JP2003093383A - 超音波受信装置及びそれを用いた超音波診断装置 - Google Patents
超音波受信装置及びそれを用いた超音波診断装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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
ずに超音波信号を２次元的に検出することができ、且
つ、低コストで作製することができる超音波受信装置等
を提供する。 【解決手段】 この超音波受信装置は、超音波を受信す
るための受信面を有し、該受信面の各位置に印加される
超音波に基づいて光を変調する超音波検出素子と、複数
の画素を有する光検出器であって、超音波検出素子の対
応する位置から出力される光を検出する光検出器とを具
備する。
く、クロストークや電気的インピーダンスの増大を招か
ずに超音波信号を２次元的に検出することができ、且
つ、低コストで作製することができる超音波受信装置等
を提供する。 【解決手段】 この超音波受信装置は、超音波を受信す
るための受信面を有し、該受信面の各位置に印加される
超音波に基づいて光を変調する超音波検出素子と、複数
の画素を有する光検出器であって、超音波検出素子の対
応する位置から出力される光を検出する光検出器とを具
備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を受信する
超音波受信装置に関し、さらに、そのような超音波受信
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。
超音波受信装置に関し、さらに、そのような超音波受信
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。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波診断装置においては、超音
波の送信手段及び受信手段には同じ方式を用いており、
超音波の送信及び受信を行う素子（振動子）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（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙ
ｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素
子を用いた１次元センサアレイが一般的であった。さら
に、そのような１次元センサアレイをスキャンさせるこ
とにより２次元画像を取得し、複数の２次元画像を合成
することにより３次元画像を得ていた。
波の送信手段及び受信手段には同じ方式を用いており、
超音波の送信及び受信を行う素子（振動子）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（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙ
ｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素
子を用いた１次元センサアレイが一般的であった。さら
に、そのような１次元センサアレイをスキャンさせるこ
とにより２次元画像を取得し、複数の２次元画像を合成
することにより３次元画像を得ていた。
【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、超音波
診断装置を用いて超音波エコー観察等を行う場合のよう
に、生体を対象とする被写体には適していない。
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、超音波
診断装置を用いて超音波エコー観察等を行う場合のよう
に、生体を対象とする被写体には適していない。
【０００４】超音波を用いて高品位な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次元画像を取得できる２次元センサアレイが必要であ
る。このため、上記ＰＺＴやＰＶＤＦを用いて２次元セ
ンサアレイを作製する手法が検討された。上記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。
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次元画像を取得できる２次元センサアレイが必要であ
る。このため、上記ＰＺＴやＰＶＤＦを用いて２次元セ
ンサアレイを作製する手法が検討された。上記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。
【０００５】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、超音波信号
を光信号に変換して検出する方式（以下、光検出方式と
いう）のセンサも知られている。このような光検出方式
の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ＴＡＫＡＨ
ＡＳＨＩらによる「Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇ
ｇ Ｇｒａｔｉｎｇ」ＯＰＴＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ
Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．６ （１９９７）ｐ．６９１−６９
４参照）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「Ｆａｂｒ
ｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏ
ｆ ａＦｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｂ
ｅ ｆｏｒ Ｍｅｇａｈｅｒｔｚ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉ
ｃ Ｆｉｅｌｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」Ｔ．ＩＥ
Ｅ Ｊａｐａｎ， Ｖｏｌ．１１８−Ｅ，Ｎｏ．１
１，’９８参照）が報告されている。
超音波センサとして、光ファイバを利用し、超音波信号
を光信号に変換して検出する方式（以下、光検出方式と
いう）のセンサも知られている。このような光検出方式
の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ＴＡＫＡＨ
ＡＳＨＩらによる「Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇ
ｇ Ｇｒａｔｉｎｇ」ＯＰＴＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ
Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．６ （１９９７）ｐ．６９１−６９
４参照）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「Ｆａｂｒ
ｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏ
ｆ ａＦｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｂ
ｅ ｆｏｒ Ｍｅｇａｈｅｒｔｚ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉ
