JP2002209893A - Ultrasonic diagnostic device - Google Patents

Ultrasonic diagnostic device

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JP2002209893A
JP2002209893A JP2001011364A JP2001011364A JP2002209893A JP 2002209893 A JP2002209893 A JP 2002209893A JP 2001011364 A JP2001011364 A JP 2001011364A JP 2001011364 A JP2001011364 A JP 2001011364A JP 2002209893 A JP2002209893 A JP 2002209893A
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JP
Japan
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light
ultrasonic
optical
light source
diagnostic apparatus
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JP2001011364A
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Japanese (ja)
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Masahiro Toida
昌宏 戸井田
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic diagnostic device, in which the number of optical fibers for transmitting the input/output light beams of a plurality of ultrasonic wave detecting elements arranged in a two-dimensional state can be reduced and the sound pressure of ultrasonic wave which is received by the ultrasonic wave detecting elements can be correctly measured without requiring complicated adjustment in a light source and the ultrasonic wave detecting elements. SOLUTION: This device is provided with an optical waveguide for supplying an incident light from a first end part to plurality of second end parts by branching, multiplexing the light beams coming from the second end parts and supplying them to the first end part, a plurality of fiber black gratings which are respectively formed in the second end parts of the optical waveguide and mutually different in light reflection wave length characteristics, the light source for generating the light having a prescribed wave length band, a plurality of light position detectors for respectively detecting the incident positions of emission light beams from a demultiplexer, and a signal processing part, or the like, for obtaining sound pressure information of ultrasonic wave which is received by the fiber black gratings based on the output signals of the light position detectors.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、印加される超音波
に基づいて入射光を変調する複数の超音波検出素子を用
いた2次元センサアレイを備える超音波探触子を用いて
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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe using an ultrasonic probe having a two-dimensional sensor array using a plurality of ultrasonic detecting elements for modulating incident light based on an applied ultrasonic wave. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus for performing medical diagnosis by transmitting and receiving.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、超音波を用いて3次元画像を取得
する際には、深度方向の断面についての2次元画像を複
数取得して合成していた。この2次元画像は、位置セン
サ付きの1次元センサアレイをスキャンさせることによ
り得られ、さらに、時系列で取得した複数の2次元画像
を合成することにより、3次元画像が得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, when obtaining a three-dimensional image using ultrasonic waves, a plurality of two-dimensional images of a cross section in the depth direction have been obtained and synthesized. This two-dimensional image is obtained by scanning a one-dimensional sensor array with a position sensor, and a three-dimensional image is obtained by synthesizing a plurality of two-dimensional images acquired in time series.

【0003】しかしながら、この方式によれば、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、生体の
ような、動きを伴う被検体のイメージングには適してい
ない。
However, according to this method, since there is a time lag in the scanning direction of the one-dimensional sensor array,
Since the cross-sectional images at different times will be synthesized,
The composite image is blurred. Therefore, it is not suitable for imaging a moving subject such as a living body.

【0004】リアルタイムで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
像を取得することができる2次元センサアレイが必須で
あり、このようなセンサアレイの開発が望まれている。
In order to acquire a three-dimensional image in real time, a two-dimensional sensor array capable of acquiring a two-dimensional image without scanning the sensor array is essential, and development of such a sensor array is desired. ing.

【0005】超音波診断装置において、超音波の送受信
を行う素子としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)
等のセラミック圧電材やPVDF(ポリフッ化ビニリデ
ン)等の高分子圧電材を材料とする圧電素子を用いるの
が一般的であり、この素子を用いて2次元センサアレイ
を作製する方式が検討されている。しかしながら、この
方式によれば、素子微細化のための加工が難しく、歩留
まりの低下によるコストアップや、多数の微細素子に接
続する配線数の増大を招いてしまう。また、それらが解
決されたとしても、微細配線による電気的インピーダン
スの増大により感度が低下するという課題が残されてい
る。
In an ultrasonic diagnostic apparatus, PZT (lead zirconate titanate) is used as an element for transmitting and receiving ultrasonic waves.
It is common to use a piezoelectric element made of a ceramic piezoelectric material such as PVDF or a polymer piezoelectric material such as PVDF (polyvinylidene fluoride). A method of manufacturing a two-dimensional sensor array using this element has been studied. I have. However, according to this method, processing for miniaturization of the element is difficult, which leads to an increase in cost due to a decrease in yield and an increase in the number of wirings connected to a large number of microelements. Further, even if these problems are solved, there still remains a problem that the sensitivity is reduced due to an increase in electrical impedance due to fine wiring.

【0006】また、微小なコンデンサを含み、印加され
る超音波に基づいて、コンデンサの静電容量を変化させ
る複数の超音波検出素子を用いて2次元センサアレイを
作製する方式(静電容量方式)や、PZTを材料とする
複数の圧電素子と樹脂材料とを複合化させたものを更に
集積回路と結合させて2次元センサアレイを作製する方
式(PZT複合方式)が検討されている。しかしなが
ら、これらの方式によれば、前述のコストアップや電気
的インピーダンスの増大が抑えられるもの、多数の微細
素子に接続する配線数の増大を解決するまでには至らな
い。
Also, a method of manufacturing a two-dimensional sensor array using a plurality of ultrasonic detecting elements including a minute capacitor and changing the capacitance of the capacitor based on the applied ultrasonic wave (capacitance method) ) And a method of manufacturing a two-dimensional sensor array by combining a composite of a plurality of piezoelectric elements made of PZT and a resin material with an integrated circuit (PZT composite method). However, according to these methods, the above-described cost increase and increase in electrical impedance can be suppressed, but the increase in the number of wirings connected to a large number of fine elements cannot be solved.

【0007】また、光源において発生した光が第1の端
部に入射する複数の光ファイバを含む光ファイバアレイ
と、それぞれの光ファイバの第1の端部と反対側の第2
の端部に形成され、印加される超音波に基づいて、光フ
ァイバを通して入射された光を変調する複数の超音波検
出素子とを用いて2次元センサアレイを作製する方式
(光方式)が検討されている。この方式によれば、超音
波検出素子に圧電素子を用いないため、前述のコストア
ップや電気的インピーダンスの増大が生じることはな
い。しかしながら、複数の超音波検出素子の検出信号を
別々の光ファイバに通すため、画質向上等を目的として
超音波検出素子数を増やすと、光ファイバの本数も増え
てしまう。
Also, an optical fiber array including a plurality of optical fibers into which light generated in a light source is incident on a first end, and a second optical fiber opposite to the first end of each optical fiber.
Of two-dimensional sensor arrays using a plurality of ultrasonic detection elements that modulate light incident through an optical fiber based on applied ultrasonic waves formed at the end of the optical fiber is studied. Have been. According to this method, since the piezoelectric element is not used for the ultrasonic detection element, the above-described cost increase and increase in electrical impedance do not occur. However, since the detection signals of a plurality of ultrasonic detection elements are passed through separate optical fibers, if the number of ultrasonic detection elements is increased for the purpose of improving image quality or the like, the number of optical fibers also increases.

【0008】さらに、光方式によれば、超音波検出素子
の出射光に含まれる所定の波長成分の光量を光検出器を
用いて検出することによって超音波の検出が行われる。
しかしながら、超音波検出素子の特性は、その構造によ
って急峻な変化を示すと共に、温度変化等の環境変動に
より変化する。このため、光源の波長と超音波検出素子
の反射波長特性のバラツキは、実用上の大きな問題であ
る。従って、光源や超音波検出素子において、正確な調
整を必要としていた。
Further, according to the optical system, the detection of ultrasonic waves is performed by detecting the amount of light of a predetermined wavelength component contained in the light emitted from the ultrasonic detection element using a photodetector.
However, the characteristics of the ultrasonic detection element show a steep change depending on its structure, and also change due to environmental changes such as temperature changes. For this reason, the variation between the wavelength of the light source and the reflection wavelength characteristic of the ultrasonic detecting element is a serious problem in practical use. Therefore, accurate adjustment is required for the light source and the ultrasonic detection element.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の点に鑑
み、本発明は、2次元状に並べられた複数の超音波検出
素子の入出力光を伝送する光ファイバの本数を低減する
ことができ、且つ、光源や複数の超音波検出素子におけ
る煩雑な調整を必要とせずに、超音波検出素子が受けた
超音波の音圧を正確に測定す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。
In view of the above, the present invention has been made to reduce the number of optical fibers for transmitting input / output light of a plurality of ultrasonic detecting elements arranged two-dimensionally. To provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of accurately measuring the sound pressure of an ultrasonic wave received by an ultrasonic detection element without requiring complicated adjustments in a light source and a plurality of ultrasonic detection elements. With the goal.

