JP2002272737A

JP2002272737A - 超音波受信装置及びそれを用いた超音波診断装置

Info

Publication number: JP2002272737A
Application number: JP2001079774A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Toida; 昌宏戸井田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波の受信に光を用いる２次元センサアレ
イを有する超音波受信装置等において、環境変動や各レ
ーザ素子間の個体差による超音波受信感度の変化を少な
くする。【解決手段】複数の光ファイバーレーザ４と、複数の
光ファイバーレーザ４の先端部にそれぞれ形成され、超
音波を受信することにより入射光を変調して反射する複
数の超音波検出素子１４と、複数の超音波検出素子１４
からの反射光を検出する光検出器８とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を受信する
ための超音波受信装置に関する。さらに、本発明は、そ
のような超音波受信装置を用いて被検体中を伝搬した超
音波を受信することにより医療診断を行うために用いる
超音波診断装置に関する。

【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、位置センサ付きの１次元センサアレイをス
キャンさせて深度方向の断面に関する２次元画像を取得
し、さらに、このようにして取得した複数の２次元画像
を合成して３次元画像を実現していた。

【０００３】しかしながら、この手法によれば、１次元
センサアレイのスキャン方向にタイムラグがあるため、
異なる時刻における断面像を合成することになるので、
合成画像がぼけたものとなってしまう。従って、生体の
ような、動きを伴う被写体のイメージングには適してい
ない。

【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次元センサアレイの開発が
望まれている。

【０００５】超音波診断装置において、超音波の送受信
を行う素子（振動子又は探触子）としては、ＰＺＴ（チ
タン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、
ＰＶＤＦ（高分子圧電素子）等の圧電素子を用いるのが
一般的であり、これらの素子を用いて２次元アレイを作
製する手法が検討されている。しかし、上述のＰＺＴや
ＰＶＤＦを用いる場合には、素子の微細加工と、多数の
微細素子への配線が必要であり、現状以上の微細化と素
子集積は困難である。また、それらが解決されたとして
も、素子間のクロストークが増大したり、微細配線によ
る電気的インピーダンスの上昇によりＳＮ比が劣化した
り、微細素子の電極部が破壊し易くなるといった問題が
あるので、ＰＺＴやＰＶＤＦを用いた２次元センサアレ
イの実現は困難である。

【０００６】ところで、特表平１０−５０１８９３に
は、電気的に励起（ポンピング）された垂直空洞表面放
出レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを含む超音波検出装置
が開示されている。各レーザのキャビティ長は、被検体
から伝搬する音響場によって変調される。その結果、得
られるレーザ出力は、音響場によって周波数変調され
る。この変調は、検出器ヘッドで振幅変調に変換され、
その後、ＣＣＤアレイで検出されて情報が電気的に信号
処理アセンブリーに伝えられ処理される。この超音波検
出装置によって、高度の周波数帯域幅検出、高空間分解
能、及び電気配線の簡略化を達成できるとされている。

【０００７】また、ＩＥＥＥ超音波、強誘電体及び周波
数制御会報（TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELEC
TRICS, AND FREQUENCY CONTROL）VOL. 45, NO. 3（１９
９８年５月）には、ジェームスＤ．ハミルトン（James
D. Hamilton）らによる、「能動光検出器を用いる高周
波超音波画像（High Frequency Ultrasound ImagingUsi
ng an Active Optical Detector）」と題する文が掲載
されている。この文中には、ネオジウム・ドープ・ガラ
スからなる導波路を有するレーザ及び光変調器を備える
超音波検出器が開示されている。

【０００８】つまり、上記両文献には超音波によりレー
ザ発振周波数を変調させ、その光をファブリーペロー干
渉計により光強度変調として超音波を検出する方法が開
示されている。また、そのような検出原理のセンサをア
レイ化することが開示されている。しかしながら、超音
波によるレーザ共振器長の変位を利用する方法は、もと
もと変位に対する感度が高いため、温度変化など温度変
動に対する補償ができないと実用化できない。またアレ
イ化にする場合には、各レーザ素子の発振周波数にバラ
ツキが生じるのは避けがたく、各レーザ素子の発振周波
数にバラツキがあっても影響を受けない計測法でなけれ
ば、アレイとしての実用化は困難である。

