CN102946809A - 超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置 - Google Patents

Abstract

目的在于提供一种能够在构造上提高分辨率的超声波探测器。该超声波探测器具备向被检体(11)发送超声波的超声波探测器(12)、以及利用光来检测由被检体(11)内部的组织反射的超声波的光探测器(13)，所述超声波探测器(12)的开口大于所述光探测器(13)的开口。由此，通过大开口来检测来自被检体(11)的反射波(超声波)，因此能够得到比发送的超声波的宽度高的分辨率。

Description

超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置

技术区域

本发明涉及超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置，尤其涉及接收或收发超声波而得到超声波图像的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置。

背景技术

超声波检査装置是将超声波向被检体内发送、并基于在被检体内反射的反射波对被检体内部的信息进行图像化的装置。这种超声波检査装置具有实时性、简便性、非侵袭性等特征，因此也被用于观察心脏的跳动或胎儿的情况等将生物体作为被检体的用途。另外，超声波检査装置在近年来还逐渐被用于乳腺癌检査等，要求更高的空间分辨率。

超声波检査装置的空间分辨率分为深度方向的距离分辨率和方位方向的方位分辨率。距离分辨率依赖于发送波束的脉冲长度，脉冲波中包含的的波数越少，另外超声波的频率越高，则能够得到越好的分辨率。该距离分辨率甚至能够实现与CT类似的分辨率。另一方面，方位分辨率依赖于收发的超声波波束的方位方向的宽度(以下称为波束宽度)，因此，以往难以从近距离到远距离在大范围内实现高分辨率。

因此，作为在大范围内需要高空间分辨率的超声波检査装置，构成为能够控制超声波波束的焦点位置的阵列型的超声波探测器逐渐得以使用。该阵列型的超声波探测器构成为将多个振子以一维或二维排列，通过控制对各振子施加电压的定时，来控制发送波束或者接收波束的焦点位置。

作为使用这种超声波探测器的情况下提高空间分辨率的方法的例子，存在使用所谓多段焦点法(例如专利文献1)的方法，该多段焦点法为：一边在深度方向上改变焦点位置一边多次发送发送波束，对来自各发送波束的焦点位置附近的反射波的信号进行合成。另外，一边在深度方向上使接收波束的焦点位置偏移一边进行信号的接收的所谓动态焦点法(例如专利文献2)也得到了实用化。另外，使用数字波束形成(例如专利文献3)的方法也由于半导体技术的提高而能够实现，该数字波束形成为：使数字存储器暂时对接收到的信号进行存储，按照希望求取的焦点位置调出接收信号并进行定相相加。

但是，对于这种阵列型的超声波探测器之中的特别是二维的阵列探测器，构成振子的压电元件的微细加工和向多个压电元件的布线在技术上是困难的。

与此相对，作为不需要向多个压电元件的电布线的方法，提出了将超声波信号变换为光信号来检测的方式的传感器，报告了使用光纤布拉格光栅的方法、使用法布里-珀罗(Fabry-Perot)共振器构造的方法。另外，还提出了使用具有二维检测面的光检测方式的超声波传感器的方法(例如专利文献4)。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2002-058671号公报

【专利文献2】日本特开2004-313485号公报

【专利文献3】日本特开2001-276058号公报

【专利文献4】日本特开2004-000482号公报

发明内容

发明要解決的问题

但是，在所述现有技术中，如下所述，在超声波检査装置的方位分辨率提高方面并不充分，进而还各自存在问题。

例如，在专利文献1所公开的结构中，需要改变焦点深度对相同方向多次收发超声波，因此如果要在大范围内得到高分辨率，则摄像时间增加成为问题。与此相对，专利文献2以及专利文献3所记载的结构由于能够针对一次发送设定多个接收波束的焦点位置来提高分辨率，因此能够不增加摄像时间地提高大范围的分辨率。

但是，专利文献1～3所公开地方式都是在信号的检测方法以及检测到的信号的处理中提高分辨率的方法，而不是在构造上提高分辨率的方法。然而能够推断，如果将这些方式与在构造上实现高分辨率的结构组合，则能够实现更高的分辨率。

另外，专利文献4所公开的结构通过将接收到的信号变换为光信号来检测，从而不需要压电元件的微细加工和电布线，能够实现二维的阵列探测器。但是，接收装置的信号检测方法仅特别对提高S/N(信噪比)进行了探讨，而完全没有进行与分辨率相关的检讨。

本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于，提供一种能够在构造上提高分辨率的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置。

用于解决问题的手段

为了达到上述以往的目的，本发明所涉及的一个方式的超声波探测器具备：超声波发送部，向被检体发送超声波；以及超声波检测部，利用光来检测由所述被检体内部的组织反射的超声波；所述超声波检测部的用于检测由所述被检体内部的组织反射的超声波的区域的面积，大于所述超声波发送部的用于向所述被检体发送超声波的区域的面积。

根据本结构，能够以大开口检测来自被检体的反射波(超声波)，因此与发送的超声波的宽度相比能够得到高分辨率。另外，由于能够增大发送的超声波的宽度，并且增大扫描间距，因此能够减少进行扫描时的超声波的收发次数，能够实现摄像时间的缩短。

另外，通过利用光来检测超声波回波，超声波检测部不需要布线，能够实现容易地二维排列多个接收点的结构。

由此，能够实现可在构造上提高分辨率的超声波探测器。

在此，也可以是，所述超声波检测部具备：光源；光学系统，将所述光源所射出的光向所述被检体上照射；以及受光元件，接收来自所述被检体上的反射光，检测与该反射光相应的信号；所述超声波检测部根据由所述受光元件检测的信号的变化，检测传播到所述被检体的表面的超声波所引起的所述被检体的表面的振动，由此检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

根据该结构，能够实现利用光来检测超声波，因此不需要布线，易于多点化以及大面积化。

另外，也可以是，所述超声波检测部还具有反射体，该反射体在被检体上与所述被检体密接配置，按照由所述被检体内部的组织反射的超声波所引起的所述被检体的表面的振动，反射向所述被检体上照射的光；所述超声波检测部通过受光元件接收由所述反射体反射的光作为所述反射光，来检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

根据该结构，来自光源的光照射到反射体，来自光源的光不直接照射到被检体，因此能够确保被检体的安全。另外，来自光源的光被反射体反射，因此能够抑制所照射的光的衰减，能够确保充分的光量。

另外，也可以是，所述超声波检测部具备光分支元件，该光分支元件将所述光源所射出的光分支为检査用的第1光和参照用的第2光；所述光学系统将由所述光分支元件分支的所述第1光向所述被检体上照射，并且以将所述被检体上反射的所述第1光与由所述光分支元件分支的所述第2光合波而成的光作为所述反射光使所述受光元件接收，所述合波而成的反射光具有与所述反射的第1光与所述第2光的光频率之差相应的差频，被按照传播到所述被检体的表面的超声波所引起的所述被检体的表面的振动进行频率调制，所述超声波检测部根据由所述受光元件检测的所述合波而成的反射光的频率调制所引起的信号的变化，来检测传播到所述被检体的表面的超声波所引起的所述被检体的表面的振动，由此检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

根据该结构，能够由外差干涉光学系统来构成光学系统，通过检测干涉光，能够检测由被检体内部的组织反射的超声波。

在此，也可以是，所述光分支元件由半透射元件构成，该半透射元件透射所述光源所射出的光的一部分作为所述第1光，反射其他部分作为所述第2光。

根据该结构，能够在被检体的附近分离参照光和检测光，因此具有能够减少振动(体动)噪声的效果。

另外，也可以是，所述反射体具有多个区域，具备：超声波收敛部，与所述被检体密接形成，按所述多个检测区域中的每个检测区域使表示所述被检体的表面的振动的超声波收敛；第1反射元件，形成在所述超声波收敛部的与所述被检体不密接侧的面上，反射向所述被检体上照射的光；所述超声波收敛部按所述多个检测区域中的每个检测区域使表示所述被检体的表面的振动的超声波收敛，并向所述第1反射元件放大传播；所述第1反射元件以与放大的该超声波相应变化的反射率，反射向所述被检体上照射的光。

根据该结构，能够实现法布里·珀罗共振器构造，通过由该共振器构造对反射率变化进行检测，能够检测由被检体内部的组织反射的超声波。另外，根据该共振器构造，通过放大由被检体内部的组织反射的超声波，能够提高接收感度。

在此，例如，也可以是，所述第1反射元件具有：第1多层膜以及第2多层膜，通过将具有不同的折射率的膜交替层叠来形成；缝隙，用于按所述多个区域中的每个区域分割所述第2多层膜；以及衬垫，形成在所述第1多层膜及所述第2多层膜之间，对由所述缝隙分割的所述第2多层膜的一端进行固定；所述衬垫在第1多层膜及所述第2多层膜之间构成空间；所述第1反射元件将由所述超声波收敛部收敛的所述超声波向被分割的所述第2多层膜镜的未固定的另一端附近传播，从而所述第2多层膜镜形变，对被传播的该超声波进行放大。另外，也可以是，所述第1反射元件具有：第1多层膜以及第2多层膜，通过将具有不同的折射率的膜交替层叠来形成；缝隙，用于按所述多个区域中的每个区域分割所述第2多层膜；以及衬垫，形成在所述第1多层膜及所述第2多层膜之间，对由所述缝隙分割的所述第2多层膜之中的相隔至少一个的该第2多层膜的一端进行固定；所述第1反射元件将由所述超声波收敛部收敛的所述超声波向被分割的该第2多层膜镜的中央或重心位置传播，从而所述第2多层膜镜形变，对被传播的该超声波进行放大。另外，也可以是，所述光源射出波长宽度窄的所述光；所述第1反射元件具有：第1多层膜以及第2多层膜，通过将具有不同的折射率的膜交替层叠来形成，具有大致相等的反射特性；以及基板，形成有所述第1多层膜，入射来自所述光源的照明光；所述第1多层膜与所述第2多层膜对置配置以便构成共振器构造；所述第1反射元件通过由所述超声波收敛部收敛的所述超声波传播，从而使所述共振器构造的共振器长度变动，使反射向所述被检体上照射的光的反射光量变动。

此时，也可以是，所述超声波检测部在调整所述光源所射出的所述光的波长以使所述第1反射元件的反射率成为最小之后，利用光来检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

根据该结构，能够提高利用光来检测超声波时的反射率的变化率，能够提高接收感度。

另外，为了达到上述以往的目的，本发明所涉及的一个方式的超声波检査装置具备上述本发明所涉及的一个方式的超声波探测器。

另外，也可以具有：检査部，与所述被检体密接使用，构成所述超声波发送部以及所述超声波检测部的一部分；以及主体部，至少构成所述超声波发送部以及所述超声波检测部的其他部分；所述主体部至少具有所述光源、所述受光元件、以及所述光学系统的一部分。

另外，进而，也可以具备控制部，该控制部对所述超声波发送部发送超声波的定时进行控制；所述控制部按照所述超声波发送部发送超声波之后的经过时间，控制从所述光源射出的光的光量。

根据该结构，能够通过照射光量的调节来进行增益控制，因此具有能够使构成超声波检査装置的电路简化的效果。

发明效果

根据本发明，能够实现可在构造上提高分辨率的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置。具体而言，根据本发明的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置，具有能够得到高分辨率并且缩短摄像时间的效果。

