Сканирующий акустический микроскоп Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 

(54) СКАНИРУЮЩИЙ АКУСТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП

Изобретение относится к устройствам для исследования и анализа материалов с по.мощью ультразвуковых колебаний, а именно к акустическим микроскопам. Известен акустический микроскоп, содержащий излучатель ультразвука, акустическую линзу для фокусировки пучка, отраженного от объекта, акустический приемник, выполненный в виде пластины из пьезокварца, помещенной на дне катодной труб ки 1. Недостатком этого микроскопа является низкая разрешающая способность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является сканирующий акустический микроскоп, содержащий передающий акустический элемент, включающий звукопровод с преобразователем объемных продольных волн на одном торце и сферической акустической лин ЗОЙ на другом торце, приемный акустический элемент, жидкостную ячейку в виде капли воды, установленную между передающим и приемным элементами, а также системы сканирования исследуемого объекта и восстановления его изображения на экране электроннолучевой трубки. В мщкроскопе плоская акустическая волна, возбуждаемая преобразователем в звукопроводе передающего элемента, фокусируется акустической линзой. Исследуемый объект сканируется в фокальной плоскости линз. Акустический пучок, прошедщий через объект принимается акустической линзой приемного элемента, причем оптические оси и фокусы обоих линз совпадают, и детектируется приемным преобразователем, аналогичным передающему. Полученным сигналом модулируют ток луча запоминающей электроннолучевой трубки, причем движение луча по горизонтали и вертикали засинхронизировано со сканированием исследуемого объекта. При этом на экране электроннолучевой трубки возникает видимое изображение исследуемого объекта в увеличенном масщтабе. Данная модификация сканирующего акустического микроскопа позволяет увеличить разрещающую способность. За счет предварительной фокусировки исследуемый объект облучается узким ультразвуковым пучком, что позволяет получать изображение деталей объекта, сравнимых размерами с длиной волны. Возможно значительное увеличение рабочей частоты (вплоть до ЗГГц). Обеспечивается возможность работы как в режиме прохождения, так и отражения 2. Недостатками этого сканирующего акустического микроскопа являются сложность конструкции, а также плохая контрастность изображения за счет больших потерь на прохождение в жидкостной ячейке и необходимости радиочастотной обработки принятого сигнала. Цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение контрастности изображения. Поставленная цель достигается те.м, что в сканирующем акустическом микроскопе, содержащем передающий акустический элемент, включающий звукопровод с преобразователем объемных продольных волн на одном торце и сферической акустической линзой на другом торце, приемный акустический элемент, жидкостную ячейку, установленную между передающим и приемным элементом, а также системы сканирования исследуемого объекта и восстановления его изображения на экране электроннолучевой трубки, приемный элемент выполнен в виде стержня из пьезополупроводникового материала с плоским приемным торцом и скощенным противоположным торцом. Иа чертеже схематически изображен сканирующий акустический микроскоп, работающий на прохождение. Он содержит радиочастотный генератор 1, пьезоэлектрический преобразователь 2, звукопровод 3, акустическую линзу 4, жидкостную ячейку 5, исследуемый объект 6, приемный акустический элемент 7 с держателем 8, держатель 9 объекта, который приводится в движение устройством 10 механического сканирования. Электрический сигнал с приемного акустического элемента модулирует по яркости луч запоминающей электроннолучевой трубки 11. Движение луча на экране электроннолучевой трубки по горизонтали и вертикали засинхронизировано с соответствующими перемещениями объекта во взаимно перпендикулярных направлениях. Источник 12 напряжений используют для питания устройства механического сканирования, а также для развертки или синхронизации луча электроннолучевой трубки. Устройство работает следующим образом. Сканирующий акустический микроскоп содержит в качестве передающего акустического элемента звукопровод из плавленного кварца с пьезоэлектрическим преобразователем из LiNBOj на одном торце и сферической акустической линзой на другом торце. Сигнал с генератора 1 с амплитудной модуляцией после усиления усилителем возбуждает пьезопреобразователь 2 на третьей гармонике основной частоты. В фокальной плоскости линзы 3 сканируется исследуемый объект 6. Быстрое движение осуществляется с помощью электромагнита, медленное- с помощью электродвигателя устройством 10. Приемным элементом является стержень 7 из пьезополупроводникового материала, например CdS. Приемный конец стержня 7 плоский и отполирован по 12 классу чистоты поверхности. Второй конец стержня скоще.н для устранения нежелательных отражений ультразвука, приводящих к уменьшению чувствительности. Принятый сигнал усиливается резонансным усилителем и подается на вход электроннолучевой трубки запо.минающего осциллографа. Горизонтальная развертка осциллографа синхронизирована с быстрым движением объекта, а вертикальная осуществляется с помощью потенциометра, кинематически связанного с приводом медленного движения объекта. Предлагаемая конструкция обеспечивает следующие преимущества. Форма прие.много элемента (плоский торец) позволяет уменьшить расстояние между исследуемым объектом и приемным элементом, что приводит к уменьшению потерь на прохождение в жидкостной ячейке почти вдвое. Кроме того, отпадает необходимость точной установки приемного и передающего элементов друг относительно друга, вследствие нефазочувствительности приемного элемента. Применение приемного элемента из пьезополупроБодникового материала увеличивает контрастность получаемых изображений, поскольку отклик такого элемента зависит от интенсивности ультразвукового пучка, а не от квадратного корня этой интенсивности. Формула изобретения Сканирующий акустический микроскоп, содержащий передающий акустический элемент, включающий звукопровод с преобразователем продольных объемных волн на одном торце и сферической акустической линзой на другом торце, приемный акустический элемент, жидкостную ячейку, установленную между передающим и приемным элементами, а также системы сканирования исследуемого объекта и восстановления его изображения на экране электроннолучевой трубки, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения контрастности изображений, приемный элемент выполнен в виде стержня из пьезополупроводникового материала с плоским приемным торцом и скощенным противоположным торцом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 79219, кл. G 01 N 29/00, 1947. 2.Патент США № 4028933, кл. 73-67.6, 1975 (прототип). /-У Г:/