具有至少一個(gè)平衡式直線電機(jī)組件的聲學(xué)顯微成像器件的制作方法

專利名稱：具有至少一個(gè)平衡式直線電機(jī)組件的聲學(xué)顯微成像器件的制作方法
具有至少一個(gè)平衡式直線電機(jī)組件的聲學(xué)顯微成像器件 相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2006年2月7日提交的第60/765， 917號美國臨時(shí)申 請的權(quán)益，通過引用的方式將該申請的內(nèi)容納入本申請，就如同在本 申請中作了充分闡述一樣。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及在使用脈沖超聲能進(jìn)行非破壞性測試和故障分 析的領(lǐng)域中的改進(jìn)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行聲學(xué)顯微成 像("AMI")操作的器件，該器件利用平衡式直線電機(jī)以在至少一個(gè) 方向上移動聲學(xué)換能器。
多個(gè)授權(quán)的專利公開了 AMI器件，所述AMI器件出于非破壞性測 試和故障分析的目的利用了脈沖超聲能。例如，第4, 781, 067號美國 專利公開了一種平衡式掃描機(jī)構(gòu)。在該專利的摘要中，記載到，該專 利中所公開的機(jī)構(gòu)用來沿包括X-Y掃描圖案中X部分的直線路徑來回 地快速驅(qū)動聲學(xué)顯微鏡或其他儀器的換能器。該摘要還記載了，該換 能器安裝在第一滑架上，以及平衡重可以安裝在第二滑架上，每個(gè)滑 架及其上內(nèi)容物的總質(zhì)量相等。該摘要進(jìn)一步記載了，驅(qū)動皮帶連接 到兩個(gè)滑架以沿X軸以大小相等但方向相反的加速度和速度相反地驅(qū) 動它們。常規(guī)的電機(jī)和皮帶輪用來驅(qū)動皮帶。通過引用的方式將該專 利的內(nèi)容納入本申請，就如同在本申請中作了充分闡述一樣。
作為另一個(gè)實(shí)例，2002年3月19日授權(quán)的第6, 357， 136號美國 專利，其名稱為用于處理小零件的掃描聲學(xué)顯微鏡系統(tǒng)以及方法。該 專利的摘要記載了 ，該發(fā)明的使用防止了松散保持的小零件在檢查期 間或在干燥期間從托盤移出。通過引用的方式將該專利的內(nèi)容納入本 申請，就如同在本申請中作了充分闡述一樣。
另一個(gè)實(shí)例是2005年4月19日授權(quán)的第6， 880， 387號美國專利， 其名稱為提供改進(jìn)的信息推導(dǎo)和可視化的聲學(xué)顯微成像方法。該專利 的摘要記載了，推導(dǎo)出樣品的聲學(xué)圖像，并然后獲得一個(gè)或多個(gè)另外的圖像的視覺疊加。通過引用的方式將該專利的內(nèi)容納入本申請，就 如同在本申請中作了充分闡述一樣。
另一個(gè)實(shí)例是2005年5月10日授權(quán)的第6, 890， 302號美國專利， 其名稱為掃描聲學(xué)顯微成像信號的頻域處理。在該專利的摘要中，記 載到，獲得了代表樣品中聲阻抗特征的時(shí)域信號，并然后將其轉(zhuǎn)換到 頻域。該摘要還記載了，可以修改該頻域信號，并然后將其轉(zhuǎn)換回時(shí) 域信號。通過引用的方式將該專利的內(nèi)容納入本申請，就如同在本申 請中作了充分闡述一樣。
另一個(gè)實(shí)例是2005年5月24日授權(quán)的第6， 895， 820號美國專利， 其公開了一種用于捕獲4D聲學(xué)反射信號的聲學(xué)顯微成像方法以及裝 置。該專利的摘要記載了，利用超聲換能器在樣品內(nèi)的三維變化的位 置詢問樣品，其中對于各詢問位置產(chǎn)生聚焦的A-掃描。通過引用的方 式將該專利的內(nèi)容納入本申請，就如同在本申請中作了充分闡述一樣。
