(57)【要約】  超音波トランスデューサおよびバランスリニアモータアセンブリを含む走査型超音波顕微鏡が開示される。バランスリニアモータアセンブリは、トランスデューサを移動させる第１の線形経路に平行な線形経路に沿った移動のために取り付けられた釣り合い重りを含む。釣り合い重りは、ロータおよびトランスデューサの質量におおむね等しい質量を有する。釣り合い重りは、走査型超音波顕微鏡がサンプルの調査に使用されるときに、第１の線形経路に沿ったロータおよびトランスデューサの移動と同時に第２の線形経路に沿って移動することによって、振動を発生させることなくトランスデューサを加速および減速することを可能にするように適応される。
2009526236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサと、
バランスリニアモータアセンブリであって、
前記トランスデューサを取り付けられたロータと、
ステータであって、該ステータによって画定された第１の線形経路に沿った移動のために、上に前記ロータおよび前記トランスデューサを取り付けられたステータと、
前記第１の線形経路に平行な第２の線形経路に沿った移動のために取り付けられ、前記ロータおよび前記トランスデューサの質量におおむね等しい質量を有する釣り合い重りと、
を含むバランスリニアモータアセンブリと、
前記トランスデューサおよび前記バランスリニアモータアセンブリに電気的に接続され、サンプルを少なくとも部分的に調査するために所定の一連の移動で前記ロータおよび前記トランスデューサを前記第１の線形経路に沿って移動させるように適応されたコントローラと、を備え、
前記釣り合い重りは、前記サンプルが調査されているときに、前記第１の線形経路に沿った前記ロータおよび前記トランスデューサの移動と同時に前記第２の線形経路に沿って移動されるように適応される、走査型超音波顕微鏡。
【請求項２】
前記トランスデューサは、前記サンプルが調査されているときに、１つまたは複数の非線形線路をたどる、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項３】
前記トランスデューサは、前記サンプルが調査されているときに、接触媒質を介して前記サンプルに可動作的につながれ、
前記コントローラは、前記超音波トランスデューサに、前記サンプルの内側に画定された所定の体積内に位置する３次元的に多様な複数の点の各点に向けて超音波エネルギのパルスを放射させるように適応され、
前記トランスデューサは、前記サンプルの前記所定の体積内における、対応する前記３次元的に多様な複数の点の１つと同じ位置に設けられた焦点を、前記パルスの各自について有する、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項４】
前記トランスデューサは、前記サンプルが調査されているときに、接触媒質を介して前記サンプルに可動作的につながれ、
前記コントローラは、前記超音波トランスデューサに、前記サンプルの内側に画定された所定の体積内に位置する３次元的に多様な複数の点の各点に向けて超音波エネルギのパルスを放射させるように適応され、
前記トランスデューサは、前記サンプルの前記所定の体積内における、対応する前記３次元的に多様な複数の点の１つと同じ位置に設けられた焦点を、前記パルスの各自について有し、
前記コントローラは、さらに、前記パルスの各自に対応する反射信号を前記トランスデューサに受信させるように適応され、
前記反射信号の各自は、前記サンプルの前記所定の体積内における対応する点に焦点を合わせた前記サンプルのＡ−ＳＣＡＮを含み、
前記反射信号は、全て、前記サンプルの内側に画定された前記所定の体積内に存在する音響インピーダンス特徴を表す、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項５】
前記第１の線形経路に垂直な方向に少なくとも前記トランスデューサを移動させるための第２のリニアモータアセンブリをさらに備える請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項６】
前記第１の線形経路に垂直な方向に少なくとも前記トランスデューサを移動させるため
の第２のバランスモータアセンブリをさらに備える請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項７】
前記第１の線形経路は、前記第２の線形経路と同一線上である、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項８】
