JP2016047096A - 光音響画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光放出半導体素子からの光量が不足した状態で光の照射が継続されるのを抑制することが可能な光音響画像化装置を提供する。【解決手段】この光音響画像化装置は、検出生成部２４の近傍に設けられ、被検体１０に光を照射することが可能な複数の発光ダイオード素子２１ａと、発光ダイオード素子２１ａが光を発生させるための電力を発光ダイオード素子２１ａに供給する光源駆動部２２と、発光ダイオード素子２１ａの順電圧値ＶＦを検出することが可能な順電圧検出部２３とを備え、光源駆動部２２は、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値ＶＦに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、光音響画像化装置に関し、特に、光を照射することが可能な光放出半導体素子を備えた光音響画像化装置に関する。

従来、光を照射することが可能な光放出半導体素子を備えた光音響画像化装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、直列接続される複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤに接続され温度の増減に対応して抵抗値が増減する過熱保護抵抗器（サーミスタ）とを備えるＬＥＤ点灯装置が開示されている。このＬＥＤ点灯装置では、複数のＬＥＤのうちのいずれかのＬＥＤが短絡故障した場合、複数のＬＥＤに流れる負荷電流が増加することにより、複数のＬＥＤが過熱するとともに、過熱保護抵抗器の抵抗値が増加するように構成されている。そして、過熱保護抵抗器の抵抗値が増加することによって、複数のＬＥＤに流れる負荷電流が減少されるので、過熱に起因するＬＥＤの熱破損の抑制が図られている。

特開２０１０−１０３３９１号公報

しかしながら、上記特許文献１のＬＥＤ点灯装置では、複数のＬＥＤのうちのいずれかのＬＥＤが短絡故障した場合でも、過熱保護抵抗器の抵抗値が増加した状態（負荷電流が減少した状態）で、ＬＥＤ点灯装置からの光の照射が継続される。このため、複数のＬＥＤ（光放出半導体素子）からの光量が不足した状態で、光の照射が継続されるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、光放出半導体素子からの光量が不足した状態で光の照射が継続されるのを抑制することが可能な光音響画像化装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による光音響画像化装置は、光が被検体の内部の検出対象物により吸収されることにより発生する音響波を検出するとともに、被検体に照射するための超音波を生成することが可能な検出生成部と、検出生成部の近傍に設けられ、被検体に光を照射することが可能な複数の光放出半導体素子と、光放出半導体素子が光を発生させるための電力を光放出半導体素子に供給する光源駆動部と、光放出半導体素子の順電圧値を検出することが可能な順電圧検出部とを備え、光源駆動部は、順電圧検出部により検出された光放出半導体素子の短絡に対応する複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている。

この発明の一の局面による光音響画像化装置では、上記のように、光源駆動部を、順電圧検出部により検出された光放出半導体素子の短絡に対応する複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成する。ここで、複数の光放出半導体素子のうちのいずれかが短絡した場合には、複数の光放出半導体素子の合計の順電圧値がその分小さくなる。そこで、上記のように、順電圧検出部により検出された光放出半導体素子の短絡に対応する複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、光放出半導体素子への電力の供給を停止することによって、複数の光放出半導体素子のうちのいずれかが短絡した状態で光放出半導体素子から光が照射されるのが抑制されるので、光放出半導体素子からの光量が不足した状態で光の照射が継続されるのを抑制することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源駆動部は、順電圧検出部により検出された光放出半導体素子の短絡に対応する複数の光放出半導体素子の順電圧値がしきい値以下である場合に、光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている。ここで、光放出半導体素子が１つまたは複数短絡しても、光量が不足でない場合（許容範囲）がある。この場合、上記のように、複数の光放出半導体素子の順電圧値がしきい値以下である場合に、光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成することによって、光量が不足した状態（許容範囲外）になった際に適切に光放出半導体素子への電力の供給を停止することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源駆動部は、光放出半導体素子が光を照射しない少なくともオフ期間に、順電圧検出部により検出された光放出半導体素子の短絡に対応する複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている。このように構成すれば、比較的期間の短い光放出半導体素子が光を照射するオン期間のみにおいて複数の光放出半導体素子の順電圧値を検出する場合と異なり、容易に、順電圧値を検出することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子と順電圧検出部との間に設けられるローパスフィルタをさらに備え、光源駆動部は、ローパスフィルタを介して順電圧検出部により検出された光放出半導体素子の短絡に対応する複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている。このように構成すれば、光放出半導体素子が光を照射するオン期間の順電圧値（比較的大きい電圧値）と、光放出半導体素子が光を照射しないオフ期間の順電圧値（比較的小さい電圧値）とがローパスフィルタを介することにより略一定にされるので、オン期間またはオフ期間に関わらず、容易に、順電圧値を検出することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、順電圧検出部により検出された光放出半導体素子の短絡に対応する複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、光放出半導体素子の状態を表示する表示部をさらに備える。このように構成すれば、光放出半導体素子の状態（たとえば、順電圧値に基づいた短絡した光放出半導体素子の数など）を、容易に、ユーザに視認させることができる。その結果、光放出半導体素子の交換をユーザに促すことができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子は、発光ダイオード素子により構成されている。このように構成すれば、発光ダイオード素子は、レーザ光を発する光放出半導体素子に比べて指向性が低いので、位置ずれが生じた場合でも、比較的光の照射範囲は変化しにくい。これにより、レーザ光を発する光放出半導体素子を用いる場合と異なり、光学部材の精密なアライメント（位置合わせ）が不要であるとともに、光学系の振動による特性変動を抑制するための光学定盤や強固な筐体が不要となる。その結果、光学部材の精密なアライメントが不要で、かつ、光学定盤や強固な筐体が不要な分、光音響画像化装置の大型化および光音響画像化装置の構造の複雑化を抑制することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子は、半導体レーザ素子により構成されている。このように構成すれば、発光ダイオード素子と比べて、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子からの光の大部分を確実に被検体に照射することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子は、有機発光ダイオード素子により構成されている。このように構成すれば、薄型化容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、光放出半導体素子が設けられる光源部を容易に小型化することができる。

