JP2003265473A - Ultrasonic imaging apparatus - Google Patents

Ultrasonic imaging apparatus

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JP2003265473A
JP2003265473A JP2002075511A JP2002075511A JP2003265473A JP 2003265473 A JP2003265473 A JP 2003265473A JP 2002075511 A JP2002075511 A JP 2002075511A JP 2002075511 A JP2002075511 A JP 2002075511A JP 2003265473 A JP2003265473 A JP 2003265473A
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JP
Japan
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ultrasonic
ultrasonic wave
light
imaging apparatus
transmission path
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Withdrawn
Application number
JP2002075511A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Ogawa
英二 小川
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain multi-reflection of ultrasonic waves and to improve image quality of an ultrasonic image in an ultrasonic imaging apparatus having a photo detection type ultrasonic sensor and an ultrasonic transmitting function. <P>SOLUTION: This ultrasonic imaging apparatus includes an ultrasonic wave detecting part 20 for modulating light according to the applied ultrasonic wave, an optical transmission path 13 for guiding light to an ultrasonic detecting part, a driving signal generating circuit 71 for generating a driving signal, a vibrator 72 for generating an ultrasonic wave according to a driving signal generated by the driving signal generating circuit, and an ultrasonic wave transmission path 74 having a first end and a second end, which propagates ultrasonic waves generated by the vibrator from the first end to the second end, and transmits ultrasonic waves from the second end. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、被検体に向けて超
音波を送信し、被検体から反射されたエコー波を受信す
ることにより医療診断や非破壊検査を行うために用いる
超音波撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus used for medical diagnosis and nondestructive inspection by transmitting ultrasonic waves to a subject and receiving echo waves reflected from the subject. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、超音波撮像装置においては、超音
波の送信及び受信を行う素子(振動子)として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:polyvin
yl difluoride)等の高分子圧電素子を含
む圧電素子を用いた1次元センサアレイが一般的であっ
た。このような1次元センサアレイを用いて被検体をス
キャンすることにより2次元画像を取得し、さらに、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。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an ultrasonic imaging apparatus, a PZT is used as an element (vibrator) for transmitting and receiving ultrasonic waves.
Piezoelectric ceramics represented by (lead zirconate titanate) and PVDF (polyvinylidene fluoride: polyvin)
A one-dimensional sensor array using a piezoelectric element including a polymer piezoelectric element such as yl difluoride has been generally used. A two-dimensional image is acquired by scanning a subject using such a one-dimensional sensor array, and a three-dimensional image is obtained by combining a plurality of two-dimensional images.

【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
撮像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。
However, according to this method, since there is a time lag in the scanning direction of the one-dimensional sensor array,
Since the cross-sectional images at different times will be combined,
The composite image becomes blurry. Therefore, it is not suitable for a subject that targets a living body, such as when performing ultrasonic echo observation using an ultrasonic imaging device.

【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次元センサが必要である。し
かしながら、上記PZTやPVDFを用いて2次元セン
サアレイを作製する場合には、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 order to obtain a high-quality three-dimensional image using ultrasonic waves, a two-dimensional sensor capable of obtaining a two-dimensional image without scanning the sensor array is required. However, in the case of manufacturing a two-dimensional sensor array using the above PZT or PVDF, it is necessary to perform fine processing of elements and wiring to a large number of fine elements, and it is difficult to further miniaturize and integrate the elements. . Even if these problems are solved, there are problems that crosstalk between elements is increased, the SN ratio is deteriorated due to increase in electrical impedance due to fine wiring, and the electrode portion of the fine element is easily broken. Therefore, it is difficult to realize a two-dimensional sensor array using PZT or PVDF.

【0005】一方、受信した超音波信号を光信号に変換
して検出する方式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
TAKAHASHIらによる「Underwater Acoustic Sensor with
Fiber Bragg Grating」 OPTICAL REVIEW Vol. 4, No.
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 a Fiber Opt
ic Micro-Probe for Megahertz Ultrasonic Field Meas
urement」 T. IEE Japan, Vol. 118-E, No. 11, '98参
照)が報告されている。このような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
いう利点がある。
On the other hand, there is also known a sensor of a type which converts a received ultrasonic signal into an optical signal and detects it. A fiber Bragg grating (abbreviated as FBG) is used as such a photo-detection type ultrasonic sensor
"Underwater Acoustic Sensor with TAKAHASHI
Fiber Bragg Grating "OPTICAL REVIEW Vol. 4, No.
6 (1997) P. 691-694), or using a Fabry-Perot resonator (abbreviated as FPR) structure (Tokyo Institute of Technology UNO et al., “Fabrication and Performance of a Fiber Opt”).
ic Micro-Probe for Megahertz Ultrasonic Field Meas
urement ”T. IEE Japan, Vol. 118-E, No. 11, '98). When a two-dimensional sensor array is manufactured using such an ultrasonic sensor, there is an advantage that electrical wiring to a large number of fine elements is unnecessary and good sensitivity can be obtained.

【0006】また、2次元の検出面を有する光検出方式
の超音波センサも知られている。例えば、University C
ollege LondonのBeardらによる「Transduction Mechani
smsof the Fabry-Perot Polymer Film Sensing Concept
for Wideband UltrasoundDetection」 (IEEE Transac
tions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequenc
y control, Vol. 46, No. 6, November 1999)には、フ
ァブリーペロー構造を有するポリマー膜を超音波の検出
に用いることが記載されている。このような膜状の超音
波センサは、多数の微細素子に対する加工が不要である
ために、コストを抑制することができる。
A photodetection type ultrasonic sensor having a two-dimensional detection surface is also known. For example, University C
"Transduction Mechani" by Beard et al.
smsof the Fabry-Perot Polymer Film Sensing Concept
for Wideband Ultrasound Detection "(IEEE Transac
tions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequenc
y control, Vol. 46, No. 6, November 1999) describes the use of a polymer film having a Fabry-Perot structure for ultrasonic detection. Since such a film-shaped ultrasonic sensor does not require processing for many fine elements, the cost can be suppressed.

【0007】ところで、光検出方式の超音波センサは超
音波の送信機能を持たないので、このような超音波セン
サを用いて超音波撮像装置を作製する場合には、超音波
送信機能を別に付加しなくてはならない。
By the way, since the photo-detection type ultrasonic sensor does not have an ultrasonic wave transmitting function, when an ultrasonic image pickup apparatus is manufactured using such an ultrasonic sensor, an ultrasonic wave transmitting function is added separately. I have to do it.

【0008】日本国特許出願公開2002−17723
号公報には、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、且つ、超音波の発信機能を備えた超音波用2次元探
触子として、超音波信号を送信する送信手段と、超音波
信号を受信する受信手段であって送信手段とは異なる方
式を用いた受信手段とを具備する超音波用探触子が開示
されている。この文献においては、光検出方式の超音波
センサに圧電方式の送信素子を組み合わせることによ
り、超音波送受信機能を有する超音波用探触子を実現し
ている。
Japanese Patent Application Publication 2002-17723
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004-242242 discloses a two-dimensional ultrasonic probe that does not require electrical wiring to a large number of microelements, does not cause an increase in crosstalk or electrical impedance, and has an ultrasonic wave transmitting function. There is disclosed an ultrasonic probe including a transmitting unit that transmits an ultrasonic signal and a receiving unit that receives the ultrasonic signal and that uses a method different from that of the transmitting unit. In this document, an ultrasonic probe having an ultrasonic wave transmitting / receiving function is realized by combining a light detecting ultrasonic sensor with a piezoelectric transmitting element.

【0009】また、このような光検出方式の超音波セン
サにおいては、超音波受信面の裏側において超音波の多
重反射が生じてしまうという問題がある。ここで、超音
波の多重反射について、光検出方式による2次元面セン
サを例に取って説明する。図15の(a)に示すよう
に、超音波検出素子100は、基材101及び超音波有
感部102を含んでいる。この例において、超音波有感
部102は、全反射ミラー103、ハーフミラー10
4、及び、全反射ミラー103とハーフミラー104と
の間に形成されるキャビティ105を含むファブリーペ
ロー共振器構造を有している。キャビティ105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。
Further, in such a photodetection type ultrasonic sensor, there is a problem that multiple reflection of ultrasonic waves occurs on the back side of the ultrasonic wave receiving surface. Here, the multiple reflection of ultrasonic waves will be described by taking a two-dimensional surface sensor by a light detection method as an example. As shown in FIG. 15A, the ultrasonic detecting element 100 includes a base material 101 and an ultrasonic sensitive section 102. In this example, the ultrasonic sensitive section 102 includes a total reflection mirror 103 and a half mirror 10.
4 and a Fabry-Perot resonator structure including a cavity 105 formed between the total reflection mirror 103 and the half mirror 104. The member forming the cavity 105 undergoes geometrical displacement when ultrasonic waves are applied.

【0010】この超音波検出素子100の受信面102
aに、ハーフミラー104側から光を入射させながら超
音波を印加する。すると、超音波の音圧変化により、キ
ャビティ105の光路長Lが受信面102aの位置に応
じて変化し、超音波有感部102から反射される光の強
度が位置に応じて変化する。この反射光の強度を超音波
の強度に換算することにより、受信面102aの位置に
応じた超音波の強度を検出することができる。
The receiving surface 102 of this ultrasonic detecting element 100
Ultrasonic waves are applied to a while light is incident from the half mirror 104 side. Then, due to the change in the sound pressure of the ultrasonic waves, the optical path length L of the cavity 105 changes according to the position of the receiving surface 102a, and the intensity of the light reflected from the ultrasonic sensitive section 102 changes according to the position. By converting the intensity of the reflected light into the intensity of the ultrasonic wave, the intensity of the ultrasonic wave corresponding to the position of the receiving surface 102a can be detected.