前記釣り合い重りは、第２の超音波トランスデューサを含む、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項９】
前記トランスデューサは、方向を変化させるときに、振動を導入することなく前記バランスリニアモータアセンブリの選択速度に戻すことができる、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項１０】
前記サンプルは、マイクロエレクトロニクスサンプルを含む、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項１１】
前記釣り合い重りを前記トランスデューサおよび前記ロータにつなぐベルトおよびプーリのアセンブリをさらに備える請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記トランスデューサを前記サンプルに対してＸ−Ｙラスタ走査で移動させるように適応される、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項１３】
前記第１の線形経路および前記第２の線形経路は、互いから隔てられ、
前記釣り合い重りの質量の中心は、前記トランスデューサが減速され方向を変えるときに生成される回転力の少なくとも一部を低減させるように配置される、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項１４】
前記サンプルは、密封包装を含む、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【請求項１５】
前記サンプルは、生体物質を含む、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２００６年２月７日付けで出願された仮出願第６０／７６５，９１７号の利益を主張する。当該出願の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【０００２】
＜技術分野＞
本発明は、概して、パルス状の超音波エネルギを使用する非破壊試験および故障解析の分野における改良に関する。より具体的には、本発明は、バランスリニアモータを用いて超音波トランスデューサを少なくとも一方向に移動させる超音波マイクロイメージング（「ＡＭＩ：Acoustic Micro Imaging」）動作を実施するためのデバイスに関する。
【０００３】
非破壊試験および故障解析の目的でパルス状の超音波エネルギを用いるＡＭＩデバイスは、様々な交付済み特許において開示されている。例えば、米国特許第４，７８１，０６７号は、バランス走査メカニズムを開示している。この特許の要約では、この特許において開示されているメカニズムが、超音波顕微鏡またはその他の機器のトランスデューサをＸ−Ｙ走査パターンのＸ部分を含む線形経路に沿って迅速に往復駆動するために使用されることが述べられている。要約は、また、トランスデューサが第１のキャリッジに取り付けられること、第２のキャリッジには釣り合い重りが取り付け可能であること、そして各キャリッジおよびその上の内容の全質量が等しいことも述べている。要約は、さらに、両キャリッジには、振幅は等しいが方向は反対の加速度および速度でそれらのキャリッジをＸ軸に沿って相互に駆動するために、駆動ベルトがつながれていることも述べている。ベルトの駆動には、従来のモータおよびプーリが使用される。この特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【０００４】
別の例として、２００２年３月１９日付けで交付され、「走査型超音波顕微鏡システムおよび小パーツを扱うための方法」と題された米国特許第６，３５７，１３６号がある。この特許の要約は、発明の使用が、ゆるく保持された小パーツが検査中または乾燥中にトレイから脱落するのを阻止することを述べている。この特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【０００５】
さらなる例は、２００５年４月１９日付けで交付され、「情報の導出および可視化を改良する超音波マイクロイメージング方法」と題された米国特許６，８８０，３８７号である。この特許の要約は、サンプルの超音波画像が導かれ、次いで、１つまたは２つ以上の追加画像の可視的重ね合わせが得られることを述べている。この特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【０００６】
