JP6614872B2

JP6614872B2 - 光音響波用プローブ

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Description

本発明は、光音響波用プローブ、及びそれを備えた光音響装置、前記光音響波用プローブに備えられるトランスデューサユニットに関する。

被検体に光を照射して、光音響効果により被検体中の測定対象から音響波（典型的には超音波であるが、本明細書中では光音響波と記載する）を発生させ、発生した光音響波を半球状の超音波プローブを用いて受信する測定システムがある（特許文献１）。半球状の超音波プローブは、半球内の表面上に配置した複数の超音波トランスデューサ素子で構成されている。

特許文献１の光音響イメージングデバイスの概要について図１９を用いて説明する。図１９において、１０は被検体、１１は光源、１２は超音波プローブ、１３は超音波トランスデューサ、２１は光線、２２は光音響波、３０は媒質（音響マッチング材）である。複数の超音波トランスデューサ１３と、光源１１は半球状に配置されている。また、図１９において超音波トランスデューサ１３の面のなす半球状の曲線を実線で示す。

被検体１０は、超音波プローブ１２の半球に一部囲まれるように配置され、被検体１０と超音波プローブ１２との間には、媒質３０が充填さていれる。光源１１から被検体１０に光２１を照射して、被検体で発生した光音響波２２を、超音波プローブ１２が有する複数の超音波トランスデューサ１３で受信して、被検体の画像化を行う。

米国特許公開２０１１−０３０６８６５号公報

被検体から発生した光音響波を受信するためには、超音波トランスデューサを、半球表面上に分散させて、所定の位置に配置する必要がある。特許文献１のように支持部材によって超音波トランスデューサを支持すれば簡易に所定の位置に配置できるが、ここで本発明者は課題を見いだした。すなわち、もし、超音波トランスデューサが半球状の支持部材の上に設けられると、媒質３０として水を用いた場合、乱流が発生したり、それに伴って媒質３０の温度斑が発生する可能性がある。その結果、被検体の画像にノイズが生じることがある。

そこで本発明は、簡易な構成で、かつ音響マッチング材の乱流の発生、それに伴う温度斑の抑制された光音響波用プローブ、及びそれを備えた光音響装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光音響波用プローブは、光源からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号を出力するトランスデューサを備えるトランスデューサユニットを複数有し、複数の前記トランスデューサの指向軸が集まるように、前記複数のトランスデューサユニットを支持する支持部材を有する光音響波用プローブであって、
複数の前記トランスデューサユニットが前記支持部材に設けられた孔部の内部に設けられ、かつ、複数の前記トランスデューサユニットが前記支持部材から前記指向軸が集まる側に突出しないように設けられている。

本発明に係る光音響装置は、光源と、前記光源からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号を出力するトランスデューサを備えるトランスデューサユニットを複数有し、複数の前記トランスデューサの指向軸が集まるように、前記複数のトランスデューサユニットを支持する支持部材を有する光音響波用プローブであって、
複数の前記トランスデューサユニットが前記支持部材に設けられた孔部の内部に設けられ、かつ、複数の前記トランスデューサユニットが前記支持部材から前記指向軸が集まる側に突出しないように設けられた光音響波用プローブと、前記電気信号から前記被検体の情報を取得する情報処理部とを有する。

