JPH10123110A - Image separation method of ultrasonic microscope, surface acoustic wave image creation method, and surface acoustic wave microscope - Google Patents
Image separation method of ultrasonic microscope, surface acoustic wave image creation method, and surface acoustic wave microscopeInfo
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- JPH10123110A JPH10123110A JP8299325A JP29932596A JPH10123110A JP H10123110 A JPH10123110 A JP H10123110A JP 8299325 A JP8299325 A JP 8299325A JP 29932596 A JP29932596 A JP 29932596A JP H10123110 A JPH10123110 A JP H10123110A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、開口角の広い音響
レンズを備えた超音波顕微鏡と時間弁別表示技術を組み
合わせて成る超音波顕微鏡の画像分離方法、当該超音波
顕微鏡を利用して実現される弾性表面波画像作成方法お
よび弾性表面波顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image separation method for an ultrasonic microscope which combines an ultrasonic microscope provided with an acoustic lens having a wide aperture angle and a time discrimination display technique, and is realized by using the ultrasonic microscope. And a surface acoustic wave microscope.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超音波顕微鏡の主要な構成を概略的に図
８に示す。パルス発振器１１１から供給されるパルス状
の電気信号１１２は、音響レンズ１１３に設けられた振
動子１１４でバースト波状の超音波１１５に変換され
る。この超音波１１５は音響レンズ１１３の中を伝わ
り、その下面に形成された凹面部（超音波出射部）１１
６で収束され、試料１１７に照射される。試料１１７で
反射された超音波（反射波）は、ほぼ同じ経路を逆に辿
って振動子１１４に到達する。反射超音波は振動子１１
４で電気信号（エコー信号）１１８に変換され、この電
気信号１１８は受信器１１９で受信される。当該電気信
号１１８はＣＲＴ１２０の輝度変調信号として用いられ
る。2. Description of the Related Art The main structure of an ultrasonic microscope is schematically shown in FIG. The pulse-like electric signal 112 supplied from the pulse oscillator 111 is converted into a burst wave-like ultrasonic wave 115 by a vibrator 114 provided on the acoustic lens 113. This ultrasonic wave 115 propagates through the acoustic lens 113, and a concave portion (ultrasonic emission portion) 11 formed on the lower surface thereof
The light is converged at 6 and irradiates the sample 117. The ultrasonic wave (reflected wave) reflected by the sample 117 reaches the vibrator 114 by following substantially the same path in reverse. The reflected ultrasonic wave is applied to the transducer 11
At 4, the signal is converted into an electric signal (echo signal) 118, and the electric signal 118 is received by the receiver 119. The electric signal 118 is used as a luminance modulation signal of the CRT 120.
【０００３】１回のバースト状超音波の送受信で、ＣＲ
Ｔ１２０の画面に表示される画像の１画素分が埋められ
る。１画素を得るための操作を、試料台１２１の２次元
走査と同期して繰り返すことにより、１枚の画像が作ら
れる。ここで、音響レンズ１１３と試料１１７との間に
は、超音波を伝える媒質１２２（一般には蒸留水）が用
いられる。１２３は試料台１２１を移動させる駆動電源
である。[0003] In one transmission / reception of burst ultrasonic waves, CR
One pixel of the image displayed on the screen at T120 is filled. By repeating the operation for obtaining one pixel in synchronization with the two-dimensional scanning of the sample table 121, one image is created. Here, a medium 122 (generally, distilled water) for transmitting ultrasonic waves is used between the acoustic lens 113 and the sample 117. Reference numeral 123 denotes a drive power supply for moving the sample table 121.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記構成を備えた超音
波顕微鏡で用いられる信号の波形は一般的に多くの波数
を含むバースト波信号である。この信号は、試料１１７
の音速等の物性値が得られるＶ（ｚ）曲線を得るために
使用されると共に、試料１１７の表面近傍の状態を画像
にするために用いられる。また音響レンズ１１３の凹面
部１１６は、弾性表面波が発生する試料固有の臨界角よ
りも大きくなるように、大きな開口角を有している。The waveform of a signal used in the ultrasonic microscope having the above configuration is generally a burst wave signal containing a large number of waves. This signal is the sample 117
It is used to obtain a V (z) curve from which a physical property value such as a sound velocity of the sample 117 can be obtained, and also used to make an image of a state near the surface of the sample 117. Further, the concave portion 116 of the acoustic lens 113 has a large opening angle so as to be larger than the critical angle inherent to the sample at which the surface acoustic wave is generated.
【０００５】このように、バースト波信号と開口角の大
きな音響レンズを用いて試料の材料組織や材料構造を観
察する場合、試料表面近傍から反射する超音波（鏡面反
射による超音波）と試料表面で生じる弾性表面波が干渉
したり、試料内部から生じる多重反射波が干渉するため
に、ＣＲＴ１２０の画面に得られた画像の分析が困難な
ものとなる。As described above, when observing the material structure or material structure of a sample using a burst wave signal and an acoustic lens having a large aperture angle, the ultrasonic waves reflected from near the sample surface (ultrasonic waves due to specular reflection) and the sample surface In this case, it is difficult to analyze the image obtained on the screen of the CRT 120 because the surface acoustic waves generated in the CRT interfere with each other and the multiple reflected waves generated inside the sample interfere with each other.
【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決すること
にあり、鏡面反射による超音波のみ、弾性表面波のみ、
あるいは両者が合成されたものの各画像を作成するこ
と、また超音波の周波数を変えることにより画像を作成
することを可能にし、画像上で鏡面反射による超音波と
弾性表面波の干渉をなくして、画像解釈が容易な画像を
得ることができる超音波顕微鏡の画像分離方法を提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and only ultrasonic waves due to specular reflection, only surface acoustic waves,
Alternatively, it is possible to create an image of both synthesized, and also to create an image by changing the frequency of the ultrasonic wave, eliminating interference between ultrasonic waves and surface acoustic waves due to specular reflection on the image, An object of the present invention is to provide an image separation method of an ultrasonic microscope capable of obtaining an image whose image interpretation is easy.
【０００７】本発明の他の目的は、上記課題に関連し
て、超音波顕微鏡の構成を利用して試料表面の特徴的情
報を取り出すことのできる弾性表面波画像作成方法を提
供することにある。Another object of the present invention is to provide a method for generating a surface acoustic wave image that can extract characteristic information of a sample surface using the configuration of an ultrasonic microscope. .
【０００８】本発明の他の目的は、さらに上記課題に関
連して、超音波顕微鏡を利用しその信号処理機能を改善
するだけで実現され、試料表面で生じた弾性表面波で得
られる情報のみ取り出せるようにした弾性表面波顕微鏡
を提供することにある。Another object of the present invention, which relates to the above problems, is realized only by improving the signal processing function of the ultrasonic microscope, and only the information obtained by the surface acoustic waves generated on the sample surface is obtained. An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave microscope which can be taken out.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段および作用】第１の本発明
（請求項１に対応）に係る超音波顕微鏡の画像分離方法
は、上記の目的を達成するため、信号を超音波に変換す
る振動子と試料の表面に弾性表面波を生じさせる十分に
広い開口度（開口角）の凹面部とを有する音響レンズを
備え、バースト波信号を用いて振動子で超音波を発生
し、この超音波を凹面部から試料に出射し、試料からの
反射波を振動子でエコー信号に変換して受信し、このエ
コー信号を用いて試料の観察画像を作成し表示部に表示
する超音波顕微鏡における方法であり、エコー信号の波
形幅よりも小さいゲート幅のゲートパルスを作成し、こ
のゲートパルスの位置を任意に設定することによりエコ
ー信号の一部を任意に取り出し、当該一部のエコー信号
で観察画像を作成することを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention (corresponding to claim 1), an image separation method for an ultrasonic microscope according to the first aspect of the present invention provides a vibration converting signal into an ultrasonic wave in order to achieve the above object. An acoustic lens having a concave portion having a sufficiently wide aperture (opening angle) for generating a surface acoustic wave on the surface of the sample and the surface of the sample, and generating ultrasonic waves using a vibrator using a burst wave signal; A method in an ultrasonic microscope that emits a light from a concave portion to a sample, converts the reflected wave from the sample into an echo signal with a vibrator, receives the echo signal, creates an observation image of the sample using the echo signal, and displays the image on a display unit. A gate pulse having a gate width smaller than the waveform width of the echo signal is created, and the position of the gate pulse is set arbitrarily to extract a part of the echo signal and observe the part of the echo signal. Create an image It is characterized in.
