JPS5872052A - 反射型超音波顕微鏡装置 - Google Patents

反射型超音波顕微鏡装置

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JPS5872052A
JPS5872052A JP56172220A JP17222081A JPS5872052A JP S5872052 A JPS5872052 A JP S5872052A JP 56172220 A JP56172220 A JP 56172220A JP 17222081 A JP17222081 A JP 17222081A JP S5872052 A JPS5872052 A JP S5872052A
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JP
Japan
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oscilloscope
axis
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ultrasonic
exciter
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JP56172220A
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English (en)
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Noritoshi Nakabachi
中鉢 憲賢
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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
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/06Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or 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】 本発明は反射型超音波顕微鏡装置において、超音波を発
生、検出する集束超音波変換器と被検査物体表面との間
隔を周期的に変化させるとともに、その周期に同期させ
て反射信号観測用オシロスコープのX掃引を行わせるこ
とにより、陰極線管の表示面上に被検査物体表面の弾性
的特性パターンを極めて短時間に表示する超音波顕微鏡
装置に関する。
光の代わりに超音波を用いて物体の微視的な構造を観察
しようという考えは古くからあり、最近機械走査型超音
波顕微鏡装置が開発された。この超音波顕微鏡は、原理
的には細く絞った円錐状の超音波ビームを被検査物体表
面に照射し、超音波ビームの焦点の位置を被検査物体表
面内で移動させたり、あるいは被検査物体表面に垂直方
向に移動させたりして、被検査物体内の各点における弾
性的性質の差異等によって生ずる超音波の反射波や透過
波を超音波変換器で集音して電気信号に変換し、その信
号を陰極線管の表示面に二次的に表示し顕微鏡像を得た
り、あるいはX−Yレコーダーに記録したりするもので
ある。超音波の集束用変換器としてはレンズ方式による
ものと凹面型変換器とがあり、また超音波変換器の配置
により透過型と反射型に分けられる。
第1図は反射型の超音波顕微鏡のブロック図で、高周波
パルス発信器(1)からの信号は、方向性結合器(2)
を経て集束用超音波変換器(3)により集束超音波ビー
ムとなり、液体音場媒体(4)を介して、被検査物体保
持版(5)上に固定され、ほぼ焦点近傍(Z〜0)に配
置された被検査物体(6)に照射される。保持板(5)
走査装置(7)によってX及びY方向に移動される。も
ちろん、保持板(5)の代わりに超音波変換器(3)を
X及びY方向に移動させてもよい。走査装置(7)は走
査制御回路(8)によって制御される。被検査物体(6
)より反射された反射波は再び超音波変換器(3)で集
音され、電気信号に変換され、前記方向性結合器(2)
を経て表示装置(9)へ供給され超音波顕微鏡像が得ら
れる。
一方、前述のような超音波顕微鏡装置において、X及び
Y方向に走査させず、第2図(a)に示される如くZ軸
方向移動装置(10)上に配置され被検査物体(11)
(例えば、固体物質)を、被検査物体表面に垂直な軸、
すなわちビーム軸で(Z軸)に沿って超音波変換器(3
)の方向に近づくように移動させながら超音波変換器の
出力を観測すると同図(b)に示される如く周期的に変
化する曲線が記録装置に(13)に得られる。この曲線
はV(Z)曲線と呼ばれている。その周期性は物質に依
存し、これは、集束超音波ビームのうちのZ軸近傍から
の反射波と、臨界角近傍のビームによって励起された濾
洩弾性表面波の再放射した波との干渉によるもであるこ
とが知られている。したがって、第2図(b)の中の周
期ΔZを測定することにより、物質の濾洩弾性表面波の
速度を計算により求めることができる。この周期ΔZと
音速との関係は近似的に次式で与えられる。
    ΔZ=Ul/{2f(1−cosθ)}   
  θ=Sin−1(Ul/Us)ここで、Ul;液体
音場媒体(4)の縦波速度、Us;漏洩弾性表面速度、
f;使用超音波周波数である。
故に、固体の音速を求めるためには、周期ΔZを実測す
ればよいことになる。その一例が、1979年2月1日
発行の応用物理レター(APPLIED PHYSIC
SLETTERS)34巻3号の179頁から181頁
にウェグライン(Weglein)の論文で”A mo
del forpredicting acousti
c material/signaturesがある、
上記測定方法を用いて、種々の音速を有する広範囲の物
質について計測し、この方法が固体の音響特性の定量的
測定法に有用であることを実験的に明らかにしている。
ところで、上述の音速測定にあたって、従来は超音波変
換器(3)を被検査物体表面に近づけるのに、マイクロ
