JP6029413B2 - プローブ及び被検体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ、被検体情報取得装置、及びプローブの製造方法に関する。特に、被検体に照射された光に起因して被検体から発生する音響波を受信するプローブと、前記プローブを有する被検体情報取得装置、及び前記プローブの製造方法に関する。

光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）と呼ばれる光音響イメージング技術がある。光音響イメージングは、光の照射により発生する音響波（「光音響波」とも言う）を検出し、得られた受信信号から画像データを生成する技術である。この光音響波は、光源からのパルス光が被検体に照射され、被検体内を伝播した光のエネルギーを吸収した組織が振動することにより発生する。この音響波の波長は組織の大きさに依存し、典型的には超音波の波長領域となる。

特許文献１には、このような音響波を受信する素子を備えたプローブが提案されている。光音響イメージングでは、音響波を発生させるための光が、プローブ中の素子の受信面に入射すると受信面で音響波が発生し、ノイズとなる可能性がある。こうした受信面で発生する音響波を抑制するために、特許文献１のプローブは、受信面に光が入射しないよう、プローブの素子の受信面の直上に、光反射層を設けている。

一方、圧電素子の代替品として、マイクロマシニング技術を用いて作製されるＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の研究がされている。ＣＭＵＴは、静電容量型の素子を備えたトランスデューサであり、振動膜の振動を用いて超音波などの音響波を送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を得ることができる。

特開２０１０−０７５６８１号公報

静電容量型のトランスデューサにおいても、音響波を発生させるために照射された光が素子の受信面に入射すると音響波が発生し、ノイズとなる可能性がある。ただし、特許文献１のように、光反射層を素子の直上に配置すると、光反射層の応力により、素子を構成する振動膜のばね定数の変化、振動膜の変形量のばらつき等が発生する可能性がある。このような振動膜への影響は、素子の感度の低下、ばらつき、帯域幅の減少を発生させることがある。

本発明は上記課題に鑑み、素子への影響を抑えつつ、光反射層を設けることを目的とする。

本発明のプローブは、被検体からの音響波を受信するためのプローブであって、
間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が前記音響波により振動可能に支持されたセル構造を有する静電容量型の素子と、
前記素子より被検体側に設けられ、光を反射する光反射層と、
前記素子と前記光反射層との間に設けられ、前記光反射層を支持する支持層と、
前記素子と前記支持層との間に設けられた音響マッチング層と、
を有し、
前記支持層は、破断応力が５０ＭＰａ以上であり、前記支持層の音響インピーダンスよりも前記音響マッチング層の音響インピーダンスが小さいことを特徴とする。

また、本発明の別のプローブは、被検体からの音響波を受信するためのプローブであって、
間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が前記音響波により振動可能に支持されたセル構造を有する静電容量型の素子と、
前記素子より被検体側に設けられ、光を反射する光反射層と、
前記素子と前記光反射層との間に設けられ、前記光反射層を支持する支持層と、
前記素子と前記支持層との間に設けられた音響マッチング層と、
を有し、
前記支持層のヤング率は、前記音響マッチング層のヤング率よりも高く、且つ前記音響マッチング層の音響インピーダンスは、前記支持層の音響インピーダンスよりも小さいことを特徴とする。

本発明により、素子と光反射層との間に支持層を設けたため、光反射層を設けた場合でも素子の振動膜への影響を低減することが可能となる。

プローブの構成の一例を示す断面図である。 静電容量型トランスデューサの構成の一例を示す模式図である。 プローブの筐体の一例を示す透過斜視図である。 静電容量型トランスデューサとフレキシブル基板との接続の一例を示す模式図である。 静電容量型トランスデューサの筐体への挿入の一例を示す断面図である。 プローブを備えた被検体情報取得装置の模式図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態の一例について図面を用いて説明する。

図１は、プローブの構成の一例を示す断面図である。本実施形態のプローブは少なくとも、電気機械変換装置である静電容量型のトランスデューサ３３と、支持層１０と、光反射層６と、を備える。図１は本実施形態の好適な例を示しており、静電容量型トランスデューサ３３と支持層１０との間に音響マッチング層９が設けられている。また、静電容量型トランスデューサ３３は筐体としての筐体枠１１内に納められており、フレキシブル基板等の部材は省略されている。まず、図２を用いて静電容量型トランスデューサ３３について説明する。