附图说明

图1A是本发明的实施方式1中的超声波检査装置的概略结构图。

图1B是本发明的实施方式1中的超声波检査装置的概略结构图。

图2是表示本发明的实施方式1中的光探测器的具体结构的图。

图3是用于说明由本发明的实施方式1中的光检测器检测的参照光和检测光的信号波形的图。

图4A是用于说明本发明的实施方式1中的光检测器的输出波形的图。

图4B是用于说明本发明的实施方式1中的光检测器的输出波形的图。

图5A是用于说明本发明的实施方式1中的超声波检査装置的分辨率的图。

图5B是用于说明本发明的实施方式1中的超声波检査装置的分辨率的图。

图6是表示本发明的实施方式1中的光探测器的具体结构的变形例的图。

图7是表示本发明的实施方式1中的光探测器的其他具体结构的图。

图8是表示本发明的实施方式1中的超声波检査装置的检査用探测器的其他结构的图。

图9是表示本发明的实施方式1中的光探测器的具体结构的变形例的图。

图10A是表示本发明的实施方式1中的光探测器的其他具体结构的图。

图10B是表示本发明的实施方式1中的光探测器的其他具体结构的图。

图11A是表示本发明的实施方式2中的光探测器以及接收部的结构的图。

图11B是表示本发明的实施方式2中的光探测器以及接收部的具体结构的图。

图12A是表示本发明的实施方式2中的超声波检测元件的概略结构的示意图。

图12B是表示图12A所示的超声波检测元件的分光特性的图。

图13A是用于说明本发明的实施方式2中的超声波检测元件制造方法的图。

图13B是用于说明本发明的实施方式2中的超声波检测元件制造方法的图。

图13C是用于说明本发明的实施方式2中的超声波检测元件制造方法的图。

图13D是用于说明本发明的实施方式2中的超声波检测元件制造方法的图。

图14A是表示本发明的实施方式3中的超声波检测元件的结构的变形例的图。

图14B是表示本发明的实施方式3中的超声波检测元件的结构的变形例的图。

图15A是表示本发明的实施方式3中的超声波检测元件的结构的其他变形例的图。

图15B是表示本发明的实施方式3中的超声波检测元件的结构的其他变形例的图。

图16A是表示本发明的实施方式3的变形例1中的光探测器以及接收部的结构的图。

图16B是表示本发明的实施方式3的变形例1中的光探测器以及接收部的结构的图。

图17是表示本发明的实施方式3的变形例2中的超声波检测元件的概略结构的图。

图18A是表示本发明的实施方式4中的振子群以及检测元件群的配置的概略结构图。

图18B是表示本发明的实施方式4中的振子群以及检测元件群的配置的概略结构图。

图19A是表示本发明的实施方式4中的振子群以及检测元件群的其他配置的概略结构图。

图19B是表示本发明的实施方式4中的振子群以及检测元件群的其他配置的概略结构图。

图20A是表示本发明的实施方式4的变形例1中的超声波检査装置的结构的图。

图20B是表示本发明的实施方式4的变形例1中的超声波检査装置的结构的图。

图21A是表示本发明的实施方式4的变形例2中的超声波检査装置的结构的图。

图21B是表示本发明的实施方式4的变形例2中的超声波检査装置的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。其中，对相同要素赋予相同符号，并有时省略说明。另外，附图是为了易于理解而以各自的结构要素为主体来示意地表示，有时对于形状等并不准确表示。

(实施方式1)

图1A以及图1B是本发明的实施方式1中的超声波检査装置10的概略结构图。图1A是表示结构的模块图，图1B表示超声波检査装置10的检査用探测器中进行超声波收发的点的配置。

超声波检査装置10具有：超声波探测器12，将超声波向被检体11发送；光探测器13，利用光来检测被检体11的表面的微小振动，并将其信息调制并输出；接收部14，对将光探测器13的输出信号解调而得到的检测信号进行放大以及数字变换并输出；信号处理部15，利用从接收部14输出的信号进行数字波束形成等的定相相加；图像处理部16，基于由信号处理部15生成的三维数据，实施三维图像的绘制处理等；图像显示部17，基于实施了处理的图像数据来显示图像；发送部18，产生用于超声波探测器12发送超声波的驱动信号；以及控制部19，控制发送部18以使发送部18在规定的定时产生驱动信号。另外，信号处理部15具有：存储部15a，存储从接收部14输出的检测信号；运算处理部15b，基于存储部15a中存储的信号数据来进行波束形成处理；以及图像存储器15c，将由运算处理部15b得到的信息作为三维数据存储。

如图1B所示，超声波检査装置10的检査用探测器构成为：在进行超声波发送的超声波探测器12的振子121周围，配置有进行超声波接收的光探测器13的接收点131。其中，图1B所示的结构是一个例子，只要以接收部的开口比发送部的开口大的方式分体构成超声波探测器12和光探测器13，则也可以为其他配置。另外，无需以平面状配置振子121和各接收点131，只要相对的位置关系明确，则也可以沿着被检体的形状配置。其中，超声波探测器12与光探测器13以分体构成，但作为超声波检査装置10的检査用探测器配置在一个壳体中。而且，如图1B所示作为检査用探测器的结构配置有进行超声波的收发的点。换言之，超声波检査装置10的检査用探测器以分体具备超声波探测器12和光探测器13，进行超声波的收发的点被二维配置。

更具体而言，检査用探测器只要具备以下结构即可：超声波探测器12的至少具有发送超声波的功能的结构、以及光探测器13的至少具有将被检体11的表面的微小振动作为光的信息来接收的功能的结构。因此，超声波检査装置10由检査用探测器和具备检査用探测器以外的其他结构的装置主体部(诊断装置侧)构成。也就是说，装置主体部具备：超声波探测器12和光探测器13之中的未构成在检査用探测器中的结构部分、接收部14、信号处理部15、图像处理部16、图像显示部17、发送部18和控制部19。

超声波探测器12相当于本发明中的超声波发送部，向被检体发送超声波。具体而言，超声波探测器12由将多个振子二维排列而成的振子阵列构成，各振子通过在由PZT(钛酸锆酸铅)为代表的压电陶瓷等构成的压电元件上形成电极来构成。振子阵列构成为：对各振子的电极施加从发送部18发送的实施了延迟处理的脉冲状的电压，从而产生超声波脉冲，并且能够使产生的超声波进行聚焦及偏转。根据该结构，超声波探测器12能够向三维方向发送超声波26来进行扇形扫描。其中，超声波探测器12也可以由机械摇动型的探测器构成，由此能够进行三维扫描。

光探测器13相当于本发明中的超声波检测部，利用光来检测由被检体内部的组织反射的超声波(超声波回波28)。而且，光探测器13的用于检测由被检体11内部的组织反射的超声波的区域的面积(开口)，大于超声波探测器12的用于向被检体11发送超声波的区域的面积(开口)。另外，光探测器13具备光源、将光源所射出的光向被检体11上照射的光学系统、以及接收来自被检体11上的反射光并检测与该反射光相应的信号的受光元件，光探测器13根据由所述受光元件检测的信号的变化，来检测在被检体11的表面传播的超声波所引起的被检体11的表面的振动，由此检测由被检体11的内部的组织反射的超声波(超声波回波28)。

换言之，光探测器13由例如外差干涉光学系统或者法布里·珀罗共振器构造构成，典型地由外差干涉光学系统构成。以下，光探测器13作为由外差干涉光学系统构成来进行说明。即，光探测器13构成为：将被频率调制的激光分离为检测光和参照光，将检测光向配置在被检体11的表面上的超声波检测元件照射，并且使超声波检测元件所反射的检测光与参照光干涉来进行检测。另外，光探测器13将检测到的信号(输出信号)向接收部14输出。该输出信号成为对载波进行FM(Frequency Modulation：调频)调制的波形。

而且，通过接收部14对该输出信号进行解调，从而得到被检体11表面的微小振动、即超声波回波的信息。关于该光探测器13的具体结构以及信号的检测原理，留待后述。

图2是表示本发明的实施方式1中的光探测器13的具体结构的图。

在图2中，光探测器13具备：光源、将光源所射出的光向所述被检体的表面照射的光学系统、以及接收来自被检体的表面的反射光的光检测器42。

具体而言，光源由半导体激光器31和电流调制器30构成，该半导体激光器31在局部具有注入电流与发射波长呈线性变化的动作区间，该电流调制器30对供给半导体激光器31的电流进行调制。光学系统由以下部分构成：准直透镜32，使射出半导体激光器31的激光准直；偏振光波束分光器33，透射P偏振光成分，反射S偏振光成分；1/4波长板34，将透射了偏振光波束分光器33的直线偏振光的光变换为圆偏振光；透镜35以及36，用于扩大光束径；透镜阵列37；衬垫38，固定地保持被检体11与透镜阵列37的距离；镜39以及40，反射由偏振光波束分光器33反射的光；以及半反镜41。光检测器42相当于本发明中的受光元件，多个光电变换器以二维排列，接收来自被检体的表面的反射光。另外，光探测器13在被检体11上配置有传递被检体11表面的位移的反射体43。

在此，反射体43相当于本发明中的反射体，在被检体11上与被检体11密接配置，按照由被检体11内部的组织反射的超声波所引起的被检体11的表面的振动，反射向被检体11上照射的光。根据该结构，来自光源的光照射到反射体，来自光源的光不直接照射到被检体11，因此能够确保被检体11的安全。另外，来自光源的光被反射体反射，因此能够抑制所照射的光的衰减，能够确保充分的光量。

半导体激光器31构成为：利用电流调制器30在注入电流上重叠锯齿状的电流，由此射出将射出光的光频率以锯齿状调制的激光44。其中，以下，将光的波长的调制频率记载为光频率，与强度(振幅)的调制区别记载。在此，由半导体激光器31射出的激光44构成为相对于偏振光波束分光器33具有P偏振光成分以及S偏振光成分，由偏振光波束分光器33透射一部分而反射一部分，分离为透射光45a以及参照光46。

衬垫38以与透镜阵列37的焦点距离大致相等的长度构成，构成为从透镜阵列37射出的光在反射体43上聚光，形成接收点131。

图3是用于说明由本发明的实施方式1中的光检测器42检测的参照光和检测光的信号波形的图。在此，在图3中，纵轴表示光频率，横轴表示时间。

如图3所示，参照光的信号波形51和检测光的信号波形52成为偏移时间Δt的波形。这是因为：参照光和检测光由偏振光波束分光器33分离之后，在到达光检测器42为止的期间所通过的路径中存在光路差。在此，如果将偏振光波束分光器33与被检体11表面之间的距离设为L/2，将光速设为c，则光路差为L，因此信号波形偏移Δt＝L/c。此时，由光检测器42接收的参照光与检测光的光频率稍稍产生差异，因此在光检测器42中，检测到该差频率(以下称为差频)fb＝Δv·fm·Δt的差频信号。例如，在设激光44的锯齿状波的重复频率fm＝10MHz、光频率的变动幅度Δv＝15GHz、参照光与检测光的光路差L＝40mm的情况下，差频fb为20MHz。

在被检体11的表面由于超声波回波28的传播而振动的情况下，由被检体11表面反射的检测光由于多普勒频移而光频率稍稍偏移，因此由光检测器42检测的差频信号也同样受到多普勒频移。因此，由光检测器42检测到的信号成为以差频信号为中心频率的FM信号，通过对该FM信号进行解调，能够检测由被检体11的内部反射而来的超声波回波28所引起的振动。

在此，例如，如果将超声波回波28所引起的被检体11表面的变动振幅设为0.5nm、将超声波回波28的频率设为5MHz，则被检体11表面的变动速度v最大为0.0157m/s。此时，如果设光源的波长λ＝683nm，则多普勒频移的频率fb为fb＝4πv/λ＝289kHz。因此，在差频为20MHz的情况下，由光检测器42检测的信号的频率成为在19.71～20.29MHz之间被FM调制的频率。对此利用附图进行说明。

