JPH0266449A

JPH0266449A - 超音波顕微鏡

Info

Publication number: JPH0266449A
Application number: JP63216340A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sasaki; 靖夫佐々木; Mitsugi Sakai; 酒井　貢; Yasuhiro Omura; 大村　泰宏; Koichi Karaki; 幸一唐木
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-09-01
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 1990-03-06
Also published as: DE3929105A1; US5121634A

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】〔産業上の利用分野〕この発明は超音波顕微鏡に関する。

〔従来の技術〕

超音波顕微鏡において、良好な超音波像を得るためには
、試料の走査面と超音波を投射する音響レンズの焦点面
とをほぼ平行にする必要がある。

これら試料の走査面と音響レンズの焦点面とをほぼ平行
に調整し得るものとして、例えば特開昭６２−２４９０
５２号公報には、音響レンズを加振器によって一方向に
振動させると共に、試料をＸ方向およびＹ方向の傾き調
整機構を有するゴニオメータ上に載置し、加振器または
ゴニオメータをＸＹ平面内で回動させることにより試料
に対する音響レンズの振動方向を切り換えるようにして
、各方向において試料から超音波の反射強度分布がほぼ
フラットとなるようにゴニオメータの対応する傾き調整
機構を操作して、試料走査面が音響しンズの焦点面とほ
ぼ平行になるように調整し得るようにした超音波顕微鏡
が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の特開昭６２−２４９０５２号公報
に開示された超音波顕微鏡にあっては、Ｘ方向およびＹ
方向の傾き調整機構を有するゴニオメータを用いると共
に、このゴニオメータと音響レンズを振動させる加振器
とをｘＹ平面内で相対的に回動させるようにして試料走
査面の傾きを機械的に調整するようにしているため、装
置の構成が複雑になると共に、調整操作も面倒になると
いう問題がある。また、ゴニオメータやこれと加振器と
をＸＹ平面内で相対的に回動させる機構を要するため、
音響レンズと試料との間に介在させる超音波の伝達媒体
として液体チッソ、液体アルゴン、液体ヘリウム等の低
温液体を用いる場合には、音響レンズやゴニオメータを
断熱容器内に配置する必要があるため調整操作がより面
倒となり、適用が困難になるという問題がある。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、簡単な構成で音響レンズの焦点面に対する試
料走査面の傾きを容易に調整できると共に、低温液体を
用いる場合にも容易に適用できるよう適切に構成した超
音波顕微鏡を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では音響レンズと、この音響レン
ズに対向して試料を支持する試料支持手段と、これら音
響レンズおよび試料支持手段をそれら間の距離が変化す
るＺ軸方向に相対的に駆動するＺ軸駆動手段と、このＺ
軸駆動手段による駆動方向と直交する平面内で前記音響
レンズおよび試料支持手段を互いに直交するＸ軸および
Ｙ軸方向に相対的に駆動して前記試料を走査するＸ軸お
よびＹ軸駆動手段とを具え、前記Ｘ軸およびＹ軸駆動手
段にそれぞれ供給するＸ軸およびＹ軸駆動信号に同期し
て、前記試料の走査面における前記Ｘ軸およびＹ軸方向
の傾きに対応するＸ軸およびＹ軸傾き補正信号を前記Ｚ
軸駆動手段に供給して前記音響レンズおよび試料支持手
段をＺ軸方向に相対的に駆動することにより、前記試料
の走査面における傾きを補正しながら前記試料を走査す
るよう構成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すものである。

この実施例では、音響レンズ１をＸ−Ｙスキャナ２によ
ってその焦点面と平行な面内で互いに直交するＸ軸方向
およびＹ軸方向に移動させ、試料３をＸ軸およびＹ軸方
向と直交するＺ軸方向に延在するシャフト４の下端に装
着して、このシャフト４をＺ軸方向に移動させるように
する。Ｘ−Ｙスキャナ２は非磁性体より成るフレーム５
の下端部に支持し、シャフト４はＺ軸方向に離間した２
枚の平行な板ばね６および７を介してＺ軸方向に変位可
能にフレーム５に支持する。

