超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法、その製造方法及び検査装置
【課題】超音波顕微鏡に使用される超音波トランスデューサの品質を確実に検査することができる超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法を提供すること。
【解決手段】本発明の検査装置１は、顕微鏡本体３、対物レボルバ４、Ｘ−Ｙステージ５、パソコン６を備える。対物レボルバ４には、対物レンズ１２及び超音波プローブ１３が螺着される。対物レンズ１２を用いて参照板７の光学像データが取得され、超音波プローブ１３の超音波トランスデューサ１４を用いて参照板７の超音波像データが取得される。光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサ１４から照射された超音波Ｓｏの焦点域におけるビームスポット形状が求められ、ビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状の良否が判定される。
【解決手段】本発明の検査装置１は、顕微鏡本体３、対物レボルバ４、Ｘ−Ｙステージ５、パソコン６を備える。対物レボルバ４には、対物レンズ１２及び超音波プローブ１３が螺着される。対物レンズ１２を用いて参照板７の光学像データが取得され、超音波プローブ１３の超音波トランスデューサ１４を用いて参照板７の超音波像データが取得される。光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサ１４から照射された超音波Ｓｏの焦点域におけるビームスポット形状が求められ、ビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状の良否が判定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物に超音波を照射し、得られた反射波に基づいて被検査物を可視化する超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法、その製造方法及び検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、高解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを例えば染色によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色を行わなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
超音波顕微鏡を用いる場合、生体組織などの試料に超音波を照射しその反射波を検出することにより、音響パラメータ（音速、音響インピーダンス、減衰などのパラメータ）を算出して、その算出値に応じた超音波像（音速像、音響インピーダンス像、減衰像など）を表示する。例えば、特許文献１や非特許文献１では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して生体組織の音速像を表示させる装置が開示されている。また、特許文献２では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して生体組織の音響インピーダンス像を表示させる装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２９１８２７号公報
【特許文献２】特開２００６−７８４０８号公報
【非特許文献１】「医用超音波：パルス励起型超音波音速顕微鏡」（「超音波TECHNO」VOL.15 No.6(2003.11〜12)（１０１〜１０５頁）日本工業出版社発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記パルス励起型超音波顕微鏡において、生体組織診断を的確に行うためには、分解能が高い超音波トランスデューサを使用する必要がある。具体的には、超音波の周波数を上げることで分解能を向上させることができるため、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚの超音波を照射する超音波トランスデューサが用いられている。このような高周波用の超音波トランスデューサ９１としては、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）といった高分子系材料からなるフィルムセンサ９２を使用したものが実用化されている（図１０参照）。この超音波トランスデューサ９１において、凹面状に形成された先端面９３には、フィルムセンサ９２が貼り付けられている。そして、そのフィルムセンサ９２から出力される超音波Ｓｏが円錐状に収束し、被検査物９５の表面で焦点を結ぶようになっている。この焦点域における超音波Ｓｏのビーム幅が狭いほど、分解能を高めることができる。このため、例えば、生体組織診断を行うための超音波顕微鏡では、焦点域において超音波Ｓｏを１０μｍ程度のビーム幅に収束させている。
【０００５】
ところが、超音波トランスデューサ９１を製造する際に、凹面状の先端面９３の加工精度やフィルムセンサ９２の接着ずれ（例えば、未接着部などのシワ）が原因で凸凹が生じると、超音波Ｓｏを適切に収束させることができなくなる。この場合、超音波Ｓｏのビームスポット形状（指向特性）が理想的形状である円形から歪んでしまい、観察される超音波像がぼけてしまうといった問題が生じる。
【０００６】
従来、超音波の指向特性は、ハイドロフォンを用いた測定により把握することが可能である。しかし、市販されているハイドロフォンは、小型の製品でも０．６ｍｍ程度であり、超音波顕微鏡における超音波Ｓｏの指向特性、すなわち１０μｍ程度のビームスポット形状を正確に測定することは不可能である。従って、製造された超音波トランスデューサ９１について、その指向特性の良否を判定し、不良品を排除するといった検査工程は、設けることができなかった。そのため、従来においては結果的に不良品の超音波トランスデューサ９１が超音波顕微鏡に装着されてしまうことがあり、この場合には鮮明な超音波像を取得できなくなる。よって、超音波顕微鏡の品質・性能が不安定になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波顕微鏡に使用される超音波トランスデューサの品質を確実に検査することができる超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法、その製造方法、及び検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの検査方法であって、基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定するステップとを含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法をその要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。このビームスポット形状の理想的な形状は円形であり、超音波トランスデューサの先端部にキズなどの凸凹が生じると、ビームスポット形状が歪む。従って、ビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサの先端部形状の良否が判定される。この場合、ビームスポット形状の判定結果に基づいて、超音波トランスデューサの不良品を的確に排除することができる。そして、品質がよい超音波トランスデューサを超音波顕微鏡に装着すれば、画像ボケがない鮮明な超音波像を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ビームスポット形状を表示装置に表示するステップを含むことをその要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ビームスポット形状が表示装置に表示されるので、超音波トランスデューサの品質を視覚を通じて容易に確認することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記基準構造物は、前記超音波顕微鏡における被検査物よりも硬質の材料からなり、微細な透孔を有する部材であることをその要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、基準構造物は、被検査物よりも硬質の材料からなり、微細な透孔を有する部材であるので、光学的及び音響的に可視化が可能である。すなわち、光は基準構造物における透孔を通過しそれ以外の部分では遮断される。また、超音波は基準構造物における透孔を通過しそれ以外の部分では反射される。従って、光学顕微鏡を用いて基準構造物の光学像を取得することができ、超音波顕微鏡を用いて基準構造物の超音波像を取得することができる。そして、その基準構造物の光学像データと超音波像データとを比較することにより、光学像に対する超音波像のボケ度合に応じたビームスポット形状を確実に求めることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記超音波トランスデューサの先端部には直径１ｍｍ以下の凹面が形成されているとともに、前記凹面上には圧電素子薄膜が設けられていることをその要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明の特徴を有する超音波トランスデューサは、構造的にみて、超音波発生面である先端部の凹面に凹凸が生じやすく、不良品発生率が高くなりやすいが、上記検査方法を適用してビームスポット形状を求めるようにすれば、不良品を排除して良品の超音波トランスデューサのみを選別することができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの製造方法であって、基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、求められたビームスポット形状の歪曲度が、あらかじめ定められた許容値を超えない場合に、前記超音波トランスデューサの先端部形状が良好であると判定するステップと、先端部形状が良好であると判定された前記超音波トランスデューサのみを選別するステップとを含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの製造方法をその要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。このビームスポット形状の理想的な形状は円形であり、そのビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサの先端部形状の良否が判定される。そして、先端部形状が良好であると判定された超音波トランスデューサのみが選別される。