（静電容量型トランスデューサ）
図２（ａ）は、静電容量型トランスデューサ３３の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。静電容量型トランスデューサ３３は、１つ以上のセル構造２を有する素子１（エレメント）を１つ以上有している。セル構造２とは、間隙を隔てて形成された一対の電極を備えており、一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持されている構造を示す。図２では、４つの素子１のみを記載しているが、素子数は幾つでも構わない。また、各素子１は、９個のセル構造２から構成されているが、セル構造２の個数は幾つであっても構わない。セル構造の形状は、図２では円形であるが、四角形、六角形等の形状でも構わない。

図２（ｂ）においては、基板３としてシリコン基板等の半導体基板を用いており、基板３が第１の電極として機能している。ただし、金属等からなる層を基板上に設けて第１の電極としても良い。第１の電極としての基板３と、第２の電極８と、の間には間隙５が存在する。基板３の上には支持部４が形成されており、第２の電極８と振動膜７とは支持部４により振動可能に支持されている。

図２（ｂ）において、振動膜７は、例えば単結晶シリコンである。振動膜７が低抵抗の単結晶シリコンである場合、単結晶シリコンを第２の電極として用いることができるため、第２の電極８となる金属を配置しない構成も可能である。振動膜７は、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の絶縁膜であっても構わない。

第１の電極としての基板３と第２の電極８とは対向しており、この一対の電極の間には、不図示の電圧印加手段から電圧が印加される。また、素子１は、引き出し配線を用いることで、第２の電極８から素子毎に電気信号を取り出すことができる。つまり、第１の電極を素子同士で電気的に接続された共通電極とし、第２の電極８を素子毎の電気信号を取り出す信号取り出し電極としている。ただし、第１の電極を素子毎に電気的に分離した場合は、第２の電極８を共通電極とし、第１の電極から素子毎の電気信号を取り出す信号取り出し電極としてもよい。

（駆動原理）
本発明の静電容量型トランスデューサの駆動原理を説明する。音響波を受信する場合、電圧印加手段は、第１の電極と第２の電極８との間に電位差が生じるように、第１の電極に直流電圧を印加しておく。音響波を受信すると、第２の電極８が形成された振動膜７が撓むため、第２の電極８と第１の電極との間隔（間隙５の深さ方向の距離）が変わり、静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、第２の電極８から電流が出力される。この電流を、不図示の電流−電圧変換素子によって電圧に変換し、音響波の受信信号とする。上述したように、引き出し配線の構成を変更することによって、第２の電極８に直流電圧を印加し、第１の電極から素子毎に電気信号を取り出してもよい。

また、本実施形態の静電容量型トランスデューサは音響波を送信することも可能である。音響波を送信する場合、第１の電極に直流電圧を印加し、第２の電極８に交流電圧を印加し、静電気力によって、第２の電極８が形成された振動膜７を振動させる。この振動によって、音響波を送信することができる。音響波を送信する場合も、引き出し配線の構成を変更することによって、第２の電極８に直流電圧を印加し、第１の電極に交流電圧を印加し、振動膜７を振動させてもよい。

（音響マッチング層９）
図１に示すように、本実施形態のプローブは、静電容量型トランスデューサ３３の振動膜７の上（被検体側）に音響マッチング層９が位置している。音響マッチング層９の音響インピーダンスは振動膜７の音響インピーダンスに近いことが好ましく、具体的には、音響インピーダンスは１ＭＲａｙｌｓ以上２ＭＲａｙｌｓ以下であることが好ましい。音響マッチング層９としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を主成分とした有機ポリマーを架橋したシリコーンゴムが好ましい。ＰＤＭＳにシリカ粒子等を添加したものや、ＰＤＭＳの水素の一部をフッ素で置換したフロロシリコーンなどでもよい。シリコーンゴムは振動膜７に影響を与えることが少なく、その厚さは１０μｍ以上９００μｍ以下が好ましい。また、振動膜７の変形量やバネ定数などの機械特性を大きく変化させないよう、音響マッチング層９のヤング率は１０ＭＰａ以下であることが好ましい。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を主成分とした有機ポリマーを架橋したシリコーンゴムの場合、ヤング率は１ＭＰａ程度である。

このように、音響マッチング層９はヤング率が小さいため、光反射層６を音響マッチング層９に直接形成すると、その膜応力により光反射層６が変形するなどの影響を受ける可能性がある。そこで、本実施形態では、支持層１０を介して光反射層６を形成している。

