JPS6255556A

JPS6255556A - 音響レンズ装置

Info

Publication number: JPS6255556A
Application number: JP61145016A
Authority: JP
Inventors: アブドゥラー　アタラル; ハイレッティン　クイメン
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1987-03-11
Also published as: DE3522491A1; EP0210358A2; JPH0529064B2; ATE77708T1; DE3685779D1; EP0210358A3; EP0210358B1; US4779241A

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】栽」わ辷１本発明は、平面的な音波の場の発生及び／または受信の
用を成す少なくとも１つの変換器と、音波の場を対象物
配置領域でフォーカシングするためのフォーカシング手
段と、音波の場を、変換器とフォーカシング手段と対象
物配置領域との間で効率良く伝導させるための伝導媒体
とを備えた音響レンズ装置に関するものである。

丈來五夏この種のレンズ装置は、例えば米国特許第４０２８９３
３号公報から知られている。この装置では、筒状のサフ
ァイア捧の片側に圧電変換器が配置され、対抗する側に
球面状にくぼんだくぼみ面が形成されている。変換器に
与えられる電気的な高周波数の場がサファイア捧の内部
に平面的な音響波の場を生じせしめ、この音響波の場は
、球面状のくぼみ面によって、境を接している浸漬液内
でフォーカシングされる。

音響レンズ装置は、音響顕微鏡の一部である。

音響顕微鏡では、検査されるべき対象物が音響学的にフ
ォーカシングされる。フォーカシングされた音響波と対
象物との相互作用（縦波の発生、バルク音波）に従って
対象物から音響波が発せられる。この音響波は、同じ音
響レンズまたは他の音響レンズによって捕捉されて、圧
電変換器内で電気的な信号に変換される。対象物を網状
に走査することによって、前記電気信号から音響学的相
互作用を表わす対象物の像を得ることができる。

音響顕微鏡の場合、主に対象物で正規に反射した音響波
もしくは透過した音響波が利用される。しかしながら、
材料に依存するある一定の角度（レイリー角度θ　）で
対象物の表面に当たった音響波が対象物の表面に表面波
（ｓｕｒｆａｃｅ　ａｃｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｓ　、
　Ｓ　Ａ　Ｗ　）を励起させることが知られている。

このＳＡＷは、その伝播経路に沿って音響波を対象物か
ら放散させる（漏洩波）。この波も、検出して電気信号
に変換することができる。音響顕微鏡では、特に対象物
表面の下方の対象物領域ヘフオーカシングする際に、こ
の漏洩波が正規の信号に重畳されている。漏洩波は、特
別な制御手段によって別個に評価することもできる（ド
イツ特許出願第３４０９９２９．８号公報を参照）。

ＳＡＷが対象物表面の不均質な部分に当たると、ＳＡＷ
はこの不均質な部分で反射して、伝播方向を変える。そ
の結果、この方向で漏洩波が強く発生する。ＳＡＷは比
較的深く対象物の表面に侵入するので、最近では種々の
対象物の材料特性を決定するために使用される。表面波
の利点は、質的な測定をも可能にする、破壊を伴なわな
い測定方法にある。しかしこのためには、分解能を局所
的に増大させ、信号の伝導を改善する必要がある。

ＳＡＷによる測定方法を改善するにあたっては主に２つ
の問題点が解消されねばならない、第１の問題点は、通
常圧電的でない被検査材料の表面にできるだけ効率的に
ＳＡＷを発生させること、第２の問題点は、発生したＳ
ＡＷを、しみ（収差による像のぼけ）をできるだけ小さ
くしてフォーカシングすることである。

非圧電的表面にＳＡＷを生じさせるための装置がいくつ
か提案されたが、いずれもＳＡＷのフォーカシングに適
したものではない。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　４２．　Ｓ、　
４１１−４１３（１９８３）には、被検査表面上に収束
性のＳＡＷを生じさせるための方法が開示されている。

