JPS5819556A - 超音波顕微鏡用音波探触子 - Google Patents

超音波顕微鏡用音波探触子

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Publication number
JPS5819556A
JPS5819556A JP56117523A JP11752381A JPS5819556A JP S5819556 A JPS5819556 A JP S5819556A JP 56117523 A JP56117523 A JP 56117523A JP 11752381 A JP11752381 A JP 11752381A JP S5819556 A JPS5819556 A JP S5819556A
Authority
JP
Japan
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soundwave
probe
wave
sample
sonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP56117523A
Other languages
English (en)
Inventor
Junichi Ishibashi
石橋 純一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Corp, Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Corp
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Publication of JPS5819556A publication Critical patent/JPS5819556A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/221Arrangements for directing or focusing the acoustical waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波顕微鏡に適用し超音波の送受を行なう音
波探触子に関するものである。
超音波顕微鏡には反射型、透過盤等があり、反射型にも
1つの音波探触子により超音波の送受を行ない試料を走
査するものや、試料の被観察面に対して2つの音波探触
子を所定の角度に配置し・一方の探触子より射出した超
音波を他方の探触子で受けて試料の走査を行なうものが
ある。このような構成の11iv111超音波顕微鏡に
使用する音波探触子としては例えば特開昭U−J?参o
i号公報に示されたものがある。第7図に示すように送
波側と受渡・側の2つの音波探触子/&、/bを互いに
所定の角度をなすように傾け、音波探触子/&、/bの
夫々の音響レンズJIL、コbが共に同一の焦点!を有
するように配置されている・音波探触子/JL。
/bは夫々送波用伝搬素子Ja、受渡用伝搬素子Jb・
、。
の一端に夫々電気信号を超音波に変換する送波用のトラ
シスデューサ亭aと、母音波を電気信号に変換する受渡
用のFランスデエーサ参すとが設けられ、他端には夫々
送i用の音響レンズ2a”、受波用の音響レンズコbが
形成されている。2つの音波探触子の共焦点1に超音波
伝達媒体j(例えば液体)を介して観察すべき試料tが
配置されている0このような構成の音波探触子による動
作は送波用トランスユーサダaに印加された11gII
信号は送波用トランデユー′を参aにより超音波に変換
され、この超音波は送波用の伝搬素子Ja内を伝搬し、
送波用音響レンズ2aにより射出され超音波伝達媒体!
を介して焦点Fに集束する。焦点!で試料乙により反射
される超音波等を焦点tを共有するように設けた受渡用
音響レンズ2bにて集音する。
試料≦は図示しない走査装置により探触子と相対運動を
行なう0この超音波は受波用伝搬素子3b内を伝搬して
受渡用トランスデューサダbに達し、ここで超音波から
電気信号に変換される。この信号を処理することにより
試料面の像を得ることができる。
しかし、このような構成の音波探触子では、2つの音波
探触子を所定の角度で接近して配置しなければならず音
響レンズの焦点距離をはじめ音波探触子の寸法を制限し
なければならない欠点があると共に、不明確な焦点位置
を共有するように2つの音波探触子を配置しなければな
らず調節が非常に雌かしくなる。特に一旦調節を行なっ
ても音波探触子と試料との間に満たす超音波伝達媒体を
興なる種類のものに交換すると、その超音波伝達媒体中
での音速が異なるため焦点位置が移動し再調節の必要が
ある。このような焦点位置への位置決めは試料について
も同様であり調節を内鑵にしている。また、2つの音波
探触子が互いに共焦点となるよう調節するには複雑な調
節機構を必要とするため、試料の画像を得る場合の試料
の走査は音波探触子側を駆動させることは内鑵なため試
料側のみを走査振動だせることになる。このため試料は
その振動に耐えれるように大きざや重量等の制限を受け
るという欠点がある。
ざらに、超音波顕微鏡に使用する音波探触子の他の例と
しては特開昭# −116011号明細書に示されるも
のがある。この明細書の音波探触子を第2図に示す。図
において第1図と同様の部分に同一の符号を付け、同様
の構成と動作の説明を省略する。は埋プリズム形をした
一体の送波・受渡伝搬素子lに、送波用と受渡用の各々
のトランスデューサダa、*bが互いに900の角度を