本発明によれば、上記のように、光放出半導体素子からの光量が不足した状態で光の照射が継続されるのを抑制することができる。

本発明の第１（第２）実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示したブロック図である。 本発明の第１（第２）実施形態による光音響画像化装置の一部の構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態による発光ダイオード素子の特性（順電圧値と電流値との関係）を説明するための図である。 本発明の第３実施形態による光音響画像化装置の一部の構成を示したブロック図である。 本発明の第３実施形態による光音響画像化装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示したブロック図である。 本発明の第４実施形態による光音響画像化装置の画像表示部に表示された発光ダイオード素子の情報を示す図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例（第２変形例）による光音響画像化装置の一部の構成を示したブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００には、図１に示すように、プローブ部２０が設けられている。プローブ部２０は、リニア型に形成されており操作者により被検体１０（人体の体表）に接触されることにより後述する光の照射、超音波Ｂ１およびＢ２の伝達を行うことが可能なように構成されている。そして、プローブ部２０は、被検体１０内からの音響波Ａ１および超音波Ｂ２を検出して、２ｍ程のケーブル５０を介して、受信信号として後述する本体部３０に伝達するように構成されている。

また、光音響画像化装置１００には、本体部３０が設けられている。本体部３０は、プローブ部２０により検出された受信信号を処理して画像化するように構成されている。

また、光音響画像化装置１００には、画像表示部４０が設けられている。画像表示部４０は、本体部３０により処理された画像を取得して、表示することが可能に構成されている。

そして、図１および図２に示すように、プローブ部２０には、光源部２１が設けられている。光源部２１には、被検体１０に侵入しやすい赤外域の波長（たとえば、約８５０ｎｍの波長）を有するパルス光を発光することが可能な複数の発光ダイオード素子２１ａが設けられている。なお、発光ダイオード素子２１ａは、本発明の「光放出半導体素子」の一例である。

また、図２に示すように、プローブ部２０には、光源駆動部２２が設けられている。また、光源駆動部２２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａが設けられている。光源駆動部２２（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａ）は、後述する制御部３１からの光トリガ信号に基づいて、光源部２１に電力を供給するように構成されている。具体的には、光源部２１の発光ダイオード素子２１ａのアノード側に駆動電圧Ｖ_Ｄ１（たとえば、約２５０Ｖ）を印加するように構成されている。

また、発光ダイオード素子２１ａは、複数（たとえば、３６個）設けられ、複数の発光ダイオード素子２１ａが互いに直列に接続されることにより発光ダイオード素子群２１ｂが構成されている。なお、発光ダイオード素子群２１ｂは、複数設けられており、互いに並列に接続されている。また、複数の発光ダイオード素子２１ａのアノード側（Ｃ１点）に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａから電圧が印加されている。また、複数の発光ダイオード素子２１ａのカソード側（Ｃ２点）は、スイッチ部ＳＷに接続されている。なお、スイッチ部ＳＷは、たとえば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から構成されている。そして、スイッチ部ＳＷは、制御部３１からのパルス制御信号に基づいて、発光ダイオード素子２１ａの接地状態と非接地状態とを切り替えることが可能に構成されている。