この方法は、冒頭で述べた種類の音響レンズを使用する
ものであるが、音響変換器は半円面として形成されてい
る。フォーカシングされていない状態でこのレンズは、
その光軸上の一点にフォーカシングされるようなＳＡＷ
を生じさせる。厳密に調べてみると、ＳＡＷに変換され
た音響エネルギーは、音響レンズの放射面の極めて幅の
狭い環状領域に由来しているにすぎないことが判明した
。この環状領域に対しては、放射線の傾斜に関し前述の
レイリー角が厳守される。放射された音波の場の残余の
エネルギーは、対象物の表面で鏡反射的に反射されるか
、縦波（バルク波）に変換される。

Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、５５　（Ｊａｎ、１９８
４）　、　Ｓ、７５−７９に開示された方法は、上記の
欠点を解消することを目的としている。この場合、筒状
の出力面を備えた音響レンズは、放射軸線がレイリー角
を厳守するように対象物の表面に対して傾斜している。

この方法によれば、放射された超音波の場のＳＡＷへの
変換効率は改善されるが、入射した波が必ずしもレイリ
ー角で傾斜しているとは限らず１点状の焦点ではなく、
ＳＡＷのエネルギーを分割させるような焦線が生じる。

ｌ−煎本発明の目的は、入射した音波の場を可能な限り高変換
効率でＳＡＷに変換させるとともに、ＳＡＷを点状にフ
ォーカシングさせることを可能にするような、製造が簡
単で高信号発生率を保証する音響レンズ装置を提供する
ことである。

１−腹本発明は、上記目的を達成するため、音波の場から音波
の放射を受ける筒面が変換器に対向して設けられ、該筒
面の縦軸線が、音波の場の法線方向に対して次のように
傾斜していること、即ち筒面と対象物配置領域の間に設
けられる伝導媒体内での音波の位相速度をＶＩとし、対
象物配置領域での音波の位相速度をＶＲとしたとき、対
象物配置領域の表面に対して法線方向にある位置にして
前記縦軸線上にある位置に生じる音波線が、対象物配置
領域の表面の法線と角度 ■１０　　　　＝　　５ｉｎ−’　　□ Ｒｙ８を成すように傾斜していることを特徴とするものである
。

対象物配置領域に当たる際の音波線の傾斜角へは、互い
に境を接している媒体中での音波の位相速度の比に依存
している。筒面の後方に浸漬液を設けた場合には、ｖＩ
はこの媒体中での伝播速度である。固形の伝導媒体を用
いる場合には、ｖＩは固体中での縦波またはせん断波の
伝播速度である。しかしｖＩは、ガス状の媒体中におけ
る伝播速度であることもできる。

対象物配置領域における音波の伝播速度は、材料の種々
の特性に依存しており、例えば接合構造、密度、弾性１
層構造等に依存している。伝播速度ＶＲは以下の各波に
よって異なっている。

レイリー波　　　（横表面波）偽表面波　　　　（固体に異方性がある場合）ラブ波　
　　　　（対象物が表面に対して平行に積層されている
場合）行に積層されている場合）行に積層されている場合）夏−一果本発明により、入射した音波の場を可能な限り高変換効
率でＳＡＷに変換されることが可能になったばかりでな
く、ＳＡＷを点状にフォーカシングさせることができる
ようになった。また、本発明による音響レンズ装置は製
造が簡単で、高信号発生率が保証されている。

末蓋班次に、本発明による音響レンズ装置のいくつかの実施例
を添付の図面を用いて説明する。

まず、本発明による音響レンズ装置の基本的な作動態様
を説明することにする。浸漬液のなかに設けられる棒状
の変換器によって生じた音響線は、固体の放物線状に凹
になった筒面に対して傾斜して入射する。入射角が十分
に大きければ、全音響出力が鏡反射して、固体中に波は
生じない。反射鏡は、凹状の筒鏡のごとき作用をする。

入射する音響線は、ｅｘｐＣｊ　（ｋ　−ｙ＋ｋＺ−２）〕で表わされる平
面波である。反射の際、ｙに依存する項と２に依存する
項は変化しないが、放物線状の筒面における反射を考慮
したＸに依存する項が生じる。

