JP6612287B2 - 音響波検出用プローブおよび光音響計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象に当てて音響波を検出するプローブおよび光音響計測装置に関するものである。

光音響分光法は、所定の波長（例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光の波長帯域）を有するパルス光を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこのパルス光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度を定量的に計測するものである（例えば特許文献１）。被検体内の特定物質とは、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。このように光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）或いは光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれる。

従来、上記のような光音響分光法を利用した計測（光音響計測）において、次のような課題がある。被検体に照射された光の強度は、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって著しく減衰する。また、照射された光に基づいて被検体内で発生した光音響波の強度も、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって減衰する。したがって、光音響計測では、被検体の深部の情報を得ることが難しい。この課題を解決するため、例えば高エネルギーの光を用いて被検体内に照射される光のエネルギー量を増やすことにより、発生する光音響波を大きくすることが考えられる。

しかし、光音響計測において必要とされる高エネルギー（１ｍＪ以上）の光を光ファイバによって導光する場合、その光ファイバの端面が破壊されてしまう可能性が高く、光ファイバの耐久性の問題が生じうる。通常、光を光ファイバに入射させる際、光のビーム径が光ファイバのコア径に収まるように集光レンズの焦点近傍位置に光ファイバの端面を配置する。しかし、集光レンズにより集光された際、光が絞られすぎてエネルギーが局所的に集中し、このエネルギーが集中した部分を起点に光ファイバの端面の損傷が進むためである。

一方、例えば特許文献２には、入射端部が融着加工されたバンドルファイバ（融着バンドルファイバ）を使用して単位面積当たりに入射する光のエネルギーを効率よく低減することにより高エネルギー光の伝送を実現することが開示されている。

また、例えば特許文献３には、レーザビームをレンズアレイで空間的に分割し、分割されたビーム束を光ファイバ端面に集光させる光学系を使用して、光ファイバ入射端面でのエネルギー密度分布を分散させることが開示されている。

特開２０１０−１２２９５号公報 特開２００４−１９３２６７号公報 特開２００８−１１６２０９号公報

しかしながら、特許文献２の方法を光音響計測に適用しても、融着バンドルファイバから出射した光のエネルギープロファイルの均一性を確保できないという問題がある。これは、特許文献２の方法では、光が融着バンドルファイバに入射する際のエネルギープロファイルの均一性が確保されていないからである。特許文献２の００１７段落には、融着バンドルファイバの径とほぼ同径のスポットで光が照射される旨の記載はあるが、特許文献２では融着バンドルファイバの入射端部に対して光をレンズで集光させただけである。この場合、光が融着バンドルファイバに入射する際のエネルギープロファイルは、通常の光のエネルギープロファイルと同じくガウス分布を有していると考えられる。そうすると、バンドルファイバ中の光ファイバそれぞれを進行する光のエネルギー量に偏りが生じていると推定される。

特許文献２では単に光を伝送することができればよいため、出射した光のエネルギープロファイルの均一性を確保する必要はないが、光音響計測では良質な光音響信号を再構成する観点から、高エネルギー光の伝送の他、被検体に実際に照射された光のエネルギープロファイルの均一性も要求される。そのためには、バンドルファイバ中の光ファイバのそれぞれを進行する光のエネルギー量の偏りを解消することが重要となる。

また、特許文献３のように、マイクロレンズアレイを使用してビーム束を分割しても、各ビーム束のエネルギーが光ファイバの内部でそれぞれ局所的に集中してしまう場合があり、光ファイバの内部に損傷が生じる可能性を排除できない。

本発明は上記要望に応えてなされたものであり、光音響計測において、高エネルギー光を伝送し、かつ、複数の光ファイバのそれぞれを進行する光エネルギー量の偏りを解消することを可能とする音響波検出用プローブおよび光音響計測装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る音響波検出用プローブは、
被検体に向けて出射させる測定光を導光する導光部と、測定光の出射により被検体内で発生した光音響波を検出する音響波検出素子とを備える音響波検出用プローブにおいて、 導光部が、
この導光部に入射した測定光を集光する集光部材と、
この集光部材を透過した測定光のエネルギープロファイルをフラットトップ化するホモジナイザと、
複数の光ファイバを包含し、ホモジナイザを透過した測定光を導光するバンドルファイバとを含むことを特徴とするものである。

つまり本発明では、測定光を一度集光部材に通すことにより測定光を絞り、バンドルファイバに入射する際のビーム径をホモジナイザによって制御している。

そして、本発明に係るプローブにおいて、ホモジナイザは、測定光を拡散させるものであることが好ましい。この場合において、集光部材の焦点距離をｆ、集光部材とホモジナイザとの距離をｘとした場合に、下記式１で規定される測定光の最小ビーム径Ｄがバンドルファイバの径ｄとの関係で下記式２を満たし、バンドルファイバの入射端部は、測定光のビーム径が０．８ｄ以上１．２ｄ以下である状態で測定光が入射する位置に配置されたものであることが好ましい。

本明細書において、φはホモジナイザに入射する際の測定光の拡がり角を表し、θはホモジナイザの拡散角を表す。そして、「バンドルファイバの径」とは、バンドルファイバ中の複数の光ファイバのうち、最も離れた光ファイバ同士のコアにおける外周間の最大距離を意味する。また、「拡がり角」とは、レーザ光のビーム径が伝搬に伴い拡がる角度を意味する。また、ホモジナイザの「拡散角」とは、設計上の拡散角、つまり平行光として当該ホモジナイザに入射し透過したレーザ光のビーム径が伝搬に伴い拡がる角度を意味する。なお、「拡がり角」および「拡散角」は平面角の全角で表すものとする。これらの角度を測定する場合には、あるビーム径から当該ビーム径の２．０倍のビーム径に拡がるまでの伝搬距離の範囲内でビーム径を１０点程度測定し、このときのビーム径の変化の傾きから求めることが好ましい。

また「ビーム径」とは、レーザ光のエネルギープロファイルのおよそ８６．５％が含まれビーム中心（通常は、ビーム強度の最大位置である）を中心とする円の直径、いわゆる１／ｅ^２径とすることができる。この場合、ビーム強度が不規則に分布すること等によりビーム中心を求めにくいときには、ビーム中心と推定される位置近傍でエネルギーが８６．５％となる円を網羅的に作成し、その中で面積が最小となる円の直径をビーム径としてもよい。

また、本発明に係るプローブにおいて、導光部は、集光部材の入射側の直前に、測定光のビーム径を拡大するビームエキスパンダ光学系を含み、ビームエキスパンダ光学系は、測定光のビーム径をバンドルファイバ中の光ファイバの開口角に適合したビーム径へと変化させるものであることが好ましい。

また、本発明に係るプローブにおいて、バンドルファイバの入射端部に融着加工が施されていることが好ましい。

また、本発明に係るプローブにおいて、上記バンドルファイバの入射端部における複数の光ファイバは石英によって被覆されていることが好ましい。

また、本発明に係るプローブにおいて、バンドルファイバの出射端部における各光ファイバの配置が、エネルギープロファイルの比較的低い領域にある光ファイバとエネルギープロファイルの比較的高い領域にある光ファイバとが混在された配置であることが好ましい。この場合において、エネルギープロファイルの比較的高い領域にある光ファイバがバンドルファイバの中心部にある光ファイバであり、エネルギープロファイルの比較的低い領域にある光ファイバが上記中心部よりも外周側にある光ファイバであることが好ましい。

また、本発明に係るプローブにおいて、導光部は、複数の光ファイバの出射端部の少なくとも一部と接続される接続面と、接続面から入射した測定光が出射する出射面とを有する導光板を備えることが好ましい。この場合において、導光板は、音響波検出素子を挟んで対向する配置で複数設けられていることが好ましい。

また、本発明に係るプローブにおいて、ホモジナイザは、微小なレンズが基板の片面に配置されたレンズ拡散板であることが好ましい。

また、本発明に係るプローブは、集光部材またはホモジナイザを光軸方向に移動可能とさせる位置調整部を有することが好ましい。

また、本発明に係るプローブにおいて、ホモジナイザおよびバンドルファイバを一体化して保持する保持部を備えることが好ましい。この場合において、保持部は、集光部材も含めて一体化して保持するものであることが好ましい。

また、本発明に係るプローブにおいて、バンドルファイバの入射面を覆いかつバンドルファイバの入射端部を保持する保持部であって測定光が入射する部分にウィンドウ部を有する保持部を備えることが好ましい。この場合において、ウィンドウ部はＮＤフィルタから構成することができる。

さらに、保持部を備える場合において、バンドルファイバに入射する測定光を通過させる貫通口を有する開口部材をバンドルファイバの入射端に備え、貫通口の径が、バンドルファイバの入射端に向かうほどバンドルファイバの径に対応した大きさまで小さくなることが好ましい。或いは、保持部は、バンドルファイバの入射端部を保護するキャップ部材と、光エネルギーに対して耐性のある材料から形成されたチップであってキャップ部材に嵌められたリング形状のチップとを含む導光部材を備えることが好ましく、または、絞りおよびリレーレンズ系を含む導光部材を備えることが好ましい。