（支持層１０）
支持層１０としては、光反射層６が撓んだり変形したりすることを抑制できるように、音響マッチング層９よりもヤング率が大きいことが好ましい。具体的には、支持層１０のヤング率は１００ＭＰａ以上２０ＧＰａ以下が好ましい。また、支持層１０の音響インピーダンスは、音響マッチング層９に近い音響インピーダンスであることが好ましく、具体的には音響インピーダンスが１ＭＲａｙｌｓ以上５ＭＲａｙｌｓ以下であることが好ましい。

ここで、音響インピーダンスが音響マッチング層９に近いフィルムとしては、ポリメチルペンテン、ポリエチレンなどのオレフィン系のフィルムがある。しかしながら、このようなオレフィン系のフィルムは、キズ等が入ると裂けやすい傾向があり、ハンドリングの面で扱いにくい場合がある。

そこで、光反射層６の支持層１０としては、音響マッチング層９との界面での音響波反射の少ないということだけでなく、十分な剛性（特に、十分な破断応力）を有するものが好ましい。具体的に、本実施形態の支持層１０は、破断応力が５０ＭＰａ以上である。このような破断応力を持つことにより、支持層１０は裂けにくくなる。さらに、上述したように、破断応力が大きいことだけでなくヤング率も大きいことが好ましく、具体的に、ヤング率は１００ＭＰａ以上２０ＧＰａ以下が好ましい。

また、特定の音響媒体（音響マッチング液）と接した状態でプローブを使用する場合、支持層１０の溶解度パラメータ（Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ：ＳＰ値）が、音響媒質の溶解度パラメータに対して５以上離れていることが好ましい。つまり、支持層１０の溶解度パラメータと、音響媒質の溶解度パラメータと、の差が５以上であることが好ましい。溶解度パラメータとは、ある物質が、ある物質にどのくらい溶けるのかを示す溶解性の指標である。これは、光反射層６についたキズなどから音響媒質が浸入して支持層１０と接触した場合に、支持層１０が破断する一要因として考えられるためである。支持層１０の溶解度パラメータが、音響媒質の溶解度パラメータに対して５以上が離れている場合には、音響媒質に対する耐性が高くなる。

音響マッチング層９の上に配置される支持層１０の好適な材料としては、ポリエチレンテレフタラートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエーテルスルホンがある。特に、好ましい材料として、ポリエステルが好ましい。ポリエステルフィルムは、破断応力が８０ＭＰａより大きく、ヤング率が１ＧＰａより大きく、十分な剛性（特に破断応力）をもつ。また、ポリエステルフィルムは、表面平滑性に優れ、光反射層６の支持基体として優れている。ここで、ポリエステルは、剛性が高い半面、音響インピーダンスも大きくなる。しかしながら、ポリエステルフィルムを所望の厚さ以下（詳細は後述）にすることで、音響波の透過率の低下を抑制することができる。また、音響媒質にヒマシ油を用いる場合、ヒマシ油の溶解度パラメータは１６．２であり、ポリエステルフィルムの溶解度パラメータは１０．７であるため、ひまし油に対しても十分な耐性を有する。以下、ポリエステルフィルムの厚さと光音響波の透過率低下について説明する。

ポリエステルフィルムの音響インピーダンスは２．９Ｍｒａｙｌｓである。音響波の強度は、音響マッチング層９とポリエステルフィルムからなる支持層１０との界面での反射等により、振動膜７に到達したときは低下する。このとき振動膜７に伝わる音響波の強度はポリエステルフィルムの厚さに依存する。ポリエステルフィルム中の音速（音響波の伝搬速度）を２２６０ｍ／ｓとする。

プローブが音響媒質の液中にある場合、音響媒質の液体の音響インピーダンスを１．３Ｍｒａｙｌｓとする。音響媒質としては、ひまし油やオリーブ油、グリセリン、グリコールエーテルなどやこれらの混合物等が用いられる。また、音響マッチング層９としてＰＤＭＳを用いた場合、ＰＤＭＳの音響インピーダンスを１．５Ｍｒａｙｌｓ、音速を１０００ｍ／ｓとする。振動膜７の機械インピーダンスは周波数（振動膜の振動数）に依存するが、大抵の場合において音響媒質と同等か、それ以下である。