放物線状の筒鏡は、垂直に射出する平面波を一線に集束
させるので、斜めに射出する平面波は。

位相が線形的に変化しながら一線に集束する。波面は円
錐形で、本例の場合には円錐の軸線と横断面が放物線状
の筒鏡の集束線は一致する。

上記の軸線に対して垂直に平らな表面をもった対象物を
配置すると、円錐形の波面と対象物の表面との交線は常
に円形になる。これとは逆に、Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈ
ｙｓ、　５５　、第７５頁から第７９頁までに記載の公
知９装置を用いると、対象物の表面との交線が楕円形で
あるような筒状の波面が生じる。

本発明による反射鏡は幾何学的に制限されているので、
反射鏡で反射した波面は円錐切断曲線形であり、従って
前記交線は円形でなく、円弧である。

すでに述べたように、超音波は、液体と固体の境界面を
通り過ぎるとき、入射角とレイリー角がうまく一致すれ
ばするほど、固体の表面ＳＡＷでより集中的に励起する
。本発明は、この事実とすでに述べた反射鏡の特性とを
組合わせるものであり、音響変換器によって生じた音響
線の反射鏡における入射角をレイリー角に等しいように
選定するものである。この場合前記境界面に向って対象
物のほうへ延びている波面は、半径が縮減している円弧
状の対象物表面と交わる。生じた表面波はすべて、その
前方でより大きな半径で生じる表面波を位相を変えずに
増幅させるであろう。これは、選定した音響的波面の特
殊な入射角が、移行境界面に沿った表面波のにベクトル
成分と一致するからである。このようにして、円錐形の
波面に含まれる全エネルギーが、ＳＡＷの円形に収れん
するただ１つの波面に変換される。変換器によって生じ
た音響的エネルギーは、そのほとんどが回折を決定する
焦点に集められる・これとは逆に、従来より公知的なように対象物の表面と
の交線としての筒形の波面が斜めに入射する場合には、
形状一定の楕円形の弧が生じる。

この楕円形の弧は、ＳＡＷのすでに生じた波面を位相を
変えずに増幅させるものではない。これは、波面が球状
に変形して集れんする場合も同じである。入射する波面
の一部だけがレイリー角の条件を満たすからである。

生じたＳＡＷの寿命は制限され、もっばら縦波として液
体層のなかへ散乱しながら戻される。この縦波は漏洩波
とも呼ばれるが、表面波が生じる瞬間にはすでに発生し
ている。もし対象物の表面が完全に平らであり、障害と
なるような個所がないならば、即ち表面波の反射がない
ならば、漏洩波が変換器に戻ることはほとんどない。入
射する放射束がその直径を制限され、且つ角度スペクト
ル中に平面波も含んでいるので、反射鏡に向かうＳＡＷ
も、即ち後退するＳＡＷも励起される。このＳＡＷから
生じる漏洩波は、対象物の表面に障害となるような個所
がない場合でも音響変換器に出力信号を生じさせる。し
かしこの効果は極めて小であり、放射束の幅を広げ１反
射鏡の形状を適当に選定すればかなりの程度抑えること
ができる。

音響変換器は、前進しているＳＡＷの拡散方向が、謹書
となる個所で変化を豪むる場合にだけ、十分に強い信号
を受信する。この種の障害となる個所が正確に焦点の位
置にあるならば、ＳＡＷは焦点で反射して、環状に発散
する波として逆進する。

焦点から液体中に戻った波は再び本来の円錐形波面に複
合され、反射鏡により平行束として音響変換器に戻され
る。これに対して、障害となるような個所が正確に焦点
の位置にない場合には、焦点で反射した波面は最初に入
射した放射束を正確に復原させることはできず、従って
この場合の変換器の出力信号は、焦点自位置の場合より
も小さくなる。

第１図は、本発明による音響レンズ装置の１実施例の図
式図である。音響レンズ装置は音響変換器１と、両鏡２
と、該両鏡２に対する音響変換器１の傾斜角及び位置を
調整するための機械的結合部３を有している９機械内緒
合部３によって、音響変換器が前記傾斜角に関係なく鏡
面全体に音響線を放射するように、前記傾斜角及び位置
を調整することができる。このような構成の音響レンズ
装置は１作動中、浸漬槽としての水槽４に浸漬される。