なすように設けられている。@/図と同様にこれらトラ
ンスデユーサ参a、ダbに対応して形成される夫々の音
曹しンズコa、λbは同一の焦点!を共有している。・
このような構成の音波探触子では、送波側と受渡側の伝
搬素子を一体にしであるため探触子側を移動させて走査
することは比較的容易であり、この場合試料にSさられ
る大きざや重量等の制限は除去される。しかt第1図に
示した従来例の上述した欠点以外の欠点に加えてλつの
音響レンズの軸がデO0に交わり、かつ共焦点となるよ
うな送波・受渡伝搬素子の製造がかなり醸しいという欠
点がある。
本発明の目的は上述した欠点を除去し複数個の電気−音
波変換部材の位置調節を簡単にするよう適切に構成した
超音波顕微鏡用の音波探触子を提供しようとするもので
ある〇 本発明は音波伝搬素子の一端に電気−音響トランスデユ
ーサを設け、4他端に同一の曲率の曲面より成る音響レ
ンズを形成した少なくとも2つの電気−音波変換部材を
中心軸に対称°にかつ前記各音響レンズが前記中心軸上
に同一の焦点を有するように互いに音波分離体を介して
一体に結合し、前記中心軸に対しそ一方の変換部材な送
波側として他方の変換部材を受渡側として夫々独立に使
用することを特徴とするものである。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第3図は本発明による超音波顕微鏡用音波探触子の一例
の構成の外観を示す斜視図である。斜照射型の音波探触
子デは中心軸に対称に参つの電気−音波変換部材la&
、 10b、 /Do、 /σdをは埋円筒状に一体に
して構成されている。各々の音波探触子toa−toc
lは中心軸について送波側の電気−音波変換部材IO&
、106に対して反対側に夫々受波側の電気−音波変換
部材/(Ib、10eiが配置されている。
第参図(6)、Φ)および幹)、は夫々第3図の斜照射
型音波探触子の平面図、底面図およびs!A−ムで切断
して示す断面図である。s参図(〜に示すように参つの
電気−音波変換部材70a−10aの上部−面に夫々金
チタン、アルミニつ^、り田−ム等の下部電極/Ja、
 /l、 /20. /Jd t 8着し、これら下部
電極721−/Jdの上の中心付近に、夫々41113
’a円の形状をした酸化亜鉛等の薄膜状の圧電体lJ&
、/Jb。
/10,1361g設け、ざらic コnら圧電体/J
IL−/Jdの上に夫々円形の上部電極l参a、/参す
、/亭0./参dを設ける。これら圧電体を挾む上下の
電極は各々トランスデユーサを構成する。即ち、送波側
の電気−音波変換部材10&、/Doの上部に夫々送波
用のトランスデユーサ/3&、/10を、受渡側の電気
−音波変換部材10b、IOaの上部に夫々送波用のト
ランスデユーサ/!b、/jc1を、%l1II′@亀
気\普箇変換部階〜”%%N%%形成している。参つの
電気−音波変換部材10&−/Daは互いに干渉するこ
となく独立して作物するように音波分離体nを挾んで一
体に成形する。音波分離体nは高分子材料または音波探
触子の音波伝搬素子の音響特性が大きく興なる材料等よ
り成り、音波゛探触子で送受する音響エネルギを吸収ま
たは反射する。第O帥)および(0)に示すように参つ
の電気−音波変換部材10a〜10dの底面には夫々す
7アイヤ等の音波伝搬素子/9&、/9b。
/90./9(1が表われる。これら音波伝搬素子/9
a〜/9aの底面の所定位置に夫々音響レンズ21a、
 xb。
Jo、xdを形成する。これら音響レンズ−a、Jdお
よび音波分離体17の表[1ft形状はその中心軸上の
一点を中心とする球面となっている0従ってこれら参つ
の音響レンズM&−:llClはその中心軸上+7) 
一点を同一の焦点として、同−焦点距一を有する共焦点
構m′!−持つ。
第3図はIII参図(0)を拡大して示す断面図である
音波伝搬素子/9&、/9bの底面の音響レンズJJJ
171)は、軸線方向に夫々上部電極1*&、I#bの
下方に位置するみこの音波探触子により観察を行なう際
には、音波探触子の音響レンズと観察すべき試料との間
に液体の音波伝達媒体Jを充填して観察!に童かれ□る
。中心軸線上で音波伝搬素子の上面と音波分離体の最端
部との距離1は、例えばフレネル焦点長ざをlとして ρ2 ノー=r ρ富トランスデエーサの半径 λX伝搬素子内での超音波の波長 のように定める。
このような構成の斜照射型の音波探触子の動作を説明す
る。送波用のトランスデユーサIj&、/30に高周波
電気信号を印加し超音波に変携する。この超音波は送波
用の夫々a音波伝搬素子/9tL、/ツ0内を平面波と
して伝搬し、夫々送波用音響レンズ、va、 xaよう
音波伝達媒体〃中に射出され焦点Fに集束する。超音波
は試料面で吸収、散乱反射するものと、試料面上の法線
に対して臨界角をなして入射へ4し試料表面を極部的に
伝搬する過程で再放射されるものになる。これらの超音
波のうち受波用音響レンズ°に集音されたものは受渡伝
搬素子/9b、/9a内を平面波として伝搬し、夫々受
波用トランスデユーサ/jb、/j(1により高周波電
気信号に変換され、信号処理部に送られる。送波側の音
波探触子と受渡側の音波探触子は互いに直角に配置され
るので試料面と音波探触子を相対的に移動して走査して
この電気信号を処理することにより試料表面の2次元像
を得ることができる〇各音響レンズと試料との間に満た
した音波伝達媒体Jを種々のものに取換えると、音波伝
達媒体の中の音速の違いによって音響レンズの焦点距離
は変化する、が、変化した焦点位置が各音響レンズにと
