JPS6117009A - 超音波顕微鏡 - Google Patents
超音波顕微鏡Info
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- JPS6117009A JPS6117009A JP59138490A JP13849084A JPS6117009A JP S6117009 A JPS6117009 A JP S6117009A JP 59138490 A JP59138490 A JP 59138490A JP 13849084 A JP13849084 A JP 13849084A JP S6117009 A JPS6117009 A JP S6117009A
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- Japan
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- ultrasonic
- signal
- piezoelectric transducer
- electrode
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- Granted
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
本発明は超音波を効率良く送受波できるようにした超音
波顕微鏡に関する。
波顕微鏡に関する。
[発明の技術的背景とその問題点1
光の代りに超音波を用いて物体の微視的な構造を観察す
る装置として、機械走査形超音波顕微鏡がある。この超
音波顕微鏡は、原理的には細く絞った超音波ビームによ
って試料面を機械的に走査し、その試料により散乱され
た超音波を集音して電気信号に変換し、その信号を陰極
線管等の表示面に二次元的に表示し、顕微鏡像を得るも
のである。走査する超音波としては、100MHz〜1
GHz位の超高周波ビームが用いられ、略10μm〜1
μm程度の分解能が得られる。さらに、上記IGHz以
上の周波数ビームを用いれば、さらに分解能を上げるこ
とも可能であり、また超音波によって物体の内部像を観
察し得るという利点も有している。
る装置として、機械走査形超音波顕微鏡がある。この超
音波顕微鏡は、原理的には細く絞った超音波ビームによ
って試料面を機械的に走査し、その試料により散乱され
た超音波を集音して電気信号に変換し、その信号を陰極
線管等の表示面に二次元的に表示し、顕微鏡像を得るも
のである。走査する超音波としては、100MHz〜1
GHz位の超高周波ビームが用いられ、略10μm〜1
μm程度の分解能が得られる。さらに、上記IGHz以
上の周波数ビームを用いれば、さらに分解能を上げるこ
とも可能であり、また超音波によって物体の内部像を観
察し得るという利点も有している。
ところで、超音波の検出の仕方によって、すなわち試料
内で散乱あるいは減衰しながら透過してぎた超音波を検
出する場合と、試料内の8饗的性質の差によって反射し
てきた超音波を検出する場合とによって、透過型と反射
型とに分けられる。
内で散乱あるいは減衰しながら透過してぎた超音波を検
出する場合と、試料内の8饗的性質の差によって反射し
てきた超音波を検出する場合とによって、透過型と反射
型とに分けられる。
第10図は従来の反射型の超音波顕微鏡の外形を示し、
第11図は保持台付近を拡大して示し、第12図は電気
処理回路系を示す。
第11図は保持台付近を拡大して示し、第12図は電気
処理回路系を示す。
第10図において、符号1及び2は光学的に観察あるい
はM1認用に設けられた接眼レンズ及び鏡筒である。鏡
筒2の下端部には対物レンズ3が取付けられ、ゴニオメ
ータ4を載せた保持台5に対向している。そして、顕微
鏡本体は鏡脚6にて保持されている。保持台5は保持台
移動装置7によって保持され、音響レンズ8はゴニオメ
ータ4に対向し、ボイスコイルより成る加振器10に支
持されている。鏡筒2は落嗣照明用光源9を導くように
しである。そして、ゴニオメータ4の上には試料11が
載置されている。なお、符号12は保持台移動装置7を
移動させるための走査用つまみである。また、第11図
に示すように音響レンズ8は加振器10より該加振器1
0の振動を音響レンズ8に伝えるためのアーム13によ
って支持されている。加振器10は図示しない外部入力
信号発生器により加えられた交流信号(正弦波信号が使
われる)によって、アーム13の長手方向に数10Hz
の振動数をもって振動する。この加振器10による振動
を受けて音響レンズ8は走査される、。音響レンズ8の
下面には水14が浸されており、水14は音響レンズ8
と試料11間のを場伝搬媒体として超音波を出来るかぎ
り減衰させることなく伝達する役目をしている。試料1
1はゴニオメータ4の上面に保持されており、ゴニオメ
ータ4のつまみを回すことにより、試料表面が音響レン
ズ8の軸方向に対して垂直に対向するように調整できる
ようになっている。ゴニオメータ4には二次元走査可能
なように、X、Y方向走査用つまみが付けられている。
はM1認用に設けられた接眼レンズ及び鏡筒である。鏡
筒2の下端部には対物レンズ3が取付けられ、ゴニオメ
ータ4を載せた保持台5に対向している。そして、顕微
鏡本体は鏡脚6にて保持されている。保持台5は保持台
移動装置7によって保持され、音響レンズ8はゴニオメ
ータ4に対向し、ボイスコイルより成る加振器10に支
持されている。鏡筒2は落嗣照明用光源9を導くように
しである。そして、ゴニオメータ4の上には試料11が
載置されている。なお、符号12は保持台移動装置7を
移動させるための走査用つまみである。また、第11図
に示すように音響レンズ8は加振器10より該加振器1
0の振動を音響レンズ8に伝えるためのアーム13によ
って支持されている。加振器10は図示しない外部入力
