JP2003169802A - 超音波用探触子及びそれを用いた超音波診断装置 - Google Patents
超音波用探触子及びそれを用いた超音波診断装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多数の微細素子への電気的配線の必要がな
く、クロストークや電気的インピーダンスの増大を招か
ずに超音波信号を２次元的に検出することができ、且
つ、超音波の送信機能を備えた超音波用探触子等を低コ
ストで提供する。 【解決手段】 この超音波用探触子１は、超音波を受信
するための受信面を有し、該受信面の各位置に印加され
る超音波に基づいて光を変調する超音波検出素子２０
と、超音波を送信する超音波送信素子１０とを具備す
る。
く、クロストークや電気的インピーダンスの増大を招か
ずに超音波信号を２次元的に検出することができ、且
つ、超音波の送信機能を備えた超音波用探触子等を低コ
ストで提供する。 【解決手段】 この超音波用探触子１は、超音波を受信
するための受信面を有し、該受信面の各位置に印加され
る超音波に基づいて光を変調する超音波検出素子２０
と、超音波を送信する超音波送信素子１０とを具備す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を送受信す
る超音波用探触子に関し、さらに、そのような超音波用
探触子を用いて超音波を送受信することにより医療診断
を行うための超音波診断装置に関する。
る超音波用探触子に関し、さらに、そのような超音波用
探触子を用いて超音波を送受信することにより医療診断
を行うための超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波診断装置においては、超音
波の送信手段及び受信手段には同じ方式を用いており、
超音波の送信及び受信を行う素子（振動子）としては、
ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラ
ミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙ
ｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素
子を用いた１次元センサアレイが一般的であった。さら
に、そのような１次元センサアレイをスキャンさせるこ
とにより２次元画像を取得し、複数の２次元画像を合成
することにより３次元画像を得ていた。
波の送信手段及び受信手段には同じ方式を用いており、
超音波の送信及び受信を行う素子（振動子）としては、
ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラ
ミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙ
ｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素
子を用いた１次元センサアレイが一般的であった。さら
に、そのような１次元センサアレイをスキャンさせるこ
とにより２次元画像を取得し、複数の２次元画像を合成
することにより３次元画像を得ていた。
【０００３】しかしながら、この手法によれば、１次元
センサアレイのスキャン方向にタイムラグがあるため、
異なる時刻における断面像を合成することになるので、
合成画像がぼけたものとなってしまう。従って、超音波
診断装置を用いて超音波エコー観察等を行う場合のよう
に、生体を対象とする被写体には適していない。
センサアレイのスキャン方向にタイムラグがあるため、
異なる時刻における断面像を合成することになるので、
合成画像がぼけたものとなってしまう。従って、超音波
診断装置を用いて超音波エコー観察等を行う場合のよう
に、生体を対象とする被写体には適していない。
【０００４】超音波を用いて高品位な３次元画像を取得
するためには、センサアレイをスキャンさせることなく
２次元画像を取得できる２次元センサアレイが必要であ
る。このため、上記ＰＺＴやＰＶＤＦを用いて２次元セ
ンサアレイを作製する手法が検討された。上記ＰＺＴや
ＰＶＤＦを用いる場合には、素子の微細加工と、多数の
微細素子への配線が必要であり、現状以上の微細化と素
子集積は困難である。また、それらが解決されたとして
も、素子間のクロストークが増大したり、微細配線によ
る電気的インピーダンスの上昇によりＳＮ比が劣化した
り、微細素子の電極部が破壊し易くなるといった問題が
あるので、ＰＺＴやＰＶＤＦを用いた２次元センサアレ
イの実現は困難である。
するためには、センサアレイをスキャンさせることなく
２次元画像を取得できる２次元センサアレイが必要であ
る。このため、上記ＰＺＴやＰＶＤＦを用いて２次元セ
ンサアレイを作製する手法が検討された。上記ＰＺＴや
ＰＶＤＦを用いる場合には、素子の微細加工と、多数の
微細素子への配線が必要であり、現状以上の微細化と素
子集積は困難である。また、それらが解決されたとして
も、素子間のクロストークが増大したり、微細配線によ
る電気的インピーダンスの上昇によりＳＮ比が劣化した
り、微細素子の電極部が破壊し易くなるといった問題が
あるので、ＰＺＴやＰＶＤＦを用いた２次元センサアレ
イの実現は困難である。
【０００５】一方、ＰＺＴのような圧電材料を用いない
超音波センサとして、光ファイバを利用し、超音波信号
を光信号に変換して検出する方式（以下、光検出方式と
いう）のセンサも知られている。このような光検出方式
の超音波センサとして、ファイバブラッググレーティン
グ（ＦＢＧと略称）を用いるもの（防衛大のＴＡＫＡＨ
ＡＳＨＩらによる「Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇ
ｇ Ｇｒａｔｉｎｇ」ＯＰＴＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ
Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．６ （１９９７）ｐ．６９１−６９
４参照）や、ファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）
構造を用いるもの（東工大のＵＮＯらによる「Ｆａｂｒ
ｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏ
ｆ ａＦｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｂ
ｅ ｆｏｒ Ｍｅｇａｈｅｒｔｚ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉ
ｃ Ｆｉｅｌｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」Ｔ．ＩＥ
Ｅ Ｊａｐａｎ， Ｖｏｌ．１１８−Ｅ，Ｎｏ．１
１，’９８参照）が報告されている。
超音波センサとして、光ファイバを利用し、超音波信号
を光信号に変換して検出する方式（以下、光検出方式と
いう）のセンサも知られている。このような光検出方式
の超音波センサとして、ファイバブラッググレーティン
グ（ＦＢＧと略称）を用いるもの（防衛大のＴＡＫＡＨ
ＡＳＨＩらによる「Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇ
ｇ Ｇｒａｔｉｎｇ」ＯＰＴＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ
Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．６ （１９９７）ｐ．６９１−６９
４参照）や、ファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）
構造を用いるもの（東工大のＵＮＯらによる「Ｆａｂｒ
ｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏ
ｆ ａＦｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｂ
ｅ ｆｏｒ Ｍｅｇａｈｅｒｔｚ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉ
ｃ Ｆｉｅｌｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」Ｔ．ＩＥ
Ｅ Ｊａｐａｎ， Ｖｏｌ．１１８−Ｅ，Ｎｏ．１
１，’９８参照）が報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の超音波センサを用いて２次元センサアレイを作製する
と、多数の微細素子への電気的配線が不要で、且つ、良
好な感度が得られるという利点はあるものの、センサ自
体が高価であるため、２次元センサアレイやそれを用い
た超音波用探触子を作製する際のコストが上昇してしま
うという問題があった。また、光検出方式のセンサは、
超音波の送信機能を持たないため、送信機能を備えるこ
とが必要である。
の超音波センサを用いて２次元センサアレイを作製する
と、多数の微細素子への電気的配線が不要で、且つ、良
好な感度が得られるという利点はあるものの、センサ自
体が高価であるため、２次元センサアレイやそれを用い
た超音波用探触子を作製する際のコストが上昇してしま
うという問題があった。また、光検出方式のセンサは、
超音波の送信機能を持たないため、送信機能を備えるこ
とが必要である。
【０００７】そこで、上記の点に鑑み、本発明は、多数
の微細素子への電気的配線の必要がなく、クロストーク