本発明に係る光音響波用プローブ、及びそれを備えた光音響装置によれば、簡易な構成で、かつ音響マッチング材の乱流の発生、それに伴う温度斑が抑制される。

（ａ）本発明の第１の実施形態に係る光音響波用プローブの斜視図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図（ｃ）光音響波用プローブが有する超音波トランスデューサの斜視図、（ｄ）別の実施形態の光音響波用プローブのＡ−Ａ’断面図、（ｅ）超音波トランスデューサの斜視図である。（ａ）本発明の第１の実施形態におけるＣＭＵＴの断面模式図、（ｂ）別の構成のＣＭＵＴの断面模式図である。（ａ）本発明の第２の実施形態に係る超音波トランスデューサの断面図、（ｂ）超音波トランスデューサが備える回路の回路図である。（ａ）〜（ｄ）本発明の第３の実施形態に係る超音波トランスデューサが備える回路の回路図である。本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサの断面図である。（ａ）本発明の第５の実施形態に係る超音波トランスデューサの斜視図、（ｂ）断面図である。本発明の第６の実施形態におけるトランスデューサユニットの断面模式図である。（ａ）本発明の第７の実施形態におけるトランスデューサユニットの断面の模式図（ｂ）トランスデューサユニットの別の構成を示す断面模式図である。本発明の第８の実施形態におけるトランスデューサユニットの断面模式図である。本発明の第９の実施形態におけるトランスデューサユニットの説明をするための模式図である。本発明の第１０の実施形態におけるトランスデューサユニットの説明をするための模式図である。本発明の第１１の実施形態におけるトランスデューサの模式図である。本発明の第１２の実施形態におけるトランスデューサの模式図である。本発明の第１３の実施形態におけるトランスデューサを説明するための図である。本発明の第１４の実施形態におけるトランスデューサを説明するための図である。本発明の第１５の実施形態におけるトランスデューサを説明するための図である。本発明の第１６の実施形態に係る光音響装置の断面模式図である。本発明の第１７の実施形態に係る光音響装置の断面模式図である。従来の超音波プローブを説明するための断面模式図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る光音響波用プローブは、光源からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号を出力するトランスデューサを備えるトランスデューサユニットを複数有する。複数のトランスデューサユニットを支持する支持部材は、複数の前記トランスデューサは、複数のトランスデューサユニットの指向軸が集まるように構成されている。複数のトランスデューサユニットは、支持部材に設けられた孔部の内部に設けられ、かつ、複数のトランスデューサユニットが支持部材から指向軸が集まる側に突出しないように設けられている。突出していないため、支持部材と被検体との間に設けられる音響マッチング材の乱流の発生、それに伴う温度斑が抑制される。以下、詳細な構成について説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）から（ｅ）を用いて、本発明の第１の実施形態に係る光音響波用プローブ１００について説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る光音響波用プローブ１００の外形を示す模式図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の光音響波用プローブ１００のＡ−Ａ’断面の断面模式図、図１（ｃ）はトランスデューサユニット１０３の模式図である。また、図１（ｄ）は本実施形態に係る光音響波用プローブの別の構成例、図１（ｅ）はトランスデューサユニット１０３の別の構成例を示す模式図である。なお、図１（ａ）は、ケーブルなど省略して示している。

図１（ａ）から（ｅ）において、１０１は半球状の支持部材、１０２は孔部（貫通孔）、１０３はトランスデューサユニット、１６０はケーブル、１０４はそれらケーブルの束、１７０はコネクタ、１０６は光源、１１０はトランスデューサである。

半球状の支持部材１０１はトランスデューサ１１０を所定の位置に設けるための複数の貫通孔１０２を有する。

トランスデューサユニット１０３の外形は、貫通孔１０２の形状に対応しており、それぞれの貫通孔１０２に挿入されて固定されている。トランスデューサユニット１０３は、トランスデューサ１１０を備えており、トランスデューサ１１０の指向軸が、支持部材の形成する半球の中央付近を通るように配置されている。

なお、トランスデューサユニットは、柱形状の筐体１３０を有し、筐体の一方の底面に、チップと、チップの上に設けられたＣＭＵＴとを備えた構成とすることができる。また、後述するようにＣＭＵＴがインターポーザ上に設けられ、インターポーザの有する面のうち、ＣＭＵＴが設けられた面とは逆の面側（裏面側）に、ＣＭＵＴの検出回路を設けても良い。

さらに、筐体の側面にＯリングを備えることで、水などの音響マッチング材の流入を抑制し、筐体を支持部材に固定することができる。また、図２（ａ）に示すように、チップの有する主面の面積より、インターポーザの有する主面の面積の方を大きくした構成をとることができる。

また、柱形状の筐体は図１（ｃ）のように円柱形状でもよいし、図１（ｅ）のように互いに径の異なる少なくとも２つの円柱形状が連結した構造でもよい。さらに、筐体が図１０（ｃ）のように角柱形状でもよい。また、円柱形状の筺体の側面に凸部を有していても良い。

本実施形態において、貫通孔１０２の断面形状は真円状である。トランスデューサユニット１０３は円筒状の筐体を有し、トランスデューサ１１０は円筒の面の中央に配置されている。