メーターにとりつけられたZ軸方向移動装置(10)を
小型モーターによって駆動させていたので、第2図(b
)に示すようなパターン、すなわちV(Z)曲線を得る
のには少なくとも数秒以上を要した。さらに、陰極線管
の表示面にV(Z)曲線を描かせるためには、高価な波
形メモライザなどを用いなければならないという欠点が
あった。本発明はこのような欠点を解消し、即座に陰極
線管の表示面に、V(Z)曲線を描かせるものであって
、以下、図面により詳細を説明する。
第3図は、本発明の原理を示すための実施例である。超
音波変換器(14)と被測定物体(15)との間隔を精
度よく周期的に微小変化させるためには加振器等を用い
ればよい。実施例では、被検査物体の保持板(16)を
電磁的に駆動される加振器(17)の上に固定し、その
加振器を低周波発信器(18)によって30〜100H
z程度で正弦振動させている。次に、加振器の周期に同
期させてオシロスコープ(20)の陰極線管にX掃引を
行わせればよいが、そのために実施例では、低周波発信
器(18)の出力の一部を減衰器または移相器(19)
を介してオシロスコープ(20)のX軸に入力してある
。高周波パルス発信器(21)からの信号は、上述の第
2図について述べたのと同様な経路を経て、被検査物体
(15)を照射し、その反射波を超音波変換器(14)
により再び電気的信号出力として取り出し、さらに適当
な波形処理回路(22)を経てオシロスコープ(20)
のY軸に入力される。このとき、高周波パルスの繰返し
周波数がX掃引のための繰返し周波数と解像点数との積
よりも十分高ければ(本実施例では25KHz以上)、
Y軸に入力された超音波変換器からの出力信号はX軸に
対して連続的な曲線として表示面に描かれる。このとき
、表示面上のx軸の目盛と被検査物体のZ軸上の位置と
を対応させておけば、陰極線管の表示面に描かれた曲線
がV(Z)曲線となる。実施例において、超音波ビーム
の集束には半円筒型の凹レンズを用い、曲率半径が1m
mで、線状に焦点を結ばせることができる。加振器の振
幅は被検査物体表面にレンズが接触しない範囲に抑える
必要があり、本実施例では最大で250μmに固定して
ある。したがって、超音波変換器の焦点の位置を、レン
ズの静止状態における位置から±250μm、すなわち
被検査物体に対して垂直方向に500μmほど変化させ
ることができる。
第4図は、第3図で述べた装置を用いて、200MHz
の超音波で得られたV(Z)曲線の観測例で、被検査物
体はサファイア板である。この場合、超音波変換器の焦
点の静止位置(23)をサファイア表面(24)より1
50μmほど離れたところにあらかじめ設定しておいて
、加振器を50Hzで振動させて得られたもので、図に
は加振器の振動変位(25)の時間(26)に対する変
化と対応させて描いてある。なお、このV(z)曲線を
描かせることにあたり、波形処理回路としては検波器と
フィルターを組み合わせた回路を用いている。
上述の実施例では、被検査物体の方を振動させたが、超
音波変換器のほうを振動させてもよい。また、超音波の
集束用レンズとしては従来から用いられている半球面型
の凹レンズを用いてもよく、さらに負う面型変換器を用
いることもできる。
第5図は、本発明のもう一つの実施例を示すもので、被
検査物体の表面における弾性的性質の場所的な変化を観
測するための構成図である。すなわち、超音波変換器(
27)からの出力信号をオシロスコープ(28)のZ軸
に入力する(輝度変調)。さらに、超音波変換器を、従
来の顕微鏡装置のY走査と同様な方法によって、被検査
物体の表面に平行にマイクロメータによりY方向に移動
させ、その変位をぽてんションメータで(29)で読み
とり、オシロスコープ(28)のY軸に入力するように
構成されてある。
次に、第6図は、被検査物体として石英ガラス板(30
)の表面に蒸着された金属の皮膜(31)について、本
装置によって観測した結果のの一例である。図(a)は
被検査物体の形状を示すもので、同図に示すY方向(3
2)について超音波変換器をP1からP2まで移動させ
た。図(b)は、そのときに観測したパターンの概略図
である。なお、このような一枚の画像を得るのには数秒
以下の短時間でよい。また、このパターンでは、波形処
理回路によって超音波変換器からの出力信号の政府を反
転させ、反射出力の強い部分が黒く描かれている。平行
線の間隔が物質の弾性性質を示すが、このパターンから
、弾性的性質のよく知られている石英ガラス板について
得られたパターンと中央部分のパターンとを比較するこ
とにより、蒸着された被膜の厚さや性質を推定すること
が可能である。
以上述べた実施例では、被検査物体をZ方向に周期振動
させる方法として、加振器を用いているが、そのほかに
、圧電バイモルフ型、あるいはコンデンサースピーカ型
などの振動方法を適用することができる。なお、本文に
は明示しなかったが、操作の不注意などで加振器等の振
幅が大きくなりすぎて、レンズや被検査物体を損傷させ
るおそれがある場合には、マイクロメータによる微調整
の可能な安全スイッチなどを付設しておく必要があるこ
とは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は反射型超音波顕微鏡の原理を示す図、第2図は
反射型超音波顕微鏡による音速測定の原理を示す図、第
3図は本発明の原理を示すための実施例であり、第4図
は本実施例の装置で得られたV(Z)曲線の一例であり
、第5図は本発明のもう一つの実施例であり、第6図は
その装置により観測したパターンの概略図である。 (1)(21)高周波パルス発信器、(2)方向性結合
器、(3)(14)(集束用)超音波変換器、(4)液
体音場媒体、(5)(16)被検査物体保持板、(6)
(11)(15)被検査物体、(7)走査装置、(8)
走査制御回路、(9)(10)表示装置、(10)Z軸
方向移動装置、(12)小型モーター、(13)記録装
置、(17)加振器、(18)低周波発振器、(19)
減衰器または移相器、(20)焦点の静止位置、(24
)サファイア表面の位置、(25)加振器の振動変位、
(26)時間軸 特許出願人 中 鉢 憲 賢