このように選別された品質が良い超音波トランスデューサを超音波顕微鏡に装着することで、安定した品質・性能の超音波顕微鏡を確実に製造することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、光学像データを取得する光学顕微鏡と、超音波トランスデューサからの超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の超音波像データを取得する超音波顕微鏡と、基準構造物を前記光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて処理を行うことで、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求める形状算出手段と、求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定する形状良否判定手段とを備えたことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置をその要旨とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、光学顕微鏡を用いて基準構造物の光学像データが取得される。また、超音波顕微鏡を用いて超音波トランスデューサからの超音波を二次元走査しながら被検査物に照射することにより、基準構造物の超音波像データが取得される。そして、形状算出手段により、光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。さらに、形状良否判定手段により、ビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサの先端部形状の良否が判定される。この場合、ビームスポット形状の判定結果に基づいて、超音波トランスデューサの不良品を的確に排除することができる。そして、品質がよい超音波トランスデューサを超音波顕微鏡に装着すれば、画像ボケがない鮮明な超音波像を得ることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記形状良否判定手段による良否判定結果と、求められたビームスポット形状とを表示する表示装置をさらに備えたことをその要旨とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、形状良否判定手段による良否判定結果と、求められたビームスポット形状とが表示装置に表示されるので、超音波トランスデューサの品質を視覚を通じて容易に確認することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上詳述したように、請求項１〜４，６，７に記載の発明によると、超音波顕微鏡に使用される超音波トランスデューサの品質を確実に検査することができる超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法、検査装置を提供することにある。また、請求項５に記載の発明によると、超音波顕微鏡に使用される超音波トランスデューサの品質を確実に検査できる結果、選別された良品の超音波トランスデューサを装着できることとなり、安定した品質・性能の超音波顕微鏡を確実に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置を示す概略構成図であり、図２はその検査装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示されるように、検査装置１は、顕微鏡本体３と、その顕微鏡本体３に回転可能に支持される対物レボルバ４と、対物レボルバ４の下方に設けられたＸ−Ｙステージ５と、パーソナルコンピュータ（パソコン）６とを備える。
【００２５】
Ｘ−Ｙステージ５には基準構造物としての参照板７が載置されている。図３に示されるように、参照板７の中央部には、円形の貫通孔（例えば、直径が５０μｍ程度である透孔）８が形成されている。Ｘ−Ｙステージ５は二次元走査手段として機能し、該ステージ５が駆動することにより、参照板７がＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動される。参照板７は、超音波を反射する材料、例えば銅板からなり、超音波の反射係数は貫通孔８の部分で０、それ以外の反射面では１となる。
【００２６】
図４に示されように、対物レボルバ４には、複数の雌ねじ穴（本実施の形態では、第１の雌ねじ穴１０及び第２の雌ねじ穴１１）が設けられ、第１の雌ねじ穴１０に対して対物レンズ１２が螺着され、第２の雌ねじ穴１１に対して超音波プローブ１３が螺着される。本実施の形態の検査装置１では、例えば、ユーザが手動で対物レボルバ４を回転させることで、対物レンズ１２と超音波プローブ１３との切り替えが行われ、対物レンズ１２の光軸Ａ１と超音波プローブ１３の音軸Ａ２とが一致するようになっている。この検査装置１の顕微鏡本体３は、対物レボルバ４の位置を対物レンズ１２に切り替えた場合に光学顕微鏡として機能し、超音波プローブ１３に切り替えた場合には超音波顕微鏡として機能するよう構成されている。
【００２７】
具体的には、超音波プローブ１３は、超音波トランスデューサ１４と、その超音波トランスデューサ１４の基端に形成された雄ねじ部１５とを備える。超音波トランスデューサ１４において、その本体部１６の中央となる位置に円柱状の真鍮１７が固定され、その先端部に直径１ｍｍ以下の凹面１８が形成される。そして、その凹面１８上を覆うように圧電素子薄膜としてのＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムからなるフィルムセンサ１９が設けられている。
【００２８】
超音波プローブ１３の雄ねじ部１５は、対物レンズ１２の雄ねじ部２０と同じ形状（同一寸法）であり対物レボルバ４の各雌ねじ穴１０，１１に螺着可能である。この超音波プローブ１３の雄ねじ部１５が対物レボルバ４の第２の雌ねじ穴１１に螺着されることで、参照板７と対向する位置に超音波トランスデューサ１４が位置決めされる。
【００２９】
超音波トランスデューサ１４は、パルス励起されることでフィルムセンサ１９が振動して所定周波数帯域の超音波（具体的には、例えば中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の超音波）Ｓｏを出力する。この超音波Ｓｏは、水などの超音波伝達媒体Ｗを介して円錐状に収束されて参照板７の表面で焦点を結ぶようになっている（図１参照）。
【００３０】
図１に示されるように、顕微鏡本体３には、超音波プローブ１３及びＸ−Ｙステージ５を駆動するための駆動装置２１が設けられている。また、顕微鏡本体３においてＸ−Ｙステージ５の下部にはコンデンサ（集光器）２２が設けられている。このコンデンサ２２は、Ｘ−Ｙステージ５の中央に形成された中空部２３を介して参照板７の下方から光を照射する。
【００３１】
顕微鏡本体３には、操作ハンドル３０を有する焦準調節機構（図示略）が設けられている。対物レボルバ４の位置を対物レンズ１２に切替えた状態で、この操作ハンドル３０を操作すると、対物レボルバ４が光軸Ａ１の方向（図１の上下方向）に移動して、参照板７に対して対物レンズ１２の焦点が調節される。また、対物レボルバ４の位置を超音波プローブ１３に切替えた状態で操作ハンドル３０を操作すると、超音波トランスデューサ１４から照射される超音波Ｓｏの焦点を調節することができる。
【００３２】
さらに、顕微鏡本体３の上部には鏡筒３１が設けられ、その鏡筒３１内には光路を切り替えるプリズム（図示略）が設けられている。この鏡筒３１内で光軸Ａ１が２系統に分割され、一方の光軸Ａ１上に接眼レンズ３２が設けられ、他方の光軸Ａ１上にＣＣＤカメラ３３が設けられている。
【００３３】
対物レンズ１２の焦点を調節してその焦点が参照板７の表面に一致すると、その画像が対物レンズ１２を通って接眼レンズ３２に導かれ、参照板７の光学像が観察可能となる。また、ＣＣＤカメラ３３は、接眼レンズ３２で観察される参照板７の光学像と同じ画像を撮影し、その画像に対応する画像信号をパソコン６に出力する。
【００３４】
図２に示されるように、駆動装置２１は、Ｉ／Ｆ回路３５と、パルス発生回路３６と、受信回路３７と、送受波分離回路３８と、検波回路３９と、Ａ／Ｄ変換回路４０と、コントローラ４１とを備える。
【００３５】
また、Ｘ−Ｙステージ５は、超音波Ｓｏの照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ５Ｘ及びＹステージ５Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ５Ｘ，５Ｙを駆動するモータ４２Ｘ，４２Ｙを備えている。これらのモータ４２Ｘ，４２Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。
【００３６】
各モータ４２Ｘ，４２Ｙにはコントローラ４１が接続されており、該コントローラ４１の駆動信号に応答してモータ４２Ｘ，４２Ｙが駆動される。これらモータ４２Ｘ，４２Ｙの駆動により、Ｘステージ５Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ５Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ５の高速走査が可能となっている。
【００３７】
また、本実施の形態においては、Ｘステージ５Ｘに対応してエンコーダ４３が設けられ、エンコーダ４３によりＸステージ５Ｘの走査位置が検出される。具体的に、走査範囲を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ４３によって検出され、Ｉ／Ｆ回路３５を介してパソコン６に取り込まれる。パソコン６はそのエンコーダ４３の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をＩ／Ｆ回路３５を介してコントローラ４１に供給する。コントローラ４１は、この駆動制御信号に基づいてモータ４２Ｘを駆動する。また、コントローラ４１は、エンコーダ４３の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ４２Ｙを駆動して、Ｙステージ５ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。
【００３８】
さらに、コントローラ４１は、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成してパルス発生回路３６に供給する。これにより、パルス発生回路３６において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路３８を介して超音波トランスデューサ１４に供給される結果、超音波トランスデューサ１４から超音波Ｓｏが照射される。
【００３９】
超音波トランスデューサ１４のフィルムセンサ１９は、送受波兼用の超音波振動子であり、参照板７で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は、送受波分離回路３８を介して受信回路３７に供給される。受信回路３７は、信号増幅回路を含んで構成されていて、反射波の信号を増幅して検波回路３９に出力する。
【００４０】
