JP2002301076A - Ultrasonic probe, ultrasonic receiving device, and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

Ultrasonic probe, ultrasonic receiving device, and ultrasonic diagnostic apparatus

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JP2002301076A
JP2002301076A JP2001134869A JP2001134869A JP2002301076A JP 2002301076 A JP2002301076 A JP 2002301076A JP 2001134869 A JP2001134869 A JP 2001134869A JP 2001134869 A JP2001134869 A JP 2001134869A JP 2002301076 A JP2002301076 A JP 2002301076A
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optical
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe dispensing with the electric wiring to a number of micro elements and never causing an increase in crosstalk or electric impedance. SOLUTION: This ultrasonic probe comprises an optical transmission path array containing a plurality of optical transmission paths having first end parts from which light is incident, and a plurality of ultrasonic detecting elements formed on the second end parts of the optical transmission paths to modulate the light incident through the respective optical transmission paths on the basis of an applied ultrasonic wave.

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、超音波用探触子及
び超音波受信装置に関し、さらに、そのような超音波用
探触子や超音波受信装置を用いて超音波を受信すること
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 and an ultrasonic receiver, and more particularly, to an ultrasonic probe and an ultrasonic receiver using such an ultrasonic probe and an ultrasonic receiver. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus for performing medical diagnosis.

【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。
However, according to this method, 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(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。
In an ultrasonic diagnostic apparatus, an element (vibrator or probe) for transmitting and receiving ultrasonic waves includes piezoelectric ceramics represented by PZT (lead zirconate titanate),
In general, a piezoelectric element such as PVDF (polymer piezoelectric element) is used, and a method of manufacturing a two-dimensional array using these elements is being studied. However, when the above-mentioned PZT or PVDF is used, fine processing of the element and wiring to a large number of fine elements are required, and it is difficult to achieve further miniaturization and element integration. Even if these problems are solved, there are problems such as an increase in crosstalk between elements, an increase in electrical impedance due to fine wiring, deteriorating the SN ratio, and easily breaking the electrode portion of the fine element. Therefore, it is difficult to realize a two-dimensional sensor array using PZT or PVDF.

【0006】例えば、ULTRASONIC IMAG
ING 20,1−15(1998)には、Duke大学
のE.D.LIGHTらによる「Progress i
nTwo−Dimensional Arrays f
or Real−TimeVolumetric Im
aging」と題する論文が掲載されている。この論文
には、PZT超音波センサの2次元アレイを有する探触
子が開示されている。しかし、同時に、次のようにも述
べられている。「同様の質の画像を得るためには、2次
元アレイのエレメント数は128×128=16,38
4が必要である。しかし、そのような多数のRFチャン
ネルを作ることは、複雑かつコストがかかるので、近い
将来には望み薄であろう。また、かくも多数のエレメン
トを密に結線することは非常に困難である。(第2ペー
ジの第14〜18行)」
For example, ULTRASONIC IMAG
ING 20, 1-15 (1998), E. of Duke University. D. "Progress i" by LIGHT et al.
nTwo-Dimensional Arrays f
or Real-TimeVolumetric Im
aging ”has been published. This article discloses a probe having a two-dimensional array of PZT ultrasonic sensors. However, at the same time, he states: "To obtain images of similar quality, the number of elements in a two-dimensional array is 128 × 128 = 16,38
4 is required. However, creating such a large number of RF channels is complex and costly and will be less promising in the near future. Also, it is very difficult to closely connect such a large number of elements. (Lines 14-18 on page 2) "

【0007】一方、PZTのような圧電材料を用いない
超音波センサとして、光ファイバを利用したセンサも用
いられている。このような光ファイバ超音波センサとし
て、ファイバブラッググレーティング(FBGと略称)
を用いるもの(防衛大のTAKAHASHIらによる
「Underwater Acoustic Sens
or with Fiber Bragg Grati
ng」OPTICALREVIEW Vol.4,N
o.6(1997)p.691−694参照)や、ファブ
リーペロー共振器(FPRと略称)構造を用いるもの
(東工大のUNOらによる「Fabrication
and Performance of aFiber
Optic Micro−Probe for Me
gahertz Ultrasonic Field
Measurements」T.IEE Japan,
Vol.118−E,No.11,’98参照)が報告
されているが、これらはいずれも単体のセンサであり、
センサアレイを構成することについては未だ報告されて
いない。
On the other hand, as an ultrasonic sensor that does not use a piezoelectric material such as PZT, a sensor using an optical fiber is also used. As such an optical fiber ultrasonic sensor, a fiber Bragg grating (abbreviated as FBG) is used.
(Underwater Acoustic Sens by TAKAHASHI et al. Of Defense University)
or with Fiber Bragg Grati
ng "OPTICALREVIEW Vol. 4, N
o. 6 (1997) p. 691-694) and those using a Fabry-Perot resonator (abbreviated as FPR) structure ("Fabrication" by UNO et al. Of Tokyo Tech).
and Performance of a Fiber
Optic Micro-Probe for Me
gahertz Ultrasonic Field
Measurements "T. IEEE Japan,
Vol. 118-E, No. 11, '98) have been reported, but these are all single sensors,
The construction of a sensor array has not yet been reported.

【0008】また、上記のTAKAHASHIらの論文
には、20kHz程度の比較的低い周波数帯域の超音波
に対してある感度が得られることが記載されているが、
実際の超音波診断において用いられるメガヘルツの周波
数帯域の超音波については記載されていない。従って、
これらのセンサを実用化するためには、記載例より高い
周波数帯域の超音波に対する動作確認を行うと共に、必
要であれば、そのような帯域において良好な感度を得る
ための条件を求めなくてはならない。
In the above-mentioned paper by TAKAHASHHI et al., It is described that a certain sensitivity can be obtained with respect to an ultrasonic wave in a relatively low frequency band of about 20 kHz.
No description is given of ultrasonic waves in the megahertz frequency band used in actual ultrasonic diagnosis. Therefore,
In order to put these sensors to practical use, it is necessary to confirm the operation for ultrasonic waves in a higher frequency band than the described example, and if necessary, to find conditions for obtaining good sensitivity in such a band. No.

【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、多数の微細素子への電気的配線の必要が
なく、クロストークや電気的インピーダンスの増大を招
かないセンサアレイを備えた超音波用探触子を提供する
ことを目的とする。また、本発明は、探触子をスキャン
させることなく3次元画像データを得ることができる超
音波受信装置を提供する。さらに、本発明は、そのよう
な超音波用探触子や超音波受信装置を用いた超音波診断
装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention provides a sensor array that does not require electrical wiring to a large number of microelements and does not cause crosstalk or increase in electrical impedance. It is an object of the present invention to provide a probe for ultrasonic waves. Further, the present invention provides an ultrasonic receiving apparatus capable of obtaining three-dimensional image data without scanning a probe. A further object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus using such an ultrasonic probe and an ultrasonic receiving apparatus.

【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用探触子は、第1の端部から光
が入射される複数の光伝送路を含む光伝送路アレイと、
複数の光伝送路の第2の端部に形成され、印加される超
音波に基づいて、それぞれの光伝送路を通して入射され
た光を変調する複数の超音波検出素子を具備する。
In order to solve the above problems, an ultrasonic probe according to the present invention comprises an optical transmission line including a plurality of optical transmission lines into which light is incident from a first end. An array,
A plurality of ultrasonic detection elements are provided at the second ends of the plurality of optical transmission lines and modulate light incident through the respective optical transmission lines based on the applied ultrasonic waves.

【0011】また、本発明に係る超音波受信装置は、2
次元状に配列され、印加される超音波に基づいて光を変
調する複数の超音波検出素子と、複数の超音波検出素子
から出力される光を検出する光検出器とを具備する。
Further, the ultrasonic receiving apparatus according to the present invention has
It comprises a plurality of ultrasonic detecting elements arranged in a dimension and modulating light based on applied ultrasonic waves, and a photodetector detecting light output from the plural ultrasonic detecting elements.

【0012】さらに、本発明に係る超音波診断装置は、
超音波を送信するための駆動信号を発生する駆動信号発
生回路と、駆動信号発生回路から出力される駆動信号に
基づいて被検体に向けて超音波を送信する超音波送信部
と、印加される超音波に基づいて光を変調する複数の超
音波検出素子を含む超音波検出部と、超音波検出部から
出力される光を検出して検出信号を発生する光検出器
と、光検出器から出力される検出信号を処理する信号処
理手段と、駆動信号発生回路の送信タイミング及び信号
処理手段の受信タイミングを制御する制御手段とを具備
する。
Further, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is
A drive signal generation circuit that generates a drive signal for transmitting ultrasonic waves, an ultrasonic transmission unit that transmits ultrasonic waves toward the subject based on the drive signal output from the drive signal generation circuit, and An ultrasonic detection unit including a plurality of ultrasonic detection elements that modulate light based on ultrasonic waves, a photodetector that detects light output from the ultrasonic detection unit and generates a detection signal, and a photodetector. A signal processing unit for processing the output detection signal, and a control unit for controlling a transmission timing of the drive signal generation circuit and a reception timing of the signal processing unit are provided.

【0013】本発明によれば、超音波の検出に光を用い
るので、多数の微細素子への電気的配線の必要がなく、
クロストークや電気的インピーダンスの増大を招かな
い。従って、製作が容易で、SN比の良好な超音波用探
触子や超音波受信装置、並びにそれらを用いた超音波診
断装置を実現できる。
According to the present invention, since light is used for detecting ultrasonic waves, there is no need for electrical wiring to a large number of fine elements.
It does not cause crosstalk or increase in electrical impedance. Therefore, an ultrasonic probe and an ultrasonic receiving apparatus which are easy to manufacture and have a good SN ratio, and an ultrasonic diagnostic apparatus using them can be realized.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。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は、本発明の第1の実施形態に係る超音波受信装置
を原理的に示す図である。この超音波受信装置は、望ま
しくは500〜1600nmの単波長を有するシングル
モードレーザ光を発生するための光源11を有する。光
源11から発生した光は、ハーフミラー又は光サーキュ
レータ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12に入射する。分波器12は、第1の方向か
ら入射した入射光を第2の方向に通過させると共に、第
2の方向から戻ってくる反射光を第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
12としてハーフミラーを用いている。ハーフミラー
は、入射光を透過して、入射方向と反対の方向から戻っ
てくる反射光を、入射方向とほぼ90°の角度をなす方
向に反射する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
FIG. 1 is a diagram showing in principle the ultrasonic receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention. The ultrasonic receiver preferably has a light source 11 for generating a single-mode laser beam having a single wavelength of 500 to 1600 nm. The light generated from the light source 11 is incident on a duplexer 12 configured using a half mirror, an optical circulator, a polarizing beam splitter, or the like. The splitter 12 allows the incident light incident from the first direction to pass in the second direction, and passes the reflected light returning from the second direction in a third direction different from the first direction. Let it. In the present embodiment, a half mirror is used as the duplexer 12. The half mirror reflects the reflected light that passes through the incident light and returns from the direction opposite to the incident direction in a direction that forms an angle of approximately 90 ° with the incident direction.

