JP2016047182A - 光音響画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出部直下の被検体の浅い部分から被検体の検出に必要とされる十分な音響波を受信することが可能な光音響画像化装置を提供する。【解決手段】この光音響画像化装置１００は、音響波を検出する検出部３と、検出部３に近接して配置され、被検体９０に光を照射する光を出力するＬＥＤ光源１０（２０）を含み、被検体９０に照射した光を被検体９０の検出対象物９０ａに吸収させることにより音響波を発生させるＬＥＤ光源部１（２）と、検出部３に対して被検体９０が配置される側の検出方向前方の検出部３の表面を封止することにより、検出対象物９０ａから発生される音響波を検出部３に伝搬するように構成され、検出部３に対して被検体９０が配置される検出方向前方に配置される封止部６とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、光音響画像化装置に関し、特に、被検体に光を照射する光源と音響波を検出する検出部とを備えた光音響画像化装置に関する。

従来、被検体に光を照射する光源と音響波を検出する検出部とを備えた光音響画像化装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、被検体に光を照射するレーザ光源と、レーザ光源から照射された光が被検体の検出対象物に吸収されることにより発生される音響波を検出する検出部とを備えた光音響画像化装置が開示されている。光音響画像化装置は、レーザ光源からの光を光ファイバーを用いてプローブまで導き、被検体に照射するとともに、照射された光に応じて被検体から生じる音響波を、被検体に近接して配置されている検出部によって検出するように構成されている。

特開２０１３−７５０００号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の光音響画像化装置では、固体レーザなどのレーザ光源を備えているため、装置が大型化するという不都合がある。一方、装置小型化のためにレーザ光源をＬＥＤ（発光ダイオード）素子などを用いる光放出半導体素子光源に置き換えた場合、レーザ光源の出力に比べて光放出半導体素子光源の出力が小さいことから、被検体に十分な光（被検体を検出することができる光量の光）を照射するために光放出半導体素子光源を被検体に近接させて配置することになる。この場合、検出部と光放出半導体素子光源とをそれぞれ被検体に近接させようとすると、検出部と光放出半導体素子光源とは、被検体への光音響画像化装置の接触面と略同一平面上に配置されることになる。このため、光放出半導体素子光源が拡散光を出力するとはいえ、光放出半導体素子光源からの光の配向角から外れる検出部直下の被検体の浅い部分には、光を十分に届けることができないという不都合が生じる。結果として、検出部は、検出部直下の被検体の浅い部分から被検体の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができないという問題点があると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、検出部直下の被検体の浅い部分から被検体の検出に必要とされる十分な音響波を受信することが可能な光音響画像化装置を提供することである。

この発明の一の局面による光音響画像化装置は、検出部に近接して配置され、被検体に光を照射する光を出力する光放出半導体素子光源を含む光放出半導体素子光源部と、光放出半導体素子光源により被検体に照射された光が被検体の検出対象物に吸収されることにより発生される音響波を検出する検出部と、検出部に対して被検体が配置される側の検出方向前方の検出部の表面を封止することにより、検出対象物から発生される音響波を検出部に伝搬するように構成され、検出部に対して被検体が配置される検出方向前方に配置される封止部とを備える。

この発明の一の局面による光音響画像化装置では、上記のように、検出部の検出方向前方の表面を封止することにより、検出対象物から発生される音響波を検出部に伝搬するように構成され、検出部に対して被検体が配置される検出方向前方に配置される封止部を設けることによって、封止部により、被検体と光放出半導体素子光源とが所定間隔離間して配置されるので、光放出半導体素子光源からの光（拡散光）を検出部直下の被検体の浅い部分に届けることができるようになる。したがって、検出部直下の被検体の浅い部分から被検体の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、封止部は、検出方向前方に配置される被検体に接触する接触面を含み、検出部の表面のみならず、光放出半導体素子光源部の検出方向前方側の光放出半導体素子光源から出射される光の出射面に接触する状態で光放出半導体素子光源を封止するように構成されている。このように構成すれば、光放出半導体素子光源からの光を封止部を介して被検体に照射することができるので、光放出半導体素子光源からの光を空気層を介して被検体に照射する場合と比べて、光の損失を抑制することができる。また、封止部により光放出半導体素子光源が封止されることによって、光放出半導体素子光源が外方に露出しなくなる。このため、光放出半導体素子光源が直接被検体に接触することがなくなるので、被検体との直接的接触に起因する光放出半導体素子光源内のワイヤの断線を抑制することができる。