これにより、スイッチ部ＳＷがオン（導通）されている場合には、複数の発光ダイオード素子２１ａのアノード側とカソード側との間に、電位差が生じるので、複数の発光ダイオード素子２１ａに電流が流れ、複数の発光ダイオード素子２１ａから光が発生する。すなわち、この場合は、光源駆動部２２（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａ）から発光ダイオード素子群２１ｂに電力が供給されている状態である。また、スイッチ部ＳＷがオフ（切断）されている場合には、複数の発光ダイオード素子２１ａには、電流が流れない。すなわち、この場合は、光源駆動部２２（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａ）から発光ダイオード素子群２１ｂへの電力の供給が停止されている状態である。

そして、後述する制御部３１から伝達されるパルス制御信号によりスイッチ部ＳＷがオンオフされることにより、発光ダイオード素子群２１ｂの点Ｃ１と点Ｃ２との電位差は矩形波状の駆動パルス（駆動電圧）を有するように構成されている。なお、パルス制御信号は、オンの期間ｔ（図３参照）がたとえば約１００ｎｓで、かつ、繰り返し周波数（１／周期Ｔ、図３参照）が１ｋＨｚなどに設定されており、発光ダイオード素子２１ａの発熱が少なく、発光ダイオード素子２１ａが効率よく発光することが可能な値に設定されている。

ここで、第１実施形態では、光源駆動部２２は、後述する順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成されている。なお、順電圧値Ｖ_Ｆの詳細な説明、および、光源駆動部２２の動作の詳細な説明は、後述する。

また、プローブ部２０には、順電圧検出部２３が設けられている。順電圧検出部２３は、光源駆動部２２（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａ）と、光源部２１の発光ダイオード素子２１ａのカソード側とにそれぞれ接続されており、光源駆動部２２側の電圧（駆動電圧Ｖ_Ｄ１）と発光ダイオード素子２１ａのカソード側の電圧（電圧Ｖ_Ｄ２）とが差分された電圧値を取得することが可能に構成されている。すなわち、順電圧検出部２３は、光源部２１に含まれる複数の発光ダイオード素子２１ａ（発光ダイオード素子群２１ｂ）の順電圧値の合計値（順電圧値Ｖ_Ｆ）を取得することが可能に構成されている。また、順電圧検出部２３は、制御部３１からの光トリガ信号に同期されたサンプリングトリガ信号に基づいて、電圧値を取得するように構成されている。なお、本明細書中の以下の記載では、「光源部２１に含まれる複数の発光ダイオード素子２１ａ（発光ダイオード素子群２１ｂ）の順電圧値の合計値」を、単に「順電圧値Ｖ_Ｆ」として記載する。また、順電圧検出部２３は、取得した順電圧値Ｖ_Ｆを制御部３１に伝達するように構成されている。

また、図４に示すように、発光ダイオード素子２１ａは、温度（ジャンクション温度）を一定とした場合、発光ダイオード素子２１ａに流れる電流値と順電圧値Ｖ_Ｆとは、相関関係を有する。

また、図１に示すように、発光ダイオード素子２１ａは、被検体１０に向かって、光を照射するように構成されている。そして、プローブ部２０から被検体１０に照射されたパルス光は、被検体１０内の検出対象物（たとえば、ヘモグロビン等）により吸収される。そして、検出対象物が、パルス光の照射強度（吸収量）に応じて、膨張および収縮する（膨張した大きさから元の大きさに戻る）ことにより、検出対象物（被検体１０）から音響波Ａ１が生じる。なお、本明細書では、説明の都合上、被検体１０内の検出対象物が光を吸収することにより発生する超音波を「音響波Ａ１」として、検出生成部２４により発生されるとともに、被検体１０に反射される超音波を後述する「超音波Ｂ２」として区別して記載している。

そして、プローブ部２０には、検出生成部２４が設けられている。検出生成部２４は、超音波振動子（図示せず）を含み、被検体１０からの音響波Ａ１を検出するとともに、被検体１０に照射するための超音波Ｂ１を生成することが可能に構成されている。超音波振動子は、圧電素子（たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））などにより構成されている。そして、検出生成部２４は、上記した音響波Ａ１を取得した場合には、振動して電圧（受信信号）を生じるように構成されている。また、検出生成部２４は、取得した受信信号を後述する受信回路３２に伝達するように構成されている。

また、検出生成部２４（超音波振動子）は、制御部３１からの振動子駆動信号に応じた周波数で振動することにより超音波Ｂ１を発生することが可能に構成されている。

そして、検出生成部２４は、超音波Ｂ２により振動した場合も、音響波Ａ１により振動した場合と同様に、受信信号を受信回路３２に伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、制御部３１が設けられている。そして、制御部３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含み、各部に制御信号を伝達することによって、光音響画像化装置１００の全体の制御を行うように構成されている。たとえば、制御部３１は、光トリガ信号を光源駆動部２２に伝達するように構成されている。これにより、光源駆動部２２は、光トリガ信号に基づいた電力を光源部２１に供給することにより、光源部２１からパルス光が照射されるように構成されている。