や電気的インピーダンスの増大を招かずに超音波信号を
２次元的に検出することができ、且つ、超音波の送信機
能を備えた超音波用探触子を低コストで提供することを
目的とする。さらに、本発明は、そのような超音波用探
触子を適用して２次元又は３次元の超音波画像を得るこ
とができる超音波診断装置を提供することを目的とす
る。
の微細素子への電気的配線の必要がなく、クロストーク
や電気的インピーダンスの増大を招かずに超音波信号を
２次元的に検出することができ、且つ、超音波の送信機
能を備えた超音波用探触子を低コストで提供することを
目的とする。さらに、本発明は、そのような超音波用探
触子を適用して２次元又は３次元の超音波画像を得るこ
とができる超音波診断装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る超音波用探触子は、超音波を受信する
ための受信面を有し、該受信面の各位置に印加される超
音波に基づいて光を変調する超音波検出素子と、超音波
を送信する超音波送信素子とを具備する。
め、本発明に係る超音波用探触子は、超音波を受信する
ための受信面を有し、該受信面の各位置に印加される超
音波に基づいて光を変調する超音波検出素子と、超音波
を送信する超音波送信素子とを具備する。
【０００９】また、本発明に係る超音波診断装置は、超
音波を受信するための受信面を有し、該受信面の各位置
に印加される超音波に基づいて光を変調する超音波検出
素子と、駆動信号に従って超音波を送信する超音波送信
素子とを含む超音波用探触子と、超音波送信素子に印加
する駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、複数の画
素を有する光検出器であって、超音波検出素子の対応す
る位置から出力される光を検出して検出信号を出力する
光検出器と、光検出器から出力される検出信号を取り込
んで処理する信号処理手段と、駆動信号の発生タイミン
グ及び検出信号の取込みタイミングを制御する制御手段
と、信号処理手段の出力信号に基づいて画像データを構
成する画像処理部と、画像データに基づいて画像を表示
する画像表示部とを具備する。
音波を受信するための受信面を有し、該受信面の各位置
に印加される超音波に基づいて光を変調する超音波検出
素子と、駆動信号に従って超音波を送信する超音波送信
素子とを含む超音波用探触子と、超音波送信素子に印加
する駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、複数の画
素を有する光検出器であって、超音波検出素子の対応す
る位置から出力される光を検出して検出信号を出力する
光検出器と、光検出器から出力される検出信号を取り込
んで処理する信号処理手段と、駆動信号の発生タイミン
グ及び検出信号の取込みタイミングを制御する制御手段
と、信号処理手段の出力信号に基づいて画像データを構
成する画像処理部と、画像データに基づいて画像を表示
する画像表示部とを具備する。
【００１０】本発明によれば、受信面の各位置に印加さ
れる超音波に基づいて光を変調する超音波検出素子の周
囲又は内部に超音波送信素子を配置することにより、ク
ロストークや電気的インピーダンスの増大を招かずに超
音波信号を２次元的に検出することができ、且つ、超音
波の送信機能を備えた超音波用探触子を、低コストで作
製することができる。従って、そのような超音波用探触
子を用いて良質な２次元又は３次元の超音波画像を得る
ことができる超音波診断装置を実現できる。
れる超音波に基づいて光を変調する超音波検出素子の周
囲又は内部に超音波送信素子を配置することにより、ク
ロストークや電気的インピーダンスの増大を招かずに超
音波信号を２次元的に検出することができ、且つ、超音
波の送信機能を備えた超音波用探触子を、低コストで作
製することができる。従って、そのような超音波用探触
子を用いて良質な２次元又は３次元の超音波画像を得る
ことができる超音波診断装置を実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構
成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
まず、本発明の第１の実施形態に係る超音波用探触子に
ついて説明する。本発明の第１の実施形態に係る超音波
用探触子においては、複数の超音波送信素子が、超音波
検出素子の受信面の周囲に配置されている。
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構
成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
まず、本発明の第１の実施形態に係る超音波用探触子に
ついて説明する。本発明の第１の実施形態に係る超音波
用探触子においては、複数の超音波送信素子が、超音波
検出素子の受信面の周囲に配置されている。
【００１２】図１は、本発明の第１の実施形態に係る超
音波用探触子の構造を示す図であり、（ａ）はハウジン
グ内の正面図、（ｂ）はハウジング内の平面図である。
図１に示すように、超音波用探触子１のハウジング２内
に、超音波送信素子１０及び電極１１、１２を含む複数
の超音波送信部４０と、超音波検出素子２０及び光ファ
イバ２３を含む超音波検出部５０とが収納されている。
光ファイバ２３は、光源から光を入射し、超音波検出素
子２０によって変調された光を光検出器に出射するため
に用いられる。
音波用探触子の構造を示す図であり、（ａ）はハウジン
グ内の正面図、（ｂ）はハウジング内の平面図である。
図１に示すように、超音波用探触子１のハウジング２内
に、超音波送信素子１０及び電極１１、１２を含む複数
の超音波送信部４０と、超音波検出素子２０及び光ファ
イバ２３を含む超音波検出部５０とが収納されている。
光ファイバ２３は、光源から光を入射し、超音波検出素
子２０によって変調された光を光検出器に出射するため
に用いられる。
【００１３】超音波送信部４０において、超音波送信素
子１０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表され
る圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデ
ン：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の
高分子圧電素子のような圧電性を有する材料（圧電素
子）等によって構成される。このような圧電素子にパル
ス状あるいは連続波の電圧（駆動信号）を印加すると、
圧電素子は微少な機械的振動を生じる。この機械的振動
により、パルス状あるいは連続波の超音波が発生し、伝
播媒質中を超音波ビームとして伝わる。電極１１、１２
は、超音波送信素子１０に駆動信号を印加するために用
いられる。
子１０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表され
る圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデ
ン：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の
高分子圧電素子のような圧電性を有する材料（圧電素
子）等によって構成される。このような圧電素子にパル
ス状あるいは連続波の電圧（駆動信号）を印加すると、
圧電素子は微少な機械的振動を生じる。この機械的振動
により、パルス状あるいは連続波の超音波が発生し、伝
播媒質中を超音波ビームとして伝わる。電極１１、１２
は、超音波送信素子１０に駆動信号を印加するために用
いられる。
【００１４】超音波送信素子１０及び超音波検出素子２
０とハウジング２との間には、音響インピーダンスの整
合を図るために音響整合層３を設けることが望ましい。
音響整合層３は、超音波を伝え易いパイレックスガラス
(パイレックスは登録商標)や金属粉入りエポキシ樹脂等
により構成することができる。また、ハウジング２の表
面には、超音波送信素子１０や超音波検出素子２０を保
護することも兼ねて、シリコンゴム等の音響レンズ材４
を設けることが望ましい。さらに、隣接する超音波送信
素子１０の間は、超音波のクロストークを低減させるた
めに、吸音材５で満たすことが望ましい。吸音材５とし
ては、金属粉入りエポキシ樹脂や、フェライト粉入りゴ
ム等が適している。なお、ハウジング２内は、超音波送
信素子１０及び超音波検出素子２０が設けられた部分の
近傍を除き、樹脂６で固められている。
０とハウジング２との間には、音響インピーダンスの整
合を図るために音響整合層３を設けることが望ましい。
音響整合層３は、超音波を伝え易いパイレックスガラス
(パイレックスは登録商標)や金属粉入りエポキシ樹脂等
により構成することができる。また、ハウジング２の表
面には、超音波送信素子１０や超音波検出素子２０を保
護することも兼ねて、シリコンゴム等の音響レンズ材４
を設けることが望ましい。さらに、隣接する超音波送信
素子１０の間は、超音波のクロストークを低減させるた
めに、吸音材５で満たすことが望ましい。吸音材５とし
ては、金属粉入りエポキシ樹脂や、フェライト粉入りゴ
ム等が適している。なお、ハウジング２内は、超音波送
信素子１０及び超音波検出素子２０が設けられた部分の
近傍を除き、樹脂６で固められている。
【００１５】ここで、図２を参照しながら、超音波検出
部５０における超音波検出素子２０の構造及び超音波の
検出原理について詳しく説明する。本実施形態において
は、超音波検出素子２０として多層膜センサを用いてい
る。図２に示す超音波検出素子（多層膜センサ）２０に