この場合、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、検出部を挟み込むように一対設けられ、かつ、一対の光放出半導体素子光源部からそれぞれ出射される光の配向角の交点が検出部の検出方向前方に位置するように構成され、封止部は、検出方向前方における光放出半導体素子光源から接触面までの距離が、検出方向前方における光放出半導体素子光源から交点までの距離よりも大きくなるように構成されている。このように構成すれば、検出部直下の封止部の内側に、一対の光放出半導体素子光源部からの光の配向角の交点が配置されるので、検出部直下の被検体全域に光を届けることができる。その結果、検出部直下の被検体の浅い部分すべてから被検体の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、封止部は、検出部および光放出半導体素子光源を封止するとともに、光放出半導体素子光源の出射方向前方の端部に配置された曲面部を含み、曲面部で光放出半導体素子光源からの光を屈折することにより、光を検出部の検出方向前方に向けて集光するように構成されている。このように構成すれば、曲面部において光を屈折させることにより、検出部直下の被検体に光を集光させることができるので、検出部直下の被検体の浅い部分からより多くの音響波を発生させることができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出方向前方の被検体に接触する接触面を含み、検出部側が開放された箱状のカバー部をさらに備え、封止部は、カバー部と検出部および光放出半導体素子光源との間を埋めるように設けられている。このように構成すれば、カバー部と検出部および光放出半導体素子光源との間を封止部により埋める（充填する）ことができるので、カバー部と検出部および光放出半導体素子光源との間の空気層を取り除くことができる。このため、光放出半導体素子光源からの光を空気層を介して被検体に照射する場合と比べて、光の損失を抑制することができる。また、封止部の厚み分に加えて、カバー部の厚み分もさらに被検体から光放出半導体素子光源を離間して配置することができるので、光放出半導体素子光源からの光を検出部直下の被検体のより浅い部分に届けることができる。

この場合、好ましくは、光放出半導体素子光源は、複数の光放出半導体素子と、複数の光放出半導体素子を封止することにより光放出半導体素子とともに光放出半導体素子光源を構成する素子封止部とを有し、封止部は、カバー部よりも大きい屈折率を有し、素子封止部の屈折率以下の屈折率を有している。このように構成すれば、光放出半導体素子光源を構成する素子封止部と封止部との境界面、および、封止部とカバー部との境界面において、検出部直下に向かう光放出半導体素子光源からの光を屈折させることができるので、検出部直下の被検体のより浅い部分に光を届けることができる。すなわち、検出部直下に向かう光放出半導体素子光源からの光を屈折率が順に小さくなる部材により屈折させることができるので、検出部直下の被検体のより浅い部分に光を届けることができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子光源は、複数の光放出半導体素子と、複数の光放出半導体素子を封止することにより光放出半導体素子とともに光放出半導体素子光源を構成する素子封止部とを有し、封止部は、被検体よりも大きい屈折率を有し、素子封止部の屈折率以下の屈折率を有している。このように構成すれば、光放出半導体素子光源を構成する素子封止部と封止部との境界面、および、封止部と被検体との境界面において、検出部直下に向かう光放出半導体素子光源からの光を屈折させることができるので、検出部直下の被検体のより浅い部分に光を届けることができる。すなわち、検出部直下に向かう光放出半導体素子光源部からの光を屈折率が順に小さくなる部材により屈折させることができるので、光を屈折させずに直進させる場合と比べて、検出部直下の被検体のより浅い部分に光を届けることができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部は、超音波としての音響波を検出する超音波振動素子と、封止部に封止された状態で超音波振動素子の検出方向前方に配置され、検出対象物からの音響波を超音波振動素子に集束させる音響レンズとを含み、封止部は、音響レンズよりも大きい光透過率を有するとともに、音響レンズと同等の超音波の伝搬損失を有している。このように構成すれば、音響レンズによって音響波を集束させることにより、音響波を超音波振動素子に効率的に伝搬することができる。また、封止部が、音響レンズよりも大きい光透過率を有するとともに、音響レンズと同等の超音波の伝搬損失を有しているので、少ない損失により、光を被検体に照射することができるとともに、少ない損失により、音響波を検出部に伝搬することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、比較的消費電力の小さい発光ダイオード素子を用いることにより検出対象物の検出を行うことができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として半導体レーザ素子を含む。このように構成すれば、発光ダイオード素子と比べて、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子からの光の大部分を確実に被検体に照射することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、薄型化が容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、光放出半導体素子光源部を容易に小型化することができる。

