…サーキュレータ、５，２
６…音響レンズ、６，２９…カプラ液体、７，２８…試
料、８…Ｘ−Ｙ走査部、９，２７…試料台、１０，４１
…Ｚ走査部、１１…ゲート部、１２…ピーク検出部、１
３，３５，３６，３７，３８…Ａ／Ｄ変換部、１４…メ
モリ、１５，３９…コンピュータ、１６，４２…表示
部、１７，４０…制御部、２１…発振部、２２…アナロ
グスイッチ、２３，５０，５１，５７，５８，５９，６
０，６１…切替えスイッチ、３３，３４…ローパスフィ
ルタ、３０，３１…乗算部、６２，６３，６４，６５，
６６…位相検波部、６７…Ｘ−Ｙ傾き調整部、Ｒ１…抵
抗。1 ... Transmitter, 2, 24, 24a, 24b, 5253, 5
4, 55, 56 ... Transducer, 3, 25, 25
a, 25b ... Preamplifier, 4 ... Circulator, 5, 2
6 ... Acoustic lens, 6, 29 ... Coupler liquid, 7, 28 ... Sample, 8 ... XY scanning part, 9, 27 ... Sample stage, 10, 41
... Z scanning unit, 11 ... Gate unit, 12 ... Peak detection unit, 1
3, 35, 36, 37, 38 ... A / D conversion section, 14 ... Memory, 15, 39 ... Computer, 16, 42 ... Display section, 17, 40 ... Control section, 21 ... Oscillation section, 22 ... Analog switch, 23, 50, 51, 57, 58, 59, 6
0, 61 ... Changeover switch, 33, 34 ... Low-pass filter, 30, 31 ... Multiplying section, 62, 63, 64, 65,
66 ... Phase detection section, 67 ... XY inclination adjustment section, R1 ... Resistance.

フロントページの続き (72)発明者 山岸 毅 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内Front page continued (72) Inventor Takeshi Yamagishi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 高周波バースト波を発生させる周波数可
変の発振手段と、 前記発振手段により発生させたバースト波を超音波に変
換し試料からの反射波を再び電気信号に変換する電気音
響変換手段と、 前記超音波を収束球面波にすると共に平面波を試料に入
射させる音響レンズと、 前記試料からの反射波を前記電気音響変換手段により再
び電気信号に変換した受信信号を位相敏感検波（ＰＳ
Ｄ）する位相検波手段と、 前記位相検波手段により検波出力された収束球面波試料
反射と平面波試料反射を個々にデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号化された平面波
試料反射信号から前記音響レンズと前記試料と間の距離
を演算する距離演算手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号化された収束球
面波試料反射信号から受信信号の強度及び位相を演算す
る強度及び位相演算手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段からのデジタル信号又は前記距離演
算手段と強度及び位相演算手段により算出された受信信
号の強度と位相を記憶する手段と、 前記距離演算手段により演算された距離からＡ／Ｄ変換
のタイミングを演算するタイミング演算手段と、 前記電気音響変換手段により生成した超音波の前記音響
レンズから前記試料への入射方向をＺ軸とし、該Ｚ軸方
向に該音響レンズと該試料との相対距離を変化させる手
段とを具備することを特徴とする超音波測定装置。1. A variable frequency oscillating means for generating a high frequency burst wave, and an electroacoustic converting means for converting the burst wave generated by the oscillating means into an ultrasonic wave and converting the reflected wave from the sample into an electric signal again. An acoustic lens that converts the ultrasonic wave into a convergent spherical wave and makes a plane wave incident on a sample; and a phase sensitive detection (PS) of a reception signal obtained by converting a reflected wave from the sample into an electric signal again by the electroacoustic conversion means.
D) phase detecting means, A / D converting means for individually converting the convergent spherical wave sample reflection and plane wave sample reflection detected and output by the phase detecting means into digital signals, and the A / D converting means for digital signals Distance calculation means for calculating the distance between the acoustic lens and the sample from the converted plane wave sample reflection signal, and the strength of the received signal from the convergent spherical wave sample reflection signal digitized by the A / D conversion means. An intensity and phase calculating means for calculating a phase; a digital signal from the A / D converting means or a means for storing the intensity and phase of the received signal calculated by the distance calculating means and the intensity and phase calculating means; Timing calculation means for calculating the timing of A / D conversion from the distance calculated by the calculation means; and ultrasonic waves generated by the electroacoustic conversion means. Serial direction of incidence of the acoustic lens to the sample as a Z-axis, an ultrasonic measuring apparatus characterized by comprising a means for varying the relative distance between the acoustic lens and the sample in the Z-axis direction. 【請求項２】 連続波を発生する周波数可変の基準発振
手段と、 前記基準発信手段が発生した連続波の一部を切りとり、
バースト波を取出すバースト波取出し手段と、 前記バースト波取出し手段により取出されたバースト波
を超音波に変換し、試料からの反射波を再び電気信号に
変換する電気音響変換手段と、 前記電気音響変換手段により生成された超音波を収束球
面波にすると共に平面波を試料に入射させる音響レンズ
と、 前記基準発振手段が発生した連続波の位相を変化させる
位相手段と、 前記基準発信手段が発生した連続波を第１参照信号と
し、前記位相手段により位相変化された出力を第２参照
信号とし、前記超音波送受信手段により変換出力された
受信信号をそれぞれの参照信号を用いて直接位相敏感検
波する位相検波手段と、 前記位相検波手段により検波出力された収束球面波試料
反射と平面波試料反射を個々にデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号化された平面波
試料反射信号から前記音響レンズと前記試料と間の距離
を演算する距離演算手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号化された収束球
面波試料反射信号から受信信号の強度及び位相を演算す
る強度及び位相演算手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段からのデジタル信号又は前記距離演
算手段と強度及び位相演算手段により算出された受信信
号の強度と位相を記憶する手段と、 前記距離演算手段により演算された距離からＡ／Ｄ変換
のタイミングを演算するタイミング演算手段と、 前記電気音響変換手段により生成した超音波の前記音響
レンズから前記試料への入射方向をＺ軸とし、該Ｚ軸方
向に該音響レンズと該試料との相対距離を変化させる手
段とを具備することを特徴とする超音波測定装置。2. A variable frequency reference oscillation means for generating a continuous wave, and a part of the continuous wave generated by the reference transmission means is cut off,