ｃ Ｆｉｅｌｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」Ｔ．ＩＥ
Ｅ Ｊａｐａｎ， Ｖｏｌ．１１８−Ｅ，Ｎｏ．１
１，’９８参照）が報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の超音波センサを用いて２次元センサアレイを作製する
と、多数の微細素子への電気的配線が不要で、且つ、良
好な感度が得られるという利点はあるものの、センサ自
体が高価であるため、２次元センサアレイやそれを用い
た超音波受信装置を作製する際のコストが上昇してしま
うという問題があった。
の超音波センサを用いて２次元センサアレイを作製する
と、多数の微細素子への電気的配線が不要で、且つ、良
好な感度が得られるという利点はあるものの、センサ自
体が高価であるため、２次元センサアレイやそれを用い
た超音波受信装置を作製する際のコストが上昇してしま
うという問題があった。
【０００７】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ずに超音波信号を
２次元的に検出することができ、且つ、低コストで作製
することができる超音波受信装置を提供することを目的
とする。さらに、本発明は、そのような超音波受信装置
を適用して２次元又は３次元の超音波画像を得ることが
できる超音波診断装置を提供することを目的とする。
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ずに超音波信号を
２次元的に検出することができ、且つ、低コストで作製
することができる超音波受信装置を提供することを目的
とする。さらに、本発明は、そのような超音波受信装置
を適用して２次元又は３次元の超音波画像を得ることが
できる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、超音波を受信する
ための受信面を有し、該受信面の各位置に印加される超
音波に基づいて光を変調する超音波検出素子と、複数の
画素を有する光検出器であって、超音波検出素子の対応
する位置から出力される光を検出する光検出器とを具備
する。
め、本発明に係る超音波受信装置は、超音波を受信する
ための受信面を有し、該受信面の各位置に印加される超
音波に基づいて光を変調する超音波検出素子と、複数の
画素を有する光検出器であって、超音波検出素子の対応
する位置から出力される光を検出する光検出器とを具備
する。
【０００９】また、本発明に係る超音波診断装置は、駆
動信号に従って超音波を送信する送信手段と、送信手段
に印加する駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、超
音波を受信するための受信面を有し、該受信面の各位置
に印加される超音波に基づいて光を変調する超音波検出
素子と、複数の画素を有する光検出器であって、超音波
検出素子の対応する位置から出力される光を検出して検
出信号を出力する光検出器とを含む受信手段と、受信手
段から出力される検出信号を取り込んで処理する信号処
理手段と、駆動信号の発生タイミング及び検出信号の取
込みタイミングを制御する制御手段と、信号処理手段の
出力信号に基づいて画像データを構成する画像処理部
と、画像データに基づいて画像を表示する画像表示部と
を具備する。
動信号に従って超音波を送信する送信手段と、送信手段
に印加する駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、超
音波を受信するための受信面を有し、該受信面の各位置
に印加される超音波に基づいて光を変調する超音波検出
素子と、複数の画素を有する光検出器であって、超音波
検出素子の対応する位置から出力される光を検出して検
出信号を出力する光検出器とを含む受信手段と、受信手
段から出力される検出信号を取り込んで処理する信号処
理手段と、駆動信号の発生タイミング及び検出信号の取
込みタイミングを制御する制御手段と、信号処理手段の
出力信号に基づいて画像データを構成する画像処理部
と、画像データに基づいて画像を表示する画像表示部と
を具備する。
【００１０】本発明によれば、光検出器の複数の画素に
対応した超音波受信面を有する超音波検出素子を用いる
ことにより、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
ずに超音波を２次元的に検出する超音波受信装置を、低
コストで作製することができる。従って、そのような超
音波受信装置を用いて良質な２次元又は３次元の超音波
画像を得ることができる超音波診断装置を実現できる。
対応した超音波受信面を有する超音波検出素子を用いる
ことにより、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
ずに超音波を２次元的に検出する超音波受信装置を、低
コストで作製することができる。従って、そのような超
音波受信装置を用いて良質な２次元又は３次元の超音波
画像を得ることができる超音波診断装置を実現できる。
【００１１】
【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、本発明の一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、光源１１
と、分波器１２と、超音波検出素子２０と、結像系１５
と、光検出器１６とを含んでいる。光源１１は、例え
ば、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。また、分波器１２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
ー等によって構成され、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。ここ
で、入射光が分波器１２を通過する前に、ビームエキス
パンダー１３によって入射光を拡大しても良い。
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、本発明の一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、光源１１
と、分波器１２と、超音波検出素子２０と、結像系１５
と、光検出器１６とを含んでいる。光源１１は、例え
ば、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。また、分波器１２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
ー等によって構成され、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。ここ
で、入射光が分波器１２を通過する前に、ビームエキス
パンダー１３によって入射光を拡大しても良い。
【００１２】超音波検出素子（多層膜センサ）２０は、
基板２１と、該基板の上に積層された多層膜２２とを含
んでおり、伝搬する超音波によって歪みを生じる受信面
を有する。超音波検出素子２０は、光源１１から分波器
１２を通過して多層膜２２に入射した光を、基板２１に
印加される超音波に基づいて変調して反射する。超音波
検出素子２０から反射された光は、分波器１２によって
反射され、複数の画素を有する光検出器１６に入射す
る。
基板２１と、該基板の上に積層された多層膜２２とを含
んでおり、伝搬する超音波によって歪みを生じる受信面
を有する。超音波検出素子２０は、光源１１から分波器
１２を通過して多層膜２２に入射した光を、基板２１に