本発明によれば、上記のように、検出部直下の被検体の浅い部分から被検体の検出に必要とされる十分な音響波を受信することが可能な表示装置を提供することができる。

本発明の第１〜第３実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第１〜第３実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示すブロック図である。 図１の９００−９００線に沿った断面図に対して被検体を配置した図である。 本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の検出部、ＬＥＤ光源部および封止部の拡大断面図である。 本発明の第３実施形態による光音響画像化装置の検出部、ＬＥＤ光源部および封止部の拡大断面図である。 本発明の第４実施形態による光音響画像化装置の検出部、ＬＥＤ光源部および封止部の拡大断面図である。 本発明の第１〜第４実施形態の第１変形例による光音響画像化装置のＬＥＤ素子から出射される光の屈折について説明するための図である。 本発明の第１〜第４実施形態の第２変形例による光音響画像化装置の光放出半導体素子を示した図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００は、図１に示すように、それぞれＬＥＤ（発光ダイオード）光源１０および２０を含む２つのＬＥＤ光源部１および２と、検出部３と、信号処理部４と、表示部５と、封止部６とを備えている。なお、ＬＥＤ光源１０および２０は、共に、本発明の「光放出半導体素子光源」の一例である。また、ＬＥＤ光源部１および２は、共に、本発明の「光放出半導体素子光源部」の一例である。

図２に示すように、光音響画像化装置１００は、ＬＥＤ光源部１および２から人体などの被検体９０に光を照射するように構成されている。また、光音響画像化装置１００は、照射された光を吸収した被検体９０内の検出対象物９０ａから発生する音響波を検出部３により検出するように構成されている。また、光音響画像化装置１００は、検出部３により検出された音響波に基づいて、検出対象物９０ａを特定するとともに、画像化することが可能なように構成されている。

ここで、第１実施形態では、光音響画像化装置１００は、検出部３の検出方向前方（Ｙ２方向）の表面が封止部６により封止されるように構成されている。これにより、光音響画像化装置１００は、封止部６により、検出対象物９０ａから発生される音響波を検出部３に伝搬するように構成されている。

また、光音響画像化装置１００は、検出部３の検出方向前方（Ｙ２方向）の表面のみならず、ＬＥＤ光源部１および２の検出方向前方（Ｙ２方向）のＬＥＤ光源１０および２０からそれぞれ出射される光の出射面１０ａおよび２０ａと封止部６とが接触する状態で、ＬＥＤ光源１０および２０が封止部６により封止されるように構成されている。封止部６の詳細については後述する。

次に、光音響画像化装置１００の各部の構成について説明する。

図２に示すように、ＬＥＤ光源部１および２は、それぞれ、筐体部１１および２１と、ＬＥＤ駆動回路１２および２２をさらに含んでいる。

ＬＥＤ光源部１および２の筺体部１１および２１には、それぞれＬＥＤ駆動回路１２および２２が内蔵されており、検出方向前方（Ｙ２方向）側にＬＥＤ光源１０および２０が取り付けられている。また、筐体部１１および２１は、それぞれケーブル１１ａおよび２１ａにより信号処理部４と接続されている。

ＬＥＤ駆動回路１２および２２は、信号処理部４の制御信号に基づいて、それぞれ、対応するＬＥＤ光源１０および２０に流れる電流を制御するように構成されている。具体的には、ＬＥＤ駆動回路１２および２２は、信号処理部４の制御信号に基づいて、対応するＬＥＤ光源１０および２０に流れる電流のオンオフの制御、および、電流の大きさ（電流値）の制御を行うように構成されている。

ＬＥＤ光源１０および２０は、それぞれ、複数のＬＥＤ素子１０ｂおよび２０ｂと、素子封止部１０ｃおよび２０ｃとを有している。なお、ＬＥＤ素子１０ｂおよび２０ｂは、共に、本発明の「光放出半導体素子」の一例である。

素子封止部１０ｃおよび２０ｃは、それぞれ、複数のＬＥＤ素子１０ｂおよび２０ｂを封止することによりＬＥＤ光源１０および２０を構成している。なお、一例として、素子封止部１０ｃおよび２０ｃは、シリコン系の樹脂から形成されている。

また、ＬＥＤ光源１０および２０は、それぞれ略同一の波長の光（たとえば、約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍ程度の光）を発生させるように構成されている。詳細には、ＬＥＤ光源１０および２０は、ＬＥＤ駆動回路１２および２２による電流の制御に基づいて、ＬＥＤ素子１０ｂおよび２０ｂに流される電流に対応する光を発生させるように構成されている。

また、図３に示すように、ＬＥＤ光源部１および２は、検出部３を挟み込むように一対設けられている。また、ＬＥＤ光源１０および２０は、全体として所定方向（Ｚ方向、図１参照）に延びるように配置されている。また、一対のＬＥＤ光源部１および２は、それぞれ出射する光の配向角γ１の交点Ａ１が検出部３の検出方向前方（Ｙ２方向）に位置するように構成されている。なお、配向角γ１とは、ＬＥＤ光源１０（２０）の光の出射方向前方（Ｙ２方向）に対して、ＬＥＤ光源１０（２０）から光を出力することが可能な角度範囲である。