本発明に係る光音響計測装置は、
上記に記載のプローブと、
音響波検出素子によって検出された光音響信号を処理する信号処理手段とを備えることを特徴とするものである。

そして、本発明に係る光音響計測装置において、測定光を出力する光源と、この光源と光学的に接続された装着部であって集光部材およびホモジナイザを保持する装着部を有する装置筺体と、バンドルファイバの入射面を覆うように入射端部を保持する保持部であって測定光が入射する部分にウィンドウ部を有する保持部とを備え、装着部および保持部が互いに着脱可能なコネクタ構造を有するものであることが好ましい。

また、本発明に係る光音響計測装置において、信号処理手段は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する音響画像生成手段を含むことが好ましい。この場合において、音響波検出素子は、被検体に対して送信された音響波に対する反射音響波を検出するものであり、音響画像生成手段は、反射音響波の信号に基づいて反射音響波画像を生成するものであることが好ましい。

本発明に係る音響波検出用プローブおよび光音響計測装置は、導光部が、当該導光部に入射した測定光を集光する集光部材と、集光部材を透過した測定光のエネルギープロファイルをフラットトップ化するホモジナイザと、複数の光ファイバを包含し、前記ホモジナイザを透過した前記測定光を導光するバンドルファイバとを含むことを特徴とするものである。これにより、フラットトップ化された測定光をバンドルファイバ中の各光ファイバに分割して入射させることで、局所的なエネルギーが損傷閾値エネルギーを超えてバンドルファイバの端面が損傷することを広い範囲で防止することができる。この結果、光音響計測において、高エネルギー光を伝送し、かつ、複数の光ファイバそれぞれを進行する光のエネルギー量の偏りを解消することが可能となる。

第１の実施形態におけるプローブの導光部の構成例を示す概略断面図である。 第１の実施形態のプローブにおける音響波検出素子および光ファイバの配置を示す概略断面図である。 プローブの導光部の他の構成例を示す概略断面図である。 融着加工されたバンドルファイバの入射端部の端面配置を示す概略図である。 （ａ）ホモジナイザによってエネルギープロファイルがフラットトップ化された後、レンズで集光されたレーザ光のエネルギープロファイルを示す図である。（ｂ）ホモジナイザを使用せずにレンズで集光させただけのレーザ光のエネルギープロファイルを示す図である。 レンズ拡散板および集光部材の光学特性と最小ビーム径との関係を示すグラフである。 集光部材からレンズ拡散板までの距離と最小ビーム径と関係を示すグラフである。 ビームエキスパンダを含む場合の導光部の構成を示す概略図である。 導光板の構成例を示す概略図である。 第２の実施形態のプローブにおける音響波検出素子、光ファイバおよび導光板の配置を示す概略断面図である。 入射端部の光ファイバの端面配置において分割された分割領域の設定方法を示す概略図である。 （ａ）第１の実施形態のプローブにおける光ファイバの配置方法についての設計変更を示す概略図である。（ｂ）第２の実施形態のプローブにおける光ファイバの配置方法についての設計変更を示す概略図である。 （ａ）光源を含む装置筺体の装着部および保持部の構成を示す概略図である。（ｂ）保持部が図１３ａの装着部に装着された様子を示す概略図である。 光源を含む装置筺体の装着部および保持部の他の構成を示す概略図である。 保持部内に開口部材を備えた構成を示す概略図である。 バンドルファイバの入射端部にキャップ部材（石英ロッド）を備えた構成を示す概略図である。 バンドルファイバの入射端部にキャップ部材（エアギャップ光ファイバ）を備えた構成を示す概略図である。 入射ビームのエネルギープロファイルとキャップ部材との関係を示す概略図である。 バンドルファイバの入射端部にリレーレンズ系を備えた構成を示す概略図である。 光音響計測装置としての光音響画像生成装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 光音響計測装置としての光音響画像生成装置の第２実施形態を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。

「音響波検出用プローブの第１の実施形態」
まず、音響波検出用プローブ（探触子）の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態におけるプローブの導光部の構成例を示す概略断面図である。また図２は、本実施形態のプローブにおける振動子アレイおよび光ファイバの配置を示す概略断面図である。

本実施形態におけるプローブ１１は、図１および図２に示されるように、集光部材４１、ホモジナイザ４０および融着加工されたバンドルファイバ４２から構成される導光部４４と、振動子アレイ２０と、バンドルファイバ４２の出射端部Ｅ２および振動子アレイ２０を保持する筺体１１ａとを備える。本実施形態では、プローブ１１は、レーザユニット１３から出力されたレーザ光Ｌが集光部材４１に入射するように、レーザユニット１３と光学的に接続されて使用される。集光部材４１に入射したレーザ光Ｌは、ホモジナイザ４０を経由してバンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１に入射する。その後、バンドルファイバ４２によって導光されたレーザ光Ｌは、バンドルファイバ４２中の各光ファイバ４２ａの出射端部Ｅ２から出射し、測定光として被検体Ｍに照射される。なお、測定光はレーザ光に限られない。

＜筺体＞
筺体１１ａは、プローブ１１の操作者がプローブ１１を保持するための保持部材としても機能する。本実施形態では、筺体１１ａはハンドヘルド型の形状を有しているが、本発明の筺体１１ａはこれに限られない。

＜集光部材＞
集光部材４１は、本実施形態では、光学系の上流側から入射したレーザ光Ｌを集光させながらホモジナイザ４０に導光するためのものであり、集光レンズやミラーまたはこれらの組合せ等により構成することができる。例えば本実施形態では集光部材４１は、１つの集光レンズからなる集光レンズ系である。集光部材４１の焦点距離（バンドルファイバ４２側の主点と焦点との距離）は、１０〜１００ｍｍであることが好ましく、１５〜５０ｍｍであることがより好ましい。光学系の小型化が可能であり、コアが石英からなりクラッドがフッ素ドープ石英からなる一般的な光ファイバの開口数ＮＡ（最大で０．２２程度）に焦点距離を整合させるためである。また、集光部材４１は、複数のレンズから構成される結合系レンズとすることもできる。集光部材４１が結合系レンズである場合には、集光部材４１の焦点距離とは、当該結合系レンズの合成焦点距離をいう。集光部材４１は、図３ａに示されるように保持部６０ａによってホモジナイザ４０およびバンドルファイバ４２と一体化して保持されるように構成してもよい。

＜ホモジナイザ＞
ホモジナイザ４０は、本実施形態では、集光部材４１を透過したレーザ光Ｌのエネルギープロファイル（エネルギー分布）をフラットトップ化する光学要素である。フラットトップ化されたレーザ光Ｌは、バンドルファイバ４２へと導光され、フラットトップなエネルギープロファイルを有する状態で入射端部Ｅ１に入射する。エネルギープロファイルを「フラットトップ化する」とは、言い換えれば、ホモジナイザに入射したレ−ザ光を、中心付近がフラットトップなエネルギープロファイルを有するものに成形することである。本明細書において「フラットトップ」とは、ホモジナイザから出射したレーザ光のエネルギープロファイルにおいて直径がビーム径の８０％である同心円を取り、この同心円内の各点のエネルギーについて標準偏差を求めた場合に、この標準偏差がこの同心円内における平均エネルギーの２５％以内である状態を意味する。通常、ホモジナイザは、無限遠において光が完全にフラットトップ（つまり上記標準偏差がほぼ０に等しい）となるように構造設計されている。しかしながら、本発明において測定光がバンドルファイバの入射端部に入射する際のエネルギープロファイルは、必ずしも完全にフラットトップな状態である必要はなく、上記範囲の程度においてフラットトップな状態であれば足りる。レーザ光Ｌのエネルギープロファイルがフラットトップ化されることにより、局所的に光強度が強くなることが防止され、バンドルファイバ４２の損傷も抑制される。さらに、バンドルファイバ４２内の光ファイバのそれぞれに入射する光エネルギーのばらつきも抑制される。

また本実施形態のホモジナイザ４０は、集光部材４１を透過したレーザ光Ｌを拡散させてレーザ光Ｌのビーム径を大きくする機能、つまりレーザ光Ｌに含まれる光束の伝播角度の分布を拡げる機能を有することが好ましい。図１に示されるように、ある位置で拡散されたレーザ光は、拡散光Ｌｄとなり様々な方向に拡散しながらバンドルファイバ４２に入射する。これにより、ホモジナイザ４０の発光面がレーザ光Ｌの２次光源となるため、レーザ光Ｌが集光されてもレーザ光Ｌが絞られすぎることを防止できる。ホモジナイザ４０の拡散角は０．２〜５．０°であることが好ましく、０．４〜３．０°であることがより好ましい。透過効率が高いためである。