【0011】ここで、図16及び図17の(a)を参照
すると、媒質から伝搬し、被検体に関する情報を含む超
音波は、位置Aにおいて振動を発生させると共に超音波
検出素子100の内部に伝搬する(超音波US1)。続
いて、超音波US1は、受信面102aと反対側の境界
面(位置B)において反射して振動を発生させ、再び受
信面102a方向に戻ってくる(超音波US2)。さら
に、超音波US2は、受信面102aにおいて反射して
振動を発生させ、再び受信面102aの裏面に伝搬する
(超音波US3)。このように、超音波検出素子100
においては、伝搬した超音波が減衰するまで反射が繰り
返される。この現象により、図17の(b)に示すよう
に、超音波検出素子100からは、本来検出すべき被検
体に関する信号(位置Aにおける検出信号)の他に、多
重反射して生じた信号(位置Cや位置Eにおける検出信
号)が混入してしまう。
Here, referring to FIG. 16 and FIG. 17A, an ultrasonic wave propagating from the medium and containing information about the object generates vibration at the position A, and also inside the ultrasonic detecting element 100. Propagate (ultrasonic wave US1). Subsequently, the ultrasonic wave US1 is reflected at the boundary surface (position B) opposite to the receiving surface 102a to generate vibration, and then returns to the receiving surface 102a again (ultrasonic wave US2). Further, the ultrasonic wave US2 is reflected by the receiving surface 102a to generate vibration, and propagates to the back surface of the receiving surface 102a again (ultrasonic wave US3). In this way, the ultrasonic detection element 100
In, the reflection is repeated until the propagated ultrasonic wave is attenuated. Due to this phenomenon, as shown in (b) of FIG. 17, from the ultrasonic detecting element 100, in addition to the signal related to the object to be originally detected (detection signal at the position A), a signal generated by multiple reflection ( The detection signals at the positions C and E are mixed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このような超音波の多
重反射が、超音波画像におけるSN比を低下させ、画質
を悪化させる一因となっている。例えば、超音波の送受
信に圧電素子を用いる超音波撮像装置においては、圧電
素子にフェライトコア等を含むバッキング材を接続する
ことにより、超音波を減衰させている。しかしながら、
光検出方式の超音波受信装置においては、光透過性を考
慮しなくてはならないので、従来と同様のバッキング材
を用いることはできない。
Such multiple reflection of ultrasonic waves is one of the causes for lowering the SN ratio in an ultrasonic image and deteriorating the image quality. For example, in an ultrasonic imaging apparatus that uses a piezoelectric element for transmitting and receiving ultrasonic waves, the ultrasonic wave is attenuated by connecting a backing material including a ferrite core or the like to the piezoelectric element. However,
In the photo-detection type ultrasonic wave receiving device, since it is necessary to consider the light transmittance, it is not possible to use a backing material similar to the conventional one.

【0013】また、光検出方式の超音波撮像装置におい
て、超音波を送信するために振動子を超音波検出部の近
くに配置すると、次のような問題が生じる。即ち、超音
波を送信するためには振動子の位置まで配線する必要が
あり、光検出方式の超音波検出素子と組み合わせる場合
には、接続が複雑になってしまう。また、振動子に電力
を供給する際に振動子や配線からは熱が発生するため、
光検出方式の超音波検出素子において検出感度が変動し
てしまう。さらに、振動子から超音波を送信する際に生
じる振動が超音波検出素子に伝搬し、やはり超音波検出
素子の検出感度が変動してしまう。
Further, in the photo-detection type ultrasonic imaging apparatus, when the vibrator is arranged near the ultrasonic detecting section for transmitting the ultrasonic wave, the following problems occur. That is, in order to transmit ultrasonic waves, it is necessary to wire up to the position of the vibrator, and when combined with the ultrasonic detecting element of the photodetection method, the connection becomes complicated. Also, when power is supplied to the vibrator, heat is generated from the vibrator and wiring,
The detection sensitivity of the photodetection type ultrasonic detection element varies. Further, the vibration generated when the ultrasonic wave is transmitted from the vibrator propagates to the ultrasonic wave detection element, and the detection sensitivity of the ultrasonic wave detection element also fluctuates.

【0014】そこで、上記の点に鑑み、本発明は、光検
出方式の超音波センサを用いると共に超音波送信機能を
有する超音波撮像装置において、超音波の多重反射を抑
制しつつ、探触子の構造を簡単にすることを目的とす
る。
Therefore, in view of the above points, the present invention is an ultrasonic imaging apparatus that uses a photo-detection type ultrasonic sensor and has an ultrasonic wave transmission function, while suppressing multiple reflections of ultrasonic waves. The purpose is to simplify the structure of.

【0015】[0015]

【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撮像装置は、印加される超音波
に基づいて光を変調する超音波検出部と、超音波検出部
に光を導く光伝送路と、駆動信号を発生する駆動信号発
生回路と、駆動信号発生回路が発生した駆動信号に応じ
て超音波を発生する振動子と、第1の端と第2の端を有
し、振動子が発生した超音波を第1の端から第2の端に
伝搬すると共に、第2の端から超音波を送信する超音波
伝送路とを具備する。
In order to solve the above problems, an ultrasonic imaging apparatus according to the present invention includes an ultrasonic detecting section for modulating light based on an applied ultrasonic wave and an ultrasonic detecting section. An optical transmission line that guides light, a drive signal generation circuit that generates a drive signal, a vibrator that generates ultrasonic waves according to the drive signal generated by the drive signal generation circuit, and a first end and a second end are provided. And an ultrasonic wave transmission path that transmits the ultrasonic wave generated by the vibrator from the first end to the second end and transmits the ultrasonic wave from the second end.

【0016】本発明によれば、超音波伝送路を用いるこ
とにより、振動子を超音波撮像装置の本体側に配置する
ことができるので、超音波検出素子の近辺に配線を設け
る必要がなくなり、探触子の構造を簡単にして小型化す
ることが可能になる。また、超音波検出素子には、振動
子や配線から発生する熱が伝導せず、超音波送信時にお
ける振動も伝わらないので、検出感度の変動を防ぐこと
ができる。さらに、光伝送路において超音波を減衰させ
ることにより、超音波の多重反射を抑制することができ
る。
According to the present invention, since the vibrator can be arranged on the main body side of the ultrasonic imaging apparatus by using the ultrasonic transmission path, it is not necessary to provide wiring near the ultrasonic detecting element, The structure of the probe can be simplified and downsized. Further, since the heat generated from the vibrator or the wiring is not conducted to the ultrasonic wave detecting element and the vibration during the ultrasonic wave transmission is not transmitted, the fluctuation of the detection sensitivity can be prevented. Furthermore, by attenuating the ultrasonic waves in the optical transmission path, it is possible to suppress multiple reflection of the ultrasonic waves.

【0017】[0017]

【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撮像装置
を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、駆動
信号発生回路71と、振動子72と、超音波送信端73
とを含んでいる。振動子72は、圧電素子等によって構
成され、駆動信号発生回路71が発生する駆動信号に基
づいて超音波を発生する。この超音波は、超音波送信端
73から被検体に向けて送信される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the same components, and the description thereof will be omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. This ultrasonic imaging apparatus includes a drive signal generating circuit 71, a vibrator 72, and an ultrasonic wave transmitting end 73.
Includes and. The vibrator 72 is composed of a piezoelectric element or the like, and generates ultrasonic waves based on the drive signal generated by the drive signal generation circuit 71. This ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitting end 73 toward the subject.

【0018】また、この超音波撮像装置は、超音波検出
部60と、光源11と、分波器12と、光検出器15
と、結像系16〜18とを含んでいる。超音波検出部6
0には、受信した超音波信号を光信号に変換する超音波
検出素子が含まれている。
Further, this ultrasonic imaging apparatus has an ultrasonic detecting section 60, a light source 11, a demultiplexer 12, and a photodetector 15.
And imaging systems 16-18. Ultrasonic detector 6
0 includes an ultrasonic detecting element that converts the received ultrasonic signal into an optical signal.

【0019】図1に示すように、超音波用探触子(プロ
ーブ)1には、超音波送信端73と超音波検出部60と
が含まれている。超音波用探触子1は、被検体に直接当
てられて超音波の送受信を行う。なお、これらの送信系
及び受信系の構成や動作については、後で詳しく説明す
る。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic probe (probe) 1 includes an ultrasonic wave transmitting end 73 and an ultrasonic wave detecting section 60. The ultrasonic probe 1 is directly applied to a subject to transmit and receive ultrasonic waves. The configurations and operations of these transmission system and reception system will be described later in detail.

【0020】さらに、この超音波撮像装置は、信号処理
部81及びA/D変換器82を含んでいる。信号処理部
81は、光検出器15から出力される検出信号を処理
し、A/D変換器82は、これをディジタル信号に変換
する。このような信号処理動作により、検出信号に基づ
く複数枚の面データが構成される。
Further, this ultrasonic imaging apparatus includes a signal processing section 81 and an A / D converter 82. The signal processing unit 81 processes the detection signal output from the photodetector 15, and the A / D converter 82 converts this into a digital signal. By such signal processing operation, a plurality of pieces of surface data based on the detection signal are formed.

【0021】また、この超音波撮像装置は、1次記憶部
83と、画像処理部84と、画像表示部85と、2次記
憶部86と、タイミングコントロール部80とを含んで
いる。1次記憶部83は、複数枚の面データを記憶す
る。画像処理部84は、複数の面データに基づいて、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85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86は、
画像処理部84において処理されたデータを記憶する。
The ultrasonic imaging apparatus also includes a primary storage section 83, an image processing section 84, an image display section 85, a secondary storage section 86, and a timing control section 80. The primary storage unit 83 stores a plurality of surface data. The image processing unit 84 calculates the
The dimensional data or the three-dimensional data is reconstructed, and processing such as interpolation, response modulation processing, and gradation processing is performed. The image display unit 85 is, for example, a display device such as a CRT or LCD, and displays an image based on the image data subjected to these processes. Further, the secondary storage unit 86 is
The data processed by the image processing unit 84 is stored.

【0022】タイミングコントロール部80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71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15から出力される検出信号を取り込むよう
に、信号処理部81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、検出信号
を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。
The timing control unit 80 controls the drive signal generation circuit 71 so as to generate a drive signal at a predetermined timing, and also takes in the detection signal output from the photodetector 15 after a lapse of a fixed time from the transmission time. Then, the signal processing unit 81 is controlled. As described above, by controlling the drive signal and the detection signal, it is possible to limit the time period in which the detection signal is read and to optically detect the reflection of ultrasonic waves from a specific depth of the subject.