おいて、基板２１は、超音波が印加されると歪みを生じ
る膜状の基板であり、例えば、直径２ｃｍ程度の円か、
それ以上の面積を有している。基板２１には、異なる屈
折率を有する２種類の材料層を交互に積層することによ
り、ブラッググレーティング構造を有する多層膜２２が
形成されている。図２においては、屈折率ｎ1を有する
材料層Ａと、屈折率ｎ2を有する材料層Ｂとが示されて
いる。
部５０における超音波検出素子２０の構造及び超音波の
検出原理について詳しく説明する。本実施形態において
は、超音波検出素子２０として多層膜センサを用いてい
る。図２に示す超音波検出素子（多層膜センサ）２０に
おいて、基板２１は、超音波が印加されると歪みを生じ
る膜状の基板であり、例えば、直径２ｃｍ程度の円か、
それ以上の面積を有している。基板２１には、異なる屈
折率を有する２種類の材料層を交互に積層することによ
り、ブラッググレーティング構造を有する多層膜２２が
形成されている。図２においては、屈折率ｎ1を有する
材料層Ａと、屈折率ｎ2を有する材料層Ｂとが示されて
いる。
【００１６】多層膜２２の周期構造のピッチ（間隔）を
ｄとし、入射光の波長をλとすると、ブラッグの反射条
件は次の式で表される。ただし、ｍは任意の整数であ
る。 ２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ ・・・（１） ここで、θは入射面から測った入射角であり、θ＝π／
２とすると次の式のようになる。 ２ｄ＝ｍλ ・・・（２） ブラッググレーティングは、ブラッグの反射条件を満た
す特定の波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光
を透過させる。
ｄとし、入射光の波長をλとすると、ブラッグの反射条
件は次の式で表される。ただし、ｍは任意の整数であ
る。 ２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ ・・・（１） ここで、θは入射面から測った入射角であり、θ＝π／
２とすると次の式のようになる。 ２ｄ＝ｍλ ・・・（２） ブラッググレーティングは、ブラッグの反射条件を満た
す特定の波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光
を透過させる。
【００１７】超音波検出素子２０に超音波を伝搬させる
と、超音波の伝搬に伴い基板２１及び多層膜２２が歪
み、多層膜２２の面の各位置において周期構造のピッチ
ｄが変化するので、選択的に反射される光の波長λが変
化する。ブラッググレーティングの反射特性において
は、最も反射率の高い（透過率の低い）中心波長の前後
に反射率の変化する傾斜領域があり、この傾斜領域にお
いて中心波長を有する検出光を多層膜２２に入射させな
がら超音波を加える。すると、受信面の各位置における
超音波の強さに応じた反射光の強度変化を観測できる。
この光の強度変化を超音波の強度に換算することによ
り、超音波の２次元強度分布情報を取得できる。
と、超音波の伝搬に伴い基板２１及び多層膜２２が歪
み、多層膜２２の面の各位置において周期構造のピッチ
ｄが変化するので、選択的に反射される光の波長λが変
化する。ブラッググレーティングの反射特性において
は、最も反射率の高い（透過率の低い）中心波長の前後
に反射率の変化する傾斜領域があり、この傾斜領域にお
いて中心波長を有する検出光を多層膜２２に入射させな
がら超音波を加える。すると、受信面の各位置における
超音波の強さに応じた反射光の強度変化を観測できる。
この光の強度変化を超音波の強度に換算することによ
り、超音波の２次元強度分布情報を取得できる。
【００１８】基板２１の材料としては、石英ガラス（Ｓ
ｉＯ2）やＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス
等が用いられる。また、材料層Ａ及びＢに用いられる物
質としては、屈折率が互いに１０％以上異なる物質の組
み合わせが望ましい。即ち、ｎ1＜ｎ2のとき、ｎ1×
１．１≦ｎ2を満たす物質を選択する。これは、材料層
Ａと材料層Ｂとの境界面において、高い反射率を得るた
めである。また、材料層Ａ及びＢは、伸縮しやすい物質
であることが望ましい。これは、超音波が印加された際
の歪み量を増大し、結果的にシステムの感度を高めるた
めである。このような条件を満たす物質としては、例え
ば、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸化チタン（Ｔｉ2Ｏ3）
との組み合わせが挙げられる。１５２０ｎｍのレーザ光
に対するＳｉＯ2の屈折率は約１．４５、Ｔｉ2Ｏ3の屈
折率は約２．０であり、これは、屈折率が１０％以上異
なるという上記の条件を十分に満たしている。これ以外
には、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ
5）との組み合わせ等を用いることができる。
ｉＯ2）やＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス
等が用いられる。また、材料層Ａ及びＢに用いられる物
質としては、屈折率が互いに１０％以上異なる物質の組
み合わせが望ましい。即ち、ｎ1＜ｎ2のとき、ｎ1×
１．１≦ｎ2を満たす物質を選択する。これは、材料層
Ａと材料層Ｂとの境界面において、高い反射率を得るた
めである。また、材料層Ａ及びＢは、伸縮しやすい物質
であることが望ましい。これは、超音波が印加された際
の歪み量を増大し、結果的にシステムの感度を高めるた
めである。このような条件を満たす物質としては、例え
ば、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸化チタン（Ｔｉ2Ｏ3）
との組み合わせが挙げられる。１５２０ｎｍのレーザ光
に対するＳｉＯ2の屈折率は約１．４５、Ｔｉ2Ｏ3の屈
折率は約２．０であり、これは、屈折率が１０％以上異
なるという上記の条件を十分に満たしている。これ以外
には、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ
5）との組み合わせ等を用いることができる。
【００１９】材料層Ａ及びＢの層厚（膜厚）は、多層膜
２２に入射する光の波長λの概ね１／４程度であること
が望ましい。ここで、膜厚とは、材料層の屈折率（ｎ）
と材料層の厚さ（ｔ）との積で表される光学距離であ
る。即ち、ｎｔ＝λ／４が条件となる。これにより、多
層膜２２の周期構造のピッチが入射光の波長の概ね１／
２程度となり、ブラッグの反射条件の式（２）を満たす
波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光を透過さ
せるようになる。また、層厚が概ねλ／４である材料層
Ａ及びＢを含む多層膜の所々に、層厚が概ねλ／２であ
る材料層Ａ又はＢを含むようにしても良い。
２２に入射する光の波長λの概ね１／４程度であること
が望ましい。ここで、膜厚とは、材料層の屈折率（ｎ）
と材料層の厚さ（ｔ）との積で表される光学距離であ
る。即ち、ｎｔ＝λ／４が条件となる。これにより、多
層膜２２の周期構造のピッチが入射光の波長の概ね１／
２程度となり、ブラッグの反射条件の式（２）を満たす
波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光を透過さ
せるようになる。また、層厚が概ねλ／４である材料層
Ａ及びＢを含む多層膜の所々に、層厚が概ねλ／２であ
る材料層Ａ又はＢを含むようにしても良い。
【００２０】このような材料層Ａ及びＢが、基板２１上
に、真空蒸着やスパッタリング等の方法によって多層
（例えば、各１００層）形成されている。ここで、基板
にＳｉＯ2、材料層にＳｉＯ2及びＴｉ2Ｏ3を用いて、そ
れぞれ１００層ずつ、計２００層として作製した多層膜
センサを用い、レーザ光を入射するシミュレーションを
行ったところ、次のような結果が得られた。即ち、入射
光の波長の変化に対する反射率の傾斜は、反射率２５％
において、２．８ｄＢ／０．０１ｎｍであった。このよ
うに、多層膜２２の層数を増やすことにより、反射率が
高くなると共に、波長の変化に対して反射率は急峻な変
化を示すようになり、超音波検出素子２０の感度を上げ
ることができる。
に、真空蒸着やスパッタリング等の方法によって多層
（例えば、各１００層）形成されている。ここで、基板
にＳｉＯ2、材料層にＳｉＯ2及びＴｉ2Ｏ3を用いて、そ
れぞれ１００層ずつ、計２００層として作製した多層膜
センサを用い、レーザ光を入射するシミュレーションを
行ったところ、次のような結果が得られた。即ち、入射
光の波長の変化に対する反射率の傾斜は、反射率２５％
において、２．８ｄＢ／０．０１ｎｍであった。このよ
うに、多層膜２２の層数を増やすことにより、反射率が
高くなると共に、波長の変化に対して反射率は急峻な変
化を示すようになり、超音波検出素子２０の感度を上げ
ることができる。
【００２１】ところで、図２に示す多層膜センサ２０に
おいては、超音波有感部である多層膜２２の厚さ、即
ち、ブラッググレーティング部の長さを、ブラッググレ
ーティング部における超音波波長λSの長さよりも短く
することが望ましく、さらには、多層膜２２の厚さを、
ブラッググレーティング部における超音波波長λSの長
さの概略３／４以下にすることが望ましい。ここで、ブ
ラッググレーティング部における超音波波長λSは、下
記の（３）式によって表される。 （超音波波長λS）＝（ブラッググレーティング部における音速） ／（超音波の周波数） ・・・（３ ）
おいては、超音波有感部である多層膜２２の厚さ、即