【0010】[0010]

【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診断装置は、第1の端部から入
射した光を複数の第2の端部に分波して供給すると共
に、複数の第2の端部から戻って来る光を合波して第1
の端部に供給する光導波路と、光導波路の複数の第2の
端部にそれぞれ形成され、印加される超音波の音圧に基
づいて入射光を変調して反射する複数の超音波検出素子
であって、光の反射波長特性が互いに異なる複数の超音
波検出素子とを含む超音波探触子と、超音波探触子との
間で光を送受信する光送受信手段であって、複数の波長
成分を含むスペクトルを有する光を発生する光源と、複
数の波長成分を含む光を所定の波長成分ごとに分波する
分波手段と、光源において発生した光を、光ファイバを
介して光導波路に供給し、光ファイバを介して供給され
た光を分波手段に出力する切替手段と、分波手段から出
射された複数の光の入射位置を検出する複数の光位置検
出手段とを含む光送受信手段と、複数の光位置検出手段
の各々の出力信号に基づいて、対応する超音波検出素子
が受けた超音波の音圧情報を取得する信号処理手段とを
具備する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention splits light supplied from a first end to a plurality of second ends and supplies the light. And combine the light returning from the plurality of second ends to form the first light.
And a plurality of ultrasonic detecting elements formed at a plurality of second ends of the optical waveguide and modulating and reflecting the incident light based on the sound pressure of the applied ultrasonic wave, respectively. An ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic detecting elements having different reflection wavelength characteristics of light, and an optical transmitting and receiving means for transmitting and receiving light between the ultrasonic probe, A light source that generates light having a spectrum including a wavelength component, a demultiplexing unit that splits light including a plurality of wavelength components for each predetermined wavelength component, and an optical waveguide that outputs the light generated in the light source through an optical fiber. And a plurality of light position detecting means for detecting an incident position of a plurality of lights emitted from the demultiplexing means, and a switching means for supplying light supplied to the optical fiber and outputting the light supplied through the optical fiber to the demultiplexing means. Transmission / reception means and output signals of each of the plurality of light position detection means Based on comprises the corresponding signal processing means for the ultrasonic detecting element to obtain an ultrasonic sound pressure information received is.

【0011】本発明によれば、複数の波長成分を含む光
が光ファイバを介して超音波探触子に供給されると、こ
の光ファイバに接続された光導波路において分波され、
光の反射波長特性が互いに異なる複数の超音波検出素子
に入射する。これらの超音波検出素子は、印加される超
音波の音圧や環境変動(例えば、温度変化)に基づいて
反射波長を変化させる。これらの超音波検出素子によっ
て反射された光は、光導波路において合波されて、光フ
ァイバに供給される。従って、複数の変調された光が多
重化されるため、超音波探触子に接続される光ファイバ
の本数を低減することができる。
According to the present invention, when light containing a plurality of wavelength components is supplied to an ultrasonic probe via an optical fiber, the light is demultiplexed in an optical waveguide connected to the optical fiber,
Light is incident on a plurality of ultrasonic detection elements having different reflection wavelength characteristics from each other. These ultrasonic detecting elements change the reflection wavelength based on the sound pressure of the applied ultrasonic waves and environmental changes (for example, temperature changes). Light reflected by these ultrasonic detection elements is multiplexed in an optical waveguide and supplied to an optical fiber. Therefore, since a plurality of modulated lights are multiplexed, the number of optical fibers connected to the ultrasonic probe can be reduced.

【0012】また、本発明によれば、複数の超音波検出
素子の反射波長特性が変化しても、これらの反射波長を
常に含むようなスペクトルを有する光を発生する光源を
選ぶことにより、光源や複数の超音波検出素子における
煩雑な調整を不要とすることができる。そして、分波手
段から出射される波長の異なる複数の光の各々の入射位
置を、対応する光位置検出器を用いて検出し、それぞれ
の光位置検出器の出力信号に基づいて、信号処理手段
が、各々の超音波検出素子が受けた超音波の音圧情報を
取得する。従って、温度変化等の環境変動がある場合に
も、超音波検出素子が受けた超音波の音圧を正確に測定
することができる。
Further, according to the present invention, even if the reflection wavelength characteristics of a plurality of ultrasonic detection elements change, a light source that generates light having a spectrum that always includes these reflection wavelengths is selected. In addition, complicated adjustment in a plurality of ultrasonic detection elements can be eliminated. Then, each incident position of a plurality of lights having different wavelengths emitted from the demultiplexing unit is detected by using the corresponding optical position detector, and based on the output signal of each optical position detector, the signal processing unit is detected. Acquires the sound pressure information of the ultrasonic waves received by each ultrasonic detection element. Therefore, even when there is an environmental change such as a temperature change, the sound pressure of the ultrasonic wave received by the ultrasonic detecting element can be accurately measured.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面に基いて本発明の実施
の形態について説明する。尚、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。図1は、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。図1に示すように、この超音波診断装置
は、被検体に当接させて用いられる超音波探触子10を
備えている。超音波探触子10は、超音波の発生機能を
持った複数の超音波発生素子30(1)〜30(N)
(Nは2以上の整数)を1列に並べた複数の1次元送信
アレイ部11と、超音波の検出機能を持った複数の超音
波検出素子40(1)〜40(N)を1列に並べた複数
の1次元受信アレイ部12とを含んでいる。超音波探触
子10においては、複数の1次元送信アレイ部11と複
数の1次元受信アレイ部12とを交互に並べることによ
り、2次元センサアレイを実現させている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic probe 10 used in contact with a subject. The ultrasonic probe 10 has a plurality of ultrasonic generating elements 30 (1) to 30 (N) having an ultrasonic generating function.
(N is an integer of 2 or more) arranged in one line and a plurality of one-dimensional transmission array units 11 and a plurality of ultrasonic detection elements 40 (1) to 40 (N) having an ultrasonic detection function in one line. And a plurality of one-dimensional receiving array units 12 arranged in a row. In the ultrasonic probe 10, a two-dimensional sensor array is realized by alternately arranging a plurality of one-dimensional transmission array units 11 and a plurality of one-dimensional reception array units 12.

【0014】また、この超音波診断装置は、タイミング
コントロール部13の制御の下、駆動信号を発生する複
数の駆動信号発生回路14を備えている。超音波探触子
10に含まれる複数の1次元送信アレイ部11は、対応
する駆動信号発生回路14が発生する駆動信号に基づい
て複数の超音波発生素子30(1)〜30(N)から超
音波を発生させ、この超音波を被検体に送信する。そし
て、被検体から反射された複数の超音波は、超音波探触
子10に含まれる複数の1次元受信アレイ部12に受信
される。
The ultrasonic diagnostic apparatus includes a plurality of drive signal generating circuits 14 for generating drive signals under the control of the timing control unit 13. The plurality of one-dimensional transmission array units 11 included in the ultrasound probe 10 are transmitted from the plurality of ultrasound generation elements 30 (1) to 30 (N) based on the drive signal generated by the corresponding drive signal generation circuit 14. An ultrasonic wave is generated, and the ultrasonic wave is transmitted to the subject. Then, the plurality of ultrasonic waves reflected from the subject are received by the plurality of one-dimensional receiving array units 12 included in the ultrasonic probe 10.