集光部材４１およびホモジナイザ４０の間の距離は、集光部材４１を透過したレーザ光Ｌが効率よくホモジナイザ４０と結合されるように適宜調整される。このとき、ホモジナイザ４０は、集光部材４１に対して光学系の下流側かつ集光部材４１からその焦点距離までの範囲内に配置されることが好ましい。また、本発明のように、集光部材４１の下流側にホモジナイザ４０を配置する場合には、上記距離を変えることにより測定光Ｌの最小ビーム径を変更することが可能となる。したがって、上記距離の調整を可能にするため、例えば集光レンズ４１またはホモジナイザ４０をその光軸方向に移動可能とさせる位置調整部（図示省略）を有するように構成することが好ましい。上記距離と最小ビーム径との関係についての詳細は後述する。

ホモジナイザ４０は、単一の光学素子から構成されてもよいし、複数の光学素子が組み合わされて構成されてもよい。ホモジナイザ４０を単一の光学素子から構成する場合には、ホモジナイザ４０として、例えばAdlOptica社製のπシェーパーを使用することができる。また、拡散機能を有するホモジナイザ４０としては、例えば、微小な凹レンズ等が基板の片面５３Ｓにランダムに配置されたレンズ拡散板５３を使用することが好ましい（図３）。このようなレンズ拡散板としては、例えば、ＲＰＣ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社製のＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ（型番：ＥＤＣ−２．０−Ａ、拡散角：２．０°)を使用することができる。このような素子を用いることにより、レーザ光Ｌのエネルギープロファイルおよび形状をほぼ任意に変化させることができる。このように、ホモジナイザ４０を単一の光学素子から構成した場合には、簡易な構成により導光部４４を組むことが可能となる。

ホモジナイザ４０（例えばレンズ拡散板５３）は、図３ａに示されるように、保持部６０ａによって集光部材４１およびバンドルファイバ４２と一体化して保持されるように構成してもよく、図３ｂに示されるように保持部６０ｂによってバンドルファイバ４２のみと一体化して保持されるように構成してもよい。この場合、ホモジナイザ４０および集光部材４１の位置関係の調整が不要となり、光学系を小型化することができる。

＜バンドルファイバ＞
バンドルファイバ４２は、ホモジナイザ４０によりフラットトップ化された（つまり、ホモジナイザ４０を透過した）レーザ光Ｌを振動子アレイ２０の近傍にまで導光するものである。なお、ホモジナイザ４０とバンドルファイバ４２の間に他の導光部材が設けられてもよい。バンドルファイバ４２は、例えば図４に示されるように、コアおよびクラッドから構成される複数の光ファイバ４２ａと、フェルールおよびシース等の被覆部材４２ｃと、複数の光ファイバ４２ａの外周と被覆部材４２ｃとの間を充填する充填部材４２ｂから構成される。バンドルファイバ４２中の光ファイバ４２ａのコア径は２０〜３００μｍであることが好ましく、５０〜２００μｍであることがより好ましい。バンドルファイバ４２中の光ファイバ４２ａは、特に限定されないが石英ファイバであることが好ましい。

さらに本実施形態では、バンドルファイバ４２の少なくともその入射端部において、融着加工が施されている。融着加工とは、光ファイバ素線を束ねてバンドル化する際、接着剤ではなく熱と圧力にて加工するバンドル加工技術である。融着加工されたバンドルファイバでは、クラッド同士が融着され六角形の蜂の巣状に光ファイバが束ねられ、接着剤を使用したバンドル加工と比較して、光ファイバ間の余分な間隙が無くなる。そのため、単位面積あたりのコアが占める面積が向上するという利点がある。また、バンドルファイバの入射端部に光エネルギーに弱い材料（例えば接着剤を構成する樹脂）が表れないため、光エネルギーに対する耐久性も向上するという利点もある。バンドルファイバ４２においてさらに光エネルギーに対する耐久性を向上させる観点から、充填部材４２ｂは、光エネルギーに対して耐久性を有する材料によって構成されていることが好ましい。このような材料としては、例えば石英等のガラス材料が挙げられる。このようなバンドルファイバは、例えば石英からなる円筒状の部材に、複数の光ファイバを挿入し、光ファイバと一緒に円筒状の部材も含めて融着加工し、その後その周りを被覆部材で被覆することにより製造することができる。

バンドルファイバ４２は、例えば、その入射端部Ｅ１が集光部材４１の焦点に位置するように位置調整される。バンドルファイバ４２の位置の微調整を可能にするため、バンドルファイバ４２をその光軸方向に移動せしめるバンドルファイバ位置調整部（図示省略）を有するように構成することもできる。このようにすることで、フラットトップ性を損ねない範囲において、焦点位置近傍での位置を調整することが可能となり、さらには入射端部Ｅ１に入射する際のビーム径を微調整することも可能となる。

また、図３ａに示されるように保持部６０ａによって集光部材４１、およびホモジナイザ４０バンドルファイバ４２が一体化して保持される場合、または図３ｂに示されるように保持部６０ｂによってホモジナイザ４０およびバンドルファイバ４２が一体化して保持される場合には、バンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１の位置を容易に調整可能とするために、バンドルファイバ４２はネジ構造等の着脱を可能にする構造によって保持部６０ａおよび６０ｂに固定されることが好ましい。図３では、保持部６０ａおよび６０ｂのホモジナイザ４０側の接合部１００ａ、並びに、バンドルファイバ４２側の接続部１００ｂのそれぞれが互いに相補的なネジ構造を有することにより、バンドルファイバ４２が保持部６０ａおよび６０ｂに着脱可能に固定されている。このように、バンドルファイバ４２を例えばネジ構造によって保持部６０ａまたは６０ｂに固定した場合、バンドルファイバ位置調整部が不要となるため光学系を小型化することができる。また、保持部６０ａまたは６０ｂからネジを外すだけで容易にバンドルファイバ４２を交換することができるため、損傷したバンドルファイバ４２を交換する際に、ホモジナイザ４０およびバンドルファイバ４２の再度の位置合わせが不要となりメンテナンス性が向上する。

本実施形態におけるバンドルファイバ４２の出射側では、被検体に照射された光のエネルギープロファイルの均一性を向上させるために、複数の光ファイバ４２ａの出射端部Ｅ２が振動子アレイ２０の周囲にほぼ均等に配置されている。

＜振動子アレイ＞
振動子アレイ２０は、複数の音響波検出素子（または音響波検出素子）の１次元的または２次元的に配列したものであり、音響波信号を電気信号に変換する。音響波検出素子は、例えば、圧電セラミクス、圧電単結晶、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。なお本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。ここで、「超音波」とは振動子アレイの振動により被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは測定光の照射による光音響効果により被検体内に発生した弾性波を意味する。なお、振動子アレイ２０は、正確な音響波信号を検出するため、音響整合層、音響レンズおよびバッキング材等の音響素子を備えることが好ましい。

＜ビーム径の制御＞
ホモジナイザ４０が拡散機能を有する場合において、集光部材の焦点距離をｆ、集光部材とホモジナイザとの距離をｘとした場合には、測定光の最小ビーム径Ｄ（つまり、焦点面におけるビーム径）は、下記式３で規定される。そこで、集光部材４１およびホモジナイザ４０の各特性並びにそれらの位置関係は、この最小ビーム径Ｄがバンドルファイバ４２の径ｄとの関係で下記式４を満たすように設計され、バンドルファイバ４２の入射端部は、レーザ光Ｌのビーム径Ｄが０．８ｄ以上１．２ｄ以下である状態でレーザ光が入射する位置に配置されることが好ましい。ここで、距離ｘに関して、集光部材４１の基準はホモジナイザ側のレンズとしての主面であり、ホモジナイザ４０の基準は、片面にのみ拡散面が形成された拡散板の場合には当該拡散面であり、両面に拡散面が形成された拡散板の場合にはそれら両拡散面に平行かつ拡散板の中心を通る平面である。

最小ビーム径Ｄを０．８ｄ以上としたのは、ビーム径が絞られることによりエネルギーが集中してバンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１が損傷すること（コア損傷モード）を抑制するためであり、具体的には以下の通りである。

図５ａは、ホモジナイザ４０によってエネルギープロファイルがフラットトップ化された後、レンズで集光されたレーザ光Ｌの焦点面におけるエネルギープロファイルを示す図である。なお、図５ａにおけるホモジナイザ４０と集光部材４１との位置関係は、本発明におけるその位置関係と逆であるが、最小ビーム径でのエネルギープロファイル自体はどちらも同じ傾向を示す。また図５ｂは、ホモジナイザ４０を使用せずにレンズで集光させただけのレーザ光の焦点面におけるエネルギープロファイルを示す図である。図５から、図５ａにおけるレーザ光の最小ビーム径Ｄ１に対する半値全幅Ｗ１の割合が、図５ｂにおけるレーザ光の最小ビーム径Ｄ２に対する半値全幅Ｗ２の割合と比較して、大きくなっていることが分かる。通常、レーザユニットから出力されたときのレーザ光Ｌの拡がり角φは小さい（大きくても０．１５°程度）ため、集光されたレーザ光Ｌはバンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１で小さく絞られてしまう。この結果、バンドルファイバ４２の入射端でレーザ光Ｌのエネルギーが集中してしまい、バンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１の損傷が生じる。