印加される超音波に基づいて変調して反射する。超音波
検出素子２０から反射された光は、分波器１２によって
反射され、複数の画素を有する光検出器１６に入射す
る。
【００１３】光検出器１６は、ＣＣＤや、ＭＯＳ型セン
サや、複数のＰＤ（フォトダイオード）等で構成される
２次元アレイ検出器である。光検出器１６は、超音波検
出素子２０の対応する位置から分波器１２を介して入射
した光を複数の画素ごとに検出し、それぞれの画素にお
ける光強度に応じた検出信号を出力する。ここで、反射
光は、直接あるいは光ファイバー等を通して光検出器１
６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、これを介して光検出器
１６に結像するようにしても良い。
サや、複数のＰＤ（フォトダイオード）等で構成される
２次元アレイ検出器である。光検出器１６は、超音波検
出素子２０の対応する位置から分波器１２を介して入射
した光を複数の画素ごとに検出し、それぞれの画素にお
ける光強度に応じた検出信号を出力する。ここで、反射
光は、直接あるいは光ファイバー等を通して光検出器１
６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、これを介して光検出器
１６に結像するようにしても良い。
【００１４】ここで、図２を参照しながら、超音波検出
素子２０の構造及び超音波の検出原理について詳しく説
明する。基板２１は、超音波を受信することによって歪
みを生じる膜状の基板であり、例えば、直径２ｃｍ程度
の円か、それ以上の面積を有している。基板２１には、
異なる屈折率を有する２種類の材料層を交互に積層する
ことにより、ブラッググレーティング構造を有する多層
膜２２が形成されている。図２には、屈折率ｎ1を有す
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。
素子２０の構造及び超音波の検出原理について詳しく説
明する。基板２１は、超音波を受信することによって歪
みを生じる膜状の基板であり、例えば、直径２ｃｍ程度
の円か、それ以上の面積を有している。基板２１には、
異なる屈折率を有する２種類の材料層を交互に積層する
ことにより、ブラッググレーティング構造を有する多層
膜２２が形成されている。図２には、屈折率ｎ1を有す
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。
【００１５】多層膜２２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
件は次の式で表される。ただし、ｍは任意の整数であ
る。 ２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ ・・・（１） ここで、θは入射面から測った入射角であり、θ＝π／
２とすると次の式のようになる。 ２ｄ＝ｍλ ・・・（２） ブラッググレーティングは、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。
ｄとし、入射光の波長をλとすると、ブラッグの反射条
件は次の式で表される。ただし、ｍは任意の整数であ
る。 ２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ ・・・（１） ここで、θは入射面から測った入射角であり、θ＝π／
２とすると次の式のようになる。 ２ｄ＝ｍλ ・・・（２） ブラッググレーティングは、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。
【００１６】超音波検出素子２０に超音波を伝搬させる
と、超音波の伝搬に伴い超音波検出素子２０が歪み、多
層膜２２の面の各位置において周期構造のピッチｄが変
化するので、選択的に反射される光の波長λが変化す
る。ブラッググレーティング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多層膜２２に入射させながら超
音波を加える。すると、受信面の各位置における超音波
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超音波の強度に換算するこ
とにより、超音波の２次元強度分布情報を取得できる。
と、超音波の伝搬に伴い超音波検出素子２０が歪み、多
層膜２２の面の各位置において周期構造のピッチｄが変
化するので、選択的に反射される光の波長λが変化す
る。ブラッググレーティング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多層膜２２に入射させながら超
音波を加える。すると、受信面の各位置における超音波
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超音波の強度に換算するこ
とにより、超音波の２次元強度分布情報を取得できる。
【００１７】基板２１の材料としては、石英ガラス（Ｓ
ｉＯ2）やＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス
等が用いられる。また、材料層Ａ及びＢに用いられる物
質としては、屈折率が互いに１０％以上異なる物質の組
み合わせが望ましい。即ち、ｎ1＜ｎ2のとき、ｎ1×
１．１≦ｎ2を満たす物質を選択する。これは、材料層
Ａと材料層Ｂとの境界面において、高い反射率を得るた
めである。また、材料層Ａ及びＢは、伸縮しやすい物質
であることが望ましい。これは、超音波が印加された際
の感度を高めるためである。このような条件を満たす物
質の組み合わせとして、ＳｉＯ2と酸化チタン（Ｔｉ2Ｏ
3）との組み合わせや、ＳｉＯ2と酸化タンタル（Ｔａ2
Ｏ5）との組み合わせ等が挙げられる。例えば、前者の
場合に、１５２０ｎｍのレーザ光に対するＳｉＯ2の屈
折率は約１．４５、Ｔｉ2Ｏ3の屈折率は約２．０であ
り、これは、屈折率が１０％以上異なるという上記の条
件を十分に満たしている。
ｉＯ2）やＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス
等が用いられる。また、材料層Ａ及びＢに用いられる物
質としては、屈折率が互いに１０％以上異なる物質の組
み合わせが望ましい。即ち、ｎ1＜ｎ2のとき、ｎ1×
１．１≦ｎ2を満たす物質を選択する。これは、材料層
Ａと材料層Ｂとの境界面において、高い反射率を得るた
めである。また、材料層Ａ及びＢは、伸縮しやすい物質
であることが望ましい。これは、超音波が印加された際
の感度を高めるためである。このような条件を満たす物
質の組み合わせとして、ＳｉＯ2と酸化チタン（Ｔｉ2Ｏ
3）との組み合わせや、ＳｉＯ2と酸化タンタル（Ｔａ2
Ｏ5）との組み合わせ等が挙げられる。例えば、前者の
場合に、１５２０ｎｍのレーザ光に対するＳｉＯ2の屈
折率は約１．４５、Ｔｉ2Ｏ3の屈折率は約２．０であ
り、これは、屈折率が１０％以上異なるという上記の条
件を十分に満たしている。
【００１８】材料層Ａ及びＢの層厚（膜厚）は、多層膜
２２に入射する光の波長λの概ね１／４程度であること
が望ましい。ここで、膜厚とは、材料層の屈折率（ｎ）
と材料層の厚さ（ｔ）との積で表される光学距離であ
る。即ち、ｎｔ＝λ／４が条件となる。これにより、多
層膜２２の周期構造のピッチが入射光の波長の概ね１／
２程度となり、ブラッグの反射条件の式（２）を満たす
波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光を透過さ
せるようになる。或いは、層厚λ／４を有する材料層Ａ
及びＢを交互に積層し、所々に層厚λ／２を有する材料
層Ａ又はＢのいずれか一方を積層しても良い。