検波回路３９は、ゲート回路やＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを含んで構成されている。超音波Ｓｏは、超音波トランスデューサ１４と参照板７との間で繰り返し反射されるものであるため、検波回路３９は、最初に得られる反射波信号を抽出するよう構成されている。この検波回路３９の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路４０に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路３５を介してパソコン６に転送される。
【００４１】
Ｉ／Ｆ回路３５としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路３５としては、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。
【００４２】
パソコン６は、ＣＰＵ５１、Ｉ／Ｆ回路５２，５３、メモリ５４、記憶装置５５、入力装置５６、及び表示装置５７を備え、それらはバス５８を介して相互に接続されている。
【００４３】
ＣＰＵ５１は、メモリ５４を利用して制御プログラムを実行し、システム全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、Ｘ−Ｙステージ５による二次元走査を制御するためのプログラム、超音波Ｓｏのビームスポット形状を算出するためのプログラム、そのビームスポット形状を表示するためのプログラムなどを含む。
【００４４】
Ｉ／Ｆ回路５２は、駆動装置２１との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）である。Ｉ／Ｆ回路５２は、駆動装置２１に制御信号（コントローラ４１への駆動制御信号）を出力したり、駆動装置２１からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路４０からＩ／Ｆ回路３５を介して転送されるデータ）を入力したりする。Ｉ／Ｆ回路５３は、ＣＣＤカメラ３３との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、ＣＣＤカメラ３３に制御信号を出力したり、該カメラ３３からの画像信号を入力したりする。
【００４５】
表示装置５７は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、画像（超音波像及び光学像）や各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置５６は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
【００４６】
記憶装置５５は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、制御プログラム及び各種のデータを記憶している。ＣＰＵ５１は、入力装置５６による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置５５からメモリ５４へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ５１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置５５にインストールして利用する。
【００４７】
本実施の形態の検査装置１は、超音波トランスデューサ１４の製造工程において、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が良好であるか否かを検査するために用いられる。具体的には、図５に示されるように、対物レンズ１２を用いて取得した参照板７の光学像データ６０と、超音波トランスデューサ１４を用いて取得した参照板７の超音波像データ６１とを用い、それらデータをデジタル画像処理することにより、ビームスポット６２の形状を求める。そして、そのビームスポット６２の形状に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が判定される。
【００４８】
以下、ビームスポット形状を求めるための算出方法について詳述する。
【００４９】
ここで、ビームスポット６２の強度分布をｋ（ｘ，ｙ）とし、参照板７の反射係数をｇ（ｘ，ｙ）とする。
【００５０】
反射係数ｇ（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１２を用いて取得した参照板７の光学像データに基づいて、貫通孔８の部分では０、それ以外の部分（反射面がある部分）では１として測定可能である。
【００５１】
強度分布ｋ（ｘ，ｙ）は、図６に示されるように、ビームスポット６２の中心部が最も強く、中心部から離れるに従い徐々に弱くなる。この強度分布ｋ（ｘ，ｙ）は、超音波トランスデューサ１４の特性、使用する周波数、作動距離に依存するため、未知の値である。
【００５２】
参照板７に超音波Ｓｏを照射し、その反射波の強度に基づいて反射像を得る場合、ビームスポット６２の強度分布ｋ（ｘ，ｙ）が理想的な分布からずれ、ビームスポット形状が歪んでいると、反射像にボケが生じる。
【００５３】
この参照板７のボケた反射像は、反射係数ｇ（ｘ，ｙ）と強度分布ｋ（ｘ，ｙ）との各関数のコンボリューション演算（二次元の畳み込み積分）を行うことにより、次式（１）のようになる。
【数１】
【００５４】
なお式（１）において、「＊」は、コンボリューションの演算子である。
【００５５】
式（１）のコンボリューション演算は次式（２）で表される。
【数２】
【００５６】
また、この演算は、フーリエ変換により次式（３）のように表現できる。
【数３】
【００５７】
従って、ボケた反射像は、式（３）の演算結果を逆フーリエ変換し、その実数部をとることで次式（４）のようになる。
【数４】
【００５８】
ここで、ボケた反射像をｈ（ｘ，ｙ）とすると、次式（５）の関係が成り立つ。
【数５】
【００５９】
ボケた反射像ｈ（ｘ，ｙ）は、超音波トランスデューサ１４を用いて測定可能であり、参照板７の反射係数ｇ（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１２を用いて測定可能である。従って、上式（５）は、ｈ（ｘ，ｙ）とｇ（ｘ，ｙ）とをそれぞれ二次元フーリエ変換し、ｈ（ｘ，ｙ）の変換結果をｇ（ｘ，ｙ）の変換結果で割ることで求めることができる。
【００６０】
そして、ビームスポット形状を表す関数、すなわちビームスポット６２の強度分布ｋ（ｘ，ｙ）は、上式（５）の演算結果を逆フーリエ変換し、その実数成分を取ることで、次式（６）のように求めることができる。
【数６】
【００６１】
このように求めた強度分布ｋ（ｘ，ｙ）のデータを画像処理することにより、ビームスポット６２の形状が可視化される（図５参照）。そして、このビームスポット６２の形状に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が判定される。
【００６２】
次に、本実施の形態において、超音波トランスデューサ１４を検査するためにＣＰＵ５１が実行する処理について図７を用いて説明する。なお、図７の処理は、作業者によって顕微鏡本体３の対物レボルバ４の位置が対物レンズ１２に切替えられた後に開始される。
【００６３】
先ず、ＣＰＵ５１は、ＣＣＤカメラ３３を駆動することにより該カメラ３３で撮影した参照板７の光学像の画像信号をＩ／Ｆ回路５３を介して取り込み、周知の画像処理を行う。ＣＰＵ５１は、この画像処理を行うことにより、参照板７の光学像データを生成しそのデータをメモリ５４に記憶する（ステップ１００）。
【００６４】
その後、作業者によって、検査すべき超音波プローブ１３が対物レボルバ４の第２の雌ねじ穴１１に螺着された後、対物レボルバ４の位置が超音波プローブ１３に切替えられる。その状態で、ＣＰＵ５１は、駆動装置２１を制御して超音波プローブ１３及びＸ−Ｙステージ５を駆動するとともに、その超音波プローブ１３で取得した反射波信号をＩ／Ｆ回路５２を介して取り込み、参照板７の超音波像データを取得する（ステップ１１０）。
【００６５】
具体的には、ＣＰＵ５１からの指示に基づいてコントローラ４１によりモータ４２Ｘ，４２Ｙが駆動され、Ｘ−Ｙステージ５による二次元走査が開始される。このとき、ＣＰＵ５１は、エンコーダ４３の出力に基づいて測定点の座標データを取得する。そして、励起パルスが超音波トランスデューサ１４に供給されると、参照板７に超音波Ｓｏが照射され、その反射波が検波回路３９で検出される。ＣＰＵ５１は、検出された反射波信号をＡ／Ｄ変換回路４０及びＩ／Ｆ回路３５，５２を介して取り込み、超音波像データとして測定点の座標データに関連付けてメモリ５４に記憶する。ここでは、超音波Ｓｏの走査範囲における全ての測定点での反射波信号を検出して１画面分の超音波像データを取得する。なお、超音波Ｓｏの走査範囲としては、参照板７における貫通孔８の全体を含むように設定されている。また、この走査範囲は、光学像の撮影範囲と超音波像の撮影範囲が同じとなるように設定される。
【００６６】
形状算出手段としてのＣＰＵ５１は、光学像データと超音波像データとをメモリ５４から読み出し、該各データに基づいて、上記の式（５）及び式（６）に対応した演算を行い、ビームスポット形状を求める（ステップ１２０）。具体的には、ＣＰＵ５１は、参照板７の光学像データを二次元フーリエ変換するとともに、参照板７の超音波像データを二次元フーリエ変換する。そして、ＣＰＵ５１は、超音波像データの変換結果を光学像データの変換結果で割り、さらにその演算結果を逆フーリエ変換することにより、所定周波数（例えば、８０ＭＨｚ）におけるビームスポット形状のデータを求め、そのデータをメモリ５４に記憶する。
【００６７】
その後、形状良否判定手段としてのＣＰＵ５１は、ビームスポット形状のデータに基づいて、超音波トランスデューサ１４の良否を判定する。ここで、例えば、ビームスポット形状の歪曲度が、予め決められた許容値（例えば、２％）を超えていない場合に、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が良好であると判定し、許容値を超えている場合には、その先端部形状が不良であると判定する（ステップ１３０）。
【００６８】
さらに、ＣＰＵ５１は、ビームスポット形状及びその良否判定結果に関するデータを表示装置５７に転送し、ビームスポット形状及び良否判定結果を表示させる（ステップ１４０）。そして、表示装置５７に表示されたビームスポット形状及び良否判定結果に基づいて、先端部形状が良好であると判定された超音波トランスデューサ１４のみが選別される。
【００６９】
その後、次の超音波トランスデューサ１４の検査を行うか否かのメッセージ及び選択ボタン（例えば、再検査ボタンと検査終了ボタン）を表示装置５７に表示させる（ステップ１５０）。ここで、検査が完了した超音波プローブ１３が対物レボルバ４から取り外され、検査前の超音波プローブ１３が対物レボルバ４に装着される。その後、ユーザによって再検査ボタンが選択された場合、ＣＰＵ５１は、ステップ１１０の処理に戻り、ステップ１１０〜ステップ１５０の処理を再度実行することで、超音波プローブ１３の検査を行う。一方、ステップ１５０において、検査終了ボタンが選択された場合、ＣＰＵ５１は、図７の処理を終了する。