【００１０】第２の本発明（請求項２に対応）に係る超
音波顕微鏡の画像分離方法は、第１の方法において、上
記エコー信号は、鏡面反射波に係る信号とこの信号に対
して時間的に遅れる弾性表面波に係る信号からなり、ゲ
ートパルスの設定位置によって、鏡面反射波に係る信
号、弾性表面波に係る信号、および上記２つの信号から
なる合成信号のうちのいずれかを取り出し、取り出した
信号で観察画像を作成することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention (corresponding to claim 2), in the first aspect, the echo signal includes a signal related to a specular reflected wave and a time relative to the signal related to the specular reflected wave. It consists of a signal related to a surface acoustic wave that is delayed in time, and, depending on the setting position of the gate pulse, takes out one of a signal related to the specular reflected wave, a signal related to the surface acoustic wave, and a composite signal including the two signals, It is characterized in that an observation image is created with the extracted signal.
【００１１】第３の本発明（請求項３に対応）に係る超
音波顕微鏡の画像分離方法は、第２の方法において、上
記ゲートパルスの位置をエコー信号の波形の前縁部に設
定して鏡面反射波に係る信号を取り出し、またはゲート
パルスの位置をエコー信号の波形の中央部に設定して合
成信号を取り出し、またはゲートパルスの位置をエコー
信号の波形の後縁部に設定して弾性表面波に係る信号を
取り出すことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention (corresponding to claim 3), in the image separating method for an ultrasonic microscope according to the second aspect, the position of the gate pulse is set at the leading edge of the waveform of the echo signal. Extract the signal related to the specular reflection wave, or set the gate pulse position at the center of the echo signal waveform to extract the composite signal, or set the gate pulse position at the trailing edge of the echo signal waveform to make it elastic. It is characterized by extracting a signal related to a surface wave.
【００１２】第４の本発明（請求項４に対応）に係る弾
性表面波画像作成方法は、上記目的を達成するため、信
号を超音波に変換する振動子と試料の表面に弾性表面波
を生じさせる広い開口度（開口角）の凹面部とを有する
音響レンズを備え、バースト波信号を用いて振動子で超
音波を発生し、この超音波を凹面部から試料に出射し、
試料からの反射波を振動子でエコー信号に変換して受信
し、このエコー信号を用いて試料の観察画像を作成し表
示部に表示する超音波顕微鏡を利用した弾性表面波画像
作成方法であり、エコー信号の波形幅よりも小さいゲー
ト幅のゲートパルスを作成し、このゲートパルスの位置
をエコー信号の波形の後縁部に設定して、エコー信号に
含まれる弾性表面波に係る信号を取り出し、この信号で
弾性表面波に係る画像を作成することを特徴とするもの
である。According to a fourth aspect of the present invention (corresponding to claim 4), in order to achieve the above object, in order to achieve the above object, a vibrator for converting a signal into an ultrasonic wave and a surface acoustic wave on a sample surface are provided. An acoustic lens having a concave portion having a wide opening degree (opening angle) to be generated, generating ultrasonic waves with a vibrator using a burst wave signal, and emitting the ultrasonic waves from the concave portion to the sample;
This is a method of creating a surface acoustic wave image using an ultrasonic microscope that converts a reflected wave from a sample into an echo signal with a vibrator and receives it, creates an observation image of the sample using the echo signal, and displays it on a display unit. Create a gate pulse with a gate width smaller than the waveform width of the echo signal, set the position of this gate pulse at the trailing edge of the waveform of the echo signal, and extract the signal related to the surface acoustic wave included in the echo signal An image related to the surface acoustic wave is created using this signal.
【００１３】第５の本発明（請求項５に対応）に係る弾
性表面波画像作成方法は、上記第４の方法において、上
記超音波の周波数を変化させ、異なる複数の周波数の各
々の超音波を利用して弾性表面波に係る画像を作成する
ことを特徴とする。A fifth surface acoustic wave image creating method according to the present invention (corresponding to claim 5) is the method according to the fourth method, wherein the frequency of the ultrasonic wave is changed, and each of the ultrasonic waves at a plurality of different frequencies is changed. Is used to create an image relating to surface acoustic waves.
【００１４】第６の本発明（請求項６に対応）に係る弾
性表面波顕微鏡は、上記目的を達成するため、信号を超
音波に変換する振動子と試料の表面に弾性表面波を生じ
させる広い開口度（開口角）の凹面部とを有する音響レ
ンズを備え、バースト波信号を用いて振動子で超音波を
発生し、この超音波を凹面部から試料に出射し、試料か
らの反射波を振動子でエコー信号に変換して受信し、こ
のエコー信号を用いて試料の観察画像を作成し表示部に
表示するように構成され、さらに、エコー信号の波形幅
よりも小さいゲート幅のゲートパルスを作成するゲート
パルス作成手段と、ゲートパルスを入力し、このゲート
パルスの位置をエコー信号の波形の後縁部に設定するゲ
ート手段とを備え、ゲートパルスによりエコー信号に含
まれる弾性表面波に係る信号を取り出し、この信号で弾
性表面波に係る画像を作成することを特徴とする。In order to achieve the above object, a surface acoustic wave microscope according to a sixth aspect of the present invention (corresponding to claim 6) generates a surface acoustic wave on the surface of a sample and a vibrator for converting a signal into an ultrasonic wave. An acoustic lens having a concave portion with a wide aperture (opening angle) is provided. Ultrasonic waves are generated by a vibrator using a burst wave signal, and the ultrasonic wave is emitted from the concave portion to the sample, and a reflected wave from the sample is generated. Is converted into an echo signal by a vibrator and received, an observation image of the sample is created using the echo signal and displayed on a display unit, and further, a gate having a gate width smaller than the waveform width of the echo signal. A gate pulse generating means for generating a pulse; and a gate means for inputting the gate pulse and setting the position of the gate pulse at a trailing edge of the waveform of the echo signal. The surface acoustic wave included in the echo signal by the gate pulse is provided. A signal according extraction, characterized by creating an image of the surface acoustic wave at the signal.