【0023】図2は、本実施形態における送信系及び受
信系の構成を示す模式図である。図2に示すように、超
音波検出素子20と、その周囲に配置されている複数の
超音波伝送路74の一部とは、一体化して超音波用探触
子1を形成している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the transmission system and the reception system in this embodiment. As shown in FIG. 2, the ultrasonic detecting element 20 and a part of the plurality of ultrasonic transmission paths 74 arranged around the ultrasonic detecting element 20 are integrated to form the ultrasonic probe 1.

【0024】振動子72は、圧電素子7及び電極8を含
んでおり、配線9によって駆動信号発生回路71に接続
されている。振動子72には、超音波伝送路74の一端
が接続されている。この超音波伝送路の他端が、超音波
送信端73を構成する。超音波伝送路74の他端は、超
音波用探触子1において、超音波検出素子20の受信面
と同一面上に配置されている。
The vibrator 72 includes the piezoelectric element 7 and the electrode 8, and is connected to the drive signal generating circuit 71 by the wiring 9. One end of an ultrasonic transmission path 74 is connected to the vibrator 72. The other end of this ultrasonic transmission path constitutes an ultrasonic transmission end 73. The other end of the ultrasonic transmission path 74 is arranged on the same plane as the receiving surface of the ultrasonic detecting element 20 in the ultrasonic probe 1.

【0025】圧電素子7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:polyvinyl difluo
ride)等の高分子圧電素子に代表される圧電性を有
する材料等によって構成される。
The piezoelectric element 7 is a piezoelectric ceramic typified by PZT (lead zirconate titanate), or PVDF (polyvinyl difluoride).
Ride) and the like, which are made of a material having piezoelectricity such as a polymer piezoelectric element.

【0026】振動子72の電極8に、駆動信号発生回路
71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7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する。超音波伝送路74は、
振動子72が発生した超音波を一端から導入し、これを
伝送して超音波送信端73から被検体に向けて送信す
る。ここで、振動子72において超音波伝送路74が接
続されていない面には、音響的に制動をかけるために、
フェライトコア等のバッキング材を設けても良い。これ
により、超音波を送信した後に残存している振動が早く
減衰し、クロストーク等の影響を抑制することができ
る。
When a voltage is applied to the electrode 8 of the vibrator 72 by sending a pulsed electric signal or a continuous wave electric signal from the drive signal generation circuit 71, the piezoelectric element 7 causes a slight mechanical vibration. Such mechanical vibrations generate ultrasonic pulses or continuous wave ultrasonic waves. The ultrasonic transmission path 74 is
The ultrasonic wave generated by the vibrator 72 is introduced from one end, transmitted, and transmitted from the ultrasonic wave transmitting end 73 toward the subject. Here, in order to acoustically apply braking to the surface of the vibrator 72 to which the ultrasonic transmission path 74 is not connected,
A backing material such as a ferrite core may be provided. As a result, the vibrations remaining after transmitting the ultrasonic waves are quickly attenuated, and the influence of crosstalk or the like can be suppressed.

【0027】超音波伝送路74としては、超音波を伝搬
させる媒質であると共にケーブルとしての柔軟性を保つ
ことができる部材が適しており、例えば、光ファイバや
石英ロッド等の部材が該当する。また、超音波の伝搬ロ
スを抑制するために、超音波伝送路74を金属等の粘性
の高い部材で覆うことが望ましい。超音波伝送路74
は、光伝送路13の長さに合わせて、2m程度の長さを
有しても良い。
As the ultrasonic wave transmission path 74, a member which is a medium for propagating ultrasonic waves and which can maintain flexibility as a cable is suitable, and for example, a member such as an optical fiber or a quartz rod is applicable. Further, in order to suppress the propagation loss of ultrasonic waves, it is desirable to cover the ultrasonic transmission path 74 with a member having high viscosity such as metal. Ultrasonic transmission line 74
May have a length of about 2 m according to the length of the optical transmission path 13.

【0028】なお、図2においては、簡単のために、1
組の振動子、配線及び駆動信号発生回路のみを示してい
る。また、超音波検出素子20の手前に配置される超音
波伝送路は省略されている。
In FIG. 2, for simplicity, 1
Only the set of transducers, wirings and drive signal generation circuits are shown. Further, the ultrasonic transmission path arranged in front of the ultrasonic detection element 20 is omitted.

【0029】一方、光源11としては、所定の帯域(例
えば、1.55μm)を有するチューナブルLD(レー
ザダイオード)が用いられる。分波器12は、ハーフミ
ラー、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の方向に反射すると共に、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、入射光を入射方向
とほぼ90°の角度をなす方向に反射して、入射方向と
ほぼ90°の角度をなす方向から戻ってくる光を透過す
る。本実施形態においては、ハーフミラーの前段及び後
段に、結像系16〜18としてレンズを設けている。
On the other hand, as the light source 11, a tunable LD (laser diode) having a predetermined band (for example, 1.55 μm) is used. The demultiplexer 12 is composed of a half mirror, an optical circulator, a polarization beam splitter, or the like, and reflects the incident light incident from the first direction in the second direction and the reflection returning from the second direction. Light is passed in a third direction, which is different from the first direction. In this embodiment, a half mirror is used as the demultiplexer 12. The half mirror reflects incident light in a direction that forms an angle of approximately 90 ° with the incident direction, and transmits light that returns from a direction that forms an angle of approximately 90 ° with the incident direction. In this embodiment, lenses are provided as the imaging systems 16 to 18 in the front and rear stages of the half mirror.

【0030】光伝送路13は、分波器12を通過した光
を超音波検出素子20に導く。光伝送路13としては、
多数の(例えば、1024本)光ファイバを束ねたバン
ドルファイバが用いられる。本実施形態において、多数
のファイバは、超音波検出素子の受信面の形状(例え
ば、円状)に合わせて束ねられている。
The optical transmission line 13 guides the light passing through the demultiplexer 12 to the ultrasonic detecting element 20. As the optical transmission line 13,
A bundle fiber in which a large number (for example, 1024) of optical fibers are bundled is used. In the present embodiment, a large number of fibers are bundled according to the shape (for example, circular shape) of the receiving surface of the ultrasonic detecting element.

【0031】光伝送路13の先端部は、コリメート部1
4を介して超音波検出素子20に、光軸を合わせて接続
されている。コリメート部14としては、例えば、コリ
メートレンズがアレイ化されたコリメートレンズアレイ
が用いられる。
The tip of the optical transmission line 13 has a collimator 1
The optical axis is connected to the ultrasonic detecting element 20 via the optical axis 4. As the collimating unit 14, for example, a collimating lens array in which collimating lenses are arrayed is used.

【0032】超音波検出素子20は、伝搬する超音波に
よって歪みを生じる2次元の受信面20aを有してお
り、光伝送路13及びコリメート部14を通って超音波
検出素子20に入射した光を、受信面20a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、再びコリメート部14及び光
伝送路13を通り、分波器12を通過して複数の画素を
有する光検出器15に入射する。
The ultrasonic detecting element 20 has a two-dimensional receiving surface 20a which is distorted by the propagating ultrasonic wave, and the light incident on the ultrasonic detecting element 20 through the optical transmission line 13 and the collimating portion 14 is incident on the ultrasonic detecting element 20. Are modulated and reflected based on the ultrasonic waves applied to the receiving surface 20a. The light reflected from the ultrasonic detection element 20 passes through the collimator section 14 and the optical transmission path 13 again, passes through the demultiplexer 12, and enters the photodetector 15 having a plurality of pixels.

【0033】光検出器15は、PDA(フォトダイオー
ドアレイ)やMOS型センサ等を含む2次元アレイ光電
変換器である。光検出器15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15に入射する
ようにしても良いし、分波器12の後段に結像系18を
設け、これを介して光検出器15に結像するようにして
も良い。
The photodetector 15 is a two-dimensional array photoelectric converter including a PDA (photodiode array), a MOS type sensor and the like. The photodetector 15 detects the light that has entered through the demultiplexer 12 from the corresponding position of the ultrasonic detection element 20 for each of a plurality of pixels, and outputs a detection signal according to the light intensity of each pixel. Here, the reflected light may be incident on the photodetector 15 directly or through an optical fiber or the like, or an imaging system 18 may be provided in the subsequent stage of the demultiplexer 12 and connected to the photodetector 15 via this. You may make it a statue.

【0034】次に、図3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。超音波検出素子20は、基板21と、該基板の上
に積層された多層膜22とを含む多層膜センサである。
Next, the structure of the ultrasonic detecting element 20 and the principle of ultrasonic detection will be described in detail with reference to FIG. The ultrasonic detection element 20 is a multilayer film sensor including a substrate 21 and a multilayer film 22 laminated on the substrate 21.

【0035】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3には、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。
The substrate 21 is a film-shaped substrate that is distorted by receiving ultrasonic waves, and has a diameter of 2 cm, for example.
It has an area of a circle or more. A multilayer film 22 having a Bragg grating structure is formed on the substrate 21 by alternately stacking two types of material layers having different refractive indexes. FIG. 3 shows a material layer A having a refractive index n 1 and a material layer B having a refractive index n 2 .

【0036】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。
When the pitch (interval) of the periodic structure of the multilayer film 22 is d and the wavelength of incident light is λ, the Bragg reflection condition is expressed by the following equation. However, m is an arbitrary integer. 2d · sin θ = mλ (1) where θ is the incident angle measured from the incident surface, and θ = π /
When it is set to 2, the following equation is obtained. 2d = mλ (2) The Bragg grating selectively reflects light of a specific wavelength that satisfies the Bragg reflection condition and transmits light of other wavelengths.

【0037】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の各位置において周期構造のピッチdが変化す
る。これに伴い、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。
When the ultrasonic wave is propagated to the ultrasonic wave detecting element 20, the ultrasonic wave detecting element 20 is distorted along with the propagation of the ultrasonic wave, and the pitch d of the periodic structure changes at each position of the multilayer film 22. Along with this, the wavelength λ of the light that is selectively reflected changes. Regarding the reflection characteristics of Bragg grating,
Before and after the center wavelength having the highest reflectance (low transmittance), there is a tilted band in which the reflectance changes, and ultrasonic waves are applied while light having a center wavelength in the range of this tilted band is incident on the multilayer film 22. Then, the intensity change of the reflected light (or transmitted light) according to the intensity of the ultrasonic wave at each position on the receiving surface can be observed. By converting this intensity change of light into the intensity of the ultrasonic wave, the two-dimensional intensity distribution information of the ultrasonic wave can be acquired.