【0015】さらに、この超音波診断装置は、対応する
1次元受信アレイ部12との間において、光信号を送受
信する複数の光送受信部15を備えている。この光信号
は、複数の波長成分を含んでいる。光送受信部15から
1次元受信アレイ部12に供給された光信号は、複数の
光に分波され、1次元受信アレイ部12に含まれる複数
の超音波検出素子40(1)〜40(N)にそれぞれ入
射する。これらの超音波検出素子40(1)〜40
(N)は、光の反射波長特性が互いに異なっている。複
数の超音波検出素子40(1)〜40(N)は、超音波
を受けると、それぞれの反射波長特性が変化して入射光
を変調する。複数の超音波検出素子40(1)〜40
(N)から反射された異なる波長成分の光は、1つの光
に合波され、光送受信部15に供給される。
The ultrasonic diagnostic apparatus further includes a plurality of optical transmitting / receiving units 15 for transmitting / receiving optical signals to / from the corresponding one-dimensional receiving array unit 12. This optical signal contains a plurality of wavelength components. The optical signal supplied from the optical transmission / reception unit 15 to the one-dimensional reception array unit 12 is split into a plurality of lights, and the plurality of ultrasonic detection elements 40 (1) to 40 (N) included in the one-dimensional reception array unit 12 ). These ultrasonic detecting elements 40 (1) to 40 (1) to 40
(N) has different light reflection wavelength characteristics. When receiving the ultrasonic waves, the plurality of ultrasonic detection elements 40 (1) to 40 (N) change their reflection wavelength characteristics and modulate the incident light. A plurality of ultrasonic detection elements 40 (1) to 40
The lights of different wavelength components reflected from (N) are multiplexed into one light and supplied to the optical transmitting / receiving unit 15.

【0016】複数の光送受信部15は、対応する1次元
受信アレイ部12に含まれる複数の超音波検出素子40
(1)〜40(N)からの反射光をそれぞれ検出して検
出信号(位置信号)を出力する複数の光位置検出器を含
んでいる。光位置検出器については、後で詳しく述べ
る。複数の光位置検出器から出力された位置信号は、信
号処理手段16に含まれる信号処理部17に入力され
る。信号処理部17は、タイミングコントロール部13
の制御の下、複数の駆動信号発生回路14が駆動信号を
発生してから所定の時間経過後に、複数の光位置検出器
から出力される位置信号を取り込む。信号処理部17
は、複数の光位置検出器から出力された位置信号に基づ
いて、対応する超音波検出素子40(1)〜40(N)
が受けた超音波の音圧情報を得る。
The plurality of optical transmitting / receiving sections 15 are provided with a plurality of ultrasonic detecting elements 40 included in the corresponding one-dimensional receiving array section 12.
(1) Includes a plurality of optical position detectors that respectively detect reflected light from (N) to 40 (N) and output detection signals (position signals). The optical position detector will be described later in detail. The position signals output from the plurality of optical position detectors are input to a signal processing unit 17 included in the signal processing unit 16. The signal processing unit 17 includes a timing control unit 13
Under the control described above, the position signals output from the plurality of optical position detectors are fetched after a lapse of a predetermined time since the plurality of drive signal generation circuits 14 generate the drive signals. Signal processing unit 17
Are based on the position signals output from the plurality of optical position detectors, and the corresponding ultrasonic detection elements 40 (1) to 40 (N)
To obtain the sound pressure information of the ultrasonic wave received by the user.

【0017】信号処理部17の出力信号は、後段のA/
D変換器18においてデジタル信号に変換される。A/
D変換器18には1次記憶部19が接続されており、取
得された複数枚の面データを記憶する。それらのデータ
に基づいて、画像処理部20が、2次元データ又は3次
元データを再構成する。再構成されたデータは、補間、
レスポンス変調処理、階調処理等の処理を受け、画像表
示部21に表示される。さらに、画像処理部20におい
て処理されたデータは、2次記憶部22に記憶される。
The output signal of the signal processing unit 17 is supplied to the A /
The digital signal is converted in the D converter 18. A /
A primary storage unit 19 is connected to the D converter 18 and stores the acquired plurality of plane data. The image processing unit 20 reconstructs two-dimensional data or three-dimensional data based on the data. The reconstructed data is interpolated,
The image is subjected to processing such as response modulation processing and gradation processing and is displayed on the image display unit 21. Further, the data processed by the image processing unit 20 is stored in the secondary storage unit 22.

【0018】図2(a)は、図1に示す超音波診断装置
に含まれる超音波探触子の構成を示す斜視図であり、図
2(b)は、この超音波探触子に用いられる超音波発生
素子及び超音波検出素子の配置例を示す図であり、図2
(c)は、別の配置例を示す図である。図2(a)に示
すように、この超音波探触子においては、複数の1次元
送信アレイ部11と複数の1次元受信アレイ部12とが
交互に並ぶように配置されている。尚、複数の1次元送
信アレイ部によって超音波送信用の探触子を構成し、複
数の1次元受信アレイ部によって超音波受信用の探触子
を構成するようにしても良い。複数の1次元送信アレイ
部11は、1列に並んだ複数の超音波発生素子30
(1)〜30(N)を含んでいる。複数の超音波発生素
子30(1)〜30(N)は、PZT等を材料とする圧
電素子を含み、対応する駆動信号発生回路(図1参照)
から入力した駆動信号に基づいて超音波を発生する。一
方、複数の1次元受信アレイ部12は、1列に並んだ複
数の超音波検出素子40(1)〜40(N)を含んでい
る。
FIG. 2A is a perspective view showing a configuration of an ultrasonic probe included in the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 2B is used for this ultrasonic probe. FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of an ultrasonic wave generating element and an ultrasonic wave detecting element to be used.
(C) is a figure which shows another example of arrangement. As shown in FIG. 2A, in this ultrasonic probe, a plurality of one-dimensional transmission array units 11 and a plurality of one-dimensional reception array units 12 are arranged so as to be alternately arranged. Note that a probe for transmitting ultrasonic waves may be configured by a plurality of one-dimensional transmission array units, and a probe for receiving ultrasonic waves may be configured by a plurality of one-dimensional reception array units. The plurality of one-dimensional transmission array units 11 include a plurality of ultrasonic generating elements 30 arranged in a line.
(1) to 30 (N). The plurality of ultrasonic generating elements 30 (1) to 30 (N) include a piezoelectric element made of PZT or the like, and a corresponding drive signal generating circuit (see FIG. 1).
An ultrasonic wave is generated based on the drive signal input from the computer. On the other hand, the plurality of one-dimensional reception array units 12 include a plurality of ultrasonic detection elements 40 (1) to 40 (N) arranged in a line.

【0019】本実施形態においては、図2(a)に示す
ように、複数の1次元送信アレイ部11と複数の1次元
受信アレイ部12とが、超音波の送信方向に対して直角
な1つの方向に関して交互に配置されている。このた
め、この超音波探触子を超音波の送受信側から見ると、
図2(b)に示すように、複数の超音波発生素子(白い
正方形)と複数の超音波検出素子(黒い正方形)とが、
それぞれ2次元アレイを形成している。尚、超音波発生
素子数を超音波検出素子数よりも少なくし、図2(c)
に示すように、複数の超音波発生素子をクロスに配置さ
せても良い。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, a plurality of one-dimensional transmission array units 11 and a plurality of one-dimensional reception array units 12 are arranged at a right angle to the ultrasonic wave transmission direction. Are alternately arranged in one direction. Therefore, when this ultrasonic probe is viewed from the transmitting and receiving side of the ultrasonic wave,
As shown in FIG. 2B, a plurality of ultrasonic generating elements (white squares) and a plurality of ultrasonic detecting elements (black squares)
Each forms a two-dimensional array. It should be noted that the number of ultrasonic wave generating elements was made smaller than the number of ultrasonic wave detecting elements, and FIG.
As shown in (1), a plurality of ultrasonic wave generating elements may be arranged on a cloth.