そこで、本願に先立ち特願２０１３−０３３０５３（本願出願時に未公開）では、ホモジナイザでレーザ光Ｌを一旦拡散させることにより、レーザ光のレンズ焦点位置でのビーム径を制御することを開示した。図６は、レンズ拡散板（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ）および集光部材の光学特性と最小ビーム径との関係を示すグラフである。当該グラフ中の横軸は、レンズ拡散板の拡散角（ｄｅｇ．）を表し、縦軸は最小ビーム径の大きさ（μｍ）を表す。また、当該グラフ中の丸形のプロットは集光部材の焦点距離が１００ｍｍの場合のデータを示し、正方形のプロットは集光部材の焦点距離が５０ｍｍの場合のデータを示し、三角形のプロットは集光部材の焦点距離が２５ｍｍの場合のデータを示す。図６から、ホモジナイザおよび集光部材の光学特性を調整することにより、最小ビーム径を調整できることがわかる。

このようなビーム径の制御方法では、集光部材の光軸との成す角度がαとなる方向に進行する平行光が焦点距離ｆの当該集光部材に入射した場合、当該平行光が集光される集光点の位置がその集光部材の焦点の位置からずれて、その集光点とその焦点との距離がｆ・ｔａｎαで近似することができる原理を利用している。

したがって、集光部材に入射するレーザ光束の進行方向と集光部材の光軸との成す角度が分布を持つ場合には、それぞれの角度に対応した位置にレーザ光束が集光されるため、それぞれの角度に対応した集光点を重ね合わせたレーザ光全体の集光範囲（裾野も含む）は大きくなる。例えば集光部材の上流側に、拡散機能を有するホモジナイザを配置した場合には、ホモジナイザ入射前におよそφ／２以内であったレーザ光束の上記角度分布は、ホモジナイザ透過後には半角でおよそ√（（φ／２）^２＋（θ／２）^２）以内に拡がるため、これに対応してその後集光部材により集光されたレーザ光全体の集光範囲はさらに大きくなる。

そして、集光範囲のうちレーザ光の１／ｅ^２径をビーム径としたことを考慮すると、集光範囲の直径２ｆ・ｔａｎ（√（（φ／２）^２＋（θ／２）^２））および最小ビーム径Ｄ_０（つまり、ホモジナイザ、集光部材およびバンドルファイバの順に並んだときの最小ビーム径）は互いに一定の相関性を有することが推定され、そしてその関係は上記出願において下記の式５で表されることが見出された。

一方、図７は、本実施形態における集光部材からレンズ拡散板までの距離ｘと最小ビーム径Ｄと関係を示すグラフである。より具体的にはこのグラフは、波長が１０６４ｎｍ、パルス幅が３．５ｎｓ、ビーム径が３．５ｍｍ、拡がり角φが０．１３°のレーザ光を集光レンズで集光させて、拡散角１．０ｄｅｇ．のレンズ拡散板で拡散させた時の最小ビーム径の実測値を示したものである。グラフ中の菱形のプロットは、焦点距離が７５ｍｍである集光レンズを使用した場合、正方形のプロットは、焦点距離が５０ｍｍである集光レンズを使用した場合の結果である。なお、ｘ＝０のプロットは式５に基づいて得られた値で代用している。図７のグラフより、最小ビーム径Ｄは、ｘとの関係では一次関数的に変化することがわかる。つまり上記式３は、この実験結果を反映させて、ホモジナイザ４０が集光部材４１よりも光源側にある場合の式５を、ホモジナイザ４０が集光部材４１よりもバンドルファイバ側にある場合の計算式用に修正したものである。

つまり、所定のレーザ光について、上記実験に用いた焦点距離および拡散角に限らず、焦点距離ｆおよび拡散角θを適当に設定することにより、任意の最小ビーム径Ｄを作ることが可能であると言える。さらに、本発明においては、集光部材からレンズ拡散板までの距離ｘを変えるだけで容易に最小ビーム径Ｄを制御できると言える。そして、ビーム径を広くするほど、エネルギー密度を下げることができる。

ホモジナイザ４０、集光部材４１およびバンドルファイバ４２の順に光学系を構成すると、最小ビーム径は使用した各光学部品のパラメータによって決まってしまい、プローブを構成した後に最小ビーム径を変更することは難しい。例えば特許文献３のような光学系では、また、焦点距離ｆは複数のレンズを組み合わせることにより変更できるが、光学系の距離或いはサイズが大きくなったり実用上そのような光学系を採用できなかったり等の問題がある。しかし本発明のように集光部材４１、ホモジナイザ４０およびバンドルファイバ４２の順に光学系を構成すれば、上記距離ｘを調整するだけで最小ビーム径を大きくしたり小さくしたりすることができる。そして、前述した集光部材４１またはホモジナイザ４０の位置調整部を設ければ、プローブを構成した後でもリアルタイムに最小ビーム径を制御することができる。これは、例えば互いに径の異なる複数のバンドルファイバを用途に応じて交換して使い分けるようなときに、使用するバンドルファイバの径に合わせて最小ビーム径を変更するような場合に有効である。なお、レンズアレイと集光レンズの距離を変えても最小ビーム径を変更することはできない。

本実施形態では、上記の集光部材の焦点距離、ホモジナイザの拡散角、および集光部材からホモジナイザまでの距離の関係を用いてレーザ光Ｌの最小ビーム径Ｄを制御することにより、バンドルファイバ４２の入射端部の損傷閾値エネルギー密度を越えないように、高エネルギーのレーザ光Ｌをバンドルファイバ４２によって導光することが可能となる。

また、バンドルファイバ４２の径ｄとの関係で最小ビーム径Ｄを１．２ｄ以下としたのは、最小ビーム径Ｄが広がることによりバンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１の周囲の部材がレーザ光Ｌのエネルギーを吸収して損傷し、損傷した部位から塵およびガス等の放出物が放出されることを抑制するためである。このような放出物は、バンドルファイバ４２の端面に付着して端面付近におけるコアの破壊を誘発し、エネルギーの伝送を阻害するといった問題（周囲損傷モード）の原因となりうる。つまり、最小ビーム径Ｄを１．２ｄ以下としたのは上記のような周囲損傷モードの発生を抑制するためである。バンドルファイバの周囲の部材とは、例えば樹脂製の上記充填部材４２ｂ、およびその外周を覆う金属製フェルール等の被覆部材４２ｃを意味する。

なお、最小ビーム径Ｄがｄを超えている範囲は、ビームの外周側（光軸から遠い側）の光強度は比較的弱いため、最小ビーム径Ｄがバンドルファイバの径を少々超えていても周囲損傷モードが発生しづらいためである。最小ビーム径Ｄの好ましい範囲は、０．８ｄ以上１．０ｄ以下である。また、レーザ光Ｌのビーム径Ｄが０．８ｄ以上１．２ｄ以下である状態でレーザ光Ｌが入射するようにバンドルファイバ４２を配置するのは、バンドルファイバ４２の径ｄに合わせて集光されたレーザ光Ｌを効率よくバンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１に入射させるためである。

以上のように、本実施形態に係る音響波検出用プローブでは、集光部材によって集光したレーザ光（測定光）をホモジナイザに通すことによりエネルギープロファイルをフラットトップ化し、バンドルファイバに入射する際のビーム径を集光部材の焦点距離、ホモジナイザの拡散角、および集光部材からホモジナイザまでの距離によって制御している。これにより、フラットトップ化されたレーザ光をバンドルファイバ中の各光ファイバに分割して入射させることで、局所的なエネルギーが損傷閾値エネルギーを超えてバンドルファイバの端面が損傷することを広い範囲で防止することができる。局所的な損傷が防止されるということは、エネルギー伝送という観点からは全体としてより多くのエネルギーを投入できることに繋がり、光エネルギー量の偏りという観点からはそれぞれの光ファイバに適切にエネルギー分配ができていることを表す。この結果、光音響計測において、高エネルギー光を伝送し、かつ、複数の光ファイバそれぞれを進行する光のエネルギープロファイルの偏りを解消することが可能となる。

「音響波検出用プローブの第２の実施形態」
次に、音響波検出用プローブの第２の実施形態の実施形態について説明する。本実施形態のプローブは、導光部がバンドルファイバ４２の上流側にビームエキスパンダ光学系を有する点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様な構成要素の詳細な説明は特に必要がない限り省略する。

