JPS6281561A - 超音波顕微鏡を用いた計測方法 - Google Patents
超音波顕微鏡を用いた計測方法Info
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- JPS6281561A JPS6281561A JP60221806A JP22180685A JPS6281561A JP S6281561 A JPS6281561 A JP S6281561A JP 60221806 A JP60221806 A JP 60221806A JP 22180685 A JP22180685 A JP 22180685A JP S6281561 A JPS6281561 A JP S6281561A
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- G—PHYSICS
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- G01N29/00—Investigating 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
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
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- G—PHYSICS
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- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、超音波顕微鏡の計測機能に係わる。
近年Ｉ Ｇ Ｈｚに及ぶ超高周波の音波の発生検出が可
能となったので、水中で約１μｍの音波長が実現できる
ことになり、その結果、高い分解能の音波撮像装置が得
られることが特開昭５０−１１６０５８号にて示されて
いる。即ち、凹面レンズを用いて集束音波ビームを作り
、１μｍに及ぶ高い分解能を実現するのである。
能となったので、水中で約１μｍの音波長が実現できる
ことになり、その結果、高い分解能の音波撮像装置が得
られることが特開昭５０−１１６０５８号にて示されて
いる。即ち、凹面レンズを用いて集束音波ビームを作り
、１μｍに及ぶ高い分解能を実現するのである。
上記ビーム中に試料をそう人し、試料による反射超音波
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或いは試料を機械的に２次元に走査しながら、この信号
の強度をブラウン管の輝度信号として表示すれば、試料
の微細構造を拡大してみることができる。
を検出して試料の微細領域の弾性的性質を解明したり、
或いは試料を機械的に２次元に走査しながら、この信号
の強度をブラウン管の輝度信号として表示すれば、試料
の微細構造を拡大してみることができる。
第１図は、その超音波顕微鏡の主要構造部を示す図であ
る。超音波の集束及び送受は球面レンズ１により行って
いるが、その構造は円柱状の熔融石英等をもちいた物質
の一面を光学研磨し、その上に圧電ａＩＩ！！（Ｚ ｎ
Ｏ） ２を上下電極３によりはさむ、このようにサン
ドウィッチ構造になっている圧電薄膜２に、パルス発振
器４から発生されたパルス５を印加して、超音波６を発
生させる。また、他端部は口径０．１煙ｍｍφ〜１．０
ｍｍφ程度の凹面状の半球穴が形成されており、この半
球穴と試料との間には、超音波６を試料７に伝播させる
ための媒質（例えば水）８が満される。
る。超音波の集束及び送受は球面レンズ１により行って
いるが、その構造は円柱状の熔融石英等をもちいた物質
の一面を光学研磨し、その上に圧電ａＩＩ！！（Ｚ ｎ
Ｏ） ２を上下電極３によりはさむ、このようにサン
ドウィッチ構造になっている圧電薄膜２に、パルス発振
器４から発生されたパルス５を印加して、超音波６を発
生させる。また、他端部は口径０．１煙ｍｍφ〜１．０
ｍｍφ程度の凹面状の半球穴が形成されており、この半
球穴と試料との間には、超音波６を試料７に伝播させる
ための媒質（例えば水）８が満される。
圧電薄膜２によって発生した超音波６は円柱の中を平面
波となって伝播する。この平面波が半球穴に達すると石
英（音速６０００ｍ／ｓ）と水（音速１５００ ｍ ／
ｓ ）との音速の差により屈折作用が生じ、試料７面
上に集束した超音波６を照射することができる。逆に試
料７から反射されてくる超音波は球面レンズにより集音
整相され、平面波となって圧電薄膜２に達し、ここでＲ
Ｆ信号９に変換される。このＲＦ信号９を受信器１０で
受信し、ここでダイオード検波してビデオ信号１１に変
換し、ＣＲＴディスプレイ１２の入力信号として用いて
いる。
波となって伝播する。この平面波が半球穴に達すると石