さらに別の例は、２００５年５月１０日付けで交付され、「走査型超音波マイクロイメージング信号の周波数領域処理」と題された米国特許第６，８９０，３０２号である。この特許の要約には、サンプル内の音響インピーダンス特徴を表す時間領域信号が得られること、そしてそれが次いで周波数領域に変換されることが述べられている。要約は、また、周波数領域信号が変形可能であること、そしてそれが次いで時間領域信号に再度変換し直すことが可能であることも述べている。この特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【０００７】
さらなる例は、２００５年５月２４日付けで交付され、４Ｄ音響反射信号を獲得するた
めの超音波マイクロイメージングの方法および装置を開示している米国特許第６，８９５，８２０号である。この特許の要約は、サンプルをそのサンプル内の３次元的に多様な複数の位置において調査するために超音波トランスデューサが用いられること、調査される各位置について、焦点の合ったＡ−ＳＣＡＮが生成されることを述べている。この特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【０００８】
さらなる例は、２００６年１月３日付けで交付され、非矩形に境界を定められた領域のための走査型超音波マイクロイメージング方法および装置を開示している米国特許第６，９８１，４１７号である。この特許の要約は、サンプル表面上またはサンプル体積内の非矩形に境界を定められた空間を超音波プローブが調査するようにするために、ステージシステムが駆使されることを述べている。この特許は、また、図２１〜２９に、この特許において開示される発明と併用可能である各種の２Ｄおよび３Ｄの走査モードならびに技術の概略が示されていることも述べている。この特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【０００９】
各種のＡＭＩデバイスを開示しているその他の特許には、米国特許第６，４６０，４１４号、第５，６８４，２５２号、第５，６００，０６８号、第４，８６６，９８６号、および第４，５１８，９９２号が含まれる。これらの特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【００１０】
公開済みの数々の特許出願が、その他の様々なＡＭＩデバイスを開示している。例えば、米国で公開された特許出願第２００３００４５７６８号および第２００４００４８１１１号は、「顕微鏡下における動作のための超音波プローブ」と題されている。両公開の段落１６９は、「リフレクタ６１」のための「前進／後退のメカニズム」が「リニアモータ６２およびスイッチ６３」によって構築可能であることを述べている。これらの特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【００１１】
追加の例として、米国特許公開第２００４０１７３０２４号は、「温度制御された超音波検査のための方法および装置」と題されている。この公開は、「検査中の物体１３０および超音波トランスデューサ１０２の相対位置が、トランスデューサを走路１３６に沿って移動させる第１の位置コントローラ１３４（システムコンピュータ１０６の制御下にあるリニアモータまたはステッピングモータなど）の動作によって、走査線に沿って調整される」ことを述べている。この特許の内容は、その全体を本明細書に記載されるものとして、引用によって本出願に組み込まれる。
【００１２】
２００１年の８月、Ｓｏｎｉｘと称される企業が、そのモデル番号ＵＨＲ−２００１の走査型超音波顕微鏡について、プレスリリースを発表した。このプレスリリースは、ＵＨＲ−２１００顕微鏡が、走査軸上の０．５ミクロンエンコーダ、より良い位置決め精度のために改良されたボールネジ、リニアサーボモータ、およびサーボフォーサに直結したトランスデューサを含むことを述べている。
【００１３】
上述されたような、リニアモータを有する現在入手可能なＡＭＩデバイスは、その使用に大きな制約がある。ＡＭＩ動作において有用データを得るためには、トランスデューサアセンブリが加速または減速されるときに発生する振動を、特定の天井量未満に維持しなければならない。例えば、上で言及されたデバイスにおいて使用されるリニアモータは、加速または減速されるときに受ける振動が、０．１Ｇ未満でなければならない。その結果、リニアモータは、全体の僅か４０％の時間においてのみ最高速度で動作することが可能となる。リニアモータがこのような低効率で動作される場合、特定のサンプル（例えば集