図８はビームエキスパンダを含む場合の導光部の構成を示す概略図である。

本実施形態におけるプローブ１１は、ビームエキスパンダ５５、集光部材４１、ホモジナイザ４０および融着加工されたバンドルファイバ４２から構成される導光部４４と、振動子アレイと、バンドルファイバ４２の出射端部および振動子アレイを保持する筺体とを備える。本実施形態においてプローブ１１は、レーザユニット１３から出力されたレーザ光Ｌがビームエキスパンダ５５に入射するように、レーザユニット１３と光学的に接続されて使用される。ビームエキスパンダ５５に入射したレーザ光Ｌは、集光部材４１およびホモジナイザ４０を経由してバンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１に入射する。その後、バンドルファイバ４２によって導光されたレーザ光Ｌは、バンドルファイバ４２中の複数の光ファイバ４２ａの出射端部から出射し、測定光として被検体に照射される。

筐体、集光部材４１、ホモジナイザ４０、振動子アレイについては、第１の実施形態と同様である。

＜ビームエキスパンダ光学系＞
ビームエキスパンダ光学系５５は、例えば図８に示されるように、バンドルファイバ４２中の複数の光ファイバ４２ａの開口角に適合したビーム径に、さらにはその開口角に対して最適なビーム径に測定光を拡大するものである。ビーム径を「光ファイバの開口角に適合したビーム径」に変化させるとは、集光部材およびホモジナイザを経由し、バンドルファイバの入射端部に集光されたときに、光の集光角をその光ファイバの開口角に近づけることを意味し、「光ファイバの開口角に対して最適なビーム径」にするとは、そのときに、光の集光角をその光ファイバの開口角とほぼ一致させることを意味する。また、ビームエキスパンダ光学系５５は集光部材４１の上流側（つまり光源側）に配置される。ビームエキスパンダ光学系５５の拡大率は、光ファイバ４２ａの開口数を超えない範囲において、レーザ光Ｌがより広い拡がり角でバンドルファイバ４２の入射端部Ｅ１に入射可能となるように、上記光ファイバ４２ａの開口角に適合させる。例えば一般的なコア／クラッド構造を有する石英ファイバの開口数は０．２０〜２２であり、開口角は１１．４〜１２．７°である。このように設定することにより、光ファイバ４２ａから出射した後の光の拡がり角を可能な限り広げることができ、光ファイバ４２ａの出射端面からより短い距離で照明の均一化を図ることができる。また、ビームエキスパンダ光学系５５は、制御性の観点から図８に示されるように、集光部材４１の上流側の直近（直前）の位置に配置することが好ましい。

上記のようなビームエキスパンダ光学系５５は、光ファイバ４２ａの開口数に応じて、例えば適宜凹レンズおよび凸レンズ等を組み合わせて作ることができる。

以上のように、本実施形態に係る音響波検出用プローブにおいても、集光部材によって集光したレーザ光（測定光）をホモジナイザに通すことによりエネルギープロファイルをフラットトップ化し、バンドルファイバに入射する際のビーム径を集光部材の焦点距離、ホモジナイザの拡散角、および集光部材からホモジナイザまでの距離によって制御している。これにより、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

さらに本実施形態では、ビームエキスパンダ光学系５５を使用して、バンドルファイバ４２中の複数の光ファイバ４２ａの開口角に対して最適なビーム径に測定光を拡大するから、照明の均一性をより向上させることが可能となる。

「音響波検出用プローブの第３の実施形態」
次に、音響波検出用プローブの第３の実施形態の実施形態について説明する。本実施形態のプローブは、導光板を介してバンドルファイバ４２によって導光した測定光を照射する点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様な構成要素の詳細な説明は特に必要がない限り省略する。

図９は、導光板の構成例を示す概略図である。図１０は、本実施形態のプローブにおける音響波検出素子、光ファイバおよび導光板の配置を示す概略断面図である。

本実施形態におけるプローブ１１は、集光部材、ホモジナイザ、融着加工されたバンドルファイバ４２および導光板４３から構成される導光部と、振動子アレイ２０と、バンドルファイバ４２の出射端部Ｅ２および振動子アレイ２０を保持する筺体１１ａとを備える。本実施形態においてもプローブ１１は、レーザユニットから出力されたレーザ光Ｌが集光部材に入射するように、レーザユニットと光学的に接続されて使用される。集光部材に入射したレーザ光Ｌは、ホモジナイザを経由してバンドルファイバ４２の入射端部に入射する。その後、バンドルファイバ４２によって導光されたレーザ光Ｌは、バンドルファイバ４２中の複数の光ファイバ４２ａの出射端部Ｅ２から、導光板４３の接続面Ｓ１に直接入射し、導光板４３によって導光されたレーザ光Ｌは、導光板４３の出射面Ｓ２から出射し、測定光として被検体Ｍに照射される。

筐体、集光部材、ホモジナイザ、振動子アレイ２０については、第１の実施形態と同様である。

＜導光板＞
導光板４３は、例えばアクリル板や石英板の表面に特殊な加工を施して、一方の端面（接続面Ｓ１）から入れた光を他方の端面（出射面Ｓ２）から均一に面発光させる板である。例えば導光板４３は、図９に示されるように、石英板４３ａの対向する１対の側面に低屈折率の樹脂薄膜４３ｂを成膜する等により製造することができる。この場合、接続面Ｓ１から入射したレーザ光は、石英板４３ａおよび樹脂薄膜４３ｂの界面Ｓ３で多重反射しながら伝搬し、出射面Ｓ２から出射することとなる。光ファイバ４２ａの出射端部Ｅ２は、導光板４３の接続面Ｓ１上にほぼ均等に配置されかつ光学的に接続されている。図９ａのように、導光板４３が接続面Ｓ１から出射面Ｓ２へ向かって広がるテーパ形状を有する場合、より広範囲に均一にレーザ光Ｌを照射することが可能となる。なお、導光板４３は、図９ｃに示されるように直方体形状を有するものでもよい。図１０に示されるように、本実施形態では２つの導光板４３が、振動子アレイ２０を挟んで対向するように配置され、それぞれの導光板４３の接続面Ｓ１に光ファイバ４２ａが接続されている。導光板４３は、より広範囲の被検体Ｍをレーザ光Ｌによって照射できるように、その先端部に光を拡散させる機構（拡散板、散乱粒子を包含する樹脂等）または光の進行方向を振動子アレイ２０側へ向ける機構（光を屈折させるための切り欠き等）を有していてもよい。

以上のように、本実施形態に係る音響波検出用プローブにおいても、集光部材によって集光したレーザ光（測定光）をホモジナイザに通すことによりエネルギープロファイルをフラットトップ化し、バンドルファイバに入射する際のビーム径を集光部材の焦点距離、ホモジナイザの拡散角、および集光部材からホモジナイザまでの距離によって制御している。これにより、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

さらに本実施形態では、導光板を介して測定光を照射するため、被検体に照射された光のエネルギープロファイルの均一性をより向上させることが可能となる。

＜プローブの設計変更＞
本発明では、測定光を一度ホモジナイザに通すことによりエネルギープロファイルをフラットトップ化している。しかしながら、ホモジナイザを使用しても完全にエネルギープロファイルを均一にすることは難しい場合があり、そのようなエネルギープロファイルの偏りを解消することが好ましい。そこで、本発明において、光ファイバの出射端部を配置する際に、各光ファイバのバンドルファイバ中における位置を考慮することが好ましい。

例えば、通常レーザ光のエネルギープロファイルは光軸を中心としたガウス分布となる。この場合、ホモジナイザを使用しても、光軸からの距離に依存した局所的な強度の偏りが生じることがある。具体的には、例えば図５ａのエネルギープロファイルにおいてフラットトップの領域から外縁部にかけて強度が徐々に減少する領域が存在する。そこで、バンドルファイバの出射端部における各光ファイバの配置を、エネルギープロファイルの比較的低い領域にある光ファイバとエネルギープロファイルの比較的高い領域にある光ファイバとが混在された配置とすることが好ましい。例えば図１１のように、入射端部の端面配置において複数の光ファイバをバンドルファイバ４２の中心に近い分割領域（中心側領域６２）と外周に近い分割領域（外周側領域６４）とに分割する。そして、中心側領域６２に属する光ファイバ６２ａ（その中心部にある光ファイバ）と外周側領域６４に属する光ファイバ６４ａ（その中心部よりも外周側にある光ファイバ）とを混在させて均一に配置する。なお、ここで「配置する」とは、例えば図１２ａのように光ファイバ６２ａおよび６４ａの出射端部を振動子アレイ２０の周囲に等間隔に配置すること、および、例えば図１２ｂのように光ファイバ６２ａおよび６４ａの出射端部を導光板４３の接続面上に等間隔に配置することを含む意味である。また、それぞれの分割領域に属する光ファイバの本数の比率が必ずしも１対１である必要はなく、それぞれの分割領域に属する光ファイバの本数の比率に従って混在させる比率も調整すればよい。このようにすれば、上記局所的な強度の偏りの影響を低減し、実際に被検体に照射される測定光のエネルギープロファイルの均一性をより向上させることができる。