【００７０】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００７１】
（１）本実施の形態の検査装置１では、基準構造物としての参照板７の光学像データと超音波像データとが取得され、それらデータに基づいて、超音波トランスデューサ１４から照射された超音波Ｓｏの焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。このビームスポット形状の理想的な形状は円形であり、超音波トランスデューサ１４の先端部において凹面１８のキズやフィルムセンサ１９の接着ズレなどによる凸凹が生じると、ビームスポット形状が歪む。従って、そのビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状（凹面１８の形状）の良否が判定される。この場合、ビームスポット形状の判定結果に基づいて、凹面１８のキズやフィルムセンサ１９の接着ズレなどを有する超音波トランスデューサ１４を的確に排除することができる。そのため、品質のよい超音波トランスデューサ１４のみを確実に製品出荷することができる。また、品質の良い超音波トランスデューサ１４を超音波顕微鏡に装着することにより、画像ボケがない鮮明な超音波像を得ることができる。
【００７２】
（２）本実施の形態の検査装置１では、表示装置５７に超音波Ｓｏのビームスポット形状と超音波トランスデューサ１４の先端部形状の良否判定結果とが表示される。このため、超音波トランスデューサ１４の品質を視覚を通じて容易に確認することができる。
【００７３】
（３）本実施の形態の検査装置１では、超音波トランスデューサ１４がパルス励起され、所定周波数帯域の超音波Ｓｏが参照板７に照射される。そして、その応答として得られる反射波のデータが二次元のフーリエ空間で解析される。具体的には、参照板７の超音波像データが二次元フーリエ変換されるとともに、参照板７の光学像データが二次元フーリエ変換され、それら変換結果が比較される。そして、その比較結果を逆フーリエ変換することにより、周波数に依存したビームスポット形状のデータを求めることができる。この場合、複数の周波数におけるビームスポット形状を求めることができ、それらビームスポット形状に基づいて、例えばビーム幅を求めることができる。このように、周波数に応じたビームスポット形状やビーム幅を求めることにより、超音波トランスデューサ１４をより厳密に検査することができる。
【００７４】
（４）本実施の形態の検査装置１では、対物レンズ１２を用いて取得した光学像データがメモリ５４に記憶されるので、その光学像データを用いて複数の超音波トランスデューサ１４のビームスポット形状を求めることができる。このようにすれば、超音波トランスデューサ１４の検査毎に光学像データを取得する必要がなく、検査を効率よく行うことができる。
【００７５】
（５）本実施の形態の検査装置１は、光学顕微鏡用の対物レボルバ４に超音波プローブ１３を装着した構成であるので、光学顕微鏡と超音波顕微鏡とを個別に設ける場合と比較して設置スペースを削減できるとともに、設備コストを抑えることができる。また、対物レンズ１２の光軸Ａ１に対して超音波トランスデューサ１４の音軸Ａ２を確実に合わせることができ、光学像に対応した超音波像を容易に得ることができる。
【００７６】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００７７】
・上記実施の形態において、検査対象となる超音波トランスデューサ１４は、その先端部に高分子系のフィルムセンサ１９を備えるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、図８のように、ＰＺＴなどの圧電セラミックからなる円板状の超音波振動子７１と円柱状の音響レンズ７２とを備える超音波トランスデューサ７３を検査対象としてもよい。この超音波トランスデューサ７３においては、音響レンズ７２の後端面に超音波振動子７１が配置され、音響レンズ７２の先端部に凹面７４が形成されている。また、超音波トランスデューサ７３を収納するプローブ本体７５の基端側に雄ねじ部７６が形成されている。この雄ねじ部７６が対物レボルバ４の第２の雌ねじ穴１１（図４参照）に螺着されることで、上記実施の形態と同様の手法で超音波トランスデューサ７３の検査を行うことができる。
【００７８】
・上記実施の形態では、基準構造物として参照板７を用いたが、その参照板７の代わりに、例えば電子顕微鏡用の金属メッシュ８０（図９参照）を用いることができる。図９の金属メッシュ８０は、例えば、直径３ｍｍ、厚さ２５μｍ、ピッチ１００μｍ、残し（骨部分）３０μｍのサイズを有し、その残し（骨部分）の間に複数の微細な透孔８１が形成されている。金属メッシュ８０を用いる場合、少なくとも１つの透孔８１を含むように超音波Ｓｏの走査範囲が設定される。なお、基準構造物としては、光学的及び音響的に可視化が可能な構造物であればよく、参照板７や金属メッシュ８０のように透孔８，８１が形成されるもの以外に、凹部や凸部が形成される構造物を用いてもよい。
【００７９】
・上記実施の形態において、式（５）の演算をする際に、Ｇ（ωｘ，ωｙ）の高周波成分が小さいと、いわゆる「ゼロ割り」によって演算結果が不安定となる場合がある。この場合、式（５）の演算結果に所定のフィルタ関数（例えば、ガウシアン関数）を乗算することにより、高周波成分を除去したビームスポット形状を求めるように構成してもよい。
【００８０】
・上記実施の形態では、光学像データ及び超音波像データを二次元フーリエ変換して、ビームスポット形状を求めるようにしたが、それ以外の演算方法（例えば、ラプラス変換など）でビームスポット形状を求めてもよい。
【００８１】
・上記実施の形態の検査装置１は、光学像を取得するためにＣＣＤカメラ３３を備えるものであったが、それ以外の撮像装置を備えてもよい。
【００８２】
・上記実施の形態の検査装置１は、光学顕微鏡と超音波顕微鏡の両方の機能を兼ね備える装置であるが、対物レボルバ４、対物レンズ１２、ＣＣＤカメラ３３などの光学顕微鏡の機能を省略してもよい。この場合、検査装置１とは別に設けた光学顕微鏡を用いて参照板７の光学像データを取得し、その光学像データをメモリ５４に記憶する。そして、検査装置１において、超音波Ｓｏを二次元走査して参照板７の超音波像データを取得した後、光学像データをメモリ５４から読み出してそれらデータに基づいて、ビームスポット形状を求める。このようにしても、上記実施の形態と同様に、超音波トランスデューサ１４の品質を検査することができる。
【００８３】
・上記実施の形態では、パソコン６を用いて検査装置１を構成したが、それ以外にワークステーションなどのコンピュータを用いてもよい。また、表示装置５７としては、パソコン６に一体的に設けられるものであったが、パソコン６と別体で設けてもよい。
【００８４】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００８５】
（１）請求項１において、前記基準構造物の光学像データを二次元フーリエ変換するとともに、前記基準構造物の超音波像データを二次元フーリエ変換し、それら変換結果を比較することで前記ビームスポット形状を求めることを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【００８６】
（２）技術的思想（１）において、前記超音波トランスデューサは、パルス励起されることで所定周波数帯域の超音波を照射することを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態の超音波トランスデューサの検査装置を示す概略構成図。
【図２】超音波トランスデューサの検査装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】基準構造物としての参照板を示す平面図。
【図４】超音波プローブを示す要部断面図。
【図５】ビームスポット形状を求めるための説明図。
【図６】ビームスポットの強度分布を示す説明図であって、（ａ）は歪みのない状態を示し、（ｂ）は歪みのある状態を示す。
【図７】超音波トランスデューサを検査するための処理を示すフローチャート。
【図８】別の実施の形態の超音波トランスデューサを示す断面図。
【図９】基準構造物としての金属メッシュを示す平面図。
【図１０】従来の超音波トランスデューサを示す断面図。
【符号の説明】
【００８８】
１…検査装置
３…光学顕微鏡及び超音波顕微鏡として機能する顕微鏡本体
７…基準構造物としての参照板
８…透孔としての貫通孔
１４，７３…超音波トランスデューサ
１８…凹面
１９…圧電素子薄膜としてのフィルムセンサ
５１…形状算出手段及び形状良否判定手段としてのＣＰＵ
６０…光学像データ
６１…超音波像データ
８０…基準構造物としての金属メッシュ
８１…透孔
Ｓｏ…超音波
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物に超音波を照射し、得られた反射波に基づいて被検査物を可視化する超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法、その製造方法及び検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、高解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを例えば染色によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色を行わなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
超音波顕微鏡を用いる場合、生体組織などの試料に超音波を照射しその反射波を検出することにより、音響パラメータ（音速、音響インピーダンス、減衰などのパラメータ）を算出して、その算出値に応じた超音波像（音速像、音響インピーダンス像、減衰像など）を表示する。例えば、特許文献１や非特許文献１では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して生体組織の音速像を表示させる装置が開示されている。また、特許文献２では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して生体組織の音響インピーダンス像を表示させる装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２９１８２７号公報
【特許文献２】特開２００６−７８４０８号公報