また、本体部３０には、受信回路３２が設けられている。受信回路３２は、カップリングコンデンサ等を含み、検出生成部２４から受信信号（交流成分）を取得するように構成されている。そして、受信回路３２は、取得した受信信号を画像信号用Ａ／Ｄコンバータ３３に伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、画像信号用Ａ／Ｄコンバータ３３が設けられている。画像信号用Ａ／Ｄコンバータ３３は、受信回路３２から取得した受信信号（アナログ形式の信号）を、制御部３１から取得したサンプリングトリガ信号に対応させて、デジタル形式の信号に変換するように構成されている。そして、画像信号用Ａ／Ｄコンバータ３３は、受信メモリ３４と接続されており、画像信号用Ａ／Ｄコンバータ３３は、デジタル形式の信号に変換された受信信号を、受信メモリ３４に伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、受信メモリ３４が設けられている。受信メモリ３４は、デジタル形式の信号に変換された受信信号を一時的に格納するように構成されている。そして、受信メモリ３４は、データ処理部３５と接続されており、格納された音響波信号をデータ処理部３５に伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、データ処理部３５が設けられている。データ処理部３５は、音響波画像再構成部５１と接続されており、音響波Ａ１のデータは、音響波画像再構成部５１に伝達するように構成されている。また、データ処理部３５は、超音波画像再構成部５４と接続されており、超音波Ｂ２のデータは、超音波画像再構成部５４に伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、音響波画像再構成部５１が設けられている。音響波画像再構成部５１は、取得した音響波Ａ１のデータを、画像として再構成する処理を行うように構成されている。

そして、音響波画像再構成部５１は、検波・対数コンバータ５２と接続されており、画像として再構成された音響波Ａ１のデータを検波・対数コンバータ５２に伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、検波・対数コンバータ５２が設けられている。検波・対数コンバータ５２は、画像として再構成されたデータの波形処理を行うように構成されている。そして、検波・対数コンバータ５２は、音響波画像構築部５３と接続されており、波形処理されたデータを伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、音響波画像構築部５３が設けられている。音響波画像構築部５３は、波形処理されたデータに基づいて、被検体１０内の断層画像を構築する処理を行うように構成されている。そして、音響波画像構築部５３は、画像合成部５７と接続されており、音響波Ａ１に基づいた断層画像を伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、超音波画像再構成部５４と検波・対数コンバータ５５と超音波画像構築部５６と画像合成部５７とが設けられている。超音波画像再構成部５４は、データ処理部３５から取得した超音波Ｂ２のデータを、画像として再構成する処理を行うように構成されている。そして、超音波画像再構成部５４は、検波・対数コンバータ５５と、超音波画像構築部５６とを介して、超音波Ｂ２に基づいた断層画像を、画像合成部５７に伝達するように構成されている。

また、本体部３０には、画像合成部５７が設けられている。画像合成部５７は、音響波Ａ１に基づいた断層画像と超音波Ｂ２に基づいた断層画像とを合成する処理を行い、合成された画像を画像表示部４０に出力するように構成されている。

また、本体部３０には、操作部５８が設けられている。操作部５８は、操作者からの操作を受け付けることが可能に構成されている。たとえば、操作部５８は、光音響画像化装置１００の電源のオンオフや、観測（光および超音波Ｂ１の照射）の開始および終了などの操作情報を取得して、取得した操作情報を、制御部３１に伝達するように構成されている。

そして、画像表示部４０は、液晶パネル等により構成されており、本体部３０から取得した画像を表示するように構成されている。

次に、図３を参照して、第１実施形態による光音響画像化装置１００における光源駆動部２２（制御部３１）の動作の詳細について説明する。

（正常時）
まず、発光ダイオード素子２１ａの正常時の動作について説明する。光音響画像化装置１００では、時点ｔ１において、発光ダイオード素子２１ａのアノード側にＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａにより昇圧された電圧（駆動電圧Ｖ_Ｄ１、約２５０Ｖ）が印加される。