【0015】光源11を出て分波器12を通過した光
は、光ファイバアレイ13に入射する。光ファイバアレ
イ13は、微細な光ファイバ13a、13b、・・・を
2次元状に配列させたものである。これらの光ファイバ
は、シングルモードファイバであることが望ましい。な
お、複数の光ファイバに対して1つの光源を設けてもか
まわないし、複数の光ファイバに対応する複数の光源を
設けてもかまわない。また、複数の光ファイバに対し
て、1つの光源が発生する光を時系列にスキャンさせな
がら入射しても良い。
The light that has exited the light source 11 and has passed through the splitter 12 enters an optical fiber array 13. The optical fiber array 13 is formed by arranging fine optical fibers 13a, 13b,... Two-dimensionally. These optical fibers are desirably single mode fibers. One light source may be provided for a plurality of optical fibers, or a plurality of light sources corresponding to a plurality of optical fibers may be provided. Further, the light emitted from one light source may be made to enter the plurality of optical fibers while being scanned in time series.

【0016】光ファイバアレイ13の先端には、超音波
検出素子14が設けられている。超音波検出素子14
は、光ファイバ13a、13b、・・・の先端にそれぞ
れ形成されたファブリーペロー共振器(FPRと略称)
14a、14b、・・・によって構成される。
At the tip of the optical fiber array 13, an ultrasonic detecting element 14 is provided. Ultrasonic detection element 14
Are Fabry-Perot resonators (abbreviated as FPRs) formed at the tips of the optical fibers 13a, 13b,.
14a, 14b,...

【0017】各々のFPRの一端(図中右側)にはハー
フミラーが形成され、他端(図中左側)には全反射ミラ
ーが形成されており、超音波検出素子14に入射した光
がこれらによって反射される。この全反射面は、超音波
検出素子14に印加される超音波により幾何学的変位を
受けるので、反射光はこれにより変調されて、再び分波
器12に入射する。分波器12に入射した反射光は、進
路を変更されて、CCDやフォトダイオード(PD)ア
レイ等で構成される光検出器16に入射する。ここで、
反射光は、直接あるいは光ファイバ等を通して光検出器
16に入射するようにしても良いし、分波器12の後段
にレンズ等の結像系15を設けて、結像系15を介して
光検出器16に結像するようにしても良い。
A half mirror is formed at one end (the right side in the figure) of each FPR, and a total reflection mirror is formed at the other end (the left side in the figure). Light incident on the ultrasonic detecting element 14 is Is reflected by Since this total reflection surface is subjected to a geometric displacement by the ultrasonic wave applied to the ultrasonic detection element 14, the reflected light is modulated by this and enters the duplexer 12 again. The reflected light that has entered the duplexer 12 has its course changed, and then enters a photodetector 16 that includes a CCD, a photodiode (PD) array, or the like. here,
The reflected light may enter the photodetector 16 directly or through an optical fiber or the like, or an imaging system 15 such as a lens may be provided at the subsequent stage of the duplexer 12 so that the An image may be formed on the detector 16.

【0018】次に、超音波検出素子14を構成するファ
ブリーペロー共振器の動作について詳しく説明する。フ
ァブリーペロー共振器は、シングルモード光ファイバの
先に金蒸着等によってハーフミラーを形成し、その先に
ポリエステル樹脂等によって形成されるキャビティを設
け、さらにその先に金蒸着等によって全反射ミラーを形
成したものである。キャビティを形成する部材は、超音
波が印加されることにより幾何学的変位を受ける。
Next, the operation of the Fabry-Perot resonator constituting the ultrasonic detecting element 14 will be described in detail. The Fabry-Perot resonator forms a half-mirror at the end of a single-mode optical fiber by gold evaporation, etc., provides a cavity formed of polyester resin or the like at the tip, and forms a total reflection mirror at the tip by gold evaporation, etc. It was done. The member forming the cavity undergoes a geometric displacement due to the application of ultrasonic waves.

【0019】このファブリーペロー共振器に、ハーフミ
ラー側から波長λの検出光を入射させ、全反射ミラー側
から超音波を印加する。キャビティの長さをL、屈折率
をnとすると、ファブリーペロー共振器の反射特性GR
は(1)式で表される。
A detection light having a wavelength λ is made incident on the Fabry-Perot resonator from the half mirror side, and an ultrasonic wave is applied from the total reflection mirror side. Assuming that the length of the cavity is L and the refractive index is n, the reflection characteristic G R of the Fabry-Perot resonator
Is represented by equation (1).

【数1】 ここで、Rはハーフミラーの反射率であり、GSはシン
グルパスの利得である。この式から、超音波の音圧変化
によりキャビティの光路長Lが変化すると、ファブリー
ペロー共振器から反射される光の強度が変化することが
分かる。
(Equation 1) Here, R is the reflectance of the half mirror, and G S is the gain of a single pass. It can be seen from this equation that when the optical path length L of the cavity changes due to a change in the sound pressure of the ultrasonic wave, the intensity of the light reflected from the Fabry-Perot resonator changes.

【0020】ファブリーペロー共振器の反射特性におい
ては、反射率が最大となる波長と反射率が最小となる波
長との中間に反射率が大きく変化する傾斜帯域があり、
この傾斜帯域の波長を有する光をファブリーペロー共振
器に入射させながら超音波を加えると、超音波の強さに
応じた反射光の強度変化を観測できる。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できる。こ
のファブリーペロー共振器は、センサ長が短いため、セ
ンサの軸方向の分解能が高いという特徴を有している。
In the reflection characteristic of the Fabry-Perot resonator, there is a gradient band where the reflectance greatly changes between a wavelength at which the reflectance is maximum and a wavelength at which the reflectance is minimum.
When an ultrasonic wave is applied while light having a wavelength in the tilt band is incident on the Fabry-Perot resonator, a change in the intensity of the reflected light according to the intensity of the ultrasonic wave can be observed. The intensity of the ultrasonic wave can be measured by converting the change in the intensity of the light. This Fabry-Perot resonator has a feature that the sensor has a high axial resolution because the sensor length is short.

【0021】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図2は、本発明の第2の実施形態に係る超音波
受信装置を原理的に示す図である。この超音波受信装置
は、図1に示す第1の実施形態に係る超音波受信装置
に、光増幅器1と光増幅器2との内の少なくとも一方を
追加したものである。光増幅器1は、光源11と分波器
12との間に配置され、光源11から入射した光を増幅
して分波器12に出射する。一方、光増幅器2は、分波
器12とレンズ等の結像系15との間に配置され、分波
器12から入射した光を増幅して結像系15に出射す
る。結像系15を用いない場合には、光増幅器2は、分
波器12と光検出器16との間に配置され、分波器12
から入射した光を増幅して光検出器16に出射する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram conceptually showing an ultrasonic receiving apparatus according to a second embodiment of the present invention. This ultrasonic receiving apparatus is obtained by adding at least one of the optical amplifier 1 and the optical amplifier 2 to the ultrasonic receiving apparatus according to the first embodiment shown in FIG. The optical amplifier 1 is disposed between the light source 11 and the duplexer 12, amplifies the light incident from the light source 11, and emits the light to the duplexer 12. On the other hand, the optical amplifier 2 is disposed between the duplexer 12 and an imaging system 15 such as a lens, and amplifies the light incident from the duplexer 12 and emits the light to the imaging system 15. When the imaging system 15 is not used, the optical amplifier 2 is disposed between the splitter 12 and the photodetector 16, and the splitter 12
The light that has entered from above is amplified and emitted to the photodetector 16.

【0022】光増幅器としては、例えば、エルビウム
(Er)をドープした光ファイバ増幅器EDFA(Er
−Doped Optical Fiber Ampl
ifier)を使用する。このEDFAは、光の強度を
約1桁から2桁上昇させることができる。
As an optical amplifier, for example, an optical fiber amplifier EDFA (Er) doped with erbium (Er) is used.
-Doped Optical Fiber Ampl
employer). This EDFA can increase the light intensity by about one to two orders of magnitude.

【0023】このような光増幅器を光源11と光ファイ
バアレイ13との間に配置した場合には、超音波検出素
子14に入射する入射光の強度が増幅される。また、光
増幅器を光ファイバアレイ13と光検出器16との間に
配置した場合には、超音波検出素子14に入射する入射
光の強度は変化しないが、光検出器16に入射する反射
光の強度が増幅される。この場合には、受信した超音波
によって変調された反射光の強度変化も増幅されること
になる。
When such an optical amplifier is arranged between the light source 11 and the optical fiber array 13, the intensity of the incident light incident on the ultrasonic detecting element 14 is amplified. When the optical amplifier is disposed between the optical fiber array 13 and the photodetector 16, the intensity of the incident light incident on the ultrasonic detecting element 14 does not change, but the reflected light incident on the photodetector 16 does not change. Is amplified. In this case, the intensity change of the reflected light modulated by the received ultrasonic wave is also amplified.

【0024】いずれにしても、光の状態で強度を増幅す
ることにより光検出器16に入射する反射光の光量が増
加するので、光検出器16における電気的なノイズの影
響を低減し、超音波受信装置のSN比を向上させること
ができる。さらに、両者を併用する場合には、より一層
のSN比の向上が実現可能である。
In any case, by amplifying the intensity in the light state, the amount of reflected light incident on the photodetector 16 increases, so that the influence of electrical noise on the photodetector 16 is reduced, The S / N ratio of the sound wave receiving device can be improved. Furthermore, when both are used in combination, it is possible to further improve the SN ratio.

【0025】また、本実施形態の構成によれば超音波受
信装置におけるSN比が向上するので、その向上分を、
超音波検出素子14のフィルタ特性の仕様を緩和するた
めに利用することもできる。例えば、図3に示すよう
に、超音波検出素子14の反射特性の傾きをなだらかに
することも可能である。その場合には、超音波検出素子
14の製造が容易となる。また、反射特性の線型領域が
広がるので、入射光の波長λ0が温度により多少変動し
ても、超音波を正確に検出することができる。
Further, according to the configuration of the present embodiment, the S / N ratio in the ultrasonic receiving apparatus is improved.
It can also be used to relax the specifications of the filter characteristics of the ultrasonic detection element 14. For example, as shown in FIG. 3, it is possible to make the inclination of the reflection characteristic of the ultrasonic detection element 14 gentle. In that case, the manufacture of the ultrasonic detection element 14 becomes easy. Further, since the linear region of the reflection characteristic is widened, even if the wavelength λ 0 of the incident light fluctuates somewhat with the temperature, the ultrasonic wave can be detected accurately.

【0026】次に、本発明の第3の実施形態に係る超音
波受信装置について説明する。図4は、本発明の第3の
実施形態における超音波受信装置の一部を原理的に示す
図である。この超音波受信装置は、第1の実施形態にお
けるファブリーペロー共振器のかわりに、ファイバブラ
ッググレーティング(FBGと略称)を用いている。即
ち、第3の実施形態においては、図1に示すのと同じ光
ファイバアレイ13の先端に、ブラッググレーティング
構造を有する超音波検出素子17が設けられている。超
音波検出素子17は、光ファイバ13a、13b、・・
・の先端にそれぞれ形成されたブラッググレーティング
部(本実施形態においてはFBG)17a、17b、・
・・によって構成される。
Next, an ultrasonic receiving apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating in principle a part of the ultrasonic receiving apparatus according to the third embodiment of the present invention. This ultrasonic receiving apparatus uses a fiber Bragg grating (abbreviated as FBG) instead of the Fabry-Perot resonator in the first embodiment. That is, in the third embodiment, an ultrasonic detection element 17 having a Bragg grating structure is provided at the tip of the same optical fiber array 13 as shown in FIG. The ultrasonic detecting element 17 includes optical fibers 13a, 13b,.
Bragg grating portions (FBG in the present embodiment) 17a, 17b,
..