２２に入射する光の波長λの概ね１／４程度であること
が望ましい。ここで、膜厚とは、材料層の屈折率（ｎ）
と材料層の厚さ（ｔ）との積で表される光学距離であ
る。即ち、ｎｔ＝λ／４が条件となる。これにより、多
層膜２２の周期構造のピッチが入射光の波長の概ね１／
２程度となり、ブラッグの反射条件の式（２）を満たす
波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光を透過さ
せるようになる。或いは、層厚λ／４を有する材料層Ａ
及びＢを交互に積層し、所々に層厚λ／２を有する材料
層Ａ又はＢのいずれか一方を積層しても良い。
【００１９】このような材料層Ａ及びＢが、基板２１上
に、真空蒸着やスパッタリング等の方法によって多層
（例えば、各１００層）形成されている。ここで、基板
にＳｉＯ2、材料層にＳｉＯ2及びＴｉ2Ｏ3を用いて層数
を各層１００層ずつ、計２００層として作製した多層膜
センサを用い、レーザ光を入射するシミュレーションを
行ったところ、次のような結果が得られた。即ち、入射
光の波長の変化に対する反射率の傾斜は、反射率２５％
において、２．８ｄＢ／０．０１ｎｍであった。このよ
うに、多層膜２２の層数を増やすことにより、反射率が
高くなると共に、波長の変化に対して反射率は急峻な変
化を示すようになり、超音波検出素子２０の感度を上げ
ることができる。
に、真空蒸着やスパッタリング等の方法によって多層
（例えば、各１００層）形成されている。ここで、基板
にＳｉＯ2、材料層にＳｉＯ2及びＴｉ2Ｏ3を用いて層数
を各層１００層ずつ、計２００層として作製した多層膜
センサを用い、レーザ光を入射するシミュレーションを
行ったところ、次のような結果が得られた。即ち、入射
光の波長の変化に対する反射率の傾斜は、反射率２５％
において、２．８ｄＢ／０．０１ｎｍであった。このよ
うに、多層膜２２の層数を増やすことにより、反射率が
高くなると共に、波長の変化に対して反射率は急峻な変
化を示すようになり、超音波検出素子２０の感度を上げ
ることができる。
【００２０】次に、図３を参照しながら、本実施形態の
変形例について説明する。この超音波受信装置は、図１
に示す超音波受信装置に、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、若しくは、ビームエ
キスパンダー１３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１
５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。
変形例について説明する。この超音波受信装置は、図１
に示す超音波受信装置に、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、若しくは、ビームエ
キスパンダー１３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１
５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。
【００２１】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。
（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。
【００２２】このような光増幅器を、光源１１と超音波
検出素子２０との間に配置した場合には、超音波検出素
子２０に入射する入射光の強度が増幅される。また、光
増幅器を超音波検出素子２０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２０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。
検出素子２０との間に配置した場合には、超音波検出素
子２０に入射する入射光の強度が増幅される。また、光
増幅器を超音波検出素子２０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２０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。
【００２３】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。
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。
【００２４】次に、図４及び図５を参照しながら、本実
施形態の別の変形例について説明する。図４に示す超音
波受信装置は、図１に示す超音波受信装置の光源を変更
したものである。即ち、図４に示す例においては、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ている。
施形態の別の変形例について説明する。図４に示す超音
波受信装置は、図１に示す超音波受信装置の光源を変更
したものである。即ち、図４に示す例においては、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ている。
【００２５】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
源や、ブロードバンドファイバ光源を用いることができ
る。図４においては、ブロードバンド光源として、ＡＳ
Ｅ光源１７を使用している。ＡＳＥ光源１７は、広帯域
光増幅器（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉ
ｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）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．８
２、Ｎｏ．７、ｐ．７１８〜７２４、１９９９年７月）
を参照されたい。
幅された自然放出光を放出するＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉ
ｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光
源や、ブロードバンドファイバ光源を用いることができ
る。図４においては、ブロードバンド光源として、ＡＳ
Ｅ光源１７を使用している。ＡＳＥ光源１７は、広帯域
光増幅器（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉ
ｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）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．８
２、Ｎｏ．７、ｐ．７１８〜７２４、１９９９年７月）
を参照されたい。
【００２６】ここで、図５を参照すると、図５は、図４
のＡＳＥ光源１７を原理的に示している。ＡＳＥ光源１
７は、光増幅用の光ファイバ４を含んでいる。光ファイ
バ４の一方の端部にはレンズ５が取り付けられており、
他方の端部には励起光反射用のブラッググレーティング
部６が形成されている。レンズ５の図中左側には、レー
ザ発振器７が励起光源として配置されている。レーザ発
振器７において発生した光は、レンズ５を介して光ファ
イバ４に入射し増幅され、増幅された光の一部は、自然
放出光としてブラッググレーティング部６を透過する。
のＡＳＥ光源１７を原理的に示している。ＡＳＥ光源１
７は、光増幅用の光ファイバ４を含んでいる。光ファイ
バ４の一方の端部にはレンズ５が取り付けられており、
他方の端部には励起光反射用のブラッググレーティング