また、ＬＥＤ光源１０および２０は、後述する超音波振動素子３１に近接して配置されている。詳細には、ＬＥＤ光源１０および２０は、超音波振動素子３１（検出部３）に対して一方側（Ｘ１方向側）および他方側（Ｘ２方向側）にそれぞれ近接して配置されている。このため、ＬＥＤ光源１０および２０は、互いに異なる位置から光を被検体９０（検出対象物９０ａ）に照射可能に構成されている。また、ＬＥＤ光源１０（２０）と検出部３とは、被検体９０に接触する封止部６の後述する接触面６０と平行な略同一平面上に配置されている。

検出部３は、筐体部３０と、超音波振動素子３１と、音響レンズ３２とを含んでいる。

図２に示すように、検出部３は、超音波振動素子３１が音響波により振動されることにより、音響波（超音波）を検出するように構成されている。また、検出部３は、検出された音響波に対応する信号を信号処理部４に出力するように構成されている。また、超音波振動素子３１は、全体として所定方向（Ｚ方向）に延びるように配置されている。

検出部３の筺体部３０には、検出方向前方（Ｙ２方向）側に超音波振動素子３１および音響レンズ３２が取り付けられている。また、筐体部３０は、ケーブル３０ａにより信号処理部４と接続されている。

音響レンズ３２は、超音波振動素子３１に接触した状態で、超音波振動素子３１の検出方向前方（Ｙ２方向）に配置されている。また、音響レンズ３２は、検出対象物９０ａからの音響波を超音波振動素子３１に集束させるように構成されている。詳細には、音響レンズ３２は、側面視において（Ｚ方向から見て）、検出方向前方（Ｙ２方向）に突出する丸みを帯びた凸形状に形成されている。また、音響レンズ３２は、丸みを帯びた凸形状により検出対象物９０ａからの音響波を屈折させるとともに、屈折した音響波を超音波振動素子３１に集束させるように構成されている。

信号処理部４は、超音波振動素子３１により検出された信号を処理して画像化を行うように構成されている。詳細には、信号処理部４は、ＣＰＵ（図示せず）と、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶部（図示せず）とを含み、検出部３により検出された音響波に対応する信号を処理するように構成されている。たとえば、被検体９０を測定する場合には、信号処理部４は、被検体９０内の検出対象物９０ａから発生し、検出部３により検出された音響波に対応する信号に基づいて、検出対象物９０ａを特定して画像化するように構成されている。また、信号処理部４は、画像化された検出対象物９０ａの画像を、表示部５に表示させるように構成されている。

表示部５は、信号処理部４による制御に基づいて、被検体９０内の検出対象物９０ａの画像や各種の画面（操作画面、通知画面など）を表示可能に構成されている。

図３に示すように、封止部６は、検出部３に対して、被検体９０が配置される検出方向前方（Ｙ２方向）に配置されている。また、封止部６は、ＬＥＤ光源１０および２０に対して、被検体９０が配置される出射方向前方（Ｙ２方向）に配置されている。また、封止部６は、検出方向前方（Ｙ２方向）の被検体９０に接触する接触面６０を含んでいる。なお、一例として、封止部６は、ＬＥＤ光源１０および２０の素子封止部１０ｃおよび２０ｃと同質のシリコン系の樹脂から形成されている。このため、封止部６は、ＬＥＤ光源１０および２０の素子封止部１０ｃおよび２０ｃと等しい屈折率を有している。

また、封止部６は、上記の通り、検出部３の検出方向前方（Ｙ２方向）の表面を封止するように構成されている。詳細には、封止部６は、検出部３の検出方向前方（Ｙ２方向）に設けられている音響レンズ３２と、筐体部３０のＹ２方向側の表面（の略全域とを封止している。したがって、封止部６は、被検体（接触面６０）と、検出部３との間で音響波を伝搬可能に構成されている。

また、封止部６は、上記の通り、光の出射面１０ａおよび２０ａに接触する状態でＬＥＤ光源１０および２０を封止するように構成されている。詳細には、封止部６は、ＬＥＤ光源１０および２０の全体と、筐体部１１および２１のＹ２方向側の表面の略全域とを封止している。したがって、封止部６は、ＬＥＤ光源１０および２０と、被検体９０（接触面６０）との間で光を伝搬可能に構成されている。このように、封止部は６、ＬＥＤ光源１０および２０と、音響レンズ３２とを含んだ領域（筺体部１１、２１および３０のＹ２方向側表面）を隙間なく覆って封止するように設けられている。また、封止部６は、音響レンズ３２よりも大きい光透過率を有するとともに、音響レンズ３２よりも小さい超音波の伝搬損失を有している。

また、封止部６は、被検体９０（生体）よりも大きい屈折率を有している。したがって、封止部６と被検体９０との境界面（接触面６０）における封止部６から被検体９０への光の入射角αは、屈折角βよりも大きくなる。