另一個(gè)實(shí)例是2006年1月3日授權(quán)的第6，981,417號美國專利， 其公開了 一種用于非矩形邊界區(qū)域的掃描聲學(xué)顯微成像方法以及裝 置。該專利的摘要記載了，命令載物臺系統(tǒng)(stage system)以使得 超聲探針詢問樣品表面上和/或樣品體積內(nèi)的非矩形邊界空間。該專利 還記載了，圖21-29示意性地圖示了可以結(jié)合該專利中所公開的發(fā)明 采用的多種2D和3D掃描模式和技術(shù)。通過引用的方式將該專利的內(nèi) 容納入本申請，就如同在本申請中作了充分闡述一樣。
其他公開了多種AMI器件的專利包括第6， 460, 414號、第
5， 684， 252號、第5， 600， 068號、第4， 866, 986號以及第4, 518， 992
號美國專利。通過引用的方式將這些專利的內(nèi)容納入本申請，就如同 在本申請中作了充分闡述一樣。
許多公布的專利申請公開了多種其他AMI器件。例如，公布的第 20030045768號和第20040048111號美國專利申請，其名稱為"用于 在顯微鏡下操作的超聲探針"。兩個(gè)公布的第169段記栽了，用于"反 射器61"的"前進(jìn)/后退機(jī)構(gòu)"可以用"直線電機(jī)62和開關(guān)63"構(gòu)造。 通過引用的方式將這些公布的內(nèi)容納入本申請，就如同在本申請中作 了充分闡述一樣。
作為另一個(gè)實(shí)例，第20040173024號美國專利公布，其名稱為"用于控溫超聲檢查的方法和裝置，，。該公布記載了，"通過第一位置控
制器134 (諸如受系統(tǒng)計(jì)算機(jī)106控制的直線電機(jī)或步進(jìn)電機(jī))的動 作沿掃描線調(diào)整受檢查的物體130和超聲換能器102的相對位置，該 第一位置控制器134沿軌道136移動該換能器。"通過引用的方式將 該公布的內(nèi)容納入本申請，就如同在本申請中作了充分闡述一樣。
2001年8月，名為Sonix的公司發(fā)布了一篇新聞稿，其描述了該 公司的UHR-2001型號的掃描聲學(xué)顯微鏡。該新聞稿記載了， UHR-2100 顯微鏡包括掃描軸上的0. 5微米的編碼器、更高定位精度的改進(jìn)滾珠 絲杠、直線伺服電機(jī)以及直接耦合到伺服沖頭的換能器。
目前可得到的具有直線電機(jī)的AMI器件，諸如上面描述的那些， 在使用中嚴(yán)重受限。為了在AMI操作中得到有用的數(shù)據(jù)，必須將在換 能器組件加速或減速時(shí)引起的振動保持在一定最大量以下。例如，在 上述器件中使用的直線電機(jī)在加速或減速時(shí)必須經(jīng)受不大于0. 1G。因 此，直線電機(jī)在最高速度僅可以運(yùn)行不超過約40%的時(shí)間。當(dāng)直線電 機(jī)以如此低的效率運(yùn)行時(shí)，掃描具體樣品(例如，集成電路封裝)所 需的時(shí)間必然大大增加，超過電機(jī)以更高額定效率運(yùn)行時(shí)可能的時(shí)間。 當(dāng)在商業(yè)應(yīng)用中AMI器件用來在樣品托盤上進(jìn)行故障分析時(shí)該缺點(diǎn)被 復(fù)合，這導(dǎo)致不期望的成本增加。


本發(fā)明的多個(gè)實(shí)例的目的、特征以及附帶的優(yōu)點(diǎn)將變得完全清楚， 正如當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)它們變得更易理解，在附圖中相同的附圖標(biāo)記 在幾幅視圖中始終表示相同或相似的零件，以及其中
圖l是示出了包含本發(fā)明各方面的掃描聲學(xué)顯微鏡的示意圖2A-2C是圖示本發(fā)明的第一實(shí)施方案的總體示意圖，該第一實(shí) 施方案包括三個(gè)單獨(dú)的平衡式直線電機(jī)組件，其用來在X、 Y和Z方向 上驅(qū)動超聲換能器；
圖2D是圖示其中圖2A-2C示出的超聲換能器可以在各X、 Y和Z 方向上從初始位置移動到外界限(outer limit)的空間的圖3和3A-3B是平衡式直線電機(jī)組件的立體圖，該平衡式直線電 機(jī)組件用來沿X軸移動超聲換能器；圖3C和3D是圖3-3B示出的平衡式直線電機(jī)組件的一部分的近視