両鏡２は、その筒状の中空面７の縦軸６が検査されるべ
き対象物５の表面に対して垂直になるように対象物上に
配置されている。音響変換器１によって生じたパルス化
された音波の場８は、レイリー角θ□で両鏡２へ入射す
る。両鏡２で反射した後手らな位相面から円錐形の位相
面９が生じ、この位相面９は、同様にレイリー角θ、で
対象物の表面に当たって、５ＡＷＩＯを励起させる。対
象物の表面で反射した音波は音響変換器１によって受容
され、対応する電気信号に変換される。この蕾ダ信暑し
±−団云ｊ、τいかいオシロスコープ１ニ表示される。

同様に図示していない微位置決め装置を用いると、音響
レンズ装置１，２．３と検査されるべき対象物５を走査
状に相対移動させることができる。

音響変換器１は平らなセラミックス板を有している。セ
ラミックス板の厚さは、共鳴周波数がＩＭＨｚになるよ
うに選定されている。浸漬液４への移行面は、図示して
いないλ／４整合層を具備している。音響変換器１は、
正弦波状に低下する圧力パルスを生じせしめ約０．２マ
イクロ秒継続する印加パルスによって駆動される。放射
される超音波パルスは約５マイクロ秒の長さであり、平
均周波数はＩＭＨｚである。

超音波の場の位相面を円錐形にするためには、筒形の中
空面７が放物線状の横断面をもっている必要がある。し
かしこれは製造上困難であるので、近似的に鏡面の形状
を〜横断面が円形になるような筒形としたが、何ら問題
はなかった。このように中空面を簡略化するにあたって
中空面の幾何学的形状に制限を設けたが、これは、平面
波面を反射鏡に当てる場合、周辺波と中心波との絡着が
λ／４以下になるように選定した。ここでλは、浸漬液
４内での超音波線の波長である。

音響レンズ装置の構造を最適にするには、使用した超音
波の場の周波数と検査されるべき材料とに依存するある
一定の焦点距離を選定しなければならない。最適な焦点
距離ｆ。、１は第２図から判明する。第２図ではｆ。ｐ
ｔ　／ΔＳとΔＳ／λを比較した。ここでΔＳはショッ
ホ（Ｓｃｈｏｃｈ）ずれ、λは浸漬液中における超音波
の波長である。比ΔＳ／λはプレコツスキ−（Ｂｒｅｋ
ｏｖｓｋｉｋｈ）　（１９８０）によれば、によって与えられる。ここで、浸漬液の密度であり、■は浸漬液中における超音波の速度、ｖ５ｖ１
．ＶＲはそれぞれ検査されるべき固体におけるせん断音
波速度、縦音波速度、レイリー音波速度である。

この式に適当な物理学的バロメータを挿入するとΔＳ／
λの値が得られる。アルミニウムの場合ΔＳ／λの値は
例えば２１．３で、ステンレス鋼の場合５７．８５、モ
リブデンの場合９０．３゜酸化アルミニウム（Ａ　１２
０．）の場合１１８．３である。この場合、ｆ　Ｏｐｔ
　／ΔＳのΔ５／λに対する依存度は極めて小であり、
しかも一般にｆ　ｏｐｔをｆ　　　　　　　＝０．５９　　Δ　Ｓｐｔのように選定できることが判明している。従って、超音
波の周波数が１．５ＭＨｚの場合、例えばアルミニウ、
ム対象物のｆ。、ｔは１２．５ｍｍである。超音波の周
波数が１００ＭＨｚの場合、酸化アルミニウム（Ａｌ□
０３）のｆｏｐｔは１．０５ｍｍである。

横断面が放物線である筒状の反射鏡を、円形の曲面を備
えた筒面に近似的に置き換えると、ｆｏｐｔは半径の半
分に等しくなる。従ってｆ。、ｔを１２゜５閣にするた
めには直径が５０＋ｎｍの筒を使用し、ｆｏｐｔを１．
０５ｍｍにするためには直径が４．２画の筒を使用すれ
ばよい。