なお、封止部６は、検出方向前方（Ｙ２方向）におけるＬＥＤ光源１０（２０）から接触面６０までの距離Ｄ１が、検出方向前方（Ｙ２方向）におけるＬＥＤ光源１０（２０）から交点Ａ１までの距離Ｄ２よりも小さくなるように構成されている。すなわち、一対のＬＥＤ光源１０（２０）からの光の配向角γ１の交点Ａ１は、被検体９０の内側に配置されている。また、封止部６は、ＬＥＤ光源１０（２０）の出射方向前方の端部が角状に形成されている。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、検出部３の検出方向前方の表面を封止することにより、検出対象物９０ａから発生される音響波を検出部３に伝搬するように構成され、検出部３に対して被検体９０が配置される検出方向前方に配置される封止部６を設けることによって、封止部６により、被検体９０とＬＥＤ光源１０（２０）とが所定間隔離間して配置されるので、ＬＥＤ光源１０（２０）からの光（拡散光）を検出部３直下の被検体９０の浅い部分に届けることができるようになる。したがって、検出部３直下の被検体９０の浅い部分から被検体９０の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、封止部６を、検出方向前方に配置される被検体９０に接触する接触面６０を含み、封止部６を、検出部３の表面のみならず、ＬＥＤ光源部１（２）の検出方向前方側のＬＥＤ光源１０（２０）から出射される光の出射面に接触する状態でＬＥＤ光源１０（２０）を封止するように構成する。これにより、ＬＥＤ光源１０（２０）からの光を封止部６を介して被検体９０に照射することができるので、ＬＥＤ光源１０（２０）からの光を空気層を介して被検体９０に照射する場合と比べて、光の損失を抑制することができる。また、封止部６によりＬＥＤ光源１０（２０）が封止されることによって、ＬＥＤ光源１０（２０）が外方に露出しなくなる。このため、ＬＥＤ光源１０（２０）が直接被検体９０に接触することがなくなるので、被検体９０との直接的接触に起因するＬＥＤ光源１０（２０）内のワイヤの断線を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ＬＥＤ光源１０（２０）に、複数のＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）と、複数のＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）を封止することによりＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）とともにＬＥＤ光源１０（２０）を構成する素子封止部１０ｃ（２０ｃ）とを設け、封止部６を、被検体９０よりも大きい屈折率を有し、素子封止部１０ｃ（２０ｃ）の屈折率以下の屈折率を有するように構成する。これにより、ＬＥＤ光源１０（２０）を構成する素子封止部１０ｃ（２０ｃ）と封止部６との境界面、および、封止部６と被検体９０との境界面において、検出部３直下に向かうＬＥＤ光源１０（２０）からの光を屈折させることができるので、検出部３直下の被検体９０のより浅い部分に光を届けることができる。すなわち、検出部３直下に向かうＬＥＤ光源１０（２０）部（ＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ））からの光を屈折率が順に小さくなる部材により屈折させることができるので、光を屈折させずに直進させる場合と比べて、検出部３直下の被検体９０のより浅い部分に光を届けることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、検出部３に、超音波としての音響波を検出する超音波振動素子と、封止部６に封止された状態で超音波振動素子３１の検出方向前方に配置され、検出対象物９０ａからの音響波を超音波振動素子３１に集束させる音響レンズ３２とを設け、封止部６を、音響レンズ３２よりも大きい光透過率を有するとともに、音響レンズ３２と同等の超音波の伝搬損失を有するように構成する。これにより、音響レンズ３２によって音響波を集束させることにより、音響波を超音波振動素子３１に効率的に伝搬することができる。また、封止部６が、音響レンズ３２よりも大きい光透過率を有するとともに、音響レンズ３２と同等の超音波の伝搬損失を有しているので、少ない損失により、光を被検体９０に照射することができるとともに、少ない損失により、音響波を検出部３に伝搬することができる。

ＬＥＤ光源部１０（２０）には、光放出半導体素子としてＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）が設けられている。これにより、比較的消費電力の小さいＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）を用いることにより検出対象物９０ａの検出を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、図１、図２および図４を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、一対のＬＥＤ光源１０および２０からの光の配向角γ１の交点Ａ１を被検体９０の内側に配置した上記第１実施形態と異なり、一対のＬＥＤ光源１０および２０からの光の配向角γ２の交点Ａ２を封止部２０６の内側に例について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

図４に示すように、第２実施形態による光音響画像化装置２００（図１および図２参照）では、ＬＥＤ光源部１および２は、検出部３を挟み込むように一対設けられ、かつ、一対のＬＥＤ光源部１および２からそれぞれ出射される光の配向角γ２の交点Ａ２が検出部３の検出方向前方（Ｙ２方向）に位置するように構成されている。