圖4A-4C圖示了本發(fā)明的第二實(shí)施方案，在該第二實(shí)施方案中單 獨(dú)的平衡式直線電機(jī)組件用來在X和Y方向上控制超聲換能器的移動， 而常規(guī)步進(jìn)電機(jī)組件用來在Z方向上控制換能器移動；
圖5是本發(fā)明的實(shí)施方案的總體示意圖，在該實(shí)施方案中兩個(gè)超 聲換能器安裝在直線電機(jī)的定子上，以沿由該直線電機(jī)定子限定的X 軸反向移動；以及
圖6是圖示圖形界面如何可以用來限定超聲換能器的移動路徑以 允許進(jìn)行樣品的掃描的總體流程圖。
具體實(shí)施例方式
雖然本發(fā)明容許有多種形式的實(shí)施方案，但是在附圖中示出并且 將在后文描述目前優(yōu)選的實(shí)施方案，同時(shí)應(yīng)理解，本公開內(nèi)容應(yīng)被認(rèn) 為是本發(fā)明的舉例，而不意在將本發(fā)明限制到所示出的具體的實(shí)施方 案。還應(yīng)理解，本說明書的這部分的標(biāo)題，即，"具體實(shí)施方式
"，涉 及美國專利局的要求，并不意味著，也不應(yīng)認(rèn)為限制了本說明書中所 公開的主題。
在本公開內(nèi)容中，詞"一個(gè)"應(yīng)被認(rèn)為包括單數(shù)和復(fù)數(shù)。相反， 在適當(dāng)?shù)那樾蜗拢瑢?fù)數(shù)項(xiàng)目的任何引用應(yīng)包括單數(shù)。
參見圖1，圖示了包含本發(fā)明各方面的掃描聲學(xué)顯微鏡10的示意 圖。如圖1所示，顯微鏡IO適于檢查浸沒在耦合介質(zhì)14中的樣品12 (例如，集成電路封裝)?？梢詥为?dú)檢查樣品12,例如就像在實(shí)驗(yàn)室 應(yīng)用中的情形一樣，或者樣品12例如可以安裝到其他零件的托盤上以 進(jìn)行檢查，這通常是商業(yè)應(yīng)用中的情形。
脈沖發(fā)生器16受運(yùn)動控制器18控制，并且用來激勵(lì)換能器20通 常以10MHz或更低至230MHz或更高范圍內(nèi)的頻率產(chǎn)生超聲能脈沖。圖 1中示出了一個(gè)超聲能脈沖22。通過受控制器18控制的X-Y-Z驅(qū)動器 26由X-Y-Z栽物臺24在X、 Y和Z坐標(biāo)中掃描換能器20。該控制器包 括，例如，存儲在存儲器中的指令集，該指令集使得換能器20相對于 待檢查的樣品在期望的路徑中移動。換能器20適于接收超聲脈沖的反射，該超聲脈沖指向樣品12， 然后被樣品12中具有的聲阻抗特征反射。此反射信號由接收器28以 模擬形式處理，并提供到多通道處理器30。反射信號的數(shù)字化形式可 以存儲在多通道存儲器32中，并且如果需要，可以在顯示器34上示 出。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，多通道存儲器32會存儲例如樣 品12的表面上或樣品12內(nèi)部中多個(gè)三維上變化點(diǎn)的聚焦的A-掃描。
圖2A-2C是圖示本發(fā)明的第一實(shí)施方案的總體示意圖，該第一實(shí) 施方案包括三個(gè)單獨(dú)的平衡式直線電機(jī)組件36、 38和40，其用來在X、 Y和Z方向上移動超聲換能器42。在圖2D中，超聲換能器42的初始 靜止位置示為地點(diǎn)44。直線電機(jī)組件36用來將超聲換能器42沿X軸 從初始地點(diǎn)44驅(qū)動到外界限46。直線電才幾組件38驅(qū)動X軸電才幾組件 36和換能器42，以使得換能器可以沿Y軸從初始地點(diǎn)44移動到外界 限48。類似地，直線電機(jī)組件40用來沿Z軸驅(qū)動X軸電機(jī)組件36、 Y 軸電機(jī)組件38以及超聲換能器42,以使得換能器可以沿Z軸從初始 地點(diǎn)44移動到外界限50。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，Y電機(jī)組件包括兩個(gè)平衡式直線電 機(jī)組件(后文描述)，該兩個(gè)平衡式直線電機(jī)組件連附到例如支撐換能 器的X軸電機(jī)組件的末端。在另一個(gè)實(shí)施方案中，Z軸電機(jī)組件包括 三個(gè)平衡式直線電機(jī)組件，該三個(gè)平衡式直線電機(jī)組件連附到Y(jié)軸電 機(jī)組件的互補(bǔ)部分。然而，應(yīng)理解，可使用平衡式直線電機(jī)組件的任 何構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