このような条件下において、ポリエステルフィルムの厚さを３０μｍ以下とすると、支持層１０としてのポリエステルフィルムが無い場合に対して、ポリエステルフィルムがある場合の音響波の透過率の低下は、１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数範囲で１０％以下、１ＭＨｚ以上８ＭＨｚ以下の周波数範囲でも１５％以下となる。

一方、ポリエステルフィルムを４０μｍと厚くした場合、ポリエステルフィルムが無い場合に対して、ポリエステルフィルムが有る場合の音響波の透過率の低下は、１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数範囲で１３％、１ＭＨｚ以上８ＭＨｚ以下で１９％となる。よって、ポリエステルフィルムの厚みを増加させると、音響波の透過率は低下することが分かる。したがって、本実施形態においては、支持層１０としてポリエステルフィルムを用いる場合、厚さを３０μｍ以下にすることが好ましい。

（光反射層６）
本実施形態の光反射層６は、素子１への光の入射を抑制するための部材である。具体的には、被検体への照射光またはその散乱光を反射するため部材である。被検体として、***等の生体を診断する場合、レーザー光として波長７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の近赤外領域が用いられることが多い。光反射層６は、使用する波長領域の光（例えば７００−１０００ｎｍ）に対して、高い反射率（好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上の反射率）を有することが好ましい。具体的には、光反射層６は金属薄膜からなることが好ましく、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕのうち少なくとも１つの元素を含む金属や、これらの合金を用いることができる。

また、光反射層６の膜厚は、１５０ｎｍ以上あることが好ましい。１５０ｎｍ以上であれば、十分な反射率を得ることができる。ただし、音響インピーダンスを考慮して、１０μｍ以下であることが好ましい。例えばＡｕの場合、音響インピーダンスが約６３×１０^６［ｋｇ・ｍ^−２・ｓ^−１］と高いため、音響インピーダンス不整合による音響波の反射を防ぐためにはある程度薄くする必要がある。よって、Ａｕの場合、膜厚は、材料中の音響波の波長の１／３０以下であることが好ましい。特に、光音響効果により発生する音響波の受信帯域としては、通常１０ＭＨｚ程度であり、１０ＭＨｚでの水中の波長が約１５０μｍであることを考慮して、Ａｕ膜の厚さは５μｍ以下であることが好ましい。形成方法としては、蒸着もしくはスパッタリングを用いることができる。また、密着力を上げるためにＣｒやＴｉの下地層を設けてもよい。

また、光反射層６としては、金属膜だけでなく、誘電体多層膜を用いることもできる。さらには、金属膜の上に誘電体多層膜を形成した積層構造とすることもできる。このような積層構造の場合、反射率を更に向上させることができるため好ましい。

（支持層１０の筐体への配置）
図３は、静電容量型トランスデューサを内部に納める筐体である筐体枠１１の先端部を示す模式図である。プローブの筐体枠１１は金属もしくは合金で形成されていることが多く、アルミニウム、ＳＵＳなどが挙げられるが、セラミックスなどの他の材料であっても構わない。光反射層６は、プロ−ブの被検体側の面（被検体に対向した面）に平坦に配置されることが好ましい。光反射層６の平坦性が損なわれると、素子の表面と光反射層６との間に配置されている音響マッチング層９の厚さが一様でなくなるために、光音響波の界面反射条件が一様でなくなり、多重反射の干渉や受信強度の低下等、受信される音響波を乱す要因になる場合がある。このため光反射層６の平坦性を損ねずに、筐体に配置することが好ましい。

光反射層６は、あらかじめ支持層１０となるフィルム上に形成しておくことが考えられる。そして、筐体枠１１の上端面１２に接着剤を塗布した後、上端面１２に光反射層６が形成された支持層１０を配置し、支持層１０を加圧した状態で接着剤の熱硬化を行うことにより、支持層１０を上端面１２に接着する。そのため、ポリエステルフィルム等の支持層１０の加熱収縮率は、１．２％以上であることが好ましい。支持層１０として用いられるポリエステルフィルム等はその製造工程において延伸処理されており、主にその延伸条件により、加熱収縮特性が変化する。加熱収縮率とは、ある一定温度にフィルムを保持した後に室温に戻した場合の収縮率である。