【0038】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。これには、例えば、SiO2と酸
化チタン(Ti23)との組み合わせや、SiO2と酸
化タンタル(Ta25)との組み合わせ等が挙げられ
る。材料層A及びBは、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形成される。
The material of the substrate 21 is quartz glass (S
Optical glass such as iO 2 ) or BK7 (product of Schott) is used. Further, as the substances used for the material layers A and B, it is desirable to use a combination of substances having different refractive indexes of 10% or more. Examples of this include a combination of SiO 2 and titanium oxide (Ti 2 O 3 ), a combination of SiO 2 and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), and the like. The material layers A and B are formed on the substrate 21 by a method such as vacuum deposition or sputtering.

【0039】ところで、超音波の多重反射を抑制するた
めには、超音波が伝搬する距離を長くすることが有効で
ある。超音波は伝搬する際に少なからず減衰し、伝搬距
離が長いほど減衰量は多くなる。そこで、十分な伝搬距
離を取れば、一端に伝搬した超音波が他端において反射
して戻る間に、超音波を十分に減衰させることができる
からである。このため、本実施形態においては、光伝送
路として光ファイバを用い、受信した超音波を光ファイ
バに伝搬させている。即ち、光伝送路に、光を通過させ
る機能と共に超音波を減衰させるバッキング部としての
機能を持たせている。
By the way, in order to suppress the multiple reflection of ultrasonic waves, it is effective to lengthen the propagation distance of ultrasonic waves. The ultrasonic wave is attenuated not a little when it propagates, and the amount of attenuation increases as the propagation distance increases. Therefore, if a sufficient propagation distance is taken, the ultrasonic wave propagated at one end can be sufficiently attenuated while being reflected and returned at the other end. Therefore, in the present embodiment, an optical fiber is used as the optical transmission line and the received ultrasonic wave is propagated to the optical fiber. That is, the optical transmission line is provided with a function as a backing portion for attenuating ultrasonic waves as well as a function of transmitting light.

【0040】図4は、図2に示す光伝送路13、コリメ
ート部14、及び、超音波検出素子20の一部を拡大し
て示す断面図である。図4に示すように、光伝送路(バ
ンドルファイバ)13に含まれる光ファイバ13a、1
3b、…と、コリメート部(コリメートレンズアレイ)
14に含まれるコリメートレンズ14a、14b、…と
は、それぞれ光軸を合わせて接続され、さらに、超音波
検出素子20に2次元状に配置されて接続されている。
光ファイバ13a、13b、…は、接着剤25を用いて
束ねられている。
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a part of the optical transmission line 13, the collimating portion 14 and the ultrasonic detecting element 20 shown in FIG. As shown in FIG. 4, the optical fibers 13a, 1 included in the optical transmission line (bundle fiber) 13
3b, ..., and collimating section (collimating lens array)
The collimator lenses 14a, 14b, ... Included in 14 are connected so that their optical axes are aligned with each other, and are further arranged two-dimensionally and connected to the ultrasonic detecting element 20.
The optical fibers 13a, 13b, ... Are bundled with an adhesive 25.

【0041】光ファイバ13aは、例えば、2m程度の
長さを有するシングルモード又はマルチモードファイバ
であり、樹脂系材料を含む粘度の低い部材(被覆材23
a)で覆われている。光ファイバを伝搬する間に超音波
を減衰させるために、光ファイバを上記の部材で被覆す
ることにより、超音波の伝搬エネルギー損失をさらに大
きくして超音波減衰を早めることができる。
The optical fiber 13a is, for example, a single mode or multimode fiber having a length of about 2 m, and has a low viscosity member (coating material 23) containing a resin material.
Covered with a). By covering the optical fiber with the above-mentioned member in order to attenuate the ultrasonic wave while propagating through the optical fiber, it is possible to further increase the propagation energy loss of the ultrasonic wave and accelerate the ultrasonic wave attenuation.

【0042】ここで、光ファイバ13a中を伝送される
光は、該光ファイバから出射する際に回折する。このた
め、光ファイバ13aを超音波検出素子20に直接接続
すると、光が拡散して超音波検出素子の光反射特性が著
しく乱れ、超音波検出素子内で十分な干渉が生じなくな
る。このため、超音波検出素子の検出感度が著しく悪く
なってしまう。この現象を避けるため、光ファイバ13
aの一端には、出射光の拡散を防止するためにコリメー
トレンズ14aが接続されている。
The light transmitted through the optical fiber 13a is diffracted when it is emitted from the optical fiber. Therefore, if the optical fiber 13a is directly connected to the ultrasonic detecting element 20, the light is diffused and the light reflection characteristic of the ultrasonic detecting element is significantly disturbed, and sufficient interference does not occur in the ultrasonic detecting element. For this reason, the detection sensitivity of the ultrasonic detecting element is significantly deteriorated. In order to avoid this phenomenon, the optical fiber 13
A collimator lens 14a is connected to one end of a in order to prevent diffusion of emitted light.

【0043】コリメートレンズ14aとしては、グラデ
ィアントインデックスレンズ(gradient in
dex lens、以下GRINレンズと略す)が用い
られる。GRINレンズは、例えば、セルフォック(S
elfoc:日本板硝子株式会社の登録商標)レンズと
いう製品名で知られている。GRINレンズは、位置に
よって異なる屈折率を有する屈折率分布型レンズであ
り、その長さを変えることによって光学特性が変化す
る。例えば、GRINレンズを物体像面間距離(光が正
立に結像するピッチ)の1/4の長さにすると、入射光
が平行光となって出射される。
As the collimating lens 14a, a gradient index lens (gradient in
dex length, hereinafter abbreviated as GRIN lens) is used. The GRIN lens is, for example, a Selfoc (S
elfoc: a registered trademark of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.), known as the product name. The GRIN lens is a gradient index lens having a different refractive index depending on the position, and its optical characteristics are changed by changing its length. For example, when the GRIN lens has a length of ¼ of the object image plane distance (pitch at which light is erectly imaged), incident light is emitted as parallel light.

【0044】本実施形態においては、セルフォックレン
ズが多数配列されたセルフォックレンズアレイNA0.
46(日本板硝子株式会社の製品)を、0.25Lの長
さ(Lは、物体像面間距離)で使用し、それぞれのセル
フォックレンズをコリメートレンズ14a、14b、…
として光ファイバに接続している。
In the present embodiment, the Selfoc lens array NA0.
46 (a product of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) is used with a length of 0.25 L (L is a distance between object image planes), and the respective Selfoc lenses are collimating lenses 14a, 14b ,.
As an optical fiber.

【0045】図4に示すように、コリメートレンズ14
aを被覆材23aによって覆っても良い。光ファイバ1
3aにおけるのと同様に、超音波を早く減衰させるため
である。
As shown in FIG. 4, the collimating lens 14
You may cover a with the coating material 23a. Optical fiber 1
This is because the ultrasonic waves are attenuated quickly as in the case of 3a.

【0046】光ファイバとコリメートレンズ、又は、コ
リメートレンズと超音波検出素子は、融着又は接着剤を
用いて接続される。接着剤を用いる場合には、エポキシ
系を含む樹脂系接着剤を用いることが望ましい。このよ
うな接着剤においては、音響インピーダンスが光ファイ
バ及びコリメートレンズの部材や超音波検出素子の基板
と近似しているので、超音波が伝搬する際にそれぞれの
部材の境界において反射するのを抑制できるからであ
る。また、複数の光ファイバを束ねるための接着剤25
としても、エポキシ系を含む樹脂系接着剤を用いること
が望ましい。超音波を減衰させ、隣接する光ファイバ間
における超音波のクロストークを防ぐと共に、ケーブル
としての柔軟性を保つことができるからである。本実施
形態においては、このような接着剤として、STYCA
ST(Emerson&Cuming社の製品)を用い
ている。
The optical fiber and the collimator lens, or the collimator lens and the ultrasonic detecting element are connected by fusion or adhesive. When using an adhesive, it is desirable to use a resin adhesive containing an epoxy. In such an adhesive, since the acoustic impedance is similar to that of the members of the optical fiber and the collimating lens and the substrate of the ultrasonic detecting element, it is possible to suppress the reflection at the boundary of each member when the ultrasonic wave propagates. Because you can. Also, an adhesive 25 for bundling a plurality of optical fibers
Also, it is desirable to use a resin adhesive containing an epoxy. This is because it is possible to attenuate ultrasonic waves, prevent crosstalk of ultrasonic waves between adjacent optical fibers, and maintain flexibility as a cable. In this embodiment, as such an adhesive, STYCA
ST (a product of Emerson & Cuming) is used.

【0047】次に、図5を参照しながら、超音波用探触
子の構造について説明する。図5は、超音波用探触子1
のハウジング内の正面図である。超音波用探触子1のハ
ウジング35内には、超音波伝送路74の一部と、コリ
メータ部14を介して光伝送部13に接続されている超
音波検出素子20とが収納されている。
Next, the structure of the ultrasonic probe will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an ultrasonic probe 1.
3 is a front view of the inside of the housing of FIG. In the housing 35 of the ultrasonic probe 1, a part of the ultrasonic transmission path 74 and the ultrasonic detection element 20 connected to the optical transmission section 13 via the collimator section 14 are housed. .