なお領域の分割方法は、上記の方法に限られず、例えばバンドルファイバの中心からの距離に応じて３つの領域に分割したり、当該中心の周りの角度について６等分したりすることもできる。

さらに、保持部が導光部の構成要素を一体化して保持する場合において、保持部は、光源を内包する装置筐体の装着部と着脱可能なコネクタ構造を有するものであることが好ましい。例えば図１３ａは、レーザユニット１３（光源）を含む装置筺体６８の装着部６９および保持部６５ａの構成を示す概略図である。装置筺体６８には、レーザユニット１３が内蔵されており、保持部６５ａを装着部６９に装着することにより、レーザユニット１３と集光部材４１とが光学的に接続される。

例えば保持部６５ａのコネクタ構造は、基本的には図３ａの保持部６０ａと同様であるが、ばね等の弾性部材６７によって紙面上下方向に運動が可能な突起部６６を有する点で異なる。突起部６６は、上から外力が作用した場合には保持部６５ａの溝中に押し下げられ、その後外力が作用しなくなったときには弾性部材６７の復元力によって元に戻る。なお、紙面水平方向の外力が作用しても突起部６６が保持部６５ａの溝中に押し下げられるように、突起部６６の突出している部分の表面は湾曲面を形成している。一方、装着部６９には、図１３ａに示されるように例えば突起部６６と相補的な形状の溝からなる係合部６９ａが設けられている。保持部６５ａの装着部６９への挿入が開始されると、突起部６６は装着部６９の内壁によって押し下げられ、その後突起部６６が係合部６９ａに到達すると、突起部６６が元に戻って突起部６６と係合部６９ａとが係合することになる（図１３ｂ）。そして、出力されたレーザ光Ｌは、光学系７０によって集光部材４１まで導光され、その後本発明のプローブ中を伝搬していくことになる。

或いは、保持部が装着部と着脱可能なコネクタ構造を有する例として、図１４に示されるような態様も挙げられる。

例えば保持部６５ｃは、バンドルファイバ４２の入射面を覆うように入射端部を保持する保持部であって、上記と同様な突起部６６と、レーザ光Ｌが入射する部分にウィンドウ部７４とを有する保持部である。ウィンドウ部７４は、光透過性の材料（例えば石英）により構成され、バンドルファイバ４２の入射面が露出する溝を塞ぐようにレーザ光Ｌの光路上に設けられている。これにより、例えばバンドルファイバ４２の入射面は、保持部６５ｃによって密閉された空間内に存在することとなる。ウィンドウ部７４の光源側の表面には、ＭｇＦ_２膜、Ｔａ_２Ｏ_５膜またはＳｉＯ_２多層膜等の反射防止コート（ＡＲコート）を有することが好ましい。一方、装着部６９には、図１４に示されるように例えば突起部６６と相補的な形状の溝からなる係合部６９ａの他、ビームエキスパンダ７３、集光部材４１およびホモジナイザ４０が設けられている。例えば、ビームエキスパンダ７３は、平凹レンズ７１および凸レンズ７２から構成される。保持部６５ｃと装着部６９との装着手順は上記と同様である。保持部６５ｃが装着部６９へ装着されると、ビームエキスパンダ７３、集光部材４１およびホモジナイザ４０を経由したレーザ光Ｌは、ウィンドウ部７４を透過してバンドルファイバ４２の入射面へ入射する。この態様では、ホコリ等の付着が、バンドルファイバ４２の入射面に比べ、エネルギー密度の低いウィンドウ部７４の光源側の表面で生じるため、端面損傷が起きにくいという利点がある。図１３の保持部においても、ウィンドウ部を設ければ、同様の効果が得られる。また、集光部材４１が、光源システム側に設置されているため、保持部６５ｃと装着部６９とを着脱する際に、保持部６５ｃの角度精度の要求が緩和され、位置精度を重点的に考慮すればよいという利点もある。

また、図１４において、ウィンドウ部７４としてＮＤフィルタを使用することもできる。ＮＤフィルタは、例えば酸化物の多層膜をコーティングした石英基板である。このような場合には、プローブ側でレーザ光Ｌの強度を減少させることができ、光源システム側にレーザ光強度の調整機構が不要となる。

また、例えば図１５に示されるように、保持部は、バンドルファイバに入射する測定光を通過させる貫通口を有しかつテーパ構造の開口部材を、バンドルファイバ４２の入射端に有することが好ましい。当該貫通口の径は、入射端に向かうほどバンドルファイバの径に対応した大きさまで小さくなるように形成されている。例えば図１５では、開口部材７５のバンドルファイバ側の開口の直径がバンドルファイバの径に一致している。上記テーパ構造のテーパ角は、バンドルファイバ４２へ入射する時の光の集光角よりも大きく、光ファイバのＮＡより小さいことが好ましい。開口部材７５の貫通口内面は、光を反射し、散乱しまたは吸収するように構成されている。したがって、貫通口内面が光を反射しまたは散乱する場合には、光ファイバが受光できる入射角から外れた角度成分の光が反射または散乱を経由して光ファイバに入射することができるようになり、光の伝送効率がより向上する。一方、貫通口内面が光を吸収する場合には、光ファイバが受光できる入射角から外れた角度成分の光が、光ファイバから離れかつ広い範囲の場所で吸収されるため、光ファイバ近傍で吸収されるときよりも、光ファイバの損傷が抑制される。

貫通口内面が光を反射する構成とするためには、例えば、貫通口内面に鏡面仕上げ等の平滑化処理を施したり、金薄膜等の反射率の高い膜を形成したりすればよい。また、貫通口内面が光を散乱する構成とするためには、例えば、開口部材をＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２やＺｒＯ_２等のセラミクスの厚粉体または焼結体で形成したり、テフロン（登録商標）や研磨を行っていないガラスで形成したりすればよい。また、貫通口内面が光を吸収する構成とするためには、例えば、開口部材をアルミニウム、真ちゅうまたは銅等の金属で形成すればよい。

また、エネルギープロファイルの裾野部分の影響により周囲損傷モードが生じるおそれがある場合には、例えば図１６Ａ、図１６Ｂまたは図１８に示されるような、バンドルファイバの周囲部材（フェルール等）の損傷を防止するための導光部材をバンドルファイバの入射端に設けることが好ましい。例えば図１６Ａおよび図１６Ｂの導光部材は、バンドルファイバ４２の入射端部を保護するキャップ部材と、光エネルギーに対して耐性のある材料（例えば、使用する測定光の波長帯域において光吸収性に優れたサファイア等）から形成されたチップ７７であってキャップ部材に嵌められたリング形状のチップ７７とから構成される。キャップ部材としては、例えば石英ロッド７６ａ（図１６Ａ）またはエアギャップ光ファイバ７６ｂ（図１６Ｂ）を使用することができる。チップ７７は、キャップ部材の入射端部に嵌められる。特に、エアギャップ光ファイバ７６ｂをキャップ部材として使用する場合には、このエアギャップ光ファイバ７６ｂのコネクタにチップ７７が埋め込まれていることが好ましい。例えば、図１６Ｂのエアギャップ光ファイバ７６ｂにはバンドルファイバ４２側のコネクタ６５ｄと着脱可能な出射側コネクタ６５ｅおよび入射側コネクタ６５ｆが設けられ、少なくともこの入射側コネクタ６５ｆにチップ７７が埋め込まれている。このような導光部材を使用した場合には、裾野部分の光が例えばチップ７７に吸収または反射されて遮断される（図１７）。したがって、裾野部分の光がバンドルファイバの周囲部材に到達することが防止され、周囲損傷モードの発生が防止される。

一方、例えば図１８の導光部材は、第１の絞り７８（裾野部分遮断用）、第２の絞り７９（光量調節用）、リレーレンズ系８０および第３の絞り８１（裾野部分遮断用）から構成される。例えば、第１の絞り７８は集光部材４１の焦点の近傍、第２の絞り７９はリレーレンズ系８０の近傍、第３の絞り８１はバンドルファイバの入射端部の近傍に配置される。このような導光部材を使用した場合には、リレーレンズ系８０の前後でビーム径を拡大または縮小させることができ、使用するプローブによってバンドルファイバの径が異なる場合に、リレーレンズ系８０を調整してビーム径を所望の大きさにすることが可能となる。光の裾野部分の遮断は第１の絞り７８および第３の絞り８１により行われ、リレーレンズ系８０に直前に設けられた第２の絞り７９は光量の調節に使用される。

また例えば、石英ロッド７６ａおよびチップ７７からなる導光部材（図１６Ａ）や、絞り７８・７９・８１およびリレーレンズ系８０からなる導光部材（図１８）は、図３または図１３に示されるような保持部内部に設けることもできる。