信号発生器により加えられた交流信号(正弦波信号が使
われる)によって、アーム13の長手方向に数10Hz
の振動数をもって振動する。この加振器10による振動
を受けて音響レンズ8は走査される、。音響レンズ8の
下面には水14が浸されており、水14は音響レンズ8
と試料11間のを場伝搬媒体として超音波を出来るかぎ
り減衰させることなく伝達する役目をしている。試料1
1はゴニオメータ4の上面に保持されており、ゴニオメ
ータ4のつまみを回すことにより、試料表面が音響レン
ズ8の軸方向に対して垂直に対向するように調整できる
ようになっている。ゴニオメータ4には二次元走査可能
なように、X、Y方向走査用つまみが付けられている。
ゴニオメータ4は保持台5にて保持されており、保持台
5は保持台移動装置7にて保持されて、保持台移動走査
用つまみ12を右方向或いは左方向に回転させることに
より、上下方向に移動するようになっている。
5は保持台移動装置7にて保持されて、保持台移動走査
用つまみ12を右方向或いは左方向に回転させることに
より、上下方向に移動するようになっている。
第12図は超音波顕微鏡装置の電気回路系を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
同図に示すように、高周波パルス発生器15によって発
生された高周波パルス信号は、サーキュレータ(方向性
結合器)16を介して音響レンズ8上面に取り付けられ
た圧電トランスデユーサ(圧電変換器)17に到達する
ようになっている。
生された高周波パルス信号は、サーキュレータ(方向性
結合器)16を介して音響レンズ8上面に取り付けられ
た圧電トランスデユーサ(圧電変換器)17に到達する
ようになっている。
高周波パルス信号は圧電トランスデユーサ17によって
超音波に変換され、音響レンズ8内を伝搬する。超音波
は音響レンズ8下面の球面レンズ部によって球面波に変
換されて水14内を通過し、試料11に当たるようにな
っている。そこで、試料11から超音波が反射されて再
び水14内を通過し、再度金管レンズ8の球面レンズ部
を通って平面波に変換され、圧電トランスデユーサ17
に到達し、圧電トランスデユーサ17にてさらに電気信
号に変換される。このようにして生じた電気信号は再び
サーキュレータ16を通してゲート回路18に導かれる
ようになっている。ゲート回路18では圧電トランスデ
ユーサ17に返ってくる超音波反射信号の内試料11か
らの正しい反射信号のみを取り出すことができるように
、正しい反射信号が戻ってくるタイミングでゲートを開
き、試料11からの反射信号を取り出し易くするように
している。換言すれば、ゲート回路18によって音響レ
ンズ8の内部等からの不要反射によるノイズ成分を小さ
くするようにしている。このようにして得られた試料1
1面からの正しい反射信号を高周波増幅回路19へ導い
て増幅し、混合回路20へ導くようにする。混合回路2
0へは局部発振器21からの局部発振周波数信号が入り
、この信号と試料11からの反射信号が混合され、その
結果中間周波数信号に変換される。このように周波数を
下げて中間周波数に変換づることにより増幅し易くなる
と同時に、ノイズ成分も少くすることができるようにし
ている。中間周波数信号は中間周波数増幅回路22によ
り増幅されて検波回路23へ導かれ、試料11からの信
号であるバースト波の包絡線を取り出し、その後ブラン
キング回路24へ通すようにしている。ブランキング回
路24では試料11からの反射信号のみが取り出され、
他の不要な信号がカットされ、ピーク検波回路25に導
いてピーク検波する。このようにして得られた検波出力
信号を順次スキャンコンバータ26に導いてテレビジョ
ン信号に変換し、その輝麿信号によってテレビジョンモ
ニタ27に画像表示するようにしている。この場合、ス
キャンコンバータ26はピーク検波回路25からの検波
出力信号を一時記憶している。又、X偏向信号発生回路
28及びY偏向信号発生回路29が制御回路30にて制
御可能なX−Y走査機構31の走査周期に同期して動作
するように構成され、スキャンコンバータ26において
前述の一時記憶した検波出力信号をテレビジョン走査周
期で読み出すと共に、この読み出した信号に×及びY偏
向信号発生回路28.29からの各同期信号を付加して
複合テレビジョン信号を作成し、この信号をテレビジョ
ンモニタ27に送って試料11の超音波画像を得るよう
にしている。
超音波に変換され、音響レンズ8内を伝搬する。超音波
は音響レンズ8下面の球面レンズ部によって球面波に変
換されて水14内を通過し、試料11に当たるようにな
っている。そこで、試料11から超音波が反射されて再
び水14内を通過し、再度金管レンズ8の球面レンズ部
を通って平面波に変換され、圧電トランスデユーサ17
に到達し、圧電トランスデユーサ17にてさらに電気信
号に変換される。このようにして生じた電気信号は再び
サーキュレータ16を通してゲート回路18に導かれる
ようになっている。ゲート回路18では圧電トランスデ
ユーサ17に返ってくる超音波反射信号の内試料11か
らの正しい反射信号のみを取り出すことができるように
、正しい反射信号が戻ってくるタイミングでゲートを開
き、試料11からの反射信号を取り出し易くするように
している。換言すれば、ゲート回路18によって音響レ
ンズ8の内部等からの不要反射によるノイズ成分を小さ
くするようにしている。このようにして得られた試料1
1面からの正しい反射信号を高周波増幅回路19へ導い
て増幅し、混合回路20へ導くようにする。混合回路2
0へは局部発振器21からの局部発振周波数信号が入り
、この信号と試料11からの反射信号が混合され、その
結果中間周波数信号に変換される。このように周波数を
下げて中間周波数に変換づることにより増幅し易くなる
と同時に、ノイズ成分も少くすることができるようにし