【0048】超音波伝送路74及び超音波検出素子20
とハウジング35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36を設けることが望まし
い。音響整合層36は、超音波を伝え易いパイレックス
ガラス(パイレックス社の登録商標)や金属粉入りエポ
キシ樹脂等により構成することができる。また、ハウジ
ング35の表面には、超音波伝送路74や超音波検出素
子20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37を設けることが望ましい。なお、ハウジン
グ35内は、超音波伝送路74及び超音波検出素子20
が設けられた部分の近傍を除き、樹脂38で固められて
いる。
The ultrasonic transmission path 74 and the ultrasonic detecting element 20.
It is desirable to provide an acoustic matching layer 36 between the housing and the housing 35 in order to achieve matching of acoustic impedance. The acoustic matching layer 36 can be made of Pyrex glass (registered trademark of Pyrex Co., Ltd.) or an epoxy resin containing metal powder, which easily transmits ultrasonic waves. In addition, it is desirable to provide an acoustic lens material 37 such as silicon rubber on the surface of the housing 35 so as to protect the ultrasonic transmission path 74 and the ultrasonic detecting element 20. In addition, inside the housing 35, the ultrasonic transmission path 74 and the ultrasonic detection element 20 are provided.
The resin 38 is solidified except in the vicinity of the portion where is provided.

【0049】図6は、超音波用探触子1の平面図を示し
ている。本実施形態においては、図6の(a)に示すよ
うに、超音波検出素子20の周囲に複数の超音波送信端
73を配置しているが、図6の(b)又は(c)に示す
ように、超音波検出素子20の受信面が1つ又は複数の
超音波送信端73を囲むように配置することも可能であ
る。図6の(b)に示すように、超音波検出素子20の
中心に1つの超音波送信端73を配置する場合には、送
信波のビームスキャンはできない。一方、図6の(a)
又は(c)に示すように、超音波検出素子20に複数の
超音波送信端73を1次元又は2次元的に配置する場合
には、1次元又は2次元的なビームスキャン送信が可能
になる。なお、図6の(a)〜(c)においては、超音
波送信端73や超音波検出素子20の周囲を、超音波の
クロストークを低減させるために、吸音材39で満たす
ことが望ましい。吸音材39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。
FIG. 6 shows a plan view of the ultrasonic probe 1. In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, a plurality of ultrasonic wave transmitting ends 73 are arranged around the ultrasonic wave detecting element 20, but in FIG. 6B or 6C. As shown, the receiving surface of the ultrasonic detecting element 20 may be arranged so as to surround one or a plurality of ultrasonic transmitting ends 73. As shown in FIG. 6B, when one ultrasonic wave transmitting end 73 is arranged at the center of the ultrasonic wave detecting element 20, beam scanning of the transmitted wave cannot be performed. On the other hand, FIG.
Alternatively, as shown in (c), when a plurality of ultrasonic wave transmitting ends 73 are arranged in the ultrasonic wave detecting element 20 one-dimensionally or two-dimensionally, one-dimensional or two-dimensional beam scanning transmission becomes possible. . In addition, in FIGS. 6A to 6C, it is desirable to fill the periphery of the ultrasonic wave transmitting end 73 and the ultrasonic wave detecting element 20 with the sound absorbing material 39 in order to reduce the crosstalk of the ultrasonic wave. As the sound absorbing material 39, epoxy resin containing metal powder, rubber containing ferrite powder, or the like is suitable.

【0050】超音波送信端73と超音波検出素子20と
を図6の(c)に示すように配置する場合には、例え
ば、次のように超音波用探触子を作製することができ
る。図7は、超音波用探触子の作製方法の例を説明する
ための図である。
When the ultrasonic wave transmitting end 73 and the ultrasonic wave detecting element 20 are arranged as shown in FIG. 6C, for example, an ultrasonic wave probe can be manufactured as follows. . FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a method for manufacturing an ultrasonic probe.

【0051】図7の(a)〜(c)は、図6の(c)の
A−A’面における断面を示している。まず、図7の
(a)に示すように、光学ガラス等を材料とする基板2
1に、複数の開口を形成する。次に、図7の(b)に示
すように、基板21の図中下側の面上に、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を形成
する。次に、図7の(c)に示すように、基板21の開
口内に、超音波伝送路74を挿入し、超音波検出素子2
0にコリメート部14及び光伝送路13を接続する。こ
れにより、超音波検出素子20の受信面が、超音波送信
端73を囲むように形成される。なお、この際に、超音
波伝送路74と超音波検出素子20との隙間に吸音材3
9やエポキシ系の接着剤等を充填してもよい。
FIGS. 7A to 7C show cross sections taken along the line AA 'in FIG. 6C. First, as shown in FIG. 7A, a substrate 2 made of optical glass or the like is used.
1, a plurality of openings are formed. Next, as shown in FIG. 7B, two kinds of material layers having different refractive indexes are alternately laminated on the lower surface of the substrate 21 in the drawing,
A multilayer film 22 having a Bragg grating structure is formed. Next, as shown in (c) of FIG. 7, the ultrasonic transmission path 74 is inserted into the opening of the substrate 21, and the ultrasonic detection element 2 is inserted.
The collimator 14 and the optical transmission line 13 are connected to 0. Thereby, the receiving surface of the ultrasonic detecting element 20 is formed so as to surround the ultrasonic transmitting end 73. At this time, the sound absorbing material 3 is placed in the gap between the ultrasonic transmission path 74 and the ultrasonic detecting element 20.
9 or an epoxy adhesive or the like may be filled.

【0052】本実施形態の変形例について、図8を参照
しながら説明する。この例は、図2における超音波検出
素子20の替わりに、図8に示す超音波検出素子(エタ
ロンセンサ)30を用いている。その他の構成について
は、図2及び図4を用いて説明したのと同様である。
A modified example of this embodiment will be described with reference to FIG. In this example, an ultrasonic wave detecting element (etalon sensor) 30 shown in FIG. 8 is used instead of the ultrasonic wave detecting element 20 in FIG. Other configurations are similar to those described with reference to FIGS. 2 and 4.

【0053】図8に示すように、基板31は、超音波に
よって変形する膜状の基板である。基板31に対向し
て、基板32が配置されており、これらはエタロンと同
様の構造を形成している。
As shown in FIG. 8, the substrate 31 is a film-shaped substrate which is deformed by ultrasonic waves. A substrate 32 is arranged so as to face the substrate 31, and these have the same structure as the etalon.

【0054】基板31及び32の反射率をR、これらの
基板の間隔をdとし、入射光の波長をλとすると、エタ
ロンの透過率は次のように表される。ただし、nは任意
の整数である。 T={1+4R/(1−R)2・sin2(φ/2)}-1 …(3) φ=2π/λ・2nd・cosθ …(4) ここで、θは出射面の垂線から測った出射角であり、θ
=0とすると次の式のようになる。 φ=4πnd/λ …(5) エタロンは、波長λの光を透過率Tで透過し、反射率R
=(1−T)で反射する。
When the reflectance of the substrates 31 and 32 is R, the distance between these substrates is d, and the wavelength of the incident light is λ, the transmittance of the etalon is expressed as follows. However, n is an arbitrary integer. T = {1 + 4R / (1-R) 2 · sin 2 (φ / 2)} −1 (3) φ = 2π / λ · 2nd · cos θ (4) where θ is measured from the perpendicular of the exit surface. The exit angle is θ
When = 0, the following formula is obtained. φ = 4πnd / λ (5) The etalon transmits the light of wavelength λ with the transmittance T and the reflectance R
= (1-T) is reflected.

【0055】超音波検出素子30に超音波を伝搬させる
と、基板31が歪み、受信面の各位置において基板31
及び32の間隔dが変化するので、波長λの光の反射率
が変化する。エタロンの反射特性は、波長変化に対して
周期的に変化する。反射特性の変化率の大きい領域に中
心波長を有する光を基板31に入射させながら超音波を
印加すると、受信面の各位置における超音波の強さに応
じた反射光の強度変化を観測できる。この反射光の強度
変化を超音波の強度に換算することにより、超音波の強
度を2次元的に計測することができる。
When an ultrasonic wave is propagated to the ultrasonic detecting element 30, the substrate 31 is distorted, and the substrate 31 is deformed at each position on the receiving surface.
Since the distance d between 32 and 32 changes, the reflectance of light of wavelength λ changes. The reflection characteristic of the etalon changes periodically with a change in wavelength. When the ultrasonic wave is applied while the light having the central wavelength is incident on the substrate 31 in the region where the rate of change of the reflection characteristic is large, the intensity change of the reflected light according to the intensity of the ultrasonic wave at each position on the receiving surface can be observed. The intensity of the ultrasonic wave can be two-dimensionally measured by converting the intensity change of the reflected light into the intensity of the ultrasonic wave.

【0056】次に、本発明の第2の実施形態に係る超音
波撮像装置について、図9を参照しながら説明する。本
実施形態に係る超音波撮像装置は、第1の実施形態にお
ける振動子及び超音波伝送路を、超音波の送受信のため
に兼用するものである。図9に示すように、この超音波
撮像装置の振動子72には、検出信号処理回路75が接
続されている。また、超音波用探触子2は、超音波検出
部60と超音波送受信端76によって形成されている。
その他の構成については、第1の実施形態と同様であ
る。
Next, an ultrasonic imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment, the transducer and the ultrasonic transmission path in the first embodiment are also used for transmitting and receiving ultrasonic waves. As shown in FIG. 9, a detection signal processing circuit 75 is connected to the transducer 72 of this ultrasonic imaging apparatus. In addition, the ultrasonic probe 2 is formed by the ultrasonic detecting unit 60 and the ultrasonic transmitting / receiving end 76.
Other configurations are similar to those of the first embodiment.

【0057】振動子72は、駆動信号発生回路71から
発生した信号に基づいて振動し、超音波を発生する。こ
の超音波は、超音波伝送路74を介して超音波送受信端
76に向けて伝送される。さらに、この超音波は、超音
波送受信端76から被検体に向けて送信される。被検体
から反射されたエコー波は、超音波検出部60によって
受信されると共に、超音波送受信端76にも受信され
る。超音波送受信端76に受信されたエコー波は、超音
波伝送路74を介して振動子72に向けて伝送される。
振動子72は、超音波伝送路74によって伝送された超
音波によって振動し、電気信号を発生する。
The vibrator 72 vibrates based on the signal generated from the drive signal generating circuit 71 and generates ultrasonic waves. This ultrasonic wave is transmitted toward the ultrasonic wave transmitting / receiving end 76 via the ultrasonic wave transmission path 74. Further, this ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitting / receiving end 76 toward the subject. The echo wave reflected from the subject is received by the ultrasonic wave detecting section 60 and also received by the ultrasonic wave transmitting / receiving end 76. The echo wave received by the ultrasonic wave transmitting / receiving end 76 is transmitted to the transducer 72 via the ultrasonic wave transmission path 74.
The vibrator 72 vibrates by the ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic transmission path 74 and generates an electric signal.