【0020】図3(a)は、図2に示す超音波探触子に
含まれる1次元受信アレイ部の構成を示す斜視図であ
り、図3(b)は、この1次元受信アレイ部の投影図で
ある。図3(a)、(b)に示すように、この1次元受
信アレイ部は、導波路長の異なる逆L字状の複数の光導
波路50(1)〜50(N)を含んでいる。これらの光
導波路50(1)〜50(N)は、それぞれの断面が1
列に並ぶようにシリコン基板53上に形成されている。
複数の光導波路50(1)〜50(N)の先端部には、
所定の波長を有する光を反射することにより超音波検出
素子として働くファイバブラックグレーティング(FB
G)51(1)〜51(N)が形成されている。
FIG. 3A is a perspective view showing a configuration of a one-dimensional receiving array section included in the ultrasonic probe shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a perspective view of the one-dimensional receiving array section. It is a projection view. As shown in FIGS. 3A and 3B, the one-dimensional receiving array unit includes a plurality of inverted L-shaped optical waveguides 50 (1) to 50 (N) having different waveguide lengths. Each of these optical waveguides 50 (1) to 50 (N) has a cross section of 1
They are formed on the silicon substrate 53 so as to be arranged in a line.
At the tips of the plurality of optical waveguides 50 (1) to 50 (N),
A fiber black grating (FB) that functions as an ultrasonic detecting element by reflecting light having a predetermined wavelength
G) 51 (1) to 51 (N) are formed.

【0021】ここで、複数のFBG51(1)〜51
(N)について詳細に説明する。FBGとは、屈折率の
異なる2種類の材料層(光伝搬媒質)を、ブラックの反
射条件を満たすピッチで屈折率が周期的に変化するよう
に、数千層交互に重ねたものである。各層の周期構造の
ピッチをd、入射光の波長をλ、入射角をθとすると、
ブラックの反射条件は、次の式(1)によって表され
る。 2dsinθ=Nλ…(1) 特に、入射角が90゜であるときには、式(1)が更に
次の式(2)に書き換えられる。 2d=Nλ…(2) FBGは、ブラック反射の作用により、式(2)の条件
を満たす波長(ブラック波長)の光を選択的に反射し、
ブラック波長以外の波長の光を透過させる。
Here, a plurality of FBGs 51 (1) -51
(N) will be described in detail. The FBG is formed by alternately stacking two types of material layers (light propagation media) having different refractive indexes so that the refractive index periodically changes at a pitch satisfying the black reflection condition. When the pitch of the periodic structure of each layer is d, the wavelength of incident light is λ, and the incident angle is θ,
The black reflection condition is represented by the following equation (1). 2d sin θ = Nλ (1) In particular, when the incident angle is 90 °, the expression (1) is further rewritten into the following expression (2). 2d = Nλ (2) The FBG selectively reflects light having a wavelength (black wavelength) satisfying the condition of the expression (2) by the action of black reflection.
Transmits light of a wavelength other than the black wavelength.

【0022】本実施形態においては、FBG51(1)
を構成する各層の周期構造のピッチdは、式(2)に基
づいて、ブラック波長がλ1となるように決められる。
また、FBG51(2)を構成する各層の周期構造のピ
ッチdは、式(2)に基づいて、ブラック波長がλ
2(≠λ1)となるように決められる。残りのFBG51
(3)〜51(N)についても同様である。従って、F
BG51(1)〜51(N)の反射波長特性は互いに異
なっている。複数のFBG51(1)〜51(N)は、
超音波や環境変動(例えば、温度変化)を受けて伸縮す
る。これにより、それぞれのFBG51(1)〜51
(N)を構成する各層の周期構造のピッチdが変化し、
それぞれのブラック波長を変える。このようにして、そ
れぞれのFBG51(1)〜51(N)に入射する光
は、超音波や環境変動に基づいて変調される。
In the present embodiment, the FBG 51 (1)
Is determined such that the black wavelength becomes λ 1 based on the equation (2).
The pitch d of the periodic structure of each layer constituting the FBG 51 (2) is determined based on the formula (2) so that the black wavelength is λ.
2 (≠ λ 1 ). Remaining FBG51
The same applies to (3) to 51 (N). Therefore, F
The reflection wavelength characteristics of the BGs 51 (1) to 51 (N) are different from each other. The plurality of FBGs 51 (1) to 51 (N)
It expands and contracts in response to ultrasonic waves and environmental changes (for example, temperature changes). Thereby, each of the FBGs 51 (1) to 51 (1) to 51
The pitch d of the periodic structure of each layer constituting (N) changes,
Change each black wavelength. In this manner, the light incident on each of the FBGs 51 (1) to 51 (N) is modulated based on the ultrasonic waves and environmental changes.

【0023】光導波路50(1)の末端部は、光ファイ
バ64を介して、対応する光送受信部(図1参照)と接
続されている。一方、光導波路50(2)の末端部は、
ビームスプリッタとして働くスリット52(1)を介し
て、光導波路50(1)の末端部と接続されている。ま
た、光導波路50(3)の末端部は、ビームスプリッタ
として働くスリット52(2)を介して、光導波路50
(2)の末端部と接続されている。残りの光導波路50
(4)〜50(N)についても同様である。本実施形態
においては、複数の光導波路50(1)〜50(N)を
このように接続することにより、プレーナ光波回路(P
LC:Planar Lightwave Circuit)が実現されている。
The end of the optical waveguide 50 (1) is connected via an optical fiber 64 to a corresponding optical transceiver (see FIG. 1). On the other hand, the end of the optical waveguide 50 (2)
It is connected to the end of the optical waveguide 50 (1) via a slit 52 (1) serving as a beam splitter. The end of the optical waveguide 50 (3) is connected to the optical waveguide 50 (2) via a slit 52 (2) serving as a beam splitter.
It is connected to the end of (2). Remaining optical waveguide 50
The same applies to (4) to 50 (N). In the present embodiment, by connecting the plurality of optical waveguides 50 (1) to 50 (N) in this manner, the planar lightwave circuit (P
LC: Planar Lightwave Circuit) has been realized.

【0024】ここで、図3に示す1次元受信アレイ部の
動作について説明する。所定の波長域(λ1〜λN)を含
む光LBROは、この1次元受信アレイ部に供給される
と、図3(b)に示すように、複数のスリット52
(1)〜52(N−1)を通過するごとに分波される。
光導波路50(1)に入射した光L1(波長:λ1)は、
FBG51(1)により光導波路50(1)に向けて反
射され、FBG51(1)が受ける超音波や環境変動に
基づいて光L1′に変調される。また、光導波路50
(2)に入射した光L2(波長:λ2)は、FBG51
(2)により光導波路50(2)に向けて反射され、F
BG51(2)が受ける超音波や環境変動に基づいて光
2′に変調される。光LBROに含まれる残りの光L
3(波長:λ3)〜LN(波長:λN)についても同様であ
る。それぞれのFBG51(1)〜51(N)の出射光
1′〜LN′は、対応するスリット52(1)〜52
(N−1)において順に合波され、光ファイバ64を介
して、対応する光送受信部(図1参照)に供給される。
Here, the operation of the one-dimensional receiving array unit shown in FIG. 3 will be described. When the light L BRO including a predetermined wavelength range (λ 1 to λ N ) is supplied to the one-dimensional receiving array unit, as shown in FIG.
Each time the signal passes through (1) to 52 (N-1), it is demultiplexed.
The light L 1 (wavelength: λ 1 ) incident on the optical waveguide 50 ( 1 ) is
The light is reflected by the FBG 51 (1) toward the optical waveguide 50 (1), and is modulated into light L 1 ′ based on ultrasonic waves and environmental fluctuations received by the FBG 51 (1). The optical waveguide 50
The light L 2 (wavelength: λ 2 ) incident on ( 2 ) is
(2) is reflected toward the optical waveguide 50 (2), and F
The light is modulated into the light L 2 ′ based on the ultrasonic wave received by the BG 51 (2) and the environmental fluctuation. Remaining light L included in light L BRO
The same applies to 3 (wavelength: λ 3 ) to L N (wavelength: λ N ). The outgoing lights L 1 ′ to L N ′ of the respective FBGs 51 (1) to 51 (N) are transmitted to the corresponding slits 52 (1) to 52 (52).
The signals are sequentially multiplexed in (N-1) and supplied to the corresponding optical transmitting / receiving unit (see FIG. 1) via the optical fiber 64.