上記のように保持部に装着部と着脱可能なコネクタ構造を設けることにより、プローブとしての利便性が向上する。なお、コネクタ構造は上記の構造に限定されず、保持部はコンパクトであることが好ましい。

「光音響計測装置の第１の実施形態」
次に、光音響計測装置の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、光音響計測装置が、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置である場合について具体的に説明する。図１９は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の構成を示すブロック図である。

本実施形態の光音響画像生成装置１０は、本発明に係るプローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、画像表示手段１４および入力手段１６を備える。

＜レーザユニット＞
レーザユニット１３は、本発明における光源に相当し、例えばレーザ光Ｌを、被検体Ｍに照射する測定光として出力する。レーザユニット１３は、例えば、制御手段２９からのトリガ信号を受けてレーザ光Ｌを出力するように構成されている。レーザユニット１３が出力するレーザ光Ｌは、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体Ｍに照射される。レーザユニット１３は、レーザ光として１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出力するものであることが好ましい。

また、レーザ光Ｌのパルス幅ｔ_Ｐ（ｎｓ）は、下記式６を満たすことが好ましい。ここで、Ａは使用するレーザ光のバンドルファイバへ入射する際のパルスエネルギー（Ｊ）であり、λは使用するレーザ光の波長（ｎｍ）であり、Ｇはバンドルファイバの損傷閾値エネルギー密度（Ｊ／ｍｍ^２）であり、λＧおよびｔＧはそれぞれ損傷閾値エネルギー密度を求めたレーザ光の波長およびパルス幅であり、ｄはバンドルファイバの径（ｍｍ）である。これは、バンドルファイバの端面損傷を防止するためには、下記式７が成立することが好ましいためである。

例えば本実施形態では、レーザユニット１３は、Ｑスイッチ（Ｑｓｗ）アレキサンドライトレーザである。この場合、レーザ光Ｌのパルス幅は、例えばＱｓｗによって制御される。レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、血管を撮像する場合）には、一般的にはその波長は近赤外波長域に属する波長であることが好ましい。近赤外波長域とはおよそ７００〜８５０ｎｍの波長域を意味する。また、レーザ光Ｌは、単波長でもよいし、複数の波長（例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ）を含んでもよい。さらに、レーザ光Ｌが複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に被検体Ｍに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。

＜プローブ＞
プローブ１１は、被検体Ｍ内で発生した光音響波Ｕを検出する本発明に係るプローブであり、本実施形態では第３の実施形態に係るプローブである。

＜超音波ユニット＞
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２７、光音響画像構築手段２８、制御手段２９、画像合成手段３８および観察方式選択手段３９を有する。例えば、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２７および光音響画像構築手段２８が一体として、本発明における信号処理手段としての光音響画像生成手段に相当する。

制御手段２９は、光音響画像生成装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路３０を備える。トリガ制御回路３０は、例えば光音響画像生成装置の起動の際に、レーザユニット１３に光トリガ信号を送る。これによりレーザユニット１３で、フラッシュランプが点灯し、レーザロッドの励起が開始される。そして、レーザロッドの励起状態は維持され、レーザユニット１３はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。

そして、制御手段２９は、その後トリガ制御回路３０からレーザユニット１３へＱｓｗトリガ信号を送信する。つまり、制御手段２９は、このＱｓｗトリガ信号によってレーザユニット１３からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御している。また本実施形態では、制御手段２９は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をＡＤ変換手段２２に送信する。サンプリングトリガ信号は、ＡＤ変換手段２２における光音響信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響信号をサンプリングすることが可能となる。

受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。受信回路２１で受信された光音響信号はＡＤ変換手段２２に送信される。

ＡＤ変換手段２２は、サンプリング手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。例えば、ＡＤ変換手段２２は、サンプリング制御部およびＡＤ変換器を有する。受信回路２１によって受信された受信信号は、ＡＤ変換器によってデジタル化されたサンプリング信号に変換される。ＡＤ変換器は、サンプリング制御部によって制御されており、サンプリング制御部がサンプリングトリガ信号を受信したときに、サンプリングを開始するように構成されている。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力する所定周波数のＡＤクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で受信信号をサンプリングする。

受信メモリ２３は、ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号（つまり上記サンプリング信号）を記憶する。そして、受信メモリ２３は、プローブ１１によって検出された光音響信号を光音響画像再構成手段２４に出力する。

光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号を読み出し、プローブ１１の振動子アレイ２０で検出された光音響信号に基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段２４は、例えばプローブ１１の６４個の音響波検出素子からのデータを、音響波検出素子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。光音響画像再構成手段２４は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像再構成手段２４は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。

検波・対数変換手段２７は、各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。

光音響画像構築手段２８は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、１フレーム分の光音響画像を構築する。光音響画像構築手段２８は、例えば光音響信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を光音響画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を構築する。

観察方式選択手段３９は、光音響画像の表示態様を選択するものである。光音響信号についてのボリュームデータの表示態様としては、例えば三次元画像としての態様、断面画像としての態様および所定の軸上のグラフとしての態様が挙げられる。いずれの態様によって表示するかは、初期設定或いは使用者による入力手段１６からの入力に従って選択される。

画像合成手段３８は、順次取得された光音響信号を使用して、ボリュームデータを生成する。ボリュームデータの生成は、それぞれの光音響信号の信号値を、光音響画像のフレームごとに関連付けられた座標および光音響画像中の画素座標に従って、仮想空間に割り当てることにより行う。例えば、Ｑｓｗトリガ信号が送信された時の座標、実際に光が出力された時の座標、および光音響信号のサンプリングが開始された時の座標等が光音響画像の１フレームごとに関連付けられる。信号値を割り当てる際に、割り当てる場所が重複する場合には、その重複する場所の信号値として例えばそれらの信号値の平均値またはそれらのうちの最大値が採用される。また、必要に応じて、割り当てられる信号値がない場合には、その周辺の信号値を用いて補間することが好ましい。補間は、例えば、最近接点から順に４つの近接点の重み付き平均値を補間場所に割り当てることにより行う。これにより、より自然な形のボリュームデータを生成することができる。さらに、画像合成手段３８は、生成されたボリュームデータに必要な処理（例えばスケールの補正およびボクセル値に応じた色付け等）を施す。

また、画像合成手段３８は、観察方式選択手段３９によって選択された観察方式に従って光音響画像を生成する。選択された観察方法に従って生成された光音響画像が、画像表示手段１４に表示するための最終的な画像（表示画像）となる。なお、上記の光音響画像の生成方法において、一旦光音響画像が生成された後、使用者が必要に応じて当該画像を回転させたり移動させたりすることも当然可能である。つまり、三次元画像が表示されている場合に、使用者が入力手段１６を使用して視点とする方向を順次指定する或いは移動させることにより、光音響画像が再計算されて三次元画像が回転することになる。また、使用者が入力手段１６を使用して適宜観察方法を変更することも可能である。

画像表示手段１４は、画像合成手段３８によって生成された表示画像を表示するものである。

以上のように、本実施形態に係る光音響計測装置においても、レーザ光（測定光）を一度ホモジナイザに通すことによりエネルギープロファイルをフラットトップ化し、バンドルファイバに入射する際のビーム径を集光部材によって制御している。この結果、光音響計測において、高エネルギー光を伝送し、かつ、複数の光ファイバそれぞれを進行する光のエネルギー量の偏りを解消することが可能となる。

各光ファイバ内を進行する光のエネルギー量の偏りは、光音響画像の輝度ムラを生じさせる大きな要因となる。したがって、この光のエネルギー量の偏りを解消することで、光音響画像の輝度ムラを低減することができる。例えば、穿刺針により目的の臓器に麻酔薬を注入する場合に、超音波画像と光音響画像を重畳させて、超音波画像で目的の臓器の位置を確認しながら光音響画像で穿刺針の位置を確認することが行われる。ここで、光音響画像に輝度ムラがあると、目的の臓器に穿刺針が到達したかどうかを視認することが難しくなる。このような場合に、光エネルギー量の偏りを解消することで、光音響画像の輝度ムラが低減し、正確な穿刺が行えるようになる。

つまりその結果として、より強いかつ均質な光音響信号が得られるために高画質の光音響画像を生成することが可能となる。
また、レーザ光の伝送ケーブルの小型化および軽量化が可能となり、光音響計測装置の操作性が向上する。

「光音響計測装置の第２の実施形態」
次に、光音響計測装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態でも、光音響計測装置が光音響画像生成装置である場合について具体的に説明する。図２０は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態は、光音響画像に加えて超音波画像も生成する点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。

本実施形態の光音響画像生成装置１０は、第１の実施形態と同様に、本発明に係るプローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、画像表示手段１４および入力手段１６を備える。