ち、ブラッググレーティング部の長さを、ブラッググレ
ーティング部における超音波波長λSの長さよりも短く
することが望ましく、さらには、多層膜２２の厚さを、
ブラッググレーティング部における超音波波長λSの長
さの概略３／４以下にすることが望ましい。ここで、ブ
ラッググレーティング部における超音波波長λSは、下
記の（３）式によって表される。 （超音波波長λS）＝（ブラッググレーティング部における音速） ／（超音波の周波数） ・・・（３ ）
【００２２】このようにブラッググレーティング部の長
さを限定する理由は、次の通りである。即ち、ブラッグ
グレーティング部の長さがブラッググレーティング部に
おける超音波波長λSの概略３／４より大きい場合に
は、検出された波形が実際に受信した超音波の波形と比
較して低周波側に歪むと共に、センサの感度が低くなっ
てしまうからである。これは、超音波がブラッググレー
ティング部を伝搬する過程で、ブラッググレーティング
部内に伸び縮みの位相が反転する部分が生じてしまい、
センサ部全体としてみた場合に、伸び縮みの位相が相殺
されてしまうからと考えられる。
さを限定する理由は、次の通りである。即ち、ブラッグ
グレーティング部の長さがブラッググレーティング部に
おける超音波波長λSの概略３／４より大きい場合に
は、検出された波形が実際に受信した超音波の波形と比
較して低周波側に歪むと共に、センサの感度が低くなっ
てしまうからである。これは、超音波がブラッググレー
ティング部を伝搬する過程で、ブラッググレーティング
部内に伸び縮みの位相が反転する部分が生じてしまい、
センサ部全体としてみた場合に、伸び縮みの位相が相殺
されてしまうからと考えられる。
【００２３】このような現象を避けるためには、ブラッ
ググレーティング部の長さをブラッググレーティング部
における超音波波長よりも短くすることが必要であり、
望ましくは超音波波長の概略３／４以下、さらに望まし
くは半分程度とすれば良い。例えば、図３の（ａ）及び
（ｂ）は、センサ長３／４λS及びセンサ長３／２λSを
有する２種類のブラッググレーティングに、周波数帯域
３．５ＭＨｚの超音波を印加したときに、それぞれのセ
ンサから出力された検出信号の波形を示している。図３
の（ａ）に示すように、センサ長が３／４λSの場合に
は、印加される超音波に応じて検出信号の振幅が観測さ
れた。これに対して、図３の（ｂ）に示すように、セン
サ長が３／２λSの場合には、検出信号の振幅の変化は
ほとんど観測されなかった。このように、ブラッググレ
ーティング構造を有する超音波有感部においては、セン
サ長が長くなると、センサの感度が著しく悪化してしま
う。
ググレーティング部の長さをブラッググレーティング部
における超音波波長よりも短くすることが必要であり、
望ましくは超音波波長の概略３／４以下、さらに望まし
くは半分程度とすれば良い。例えば、図３の（ａ）及び
（ｂ）は、センサ長３／４λS及びセンサ長３／２λSを
有する２種類のブラッググレーティングに、周波数帯域
３．５ＭＨｚの超音波を印加したときに、それぞれのセ
ンサから出力された検出信号の波形を示している。図３
の（ａ）に示すように、センサ長が３／４λSの場合に
は、印加される超音波に応じて検出信号の振幅が観測さ
れた。これに対して、図３の（ｂ）に示すように、セン
サ長が３／２λSの場合には、検出信号の振幅の変化は
ほとんど観測されなかった。このように、ブラッググレ
ーティング構造を有する超音波有感部においては、セン
サ長が長くなると、センサの感度が著しく悪化してしま
う。
【００２４】また、異なるセンサ長を有するブラッググ
レーティングに対してそれぞれ超音波を印加すると、図
４に示すような検出信号の波形が得られる。図４は、セ
ンサ長１／２λS、３／４λS、λS、３／２λSを有する
４種類のセンサに対して、サイン波の２波長に相当する
２周期に渡って超音波を印加すると仮定して行ったシミ
ュレーションの結果を示している。図４において、セン
サ長が（１／∞）λS、即ち無限小であるときの波形
は、超音波の２周期分の波形を示す理想的な波形であ
る。これに対して、他のセンサ長を用いたときの波形
は、センサ長が長くなるに従い、検出信号の振幅は小さ
くなり、検出信号の位相は遅れてくる。また、センサ長
がλであるときには、１／２波長を検出した後に振幅が
０になっている部分が続いている。これは、超音波がセ
ンサ内を伝搬する途中に、センサ内に存在する振幅の平
均値が０になる状態が続いているためと思われる。さら
に、センサ長が３／２λSであるときには、振幅がより
小さくなり、波形が超音波の受信波形の相似形にもなっ
ていない。このように、センサ長が長くなると、センサ
の性能が悪くなる。このため、位相及び振幅を含む超音
波の波形をセンサから出力される検出信号によって忠実
に再現するためには、センサ長を無限に短くする必要が
ある。しかしながら、図４に示すように、センサ長が３
／４λSであるときの波形程度の検出信号を得ることが
できれば、予め位相歪みを得て、この位相歪みを用いて
超音波の受信波形を再現することは可能である。また、
一般的な超音波受信装置において、検出信号は位相整合
処理やローパスフィルタ処理等を経て画像化されるの
で、検出信号を画像化する際には、検出信号の波形とし
ては必ずしも超音波の受信波形を忠実に再現する必要は
ない。例えば、図４に示すセンサ長が３／４λSである
ときの波形程度の歪みであれば、超音波の受信波形を完
全に再現しなくても実用上問題にはならない。従って、
センサ長が３／４λS以下であれば、画像化するために
必要な検出信号を得ることができると考えられる。
レーティングに対してそれぞれ超音波を印加すると、図
４に示すような検出信号の波形が得られる。図４は、セ
ンサ長１／２λS、３／４λS、λS、３／２λSを有する
４種類のセンサに対して、サイン波の２波長に相当する
２周期に渡って超音波を印加すると仮定して行ったシミ
ュレーションの結果を示している。図４において、セン
サ長が（１／∞）λS、即ち無限小であるときの波形
は、超音波の２周期分の波形を示す理想的な波形であ
る。これに対して、他のセンサ長を用いたときの波形
は、センサ長が長くなるに従い、検出信号の振幅は小さ
くなり、検出信号の位相は遅れてくる。また、センサ長
がλであるときには、１／２波長を検出した後に振幅が
０になっている部分が続いている。これは、超音波がセ
ンサ内を伝搬する途中に、センサ内に存在する振幅の平
均値が０になる状態が続いているためと思われる。さら
に、センサ長が３／２λSであるときには、振幅がより
小さくなり、波形が超音波の受信波形の相似形にもなっ
ていない。このように、センサ長が長くなると、センサ
の性能が悪くなる。このため、位相及び振幅を含む超音
波の波形をセンサから出力される検出信号によって忠実
に再現するためには、センサ長を無限に短くする必要が
ある。しかしながら、図４に示すように、センサ長が３
／４λSであるときの波形程度の検出信号を得ることが
できれば、予め位相歪みを得て、この位相歪みを用いて
超音波の受信波形を再現することは可能である。また、
一般的な超音波受信装置において、検出信号は位相整合
処理やローパスフィルタ処理等を経て画像化されるの
で、検出信号を画像化する際には、検出信号の波形とし
ては必ずしも超音波の受信波形を忠実に再現する必要は
ない。例えば、図４に示すセンサ長が３／４λSである
ときの波形程度の歪みであれば、超音波の受信波形を完
全に再現しなくても実用上問題にはならない。従って、
センサ長が３／４λS以下であれば、画像化するために
必要な検出信号を得ることができると考えられる。
【００２５】例えば、検出対象である超音波の周波数が
３．５ＭＨｚ、ブラッググレーティング部の材質中の音
速が５５００ｍ／ｓであるとき、ブラッググレーティン
グ部を伝搬する超音波の波長λSは、次のように算出さ
れる。 λS＝５５００／（３．５×１０6） ＝１５７１．４（μｍ） 従って、ブラッググレーティング部の長さの上限は、次
のように算出される。 １５７１×（３／４）＝１１７８．５（μｍ） これより、ブラッググレーティング部の長さを１１７
８．５μｍ以下（例えば、１ｍｍ程度）とすれば、ブラ
ッググレーティング部内の伸び縮み位相の反転による影
響を抑制することができる。従って、特に多層膜２２の
垂直方向からの超音波に対して高い感度を得ることがで
きる。
３．５ＭＨｚ、ブラッググレーティング部の材質中の音
速が５５００ｍ／ｓであるとき、ブラッググレーティン
グ部を伝搬する超音波の波長λSは、次のように算出さ
れる。 λS＝５５００／（３．５×１０6） ＝１５７１．４（μｍ） 従って、ブラッググレーティング部の長さの上限は、次
のように算出される。 １５７１×（３／４）＝１１７８．５（μｍ） これより、ブラッググレーティング部の長さを１１７
８．５μｍ以下（例えば、１ｍｍ程度）とすれば、ブラ
ッググレーティング部内の伸び縮み位相の反転による影
響を抑制することができる。従って、特に多層膜２２の
垂直方向からの超音波に対して高い感度を得ることがで
きる。
【００２６】本実施形態に係る超音波用探触子において
は、図２に示す超音波検出素子（多層膜センサ）２０の
替わりに、図５に示す超音波検出素子（エタロンセン
サ）２４を用いることもできる。図５に示す超音波検出
素子（エタロンセンサ）２４において、基板２５は、超
音波によって変形する膜状の基板であり、例えば、直径
２ｃｍ程度の円か、それ以上の面積を有している。基板
２５と対向して、基板２６が配置されており、これらは
エタロンと同様の構造を形成している。
は、図２に示す超音波検出素子（多層膜センサ）２０の