ここで、実際に加熱収縮率の異なるポリエステルフィルムを準備し、それを上端面１２に接着した結果を表１に示す。

加熱収縮率は、１５０℃の温度下に３０分置いた後、室温（２０℃）に戻した場合の値を用いた。筐体枠１１はアルミニウムからなる枠を用いた。接着した後の平坦性の結果は、目視で評価した結果を示す。接着温度は１２０℃である。表１のポリエステルフィルムの結果に示すように、支持層１０として用いられるフィルムが接着剤により筐体枠１１に固定される際、筐体枠１１とフィルムの熱膨張率の差が、フィルムの収縮により吸収しきれない場合、平坦性を損ねると考えられる。つまり、加熱収縮率が小さいフィルムを使用すると、接着後のフィルム面に適度な張力がかからずに、うねった表面となり、平坦なフィルム面として実装しにくい。上記例では筐体枠１１としてアルミニウムを用い、フィルムとしてポリエステルフィルムを用いたが、筐体枠１１として使用される部材の材質や材料、支持層１０として用いられるフィルムの材料等により熱膨張の差は異なってくる。しかしながら、金属の中では熱膨張の大きなアルミを筐体枠に用いた場合でも、ポリエステルフィルムのように加熱収縮率が１．２％以上であれば平坦性を確保しやすいということから、本実施形態の支持層１０として用いられるフィルムとしては加熱収縮率が１．２％以上の材料を用いることにより、適度な張力にてフィルムを筐体枠１１に接着することができる。

本実施形態で用いられる接着剤は、支持層１０となるフィルムと筐体枠１１とを接着することができるものであれば、どのような接着剤であっても使用することができる。ただし、あまり熱硬化温度が高くないほうが好ましい。具体的には、熱硬化温度が８０℃以上１２０℃以下の範囲であることが好ましい。特に、シリコーン系の接着剤はポリエステルフィルムとも筐体枠１１の金属とも接着しやすいため適しており、その硬化温度は概ね８０℃から１２０℃の範囲で使用することが可能である。

（製造方法）
次に本実施形態のプローブの製造方法について詳細に説明する。まず、光反射層６を支持層１０となるフィルム上に形成する。光反射層６として金属薄膜を用いる場合、光反射層６は、支持層１０となるフィルムの上に、蒸着やスパッタリング等により形成することができる。Ａｕを用いる場合は密着性が弱い場合が多いため、下地層としてＣｒ膜を形成した後、Ａｕ膜を形成するとよい。また、オゾンアッシャーなどの表面処理を施してもよい。また、金属薄膜でなく、ＴｉＯ２などの酸化膜の誘電体層を多層にしてフィルム上に形成することもできる。

次に、筐体枠１１に光反射層６が形成された支持層１０を接着する。支持層１０は、光反射層６の応力等を受けている場合がある。光反射層６を平坦な状態でプローブに設けるためには、支持層１０に適度な張力が印加されていることが好ましい。加熱収縮する支持層１０を筐体枠１１に加圧接触させて、加圧した状態で接着剤を熱硬化することにより、このような状態を実現することができる。支持層１０が接着されている部分は、筐体枠１１の外形を規定している枠の端面である。筐体枠１１はプローブ全体をコンパクトにするために、肉厚が薄くできていることが好ましいが、接着をするためには、枠面積は大きいほうがよい。この両方の面を鑑みて、筐体枠１１の枠厚さを決めることが好ましい。具体的には１００μｍ以上１０ｍｍ以下の枠厚さであるとよい。

具体的に、支持層１０の筐体枠１１への接着は、以下の方法で行うと良い。筐体枠１１としてはＳＵＳ製の筐体枠１１についての接着方法を例として記載しているが、他の材質であっても接着剤を適宜選択することにより、接着することができる。まず筐体枠１１の上端面１２を有機溶剤で払拭洗浄した後、プライマーを端面に塗布する。プライマーは、表面を接着しやすくするための低粘度液体であり、接着剤の種類により適したものを用いるとよい。上端面１２にプライマーを塗布した後に、溶剤を揮発させて定着のための熱処理をする。次に接着剤を上端面１２に塗布する。用いる接着剤はシリコーン接着剤が好ましいが、エポキシ接着剤やアクリル接着剤を使用することも可能である。

次に、光反射層６が形成された支持層１０を平坦なプレートの上に仮止めし、支持層１０の接着面を、筐体枠１１の接着剤を塗布した上端面１２に押しつけ、加圧固定したまま、熱硬化処理を行う。硬化過程でポリエステルフィルム等の支持層１０は収縮するため、適度な張力がかかった状態で接着固定される。よって、室温に戻しても平坦な光反射層６を形成することできる。