光源１０６は、半球状の支持部材１０１の中央（頂点）に配置されている。光源１０６は、固体レーザ、気体レーザ、半導体レーザ、ＬＥＤなど光を出射できるものを用いることができる。なお、外部に配置した発光部から光ファイバーや、間接部分にミラーを設けた多関節アームを用いて、光を導波させる構成も本実施形態における光源に含まれる。本実施形態では、半球状の支持部材１０１の中央（頂点）に光源１０６を配置した構成で説明するが、本発明はこれに限らない。例えば、半球状の支持部材１０１のうち、トランスデューサユニット１０３が配置されていない領域であれば、任意の位置に単数または複数の光源１０６を配置できる。また、本明細書の図１などでは、光源が被検体側に突出した構成を示しているが、支持部材よりも被検体側に突出しない構成であってもよい。また、光源の位置は、半球状の支持部材の中央（頂点）以外の位置であっても良い。

本実施形態によると、支持部材１０１の貫通孔１０２に、支持部材１０１とは別体のトランスデューサユニット１０３を取り付ける構成である。そのため、支持部材１０１の構成を、半球状の部材に穴をあけるだけの非常に単純な形状とすることができる。また、支持部材１０１と、トランスデューサユニット１０３とが別体であるため、動作が確認済みのトランスデューサユニット１０３を選択でき、光音響波用プローブ１００の歩留まりを容易に向上させることもできる。更に、トランスデューサユニット１０３が故障した際に、交換が容易である。また、支持部材１０１における貫通孔１０２の位置を変えるだけで、異なるセンサ間隔の光音響波用プローブ１００を容易に提供できる。同様に、半球の半径が異なるプローブも、異なる半径を持つ支持部材１０１を用意すればよいため、支持部材の構成に依らず同じトランスデューサユニット１０３を用いることができる。

（支持部材の形状）
本実施形態において、支持部材は半球状の例を示しているが、トランスデューサの指向軸が集まるように形成されていれば、その例に限られない。円錐台形状や、角錐台形状、かまぼこ形状であってもよい。また、半球における、球の中心と球の頂点とを結ぶ線と、球の中心と半球の淵とを結ぶ線とのなす角度ｘが９０°に限定されず、９０°より小さくてもよいし、９０°より大きくてもよい。なお、本明細書において球面とは真球に限られず、球面と見なせる程度に表面上に凹凸があってもよいし、楕円体であってもよい。本実施形態及び他の実施形態では支持部材が半球状である場合について説明する。

（孔部の形状）
本実施形態において支持部材１０１に有する孔部１２０は貫通孔であるが、貫通していなくてもよい。また、上記で貫通孔１２０の孔の断面として真円状を例に説明したが、楕円や、三角形、四角形、多角形、台形など矩形でも良い。

（トランスデューサ）
本実施形態のトランスデューサ１１０として、超音波の受信や送信を行うことができるものであればどのような超音波トランスデューサを用いてもよい。例えば、ＰＺＴやＰＶＤＦ型の超音波探触子を用いることができるが、特に静電容量型トランスデューサ（ＣａｐａｃｉｔｉｖｅＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ、以下ＣＭＵＴと略す）を用いることが望ましい。以下では、トランスデューサがＣＭＵＴである場合の説明を行う。

トランスデューサユニットを表す図１（ｃ）において、１２０はチップ、１３０は筺体、１４０はインターポーザ、１６０はケーブル、１７０はコネクタである。また、後述するようにチップ１２０とインターポーザ１４０とは、接着剤で接着されている。

トランスデューサユニット１０３は、円筒形状の筺体１３０を有しており、筐体１３０の内部にチップ１２０を備えている。チップ１２０の上には、ＣＭＵＴ１１０が形成されている。円筒形状の筺体１３０の一方の底面には、チップ１２０が、ＣＭＵＴ１１０が外側に向くように配置されている。このＣＭＵＴ１１０の表面は、筺体１３０により覆われておらず、トランスデューサユニット１０３の外部からの光音響波が到達する構成となっている。また、もう一方の底面からは、外部と接続するためのケーブル１６０が引き出されている。

（筐体１３０の形状）
図１（ｃ）では、トランスデューサユニット１０３は、円筒型として説明したが、本発明はこれに限らない。例えば図１（ｅ）で示すように、ケーブル１６０が引き出されている側の径が、貫通孔１０２の径より大きくなっている形状のものを用いることができる。これにより、支持部材１０１に対して、トランスデューサユニット１０３の位置を簡易な構成で、精度よく決めることができる。そのため、容易な構成で、半球状に複数のトランスデューサ１１０を精度よく配置することができ、被検体からの情報を正確に取得することが可能になる。