【００１５】本発明では、音響レンズから出射された超
音波の伝播経路を分析して、各経路を伝播する超音波を
時間的に弁別表示すれば、画像の形成要因が明らかにな
り、画像解釈が容易になる画像が得られるという考えに
基づいている。この考えを実現する方法として、ゲート
幅を所望の一定値にして、信号の取り込みタイミングを
変化させて、各経路を伝播する超音波を時間的に弁別す
る構成を採用している。これによって、鏡面反射波に係
る信号、弾性表面波に係る信号、および上記２つの信号
からなる合成信号のうちのいずれかを分離して取り出
し、取り出した信号で観察画像を作成することが可能に
なった。また弾性表面波に係る信号のみによる画像を得
ることができ、超音波顕微鏡を利用して弾性表面波画像
作成方法を実現でき、さらに弾性表面波顕微鏡を実現す
ることができる。In the present invention, if the propagation paths of the ultrasonic waves emitted from the acoustic lens are analyzed and the ultrasonic waves propagating through each path are temporally discriminated and displayed, the image formation factors become clear, and the image interpretation This is based on the idea that an image that can be easily obtained is obtained. As a method of realizing this idea, a configuration is adopted in which the gate width is set to a desired constant value, the timing of capturing signals is changed, and the ultrasonic waves propagating in each path are temporally discriminated. This makes it possible to separate and extract any one of the signal related to the specular reflected wave, the signal related to the surface acoustic wave, and the composite signal including the above two signals, and create an observation image using the extracted signal. became. Further, it is possible to obtain an image using only a signal relating to the surface acoustic wave, to realize a surface acoustic wave image creation method using an ultrasonic microscope, and to further realize a surface acoustic wave microscope.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００１７】本発明の代表的な実施形態を図１に示す。
基本的な構成は、図８で示した従来の構成に類似してい
る。図１を参照して構成を説明する。駆動電源２３で移
動可能に設けられた試料台２１上に試料１７が配置され
ている。この試料１７に対して媒質（水）２２を介在さ
せて音響レンズ１３が配置される。音響レンズ１３の上
部には振動子１４が設けられる。振動子１４は、パルス
発振器１１から与えられるパルス状電気信号１２をバー
スト状の超音波１５に変換する。振動子１４で発生した
超音波１５は音響レンズ１３の中を伝わる。超音波１５
は凹面部１６で収束され、試料１７に対して出射され
る。試料１７で反射された超音波（反射波）は、同じ経
路を反対方向に進み、振動子１４で電気信号（エコー信
号）１８に変換される。電気信号１８は受信器１９に入
力される。FIG. 1 shows a typical embodiment of the present invention.
The basic configuration is similar to the conventional configuration shown in FIG. The configuration will be described with reference to FIG. A sample 17 is arranged on a sample stage 21 movably provided by a drive power supply 23. The acoustic lens 13 is disposed on the sample 17 with a medium (water) 22 interposed therebetween. A vibrator 14 is provided above the acoustic lens 13. The vibrator 14 converts the pulse-like electric signal 12 given from the pulse oscillator 11 into a burst-like ultrasonic wave 15. Ultrasonic waves 15 generated by the vibrator 14 propagate through the acoustic lens 13. Ultrasonic 15
Are converged by the concave portion 16 and emitted to the sample 17. The ultrasonic waves (reflected waves) reflected by the sample 17 travel in the same path in the opposite direction, and are converted into an electric signal (echo signal) 18 by the vibrator 14. The electric signal 18 is input to a receiver 19.
【００１８】本実施形態の超音波顕微鏡では、さらに、
ゲートパルス発生回路３１とゲート回路３２が設けられ
る。ゲート回路３２は受信器１９と、画像を表示するた
めのＣＲＴ（表示部）２０との間に接続される。ゲート
パルス発生回路３１は、電気信号１８の任意の一部を取
り出すことができるパルス幅（ゲート幅）と位相（パル
ス位置）を有するゲートパルスを生成する。当該ゲート
パルスのパルス幅は可変であり、上記電気信号１８の存
続時間（波形幅）よりも小さく設定でき、また電気信号
１８に対するゲートパルスの位置も任意に設定すること
ができる。かかるゲートパルスはゲート回路３２に与え
られる。ゲート回路３２は、入力された当該ゲートパル
スに基づきゲートを設定する。ゲート回路３２で設定さ
れたゲートによって受信器１９から出力される画像信号
の一部が選択され、当該一部の画像信号がＣＲＴ２０に
与えられる。ＣＲＴ２０の画面では、入力された画像信
号によって画像が表示される。In the ultrasonic microscope according to the present embodiment,
A gate pulse generation circuit 31 and a gate circuit 32 are provided. The gate circuit 32 is connected between the receiver 19 and a CRT (display unit) 20 for displaying an image. The gate pulse generation circuit 31 generates a gate pulse having a pulse width (gate width) and a phase (pulse position) from which an arbitrary part of the electric signal 18 can be extracted. The pulse width of the gate pulse is variable, and can be set smaller than the duration (waveform width) of the electric signal 18, and the position of the gate pulse with respect to the electric signal 18 can be set arbitrarily. The gate pulse is applied to the gate circuit 32. The gate circuit 32 sets a gate based on the input gate pulse. A part of the image signal output from the receiver 19 is selected by the gate set by the gate circuit 32, and the part of the image signal is supplied to the CRT 20. On the screen of the CRT 20, an image is displayed according to the input image signal.
【００１９】ゲートパルス発生回路３１は入力部３３を
備えている。また受信器１９はオシロ・スコープ３４に
接続されている。オシロ・スコープ３４には、受信器１
９から、電気信号１８が与えられる。オシロ・スコープ
３４では、電気信号１８に基づく信号波形が示される。
さらにゲートパルス発生回路３１は、生成したゲートパ
ルスをオシロ・スコープ３４に対して出力する。オシロ
・スコープ３４では、電気信号１８による信号波形と併
せて、ゲートパルスの波形が、両者の位相の関係を調整
した状態で表示される。入力部３３を入力操作すること
により、ゲート幅およびゲートパルスの位置を調整する
ことができる。図３では、オシロ・スコープ３４の画面
における、電気信号１８による信号波形３５と、ゲート
パルスの波形３６の実際例が示される。この例では、超
音波として１００ＭＨｚの周波数のものが使用されてい
る。The gate pulse generating circuit 31 has an input section 33. The receiver 19 is connected to an oscilloscope 34. The oscilloscope 34 has a receiver 1
From 9, an electrical signal 18 is provided. The oscilloscope 34 shows a signal waveform based on the electric signal 18.
Further, the gate pulse generation circuit 31 outputs the generated gate pulse to the oscilloscope 34. In the oscilloscope 34, the waveform of the gate pulse is displayed together with the signal waveform of the electric signal 18 in a state where the relationship between the phases of the two is adjusted. By performing an input operation on the input unit 33, the gate width and the position of the gate pulse can be adjusted. FIG. 3 shows a practical example of the signal waveform 35 based on the electric signal 18 and the gate pulse waveform 36 on the screen of the oscilloscope 34. In this example, an ultrasonic wave having a frequency of 100 MHz is used.
【００２０】超音波顕微鏡の上記構成において、図２を
参照して、音響レンズ１３と試料１７の位置関係と、音
響レンズ１３の凹面部１６の形態と、音響レンズ１３と
試料１７での超音波１５の伝わり方（伝搬経路）と、反
射されて戻ってくる超音波１５の内容をさらに詳しく説
明する。In the above configuration of the ultrasonic microscope, referring to FIG. 2, the positional relationship between the acoustic lens 13 and the sample 17, the shape of the concave portion 16 of the acoustic lens 13, and the ultrasonic wave between the acoustic lens 13 and the sample 17. 15 (propagation path) and the content of the ultrasonic wave 15 which is reflected and returned will be described in further detail.
【００２１】図２に示すように、凹面部１６の形態に関
して、その開口角（α）が臨界角以上である相対的に広
い開口角を有する音響レンズ１３が使用される。また、
音響レンズ１３の焦点４１が試料１７の表面１７ａから
深さｚに位置するように、音響レンズ１３と試料１７の
相対的な位置関係が設定される。この場合、音響レンズ
１３の凹面部１６から出射される超音波１５に関してそ
の後の画像作成に関与するものは、大きく分けると、試
料１７の表面１７ａに垂直に入射し当該表面で反射され
て音響レンズ１３に戻る超音波成分１５ａと、試料固有
の臨界角θR で入射しその一部が漏洩して試料表面１７
ａを伝わり、同じ臨界角で出射して音響レンズ１３に戻
る超音波成分１５ｂである。前者の超音波成分１５ａは
点ｅ，ｏ，ｅの経路（以下「ｅ−ｏ−ｅ経路」という）
を通り、後者の超音波成分１５ｂは点ａ，ｂ，ｏ，ｃ，
ｄの経路（以下「ａ−ｂ−ｏ−ｃ−ｄ経路」という）を
通る。超音波１５のうちその他の成分、例えば臨界角よ
りも大きな角度で入射する成分は、試料１５の表面で反
射されて拡散され、画像の作成には寄与しない。As shown in FIG. 2, an acoustic lens 13 having a relatively wide opening angle whose opening angle (α) is equal to or larger than a critical angle is used for the shape of the concave surface portion 16. Also,
The relative positional relationship between the acoustic lens 13 and the sample 17 is set such that the focal point 41 of the acoustic lens 13 is located at a depth z from the surface 17a of the sample 17. In this case, regarding the ultrasonic waves 15 emitted from the concave surface portion 16 of the acoustic lens 13, those that are involved in the subsequent image creation can be roughly divided into those that are perpendicularly incident on the surface 17 a of the sample 17 and are reflected on the surface 17 a. An ultrasonic component 15a returning to the sample 13 is incident at a critical angle θ R inherent to the sample, and a part of the component leaks and the sample surface 17a.