部６が形成されている。レンズ５の図中左側には、レー
ザ発振器７が励起光源として配置されている。レーザ発
振器７において発生した光は、レンズ５を介して光ファ
イバ４に入射し増幅され、増幅された光の一部は、自然
放出光としてブラッググレーティング部６を透過する。
【００２７】再び図４を参照すると、ＡＳＥ光源１７が
発生した光は、分波器１４に入射する。分波器１４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。図４おいては、分波器
１４としてハーフミラーを用いているが、この他、光サ
ーキュレータや偏光ビームスプリッタを用いても良い。
発生した光は、分波器１４に入射する。分波器１４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。図４おいては、分波器
１４としてハーフミラーを用いているが、この他、光サ
ーキュレータや偏光ビームスプリッタを用いても良い。
【００２８】ＡＳＥ光源１７を出た光が分波器１４を通
過する方向（図の下側）には、超音波検出素子２０と同
じ材料で構成される狭帯域フィルタ２３が設けられてい
る。狭帯域フィルタ２３に入射した光は、狭帯域フィル
タ２３に含まれるブラッググレーティング構造を有する
多層膜によって反射され、再び分波器１４に入射する。
ＡＳＥ光源１７から発生した自然放出光は、狭帯域フィ
ルタ２３を通過することにより、狭帯域化される。
過する方向（図の下側）には、超音波検出素子２０と同
じ材料で構成される狭帯域フィルタ２３が設けられてい
る。狭帯域フィルタ２３に入射した光は、狭帯域フィル
タ２３に含まれるブラッググレーティング構造を有する
多層膜によって反射され、再び分波器１４に入射する。
ＡＳＥ光源１７から発生した自然放出光は、狭帯域フィ
ルタ２３を通過することにより、狭帯域化される。
【００２９】狭帯域フィルタ２３によって反射された光
は、再び分波器１４に入射し、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、超音波検
出素子２０に入射し、変調される。
は、再び分波器１４に入射し、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、超音波検
出素子２０に入射し、変調される。
【００３０】ここで、ブラッググレーティング部は、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、ブラッググレーティング部によ
って構成された超音波検出素子２０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。
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、ブラッググレーティング部によ
って構成された超音波検出素子２０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。
【００３１】しかしながら、図４に示すように、ＡＳＥ
光源１７から発生した自然放出光を狭帯域フィルタ２３
によって狭帯域化すると、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することができる。
光源１７から発生した自然放出光を狭帯域フィルタ２３
によって狭帯域化すると、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することができる。
【００３２】即ち、狭帯域フィルタ２３と超音波検出素
子２０とを同一の材料で形成し、例えば、狭帯域フィル
タ２３と超音波検出素子２０とを熱伝導率の高い材料で
結合したり、狭帯域フィルタ２３と超音波検出素子２０
とを物理的に近接させることにより、熱的結合を図って
いる。又は、狭帯域フィルタ２３と超音波検出素子２０
との周りにヒートパイプを配置しても良い。
子２０とを同一の材料で形成し、例えば、狭帯域フィル
タ２３と超音波検出素子２０とを熱伝導率の高い材料で
結合したり、狭帯域フィルタ２３と超音波検出素子２０
とを物理的に近接させることにより、熱的結合を図って
いる。又は、狭帯域フィルタ２３と超音波検出素子２０
との周りにヒートパイプを配置しても良い。
【００３３】これにより、狭帯域フィルタ２３のブラッ
ググレーティング部と超音波検出素子２０のブラッググ
レーティング部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２０の反射特性がシフトしても、
超音波検出素子２０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。
ググレーティング部と超音波検出素子２０のブラッググ
レーティング部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２０の反射特性がシフトしても、
超音波検出素子２０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。
【００３４】次に、本発明の一実施形態に係る超音波診
断装置について、図６を参照しながら説明する。図６
は、本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。この超音波診断装置は、以上述べたような超音
波受信装置を適用したものであり、超音波検出部５０に
おいて図２に示すような超音波検出素子２０を用いてい
る。図６に示すように、この超音波診断装置は、超音波
送信部４０と駆動信号発生回路３０とを含んでいる。超
音波送信部４０は、駆動信号発生回路３０から発生する
駆動信号に基づいて超音波を送信する。超音波送信部４
０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（ポリフッ化ビニリデン：ｐ
ｏｌｙｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子
圧電素子に代表される圧電性を有する材料（圧電素子）
等によって構成される。このような圧電素子に、駆動信
号発生回路３０からパルス状の電気信号或いは連続波電
気信号を送って電圧を印加すると、圧電素子は微少な機
械的振動を生じる。このような機械的振動により、超音
波パルス或いは連続波超音波が発生し、伝播媒質中を超
音波ビームとして伝わる。
断装置について、図６を参照しながら説明する。図６
は、本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。この超音波診断装置は、以上述べたような超音
波受信装置を適用したものであり、超音波検出部５０に
おいて図２に示すような超音波検出素子２０を用いてい
る。図６に示すように、この超音波診断装置は、超音波
送信部４０と駆動信号発生回路３０とを含んでいる。超
音波送信部４０は、駆動信号発生回路３０から発生する
駆動信号に基づいて超音波を送信する。超音波送信部４
０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（ポリフッ化ビニリデン：ｐ
ｏｌｙｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子
圧電素子に代表される圧電性を有する材料（圧電素子）
等によって構成される。このような圧電素子に、駆動信
号発生回路３０からパルス状の電気信号或いは連続波電
気信号を送って電圧を印加すると、圧電素子は微少な機
械的振動を生じる。このような機械的振動により、超音
波パルス或いは連続波超音波が発生し、伝播媒質中を超
音波ビームとして伝わる。