【0058】検出信号処理回路75は、振動子72から
入力した検出信号に対して増幅等の処理を施し、信号処
理部81に出力する。信号処理部81は、タイミングコ
ントロール部80の制御の下で、超音波の送信から一定
時間経過後に、検出信号処理回路75から出力される検
出信号を取り込む。この検出信号は、信号処理部81以
降の信号処理系によって、光検出方式によって検出され
た信号と同様に処理される。
The detection signal processing circuit 75 performs processing such as amplification on the detection signal input from the vibrator 72, and outputs it to the signal processing unit 81. Under the control of the timing control unit 80, the signal processing unit 81 takes in the detection signal output from the detection signal processing circuit 75 after a lapse of a certain time from the transmission of ultrasonic waves. This detection signal is processed by the signal processing system subsequent to the signal processing unit 81 in the same manner as the signal detected by the light detection method.

【0059】本実施形態によれば、超音波検出部に加え
て超音波送受信端から超音波の受信を行うので、超音波
用探触子における超音波受信領域が拡がり、情報量が増
加する。
According to this embodiment, the ultrasonic wave is received from the ultrasonic wave transmitting / receiving end in addition to the ultrasonic wave detecting portion, so that the ultrasonic wave receiving area in the ultrasonic probe is expanded and the amount of information is increased.

【0060】次に、本発明の第3の実施形態に係る超音
波撮像装置について、図10を参照しながら説明する。
図10は、本実施形態における送信系及び受信系の構成
を示す図である。本実施形態においては、図2における
光伝送路13及びコリメート部14の替わりに、バッキ
ング部50が用いられている。その他の構成について
は、第1の実施形態と同様である。
Next, an ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a diagram showing the configurations of the transmission system and the reception system in this embodiment. In this embodiment, a backing section 50 is used instead of the optical transmission line 13 and the collimating section 14 in FIG. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

【0061】バッキング部50は、検出に用いられる光
を透過する光伝送部51と、超音波を減衰させるための
被覆部52とを含んでいる。光伝送部51には、光学ガ
ラス等の部材が用いられる。また、被覆部52には、樹
脂、ゴム、液体等の粘度の低い部材が用いられる。この
ようなバッキング部50と、超音波検出素子20とは、
エポキシ系等の樹脂系接着剤によって接続される。
The backing section 50 includes an optical transmission section 51 that transmits light used for detection and a coating section 52 for attenuating ultrasonic waves. A member such as optical glass is used for the optical transmission unit 51. Further, for the covering portion 52, a member having low viscosity such as resin, rubber or liquid is used. The backing section 50 and the ultrasonic detecting element 20 as described above are
They are connected by a resin adhesive such as epoxy.

【0062】図10に示す受信系において、光源11か
ら発生した光は、レンズ16を通過し、分波器12によ
って方向を変えられた後、レンズ17を通過して光伝送
部51に入射する。この光は、超音波検出素子20から
反射されると共に、印加される超音波に基づいて変調さ
れる。反射された光は、レンズ17、分波器12、及
び、結像系18を通過し、光検出器15に入射して検出
される。
In the receiving system shown in FIG. 10, the light emitted from the light source 11 passes through the lens 16, is redirected by the demultiplexer 12, and then passes through the lens 17 to enter the optical transmission section 51. . This light is reflected from the ultrasonic detecting element 20 and is modulated based on the applied ultrasonic wave. The reflected light passes through the lens 17, the demultiplexer 12, and the imaging system 18, enters the photodetector 15, and is detected.

【0063】一方、超音波検出素子20に印加された超
音波は、超音波検出素子20の内部及びバッキング部5
0に伝搬する。バッキング部50において、超音波は、
光伝送部51を伝搬する際にエネルギーを損失すると共
に、被覆部52によってエネルギーを吸収されて急速に
減衰する。これにより、超音波の多重反射による影響を
低減することができる。
On the other hand, the ultrasonic waves applied to the ultrasonic detecting element 20 are transferred to the inside of the ultrasonic detecting element 20 and the backing portion 5.
Propagate to 0. In the backing section 50, the ultrasonic waves are
Energy is lost when propagating through the optical transmission section 51, and the energy is absorbed by the coating section 52 and rapidly attenuated. This can reduce the effect of multiple reflection of ultrasonic waves.

【0064】本実施形態によれば、それぞれの画素に対
応する複数の光ファイバによって超音波検出素子に導光
するのと異なり、超音波検出素子の反射面に対して所定
の太さ(照射面積)を有する光を導光するので、受信系
の構成を簡単にすることができる。なお、本実施形態に
おいては、図10に示すレンズ17を通過した光を直接
光伝送部に入射させているが、図4に示すような光ファ
イバやコリメート部を介して光伝送部に入射させても良
い。また、光伝送部51と、超音波検出素子20との間
に、コリメート部を挿入しても良い。さらに、本実施形
態においては、超音波検出素子として、図3に示す多層
膜センサを用いているが、図8に示すエタロンセンサを
用いても良い。
According to the present embodiment, unlike the case where light is guided to the ultrasonic detecting element by a plurality of optical fibers corresponding to respective pixels, a predetermined thickness (irradiation area) is applied to the reflecting surface of the ultrasonic detecting element. ) Is guided, the structure of the receiving system can be simplified. In the present embodiment, the light passing through the lens 17 shown in FIG. 10 is directly incident on the optical transmission section, but it is incident on the optical transmission section via the optical fiber or the collimating section as shown in FIG. May be. Further, a collimator section may be inserted between the optical transmission section 51 and the ultrasonic detection element 20. Further, in the present embodiment, the multilayer film sensor shown in FIG. 3 is used as the ultrasonic detecting element, but the etalon sensor shown in FIG. 8 may be used.

【0065】次に、本発明の第4の実施形態に係る超音
波撮像装置について、図11を参照しながら説明する。
本実施形態においては、図2に示す超音波検出素子2
0、光伝送路13、及び、コリメート部14の替わり
に、図11の(a)に示す超音波有感部を有するバンド
ルファイバ40を用い、その周囲に複数の超音波伝送路
74を配置している。その他の構成については、第1の
実施形態におけるのと同様である。
Next, an ultrasonic imaging apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the ultrasonic detection element 2 shown in FIG.
0, the optical transmission path 13, and the collimating section 14, a bundle fiber 40 having an ultrasonic sensitive section shown in FIG. 11A is used, and a plurality of ultrasonic transmission paths 74 are arranged around the bundle fiber 40. ing. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

【0066】図11の(b)に、バンドルファイバ40
に含まれるファイバ40aの構成を示す。ファイバ40
aは、光ファイバ41aとコリメートレンズ42aとを
含んでいる。本実施形態においては、第1の実施形態に
おけるのと同様に、コリメートレンズ42aとして、
0.25Lの長さを有するセルフォックレンズを用いて
いる。また、両者は、融着又はエポキシ系を含む樹脂系
接着剤によって接続されている。
FIG. 11B shows the bundle fiber 40.
The structure of the fiber 40a included in FIG. Fiber 40
A includes an optical fiber 41a and a collimator lens 42a. In the present embodiment, as in the first embodiment, as the collimating lens 42a,
A SELFOC lens having a length of 0.25L is used. Further, the both are connected by fusion or a resin-based adhesive containing an epoxy.

【0067】コリメートレンズ42aの一端には、2種
類の材料層が交互に積層された多層膜43aが形成され
ている。この多層膜43aが、ブラッググレーティング
構造を構成し、超音波有感部として作用する。多層膜4
3aの材料としては、例えば、SiO2と酸化チタン
(Ti23)との組み合わせや、SiO2と酸化タンタ
ル(Ta25)との組み合わせ等が用いられる。このよ
うな材料層は、コリメートレンズ42a上に、蒸着によ
って形成されている。
At one end of the collimator lens 42a, a multilayer film 43a in which two kinds of material layers are alternately laminated is formed. This multilayer film 43a constitutes a Bragg grating structure and acts as an ultrasonic sensitive section. Multilayer film 4
As the material of 3a, for example, a combination of SiO 2 and titanium oxide (Ti 2 O 3 ) or a combination of SiO 2 and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is used. Such a material layer is formed on the collimator lens 42a by vapor deposition.

【0068】ファイバ40aは、ファイバ40aの一端
に伝搬した超音波が他端において反射する前に、超音波
が減衰してしまうように、粘度の低い部材(被覆材44
a)によって覆われている。さらに、図11の(b)に
示すように、被覆材44aがコリメートレンズ42aま
で覆うようにしても良い。これにより、ファイバ40a
に伝搬した超音波のエネルギー損失を大きくすることが
できるので、超音波を早く減衰させてバッキング材とし
ての効果を上げることができる。
The fiber 40a has a low-viscosity member (coating material 44) so that the ultrasonic wave propagated to one end of the fiber 40a is attenuated before being reflected at the other end.
covered by a). Further, as shown in FIG. 11B, the covering material 44a may cover the collimator lens 42a. Thereby, the fiber 40a
Since it is possible to increase the energy loss of the ultrasonic waves propagated to, it is possible to quickly attenuate the ultrasonic waves and improve the effect as a backing material.

【0069】このようなファイバ40a、40b、…
を、エポキシ系等の樹脂系接着剤を用いて多数束ねるこ
とにより、超音波有感部を有するバンドルファイバ40
が作製される。バンドルファイバ40と超音波伝送路7
4とを組み合わせて超音波用探触子を作製する際には、
図11の(a)に示すように、バンドルファイバ40の
周囲に複数の超音波伝送路74を配置しても良い。ま
た、図11の(c)に示すように、1つ又は複数の超音
波伝送路74をファイバ40a、40b、…の間に配置
しても良い。この場合には、バンドルファイバの所望の
位置に超音波伝送路を配置することができる。
Such fibers 40a, 40b, ...
Are bundled together using an epoxy-based resin adhesive or the like to form a bundle fiber 40 having an ultrasonic sensitive section.
Is created. Bundle fiber 40 and ultrasonic transmission path 7
When making an ultrasonic probe by combining 4 and
As shown in FIG. 11A, a plurality of ultrasonic transmission paths 74 may be arranged around the bundle fiber 40. Further, as shown in FIG. 11C, one or a plurality of ultrasonic transmission paths 74 may be arranged between the fibers 40a, 40b, .... In this case, the ultrasonic transmission path can be arranged at a desired position of the bundle fiber.