An ultrasonic component 15b that travels through a and exits at the same critical angle and returns to the acoustic lens 13. The former ultrasonic component 15a has a path of points e, o, e (hereinafter referred to as an "e-o-e path").
, The latter ultrasonic component 15b is converted to points a, b, o, c,
d (hereinafter, referred to as “abcd path”). Other components of the ultrasonic wave 15, for example, components incident at an angle larger than the critical angle are reflected and diffused on the surface of the sample 15, and do not contribute to the creation of an image.
【００２２】ここで、上記のａ−ｂ−ｏ−ｃ−ｄ経路を
通る超音波成分１５ｂの特徴について述べると、ｂ−ｏ
−ｃの区間は試料１５の表面であって、超音波成分１５
ｂは当該試料表面１５ａで弾性表面波４２を励起し、弾
性表面波の状態で伝わっているということである。そこ
で、超音波成分１５ｂを以下では「弾性表面波による
波」と呼ぶ。またｅ−ｏ−ｅ経路を通る超音波成分１５
ａは、試料表面１７ａで鏡面反射をしているので、以下
では「鏡面反射波による波」と呼ぶ。Here, the characteristics of the ultrasonic component 15b passing through the above-described aobodc path will be described.
The section -c is the surface of the sample 15 and the ultrasonic component 15
b indicates that the surface acoustic wave 42 is excited on the sample surface 15a and transmitted in the state of the surface acoustic wave. Therefore, the ultrasonic component 15b is hereinafter referred to as a "wave caused by a surface acoustic wave". Also, an ultrasonic component 15 passing through the e-o-e path
Since a is specularly reflected on the sample surface 17a, it is hereinafter referred to as "wave due to specular reflected wave".
【００２３】以上のことから、試料１７での反射で音響
レンズ１３に戻ってくるバースト状の超音波は、正確に
述べると、鏡面反射波による波（超音波成分１５ａ）と
弾性表面波による波（超音波成分１５ｂ）が合成された
ものである。上記受信器１９で得られる反射超音波に対
応する電気信号１８には、ｅ−ｏ−ｅ経路を通る鏡面反
射波による波に対応する信号成分と、ａ−ｂ−ｏ−ｃ−
ｄ経路を通る弾性表面波による波に対応する信号成分が
含まれる。鏡面反射波と弾性表面波による各波の振動子
１４に到達する時間は、それぞれの経路に応じて決まる
ので、信号成分１５ａ，１５ｂの合成の仕方はそれらの
位相関係に基づいて決定される。From the above, the burst-like ultrasonic wave returning to the acoustic lens 13 by the reflection at the sample 17 is, to be precise, a wave due to a specular reflection wave (ultrasonic component 15a) and a wave due to a surface acoustic wave. (Ultrasonic component 15b) is synthesized. The electric signal 18 corresponding to the reflected ultrasonic wave obtained by the receiver 19 includes a signal component corresponding to a wave due to a specular reflected wave passing through the e-o-e path, and a-b-oc-
A signal component corresponding to a surface acoustic wave passing through the d path is included. The time required for each wave of the specular reflected wave and the surface acoustic wave to reach the vibrator 14 is determined according to each path, and thus the method of combining the signal components 15a and 15b is determined based on their phase relationship.
【００２４】図３では、前述の通り、受信器１９に入力
される電気信号１８の信号波形の実際例が示されてい
る。この図に示された信号波形３５は、上記の通り、ｅ
−ｏ−ｅ経路を通る波（超音波成分１５ａ）に対応する
信号成分と、ａ−ｂ−ｏ−ｃ−ｄ経路を通る波（超音波
成分１５ｂ）に対応する信号成分の合成によって作られ
ている。FIG. 3 shows a practical example of the signal waveform of the electric signal 18 input to the receiver 19, as described above. The signal waveform 35 shown in FIG.
It is created by synthesizing a signal component corresponding to the wave (ultrasonic component 15a) passing through the -oe path and a signal component corresponding to the wave (ultrasonic component 15b) passing through the abocd path. ing.
【００２５】図３に示した信号波形３５を、ｅ−ｏ−ｅ
経路を通る鏡面反射波による波に対応する信号成分と、
ａ−ｂ−ｏ−ｃ−ｄ経路を通る弾性表面波による波に対
応する信号成分に分離して模式的に示すと、図４のよう
になる。信号成分３５ａはｅ−ｏ−ｅ経路を通る鏡面反
射波による波に対応する信号成分と、信号成分３５ｂは
ａ−ｂ−ｏ−ｃ−ｄ経路を通る弾性表面波による波に対
応する信号成分である。図４では、位相関係については
考慮しているが、振幅については厳密に考慮していな
い。信号成分３５ａ，３５ｂが合成される結果、図３に
示された上記信号波形３５が作られる。The signal waveform 35 shown in FIG.
A signal component corresponding to the wave due to the specular reflected wave passing through the path;
FIG. 4 schematically shows a signal component corresponding to a wave caused by a surface acoustic wave passing through the ab-ocd path. The signal component 35a is a signal component corresponding to a wave due to a specular reflected wave passing through the e-o-e path, and the signal component 35b is a signal component corresponding to a wave due to a surface acoustic wave passing through the a-bocd path. It is. In FIG. 4, the phase relationship is considered, but the amplitude is not strictly considered. As a result of combining the signal components 35a and 35b, the signal waveform 35 shown in FIG. 3 is created.
【００２６】図４では、時間間隔ΔｔR に基づいて３つ
領域Ａ，Ｂ，Ｃが設定されている。当該時間間隔ΔｔR
は、鏡面反射波と弾性表面波による２つの波が振動子１
４に到達するときの時間差に相当する。ΔｔR は、それ
ぞれの経路の差に基づき、次のように導かれる。ここで
ａ−ｂ−ｏ−ｃ−ｄ経路を通過する波の通過に必要な時
間をｔabocd とし、ｅ−ｏ−ｅ経路を通過する波の通過
に必要な時間をｔeoeとすると、各々は下記の（１）式
と（２）式で与えられる。従って、２つの波の時間差Δ
ｔR は下記の（３）式で与えられる。In FIG. 4, three areas A, B, and C are set based on the time interval Δt R. The time interval Δt R
Means that two waves, a specular reflected wave and a surface acoustic wave, are
4 corresponds to the time difference when reaching 4. Δt R is derived as follows based on the difference between the respective paths. Here, assuming that the time required for the passage of the wave passing through the abocd path is t abocd and the time necessary for the passage of the wave passing through the e-o-e path is t eoe , Is given by the following equations (1) and (2). Therefore, the time difference Δ between the two waves
t R is given by the following equation (3).
【００２７】[0027]
【数１】 (Equation 1)
【００２８】上記の各式で、Ｆは音響レンズの焦点距
離、ｚは音響レンズの焦点と試料表面との距離、Ｖは媒
質の音速、ＶR は試料表面での弾性表面波の音速、θR
はレーリーの臨界角（sin θR ＝Ｖ／ＶR ）である。[0028] In the formulas above, F the focal length of the acoustic lens, z is the distance between the focus and the sample surface of the acoustic lens, V is the acoustic velocity of the medium, V R is the acoustic velocity of the surface acoustic wave at the surface of the sample, theta R
Is the Rayleigh critical angle (sin θ R = V / V R ).