積回路パッケージ）を走査するために必要とされる時間は、必然的に、より高い定格効率でモータが動作される場合に可能であろう時間を大幅に上回る。この欠点は、商業的応用において、トレイに載ったサンプルを対象とする故障解析の実施にＡＭＩデバイスが使用される場合に悪化し、これは、望ましくないコストの増大につながる。
【００１４】
本発明の様々な目的、特徴、および付随する利点は、添付の図面と併せて検討されるとによって、より良く理解され、したがって、完全に正しく認識される。全図面を通して、類似の参照符号は、同じまたは同様のパーツを指し示すものとする。
＜好ましい実施形態の詳細な説明＞
【００１５】
本発明は、様々な実施の形態をとることができるが、ここでは、現時点で好ましいとされる実施形態が図示され、以下において説明される。これは、本開示が発明の例証であると見なされ、例示された具体例に発明を限定することを意図していない、という理解のもとでなされる。さらに、本明細書のこの章のタイトル、すなわち「発明の詳細な説明」は、米国特許庁の要件に関係したものであり、本明細書において開示される内容を限定することを示唆しないこと、そしてそのように推定されるべきでないことを、理解されるべきである。
【００１６】
本開示において、単数形は、単数および複数の両方を含むものと解釈される。反対に、複数形によるあらゆる言及は、必要に応じて単数を含むものとする。
【００１７】
本発明の態様を取り入れた走査型超音波顕微鏡１０の概略図である図１を参照する。図１に示されるように、顕微鏡１０は、接触媒質１４に浸されたサンプル１２（例えば集積回路パッケージ）を検査するように適応される。サンプル１２は、実験室応用の場合のように、それ単独で検査することができる、あるいは、商業的応用で一般的であるように、トレイに載ったその他の検査対象パーツに載せることができる。
【００１８】
パルサ１６は、モーションコントローラ１８の制御下にあり、トランスデューサ２０を励起させ、一般に１０ＭＨｚ以下から２３０ＭＨｚ以上に及ぶ周波数で超音波エネルギのパルスを生成するために使用される。図１には、超音波エネルギ２２のパルスの１つが示されている。トランスデューサ２０は、コントローラ１８の制御下にあるＸ−Ｙ−Ｚドライバ２６を通じて、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ２４によって、Ｘ座標、Ｙ座標、およびＺ座標で走査される。コントローラは、例えば、トランスデューサ２０を所望の特許において検査対象サンプルに対して移動させるような、メモリに格納された命令セットを含む。
【００１９】
トランスデューサ２０は、サンプル１２内に存在する音響インピーダンス特徴に向けられ次いで同特徴によって反射される超音波パルスの反射を受信するように適応される。このような反射信号は、アナログの形態でレシーバ２８によって処理され、マルチチャネルプロセッサ３０に供給される。反射信号のデジタル版は、マルチチャネルメモリ３２に格納することができ、さらに、もし必要であれば、ディスプレイ３４に表示することができる。本発明の特定の実施形態では、マルチチャネルメモリ３２は、例えば、サンプル１２の表面上またはサンプル１２の内部にある３次元的に多様な複数の点の、焦点の合ったＡ−ＳＣＡＮを格納する。
【００２０】
図２Ａ〜２Ｃは、超音波トランスデューサ４２をＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に移動させるために使用される３つの個別のバランスリニアモータアセンブリ３６，３８，４０を含む本発明の第１の実施形態を示した一般的概略図である。図２Ｄには、超音波トランスデューサ４２の初期静止ポジションが、位置４４として示されている。リニアモータアセンブリ３６は、超音波トランスデューサ４２を、Ｘ軸に沿って初期位置４４から外側限界４６へと駆動するために使用される。リニアモータアセンブリ３８は、Ｘ軸モータアセ
ンブリ３６およびトランスデューサ４２を、トランスデューサがＹ軸に沿って初期位置４４から外側限界４８へと移動可能となるように駆動する。同様に、リニアモータアセンブリ４０は、Ｘ軸モータアセンブリ３６、Ｙ軸モータアセンブリ３８、および超音波トランスデューサ４２を、トランスデューサがＺ軸に沿って初期位置４４から外側限界５０へと移動可能となるように駆動するために使用される。
【００２１】