【0027】ブラッググレーティング部は、屈折率の異
なる2種類の材料層(光伝搬媒質)を、ブラッグの反射
条件を満たすピッチで数千層交互に重ねたものであり、
単層のファブリーペロー共振器よりも高い反射率と急峻
な波長依存性を有する。図4においては、屈折率n1
有する材料層Aと、屈折率n2を有する材料層Bとが示
されている。これらの層の周期構造のピッチ(間隔)を
dとし、入射光の波長をλとすると、ブラッグの反射条
件は(2)式で表される。ただし、mは任意の整数であ
る。 2d・sinθ=mλ ・・・(2) ここで、θは入射面から測った入射角であり、θ=π/
2とすると(3)式のようになる。 2d=mλ ・・・(3) ブラッググレーティング部は、ブラッグの反射条件を満
たす特定の波長の光を選択的に反射し、その他の波長の
光を透過させる。
The Bragg grating portion is formed by alternately stacking two types of material layers (light propagation media) having different refractive indices at a pitch satisfying the Bragg reflection condition.
It has higher reflectance and sharper wavelength dependence than a single-layer Fabry-Perot resonator. FIG. 4 shows a material layer A having a refractive index n 1 and a material layer B having a refractive index n 2 . Assuming that the pitch (interval) of the periodic structure of these layers is d and the wavelength of the incident light is λ, the Bragg reflection condition is expressed by equation (2). Here, m is an arbitrary integer. 2d · sin θ = mλ (2) where θ is an incident angle measured from the incident surface, and θ = π /
If it is 2, it becomes like Formula (3). 2d = mλ (3) The Bragg grating section selectively reflects light of a specific wavelength that satisfies the Bragg reflection condition, and transmits light of other wavelengths.

【0028】ブラッググレーティング部に超音波を伝搬
させると、ブラッググレーティング部が歪んで上記周期
構造のピッチdが変化するので、選択的に反射する光の
波長λが変化する。ブラッググレーティング部の反射特
性においては、最も反射率の高い(透過率の低い)中心
波長の前後に反射率の変化する傾斜帯域があり、この傾
斜帯域の範囲に中心波長を有する検出光をブラッググレ
ーティング部に入射させながら超音波を加える。する
と、超音波の強さに応じた反射光(又は透過光)の強度
変化を観測できる。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できる。
When an ultrasonic wave is propagated through the Bragg grating, the Bragg grating is distorted and the pitch d of the periodic structure changes, so that the wavelength λ of the light to be selectively reflected changes. In the reflection characteristic of the Bragg grating portion, there is a gradient band in which the reflectance changes before and after the center wavelength having the highest reflectance (lowest transmittance), and the detection light having the center wavelength falls within the range of this gradient band. The ultrasonic wave is applied while being incident on the part. Then, a change in the intensity of the reflected light (or transmitted light) according to the intensity of the ultrasonic wave can be observed. The intensity of the ultrasonic wave can be measured by converting the change in the intensity of the light.

【0029】ここで、ブラッググレーティング部は、感
度が高い上に作り易く、一般的には、民生用の製品を転
用することも可能である。しかしながら、超音波診断に
おけるように高感度のセンサとしては、そのまま用いる
ことはできない。例えば、通常市場において使用されて
いるブラッググレーティング部を用いると、20kHz
よりも高い周波数帯域においては、軸方向から入射する
超音波に対する感度が低くなることが確認されている。
また、超音波有感部の長さ(ブラッググレーティング部
の長さ)が、 (超音波波長)=(ブラッググレーティング部における
音速)/(超音波の周波数) で表されるブラッググレーティング部における超音波波
長の概略3/4より大きい場合には、検出された波形が
実際に受信した超音波の波形と比較して低周波側に歪む
と共に、センサの感度が低くなってしまう。これは、ブ
ラッググレーティング部の長さがブラッググレーティン
グ部における超音波波長の半分よりも大きい場合に、超
音波がブラッググレーティング部を伝達する過程でブラ
ッググレーティング部内に伸び縮みの位相が反転する部
分が生じるため、これらの部分の変位が相殺されてしま
うことが原因と考えられる。
Here, the Bragg grating section has high sensitivity and is easy to make, and in general, it is possible to divert a consumer product. However, it cannot be used as it is as a sensor having high sensitivity as in ultrasonic diagnosis. For example, if a Bragg grating unit used in a normal market is used, 20 kHz
It has been confirmed that in higher frequency bands, the sensitivity to ultrasonic waves incident from the axial direction decreases.
In addition, the length of the ultrasonic sensitive part (length of the Bragg grating part) is expressed by (ultrasonic wavelength) = (sound velocity in the Bragg grating part) / (frequency of ultrasonic wave) Ultrasonic wave in the Bragg grating part If the wavelength is larger than approximately /, the detected waveform is distorted to the lower frequency side as compared with the waveform of the actually received ultrasonic wave, and the sensitivity of the sensor is lowered. This is because when the length of the Bragg grating part is larger than half the ultrasonic wavelength in the Bragg grating part, a part where the phase of expansion and contraction is inverted in the Bragg grating part in the process of transmitting the ultrasonic wave through the Bragg grating part occurs Therefore, it is considered that the displacement of these portions is offset.

【0030】このような現象を避けるためには、ブラッ
ググレーティング部の長さをブラッググレーティング部
における超音波波長の概略3/4以下、望ましくは半分
程度とすれば良い。例えば、検出対象である超音波の周
波数が3.5MHz、ブラッググレーティング部の材質
中の音速が5500m/sであるとき、ブラッググレー
ティング部を伝搬する超音波の波長λSは、次のように
算出される。 λS=5500/(3.5×106) =1571.4(μm) 従って、ブラッググレーティング部の長さの上限は、次
のように算出される。1571×(3/4)=117
8.5(μm)これより、ブラッググレーティング部の
長さを1178.5μm以下とすれば、ブラッググレー
ティング部内の伸び縮み位相の反転の影響を抑制し、超
音波の検出に必要な感度を得ることができる。
In order to avoid such a phenomenon, the length of the Bragg grating should be approximately 概略 or less, preferably about half, of the ultrasonic wavelength in the Bragg grating. For example, when the frequency of the ultrasonic wave to be detected is 3.5 MHz and the sound speed in the material of the Bragg grating portion is 5500 m / s, the wavelength λ S of the ultrasonic wave propagating through the Bragg grating portion is calculated as follows. Is done. λ S = 5500 / (3.5 × 10 6 ) = 1571.4 (μm) Accordingly, the upper limit of the length of the Bragg grating portion is calculated as follows. 1571 × (3/4) = 117
8.5 (μm) From this, if the length of the Bragg grating portion is 1178.5 μm or less, the influence of the reversal of the expansion / contraction phase in the Bragg grating portion is suppressed, and the sensitivity required for detecting the ultrasonic wave is obtained. Can be.

【0031】次に、本発明の第4の実施形態に係る超音
波受信装置について説明する。本実施形態は、超音波検
出素子としてブラッググレーティング構造を有する光導
波路を用いたものである。図5は、本実施形態に係る超
音波受信装置の構成を原理的に示している。図5に示す
ように、基板55には、複数の光導波路51a、51
b、・・・が形成されており、さらに、そのコア先端部
には、ブラッググレーティング部52a、52b、・・
・が形成されている。光源11を射出した光は、分波器
12を通過し、各光導波路51a、51b、・・・に入
射する。各光導波路において、その先端に形成されたブ
ラッググレーティング部が超音波により構造的に変化す
ることにより、光は変調される。各ブラッググレーティ
ング部において反射された光は、分波器12において進
路を変更され、それぞれの光導波路51a、51b、・
・・に対応する光検出器16a、16b、・・・に入射
する。このように、光検出器16a、16b、・・・に
おいて光強度の変化を検出することにより、対応する光
導波路に伝搬した超音波の強度を測定することができ
る。なお、本実施形態においても、第3の実施形態の場
合と同様に、光導波路に形成されたブラッググレーティ
ング部の長さは、ブラッググレーティング部を伝搬する
超音波の波長の3/4以下であることが望ましい。
Next, an ultrasonic receiving apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an optical waveguide having a Bragg grating structure is used as an ultrasonic detection element. FIG. 5 shows in principle the configuration of the ultrasonic receiving apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, a plurality of optical waveguides 51a, 51
are formed at the tip of the core, and Bragg grating portions 52a, 52b,.
・ Is formed. The light emitted from the light source 11 passes through the duplexer 12, and enters each of the optical waveguides 51a, 51b,. In each optical waveguide, light is modulated by the structural change of the Bragg grating portion formed at the tip thereof by the ultrasonic wave. The light reflected by each Bragg grating section is redirected in the demultiplexer 12, and the respective optical waveguides 51a, 51b,.
Are incident on the photodetectors 16a, 16b,. As described above, by detecting the change in the light intensity in the photodetectors 16a, 16b,..., The intensity of the ultrasonic wave transmitted to the corresponding optical waveguide can be measured. In this embodiment, as in the case of the third embodiment, the length of the Bragg grating formed in the optical waveguide is 3 or less of the wavelength of the ultrasonic wave propagating through the Bragg grating. It is desirable.

【0032】次に、本発明の第5の実施形態について、
図6〜図8を参照しながら説明する。本実施形態は、超
音波検出素子としてブラッググレーティング構造を有す
る光導波路53を用い、さらに、検出光として複数の波
長の異なる光を多重化させて用いるものである。図6
は、本実施形態に係る超音波受信装置の構成を原理的に
示しており、図7は、図6に示す超音波検出部50の構
造を示しており、図8は、図6に示す分波器41の構造
を示している。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an optical waveguide 53 having a Bragg grating structure is used as an ultrasonic detection element, and a plurality of lights having different wavelengths are multiplexed and used as detection light. FIG.
7 shows in principle the configuration of the ultrasonic receiving apparatus according to the present embodiment, FIG. 7 shows the structure of the ultrasonic detecting section 50 shown in FIG. 6, and FIG. 8 shows the components shown in FIG. The structure of the wave device 41 is shown.

【0033】図6に示すように、この超音波受信装置
は、光源8と、光サーキュレータ113と、ブラッググ
レーティング構造を有する光導波路を含む超音波検出部
50と、超音波検出部50から入射する検出光を分波す
る分波器41と、分波された光の強度を検出する光検出
器16a、16b、・・・と、これらの装置(uni
t)を互いに接続する光ファイバ56、57、58、5
9a、59b、・・・を有している。本実施形態におい
ては、光源として、広帯域の光(広帯域光)を発生する
広帯域光源(ブロードバンド光源)8を用い、分波器と
して、光の進行方向をその入射方向に応じて切り替える
光サーキュレータ113を用いている。
As shown in FIG. 6, this ultrasonic receiving apparatus receives light from the light source 8, an optical circulator 113, an ultrasonic detecting section 50 including an optical waveguide having a Bragg grating structure, and an ultrasonic detecting section 50. A demultiplexer 41 for demultiplexing the detection light, photodetectors 16a, 16b,... For detecting the intensity of the demultiplexed light, and these devices (uni).
t) interconnecting optical fibers 56, 57, 58, 5
9a, 59b,... In the present embodiment, a broadband light source (broadband light source) 8 that generates broadband light (broadband light) 8 is used as a light source, and an optical circulator 113 that switches the traveling direction of light according to the incident direction is used as a demultiplexer. Used.