シャフト４には、その上端にＺ軸方向に延在してコイル
８を装着すると共に、中間部に該シャフト４を囲むよう
にコイル９を装着する。また、フレーム５にはコイル８
の周囲を覆うように有底の円筒状のヨークＩＯを設ける
と共に、コイル９の周囲を覆うようにシャフト４を貫通
させて有底の円筒状のヨーク１１を設ける。ヨーク１０
には、コイル８を磁束が横切るように、磁石１２を介し
て内ヨーク１３をコイル８に侵入して設ける。同様に、
ヨーク１１にはコイル９を磁束が横切るように、シャフ
ト４を貫通させて磁石１４を介して内ヨーク１５をコイ
ル９に侵入して設ける。

このようにして、コイル８に電力増幅器１６を介してフ
ォーカス駆動信号を供給することにより、シャフト４し
たがって試料３をフォーカス駆動信号に応じてＺ軸方向
に変位させると共に、その変位の際にコイル９に生じる
出力を増幅器１７を介して電力増幅器１６にフィードバ
ックして、試料３をその変位された位置に維持するよう
にする。

第２図は第１図に示すＸ−Ｙスキャナ２の一例の構成を
示すものである。音響レンズ１は非磁性体より成る可動
部材２０に支持し、この可動部材２０を中空のフレキシ
ブルピラー２１を介してＸおよびＹ方向に変位可能に支
持台２２を介してフレーム５に支持する。可動部材２０
には、ＸおよびＹ方向において音響レンズ１に関し対象
な位置に、それぞれＡｌ１等の非磁性体より成るボビン
２３に被覆銅線を巻装して一対のコイル２４（第２図で
はＸ方向のものを示す）を設ける。また、支持台２２に
は各コイル２４に対応して口字状または口字状のヨーク
２５を設け、このヨーク２５にコイル２４を介して対向
してそれぞれ２個の永久磁石２６ａ、　２６ｂ；２７ａ
、　２７ｂを、コイル２・１の駆動方向両側部分におい
て互いに逆方向の磁束が通過するように固着する。

このようにして、この実施例ではコイル２４に所要の電
流を流すことにより、その電流と、永久磁石２６ａ、　
２６ｂ、　２７ａ、　２７ｂによる磁束との電磁作用に
よって、可動部材２０を介して音響レンズ１をＸおよび
Ｙ方向に２次元的に駆動して、音響レンズ１がら投射さ
れる超音波ビームにより試料３を２次元走査するように
する。なお、音響レンズ１に接続される同軸ケーブル２
８はフレキシブルピラー２１内を通して信号処理回路に
接続する。

第３図はこの実施例の駆動回路の一例の構成を示すもの
である。正磁波発生器３０の出力は、スイッチ３１を介
しでＸスキャン幅選択用減衰器３２に供給すると共に、
Ｘ軸傾き調整用減衰器３３に供給し、Ｘスキャン幅選択
用減衰器３２の出力を電力増幅器３４を経てＸ軸駆動用
のコイル２４に、Ｘ軸傾き調整用減衰器３３の出力を位
相調整器３５を介して加算器３６にそれぞれ供給する。

また、鋸歯状波発生器３７の出力は、スイッチ３８を介
してＸスキャン幅選択用減衰器３９に供給すると共に、
Ｙ軸傾き調整用減衰器４０に供給し、Ｘスキャン幅選択
用減衰器３９の出力を電力増幅器４１を経てＹ＠駆動用
のコイル２４に、Ｙ軸傾き調整用減衰器４０の出力を加
算器３６にそれぞれ供給する。加算器３６には、更に可
変電圧源４２から試料走査面の任意の位置を音響レンズ
の焦点面に位置させるフォーカスオフセット信号を供給
し、この加算器３６の出力をフォーカス駆動信号として
電力増幅器１６を経てコイル８に供給してシャフト４を
Ｚ軸方向に変位させるようにする。

以下、この実施例の動作を説明する。

第４図は音響レンズ１の焦点面に対して試料３の走査面
が傾いている場合の音響レンズ１と試料３との位置関係
を示すものである。ここで、音響レンズ１のＸ軸方向の
走査範囲をｘ＝×１〜ｘ＝×２とし、その間のＸ−Ｘ。

の位置において音響レンズｌの焦点が試料表面に位置す
るものとする。また、このＸ＝×ｏの位置における試料
表面の高さをＺ軸方向の原点Ｚ＝ｚｏとしくしたがって
、音響レンズ１の焦点面はｚ−Ｚｏで表されるＸ−Ｙ平
面と平行な面となる）、Ｘ＝　Ｘ、、Ｘ２における試料
表面の高さをそれぞれＺ＝ｚ、、Ｚ２　とする。