图4A以及图4B是用于说明本发明的实施方式1中的光检测器42的输出波形的图。图4A表示没有多普勒频移的情况，图4B表示有多普勒频移的情况。

在超声波没有被发送到被检体11内部而在被检体11的表面上没有振动的情况下，检测到如图4A所示的与参照光和检测光的光路差L相应的差频的载波。另一方面，在超声波被发送到被检体11内部而被检体11的表面振动的情况下，如图4B所示，载波被FM调制，因此通过对该信号进行解调，能够对超声波回波28所引起的被检体表面的振动(以下称为回波信号)进行检测。

接着，对于如上构成的超声波检査装置10的动作，利用图1A以及图1B来具体说明。

在图1A中，首先，控制部19控制发送部18，以使发送部18在规定的定时产生驱动信号。发送部18将进行了延迟处理的驱动脉冲分别供给到超声波探测器12的多个振子，该延迟处理用于使超声波探测器12所发送的超声波聚焦以及偏转。

超声波探测器12按照从发送部18发送的驱动脉冲，从各振子发送超声波26来形成规定的波面。其中，该超声波26按照该波面向规定的方向行进。而且，从超声波探测器12发送的超声波26由被检体11内部的声阻抗不同的组织的界面反射，成为超声波回波28并传播到被检体11的表面，向反射体43传递由超声波引起的振动。传递到反射体43的超声波回波28由光探测器13的多个接收点即振子121检测到其振动位移，并作为回波信号被接收。

在此，利用附图详细说明此时的回波信号检测动作。首先，如图2及图3所示，通过由电流调制器30对注入电流进行调制，从而从半导体激光器31射出光频率被调制的激光44。该激光44由准直透镜32变换为平行光，入射到偏振光波束分光器33，分离为P偏振光成分的检测光(透射光)45和S偏振光成分的参照光(反射光)46。作为检査光的检测光45由1/4波长板34变换为圆偏振光，并由透镜35以及36扩大光束。光束扩大的圆偏转的检测光45透射透镜阵列37而在反射体43上形成多个点。另一方面，参照光46被镜39以及40导向半反镜41。其中，通过该偏振光波束分光器33分离为检测光(透射光)45和参照光(反射光)，从而能够在被检体11的附近分离参照光和检测光，因此具有能够减小振动(体动)噪声的效果。

此时，如果由超声波回波28引起的振动传递到被检体11的表面，则由反射体43反射的检测光45由于多普勒频移而光频率稍稍偏移。而且，光频率稍稍偏移的检测光45再次透射透镜36以及35而入射到1/4波长板34，被变换为S偏振光的直线偏振光而入射到偏振光波束分光器33，由偏振光波束分光器33反射而入射到半反镜41。结果，透射了半反镜41的检测光45与由半反镜41反射的参照光46被合波而入射到光检测器42。光检测器42通过接收该合波，来检测差频信号等信号。

如此检测到的信号是以与参照光和检测光的光路差相应的差频为中心频率被FM调制的信号，通过由接收部14对FM调制进行解调，能够得到超声波回波28的检测信号。

再次返回图1A来继续说明。由接收部14解调并进一步放大的多个回波信号被变换为数字信号，并存储在存储部15a中。在此，基于存储部15a所存储的回波信号，由运算处理部15b进行定相相加、即沿着超声波26的发送路径(以下称为音线)的区域的波束形成处理，将得到的音线上的数据存储在图像存储器15c中。

一边在被检体内对从超声波探测器12发送的超声波26的音线进行扫描，一边进行以上的动作，对检査区域整体的信息进行运算并保存在图像存储器15c中。图像存储器15c所保存的三维数据由图像处理部16实施三维图像的绘制处理，并由图像显示部17显示图像。

接着，对于如上构成的超声波检査装置10的分辨率进行说明。在此，在考虑方位方向上配置的两点的反射点的情况下，方位分辨率可以看作能够区别来自两点的回波信号的相位差异的最小距离。利用附图说明该方位分辨率的条件。

图5A以及图5B是用于说明本发明的实施方式1中的超声波检査装置10的分辨率的图。图5A是方位分辨率的说明图，图5B是图5A的B部的扩大图。在图5B中，ra表示AA”的距离，θ表示从点A以及A’看接收点131的两端P、Q的仰角。在此，如果设反射点A以及A”与振子121的距离与ra相比充分大，则A以及A’的仰角θ可以假定为相同。

此时，如果设P点与Q点位于对称的位置，则可以近似为AP-A”P＝A’Q-AQ＝ra·sinθ。如果设回波信号的相位的差异能够以相位差π检测，则分辨率为ra＝λ/(2·sinθ)。在此，λ为超声波的波长。

由此，可知方位分辨率与波长λ成比例，与sinθ成反比例。但是，如果降低波长λ、即提高频率，则方位分辨率虽然提高，但存在被检体内的衰减增大的问题。因此，在本实施方式中，如上所述，能够通过使用光检测来扩大光探测器的接收点131的开口并增大θ。由此，根据本实施方式，具有能够实现比以往的结构更好的方位分辨率的效果。

另外，由于扩大接收开口而提高分辨率，因此能够使发送的超声波波束宽度较宽，能够扩大扫描间距。因此，能够减少超声波的收发次数。由此，能够缩短摄像时间。

如上所述，本实施方式1的超声波检査装置10通过使接收超声波的光探测器13的开口比发送超声波的超声波探测器12的开口大，具有能够大幅度改善分辨率的效果。另外，具有以下效果：能够扩大发送的超声波波束的宽度，并且由于扫描间距也扩大，因此能够缩短摄像时间。

另外，通过构成为利用光来检测超声波回波，二维排列多个接收点的构成变得容易。

其中，在本实施方式中，为了检测被检体表面的振动而应用了外差干涉光学系统，构成为：对从光源射出的激光的光频率以锯齿状进行调制，从而检测依赖于参照光与检测光的光路差的差频信号。但是，也可以构成为：在将参照光与检测光各自分支之后，利用AOM(Acoust OpticModulator：光调制元件)等的一般结构，使参照光和检测光中的至少一方的光频率偏移，由此产生差频信号。

另外，在本实施方式中，超声波探测器12仅进行超声波的发送，但不限于此。也可以是，超声波探测器12不仅按照从发送部18发送的驱动脉冲，而且还利用超声波探测器12所接收的信号进行运算，由此实现从各振子发送的超声波26的S/N的改善。

另外，以上作为光探测器13，举出由外差干涉光学系统检测被检体11表面的超声波振动的结构为例进行了说明。以上，对于将外差干涉光学系统配置于检査探测器的情况的例子进行了说明，但不限于此。也就是说，例如，并一定将该光学系统配置于检査探测器，也可以构成为在主体的装置侧配置光学系统，通过光纤等收发检测光。以下，对于该情况进行说明。

图6是表示本发明的实施方式1中的光探测器的具体结构的变形例的图。即，图6所示的光探测器13a是图2所示的具备外差干涉光学系统的光探测器13的变形例。在图6中，与图2不同之处仅为光纤束61的结构。其中，虽然未图示，但在光纤束61的被检体11侧的端部，配置有折射率分布型的GRIN透镜，构成为在反射体43上聚光。

如果如此构成，则能够将外差干涉光学系统不配置在探测器侧而配置在诊断装置侧，具有能够使检査探测器小型化的效果。另外，即使设置多个光探测器13作为诊断装置所具备的探测器，通过使用光纤束61来将来自各位置的检测光汇聚到一处，也能够通过一个外差干涉光学系统来进行多个位置的信号检测。由此，还具有能够减小诊断装置的尺寸以及诊断装置的制造成本的额外效果。

另外，以上作为检测被检体上的微小位移、振动的光学系统，举出使用外差干涉光学系统的例子进行了说明，但不限于此。例如，也可以使用利用法布里·珀罗共振器构造的结构或者其他干涉光学系统。另外，也可以构成为：以光学特性由于超声波的传播所产生的微小形变而变化的方式构成反射体43，对该光学特性的变化进行光检测。无论哪种情况，通过利用光来检测超声波，都能够减少电布线，因此具有基于使接收点131多点化的效果。

另外，例如，也可以是，光探测器13构成为检测被检体11内部的组织的超声波振动。以下对于该结构例进行说明。

图7是表示本发明的实施方式1中的超声波检査装置的检査用探测器的其他具体结构的图。

在图7中，光探测器13b具有：发送光纤64，构成为将宽频带光向被检体11的内部发送；以及接收光纤65，对透射了被检体内部的宽频带光进行检测。另外，虽然未图示，但发送光纤64与射出(发送)多个波长的光的宽频带光源连接，接收光纤65与分光器以及受光元件连接，构成为能够检测吸光度。其中，如果是射出多个波长的光的光源，则不限于宽频带光源。

在该结构中，如果超声波回波28到达被检体的表面附近，则由其皮下组织散射，发生吸收的组织的光学特性变化。该变化量反映出该局部的光学特性，因此能够根据从检测光得到的吸光度的变化检测超声波。

在此，与经由发送光纤64发送的光的大小(矢量的长度)相比，经由接收光纤65接收的光的大小(矢量的长度)被表示得较短。这是因为：向被检体11的内部发送的光在通过被检体11的内部之后到达接收光纤65，光在被检体11的内部发生衰减。

如果如此构成，则光探测器13能够仅以光纤构成，因此具有能够使超声波检査装置所具备的检査探测器非常小型化的效果。

其中，作为检测被检体11内部的组织的超声波振动的结构，还可以考虑与图7所示的超声波检査装置的检査用探测器不同的结构例。例如，也可以考虑在超声波检査装置的检査用探测器中替代发送超声波的超声波探测器12的振子121而配置发送声波的光源221的结构。以下，对于该结构例进行说明。

图8是表示本发明的实施方式1中的超声波检査装置的检査用探测器的其他结构的图。图8表示利用被称为光声成像的PAT(Photo AcousticTomography)技术的检査装置的概略结构。该光声成像是向生物体(被检体11)照射激光等并对基于入射的光而得到的生物体内的信息进行图像化的光成像装置之一。

在该装置中，将从光源221产生的脉冲光向生物体(被检体11)照射，通过接收点131检测从吸收了在生物体内传播·扩散的脉冲光的能量的生物体组织产生的声波。具体而言，利用肿瘤等被检部位与肿瘤以外的组织之间的光能量的吸收率之差，通过接收被检部位在吸收被照射的光能量而瞬间膨胀时产生的弹性波，从而检测从生物体组织产生的声波。而且，通过对该检测信号进行解析处理，能够得到生物体内的光学特性分布、尤其是光能量吸收密度分布。

在上述结构的装置中，也能够利用光探测器以大开口来检测由生物体组织产生的声波，因此具有能够以高分辨率检测肿瘤等生物体组织的效果。

接着，对于本发明的实施方式1中的光探测器13的另外的其他具体结构进行说明。

图9是表示本发明的实施方式1中的光探测器的具体结构的变形例的图。其中，对于与图2同样的要素赋予相同的符号，省略详细的说明。

在图9中，光探测器13c构成为具备：半导体激光器31，在局部具有注入电流和发射波长以线性变化的动作区间；电流调制器30，对供给半导体激光器31的电流进行调制；准直透镜32，使射出半导体激光器31的激光44准直；偏振光波束分光器33，透射P偏振光成分，反射S偏振光成分；波束扩展器，包括透镜35、36；偏振光反射板57，例如由线栅偏振光板构成，透射透射轴方向的偏振光，反射与其正交的偏振光成分；透镜阵列37，使透射了偏振光反射板57的光聚光在被检体11上而形成多个接收点；反射体43，配置在被检体11上；以及光检测器42，具有与反射体43上的各接收点一一对应的多个受光区域。