通過使用單獨(dú)的平衡式直線電機(jī)組件來控制換能器42相對于樣 品12的移動路徑，換能器可在樣品(例如，螺旋圖案)內(nèi)的任何方向 上非常快速地移動，而不僅僅是在標(biāo)準(zhǔn)的X-Y光柵掃描上。 一個(gè)優(yōu)點(diǎn) 在于，例如，通過使換能器沿整個(gè)待掃描空間或體積中期望路徑行進(jìn) 可以快速檢查在例如醫(yī)療儀器的密封包裝的表面上或空間中的非矩形 邊界區(qū)域。
在Z方向上的速度不太重要的應(yīng)用中，可使用在X和Y方向上驅(qū) 動換能器42的平衡式直線電機(jī)組件，而使用常規(guī)電機(jī)組件在Z方向上 控制換能器移動。類似地，在一個(gè)方向上快速移動是重要的應(yīng)用(例 如，細(xì)長的矩形掃描)中，可使用平衡式直線電機(jī)組件來控制X方向上的移動，而在Y和Z方向上的移動由常規(guī)電機(jī)組件控制，因?yàn)樵谶@ 些方向上的增量運(yùn)動在這樣的應(yīng)用中很小。
圖3和3A-3B是圖2A中示出的直線電機(jī)組件36的立體圖。組件 36包括直線電機(jī)定子54以及滑動安裝在該定子上的直線電機(jī)轉(zhuǎn)子54。 如對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的是，將電流施加到轉(zhuǎn)子54上使 得其沿由定子52限定的軸移動。包括位置傳感器(未示出)以使得控 制器18 (圖1 )知道轉(zhuǎn)子54相對于定子52的位置。適于結(jié)合本發(fā)明 使用的直線電機(jī)、直線軸承以及其他裝置在市場上可買到并在 www, tri logysystems. com上有描述。此種電機(jī)包括，例如,無鐵芯直 線電機(jī)以及具有變動轉(zhuǎn)矩減小能力并能夠獲得例如1米/秒最高速度 的直線電機(jī)。例如，此種電機(jī)能夠使換能器組件在加速或減速期間經(jīng) 受例如最高達(dá)10G的力。
在設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明的平衡式直線電機(jī)組件中，應(yīng)記住的一個(gè)重要 標(biāo)準(zhǔn)是直線電機(jī)的壽命。當(dāng)用太大的力使電機(jī)加速或減速時(shí)，直線電 機(jī)中的電流十分高。因此，可以利用使換能器組件經(jīng)受約5G力的直線 電機(jī)，該約5G的力在運(yùn)行期間產(chǎn)生足夠小的電流量而不會有害地影響 電機(jī)的壽命。
換能器42安裝在通過安裝板58卡緊到轉(zhuǎn)子54的支架56上。兩 個(gè)連接器60和62用來將安裝板58連接到皮帶64。皮帶64圍繞皮帶 輪66、 68、 70和72移動并且與它們接觸。皮帶64也卡緊到連接器 74和76,該連接器支撐平衡重78沿直線軸承80移動。包括柔性支撐 構(gòu)件82以使得可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娺B接(未示出)到換能器42、轉(zhuǎn)子 54以及位置傳感器(未示出)，該位置傳感器用來檢測轉(zhuǎn)子相對于定 子的位置。將位置傳感器信息反饋回到控制器18 (圖1)。圖3C和3D 是圖3-3B示出的平衡式直線電機(jī)組件36的一部分的近視圖。