ている。中間周波数信号は中間周波数増幅回路22によ
り増幅されて検波回路23へ導かれ、試料11からの信
号であるバースト波の包絡線を取り出し、その後ブラン
キング回路24へ通すようにしている。ブランキング回
路24では試料11からの反射信号のみが取り出され、
他の不要な信号がカットされ、ピーク検波回路25に導
いてピーク検波する。このようにして得られた検波出力
信号を順次スキャンコンバータ26に導いてテレビジョ
ン信号に変換し、その輝麿信号によってテレビジョンモ
ニタ27に画像表示するようにしている。この場合、ス
キャンコンバータ26はピーク検波回路25からの検波
出力信号を一時記憶している。又、X偏向信号発生回路
28及びY偏向信号発生回路29が制御回路30にて制
御可能なX−Y走査機構31の走査周期に同期して動作
するように構成され、スキャンコンバータ26において
前述の一時記憶した検波出力信号をテレビジョン走査周
期で読み出すと共に、この読み出した信号に×及びY偏
向信号発生回路28.29からの各同期信号を付加して
複合テレビジョン信号を作成し、この信号をテレビジョ
ンモニタ27に送って試料11の超音波画像を得るよう
にしている。
以上のような構成、動作を有する従来の超音波顕微鏡に
おいては、圧電トランスデユーサ17はある周波数で共
振するように製作されているが、その共振周波数が非常
に高いため、その圧電トランスデユーサ17の厚みも、
非常に薄くなり、精密加工されたものであっても実際に
は少しずれていることが多い。つまり実際の超音波顕微
鏡の圧電トランスデユーサ17に加えられる周波数は圧
電トランスデユーサ17の共振周波数から若干ずれてい
る。この圧電トランスデユーサ17のQ値は非常に大き
いため、その共振周波数から少しずれた周波数の(送波
時及び受波時の)電気信号の入力に対しても圧缶トラン
スデユーサ17の励振の効率がかなり下がってしまい、
その結果超音波画像を形成する信号のSN比が小さくな
り、得られる画質が低下してしまうという欠点が生じる
。
おいては、圧電トランスデユーサ17はある周波数で共
振するように製作されているが、その共振周波数が非常
に高いため、その圧電トランスデユーサ17の厚みも、
非常に薄くなり、精密加工されたものであっても実際に
は少しずれていることが多い。つまり実際の超音波顕微
鏡の圧電トランスデユーサ17に加えられる周波数は圧
電トランスデユーサ17の共振周波数から若干ずれてい
る。この圧電トランスデユーサ17のQ値は非常に大き
いため、その共振周波数から少しずれた周波数の(送波
時及び受波時の)電気信号の入力に対しても圧缶トラン
スデユーサ17の励振の効率がかなり下がってしまい、
その結果超音波画像を形成する信号のSN比が小さくな
り、得られる画質が低下してしまうという欠点が生じる
。
従って、SN比の高い超音波画像を得るためには、実際
に用いる圧電トランスデユーサ17に対して発振周波数
の微調整が必要となる。このため、微調整を必要とする
ことなく、常に最良状態で超音波画像を得ることができ
る装置であれば、非常に使い易いものとなる。又、IG
Hz等高い周波数で使用する場合には超音波伝達媒体(
水等)を加温して、損失を少くすることが必要とされる
場合があるが、この時@響しンズ8も温・められ、これ
に伴って圧電トランスデユーサの共振周波数もずれてし
まうこと・があるため、たびたび微調整が必要とされる
という欠点があった。
に用いる圧電トランスデユーサ17に対して発振周波数
の微調整が必要となる。このため、微調整を必要とする
ことなく、常に最良状態で超音波画像を得ることができ
る装置であれば、非常に使い易いものとなる。又、IG
Hz等高い周波数で使用する場合には超音波伝達媒体(
水等)を加温して、損失を少くすることが必要とされる
場合があるが、この時@響しンズ8も温・められ、これ
に伴って圧電トランスデユーサの共振周波数もずれてし
まうこと・があるため、たびたび微調整が必要とされる
という欠点があった。
[発明の目的]
本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、常に
圧電トランスデユーサの共振周波数に合った周波数で、
圧電トランスデユーサを励振し、効率良く超音波を送受
波してSN比の高い超音波画像を得ることができるよう
にした超音波顕微鏡を提供することを目的とする。
圧電トランスデユーサの共振周波数に合った周波数で、
圧電トランスデユーサを励振し、効率良く超音波を送受
波してSN比の高い超音波画像を得ることができるよう
にした超音波顕微鏡を提供することを目的とする。
[発明の概要]
本発明はスイープ発振器で周波数をスイープして圧電変
換器を励振し、該圧電変換器に取付けた他の電極等から
励振された圧電振動を電気信号として取り出し、その検
出信号電圧が最大となる周波数を求め、その周波数で超
音波を送受波して超音波画像を得る構成になっている。
換器を励振し、該圧電変換器に取付けた他の電極等から
励振された圧電振動を電気信号として取り出し、その検
出信号電圧が最大となる周波数を求め、その周波数で超
音波を送受波して超音波画像を得る構成になっている。
[発明の実施例コ
以下、図面を参照して本考案を具体的に説明する。
第1図ないし第5図は本発明の第1実施例に係り、第1
図は第1実施例における電気回路系をブロックにて示し
、第2図及び第3図は第1実施例に用いられる圧電トラ
ンスデユーサ(圧電変換器)を示し、第4図は第1実施
例に用いられるスイープ発振器から出力される信号の周
波数が掃引される様子を示し、第5図は第4図の出力信
号を圧電トランスデユーサに印加した場合における励振
の振幅波形と、その包絡線検波された波形を示す。
図は第1実施例における電気回路系をブロックにて示し
、第2図及び第3図は第1実施例に用いられる圧電トラ