【0070】本実施形態によれば、コリメートレンズに
直接多層膜が形成されるので、コリメートレンズと超音
波検出素子との接続部分における強度が増す。また、こ
の接続部分における超音波の反射が抑制されるので、超
音波をファイバ部分に逃がしやすくなり、効果的に多重
反射を抑制することができる。さらに、超音波用探触子
が、コリメータレンズが接続された光伝送路と超音波伝
送路とによって構成されるので、一層、探触子を小型化
することができる。
According to this embodiment, since the multilayer film is formed directly on the collimator lens, the strength at the connecting portion between the collimator lens and the ultrasonic detecting element is increased. Further, since the reflection of the ultrasonic wave at the connecting portion is suppressed, the ultrasonic wave is easily released to the fiber portion, and the multiple reflection can be effectively suppressed. Further, since the ultrasonic probe is composed of the optical transmission line to which the collimator lens is connected and the ultrasonic transmission line, the size of the probe can be further reduced.

【0071】以上説明した第1〜第4の実施形態におい
ては、光増幅器を付加することによって超音波検出性能
を向上させることができる。この変形例について、図1
2を参照しながら説明する。図12に示す超音波撮像装
置は、図2に示す超音波撮像装置に、光増幅器91と光
増幅器92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91は、光源11と分波器12の間、若し
くは、レンズ16と分波器12の間に配置され、光源1
1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92は、分波器12と結像系18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1
8に出射する。結像系18を用いない場合には、光増幅
器92は、分波器12と光検出器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光検出器15
に出射する。
In the first to fourth embodiments described above, the ultrasonic wave detection performance can be improved by adding an optical amplifier. This modified example is shown in FIG.
This will be described with reference to 2. The ultrasonic imaging apparatus shown in FIG. 12 is obtained by adding at least one of an optical amplifier 91 and an optical amplifier 92 to the ultrasonic imaging apparatus shown in FIG. The optical amplifier 91 is arranged between the light source 11 and the demultiplexer 12 or between the lens 16 and the demultiplexer 12, and the light source 1
The light incident from 1 is amplified and emitted to the demultiplexer 12. On the other hand, the optical amplifier 92 is arranged between the demultiplexer 12 and the image forming system 18, and amplifies the light incident from the demultiplexer 12 to form the image forming system 1.
Emit to 8. When the image forming system 18 is not used, the optical amplifier 92 is arranged between the demultiplexer 12 and the photodetector 15, and amplifies the light incident from the demultiplexer 12 to amplify the light.
Emit to.

【0072】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 the optical amplifier, for example, an optical fiber amplifier EDFA (Er) doped with erbium (Er) is used.
-Doped Optical Fiber Ampl
ifer) is used. This EDFA can increase the light intensity by about one to two digits.

【0073】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15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15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 ultrasonic detecting element 20, the intensity of the incident light incident on the ultrasonic detecting element 20 is amplified. Further, when the optical amplifier is arranged between the ultrasonic detecting element 20 and the photodetector 15, the intensity of the incident light incident on the ultrasonic detecting element 20 does not change, but the reflection incident on the photodetector 15 does not change. The intensity of light is amplified. In this case, the intensity change of the reflected light modulated by the received ultrasonic wave is also amplified.

【0074】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15に入射する反射光の光量が増
加するので、光検出器15における電気的なノイズの影
響を低減し、超音波撮像装置の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, since the amount of reflected light entering the photodetector 15 increases by amplifying the intensity in the light state, the influence of electrical noise on the photodetector 15 is reduced, and It is possible to improve the SN ratio of the sound wave imaging device. Furthermore, when both are used in combination, it is possible to further improve the SN ratio.

【0075】また、第1〜第4の実施形態においては、
光源として、チューナブルLDの替わりにブロードバン
ド光源を用いることができる。この変形例について、図
13及び図14を参照しながら説明する。
In the first to fourth embodiments,
As a light source, a broadband light source can be used instead of the tunable LD. This modification will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

【0076】図13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。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13においては、ブロードバンド光源として、A
SE光源93を使用している。ASE光源93は、広帯
域光増幅器(Broadband Optical F
iber 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。
In FIG. 13, the light generated from the broadband light source is used by narrowing the band with a band narrowing filter. As a broadband light source, for example, an ASE (Amplify) that emits amplified spontaneous emission light is used.
An ed Spontaneous Emission) light source or a broadband fiber light source can be used. In FIG. 13, as the broadband light source, A
The SE light source 93 is used. The ASE light source 93 is a broadband optical amplifier (Broadband Optical F).
This is a modification of the structure of the iber Amplifer) so that amplified spontaneous emission light can be generated. For details of the broadband optical amplifier, see, for example, "Broadband Optical Amplifier" by Haruki Ogoshi (Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Vol.
2, No. 7, p. 718-724, July 1999)
Please refer to.

【0077】ここで、図14を参照すると、図14は、
図13のASE光源93を原理的に示している。ASE
光源93は、光増幅用の光ファイバ96を含んでいる。
光ファイバ96の一方の端部にはレンズ97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98が形成されている。レンズ97の図
中左側には、レーザ発振器99が励起光源として配置さ
れている。レーザ発振器99において発生した光は、レ
ンズ97を介して光ファイバ96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98を透過する。
Referring now to FIG. 14, FIG.
The ASE light source 93 of FIG. 13 is shown in principle. ASE
The light source 93 includes an optical fiber 96 for optical amplification.
A lens 97 is attached to one end of the optical fiber 96, and a Bragg grating portion 98 for reflecting excitation light is formed on the other end. A laser oscillator 99 is arranged as an excitation light source on the left side of the lens 97 in the figure. The light generated in the laser oscillator 99 enters the optical fiber 96 via the lens 97 and is amplified, and a part of the amplified light is transmitted through the Bragg grating 98 as spontaneous emission light.

【0078】再び図13を参照すると、ASE光源93
が発生した光は、分波器94に入射する。分波器94
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13おいては、
分波器94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。
Referring again to FIG. 13, the ASE light source 93
The light generated by is incident on the demultiplexer 94. Duplexer 94
Allows the light incident from the first direction to pass in the second direction, and allows the reflected light returning from the second direction to pass in the third direction different from the first direction. In FIG. 13,
Although a half mirror is used as the demultiplexer 94, an optical circulator or a polarization beam splitter may be used instead.

【0079】ASE光源93を出た光が分波器94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95が設けられてい
る。狭帯域フィルタ95に入射した光は、狭帯域フィル
タ95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94に入射する。
ASE光源93から発生した自然放出光は、狭帯域フィ
ルタ95を通過することにより、狭帯域化される。
In the direction in which the light emitted from the ASE light source 93 passes through the demultiplexer 94 (the lower side of the figure), a narrow band filter 95 made of the same material as the ultrasonic detecting element 20 is provided. The light that has entered the narrow band filter 95 is reflected by the multilayer film having the Bragg grating structure included in the narrow band filter 95, and then enters the demultiplexer 94 again.
The spontaneous emission light generated from the ASE light source 93 is narrowed in band by passing through the narrowband filter 95.

【0080】狭帯域フィルタ95によって反射された光
は、再び分波器94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、印加される超音波によって変調さ
れる。
The light reflected by the narrow band filter 95 again enters the demultiplexer 94, the course of which is changed, and enters the demultiplexer 12. The light that has passed through the demultiplexer 12 enters the ultrasonic detection element 20 and is modulated by the applied ultrasonic waves.

【0081】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。
Here, in the Bragg grating part, the center wavelength of the reflected light is 0.01 nm / ° C. due to a change in temperature.
Changes at a rate of. Therefore, if a light source that emits a laser beam of a single wavelength is used, there is a problem that the sensitivity of the ultrasonic detection element 20 that is configured by the Bragg grating portion greatly changes due to the temperature change.

【0082】しかしながら、図13に示すように、AS
E光源93から発生した自然放出光を狭帯域フィルタ9
5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検出素
子の感度の変化を低減することができる。
However, as shown in FIG.
The spontaneous emission light generated from the E light source 93 is used as the narrow band filter 9
When the band is narrowed by 5, it is possible to secure a band close to that of a laser beam having a single wavelength and reduce a change in sensitivity of the ultrasonic detection element due to a change in temperature.

【0083】即ち、狭帯域フィルタ95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95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95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95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。
That is, the narrow band filter 95 and the ultrasonic detecting element 20 are formed of the same material, and, for example, the narrow band filter 95 and the ultrasonic detecting element 20 are connected by a material having high thermal conductivity, Bandpass filter 95 and ultrasonic detection element 20
By physically bringing the and into close proximity to each other, thermal coupling is achieved. Alternatively, the narrow band filter 95 and the ultrasonic detection element 20
A heat pipe may be arranged around and.