次に、時点ｔ２において、制御部３１からスイッチ部ＳＷをオンにするパルス制御信号（光トリガ信号）が伝達される。これにより、発光ダイオード素子２１ａ（発光ダイオード素子群２１ｂ）に電流が流れることにより、発光ダイオード素子２１ａが発光する。ここで、スイッチ部ＳＷがオン状態の期間（ＯＮ期間ｔ）では、発光ダイオード素子２１ａに電流が流れるので、発光ダイオード素子２１ａのカソード側の電圧（電位）は小さくなる。なお、実際には、スイッチ部ＳＷのオン抵抗があるので、発光ダイオード素子２１ａのカソード側の電圧は、０Ｖにはならない（電圧Ｖ_Ｃ）。これにより、順電圧検出部２３により検出される順電圧値Ｖ_Ｆ（アノードとカソードとの間の電圧）は、Ｖ_Ｆ１（＝Ｖ_Ｄ１−Ｖ_Ｃ）となる。

次に、時点ｔ３において、制御部３１からスイッチ部ＳＷをオフにするパルス制御信号（光トリガ信号）が伝達される。これにより、発光ダイオード素子２１ａ（発光ダイオード素子群２１ｂ）に電流が流れなくなり、発光ダイオード素子２１ａからの発光が停止される。ここで、スイッチ部ＳＷがオフ状態の期間では、発光ダイオード素子２１ａに電流が流れないので、発光ダイオード素子２１ａのカソード側の電圧（電位）は、理論的にはアノード側の電圧（Ｖ_Ｄ１）と等しくなる。なお、第１実施形態では、スイッチ部ＳＷがＦＥＴから構成されているので、スイッチ部ＳＷがオフ状態であっても微量の電流（漏れ電流、たとえば、１ｍＡ）が流れる。このため、発光ダイオード素子２１ａのカソード側の電圧は、微量の電流に対応する順電圧値Ｖ_Ｆ０１（図４参照）分、小さくなり、Ｖ_Ｄ３（＝Ｖ_Ｄ１−Ｖ_Ｆ０１×ｎ）になる。ここで、Ｖ_Ｆ０１（図４参照）は、スイッチ部ＳＷがオフ状態の場合（微量の電流が流れる場合）における１つの発光ダイオード素子２１ａの順電圧値である。また、ｎは、直列に接続される発光ダイオード素子２１ａの数である。これにより、順電圧検出部２３により検出される順電圧値Ｖ_Ｆ２（＝Ｖ_Ｄ１−Ｖ_Ｄ３＝Ｖ_Ｆ０１×ｎ）は、ゼロにならない。

（短絡故障時）
次に、発光ダイオード素子２１ａの短絡故障時の動作について説明する。

ここで、スイッチ部ＳＷがオン状態の期間の時点ｔ４において、複数の発光ダイオード素子２１ａのうちのいくつかが短絡故障したとする。この場合、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの順電圧値が略ゼロになるので、順電圧検出部２３により検出される順電圧値Ｖ_Ｆは、上記正常時（スイッチ部ＳＷがオン状態）の順電圧値Ｖ_Ｆ１から、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数（ｍ個）の順電圧値分小さくなり、Ｖ_Ｆ３（＝Ｖ_Ｆ１−Ｖ_Ｆ０２×ｍ）となる。また、カソード電圧は、その分、大きくなる。なお、Ｖ_Ｆ０２（図４参照）は、スイッチ部ＳＷがオン状態の場合（たとえば、１５Ａの電流が流れる場合）における１つの発光ダイオード素子２１ａの順電圧値である。ここで、第１実施形態では、光源駆動部２２は、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止する。具体的には、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが、第１しきい値Ｖ_ｔ１以下である場合に、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止する。より詳細には、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが第１しきい値Ｖ_ｔ１以下であると制御部３１により判断された場合に、制御部３１からの信号により、光源駆動部２２からの発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給が停止される。

ここで、第１しきい値Ｖ_ｔ１は、たとえば、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数が４個以上の場合（ｍ＝４）の順電圧値（＝Ｖ_Ｆ１−Ｖ_Ｆ０２×４）に予め設定される。すなわち、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数が３個未満の場合には、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給は停止されない。なお、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給の停止は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａからの発光ダイオード素子２１ａへの電圧の印加を停止させてもよいし、スイッチ部ＳＷをオフさせてもよい。

また、スイッチ部ＳＷがオフ状態の期間の時点ｔ５において、複数の発光ダイオード素子２１ａのうちのいくつかが短絡故障したとする。この場合、順電圧検出部２３により検出される順電圧値Ｖ_Ｆは、上記正常時（スイッチ部ＳＷがオフ状態）の順電圧値Ｖ_Ｆ２から、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数（ｍ個）の順電圧値分小さくなり、Ｖ_Ｆ４（＝Ｖ_Ｆ２−Ｖ_Ｆ０１×ｍ）となる。ここで、第１実施形態では、光源駆動部２２は、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが第２しきい値Ｖ_ｔ２以下である場合に、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止する。ここで、第２しきい値Ｖ_ｔ２は、たとえば、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数が４個以上の場合（ｍ＝４）の順電圧値（＝Ｖ_Ｆ２−Ｖ_Ｆ０１×４）に予め設定される。