A burst wave extracting means for extracting a burst wave, an electroacoustic converting means for converting the burst wave extracted by the burst wave extracting means into an ultrasonic wave, and converting the reflected wave from the sample into an electric signal again, the electroacoustic conversion An acoustic lens for making the ultrasonic wave generated by the means a convergent spherical wave and for making a plane wave incident on the sample; a phase means for changing the phase of the continuous wave generated by the reference oscillation means; and a continuous wave generated by the reference transmission means. A wave as a first reference signal, an output whose phase has been changed by the phase means as a second reference signal, and a phase in which the received signal converted and output by the ultrasonic wave transmitting / receiving means is directly phase-sensitively detected using each reference signal. Detecting means, A / D for individually converting the convergent spherical wave sample reflection and plane wave sample reflection detected and output by the phase detecting means into digital signals Conversion means, distance calculation means for calculating the distance between the acoustic lens and the sample from the plane wave sample reflection signal digitized by the A / D conversion means, and digitized by the A / D conversion means. Intensity and phase calculation means for calculating the intensity and phase of the received signal from the convergent spherical wave sample reflection signal, and the digital signal from the A / D conversion means or the reception calculated by the distance calculation means and intensity and phase calculation means From the means for storing the intensity and phase of the signal, the timing calculation means for calculating the timing of A / D conversion from the distance calculated by the distance calculation means, and the acoustic lens of the ultrasonic wave generated by the electroacoustic conversion means. And a means for changing the relative distance between the acoustic lens and the sample in the Z-axis direction with respect to the Z-axis. Ultrasonic measurement device for. 【請求項３】 連続波を発生する周波数可変の基準発振
手段と、 前記基準発信手段により発生した連続波の一部を切りと
り、バースト波を取り出すバースト波取出し手段と、 前記バースト波取出し手段により取出されたバースト波
を超音波に変換し、試料からの反射波を再び電気信号に
変換する電気音響変換手段と、 前記電気音響変換手段により生成された超音波を収束球
面波すると共に平面波を試料に入射させる音響レンズ
と、 前記基準発振手段が発生した連続波の位相を変化させる
位相手段と、 前記基準発信手段が発生した連続波を第１参照信号と
し、前記位相手段により位相変化された出力を第２参照
信号とし、前記超音波送受信手段により変換出力された
受信信号をそれぞれの参照信号を用いて直接位相敏感検
波する位相検波手段と、 前記位相検波手段により検波出力された収束球面波試料
反射と平面波試料反射を個々にデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号化された収束球
面波試料反射信号から受信信号の強度及び位相を演算す
る強度及び位相演算手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段からのデジタル信号又は前記強度及
び位相演算手段により算出された受信信号の強度と位相
を記憶する手段と、 前記距離演算手段により演算された距離からＡ／Ｄ変換
のタイミングを演算するタイミング演算手段と、 前記電気音響変換手段により生成した超音波の前記音響
レンズから前記試料への入射方向をＺ軸とし、該Ｚ軸方
向に該音響レンズと該試料との相対距離を変化させる手
段と、 前記位相検波手段により検出された平面波の位相から試
料の表面をＺ軸と垂直にする調整手段とを具備すること
を特徴とする超音波測定装置。3. A variable frequency reference oscillating means for generating a continuous wave, a burst wave extracting means for extracting a burst wave by cutting off a part of the continuous wave generated by the reference transmitting means, and a burst wave extracting means for extracting the burst wave. The converted burst wave to ultrasonic waves, and the electroacoustic conversion means for converting the reflected wave from the sample into an electric signal again, and the ultrasonic waves generated by the electroacoustic conversion means are convergent spherical waves and plane waves to the sample. An acoustic lens to be incident, a phase means for changing the phase of the continuous wave generated by the reference oscillating means, a continuous wave generated by the standard oscillating means as a first reference signal, and an output phase-changed by the phase means. Phase detection means for directly phase-sensitively detecting the reception signal converted and output by the ultrasonic wave transmission / reception means using each reference signal as the second reference signal An A / D conversion unit for individually converting the convergent spherical wave sample reflection and the plane wave sample reflection detected and output by the phase detection unit into digital signals; and the convergent spherical wave sample converted into a digital signal by the A / D conversion unit. Intensity and phase calculating means for calculating the intensity and phase of the received signal from the reflected signal, and means for storing the digital signal from the A / D converting means or the intensity and phase of the received signal calculated by the intensity and phase calculating means A timing calculation means for calculating the timing of A / D conversion from the distance calculated by the distance calculation means, and an incident direction of the ultrasonic wave generated by the electroacoustic conversion means from the acoustic lens to the sample is the Z axis. A means for changing the relative distance between the acoustic lens and the sample in the Z-axis direction, and a phase of the plane wave detected by the phase detection means. Ultrasonic measuring apparatus, wherein a surface of the sample comprising an adjusting means for the Z-axis perpendicular.