【0034】図6において、光源8を射出した光は、光
ファイバ57を介して光サーキュレータ113に入射
し、さらに、光ファイバ56を介して超音波検出部50
に入射する。ここで、図7を参照すると、超音波検出部
50は、基板55に形成された導波路長の異なる逆L字
状の複数の光導波路53a、53b、・・・を有してい
る。これらの光導波路53a、53b、・・・は、それ
ぞれの断面が1列に並ぶように配列されている。また、
各々の光導波路53a、53b、・・・の先端には、ブ
ラッググレーティング部52a、52b、・・・が形成
されている。
In FIG. 6, the light emitted from the light source 8 is incident on the optical circulator 113 via the optical fiber 57, and is further transmitted via the optical fiber 56 to the ultrasonic detecting unit 50.
Incident on. Here, referring to FIG. 7, the ultrasonic detecting unit 50 has a plurality of inverted L-shaped optical waveguides 53a, 53b,... Formed on the substrate 55 and having different waveguide lengths. These optical waveguides 53a, 53b,... Are arranged such that their cross sections are arranged in one line. Also,
Are formed at the tips of the optical waveguides 53a, 53b,....

【0035】本実施形態においては、それぞれのブラッ
ググレーティング部を構成する各層の周期構造のピッチ
は、式(3)に基づいて、特定の波長に対して反射波長
特性が大きくなるように決められている。即ち、ブラッ
ググレーティング部52aを構成する各層の周期構造の
ピッチdは、式(3)に基づいて、ブラック波長がλ 1
となるように決められる。また、ブラッググレーティン
グ部52bを構成する各層の周期構造のピッチdは、式
(3)に基づいて、ブラック波長がλ2(≠λ1)となる
ように決められる。残りのブラッググレーティング部5
2c、52d、・・・についても同様である。従って、
ブラッググレーティング部52a、52b、・・・の反
射波長特性は互いに異なっている。複数のブラッググレ
ーティング部52a、52b、・・・は、超音波が印加
されると超音波の音圧方向に伸縮する。これにより、そ
れぞれのブラッググレーティング部52a、52b、・
・・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。従って、超音波の受信
中にそれぞれのブラッググレーティング部52a、52
b、・・・に入射する光は、印加される超音波に基づい
て変調される。なお、本実施形態においても、第3の実
施形態の場合と同様に、それぞれの光導波路の先端に形
成されるブラッググレーティング部の長さは、光導波路
を伝搬する超音波の波長の3/4以下であることが望ま
しい。
In this embodiment, each black
Pitch of periodic structure of each layer constituting grating section
Is the reflection wavelength for a specific wavelength based on equation (3).
The characteristics are determined to be large. That is,
Of the periodic structure of each layer constituting the grating section 52a.
The pitch d is determined based on the equation (3) so that the black wavelength is λ. 1
It is determined to be. Also, Bragg grating
The pitch d of the periodic structure of each layer constituting the tapered portion 52b is given by the following equation
Based on (3), the black wavelength is λTwo(≠ λ1) Becomes
It is decided as follows. Remaining Bragg grating part 5
The same applies to 2c, 52d,... Therefore,
Of the Bragg grating portions 52a, 52b,...
The emission wavelength characteristics are different from each other. Multiple Bragg Gres
, The ultrasonic waves are applied to the driving parts 52a, 52b,...
Then, it expands and contracts in the sound pressure direction of the ultrasonic wave. As a result,
Each of the Bragg grating sections 52a, 52b,.
.. The pitch d of the periodic structure of each layer constituting
Change each black wavelength. Therefore, the reception of ultrasound
In each of the Bragg grating sections 52a, 52
The light incident on b,... is based on the applied ultrasonic wave.
Modulated. In the present embodiment, the third actual
As in the case of the embodiment, a shape is formed at the tip of each optical waveguide.
The length of the Bragg grating to be formed depends on the optical waveguide
Is preferably less than or equal to / of the wavelength of the ultrasonic wave propagating through
New

【0036】光導波路52aの末端部は、光ファイバ5
6と接続されている。また、光導波路53aの末端部と
光導波路53bの末端部との間には、空隙54aが形成
されており、この空隙54aは、ビームスプリッタとし
て働く。同様に、光導波路53bの末端部と光導波路5
3cの末端部との間には、ビームスプリッタとして働く
空隙54bが形成されている。残りの光導波路53c、
53d、・・・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53a、53b、・・・をこの
ように接続することにより、プレーナ光波回路(PL
C:Planar Lightwave Circuit)が実現されている。
The end of the optical waveguide 52a is connected to the optical fiber 5
6 is connected. A gap 54a is formed between the end of the optical waveguide 53a and the end of the optical waveguide 53b, and the gap 54a functions as a beam splitter. Similarly, the end of the optical waveguide 53b and the optical waveguide 5
An air gap 54b that functions as a beam splitter is formed between the end 3c and the end 3c. The remaining optical waveguide 53c,
The same applies to 53d,... In this embodiment, by connecting the plurality of optical waveguides 53a, 53b,... In this manner, the planar lightwave circuit (PL
C: Planar Lightwave Circuit).

【0037】ここで、図7に示す超音波検出部50の動
作について説明する。複数の波長成分(λ1、λ2、・・
・、λN)を含む光LMULは、この超音波検出部50に供
給されると、複数の空隙54a、54b、・・・を通過
するごとに分波される。光導波路53aに入射した光L
1(波長:λ1)は、ブラッググレーティング部52aに
より光導波路53aに向けて反射され、ブラッググレー
ティング部52aに印加される超音波に基づいて光
1′に変調される。また、光導波路53bに入射した
光L2(波長:λ2)は、ブラッググレーティング部52
bにより光導波路53bに向けて反射され、ブラッググ
レーティング部52bに印加される超音波に基づいて光
2′に変調される。光LMULに含まれる残りの光L
3(波長:λ3)、L4(波長:λ4、・・・についても同
様である。それぞれのブラッググレーティング部52
a、52b、・・・の出射光L1′、L2′、・・・は、
対応する空隙54a、54b、・・・において順に合波
され、光ファイバ56に入射する。
Here, the operation of the ultrasonic detector 50 shown in FIG. 7 will be described. A plurality of wavelength components (λ 1 , λ 2 ,.
· Light L MUL containing a lambda N), when supplied to the ultrasonic detecting unit 50, is demultiplexed in each pass through a plurality of air gaps 54a, 54b, a .... Light L incident on the optical waveguide 53a
1 (wavelength: λ 1 ) is reflected by the Bragg grating section 52a toward the optical waveguide 53a, and is modulated into light L 1 ′ based on the ultrasonic wave applied to the Bragg grating section 52a. The light L 2 (wavelength: λ 2 ) incident on the optical waveguide 53 b is transmitted to the Bragg grating 52.
b, is reflected toward the optical waveguide 53b and is modulated into light L 2 ′ based on the ultrasonic wave applied to the Bragg grating section 52b. Remaining light L included in light L MUL
The same applies to 3 (wavelength: λ 3 ), L 4 (wavelength: λ 4 ,....
a, 52b,... outgoing light L 1 ′, L 2 ′,.
Are sequentially combined in the corresponding gaps 54a, 54b,... And enter the optical fiber 56.

【0038】再び、図6を参照すると、光ファイバ56
に入射した光は、光サーキュレータ113によって進行
方向を変更され、光ファイバ58を介して、分波器41
に入射する。分波器41は、光ファイバ58から入射し
た光LMUL′を所定の波長成分別の複数の光L1′、
2′、・・・に分波する。分波器41には、検出する
光の波長帯域が異なる複数の光検出器16a、16b、
・・・が、対応する光ファイバ59a、59b、・・・
を介して接続されている。複数の光検出器16a、16
b、・・・が、対応する光ファイバ59a、59b、・
・・を通って入射した光L1′、L2′、・・・を検出す
ることにより、超音波検出部50に含まれるそれぞれの
ブラッググレーティング部52a、52b、・・・に印
加された超音波の強度を検出することができる。
Referring again to FIG.
Incident on the optical fiber circulator 113, the traveling direction of the light is changed by the optical circulator 113,
Incident on. The demultiplexer 41 converts the light L MUL ′ incident from the optical fiber 58 into a plurality of lights L 1 ′ for each predetermined wavelength component,
Demultiplex to L 2 ′,. The demultiplexer 41 includes a plurality of photodetectors 16a, 16b having different wavelength bands of light to be detected.
... correspond to the corresponding optical fibers 59a, 59b, ...
Connected through. A plurality of photodetectors 16a, 16
are the corresponding optical fibers 59a, 59b,.
.. Detected by detecting light L 1 ′, L 2 ′,... Incident on the Bragg gratings 52 a, 52 b,. The intensity of the sound wave can be detected.

【0039】ここで、図8を参照すると、本実施形態に
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 Gra
ting)を有する分波回路を用いている。この分波回路
は、1本の入力導波路71が接続された入力側スラブ導
波路72と、複数の出力導波路73a、73b、・・・
が接続された出力側スラブ導波路74との間を、一定の
導波路長差を有する複数のアレイ導波路75a、75
b、・・・により接続した構成となっている。
Referring to FIG. 8, in the present embodiment, an arrayed waveguide grating (AWG: Arrayed-Wavelength Grade), which is a type of planar lightwave circuit, is used as a demultiplexer.
(Ting) is used. This demultiplexing circuit includes an input-side slab waveguide 72 to which one input waveguide 71 is connected, and a plurality of output waveguides 73a, 73b,.
Are connected to the output-side slab waveguide 74 to which a plurality of arrayed waveguides 75a and 75 having a constant waveguide length difference are provided.
are connected by b,...

【0040】入力側スラブ導波路72は、入力導波路7
1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74は、複数の出力導波路73a、73b、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75a、75b、・・・は、それぞれの光軸が入力
側スラブ導波路72及び出力側スラブ導波路74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72及び出力側スラブ導波
路74がレンズと同等の動作を実現する。
The input side slab waveguide 72 is connected to the input waveguide 7.
The output-side slab waveguide 74 has a sector shape having the ends as the centers of curvature, and the output-side slab waveguide 74 has the ends as the center of curvature. The plurality of arrayed waveguides 75a, 75b,... Are radially arranged such that their optical axes pass through the centers of curvature of both the input slab waveguide 72 and the output slab waveguide 74. Thereby, the input side slab waveguide 72 and the output side slab waveguide 74 realize the same operation as the lens.