また、封止部２０６は、検出方向前方（Ｙ２方向）におけるＬＥＤ光源１０（２０）から接触面６０までの距離Ｄ３が、検出方向前方（Ｙ２方向）におけるＬＥＤ光源１０（２０）から交点Ａ２までの距離Ｄ４よりも大きくなるように構成されている。すなわち、一対のＬＥＤ光源１０および２０からの光の配向角γ２の交点Ａ２は、封止部２０６の内側に配置されている。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、検出部３の検出方向前方の表面を封止することにより、検出対象物９０ａから発生される音響波を検出部３に伝搬するように構成され、検出部３に対して被検体９０が配置される検出方向前方に配置される封止部２０６を設けることによって、検出部３直下の被検体９０の浅い部分から被検体９０の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、ＬＥＤ光源部１および２を、検出部３を挟み込むように一対設け、かつ、一対のＬＥＤ光源部１および２からそれぞれ出射される光の配向角γ２の交点Ａ２が検出部３の検出方向前方に位置するように構成し、封止部２０６を、検出方向前方におけるＬＥＤ光源１０（２０）から接触面６０までの距離Ｄ３が、検出方向前方におけるＬＥＤ光源１０（２０）から交点Ａ２までの距離Ｄ４よりも大きくなるように構成する。これにより、検出部３直下の封止部２０６の内側に、一対のＬＥＤ光源１０（２０）部からの光の配向角γ２の交点Ａ２が配置されるので、検出部３直下の被検体９０全域に光を届けることができる。その結果、検出部３直下の被検体９０の浅い部分すべてから被検体９０の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができる。

（第３実施形態）
次に、図１、図２および図５を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、封止部６のＬＥＤ光源１０（２０）の出射方向前方の端部を角状に形成した上記第１実施形態と異なり、封止部３０６のＬＥＤ光源１０（２０）の出射方向前方の端部を曲面状に形成する例について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

図５に示すように、第３実施形態による光音響画像化装置３００（図１および図２参照）では、封止部３０６は、検出部３とＬＥＤ光源１０および２０とを封止するとともに、ＬＥＤ光源１０および２０の出射方向前方（Ｙ２方向）の端部にそれぞれ配置された曲面部３０６ａを含んでいる。詳細には、封止部３０６は、ＬＥＤ光源１０および２０の出射方向前方（Ｙ２方向）および接触面６０のＸ１方向およびＸ２方向のそれぞれの端部に曲面部３０６ａを含んでいる。また、封止部３０６は、曲面部３０６ａでＬＥＤ光源１０および２０からの光を屈折することにより、光を検出部３の検出方向前方（Ｙ２方向）に向けて集光するように構成されている。

また、封止部３０６は、側面視において（Ｚ方向から見て）、封止部３０６のＸ１方向の端面とＬＥＤ光源１０のＸ１方向の端面とが面一になるように構成されている。また、封止部３０６は、側面視において（Ｚ方向から見て）、封止部３０６のＸ２方向の端面とＬＥＤ光源２０のＸ２方向の端面とが面一になるように構成されている。

第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、検出部３の検出方向前方の表面を封止することにより、検出対象物９０ａから発生される音響波を検出部３に伝搬するように構成され、検出部３に対して被検体９０が配置される検出方向前方に配置される封止部３０６を設けることによって、検出部３直下の被検体９０の浅い部分から被検体９０の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、封止部３０６に、検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）を封止するとともに、ＬＥＤ光源１０（２０）の出射方向前方の端部に配置された曲面部３０６ａを設け、封止部を３０６、曲面部３０６ａでＬＥＤ光源１０（２０）からの光を屈折することにより、光を検出部３の検出方向前方に向けて集光するように構成する。これにより、曲面部３０６ａにおいて光を屈折させることにより、検出部３直下の被検体９０に光を集光させることができるので、検出部３直下の被検体９０の浅い部分からより多くの音響波を発生させることができる。

（第４実施形態）
次に、図６を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、封止部６が被検体９０に接触する接触面６０を含むように構成した上記第１実施形態と異なり、封止部４０６を埋める（充填する）カバー部４０７が被検体９０に接触する接触面４７０を含むように構成する例について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

図６に示すように、第４実施形態による光音響画像化装置（図示せず）は、検出方向前方（Ｙ２方向）の被検体９０に接触する接触面４７０を含み、検出部３側（Ｙ１方向側）が開放された箱状のカバー部４０７をさらに備えている。

詳細には、カバー部４０７は、Ｙ１方向側に開口部を有する箱状に形成されている。また、カバー部４０７は、開口部とは反対側の底部の検出方向前方（Ｙ２方向）に被検体９０に接触する接触面４７０を含んでいる。なお、一例として、カバー部４０７は、アクリル系の樹脂から形成されている。