【非特許文献１】「医用超音波：パルス励起型超音波音速顕微鏡」（「超音波TECHNO」VOL.15 No.6(2003.11〜12)（１０１〜１０５頁）日本工業出版社発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記パルス励起型超音波顕微鏡において、生体組織診断を的確に行うためには、分解能が高い超音波トランスデューサを使用する必要がある。具体的には、超音波の周波数を上げることで分解能を向上させることができるため、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚの超音波を照射する超音波トランスデューサが用いられている。このような高周波用の超音波トランスデューサ９１としては、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）といった高分子系材料からなるフィルムセンサ９２を使用したものが実用化されている（図１０参照）。この超音波トランスデューサ９１において、凹面状に形成された先端面９３には、フィルムセンサ９２が貼り付けられている。そして、そのフィルムセンサ９２から出力される超音波Ｓｏが円錐状に収束し、被検査物９５の表面で焦点を結ぶようになっている。この焦点域における超音波Ｓｏのビーム幅が狭いほど、分解能を高めることができる。このため、例えば、生体組織診断を行うための超音波顕微鏡では、焦点域において超音波Ｓｏを１０μｍ程度のビーム幅に収束させている。
【０００５】
ところが、超音波トランスデューサ９１を製造する際に、凹面状の先端面９３の加工精度やフィルムセンサ９２の接着ずれ（例えば、未接着部などのシワ）が原因で凸凹が生じると、超音波Ｓｏを適切に収束させることができなくなる。この場合、超音波Ｓｏのビームスポット形状（指向特性）が理想的形状である円形から歪んでしまい、観察される超音波像がぼけてしまうといった問題が生じる。
【０００６】
従来、超音波の指向特性は、ハイドロフォンを用いた測定により把握することが可能である。しかし、市販されているハイドロフォンは、小型の製品でも０．６ｍｍ程度であり、超音波顕微鏡における超音波Ｓｏの指向特性、すなわち１０μｍ程度のビームスポット形状を正確に測定することは不可能である。従って、製造された超音波トランスデューサ９１について、その指向特性の良否を判定し、不良品を排除するといった検査工程は、設けることができなかった。そのため、従来においては結果的に不良品の超音波トランスデューサ９１が超音波顕微鏡に装着されてしまうことがあり、この場合には鮮明な超音波像を取得できなくなる。よって、超音波顕微鏡の品質・性能が不安定になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波顕微鏡に使用される超音波トランスデューサの品質を確実に検査することができる超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法、その製造方法、及び検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの検査方法であって、基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定するステップとを含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法をその要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。このビームスポット形状の理想的な形状は円形であり、超音波トランスデューサの先端部にキズなどの凸凹が生じると、ビームスポット形状が歪む。従って、ビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサの先端部形状の良否が判定される。この場合、ビームスポット形状の判定結果に基づいて、超音波トランスデューサの不良品を的確に排除することができる。そして、品質がよい超音波トランスデューサを超音波顕微鏡に装着すれば、画像ボケがない鮮明な超音波像を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ビームスポット形状を表示装置に表示するステップを含むことをその要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ビームスポット形状が表示装置に表示されるので、超音波トランスデューサの品質を視覚を通じて容易に確認することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記基準構造物は、前記超音波顕微鏡における被検査物よりも硬質の材料からなり、微細な透孔を有する部材であることをその要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、基準構造物は、被検査物よりも硬質の材料からなり、微細な透孔を有する部材であるので、光学的及び音響的に可視化が可能である。すなわち、光は基準構造物における透孔を通過しそれ以外の部分では遮断される。また、超音波は基準構造物における透孔を通過しそれ以外の部分では反射される。従って、光学顕微鏡を用いて基準構造物の光学像を取得することができ、超音波顕微鏡を用いて基準構造物の超音波像を取得することができる。そして、その基準構造物の光学像データと超音波像データとを比較することにより、光学像に対する超音波像のボケ度合に応じたビームスポット形状を確実に求めることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記超音波トランスデューサの先端部には直径１ｍｍ以下の凹面が形成されているとともに、前記凹面上には圧電素子薄膜が設けられていることをその要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明の特徴を有する超音波トランスデューサは、構造的にみて、超音波発生面である先端部の凹面に凹凸が生じやすく、不良品発生率が高くなりやすいが、上記検査方法を適用してビームスポット形状を求めるようにすれば、不良品を排除して良品の超音波トランスデューサのみを選別することができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの製造方法であって、基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、求められたビームスポット形状の歪曲度が、あらかじめ定められた許容値を超えない場合に、前記超音波トランスデューサの先端部形状が良好であると判定するステップと、先端部形状が良好であると判定された前記超音波トランスデューサのみを選別するステップとを含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの製造方法をその要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。このビームスポット形状の理想的な形状は円形であり、そのビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサの先端部形状の良否が判定される。そして、先端部形状が良好であると判定された超音波トランスデューサのみが選別される。このように選別された品質が良い超音波トランスデューサを超音波顕微鏡に装着することで、安定した品質・性能の超音波顕微鏡を確実に製造することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、光学像データを取得する光学顕微鏡と、超音波トランスデューサからの超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の超音波像データを取得する超音波顕微鏡と、基準構造物を前記光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて処理を行うことで、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求める形状算出手段と、求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定する形状良否判定手段とを備えたことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置をその要旨とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、光学顕微鏡を用いて基準構造物の光学像データが取得される。また、超音波顕微鏡を用いて超音波トランスデューサからの超音波を二次元走査しながら被検査物に照射することにより、基準構造物の超音波像データが取得される。そして、形状算出手段により、光学像データと超音波像データとに基づいて、超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。さらに、形状良否判定手段により、ビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサの先端部形状の良否が判定される。この場合、ビームスポット形状の判定結果に基づいて、超音波トランスデューサの不良品を的確に排除することができる。そして、品質がよい超音波トランスデューサを超音波顕微鏡に装着すれば、画像ボケがない鮮明な超音波像を得ることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記形状良否判定手段による良否判定結果と、求められたビームスポット形状とを表示する表示装置をさらに備えたことをその要旨とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、形状良否判定手段による良否判定結果と、求められたビームスポット形状とが表示装置に表示されるので、超音波トランスデューサの品質を視覚を通じて容易に確認することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上詳述したように、請求項１〜４，６，７に記載の発明によると、超音波顕微鏡に使用される超音波トランスデューサの品質を確実に検査することができる超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法、検査装置を提供することにある。また、請求項５に記載の発明によると、超音波顕微鏡に使用される超音波トランスデューサの品質を確実に検査できる結果、選別された良品の超音波トランスデューサを装着できることとなり、安定した品質・性能の超音波顕微鏡を確実に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置を示す概略構成図であり、図２はその検査装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示されるように、検査装置１は、顕微鏡本体３と、その顕微鏡本体３に回転可能に支持される対物レボルバ４と、対物レボルバ４の下方に設けられたＸ−Ｙステージ５と、パーソナルコンピュータ（パソコン）６とを備える。
【００２５】
Ｘ−Ｙステージ５には基準構造物としての参照板７が載置されている。図３に示されるように、参照板７の中央部には、円形の貫通孔（例えば、直径が５０μｍ程度である透孔）８が形成されている。Ｘ−Ｙステージ５は二次元走査手段として機能し、該ステージ５が駆動することにより、参照板７がＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動される。参照板７は、超音波を反射する材料、例えば銅板からなり、超音波の反射係数は貫通孔８の部分で０、それ以外の反射面では１となる。
【００２６】