＜超音波ユニット＞
本実施形態の超音波ユニット１２は、図１９に示す光音響画像生成装置の構成に加えて、送信制御回路３３、データ分離手段３４、超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、および超音波画像構築手段３７を備える。本実施形態では、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、データ分離手段３４、光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２７、光音響画像構築手段２８、超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、及び超音波画像構築手段３７が一体として、本発明における信号処理手段としての音響画像生成手段に相当する。

本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。超音波の送受信を行う音響波検出素子としては、前述した振動子アレイ２０を使用してもよいし、超音波の送受信用に別途プローブ１１中に設けられた新たな振動子アレイを使用してもよい。また、超音波の送受信は分離してもよい。例えばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。

トリガ制御回路３０は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３３は、このトリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。

プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路３０は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ここで、反射超音波はプローブ１１と超音波反射位置との間を往復するのに対し、光音響信号はその発生位置からプローブ１１までの片道である。反射超音波の検出には、同じ深さ位置で生じた光音響信号の検出に比して２倍の時間がかかるため、ＡＤ変換手段２２のサンプリングクロックは、光音響信号サンプリング時の半分、例えば２０ＭＨｚとしてもよい。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリング信号を受信メモリ２３に格納する。光音響信号のサンプリングと、反射超音波のサンプリングとは、どちらを先に行ってもよい。

データ分離手段３４は、受信メモリ２３に格納された光音響信号のサンプリング信号と反射超音波のサンプリング信号とを分離する。データ分離手段３４は、分離した光音響信号のサンプリング信号を光音響画像再構成手段２４に入力する。光音響画像の生成は、第１の実施形態と同様である。一方、データ分離手段３４は、分離した反射超音波のサンプリング信号を、超音波画像再構成手段３５に入力する。

超音波画像再構成手段３５は、プローブ１１の複数の音響波検出素子で検出された反射超音波（そのサンプリング信号）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。各ラインのデータの生成には、光音響画像再構成手段２４における各ラインのデータの生成と同様に、遅延加算法などを用いることができる。検波・対数変換手段３６は、超音波画像再構成手段３５が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。

超音波画像構築手段３７は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。

画像合成手段３８は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３８は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示することも可能である。

以上のように、本実施形態に係る光音響計測装置においても、レーザ光（測定光）を一度ホモジナイザに通すことによりエネルギープロファイルをフラットトップ化し、バンドルファイバに入射する際のビーム径を集光部材によって制御している。これにより、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

さらに本実施形態の光音響計測装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。したがって、超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。

なお、以上では光音響計測装置が光音響画像や超音波画像を生成する場合について説明したが、このような画像生成は必ずしも必要ではない。例えば光音響計測装置を、光音響信号の大きさに基づいて測定対象の存在の有無や物理量を計測するような構成にすることもできる。

１０ 光音響画像生成装置
１１ 音響波検出用プローブ
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 画像表示手段
１６ 入力手段
２０ 振動子アレイ
２１ 受信回路
２４ 光音響画像再構成手段
２８ 光音響画像構築手段
３０ トリガ制御回路
３３ 送信制御回路
３４ データ分離手段
３５ 超音波画像再構成手段
３７ 超音波画像構築手段
３８ 画像合成手段
３９ 観察方式選択手段
４０ ホモジナイザ
４１ 集光部材
４２ バンドルファイバ
４２ａ 光ファイバ
４３ 導光板
４４ 導光部
５３ レンズ拡散板
５５ ビームエキスパンダ光学系
６０ａ、６０ｂ 保持部
６２ 中心側領域
６４ 外周側領域
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ コネクタ構造を有する保持部
Ｄ レーザ光の最小ビーム径
Ｅ１ 入射端部
Ｅ２ 出射端部
Ｌ レーザ光
Ｍ 被検体
Ｕ 光音響波

Claims (19)

1. 被検体に向けて出射させる測定光を導光する導光部と、前記測定光の出射により前記被検体内で発生した光音響波を検出する音響波検出素子とを備える音響波検出用プローブにおいて、
   前記導光部が、
   該導光部に入射した前記測定光を集光する集光部材と、
   該集光部材を透過した前記測定光のエネルギープロファイルをフラットトップ化し、かつ前記測定光を拡散させるホモジナイザと、
   複数の光ファイバを包含し、前記ホモジナイザを透過した前記測定光を導光するバンドルファイバと、
   前記集光部材または前記ホモジナイザを光軸方向に移動可能とさせる位置調整部とを含み、
   前記集光部材の焦点距離をｆ、前記集光部材と前記ホモジナイザとの距離をｘとした場合に、下記式１で規定される前記測定光の最小ビーム径Ｄが前記バンドルファイバの径ｄとの関係で下記式２を満たし、
   前記バンドルファイバの入射端部が、前記測定光のビーム径が０．８ｄ以上１．２ｄ以下である状態で前記測定光が入射する位置に配置されたプローブ。
   
   （式１において、φは前記ホモジナイザに入射する際の前記測定光の拡がり角を表し、θは前記ホモジナイザの拡散角を表す。）
2. 前記導光部が、前記集光部材の入射側の直前に、前記測定光のビーム径を拡大するビームエキスパンダ光学系を含み、
   前記ビームエキスパンダ光学系が、前記測定光のビーム径を前記バンドルファイバ中の光ファイバの開口角に適合したビーム径へと変化させるものである請求項１に記載のプローブ。
3. 前記バンドルファイバの入射端部における前記複数の光ファイバが石英によって被覆されている請求項１または２に記載のプローブ。
4. 前記バンドルファイバの出射端部における各光ファイバの配置が、前記エネルギープロファイルの比較的低い領域にある光ファイバと前記エネルギープロファイルの比較的高い領域にある光ファイバとが混在された配置である請求項１から３いずれか１項に記載のプローブ。
5. 前記エネルギープロファイルの比較的高い領域にある光ファイバが前記バンドルファイバの中心部にある光ファイバであり、前記エネルギープロファイルの比較的低い領域にある光ファイバが前記中心部よりも外周側にある光ファイバである請求項４に記載のプローブ。
6. 前記導光部が、前記複数の光ファイバの出射端部の少なくとも一部と接続される接続面と、該接続面から入射した前記測定光が出射する出射面とを有する導光板を備える請求項１から５いずれか１項に記載のプローブ。
7. 前記導光板が、前記音響波検出素子を挟んで対向する配置で複数設けられている請求項６に記載のプローブ。
8. 前記ホモジナイザが、微小なレンズが基板の片面に配置されたレンズ拡散板である請求項１から７いずれか１項に記載のプローブ。
9. 前記ホモジナイザおよび前記バンドルファイバを一体化して保持する保持部を備える請求項１から８いずれか１項に記載のプローブ。
10. 前記保持部が前記集光部材も含めて一体化して保持するものである請求項９に記載のプローブ。
11. 前記バンドルファイバの入射面を覆いかつ前記バンドルファイバの入射端部を保持するとともに、前記測定光が入射する部分にウィンドウ部を有する保持部を備える請求項１から８いずれか１項に記載のプローブ。
12. 前記ウィンドウ部がＮＤフィルタから構成される請求項１１に記載のプローブ。
13. 前記バンドルファイバに入射する前記測定光を通過させる貫通口を有する開口部材を前記バンドルファイバの入射端に備え、
    前記貫通口の径が、前記バンドルファイバの入射端に向かうほど前記バンドルファイバの径に対応した大きさまで小さくなる請求項９から１２いずれか１項に記載のプローブ。
14. 前記保持部が、前記バンドルファイバの入射端部を保護するキャップ部材と、光エネルギーに対して耐性のある材料から形成されたチップであってキャップ部材に嵌められたリング形状のチップとを含む導光部材を備える請求項９から１２いずれか１項に記載のプローブ。
15. 前記保持部が、絞りおよびリレーレンズ系を含む導光部材を備える請求項９から１２いずれか１項に記載のプローブ。
16. 請求項１から１５いずれか１項に記載のプローブと、
    前記音響波検出素子によって検出された光音響信号を処理する信号処理手段とを備えることを特徴とする光音響計測装置。
17. 前記測定光を出力する光源と、
    該光源と光学的に接続された装着部であって前記集光部材および前記ホモジナイザを保持する装着部を有する装置筺体と、
    前記バンドルファイバの入射面を覆いかつ前記バンドルファイバの入射端部を保持するとともに、前記測定光が入射する部分にウィンドウ部を有する保持部とを備え、
    前記装着部および前記保持部が互いに着脱可能なコネクタ構造を有する請求項１６に記載の光音響計測装置。
18. 前記信号処理手段が、前記光音響信号に基づいて光音響画像を生成する音響画像生成手段を含む請求項１６または１７に記載の光音響計測装置。
19. 前記音響波検出素子が、前記被検体に対して送信された音響波に対する反射音響波を検出するものであり、
    前記音響画像生成手段が、前記反射音響波の信号に基づいて反射音響波画像を生成するものである請求項１８に記載の光音響計測装置。