半导体激光器31构成为：利用电流调制器30在注入电流上重叠锯齿状的电流，从而射出光频率被调制的激光44。

偏振光反射板57构成为透射轴相对于偏振光波束分光器33中的S偏振光大致倾斜45度，构成为入射到偏振光反射板57的光的一部分被反射，一部分被透射。

透镜阵列37构成为形成多个接收点，但该接收点既可以是在规定方向上排列为1列的结构，也可以是以二维的矩阵状配置的结构。

另外，由反射体43上的接收点反射的检测光在再次入射到透镜阵列37时，如果入射到与来路不同的透镜，则不入射到光检测器42上的对应的受光区域。这种光成为迷光，因此构成为用光阑40遮光。

以往的外差干涉光学系统的结构由于是在计测器的内部分离参照光的结构，因此存在由计测器与测定物之间的振动引起的噪声与测定物单体的位移信息相加而使S/N恶化的问题。与此相对，图9所示的具备外差干涉光学系统的光探测器13c的结构是检测反射体43与例如线栅偏振光板的偏振光反射板57之间的相对位移或振动的结构。因此，能够减少由周围环境的振动引起的噪声。

以下，对于与图2或者图9所示的具备外差干涉光学系统的光探测器不同的具体结构进行说明。

图10A以及图10B是表示本发明的实施方式1中的光探测器的其他具体结构的图。图10A以及图10B所示的光探测器13d具备薄型化的外差干涉光学系统。在此，图10A表示立体图，图10B表示主要部分的截面图。其中，对于与图2相同的要素赋予相同的符号，并省略详细的说明。

在图10A中，光探测器13d作为本发明中的光学系统，具备半导体激光器31、电流调制器30、准直透镜32、将激光44变换为线状的平行光的导光棒71、以及面状检测部72。

导光棒71由形成了多个偏转槽的构造构成，该偏转槽具有相对于光射出的侧面大致倾斜45度的倾斜面，使入射到导光棒71的光通过全反射大致偏转90度。

面状检测部72例如由图10B所示的构造构成。具体而言，面状检测部72具备：导光板73，从侧面入射从导光棒71射出的激光44，并从主面73a射出；偏振光反射板57，与导光板73的主面73a邻接配置；透镜阵列37；偏振光板74，隔着导光板73配置在偏振光反射板57的相反侧；视野角控制板75，使透射了偏振光板74的光之中的仅大致垂直入射的光透射；以及光检测器42，具有与被检体11上的受光点对应的受光区域。

其中，在与导光板73中的主面73a对置的面即对置面73b上，形成有包括相对于主面73a大致倾斜45度的倾斜面的多个偏转面73c。导光板73构成为：通过全反射使相对于主面73a大致平行入射的光向与主面73a垂直的方向偏转，并从主面73a大致垂直射出。

偏振光板74的透射轴构成为与偏振光反射板57的透射轴成大致45度。

视野角控制板75基于防止来自对应的接收点以外的迷光混入光检测器42的各受光区域的目的配置。

接下来，说明如上构成的光探测器13d的动作。

首先，在光探测器13d中，光频率被调制的激光44通过准直透镜32准直，由导光棒71变换为线状的平行光，并入射到面状检测部72。入射到面状检测部72的导光板73的激光44由偏转面73c偏转，从导光板73的主面73a大致垂直射出，由偏振光反射板57分离为参照光和检测光。

接着，通过透镜阵列37在被检体11表面形成的多个接收点所反射的检测光、以及由偏振光反射板57反射的参照光，透射导光板73并入射到偏振光板74。在此，参照光与检测光互为偏振光正交，但双方的偏振光都相对于偏振光板74的透射轴大致旋转45度。因此，各自相同的偏振光成分的光透射偏振光板74，仅大致垂直透射的光透射视野角控制板75并在光检测器42上发生干涉，在光检测器42的各受光区域被检测。

如上所述，通过对检测到的信号的FM调制进行解调，能够检测各接收点的振动。因此，能够实现小型、薄型且高分辨度的光探测器的结构。由此，具有能够实现分辨度高的超声波检査装置的效果。

(实施方式2)

在实施方式1中，说明了光探测器由外差光学系统构成的情况的例子，但在实施方式2中，对于光探测器由法布里·珀罗共振器构造构成的情况的例子进行说明。

图11A以及图11B是表示本发明的实施方式2中的光探测器以及接收部的结构的图。图11A所示的结构表示在光探测器213内配置了光源221以及受光元件的结构，图11B表示在超声波检査装置(超声波诊断装置)的装置主体部内即接收部214中配置了光源221以及作为受光元件的光检测器225的结构。在此，图11B相当于图11A所示的结构的具体结构例。即，除了使用光纤来传送照明光以及检测光以外，图11A的结构以及动作与图11B相同，因此以下利用图11B进行说明。

如图11B所示，光探测器213以及接收部214由光纤220、以及排列数万根光纤而能够传送图像的传像束230连接。

接收部214具备作为波长宽度窄(例如50pm)且能够在1000nm附近的任意波长进行波长锁定动作的激光源的光源221、以及对从光源221射出的激光222进行聚光的聚光透镜223，通过光纤220发送激光222。另外，接收部214具备对通过传像束230发送的图像进行扩大的扩大透镜224、以及对扩大的图像进行受光的由CCD、MOS型传感器或多个PD(光电二极管)构成的二维阵列的光检测器225。

光探测器213具备：准直透镜231，将通过光纤220发送的激光222变换为平行光；半反镜232，在来路和回路中对激光222进行分支；波束扩展器233；超声波检测元件240，配置在被检体11表面；以及成像透镜234，使由超声波检测元件240反射的激光222入射到传像束230。

超声波检测元件240例如由如图12A所示的法布里·珀罗共振器构成，该法布里·珀罗共振器通过由多层膜镜构成共振器而成。在此，图12A是表示超声波检测元件240的概略结构的示意图，图12B是表示图12A所示的超声波检测元件240的分光特性的图。在此，横轴表示波长(nm)，纵轴表示反射率(％)。

超声波检测元件240相当于本发明的反射体，具有多个区域，与被检体11密接形成，具备：声匹配件244，按多个检测区域中的每个检测区域使表示被检体11的表面的振动的超声波收敛；以及第1反射元件，形成在声匹配件244的与被检体11不密接侧的面上，反射向被检体11上照射的光。具体而言，超声波检测元件240如图12A所示，由多层膜镜241a及多层膜镜241b、空气层242、透明的基板243和声匹配件244层叠构成。在此，声匹配件244相当于本发明中的超声波收敛部，按多个检测区域中的每个检测区域，使表示被检体11的表面的振动的超声波收敛，并向第1反射元件传播。另外，多层膜镜241a及多层膜镜241b、空气层242和透明的基板243相当于本发明中的第1反射元件。第1反射元件对传播的该超声波进行放大，按照与放大的该超声波相应变化的反射率，反射向被检体11上照射的光。

多层膜镜241a及多层膜镜241b对应于本发明的第1多层膜及第2多层膜，通过将具有不同的折射率的膜交替层叠来形成。具体而言，多层膜镜241a及多层膜镜241b通过将由低折射率材料(例如二氧化硅(SiO₂))构成的低折射率层和由高折射率材料(例如二氧化钛(TiO₂))构成的高折射率层交替层叠来形成。在此，在多层膜镜241b中设有缝隙246，以便易于传递声匹配件244的形变。

衬垫245形成(配置)在多层膜镜241a和多层膜镜241b之间，固定由缝隙246分割的多层膜镜241b的一端。衬垫245在多层膜镜241a和多层膜镜241b之间构成空间。即，衬垫245使多层膜镜241a与多层膜镜241b之间的空气层242的间隔一定。

缝隙246形成为将多层膜镜241b分割为多个区域(以下称为检测区域)，衬垫245配置在该检测区域的端部。通过如此构成，检测区域成为以衬垫245为支点的单侧支持状态，在配置有衬垫245一侧与相反侧容易产生位移。在此，所谓单侧支持状态，指的是仅由一侧支持全部荷重而另一侧完全自由的状态。

另外，构成多层膜镜241a以及多层膜镜241b的各层的厚度构成为：各自将物理膜厚与折射率相乘而得到的光学膜厚大致等于设定波长(例如1000nm)的1/4。另一方面，空气层242构成为在初期状态下大致等于设定波长的1/2，并且构成为：如果声匹配件244形变，则间隔发生变化。

通过如此构成，超声波检测元件240将通过声匹配件244收敛的超声波向被分割的多层膜镜241b的未固定的另一端附近传播，由此多层膜镜241b形变，对传播的该超声波进行放大。

换言之，超声波检测元件240具备将具有不同的折射率的膜交替层叠形成且具有大致相等的反射特性的多层膜镜241a及多层膜镜241b、以及入射来自所述光源的照明光的基板，多层膜镜241a与多层膜镜241b对置配置以成为共振器构造。超声波检测元件240通过由声匹配件244收敛的所述超声波传播，从而使共振器构造的共振器长度变动，并使反射向被检体11上照射的光的反射光量变动。

如此构成的超声波检测元件240的分光特性如图12B所示，对于特定的波长，反射率极低。图12B是多层膜镜241a以及多层膜镜241b分别通过将4层SiO₂和5层TiO₂层叠构成的情况下的反射率的计算结果。分光特性247a以及分光特性247b分别表示空气层242的间隔为500.0nm以及500.5nm的情况下的特性。例如，可知在将波线248所示的波长的光向超声波检测元件240照射的情况下，如果空气层242的间隔从500nm变换0.5nm，则反射率从10％的状态变化到30％。

其中，超声波检测元件240通过增加多层膜镜241a以及多层膜镜241b的层数，能够增大与空气层242的厚度变化量对应的反射率的变化。通过如此构成，能够进一步提高微小位移的检测感度。

接着，对于如此构成的本实施方式的超声波检査装置10的动作进行说明。

与实施方式1同样，首先，从超声波探测器12向规定区域聚焦的超声波被朝向被检体11发送。此时，控制部19控制发送部18，以使发送部18在规定的定时产生驱动信号。发送部18将进行了延迟处理的驱动脉冲分别向超声波探测器12的多个振子供给，所述延迟处理用于使超声波探测器12所发送的超声波聚焦以及偏转。

从超声波探测器12的振子发送的超声波由被检体11内部的声阻抗不同的组织的界面反射，成为超声波回波28并到达被检体11的表面，向光探测器213传递由超声波回波28引起的振动。光探测器213将超声波回波的振动变换为反射率的变动，反射从接收部214发送的光并将反射光(图像)发送到接收部214，接收部214根据从光探测器213发送的反射光的反射光量分布的变动来检测回波信号。

利用图11A～图12B来详细说明此时的回波信号检测动作。首先，在进行检査之前，对接收部214的光源221的射出波长进行调整。此时，一边改变射出波长，一边对来自超声波检测元件240的反射光量进行监测。然后，例如，选择射出波长以使超声波检测元件240的反射率成为10％左右，并固定波长。

接着，为了检测回波信号，从光源221射出激光222。此时，激光222的射出光量由控制部19控制，以使光量与开始从超声波探测器12发送超声波起的经过时间对应地增加。

射出光量被调整而射出的激光222经由聚光透镜223及光纤220供给到光探测器213，透射准直透镜231及波束扩展器233并对超声波检测元件240进行照明。

此时，如图12A所示，如果来自被检体11的超声波回波249传递到声匹配件244，则声匹配件244由于该振动而发生形变，同时多层膜镜241b形变，由此空气层242的间隔变动。在此，如果设空气层242的间隔变动0.5nm左右，则如图12B所示，反射率从10％变化到30％，因此在接收超声波回波249的瞬间，在接收的位置上反射光量在局部成为3倍。