【0041】複数の波長成分(λ1、λ2、・・・、
λN)を含む光LMUL′は、入力導波路71に入射する
と、入力側スラブ導波路72において回折により広が
り、複数のアレイ導波路75a、75b、・・・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75a、75b、・・・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74に
達する。出力側スラブ導波路74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73a、73b、・・・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。なお、
図8に示す分波回路における入力側と出力側とを入れ替
えることにより、合波器として用いることができる。
A plurality of wavelength components (λ 1 , λ 2 ,...,
When the light L MUL ′ containing λ N ) enters the input waveguide 71, it spreads by diffraction in the input side slab waveguide 72, and excites the plurality of arrayed waveguides 75 a, 75 b,. When the respective excitation lights pass through the corresponding arrayed waveguides 75a, 75b,..., They are given a phase difference corresponding to the waveguide length difference, and reach the output side slab waveguide 74. The plurality of lights incident on the output side slab waveguide 74 are condensed at one point on the side where the plurality of output waveguides 73a, 73b,. Diffracts in the direction that holds. In addition,
By switching the input side and the output side in the demultiplexing circuit shown in FIG. 8, it can be used as a multiplexer.

【0042】本実施形態においては、光源として広帯域
光源を用いたが、この他に、波長の異なる複数のレーザ
発振器を用い、射出されるレーザ光を合波して多重化し
た光を用いても良い。この場合、例えば、図8に示す分
波器を合波器として用いても良い。
In the present embodiment, a broadband light source is used as a light source. Alternatively, a plurality of laser oscillators having different wavelengths may be used, and a light obtained by multiplexing and multiplexing emitted laser lights may be used. good. In this case, for example, the duplexer shown in FIG. 8 may be used as a multiplexer.

【0043】次に、本発明の第6の実施形態に係る超音
波受信装置について説明する。図9は、本実施形態にお
ける超音波受信装置を原理的に示す図である。本実施形
態に係る超音波受信装置は、第1〜第5の実施形態にお
ける光源を変更したものであり、ブロードバンド光源か
ら発生する光を、狭帯域化フィルタにより狭帯域化して
用いる。本実施形態においては、本発明の第3の実施形
態に係る超音波受信装置に適用したものを例として説明
する。
Next, an ultrasonic receiving apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating in principle the ultrasonic receiving apparatus according to the present embodiment. The ultrasonic receiving apparatus according to the present embodiment is obtained by changing the light source in the first to fifth embodiments, and uses the light generated from the broadband light source by narrowing the band using a narrow band filter. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an ultrasonic receiving apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0044】ブロードバンド光源としては、例えば、増
幅された自然放出光を放出するASE(Amplifi
ed Spontaneous Emission)光
源9を使用する。ASE光源9は、広帯域光増幅器(B
roadband Optical Fiber Am
plifier)の構造を、増幅された自然放出光を発
生できるように変えたものである。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。
As the broadband light source, for example, ASE (Amplify) that emits amplified spontaneous emission light is used.
(ed Spontaneous Emission) light source 9 is used. The ASE light source 9 includes a broadband optical amplifier (B
loadband Optical Fiber Am
(Plier) is changed so that amplified spontaneous emission light can be generated. For details of the broadband optical amplifier, for example, see “Broadband Optical Amplifier” by Haruki Ogoshi (IEICE Vol. 82, No. 7,
pp. 718-724, July 1999).

【0045】図10に示すように、ASE光源9は、光
増幅用の光ファイバ94を含んでいる。光ファイバ94
の一方の端部にはレンズ91が取り付けられており、他
方の端部には励起光反射用のFBG92が形成されてい
る。レンズ91の図中左側には、レーザ発振器93が励
起光源として配置されている。レーザ発振器93におい
て発生した光は、レンズ91を介して光ファイバ94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FBG92を透過する。ASE光源9が発生する自
然放出光は、図11に示すようにブロードなスペクトル
を有している。なお、ブロードバンド光源として、AS
E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。
As shown in FIG. 10, the ASE light source 9 includes an optical fiber 94 for amplifying light. Optical fiber 94
A lens 91 is attached to one end, and an FBG 92 for reflecting excitation light is formed at the other end. On the left side of the lens 91 in the figure, a laser oscillator 93 is arranged as an excitation light source. The light generated in the laser oscillator 93 enters the optical fiber 94 via the lens 91 and is amplified. A part of the amplified light passes through the FBG 92 as spontaneous emission light. The spontaneous emission light generated by the ASE light source 9 has a broad spectrum as shown in FIG. As a broadband light source, AS
A broadband fiber light source may be used instead of the E light source.

【0046】再び図9を参照すると、ASE光源9が発
生した光は、ハーフミラー又は光サーキュレータ又は偏
光ビームスプリッター等を用いて構成される分波器10
に入射する。分波器10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
てくる反射光を第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10としてハーフ
ミラーを用いている。
Referring again to FIG. 9, the light generated by the ASE light source 9 is split into a splitter 10 using a half mirror, an optical circulator, a polarizing beam splitter, or the like.
Incident on. The splitter 10 allows light incident from the first direction to pass in the second direction, and allows reflected light returning from the second direction to pass in a third direction different from the first direction. . In the present embodiment, a half mirror is used as the duplexer 10.

【0047】ASE光源9を出て分波器10を通過した
光は、光ファイバアレイ20に入射する。光ファイバア
レイ20は、微細な光ファイバを2次元状に配列させた
ものである。なお、複数の光ファイバに対して1つのA
SE光源を設けてもかまわないし、複数の光ファイバに
対応する複数のASE光源を設けてもかまわない。ま
た、複数の光ファイバに対して、1つのASE光源が発
生する光を時系列にスキャンさせながら入射しても良
い。
The light exiting the ASE light source 9 and passing through the splitter 10 enters the optical fiber array 20. The optical fiber array 20 is an array of fine optical fibers arranged two-dimensionally. In addition, one A for a plurality of optical fibers
An SE light source may be provided, or a plurality of ASE light sources corresponding to a plurality of optical fibers may be provided. Further, the light generated by one ASE light source may be incident on a plurality of optical fibers while being scanned in time series.

【0048】光ファイバアレイ20の先端には、FBG
によって構成された狭帯域フィルタ19が設けられてい
る。光ファイバアレイ20に入射した光は、狭帯域フィ
ルタ19のFBGによって反射され、再び分波器10に
入射する。ASE光源9から発生した自然放出光は、狭
帯域フィルタ19を通過することにより、図12に示す
ようなスペクトルとなり、波長λ0を中心として狭帯域
化される。狭帯域フィルタ19によって反射された光
は、再び分波器10に入射する。分波器10に入射した
光は、進路を変更されて、分波器12に入射する。分波
器12を通過した光は、光ファイバアレイ13に入射す
る。光ファイバアレイ13の先端には、超音波検出素子
17が設けられている。超音波検出素子17は、複数の
光ファイバの先端にそれぞれ形成されたFBGによって
構成される。光ファイバアレイ13に入射した光は、超
音波検出素子17のFBGによって反射される。このF
BGは、超音波検出素子17に印加される超音波により
幾何学的変位を受けるので、反射光はこれにより変調さ
れて、再び分波器12に入射する。
The front end of the optical fiber array 20 has an FBG
Is provided. The light that has entered the optical fiber array 20 is reflected by the FBG of the narrow band filter 19 and enters the duplexer 10 again. The spontaneous emission light generated from the ASE light source 9 passes through the narrow band filter 19 to have a spectrum as shown in FIG. 12, and the band is narrowed around the wavelength λ 0 . The light reflected by the narrow band filter 19 enters the duplexer 10 again. The light that has entered the duplexer 10 has its course changed and enters the duplexer 12. The light that has passed through the splitter 12 enters the optical fiber array 13. An ultrasonic detection element 17 is provided at the tip of the optical fiber array 13. The ultrasonic detecting element 17 is composed of FBGs formed at the tips of a plurality of optical fibers, respectively. Light incident on the optical fiber array 13 is reflected by the FBG of the ultrasonic detection element 17. This F
Since the BG undergoes a geometric displacement due to the ultrasonic wave applied to the ultrasonic detecting element 17, the reflected light is modulated by this and enters the duplexer 12 again.

【0049】分波器12に入射した反射光は、進路を変
更されて光検出器16に入射する。反射光は、直接ある
いは光ファイバ等を通して光検出器16に入射するよう
にしても良いし、分波器12の後段にレンズ等の結像系
15を設けて、結像系15を介して光検出器16に結像
するようにしても良い。さらに、第2の実施形態と同様
に、分波器12とレンズ等の結像系15(又は光検出器
16)との間に配置され、分波器12から入射した光を
増幅して結像系15(又は光検出器16)に出射する光
増幅器を設けても良い。
The reflected light that has entered the duplexer 12 has its course changed and enters the photodetector 16. The reflected light may enter the photodetector 16 directly or through an optical fiber or the like, or an imaging system 15 such as a lens may be provided at the subsequent stage of the duplexer 12 so that the reflected light is transmitted through the imaging system 15. An image may be formed on the detector 16. Further, similarly to the second embodiment, it is disposed between the duplexer 12 and an imaging system 15 (or a photodetector 16) such as a lens, and amplifies the light incident from the duplexer 12 to form a light. An optical amplifier that emits light to the image system 15 (or the photodetector 16) may be provided.

【0050】ここで、FBGは、温度の変化によって反
射光の中心波長が0.01nm/℃の割合で変化する。
そのため、単一波長のレーザ光を発生する光源を用いる
と、FBGによって構成された超音波検出素子17の感
度が、温度の変化によって大きく変化してしまうという
問題があった。
Here, in FBG, the center wavelength of reflected light changes at a rate of 0.01 nm / ° C. due to a change in temperature.
Therefore, when a light source that generates laser light of a single wavelength is used, there has been a problem that the sensitivity of the ultrasonic detection element 17 constituted by the FBG greatly changes due to a change in temperature.

【0051】しかしながら、本実施形態においては、A
SE光源9から発生した自然放出光を狭帯域フィルタ1
9によって狭帯域化することにより、単一波長のレーザ
光に近い帯域を確保すると共に、温度の変化による超音
波受信装置の感度の変化を低減している。
However, in the present embodiment, A
Spontaneous emission light generated from the SE light source 9 is filtered by the narrow band filter 1.
By narrowing the band by using 9, a band close to a single-wavelength laser beam is secured, and a change in sensitivity of the ultrasonic receiving apparatus due to a change in temperature is reduced.

【0052】即ち、本実施形態においては、狭帯域フィ
ルタ19と超音波検出素子17とを同一の材料で形成
し、狭帯域フィルタ19と超音波検出素子17との間で
熱的結合を図っている。熱的結合は、例えば、狭帯域フ
ィルタ19と超音波検出素子17とを熱伝導率の高い材
料で結合したり、狭帯域フィルタ19と超音波検出素子
17とを物理的に近接させることで実現される。又は、
狭帯域フィルタ19と超音波検出素子17との周りにヒ
ートパイプを配置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。
That is, in the present embodiment, the narrow band filter 19 and the ultrasonic detecting element 17 are formed of the same material, and the narrow band filter 19 and the ultrasonic detecting element 17 are thermally coupled. I have. The thermal coupling is realized by, for example, coupling the narrow band filter 19 and the ultrasonic detection element 17 with a material having high thermal conductivity, or bringing the narrow band filter 19 and the ultrasonic detection element 17 into physical proximity. Is done. Or
Thermal coupling can also be achieved by arranging a heat pipe around the narrow band filter 19 and the ultrasonic detection element 17. When a heat pipe is used, a fluid that conducts heat by convection is sealed in the heat pipe.