ンスデユーサ(圧電変換器)を示し、第4図は第1実施
例に用いられるスイープ発振器から出力される信号の周
波数が掃引される様子を示し、第5図は第4図の出力信
号を圧電トランスデユーサに印加した場合における励振
の振幅波形と、その包絡線検波された波形を示す。
第1実施例の超音波顕微鏡の装置外観は第10図に示す
従来例と殆んど同様である(ので図示略)が、第1実施
例に用いられている圧電トランスデユーサ41は、第2
図及び第3図に示すように、音響レンズ8の上端面の中
央に円板状に貼着されているが、一方の面(上面)に全
面電極が形成されないで、大面積を有する送受波(送受
信)用電極42と、スリット状に電極が形成されてない
部分を設けて周波数モニタ用電極43とが分離形成され
ている。尚、他方の面(下面〉はアースとなる全面電極
が形成されており、この全面電極は双方共通に用いられ
るようになっている。
従来例と殆んど同様である(ので図示略)が、第1実施
例に用いられている圧電トランスデユーサ41は、第2
図及び第3図に示すように、音響レンズ8の上端面の中
央に円板状に貼着されているが、一方の面(上面)に全
面電極が形成されないで、大面積を有する送受波(送受
信)用電極42と、スリット状に電極が形成されてない
部分を設けて周波数モニタ用電極43とが分離形成され
ている。尚、他方の面(下面〉はアースとなる全面電極
が形成されており、この全面電極は双方共通に用いられ
るようになっている。
上記圧電トランスデユーサ41を用いた第1実施例の電
気回路系は第1図に示すように構成されている。尚、従
来例と同一要素には同符号を付けて示す。
気回路系は第1図に示すように構成されている。尚、従
来例と同一要素には同符号を付けて示す。
高周波パルス発生器15によって発生された高周波パル
ス信号は、サーキュレータ16を通り、スイッチ44を
経゛て音響レンズ8上面に取付けられた圧電トランスデ
ユーサ41の電極42及びンース電極に印加され、圧電
振動を生じさせ、音響レンズ8を経て試料11側に超音
波を送波できるようになっている。しかして、試料11
で反射された超音波は音響レンズ8を経て再び圧電トラ
ンスデユーサ41によって電気信号に変換され、再びサ
ーキュレータ16を通ってゲート回路18側に導かれる
。このゲート回路18以後の超音波画像形成のための構
成及び動作は上述した従来例と同様であるので省略する
。
ス信号は、サーキュレータ16を通り、スイッチ44を
経゛て音響レンズ8上面に取付けられた圧電トランスデ
ユーサ41の電極42及びンース電極に印加され、圧電
振動を生じさせ、音響レンズ8を経て試料11側に超音
波を送波できるようになっている。しかして、試料11
で反射された超音波は音響レンズ8を経て再び圧電トラ
ンスデユーサ41によって電気信号に変換され、再びサ
ーキュレータ16を通ってゲート回路18側に導かれる
。このゲート回路18以後の超音波画像形成のための構
成及び動作は上述した従来例と同様であるので省略する
。
ところで上記スイッチ44は、例えばダイオードスイッ
チ等で形成され、超音波顕微鏡の電源役人の際には、第
1図の破線で示す側が導通状態ととなり、第4図に示す
ように時間tとともに周波数が(例えば低い方から高い
方へと)可変される(スィーブ発振器45の)正弦波信
号が圧電トランスデユーサ41の電極42に印加され、
その周波数で励振させるようになっている。尚、スィー
ブ発振器45は、スィーブ制御電圧部46から出力され
る鋸歯状波等の制御電圧で動作し、その電圧値に応じた
周波数を出力するようになっている。
チ等で形成され、超音波顕微鏡の電源役人の際には、第
1図の破線で示す側が導通状態ととなり、第4図に示す
ように時間tとともに周波数が(例えば低い方から高い
方へと)可変される(スィーブ発振器45の)正弦波信
号が圧電トランスデユーサ41の電極42に印加され、
その周波数で励振させるようになっている。尚、スィー
ブ発振器45は、スィーブ制御電圧部46から出力され
る鋸歯状波等の制御電圧で動作し、その電圧値に応じた
周波数を出力するようになっている。
上記励振された圧電トランスデユーサ41は、その圧電
振動の振幅に応じてモニタ用電極43から電気信号とし
て取り出され、高周波増幅回路47に入力されて増幅さ
れ、次段の検波回路48で検波され、振動波形の包絡線
が出力される。第5図の実線に示すようにスィーブされ
た周波数の場合には、圧電トランスデユーサ41の共振
周波数jpで振幅が極大(最大)となり(この最大点を
矢印で示す)、検波回路48による検波波形として、第
5図の破線で示すような包絡線を得ることができるよう
になっている。(尚、第4図及び第5図においては、周
波数が非常に大きく変化するように′示しであるが、実
際には共振周波数すRの近傍範囲をカバーすれば十分で
ある。)上記検波出力は、A/D変換器49によって、
ディジタル量に変換され、順次メモリ50に書き込まれ
る。この書き込みに同期して、スイープ制御電圧部46
の出力信号電圧つまり、スイープ発振器45の入力電圧
がA/DV!換器51でディジタル量にされ、メモリ5
2に順次書き込まれる。
振動の振幅に応じてモニタ用電極43から電気信号とし
て取り出され、高周波増幅回路47に入力されて増幅さ
れ、次段の検波回路48で検波され、振動波形の包絡線
が出力される。第5図の実線に示すようにスィーブされ
た周波数の場合には、圧電トランスデユーサ41の共振
周波数jpで振幅が極大(最大)となり(この最大点を
矢印で示す)、検波回路48による検波波形として、第
5図の破線で示すような包絡線を得ることができるよう
になっている。(尚、第4図及び第5図においては、周
波数が非常に大きく変化するように′示しであるが、実
際には共振周波数すRの近傍範囲をカバーすれば十分で
ある。)上記検波出力は、A/D変換器49によって、