【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、超音波の受信に光を用いる２次元センサ
アレイを有する超音波受信装置において、環境変動や各
レーザ素子間の個体差による超音波受信感度の変化を少
なくすることを目的とする。さらに、本発明は、そのよ
うな超音波受信装置を用いて被検体中を伝搬した超音波
を検出することにより医療診断を行うための超音波診断
装置を提供することを目的とする。

【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受信装置は、光を伝送する光導
波路の一部にレーザ共振器が形成された複数の導波路レ
ーザと、複数の導波路レーザの超音波受信側の端部にそ
れぞれ形成され、超音波を受信することにより入射光を
変調して反射する複数の超音波検出素子と、複数の超音
波検出素子からの反射光を検出する光検出器とを具備す
る。

【００１１】ここで、複数の導波路レーザと、複数の超
音波検出素子とが、同じ材質のファイバーブラックグレ
ーティングをそれぞれ含むことが望ましい。さらに、光
検出器が、複数の導波路レーザの超音波受信側と反対側
の端部からの出射光を受光する複数の第１の受光素子
と、複数の超音波検出素子からの反射光を受光する複数
の第２の受光素子と、複数の第１の受光素子の出力信号
と、各々の第１の受光素子に対応する複数の第２の受光
素子の出力信号との差分信号をそれぞれ生成し増幅して
出力する複数の差動増幅器とを含むことが望ましい。

【００１２】また、本発明に係る超音波診断装置は、上
記のような超音波受信装置と、超音波受信装置の出力信
号を画像処理して表示する画像処理表示部とを具備す
る。

【００１３】本発明によれば、複数の導波路レーザにお
いて発生させた光を複数の超音波検出素子に入射させ
る。複数の超音波検出素子は、超音波を受信することに
より入射光を変調して反射し、複数の超音波検出素子か
らの反射光が光検出器に検出される。このため、導波路
レーザと超音波検出素子との環境特性（例えば、温度特
性）が揃っていれば、環境変動（例えば、温度変化）に
よる超音波受信感度の変化を少なくすることが可能であ
る。さらに、光検出器が、導波路レーザからの出射光
と、超音波検出素子からの反射光とを検出してこれらの
光の差分を出力するようにすれば、各レーザ素子間の個
体差（例えば、発振周波数のバラツキ）による超音波受
信感度の変化を少なくすることも可能である。従って、
超音波受信装置や超音波診断装置において、環境変動や
各レーザ素子間の個体差に影響されることなく、超音波
を安定して受信する２次元センサアレイを実現すること
ができる。

【００１４】

【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。なお、同一の構成要素には同
一の参照番号を付して、説明を省略する。図１に、本発
明の第１の実施形態に係る超音波受信装置の全体構成を
示す。この超音波受信装置は、９８０ｎｍの波長を有す
る光を発生させるための光源１を有する。本実施形態に
おいては、光源１として９８０ｎｍ帯半導体レーザを用
いている。光源１から発生した光は、ハーフミラー又は
光サーキュレーター又は偏光ビームスプリッター等を用
いて構成される分波器２に入射する。分波器２は、第１
の方向から入射した光を第２の方向に通過させると共
に、第２の方向から戻って来た光を第１の方向とは別の
第３の方向に通過させる。本実施形態においては、分波
器２として偏光ビームスプリッターを用いている。偏光
ビームスプリッターは、図中左側から入射した光を図中
右側に透過し、図中右側から戻って来た光を図中下側に
反射する。

【００１５】光源１を出て分波器２を通過した光は、光
ファイバーアレイ３に入射する。光ファイバーアレイ３
は、複数の微細な光ファイバーレーザ４を束ねたもので
ある。なお、光源１と分波器２との間に焦点距離の異な
る２つのコリメートレンズ５、６を配置して、光ファイ
バーアレイ３に入射する光の口径を拡大しても良い。こ
のようなコリメートレンズは、分波器２と光ファイバー
アレイ３との間に配置させても良い。また、複数の光フ
ァイバーレーザ４に対して、光源１からの光を時系列に
スキャンしながら入射させても良いし、複数の光ファイ
バーレーザ４に対応する複数の光源を設けても良い。