封止部４０６は、カバー部４０７と検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）との間を埋めるように設けられている。

詳細には、検出部３およびＬＥＤ光源１０に対して検出方向前方（Ｙ２方向）側にカバー部４０７（接触面４７０）を配置した状態で、封止部４０６は、カバー部４０７と検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）との間に充填されることにより形成されている。

封止部４０６は、カバー部４０７と、検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）との間に充填されることにより、カバー部４０７と検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）とを、互いに一体的に固定するように構成されている。

また、封止部４０６は、カバー部４０７よりも大きい屈折率を有している。

第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記第１実施形態と同様に、検出部３の検出方向前方の表面を封止することにより、検出対象物９０ａから発生される音響波を検出部３に伝搬するように構成され、検出部３に対して被検体９０が配置される検出方向前方に配置される封止部４０６を設けることによって、検出部３直下の被検体９０の浅い部分から被検体９０の検出に必要とされる十分な音響波を受信することができる。

また、第４実施形態では、上記のように、検出方向前方の被検体９０に接触する接触面６０を含み、検出部３側が開放された箱状のカバー部４０７を設け、封止部４０６を、カバー部４０７と検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）との間を埋めるように設ける。これにより、カバー部４０７と検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）との間を封止部４０６により埋める（充填する）ことができるので、カバー部４０７と検出部３およびＬＥＤ光源１０（２０）との間の空気層を取り除くことができる。このため、ＬＥＤ光源１０（２０）からの光を空気層を介して被検体９０に照射する場合と比べて、光の損失を抑制することができる。また、封止部４０６の厚み分に加えて、カバー部４０７の厚み分もさらに被検体９０からＬＥＤ光源１０（２０）を離間して配置することができるので、ＬＥＤ光源１０（２０）からの光を検出部３直下の被検体９０のより浅い部分に届けることができる。

また、第４実施形態では、上記のように、ＬＥＤ光源１０（２０）に、複数のＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）と、複数のＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）を封止することによりＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ）とともにＬＥＤ光源１０（２０）を構成する素子封止部１０ｃ（２０ｃ）とを設け、封止部４０６を、カバー部４０７よりも大きい屈折率を有し、素子封止部１０ｃ（２０ｃ）の屈折率以下の屈折率を有するように構成する。これにより、ＬＥＤ光源１０（２０）を構成する素子封止部１０ｃ（２０ｃ）と封止部４０６との境界面、および、封止部４０６とカバー部４０７との境界面において、検出部３直下に向かうＬＥＤ光源１０（２０）からの光を屈折させることができるので、検出部３直下の被検体９０のより浅い部分に光を届けることができる。すなわち、検出部３直下に向かうＬＥＤ光源１０（２０）（ＬＥＤ素子１０ｂ（２０ｂ））からの光を屈折率が順に小さくなる部材により屈折させることができるので、検出部３直下の被検体９０のより浅い部分に光を届けることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、光音響画像化装置が音響レンズを備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光音響画像化装置が音響レンズを備えていなくてもよい。

また、上記第１〜４実施形態では、封止部がＬＥＤ光源を封止するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、封止部が検出部の検出方向前方の表面を封止しているのであれば、封止部がＬＥＤ光源を封止していなくてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、封止部と素子封止部との屈折率が同じである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、封止部と素子封止部との屈折率が異なっていてもよい。たとえば、図７に示す第１〜第４実施形態の第１変形例のように、封止部６が素子封止部１０ｃよりも小さい屈折率を有していてもよい。この場合には、素子封止部１０ｃ、封止部６および被検体９０の順に、屈折率が小さくなるため、素子封止部１０ｃと封止部６との境界面では、ＬＥＤ素子１０ｂからの光の屈折角δ２が入射角δ１よりも大きくなる。また、封止部６と被検体９０との境界面では、ＬＥＤ素子１０ｂからの光の屈折角δ３が入射角δ２よりも大きくなる。

また、上記第１〜第４実施形態では、光放出半導体素子として、ＬＥＤ素子を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光放出半導体素子として、ＬＥＤ素子以外の光放出半導体素子を用いてもよい。たとえば、図８に示す第１〜第４実施形態の第２変形例のように、光放出半導体素子５１０ｂとして、半導体レーザ素子や、有機発光ダイオード素子などを用いてもよい。また、半導体レーザ素子を用いる場合には、発光ダイオード素子と比べて、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子からの光の大部分を確実に被検体に照射することができる。また、有機発光ダイオード素子を用いる場合には、薄型化が容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、光放出半導体素子５１０ｂが設けられる光放出半導体素子光源部５０１を容易に小型化することができる。

また、上記第４実施形態では、封止部がカバー部よりも大きい屈折率を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、封止部とカバー部とが等しい屈折率を有していてもよい。また、封止部がカバー部よりも小さい屈折率を有していてもよい。