其中，与超声波发送后的时间经过对应，超声波回波249的信号振幅变小，因此与此相伴，超声波检测元件240的反射率变化也变小。因此，在本实施方式中，进行控制，以使激光的光源221的射出光量与时间经过相应地增加。具体而言，控制部19对超声波探测器12发送超声波的定时进行控制，按照超声波探测器12发送超声波之后的经过时间，控制从上述光源射出的光的光量。由此，具有以下效果：在超声波回波49的振幅下降的情况下，也能够检测反射光量的变动。

另外，也可以是，在随着作为激光源的光源221的发光量控制，超声波回波249的检测前的反射光量过高的情况下，随着时间经过，使激光222的波长向反射率下降的方向偏移。

或者，也可以是，激光222的波长从检査最初开始，预先固定为使超声波检测元件240的反射率最低的波长。也就是说，光探测器13在对光源(半导体激光器31和电流调制器30)所射出的光的波长进行调整以使超声波检测元件240的反射率成为最小之后，利用光来检测由被检体11内部的组织反射的超声波即可。根据该结构，例如，通过将反射率调整为零，即使超声波回波49的振幅的变动微小，也能够较大得获取变动、即提高反射率的变化率，因此具有提高接收感度的效果。

然而，超声波检测元件240的分光特性有可能因为多层膜镜241a及多层膜镜241b在制造时的膜厚误差或周围环境的变化而不均匀。但是，在本实施方式中，通过事先测定分光特性，并合适地设定作为激光源的光源221的波长，能够抑制由分光特性的不均匀引起的检测感度的变化。即，根据本实施方式，能够实现易于制造且感度高的超声波检测元件240。

在图11B中，如果超声波检测元件240接收到超声波回波28(在图12中为超声波回波249)，则在超声波检测元件240上出现超声波回波的波纹(强度分布)。该波纹的图像经由波束扩展器233、半反镜232、成像透镜234和传像束230发送到接收部214，由扩大透镜224扩大，并由光检测器225作为二维的强度分布受光。而且，由光检测器225检测到的检测信号根据必要来调整数据量，被变换为电信号并作为回波信号向信号处理部15发送。

其中，传像束230能够发送数万像素的图像，但光检测器225的像素数也可以比其小。优选考虑后段的信号处理的负荷等而设定为适合的像素数。例如，光检测器225的像素数也可以设为数百至一千左右。通过如此构成，与由压电元件检测超声波回波28的情况相比，也能够实现大范围且多点的回波信号的检测。

另外，光检测器225的像素的配置不限于矩阵。也可以是不规则地分散(稀疏化)的配置、或各像素的形状或尺寸不同的结构。

另外，检测到的大范围且大量的回波信号与实施方式1同样被存储在存储部15a中。而且，波束形成处理由运算处理部15b进行，三维数据被存储在图像存储器15c中。此时，通过对大范围且大量的回波信号进行处理，提高了波束形成处理的分辨率，并且能够得到S/N高的三维数据。

通过一边改变超声波的发送方向一边进行以上的动作，对被检体11内高速地进行三维扫描，对检査区域整体的信息进行运算并保存在图像存储器15c中。被保存的检査区域整体的信息即三维数据由图像处理部16实施三维图像的绘制处理，并在图像显示部17上显示图像。通过这样的动作，能够以高速且高分辨度得到大范围的超声波图像。

接着，利用图13A～图13D来说明超声波检测元件240的制造方法。图13A～图13D是用于说明超声波检测元件240的制造方法的图，对各工序的状态示意地进行表示。其中，对于与图12A以及图12B相同的要素赋予相同的符号，并省略说明。

首先，在基板243上，形成将高折射率材料和低折射率材料交替层叠而成的多层膜镜241a以及多层膜镜241b(图13A)，在声匹配件244上，形成将高折射率材料和低折射率材料交替层叠而成的多层膜镜241b(图13B)。在此，多层膜镜241b被掩蔽层叠以形成缝隙246。优选多层膜镜241a与多层膜镜241b具有相同特性，为了使各层的膜厚不均等的条件一致，优选例如由相同喷溅装置同时形成。

接着，在形成在基板243上的多层膜镜241a的一部分上形成衬垫245(图13C)。其中，该衬垫245能够通过利用喷溅等掩蔽层叠而形成。在利用喷溅形成的情况下，如果使衬垫245的厚度薄型化到30nm左右，则检测感度多少下降，但能够大幅提高生产量。

最后，如上所述，将形成有衬垫245及多层膜镜241a的基板243和形成有多层膜镜241b的声匹配件244，以多层膜镜241a与241b相对的方式配置。接下来，以衬垫245与缝隙246的位置稍稍偏移的方式进行对位并固定(图13D)。

如果通过如上工序制造，则能够较为容易地制造大面积的部件。因此，通过在以大面积制造之后最后进行切断的工艺来制造超声波检测元件240，具有能够得到高量产性的效果。

其中，以上的工序例是一个例子，不限于此。即使使用其他制造方法，本实施方式的效果显然也不发生变化。

如上所述，在本实施方式的超声波检査装置10中，与实施方式1同样利用光来进行超声波回波的检测，因此在接收探测器中不需要电布线，能够使超声波回波的接收点多点化，并且能够配置在较大的区域中。由此，具有以下效果：S/N提高，并且能够提高基于波束形成的分辨率。

另外，按照时间经过来适当地设定用于检测超声波回波28的激光222的波长、光量，由此还能够对大为衰减的超声波回波28进行检测。而且，能够抑制由超声波检测元件240的膜厚误差或周围环境的变化引起的感度不均。另外，超声波检测元件240成为共振器构造由单侧10层左右的多层膜镜构成的简单构造，进而，能够利用喷溅形成大部分，因此制造工序少，能够实现高生产量。由此，具有以下效果：能够以低成本进行量产，另外还利于接收探测器的小型化。

(实施方式3)

在实施方式2中，说明了光探测器利用由超声波回波引起的声匹配件的形变来检测超声波回波的情况，该光探测器由法布里·珀罗共振器构造构成，具备具有声匹配件的超声波检测元件。在实施方式3中，说明光探测器由法布里·珀罗共振器构造构成，但超声波检测元件具备声学透镜或声镜作为声匹配件的情况的例子。

图14A以及图14B是表示本发明的实施方式3中的超声波检测元件的结构的变形例的图。其中，对于与图12A同样的要素赋予相同的符号，并省略详细的说明。

图14A是表示使用声学透镜351的情况的结构例的图，图14B是表示使用声镜361的情况的结构例的图。在图14A以及图14B中，与图12A不同之处仅为声学透镜351以及声镜361，通过声学透镜351以及声镜361提高超声波回波249的振幅之后进行检测。

图14A所示的超声波检测元件340为：多层膜镜241b由缝隙246分割为多个检测区域。而且，构成为：按每个该检测区域，在声匹配件344的内部配置有声学透镜351。

如果超声波回波349入射到如此构成的超声波检测元件340，则超声波回波349通过声学透镜351按每个检测区域收敛并朝向多层膜镜241b。此时，在多层膜镜241b的底面，由于超声波回波349的振幅增大，因此空气层242的间隔的变动幅度增大，能够提高超声波回波349的检测感度。

另外，图14B所示的超声波检测元件340a构成为替代声学透镜351而使用声镜361。即使如此构成，通过由声镜361反射超声波回波349，也能够使其向多层膜镜241b的底面收敛，能够增大超声波回波349的振幅。因此，与图14A所示的超声波检测元件340同样，能够提高检测感度。

其中，在如图14A所示在超声波检测元件中使用声学透镜351的情况下，在其界面稍稍发生超声波回波349的反射。另一方面，在如图14B所示在超声波检测元件中使用声镜361的情况下，没有这样的能量损失，因此能够更有效地提高感度。

另外，图14B所示的超声波检测元件340a的构造还可以考虑其他变形。接着对其进行说明。

图15A以及图15B是表示本发明的实施方式3中的超声波检测元件的结构的其他变形例的图。其中，对于与图12A同样的要素赋予相同的符号，并省略详细的说明。

图15A是表示使用楔形的空气层的情况的结构例的图，图15B是表示将声匹配件表面设为楔形的情况的结构例的图。

超声波检测元件340b具备：突起状的锥形部件，截面积朝向表示被检体11的表面的振动的超声波的传播方向变小；以及镜部件，配置在锥形部件的周围，声阻抗与锥形部件不同；在锥形部件的内部传播的超声波由锥形部件与镜部件的边界面反射并且向所述第1反射元件传播。具体而言，图15A所示的超声波检测元件340b是通过将薄膜362与具有无数突起的声匹配件364经由突起贴合而成的构造。

声匹配件364的突起相当于本发明的锥形部件，构成为截面积朝向膜362逐渐变小。空气层363相当于本发明的镜部件，形成为楔形。

另外，多层膜镜241b形成在膜362上，以与声匹配件364的突起对应的方式被分割为检测区域。

如果超声波回波349b入射到如此构成的超声波检测元件340b的声匹配件364，则超声波回波349b由声匹配件364与空气层363之间的边界反射。因此，超声波回波349b按每个检测区域收敛，在多层膜镜241b的底面中超声波回波349b的振幅增大。由此，空气层242的间隔的变动幅度增大，能够提高超声波回波349b的检测感度。进而，在该结构中，通过由空气层363形成反射面，声匹配件364更易于变形，具有能够实现高检测感度的效果。

其中，也可以构成为：如图15B所示的超声波检测元件340c那样，通过在膜362的表面配置的声镜365使被检体11变形，而被检体11形成突起部11a。此时，被检体11与声镜365之间的间隙优选通过能够变形来填埋间隙的液体或凝胶状的声匹配件填埋。

通过如此构成，也能够使超声波回波349c收敛而增大振幅，因此能够提高检测感度。进而，在该结构中，使放大的超声波回波349c直接传播到膜362，因此具有能够抑制损失的效果。

其中，在本实施方式中，举出对一个检测区域配置一个衬垫的结构为例进行了说明，但不必须在全部检测区域中各配置一个衬垫。例如，也可以在多层膜镜241a及多层膜镜241b之间形成衬垫，对通过缝隙246分割的多层膜镜241b的多层膜之中的至少相隔一个的多层膜镜241b的一端进行固定。而且，在未配置衬垫的检测区域和配置衬垫的检测区域中，优选在未配置衬垫的检测区域中，使超声波收敛并传播到各反射区域的中央或重心位置，由此所述第2多层膜镜形变，对传播的该超声波进行放大。通过如此构成，抑制了超声波回波在多层膜镜241b的底面传播时反射区域的倾斜，也增大了共振器长度的变动幅度，因此提高了检测感度。

另外，在本实施方式的超声波检测元件240、340、340a、340b、340c中，将共振器媒质设为空气层242，但也可以利用空气以外的气体以及液体构成，能够得到同样的效果。

另外，多层膜镜241a以及多层膜镜241b也可以使用金属镜、或者构成为折射率在反射面内周期性变化的光子晶体镜或使用入射光的波长以下的微细栅格的亚波长栅格，能够得到同样的效果。

(变形例1)

在本实施方式中，此前说明了光探测器由法布里·珀罗共振器构造构成的情况。以下，作为变形例，说明光探测器由外差干涉系统构成的情况。

图16A以及图16B是表示本发明的实施方式3的变形例1中的光探测器以及接收部的结构的图。图16A所示的结构表示光探测器313以及接收部314的概略结构图，图16B所示的结构表示超声波检测元件331的概略结构图。在本变形例中，与实施方式3中的超声波检査装置的结构不同之处仅为光探测器313以及接收部314，其他部分相同因此省略说明。另外，与图11A以及图11B相同的结构要素赋予相同的符号，并省略说明。