【００１６】図２に、図１に示す光ファイバーレーザの
一部構成を示す。本実施形態においては、光ファイバー
レーザ４の原材料として、石英（ＳｉＯ₂）光ファイバ
ーを用いている。図２に示すように、光ファイバーレー
ザ４は、コア９と、コア９を被覆する第１クラッド１０
と、第１クラッド１０を被覆する第２クラッド１１とに
分かれたダブルクラッド構造を有している。コア９に
は、屈折率増大のための二酸化ゲルマニウム（Ｇｅ
Ｏ₂）がドープされている。また、第１クラッド１０に
は、コア９よりも少量のＧｅＯ₂がドープされている。
一方、第２クラッド１１には、ＧｅＯ₂がドープされて
いない。本実施形態においては、コア９及び第１クラッ
ド１０の各々におけるＧｅＯ₂のドープ量を調整するこ
とで、図３に示すような屈折率分布を光ファイバーレー
ザ４に持たせている。これにより、光は、コア９又は第
１クラッド１０を進行し、第２クラッド１１は、第１ク
ラッド１０における光損失を少なくする。

【００１７】また、光ファイバーレーザ４のコア９に
は、９８０ｎｍの波長を有する光に励起されるエルビウ
ム（Ｅｒ）イオンもドープされている。これにより、コ
ア９において、Ｅｒイオンが光源１からの光Ｌ₀（一点
鎖線の矢印）により励起して、１５５０ｎｍの波長を有
する光を自然放出する。

【００１８】光ファイバーレーザ４は、その先端部（図
中右側）に設けられたエアギャップ１２を境にして、光
を伝送する光伝送部１３と、超音波を受信することによ
り入射光を変調して反射する超音波検出素子１４とに分
かれている。光伝送部１３側のコア９の中間部には、２
つの短周期型のファイバーブラックグレーティング（以
下、ＦＢＧと略称する）１５、１６が形成されている。

【００１９】ここで、ＦＢＧについて説明する。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（間隔）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。任意の自然数をｎ、各層の周期構造のピッチを
ｄ、入射光の波長をλ、視射角（入射角の余角）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。２ｄ・ｓｉｎθ＝ｎλ …（１）特に、視射角が９０゜であるときには、式（１）がさら
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。

【００２０】ＦＢＧは、例えば図４に示す方法に従っ
て、光ファイバー３０におけるＧｅＯ ₂のドープ部位に
形成される。即ち、位相格子３１を用いて、光ファイバ
ー３０におけるＧｅＯ₂のドープ部位に紫外レーザ光の
干渉縞を形成する。紫外レーザ光を照射されたＧｅＯ₂
のドープ部位では、酸素欠陥として生じるＧｅ−Ｓｉ結
合が紫外レーザ光のエネルギーにより切断される。この
ときに放出される電子がＧｅにトラップされることによ
り、ＧｅＯ₂の結合（ボンド）が変化する。このように
して、屈折率の周期的構造を有するＦＢＧ３２が、光フ
ァイバー３０の所望の部位（例えば、コア）に形成され
る。なお、光ファイバーにＦＢＧを形成するより詳細な
方法については、例えば、金森弘雄氏による「ファイバ
ーグレーティング」（電子情報通信学会誌 Vol. 82 No.
7 pp. 731-739 1999年7月）等を参照されたい。

【００２１】再び図２を参照すると、本実施形態におい
ては、ＦＢＧ１５、１６の両方に図５に示すような反射
特性を持たせているため、ＦＢＧ１５、１６は、λ
₀（＝１５５０ｎｍ）を発振波長とするファイバーレー
ザ共振器１７を構成する。これにより、ファイバーレー
ザ共振器１７は、光源１（図１参照）からの光Ｌ₀を基
にして、１５５０ｎｍの単一波長を有するレーザ光Ｌ₁
（実線の矢印）を発生する。なお、第１クラッド１０に
もＧｅＯ₂がドープされているので、光伝送部１３側の
第１クラッド１０の中間部にも、２つの短周期型のＦＢ
Ｇ１８、１９が形成される。第１クラッド１０における
ＧｅＯ₂のドープ量は、コア９におけるよりも少ない。
このため、ＦＢＧ１８、１９は、図５に示すように、Ｆ
ＢＧ１５、１６の反射特性を低波長側にシフトさせたよ
うな反射特性を有することとなる。本実施形態において
は、図５に示すように、ＦＢＧ１８、１９の反射率が１
５５０ｎｍの波長においてゼロとなっているため、１５
５０ｎｍの単一波長を有する光の大部分は、ＦＢＧ１
８、１９を透過する。