本発明の一実施形態では、Ｙモータアセンブリは、例えばトランスデューサを支えるＸ軸モータアセンブリの遠端に付けられた２つのバランスリニアモータアセンブリ（後ほど説明される）を含む。別の実施形態では、Ｚ軸モータアセンブリは、Ｙ軸モータアセンブリの相補的部分に付けられた３つのバランスリニアモータアセンブリを含む。しかしながら、本発明の目的を達成するには、あらゆる構成のバランスリニアモータアセンブリが使用可能であることを理解されるべきである。
【００２２】
サンプル１２に対するトランスデューサ４２の移動の経路を制御するために、個別のバランスリニアモータアセンブリを使用することによって、トランスデューサは、標準的なＸ−Ｙラスタ走査のみならず、サンプル内を任意の方向に（例えばらせんパターンで）非常に迅速に移動することが可能になる。利点の１つは、例えば、医療機器の密封包装の表面上または空間内において非矩形に境界を定められた領域が、走査対象であるその空間すなわち体積の全体を通してトランスデューサに所望の経路をたどらせることによって、迅速に検査可能であることにある。
【００２３】
Ｚ方向への速度がそれほど重要でないような応用では、Ｘ方向およびＹ方向にトランスデューサ４２を駆動するためにはバランスリニアモータアセンブリを使用し、Ｚ方向へのトランスデューサの移動を制御するためには従来のモータアセンブリを使用することが可能である。同様に、一方向への迅速な移動が重要であるような応用（例えば細長い矩形走査）では、Ｘ方向への移動の制御にはバランスリニアモータアセンブリを使用し、Ｙ方向およびＺ方向への移動は従来のモータアセンブリによって制御することが可能である。なぜならば、このような応用では、Ｙ方向およびＺ方向への増分移動が小さいからである。
【００２４】
図３および図３Ａ〜３Ｂは、図２Ａに示されたリニアモータアセンブリ３６の斜視図である。アセンブリ３６は、リニアモータステータ５２と、その上にスライド自在に取り付けされたリニアモータロータ５４とを含む。関連分野の当業者には容易に明らかなように、ロータ５４への電流の印加は、ステータ５２によって画定された軸に沿ってロータ５４を移動させる。ステータ５２に対するロータ５４の位置をコントローラ１８（図１）によって認識可能にするために、ポジションセンサ（不図示）が含まれている。リニアモータ、リニア軸受け、および本発明との併用に適したその他の機器は、www.trilogysystems.comにおいて市販され、説明されている。このようなモータは、例えば、鉄を含まないリニアモータ、コギングトルク低減能力を備えたリニアモータ、および例えば１ｍ／秒の最高速度を実現可能なものなどを含む。このようなモータは、例えば、トランスデューサアセンブリに、加速中または減速中に例えば１０Ｇの力を作用させることができる。
【００２５】
本発明にしたがったバランスリニアモータアセンブリを設計するにあたって留意するべき重要な基準は、リニアモータの寿命である。リニアモータ内における電流の流れは、モータが過剰な力で加速または減速されるときに極めて高くなる。このため、約５Ｇの力をトランスデューサアセンブリに作用させるリニアモータモータを用いると良く、これは、動作中に、寿命に悪影響を及ぼすことのない十分に小さい電流を発生させる。
【００２６】
トランスデューサ４２は、取り付け板５８を介してロータ５４に固定された支持ブラケット５６に取り付けられる。取り付け板５８をベルト６４につなぐために、２つのコネク
タ６０，６２が使用される。ベルト６４は、プーリ６６，６８，７０，７２に接触してそれらの周りを移動される。ベルト６４は、また、リニア軸受け８０に沿った移動のために釣り合い重り７８を支えるコネクタ７４，７６に固定される。トランスデューサ４２と、ロータ５４と、ステータに対するロータの位置を感知するために使用されるポジションセンサ（不図示）とに対して適切な電気的接続（不図示）を可能にするために、可撓性の支持部材８２が含まれている。ポジションセンサ情報は、コントローラ１８（図１）にフィードバックされる。図３Ｃおよび図３Ｄは、図３〜３Ｂに示されたバランスリニアモータアセンブリ３６の一部をクローズアップして示したものである。
【００２７】
図３〜３Ｄに示された実施形態にしたがうと、ベルト６４は、トランスデューサが移動される方向と反対の方向に釣り合い重り７８を移動させる。本発明にしたがうと、釣り合い重り７８およびコネクタ７４，７６の全質量は、ロータ５４、取り付け板５８、支持ブラケット５６、およびコネクタ６０，６２の全質量におおむね等しい。好ましい実施形態では、全質量は、互いに等しい。こうすることによって、トランスデューサ４２が加速または減速されるときに生成される力は、釣り合い重り７８の加速または減速によって生成される力によってバランスされる。全質量は、ともに、反対方向に移動されるので、生成される力は、互いに打ち消しあう。これは、例えば５Ｇの力でトランスデューサ４２を迅速に加速または減速することを可能にし、したがって、従来のＡＭＩデバイスによって可能である場合よりも大幅に高速で、効率良く走査動作を実施することを可能にする。