本变形例所涉及的超声波检査装置10的光探测器313以及接收部314构成为：利用光外差法，来检测被检体11的表面由于超声波而变动的情况。

在图16A中，光探测器313与接收部314与图12所示的结构同样，由光纤220及传像束230连接。在本变形例中，接收部214的光源构成为包括半导体激光器371和电流调制器372，通过电流调制器372在半导体激光器371的注入电流上重叠锯齿状的电流，射出以锯齿状对射出光的光频率进行了频率调制的激光373。另外，在光纤220的射出端，配置有折射率分布型的GRIN透镜，构成为使从光纤220射出的光准直。

光探测器313具备将通过光纤220发送的激光373变换为线状的平行光的导光棒374、以及超声波检测元件331。光探测器313构成为：将在超声波检测元件331的上表面380a出现的超声波回波的波纹的图像通过传像束230传送。

超声波检测元件331例如由如图16B所示的具有光外差干涉系统的构造构成。具体而言，超声波检测元件331具备：导光板381，使从导光棒374射出的激光373从侧面入射，并从一个主面381a射出；线栅偏振光板382，与导光板381的主面381a邻接配置；反射板383，使透射了线栅偏振光板382透射的光反射；偏振光板384，隔着导光板381配置在线栅偏振光板382的相反侧；以及屏幕385，对透射了偏振光板384的光进行投影。

导光棒374是形成了多个偏转槽的构造，通过全反射将入射到导光棒374的光偏转大致90度，该偏转槽具有相对于光射出的侧面大致倾斜45度的倾斜面。

在导光板381的对置面381b，形成有包括相对于主面381a倾斜大致45度的倾斜面的多个偏转面381c。导光板381通过全反射将相对于主面381a大致平行入射的光向主面381a偏转，从主面381a大致垂直射出。

反射板383配置在具有无数突起的声匹配件364的突起部的上表面，构成为各突起部成为检测区域。

线栅偏振光板382与偏振光板384的透射轴构成为偏移大致45度。另外，构成为：由线栅偏振光板382反射的激光373a的一部分、以及透射了线栅偏振光板382之后由反射板383反射的激光373b的一部分透射偏振光板384。

接着，利用图16A以及图16B对于如此构成的本变形例的超声波检测动作进行说明。

首先，从半导体激光器371，射出由电流调制器372对光频率进行了调制的激光373。该激光373经由聚光透镜223及光纤220供给至光探测器313。供给的激光373通过未图示的GRIN透镜准直而从光纤220射出，由导光棒374变换为线状的平行光，向超声波检测元件380入射。而且，向超声波检测元件331的导光板381入射的激光373由偏转面381c偏转，从导光板381的主面381a大致垂直射出，由线栅偏振光板382透射一部分，并反射一部分。

由线栅偏振光板382反射的激光373a透射导光板381并入射到偏振光板384，透射了线栅偏振光板382的激光373b由反射板383反射，并再次经由线栅偏振光板382、导光板381入射到偏振光板384。

此时，如果来自被检体11的超声波回波349d传递到声匹配件364，则按每个检测区域，超声波回波349d通过声匹配件364的突起部收敛，振幅被放大而使反射板383振动。由此，由反射板383反射的激光373b由于多普勒频移而光频率稍稍偏移。

到达了偏振光板384的激光373a与激光373b虽然偏振光正交，但偏振光板384的透射轴构成为相对于这些偏振光成大致45度。因此，两个激光都有一部分透射偏振光板384而被合波。被合波的激光373a以及激光373b成为相同的偏振光，因此在屏幕385上作为干涉光重合。该干涉光的强度分布经由传像束230发送到接收部314，由扩大透镜224扩大，并由光检测器225作为二维的强度分布接收。

在此，在屏幕385上被观测的某个区域的干涉光的强度成为与激光373a和激光373b的光路长度差相应的差频信号，如果反射板383振动，则表现为差频信号的频率偏移。因此，根据由光检测器225检测到的信号对进行了FM调制的差频信号进行解调，从而能够进行二维面内的回波信号的检测。

其中，在激光位移计等中使用的光外差法的结构是在计测器的内部分离参照光的结构，因此存在以下问题：计测器与测定物之间的振动所引起的噪声与测定物单体的位移信息相加，而使S/N恶化。与此相对，本变形例的结构构成为检测线栅偏振光板382与反射板383的相对位移或者振动，因此具有能够减小由周围环境的振动引起的噪声的效果。

如上所述，作为检测超声波的结构，由于能够利用光来进行超声波回波的检测，因此在接收探测器中也不需要电布线，能够使超声波回波的接收点多点化，并且配置在大区域中。由此，能够提高S/N，并且提高基于波束形成的分辨率。另外，超声波检测元件331相对于光源的波长宽度或制造不均等的精度宽松，生产性优良。

其中，本变形例的超声波检测元件240、340、340a、340b、340c、331在检测中没有使用机械性共振，无论超声波的频率如何，都能够进行检测。因此，能够与对应于用途的多个频率的超声波探测器(发送探测器)组合使用。因此，针对使用多个频率的不同的发送探测器的用户，能够削减探测器的成本。

(变形例2)

在图16B所示的超声波检测元件331中，通过具备声匹配件364和反射板383，来制作包括超声波回波349d的振动的信息的差频信号，但不限于此。由于只要能够制作包括超声波回波的振动的信息的差频信号即可，因此也可以考虑不具备声匹配件364和反射板383的其他结构。将其一例作为变形例2在以下进行说明。

图17是表示本发明的实施方式3的变形例2中的超声波检测元件的概略结构的图。其中，对于与图16B同样的要素赋予相同的符号，并省略详细的说明。图17所示的超声波检测元件331a与上述变形例1中的超声波检测元件331的结构相比，仅在不具备声匹配件364和反射板383而具备棒体386的方面结构不同。其他部分相同，因此省略说明。

在图17所示的超声波检测元件331a中，由于能够制作包括超声波回波349e的振动的信息的差频信号即可，因此构成为通过棒体386使被检体11变形，而被检体11形成突起部11b。此时，被检体11与棒体386之间的间隙成为空气层387。其中，该空气层387是通过棒体386使被检体11变形时的间隙(空气层)，因此也可以由液体或凝胶状的声匹配件填埋。

通过如此构成，也能够通过由棒体386变形而成的被检体11的突起部11b使超声波回波349e收敛来增大振幅，因此具有能够提高检测感度的效果。

(实施方式4)

在实施方式1～3中，说明了超声波探测器12由将多个振子二维排列而成的振子阵列构成，各振子通过在由PZT(钛酸锆酸铅)为代表的压电陶瓷等构成的压电元件上形成电极来构成，但不限于此，也可以是其他结构。在实施方式4中，说明与实施方式1～3中的超声波探测器12不同的结构。

作为超声波探测器12，由将多个振子二维排列而成的振子阵列构成，因此需要对多个振子进行高集成化，由于难以实现构成振子的压电元件的微细加工和向多个压电元件的布线等理由，难以实现大型化。另外，即使实现了大型化，振子的数量也非常庞大，因此系统的成本和耗电有可能成为问题。由于这样的理由，超声波探测器12存在难以大型化且难以进行大范围的检査的问题。

与此相对，提出了适度对振子进行间隔剔除而仅使用有效振子的以所谓稀疏方式构成超声波探测器12的方法。但是，在该稀疏方式中，由于稀疏化而限制了振子的数量，并且虽然能够对大范围的区域进行扇形扫描，但即使增大扫描角，也无法在较浅的区域中检査探测器周边以外的区域。也就是说，以稀疏方式构成超声波探测器12虽然适于例如心脏检査等从肋骨的间隙发送超声波，但不适于乳房或腹部的检査等从较浅的区域到较深的区域以大宽度进行检査的用途。

因此，在本实施方式中，说明如下超声波探测器以及具备该超声波探测器的超声波检査装置，该超声波探测器以及具备该超声波探测器的超声波检査装置削减了高集成化所需的超声波发送用的振子的数量而易于制造，并且能够高速地进行三维扫描，而且，能够从较浅的区域到较深的区域以大宽度、大范围进行检査。

本实施方式中的超声波检査装置与图1所示的超声波检査装置10相同，因此省略说明。其中，为了说明超声波探测器的特征性结构，将图1A所示的超声波探测器12作为超声波探测器12a进行说明。另外，为了简化说明，以下将光探测器13作为以往类型的接收探测器913进行说明。

超声波探测器12a具有能够以二维或三维发送超声波的振子群。振子群122由二维排列的多个振子(振子群)构成，各振子通过在由PZT(钛酸锆酸铅)为代表的压电陶瓷等构成的压电元件上形成电极来构成。该振子群122构成为：通过对各振子的电极施加从发送部18发送的施加了延迟处理的脉冲状的电压，从而产生超声波脉冲，并且能够使该超声波聚焦以及偏转。根据该结构，振子群122能够向三维方向发送超声波26。另外，超声波探测器12a构成为：通过设置多个振子群122，能够向大范围发送超声波26。

接收探测器913由具有多个检测元件的检测元件群132构成，各检测元件例如包括在压电元件上形成电极而成的构造，构成为与振子群122具有相同的共振频率。根据该结构，如果频率与从振子群122发送的超声波26相同的超声波回波28传播到检测元件群132，则检测元件的各压电元件共振，分别由于压电效果而产生电压。各检测元件构成为：通过检査该电压的变化，能够检测超声波回波28。其中，接收探测器913也可以与上述相同，在与被检体11之间，配置有传递由超声波26引起的被检体11的表面的位移(振动)的反射体43(不图示)。

图18A以及图18B是表示本发明的实施方式4中的振子群以及检测元件群的配置的概略结构图。图18A表示俯视图，图18B表示从图18A的A方向观察的截面图。如图18A所示，振子群122在被检体11之上配置多个，在其周围配置有检测元件群132。另外，如图18B所示，振子群122及检测元件群132与被检体11之间，配置有与振子群122对应的声学透镜421。

声学透镜421相当于本发明中的超声波偏转元件，使超声波探测器12a所发送的超声波偏转为大致垂直入射到被检体11。具体而言，声学透镜421构成为：从超声波探测器12a的振子群122发送的超声波424大致垂直入射到被检体11。

其中，在配置有反射体43的情况下，也可以是，声学透镜421在反射体43与被检体11之间与反射体43一体构成，反射体43隔着声学透镜421与被检体11密接配置。

接着，具体说明如此构成的本实施方式的超声波检査装置的动作。

首先，控制部19控制发送部18，以使发送部18在规定的定时产生驱动信号，发送部18进行用于使超声波聚焦以及偏转的延迟处理，将进行了延迟处理的驱动脉冲分别供给到超声波探测器12a的多个振子群122。超声波探测器12a按照从发送部18发送的驱动脉冲，从各振子群122向规定的方向发送超声波424。

接着，从振子群122发送的超声波424通过图18B所示的声学透镜421偏转，大致垂直入射到被检体11。入射的超声波424由被检体11内部的声阻抗不同的组织的界面反射，成为超声波回波425而在被检体11的表面传播，由声学透镜421再次偏转而到达收发面426。到达了收发面426的超声波回波425使检测元件群132的各检测元件的压电元件机械性共振，根据由压电效果产生的电压的变动来检测回波信号。

一边改变从振子群122发送的超声波424的发送方向，一边进行该回波信号检测动作。在此，图18B的点线表示超声波424的扫描范围，如该点线所示，在从振子群122发送超声波424的时刻，该扫描成为扇形扫描。但是，进行了该扇形扫描的超声波424通过由声学透镜421偏转而大致垂直入射到被检体内，因此，在被检体内，以线性扫描的方式被扫描。

如果如此进行扫描，则具有以下效果：与通常的扇形扫描相比，能够扩大被检体11的较浅部分的扫描范围。另外，在本结构中，能够使用多个振子群122来扩大检査区域，因此能够消除检査区域的间隙，并且也缩小重叠的部分，因此具有能够高效地进行检査的效果。