（ＣＭＵＴ）
ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）プロセスを用いて、シリコンのチップ上に作製される。図２（ａ）（ｂ）を用いてＣＭＵＴ１１０について説明する。

図２（ａ）は、ＣＭＵＴ１１０の模式図である。図２において、１２０はチップ（基板）、２０１は振動膜、２０２は第１の電極（上部電極）、２０３は第２の電極（下部電極）、２０４は振動膜を支持する支持部である。そして、２０５は空隙、３０１は第１の電極２０２に接続される第１の配線、３０２は第２の電極に接続される第２の配線である。第１の配線３０１、第２の配線３０２は、後述する直流電圧発生手段（図４の４０１）、検出回路（電流電圧変換回路、図３の４０２）である。

振動膜２０１は、支持部２０４によりチップ１２０上に支持されており、超音波を受けて振動する構成となっている。振動膜２０１上には第１の電極２０２が配置されており、チップ１２０上の第１の電極２０２に対向する位置には第２の電極２０３が配置されている。振動膜２０１と空隙２０５を挟んで対向する第１の電極２０２と第２の電極２０３を１組として、セル２００と呼ぶ。図２（ａ）では３つのセル２００でＣＭＵＴ１１０が構成されているが、１つ、２つ、または４つ以上のセルを有する構成であってもよい。複数のセルから構成されるＣＭＵＴをＣＭＵＴアレイと呼ぶこともできる。また、複数のセルから構成されるセル群を素子（エレメント）ということもできる。

第１の電極２０２は、第１の配線３０１を介してチップ１２０外部に引き出され、直流電圧発生手段（図４の４０１）に接続される。第２の電極２０３は、第２の配線３０２を介してチップ１２０外部に引き出され、受信回路（図３の４０２）に接続される。直流電圧発生手段を用いて、第１の電極２０２と第２の電極２０３との間には、数十ボルトから数百ボルトの電位差を発生させる。振動膜２０１と第１の電極２０１が振動することにより、第１の電極２０１と第２の電極２０３間の距離が変化して、電極間の静電容量が変化する。電極間には電位差があるため、容量変化に対応して、微小な電流が発生する。発生したこの微小な電流は、第２の電極２０３に接続された検出回路で、電流から電圧に変換されて出力される。

本実施形態で用いるＣＭＵＴ１１０は、現在広く用いられているピエゾ型の超音波トランスデューサに比べて、超音波受信時の応答性が良く、受信周波数の帯域が広いという特徴がある。

チップ１２０は、インターポーザ１４０上に、接着剤１４１により固定されている。チップ上のＣＭＵＴ１１０の電極と、インターポーザ１４０上の配線間は、ワイヤー１４２により電気的に接続されている。ワイヤー１４２は、金ワイヤーなどを用いることができ、ワイヤーボンディング技術により容易に実現することができる。本実施形態において、インターポーザ１４０として、ガラスエポキシ樹脂と銅薄膜の導電層を積層した多層回路基板を用いている。インターポーザ１４０の表面のＣＭＵＴ１１０に接続された配線は、インターポーザ１４０の内部の配線（不図示）を介して、インターポーザ１４０裏面のコネクタ１５０に電気的に接続されている。本実施形態では、チップ１２０からの配線を、一旦インターポーザ１４０で中継し、インターポーザ１４０の裏面に配置したコネクタ１５０でケーブル１６０に接続している。

従って、本実施形態では、インターポーザ１４０内の配線を介することで、チップ１２０上に配置したＣＭＴＵ１１０の微細な電極から、光音響装置を構成する外部の装置（不図示）に接続するための太いケーブルに簡易な構成で接続して、外部に引き出せる。

上記のように、本実施形態では複数の貫通孔を有する半球状の支持部材に、貫通孔に挿入して固定したトランスデューサユニットで構成されるので、簡易な構成で、トランスデューサを所定の位置に配置できる光音響波用プローブを提供できる。