ｆ　　がひとたび決定すると、筒状の収差を生ｐｔじさせないような反射鏡の最大幅２ｘ　を次の弐によっ
て求めることができる。

この値を用いてレンズ装置の最大分解能を求めることが
できる。最大分解能は、超音波周波数が１．５ＭＨｚの
場合、アルミニウムに対しては２２．４ｍｍであり、Ａ
１□０３に対しては超音波周波数が１００　Ｍ　Ｈｚの
ときｉ、２２ｍｍである。

レンズ装置のアパーチャ（ｆ・数）は、すでに検出した
上記の値を用いて次の式から決定することができ、２Ｘｍ　　　　　　　　　４アルミニウムの場合０．５６であり、Ａ１□Ｏ３の場合
０．８６である。

反射鏡の高さＨは、反射鏡の基面が検査されるべき対象
物の表面にほぼ接触する場合ｆ（）ｐｊ　　’　　ＣＯｊθ に等しくなければならない。最適な高さは、１゜５ＭＨ
ｚの場合アルミニウムに対しては２１．７■で、Ａ１□
０３に対しては１００　Ｍ　Ｈｚの場合４閣である。

上記した絶対値はすべて、超音波の周波数を変えれば、
周波数特性に対して逆比例するように変化する。

鏡の材料としては、浸漬液である水よりも音響インピー
ダンスが高い材料、例えば真鍮が適当である。１つの実
施例では、鏡の高さを３８ｍｍ、幅を３７ｍｍ、筒径を
５０ｍｍとした。これらの寸法は、アルミニウムの検査
に対して理論的に求められろ最適な限界値かられずかに
ずれているが、このずれに起因する信号出力の損失は無
視できることが判明した。

検査対象物としてアルミニウムを使用する場合、超音波
の周波数がＩ　Ｍ　ＨｚであればＳＡＷの波長は２．８
５ｎａであり、これによって回折を決定する焦点の直径
及びＳＡＷが延在する対象物表面の層の厚さも決定され
ている。この層の厚さの範囲内に不均質な部分があれば
、そこで反射して戻ってきた超音波によって検知するこ
とができる。従って検査板の厚さが１０ｎａであれば、
この検査板はＳＡＷに対してさながら無限に厚い対象物
であるかのようにふるまう。

音響レンズ装置は、まず十分に大きな検査面の中央部に
配置される必要がある。これを第３図に図式的に示しで
ある。第３ａ図に示した測定信号のオシロスコープ像は
、エコーパルス２０だけを示している。このような信号
が生じるのは、すでに述べたように音響変換器によって
生じた音波の波面が正確に平らでないこと、入射角がレ
イリー角θ□からかなりずれているような成分も反射器
２に当たることによるものである。入射角がレイリー角
から大きくずれている音波成分は、対象物表面と筒状の
中空面との間の稜で反射して、エコーパルスを生じさせ
る。このエコーパルスは、変換器と反射器の形状を最適
に選定し、検出感度を適当に調整することによって最小
に抑えることができる。ＳＡＷの焦点が稜に正確に位置
するように音響レンズ装置を検査面の縁の方へ移動させ
た第４図の実施例の場合、第２のより大きなエコーパル
ス２１がオシログラフ中に認められる。これを第４ａ図
に示し、拡大したものを第４ｂ図に示した。

両エコーパルス２０．２１の間隔は１７マイクロ秒であ
る。これは、ＳＡＷが５０ｎａの距離を、即ち焦点距離
の２倍の距離を走行する時間に対応している。このこと
から、変換器から出た音波の場と反射器の縦軸線との間
のレイリー角θ８を正確に調整するための極めて簡単な
方法が導出される。反射器は、検査されるべき対象物の
稜からその焦点距離に対応する距離だけ離れて配置され
、変換器の傾斜角は、エコーパルス２１の振幅が最大に
なるまで変化させられる。