【0025】次に、図4を参照しながら、1次元受信ア
レイ部の製造プロセスの一例について説明する。先ず、
図4(a)に示すように、火炎堆積法(Flame Hydrolys
is Deposition)により、シリコン基板100上にSi
2ガラス微粒子を成分とするSiO2下部クラッド層1
01と、SiO2−GeO2ガラス微粒子を成分とするS
iO2−GeO2コア層102とを順に形成する。さら
に、シリコン基板100を加熱してSiO2下部クラッ
ド層101とSiO2−GeO2コア層102とを溶融す
ることにより、図4(b)に示すように、それぞれを透
明化してクラッディング層103とコア層104とを形
成する。
Next, an example of a manufacturing process of the one-dimensional receiving array unit will be described with reference to FIG. First,
As shown in FIG. 4A, the flame deposition method (Flame Hydrolys
is Deposition), Si on the silicon substrate 100
SiO 2 lower cladding layer 1 composed of O 2 glass particles
01 and S containing SiO 2 —GeO 2 glass fine particles as components
An iO 2 -GeO 2 core layer 102 is formed in order. Further, by heating the silicon substrate 100 to melt the SiO 2 lower cladding layer 101 and the SiO 2 —GeO 2 core layer 102, as shown in FIG. And a core layer 104 are formed.

【0026】次に、図4(c)に示すように、1次元受
信アレイ部に含まれる光導波路のコアパターンに対応す
るレジスト膜105をコア層104上に形成する。さら
に、レジスト膜105を介してコア層104に反応性イ
オンエッチング(Reactive Ion Etching)を施すことに
より、図4(d)に示すように、複数のコア106がク
ラッディング層103上に形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, a resist film 105 corresponding to the core pattern of the optical waveguide included in the one-dimensional receiving array portion is formed on the core layer 104. Further, by performing reactive ion etching (Reactive Ion Etching) on the core layer 104 via the resist film 105, a plurality of cores 106 are formed on the cladding layer 103 as shown in FIG. .

【0027】次に、図4(e)に示すように、火炎堆積
法により、クラッディング層103及び複数のコア10
6の上に、SiO2ガラス微粒子を成分とするSiO2
部クラッド層107を形成する。さらに、シリコン基板
100を加熱してSiO2上部クラッド層107を溶融
することにより、図4(f)に示すように、これを透明
化してクラッディング層108を形成する。
Next, as shown in FIG. 4E, the cladding layer 103 and the plurality of cores 10 are formed by a flame deposition method.
On top of this, an SiO 2 upper cladding layer 107 containing SiO 2 glass fine particles as a component is formed. Further, by heating the silicon substrate 100 to melt the SiO 2 upper cladding layer 107, the SiO 2 upper cladding layer 107 is made transparent to form a cladding layer 108 as shown in FIG.

【0028】次に、図4(g)に示すように、1次元受
信アレイ部に含まれる光導波路のクラッドパターンに対
応するレジスト膜109をクラッディング層108上に
形成する。さらに、レジスト膜109を介してクラッデ
ィング層108に反応性イオンエッチングを施すことに
より、図4(h)に示すように、複数のクラッド110
が形成されて、複数の光導波路50(1)、50
(2)、…が完成する。
Next, as shown in FIG. 4G, a resist film 109 corresponding to the cladding pattern of the optical waveguide included in the one-dimensional receiving array portion is formed on the cladding layer 108. Further, by performing reactive ion etching on the cladding layer 108 through the resist film 109, as shown in FIG.
Is formed, and a plurality of optical waveguides 50 (1), 50
(2), ... are completed.

【0029】次に、それぞれの光導波路50(1)、5
0(2)、…の先端部のコア106に、図4(i)に示
すように、反射波長特性の異なるFBG51(1)、5
1(2)、…を形成する。尚、FBGの形成方法の詳細
については、例えば、金森弘雄氏による「ファイバグレ
ーティング」(電子情報通信学会誌 Vol. 82 No. 7pp.
731-739 1999年7月)等を参照されたい。そして、図4
(j)に示すように、シリコン基板100における複数
のFBG51(1)、51(2)、…側の端部をエッチ
ングして取り除くことにより、1次元受信アレイ部が完
成する。
Next, each of the optical waveguides 50 (1), 50 (5)
As shown in FIG. 4I, FBGs 51 (1), 5 (1),
1 (2),... Are formed. For details of the method of forming the FBG, see, for example, “Fiber Grating” by Hiroo Kanamori (IEICE Vol. 82 No. 7pp.
731-739 July 1999). And FIG.
As shown in (j), the end of the plurality of FBGs 51 (1), 51 (2),... On the silicon substrate 100 is etched away to complete the one-dimensional receiving array unit.

【0030】図5(a)は、図1に示す超音波診断装置
に含まれる光送受信部の構成例を説明するための図であ
り、図5(b)は、この光送受信部に含まれる広帯域光
源のスペクトル特性を示す図であり、図5(c)は、対
応する1次元受信アレイ部に含まれる複数のFBGの反
射波長特性を示す図である。図5(a)に示すように、
光送受信部15は、複数の波長成分(λ1、λ2、…、λ
N)を含む光LBROが発生する広帯域(ブロードバンド)
光源61を含んでいる。
FIG. 5A is a view for explaining an example of the configuration of the optical transmitting / receiving section included in the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 5B is included in this optical transmitting / receiving section. FIG. 5C is a diagram illustrating spectral characteristics of a broadband light source, and FIG. 5C is a diagram illustrating reflection wavelength characteristics of a plurality of FBGs included in a corresponding one-dimensional receiving array unit. As shown in FIG.
The optical transmitting and receiving unit 15 includes a plurality of wavelength components (λ 1 , λ 2 ,.
N ) including light L BRO generated broadband
A light source 61 is included.

【0031】広帯域光源61が発生する光は、図5
(b)に示すように、波長λ1〜波長λNに亘る波長帯域
を含むスペクトル特性を示す。一方、図5(a)に示す
1次元受信アレイ部12に含まれる複数のFBG51
(1)〜51(N)は、図5(c)に示すように、対応
する波長λ1、λ2、…、λNを中心とする反射波長特性
を示す。これらの反射波長特性は、対応するFBG51
(1)〜51(N)が受けた超音波の音圧や温度変化等
の環境変動に基づいて変化する。このため、本実施形態
においては、複数のFBG51(1)〜51(N)の反
射波長特性が変化しても、これらの反射波長を常に含む
ようなスペクトルを有する光を発生する光源を選べば良
い。これにより、従来のような光源や複数の超音波検出
素子における正確な調整を不要とすることができる。
The light generated by the broadband light source 61 is shown in FIG.
As shown in (b), a spectrum characteristic including a wavelength band from wavelength λ 1 to wavelength λ N is shown. On the other hand, a plurality of FBGs 51 included in the one-dimensional reception array unit 12 shown in FIG.
(1) to (N) show the reflection wavelength characteristics centered on the corresponding wavelengths λ 1 , λ 2 ,..., Λ N as shown in FIG. These reflection wavelength characteristics correspond to the corresponding FBG51.
(1) to (N) change based on environmental fluctuations such as sound pressure of ultrasonic waves received and temperature changes. For this reason, in the present embodiment, even if the reflection wavelength characteristics of the plurality of FBGs 51 (1) to 51 (N) change, a light source that generates light having a spectrum that always includes these reflection wavelengths can be selected. good. This eliminates the need for accurate adjustment of the conventional light source and the plurality of ultrasonic detection elements.

【0032】再び図5(a)を参照すると、広帯域光源
61には、光ファイバ62を介して、光の進行方向をそ
の入射方向に応じて切り替えるサーキュレータ63が接
続されている。広帯域光源61において発生した光L
BROは、サーキュレータ63において光ファイバ64に
入射し、1次元受信アレイ部12に供給される。また、
1次元受信アレイ部12から光ファイバ64に供給され
た光LBRO′は、サーキュレータ63において光ファイ
バ65に入射する。
Referring again to FIG. 5A, a circulator 63 for switching the traveling direction of light in accordance with the incident direction is connected to the broadband light source 61 via an optical fiber 62. Light L generated in broadband light source 61
The BRO enters the optical fiber 64 in the circulator 63 and is supplied to the one-dimensional receiving array unit 12. Also,
The light L BRO ′ supplied from the one-dimensional receiving array unit 12 to the optical fiber 64 enters the optical fiber 65 in the circulator 63.