一方、試料の任意の点において、試料３と音響レンズ１
との距離を変化させると、第５図に示すような試料の材
質に依存するいわゆるｖ（２，曲線が得られる。ここで
、横軸はＺ軸方向における試料３および音響レンズ１の
相対位置を示し、Ｚ＝Ｚｏは音響レンズ１の焦点が試料
表面に位置する位置を、正方向は試料および音響レンズ
が相対的に遠ざかる方向の位置を、負方向は近づく方向
の位置をそれぞれ示す。また、縦軸は試料で反射された
超音波の出力電圧の例えば実効値Ｖを示し、Ｚ＝Ｚｏに
おいて最大となる。したがって、第４図における音響レ
ンズ１の位置Ｘ　”　Ｘ　１．　Ｘｏ、　Ｘ２に対応す
る出力は、第５図においてＶ　（ｚ　＋）　ｒ　Ｖ　（
ｚＯ）　＋　Ｖ　（２２）のようになる。

ここで、第４図に示すように傾いた試料３について、音
響レンズｌをＸ軸方向に走査してその出力電圧を表示器
に表示すると第６図に示すようになる。すなわち×１≦
Ｘ≦Ｘｏの範囲では、音響レンズ１の焦点面と試料表面
との間の距離ＺはＺ　＝ｚ。

からＺ＝Ｚｏへと増加するため、第５図から明らかなよ
うに、その出力電圧は破線で示すようにυ（２Ｉ、から
Ｖ（ｚＯ）へと単調に増加することになる。

なお、実際には試料表面の凹凸等の影響で、出力電圧は
破線をベースラインにしてゆらぐ実線で示すような曲線
となる。同様に、ｘｏ　≦Ｘ≦×２の範囲ではベースラ
インは単調減少の曲線となる。

このように、音響レンズ１の焦点面に対して試料表面が
傾いている場合において、音響レンズ１をＸ−Ｙ走査面
内で一方向に走査すると、その出力電圧のベースライン
は試料表面の傾きに応じて傾くことになる。

そこで、この例では第３図において、先ずスイッチ３１
をオン、スイッチ３８をオフとして音響レンズｌをＸ軸
方向に、シャフト４したがって試料３をＸ軸方向にそれ
ぞれ振動させながら超音波の送受波を行い、この状態で
音響レンズ１のＸ軸方向のスキャン幅が所望の幅となる
ように、Ｘスキャン幅選択用減衰器３２においてＸ軸駆
動用コイル２４に供給する第７図Ａに示す正弦波発生器
３０の出力の振幅を調整すると共に、試料反射波の出力
電圧をモニタしながらそのベースラインが一定となるよ
うに、Ｘ軸傾き調整用減衰器３３および位相調整器３５
においてＺ軸駆動用のコイル８に供給する正弦波発生器
３０の出力の振幅および位相をそれぞれ調整する。

次に、スイッチ３１をオフ、スイッチ３８をオンとして
音響レンズ１をＹ軸方向に、試料３をＸ軸方向にそれぞ
れ振動させながら超音波の送受波を行い、この状態で音
響レンズ１のＹ軸方向のスキャン幅が所望の幅となるよ
、うに、Ｙスキャン幅選択用減衰器３９においてＹ軸駆
動用のコイル２４に供給する第７１已に示す鋸歯状波発
生器３７の出力の振幅を調整すると共に、試料反射波の
出力電圧をモニタしながらそのベースラインが一定とな
るように、Ｘ軸傾き調整用減衰器４０においてＺ軸駆動
用のコイル８に供給する鋸歯状発生器３７の出力の振幅
を調整する。

以上のようにして、Ｘ及びＹ軸方向における試料３の傾
き補正信号を得るように調整した後は、スイッチ３１お
よび３８を共にオンとして試料３の超音波像を得る。

このようにすれば、Ｚ軸駆動用コイル８には、第７図Ｃ
に示すようにフォーカスオフセット信号、Ｘ軸およびＸ
軸傾き補正信号が重畳されたフォーカス駆動信号が供給
されるので、試料３はその走査面における傾きを補正す
るようにＸ軸方向に変位しながらＸ軸およびＹ軸方向に
２次元走査されることになる。したがって、画質の良好
な超音波像を得ることができる。