ディジタル量に変換され、順次メモリ50に書き込まれ
る。この書き込みに同期して、スイープ制御電圧部46
の出力信号電圧つまり、スイープ発振器45の入力電圧
がA/DV!換器51でディジタル量にされ、メモリ5
2に順次書き込まれる。
上記メモリ50に書き込まれたデータは1周期の掃引後
、演算処理部53によって、隣接する2つずつ順次取り
込まれて比較され、ディジタル的に最大となるデータに
おけるそのアドレスが検出され、そのアドレスで上記メ
モリ52の(スイープ発振器45の入力電圧のディジタ
ル)データが読み出される。この読み出されたデータは
、D/A変換器55でアナログ量にされ、さらに電圧−
周波数(■−士)変換器56で圧電トランスデユーサ4
1の共振周波数fRに変換されて、高周波パルス発生器
15に入力され、波形整形及°び増幅等されて所定の振
幅を有する超音波顕微鏡画像形成 用の高周波パルス信
号にされるようになっている。
、演算処理部53によって、隣接する2つずつ順次取り
込まれて比較され、ディジタル的に最大となるデータに
おけるそのアドレスが検出され、そのアドレスで上記メ
モリ52の(スイープ発振器45の入力電圧のディジタ
ル)データが読み出される。この読み出されたデータは
、D/A変換器55でアナログ量にされ、さらに電圧−
周波数(■−士)変換器56で圧電トランスデユーサ4
1の共振周波数fRに変換されて、高周波パルス発生器
15に入力され、波形整形及°び増幅等されて所定の振
幅を有する超音波顕微鏡画像形成 用の高周波パルス信
号にされるようになっている。
上述のようにして、電源投入後、わずかの時間が経過づ
ると、その間に圧電トランスデユーサ41の共振周波数
−fRが検出されて、高周波パルス発生器15の出力周
波数はその値に自動的に設定され、その後は常時、その
周波数に保持され、その周波数の高周波パルス信号が圧
電トランスデユーサ41に印加され、変換効率の良い状
態で送波及び受波でき、SN比の高い鮮明な超音波顕微
鏡画像を得ることができるという特徴を有する。
ると、その間に圧電トランスデユーサ41の共振周波数
−fRが検出されて、高周波パルス発生器15の出力周
波数はその値に自動的に設定され、その後は常時、その
周波数に保持され、その周波数の高周波パルス信号が圧
電トランスデユーサ41に印加され、変換効率の良い状
態で送波及び受波でき、SN比の高い鮮明な超音波顕微
鏡画像を得ることができるという特徴を有する。
又、音響レンズ8を交換した場合にも、新たに取付けら
れた圧電トランスデユーサの共振周波数fRに一致した
周波数で励振でき、たとえ若干具る共振周波数のもので
も最適の状態で使用できる。
れた圧電トランスデユーサの共振周波数fRに一致した
周波数で励振でき、たとえ若干具る共振周波数のもので
も最適の状態で使用できる。
このため、互換使用可能となる範囲も広くなり、圧電ト
ランスデユーサ41を取付【プた音響レンズに要求され
る加工精度も低くて済み、低価格のレンズでも使用でき
る。
ランスデユーサ41を取付【プた音響レンズに要求され
る加工精度も低くて済み、低価格のレンズでも使用でき
る。
第6図は本発明の第2実施例を示す。
この第2実施例においては、上記第1実施例と同様にス
イープされた周波数が圧電トランスデユーサ41に印加
され、分離形成されたモニタ電極43からその励振され
た振動電圧が取り出され、高周波増幅器47で増幅され
、検波回路48で包絡線検波され、さらにA/D変換器
49でディジタル量にされた後1組のメモリ57の一方
に書ぎ込まれるようになっている。このメモリ57の他
方には、スイープ制御電圧部46の電圧がA/D変換器
51でディジタル量に変換されて、上記書き込みのタイ
ミングと同期して書き込まれるようになっている。つま
り各周波数がスイープされた場合、そのスィーブされた
周波数に(例えばリニアに)対応するスイープ制御電圧
値のディジタル変換データがメモリ57の一方に書き込
まれると共に、該メモリの他方には、検波出力のディジ
タル変換データがそれぞれ同期して順次書き込まれるよ
うになっている。
イープされた周波数が圧電トランスデユーサ41に印加
され、分離形成されたモニタ電極43からその励振され
た振動電圧が取り出され、高周波増幅器47で増幅され
、検波回路48で包絡線検波され、さらにA/D変換器
49でディジタル量にされた後1組のメモリ57の一方
に書ぎ込まれるようになっている。このメモリ57の他
方には、スイープ制御電圧部46の電圧がA/D変換器
51でディジタル量に変換されて、上記書き込みのタイ
ミングと同期して書き込まれるようになっている。つま
り各周波数がスイープされた場合、そのスィーブされた
周波数に(例えばリニアに)対応するスイープ制御電圧
値のディジタル変換データがメモリ57の一方に書き込
まれると共に、該メモリの他方には、検波出力のディジ
タル変換データがそれぞれ同期して順次書き込まれるよ
うになっている。
しかして、上記メモリ57に磨き込まれた検波出力のデ
ィジタル変換データは、演算処理部53で前後したもの
がそのアドレスと共に取り込まれて一方から他方を減算
したり、お互いに比較させる等して、最大のデータが検
出され、しかしてその最大データに対するアドレスが検
出され、この最大のデータに対応するアドレスで、その
データに対応するメモリ57のスイープ制御電圧値(の
ディジタルデータ)が読み出される。この読み出された
データはD/A変換器55でアナロ゛グ最に変換され、
電圧−周波数変換器56で共振周波数すRにされて、高
周波パルス発生器15に入力されるようになっている。
ィジタル変換データは、演算処理部53で前後したもの
がそのアドレスと共に取り込まれて一方から他方を減算
したり、お互いに比較させる等して、最大のデータが検
出され、しかしてその最大データに対するアドレスが検
出され、この最大のデータに対応するアドレスで、その