【００２２】光伝送部１３側のコア９におけるエアギャ
ップ１２の近傍部には、長周期型のＦＢＧ２０が形成さ
れている。ＦＢＧ２０は、図６に示すような反射特性を
有しており、その反射率は、１５５０ｎｍの波長におい
てゼロとなっている。このため、ファイバレーザ共振器
１７から図中右側に出たレーザ光Ｌ₁の大部分は、ＦＢ
Ｇ２０を透過して第１クラッド１０に漏れる。なお、先
に述べたのと同様の理由から、光伝送部１３側の第１ク
ラッド１０におけるエアギャップ１２の近傍部にも、図
６に示すような反射特性を有する長周期型のＦＢＧ２１
が形成される。本実施形態においては、図６に示すよう
に、ＦＢＧ２１は、１５５０ｎｍの波長において高い反
射率（低い透過率）を有するため、第１クラッド１０に
漏れたレーザ光Ｌ₁がＦＢＧ２１を通してコア９に戻る
ことは、ほとんどない。

【００２３】超音波検出素子１４側の第１クラッド１０
には、図７に示すような反射特性を有するＦＢＧ２２が
形成されている。ＦＢＧ２２は、図７に示すように、１
５５０ｎｍの波長において、反射率が急峻に変化する反
射特性を示す。これにより、超音波検出素子１４側の第
１クラッド１０に入射したレーザ光Ｌ₁の一部が、ＦＢ
Ｇ２２により光伝送部１３側の第１クラッド１０に反射
される。ＦＢＧ２２からの反射光Ｌ₂（二点鎖線の矢
印）は、光伝送部１３側の第１クラッド１０を伝送され
て分波器２（図１参照）に出射される。なお、先に述べ
たのと同様の理由から、超音波検出素子１４側のコア９
にも、図７に示すような反射特性を有するＦＢＧ２３が
形成される。本実施形態においては、図７に示すよう
に、ＦＢＧ２３の反射率が１５５０ｎｍの波長において
ゼロとなっているため、超音波検出素子１４側のコア９
に入射したレーザ光Ｌ₁の大部分は、ＦＢＧ２３を透過
する。

【００２４】超音波検出素子１４の先端（図中右側）に
は、音響インピーダンスの整合を図るのための音響整合
層２４が設けられている。音響整合層２４は、超音波を
伝え易いパイレックス（登録商標）ガラスや金属粉入り
エポキシ樹脂等により構成できる。なお、超音波検出素
子１４側のコア９と音響整合層２４との間に、エアギャ
ップ２５を設けることが望ましい。このようにすると、
超音波検出素子１４の受信した超音波が、超音波検出素
子１４側のコア９に達する前に、エアギャップ２５に吸
収される。このため、受信した超音波によりファイバー
レーザ共振器１７の共振器長が伸縮して、その発振波長
が変わるのを防止することができる。

【００２５】ここで、超音波検出素子のＦＢＧは、受信
した超音波の音圧だけでなく、環境変動（例えば、温度
変化）によっても反射光の中心波長を変えてしまう。こ
のため、単一波長のレーザ光を発生する光源を用いる
と、超音波検出素子の感度が、温度変化等の環境変動に
よって大きく変化してしまうという問題があった。

【００２６】しかしながら、本実施形態においては、フ
ァイバーレーザ共振器１７において、光源１からの光Ｌ
₀を基に単一波長のレーザ光Ｌ₁を発生させて、超音波検
出素子１４に入射させることにより、温度変化等の環境
変動による超音波受信装置の感度の変化を低減してい
る。

【００２７】即ち、本実施形態においては、超音波検出
素子１４とファイバーレーザ共振器１７とを同じ材質で
形成すると共に、コア９をこれらの間で共有させること
により、超音波検出素子１４とファイバーレーザ共振器
１７との間の熱的結合等が図られている。なお、熱的結
合は、例えば、超音波検出素子１４とファイバーレーザ
共振器１７とを熱伝導率の高い材料で結合したり、超音
波検出素子１４とファイバーレーザ共振器１７とを物理
的に近接させることによっても実現される。また、超音
波検出素子１４とファイバーレーザ共振器１７との間を
ヒートパイプで接続することによっても、熱的結合を実
現できる。ヒートパイプを使用する場合には、対流して
熱を伝導させる流体をヒートパイプの中に封入する。

【００２８】これにより、超音波検出素子１４とファイ
バーレーザ共振器１７とがほぼ同一の環境下（例えば、
温度がほぼ等しい）に置かれるので、温度変化等の環境
変動によって超音波検出素子１４の反射特性がシフトし
ても、超音波検出素子１４に入射する光の波長も同様に
シフトして、超音波検出素子１４の感度の変化を低減す
ることができる。