【００２９】図４に示した２つの信号波形の関係におい
て、超音波顕微鏡の信号処理回路で設定されるゲートの
信号取込み時間Ｇt （ゲート幅）を時間差ΔｔR よりも
短く設定し、当該ゲートを、Ａ，Ｂ，Ｃの各領域にそれ
ぞれ移動し、各領域の信号を取得すると、Ａ領域では鏡
面反射波の画像、Ｂ領域では鏡面反射波と弾性表面波の
干渉画像、Ｃ領域では弾性表面波のみによって形成され
た画像を得ることができることがわかる。Ｃ領域の画像
は、Ａ領域から得られる、鏡面反射波によって形成され
た縦波の画像に比較して、波長が約０．４５倍になり、
分解能は約２倍程度向上する。なお、図３に示された信
号波形３５、さらに図４に示された信号成分３５ａ，３
５ｂの各波形において、反射波による信号の到着の時間
的な先後の関係を考慮して波形の左側を前側、右側を後
側と考えるとき、上記Ａ領域は信号波形３５の前縁側の
部分（前縁部）、上記Ｂ領域は信号波形３５の中央部
分、上記Ｃ領域は信号波形３５の後縁側の部分（後縁
部）に対応する。In the relationship between the two signal waveforms shown in FIG. 4, the signal acquisition time G t (gate width) of the gate set by the signal processing circuit of the ultrasonic microscope is set shorter than the time difference Δt R , and Is moved to each of the areas A, B, and C, and the signals of the respective areas are acquired. In the area A, the image of the specular reflected wave is obtained, in the area B, the interference image of the specular reflected wave and the surface acoustic wave is obtained, and in the area C, the elasticity is obtained. It can be seen that an image formed only by surface waves can be obtained. The image of the region C has a wavelength about 0.45 times that of the image of the longitudinal wave formed by the specular reflection wave obtained from the region A,
The resolution is improved about twice. The signal waveform 35 shown in FIG. 3 and the signal components 35a and 35a shown in FIG.
In each waveform of FIG. 5b, when the left side of the waveform is considered to be the front side and the right side is considered to be the rear side in consideration of the temporal relationship between the arrival of the signal by the reflected wave and the right side thereof, the area A is the leading edge side portion of the signal waveform 35 ( The B region corresponds to the central portion of the signal waveform 35, and the C region corresponds to the rear edge portion (the rear edge) of the signal waveform 35.
【００３０】図４に示すごとく、領域Ａ，Ｂ，Ｃの各々
で信号を取得して画像を作成できるようにするために
は、上記ゲート回路３２で、超音波顕微鏡の時間差Δｔ
R よりも短いゲート幅のゲートを設定することが必要で
ある。図１で説明した前述のゲートパルス発生回路３１
はかかるゲートを作るためのゲートパルスを生成する回
路である。図３で、信号波形３５に対して示されたパル
ス３６は、前述の通り、ゲートパルス発生回路３１で作
られたゲートパルスの一例を示している。図３に示され
るように、ゲートパルス３６のゲート幅は、信号波形３
５の存続時間に対して十分に短いものとなっている。ま
たゲートパルス３６は、矢印４３で示すように信号波形
３５に対してその位置を自在に変化させることができ、
前述の各領域Ａ〜Ｃの信号を自由に取り出すことができ
る。As shown in FIG. 4, in order to obtain a signal in each of the regions A, B, and C to form an image, the gate circuit 32 uses the time difference Δt of the ultrasonic microscope.
It is necessary to set a gate with a gate width shorter than R. The aforementioned gate pulse generation circuit 31 described with reference to FIG.
Is a circuit for generating a gate pulse for making such a gate. In FIG. 3, the pulse 36 shown for the signal waveform 35 is an example of the gate pulse generated by the gate pulse generation circuit 31 as described above. As shown in FIG. 3, the gate width of the gate pulse 36 depends on the signal waveform 3
5, which is sufficiently short for the lifetime. The position of the gate pulse 36 can be freely changed with respect to the signal waveform 35 as shown by an arrow 43,
The signals of the above-described areas A to C can be freely extracted.
【００３１】上記のゲートパルス発生回路３１とゲート
回路３２の具体的な回路は、例えば、本出願人が先に出
願しかつ既に公告された特願昭６２−５０５１９９号
（特公平５−２０６９９号）のFIG.４等に示される。こ
の特許出願に係る超音波探傷装置では、超音波エコーを
取り出すためのゲートパルス（FIG.２の（ｆ）に示され
る）が、ゲート回路（１６）から出力される。このゲー
トパルスでは、FIG.２に示された第１と第２のパルスの
立上り位置を調整することにより、その位置とゲート幅
を任意に変更できる。FIG.４のブロック回路には、第１
と第２のパルスの立上り位置を調整するための回路構成
が示されている。以上の構成に基づいて、上記のゲート
パルス発生回路３１とゲート回路３２は実現され、従っ
て、上記のゲートパルス３６を生成し、ゲート回路３２
で、信号波形３５の一部（Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域のい
ずれか）を取り出すためのゲートとして用いることがで
きる。The specific circuits of the gate pulse generating circuit 31 and the gate circuit 32 are described in, for example, Japanese Patent Application No. 62-505199 filed by the present applicant and already published. This is shown in FIG. In the ultrasonic flaw detector according to this patent application, a gate pulse (shown in FIG. 2 (f)) for extracting an ultrasonic echo is output from the gate circuit (16). In this gate pulse, the position and gate width can be arbitrarily changed by adjusting the rising positions of the first and second pulses shown in FIG. The block circuit of FIG.
And a circuit configuration for adjusting the rising position of the second pulse. Based on the above configuration, the gate pulse generation circuit 31 and the gate circuit 32 are realized, and therefore, the gate pulse 36 is generated and the gate circuit 32 is generated.
Thus, it can be used as a gate for extracting a part of the signal waveform 35 (any of the A region, the B region, and the C region).
【００３２】前述のゲートパルス発生回路３１およびゲ
ート回路３２と類似した回路を含む信号処理部を備えた
超音波顕微鏡の一例を挙げると、本出願人の製品である
ＨＳＡＭ２１０型超音波顕微鏡がある。As an example of an ultrasonic microscope provided with a signal processing unit including a circuit similar to the gate pulse generating circuit 31 and the gate circuit 32 described above, there is an HSAM210 type ultrasonic microscope manufactured by the present applicant.
【００３３】次に、かかる超音波顕微鏡を利用した具体
的な観察例を説明する。この観察には、前述のＨＳＡＭ
２１０型超音波顕微鏡が使用された。この超音波顕微鏡
は、超音波信号送受信部に関して、超音波の周波数を１
〜２００ＭＨｚの範囲で１ＭＨｚ毎に変えられること、
超音波の信号波形を１〜３波以内のインパルス信号と多
数の波を含むバースト信号とに切り換えられること、バ
ースト波信号の波数も最小３山から２００山まで任意に
変えられること、さらに、最小ゲート幅は２０ｎｓまで
狭められること、という特長を備えている。Next, a specific observation example using such an ultrasonic microscope will be described. This observation is based on the aforementioned HSAM
A type 210 ultrasonic microscope was used. In this ultrasonic microscope, the frequency of the ultrasonic wave is set to 1 for the ultrasonic signal transmitting / receiving section.
Can be changed every 1MHz in the range of ~ 200MHz,
The signal waveform of the ultrasonic wave can be switched between an impulse signal within 1 to 3 waves and a burst signal containing a large number of waves, and the wave number of the burst wave signal can be arbitrarily changed from 3 to 200 peaks. The feature is that the gate width can be reduced to 20 ns.