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば
、Ｘ軸およびＸ軸傾き調整用減衰器３３および４０によ
るＸ軸およびＹ軸方向の傾き調整あるいはＸ軸傾き調整
用減衰器４０によるＹ軸方向の傾き調整は、音響レンズ
１により試料をＸ軸およびＹ軸方向に走査して超音波像
を観察しながら行うこともできるし、これらの調整を試
料反射波の出力電圧に基づいて自動的に行うよう構成す
ることもできる。また、音響レンズ１を固定して試料３
をＸ、　ＹおよびＸ軸方向に変位させたり、試料３を固
定して音響レンズ１をＸ、　ＹおよびＸ軸方向に変位さ
せたり、あるいは試料３をＸおよびＹ軸方向に、音響レ
ンズ１をＸ軸方向に変位させるよう構成することもでき
る。更に、音響レンズ１と試料３との間に介在させる超
音波伝達媒体として低温液体を用いる場合にも、第１図
に示す部分全体を低温液体中に浸漬することができるの
で容易に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば音響レンズと試料
を支持する試料支持手段とをＸ軸方向に相対的に駆動す
るＺ軸駆動手段を設け、このＺ軸駆動手段にＸ軸および
Ｙ軸駆動信号に同期して、Ｘ軸およびＹ軸方向の傾きに
対応するＸ軸およびＸ軸傾き補正信号を供給して、音響
レンズおよび試料支持手段をＸ軸方向に相対的に駆動す
ることにより、試料の走査面における傾きを補正しなが
ら試料を走査するようにしたので、ゴニメータ等を用い
て傾きを機械的に調整する場合に比べ、調整を容易にで
きると共に構成も簡単にでき、しかも低温液体を用いる
場合にも容易に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図は第１図
に示すＸ−Ｙスキャナの一例の構成を示す図、第３図は駆動回路の一例の構成を示す図、第４図、第５
図、第６図および第７図Ａ−Ｃは第１図に示す実施例の
動作を説明するための図である。１・・・音響レンズ　　　　２・・・Ｘ−Ｙスキャナ３
・・・試料　　　　　　　４・・・シャフト５・・フレ
ーム　　　　　６，７・・・仮ばね８．９・・・コイル
　　　　１０１１−・・ヨーク１２、１４・・・磁石　
　　　　１３．１５・・・内ヨーク１６・・・電力増幅
器　　　　１７・・・増幅器２０・・・可動部材　　　
　　２１・・・フレキシブルピラー２２・・・支持台　
　　　　　２３・・・ボビン２４・・・コイル　　　　
　　２５・・・ヨーク２６ａ、　２６ｂ、　２７ａ、　
２７ｂ　−・・永久磁石２８・・同軸ケーブル　　　３
０・・・正弦波発生器３１．３８・・・スイッチ３２・・Ｘスキャン幅選択用減衰器３３・・・Ｘ軸傾き調整用減衰器３４・・・電力増幅器　　　　３５・・・位相調整器３
６・・・加算器　　　　　　３７・・・鋸歯状波発生器
３９・・・Ｙスキャン幅選択用減衰器４０・・・Ｙ軸傾き調整用減衰器４１・・・電力増幅器　　　　４２・・・可変電圧源第
１図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、音響レンズと、この音響レンズに対向して試料を支
持する試料支持手段と、これら音響レンズおよび試料支
持手段をそれら間の距離が変化するＺ軸方向に相対的に
駆動するＺ軸駆動手段と、このＺ軸駆動手段による駆動
方向と直交する平面内で前記音響レンズおよび試料支持
手段を互いに直交するＸ軸およびＹ軸方向に相対的に駆
動して前記試料を走査するＸ軸およびＹ軸駆動手段とを
具え、前記Ｘ軸およびＹ軸駆動手段にそれぞれ供給するＸ軸お
よびＹ軸駆動信号に同期して、前記試料の走査面におけ
る前記Ｘ軸およびＹ軸方向の傾きに対応するＸ軸および
Ｙ軸傾き補正信号を前記Ｚ軸駆動手段に供給して前記音
響レンズおよび試料支持手段をＺ軸方向に相対的に駆動
することにより、前記試料の走査面における傾きを補正
しながら前記試料を走査するよう構成したことを特徴と
する超音波顕微鏡。