波長が約３＋ｎｍのフォーカシングされたＳＡＷを用い
ると、約２１１Ｉ１１の間隔で周期的に存在している異
常個所を別々に検出できることが、種々の検査対象物を
使った測定の結果明らかとなった。同じ波長のＳＡＷを
用いると、対象物の表面下に約２゜５ｍｍの厚さで存在
している不均質な部分もはっきりと認めることができ、
従ってＳＡＷの侵入の深さがその波長に対応しているこ
とが判明した。

変換器と反射器の間の傾斜角を調整するための装置は、
主に対象物に依存するレイリー角θ　を最適にして、入
射した音波の場をほとんど損失なしにＳＡＷへ変換する
ために用いられる。しかしなから１層がある種の構造を
もっている場合ＳＡＷの他に、液体と対象物の境界面に
おける超音波線の入射角に依存するような波であればこ
の波を対象物内で励起させることができることが知られ
ている。このような波は例えばラブ波、ストンリ（Ｓｔ
ｏｎｅｌｙ）波、セゼワ（Ｓｅｚｅｔｚａ）波と呼ばれ
ている。検査されるべき対象物が例えば異なる材料がら
成るいくつかの層を積層した積層体を担持している場合
には、液体への入射角を適当に調整するとこのような波
を選択的に励起させることができる。対象物の内部に侵
入するこのような波は、ＳＡＷと同様にしてフォーカシ
ングされる。従ってＳＡＷの場合よりも音響学的焦点の
侵入深さをより大きくすることができる。

これまでは、超音波の周波数が比較的低い場合の適用例
に関して本発明による装置を説明してきたが、本発明に
よる装置は、ＧＨｚ範囲までの超音波周波数を利用する
音響顕微鏡にも使用することができる。これに適したレ
ンズ装置を第５図に示す。音響学的損失の少ないサファ
イア等の材料から成る棒体４０は、平担に研磨された平
行な端面を具備している１片側には、２つの金電極４２
゜４３の間に音響変換器４１が設けられている（Ｚ　ｎ
　Ｏ）。他の側には、適当な音響インピーダンスをもつ
ガラスまたは炭素から成るλ／４反射防止被覆部が設け
られ１図示していない浸漬液への超音波線の移行に対し
て好適に適合できるようになっている。筒状の、有利に
は横断面が放物線状に形成された反射器４４は、その縦
軸線に対しである一定のレイリー角θ８が生じるように
、棒体４０の、前記反射防止被覆部が設けられている側
に接着されている。反射器４４はアルミニウム、または
音響インピーダンスが高い他の固形材料から成っている
。幾何学上の大きさく高さ及び幅）と焦点距離に関して
は、与えられた超音波の周波数に適合しなければならな
い。高さ及び幅は、超音波の周波数を増大させると、そ
れに伴なってＩ　Ｍ　Ｈｚに関して前述した大きさに比
べほぼ線形的に比例して減少する。従って、異なる材料
を検査する場合には、必要なレイリー角θ、に対応して
直角な反射器を備えた定置のレンズ装置を種々設けるの
が合目的である。しかしながら基本的には、この場合も
傾斜角が調整可能になるように構成することができ、こ
のことは、検査対象物への個々の適合を可能にするもの
である。

第６図は、機械的に極めて安定でコンパクトな音響レン
ズ装置の１実施例を示すものである。変換器１とこれに
対向している中空の筒面７は、音の伝動に適した固体６
０の外面に一体的に設けられている。音を伝動する固体
のインピーダンスに比べて反射器の面のインピーダンス
を十分に高くするため、筒面７に金属層が蒸着されてい
る。フォーカシングされた音波線束を対象物の表面に好
適に連結させるため、レンズ装置の射出面と対象物の表
面との間に浸漬液を設けることもできる。

他の実施例を第７図に示す。この装置は、対象物の表面
に対して垂直に延びている筒面で音波を反射させてフォ
ーカシングする代りに、筒面で音波を屈折させることに
よってフォーカシングを行なうようにしたものである。

変換器１から生じた音波は、固体７０を貫通して筒状の
中空面７へ伝動する。この場合中空面７は変換器の方向
へ湾曲しており、その縦軸線６は対象物の表面５に対し
て垂直に延びている。変換器から放射される平面音波の
場の法線方向は、対象物の表面に対して角度０　だけ傾
斜している。中空面７と対象物の表面５との間の空間は
、図示していない浸漬液によって充填されている。