替わりに、図５に示す超音波検出素子（エタロンセン
サ）２４を用いることもできる。図５に示す超音波検出
素子（エタロンセンサ）２４において、基板２５は、超
音波によって変形する膜状の基板であり、例えば、直径
２ｃｍ程度の円か、それ以上の面積を有している。基板
２５と対向して、基板２６が配置されており、これらは
エタロンと同様の構造を形成している。
【００２７】基板２５及び２６の反射率をＲ、これらの
基板の間隔をｄとし、入射光の波長をλとすると、エタ
ロンの透過率Ｔは次のように表される。ただし、ｎは任
意の整数である。 Ｔ＝［１＋４Ｒ／（１−Ｒ）2・ｓｉｎ2（φ／２）］-1 ・・・（４） φ＝２π／λ・２ｎｄ・ｃｏｓθ ・・・（５） ここで、θは出射面の垂線から測った出射角であり、θ
＝０とすると次の式のようになる。 φ＝４πｎｄ／λ ・・・（６） エタロンは、波長λの光を透過率Ｔで透過し、反射率
（１−Ｔ）で反射する。
基板の間隔をｄとし、入射光の波長をλとすると、エタ
ロンの透過率Ｔは次のように表される。ただし、ｎは任
意の整数である。 Ｔ＝［１＋４Ｒ／（１−Ｒ）2・ｓｉｎ2（φ／２）］-1 ・・・（４） φ＝２π／λ・２ｎｄ・ｃｏｓθ ・・・（５） ここで、θは出射面の垂線から測った出射角であり、θ
＝０とすると次の式のようになる。 φ＝４πｎｄ／λ ・・・（６） エタロンは、波長λの光を透過率Ｔで透過し、反射率
（１−Ｔ）で反射する。
【００２８】超音波検出素子２４に超音波を伝搬させる
と、基板２５が歪み、受信面の各位置において基板２５
及び２６の間隔ｄが変化するので、波長λの光の反射率
が変化する。エタロンの反射特性は、波長変化に対して
周期的に変化する。反射特性の変化率の大きい領域に中
心波長を有する検出光を基板２６に入射させながら超音
波を加えると、受信面の各位置における超音波の強さに
応じた反射光の強度変化を観測できる。この反射光の強
度変化を超音波の強度に換算することにより、超音波の
強度を２次元的に計測することができる。
と、基板２５が歪み、受信面の各位置において基板２５
及び２６の間隔ｄが変化するので、波長λの光の反射率
が変化する。エタロンの反射特性は、波長変化に対して
周期的に変化する。反射特性の変化率の大きい領域に中
心波長を有する検出光を基板２６に入射させながら超音
波を加えると、受信面の各位置における超音波の強さに
応じた反射光の強度変化を観測できる。この反射光の強
度変化を超音波の強度に換算することにより、超音波の
強度を２次元的に計測することができる。
【００２９】次に、本発明の第２の実施形態に係る超音
波用探触子について説明する。本発明の第２の実施形態
に係る超音波用探触子においては、超音波送信素子の受
信面が、少なくとも１つの超音波送信素子を囲むように
形成されている。
波用探触子について説明する。本発明の第２の実施形態
に係る超音波用探触子においては、超音波送信素子の受
信面が、少なくとも１つの超音波送信素子を囲むように
形成されている。
【００３０】図６は、本発明の第２の実施形態に係る超
音波用探触子の構造を示す図であり、図６の（ａ）は１
つの超音波送信素子を有する超音波用探触子のハウジン
グ内の平面図、図６の（ｂ）は複数の超音波送信素子を
有する超音波用探触子のハウジング内の平面図である。
図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波用探触子
１のハウジング２内に、少なくとも１つの超音波送信素
子１０と、超音波検出素子２０とが収納されている。超
音波検出素子２０の中心に１つの超音波送信素子１０を
配置する場合には、送信波のビームスキャンはできない
ので、無指向性の超音波送信素子を用いることが望まし
い。一方、超音波検出素子２０に複数の超音波送信素子
１０を１次元又は２次元的に配置する場合には、１次元
又は２次元的なビームスキャン送信が可能になる。
音波用探触子の構造を示す図であり、図６の（ａ）は１
つの超音波送信素子を有する超音波用探触子のハウジン
グ内の平面図、図６の（ｂ）は複数の超音波送信素子を
有する超音波用探触子のハウジング内の平面図である。
図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波用探触子
１のハウジング２内に、少なくとも１つの超音波送信素
子１０と、超音波検出素子２０とが収納されている。超
音波検出素子２０の中心に１つの超音波送信素子１０を
配置する場合には、送信波のビームスキャンはできない
ので、無指向性の超音波送信素子を用いることが望まし
い。一方、超音波検出素子２０に複数の超音波送信素子
１０を１次元又は２次元的に配置する場合には、１次元
又は２次元的なビームスキャン送信が可能になる。
【００３１】本実施形態においては、図２に示すような
超音波検出素子（多層膜センサ）２０を用いているが、
図５に示すような超音波検出素子（エタロンセンサ）２
４を用いることも可能である。
超音波検出素子（多層膜センサ）２０を用いているが、
図５に示すような超音波検出素子（エタロンセンサ）２
４を用いることも可能である。
【００３２】図７は、本実施形態に係る超音波用探触子
の第１の製造方法を説明するための図であり、図６の
（ｂ）のＡ−Ａ’面における断面を示している。まず、
図７の（ａ）に示すように、石英ガラス（ＳｉＯ2）や
ＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス等を材料と
する基板２１上に、電極１２、超音波送信素子１０、電
極１１を形成する。その際、電極１１及び１２は、基板
２１の反対側まで突き抜けるようにする。
の第１の製造方法を説明するための図であり、図６の
（ｂ）のＡ−Ａ’面における断面を示している。まず、
図７の（ａ）に示すように、石英ガラス（ＳｉＯ2）や
ＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス等を材料と
する基板２１上に、電極１２、超音波送信素子１０、電
極１１を形成する。その際、電極１１及び１２は、基板
２１の反対側まで突き抜けるようにする。
【００３３】次に、図７の（ｂ）に示すように、電極１
２、超音波送信素子１０、電極１１が形成された基板２
１上に、異なる屈折率を有する２種類の材料層を交互に
積層することにより、ブラッググレーティング構造を有
する多層膜２２を形成する。２種類の材料としては、例
えば、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸化チタン（Ｔｉ
2Ｏ 3）との組み合わせや、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸
化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）との組み合わせ等を用いること
ができる。２種類の材料層の形成は、真空蒸着やスパッ
タリング等の方法によって行う。
２、超音波送信素子１０、電極１１が形成された基板２
１上に、異なる屈折率を有する２種類の材料層を交互に
積層することにより、ブラッググレーティング構造を有
する多層膜２２を形成する。２種類の材料としては、例
えば、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸化チタン（Ｔｉ
2Ｏ 3）との組み合わせや、石英ガラス（ＳｉＯ2）と酸
化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）との組み合わせ等を用いること
ができる。２種類の材料層の形成は、真空蒸着やスパッ
タリング等の方法によって行う。
【００３４】次に、図７の（ｃ）に示すように、電極１
１上に形成された多層膜２２を選択性エッチング等によ
り除去する。これにより、超音波検出素子２０の受信面
が、超音波送信素子１０を囲むように形成される。な
お、ここでは基板２１の超音波受信面と同じ側に多層膜
２２を形成したが、基板２１の超音波受信面と反対側に
多層膜２２を形成しても良い。
１上に形成された多層膜２２を選択性エッチング等によ
り除去する。これにより、超音波検出素子２０の受信面
が、超音波送信素子１０を囲むように形成される。な
お、ここでは基板２１の超音波受信面と同じ側に多層膜
２２を形成したが、基板２１の超音波受信面と反対側に
多層膜２２を形成しても良い。
【００３５】図８は、本実施形態に係る超音波用探触子
の第２の製造方法を説明するための図であり、図６の
（ｂ）のＡ−Ａ’面における断面を示している。まず、
図８の（ａ）に示すように、光学ガラス等を材料とする
基板２１に、複数の開口を形成する。
の第２の製造方法を説明するための図であり、図６の
（ｂ）のＡ−Ａ’面における断面を示している。まず、
図８の（ａ）に示すように、光学ガラス等を材料とする
基板２１に、複数の開口を形成する。
【００３６】次に、図８の（ｂ）に示すように、基板２
１の図中下側の面上に、異なる屈折率を有する２種類の
材料層を交互に積層することにより、ブラッググレーテ
ィング構造を有する多層膜２２を形成する。次に、図８
の（ｃ）に示すように、基板２１の開口内に、電極１
１、超音波送信素子１０、電極１２を含む超音波送信部
を挿入する。これにより、超音波検出素子２０の受信面
が、超音波送信素子１０を囲むように形成される。
１の図中下側の面上に、異なる屈折率を有する２種類の
材料層を交互に積層することにより、ブラッググレーテ
ィング構造を有する多層膜２２を形成する。次に、図８
の（ｃ）に示すように、基板２１の開口内に、電極１
１、超音波送信素子１０、電極１２を含む超音波送信部
を挿入する。これにより、超音波検出素子２０の受信面