【0033】サーキュレータ63には、光ファイバ65
を介して、複数の波長成分を含む光を所定の波長成分別
に分波する分波器66が接続されている。分波器66
は、光ファイバ65から入射した光LBRO′を複数の光
1′〜LN′に分波する。分波器66の後段には、これ
から出射された光L1′〜LN′のそれぞれの入射位置を
検出して位置信号を出力する光位置検出器60(1)〜
60(N)が配置されている。このような光位置検出器
としては、例えば、1列に並んだ複数の受光素子(例え
ば、フォトダイオードやフォトトランジスタ)を含む1
次元アレイ光検出器や、位置検出素子(PSD:Positi
on Sensitive Detector)が挙げられる。複数の光位置
検出器60(1)〜60(N)から出力された位置信号
は、図1に示す信号処理手段に含まれる信号処理部に入
力される。
The circulator 63 has an optical fiber 65
A demultiplexer 66 for demultiplexing light containing a plurality of wavelength components into predetermined wavelength components is connected via the. Duplexer 66
Separates the light L BRO ′ incident from the optical fiber 65 into a plurality of lights L 1 ′ to L N ′. At the subsequent stage of the demultiplexer 66, the optical position detectors 60 (1) to 60 which detect the respective incident positions of the light L 1 ′ to L N ′ emitted therefrom and output position signals are provided.
60 (N) are arranged. As such an optical position detector, for example, a light position detector including a plurality of light receiving elements (for example, a photodiode or a phototransistor) arranged in one line is used.
-Dimensional array photodetector and position detection element (PSD: Positi
on Sensitive Detector). The position signals output from the plurality of optical position detectors 60 (1) to 60 (N) are input to a signal processing unit included in the signal processing unit shown in FIG.

【0034】ここで、図6を参照しながら、本実施形態
の超音波診断装置における超音波の音圧の測定プロセス
について説明する。図5に示す1次元受信アレイ部12
に含まれる複数のFBG51(1)〜51(N)の反射
波長特性は、対応するFBG51(1)〜51(N)が
受けた超音波の音圧や温度変化等の環境変動に基づいて
変化する。これにより、図6に示すように、分波器66
から出射された光L1′は、光位置検出器60(1)に
入射する位置を変える。分波器66から出射された残り
の光L2′〜LN′についても同様である。尚、図6にお
いて、破線は、FBG51(1)に加わる音圧がゼロで
あるときの入射光路を表している。また、一点鎖線は、
FBG51(1)に加わる音圧が最大負音圧であるとき
の入射光路を表し、二点鎖線は、FBG51(1)に加
わる音圧が最大正音圧であるときの入射光路を表してい
る。
Here, the process of measuring the sound pressure of the ultrasonic wave in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. One-dimensional receiving array unit 12 shown in FIG.
The reflection wavelength characteristics of a plurality of FBGs 51 (1) to 51 (N) included in the FBGs 51 (1) to 51 (N) change based on environmental changes such as sound pressure of ultrasonic waves and temperature changes received by the corresponding FBGs 51 (1) to 51 (N). I do. As a result, as shown in FIG.
The light L 1 ′ emitted from the light source changes its incident position on the optical position detector 60 (1). The same applies to the remaining lights L 2 ′ to L N ′ emitted from the duplexer 66. In FIG. 6, the broken line indicates the incident optical path when the sound pressure applied to the FBG 51 (1) is zero. Also, the dash-dot line
The incident light path when the sound pressure applied to the FBG 51 (1) is the maximum negative sound pressure, and the two-dot chain line indicates the incident light path when the sound pressure applied to the FBG 51 (1) is the maximum positive sound pressure.

【0035】超音波がFBG51(1)に印加されてい
ないときには、FBG51(1)の反射波長特性が環境
変動だけに基づいて変化する。このため、このときの光
位置検出器60(1)の位置信号は、環境変動による影
響だけを含んでいる。一方、超音波がFBG51(1)
に印加されているときには、FBG51(1)の反射波
長特性が超音波と環境変動との両方に基づいて変化す
る。このため、このときの光位置検出器60(1)の位
置信号は、超音波と環境変動との両方による影響を含ん
でいる。
When no ultrasonic wave is applied to the FBG 51 (1), the reflection wavelength characteristic of the FBG 51 (1) changes based only on environmental fluctuations. For this reason, the position signal of the light position detector 60 (1) at this time includes only the influence of the environmental change. On the other hand, the ultrasonic wave is FBG51 (1)
, The reflection wavelength characteristic of the FBG 51 (1) changes based on both the ultrasonic wave and the environmental fluctuation. Therefore, the position signal of the light position detector 60 (1) at this time includes the influence of both the ultrasonic wave and the environmental fluctuation.

【0036】そこで、本実施形態においては、信号処理
部17は、超音波がFBG51(1)に印加されていな
いときの光位置検出器60(1)からの位置信号を定期
的(例えば、超音波診断装置の起動時)に読み出し、さ
らに、この位置信号を基準ゼロ点信号とし、光位置検出
器60(1)から出力される位置信号の変化をFBG5
1(1)に加わる音圧の変化として読み出す。残りのF
BG51(2)〜51(N)についても同様である。こ
れにより、温度変化等の環境変動がある場合にも、FB
G51(1)〜51(N)の各々が受けた超音波の音圧
を正確に測定することができる。
Therefore, in the present embodiment, the signal processing unit 17 periodically (for example, an ultrasonic signal) outputs the position signal from the optical position detector 60 (1) when the ultrasonic wave is not applied to the FBG 51 (1). (When the ultrasonic diagnostic apparatus is started), and furthermore, this position signal is used as a reference zero point signal, and the change in the position signal output from the optical position detector 60 (1) is determined by FBG5.
1 (1) is read out as a change in sound pressure applied to it. Remaining F
The same applies to BGs 51 (2) to 51 (N). As a result, even when there is an environmental change such as a temperature change, the FB
The sound pressure of the ultrasonic waves received by each of G51 (1) to G51 (N) can be accurately measured.

【0037】図7は、図5に示す光送受信部に含まれる
分波器の構成例を示す図である。図7においては、分波
器として、プレーナ光波回路の一種であるアレイ導波路
格子(AWG:Arrayed-Wavelength Grating)を用いた
分波回路が示されている。この分波回路は、1本の入力
導波路70が接続された入力側スラブ導波路71と、複
数の出力導波路72(1)〜72(N)が接続された出
力側スラブ導波路73との間を、一定の導波路長差を持
たされた複数のアレイ導波路74(1)〜74(N)に
より接続した構成となっている。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a duplexer included in the optical transmitting / receiving section shown in FIG. FIG. 7 shows a demultiplexer using an arrayed-wavelength grating (AWG), which is a kind of planar lightwave circuit, as a demultiplexer. This demultiplexing circuit includes an input-side slab waveguide 71 to which one input waveguide 70 is connected, and an output-side slab waveguide 73 to which a plurality of output waveguides 72 (1) to 72 (N) are connected. Are connected by a plurality of arrayed waveguides 74 (1) to 74 (N) having a constant waveguide length difference.

【0038】入力側スラブ導波路71は、入力導波路7
0の端部を曲率中心とする扇形をしており、出力側スラ
ブ導波路73は、複数の出力導波路72(1)〜72
(N)の端部を曲率中心とする扇形をしている。複数の
アレイ導波路74(1)〜74(N)は、それぞれの光
軸が入力側スラブ導波路71及び出力側スラブ導波路7
3の両方の曲率中心を通るように放射状に配置されてい
る。これにより、入力側スラブ導波路71及び出力側ス
ラブ導波路73がレンズと同等の動作を実現する。
The input side slab waveguide 71 is
The output slab waveguide 73 has a sector shape with the end of the zero as the center of curvature.
It has a fan shape with the end of (N) as the center of curvature. Each of the plurality of array waveguides 74 (1) to 74 (N) has an optical axis whose input side slab waveguide 71 and output side slab waveguide 7
3 are radially arranged to pass through both centers of curvature. Thereby, the input side slab waveguide 71 and the output side slab waveguide 73 realize the same operation as the lens.