ＣＭＵＴ１１０の構成の別の例を、図２（ｂ）を用いて説明する。本構成では、チップ１２０が貫通配線２１０を有していることが特徴である。チップ１２０は、貫通配線２１０を有しており、チップ１２０上のＣＭＵＴ１１０の電極に接続した配線３０１、３０２を、チップ１２０の裏面に引き出すことができる。チップ１２０の裏面と、インターポーザ１４０上は、ハンダバンプ１４５によりインターポーザ上の電気接続用電極１４３と電気的に接続されている。チップ１２０の裏面と、インターポーザ１４０間は、絶縁材料のアンダーフィル材１４６により充填されている構成が望ましい。アンダーフィル材１４６により、電気接続部と外部の絶縁性を高めることができ、電気接続部が湿度などの影響を受けて、接続不良が発生する可能性を低減することができる。

本実施形態の別の形態によると、ＣＭＵＴ１１０の表面側、すなわち、被検体側から見て突起がなく、突起部による光音響波の受信特性の劣化がない光音響波用プローブを提供することができる。

尚、図２（ｂ）では、ハンダバンプを用いて説明したが、これに限られず、金バンプや導電ペーストなどを用いることができる。これにより、ハンダを用いる際のフラックスによる汚染やリフローの処理温度が問題になる場合は、これらを回避して、電気接続部を構成することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、インターポーザ１４０が備える回路に関する。

図３は、本実施形態に係る光音響波用プローブにおける、トランスデューサユニット１０３の断面模式図である。

本実施形態では、図３（ａ）で示すように、インターポーザ１４０の有する面のうちＣＭＵＴが設けられていない方の面に、ＣＭＵＴ１１０に接続された検出回路４０２を備えていることが特徴である。ＣＭＵＴ１１０は、超音波トランスデューサとして広く用いられているピエゾ型のトランスデューサに比べて、受信可能な周波数帯域が広いという特徴がある。しかし、ＣＭＵＴ１１０は、ＣＭＵＴ１１０と検出回路４０２を電気的に接続する配線３０２の寄生容量により、受信性能が低下しやすい。本実施形態では、インターポーザ１４０を挟んで、チップ１２０と検出回路４０２を配置しているので、静ＣＭＵＴ１１０と検出回路４０２を最短距離に近接して配置することができる。

本実施形態に係る光音響波用プローブは、ＣＭＵＴ１１０の近くに検出回路４０２が一体化されているので、広い帯域で優れた受信特性を有するＣＭＵＴ１１０を提供することができる。

次に、図３（ａ）における検出回路を、図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）では、検出回路４０２が、オペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンス回路であることが特徴である。

検出回路４０２は、図３（ｂ）で示すように、オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路で構成することができる。オペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンス回路は、オペアンプの負帰還部に抵抗４１２とコンデンサ４１３がパラレルに配置されており、帰還部で入力された電流を電圧に変換される。オペアンプの帰還特性があるため、広帯域なオペアンプを用いることで、電流電圧変換効率が入力の配線にある寄生容量の影響を小さくすることができる。そのため、広い周波数幅を持つ受信特性をＣＭＵＴについて、受信感度の低下が少ない優れた受信特性を得ることができる。本実施形態によると、検出回路４０２にオペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンス回路を用いるので、検出回路４０２の入力端子に寄生する容量の影響を受けにくい。そのため、寄生容量による、受信特性の劣化が少ない光音響用プローブを提供することができる。

オペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンス回路は、高速なオペアンプを用いることで、回路が有する電流電圧変換特性が配線３０２の寄生容量からの影響を受けにくくすることができる。そのため、ＣＭＵＴ１１０に、優れた受信特性を持たせることができる。

本実施形態では、受信特性がより優れたＣＭＵＴ１１０を提供することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、インターポーザ１４０が備える回路に関する。それ以外は、第２の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