【００２９】例えば、初期状態において、図８に示すよ
うに、ファイバーレーザ共振器１７の出力光、即ち、超
音波検出素子１４への入射光の中心波長がλ₀であり、
超音波検出素子１４の反射特性が、中心波長λ₀の入射
光の波長変化を検出するのに適した状態（中心波長
λ₁）であるとする。時間が経過して超音波検出素子１
４の置かれる環境が変化（例えば、超音波検出素子１４
の温度が上昇）し、その反射特性が図９に示すように中
心波長λ₁’の状態に変化したとしても、入射光の中心
波長もλ₀’に変化するので、入射光の波長変化を検出
するのに適した状態を維持することができる。ここで、
超音波検出素子１４の中心波長のシフト量（λ₁’−
λ₁）と、ファイバーレーザ共振器１７からの出力光の
中心波長のシフト量（λ₀’−λ₀）とは、略等しい。

【００３０】一方、超音波検出素子１４が超音波を受信
すると、それに含まれるＦＢＧ２２が超音波の音圧方向
に伸縮してピッチを変えるので、選択的に反射する光の
波長λ₁がλ₁”に変化する。しかしながら、超音波検出
素子１４側のコア９と音響整合層２４との間にエアギャ
ップ２５を設けているので、ファイバーレーザ共振器１
７の出力光の中心波長は、λ₀に保たれる。ＦＢＧ２２
は、図７に示すように、波長λ₀の前後において、反射
率が急峻に変化する反射特性を示す。このため、超音波
の音圧に応じた反射光の強度変化を観測することがで
き、この光の強度変化を換算することにより超音波の強
度を計測することができる。

【００３１】再び図１を参照すると、光ファイバーアレ
イ３から出て分波器２に入射した光は、進路を変更され
て光検出器８に入射する。ここで、光ファイバーアレイ
３から出て分波器２に入射した光は、直接あるいは光フ
ァイバ等を通して光検出器８に入射するようにしても良
いし、分波器２の後段にレンズ等で構成される結像系７
を設け、結像系７を介して光検出器８に結像するように
しても良い。

【００３２】光検出器８は、２次元状に並べられた複数
の光電変換素子（フォトダイオード）を含んでいる。な
お、複数のフォトダイオードの替わりに、ＣＣＤ（電荷
結合素子：Charge Coupled Device）を用いても良い。
本実施形態においては、図１に示すように、光ファイバ
ーレーザ４のコアからの出射光を１つの受光素子２６で
受光し、同じ光ファイバーレーザ４の第１クラッドから
の出射光を、受光素子２６の周囲に配置された６つの受
光素子２７で受光する。受光素子２６と各受光素子２７
との間には、差動増幅器２８が１つずつ接続されてい
る。差動増幅器２８は、受光素子２６の出力信号と、受
光素子２７の出力信号との差分信号を生成して増幅して
出力する。これにより、各光ファイバーレーザ４間の個
体差（例えば、発振周波数のバラツキ）による超音波受
信感度の変化を低減できる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施形態に係る超音
波受信装置について、図１１を参照しながら説明する。
図１１に示すように、この超音波受信装置においては、
光源１が分波器２に隣接して配置されている。本実施形
態においては、光源１として、複数の９８０ｎｍ帯半導
体レーザをｚ軸方向に積層したものを用いている。分波
器２を挟んで光源１の反対側には、図１に示した光ファ
イバーアレイの替わりに、光導波路アレイスタック５０
が配置されている。光源１から出て分波器２を通過した
光は、光導波路アレイスタック５０に入射する。

【００３４】光導波路アレイスタック５０は、複数のプ
レナー光波回路（Planar LightwaveCircuit）５１をｚ
軸方向に積層することで構成される。プレナー光波回路
５１は、ｙ軸方向に延びる複数の光導波路レーザ５２
を、各断面がｘ軸方向に１列に並ぶように配置すること
で構成される。光導波路レーザ５２は、その断面形状を
除いて、図２に示した光ファイバーレーザの構造と同様
の構造を有している。

