(57)【要約】【課題】超音波顕微鏡に用いる超音波探触子の焦点距離を長くし、被写界深度を深くする。【解決手段】音響レンズ１２の球面の一部を形成する面（振動子配置面２２）に、超音波振動子１４を配置する。音響レンズ１２には、更に振動子配置面２２の球面の中心Ｏより、振動子配置面２２側に、収束して音響レンズ１２内を伝播する超音波を観察対象物３０に向けて放射する対物面３２を設ける。対物面３２は平面または凸面であり、ここから放射される超音波の焦点は、中心Ｏより遠方となる。また、ビームも細く長いペンシル状となり被写界深度が深くなる。【選択図】　　　　図１
2004132761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波顕微鏡に用いる超音波探触子であって、
電気信号と音響信号を相互に変換する超音波振動子と、
前記超音波振動子が放射する音波を収束する音響レンズと、
を有し、
前記音響レンズは、
球面の一部であって、前記超音波振動子が表面に沿って配置される振動子配置面と、
平面または凸面であって、前記超音波振動子より放射され、当該音響レンズ内を透過した音波を対象物に放射する対物面と、
を有し、
前記対物面は、前記振動子配置面の球面の中心より、この振動子配置面側に位置する、
超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波顕微鏡に用いられる超音波探触子に関し、特に超音波を収束させる音響レンズの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波顕微鏡は、超音波振動子より放射された超音波を音響レンズにより、観察対象物の表面に収束させ、更に、その反射波を前記音響レンズを介して超音波振動子に導き、観測を行うものである。音響レンズの超音波振動子が配置される面は平面となっており、この面に対向する面には超音波を収束させるために凹面が形成されている。この凹面は、球面の一部となっている。このような音響レンズの場合、超音波振動子のうち、前記の凹面部分が正投影される部分のみが有効である。超音波の送受信強度を高めるためには、超音波振動子の有効部分の面積を大きくする必要があるが、そのためには、音響レンズの凹面の曲率半径を大きくする必要がある。この場合、前記凹面により形成される焦点距離は長くなり、超音波の減衰も大きくなり、結果として十分に受信強度を高めることができない。
【０００３】
そこで、超音波振動子を配置する面を、球面状の前記凹面と同一中心となる球面の一部の凸面とする技術が知られている（特許文献１参照）。これによれば焦点距離を変えることなく、超音波振動子の有効面積を増大させることができ、受信される超音波の強度を高めることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−８３８８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の公報に記載された技術によれば、音響レンズから放射される超音波の強度および音響レンズに入射する超音波の強度を高くすることができる。しかし、音響レンズの超音波を放射する面の形状は凹面形状であり焦点距離が短く、被写界深度が浅い。焦点距離が短いと観察対象物の表面と超音波探触子の先端とが接近し、場合によっては超音波探触子を移動させる際に観察対象物と接触し、これを破壊してしまうという問題があった。また、被写界深度が浅いため、計測レンジが狭く、厚みのある観察対象物の内部（深い部分）の観察ができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の問題点を考慮してなされたものであり、超音波顕微鏡の超音波探触子において、焦点距離を長く、被写界深度を深くし、かつ超音波の受信強度を確保することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の、超音波顕微鏡に用いる超音波探触子は、電気信号と音響信号を相互に変換する超音波振動子と、前記超音波振動子が放射する音波を収束する音響レンズと、を有し、前記音響レンズは、球面の一部であって、前記超音波振動子が表面に沿って配置される振動子配置面と、平面または凸面であって、前記超音波振動子より放射され、当該音響レンズ内を透過した音波を対象物に放射する対物面とを有している。そして、前記対物面は、前記振動子配置面の球面の中心より、この振動子配置面側に位置している。
【０００８】
振動子配置面の球面の中心より、この振動子配置面に近づけて対物面を配置することにより、焦点距離を長くし、また被写界深度を深くすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の、超音波顕微鏡に用いる超音波探触子１０、特に音響レンズ１２周囲の断面図であり、図２は、同じ超音波探触子１０の斜視図である。音響レンズ１２は、図示するように半径Ｒの略半球形状であり、図中下側の面は、球面の軸に直交する平面であって、球の中心Ｏより上側にオフセットｇだけずれた位置にある。この意味において、音響レンズ１２は完全な半球とはなっていない。