其中，以往，为了在这样的二维的大区域中进行线性扫描，需要在与扫描的区域相同大小的区域中以高密度排列振子，由于难以实现压电元件的微细加工和布线等理由，难以实现。在本实施方式的结构中，仅振子群122以高密度配置振子，而同样使用压电元件的检测元件群132不必须以高密度排列检测元件(压电元件)。因此，能够降低制造上的困难度，能够容易地制造。

另外，检测元件群132不仅能够以低密度排列检测元件，而且也可以设为不规则地分散检测元件而成的稀疏阵列。如果如此构成，则能够削减用于处理检测数据的运算量和存储器，能够削减成本及耗电。

再次返回关于超声波检査装置的动作的说明。由接收探测器913检测到的回波信号由接收部14进行放大以及数字变换，并向信号处理部15发送。在信号处理部15中，该回波信号首先被存储在存储部15a中之后，由运算处理部15b基于存储部15a所存放的信号数据进行定相相加即波束形成处理，得到的三维数据被存储在图像存储器15c中。

一边对被检体11内进行扫描，一边进行以上的动作，对检査区域整体的信息进行运算并保存在图像存储器15c中。保存在图像存储器15c中的三维数据由图像处理部16实施三维图像的绘制处理，由图像显示部17显示图像。通过这样的动作，能够得到大范围的超声波图像。

以上，根据本实施方式的超声波检査装置，通过使用多个振子群122，能够实现较大的检査区域。另外，能够没有间隙且减少重叠地配置各振子群122的扫描范围，因此能够高效地进行检査，能够在短时间内进行大范围的检査。另外，与实现同程度的检査区域的线性扫描结构相比，能够大幅减少高密度排列的振子的数量，因此减轻了压电元件的微细加工和布线的问题，能够容易地制造。进而，能够与超声波探测器12的振子群122分体形成检测元件群132，因此能够使接收探测器913大开口化。由此，能够提高基于波束形成的分辨率。

其中，本实施方式的超声波检査装置说明了通过具备声学透镜421来减少各振子群122(超声波探测器12a)的扫描范围的间隙以及重叠，但不限于此。也可以是超声波检査装置具备声音耦合器(楔)，具有同样的效果。

图19A以及图19B是表示本发明的实施方式4中的振子群以及检测元件群的其他配置的概略结构图。图19A表示俯视图，图19B表示从图19A的B方向观察的截面图。在图19A以及图19B中，与图18A以及图18B的结构不同之处仅为替代声学透镜421而具备声音耦合器421a。其中，对于与图18A以及图18B同样的结构要素赋予相同的符号，并省略说明。

如图19A以及图19B所示，在振子群122a及检测元件群132a与被检体11之间，配置有声音耦合器421a。

声音耦合器421a相当于本发明中的超声波偏转元件，使超声波探测器12a所发送的超声波偏转为大致垂直入射到被检体11。另外，声学透镜421具有相对于被检体11的表面倾斜的面，在该倾斜的面上配置有超声波探测器12a的振子群122a。

具体而言，声音耦合器421a具有相对于被检体11的表面的倾斜面432a、432b、以及水平面433。而且，在倾斜面432a、432b上配置有振子群122a，在水平面433上配置有检测元件群132a。根据该结构，超声波424相对于被检体11倾斜入射。而且，设定声音耦合器321a的声阻抗，以使倾斜入射的超声波424在入射到被检体11时发生折射，并向大致垂直方向偏转。

另外，倾斜面432a与倾斜面432b的倾斜方向相反，如图19A的点线所示，构成为超声波424的发送方向相互相对，并且构成为扫描范围无间隙地重叠。

如此构成的声音耦合器421a以及振子群122a在从振子群122a发送超声波424的时刻为扇形扫描。但是，通过声音耦合器421a与被检体11之间的折射以及振子群122a的配置，能够无间隙且减少重叠地配置各振子群的扫描范围，因此能够高效地进行检査，能够在短时间内进行大范围的检査。另外，仅振子群122a以高密度形成振子，因此也容易制造。

另外，如图18B所示，在超声波检査装置具备声学透镜421的结构中，在声学透镜421的界面稍稍发生超声波回波25的反射。另一方面，在超声波检査装置具备声音耦合器421a的结构中，没有能量损失，因此具有能够提高超声波回波425的检测感度的额外效果。

其中，在本实施方式中，构成为以压电元件进行超声波的发送以及接收，但不限于此。例如，也可以使用利用微电机加工的电容型超声波换能器(以下称为CMUT)。在使用压电元件的情况下，有可能发生由振子群与检测元件群的共振频率的偏差引起的感度下降，但CMUT的特性的不均较小，不容易发生由共振频率的偏差引起的感度下降。

(变形例1)

以上构成为由压电元件进行超声波的接收，但不限于此。也可以如实施方式1～3所述，构成为利用光来检测超声波。在以下的变形例1中，说明替代接收部14和接收探测器913而具备用于利用光来检测超声波的接收部314和光探测器413的结构。

图20A以及图20B是表示本发明的实施方式4的变形例1中的超声波检査装置的结构的图。其中，对于与图16A同样的结构要素赋予相同的符号，并省略说明。图20A表示光探测器413以及接收部314的概略结构图，图20B表示检测元件群132a的概略结构图。本变形例的结构与实施方式4的结构不同之处仅为光探测器413以及接收部314，其他部分相同因此省略说明。

本变形例中的超声波检査装置的光探测器413以及接收部314构成为：利用光外差法，检测从被检体11向图19A以及图19B所示的声音耦合器421a传播的超声波所引起的振动。接收部314构成为：向光探测器413供给用于检测超声波回波的合适的光，并且将来自光探测器413的光输出变换为电信号并输出。

在图20A中，光探测器413与接收部214通过光纤220以及传像束230连接，该传像束230由数万根光纤排列，能够传送图像。接收部414的光源构成为包括半导体激光器371和电流调制器372，通过电流调制器372在半导体激光器371的注入电流上重叠锯齿状的电流，射出将射出光的光频率以锯齿状调制的激光373。另外，构成为：具有对从半导体激光器371射出的激光373进行聚光的聚光透镜223，通过光纤220发送激光373。另外，具备：扩大透镜224，对由传像束230传送的图像进行扩大；以及二维阵列的光检测器225，由接收被扩大的图像的CCD、MOS型传感器、或多个PD(光电二极管)构成。

光纤220的射出端构成为：配置有折射率分布型的GRIN透镜，使从光纤220射出的光准直。光探测器413具备将由光纤220发送的激光373变换为线状的平行光的导光棒451、以及检测元件群132a，通过传像束230传送在检测元件群132a的上表面423a出现的超声波回波的波纹的图像。

检测元件群132a例如由图20B所示的构造构成。具体而言，检测元件群132a具备：导光板461，使从导光棒451射出的激光443从侧面入射，并从一个主面461a射出；线栅偏振光板462，与导光板461的主面461a邻接配置；被分割的多个反射板463，使透射了线栅偏振光板462的光反射；偏振光板464，隔着导光板461配置在线栅偏振光板462的相反侧；以及屏幕465，对透射了偏振光板464的光进行投影。

导光棒451是形成了多个偏转槽的构造，通过全反射使入射到导光棒451的光偏转大致90度，该偏转槽具有相对于光射出的侧面倾斜大致45度的倾斜面。

在导光板461的对置面461b，形成有包括相对于主面461a倾斜大致45度的倾斜面的多个偏转面461c，构成为通过全反射使相对于主面461a大致平行入射的光向主面461a偏转，并从主面461a大致垂直射出。

另外，线栅偏振光板462和偏振光板464的透射轴构成为大致偏移45度。另外，构成为：由线栅偏振光板462反射的激光443a的一部分、以及透射了线栅偏振光板462之后由反射板463反射的激光443b的一部分透射偏振光板464。

接着，利用图20A以及图20B说明如此构成的本变形例的超声波检测动作。

首先，从半导体激光器371射出由电流调制器372对光频率进行了调制的激光373。该激光373经由聚光透镜223及光纤220供给到光探测器413。被供给的激光373通过未图示的GRIN透镜准直并从光纤220射出，由导光棒451变换为线状的平行光，并入射到检测元件群132a。而且，入射到检测元件群132a的导光板461的激光373由偏转面461c偏转，从导光板461的主面461a大致垂直射出，由线栅偏振光板462透射一部分，并反射一部分。

由线栅偏振光板462反射的激光373e透射导光板461并入射到偏振光板464，透射了线栅偏振光板462的激光373f由反射板463反射，并再次经由线栅偏振光板462、导光板461入射到偏振光板464。

此时，如果超声波回波425传递到声音耦合器421a的上表面，则反射板463振动，由反射板463反射的激光373f由于多普勒频移而光频率稍稍偏移。

到达了偏振光板464的激光373e和激光373f虽然偏振光正交，但偏振光板464的透射轴构成为相对于这些偏振光为大致45度。因此，两个激光都有一部分透射偏振光板464而被合波。被合波的激光373e、激光373f成为相同的偏振光，因此在屏幕465上作为干涉光重合。该干涉光的强度分布经由光纤220发送到接收部414，由扩大透镜224扩大，并由光检测器225作为二维的强度分布受光。

在此，在屏幕465上观测的某个区域的干涉光的强度成为与激光373e和激光373f的光路长度差相应的差频信号，如果反射板463振动，则表现为差频信号的频率偏移。因此，根据由光检测器225检测到的信号，对进行了FM调制的差频信号进行解调，从而能够进行二维面内的回波信号的检测。

如上所述，本变形例的超声波检査装置构成为能够光学性地检测超声波回波425。如果如此构成，则在光探测器413中不需要压电元件的微细加工和电布线，能够使超声波回波425的接收点多点化，并且能够配置在大区域中。由此，能够提高S/N，并且提高基于波束形成的分辨率。

其中，本变形例中的应用了光外差法的超声波检测的结构也可以使用声学透镜来构成。以下在变形例2中对其进行说明。

(变形例2)

图21A以及图21B是表示本发明的实施方式4的变形例2中的超声波检査装置的结构的图。其中，对于与图20A以及图20B相同的结构要素赋予相同的符号，并省略说明。图21A表示接收部314以及包括振子群122的光探测器413a的概略结构图，图21B表示包括振子群122的光探测器413a的概略结构图。在图21A以及图21B中，与图20A以及图20B不同之处仅为包括振子群122的光探测器413a和声学透镜482，其他部分相同因此省略说明。另外，对于与图20A以及图20B相同的构成要素赋予相同的符号，并省略说明。

如图21A所示，光探测器413a具有检测元件群132b、声学透镜482和振子群122，构成为使从导光棒451射出的激光373入射，并由传像束230传送在检测元件群132b的上表面出现的超声波回波的波纹的图像。

检测元件群132b例如如图21B所示，具备与图20B所示的构造相同的导光板461、线栅偏振光板462、偏振光板464和屏幕465。

声学透镜482相当于本发明的超声波偏转元件，由光学折射率相等且声阻抗不同的2种以上透明部件的组合构成。具体而言，声学透镜482由光学折射率相等且声阻抗不同的2种透明部件482a和透明部件482b构成，超声波424发生折射，而激光373h不发生折射。

另外，在声学透镜482与被检体11之间，配置有反射层483，构成为与从被检体11传播的超声波回波425相应地振动，并且反射激光373h。另外，在声学透镜482的上表面，配置有振子群122。

如此构成的检测元件群132b与图18A以及图18B所示的构造相同，通过声学透镜482，能够进行线性扫描那样的扫描，能够向被检体11大致垂直发送超声波424。根据该结构，如果组合多个收发元件，则能够高效地且在短时间内进行大范围的检査。