図４は、本実施形態に係る光音響波用プローブが備える回路を表す回路図である。

本実施形態では、図４（ａ）で示すように、インターポーザ１４０上に、直流電圧を安定化する回路４２０を備えていることが特徴である。

本実施形態のケーブル１６０内には、直流電圧印加線１６１（不図示）と電流電圧変換回路用の電源供給線１６２、１６３と、出力の信号線３１０を１組として備えている。

半球状の支持部材１０１に分散して配置されているトランスデューサユニット１０３から、外部の装置（不図示）と接続するコネクタ１７０までは、距離が離れているため、その間を繋ぐケーブル１６０の長さは、ある程度の長さを要する。そのため、ケーブル１６０内の配線が有する配線抵抗により、インターポーザ１４０側での直流電圧Ｖｂ１が、装置側のコネクタ１７０での直流電圧Ｖｂ０と異なってしまう。ＣＭＵＴ１１０は、第１の電極２０２と第２の電極２０３に印加される電位差により、受信特性が大きく影響を受ける。そのため、ＣＭＵＴ１１０に印加される直流電圧Ｖｂ１が、直流電圧印加手段４０１で生成する直流電圧Ｖｂ０と異なると、所望の受信特性が得られなくなってしまう。本実施形態では、直流電圧用安定化回路４２０を有しているので、ＣＭＵＴ１１０に印加される直流電圧Ｖｂ１を、直流電圧発生手段４０１で生成する直流電圧Ｖｂ０と一致させることができる。そのため、ケーブル１６０の有する配線抵抗により、ＣＭＵＴ１１０の受信特性が受ける影響を低減することができる。

本実施形態の直流電圧用安定化回路４２０は、直流電圧用安定化回路４２０での入力インピーダンスが、ケーブル１６０が有する配線抵抗より十分小さいものであればよい。具体的には、図４（ａ）で示すように、高耐圧コンデンサ４２１と、抵抗４２２により容易に構成することができる。本実施形態は、図４（ａ）に限るものではなく、インターポーザ１４０側での直流電圧Ｖｂ１が、装置側のコネクタでの直流電圧Ｖｂ０を近づけることができる回路であれば、同様に用いることができる。

本実施形態によると、ＣＭＵＴ１１０の受信特性劣化が少ない光音響波プローブを提供することができる。

（本実施形態の別の例）
本実施形態の別の形態を、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）では、インターポーザ１４０上に、検出回路電源（オペアンプ）用の安定化回路４３０を備えていることが特徴である。検出回路４０２の電源には、回路を駆動するための電流を安定に供給する必要がある。ケーブル１６０に配線抵抗があると、検出回路４０２に供給している電流が不安定になり、検出回路４０２での電流−電圧変換特性に影響を与えることがある。本実施形態では、検出回路電源用の安定化回路４３０を有しているので、検出回路４０２に必要な電流を安定して供給することができ、検出回路４０２で所望の電流−電圧変換特性を得ることができる。本実施形態における検出回路電源用の安定化回路４３０は、図４（ｂ）で示すように、コンデンサ４３１と、コイル４３２により容易に構成することができる。なお、本実施形態の回路は、図４（ｂ）の構成の回路に限ったものではなく、同様の機能を有するものであれば用いることができる。

本実施形態の別の形態によると、ＣＭＵＴ１１０から出力された電流を、検出回路４０２において、電流−電圧変換を効率よくできるので、優れた受信特性を得ることができる。

（本実施形態のさらに別の例）
本実施形態の更に別の形態を、図４（ｃ）（ｄ）を用いて説明する。図４（ｃ）では、検出回路４０２の出力端子と配線３１０間に、配線３１０とのインピーダンス整合抵抗４４１が接続されていることが特徴である。検出回路４０２からの出力信号を装置側に出力する配線３１０は、同軸ケーブル１６４を用いることが望ましい。同軸ケーブル１６４を用いることで、外部からのノイズが信号線３１０に重畳することを防ぐことができるが、配線長が長くなると配線内で反射などが発生して、信号の特性を劣化させることがある。図４（ｃ）では、同軸ケーブルである配線３１０が持つ配線インピーダンスと、マッチングが取れたインピーダンス整合抵抗４４１を備えている。このように、検出回路４０２の出力端子がインピーダンスマッチング回路を備えた構成をとることで、インターポーザ１４０と配線３１０との間のインピーダンスの不整合により、出力信号の劣化を低減できる。そのため、ケーブル１６０で検出信号の劣化が少ない超音波トランスデューサユニット１０３を提供することができる。

また、図４（ｄ）で示すように、また、検出回路４０２の出力端子が交流カップリング回路を有する構成、具体的には検出回路４０２の出力端子と配線３１０間に、コンデンサ４４２が接続されている構成を取ることができる。ＣＭＵＴ１１０は、光音響波を受信するために、一定の周波数（例えば１０ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下、１００ｋＨｚ以上２０ＭＨｚ以下）以上の信号を検出できれば良い。図４（ｄ）では、検出回路４０２の出力端子にコンデンサ４４２を備えているので、出力電圧の直流成分をカットすることができる。出力電圧に直流成分があると、常時、配線内に電流が流れるため消費電力が大きくなる。一方、図４（ｄ）の回路構成では、出力電圧の直流成分をカットしているので、常時、配線内に流れる電流を無くすことができ、消費電力を下げることができる。そのため、消費電力の小さい超音波トランスデューサユニット１０３を提供できる。