【００２８】
ＡＭＩデバイス１０の動作および該動作の精度をさらに向上させるには、釣り合い重り７８を、その質量中心がＹ方向においてトランスデューサ５２にできるだけ近づくように設計することが可能である。こうすることによって、釣り合い重り７８とトランスデューサ４２との反対の移動によって形成される回転力が、最小限に抑えられる。この効果は、トランスデューサ４２をリニアモータロータ５４に取り付ける支持構造を、結果得られるアセンブリの質量中心をできるだけ釣り合い重り７８の質量中心に近づかせるように設計することによって、よりいっそう高めることができる。
【００２９】
先立つ段落において説明されたバランスリニアモータを含みなおかつＹ軸およびＺ軸に沿った移動を生じさせるために従来のモータを用いるようなＡＭＩデバイスを、本発明の教示内容にしたがって使用することができる。このようなＡＭＩデバイスの使用は、所定の走査領域のための走査の時間を、従来のデバイスによって同じ走査を実施するのに必要とされる時間と比べて向上させるという点において、大きな利点を提供する。
【００３０】
走査データを破壊するであろう振動の発生を回避するため、先行技術において使用されるトランスデューサは、例えばＧの力の何分の１かなどの上限を加速度に設けられている。このため、例えば、先行技術のトランスデューサでは、方向を繰り返し変更するために必要とする時間が大幅に増加するので、従来のデバイスにおいて使用される従来の非バランスリニアモータは、最高走査速度で動作することができる時間に限りがある。本発明は、トランスデューサの移動によって生成される力との間でバランスをとる例えば釣り合い重り７８を組み入れている。この事実ゆえに、本発明にしたがって製造されるスキャナは、先行技術のトランスデューサより大幅に迅速に減速および加速することができ、したがって、特定の走査応用のための時間の約９０％にわたって最高走査速度（例えば４０インチ／秒）で移動することができる。
【００３１】
図４Ａ〜４Ｃは、本発明の第２の実施形態を示している。この実施形態にしたがうと、トランスデューサ８６をＺ軸に沿って移動させるために、従来のステッピングモータ等８４が用いられ、トランスデューサおよびＺ軸モータ８４をリニアモータのステータ（不図示）によって画定されたＸ軸に沿って移動させるために、（例えば図３に示されるような）バランスリニアモータ８８が用いられる。具体的な一実施形態では、従来のモータ８４
は、Ｚ軸に沿って支持ブラケット５６を上下に移動させられるように、板５８（図３）に取り付けられる。この実施形態にしたがうと、Ｘ軸モータアセンブリ８８と、Ｚ軸モータアセンブリ８４と、トランスデューサ８６とをＹ軸上で移動させるために、個別のバランスリニアモータアセンブリ９０が使用される。
【００３２】
図５には、本発明のさらなる実施形態のハイレベルな一般的概略図が示されている。この実施形態では、第１のトランスデューサが加速または減速されるときに生成される力を打ち消す相殺力を生成するために、釣り合い重りではなく、さらなるトランスデューサが用いられる。この実施形態では、中間点９８と端１００，１０２との間におけるリニアモータステータ９２に沿った移動のために、２つのトランスデューサ９４，９６が取り付けられる。トランスデューサ９４，９６は、別々のリニアモータロータ１０４，１０６に可動作的につながれる。ロータ１０４，１０６は、例えば反対極性の制御電流をロータ１０４，１０６に供給することによって、ステータ１０２に沿って反対方向に移動される。
【００３３】
トランスデューサ９４およびロータ１０４の全質量を、トランスデューサ９６およびロータ１０６の全質量と等しくすることによって、反対方向へのそれらの移動によって生成される力は、互いに打ち消しあう。これは、例えば、先行技術のＡＭＩデバイスに関連して可能である場合よりも大幅に迅速に走査動作を実施することを可能にする。これはまた、例えば、本発明の走査能力を、１つのトランスデューサを用いるような本発明の実施形態にしたがって可能である場合の能力の二倍にすることも可能にする。このさらなる実施形態にしたがうと、トランスデューサ９４，９６は、２つの検査対象パーツトレイ（不図示）に、可動作的な関係で取り付けられる。
【００３４】