データに対応するメモリ57のスイープ制御電圧値(の
ディジタルデータ)が読み出される。この読み出された
データはD/A変換器55でアナロ゛グ最に変換され、
電圧−周波数変換器56で共振周波数すRにされて、高
周波パルス発生器15に入力されるようになっている。
この他は上記第1実施例と同様の構成である。
第8図及び第9図は本発明の第3実施例における圧電ト
ランスデュ〜すを示す。
ランスデュ〜すを示す。
これらの図に示すように円板状の圧電素子板の上面には
、その中央に円状の送受波用電極61が形成され、この
送受波用電極61を取り巻いて、リング状の無電極部が
形成され、この無電極部の外周にリング状のモニタ用電
極62を設けて圧電トランスデユーサ63が形成されて
いる。尚、下面のアース側電極は全面に形成され、共通
に使用されるようになっている。
、その中央に円状の送受波用電極61が形成され、この
送受波用電極61を取り巻いて、リング状の無電極部が
形成され、この無電極部の外周にリング状のモニタ用電
極62を設けて圧電トランスデユーサ63が形成されて
いる。尚、下面のアース側電極は全面に形成され、共通
に使用されるようになっている。
その他の構成及び動作は上記第1実施例と同様であるの
で説明を省く。
で説明を省く。
この第3実施例の効果は上記第1実施例と同様であるが
、さらに円状の電極61で超音波の送受波を行い得るの
で、音響レンズ8の開口面により位相の整った平面波を
送出することができ、超音波をより集音できるという利
点を有する。
、さらに円状の電極61で超音波の送受波を行い得るの
で、音響レンズ8の開口面により位相の整った平面波を
送出することができ、超音波をより集音できるという利
点を有する。
第9図は本発明の第4実施例における圧電トランスデユ
ーサを示す。
ーサを示す。
この場合の圧電トランスデユーサ71の上面には、上記
第3実施例と同様に円状の送受波用電極61が形成され
、一方、モニタ用電極72は無電極部を介してリング状
に設けられないで、そのリングの一部のみに形成されて
いる。その他は上記第1実施例と同様の構成及び動作を
する。
第3実施例と同様に円状の送受波用電極61が形成され
、一方、モニタ用電極72は無電極部を介してリング状
に設けられないで、そのリングの一部のみに形成されて
いる。その他は上記第1実施例と同様の構成及び動作を
する。
この第4実施例は上記第3実施例と略同様の作用効果を
有する。尚、第3実施例の場合よりも電極72を設ける
ことがより容易となるという利点を有する。
有する。尚、第3実施例の場合よりも電極72を設ける
ことがより容易となるという利点を有する。
尚、上記共振周波数を検出する手段は、上述したものに
限定されるものでなく、例えば第1図に示す検波回路4
8の後段にピーク・ディテクタを設け、先ずスィーブを
一回行って、ピーク・ディ、 テクタでピーク値を検出
し、このピーク値を比較器の一方の入力端に印加して基
準電圧とし、他方に、2度目のスイープした検波信号を
入力させ、一致した場合(例えば基準電圧側に微小電圧
を加算あるいは減算して比較器の出力が反転できるよう
にして比較し易くする。)のその時刻のスイ一プた振器
45の周波数(あるいは入力電圧でもよい)をカウンタ
等で検出し、高周波パルス発生器15の発振周波数をそ
の周波数に一致させるようにしても良い。
限定されるものでなく、例えば第1図に示す検波回路4
8の後段にピーク・ディテクタを設け、先ずスィーブを
一回行って、ピーク・ディ、 テクタでピーク値を検出
し、このピーク値を比較器の一方の入力端に印加して基
準電圧とし、他方に、2度目のスイープした検波信号を
入力させ、一致した場合(例えば基準電圧側に微小電圧
を加算あるいは減算して比較器の出力が反転できるよう
にして比較し易くする。)のその時刻のスイ一プた振器
45の周波数(あるいは入力電圧でもよい)をカウンタ
等で検出し、高周波パルス発生器15の発振周波数をそ
の周波数に一致させるようにしても良い。
又、上記第1図において、高周波パルス発生器15とス
イープ発振器45を分離(別体と)しているが、これに
限らず、スイープ発振器45をもとにして周波数がスィ
ーブされる連続波を発生させ、これをダイードスイッチ
等で切換えて高周波パルス信号を発振させるようにして
も良い。即ち、先に周波数モニタ用の連続波を発生させ
て圧電トランスデユーサの共振周波数fRを求めた後、
ダイオード・スイッチによって高周波パルス信号に切換
えて圧電トランスデユーサを励振して送波し、送波した
超音波を受波して超音波顕微鏡画像を得るようにしても
良い。
イープ発振器45を分離(別体と)しているが、これに
限らず、スイープ発振器45をもとにして周波数がスィ
ーブされる連続波を発生させ、これをダイードスイッチ
等で切換えて高周波パルス信号を発振させるようにして
も良い。即ち、先に周波数モニタ用の連続波を発生させ
て圧電トランスデユーサの共振周波数fRを求めた後、
ダイオード・スイッチによって高周波パルス信号に切換
えて圧電トランスデユーサを励振して送波し、送波した
超音波を受波して超音波顕微鏡画像を得るようにしても
良い。
尚、上記共振周波数jpに設定する動作は、電源の投入
の際のみならず、1画面あるいは数画面の超音波顕微鏡
画像形成の直前に自動的に行わせるようにしても良いし
、加温等の温度変化に対処できるように、術者が所望と
するときにボタン等を操作した際(にも)行うようにし
ても良いし、これらの動作モードを選定できるようにす
ることもできる。又、サーモセンサを設けておいて、気
温の変化する度に、自動的に共振周波数すRの検出動作
を行わせるようにしても良い。さらにこの検出と共に共
振周波数fRの自動設定も行うようにさせることもでき
る。
の際のみならず、1画面あるいは数画面の超音波顕微鏡
画像形成の直前に自動的に行わせるようにしても良いし