【００３５】超音波送信部４０から送信された超音波
は、診断対象によって反射され、超音波検出部５０に受
信される。超音波検出部５０には、光源から発生し、分
波器１２を通過した光が入射しており、この光は、超音
波検出部５０に印加される超音波に基づいて変調されて
反射される。反射された光は、分波器１２や結像系１５
を介して光検出器１６に入射し、２次元的に検出され
る。
は、診断対象によって反射され、超音波検出部５０に受
信される。超音波検出部５０には、光源から発生し、分
波器１２を通過した光が入射しており、この光は、超音
波検出部５０に印加される超音波に基づいて変調されて
反射される。反射された光は、分波器１２や結像系１５
を介して光検出器１６に入射し、２次元的に検出され
る。
【００３６】また、この超音波診断装置は、信号処理部
６１及びＡ／Ｄ変換器６２を含む信号処理手段６０と、
タイミングコントロール部７０と、１次記憶部８０と、
画像処理部９０と、画像表示部１００と、２次記憶部１
１０とを含んでいる。信号処理手段６０において、光検
出器１６から出力される検出信号は、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。
６１及びＡ／Ｄ変換器６２を含む信号処理手段６０と、
タイミングコントロール部７０と、１次記憶部８０と、
画像処理部９０と、画像表示部１００と、２次記憶部１
１０とを含んでいる。信号処理手段６０において、光検
出器１６から出力される検出信号は、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。
【００３７】１次記憶部８０は、信号処理手段６０にお
いて取得された複数枚の面データを記憶する。画像処理
部９０は、それらのデータに基づいて、２次元データ又
は３次元データを再構成すると共に、補間、レスポンス
変調処理、階調処理等の処理を施す。画像表示部１００
は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置であ
り、これらの処理を施された画像データに基づいて画像
を表示する。さらに、２次記憶部１１０は、画像処理部
９０において処理されたデータを記憶する。
いて取得された複数枚の面データを記憶する。画像処理
部９０は、それらのデータに基づいて、２次元データ又
は３次元データを再構成すると共に、補間、レスポンス
変調処理、階調処理等の処理を施す。画像表示部１００
は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置であ
り、これらの処理を施された画像データに基づいて画像
を表示する。さらに、２次記憶部１１０は、画像処理部
９０において処理されたデータを記憶する。
【００３８】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。このように、駆動信号
及び検出信号をコントロールすることにより、読み取る
時間帯を限定し、被写体の特定の深さからの超音波の反
射を光検出することができる。
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。このように、駆動信号
及び検出信号をコントロールすることにより、読み取る
時間帯を限定し、被写体の特定の深さからの超音波の反
射を光検出することができる。
【００３９】次に、図７を参照しながら、本実施形態に
係る超音波診断装置の変形例について説明する。図７に
示すように、この超音波診断装置は、超音波検出部５０
と超音波送信部４０とを一体化させることにより、超音
波用探触子１２０を形成したものである。光検出方式の
超音波検出器は、超音波を送信する機能を持たないの
で、圧電素子等を用いた超音波送信部を別途設けること
が必要である。図７に示す変形例は、異なる方式を用い
た超音波送信部と超音波検出部とを一つの探触子にまと
めることにより、従来の送受同一方式を用いた探触子と
同様の操作感で超音波診断を行うことができるようにし
たものである。
係る超音波診断装置の変形例について説明する。図７に
示すように、この超音波診断装置は、超音波検出部５０
と超音波送信部４０とを一体化させることにより、超音
波用探触子１２０を形成したものである。光検出方式の
超音波検出器は、超音波を送信する機能を持たないの
で、圧電素子等を用いた超音波送信部を別途設けること
が必要である。図７に示す変形例は、異なる方式を用い
た超音波送信部と超音波検出部とを一つの探触子にまと
めることにより、従来の送受同一方式を用いた探触子と
同様の操作感で超音波診断を行うことができるようにし
たものである。
【００４０】図６及び図７の超音波診断装置において、
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。
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。
【００４１】（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８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、超音波検出部５０において
送信から一定時間経過後に受信した超音波エコーの検出
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、超音波検出部５
０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。
んで送信する場合 図８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、超音波検出部５０において
送信から一定時間経過後に受信した超音波エコーの検出
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、超音波検出部５
０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。
【００４２】（２）超音波を面状に絞り込んで送信する
場合 また、図９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、超音
波検出部５０において送信から一定時間経過後に受信し
た超音波エコーの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。
場合 また、図９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、超音
波検出部５０において送信から一定時間経過後に受信し
た超音波エコーの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。
【００４３】（３）超音波を平面波として送信する場合
さらに、図１０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、超音波検出部５０におい
て送信から一定時間経過後に受信した超音波エコーの検
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。
送信波を平面波として送信し、超音波検出部５０におい
て送信から一定時間経過後に受信した超音波エコーの検
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。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、光検出器の複数の画素
に対応した超音波受信面を有する超音波検出素子を用い
ることにより、超音波を２次元的に検出することができ