固体７０内部での音響線の伝播速度と浸漬液中でのそれ
との差が十分に大きければ、中空面７は水平方向に筒レ
ンズのような作用を及ぼす。他方、鉛直方向にはスネル
の屈折法則が適用される。

ここで■固とｖ液はそれぞれ固体及び液浸液中における
音波の位相速度である。屈折後は、前述した反射レンズ
装置の場合と同様に円錐形の波面が生じる。

変換器の平面の傾斜は、中空面７での屈折を考慮して音
波が臨界角θ　で対象物の表面に当たるように選定され
る。この場合対象物の表面には、一点でフォーカシング
されているＳＡＷが生じる。

音波が固体７０の内部を伝播する場合、縦波とせん断波
が励起されることがある。この場合、その都度使用され
る波の位相速度はｖ固と見なされる。

伝送損を回避するため、中空面７に適当な反射防止被覆
部を設けることができる。

固体７０と液浸液を選定することによって角度（９０−
θ　）の最大値が決定される。このため、固形の伝達媒
体の選定にあたっては制限があり、検査されるべき対象
物の材料の特性に依存している。基本的には、対象物の
表面５における音波の伝播速度よりも固体７０内部での
伝播速度が小さくなければならない。

これまで説明してきた実施例では、音響変換器は通常パ
ルス・エコ一方式により送信器として、及び受信器とし
て交互に利用される。音波を連続的に生じさせると、対
象物から反射した音波と入射した音波とが干渉し、変換
器に位相変調信号が生じる。

第８図は、互いに共焦点にある２つのレンズ装置を備え
た実施例である。２つのレンズ装置のうち１方は音波送
信器として、他方は音波受信器として用いられる。

両レンズ装置は、同一のＳＡＷ伝播軸上にある。

このような構成は、音波を連続的に発生させることによ
っても、パルス的に発生させることによっても作動させ
ることができる。パルス・エコー作動では２つの信号が
得られ、これら２つの信号は、送信器の方向へ後方へ放
射される音波成分と、受信器の方向へ前方へ放射される
音波成分とに関係づけられる。

２つの共焦点レンズ装置から成る第９図の装置は、ＳＡ
Ｗの伝播方向が互いに角度φを成すように設定されてい
る。この角度は調整可能である。

この装置も、連続的な音波の発生及びパルス化された音
波の発生に適している。この装置を用いると、特にＳＡ
Ｗの反射における異方性を決定することができる。

第１０図に図示した実施例は、１つの反射器と２つに分
割された変換器によって作動し、一方の変換器は送信器
として用いられ、他方の変換器は受信器として用いられ
る。この実施例も、音波を連続的にもパルス的にも発生
させることができる。