根據(jù)圖3-3D示出的實(shí)施方案，皮帶64使得平衡重78沿著與換能 器移動的方向相反的方向移動。根據(jù)本發(fā)明，平衡重78以及連接器 74和76的總質(zhì)量大致等于轉(zhuǎn)子54、安裝板58、支架56以及連接器 60和62的總質(zhì)量。在優(yōu)選實(shí)施方案中，總質(zhì)量彼此相等。通過這樣 做，換能器42加速或減速時(shí)產(chǎn)生的力被由平衡重78的加速或減速所 產(chǎn)生的力平衡。因?yàn)閮蓚€(gè)總質(zhì)量朝相反的方向移動，所以產(chǎn)生的力互相抵消。例如，這使得能夠用例如5G的力快速加速或減速換能器42, 因此使得能夠以比用常規(guī)AMI器件得到的速率高得多的速率進(jìn)行高效 掃描操作。
為了進(jìn)一步改進(jìn)AMI器件10的操作和操作精度，可設(shè)計(jì)平衡重 78以使得它的質(zhì)心在Y方向上盡可能地接近換能器42。通過這樣做， 最小化了由平衡重78和換能器42反向移動所生成的旋轉(zhuǎn)力。通過設(shè) 計(jì)將換能器42安裝在直線電機(jī)轉(zhuǎn)子54上的支撐結(jié)構(gòu)以使得所得組件 的質(zhì)心盡可能地接近平衡重78的質(zhì)心，可以更進(jìn)一步增強(qiáng)這種效果。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以使用包括前段中所述的平衡式直線電機(jī)且 利用常規(guī)電機(jī)來產(chǎn)生沿Y和Z軸的移動的AMI器件。此種AMI器件的 使用提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)相對于常規(guī)器件進(jìn)行相同的掃描所花的時(shí)間， 改善了給定掃描區(qū)域的掃描時(shí)間。
為了避免引起可能毀壞掃描數(shù)據(jù)的振動，在現(xiàn)有技術(shù)器件中使用 的換能器受限于加速度的上限值，例如，為G力的幾分之一。因此， 在常規(guī)器件中使用的常規(guī)非平衡式直線電機(jī)能夠在最高掃描速度下運(yùn) 行有限的時(shí)間量，例如，由于現(xiàn)有技術(shù)換能器反復(fù)變換方向所花的顯 著增加的時(shí)間量。由于這個(gè)事實(shí)，即，本發(fā)明包含例如平衡了由換能 器的移動所產(chǎn)生的力的平衡重78,根據(jù)本發(fā)明制造的掃描器可以比現(xiàn) 有技術(shù)換能器快得多地進(jìn)行減速和加速，因此，對于特定的掃描應(yīng)用 可以以最高掃描速度(例如，40英寸/秒)移動約90%的時(shí)間。
圖4A-4C圖示了本發(fā)明的第二實(shí)施方案。根據(jù)該實(shí)施方案，使用 常規(guī)步進(jìn)電機(jī)或類似電機(jī)84來沿Z軸移動換能器86，以及使用平衡 式直線電機(jī)88 (例如，如圖3所示)來沿由該直線電機(jī)的定子(未示 出)限定的X軸移動換能器和Z軸電機(jī)84。在一個(gè)具體實(shí)施方案中， 常規(guī)電機(jī)84安裝在板58 (圖3)上，以使得它可以沿Z軸上下移動支 架56。根據(jù)該實(shí)施方案，單獨(dú)的平衡式直線電機(jī)組件90用來繞Y軸 移動X軸電機(jī)組件88、 Z軸電機(jī)組件84以及換能器86。
參見圖5,示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的高級總體示意圖。 在該實(shí)施方案中，使用附加的換能器而不是平衡重來產(chǎn)生抵消在第一 換能器加速或減速時(shí)產(chǎn)生的力的補(bǔ)償力。在該實(shí)施方案中，安裝了兩 個(gè)換能器94和96以沿直線電機(jī)定子92在中點(diǎn)98與端點(diǎn)100和102之間移動。換能器94和96可操作地耦合到不同的直線電機(jī)轉(zhuǎn)子104 和106。例如，通過向具有相反極性的轉(zhuǎn)子104和106供應(yīng)控制電流， 使得轉(zhuǎn)子104和106沿定子102反向移動。