図４に示されように、対物レボルバ４には、複数の雌ねじ穴（本実施の形態では、第１の雌ねじ穴１０及び第２の雌ねじ穴１１）が設けられ、第１の雌ねじ穴１０に対して対物レンズ１２が螺着され、第２の雌ねじ穴１１に対して超音波プローブ１３が螺着される。本実施の形態の検査装置１では、例えば、ユーザが手動で対物レボルバ４を回転させることで、対物レンズ１２と超音波プローブ１３との切り替えが行われ、対物レンズ１２の光軸Ａ１と超音波プローブ１３の音軸Ａ２とが一致するようになっている。この検査装置１の顕微鏡本体３は、対物レボルバ４の位置を対物レンズ１２に切り替えた場合に光学顕微鏡として機能し、超音波プローブ１３に切り替えた場合には超音波顕微鏡として機能するよう構成されている。
【００２７】
具体的には、超音波プローブ１３は、超音波トランスデューサ１４と、その超音波トランスデューサ１４の基端に形成された雄ねじ部１５とを備える。超音波トランスデューサ１４において、その本体部１６の中央となる位置に円柱状の真鍮１７が固定され、その先端部に直径１ｍｍ以下の凹面１８が形成される。そして、その凹面１８上を覆うように圧電素子薄膜としてのＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムからなるフィルムセンサ１９が設けられている。
【００２８】
超音波プローブ１３の雄ねじ部１５は、対物レンズ１２の雄ねじ部２０と同じ形状（同一寸法）であり対物レボルバ４の各雌ねじ穴１０，１１に螺着可能である。この超音波プローブ１３の雄ねじ部１５が対物レボルバ４の第２の雌ねじ穴１１に螺着されることで、参照板７と対向する位置に超音波トランスデューサ１４が位置決めされる。
【００２９】
超音波トランスデューサ１４は、パルス励起されることでフィルムセンサ１９が振動して所定周波数帯域の超音波（具体的には、例えば中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の超音波）Ｓｏを出力する。この超音波Ｓｏは、水などの超音波伝達媒体Ｗを介して円錐状に収束されて参照板７の表面で焦点を結ぶようになっている（図１参照）。
【００３０】
図１に示されるように、顕微鏡本体３には、超音波プローブ１３及びＸ−Ｙステージ５を駆動するための駆動装置２１が設けられている。また、顕微鏡本体３においてＸ−Ｙステージ５の下部にはコンデンサ（集光器）２２が設けられている。このコンデンサ２２は、Ｘ−Ｙステージ５の中央に形成された中空部２３を介して参照板７の下方から光を照射する。
【００３１】
顕微鏡本体３には、操作ハンドル３０を有する焦準調節機構（図示略）が設けられている。対物レボルバ４の位置を対物レンズ１２に切替えた状態で、この操作ハンドル３０を操作すると、対物レボルバ４が光軸Ａ１の方向（図１の上下方向）に移動して、参照板７に対して対物レンズ１２の焦点が調節される。また、対物レボルバ４の位置を超音波プローブ１３に切替えた状態で操作ハンドル３０を操作すると、超音波トランスデューサ１４から照射される超音波Ｓｏの焦点を調節することができる。
【００３２】
さらに、顕微鏡本体３の上部には鏡筒３１が設けられ、その鏡筒３１内には光路を切り替えるプリズム（図示略）が設けられている。この鏡筒３１内で光軸Ａ１が２系統に分割され、一方の光軸Ａ１上に接眼レンズ３２が設けられ、他方の光軸Ａ１上にＣＣＤカメラ３３が設けられている。
【００３３】
対物レンズ１２の焦点を調節してその焦点が参照板７の表面に一致すると、その画像が対物レンズ１２を通って接眼レンズ３２に導かれ、参照板７の光学像が観察可能となる。また、ＣＣＤカメラ３３は、接眼レンズ３２で観察される参照板７の光学像と同じ画像を撮影し、その画像に対応する画像信号をパソコン６に出力する。
【００３４】
図２に示されるように、駆動装置２１は、Ｉ／Ｆ回路３５と、パルス発生回路３６と、受信回路３７と、送受波分離回路３８と、検波回路３９と、Ａ／Ｄ変換回路４０と、コントローラ４１とを備える。
【００３５】
また、Ｘ−Ｙステージ５は、超音波Ｓｏの照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ５Ｘ及びＹステージ５Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ５Ｘ，５Ｙを駆動するモータ４２Ｘ，４２Ｙを備えている。これらのモータ４２Ｘ，４２Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。
【００３６】
各モータ４２Ｘ，４２Ｙにはコントローラ４１が接続されており、該コントローラ４１の駆動信号に応答してモータ４２Ｘ，４２Ｙが駆動される。これらモータ４２Ｘ，４２Ｙの駆動により、Ｘステージ５Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ５Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ５の高速走査が可能となっている。
【００３７】
また、本実施の形態においては、Ｘステージ５Ｘに対応してエンコーダ４３が設けられ、エンコーダ４３によりＸステージ５Ｘの走査位置が検出される。具体的に、走査範囲を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ４３によって検出され、Ｉ／Ｆ回路３５を介してパソコン６に取り込まれる。パソコン６はそのエンコーダ４３の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をＩ／Ｆ回路３５を介してコントローラ４１に供給する。コントローラ４１は、この駆動制御信号に基づいてモータ４２Ｘを駆動する。また、コントローラ４１は、エンコーダ４３の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ４２Ｙを駆動して、Ｙステージ５ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。
【００３８】
さらに、コントローラ４１は、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成してパルス発生回路３６に供給する。これにより、パルス発生回路３６において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路３８を介して超音波トランスデューサ１４に供給される結果、超音波トランスデューサ１４から超音波Ｓｏが照射される。
【００３９】
超音波トランスデューサ１４のフィルムセンサ１９は、送受波兼用の超音波振動子であり、参照板７で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は、送受波分離回路３８を介して受信回路３７に供給される。受信回路３７は、信号増幅回路を含んで構成されていて、反射波の信号を増幅して検波回路３９に出力する。
【００４０】
検波回路３９は、ゲート回路やＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを含んで構成されている。超音波Ｓｏは、超音波トランスデューサ１４と参照板７との間で繰り返し反射されるものであるため、検波回路３９は、最初に得られる反射波信号を抽出するよう構成されている。この検波回路３９の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路４０に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路３５を介してパソコン６に転送される。
【００４１】
Ｉ／Ｆ回路３５としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路３５としては、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。
【００４２】
パソコン６は、ＣＰＵ５１、Ｉ／Ｆ回路５２，５３、メモリ５４、記憶装置５５、入力装置５６、及び表示装置５７を備え、それらはバス５８を介して相互に接続されている。
【００４３】
ＣＰＵ５１は、メモリ５４を利用して制御プログラムを実行し、システム全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、Ｘ−Ｙステージ５による二次元走査を制御するためのプログラム、超音波Ｓｏのビームスポット形状を算出するためのプログラム、そのビームスポット形状を表示するためのプログラムなどを含む。
【００４４】
Ｉ／Ｆ回路５２は、駆動装置２１との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）である。Ｉ／Ｆ回路５２は、駆動装置２１に制御信号（コントローラ４１への駆動制御信号）を出力したり、駆動装置２１からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路４０からＩ／Ｆ回路３５を介して転送されるデータ）を入力したりする。Ｉ／Ｆ回路５３は、ＣＣＤカメラ３３との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、ＣＣＤカメラ３３に制御信号を出力したり、該カメラ３３からの画像信号を入力したりする。
【００４５】
表示装置５７は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、画像（超音波像及び光学像）や各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置５６は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
【００４６】
記憶装置５５は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、制御プログラム及び各種のデータを記憶している。ＣＰＵ５１は、入力装置５６による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置５５からメモリ５４へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ５１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置５５にインストールして利用する。
【００４７】
本実施の形態の検査装置１は、超音波トランスデューサ１４の製造工程において、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が良好であるか否かを検査するために用いられる。具体的には、図５に示されるように、対物レンズ１２を用いて取得した参照板７の光学像データ６０と、超音波トランスデューサ１４を用いて取得した参照板７の超音波像データ６１とを用い、それらデータをデジタル画像処理することにより、ビームスポット６２の形状を求める。そして、そのビームスポット６２の形状に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が判定される。
【００４８】
以下、ビームスポット形状を求めるための算出方法について詳述する。