図６は、超音波トランスデューサの移動の経路を画定し、サンプルの走査を実施可能にするために、グラフィカルインターフェースをどのように使用することができるかを示した一般的な流れ図である。ステップ１０８では、走査対象物の写真がデジタル化され、本発明によるＡＭＩデバイスの制御システムに供給される。ステップ１１０では、走査対象物のデジタル写真上においてユーザ選択領域を画定するために、標準的なグラフィカルインターフェースが用いられる。これは、ユーザが、走査対象物上において特定の領域を画定することを可能にする。ステップ１１２では、走査対象物上の選択領域について走査の各種深さを特定するために、さらなるグラフィカルインターフェースが使用される。ステップ１１４では、走査対象物に対してトランスデューサがとりうる最も効率の良い経路を決定し、走査を最短時間で実施可能にするために、アルゴリズムが使用される。ステップ１１６では、次いで、走査が実施される。
【００３５】
走査型超音波顕微鏡は、
超音波トランスデューサと、
バランスリニアモータアセンブリであって、
トランスデューサを取り付けられたロータと、
ステータであって、該ステータによって画定された第１の線形経路に沿った移動のために、上にロータおよびトランスデューサを取り付けられたステータと、
第１の線形経路に平行な第２の線形経路に沿った移動のために取り付けられ、ロータおよびトランスデューサの質量におおむね等しい質量を有する釣り合い重りと、
を含むバランスリニアモータアセンブリと、
トランスデューサおよびバランスリニアモータアセンブリに電気的に接続され、サンプルを少なくとも部分的に調査するために所定の一連の移動でロータおよびトランスデューサを第１の線形経路に沿って移動させるように適応されたコントローラと、を含み、
釣り合い重りは、サンプルが調査されているときに、第１の線形経路に沿ったロータおよびトランスデューサの移動と同時に第２の線形経路に沿って移動されるように適応される。
【００３６】
一実施形態では、トランスデューサは、サンプルが調査されているときに、１つまたは複数の非線形線路をたどる。
【００３７】
別の実施形態では、トランスデューサは、サンプルが調査されているときに、接触媒質を介してサンプルに可動作的につながれ、コントローラは、超音波トランスデューサに、サンプルの内側に画定された所定の体積内に位置する３次元的に多様な複数の点の各点に向けて超音波エネルギのパルスを放射させるように適応され、トランスデューサは、サンプルの所定の体積内における、対応する３次元的に多様な複数の点の１つと同じ位置に設けられた焦点を、パルスの各自について有する。
【００３８】
別の実施形態では、トランスデューサは、サンプルが調査されているときに、接触媒質を介してサンプルに可動作的につながれ、コントローラは、超音波トランスデューサに、サンプルの内側に画定された所定の体積内に位置する３次元的に多様な複数の点の各点に向けて超音波エネルギのパルスを放射させるように適応され、トランスデューサは、サンプルの所定の体積内における、対応する３次元的に多様な複数の点の１つと同じ位置に設けられた焦点を、パルスの各自について有し、コントローラは、さらに、パルスの各自に対応する反射信号をトランスデューサに受信させるように適応され、反射信号の各自は、サンプルの所定の体積内における対応する点に焦点を合わせたサンプルのＡ−ＳＣＡＮを含み、反射信号は、全て、サンプルの内側に画定された所定の体積内に存在する音響インピーダンス特徴を表す。
【００３９】
本発明にしたがった走査型超音波顕微鏡は、例えば、第１の線形経路に垂直な方向に少なくともトランスデューサを移動させるための第２のモータアセンブリ（例えばリニアモータアセンブリまたはバランスリニアモータアセンブリ）を含むことができる。
【００４０】
本発明の代表的実施形態にしたがうと、走査型超音波顕微鏡は、第１の線形経路および第２の線形経路を含むことができ、第１の線形経路は、第２の線形経路と同一線上である。釣り合い重りは、例えば、第２の超音波トランスデューサによって形成することができる。
【００４１】
トランスデューサは、方向を変化させるときに、振動を導入することなくバランスリニアモータアセンブリの選択速度に戻すことができる。
【００４２】
本発明にしたがった走査型超音波顕微鏡は、例えば、マイクロエレクトロニクスサンプル、密封包装、または生体物質を調査するために使用することができる。
【００４３】
釣り合い重りをトランスデューサおよびロータにつなぐには、ベルトおよびプーリのアセンブリを使用することができる。
【００４４】
走査型超音波顕微鏡のコントローラは、トランスデューサをサンプルに対してＸ−Ｙラスタ走査で移動させることができる。
【００４５】