通過使換能器94和轉(zhuǎn)子104的總質(zhì)量等于換能器96和轉(zhuǎn)子106 的總質(zhì)量，由它們的反向移動所產(chǎn)生的力相互抵消。這使得，例如， 掃描操作以比現(xiàn)有技術(shù)AMI器件中所可能的快得多的速度進(jìn)行。這也 使得，例如，該發(fā)明的掃描能力雙倍于使用一個(gè)換能器的本發(fā)明實(shí)施 方案可能的掃描能力。根據(jù)該另一個(gè)實(shí)施方案，換能器94和96以與 待檢查的兩托盤零件(未示出)操作相關(guān)的方式安裝。
圖6是總體流程圖，其圖示了圖形界面如何可以用來限定超聲換 能器的移動路徑以使得能夠進(jìn)行樣品的掃描。在步驟108，待掃描物 體的圖像被數(shù)字化并饋入發(fā)明的AMI器件的控制系統(tǒng)。在步驟110， 使用標(biāo)準(zhǔn)的圖形界面來在待掃描物體的數(shù)字化圖像上限定一個(gè)用戶選 擇區(qū)域。這使得用戶能夠在待掃描的物體上限定一個(gè)具體區(qū)域。在步 驟112，使用另一個(gè)圖形界面來為待掃描物體上的選擇區(qū)域識別不同 的掃描深度。在步驟114,使用算法來確定換能器相對于待掃描物體 移動的最有效路徑，從而在最少量的時(shí)間里進(jìn)行掃描。在步驟116， 然后進(jìn)行掃描。
一種掃描聲學(xué)顯微鏡，包括超聲換能器；平衡式直線電機(jī)組件， 其包括轉(zhuǎn)子、定子以及平衡重，該換能器安裝在該轉(zhuǎn)子上，該轉(zhuǎn)子和 換能器安裝在該定子上以沿由該定子限定的第一直線路徑移動，該平 衡重安裝為沿平行于該第一直線路徑的第二直線路徑移動，該平衡重 具有與該轉(zhuǎn)子和該換能器的質(zhì)量大致相等的質(zhì)量；電連接到該換能器
和該平衡式直線電機(jī)組件的控制器，該控制器適于使得該轉(zhuǎn)子和換能 器以預(yù)定的移動順序沿該第一直線路徑移動以至少部分詢問樣品；以 及當(dāng)該樣品正被詢問時(shí)，在該轉(zhuǎn)子和換能器正沿該第一直線路徑移動 的同時(shí)，該平衡重適于沿該第二直線路徑移動。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在樣品正被詢問時(shí)，換能器沿一個(gè)或多個(gè)非 直線軌跡行進(jìn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)樣品正被詢問時(shí)，換能器通過耦合介質(zhì) 可操作地耦合到樣品；控制器適于使得超聲換能器朝位于限定在樣品內(nèi)部的給定體積內(nèi)的多個(gè)三維上變化的點(diǎn)中的每一個(gè)發(fā)射聲能脈沖； 換能器對于每個(gè)脈沖具有聚焦點(diǎn)，該聚焦點(diǎn)位于樣品的給定體積內(nèi)、 與三維上變化的點(diǎn)中對應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)相同的地點(diǎn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)樣品正被詢問時(shí)，換能器通過耦合介質(zhì) 可操作地耦合到樣品；該控制器適于使得超聲換能器朝位于限定在樣 品內(nèi)部的給定體積內(nèi)的多個(gè)三維上變化的點(diǎn)中的每一個(gè)發(fā)射聲能脈 沖；換能器對于每個(gè)脈沖具有聚焦點(diǎn)，該聚焦點(diǎn)位于樣品的給定體積 內(nèi)、與三維上變化的點(diǎn)中對應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)相同的地點(diǎn)；控制器進(jìn)一步適 于使得換能器接收對應(yīng)于每個(gè)脈沖的反射信號，每個(gè)反射信號包括樣 品的A-掃描，該A-掃描聚焦在樣品的給定體積內(nèi)、與其對應(yīng)的點(diǎn)上； 所有這些反射信號表示在限定在樣品內(nèi)部的給定體積中呈現(xiàn)的聲阻抗 特征。