【0039】複数の波長成分(λ1、λ2、…、λN)を
含む光は、入力導波路70に入射すると、入力側スラブ
導波路71において回折により広がり、複数のアレイ導
波路74(1)〜74(N)を同位相で励振する。それ
ぞれの励振光は、対応するアレイ導波路74(1)〜7
4(N)を通過する際に導波路長差に応じた位相差が与
えられ、出力側スラブ導波路73に達する。出力側スラ
ブ導波路73に入射した複数の光は、レンズ作用により
互いに干渉し合いながら、複数の出力導波路72(1)
〜72(N)を配置した側の1点に集光し、同相条件が
成立する方向に回折する。尚、図7に示す分波回路にお
ける入力側と出力側とを入れ替えれば、図5に示す光送
受信部に含まれる合波器が実現される。
When the light including a plurality of wavelength components (λ 1 , λ 2 ,..., Λ N ) enters the input waveguide 70, it spreads by diffraction in the input-side slab waveguide 71, and the plurality of array waveguides 74 ( 1) to 74 (N) are excited in the same phase. Each excitation light is transmitted to a corresponding one of the arrayed waveguides 74 (1) to 74 (1) to 7 (7).
When passing through 4 (N), a phase difference corresponding to the waveguide length difference is given, and reaches the output side slab waveguide 73. The plurality of light beams incident on the output side slab waveguide 73 interfere with each other by a lens action, and the plurality of output waveguides 72 (1)
The light is focused at one point on the side where .about.72 (N) is arranged, and diffracted in a direction in which the in-phase condition is satisfied. It should be noted that if the input side and the output side in the demultiplexing circuit shown in FIG. 7 are interchanged, the multiplexer included in the optical transceiver shown in FIG. 5 is realized.

【0040】図8は、図5に示す光送受信部に含まれる
広帯域光源の構成例を示す図である。図8においては、
広帯域光源として、ASE(Amplified Spontaneous Em
ission:増幅された自然放出光)光源の一例が示されて
いる。このASE光源は、広帯域光増幅器(Broadband
Optical Fiber Amplifier)の構造を、増幅された自然
放出光を出射できるように変えたものであり、光増幅用
の光ファイバ80を含んでいる。尚、広帯域光増幅器の
詳細については、例えば、大越 春喜氏による「広帯域
光増幅器」(電子情報通信学会誌 Vol. 82 No. 7 pp.
718-724 1999年7月)を参照されたい。光ファイバ80
の一方の端部には、レンズ81が取り付けられており、
他方の端部には、励起光反射用のFBG82が形成され
ている。レンズ81の左側には、レーザ発振器83が励
起光源として配置されている。レーザ発振器83におい
て発生した光は、レンズ81を介して光ファイバ80に
入射し増幅され、増幅された光の一部は、自然放出光と
してFBG82を透過する。尚、ASE光源の替わりに
ブロードバンドファイバ光源を用いても良い。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a broadband light source included in the optical transceiver shown in FIG. In FIG. 8,
ASE (Amplified Spontaneous Em)
ission: amplified spontaneous emission light) An example of a light source is shown. This ASE light source is a broadband optical amplifier (Broadband).
The structure of the optical fiber amplifier is changed so that amplified spontaneous emission light can be emitted, and includes an optical fiber 80 for optical amplification. For details of the broadband optical amplifier, see, for example, “Broadband Optical Amplifier” by Haruki Ogoshi (IEICE Vol. 82 No. 7 pp.
718-724 July 1999). Optical fiber 80
A lens 81 is attached to one end of
At the other end, an FBG 82 for reflecting the excitation light is formed. On the left side of the lens 81, a laser oscillator 83 is arranged as an excitation light source. The light generated in the laser oscillator 83 enters the optical fiber 80 via the lens 81 and is amplified, and a part of the amplified light passes through the FBG 82 as spontaneous emission light. Note that a broadband fiber light source may be used instead of the ASE light source.

【0041】本実施形態によれば、複数の波長成分を含
む光が光ファイバを介して超音波探触子に供給される
と、この光ファイバに接続された光導波路において分波
され、光の反射波長特性が互いに異なる複数のFBGに
入射する。これらのFBGは、印加される超音波の音圧
や環境変動(例えば、温度変化)に基づいて反射波長を
変化させる。これらのFBGによって反射された光は、
光導波路において合波されて、光ファイバに供給され
る。従って、複数の変調された光が多重化されるため、
超音波探触子に接続される光ファイバの本数を低減する
ことができる。
According to the present embodiment, when light including a plurality of wavelength components is supplied to the ultrasonic probe via the optical fiber, the light is demultiplexed in the optical waveguide connected to the optical fiber, and The light is incident on a plurality of FBGs having different reflection wavelength characteristics. These FBGs change the reflection wavelength based on the sound pressure of the applied ultrasonic waves and environmental fluctuations (for example, temperature changes). The light reflected by these FBGs is
The light is multiplexed in the optical waveguide and supplied to the optical fiber. Therefore, since a plurality of modulated lights are multiplexed,
The number of optical fibers connected to the ultrasonic probe can be reduced.

【0042】また、本実施形態によれば、複数のFBG
の反射波長特性が変化しても、これらの反射波長を常に
含むように、広帯域光源が発生する光のスペクトルを設
定することにより、従来のような光源や複数のFBGに
おける正確な調整を不要とすることができる。そして、
分波器から出射される複数の光のそれぞれの入射位置
を、対応する光位置検出器により検出し、それぞれの光
位置検出器から出力される位置信号に基づいて、信号処
理部が、各々のFBGが受けた超音波の音圧情報を取得
する。従って、温度変化等の環境変動がある場合にも、
FBGが受けた超音波の音圧を正確に測定することがで
きる。
According to the present embodiment, a plurality of FBGs
By setting the spectrum of the light generated by the broadband light source so as to always include these reflection wavelengths even if the reflection wavelength characteristics of the FBG change, accurate adjustment of the conventional light source and multiple FBGs is not required. can do. And
Each incident position of the plurality of lights emitted from the demultiplexer is detected by a corresponding optical position detector, and based on a position signal output from each optical position detector, the signal processing unit Acquires sound pressure information of the ultrasonic wave received by the FBG. Therefore, even when there is an environmental change such as a temperature change,
The sound pressure of the ultrasonic wave received by the FBG can be accurately measured.

【0043】尚、本実施形態によれば、PZTやPVD
Fを材料とする圧電素子の替わりにFBGを用いて2次
元センサアレイを作製し、光を用いて超音波の検出を行
うため、歩留まりの低下によるコストアップや、微細配
線による電気的インピーダンスの増大による感度低下を
招くことはなく、感度向上や広帯域特性化、インピーダ
ンスフリーの実現を期待できる。
According to this embodiment, PZT or PVD
A two-dimensional sensor array is manufactured using FBG instead of a piezoelectric element made of F, and ultrasonic waves are detected using light. Therefore, the cost increases due to a decrease in yield, and the electrical impedance increases due to fine wiring. Therefore, the sensitivity can be improved, the broadband characteristics can be improved, and impedance-free can be realized.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
2次元状に並べられた複数の超音波検出素子の入出力光
を伝送する光ファイバの本数を低減し、且つ、光源や複
数の超音波検出素子における煩雑な調整を必要とせず
に、超音波検出素子が受けた超音波の音圧を正確に測定
する超音波診断装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
Ultrasonic waves can be reduced without reducing the number of optical fibers for transmitting input / output light of a plurality of ultrasonic detecting elements arranged two-dimensionally, and without requiring complicated adjustment in a light source and a plurality of ultrasonic detecting elements. An ultrasonic diagnostic apparatus capable of accurately measuring the sound pressure of an ultrasonic wave received by a detection element can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】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。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、図1に示す超音波診断装置に含まれ
る超音波探触子の構成を示す斜視図であり、(b)は、
この超音波探触子に用いられる超音波発生素子及び超音
波検出素子の配置例を示す図であり、(c)は、別の配
置例を示す図である。
FIG. 2A is a perspective view showing a configuration of an ultrasonic probe included in the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1, and FIG.
It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the ultrasonic wave generation element and the ultrasonic detection element used for this ultrasonic probe, and (c) is a figure which shows another example of arrangement | positioning.