英（音速６０００ｍ／ｓ）と水（音速１５００ ｍ ／
ｓ ）との音速の差により屈折作用が生じ、試料７面
上に集束した超音波６を照射することができる。逆に試
料７から反射されてくる超音波は球面レンズにより集音
整相され、平面波となって圧電薄膜２に達し、ここでＲ
Ｆ信号９に変換される。このＲＦ信号９を受信器１０で
受信し、ここでダイオード検波してビデオ信号１１に変
換し、ＣＲＴディスプレイ１２の入力信号として用いて
いる。
この様に構成された装置において、試料台１４が試料台
駆動電源１３によりｘ−ｙ平面内で２次元に走査してい
ると試料の走査にともなう試料面からの反射信号の強弱
が２次元的にＣＲＴ面１２に表示される。
駆動電源１３によりｘ−ｙ平面内で２次元に走査してい
ると試料の走査にともなう試料面からの反射信号の強弱
が２次元的にＣＲＴ面１２に表示される。
反射型超音波顕微鏡において、試料を二次元に走査せず
音響レンズをＺ軸方向に稼動しながら、その出力電圧を
計測すると、第２図に示すような周期的に変化する曲線
を得ることができる。この曲線は■（２，曲線と呼ばれ
ており、曲線にみられる周期ΔＺは超音波照射領域で励
起された表面弾性波とＺ軸近傍で入射した波との干渉に
よるものである。
音響レンズをＺ軸方向に稼動しながら、その出力電圧を
計測すると、第２図に示すような周期的に変化する曲線
を得ることができる。この曲線は■（２，曲線と呼ばれ
ており、曲線にみられる周期ΔＺは超音波照射領域で励
起された表面弾性波とＺ軸近傍で入射した波との干渉に
よるものである。
したがって１周期ΔＺをＶＲとの間には式（１）の関係
が成り立つ。
が成り立つ。
ΔＺ ＝ （ＶＲ／ Ｖ ｗ ）２・１ｗ ”””
（１）すなわち、超音波の波長λい、媒軍の音速ＶＷ、
および周期Δ２を用いると、本来試料の弾性的性質を反
映する表面弾性波の伝播速度■、を決定できる。
（１）すなわち、超音波の波長λい、媒軍の音速ＶＷ、
および周期Δ２を用いると、本来試料の弾性的性質を反
映する表面弾性波の伝播速度■、を決定できる。
一方、セラミックスなどの強脆性材料の強度は材料内部
に存在する欠陥や加工時に試料表面に導入される微小欠
陥などにより、その強度が大きく左右されることから、
このような材料の欠陥評価法の確立が望まれている。
に存在する欠陥や加工時に試料表面に導入される微小欠
陥などにより、その強度が大きく左右されることから、
このような材料の欠陥評価法の確立が望まれている。
しかしながら非破壊でこのような強度劣化の原因となる
欠陥の程度、すなわち加工変質層の厚さを効率的に評価
することは困難とされていた。
欠陥の程度、すなわち加工変質層の厚さを効率的に評価
することは困難とされていた。
本発明は、このような問題を解決するためのもので、試
料の加工変質層の厚さを非破壊的に求めることが可能な
超音波顕微鏡を用いた計測方法を提案するものである。
料の加工変質層の厚さを非破壊的に求めることが可能な
超音波顕微鏡を用いた計測方法を提案するものである。
本発明の基本概念は、表面弾性波の伝播速度の周波数依
存性を求め、伝播速度の変曲点に相当する周波数の波長
より加工変質層の厚さを算出するというものである。
存性を求め、伝播速度の変曲点に相当する周波数の波長
より加工変質層の厚さを算出するというものである。
すなわち、試料の表面弾性波の伝播領域は周波数が高く
なる程浅くなるので、伝播速度に影響を与える微少クラ
ック、塑性ひずみ等が存在する領域、つまり加工変質層
の厚みは表面弾性波の伝播速度の周波数特性の変曲点か
ら算出できるのである。具体的には、音波伝播媒質を介
して試料の所定の位置に超音波ビームを照射し、前記試
料からのしよう乱音波を検出する超音波発生検出手段と
。
なる程浅くなるので、伝播速度に影響を与える微少クラ
ック、塑性ひずみ等が存在する領域、つまり加工変質層
の厚みは表面弾性波の伝播速度の周波数特性の変曲点か
ら算出できるのである。具体的には、音波伝播媒質を介
して試料の所定の位置に超音波ビームを照射し、前記試
料からのしよう乱音波を検出する超音波発生検出手段と
。
前記試料を保持する試料台と、前記試料台と前記超音波
発生手段とを相対的に走査する手段を有する超音波顕微
鏡を用い、前記超音波検出手段と試料との距離を変化し
ながら超音波の照射を行なって得られる検出信号の電圧
曲線（Ｖ（２１曲線）の周期から前記試料の表面弾性波
の伝播速度を測定し、前記超音波の周波数を変えながら
この表面前記の測定をくり返してこの伝播速度の周波数
依存性を求める。
発生手段とを相対的に走査する手段を有する超音波顕微
鏡を用い、前記超音波検出手段と試料との距離を変化し
ながら超音波の照射を行なって得られる検出信号の電圧
曲線（Ｖ（２１曲線）の周期から前記試料の表面弾性波
の伝播速度を測定し、前記超音波の周波数を変えながら
この表面前記の測定をくり返してこの伝播速度の周波数
依存性を求める。