【００４９】
ここで、ビームスポット６２の強度分布をｋ（ｘ，ｙ）とし、参照板７の反射係数をｇ（ｘ，ｙ）とする。
【００５０】
反射係数ｇ（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１２を用いて取得した参照板７の光学像データに基づいて、貫通孔８の部分では０、それ以外の部分（反射面がある部分）では１として測定可能である。
【００５１】
強度分布ｋ（ｘ，ｙ）は、図６に示されるように、ビームスポット６２の中心部が最も強く、中心部から離れるに従い徐々に弱くなる。この強度分布ｋ（ｘ，ｙ）は、超音波トランスデューサ１４の特性、使用する周波数、作動距離に依存するため、未知の値である。
【００５２】
参照板７に超音波Ｓｏを照射し、その反射波の強度に基づいて反射像を得る場合、ビームスポット６２の強度分布ｋ（ｘ，ｙ）が理想的な分布からずれ、ビームスポット形状が歪んでいると、反射像にボケが生じる。
【００５３】
この参照板７のボケた反射像は、反射係数ｇ（ｘ，ｙ）と強度分布ｋ（ｘ，ｙ）との各関数のコンボリューション演算（二次元の畳み込み積分）を行うことにより、次式（１）のようになる。
【数１】
【００５４】
なお式（１）において、「＊」は、コンボリューションの演算子である。
【００５５】
式（１）のコンボリューション演算は次式（２）で表される。
【数２】
【００５６】
また、この演算は、フーリエ変換により次式（３）のように表現できる。
【数３】
【００５７】
従って、ボケた反射像は、式（３）の演算結果を逆フーリエ変換し、その実数部をとることで次式（４）のようになる。
【数４】
【００５８】
ここで、ボケた反射像をｈ（ｘ，ｙ）とすると、次式（５）の関係が成り立つ。
【数５】
【００５９】
ボケた反射像ｈ（ｘ，ｙ）は、超音波トランスデューサ１４を用いて測定可能であり、参照板７の反射係数ｇ（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１２を用いて測定可能である。従って、上式（５）は、ｈ（ｘ，ｙ）とｇ（ｘ，ｙ）とをそれぞれ二次元フーリエ変換し、ｈ（ｘ，ｙ）の変換結果をｇ（ｘ，ｙ）の変換結果で割ることで求めることができる。
【００６０】
そして、ビームスポット形状を表す関数、すなわちビームスポット６２の強度分布ｋ（ｘ，ｙ）は、上式（５）の演算結果を逆フーリエ変換し、その実数成分を取ることで、次式（６）のように求めることができる。
【数６】
【００６１】
このように求めた強度分布ｋ（ｘ，ｙ）のデータを画像処理することにより、ビームスポット６２の形状が可視化される（図５参照）。そして、このビームスポット６２の形状に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が判定される。
【００６２】
次に、本実施の形態において、超音波トランスデューサ１４を検査するためにＣＰＵ５１が実行する処理について図７を用いて説明する。なお、図７の処理は、作業者によって顕微鏡本体３の対物レボルバ４の位置が対物レンズ１２に切替えられた後に開始される。
【００６３】
先ず、ＣＰＵ５１は、ＣＣＤカメラ３３を駆動することにより該カメラ３３で撮影した参照板７の光学像の画像信号をＩ／Ｆ回路５３を介して取り込み、周知の画像処理を行う。ＣＰＵ５１は、この画像処理を行うことにより、参照板７の光学像データを生成しそのデータをメモリ５４に記憶する（ステップ１００）。
【００６４】
その後、作業者によって、検査すべき超音波プローブ１３が対物レボルバ４の第２の雌ねじ穴１１に螺着された後、対物レボルバ４の位置が超音波プローブ１３に切替えられる。その状態で、ＣＰＵ５１は、駆動装置２１を制御して超音波プローブ１３及びＸ−Ｙステージ５を駆動するとともに、その超音波プローブ１３で取得した反射波信号をＩ／Ｆ回路５２を介して取り込み、参照板７の超音波像データを取得する（ステップ１１０）。
【００６５】
具体的には、ＣＰＵ５１からの指示に基づいてコントローラ４１によりモータ４２Ｘ，４２Ｙが駆動され、Ｘ−Ｙステージ５による二次元走査が開始される。このとき、ＣＰＵ５１は、エンコーダ４３の出力に基づいて測定点の座標データを取得する。そして、励起パルスが超音波トランスデューサ１４に供給されると、参照板７に超音波Ｓｏが照射され、その反射波が検波回路３９で検出される。ＣＰＵ５１は、検出された反射波信号をＡ／Ｄ変換回路４０及びＩ／Ｆ回路３５，５２を介して取り込み、超音波像データとして測定点の座標データに関連付けてメモリ５４に記憶する。ここでは、超音波Ｓｏの走査範囲における全ての測定点での反射波信号を検出して１画面分の超音波像データを取得する。なお、超音波Ｓｏの走査範囲としては、参照板７における貫通孔８の全体を含むように設定されている。また、この走査範囲は、光学像の撮影範囲と超音波像の撮影範囲が同じとなるように設定される。
【００６６】
形状算出手段としてのＣＰＵ５１は、光学像データと超音波像データとをメモリ５４から読み出し、該各データに基づいて、上記の式（５）及び式（６）に対応した演算を行い、ビームスポット形状を求める（ステップ１２０）。具体的には、ＣＰＵ５１は、参照板７の光学像データを二次元フーリエ変換するとともに、参照板７の超音波像データを二次元フーリエ変換する。そして、ＣＰＵ５１は、超音波像データの変換結果を光学像データの変換結果で割り、さらにその演算結果を逆フーリエ変換することにより、所定周波数（例えば、８０ＭＨｚ）におけるビームスポット形状のデータを求め、そのデータをメモリ５４に記憶する。
【００６７】
その後、形状良否判定手段としてのＣＰＵ５１は、ビームスポット形状のデータに基づいて、超音波トランスデューサ１４の良否を判定する。ここで、例えば、ビームスポット形状の歪曲度が、予め決められた許容値（例えば、２％）を超えていない場合に、超音波トランスデューサ１４の先端部形状が良好であると判定し、許容値を超えている場合には、その先端部形状が不良であると判定する（ステップ１３０）。
【００６８】
さらに、ＣＰＵ５１は、ビームスポット形状及びその良否判定結果に関するデータを表示装置５７に転送し、ビームスポット形状及び良否判定結果を表示させる（ステップ１４０）。そして、表示装置５７に表示されたビームスポット形状及び良否判定結果に基づいて、先端部形状が良好であると判定された超音波トランスデューサ１４のみが選別される。
【００６９】
その後、次の超音波トランスデューサ１４の検査を行うか否かのメッセージ及び選択ボタン（例えば、再検査ボタンと検査終了ボタン）を表示装置５７に表示させる（ステップ１５０）。ここで、検査が完了した超音波プローブ１３が対物レボルバ４から取り外され、検査前の超音波プローブ１３が対物レボルバ４に装着される。その後、ユーザによって再検査ボタンが選択された場合、ＣＰＵ５１は、ステップ１１０の処理に戻り、ステップ１１０〜ステップ１５０の処理を再度実行することで、超音波プローブ１３の検査を行う。一方、ステップ１５０において、検査終了ボタンが選択された場合、ＣＰＵ５１は、図７の処理を終了する。
【００７０】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００７１】
（１）本実施の形態の検査装置１では、基準構造物としての参照板７の光学像データと超音波像データとが取得され、それらデータに基づいて、超音波トランスデューサ１４から照射された超音波Ｓｏの焦点域におけるビームスポット形状が求められる。このように、解像度が高い光学像データを用いることにより、光学像と同等レベルの解像度でビームスポット形状を正確に求めることができる。このビームスポット形状の理想的な形状は円形であり、超音波トランスデューサ１４の先端部において凹面１８のキズやフィルムセンサ１９の接着ズレなどによる凸凹が生じると、ビームスポット形状が歪む。従って、そのビームスポット形状の歪曲度に基づいて、超音波トランスデューサ１４の先端部形状（凹面１８の形状）の良否が判定される。この場合、ビームスポット形状の判定結果に基づいて、凹面１８のキズやフィルムセンサ１９の接着ズレなどを有する超音波トランスデューサ１４を的確に排除することができる。そのため、品質のよい超音波トランスデューサ１４のみを確実に製品出荷することができる。また、品質の良い超音波トランスデューサ１４を超音波顕微鏡に装着することにより、画像ボケがない鮮明な超音波像を得ることができる。
【００７２】
（２）本実施の形態の検査装置１では、表示装置５７に超音波Ｓｏのビームスポット形状と超音波トランスデューサ１４の先端部形状の良否判定結果とが表示される。このため、超音波トランスデューサ１４の品質を視覚を通じて容易に確認することができる。
【００７３】
（３）本実施の形態の検査装置１では、超音波トランスデューサ１４がパルス励起され、所定周波数帯域の超音波Ｓｏが参照板７に照射される。そして、その応答として得られる反射波のデータが二次元のフーリエ空間で解析される。具体的には、参照板７の超音波像データが二次元フーリエ変換されるとともに、参照板７の光学像データが二次元フーリエ変換され、それら変換結果が比較される。そして、その比較結果を逆フーリエ変換することにより、周波数に依存したビームスポット形状のデータを求めることができる。この場合、複数の周波数におけるビームスポット形状を求めることができ、それらビームスポット形状に基づいて、例えばビーム幅を求めることができる。このように、周波数に応じたビームスポット形状やビーム幅を求めることにより、超音波トランスデューサ１４をより厳密に検査することができる。
【００７４】
（４）本実施の形態の検査装置１では、対物レンズ１２を用いて取得した光学像データがメモリ５４に記憶されるので、その光学像データを用いて複数の超音波トランスデューサ１４のビームスポット形状を求めることができる。このようにすれば、超音波トランスデューサ１４の検査毎に光学像データを取得する必要がなく、検査を効率よく行うことができる。
【００７５】
（５）本実施の形態の検査装置１は、光学顕微鏡用の対物レボルバ４に超音波プローブ１３を装着した構成であるので、光学顕微鏡と超音波顕微鏡とを個別に設ける場合と比較して設置スペースを削減できるとともに、設備コストを抑えることができる。また、対物レンズ１２の光軸Ａ１に対して超音波トランスデューサ１４の音軸Ａ２を確実に合わせることができ、光学像に対応した超音波像を容易に得ることができる。
【００７６】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００７７】
・上記実施の形態において、検査対象となる超音波トランスデューサ１４は、その先端部に高分子系のフィルムセンサ１９を備えるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、図８のように、ＰＺＴなどの圧電セラミックからなる円板状の超音波振動子７１と円柱状の音響レンズ７２とを備える超音波トランスデューサ７３を検査対象としてもよい。この超音波トランスデューサ７３においては、音響レンズ７２の後端面に超音波振動子７１が配置され、音響レンズ７２の先端部に凹面７４が形成されている。また、超音波トランスデューサ７３を収納するプローブ本体７５の基端側に雄ねじ部７６が形成されている。この雄ねじ部７６が対物レボルバ４の第２の雌ねじ穴１１（図４参照）に螺着されることで、上記実施の形態と同様の手法で超音波トランスデューサ７３の検査を行うことができる。