すなわち、第１実施形態では、光源駆動部２２は、発光ダイオード素子２１ａが光を照射するオン期間と、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しないオフ期間との両方の期間において、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成されている。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、光源駆動部２２を、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成する。ここで、複数の発光ダイオード素子２１ａのうちのいずれかが短絡した場合には、複数の発光ダイオード素子２１ａの合計の順電圧値Ｖ_Ｆがその分小さくなる。そこで、上記のように、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止することによって、複数の発光ダイオード素子２１ａのうちのいずれかが短絡した状態で発光ダイオード素子２１ａから光が照射されるのが抑制されるので、発光ダイオード素子２１ａからの光量が不足した状態で光の照射が継続されるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光源駆動部２２を、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値がしきい値（第１しきい値Ｖ_ｔ１、第２しきい値Ｖ_ｔ２）以下である場合に、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成する。ここで、発光ダイオード素子２１ａが１つまたは複数短絡しても、光量が不足でない場合（許容範囲）がある。この場合、上記のように、複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆがしきい値（第１しきい値Ｖ_ｔ１、第２しきい値Ｖ_ｔ２）以下である場合に、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成することによって、光量が不足した状態（許容範囲外）になった際に適切に発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光源駆動部２２を、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しない少なくともオフ期間に、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成する。これにより、比較的期間の短い発光ダイオード素子２１ａが光を照射するオン期間のみにおいて複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆを検出する場合と異なり、容易に、順電圧値Ｖ_Ｆを検出することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光源部２１に、発光ダイオード素子２１ａを設ける。これにより、発光ダイオード素子２１ａは、レーザ光を発する光放出半導体素子に比べて指向性が低いので、位置ずれが生じた場合でも、比較的光の照射範囲は変化しにくい。そして、レーザ光を発する光放出半導体素子を用いる場合と異なり、光学部材の精密なアライメント（位置合わせ）が不要であるとともに、光学系の振動による特性変動を抑制するための光学定盤や強固な筐体が不要となる。その結果、光学部材の精密なアライメントが不要で、かつ、光学定盤や強固な筐体が不要な分、光音響画像化装置１００の大型化および光音響画像化装置１００の構造の複雑化を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図１および図３を参照して、本発明の第２実施形態による光音響画像化装置２００の構成について説明する。第２実施形態では、上記オン期間とオフ期間との両方において順電圧検出部２３により順電圧値Ｖ_Ｆが検出されていた第１実施形態と異なり、オフ期間にのみ順電圧検出部２２３により順電圧値Ｖ_Ｆが検出されている。

図１に示すように、光音響画像化装置２００には、光源駆動部２２２および制御部２３１が設けられている。ここで、第２実施形態では、光源駆動部２２２（制御部２３１）は、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しないオフ期間にのみ、順電圧検出部２２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成されている。これにより、図３に示す時点ｔ４（スイッチ部ＳＷがオン状態の期間において発光ダイオード素子２１ａが短絡故障した時点）では、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給は停止されない。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、光源駆動部２２２を、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しないオフ期間に、順電圧検出部２２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成する。ここで、比較的期間の短い発光ダイオード素子２１ａが光を照射するオン期間に複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆを検出する場合には、実際に順電圧値Ｖ_Ｆを検出する動作が行われるまで順電圧値Ｖ_Ｆを保持する回路（たとえば、サンプルホールド回路）が別途必要になる場合がある。そこで、上記のように、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しないオフ期間に、順電圧検出部２２３により検出された複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成することによって、比較的期間の長いオフ期間に複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが検出されるので、順電圧値Ｖ_Ｆを保持する回路を別途設けることなく、容易に、順電圧値Ｖ_Ｆを検出することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図５および図６を参照して、本発明の第３実施形態による光音響画像化装置３００の構成について説明する。第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、発光ダイオード素子２１ａと順電圧検出部２３との間にローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０１が設けられている。

図５に示すように、光音響画像化装置３００では、発光ダイオード素子２１ａ（光源部２１）と順電圧検出部２３との間にローパスフィルタ３０１が設けられている。そして、ローパスフィルタ３０１を介して順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが、制御部３１に伝達されるように構成されている。これにより、図６に示すように、ローパスフィルタ３０１を介した後の順電圧値Ｖ_Ｆは、発光ダイオード素子２１ａが光を照射するオン期間と、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しないオフ期間との両方の期間において、略一定（順電圧値Ｖ_Ｆ５）となる。そして、発光ダイオード素子２１ａが光を照射するオン期間と、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しないオフ期間との両方の期間において、順電圧検出部２３により発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが検出（監視）されるように構成されている。