以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
第３図に各種加工条件で研摩を行った試料の表面弾性波
の伝播速度を第１図に示すような超音波顕微鏡にて周波
数を３００ＭＨｚから４５０ＭＨｚまで変化させながら
測定した結果を示す。
の伝播速度を第１図に示すような超音波顕微鏡にて周波
数を３００ＭＨｚから４５０ＭＨｚまで変化させながら
測定した結果を示す。
測定の方法は、それぞれに試料を第１図の試料台１４に
搭載し、試料台１４を２方向（レンズ１との距離方向）
に移動しながら検討信号の強度を計測して第２図の曲線
（Ｖ（２１曲線）を得、その周期ΔＺ、及び接媒質８の
波長λい、音速ＶＷから（１）式により試料の表面弾性
法ＶＲを求める。
搭載し、試料台１４を２方向（レンズ１との距離方向）
に移動しながら検討信号の強度を計測して第２図の曲線
（Ｖ（２１曲線）を得、その周期ΔＺ、及び接媒質８の
波長λい、音速ＶＷから（１）式により試料の表面弾性
法ＶＲを求める。
周波数を３００ＭＨｚから４５０ Ｍ Ｈｚまで変化さ
せて各資料につき測定をくり返した結果が第３図に示す
ものである。３５０ＭＨｚまでは各試験片ともほぼ同じ
伝播速度であったものが、それ以上高い周波数領域にな
ると伝播速度にばらつきが生じ、その値は４５０ＭＨｚ
においては、無ひずみ試料Ａに対して、Ｂ＝３％、Ｃ＝
４％、Ｄ＝５％の減少であった。また、その変化の様子
は表面粗さとも密接に関係していることがわかった。
せて各資料につき測定をくり返した結果が第３図に示す
ものである。３５０ＭＨｚまでは各試験片ともほぼ同じ
伝播速度であったものが、それ以上高い周波数領域にな
ると伝播速度にばらつきが生じ、その値は４５０ＭＨｚ
においては、無ひずみ試料Ａに対して、Ｂ＝３％、Ｃ＝
４％、Ｄ＝５％の減少であった。また、その変化の様子
は表面粗さとも密接に関係していることがわかった。
４５０ＭＨｚにおいて、各試験片の伝播速度にちがいが
見出せたことは、周波数が高くなるにつれて表面弾性波
の伝播する領域が浅くなり、伝播速度に影響をあたえる
因子が表面層の状態に移行してくるので加工時に導入さ
れた微小クラクや塑性ひずみなどによる表面層の弾性的
性質のちがいの影響を受けている結果であると考えられ
る。したがって、伝播速度の周波数依存性から加工変質
層の厚みを推定することができる。
見出せたことは、周波数が高くなるにつれて表面弾性波
の伝播する領域が浅くなり、伝播速度に影響をあたえる
因子が表面層の状態に移行してくるので加工時に導入さ
れた微小クラクや塑性ひずみなどによる表面層の弾性的
性質のちがいの影響を受けている結果であると考えられ
る。したがって、伝播速度の周波数依存性から加工変質
層の厚みを推定することができる。
こ＼では第４図に示すように無ひずみシリコン基板１４
の上に厚さｂの加工変質層１５が形成され、その音響イ
ンピーダンス、表面弾性波１６の伝播速度をそれぞれＺ
ｇｒ ｖ、、およびＺ ｓ ’ 、 Ｖ ｓ ’として
等方体近似でｌａｍｂ波の伝播速度の周波数依存性を求
めてみた。このような層構造の伝播速度ｖＲは、周波数
をωとして ＶＲ＝ ｆ （ｚｓｔ ＺＳ’＋ ｂ ＋ ω） ・
＝・＝ （２）の関数の形であたえられるからｖｓ′、
ｖｓにそれぞれ低周波極限、高周波極限の値を用いるな
ら、ｂをパラメータとして実測値との一致を調べること
により、厚さｂを求めることができる。第３図の破線は
ｂ＝５．４μｍとしたときの計算結果の１例で、実験値
と比較的良い一致を示している。
の上に厚さｂの加工変質層１５が形成され、その音響イ
ンピーダンス、表面弾性波１６の伝播速度をそれぞれＺ
ｇｒ ｖ、、およびＺ ｓ ’ 、 Ｖ ｓ ’として
等方体近似でｌａｍｂ波の伝播速度の周波数依存性を求
めてみた。このような層構造の伝播速度ｖＲは、周波数
をωとして ＶＲ＝ ｆ （ｚｓｔ ＺＳ’＋ ｂ ＋ ω） ・
＝・＝ （２）の関数の形であたえられるからｖｓ′、
ｖｓにそれぞれ低周波極限、高周波極限の値を用いるな
ら、ｂをパラメータとして実測値との一致を調べること
により、厚さｂを求めることができる。第３図の破線は
ｂ＝５．４μｍとしたときの計算結果の１例で、実験値
と比較的良い一致を示している。
したがって、３２０００研摩剤における加工変質層の厚
さは、およそ５μｍを見積るこができた。
さは、およそ５μｍを見積るこができた。
上述の如く、本発明により超音波の周波数を変化させな
がら、表面弾性波の伝播速度を測定し、速度変化の変曲
点をさがすことにより加工変質層の厚さを非破壊で計測
することができ工業上利するところ大きい。
がら、表面弾性波の伝播速度を測定し、速度変化の変曲
点をさがすことにより加工変質層の厚さを非破壊で計測
することができ工業上利するところ大きい。
第１図は超音波顕微鏡の構造を示す図、第２図はｖ（２
）曲線の一例を示す図、第３図は各種加工条件における