【００７８】
・上記実施の形態では、基準構造物として参照板７を用いたが、その参照板７の代わりに、例えば電子顕微鏡用の金属メッシュ８０（図９参照）を用いることができる。図９の金属メッシュ８０は、例えば、直径３ｍｍ、厚さ２５μｍ、ピッチ１００μｍ、残し（骨部分）３０μｍのサイズを有し、その残し（骨部分）の間に複数の微細な透孔８１が形成されている。金属メッシュ８０を用いる場合、少なくとも１つの透孔８１を含むように超音波Ｓｏの走査範囲が設定される。なお、基準構造物としては、光学的及び音響的に可視化が可能な構造物であればよく、参照板７や金属メッシュ８０のように透孔８，８１が形成されるもの以外に、凹部や凸部が形成される構造物を用いてもよい。
【００７９】
・上記実施の形態において、式（５）の演算をする際に、Ｇ（ωｘ，ωｙ）の高周波成分が小さいと、いわゆる「ゼロ割り」によって演算結果が不安定となる場合がある。この場合、式（５）の演算結果に所定のフィルタ関数（例えば、ガウシアン関数）を乗算することにより、高周波成分を除去したビームスポット形状を求めるように構成してもよい。
【００８０】
・上記実施の形態では、光学像データ及び超音波像データを二次元フーリエ変換して、ビームスポット形状を求めるようにしたが、それ以外の演算方法（例えば、ラプラス変換など）でビームスポット形状を求めてもよい。
【００８１】
・上記実施の形態の検査装置１は、光学像を取得するためにＣＣＤカメラ３３を備えるものであったが、それ以外の撮像装置を備えてもよい。
【００８２】
・上記実施の形態の検査装置１は、光学顕微鏡と超音波顕微鏡の両方の機能を兼ね備える装置であるが、対物レボルバ４、対物レンズ１２、ＣＣＤカメラ３３などの光学顕微鏡の機能を省略してもよい。この場合、検査装置１とは別に設けた光学顕微鏡を用いて参照板７の光学像データを取得し、その光学像データをメモリ５４に記憶する。そして、検査装置１において、超音波Ｓｏを二次元走査して参照板７の超音波像データを取得した後、光学像データをメモリ５４から読み出してそれらデータに基づいて、ビームスポット形状を求める。このようにしても、上記実施の形態と同様に、超音波トランスデューサ１４の品質を検査することができる。
【００８３】
・上記実施の形態では、パソコン６を用いて検査装置１を構成したが、それ以外にワークステーションなどのコンピュータを用いてもよい。また、表示装置５７としては、パソコン６に一体的に設けられるものであったが、パソコン６と別体で設けてもよい。
【００８４】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００８５】
（１）請求項１において、前記基準構造物の光学像データを二次元フーリエ変換するとともに、前記基準構造物の超音波像データを二次元フーリエ変換し、それら変換結果を比較することで前記ビームスポット形状を求めることを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【００８６】
（２）技術的思想（１）において、前記超音波トランスデューサは、パルス励起されることで所定周波数帯域の超音波を照射することを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態の超音波トランスデューサの検査装置を示す概略構成図。
【図２】超音波トランスデューサの検査装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】基準構造物としての参照板を示す平面図。
【図４】超音波プローブを示す要部断面図。
【図５】ビームスポット形状を求めるための説明図。
【図６】ビームスポットの強度分布を示す説明図であって、（ａ）は歪みのない状態を示し、（ｂ）は歪みのある状態を示す。
【図７】超音波トランスデューサを検査するための処理を示すフローチャート。
【図８】別の実施の形態の超音波トランスデューサを示す断面図。
【図９】基準構造物としての金属メッシュを示す平面図。
【図１０】従来の超音波トランスデューサを示す断面図。
【符号の説明】
【００８８】
１…検査装置
３…光学顕微鏡及び超音波顕微鏡として機能する顕微鏡本体
７…基準構造物としての参照板
８…透孔としての貫通孔
１４，７３…超音波トランスデューサ
１８…凹面
１９…圧電素子薄膜としてのフィルムセンサ
５１…形状算出手段及び形状良否判定手段としてのＣＰＵ
６０…光学像データ
６１…超音波像データ
８０…基準構造物としての金属メッシュ
８１…透孔
Ｓｏ…超音波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの検査方法であって、
基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、
求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定するステップと
を含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項２】
前記ビームスポット形状を表示装置に表示するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項３】
前記基準構造物は、前記超音波顕微鏡における被検査物よりも硬質の材料からなり、微細な透孔を有する部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項４】
前記超音波トランスデューサの先端部には直径１ｍｍ以下の凹面が形成されているとともに、前記凹面上には圧電素子薄膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項５】
超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの製造方法であって、
基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、
求められたビームスポット形状の歪曲度が、あらかじめ定められた許容値を超えない場合に、前記超音波トランスデューサの先端部形状が良好であると判定するステップと、
先端部形状が良好であると判定された前記超音波トランスデューサのみを選別するステップと
を含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項６】
光学像データを取得する光学顕微鏡と、
超音波トランスデューサからの超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の超音波像データを取得する超音波顕微鏡と、
基準構造物を前記光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて処理を行うことで、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求める形状算出手段と、
求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定する形状良否判定手段と
を備えたことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置。
【請求項７】
前記形状良否判定手段による良否判定結果と、求められたビームスポット形状とを表示する表示装置をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置。
【請求項１】
超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの検査方法であって、
基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、
求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定するステップと
を含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項２】
前記ビームスポット形状を表示装置に表示するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項３】
前記基準構造物は、前記超音波顕微鏡における被検査物よりも硬質の材料からなり、微細な透孔を有する部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項４】
前記超音波トランスデューサの先端部には直径１ｍｍ以下の凹面が形成されているとともに、前記凹面上には圧電素子薄膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査方法。
【請求項５】
超音波顕微鏡に用いられる超音波トランスデューサの製造方法であって、
基準構造物を光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求めるステップと、
求められたビームスポット形状の歪曲度が、あらかじめ定められた許容値を超えない場合に、前記超音波トランスデューサの先端部形状が良好であると判定するステップと、
先端部形状が良好であると判定された前記超音波トランスデューサのみを選別するステップと
を含むことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項６】
光学像データを取得する光学顕微鏡と、
超音波トランスデューサからの超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の超音波像データを取得する超音波顕微鏡と、
基準構造物を前記光学顕微鏡で観察して得た光学像データと、当該基準構造物を超音波顕微鏡で観察して得た超音波像データとに基づいて処理を行うことで、前記超音波トランスデューサから照射された超音波の焦点域におけるビームスポット形状を求める形状算出手段と、
求められたビームスポット形状の歪曲度に基づいて、前記超音波トランスデューサの先端部形状の良否を判定する形状良否判定手段と
を備えたことを特徴とする超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置。
【請求項７】
前記形状良否判定手段による良否判定結果と、求められたビームスポット形状とを表示する表示装置をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の超音波顕微鏡用超音波トランスデューサの検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１４８４５（Ｐ２００８−１４８４５Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８７２８５（Ｐ２００６−１８７２８５）
【出願日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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