【００３４】また、２つの波（鏡面反射波による波と弾
性表面波による波）の時間差、すなわち図４に示した信
号成分３５ａと信号成分３５ｂの時間差ΔｔR は、デフ
ォーカス量（ｚ）と、試料１７おける弾性表面波の音速
に依存して変化する。時間差ΔｔR ≧２０ｎｓという条
件を得るのに必要なデフォーカス量を、各物質について
求めてみると、例えばソーダガラスでは０．１１ｍｍ、
シリコンでは０．２６ｍｍ、サファイアでは０．４５ｍ
ｍとなる。The time difference between the two waves (the wave due to the specular reflection wave and the wave due to the surface acoustic wave), that is, the time difference Δt R between the signal component 35a and the signal component 35b shown in FIG. , Changes depending on the sound speed of the surface acoustic wave in the sample 17. When the amount of defocus necessary for obtaining the condition of time difference Δt R ≧ 20 ns is obtained for each substance, for example, 0.11 mm is used for soda glass,
0.26mm for silicon, 0.45m for sapphire
m.
【００３５】図５に鋼板の観察例を示す。この観察例
は、ＣＲＴ２０の画面に映し出された画像を写真として
得たものである。試料としては、一般的に容易に入手で
きる表面処理鋼板が使用された。また使用された超音波
の周波数は１００ＭＨｚであった。図５で、（ａ）はＡ
領域の信号、すなわち信号成分３５ａのみで得られた画
像であり、（ｂ）はＢ領域の信号、すなわち信号成分３
５ａ，３５ｂの合成信号で得られた画像であり、（ｃ）
はＣ領域の信号、すなわち信号成分３５ｃのみで得られ
た画像である。（ａ）の画像で、一様に分散している粒
状のコントラストは表面処理によって生じたものであ
り、また局所的に島状のコントラストも観察される。
（ｂ）で描画されている画像はＡ領域の画像とＣ領域の
画像を重ね合わせた画像となっている。この画像は、従
来の超音波顕微鏡の観察法から得られる画像とほぼ同一
である。従来の超音波顕微鏡の観察法では、ゲート幅
を、信号波形３５に対して、これを前述の領域ごとに分
割して取り出せるほど十分に小さくすることができなか
ったため、信号成分３５ａ，３５ｂが合成された画像し
か得られなかった。また（ｃ）の画像は、試料表面を伝
搬してきた弾性表面波によって描かれたものである。こ
の画像では、Ａ領域やＢ領域で観察された粒状のコント
ラストは消滅しており、さらに島状に観察された部分か
らは、その中心部に母材表面近傍の介在物と推察される
画像が明瞭に観察される。FIG. 5 shows an example of observation of a steel sheet. In this observation example, the image projected on the screen of the CRT 20 was obtained as a photograph. As a sample, a surface-treated steel sheet generally easily available was used. The frequency of the ultrasonic wave used was 100 MHz. In FIG. 5, (a) shows A
An image obtained from only the signal of the area, that is, the signal component 35a, and (b) is a signal of the area B, that is, the signal component 3a.
5C is an image obtained from the composite signals of 5a and 35b, and (c)
Is an image obtained from the signal in the C region, that is, only the signal component 35c. In the image (a), the uniformly dispersed granular contrast is caused by the surface treatment, and an island-like contrast is also locally observed.
The image drawn in (b) is an image obtained by superimposing the image of the area A and the image of the area C. This image is almost the same as the image obtained from the conventional observation method using an ultrasonic microscope. In the conventional observation method using an ultrasonic microscope, the gate width cannot be made sufficiently small for the signal waveform 35 to be divided into the above-described regions and taken out, so that the signal components 35a and 35b are synthesized. Only the image that was obtained was obtained. The image in (c) is drawn by a surface acoustic wave propagating on the sample surface. In this image, the granular contrast observed in the A region and the B region has disappeared, and from the portion observed in the shape of an island, an image presumed to be an inclusion near the base material surface at the center thereof. Observed clearly.
【００３６】上記のごとく本実施形態による超音波顕微
鏡によれば、電気信号１８による信号波形３５に対し
て、信号波形３５の波形幅よりも小さい、すなわちΔｔ
R にほぼ等しいゲート幅のゲートパルス３６を生成して
ゲートを作り、このゲートの位置を、信号波形３５に対
して目的に応じて設定することにより、Ａ，Ｂ，Ｃの各
領域の画像を分離して作成することができる。特に、Ｃ
領域の位置にゲートを設定することにより、試料表面の
付近に生じる弾性表面波による波に基づく画像を作成す
ることができる。換言すれば、超音波顕微鏡を利用して
弾性表面波画像作成方法を実現することができ、弾性表
面波顕微鏡を実現できる。As described above, according to the ultrasonic microscope of this embodiment, the signal waveform 35 of the electric signal 18 is smaller than the signal waveform 35 in width, that is, Δt.
By generating a gate pulse 36 having a gate width substantially equal to R to form a gate, and setting the position of the gate according to the purpose with respect to the signal waveform 35, the image of each area of A, B, and C can be obtained. Can be created separately. In particular, C
By setting the gate at the position of the region, it is possible to create an image based on the waves generated by the surface acoustic waves generated near the sample surface. In other words, a surface acoustic wave image creating method can be realized using an ultrasonic microscope, and a surface acoustic wave microscope can be realized.
【００３７】図６に、加工変質層の観察例を写真で示
す。試料の表面を＃４００の砥石で粗研削した後に、そ
の表面を１μｍのダイヤモンド砥粒で研磨したものが使
用されている。従って、この試料は、試料表面が鏡面に
仕上げられており、さらに、内部に粗研削時に導入され
た欠陥が存在している。使用された超音波の周波数は１
００ＭＨｚである。（ａ）はＡ領域の画像、（ｂ）はＢ
領域の画像、（ｃ）はＣ領域の画像を示す。これらの３
つの画像を比較すると、特にＣ領域では、試料の内部に
存在している上記欠陥が観察される。FIG. 6 is a photograph showing an example of observation of the work-affected layer. After the surface of the sample is roughly ground with a # 400 grindstone, the surface is polished with 1 μm diamond abrasive grains. Accordingly, this sample has a mirror-finished sample surface, and further has a defect introduced therein during rough grinding. The frequency of the used ultrasonic wave is 1
00 MHz. (A) is an image of the area A, (b) is an image of B
(C) shows the image of the area C. These three
When the two images are compared, especially in the region C, the above-mentioned defect existing inside the sample is observed.
【００３８】従って本実施形態による超音波顕微鏡によ
れば、試料表面付近で生じる弾性表面波による波に基づ
く画像を作成することができ、試料表面近傍の情報を正
確に取り出すことができる。Therefore, according to the ultrasonic microscope of the present embodiment, an image based on the surface acoustic wave generated near the sample surface can be created, and information near the sample surface can be accurately extracted.