表面弾性波の周波数依存性を求めた結果を示す図、第４
図は多層構造を表面弾性波が伝播するモデルを示す図。 第２図 Ｆ１汲駁（？’Ｆｂ） ／≠
）曲線の一例を示す図、第３図は各種加工条件における
表面弾性波の周波数依存性を求めた結果を示す図、第４
図は多層構造を表面弾性波が伝播するモデルを示す図。 第２図 Ｆ１汲駁（？’Ｆｂ） ／≠
Claims (1)
- １、音波伝播媒質を介して試料の所定の位置に超音波ビ
ームを照射し、前記試料からじょう乱音波を検出する超
音波発生検出手段と、前記試料を保持する試料台と、前
記試料台と前記超音波発生検出手段とを相対的に走査す
る手段とを有する超音波顕微鏡を用い、前記超音波発生
検出手段と試料との距離を変化しながら超音波の照射を
行なって得られる検出信号の電圧曲線の周期から前記試
料の表面弾性波の伝播速度を測定し、前記超音波の周波
数を変えて前記の測定をくり返して前記試料の表面弾性
波の伝播速度の周波数依存性曲線を得、該周波数依存曲
線から前記試料の表面欠陥を有する層の厚みを計測する
ことを特長とする超音波顕微鏡を用いた計測方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60221806A JPS6281561A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 超音波顕微鏡を用いた計測方法 |
| US06/904,400 US4730494A (en) | 1985-10-07 | 1986-09-08 | Method for examining a surface of a sample by means of ultrasound |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60221806A JPS6281561A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 超音波顕微鏡を用いた計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6281561A true JPS6281561A (ja) | 1987-04-15 |
| JPH0421139B2 JPH0421139B2 (ja) | 1992-04-08 |
Family
ID=16772488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60221806A Granted JPS6281561A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 超音波顕微鏡を用いた計測方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4730494A (ja) |
| JP (1) | JPS6281561A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107906A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Takuya Senba | 物体表面の層構造の厚さの測定方法 |
| JPH02107905A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Takuya Senba | 物体表面の層構造の厚さの測定方法 |
| JPH03185355A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-13 | Isuzu Motors Ltd | 表面層の超音波測定法 |
| JP2007517228A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-06-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 表面弾性波センサを介した伝播速度の推定 |
| JP2020174856A (ja) * | 2019-04-17 | 2020-10-29 | 株式会社 資生堂 | 超音波測定方法、超音波測定プログラム、及び超音波測定装置 |
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| JPH0740020B2 (ja) * | 1989-04-17 | 1995-05-01 | 敏夫 成田 | セラミツクス接合部の強度判定方法 |
| EP0398428B1 (en) * | 1989-05-12 | 1994-03-23 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Probe for ultrasonic microscope |