【0084】これにより、狭帯域フィルタ95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、超音波検出素子の感度の変化を低減することがで
きる。
As a result, the Bragg grating portion of the narrow band filter 95 and the Bragg grating portion of the ultrasonic detecting element 20 have almost the same temperature, so that even if the reflection characteristic of the ultrasonic detecting element 20 is shifted by the temperature,
Similarly, the wavelength of the light incident on the ultrasonic detecting element 20 can be shifted to reduce the change in the sensitivity of the ultrasonic detecting element.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、超
音波伝送路を用いることにより、振動子を超音波撮像装
置の本体側に配置することができるので、振動子まで配
線する必要がなくなり、探触子の構造を簡単にして小型
化することができる。また、探触子に電力を供給する必
要がなくなるので、振動子や配線における発熱の影響を
受けないで済む。これより、超音波検出素子の温度変化
による検出誤差を減少させることができる。従って、特
に医療診断においては、被検体(患者)に対する電気的
安全性や熱的安全性を向上させることが可能となる。さ
らに、超音波送信時における振動子の超音波検出素子に
対する振動の影響を低減することができるので、検出感
度の変動を防止することが可能である。また、光伝送路
において超音波を減衰させることにより、超音波の多重
反射を抑制することができる。これにより、SN比の高
い検出信号を得て、画質の良い超音波画像を得ることが
可能となる。
As described above, according to the present invention, by using the ultrasonic transmission path, the vibrator can be arranged on the main body side of the ultrasonic imaging apparatus, so that it is necessary to wire up to the vibrator. Is eliminated, and the structure of the probe can be simplified and downsized. Further, since it is not necessary to supply electric power to the probe, it is not necessary to be affected by heat generated in the vibrator and wiring. As a result, the detection error due to the temperature change of the ultrasonic detection element can be reduced. Therefore, particularly in medical diagnosis, it is possible to improve electrical safety and thermal safety for the subject (patient). Furthermore, since it is possible to reduce the influence of vibration of the vibrator on the ultrasonic detecting element during ultrasonic wave transmission, it is possible to prevent fluctuations in detection sensitivity. Further, by attenuating the ultrasonic wave in the optical transmission line, it is possible to suppress the multiple reflection of the ultrasonic wave. This makes it possible to obtain a detection signal with a high SN ratio and obtain an ultrasonic image with good image quality.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る超音波撮像装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の超音波撮像装置に含まれる送信系及び受
信系の構成を示す模式図である。
2 is a schematic diagram showing a configuration of a transmission system and a reception system included in the ultrasonic imaging apparatus of FIG.

【図3】図2に示す超音波検出素子の超音波検出原理を
説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an ultrasonic wave detection principle of the ultrasonic wave detection element shown in FIG.

【図4】図2に示す超音波検出素子、コリメート部、及
び、光伝送路の接続部分を拡大して示す断面図である。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a connection portion of the ultrasonic wave detection element, the collimator portion, and the optical transmission line shown in FIG.

【図5】図2に示す超音波用探触子の構造を示す平面図
である。
5 is a plan view showing the structure of the ultrasonic probe shown in FIG. 2. FIG.

【図6】図6の(a)〜(c)は、超音波検出素子と超
音波伝送路の配置例を示す図である。
6A to 6C are diagrams showing an arrangement example of an ultrasonic detection element and an ultrasonic transmission path.

【図7】超音波検出素子の受信面が超音波送信端を囲む
ように配置されている場合の超音波用探触子の作製方法
の例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a method of manufacturing an ultrasonic probe when the receiving surface of the ultrasonic detecting element is arranged so as to surround the ultrasonic transmitting end.

【図8】図2に示す超音波撮像装置の変形例を示す図で
ある。
8 is a diagram showing a modification of the ultrasonic imaging apparatus shown in FIG.

【図9】本発明の第2の実施形態に係る超音波撮像装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施形態に係る超音波撮像装
置の一部を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a part of an ultrasonic imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施形態に係る超音波撮像装
置の一部を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a part of an ultrasonic imaging apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1〜第4の実施形態に係る超音波
撮像装置の変形例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a modification of the ultrasonic imaging apparatus according to the first to fourth embodiments of the present invention.

【図13】本発明の第1〜第4の実施形態に係る超音波
撮像装置の別の変形例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing another modification of the ultrasonic imaging apparatus according to the first to fourth embodiments of the present invention.

【図14】図13に示すASE光源の構成を示す図であ
る。
14 is a diagram showing a configuration of the ASE light source shown in FIG.

【図15】光検出方式の超音波検出素子における超音波
の多重反射を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining multiple reflection of ultrasonic waves in a photo-detection type ultrasonic detection element.

【図16】超音波検出素子における位置A〜Eにおいて
生じた振動を示す波形図である。
FIG. 16 is a waveform diagram showing vibrations generated at positions A to E in the ultrasonic detection element.

【図17】超音波検出素子によって検出された位置A、
C、Eにおける検出信号を示す波形図である。
FIG. 17 is a position A detected by an ultrasonic detecting element,
It is a wave form diagram which shows the detection signal in C and E.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 超音波用探触子 7 圧電素子 8 電極 9 配線 11 光源 12、94 分波器 13 光伝送路 13a、13b、…、96、 光ファイバ 14 コリメート部 14a、14b、… コリメートレンズ 15 光検出器 16、17、97 レンズ 18 結像系 20、30、100 超音波検出素子 20a、102a 受信面 21、31、32 基板 22、43a、43b、… 多層膜 23a、23b、… 被覆材 25 接着剤 35 ハウジング 36 音響整合層 37 音響レンズ 38 樹脂 39 吸音材 40 超音波有感部を有するバンドルファイバ 40a、40b、… ファイバ 41a、41b、… 光ファイバ 42a、42b、… コリメートレンズ 44a、44b、… 被覆材 50 バッキング部 51 光伝送部 52 被覆部 60 超音波検出部 71 駆動信号発生回路 72 振動子 73 超音波送信端 74 超音波伝送路 75 検出信号処理回路 76 超音波送受信端 80 タイミングコントロール部 81 信号処理部 82 A/D変換器 83 1次記憶部 84 画像処理部 85 画像表示部 86 2次記憶部 91、92 光増幅器 93 ASE光源 95 狭帯域フィルタ 98 ブラッググレーティング部 99 レーザ発振器 101 基材 102 超音波有感部 103 全反射ミラー 104 ハーフミラー 105 キャビティ 1 and 2 ultrasonic probe 7 Piezoelectric element 8 electrodes 9 wiring 11 light source 12,94 duplexer 13 Optical transmission line 13a, 13b, ..., 96, optical fiber 14 Collimating part 14a, 14b, ... Collimating lens 15 Photodetector 16, 17, 97 lenses 18 Imaging system 20, 30, 100 Ultrasonic detector 20a, 102a Receiving surface 21, 31, 32 substrates 22, 43a, 43b, ... Multilayer film 23a, 23b, ... Coating material 25 adhesive 35 housing 36 Acoustic matching layer 37 Acoustic lens 38 resin 39 Sound absorbing material 40 Bundled fiber with ultrasonic sensitive section 40a, 40b, ... Fiber 41a, 41b, ... Optical fiber 42a, 42b, ... Collimating lens 44a, 44b, ... Coating material 50 Backing part 51 Optical transmission unit 52 Cover 60 Ultrasonic detector 71 Drive signal generation circuit 72 oscillator 73 Ultrasonic transmitter 74 Ultrasonic transmission line 75 Detection signal processing circuit 76 Ultrasonic transmitter / receiver 80 Timing control section 81 Signal processing unit 82 A / D converter 83 Primary storage 84 Image processing unit 85 Image display section 86 secondary storage 91,92 Optical amplifier 93 ASE light source 95 Narrow band filter 98 Bragg grating part 99 laser oscillator 101 base material 102 Ultrasonic sensitive area 103 Total reflection mirror 104 half mirror 105 cavity

フロントページの続き Fターム(参考) 2G047 BA03 CA01 CA04 CA07 DB02 DB12 EA14 GA02 GA03 GB02 GB17 GB33 GD00 GF25 4C301 AA03 BB22 EE15 GA02 GA03 GB10 GB20 GB34 GB40 JA03 LL20 4C601 BB05 BB06 EE12 GA01 GA02 GA03 GB01 GB02 GB03 GB06 GB20 GB42 GB50 GD01 GD02 GD03 LL40 Continued front page    F-term (reference) 2G047 BA03 CA01 CA04 CA07 DB02                       DB12 EA14 GA02 GA03 GB02                       GB17 GB33 GD00 GF25                 4C301 AA03 BB22 EE15 GA02 GA03                       GB10 GB20 GB34 GB40 JA03                       LL20                 4C601 BB05 BB06 EE12 GA01 GA02                       GA03 GB01 GB02 GB03 GB06                       GB20 GB42 GB50 GD01 GD02                       GD03 LL40

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 印加される超音波に基づいて光を変調す
る超音波検出部と、 前記超音波検出部に光を導く光伝送路と、 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が発生した駆動信号に応じて超音
波を発生する振動子と、 第1の端と第2の端とを有し、前記振動子が発生した超
音波を第1の端から第2の端に伝搬すると共に、第2の
端から超音波を送信する超音波伝送路と、を具備する超
音波撮像装置。
1. An ultrasonic wave detection unit that modulates light based on an applied ultrasonic wave, an optical transmission line that guides light to the ultrasonic wave detection unit, a drive signal generation circuit that generates a drive signal, and the drive. A transducer that generates an ultrasonic wave according to a drive signal generated by the signal generation circuit, a first end, and a second end. The ultrasonic wave generated by the vibrator is transmitted from the first end to the second end. And an ultrasonic transmission path that transmits ultrasonic waves from the second end while propagating to the end of the ultrasonic imaging device.
【請求項2】 前記超音波伝送路が、第2の端に印加さ
れる超音波を第1の端に伝搬し、 前記振動子が、前記超音波伝送路によって伝搬された超
音波を受信して検出信号を発生する、請求項1記載の超
音波撮像装置。
2. The ultrasonic transmission path propagates the ultrasonic wave applied to the second end to the first end, and the transducer receives the ultrasonic wave propagated by the ultrasonic transmission path. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic imaging apparatus generates a detection signal.
【請求項3】 前記超音波伝送路が、前記超音波検出部
と一体化されて探触子を構成する、請求項1又は2記載
の超音波撮像装置。
3. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic transmission path is integrated with the ultrasonic detection unit to form a probe.
【請求項4】 前記光伝送路によって導かれた光を前記
超音波検出部に対してコリメートするコリメート部をさ
らに具備する請求項1〜3のいずれか1項記載の超音波
撮像装置。
4. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, further comprising a collimating unit that collimates the light guided by the optical transmission path with respect to the ultrasonic detecting unit.
【請求項5】 前記光伝送路又は前記コリメート部が、
光透過性を有すると共に超音波を減衰させる部材を含
む、請求項1〜4のいずれか1項記載の超音波撮像装
置。
5. The optical transmission line or the collimator section,
The ultrasonic imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a member that has optical transparency and attenuates ultrasonic waves.
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