（第４の実施形態）
本実施形態は、ＣＭＵＴ１１０の表面に配置する部材に関する。それ以外は、第１から第３の何れかと同じである。

図５は、本実施形態に係る光音響波用プローブの模式図である。図５において、２６０は絶縁フィルム、２６１はシリコーンゴム層である。

本実施形態では、トランスデューサ１１０の上に、シリコーンゴム層２６１を介して絶縁フィルム２６０を配置していることが特徴である。

絶縁フィルム２６０は、薄膜の絶縁フィルムにより構成することができる。例えば、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ＰＥ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＴＰＸ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ）など薄膜にできる材料を用いることができる。絶縁フィルム２６０の厚さは、使用する超音波の波長に対して十分薄い厚さであればよく、数マイクロメータから十数マイクロメータの厚さであることがより望ましい。

シリコーンゴム層２６１は、光音響波の透過特性が優れており、且つ絶縁フィルム２６０とＣＭＵＴ１１０とを強く接着できる。ここで、絶縁フィルム２６０と接着するＣＭＵＴ１１０側の振動膜２０１は薄く、振動膜２０１上に配置している部材の影響を大きくうける。そのため、一般的なエポキシ系などの硬化後の硬度が高い接着剤を用いると、振動膜２０１の振動特性が影響を受けて、受信感度が大幅に劣化するおそれがある。シリコーンゴムは硬化後の硬度が低いので、シリコーンゴムをＣＭＵＴ１１０の表面に設けると、ＣＭＵＴ１１０の振動膜２０１の振動特性に影響を与えにくい。また、シリコーンゴム層２６１の厚さは、四十マイクロメータ以下であれば、超音波の透過特性に与える影響が少ないため、より望ましい。また、チップ１２０と絶縁フィルム２６０の間隔が狭すぎると振動膜２０１の光音響波（超音波）の受信特性が影響を受けるため、シリコーンゴム層２６１の厚さｄは二十マイクロメータ以上であることが望ましい。これらの理由から、光音響波用プローブで用いることを想定すると、本実施形態のシリコーンゴム層２６１の厚さは、二十マイクロメータから四十マイクロメータの間であることが特に望ましい。

本実施形態では、絶縁フィルム２６０を備えていることで、高電圧が電極に印加されるＣＭＵＴ１１０の表面と、外部を電気的に絶縁することができる。そのため、被検体に対する安全性が高い光音響波用プローブを提供することができる。

また、本実施形態の構成では、絶縁フィルム２６０とチップ１２０との間にシリコーンゴム層２６１を配置している。そのため、チップ１２０に対して絶縁フィルム２６０の接着力を確保したまま、光音響波（超音波）の受信特性をほとんど劣化させることがない光音響波用プローブを提供することができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、図１における支持部材１０１へのトランスデューサユニット１０３の取り付け部に関する。それ以外は、本発明の第１から第４の実施形態何れかと同じである。

図６（ａ）は、本実施形態に係る超音波トランスデューサの斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ’断面及び、支持部材１０１とその間に設けられたＯリング１３１を示した断面図である。

本実施形態では、トランスデューサユニット１０３と、支持部材１０１が有する貫通孔１０２の間に、Ｏリング１３１を配置していることが特徴である。トランスデューサユニット１０３の筺体１３０は、Ｏリング１３１を設けるための溝１３２を有している。溝１３２内にＯリング１３１を配置したトランスデューサユニット１０３は、半球の支持部材１０１の外側（被検体がある側と逆側）から、押し当てリング１３３により支持部材１０１側に押し当てられて、固定されている。貫通孔１０２とトランスデューサユニット１０３の筺体１３０の間は、Ｏリングの太さより、狭くなるように設定されている。そのため、Ｏリング１３１は、それぞれの貫通孔１０２の内側の面と筺体１３０の外壁により、少し潰されており、貫通孔１０２の内側の面と筺体１３０の外壁間の隙間は、Ｏリング１３１により完全に塞がれている。