根據(jù)本發(fā)明的掃描聲學(xué)顯微鏡可以包括，例如，第二電機(jī)組件(例 如，直線電機(jī)組件或平衡式直線電機(jī)組件)，以至少在垂直于該第一直 線路徑的方向上移動換能器。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，掃描聲學(xué)顯微鏡可以包括第一和 第二直線路徑，其中該第一直線路徑與該第二直線路徑共線。該平衡 重可以通過，例如，第二超聲換能器形成。
該換能器在改變方向時(shí)可以回到該平衡式直線電機(jī)組件的選定速 度，而不引起振動。
根據(jù)本發(fā)明的掃描聲學(xué)顯微鏡可以用來詢問，例如，微電子樣品、 密封包裝或者生物材料。
皮帶和皮帶輪組件可以用來將平衡重連接到該換能器和轉(zhuǎn)子。
掃描聲學(xué)顯微鏡的控制器可以使得該換能器相對于樣品在X-Y光 柵掃描中移動。
在一個(gè)示例性的掃描聲學(xué)顯微鏡中，該第一和第二直線路徑可以 相互間隔，該平衡重的質(zhì)心定位為減小在換能器減速以及變向時(shí)產(chǎn)生 的旋轉(zhuǎn)力的至少一部分。
然后，對于以上描述，應(yīng)意識到，本發(fā)明的零件的最佳尺寸關(guān)系， 包括尺寸、材料、形狀、形式、功能的變化以及操作、裝配和使用的 方式，被視為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是完全顯而易見的，并且意在使所有與附圖中示出的和說明書中描述的內(nèi)容等同的關(guān)系被本發(fā)明所包 含。
因此，上述內(nèi)容被認(rèn)為僅對本發(fā)明的原理起說明作用。另外，由 于對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很容易進(jìn)行多種修改和變化，所以不希望將 本發(fā)明限制到示出的和描述的確切結(jié)構(gòu)和操作，并且因此，可以采取 落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有合適的修改和等效替代。
權(quán)利要求
1. 一種掃描聲學(xué)顯微鏡，包括超聲換能器；平衡式直線電機(jī)組件，包括轉(zhuǎn)子，該換能器安裝在該轉(zhuǎn)子上，定子，該轉(zhuǎn)子和換能器安裝在該定子上以沿由該定子限定的第一直線路徑移動，以及平衡重，安裝該平衡重以沿平行于該第一直線路徑的第二直線路徑移動，該平衡重具有與該轉(zhuǎn)子和該換能器的質(zhì)量大致相等的質(zhì)量；控制器，該控制器電連接到該換能器和該平衡式直線電機(jī)組件，該控制器適于使得該轉(zhuǎn)子和換能器以預(yù)定的移動順序沿該第一直線路徑移動以至少部分詢問樣品；以及當(dāng)該樣品正被詢問時(shí)，在該轉(zhuǎn)子和換能器正沿該第一直線路徑移動的同時(shí)，該平衡重適于沿該第二直線路徑移動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中在該樣品正被詢 問時(shí)，該換能器沿一個(gè)或多個(gè)非直線軌跡行進(jìn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中當(dāng)該樣品正被詢 問時(shí)該換能器通過耦合介質(zhì)可操作地耦合到該樣品，該控制器適于使 得該超聲換能器朝位于限定在該樣品內(nèi)部的給定體積內(nèi)的多個(gè)三維上 變化的點(diǎn)中的每一個(gè)發(fā)射聲能脈沖，該換能器對于每個(gè)脈沖具有聚焦 點(diǎn)，該聚焦點(diǎn)位于該樣品的給定體積內(nèi)、與三維上變化的點(diǎn)中對應(yīng)的 