【００３９】次に、上記弾性表面波が試料１７の表面付
近を伝搬するときの伝搬の深さは、使用された超音波の
ほぼ１波長程度である。従って、試料１７に対する音響
レンズ１３の位置を弾性表面波が励起される条件を満た
すように固定しておき、超音波の周波数を変えながら上
記Ｃ領域の画像を作成して観察を行うと、それぞれの周
波数に応じた深さ方向の画像を得ることができる。そこ
で、図７に、前述の試料に関して、超音波の周波数を１
５０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚまで変化させてＣ領域の観察を
行い、その中から代表的な結果を示す例（写真）を示
す。図７において、（ａ）は周波数１５０ＭＨｚの超音
波で得た画像であり、（ｂ）は周波数１２０ＭＨｚの超
音波で得た画像であり、（ｃ）は周波数１００ＭＨｚの
超音波で得られた画像である。周波数１５０ＭＨｚの画
像ではコントラストは一様であり、試料表面の研磨状態
は良好であることが分かる。これに対して、周波数１２
０ＭＨｚの画像では、コントラストが一様でない部分が
存在している。さらに周波数１００ＭＨｚの画像では、
コントラストが一様でない部分の形状がより明瞭になっ
てきている。Next, when the surface acoustic wave propagates near the surface of the sample 17, the propagation depth is about one wavelength of the used ultrasonic wave. Therefore, when the position of the acoustic lens 13 with respect to the sample 17 is fixed so as to satisfy the conditions for exciting the surface acoustic wave, and the image of the C region is created and observed while changing the frequency of the ultrasonic wave, Can be obtained in the depth direction according to the frequency. Therefore, FIG. 7 shows that the frequency of the ultrasonic wave is 1
An example (photograph) showing representative results from the observation of the C region while changing the frequency from 50 MHz to 80 MHz is shown. In FIG. 7, (a) is an image obtained with an ultrasonic wave having a frequency of 150 MHz, (b) is an image obtained with an ultrasonic wave having a frequency of 120 MHz, and (c) is an image obtained with an ultrasonic wave having a frequency of 100 MHz. It is. It can be seen that the contrast is uniform in the image at the frequency of 150 MHz, and the polished state of the sample surface is good. In contrast, frequency 12
In the image of 0 MHz, there are portions where the contrast is not uniform. Furthermore, in the image of frequency 100 MHz,
The shape of the part where the contrast is not uniform is becoming clearer.
【００４０】試料表面の研磨面の弾性表面波の音速ＶR
を測定した結果、ＶR ＝５１２０ｍ／ｓが得られた。こ
の音速を用いて、それぞれの周波数における波長λR を
算出すると、３４μｍ、４２μｍ、５１μｍが得られ
た。内部欠陥が周波数１００ＭＨｚにおいて明瞭に観察
されるようになったので、弾性表面波の波長が欠陥まで
到達していると考えられる。この波長から内部に存在す
る欠陥の深さを見積ると約５０μｍが得られた。The sound velocity V R of the surface acoustic wave on the polished surface of the sample surface
As a result, V R = 5120 m / s was obtained. When the wavelength λ R at each frequency was calculated using this sound speed, 34 μm, 42 μm, and 51 μm were obtained. Since the internal defect is clearly observed at a frequency of 100 MHz, it is considered that the wavelength of the surface acoustic wave has reached the defect. When the depth of the defect existing inside was estimated from this wavelength, about 50 μm was obtained.
【００４１】試料表面に生じる弾性表面波を利用して画
像を作ることができ、使用する超音波の周波数を変化さ
せると、試料表面に生じる弾性表面波の波長が変化する
ので、当該波長に応じた試料表面からの深さの情報を得
ることができる。An image can be created using surface acoustic waves generated on the sample surface. If the frequency of the ultrasonic wave used is changed, the wavelength of the surface acoustic waves generated on the sample surface changes. Information on the depth from the sample surface can be obtained.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を奏する。As apparent from the above description, the present invention has the following effects.
【００４３】試料表面に弾性表面波を作る開口角の大き
な音響レンズを使用しかつバースト波信号を用いた超音
波顕微鏡において、エコー信号の波形幅よりも小さいゲ
ート幅を有するゲートを設定し、エコー信号に対するゲ
ートの位置を任意に設定して信号の取込みタイミングを
移動すると、各経路を伝わる超音波の成分を時間的に弁
別して表示できる。この方法を用いて各種材料の画像観
察を試みると、鏡面反射波の画像、鏡面反射波と弾性表
面波の干渉画像、弾性表面波の画像をそれぞれ分離した
画像を得ることができる。これによって超音波顕微鏡で
得られる観察画像の解釈を容易に行うことができる。ま
た超音波顕微鏡で得られるエコー信号の波形においてそ
の後縁部から弾性表面波の信号成分のみを取り出し、弾
性表面波の画像を得ることができるため、弾性表面波画
像作成方法という新たな画像作成方法を提供することが
できる。さらに弾性表面波顕微鏡を実現することができ
る。弾性表面波によって作成される画像は、鏡面反射波
によって作成される画像に比較して波長が約０．４５倍
になり、分解能は約２倍程度向上する。本発明によれ
ば、さらに従来の観察法では得られなかった、材料内部
における超音波の減衰・散乱などを反映した像情報が描
画されていることが分かり、新しい知見を得ることがで
きる。In an ultrasonic microscope using an acoustic lens having a large aperture angle for generating a surface acoustic wave on the sample surface and using a burst wave signal, a gate having a gate width smaller than the waveform width of the echo signal is set, If the position of the gate with respect to the signal is arbitrarily set and the timing of taking in the signal is moved, the components of the ultrasonic wave transmitted through each path can be temporally discriminated and displayed. When image observation of various materials is attempted using this method, an image of a specular reflected wave, an interference image of a specular reflected wave and a surface acoustic wave, and an image of a separated image of a surface acoustic wave can be obtained. This makes it easy to interpret the observation image obtained with the ultrasonic microscope. In addition, since only the signal component of the surface acoustic wave can be extracted from the trailing edge of the waveform of the echo signal obtained by the ultrasonic microscope, an image of the surface acoustic wave can be obtained. Can be provided. Further, a surface acoustic wave microscope can be realized. The image created by the surface acoustic wave has a wavelength about 0.45 times that of the image created by the specular reflected wave, and the resolution is improved about twice. According to the present invention, it is further understood that image information reflecting attenuation and scattering of ultrasonic waves inside the material, which cannot be obtained by the conventional observation method, is drawn, and new knowledge can be obtained.
【図１】本発明の代表的な実施形態の要部を示す構成図
である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of a typical embodiment of the present invention.
【図２】音響レンズの要部を拡大して示し、かつ音響レ
ンズおよび試料における超音波および弾性表面波の伝搬
状態を説明する図であるFIG. 2 is an enlarged view showing a main part of the acoustic lens and illustrating a propagation state of ultrasonic waves and surface acoustic waves in the acoustic lens and the sample.
【図３】オシロ・スコープに表示された反射超音波の信
号とゲートパルスの波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of a reflected ultrasonic signal and a gate pulse displayed on an oscilloscope.
【図４】時間差を生じて音響レンズに到達する鏡面反射
波の波と弾性表面波による波の各信号成分の関係を示す
タイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing a relationship between each signal component of a wave of a specular reflected wave reaching a sound lens with a time difference and a wave of a surface acoustic wave.
【図５】表面処理鋼板の表面を超音波顕微鏡により観察
して得られた金属組織を示す写真である。FIG. 5 is a photograph showing a metal structure obtained by observing the surface of a surface-treated steel sheet with an ultrasonic microscope.
【図６】表面を粗研削した後に１μｍのダイヤモンド砥
粒で研磨した試料を超音波顕微鏡により観察し、その結
果得られた加工変質層の写真である。FIG. 6 is a photograph of a processed layer obtained by observing, under an ultrasonic microscope, a sample polished with 1 μm diamond abrasive grains after rough grinding of the surface, and obtained as a result.
【図７】表面を粗研削した後に１μｍのダイヤモンド砥
粒で研磨した試料を超音波顕微鏡により観察するとき、
超音波の周波数を１５０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚまで変化さ
せて観察し、その代表的な結果を示す加工変質層の写真
である。FIG. 7 shows a sample obtained by lapping the surface with a 1 μm diamond abrasive grain after rough grinding, when observing the sample with an ultrasonic microscope.
It is the photograph of the processed deteriorated layer which shows the observed result while changing the frequency of the ultrasonic wave from 150 MHz to 80 MHz.
【図８】従来の超音波顕微鏡の要部を示す構成図であ
る。FIG. 8 is a configuration diagram showing a main part of a conventional ultrasonic microscope.