反射器の結像特性は１．送信される音波線束の方向と受
信される音波線束の方向とを十分に選別し、その結果雨
音波線束が干渉することはなく、干渉しても極めてわず
かであり、しかも両液換器の分割線の方向には依存しな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による音響レンズ装置の作動原理を示す
図、第２図は音響レンズ装置の最適な焦点距離を検出す
るためのグラフ、第３図は本発明による音響レンズ装置
を十分に大きな検査面の中央部に配置した図式図、第３
ａ図は第３図の配置によって生じるエコーイ（ルスを示
す図、第４図は本発明による音響レンズ装置を１表面波
の焦点が検査面の稜に正確に位置するように配置した図
式図、第４ａ図は第４図の配置によって生じるエコーパ
ルスを示す図、第４ｂ図は第４ａ図の拡大図、第５図か
ら第７図まではそれぞれ本発明による音響レンズ装置の
可能な実施例を示す図、第８図から第１０図まではそれ
ぞれ送信系と受信系とを別個に配置した実施例を示す図
である。１・・・音響変換器４．６０．７０・・・音波伝導媒体５・・・対象物の表面（被検査面）６・・・筒面の縦軸７・・・筒面８・・・音波の場喝−■― べく区Ｑ）派区Ｕ）法手続補正書は式）昭和６１年　９月２４日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平面的な音波の場の発生及び／または受信の用を
成す少なくとも１つの変換器と、音波の場を対象物配置
領域でフォーカシングするためのフォーカシング手段と
、音波の場を、変換器とフォーカシング手段と対象物配
置領域との間で効率良く伝導させるための伝導媒体とを
備えた音響レンズ装置において、音波の場（８）から音
波の放射を受ける筒面（７）が変換器（１）に対向して
設けられ、該筒面（８）の縦軸線（６）が、音波の場（
８）の法線方向に対して次のように傾斜していること、
即ち筒面と対象物配置領域の間に設けられる伝導媒体内
での音波の位相速度をＶ＿Ｉとし、対象物配置領域での
音波の位相速度をＶ＿Ｒとしたとき、対象物配置領域の表面（５）に対し
て法線方向にある位置にして前記縦軸線（６）上にある
位置に生じる音波線が、対象物配置領域の表面の法線と
角度 θ＿Ｒ＝ｓｉｎ＾−＾１（Ｖ＿Ｉ／Ｖ＿Ｒ）を成すよう
に傾斜していることを特徴とする音響レンズ装置。
（２）筒面（７）が変換器（１）に対して凹になるよう
に形成され、反射に利用されることを特徴とする、特許
請求の範囲第１項に記載の音響レンズ装置。
（３）筒面（７）の音響インピーダンスが、音波伝導媒
体（４、６０）の音響インピーダンスよりも高いことを
特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の音響レンズ
装置。
（４）筒面（７）が変換器（１）に対して湾曲し、音波
伝導時に屈折面として利用されることを特徴とする、特
許請求の範囲第１項に記載の音響レンズ装置。
（５）変換器（１）と筒面（７）と対象物配置領域（５
）との間で音波の場（８）を伝導させるため、流動性の
浸漬媒体（４）が設けられていることを特徴とする、特
許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１つに記
載の音響レンズ装置。
（６）変換器（１）と筒面（７）と対象物配置領域（５
）との間で音波の場（８）を伝導させるため、固形の媒
体（６０）が設けられていることを特徴とする、特許請
求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つに記載の
音響レンズ装置。
（７）変換器（１）と筒面（７）の間に固形の媒体（７
０）が設けられ、且つ筒面（７）と対象物配置領域（５
）の間の領域の少なくとも一部分に、流動性の浸漬媒体
が設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第
１項から第６項までのいずれか１つに記載の音響レンズ
装置。
（８）筒面（７）と対象物配置領域（５）の間の領域の
少なくとも一部分にて音波を伝導させるため、ガス状の
媒体が設けられていることを特徴とする、特許請求の範
囲第１項から第７項までのいずれか１つに記載の音響レ
ンズ装置。
（９）音波の場の法線方向と筒面（７）の縦軸線との成
す角度（θ＿Ｒ）が調整可能であることを特徴とする、
特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１つに
記載の音響レンズ装置。
（１０）筒面（７）の横断面が放物線を成していること
を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の音響レン
ズ装置。
（１１）筒面（７）の横断面が円弧を成していることを
特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の音響レンズ
装置。
（１２）焦点を共有する２つのレンズ装置を離して設け
、そのうち１つのレンズ装置を音波送信器として、他の
レンズ装置を音波受信器として用いることを特徴とする
、特許請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１
つに記載の音響レンズ装置。
（１３）送信器の中心音波線によって張られる面と、受
信器の中心音波線によって張られる面とが一致している
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１２項に記載の音
響レンズ装置。
（１４）送信器の中心音波線によって張られる面と、受
信器の中心音波線によって張られる面とが角度φを成し
ていることを特徴とする、特許請求の範囲第１２項に記
載の音響レンズ装置。
（１５）前記角度φが調整可能であることを特徴とする
、特許請求の範囲第１４項に記載の音響レンズ装置。
（１６）変換器を２つに分割し、一方を音波送信器とし
て、他方を音波受信器として用いることを特徴とする、
特許請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１つ
に記載の音響レンズ装置。