【0053】これにより、狭帯域フィルタ19のFBG
と超音波検出素子17のFBGとがほぼ同一の温度とな
るので、温度によって超音波検出素子17の反射特性が
シフトしても、超音波検出素子17に入射する光の波長
も同様にシフトして、超音波受信装置の感度の変化を低
減することができる。
Thus, the FBG of the narrow band filter 19
And the FBG of the ultrasonic detecting element 17 have substantially the same temperature. Therefore, even if the reflection characteristic of the ultrasonic detecting element 17 shifts due to the temperature, the wavelength of the light incident on the ultrasonic detecting element 17 also shifts. Thus, a change in the sensitivity of the ultrasonic receiving apparatus can be reduced.

【0054】例えば、初期状態において、図13に示す
ように、狭帯域フィルタ19の出力光、即ち、超音波検
出素子17への入射光の中心波長がλ0であり、超音波
検出素子17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17の温度が
上昇し、超音波検出素子17の反射特性が図14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17の中心波長のシフト量(λ
1’−λ1)と、狭帯域フィルタ19の出力光の中心波長
のシフト量(λ0’−λ0)とは、略等しい。
For example, in the initial state, as shown in FIG. 13, the output light of the narrow band filter 19, that is, the center wavelength of the light incident on the ultrasonic detecting element 17 is λ 0 , It is assumed that the reflection characteristic is in a state (center wavelength λ 1 ) suitable for detecting a change in the wavelength of the incident light having the center wavelength λ 0 . Even if the temperature of the ultrasonic detecting element 17 rises with time and the reflection characteristic of the ultrasonic detecting element 17 changes to the state of the center wavelength λ 1 ′ as shown in FIG. Since it changes to λ 0 ′, a state suitable for detecting a change in the wavelength of the incident light can be maintained.
Here, the shift amount of the center wavelength of the ultrasonic detecting element 17 (λ
1 'and 1-? 1), the shift amount of the center wavelength of the output light of the narrow-band filter 19 (lambda 0' and the 1-? 0), substantially equal.

【0055】次に、本発明の第7の実施形態に係る超音
波受信装置について説明する。図15は、第7の実施形
態における超音波受信装置の一部を原理的に示す図であ
る。図15に示す超音波検出素子18は、第1の実施形
態におけるファブリーペロー共振器(FPR)14と、
第3の実施形態におけるブラッググレーティング部(F
BG)17との両方を含んでいる。即ち、光ファイバ1
3の先端にFBG17を形成し、さらにその先にFPR
14を形成している。これにより、FBG17によって
反射されなかった光を、FPR14によって反射するこ
とができる。なお、本実施形態においては、第1の実施
形態とは異なり、多波長もしくはワイドバンドのレーザ
光を用いるのに適している。
Next, an ultrasonic receiving apparatus according to a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a diagram conceptually showing a part of the ultrasonic receiving apparatus according to the seventh embodiment. An ultrasonic detecting element 18 shown in FIG. 15 includes a Fabry-Perot resonator (FPR) 14 in the first embodiment,
The Bragg grating unit (F in the third embodiment)
BG) 17. That is, the optical fiber 1
FBG17 is formed at the tip of No.3, and FPR17 is further
14 are formed. Thus, light not reflected by the FBG 17 can be reflected by the FPR 14. Note that, in the present embodiment, unlike the first embodiment, it is suitable to use multi-wavelength or wide-band laser light.

【0056】以上、幾つかの実施形態において述べたよ
うな超音波受信装置に含まれる超音波用探触子の構造に
ついて、図16の(a)〜図16の(c)及び図17を
参照しながら説明する。図16の(a)に示すように、
ハウジング21の中に、超音波検出素子14又は17又
は18が設けられた光ファイバアレイ13が収納されて
いる。超音波検出素子14又は17又は18の間隔は、
サイドローブを抑圧するため、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。また、超音波検出素子
14又は17又は18の配列は、図16の(b)に示す
ように連続する正方形の頂点の位置とするか、あるい
は、超音波検出素子の密度を高めるため、図16の
(c)に示すように隣接する行又は列の間でずらすよう
にする。
As for the structure of the ultrasonic probe included in the ultrasonic receiving apparatus described in some embodiments, see FIGS. 16 (a) to 16 (c) and FIG. I will explain while. As shown in FIG.
An optical fiber array 13 provided with an ultrasonic detection element 14 or 17 or 18 is housed in a housing 21. The interval between the ultrasonic detection elements 14 or 17 or 18,
In order to suppress side lobes, it is desirable to set the wavelength to not more than half the wavelength of the received ultrasonic wave. The arrangement of the ultrasonic detecting elements 14 or 17 or 18 may be set at the positions of the vertices of a continuous square as shown in FIG. 16B, or the density of the ultrasonic detecting elements may be increased in FIG. (C) as shown in FIG.

【0057】超音波検出素子14又は17又は18とハ
ウジング21との間には、音響インピーダンスの整合を
図るために音響整合層22を設けることが望ましい。音
響整合層22は、超音波を伝え易いパイレックスガラス
(パイレックスは登録商標)や金属粉入りエポキシ樹脂
等により構成できる。また、ハウジング21の表面に
は、超音波検出素子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23を設けることが望ましい。さ
らに、隣接する光ファイバの間は、超音波のクロストー
クを低減させるために、吸音材24で満たすことが望ま
しい。吸音材24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。なお、光フ
ァイバアレイ13は、超音波検出素子が設けられた部分
の近傍を除き、樹脂25で固められている。
It is desirable to provide an acoustic matching layer 22 between the ultrasonic detecting element 14 or 17 or 18 and the housing 21 in order to match acoustic impedance. The acoustic matching layer 22 can be made of Pyrex glass (Pyrex is a registered trademark) that easily transmits ultrasonic waves, epoxy resin containing metal powder, or the like. Further, it is desirable to provide an acoustic lens material 23 such as silicone rubber on the surface of the housing 21 also to protect the ultrasonic detecting element. Further, it is desirable that the space between the adjacent optical fibers is filled with the sound absorbing material 24 in order to reduce the crosstalk of the ultrasonic waves. As the sound absorbing material 24, epoxy resin containing metal powder, rubber containing ferrite powder, or the like is suitable. The optical fiber array 13 is hardened with the resin 25 except for the vicinity of the portion where the ultrasonic detection element is provided.

【0058】また、図17に示すように、ブラッググレ
ーティング構造を有する光導波路を含む超音波検出素子
を2次元に配置するためには、該光導波路が形成されて
いる複数個の基板55を並列に固定すれば良い。このと
き、それぞれの基板を吸音材24等を介して配列しても
良い。
As shown in FIG. 17, in order to two-dimensionally arrange an ultrasonic detecting element including an optical waveguide having a Bragg grating structure, a plurality of substrates 55 on which the optical waveguide is formed are connected in parallel. Should be fixed to At this time, the respective substrates may be arranged via the sound absorbing material 24 or the like.

【0059】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18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、以上述べたような超音
波受信装置を超音波検出部(センサ)として用い、超音
波送信部を別途設けている。図18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30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40を含んでいる。超音波送信部40は、P
ZTやPVDF等の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検出部(セ
ンサ)50に受信される。センサ50は、光ファイバア
レイ及び超音波検出素子等を含む。
Next, an ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this ultrasonic diagnostic apparatus, the above-described ultrasonic receiving apparatus is used as an ultrasonic detecting section (sensor), and an ultrasonic transmitting section is separately provided. As shown in FIG. 18, the ultrasonic diagnostic apparatus includes a driving signal generating circuit 30 that generates a driving signal, and an ultrasonic transmitting unit 40 that transmits an ultrasonic wave based on the driving signal. The ultrasonic transmission unit 40
It is composed of a vibrator or a probe (one-dimensional array) using a piezoelectric element such as ZT or PVDF. The ultrasonic waves transmitted toward the subject are reflected from the subject and received by the ultrasonic detecting unit (sensor) 50. The sensor 50 includes an optical fiber array, an ultrasonic detection element, and the like.

【0060】また、この超音波診断装置は、先に説明し
たような光源11と、分波器12と、結像系15と、光
検出器16とを含んでいる。光検出器16から出力され
る検出信号は、信号処理手段60に含まれる信号処理部
61に入力され、さらに、A/D変換器62においてデ
ィジタル信号に変換される。
The ultrasonic diagnostic apparatus includes the light source 11, the duplexer 12, the imaging system 15, and the photodetector 16 as described above. The detection signal output from the photodetector 16 is input to a signal processing unit 61 included in the signal processing unit 60, and is further converted into a digital signal by an A / D converter 62.

【0061】A/D変換器62には1次記憶部80が接
続されており、取得された複数枚の面データが1次記憶
部80に記憶される。それらのデータに基づいて、画像
処理部90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100に表示
される。さらに、画像処理部90において処理されたデ
ータは、2次記憶部110に記憶される。
A primary storage unit 80 is connected to the A / D converter 62, and the acquired plural pieces of surface data are stored in the primary storage unit 80. The image processing unit 90 reconstructs two-dimensional data or three-dimensional data based on the data. The reconstructed data undergoes processing such as interpolation, response modulation processing, and gradation processing, and is displayed on the image display unit 100. Further, the data processed by the image processing unit 90 is stored in the secondary storage unit 110.

【0062】タイミングコントロール部70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30を制御すると共に、送信時刻から一定時間経過後
に、光検出器16から出力される検出信号を取り込むよ
うに信号処理部61を制御する。ここで、駆動信号発生
回路30及び超音波送信部40における超音波の送信方
法には、以下に述べる3種類が考えられ、これに応じ
て、信号処理部61におけるデータ取り込み時刻やデー
タの内容が変わって来る。
The timing control section 70 controls the drive signal generation circuit 30 so as to generate a drive signal at a predetermined timing, and takes in a detection signal output from the photodetector 16 after a lapse of a predetermined time from the transmission time. The signal processing unit 61 is controlled as described above. Here, the following three types of transmission methods of the ultrasonic wave in the drive signal generation circuit 30 and the ultrasonic transmission unit 40 can be considered, and the data acquisition time and the data content in the signal processing unit 61 are changed accordingly. It's changing.

【0063】(1)超音波をペンシルビーム状に絞り込
んで送信する場合 図19に示すように、超音波送信部40により送信波を
空間的にペンシルビーム状に絞り込み、被検体をある面
内で2次元的にスキャンして、センサ50において送信
から一定時間経過後に検出信号を取り込むようにすれ
ば、その面上の各ポイントにおける情報を取得できる。
この動作を、センサ50から一定の深度に存在する断面
内で行えば、一定の深度の断面情報を取得できる。この
工程を、各ペンシルビーム位置において取り込み時間を
変えながら繰り返せば、深度の異なる複数の断面像を取
得することができる。このようにして得られたサンプル
データは、送信・受信共に焦点の合ったものであり、そ
のまま3次元データとして表示し得るものになる。
(1) A case where an ultrasonic wave is narrowed down into a pencil beam and transmitted, as shown in FIG. 19, a transmission wave is narrowed down spatially into a pencil beam by an ultrasonic wave transmitting unit 40, and an object is focused on a certain plane. If the sensor 50 scans two-dimensionally and takes in a detection signal after a lapse of a predetermined time from transmission, information at each point on the surface can be obtained.
If this operation is performed within a section existing at a certain depth from the sensor 50, cross-section information at a certain depth can be obtained. By repeating this process while changing the capturing time at each pencil beam position, a plurality of cross-sectional images having different depths can be obtained. The sample data thus obtained is focused on both transmission and reception and can be displayed as it is as three-dimensional data.