、加温等の温度変化に対処できるように、術者が所望と
するときにボタン等を操作した際(にも)行うようにし
ても良いし、これらの動作モードを選定できるようにす
ることもできる。又、サーモセンサを設けておいて、気
温の変化する度に、自動的に共振周波数すRの検出動作
を行わせるようにしても良い。さらにこの検出と共に共
振周波数fRの自動設定も行うようにさせることもでき
る。
尚、スイッチ44は、マニュアルで切換えて行つても良
いし、スィーブ制m+電圧部46の出力に連動して自動
的に切換えるようにしても良い。
いし、スィーブ制m+電圧部46の出力に連動して自動
的に切換えるようにしても良い。
尚、上述の実施例では超音波顕微鏡画像を得る場合には
モニタ用電極43.62.72を用いていないが、送受
波用電極42,61.61と共に用いることもできる。
モニタ用電極43.62.72を用いていないが、送受
波用電極42,61.61と共に用いることもできる。
又、上述の各実施例においては、送受波用のものの他に
モニタ用電極が分離形成されているが、本発明はこれに
限定されるものでなく°、送受波用電極を用いて共振周
波数fRを検出することもできる。
モニタ用電極が分離形成されているが、本発明はこれに
限定されるものでなく°、送受波用電極を用いて共振周
波数fRを検出することもできる。
例えば、圧電トランスデユーサ41と直接に抵抗負荷を
接続してスイープ発振器45の出力信号が印加されるよ
うに設定し、スイープした場合における圧電トランスデ
ユーサ両端の信号電圧の最大値を検出しても良い。この
ようにすると、従来例の音響レンズを用いることができ
る。
接続してスイープ発振器45の出力信号が印加されるよ
うに設定し、スイープした場合における圧電トランスデ
ユーサ両端の信号電圧の最大値を検出しても良い。この
ようにすると、従来例の音響レンズを用いることができ
る。
又、スィーブ発振器45の出力信号を、周波数をスイー
プさせながら断続的に印加し、発振を停止した短い各期
間における圧電トランスデユーサの出力波形の最大のも
のを検出して共振周波数を検出するようにしても良い。
プさせながら断続的に印加し、発振を停止した短い各期
間における圧電トランスデユーサの出力波形の最大のも
のを検出して共振周波数を検出するようにしても良い。
尚、本発明に係るトランスデユーサとしては、反射型の
ものに限定されるものでなく、透過型にも利用できるも
のである。
ものに限定されるものでなく、透過型にも利用できるも
のである。
[発明の効果]
以上述べたように本発明によれば、圧電トランスデユー
サの共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、この
検出手段によって、超音波顕微鏡画像形成用に送波され
る高周波パルス信号の周波数を上記共振周波数に設定す
る周波数設定手段とを設けであるので、自動的に実際に
使用される圧電トランスデユーサの共振周波数の超音波
で超音波顕微鏡画像を形成でき、効率良く超音波の送受
波ができる。従って、SN比の大きい超音波顕微鏡画像
を得ることができる。
サの共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、この
検出手段によって、超音波顕微鏡画像形成用に送波され
る高周波パルス信号の周波数を上記共振周波数に設定す
る周波数設定手段とを設けであるので、自動的に実際に
使用される圧電トランスデユーサの共振周波数の超音波
で超音波顕微鏡画像を形成でき、効率良く超音波の送受
波ができる。従って、SN比の大きい超音波顕微鏡画像
を得ることができる。
又、音響レンズを変換して使用した場合にも、自動的に
その音響レンズに取付けられた圧電トランスデユーサの
共振周波数に等しい周波数で励振できるので、音響レン
ズの使用可能な互換範囲を広くでき、音響レンズの加工
精度が、低い低価格のものでも使用できる。
その音響レンズに取付けられた圧電トランスデユーサの
共振周波数に等しい周波数で励振できるので、音響レン
ズの使用可能な互換範囲を広くでき、音響レンズの加工
精度が、低い低価格のものでも使用できる。
さらに、超音波伝達媒体を加温して使用する場合等、周
囲温度で圧電トランスデユーサの共振周波数が変化する
場合においても、手動で調整を必要とすることなく対処
できるという利点を有する。
囲温度で圧電トランスデユーサの共振周波数が変化する
場合においても、手動で調整を必要とすることなく対処
できるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明の第1実施例に係り、第1
図は第1実施例の電気回路系の構成を示すブロック図、
第2図は第1実施例に用いられる圧電トランスデユーサ
を示す斜視図、第3図は第2図の側面図、第4図は第1
実施例に用いられるスィーブ発振器の出力信号の波形を
示す波形図1、第5図は第4図の出力信号が印加された
場合の圧電トランスデユーサの振動(励振)波形を示す
波形図、第6図は本発明の第2実施例の電気回路系の構
成を示すブロック図、第7図は本発明の第3実施例にお
ける圧電トランスデユーサを示す斜視図、第8図は第7
図の側面図、第9図は本発明の第4実施例における圧電
1〜ランスデユーサを示す斜視図、第10図は従来例の
超音波顕微鏡の外観を示ず側面図、第11図は第10図
のステージ部分を拡大して示す側面図、第12図は従来
例の電気回路系の構成を示すブロック図である。 8・・・音響レンズ 11・・・試料15・・・高
周波パルス発生器 16・・・サーキュレータ 18・・・ゲート回路41
.63.71・・・圧電トランスデユーサ42.61・
・・送受波用電極 43.62.72・・・モニタ用電極 44・・・スイッチ 45・・・スイープ発振器
46・・・スイープ制御電圧部 47・・・高周波増幅回路 48・・・検波回路49.