１、２ ＬＥＤ光源部（光放出半導体素子光源部）
３ 検出部
６、２０６、３０６、４０６ 封止部
１０、２０ ＬＥＤ光源（光放出半導体素子光源）
１０ａ、１０ｂ 出射面
１０ｂ、２０ｂ ＬＥＤ素子（光放出半導体素子）
１０ｃ、２０ｃ 素子封止部
３２ 音響レンズ
６０、４７０ 接触面
９０ 被検体
９０ａ 検出対象物
１００、２００、３００ 光音響画像化装置
３０６ａ 曲面部
４０７ カバー部
５０１ 光放出半導体素子光源部
５１０ｂ 光放出半導体素子（半導体レーザ素子、有機発光ダイオード素子）
Ｄ３、Ｄ４ 距離
γ２ 配向角
Ａ２ 交点

この発明の一の局面による光音響画像化装置は、被検体に照射する光を出力する光放出半導体素子光源を含む光放出半導体素子光源部と、光放出半導体素子光源部に近接して配置され、光放出半導体素子光源により被検体に照射された光が被検体の検出対象物に吸収されることにより発生される音響波を検出する検出部と、検出部に対して被検体が配置される側の検出方向前方の検出部の表面を封止することにより、検出対象物から発生される音響波を検出部に伝搬するように構成され、検出部に対して被検体が配置される検出方向前方に配置される封止部とを備える。

Claims (11)

1. 前記検出部に近接して配置され、被検体に光を照射する光を出力する光放出半導体素子光源を含む光放出半導体素子光源部と、
   前記光放出半導体素子光源により前記被検体に照射された光が前記被検体の検出対象物に吸収されることにより発生される音響波を検出する検出部と、
   前記検出部に対して前記被検体が配置される側の検出方向前方の前記検出部の表面を封止することにより、前記検出対象物から発生される音響波を前記検出部に伝搬するように構成され、前記検出部に対して前記被検体が配置される前記検出方向前方に配置される封止部とを備える、光音響画像化装置。
2. 前記封止部は、前記検出方向前方に配置される前記被検体に接触する接触面を含み、前記検出部の前記表面のみならず、前記光放出半導体素子光源部の前記検出方向前方側の前記光放出半導体素子光源から出射される光の出射面に接触する状態で前記光放出半導体素子光源を封止するように構成されている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
3. 前記光放出半導体素子光源部は、前記検出部を挟み込むように一対設けられ、かつ、一対の前記光放出半導体素子光源部からそれぞれ出射される光の配向角の交点が前記検出部の前記検出方向前方に位置するように構成され、
   前記封止部は、前記検出方向前方における前記光放出半導体素子光源から前記接触面までの距離が、前記検出方向前方における前記光放出半導体素子光源から前記交点までの距離よりも大きくなるように構成されている、請求項２に記載の光音響画像化装置。
4. 前記封止部は、前記検出部および前記光放出半導体素子光源を封止するとともに、前記光放出半導体素子光源の前記出射方向前方の端部に配置された曲面部を含み、前記曲面部で前記光放出半導体素子光源からの光を屈折することにより、光を前記検出部の前記検出方向前方に向けて集光するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
5. 前記接触面を有し、前記検出方向前方の前記被検体に接触する接触面を含み、前記検出部側が開放された箱状のカバー部をさらに備え、
   前記封止部は、前記カバー部と前記検出部および前記光放出半導体素子光源との間を埋めるように設けられている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
6. 前記光放出半導体素子光源は、複数の光放出半導体素子と、前記複数の光放出半導体素子を封止することにより前記光放出半導体素子とともに前記光放出半導体素子光源を構成する素子封止部とを有し、
   前記封止部は、前記カバー部よりも大きい屈折率を有し、前記素子封止部の屈折率以下の屈折率を有している、請求項５に記載の光音響画像化装置。
7. 前記光放出半導体素子光源は、複数の光放出半導体素子と、前記複数の光放出半導体素子を封止することにより前記光放出半導体素子とともに前記光放出半導体素子光源を構成する素子封止部とを有し、
   前記封止部は、前記被検体よりも大きい屈折率を有し、前記素子封止部の屈折率以下の屈折率を有している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
8. 前記検出部は、超音波としての音響波を検出する超音波振動素子と、前記封止部に封止された状態で前記超音波振動素子の前記検出方向前方に配置され、前記検出対象物からの音響波を前記超音波振動素子に集束させる音響レンズとを含み、
   前記封止部は、前記音響レンズよりも大きい光透過率を有するとともに、前記音響レンズと同等の超音波の伝搬損失を有している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
9. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として発光ダイオード素子を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
10. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として半導体レーザ素子を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
11. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。

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