が、超音波送信素子１０を囲むように形成される。
【００３７】次に、本発明の一実施形態に係る超音波診
断装置について説明する。図９は、本実施形態に係る超
音波診断装置を示すブロック図である。この超音波診断
装置は、以上述べたような本発明に係る超音波用探触子
を用いたものである。図９に示すように、超音波用探触
子１は、超音波送信素子を含む超音波送信部４０と、超
音波検出素子を含む超音波検出部５０とを有している。
断装置について説明する。図９は、本実施形態に係る超
音波診断装置を示すブロック図である。この超音波診断
装置は、以上述べたような本発明に係る超音波用探触子
を用いたものである。図９に示すように、超音波用探触
子１は、超音波送信素子を含む超音波送信部４０と、超
音波検出素子を含む超音波検出部５０とを有している。
【００３８】本実施形態に係る超音波診断装置は、駆動
信号発生回路３０と、光源３１と、ビームエキスパンダ
ー３２と、分波器３３と、結像系３４と、光検出器３５
とを含んでいる。この中で、ビームエキスパンダー３２
と結像系３４は、任意の構成要素である。超音波送信部
４０は、駆動信号発生回路３０によって発生される駆動
信号に基づいて超音波を送信する。超音波送信部４０か
ら送信された超音波は、被検体によって反射され、超音
波検出部５０によって受信される。超音波検出部５０に
は、光源３１によって発生された光が、ビームエキスパ
ンダー３２及び分波器３３を介して入射しており、この
入射光は、超音波検出部５０に印加される超音波に基づ
いて変調されて反射される。反射された光は、分波器３
３及び結像系３４を介して光検出器３５に入射し、光検
出器３５によって２次元的に検出される。
信号発生回路３０と、光源３１と、ビームエキスパンダ
ー３２と、分波器３３と、結像系３４と、光検出器３５
とを含んでいる。この中で、ビームエキスパンダー３２
と結像系３４は、任意の構成要素である。超音波送信部
４０は、駆動信号発生回路３０によって発生される駆動
信号に基づいて超音波を送信する。超音波送信部４０か
ら送信された超音波は、被検体によって反射され、超音
波検出部５０によって受信される。超音波検出部５０に
は、光源３１によって発生された光が、ビームエキスパ
ンダー３２及び分波器３３を介して入射しており、この
入射光は、超音波検出部５０に印加される超音波に基づ
いて変調されて反射される。反射された光は、分波器３
３及び結像系３４を介して光検出器３５に入射し、光検
出器３５によって２次元的に検出される。
【００３９】また、この超音波診断装置は、信号処理部
６１及びＡ／Ｄ変換器６２を含む信号処理手段６０と、
タイミングコントロール部７０と、１次記憶部８０と、
画像処理部９０と、画像表示部１００と、２次記憶部１
１０とを含んでいる。光検出器１６から出力される検出
信号は、信号処理部６１において信号処理が施され、さ
らに、Ａ／Ｄ変換器６２においてディジタル信号に変換
される。
６１及びＡ／Ｄ変換器６２を含む信号処理手段６０と、
タイミングコントロール部７０と、１次記憶部８０と、
画像処理部９０と、画像表示部１００と、２次記憶部１
１０とを含んでいる。光検出器１６から出力される検出
信号は、信号処理部６１において信号処理が施され、さ
らに、Ａ／Ｄ変換器６２においてディジタル信号に変換
される。
【００４０】タイミングコントロール部７０は、所定の
タイミングで駆動信号を発生するように駆動信号発生回
路３０を制御すると共に、送信時刻から一定時間経過後
に光検出器１６から出力される検出信号を取り込むよう
に、信号処理手段６０を制御する。このように、駆動信
号及び検出信号をコントロールすることにより、読み取
る時間帯を限定し、被写体の特定の深さからの超音波の
反射を光検出することができる。
タイミングで駆動信号を発生するように駆動信号発生回
路３０を制御すると共に、送信時刻から一定時間経過後
に光検出器１６から出力される検出信号を取り込むよう
に、信号処理手段６０を制御する。このように、駆動信
号及び検出信号をコントロールすることにより、読み取
る時間帯を限定し、被写体の特定の深さからの超音波の
反射を光検出することができる。
【００４１】１次記憶部８０は、信号処理手段６０にお
いて取得された複数枚の面データを記憶する。画像処理
部９０は、それらのデータに基づいて、２次元データ又
は３次元データを再構成すると共に、補間、レスポンス
変調処理、階調処理等の処理を施す。画像表示部１００
は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置であ
り、これらの処理を施された画像データに基づいて画像
を表示する。さらに、２次記憶部１１０は、画像処理部
９０において処理されたデータを記憶する。
いて取得された複数枚の面データを記憶する。画像処理
部９０は、それらのデータに基づいて、２次元データ又
は３次元データを再構成すると共に、補間、レスポンス
変調処理、階調処理等の処理を施す。画像表示部１００
は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置であ
り、これらの処理を施された画像データに基づいて画像
を表示する。さらに、２次記憶部１１０は、画像処理部
９０において処理されたデータを記憶する。
【００４２】次に、本実施形態に係る超音波診断装置の
動作について、図１０を参照しながら説明する。図１０
において、駆動信号発生回路３０は、パルス状又は連続
波状の駆動信号を発生する。この駆動信号は、電極１
１、１２を介して超音波送信素子１０に印加され、超音
波送信素子１０は、駆動信号に基づいて超音波を送信す
る。超音波送信素子１０から送信された超音波は、被検
体によって反射され、超音波検出素子２０によって受信
される。
動作について、図１０を参照しながら説明する。図１０
において、駆動信号発生回路３０は、パルス状又は連続
波状の駆動信号を発生する。この駆動信号は、電極１
１、１２を介して超音波送信素子１０に印加され、超音
波送信素子１０は、駆動信号に基づいて超音波を送信す
る。超音波送信素子１０から送信された超音波は、被検
体によって反射され、超音波検出素子２０によって受信
される。
【００４３】光源３１は、例えば、５００〜１６００ｎ
ｍの単波長を有するシングルモードレーザ光を発生す
る。また、分波器３３は、ハーフミラー又は光サーキュ
レータ又は偏光ビームスプリッター等によって構成さ
れ、第１の方向から入射した入射光を第２の方向に通過
させると共に、第２の方向から戻ってくる反射光を第１
の方向とは別の第３の方向に通過させる。本実施形態に
おいては、分波器３３としてハーフミラーを用いてい
る。ハーフミラーは、入射光を透過して、入射方向と反
対の方向から戻ってくる反射光を、入射方向とほぼ９０
°の角度をなす方向に反射する。ここで、入射光が分波
器３３を通過する前に、ビームエキスパンダー３２によ
って入射光を拡大しても良い。
ｍの単波長を有するシングルモードレーザ光を発生す
る。また、分波器３３は、ハーフミラー又は光サーキュ
レータ又は偏光ビームスプリッター等によって構成さ
れ、第１の方向から入射した入射光を第２の方向に通過
させると共に、第２の方向から戻ってくる反射光を第１
の方向とは別の第３の方向に通過させる。本実施形態に
おいては、分波器３３としてハーフミラーを用いてい
る。ハーフミラーは、入射光を透過して、入射方向と反
対の方向から戻ってくる反射光を、入射方向とほぼ９０
°の角度をなす方向に反射する。ここで、入射光が分波
器３３を通過する前に、ビームエキスパンダー３２によ
って入射光を拡大しても良い。
【００４４】超音波検出素子２０は、基板２１と、該基
板の上に積層された多層膜２２とを含んでおり、伝搬す
る超音波を受信して各位置における超音波の強さに応じ
て歪みを生じる超音波受信面を有する。超音波検出素子
２０は、光源３１から分波器３３を介して多層膜２２に
入射した光を、基板２１に印加される超音波に基づいて
変調して反射する。超音波検出素子２０によって反射さ
れた光は、さらに分波器３３によって反射され、複数の
画素を有する光検出器３５に入射する。
板の上に積層された多層膜２２とを含んでおり、伝搬す
る超音波を受信して各位置における超音波の強さに応じ
て歪みを生じる超音波受信面を有する。超音波検出素子
２０は、光源３１から分波器３３を介して多層膜２２に
入射した光を、基板２１に印加される超音波に基づいて
変調して反射する。超音波検出素子２０によって反射さ
れた光は、さらに分波器３３によって反射され、複数の
画素を有する光検出器３５に入射する。
【００４５】光検出器３５は、ＣＣＤ、ＭＯＳ型セン
サ、又は、複数のＰＤ（フォトダイオード）で構成され
る２次元アレイ検出器である。光検出器３５は、超音波
検出素子２０の対応する位置から分波器１２を介して入
射した光を複数の画素ごとに検出し、それぞれの画素に
おける光強度に応じた検出信号を出力する。ここで、反
射光は、直接あるいは光ファイバー等を通して光検出器
３５に入射するようにしても良いし、分波器３３の後段
にレンズ等の結像系３４を設けて、これを介して光検出
器１６に結像するようにしても良い。
サ、又は、複数のＰＤ（フォトダイオード）で構成され
る２次元アレイ検出器である。光検出器３５は、超音波
検出素子２０の対応する位置から分波器１２を介して入
射した光を複数の画素ごとに検出し、それぞれの画素に
おける光強度に応じた検出信号を出力する。ここで、反
射光は、直接あるいは光ファイバー等を通して光検出器
３５に入射するようにしても良いし、分波器３３の後段
にレンズ等の結像系３４を設けて、これを介して光検出