って共焦点であることには変りなく、超音波の射出、試
料面上での反射、反射波の集音については何ら変ること
がない。
第4図は81J図に示す斜照射型の音波探触子の一例の
使用方法を説明するための線図である0送波側の電気−
音波変換部材10&、100と受渡側の電気−音波変換
部材10b、10(1の下に試料nを配置する。受渡側
の変換部材10b、10(1は夫々別個の表示装置21
 、2sに接続する・表示装置M、Bはそれぞれ音波変
換部材10b、/Denから発生される電気信号に基い
て試、斜面の像を表示する。このような構成の装置で、
試料Bの2次元走査を行なえば試料の特性のため走査方
向によって音波の反射状態が変化する場合、例えば試料
が方向性を有、する結晶であり、試料の同一部分におけ
る表示装置21.Hの像に、鮮明である方向と不群明で
ある方向が生じるような場合に、試料に方向性があるこ
とが解る。
また、このような場合に2つの受渡側の電気−音波1+
侠部材の信号を組合わせて1つの表示装置に表示すれば
試料の方向性にかかわらず試p#表面のより鮮明な1像
を得ることができる0また試料面の@転に対しては送波
側の電気−音波変換部材の出力を同一にして直交する2
つの走向方向に配電した受渡側の電気−音波変換部材の
出力信号を重畳させて信号処理を行なうことにより、試
料面の回転にかかわらず得られる1像の変化をなくすこ
とができる・ 97図は本発明による超音波顕微鏡用音波探触子の池の
例の構成を線図的に示す斜視図である。
上述した実施例では2次元走査を行なう斜照射型の音波
探−子を示したが、ここでは従来例のような1次元走査
を行なう斜照射型の音波探触子スを示す。117図に示
した斜、照射型の音波探触子と同一部分に同一の符号を
付け、同様の構成と動作の説明を省略する。本例では1
個の送波側の電気−音波変換部材10&と受渡側の1個
の電気−音波変換部材10bは音波分離体77′f:介
して一体に構成され、中心軸に対して対称である。
なお本発明による斜照射型の音波探触子の外形ははば円
柱状のものとしたが、これに限定されることなく角柱状
にしても良い。
以上の説明から明らかなように、本発明による斜照射型
の音波探触子によれば、参つまたは2つの電気−音波変
換部材の音響レンズが常に同一の焦点距離を有し、同一
の焦点を共有するよう、構成したので、観察に際して個
々の音波探触子を互い4に同一の焦点位置な有するよう
に、調節する必要がなく、音速の異なる種々の音波伝達
媒体を取換えて使用しても各電音−レンズが共焦点を有
することには変りがないため、従来のように再度焦点調
節をしないで済むという効果がある0また、複数の電気
習音波変換部材を一体に構成したため各変換部材間のス
ペースを省くことかで@装置の小を化が可岬となると共
に、試料−像を得るための走査は音波探触子1Irt走
査移動させることができ、試料に大tざ、重量等の5e
at加えることがな(なるという効果がある。
ざらに、個々お電気−音波変換部材の焦点が同一である
ため、音波探触子を観察したい試料の観察位置に容易に
焦点合せできる効果もあるOざら□に試料表面を2次元
走査するので試料表面についてコ組の情報に基づき試料
の方向性の有無が解ると共に、これら2組の受渡信号を
組み合せて又は重畳させて信号処理を行なうことにより
、1次元走査に比べて試料の方向性や回転にもかかわら
ず安定した1像が得られ、試料の観察が正確となる利点
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超音波顕微鏡に適用する音波探触子の一
例の構成を示すflii図、第2v4は従来の超音波l
l景−に適用する音波探触子の池の例の構成を示す線図
、第3図は本発明による超音波顕微鏡用音波探触子の一
例の構成の外観を示す斜視図1@41図(〜、Φ)およ
び(0)は夫々97図の音波探触子の平@1図、底面図
および線A−ムで切断して示讐断W1図、第5図は第1
−)を拡大して示す断面図、114図は第3図に示す斜
照射型の音波探峡子の−゛方法説明するための線図、第
7図は本 発明による超音波顕微鏡用音波探鯨子の他の例の構成を
線図的に示す斜視図である。 9・・・斜照射−の音波探触子、10&−10a・・・
電気−/21〜/2a−・・下部電極、/1& 〜11
6−争・圧電体、i亭a〜t9a−・・上部電極、/j
5L 〜/3ei−?ランスデエーサ、17・・・音波
分離体、/9&−/9(1・・・音波伝搬素子、275
L−rd・・・音響レンズ。 特許出履人  オリンパス光学工業株式会社第5図 第6図 第7r?:I

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. L 音波伝搬素子の一端に電気−音響トランスデユーサ
    rteけ、他端に同一の曲率の曲面より成る音響レンズ
    を形成した少なくともλつの電気−音波変換部材を、中
    心軸に対称にかつ前記各音響レンズが前記中心軸上に同
    一の焦点[−Hするように互いに音波分離体を介して一
    体に結合し、前記中心軸に対して一方の変換部材を送波
    側として他方の変換部材を受渡側として夫々独立に使用
    することを特徴とする超音波顕微鏡用音波探触子。
JP56117523A 1981-07-27 1981-07-27 超音波顕微鏡用音波探触子 Pending JPS5819556A (ja)

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