次に、筐体枠１１に光反射層６が貼られた状態で、筐体内部に、音響マッチング層９となる音響マッチング剤を充填する。音響マッチング剤としてはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を主成分とした有機ポリマーを架橋したシリコーンゴムを用いるとよい。ＰＤＭＳにシリカ粒子等を添加したものや、ＰＤＭＳの水素の一部をフッ素で置換したフロロシリコーンなどを使用することもできる。架橋前の有機ポリマーを滴下することにより、筐体内部に有機ポリマーを充填する。充填量は、次に挿入される素子１の作りこまれた基板３が、十分に有機ポリマー中に埋設するように定めるとよい。有機ポリマーを入れたあと、真空脱法処理を行う。これは、充填時に巻き込まれた気泡や有機ポリマーに元々含まれていた気泡を除去するためである。

次に、静電容量型トランスデューサ３３を筺体内に挿入する。図４は、静電容量型トランスデューサ３３とフレキシブル基板１４との接続の一例を示す模式図である。素子１が形成された基板３は、デバイスボード１３に固定される。デバイスボード１３は、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。デバイスボード１３の端部で、静電容量型トランスデューサの電極端子とフレキシブル基板１４とはワイヤーボンディングされ、ボンディング部は、封止部１５にて封止されている。電気的な接続は、ワイヤーボンディングによる接続だけでなく、ＡＣＦ等により接続しても良い。

このように、フレキシブル基板１４と接続された静電容量型トランスデューサ３３は、音響マッチング剤が充填された筐体内部に挿入される。図５は、静電容量型トランスデューサ３３を筺体内に挿入する際の一例を示す模式図である。静電容量型トランスデューサ３３は素子１が形成されている面側から筐体内部に挿入されるが、気泡を巻き込まないために、十分に低速度で押し込み、静電容量型トランスデューサ３３を音響マッチング剤の中に埋設する。音響マッチング層９となる部分の厚みは静電容量型トランスデューサ３３の受信面と、筐体枠１１に接着された支持層１０との距離により決められる。したがって、挿入時は受信面の押し込み量をモニタリングし、傾きが発生しないようにすることが好ましい。具体的には、傾きが発生しないように、加圧用ジグ１６を用いて、複数点でデバイスボード１３を押すことが好ましい。

このようにして、音響マッチング剤である有機ポリマーの中への静電容量型トランスデューサ３３の埋設が終了すると、筐体容器は埋設部を重力方向下方にしたまま、熱硬化炉へ入れられる。硬化条件は温度と保持時間とで決められるが、硬化温度を高くせずに保持時間を長くしたほうがプロセス上は好ましい。通常、ＰＤＭＳでは、硬化温度は８０℃から１２０℃、保持時間は３時間から２４時間程度から選択される。

このようにして形成されたプローブは、プローブの受信面にある素子１の振動膜７上に音響マッチング層９を有し、その上に支持層１０を介して光反射層６が形成されている。これにより、光反射層６を支持層１０が支え、光反射層６の応力が音響マッチング層９や振動膜７にあまり及ばない。よって、振動膜７の変形等が起こり難く、光反射層６を配置しているにも関わらず、プローブの性能ばらつきを抑制して、音響波を良好に受信することができる。

（被検体情報取得装置）
上記実施形態で説明したプローブは、音響波を受信する被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波をプローブ内の静電容量型トランスデューサ３３で受信し、静電容量型トランスデューサ３３から出力される電気信号を用い、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体内の情報を取得することができる。

図６は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置を示したものである。光源５１から発生したパルス光５２は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材５４を介して、被検体５３に照射される。被検体５３の内部にある光吸収体５５は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波５６を発生する。プローブ５７は、音響波５６を受信して電気信号に変換し、信号処理部５９に出力する。信号処理部５９は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部５０へ出力する。データ処理部５０は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報）を画像データとして取得する。表示部５８は、データ処理部５０から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。なお、プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。

（実施例１）
以下、プローブの作製方法の一例として第１の実施例を説明する。プローブの筐体枠１１はＳＵＳ製で作成した。支持層１０は、厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ製ルミラ―Ｆ−６５）を使用した。蒸着にて、Ｃｒ膜１０ｎｍの密着層とＡｕ膜１５０ｎｍとの積層膜を形成し光反射層６とした。筐体枠１１に支持層１０を貼り付ける工程は以下のように行った。