一個(gè)點(diǎn)相同的地點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中當(dāng)該樣品正被詢 問時(shí)該換能器通過耦合介質(zhì)可操作地耦合到該樣品；該控制器適于使 得該超聲換能器朝位于限定在該樣品內(nèi)部的給定體積內(nèi)的多個(gè)三維上 變化的點(diǎn)中的每一個(gè)發(fā)射聲能脈沖；該換能器對于每個(gè)脈沖具有聚焦 點(diǎn)，該聚焦點(diǎn)位于樣品的給定體積內(nèi)、與三維上變化的點(diǎn)中對應(yīng)的一 個(gè)點(diǎn)相同的地點(diǎn)；該控制器進(jìn)一步適于使得該換能器接收對應(yīng)于每個(gè) 脈沖的反射信號，每個(gè)反射信號包括該樣品的A-掃描，該A-掃描聚焦 在樣品的給定體積內(nèi)、與其對應(yīng)的點(diǎn)上；所有這些反射信號表示在限定在該樣品內(nèi)部的給定體積中呈現(xiàn)的聲阻抗特征。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，還包括第二直線電機(jī) 組件以至少在垂直于該第一直線路徑的方向上移動該換能器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，還包括第二平衡式電 機(jī)組件以至少在垂直于該第一直線路徑的方向上移動該換能器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中該第一直線路徑 與該第二直線路徑共線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中該平衡重包括第 二超聲換能器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中該換能器在改變 方向時(shí)可以回到該平衡式直線電機(jī)組件的選定速度，而不引起振動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中該樣品包括微 電子樣品。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，還包括將該平衡重 連接到該換能器和轉(zhuǎn)子的皮帶和皮帶輪組件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中控制器適于使 得該換能器相對于該樣品在X-Y光柵掃描中移動。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中該第一和第二 直線路徑相互間隔，該平衡重的質(zhì)心定位為減小在該換能器減速以及 變向時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力的至少一部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中該樣品包括密 封包裝。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描聲學(xué)顯微鏡，其中該樣品包括生 物材料。
全文摘要
公開了一種掃描聲學(xué)顯微鏡，包括超聲換能器和平衡式直線電機(jī)組件。該平衡式直線電機(jī)組件包括平衡重，該平衡重安裝成沿與該換能器在其上行進(jìn)的第一直線路徑相平行的直線路徑移動。該平衡重具有與該轉(zhuǎn)子和該換能器的質(zhì)量大致相等的質(zhì)量。當(dāng)該掃描聲學(xué)顯微鏡用來詢問樣品時(shí)，在該轉(zhuǎn)子和換能器正沿該第一直線路徑移動的同時(shí)，該平衡重正適于沿該第二直線路徑移動，以使得該換能器能夠加速以及減速而不會產(chǎn)生振動。
文檔編號G10K11/00GK101416236SQ200780012090
公開日2009年4月22日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者L·W·凱斯勒 申請人:索諾斯坎公司