【００１０】
音響レンズ１２の曲面部分には、超音波振動子１４が配置される。超音波振動子１４は、不図示の送受信部により送信電圧を印加することで振動する圧電体１６と、これに電圧を印加するために、これを狭持するように配置されるグランド電極１８と信号電極２０を有する。積層された圧電体１６、グランド電極１８および信号電極２０は、グランド電極１８が音響レンズ１２の曲面部分に密接するように配置される。音響レンズ１２の、この超音波振動子１４が配置された面を、以降、振動子配置面２２と記す。また、グランド電極１８にはグランドライン２４が、信号電極２０には信号ライン２６が接続され、外部より圧電体１６に電圧を印加する構成となっている。また、超音波振動子１４の背面には、バッキング２８が配置されている。
【００１１】
超音波振動子１４により生じた超音波は、音響レンズ１２内を収束する球面波となって、振動子配置面２２の形成する球面の中心Ｏに向かう。この超音波は、中心Ｏに達する前に、音響レンズ１２の、振動子配置面２２に対向する位置に設けられた平面に到達し、ここから観察対象物３０に向けて放射される。以降、この超音波が放射される面を対物面３２と記す。
【００１２】
音響レンズ１２と観察対象物３０の間には、音響カプラ３４が介在する。音響カプラ３４は、音響レンズ１２を構成する材料よりも音速が十分遅い材料であり、また超音波探触子１０と観察対象物３０の相対移動にも追従可能な材料で構成される。音響レンズ１２より音速が遅い材料を選定することにより、図１に示すように焦点Ｃを中心Ｏより遠い位置とし、焦点距離を図中に示す寸法ｆとすることができる。また、超音波探触子１０と観察対象物３０の相対移動に追従可能な材料とは、相対移動を行っても双方との間に隙間がないよう状態を維持できるものであり、好ましくは流体である。このような流体として、例えば水がある。
【００１３】
音響レンズ１２と音響カプラ３４の接触面にて屈折した超音波は、図示するように細いビーム、いわゆるペンシル状ビームを形成し、その焦点距離も長くなる。また、ペンシル状のビームとすることで、有効な計測を行える程度に超音波が収束した範囲、すなわち被写界深度を深くすることができる。観察対象物３０で反射した超音波は、放射時の経路を逆向きに伝播し、超音波振動子１４に達する。そして、超音波振動子１４の圧電体１６にて、電圧に変換され、信号ライン２６を介して、送受信部へと送られる。
【００１４】
前述した実施形態においては、音響レンズ１２の平面部分は、音響レンズの振動子配置面２２が形成する球面の大円にほぼ等しい大きさを有しているが、中心Ｏに向けて収束する超音波が通過する大きさがあればよい。言い換えれば、中心Ｏと圧電体１６の外周を結ぶ直線により形成される円錐面と、中心Ｏよりオフセットして配置された平面との交線により囲まれる部分が確保されていればよく、音響レンズ１２として他の部分は不要である。この交線により囲まれる部分が、前述の超音波が放射される対物面３２である。音響カプラ３４としての水を、図示する場合のように、音響レンズ１２と観察対象物３０の間に表面張力により保持する場合には、ある程度の面積を必要とするので、対物面３２より広い面積を確保することが望ましい。
【００１５】
また、対物面３２は、平面に限らず凸面とすることにより、更に焦点距離を長くすることができる。
【００１６】
音響レンズ１２などの各部の寸法の具体例を挙げれば、振動子配置面の曲率半径Ｒが２０ｍｍ、オフセットｇが０．５ｍｍ、音響レンズ１２の材質がガラス、音響カプラが水で、超音波の周波数が２００ＭＨｚであると、被写界深度ｄは約２ｍｍとなる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波振動子を、音響レンズの球面に一部として形成された面上に配置することにより、超音波の強度を高めることができ、感度および分解能を高くすることができる。また、音響レンズの対物面を、超音波振動子が配置された球面の中心より、超音波振動子側に位置する平面または凸面とすることにより、焦点を前記球面の中心より遠方とすることができ、また被写界深度を深くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図２】図１の超音波探触子のバッキングを省略した斜視図である。
【符号の説明】
１０　超音波探触子、１２　音響レンズ、１４　超音波振動子、２２　振動子配置面、３０　観察対象物、３２　対物面、３４　音響カプラ。
【図１】
2004132761.tif 000003
【図２】
2004132761.tif 000004