【図3】(a)は、図2に示す超音波探触子に含まれる
1次元受信アレイ部の構成を示す斜視図であり、(b)
は、この1次元受信アレイ部の投影図である。
FIG. 3A is a perspective view showing a configuration of a one-dimensional receiving array unit included in the ultrasonic probe shown in FIG. 2, and FIG.
FIG. 3 is a projection view of the one-dimensional receiving array unit.

【図4】(a)〜(j)は、図3に示す1次元受信アレ
イ部の製造プロセスを示す図である。
4 (a) to 4 (j) are diagrams showing a manufacturing process of the one-dimensional receiving array unit shown in FIG.

【図5】(a)は、図1に示す超音波診断装置に含まれ
る光送受信部の構成を説明するための図であり、(b)
は、この光送受信部に含まれる広帯域光源のスペクトル
特性を示す図であり、(c)は、対応する1次元受信ア
レイ部に含まれる複数のファイバブラックグレーティン
グの反射波長特性を示す図である。
5A is a diagram for explaining a configuration of an optical transmission / reception unit included in the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1, and FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating spectral characteristics of a broadband light source included in the optical transmitting and receiving unit, and FIG. 3C is a diagram illustrating reflection wavelength characteristics of a plurality of fiber black gratings included in a corresponding one-dimensional receiving array unit.

【図6】図1に示す超音波診断装置におけるにおける超
音波の音圧の測定プロセスを説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a process of measuring a sound pressure of an ultrasonic wave in the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1;

【図7】図5に示す光送受信部に含まれる分波器の構成
例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a duplexer included in the optical transceiver illustrated in FIG. 5;

【図8】図5に示す光送受信部に含まれる広帯域光源の
構成例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a broadband light source included in the optical transceiver illustrated in FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 超音波探触子 11 1次元送信アレイ部 12 1次元受信アレイ部 14 駆動信号発生回路 15 光送受信部 17 信号処理部 30(1)〜30(N) 超音波発生素子 40(1)〜40(N) 超音波検出素子 50(1)〜50(N) 光導波路 51(1)〜51(N) ファイバブラックグレーティ
ング 52(1)〜52(N−1) スリット 60(1)〜60(N) 光位置検出器 61 広帯域光源 63 サーキュレータ 66 分波器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic probe 11 One-dimensional transmission array part 12 One-dimensional reception array part 14 Drive signal generation circuit 15 Optical transmission / reception part 17 Signal processing part 30 (1) -30 (N) Ultrasonic generation element 40 (1) -40 (N) Ultrasonic detection element 50 (1) to 50 (N) Optical waveguide 51 (1) to 51 (N) Fiber black grating 52 (1) to 52 (N-1) Slit 60 (1) to 60 (N) ) Optical position detector 61 Broadband light source 63 Circulator 66 Demultiplexer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の端部から入射した光を複数の第2
の端部に分波して供給すると共に、前記複数の第2の端
部から戻って来る光を合波して前記第1の端部に供給す
る光導波路と、前記光導波路の前記複数の第2の端部に
それぞれ形成され、印加される超音波の音圧に基づいて
入射光を変調して反射する複数の超音波検出素子であっ
て、光の反射波長特性が互いに異なる前記複数の超音波
検出素子とを含む超音波探触子と、 前記超音波探触子との間で光を送受信する光送受信手段
であって、複数の波長成分を含むスペクトルを有する光
を発生する光源と、複数の波長成分を含む光を所定の波
長成分ごとに分波する分波手段と、前記光源において発
生した光を、光ファイバを介して前記光導波路に供給
し、前記光ファイバを介して供給された光を前記分波手
段に出力する切替手段と、前記分波手段から出射された
複数の光の入射位置を検出する複数の光位置検出手段と
を含む前記光送受信手段と、 前記複数の光位置検出手段の各々の出力信号に基づい
て、対応する超音波検出素子が受けた超音波の音圧情報
を取得する信号処理手段と、を具備することを特徴とす
る超音波診断装置。
1. A light incident from a first end is converted into a plurality of second light.
And an optical waveguide that multiplexes the light returning from the plurality of second ends and supplies the combined light to the first end, and the plurality of optical waveguides of the optical waveguide. A plurality of ultrasonic detection elements formed at the second end and modulating and reflecting incident light based on the sound pressure of the applied ultrasonic wave, wherein the plurality of ultrasonic wave detection elements have different reflection wavelength characteristics of light from each other. An ultrasonic probe including an ultrasonic detection element, and a light transmitting and receiving unit that transmits and receives light between the ultrasonic probe, and a light source that generates light having a spectrum including a plurality of wavelength components. A demultiplexing unit that demultiplexes light containing a plurality of wavelength components for each predetermined wavelength component, and supplies light generated in the light source to the optical waveguide through an optical fiber, and supplies the light through the optical fiber. Switching means for outputting the divided light to the demultiplexing means, and the demultiplexing means The light transmitting and receiving means including a plurality of light position detecting means for detecting incident positions of a plurality of lights emitted from the light source; and a corresponding ultrasonic detecting element based on an output signal of each of the plurality of light position detecting means. And a signal processing unit for acquiring sound pressure information of the ultrasonic wave received by the ultrasonic diagnostic apparatus.
【請求項2】 前記信号処理手段が、各々の超音波検出
素子が超音波を受けていないときのそれぞれの光位置検
出手段の出力信号を基準ゼロ点信号とし、それぞれの光
位置検出手段の出力信号の基準ゼロ点信号からの変化量
に基づいて、前記超音波検出素子が受けた超音波の音圧
情報を取得することを特徴とする請求項1記載の超音波
診断装置。
2. The signal processing means sets an output signal of each light position detecting means when each ultrasonic detecting element is not receiving an ultrasonic wave as a reference zero point signal, and outputs an output of each light position detecting means. 2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein sound pressure information of the ultrasonic wave received by the ultrasonic detecting element is obtained based on a change amount of the signal from a reference zero point signal.
【請求項3】 前記超音波探触子が複数の光導波路を具
備し、前記複数の超音波検出素子が2次元状に配列され
ており、前記複数の光導波路に対応した複数の光送受信
手段を具備することを特徴とする請求項1又は2記載の
超音波診断装置。
3. The ultrasonic probe includes a plurality of optical waveguides, the plurality of ultrasonic detection elements are arranged two-dimensionally, and a plurality of light transmitting / receiving units corresponding to the plurality of optical waveguides. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 or 2, further comprising:
【請求項4】 前記複数の超音波検出素子の各々が、フ
ァイバブラックグレーティングを含むことを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項記載の超音波診断装置。
4. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein each of said plurality of ultrasonic detecting elements includes a fiber black grating.
【請求項5】 前記超音波探触子が、入力される駆動信
号に基づいて超音波を発生する複数の超音波発生素子を
さらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1
項記載の超音波診断装置。
5. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic probe further includes a plurality of ultrasonic generating elements for generating ultrasonic waves based on an input drive signal.
An ultrasonic diagnostic apparatus according to any of the preceding claims.
【請求項6】 前記光源が、ブロードバンド光源と、ブ
ロードバンドファイバ光源と、ASE(Amplified Spon
taneous Emission)光源との内の1つを含むことを特徴
とする請求項1〜5のいずれか1項記載の超音波診断装
置。
6. A light source comprising: a broadband light source; a broadband fiber light source; and an ASE (Amplified Spond).
The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising one of a light source and a light source.
【請求項7】 前記複数の光位置検出手段の各々が、複
数の受光素子を1列に並べた複数の1次元アレイ光検出
器、又は、PSD(Position Sensitive Detector)を
含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載
の超音波診断装置。
7. Each of the plurality of light position detecting means includes a plurality of one-dimensional array photodetectors in which a plurality of light receiving elements are arranged in a line, or a PSD (Position Sensitive Detector). The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
【請求項8】 前記分波手段が、アレイ導波路回折格子
を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記
載の超音波診断装置。
8. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein said demultiplexing means includes an arrayed waveguide diffraction grating.
【請求項9】 前記切替手段が、サーキュレータを含む
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の超
音波診断装置。
9. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein said switching means includes a circulator.
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