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 収束された超音波ビームの焦点の位置を被検査物体表面
    に垂直な軸に沿って移動させることにより、被検査物体
    表面の弾性的性質を測定する方式の反射型超音波顕微鏡
    装置において、超音波を発生、検出する集束超音波変換
    器と被検査物体表面との間隔を周期的に変化させるとと
    もに、その周期に同期させて反射信号観測用オシロスコ
    ープのX掃引を行わせることを特徴とする超音波顕微鏡
    装置。
JP56172220A 1981-10-27 1981-10-27 反射型超音波顕微鏡装置 Pending JPS5872052A (ja)

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JP56172220A JPS5872052A (ja) 1981-10-27 1981-10-27 反射型超音波顕微鏡装置

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JP56172220A JPS5872052A (ja) 1981-10-27 1981-10-27 反射型超音波顕微鏡装置

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JPS5872052A true JPS5872052A (ja) 1983-04-28

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ID=15937816

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4966038A (en) * 1988-07-01 1990-10-30 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic microscope
US4977779A (en) * 1988-07-21 1990-12-18 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic microscope having a focusing mechanism
JPH07280781A (ja) * 1992-10-30 1995-10-27 Noritoshi Nakabachi 超音波顕微鏡装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56135153A (en) * 1980-03-26 1981-10-22 Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai Laser-scan-type ultrasonic microscope

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