まず、有機溶剤にて上端面１２（図３参照）の払拭洗浄を行い、油分やごみを一掃した。次に、シリコーン接着剤の接着強度を確保するために、専用プライマーＮｏ．４を端面に塗布した。プライマーＮｏ．４は信越化学工業製のシリコーン樹脂専用プライマーであり、シリコーン接着剤とＳＵＳの接着強度を確保するためのものである。ＳＵＳ枠の上端面１２に塗布して、溶剤揮散定着のために８０℃３０分間、炉で熱処理をした。

次にシリコーン接着剤を塗布しポリエステルフィルムを接着した。接着剤は、信越化学工業整のＸ−３２−９４９を用いた。接着剤には微粒子粉を混合してある。ポッターズ・バロティーニ株式会社製のＳｐｈｅｒｉｃｅｌ−６０Ｐ１８を５ｐｈｒ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｒｅｓｉｎ）添加して十分に撹拌混合をして遠心脱泡を施すことにより混合した。

接着剤の塗布は転写により行った。転写とは、接着剤を所定の膜厚に設定した凹部に摺り切り充填し、それをＳＵＳ枠の上端面１２へ転写する方法である。接着剤の膜厚は５０−２００μｍとした。

次に、ポリエステルフィルムの貼り付けを行った。まずポリエステルフィルムを、金属製の平坦な面を有するプレートに、接着面をＳＵＳ枠側に向けて仮止めした。仮止めはフィルムを弛まないようにして粘着テープ等で行えばよい。次に、ＳＵＳ枠端面にプレートを接触させた。プレート自体の自重もしくはばね等でプレートはＳＵＳ枠に加圧保持されており、保持された状態で熱硬化する。熱硬化条件は１２０℃６０分で行った。接着剤の熱硬化後のポリエステルフィルムは平坦な状態で接着固定される。

次に、光反射層６が形成された支持層１０が張られた状態の筐体容器に、音響マッチング層９となるＰＤＭＳを充填した。ＳＵＳ枠筐体容器にＰＤＭＳ（信越化学工業 Ｘ−３２−１６１９）をチューブからそのまま滴下した。本実施例では略５ｍｍ程度の深さまで滴下した。次に滴下時に巻き込まれた気泡やＰＤＭＳに含まれている気泡を除去するために真空脱泡処理を行った。具体的には、５×１０^−２Ｔｏｒｒ以下の真空状態で３０分以上放置した。

次に、ＳＵＳ枠筐体容器に滴下されたＰＤＭＳ中に静電容量型トランスデューサ３３を埋設した。図４に示されるように、静電容量型トランスデューサ３３はガラスエポキシ製のデバイスボード１３に固定されている。このように実装された静電容量型トランスデューサ３３を、気泡を巻き込まないように、ポリエステルフィルム面に静電容量型トランスデューサの振動膜７側の面を向けてゆっくりと押し込みつつ埋設した。静電容量型トランスデューサ３３とポリエステルとの距離は、押しこみ量から算出される。また、傾きが発生しないように図５に記載の加圧用ジグ１６を用いて、複数点でデバイスボード１３を押した。

このようにして、ワイヤーボンディングの封止部１５の頂上とポリエステル面が接触する程度まで押しこまれる。本実施例の方法で形成された音響マッチング層９のＰＤＭＳの膜厚は、封止部１５の高さで決められる。本実施例では音響マッチング層９の膜厚は、３００〜５００μｍに形成した。次に、静電容量型トランスデューサ３３を埋設した状態で、ＳＵＳ枠筐体容器を、支持層１０を下にして、かつ、光反射層６の面はなにも接触しないように中空のまま、熱硬化炉へ投入した。硬化条件は８０℃１５時間とした。

以上のようにして形成されたプローブは、支持層１０上に平坦性に優れた光反射層６が実現されるため、性能のバラツキが抑制され、光音響波を良好に受信することができる。

１ 素子
２ セル構造
３ シリコン基板
４ 支持部
５ 間隙
６ 光反射層
７ 振動膜
８ 第２の電極
９ 音響マッチング層
１０ ポリエステルフィルム
１１ 筐体枠
１２ 上端面
１３ デバイスボード
１４ フレキシブル基板
１５ 封止剤
１６ 加圧用治具

Claims (27)