る。このような超音波検出素子は、ファイバーブラッグ
グレーティングをアレイ化するよりも安価に作製するこ
とができるので、超音波受信装置を作製する際のコスト
を下げることができる。また、多層膜は、蒸着やスパッ
タリング等で１層毎に製膜されるので、屈折率差の大き
い部材を選択することができる。これにより、反射率の
傾斜を上げることが可能となり、受信装置の感度を向上
させることができる。従って、このような超音波受信装
置を適用した超音波診断装置を用いることにより、良質
な２次元又は３次元の超音波画像を得ることができる。
に対応した超音波受信面を有する超音波検出素子を用い
ることにより、超音波を２次元的に検出することができ
る。このような超音波検出素子は、ファイバーブラッグ
グレーティングをアレイ化するよりも安価に作製するこ
とができるので、超音波受信装置を作製する際のコスト
を下げることができる。また、多層膜は、蒸着やスパッ
タリング等で１層毎に製膜されるので、屈折率差の大き
い部材を選択することができる。これにより、反射率の
傾斜を上げることが可能となり、受信装置の感度を向上
させることができる。従って、このような超音波受信装
置を適用した超音波診断装置を用いることにより、良質
な２次元又は３次元の超音波画像を得ることができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波受信装置の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図２】図１の超音波検出素子を拡大して示す図であ
る。
る。
【図３】図１の超音波受信装置の変形例を示す図であ
る。
る。
【図４】図１の超音波受信装置の別の変形例を示す図で
ある。
ある。
【図５】図４のＡＳＥ光源を原理的に示す図である。
【図６】本発明の一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。
すブロック図である。
【図７】図６の超音波診断装置の変形例を示す図であ
る。
る。
【図８】超音波をペンシルビームに絞り込んで送信する
場合の受信方法を説明するための図である。
場合の受信方法を説明するための図である。
【図９】超音波を面状に絞り込んで送信する場合の受信
方法を説明するための図である。
方法を説明するための図である。
【図１０】超音波を平面波として送信する場合の受信方
法を説明するための図である。
法を説明するための図である。
４ 光ファイバ
５ レンズ
６ ファイバーブラッググレーティング
７ レーザ発振器
１１ 光源
１２、１４ 分波器
１３ ビームエキスパンダー
１５ 結像系
１６ 光検出器
１７ ＡＳＥ光源
２０ 超音波検出素子
２１ 基板
２２ 多層膜
２３ 狭帯域フィルタ
３０ 駆動信号発生回路
４０ 超音波送信部
５０ 超音波検出部
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
８０ １次記憶部
９０ 画像処理部
１００ 画像表示部
１１０ ２次記憶部
１２０ 超音波用探触子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H079 AA04 BA01 CA24 DA04 HA16
KA08 KA20
4C301 AA03 BB13 CC01 EE04 EE17
GB03 GB33 GB40 HH24 HH37
JB03 JC01 JC05 JC20 KK03
KK16 LL03 LL05
4C601 BB03 EE02 EE14 GB01 GB03
GB04 GB41 GB50 HH38 JB01
JB19 JC01 JC25 KK03 KK21
LL01 LL02 LL04 LL05
5D019 BB14
Claims (21)
- 【請求項１】 超音波を受信するための受信面を有し、
該受信面の各位置に印加される超音波に基づいて光を変
調する超音波検出素子と、 複数の画素を有する光検出器であって、前記超音波検出
素子の対応する位置から出力される光を検出する前記光
検出器と、を具備する超音波受信装置。 - 【請求項２】 前記超音波検出素子が、ブラッググレー
ティング構造を含む、請求項１記載の超音波受信装置。 - 【請求項３】 前記超音波検出素子が、異なる屈折率を
有する２種類の材料を交互に積層することにより形成さ
れる多層膜を含む、請求項１又は２記載の超音波受信装
置。 - 【請求項４】 前記異なる屈折率を有する２種類の材料
が、互いに１０％以上異なる屈折率を有する、請求項３
記載の超音波受信装置。 - 【請求項５】 前記多層膜を形成する各材料の層が、該
多層膜に入射する光の波長の概１／４の膜厚を有する層
を含む、請求項３又は４記載の超音波受信装置。 - 【請求項６】 前記多層膜を形成する各材料の層が、該
多層膜に入射する光の波長の夫旨１／２の膜厚を有する
層をさらに含む、請求項５記載の超音波受信装置。 - 【請求項７】 前記光検出器が、ＣＣＤ、ＭＯＳ型セン
サ、又は、複数のフォトダイオードを含む、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】 光源から発生した光を拡大するビームエ
キスパンダーをさらに具備する請求項１〜７のいずれか
１項記載の超音波受信装置。 - 【請求項９】 光源から発生した光を増幅して前記超音
波検出素子に入射する光増幅器をさらに具備する請求項
１〜８のいずれか１項記載の超音波受信装置。 - 【請求項１０】 前記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さらに具
備する請求項１〜９のいずれか１項記載の超音波受信装
置。 - 【請求項１１】 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さらに具備す
る請求項１〜１０のいずれか１項記載の超音波受信装
置。 - 【請求項１２】 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、をさらに具備する請求項１〜１０
のいずれか１項記載の超音波受信装置。 - 【請求項１３】 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１２記載の超音波受信装置。 - 【請求項１４】 前記狭帯域化フィルタが、前記超音波
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１２又は１３記載の超音波
受信装置。 - 【請求項１５】 駆動信号に従って超音波を送信する送
信手段と、 前記送信手段に印加する駆動信号を発生する駆動信号発
生回路と、 超音波を受信するための受信面を有し、該受信面の各位
置に印加される超音波に基づいて光を変調する超音波検
出素子と、複数の画素を有する光検出器であって、前記
超音波検出素子の対応する位置から出力される光を検出
して検出信号を出力する前記光検出器とを含む受信手段
と、 前記受信手段から出力される検出信号を取り込んで処理
する信号処理手段と、 前記駆動信号の発生タイミング及び前記検出信号の取込
みタイミングを制御する制御手段と、 前記信号処理手段の出力信号に基づいて画像データを構
成する画像処理部と、 前記画像データに基づいて画像を表示する画像表示部
と、を具備する超音波診断装置。 - 【請求項１６】 前記送信手段が、印加される電圧に応
答して超音波を発生する圧電方式に基づくものである、
請求項１５記載の超音波診断装置。 - 【請求項１７】 前記超音波検出素子が、異なる屈折率
を有する２種類の材料を交互に積層することにより形成
される多層膜を含む、請求項１５又は１６記載の超音波