| JP2860843B2 (ja) * | 1990-11-25 | 1999-02-24 | 憲賢 中鉢 | Ｖ（ｚ）特性による超音波音速測定装置およびこれを用いた超音波顕微鏡 |
| US6890302B2 (en) * | 2000-11-13 | 2005-05-10 | Sonoscan, Inc. | Frequency domain processing of scanning acoustic imaging signals |
| FR2891360B1 (fr) * | 2005-09-26 | 2007-12-14 | Snecma | Procede de mesure de l'epaisseur de couches par ondes de surface |
| WO2008083279A1 (en) * | 2006-12-29 | 2008-07-10 | 3M Innovative Properties Company | Method of detection of bioanalytes by acousto-mechanical detection systems comprising the addition of liposomes |
| GB2545004B (en) * | 2015-12-03 | 2019-04-03 | Rolls Royce Plc | Method and apparatus for machining objects |
| WO2019050996A1 (en) * | 2017-09-05 | 2019-03-14 | Utah Valley University | DETERMINING THE MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF MATERIALS USING ACOUSTIC SIGNAL PROCESSING |
| CN109781853A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-21 | 河北普阳钢铁有限公司 | 利用超声波单晶直探头判断扁平金属板材分层缺陷的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4541281A (en) * | 1983-04-03 | 1985-09-17 | Noriyoshi Chubachi | Ultrasonic microscope system |
| DE3409929A1 (de) * | 1984-03-17 | 1985-09-26 | Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar | Verfahren zur darstellung elastischer parameter in objektoberflaechen |
-
1985
- 1985-10-07 JP JP60221806A patent/JPS6281561A/ja active Granted
-
1986
- 1986-09-08 US US06/904,400 patent/US4730494A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107906A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Takuya Senba | 物体表面の層構造の厚さの測定方法 |
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| JPH03185355A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-13 | Isuzu Motors Ltd | 表面層の超音波測定法 |
| JP2007517228A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-06-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 表面弾性波センサを介した伝播速度の推定 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4730494A (en) | 1988-03-15 |
| JPH0421139B2 (ja) | 1992-04-08 |
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| JPS6281561A (ja) | 超音波顕微鏡を用いた計測方法 | |
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