【００３５】光導波路レーザ５２からの出射光は、光検
出器８に含まれる複数の受光素子で受光される。本実施
形態においては、図１１に示すように、光導波路レーザ
５２のコアからの出射光を１つの受光素子５３で受光
し、同じ光導波路レーザ５２の第１クラッドからの出射
光を、受光素子５３の周囲に配置された８つの受光素子
５４で受光する。受光素子５３と各受光素子５４との間
には、差動増幅器５５が１つずつ接続されている。差動
増幅器５５は、受光素子５３の出力信号と、受光素子５
４の出力信号との差分信号を生成して増幅して出力す
る。

【００３６】次に、以上の各実施形態において述べたよ
うな超音波受信装置の探触子の構造について、図１２を
参照しながら説明する。図１２に示すように、ハウジン
グ６０の中に、光ファイバーアレイ３又は光導波路アレ
イスタック５０が収納されている。隣接する光ファイバ
ーレーザ４又は光導波路レーザ５２の間隔は、サイドロ
ーブを抑圧するために、受信する超音波の波長の半分以
下にすることが望ましい。

【００３７】光ファイバーアレイ３又は光導波路アレイ
スタック５０は、超音波検出素子１４の設けられた部分
とその近傍とを除き、樹脂６１で固められている。ま
た、超音波検出素子１４とハウジング６０との間には、
音響整合層２４が設けられている。なお、ハウジング６
０の表面には、超音波検出素子１４を保護することも兼
ねて、シリコンゴム等の音響レンズ材６２を設けること
が望ましい。また、隣接する光ファイバーレーザ４又は
光導波路レーザ５２の間は、超音波のクロストークを低
減するために、吸音材６３で満たすことが望ましい。吸
音材６３としては、金属粉入りエポキシ樹脂や、フェラ
イト粉入りゴム等が適している。

【００３８】次に、本発明の第１の実施形態に係る超音
波診断装置について、図１３を参照しながら説明する。
この超音波診断装置においては、先に述べたような超音
波受信装置の探触子を超音波受信部（センサ）として用
い、超音波送信部を別途設けている。

【００３９】図１３に示すように、この超音波診断装置
は、駆動信号を発生する駆動信号発生回路７０と、この
駆動信号に基づいて超音波を送信する超音波送信部８０
とを含んでいる。超音波送信部８０は、ＰＺＴやＰＶＤ
Ｆ等を材料とする圧電素子を用いた振動子又は探触子
（１次元アレイ）で構成される。被検体に向けて送信さ
れた超音波は、被検体から反射されて超音波受信部（セ
ンサ）９０に受信される。センサ９０は、図１に示した
光ファイバーアレイ、又は、図１１に示した光導波路ア
レイスタックを含んでいる。

【００４０】また、この超音波診断装置は、先に述べた
ような光源１と、分波器２と、結像系７と、光検出器８
とを含んでいる。光検出器８から出力される検出信号
は、信号処理手段１００に含まれる信号処理部１０１に
入力され、さらに、Ａ／Ｄ変換器１０２においてデジタ
ル信号に変換される。

【００４１】Ａ／Ｄ変換器１０２には１次記憶部１１０
が接続されており、取得された複数の２次元データ（被
検体の断層面に関するデータ）が１次記憶部１１０に記
憶される。それらのデータに基づいて、画像処理部１２
０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１３０に表示される。
さらに、画像処理部１２０において処理されたデータ
は、２次記憶部１４０に記憶される。

【００４２】タイミングコントロール部１５０は、所定
のタイミングで駆動信号を発生するように駆動信号発生
回路７０を制御すると共に、送信から一定時間経過後
に、光検出器８から出力される検出信号を取り込むよう
に信号処理部１０１を制御する。

【００４３】次に、本発明の第２の実施形態に係る超音
波診断装置について、図１４を参照しながら説明する。
本実施形態においては、先に述べたような超音波受信装
置の探触子によって構成される超音波受信部９０を超音
波送信部８０と組み合わせ、これを超音波送受信部１６
０として用いている。その他の点については、第１の実
施形態に係る超音波診断装置と同様である。

【００４４】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、超音
波の受信に光を用いる２次元センサアレイを有する超音
波受信装置等において、環境変動や各レーザ素子間の個
体差による超音波受信感度の変化を少なくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波受信装置
の全体構成を示す図である。