１１ パルス発振器 １３ 音響レンズ １４ 振動子 １５ 超音波 １６ 凹面部 １７ 試料 １９ 受信器 ２０ ＣＲＴ（表示部） ２１ 試料台 ２２ 媒体 ３１ ゲートパルス発生回路 ３２ ゲート回路 ３３ 入力部 ３４ オシロ・スコープ ３２ 弾性表面波 Reference Signs List 11 pulse oscillator 13 acoustic lens 14 transducer 15 ultrasonic wave 16 concave portion 17 sample 19 receiver 20 CRT (display unit) 21 sample table 22 medium 31 gate pulse generating circuit 32 gate circuit 33 input unit 34 oscilloscope 32 surface acoustic wave
Claims (6)
表面に弾性表面波を生じさせる広い開口度の凹面部とを
有する音響レンズを備え、バースト波信号を用いて前記
振動子で超音波を発生し、前記超音波を前記凹面部から
前記試料に出射し、前記試料からの反射波を前記振動子
でエコー信号に変換して受信し、このエコー信号を用い
て前記試料の観察画像を作成し表示部に表示する超音波
顕微鏡における画像分離方法であり、 前記エコー信号の波形幅よりも小さいゲート幅のゲート
パルスを作成し、このゲートパルスの位置を任意に設定
することにより前記エコー信号の一部を任意に取り出
し、当該一部のエコー信号で前記観察画像を作成するこ
とを特徴とする超音波顕微鏡の画像分離方法。An acoustic lens having a transducer for converting a signal into an ultrasonic wave and a concave portion having a wide aperture for generating a surface acoustic wave on the surface of a sample is provided. A sound wave is generated, the ultrasonic wave is emitted from the concave portion to the sample, a reflected wave from the sample is converted into an echo signal by the vibrator and received, and an observation image of the sample is obtained using the echo signal. And generating a gate pulse having a gate width smaller than the waveform width of the echo signal, and arbitrarily setting the position of the gate pulse. An image separation method for an ultrasonic microscope, wherein a part of a signal is arbitrarily extracted, and the observation image is created using the part of the echo signal.
とこの信号に対して時間的に遅れる弾性表面波に係る信
号からなり、前記ゲートパルスの設定位置によって、鏡
面反射波に係る信号、弾性表面波に係る信号、および前
記２つの信号からなる合成信号のうちのいずれかを取り
出し、取り出した信号で前記観察画像を作成することを
特徴とする請求項１記載の超音波顕微鏡の画像分離方
法。2. The echo signal is composed of a signal related to a specular reflected wave and a signal related to a surface acoustic wave delayed with respect to this signal in time. 2. The image separation method for an ultrasonic microscope according to claim 1, wherein one of a signal related to a surface wave and a composite signal including the two signals is extracted, and the observation image is created using the extracted signal. .
号の波形の前縁部に設定して前記鏡面反射波に係る信号
を取り出し、または前記ゲートパルスの位置を前記エコ
ー信号の波形の中央部に設定して前記合成信号を取り出
し、または前記ゲートパルスの位置を前記エコー信号の
波形の後縁部に設定して前記弾性表面波に係る信号を取
り出すことを特徴とする請求項２記載の超音波顕微鏡の
画像分離方法。3. The position of the gate pulse is set at the leading edge of the waveform of the echo signal to extract a signal related to the specular reflected wave, or the position of the gate pulse is set at the center of the waveform of the echo signal. 3. The ultrasonic wave according to claim 2, wherein a signal relating to the surface acoustic wave is extracted by setting the position of the gate pulse at the trailing edge of the waveform of the echo signal. Microscope image separation method.
表面に弾性表面波を生じさせる広い開口度の凹面部とを
有する音響レンズを備え、バースト波信号を用いて前記
振動子で超音波を発生し、前記超音波を前記凹面部から
前記試料に出射し、前記試料からの反射波を前記振動子
でエコー信号に変換して受信し、このエコー信号を用い
て前記試料の観察画像を作成し表示部に表示する超音波
顕微鏡を利用した弾性表面波画像作成方法であり、 前記エコー信号の波形幅よりも小さいゲート幅のゲート
パルスを作成し、このゲートパルスの位置を前記エコー
信号の波形の後縁部に設定して、前記エコー信号に含ま
れる弾性表面波に係る信号を取り出し、この信号で弾性
表面波に係る画像を作成することを特徴とする弾性表面
波画像作成方法。4. An acoustic lens having a vibrator for converting a signal into an ultrasonic wave and a concave portion having a wide aperture for generating a surface acoustic wave on the surface of a sample. A sound wave is generated, the ultrasonic wave is emitted from the concave portion to the sample, a reflected wave from the sample is converted into an echo signal by the vibrator and received, and an observation image of the sample is obtained using the echo signal. And generating a gate pulse having a gate width smaller than the waveform width of the echo signal, and setting the position of the gate pulse to the echo signal. A signal related to the surface acoustic wave included in the echo signal, and an image related to the surface acoustic wave is created using this signal.
複数の周波数の各々の超音波を利用して前記弾性表面波
に係る画像を作成することを特徴とする請求項４記載の
弾性表面波画像作成方法。5. The surface acoustic wave according to claim 4, wherein the frequency of the ultrasonic wave is changed, and an image related to the surface acoustic wave is created by using each ultrasonic wave having a different plurality of frequencies. Image creation method.
表面に弾性表面波を生じさせる広い開口度の凹面部とを
有する音響レンズを備え、バースト波信号を用いて前記
振動子で超音波を発生し、前記超音波を前記凹面部から
前記試料に出射し、前記試料からの反射波を前記振動子
でエコー信号に変換して受信し、このエコー信号を用い
て前記試料の観察画像を作成し表示部に表示するように
構成され、さらに、 前記エコー信号の波形幅よりも小さいゲート幅のゲート
パルスを作成するゲートパルス作成手段と、 前記ゲートパルスを入力し、このゲートパルスの位置を
前記エコー信号の波形の後縁部に設定するゲート手段と
を備え、 前記ゲートパルスにより前記エコー信号に含まれる弾性
表面波に係る信号を取り出し、この信号で弾性表面波に
係る画像を作成することを特徴とする弾性表面波顕微
鏡。6. An acoustic lens having a vibrator for converting a signal into an ultrasonic wave and a concave portion having a wide aperture for generating a surface acoustic wave on a surface of a sample, wherein the vibrator uses a burst wave signal to generate an ultrasonic wave. A sound wave is generated, the ultrasonic wave is emitted from the concave portion to the sample, a reflected wave from the sample is converted into an echo signal by the vibrator and received, and an observation image of the sample is obtained using the echo signal. And a gate pulse generating means for generating a gate pulse having a gate width smaller than the waveform width of the echo signal, and inputting the gate pulse, and a position of the gate pulse. A gate means for setting a trailing edge of the waveform of the echo signal, extracting a signal related to a surface acoustic wave included in the echo signal by the gate pulse, and converting the signal into a surface acoustic wave with the signal. A surface acoustic wave microscope that creates such an image.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8299325A JPH10123110A (en) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Image separation method of ultrasonic microscope, surface acoustic wave image creation method, and surface acoustic wave microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8299325A JPH10123110A (en) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Image separation method of ultrasonic microscope, surface acoustic wave image creation method, and surface acoustic wave microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10123110A true JPH10123110A (en) | 1998-05-15 |
Family
ID=17871089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8299325A Pending JPH10123110A (en) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Image separation method of ultrasonic microscope, surface acoustic wave image creation method, and surface acoustic wave microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10123110A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012013447A (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Hitachi Cable Ltd | Method for inspecting defect in semiconductor single crystal |
| CN103308607A (en) * | 2013-05-16 | 2013-09-18 | 北京工业大学 | High-speed ultrasonic signal acquisition system |
-
1996
- 1996-10-23 JP JP8299325A patent/JPH10123110A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012013447A (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Hitachi Cable Ltd | Method for inspecting defect in semiconductor single crystal |
| CN103308607A (en) * | 2013-05-16 | 2013-09-18 | 北京工业大学 | High-speed ultrasonic signal acquisition system |
| CN103308607B (en) * | 2013-05-16 | 2015-11-04 | 北京工业大学 | A kind of ultrasonic signal acquisition system of high speed |
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