診断装置。 - 【請求項１８】 前記異なる屈折率を有する２種類の材
料が、互いに１０％以上異なる屈折率を有する、請求項
１７記載の超音波診断装置。 - 【請求項１９】 前記多層膜を形成する各材料の層が、
該多層膜に入射する光の波長の概１／４の膜厚を有する
層を含む、請求項１７又は１８記載の超音波診断装置。 - 【請求項２０】 前記多層膜を形成する各材料の層が、
該多層膜に入射する光の波長の概ね１／２の膜厚を有す
る層をさらに含む、請求項１９記載の超音波診断装置。 - 【請求項２１】 前記送信手段と、前記検出手段に含ま
れる前記超音波検出素子とが一体となって超音波用探触
子を形成する、請求項１５〜２０のいずれか１項記載の
超音波診断装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001296317A JP4266548B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 超音波受信装置及びそれを用いた超音波診断装置 |
| US10/244,442 US6740035B2 (en) | 2001-09-27 | 2002-09-17 | Ultrasonic receiving apparatus and ultrasonic diagnosing apparatus using the same |
| DE60216030T DE60216030T2 (de) | 2001-09-27 | 2002-09-24 | Optisches Ultraschall- Empfangsgerät und Ultraschall- Diagnostik- Anordnung ,dieses verwendend |
| EP02021187A EP1298450B1 (en) | 2001-09-27 | 2002-09-24 | Optical Ultrasonic receiving apparatus and ultrasonic diagnosing apparatus using the same |
| KR1020020058969A KR20030027833A (ko) | 2001-09-27 | 2002-09-27 | 초음파 수신장치 및 그것을 이용한 초음파 진단장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001296317A JP4266548B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 超音波受信装置及びそれを用いた超音波診断装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003093383A true JP2003093383A (ja) | 2003-04-02 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007260129A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Fujifilm Corp | 超音波診断装置及びデータ解析計測装置 |
| WO2011114852A1 (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-22 | コニカミノルタエムジー株式会社 | 超音波診断装置 |
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| US7245789B2 (en) | 2002-10-07 | 2007-07-17 | Vascular Imaging Corporation | Systems and methods for minimally-invasive optical-acoustic imaging |
| JP4377666B2 (ja) * | 2003-12-04 | 2009-12-02 | ニスカ株式会社 | シート供給装置並びに画像読取装置 |
| US7552924B2 (en) * | 2003-12-04 | 2009-06-30 | Nisca Corporation | Sheet feeding apparatus, image reading apparatus equipped with the same, and method of detecting double feed |
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| US7599588B2 (en) | 2005-11-22 | 2009-10-06 | Vascular Imaging Corporation | Optical imaging probe connector |
| EP2356412B1 (en) * | 2008-10-02 | 2012-08-15 | Vascular Imaging Corporation | Optical ultrasound receiver |
| WO2013056071A1 (en) | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Beam Technologies, Llc | Oral health care implement and system with oximetry sensor |
| CN111728604A (zh) * | 2020-06-06 | 2020-10-02 | 东南大学 | 一种基于超声光纤光栅耦合阵列的植入式胃慢波检测装置 |
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| JP3581369B2 (ja) * | 1995-01-24 | 2004-10-27 | マサチューセッツ・インスティチュート・オブ・テクノロジー | 時分解光学測定用装置及び方法 |
| US5566133A (en) * | 1995-11-29 | 1996-10-15 | General Electric Company | System and method of binary optical communication for ultrasonic probe |
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| GB9921970D0 (en) * | 1999-09-16 | 1999-11-17 | Univ London | An optical interferometer sensor array |
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-
2002
- 2002-09-17 US US10/244,442 patent/US6740035B2/en not_active Expired - Fee Related
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- 2002-09-24 EP EP02021187A patent/EP1298450B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-09-27 KR KR1020020058969A patent/KR20030027833A/ko not_active Application Discontinuation
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