51・・・A/D変換器 50.52.57・・・メモリ 53・・・演算処理部 55・・・D/A変換器5
6・・・電圧−周波数変換器 第7図 第8図 第10図 第11図 第12図
図は第1実施例の電気回路系の構成を示すブロック図、
第2図は第1実施例に用いられる圧電トランスデユーサ
を示す斜視図、第3図は第2図の側面図、第4図は第1
実施例に用いられるスィーブ発振器の出力信号の波形を
示す波形図1、第5図は第4図の出力信号が印加された
場合の圧電トランスデユーサの振動(励振)波形を示す
波形図、第6図は本発明の第2実施例の電気回路系の構
成を示すブロック図、第7図は本発明の第3実施例にお
ける圧電トランスデユーサを示す斜視図、第8図は第7
図の側面図、第9図は本発明の第4実施例における圧電
1〜ランスデユーサを示す斜視図、第10図は従来例の
超音波顕微鏡の外観を示ず側面図、第11図は第10図
のステージ部分を拡大して示す側面図、第12図は従来
例の電気回路系の構成を示すブロック図である。 8・・・音響レンズ 11・・・試料15・・・高
周波パルス発生器 16・・・サーキュレータ 18・・・ゲート回路41
.63.71・・・圧電トランスデユーサ42.61・
・・送受波用電極 43.62.72・・・モニタ用電極 44・・・スイッチ 45・・・スイープ発振器
46・・・スイープ制御電圧部 47・・・高周波増幅回路 48・・・検波回路49.
51・・・A/D変換器 50.52.57・・・メモリ 53・・・演算処理部 55・・・D/A変換器5
6・・・電圧−周波数変換器 第7図 第8図 第10図 第11図 第12図
Claims (4)
- (1)音響レンズに取付けた圧電変換器に高周波パルス
信号を印加して超音波を試料側に送波し、該試料で反射
又は透過した超音波を前記圧電変換器又は別体の圧電変
換器で受波して超音波像を形成可能とする超音波顕微鏡
において、前記圧電変換器に周波数を変えた電気信号を
印加して振動を生じさせる手段と、その振動を取り込ん
でその振幅が最大となる周波数に関する情報を検出する
検出手段と、この検出手段の出力で超音波顕微鏡画像形
成用の高周波パルス信号の出力周波数を前記共振周波数
に設定する周波数設定手段とを設けたことを特徴とする
超音波顕微鏡。 - (2)前記検出手段は、圧電変換器の振動を電気信号と
して取り込み、この信号を検波してディジタル量に変換
してメモリ内にデータとして一時記憶させると共に、そ
の振動の周波数に関する情報も同期して記憶し、前記メ
モリ内のデータを比較する等して信号の最大値を検出し
、その最大値に対応する周波数に関する情報を読み出す
よう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の超音波顕微鏡。 - (3)前記圧電変換器は、一方の面にはアース側の全面
電極が形成され、他方の面には超音波顕微鏡画像形成用
の電極と、共振周波数の検出用の電極とが分離して形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の超音波顕微鏡。 - (4)前記周波数設定手段は、前記検出手段の出力をア
ナログ量にして取り込み、電圧−周波数変換手段を介し
て共振周波数に設定するものとしたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の超音波顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59138490A JPH0634009B2 (ja) | 1984-07-03 | 1984-07-03 | 超音波顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59138490A JPH0634009B2 (ja) | 1984-07-03 | 1984-07-03 | 超音波顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6117009A true JPS6117009A (ja) | 1986-01-25 |
JPH0634009B2 JPH0634009B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=15223318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59138490A Expired - Lifetime JPH0634009B2 (ja) | 1984-07-03 | 1984-07-03 | 超音波顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0634009B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010057255A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Canon Inc | 電源装置、画像形成装置及びその制御方法並びに制御プログラム |
-
1984
- 1984-07-03 JP JP59138490A patent/JPH0634009B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010057255A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Canon Inc | 電源装置、画像形成装置及びその制御方法並びに制御プログラム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0634009B2 (ja) | 1994-05-02 |
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