また、オン期間の時点ｔ４（または、オフ期間の時点ｔ５）において、複数の発光ダイオード素子２１ａのうちのいくつかが短絡故障した場合、正常時の順電圧値Ｖ_Ｆ５から、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数（ｍ個）の順電圧値分小さくなり、Ｖ_Ｆ６となる。また、カソード電圧は、その分、大きくなる。そして、光源駆動部２２は、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが第３しきい値Ｖ_ｔ３以下である場合に、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止する。ここで、第３しきい値Ｖ_ｔ３は、たとえば、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数が４個以上の場合（ｍ＝４）の順電圧値に予め設定される。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、発光ダイオード素子２１ａと順電圧検出部２３との間にローパスフィルタ３０１を設けて、光源駆動部２２を、ローパスフィルタ３０１を介して順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａへの電力の供給を停止するように構成する。これにより、発光ダイオード素子２１ａが光を照射するオン期間の順電圧値Ｖ_Ｆ（比較的大きい電圧値）と、発光ダイオード素子２１ａが光を照射しないオフ期間の順電圧値Ｖ_Ｆ（比較的小さい電圧値）とがローパスフィルタ３０１を介することにより略一定にされるので、オン期間またはオフ期間に関わらず、容易に、順電圧値Ｖ_Ｆを検出することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図７および図８を参照して、本発明の第４実施形態による光音響画像化装置４００の構成について説明する。第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態と異なり、複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、画像表示部４４０に発光ダイオード素子２１ａに関する情報が表示されるように構成されている。なお、画像表示部４４０は、本発明の「表示部」の一例である。

図７に示すように、第４実施形態による光音響画像化装置４００では、順電圧検出部２３から、発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆが、発光ダイオード素子２１ａに関する情報として、制御部４３１に入力されるように構成されている。なお、順電圧検出部２３からの発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆは、ＡＤ変換されたデジタルデータからなる。そして、制御部４３１は、このデジタルデータから、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数を取得（算出）するように構成されている。具体的には、発光ダイオード素子２１ａのオン時では、発光ダイオード素子２１ａが短絡故障していない正常時の順電圧値Ｖ_Ｆ１（図３参照）と、取得した順電圧値Ｖ_Ｆとの差分値を、１個当たりの発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆ０２（図４参照）により除算した値ｌ（＝（Ｖ_Ｆ１−Ｖ_Ｆ）／Ｖ_Ｆ０２）が、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数になる。また、発光ダイオード素子２１ａのオフ時では、発光ダイオード素子２１ａが短絡故障していない正常時の順電圧値Ｖ_Ｆ２（図３参照）と、取得した順電圧値Ｖ_Ｆとの差分値を、１個当たりの発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆ０１（図４参照）により除算した値ｌ（＝（Ｖ_Ｆ２−Ｖ_Ｆ）／Ｖ_Ｆ０１）が、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数になる。

そして、図８に示すように、第４実施形態では、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、画像表示部４４０に発光ダイオード素子２１ａの状態を表示するように構成されている。具体的には、算出された短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数ｌ（○○個）が、画像表示部４４０に表示されるように構成されている。

また、図７に示すように、光音響画像化装置４００には、記憶部４０１が設けられている。そして、制御部４３１に伝達された発光ダイオード素子２１ａに関する情報（発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆ）が、記憶部４０１に記憶されるように構成されている。そして、制御部４３１は、記憶部４０１に記憶された発光ダイオード素子２１ａに関する情報の履歴から発光ダイオード素子２１ａの寿命や交換時期などを算出し、画像表示部４４０に表示するように構成されている。たとえば、短絡故障した発光ダイオード素子２１ａの数が許容範囲を超える時期が近づいた場合に、図８に示すように、発光ダイオード素子２１ａを交換する時期（寿命）が近づいたことを、画像表示部４４０に表示するように構成されている。

なお、発光ダイオード素子２１ａの状態の表示は、光音響画像化装置４００の駆動時（発光ダイオード素子２１ａからの発光および発光の停止が繰り返し行われている状態）に行ってもよいし、光音響画像化装置４００の電源が投入された際（イニシャライズ時）に行うようにしてもよい。

なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記のように、順電圧検出部２３により検出された発光ダイオード素子２１ａの短絡に対応する複数の発光ダイオード素子２１ａの順電圧値Ｖ_Ｆに基づいて、発光ダイオード素子２１ａの状態を表示する画像表示部４４０を設ける。これにより、発光ダイオード素子２１ａの状態（たとえば、順電圧値Ｖ_Ｆに基づいた短絡した発光ダイオード素子２１ａの数など）を、容易に、ユーザに視認させることができる。その結果、発光ダイオード素子２１ａの交換をユーザに促すことができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、本発明の光放出半導体素子として発光ダイオード素子を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光放出半導体素子として発光ダイオード素子以外の光放出半導体素子を用いるように構成してもよい。たとえば、図９に示す第１変形例による光音響画像化装置５００のように、本発明の光放出半導体素子として半導体レーザ素子５２１ａを用いてもよい。光音響画像化装置５００では、光源部５２１に直列接続された複数の半導体レーザ素子５２１ａが設けられるとともに、複数の半導体レーザ素子５２１ａにより半導体レーザ素子群５２１ｂが構成されている。このように、半導体レーザ素子５２１ａを用いることにより、発光ダイオード素子と比べて、比較的指向性の高いレーザ光を被検体１０に照射することができるので、半導体レーザ素子５２１ａからの光の大部分を確実に被検体１０に照射することができる。なお、半導体レーザ素子５２１ａは、本発明の「光放出半導体素子」の一例である。

また、図９に示す第２変形例による光音響画像化装置６００のように、本発明の光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子６２１ａを用いてもよい。光音響画像化装置６００では、光源部６２１に直列接続された複数の有機発光ダイオード素子６２１ａが設けられるとともに、複数の有機発光ダイオード素子６２１ａにより有機発光ダイオード素子群６２１ｂが構成されている。このように、薄型化容易な有機発光ダイオード素子６２１ａを用いることにより、有機発光ダイオード素子６２１ａが設けられる光源部６２１を容易に小型化することができる。なお、有機発光ダイオード素子６２１ａは、本発明の「光放出半導体素子」の一例である。

また、上記第１〜第４実施形態では、発光ダイオード素子が４個以上短絡故障した場合に発光ダイオード素子への電力の供給を停止するようにしきい値を設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、４個以外の数以上の発光ダイオード素子が短絡故障した場合に発光ダイオード素子への電力の供給を停止するようにしきい値を設定してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、発光ダイオード素子に関する情報（短絡故障など）を断層画像が表示される画像表示部に出力する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、断層画像が表示される画像表示部とは別個に表示部（モニタ、インジケータなど）を設けて、発光ダイオード素子に関する情報（短絡故障など）を表示するようにしてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、ＦＥＴからなるスイッチ部を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、バイポーラトランジスタや、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などをスイッチ部として用いてもよい。

１０ 被検体
２１ａ 発光ダイオード素子（光放出半導体素子）
２２、２２２ 光源駆動部
２３、２２３ 順電圧検出部
２４ 検出生成部
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 光音響画像化装置
３０１ ローパスフィルタ
４４０ 画像表示部（表示部）
５２１ａ 半導体レーザ素子（光放出半導体素子）
６２１ａ 有機発光ダイオード素子（光放出半導体素子）

Claims (8)

1. 光が被検体の内部の検出対象物により吸収されることにより発生する音響波を検出するとともに、前記被検体に照射するための超音波を生成することが可能な検出生成部と、
   前記検出生成部の近傍に設けられ、前記被検体に光を照射することが可能な複数の光放出半導体素子と、
   前記光放出半導体素子が光を発生させるための電力を前記光放出半導体素子に供給する光源駆動部と、
   前記光放出半導体素子の順電圧値を検出することが可能な順電圧検出部とを備え、
   前記光源駆動部は、前記順電圧検出部により検出された前記光放出半導体素子の短絡に対応する前記複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、前記光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている、光音響画像化装置。
2. 前記光源駆動部は、前記順電圧検出部により検出された前記光放出半導体素子の短絡に対応する前記複数の光放出半導体素子の順電圧値がしきい値以下である場合に、前記光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
3. 前記光源駆動部は、前記光放出半導体素子が光を照射しない少なくともオフ期間に、前記順電圧検出部により検出された前記光放出半導体素子の短絡に対応する前記複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、前記光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている、請求項１または２に記載の光音響画像化装置。
4. 前記光放出半導体素子と前記順電圧検出部との間に設けられるローパスフィルタをさらに備え、
   前記光源駆動部は、前記ローパスフィルタを介して前記順電圧検出部により検出された前記光放出半導体素子の短絡に対応する前記複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、前記光放出半導体素子への電力の供給を停止するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
5. 前記順電圧検出部により検出された前記光放出半導体素子の短絡に対応する前記複数の光放出半導体素子の順電圧値に基づいて、前記光放出半導体素子の状態を表示する表示部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
6. 前記光放出半導体素子は、発光ダイオード素子により構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
7. 前記光放出半導体素子は、半導体レーザ素子により構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
8. 前記光放出半導体素子は、有機発光ダイオード素子により構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。

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