【0064】(2)超音波を面状に絞り込んで送信する
場合 また、図20に示すように、超音波送信部40から発生
される送信波を音響レンズを用いて面状に絞り込み、セ
ンサ50において送信から一定時間経過後に検出信号を
取り込むようにすれば、ある深度における1次元の線情
報をまとめて取得できる。ただし、各点の情報には、超
音波が印加された領域における他の点の情報も混じるこ
とになるので、取り込み時刻のずれた検出信号をもとに
波面合成(いわゆる開口合成)して、焦点の合ったデー
タを再構成することにより表示画像を得る必要がある。
(2) When Ultrasonic Waves are Narrowed down and Transmitted As shown in FIG. 20, the transmission wave generated from the ultrasonic wave transmitting section 40 is narrowed down into a planar shape using an acoustic lens, and If a detection signal is taken in after a predetermined time has elapsed from the transmission, one-dimensional line information at a certain depth can be acquired collectively. However, since the information of each point also contains information of other points in the region where the ultrasonic wave is applied, the wavefront synthesis (so-called aperture synthesis) is performed based on the detection signal whose capture time is shifted. It is necessary to obtain a display image by reconstructing the focused data.

【0065】(3)超音波を平面波として送信する場合 さらに、図21に示すように、超音波送信部40により
送信波を平面波として送信し、センサ50において送信
から一定時間経過後に検出信号を取り込むようにすれ
ば、ある深度における2次元の面情報をまとめて取得で
きる。この工程を取り込み時間を変えながら繰り返せ
ば、深度の異なる複数の断面像を取得することができ
る。ただし、各点の情報には、超音波が印加された領域
における他の点の情報も混じることになるので、取り込
み時刻のずれた検出信号をもとに波面合成(いわゆる開
口合成)して、焦点の合ったデータを再構成することに
より表示画像を得る必要がある。
(3) Transmission of Ultrasonic Wave as Plane Wave Further, as shown in FIG. 21, the ultrasonic wave transmitting section 40 transmits a transmission wave as a plane wave, and the sensor 50 takes in a detection signal after a lapse of a predetermined time from the transmission. By doing so, it is possible to collectively acquire two-dimensional surface information at a certain depth. If this step is repeated while changing the capturing time, a plurality of cross-sectional images having different depths can be obtained. However, since the information of each point also contains information of other points in the region where the ultrasonic wave is applied, the wavefront synthesis (so-called aperture synthesis) is performed based on the detection signal whose capture time is shifted. It is necessary to obtain a display image by reconstructing the focused data.

【0066】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22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
置によって構成される超音波検出部50を超音波送信手
段40と組み合わせて、超音波送受信部120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。
Next, an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the ultrasonic detecting section 50 constituted by the ultrasonic receiving apparatus as described above is used as the ultrasonic transmitting / receiving section 120 in combination with the ultrasonic transmitting section 40. Other points are the same as those of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、超音
波の1次元又は2次元における検出に光を用いるので、
多数の微細素子への電気的配線の必要がなく、クロスト
ークや電気的インピーダンスの増大を招かない。従っ
て、製作が容易で、SN比の良好な超音波受信装置や超
音波受信装置、並びにそれらを用いた超音波診断装置を
実現することが可能である。
As described above, according to the present invention, light is used for one-dimensional or two-dimensional detection of ultrasonic waves.
There is no need for electrical wiring to a large number of microelements, and there is no increase in crosstalk or electrical impedance. Therefore, it is possible to realize an ultrasonic receiving apparatus and an ultrasonic receiving apparatus which are easy to manufacture and have a good SN ratio, and an ultrasonic diagnostic apparatus using them.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る超音波受信装置
を原理的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing in principle an ultrasonic receiving apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態に係る超音波受信装置
を原理的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating in principle an ultrasonic receiving apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施形態に係る超音波受信装置
における超音波検出素子の反射特性の例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a reflection characteristic of an ultrasonic detecting element in an ultrasonic receiving device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施形態に係る超音波受信装置
の一部を原理的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing in principle a part of an ultrasonic receiving apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施形態に係る超音波受信装置
を原理的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram conceptually showing an ultrasonic receiving apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施形態に係る超音波受信装置
を原理的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram conceptually showing an ultrasonic receiving apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】図6に示す超音波検出部の構造を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a structure of an ultrasonic detection unit illustrated in FIG. 6;

【図8】図6に示す分波器の構造を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the structure of the duplexer shown in FIG.

【図9】本発明の第6の実施形態に係る超音波受信装置
を原理的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram conceptually showing an ultrasonic receiving apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施形態において用いるAS
E光源を原理的に示す図である。
FIG. 10 shows an AS used in the sixth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows E light source in principle.

【図11】図10のASE光源が発生する自然放出光の
スペクトルを示す図である。
11 is a diagram showing a spectrum of spontaneous emission light generated by the ASE light source of FIG.

【図12】本発明の第6の実施形態において用いる狭帯
域フィルタの出力光のスペクトルを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a spectrum of output light of a narrow band filter used in a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6の実施形態における超音波検出
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。
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship (initial state) between incident light and reflection characteristics of an ultrasonic detection element according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6の実施形態における超音波検出
素子の入射光と反射特性との関係(温度上昇後)を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship (after a temperature rise) between incident light and a reflection characteristic of an ultrasonic detection element according to a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第7の実施形態に係る超音波受信装
置の一部を原理的に示す図である。
FIG. 15 is a view principally showing a part of an ultrasonic receiving apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図16】図16の(a)〜図16の(c)は、本発明
に係る超音波受信装置に含まれる超音波用探触子の構造
を示す図である。
FIGS. 16 (a) to 16 (c) are diagrams showing the structure of an ultrasonic probe included in the ultrasonic receiving apparatus according to the present invention.

【図17】本発明に係る超音波受信装置に含まれる超音
波用探触子の構造を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a structure of an ultrasonic probe included in the ultrasonic receiving apparatus according to the present invention.

【図18】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。
FIG. 18 is a block diagram showing an ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図19】超音波をペンシルビーム状に絞り込んで送信
する場合の検出方法を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining a detection method in a case where ultrasonic waves are narrowed down into a pencil beam and transmitted.

【図20】超音波を面状に絞り込んで送信する場合の検
出方法を説明するための図である。
FIG. 20 is a diagram for describing a detection method in a case where ultrasonic waves are narrowed down and transmitted in a planar shape.

【図21】超音波を平面波として送信する場合の検出方
法を説明するための図である。
FIG. 21 is a diagram for explaining a detection method when transmitting an ultrasonic wave as a plane wave.

【図22】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。
FIG. 22 is a block diagram illustrating an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 光増幅器 8 広帯域光源(ブロードバンド光源) 9 ASE光源 10、12、41 分波器 11 光源 13、20 光ファイバアレイ 13a、13b、・・・ 光ファイバ 14、17、18 超音波検出素子 14a、14b、・・・ ファブリーペロー共振器(F
PR) 15 結像系 16、16a、16b、・・・ 光検出器 17a、17b、・・・ ブラッググレーティング部
(FBG) 19 狭帯域フィルタ 21 ハウジング 22 音響整合層 23 音響レンズ材 24 吸音材 25 樹脂 30 駆動信号発生回路 40 超音波送信部 50 超音波検出部(センサ) 51a、51b、・・・、53、53a、53b、・・
・ 光導波路 52a、52b、・・・ ブラッググレーティング部 54a、54b、・・・ 空隙 55 基板 56〜58、59a、59b、・・・、94 光ファイ
バ 60 信号処理手段 61 信号処理部 62 A/D変換器 70 タイミングコントロール部 71 入力導波路 72 入力側スラブ導波路 73a、73b、・・・ 出力導波路 74 出力側スラブ導波路 75a、75b、・・・ アレイ導波路 80 1次記憶部 90 画像処理部 91 レンズ 92 ファイバブラッググレーティング(FBG) 93 レーザ発振器 94 光ファイバ 100 画像表示部 110 2次記憶部 113 光サーキュレータ 120 超音波送受信部
1, 2 Optical amplifier 8 Broadband light source (broadband light source) 9 ASE light source 10, 12, 41 Demultiplexer 11 Light source 13, 20 Optical fiber array 13a, 13b, ... Optical fiber 14, 17, 18 Ultrasonic detection element 14a , 14b, ... Fabry-Perot resonator (F
PR) 15 Imaging system 16, 16a, 16b,... Photodetector 17a, 17b,... Bragg grating (FBG) 19 Narrow band filter 21 Housing 22 Acoustic matching layer 23 Acoustic lens material 24 Sound absorbing material 25 Resin 30 drive signal generation circuit 40 ultrasonic transmission section 50 ultrasonic detection section (sensor) 51a, 51b, ..., 53, 53a, 53b, ...
Optical waveguides 52a, 52b,... Bragg gratings 54a, 54b,... Air gap 55 Substrates 56 to 58, 59a, 59b,. Converter 70 Timing control unit 71 Input waveguide 72 Input side slab waveguide 73a, 73b,... Output waveguide 74 Output side slab waveguide 75a, 75b,... Array waveguide 80 Primary storage unit 90 Image processing Unit 91 lens 92 fiber Bragg grating (FBG) 93 laser oscillator 94 optical fiber 100 image display unit 110 secondary storage unit 113 optical circulator 120 ultrasonic transmission / reception unit