代表的な走査型超音波顕微鏡では、第１の線形経路および第２の線形経路は、互いから隔てることができ、釣り合い重りの質量の中心は、トランスデューサが減速され方向を変えるときに生成される回転力の少なくとも一部を低減させるように配置される。
【００４６】
上記の説明に関連して、サイズ、材料、形状、形態、動作の機能および方式、ならびに組み立ておよび使用における変動を含む、本発明のパーツについての最適な次元的関係は、当業者に容易に明らかでなおかつ明白であると考えられ、図面に示されなおかつ明細書
において説明されたものと等価の関係は、全て、本発明に含まれることを意図している。
【００４７】
したがって、上記は、単に、本発明の原理を例示したものと見なされる。さらに、当業者ならば、数々の改変および変更の形態に容易に想到することができるので、図示され説明された厳密な構成および動作に本発明を限定することは、望ましくなく、したがって、適切な改変および等価の形態は、全て、本発明の範囲内に含まれるものとして行使可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の態様を取り入れた走査型超音波顕微鏡を示した概略図である。
【図２Ａ】超音波トランスデューサをＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に駆動するために使用される３つの個別のバランスリニアモータアセンブリを含む本発明の第１の実施形態を示した一般的概略図である。
【図２Ｂ】超音波トランスデューサをＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に駆動するために使用される３つの個別のバランスリニアモータアセンブリを含む本発明の第１の実施形態を示した一般的概略図である。
【図２Ｃ】超音波トランスデューサをＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に駆動するために使用される３つの個別のバランスリニアモータアセンブリを含む本発明の第１の実施形態を示した一般的概略図である。
【図２Ｄ】図２Ａ〜２Ｃに示された超音波トランスデューサをＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各方向に初期位置から外側限界まで移動させることができる空間を示した図である。
【図３】超音波トランスデューサをＸ軸に沿って移動させるために使用されるバランスリニアモータアセンブリの斜視図である。
【図３Ａ】超音波トランスデューサをＸ軸に沿って移動させるために使用されるバランスリニアモータアセンブリの斜視図である。
【図３Ｂ】超音波トランスデューサをＸ軸に沿って移動させるために使用されるバランスリニアモータアセンブリの斜視図である。
【図３Ｃ】図３〜３Ｂに示されたバランスリニアモータアセンブリの一部をクローズアップして示した図である。
【図３Ｄ】図３〜３Ｂに示されたバランスリニアモータアセンブリの一部をクローズアップして示した図である。
【図４Ａ】Ｘ方向およびＹ方向への超音波トランスデューサの移動を制御するために個別のバランスリニアモータアセンブリが使用され、Ｚ方向へのトランスデューサの移動を制御するために従来のステッピングモータアセンブリが使用される、本発明の第２の実施形態を示している。
【図４Ｂ】Ｘ方向およびＹ方向への超音波トランスデューサの移動を制御するために個別のバランスリニアモータアセンブリが使用され、Ｚ方向へのトランスデューサの移動を制御するために従来のステッピングモータアセンブリが使用される、本発明の第２の実施形態を示している。
【図４Ｃ】Ｘ方向およびＹ方向への超音波トランスデューサの移動を制御するために個別のバランスリニアモータアセンブリが使用され、Ｚ方向へのトランスデューサの移動を制御するために従来のステッピングモータアセンブリが使用される、本発明の第２の実施形態を示している。
【図５】リニアモータのステータによって画定されたＸ軸に沿った反対方向への移動のために、２つの超音波トランスデューサをリニアモータのステータに取り付けられた、本発明の実施形態の一般的概略図である。
【図６】超音波トランスデューサの移動経路を画定し、サンプルの走査を実施可能にするために、グラフィカルインターフェースをどのように使用することができるかを示した一般的流れ図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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