器１６に結像するようにしても良い。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、光検出器の複数の画素
に対応した超音波受信面を有する超音波検出素子を用い
ることにより、多数の微細素子への電気的配線の必要が
なく、クロストークや電気的インピーダンスの増大を招
かずに、超音波を２次元的に検出することができる。さ
らに、このような超音波検出素子の周囲又は内部に超音
波送信素子を配置することにより、超音波の送受信機能
を備えた超音波用探触子を、低コストで作製することが
できる。従って、このような超音波用探触子を適用した
超音波診断装置を用いることにより、良質な２次元又は
３次元の超音波画像を得ることが可能である。
に対応した超音波受信面を有する超音波検出素子を用い
ることにより、多数の微細素子への電気的配線の必要が
なく、クロストークや電気的インピーダンスの増大を招
かずに、超音波を２次元的に検出することができる。さ
らに、このような超音波検出素子の周囲又は内部に超音
波送信素子を配置することにより、超音波の送受信機能
を備えた超音波用探触子を、低コストで作製することが
できる。従って、このような超音波用探触子を適用した
超音波診断装置を用いることにより、良質な２次元又は
３次元の超音波画像を得ることが可能である。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波用探触子
の構造を示す図であり、（ａ）はハウジング内の正面
図、（ｂ）はハウジング内の平面図である。
の構造を示す図であり、（ａ）はハウジング内の正面
図、（ｂ）はハウジング内の平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態において用いる超音波
検出素子を拡大して示す図である。
検出素子を拡大して示す図である。
【図３】異なるセンサ長を有するセンサに超音波を印加
し、センサから出力される検出信号を観測する実験結果
を示す図である。
し、センサから出力される検出信号を観測する実験結果
を示す図である。
【図４】異なるセンサ長を有するセンサに超音波を印加
し、センサから出力される検出信号を観測するシミュレ
ーション結果を示す図である。
し、センサから出力される検出信号を観測するシミュレ
ーション結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態において用いることの
できる別の超音波検出素子を示す図である。
できる別の超音波検出素子を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る超音波用探触子
の構造を示す図であり、（ａ）は１つの超音波送信素子
を有する超音波用探触子のハウジング内の平面図、
（ｂ）は複数の超音波送信素子を有する超音波用探触子
のハウジング内の平面図である。
の構造を示す図であり、（ａ）は１つの超音波送信素子
を有する超音波用探触子のハウジング内の平面図、
（ｂ）は複数の超音波送信素子を有する超音波用探触子
のハウジング内の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波用探触子
の第１の製造方法を説明するための断面図である。
の第１の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超音波用探触子
の第２の製造方法を説明するための断面図である。
の第２の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の
動作を説明するための図である。
動作を説明するための図である。
１ 超音波用探触子
２ ハウジング
３ 音響整合層
４ 音響レンズ材
５ 吸音材
６ 樹脂
１０ 超音波送信素子
１１、１２ 電極
２０、２４ 超音波検出素子
２１、２５、２６ 基板
２２ 多層膜
２３ 光ファイバ
３０ 駆動信号発生回路
３１ 光源
３２ ビームエキスパンダー
３３ 分波器
３４ 結像系
３５ 光検出器
４０ 超音波送信部
５０ 超音波検出部
６０ 信号処理手段
６１ 信号処理部
６２ Ａ／Ｄ変換器
７０ タイミングコントロール部
８０ １次記憶部
９０ 画像処理部
１００ 画像表示部
１１０ ２次記憶部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G047 AC13 BC13 CA01 CA04 DB02
DB12 EA14 EA16 GA02 GB02
GB17 GB29 GB35 GB36 GB38
4C301 AA03 EE04 EE17 EE20 GB10
GB14 GB22 GB27 GB33 GB36
GB37 GB38 GB40 JB03 JC01
JC20 KK03 KK16 LL03
5D019 DD00 EE05 FF04 GG01
Claims (18)
- 【請求項１】 超音波を受信するための受信面を有し、
該受信面の各位置に印加される超音波に基づいて光を変
調する超音波検出素子と、 超音波を送信する超音波送信素子と、を具備する超音波
用探触子。 - 【請求項２】 複数の前記超音波送信素子が、前記超音
波検出素子の受信面の周囲に配置されている、請求項１
記載の超音波用探触子。 - 【請求項３】 前記超音波検出素子の受信面が、少なく
とも１つの超音波送信素子を囲むように形成されてい
る、請求項１記載の超音波用探触子。 - 【請求項４】 前記超音波検出素子が、ブラッググレー
ティング構造を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載
の超音波用探触子。 - 【請求項５】 前記超音波検出素子が、異なる屈折率を
有する２種類の材料を交互に積層することにより形成さ
れる多層膜を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の
超音波用探触子。 - 【請求項６】 前記異なる屈折率を有する２種類の材料
が、互いに１０％以上異なる屈折率を有する、請求項５
記載の超音波用探触子。 - 【請求項７】 前記多層膜を形成する各材料の層が、該
多層膜に入射する光の波長の概１／４の膜厚を有する層
を含む、請求項５又は６記載の超音波用探触子。 - 【請求項８】 前記多層膜を形成する各材料の層が、該
多層膜に入射する光の波長の概１／２の膜厚を有する層
をさらに含む、請求項７記載の超音波用探触子。 - 【請求項９】 前記超音波検出素子が、所定の間隙を有
するように対向する２つの膜を含む、請求項１〜３のい
ずれか１項記載の超音波用探触子。 - 【請求項１０】 前記超音波検出素子における超音波有
感部の長さが、該超音波有感部を伝搬する超音波の波長
の３／４以下の長さを有する、請求項１〜９のいずれか
１項記載の超音波用探触子。 - 【請求項１１】 前記超音波送信素子が、駆動信号に従
って超音波を送信する圧電素子を含む、請求項１〜１０
のいずれか１項記載の超音波用探触子。 - 【請求項１２】 超音波を受信するための受信面を有
し、該受信面の各位置に印加される超音波に基づいて光
を変調する超音波検出素子と、前記超音波検出素子の受
信面の周囲に配置され、駆動信号に従って超音波を送信
する複数の超音波送信素子とを含む超音波用探触子と、 前記超音波送信素子に印加する駆動信号を発生する駆動
信号発生回路と、 複数の画素を有する光検出器であって、前記超音波検出
素子の対応する位置から出力される光を検出して検出信
号を出力する前記光検出器と、 前記光検出器から出力される検出信号を取り込んで処理
する信号処理手段と、 前記駆動信号の発生タイミング及び前記検出信号の取込
みタイミングを制御する制御手段と、 前記信号処理手段の出力信号に基づいて画像データを構
成する画像処理部と、 前記画像データに基づいて画像を表示する画像表示部
と、を具備する超音波診断装置。 - 【請求項１３】 駆動信号に従って超音波を送信する少
なくとも１つの超音波送信素子と、超音波を受信するた
めの受信面であって、前記少なくとも１つの超音波送信
素子を囲むように形成されている該受信面を有し、該受
信面の各位置に印加される超音波に基づいて光を変調す
る超音波検出素子とを含む超音波用探触子と、 前記超音波送信素子に印加する駆動信号を発生する駆動
信号発生回路と、 複数の画素を有する光検出器であって、前記超音波検出
素子の対応する位置から出力される光を検出して検出信
号を出力する前記光検出器と、 前記光検出器から出力される検出信号を取り込んで処理
する信号処理手段と、 前記駆動信号の発生タイミング及び前記検出信号の取込
みタイミングを制御する制御手段と、 前記信号処理手段の出力信号に基づいて画像データを構
成する画像処理部と、 前記画像データに基づいて画像を表示する画像表示部
と、を具備する超音波診断装置。 - 【請求項１４】 前記超音波検出素子が、ブラッググレ
ーティング構造を含む、請求項１２又は１３記載の超音
波診断装置。 - 【請求項１５】 前記超音波検出素子が、異なる屈折率
を有する２種類の材料を交互に積層することにより形成
される多層膜を含む、請求項１２又は１３記載の超音波
診断装置。 - 【請求項１６】 前記超音波検出素子が、所定の間隙を
有するように対向する２つの膜を含む、請求項１２又は
１３記載の超音波診断装置。 - 【請求項１７】 前記超音波送信素子が、駆動信号に従
って超音波を送信する圧電素子を含む、請求項１２〜１
６のいずれか１項記載の超音波診断装置。 - 【請求項１８】 前記光検出器が、ＣＣＤ、ＭＯＳ型セ
ンサ、又は、複数のフォトダイオードを含む、請求項１