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Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の端部から光が入射される複数の光
伝送路を含む光伝送路アレイと、 前記複数の光伝送路の第2の端部に形成され、印加され
る超音波に基づいて、それぞれの光伝送路を通して入射
された光を変調する複数の超音波検出素子と、を具備す
る超音波用探触子。
1. An optical transmission line array including a plurality of optical transmission lines into which light is incident from a first end, and an ultrasonic wave formed and applied at a second end of the plurality of optical transmission lines. And a plurality of ultrasonic detecting elements for modulating light incident through each of the optical transmission paths based on the above.
【請求項2】 前記光伝送路アレイが、複数の光ファイ
バを有する光ファイバアレイを含む、請求項1記載の超
音波用探触子。
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the optical transmission line array includes an optical fiber array having a plurality of optical fibers.
【請求項3】 前記光ファイバが、シングルモードファ
イバである、請求項2記載の超音波用探触子。
3. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the optical fiber is a single mode fiber.
【請求項4】 前記光伝送路アレイが、基板上に形成さ
れた複数の光導波路を含む、請求項1記載の超音波用探
触子。
4. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein said optical transmission line array includes a plurality of optical waveguides formed on a substrate.
【請求項5】 前記複数の超音波検出素子の各々が、フ
ァブリーペロー共振器構造を有する、請求項1〜4のい
ずれか1項記載の超音波用探触子。
5. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein each of the plurality of ultrasonic detection elements has a Fabry-Perot resonator structure.
【請求項6】 前記複数の超音波検出素子の各々が、ブ
ラッググレーティング構造を有する、請求項1〜4のい
ずれか1項記載の超音波用探触子。
6. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein each of the plurality of ultrasonic detection elements has a Bragg grating structure.
【請求項7】 前記複数の超音波検出素子の各々が、フ
ァブリーペロー共振器構造と、ブラッググレーティング
構造との両方を有する、請求項1〜4のいずれか1項記
載の超音波用探触子。
7. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein each of the plurality of ultrasonic detection elements has both a Fabry-Perot resonator structure and a Bragg grating structure. .
【請求項8】 前記超音波検出素子に含まれる超音波有
感部が、該超音波有感部を伝搬する超音波の波長の3/
4以下の長さを有する、請求項1〜7のいずれか1項記
載の超音波用探触子。
8. An ultrasonic sensitive part included in the ultrasonic detection element, wherein the ultrasonic sensitive part is 3/3 of the wavelength of the ultrasonic wave propagating through the ultrasonic sensitive part.
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 7, having a length of 4 or less.
【請求項9】 音響整合層と、音響レンズと、吸音材と
の内の少なくとも1つをさらに具備する請求項1〜8の
いずれか1項記載の超音波用探触子。
9. The ultrasonic probe according to claim 1, further comprising at least one of an acoustic matching layer, an acoustic lens, and a sound absorbing material.
【請求項10】 2次元状に配列され、印加される超音
波に基づいて光を変調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出力される光を検出する
光検出器と、 を具備する超音波受信装置。
10. A plurality of ultrasonic detecting elements arranged two-dimensionally and modulating light based on applied ultrasonic waves, and a photodetector detecting light output from the plural ultrasonic detecting elements. An ultrasonic receiving device comprising:
【請求項11】 前記超音波受信装置が、光が入射され
る第1の端部と、前記超音波検出素子が形成された第2
の端部とを有する複数の光ファイバを含む光ファイバア
レイをさらに具備する、請求項10記載の超音波受信装
置。
11. The ultrasonic receiving apparatus, comprising: a first end on which light is incident; and a second end on which the ultrasonic detecting element is formed.
The ultrasonic receiving apparatus according to claim 10, further comprising an optical fiber array including a plurality of optical fibers each having an end.
【請求項12】 前記超音波受信装置が、基板上に形成
され、光が入射される第1の端部と、前記超音波検出素
子が形成された第2の端部とを有する複数の光導波路を
さらに具備する、請求項10記載の超音波受信装置。
12. A plurality of optical waveguides, wherein the ultrasonic receiving device is formed on a substrate and has a first end on which light is incident and a second end on which the ultrasonic detecting element is formed. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 10, further comprising a wave path.
【請求項13】 光源から発生した光を増幅して前記複
数の超音波検出素子に入射する光増幅器を具備する請求
項10〜12のいずれか1項記載の超音波受信装置。
13. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 10, further comprising an optical amplifier that amplifies light generated from a light source and enters the plurality of ultrasonic detecting elements.
【請求項14】 前記複数の超音波検出素子から出力さ
れる光を増幅して前記光検出器に入射する光増幅器を具
備する請求項10〜13のいずれか1項記載の超音波受
信装置。
14. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 10, further comprising an optical amplifier that amplifies light output from the plurality of ultrasonic detecting elements and makes the light incident on the photodetector.
【請求項15】 500〜1600nmの波長を有する
シングルモードレーザ光を発生する光源を具備する請求
項10〜14のいずれか1項記載の超音波受信装置。
15. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 10, further comprising a light source that generates a single mode laser light having a wavelength of 500 to 1600 nm.
【請求項16】 前記複数の超音波検出素子の各々が、
ファブリーペロー共振器構造を有する、請求項10〜1
5のいずれか1項記載の超音波受信装置。
16. Each of the plurality of ultrasonic detection elements includes:
10. A Fabry-Perot resonator structure.
The ultrasonic receiver according to any one of claims 5 to 10.
【請求項17】 前記複数の超音波検出素子の各々が、
ブラッググレーティング構造を有する、請求項10〜1
5のいずれか1項記載の超音波受信装置。
17. Each of the plurality of ultrasonic detection elements,
2. The device has a Bragg grating structure. 3.
The ultrasonic receiver according to any one of claims 5 to 10.
【請求項18】 前記複数の超音波検出素子の各々が、
ファブリーペロー共振器構造と、ブラッググレーティン
グ構造との両方を有する、請求項10〜15のいずれか
1項記載の超音波受信装置。
18. Each of the plurality of ultrasonic detection elements includes:
The ultrasonic receiving apparatus according to any one of claims 10 to 15, having both a Fabry-Perot resonator structure and a Bragg grating structure.
【請求項19】 ブロードバンド光源と、 前記ブロードバンド光源から発生した光を狭帯域化する
狭帯域化フィルタと、を具備する請求項10〜18のい
ずれか1項記載の超音波受信装置。
19. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 10, further comprising: a broadband light source; and a narrow-band filter configured to narrow a band of light generated from the broadband light source.
【請求項20】 前記ブロードバンド光源が、増幅され
た自然放出光を放出するASE(Amplified
Spontaneous Emission)光源であ
る、請求項19記載の超音波受信装置。
20. The ASE (Amplified) wherein the broadband light source emits amplified spontaneous emission light.
20. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 19, wherein the ultrasonic receiving apparatus is a Spontaneous Emission light source.
【請求項21】 前記狭帯域化フィルタが、前記複数の
超音波検出素子のブラッググレーティング構造と同一の
材料で構成されたブラッググレーティング構造を有し、 前記狭帯域化フィルタのブラッググレーティング構造と
前記複数の超音波検出素子のブラッググレーティング構
造とが、熱的に結合している、請求項20記載の超音波
受信装置。
21. The band-narrowing filter has a Bragg grating structure made of the same material as the Bragg grating structure of the plurality of ultrasonic detection elements; 21. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 20, wherein said ultrasonic detecting element is thermally coupled to the Bragg grating structure.
【請求項22】 前記光検出器が、CCD又は複数のフ
ォトダイオードを含む、請求項10〜21のいずれか1
項記載の超音波受信装置。
22. The method according to claim 10, wherein the light detector includes a CCD or a plurality of photodiodes.
Item 7. The ultrasonic receiving device according to Item 1.
【請求項23】 音響整合層と、音響レンズと、吸音材
との内の少なくとも1つを具備する請求項10〜22の
いずれか1項記載の超音波受信装置。
23. The ultrasonic receiving apparatus according to claim 10, further comprising at least one of an acoustic matching layer, an acoustic lens, and a sound absorbing material.
【請求項24】 超音波を送信するための駆動信号を発
生する駆動信号発生回路と、 前記駆動信号発生回路から出力される駆動信号に基づい
て被検体に向けて超音波を送信する超音波送信部と、 印加される超音波に基づいて光を変調する複数の超音波
検出素子を含む超音波検出部と、 前記超音波検出部から出力される光を検出して検出信号
を発生する光検出器と、 前記光検出器から出力される検出信号を処理する信号処
理手段と、 前記駆動信号発生回路の送信タイミング及び前記信号処
理手段の受信タイミングを制御する制御手段と、を具備
する超音波診断装置。
24. A drive signal generation circuit for generating a drive signal for transmitting an ultrasonic wave, and an ultrasonic transmission for transmitting an ultrasonic wave toward a subject based on the drive signal output from the drive signal generation circuit An ultrasonic detection unit including a plurality of ultrasonic detection elements that modulate light based on an applied ultrasonic wave; and a light detection unit that detects light output from the ultrasonic detection unit and generates a detection signal. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a detector; signal processing means for processing a detection signal output from the photodetector; and control means for controlling a transmission timing of the drive signal generation circuit and a reception timing of the signal processing means. apparatus.
【請求項25】 前記超音波検出部が、第1の端部から
光が入射される複数の光伝送路を含む光伝送路アレイ
と、前記複数の光伝送路の第2の端部に形成された複数
の超音波検出素子とを有し、被検体から反射される超音
波に基づいて、それぞれの光伝送路を通して入射された
光を変調する、請求項24記載の超音波診断装置。
25. An ultrasonic transmission unit comprising: an optical transmission line array including a plurality of optical transmission lines to which light is incident from a first end; and a second end of the plurality of optical transmission lines. 26. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 24, further comprising: a plurality of ultrasonic detection elements that are configured to modulate light incident through the respective optical transmission paths based on ultrasonic waves reflected from the subject.
【請求項26】 前記超音波検出部が、2次元状に配列
された複数の超音波検出素子を有し、被検体から反射さ
れる超音波に基づいて光を変調する、請求項24又は2
5記載の超音波診断装置。
26. The ultrasonic detector according to claim 24, wherein the ultrasonic detector has a plurality of ultrasonic detecting elements arranged two-dimensionally, and modulates light based on ultrasonic waves reflected from the subject.
5. The ultrasonic diagnostic apparatus according to 5.
【請求項27】 光源から発生した光を増幅して前記複
数の超音波検出素子に入射する光増幅器を具備する請求
項24〜26のいずれか1項記載の超音波診断装置。
27. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 24, further comprising an optical amplifier that amplifies light generated from a light source and enters the plurality of ultrasonic detecting elements.
【請求項28】 前記複数の超音波検出素子から出力さ
れる光を増幅して前記光検出器に入射する光増幅器を具
備する請求項24〜27のいずれか1項記載の超音波診
断装置。
28. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 24, further comprising an optical amplifier that amplifies light output from the plurality of ultrasonic detection elements and makes the light incident on the photodetector.
【請求項29】 前記複数の超音波検出素子の各々が、
ブラッググレーティング構造を有し、 増幅された自然放出光を放出するASE(Amplif
ied Spontaneous Emission)
光源と、 前記複数の超音波検出素子のブラッググレーティング構
造と同一の材料で構成されたブラッググレーティング構
造を有し、前記ASE光源から発生した光を狭帯域化す
る狭帯域化フィルタと、 をさらに具備し、前記狭帯域化フィルタのブラッググレ
ーティング構造と前記複数の超音波検出素子のブラッグ
グレーティング構造とが、熱的に結合している、請求項
24〜28のいずれか1項記載の超音波診断装置。
29. Each of the plurality of ultrasonic detection elements,
ASE (Amplif) having a Bragg grating structure and emitting amplified spontaneous emission light
ied Spontaneous Emission)
A light source; and a narrow-band filter that has a Bragg grating structure made of the same material as the Bragg grating structure of the plurality of ultrasonic detection elements, and narrows a band of light generated from the ASE light source. The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 24 to 28, wherein a Bragg grating structure of the narrow band filter and a Bragg grating structure of the plurality of ultrasonic detection elements are thermally coupled. .
【請求項30】 前記超音波送信部と前記超音波検出部
とが、組み合わされて超音波送受信部を構成する、請求
項24〜29のいずれか1項記載の超音波診断装置。
30. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 24, wherein the ultrasonic transmitting unit and the ultrasonic detecting unit are combined to form an ultrasonic transmitting / receiving unit.
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