另外，与图20A以及图20B所示的构造相同，从被检体11传播的超声波回波425所引起的振动传递到反射层483，将该信息传达给由反射层483反射的激光373h，由此能够检测超声波回波425。根据该结构，不需要压电元件的微细加工和电布线，能够使超声波回波425的接收点多点化，并且能够配置在大区域中。由此，能够提高S/N，并且提高基于波束形成的分辨率。

在该结构中，进而，在声学透镜482与被检体11之间配置有反射层483，从被检体11的内部传播而来的超声波回波425能够在由声学透镜482衰减或反射之前将信号(振动)传达给激光373h。由此，能够提高回波信号的检测感度。

以上，根据本发明，能够实现可在构造上提高分辨率的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置。

具体而言，根据本发明的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置，具有能够得到高分辨率并且能够缩短摄像时间的效果。更详细而言，根据本结构，以大开口检测来自被检体的反射波(超声波)，因此能够得到比发送的超声波的宽度高的分辨率。另外，由于能够扩大发送的超声波的宽度，并且扩大扫描间距，因此能够减少进行扫描时的超声波的收发次数，能够实现摄像时间的缩短。另外，通过构成为利用光来检测超声波回波，能够构成为将多个接收点以二维排列。

以上，基于实施方式，对于本发明的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置进行了说明，但本发明不限定于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨，对本实施方式实施了本领域技术人员所想到的各种变形而得到的方式，以及对不同实施方式中的结构要素进行组合而构筑的方式，都包含在本发明的范围内。也就是说，本发明的实施方式1～实施方式4所示的结构为一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。另外，全部的结构以何种方式组合皆可，显然都能够发挥本发明固有的效果。

产业可利用性

本发明能够适用于超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置，尤其能够适用于高速进行三维扫描并且希望扩大检査区域的超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置。

附图标记说明

10  超声波检査装置

11  被检体

11a、11b  突起部

12、12a   超声波探测器

13、13a、13b、13c、13d、213、313、413、413a  光探测器

14、214、314、414  接收部

15  信号处理部

15a 存储部

15b 运算处理部

15c 图像存储器

16  图像处理部

17  图像显示部

18  发送部

19  控制部

25、28、49、249、349、349b、349c、349d、349e、425  超声波回波

26、424  超声波

30、372  电流调制器

31、371  半导体激光

32、231  准直透镜

33  偏振光波束分光器

34  1/4波长板

35、36  透镜

37  透镜阵列

38、24  5衬垫

39  镜

40  光阑

41、232  半反镜

42、225  光检测器

43  反射体

44、222、373、373a、373b、373c、373d、373e、373f、373g、373h、443、443a、443b  激光

45  检测光

45a 透射光

46  参照光

51、52  信号波形

57  偏振光反射板

61  光纤束

64  发送光纤

65  接收光纤

71、374、451  导光棒

72  面状检测部

73、381、461  导光板

73a、461a、381a  主面

73b、461b、381b  对置面

73c、461c、381c  偏转面

74、384、464     偏振光板

75   视野角控制板

121  振子

122、122a  振子群

131  接收点

132、132a、132b  检测元件群

220  光纤

221  光源

223、323  聚光透镜

224  扩大透镜

230  传像束

233  波束扩展器

234  成像透镜

240、331、331a、340、340a、340b、340c、380  超声波检测元件

241a  多层膜镜

241b  多层膜镜

242  空气层

243  基板

244、344、364  声匹配件

246  缝隙

247a、247b  分光特性

248  波线

321a、421a  声音耦合器

351、421、482  声学透镜

361、365  声镜

362  膜

363、387  空气层

380a、423a  上表面

382、462  线栅偏振光板

383、463  反射板

386  棒体

385、465  屏幕

426  收发面

432a、432b  倾斜面

433  水平面

482a、482b  透明部件

483  反射层

913  接收探测器

Claims (22)

1.一种超声波探测器，具备：

超声波发送部，向被检体发送超声波；以及

超声波检测部，利用光来检测由所述被检体内部的组织反射的超声波；

所述超声波检测部的用于检测由所述被检体内部的组织反射的超声波的区域的面积，大于所述超声波发送部的用于向所述被检体发送超声波的区域的面积。

2.如权利要求1所述的超声波探测器，其中，

所述超声波检测部具备：

光源；

光学系统，将所述光源所射出的光向所述被检体上照射；以及

受光元件，接收来自所述被检体上的反射光，检测与该反射光相应的信号；

所述超声波检测部根据由所述受光元件检测的信号的变化，来检测传播到所述被检体的表面的超声波所引起的所述被检体的表面的振动，由此检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

3.如权利要求2所述的超声波探测器，其中，

所述超声波检测部还具有反射体，该反射体在被检体上与所述被检体密接配置，按照由所述被检体内部的组织反射的超声波所引起的所述被检体的表面的振动，反射向所述被检体上照射的光；

所述超声波检测部通过受光元件接收由所述反射体反射的光作为所述反射光，来检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

4.如权利要求2或3所述的超声波探测器，其中，

所述超声波检测部具备光分支元件，该光分支元件将所述光源所射出的光分支为检査用的第1光和参照用的第2光；

所述光学系统将由所述光分支元件分支的所述第1光向所述被检体上照射，并且将在所述被检体上反射的所述第1光与由所述光分支元件分支的所述第2光合波而成的光作为所述反射光，使所述受光元件接收；

所述合波而成的反射光具有与所述反射的第1光和所述第2光的光频率之差相应的差频，被按照传播到所述被检体的表面的超声波所引起的所述被检体的表面的振动进行频率调制；

所述超声波检测部根据由所述受光元件检测的所述合波而成的反射光的频率调制所引起的信号的变化，来检测传播到所述被检体的表面的超声波所引起的所述被检体的表面的振动，由此检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

5.如权利要求4所述的超声波探测器，其中，

所述光分支元件由半透射元件构成，该半透射元件透射所述光源所射出的光的一部分作为所述第1光，反射其他部分作为所述第2光。

6.如权利要求3所述的超声波探测器，其中，

所述反射体具有多个区域，具备：

超声波收敛部，与所述被检体密接形成，按所述多个检测区域中的每个检测区域使表示所述被检体的表面的振动的超声波收敛；以及

第1反射元件，形成在所述超声波收敛部的与所述被检体不密接侧的面上，反射向所述被检体上照射的光；

所述超声波收敛部按所述多个检测区域中的每个检测区域使表示所述被检体的表面的振动的超声波收敛，并向所述第1反射元件放大传播；

所述第1反射元件以与放大的该超声波相应变化的反射率，反射向所述被检体上照射的光。

7.如权利要求6所述的超声波探测器，其中，

所述超声波收敛部由声学透镜构成。

8.如权利要求6所述的超声波探测器，其中，

所述超声波收敛部具备：

突起状的锥形部件，截面积朝向表示所述被检体的表面的振动的超声波的传播方向变小；以及

镜部件，配置在所述锥形部件的周围，声阻抗与所述锥形部件不同；

在所述锥形部件的内部传播的该超声波由所述锥形部件与所述镜部件的边界面反射并且向所述第1反射元件传播。

9.如权利要求8所述的超声波探测器，其中，

所述镜部件由空气层构成。

10.如权利要求6所述的超声波探测器，其中，

所述第1反射元件具有：

第1多层膜及第2多层膜，通过将具有不同折射率的膜交替层叠来形成；

缝隙，用于按所述多个区域中的每个区域分割所述第2多层膜；以及

衬垫，形成在所述第1多层膜及所述第2多层膜之间，对由所述缝隙分割的所述第2多层膜的一端进行固定；

所述衬垫在第1多层膜及所述第2多层膜之间构成空间；

所述第1反射元件将由所述超声波收敛部收敛的所述超声波向被分割的所述第2多层膜镜的未固定的另一端附近传播，从而所述第2多层膜镜形变，对被传播的该超声波进行放大。

11.如权利要求6所述的超声波探测器，其中，

所述第1反射元件具有：

第1多层膜及第2多层膜，通过将具有不同折射率的膜交替层叠来形成；

缝隙，用于按所述多个区域中的每个区域分割所述第2多层膜；以及

衬垫，形成在所述第1多层膜及所述第2多层膜之间，对由所述缝隙分割的所述第2多层膜之中的相隔至少一个的该第2多层膜的一端进行固定；

所述第1反射元件将由所述超声波收敛部收敛的所述超声波向被分割的该第2多层膜镜的中央或重心位置传播，从而所述第2多层膜镜形变，对被传播的该超声波进行放大。

12.如权利要求6所述的超声波探测器，其中，

所述光源射出波长宽度窄的所述光；

所述第1反射元件具有：

第1多层膜及第2多层膜，通过将具有不同折射率的膜交替层叠来形成，具有大致相等的反射特性；以及

基板，形成有所述第1多层膜，入射来自所述光源的照明光；

所述第1多层膜与所述第2多层膜对置配置以便构成共振器构造；

通过由所述超声波收敛部收敛的所述超声波传播，从而使所述第1反射元件的所述共振器构造的共振器长度变动，并使反射光量变动，该反射光量是反射向所述被检体上照射的光的反射光量。

13.如权利要求10～12中任一项所述的超声波探测器，其中，

所述超声波检测部在调整所述光源所射出的所述光的波长以使所述第1反射元件的反射率成为最小之后，利用光来检测由所述被检体内部的组织反射的超声波。

14.如权利要求3～5中任一项所述的超声波探测器，其中，

所述超声波探测器还具备超声波偏转元件，该超声波偏转元件使所述超声波发送部所发送的超声波偏转为大致垂直入射到所述被检体；

所述超声波发送部具有能够以二维或三维发送超声波的振子群；

所述超声波偏转元件在所述反射体与所述被检体之间与所述反射体一体构成；

所述反射体隔着所述超声波偏转元件，与所述被检体密接配置。

15.如权利要求14所述的超声波探测器，其中，

所述超声波偏转元件包括声学透镜。

16.如权利要求14所述的超声波探测器，其中，

所述超声波偏转元件包括声音耦合器，该声音耦合器具有相对于所述被检体的表面倾斜的面，在该倾斜的面上配置有所述超声波发送部的振子群。

17.如权利要求14所述的超声波探测器，其中，

所述超声波探测器具有多个所述超声波发送部；

所述超声波偏转元件形成为：无间隙地构成所述多个超声波发送部的在所述被检体内部的超声波的扫描范围。

18.如权利要求14或15所述的超声波探测器，其中，

所述超声波偏转元件包括由光学折射率相等且音速不同的两种以上的透明部件的组合构成的声学透镜；

所述声学透镜构成为：使所述超声波折射，而不使所述照明光折射。

19.一种超声波检査装置，具备权利要求2～18中任一项所述的超声波探测器。

20.如权利要求19所述的超声波检査装置，其中，具有：

检査部，与所述被检体密接使用，构成所述超声波发送部以及所述超声波检测部的一部分；以及

主体部，至少构成所述超声波发送部以及所述超声波检测部的其他部分；

所述主体部至少具有所述光源、所述受光元件、以及所述光学系统的一部分。

21.如权利要求19或20所述的超声波检査装置，其中，

还具备控制部，该控制部对所述超声波发送部发送超声波的定时进行控制；

所述控制部按照所述超声波发送部发送超声波之后的经过时间，控制从所述光源射出的光的光量。

22.如权利要求19～21中任一项所述的超声波检査装置，其中，

所述超声波检査装置还具备信号处理部，该信号处理部基于由所述超声波检测部检测出的由所述被检体内部的组织反射的超声波，进行定相相加，得到所述被检体内部的信息；

所述超声波检査装置显示由所述信号处理部得到的所述被检体内部的信息。

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