1. 被検体からの音響波を受信するためのプローブであって、
   間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が前記音響波により振動可能に支持されたセル構造を有する静電容量型の素子と、
   前記素子より被検体側に設けられ、光を反射する光反射層と、
   前記素子と前記光反射層との間に設けられ、前記光反射層を支持する支持層と、
   前記素子と前記支持層との間に設けられた音響マッチング層と、
   を有し、
   前記支持層は、破断応力が５０ＭＰａ以上であり、前記支持層の音響インピーダンスよりも前記音響マッチング層の音響インピーダンスが小さいことを特徴とするプローブ。
2. 前記支持層は、前記光反射層に接してこれを支持することを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 前記支持層の溶解度パラメータが、前記プローブが接する音響媒質の溶解度パラメータに対して５以上離れていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブ。
4. 前記支持層は、前記音響マッチング層よりヤング率が高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブ。
5. 前記支持層は、音響インピーダンスが１ＭＲａｙｌｓ以上５ＭＲａｙｌｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプローブ。
6. 前記支持層は、ヤング率が１００ＭＰａ以上２０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプローブ。
7. 前記音響マッチング層は、音響インピーダンスが１ＭＲａｙｌｓ以上２ＭＲａｙｌｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプローブ。
8. 前記音響マッチング層は、ヤング率が１０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプローブ。
9. 前記支持層の厚さは、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプローブ。
10. 前記素子を納めた筐体を有し、
    前記支持層の加熱収縮率は１．２％以上であり、前記支持層は前記筐体に接着されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のプローブ。
11. 前記支持層がポリエステルからなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のプローブ。
12. 前記ポリエステルはポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１１に記載のプローブ。
13. 前記光反射層は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕのうち、少なくも一つの元素を含む金属薄膜からなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のプローブ。
14. 前記光反射層は、誘電体の多層膜からなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のプローブ。
15. 前記音響マッチング層の厚さは、１０μｍ以上９００μｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のプローブ。
16. 前記光反射層が撓みにくくなるように、前記支持層は、前記音響マッチング層よりヤング率が高いことを特徴とする請求項４に記載のプローブ。
17. 前記支持層側から入射する前記音響波の前記支持層と前記素子との前記音響インピーダンスの差により生ずる反射が少なくなるように前記支持層の音響インピーダンスよりも前記音響マッチング層の音響インピーダンスが小さいことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
18. 前記支持体層は、前記マッチング層の位置する範囲を超えて外側に伸びて前記光反射層を支持することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のプローブ。
19. 被検体からの音響波を受信するためのプローブであって、
    間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が前記音響波により振動可能に支持されたセル構造を有する静電容量型の素子と、
    前記素子より被検体側に設けられ、光を反射する光反射層と、
    前記素子と前記光反射層との間に設けられ、前記光反射層を支持する支持層と、
    前記素子と前記支持層との間に設けられた音響マッチング層と、
    を有し、
    前記支持層のヤング率は、前記音響マッチング層のヤング率よりも高く、且つ前記音響マッチング層の音響インピーダンスは、前記支持層の音響インピーダンスよりも小さいことを特徴とするプローブ。
20. 前記支持層は、音響インピーダンスが１ＭＲａｙｌｓ以上５ＭＲａｙｌｓ以下であることを特徴とする請求項１９に記載のプローブ。
21. 前記支持層は、ヤング率が１００ＭＰａ以上２０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１９又は２０に記載のプローブ。
22. 前記音響マッチング層は、音響インピーダンスが１ＭＲａｙｌｓ以上２ＭＲａｙｌｓ以下であることを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載のプローブ。
23. 前記音響マッチング層は、ヤング率が１０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載のプローブ。
24. 前記支持層の厚さは、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載のプローブ。
25. 前記光反射層が撓みにくくなるように、前記支持層は、前記音響マッチング層よりヤング率が高いことを特徴とする請求項１９に記載のプローブ。
26. 前記支持層側から入射する前記音響波の前記支持層と前記素子との前記音響インピーダンスの差により生ずる反射が少なくなるように前記支持層の音響インピーダンスよりも前記音響マッチング層の音響インピーダンスが小さいことを特徴とする請求項１９に記載のプローブ。
27. 請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のプローブと、光源と、データ処理装置と、を有し、
    前記プローブは、前記光源からの光が被検体に照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換し、
    前記データ処理装置は、前記電気信号を用いて被検体内の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。

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