２〜１７のいずれか１項記載の超音波診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002209708A JP4116353B2 (ja) | 2001-09-27 | 2002-07-18 | 超音波用探触子及びその製造方法並びに超音波診断装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001296376 | 2001-09-27 | ||
| JP2001-296376 | 2001-09-27 | ||
| JP2002209708A JP4116353B2 (ja) | 2001-09-27 | 2002-07-18 | 超音波用探触子及びその製造方法並びに超音波診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003169802A true JP2003169802A (ja) | 2003-06-17 |
| JP4116353B2 JP4116353B2 (ja) | 2008-07-09 |
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ID=26623064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002209708A Expired - Fee Related JP4116353B2 (ja) | 2001-09-27 | 2002-07-18 | 超音波用探触子及びその製造方法並びに超音波診断装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4116353B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015215799A1 (de) | 2014-08-22 | 2016-02-25 | Fujifilm Corporation | Zusammensetzung für Schallwellensonde und Siliconharz für Schallwellensonde, Schallwellensonde und Ultraschallsonde unter Verwendung derselben sowie Vorrichtung zum Messen einer Schallwelle, Ultraschall-Diagnosevorrichtung, Vorrichtung zum Messen von Photoschallwelle und Ultraschallendoskop |
| WO2017130890A1 (ja) | 2016-01-28 | 2017-08-03 | 富士フイルム株式会社 | 音響波プローブ用組成物、これを用いた音響波プローブ用シリコーン樹脂、音響波プローブおよび超音波プローブ、ならびに、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置および超音波内視鏡 |
| WO2018061991A1 (ja) | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 富士フイルム株式会社 | 音響波プローブ用樹脂材料、音響レンズ、音響波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置および超音波内視鏡 |
| WO2019049984A1 (ja) | 2017-09-11 | 2019-03-14 | 富士フイルム株式会社 | 音響波プローブ用組成物、音響波プローブ用シリコーン樹脂、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置および超音波内視鏡 |
| WO2021044823A1 (ja) | 2019-09-06 | 2021-03-11 | 富士フイルム株式会社 | 音響レンズ用組成物、音響レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡並びに音響波プローブの製造方法 |
| WO2021131430A1 (ja) | 2019-12-24 | 2021-07-01 | 富士フイルム株式会社 | 音響レンズ用組成物、音響レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡並びに音響波プローブの製造方法 |
| JP7154457B1 (ja) * | 2021-08-20 | 2022-10-17 | 三菱電機株式会社 | 超音波撮像素子および撮像システム |
| WO2023090217A1 (ja) | 2021-11-16 | 2023-05-25 | 富士フイルム株式会社 | 音響レンズ用組成物、音響レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡並びに音響波プローブの製造方法 |
| WO2023145659A1 (ja) | 2022-01-28 | 2023-08-03 | 富士フイルム株式会社 | 音響波レンズ用組成物、音響波レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡、並びに、音響波プローブの製造方法 |
-
2002
- 2002-07-18 JP JP2002209708A patent/JP4116353B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015215799A1 (de) | 2014-08-22 | 2016-02-25 | Fujifilm Corporation | Zusammensetzung für Schallwellensonde und Siliconharz für Schallwellensonde, Schallwellensonde und Ultraschallsonde unter Verwendung derselben sowie Vorrichtung zum Messen einer Schallwelle, Ultraschall-Diagnosevorrichtung, Vorrichtung zum Messen von Photoschallwelle und Ultraschallendoskop |
| WO2017130890A1 (ja) | 2016-01-28 | 2017-08-03 | 富士フイルム株式会社 | 音響波プローブ用組成物、これを用いた音響波プローブ用シリコーン樹脂、音響波プローブおよび超音波プローブ、ならびに、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置および超音波内視鏡 |
| WO2018061991A1 (ja) | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 富士フイルム株式会社 | 音響波プローブ用樹脂材料、音響レンズ、音響波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置および超音波内視鏡 |
| WO2019049984A1 (ja) | 2017-09-11 | 2019-03-14 | 富士フイルム株式会社 | 音響波プローブ用組成物、音響波プローブ用シリコーン樹脂、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置および超音波内視鏡 |
| WO2021044823A1 (ja) | 2019-09-06 | 2021-03-11 | 富士フイルム株式会社 | 音響レンズ用組成物、音響レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡並びに音響波プローブの製造方法 |
| WO2021131430A1 (ja) | 2019-12-24 | 2021-07-01 | 富士フイルム株式会社 | 音響レンズ用組成物、音響レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡並びに音響波プローブの製造方法 |
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| WO2023021695A1 (ja) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 三菱電機株式会社 | 超音波撮像素子および撮像システム |
| WO2023090217A1 (ja) | 2021-11-16 | 2023-05-25 | 富士フイルム株式会社 | 音響レンズ用組成物、音響レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡並びに音響波プローブの製造方法 |
| WO2023145659A1 (ja) | 2022-01-28 | 2023-08-03 | 富士フイルム株式会社 | 音響波レンズ用組成物、音響波レンズ、音響波プローブ、超音波プローブ、音響波測定装置、超音波診断装置、光音響波測定装置及び超音波内視鏡、並びに、音響波プローブの製造方法 |
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|---|---|
| JP4116353B2 (ja) | 2008-07-09 |
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