【図２】図１に示す光ファイバーレーザの一部構成を示
す図である。

【図３】図２に示す光ファイバーレーザにおける屈折率
分布を示す図である。

【図４】光ファイバーにファイバーブラックグレーティ
ングを形成する方法を説明するための図である。

【図５】図２に示すファイバーブラックグレーティング
（短周期型）の反射特性を示す図である。

【図６】図２に示すファイバーブラックグレーティング
（長周期型）の反射特性を示す図である。

【図７】図２に示すファイバーブラックグレーティング
（光変調用）の反射特性を示す図である。

【図８】図２に示す超音波検出素子の入射光と反射特性
との関係（初期状態）を示す図である。

【図９】図２に示す超音波検出素子の入射光と反射特性
との関係（環境変動後）を示す図である。

【図１０】図２に示す超音波検出素子の入射光と反射特
性との関係（超音波受信中）を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態に係る超音波受信装
置の全体構成を示す図である。

【図１２】本発明に係る超音波受信装置の探触子の構造
を示す図である。

【図１３】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装
置を示すブロック図である。

【図１４】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装
置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１光源２分波器３光ファイバーアレイ４光ファイバーレーザ８光検出器９コア１０第１クラッド１１第２クラッド２４音響整合層１２、２５エアギャップ１３光伝送部１４超音波検出素子１５、１６、１８〜２３ファイバーブラックグレーテ
ィング１７ファイバーレーザ共振器２４音響整合層２６、２７、５３、５４受光素子２８、５５差動増幅器５０光導波路アレイスタック５１プレナー光波回路５２光導波路レーザ８０超音波送信部９０超音波受信部１００信号処理手段１０１信号処理部１０２Ａ／Ｄ変換器１２０画像処理部１３０画像表示部１６０超音波送受信部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を伝送する光導波路の一部にレーザ共
振器が形成された複数の導波路レーザと、前記複数の導波路レーザの超音波受信側の端部にそれぞ
れ形成され、超音波を受信することにより入射光を変調
して反射する複数の超音波検出素子と、前記複数の超音波検出素子からの反射光を検出する光検
出器と、を具備する超音波受信装置。
【請求項２】前記複数の導波路レーザが、レーザ共振器を含むコアと、対応する超音波検出素子からの反射光を超音波受信側と
反対側に伝送するクラッドと、を含むことを特徴とする
請求項１記載の超音波受信装置。
【請求項３】前記コアが、前記レーザ共振器において
発振したレーザ光を隣接するクラッドに進入させるため
の光結合部をさらに含むことを特徴とする請求項２記載
の超音波受信装置。
【請求項４】前記複数の導波路レーザにおけるレーザ
発振に用いる光を発生させるための光源をさらに具備す
る請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波受信装置。
【請求項５】前記複数の導波路レーザと、前記複数の
超音波検出素子とが、同じ材質のファイバーブラックグ
レーティングをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１項記載の超音波受信装置。
【請求項６】前記光検出器が、前記複数の導波路レーザの超音波受信側と反対側の端部
からの出射光を受光する複数の第１の受光素子と、前記複数の超音波検出素子からの反射光を受光する複数
の第２の受光素子と、前記複数の第１の受光素子の出力信号と、各々の第１の
受光素子に対応する複数の第２の受光素子の出力信号と
の差分信号をそれぞれ生成し増幅して出力する複数の差
動増幅器と、を含むことを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１項記載の超音波受信装置。
【請求項７】前記複数の導波路レーザと、前記複数の
超音波検出素子とが、熱的に結合していることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか１項記載の超音波受信装
置。
【請求項８】前記光結合部が、前記複数の超音波検出
素子のファイバーブラックグレーティングと同じ材質の
ファイバー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７記載の超音波受信装置。
【請求項９】前記複数の導波路レーザが、前記クラッ
ドを被覆する第２のクラッドであって、前記クラッドの
屈折率よりも小さい屈折率を有する前記第２のクラッド
をさらに含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれか
１項記載の超音波受信装置。
【請求項１０】前記複数の導波路レーザが、各々のコ
アにＥｒ（エルビウム）イオンを含有し、前記光源が、９８０ｎｍ帯半導体レーザを含むことを特
徴とする請求項６〜９のいずれか１項記載の超音波受信
装置。
【請求項１１】受信した超音波の振動が前記レーザ共
振器に伝搬するのを防止するための吸収層をさらに具備
する請求項６〜１０のいずれか１項記載の超音波受信装
置。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項記載の
超音波受信装置と、前記超音波受信装置の出力信号を画
像処理して表示する画像処理表示部と、を具備する超音
波診断装置。
【請求項１３】被検体に超音波を送信する超音波送信
手段をさらに具備する請求項１２記載の超音波診断装
置。