光音響波用プローブ１００では、半球状の支持部材１０１と被検体間で光音響波の減衰が発生しないように、超音波の透過性が高い超音波ゲルで充填して使用する。本実施形態では、支持部材１０１の被検体側と逆側を、Ｏリング１３１があることで液体の流動が発生しない構成としているため、被検体と逆側への超音波ゲルの漏れが抑制される。そのため、支持部材１０１の外側にある、装置の電気部品や機械部品に超音波ゲルが付着して、特性の変化や故障などを減らせる。また、超音波ゲルの漏れが抑制されるため、半球状の支持部材１０１と被検体間を超音波ゲルで確実に充填することができ、光音響波を確実に検出する光音響波用プローブを提供することができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態は、トランスデューサユニット１０３内の部材に関する。それ以外は、第１から第５の何れかと同じであるため、説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る光音響波用プローブの模式図である。

本実施形態では、トランスデューサユニット１０３内のインターポーザ１４０と筺体１３０、ケーブル１６０の引き出し部で囲まれた領域に、ポッティング材１３４が充填されていることが特徴である。ポッティング材１３４は、電子機器内の絶縁、防湿対策を行う用途の材料を用いることができ、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂などの材料を用いることができる。本実施形態によると、ＣＭＵＴ１１０からケーブル１６０を接続する配線部を、トランスデューサユニット１０３の外部と完全に絶縁することができる。また、トランスデューサユニット１０３の外部の湿気の配線部への侵入を防ぐことができるので、湿度による配線の不良が発生しにくく、配線の信頼性を高めることができる。更に、第２や第３の実施形態と併用した構成にすることで、検出回路４０２での不良発生を減らすことができる。

また、本実施形態は、第５の実施形態の構成と併用することにより、特に信頼性の高い、トランスデューサユニット１０３を提供することができる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態は、チップ１２０を支持する部材の形状に関する。それ以外は、第１から第６の何れかと同じである。

図８は、本実施形態に係る光音響波用プローブの有するトランスデューサユニットの断面模式図である。

本実施形態では、図８（ａ）で示すように、インターポーザ１４０は、凸部１４４を有していることが特徴である。前記インターポーザ１４０が有する凸部１４４上に、ＣＭＵＴ１１０を備えたチップ１２０は配置されている。本実施形態の筺体１３０は、凸部１４４を備えたインターポーザ１４０の形状に対応して、凸形状となっている。

半球状の支持部材１０１の厚さは、筺体１３０の凸部１３５の高さ以下となっており、支持部材１０１にトランスデューサユニット１０３を挿入すると、筺体１３０の凸部１３５のみが貫通孔１０２内に埋もれる構造となっている。また、トランスデューサユニット１０３の凸部１３５以外の部分は、支持部材の外側に飛び出して配置されている。このように本実施形態では、トランスデューサユニット１０３のチップ１２０を配置した凸部１３５のみ径が小さいので、支持部材１０１の有する貫通孔１０２は、小さな径で良く、支持部材１０１自体の機械的な強度を高くすることができる。そのため、半球状の支持部材１０１で撓みが発生し難く、配置しているＣＭＵＴ１０３の位置関係を高精度に保って、光音響波を受信することができる。そのため、被検体からの光音響波の情報を正確に取得することができる光音響波用プローブを提供することができる。

また、本実施形態のインターポーザによると、チップを保持する凸部と、検出回路４０２を配置する裏面側の形状を変えることができる。そのため、凸部は、チップ１２０を配置するために最小限の大きさに最適化でき、上述したように、半球状の支持部材１０１の機械強度を高めることができる。一方、検出回路４０２を配置して配線する領域は、貫通孔の大きさの制約を受けないので、必要な面積を確保することができ、特性に最適な配線の構成を取ることができる。そのため、受信特性の優れたＣＭＵＴを提供することができる。

本実施形態では、支持部材１０１が有する貫通孔１０２は、トランスデューサユニット１０３の凸部１３５以外の部分は、支持部材の外側に飛び出して配置されている構成で説明したが、本発明はこれに限らない。例えば図８（ｂ）で示すように、支持部材１０１が有する貫通孔１０２に加えて、トランスデューサユニット１０３の形状に合った凹部（ザグリ）を有する構成とすることができる。これにより、支持部材１０１の厚さが、トランスデューサユニット１０３の凸部の高さより厚い構成でも、トランスデューサユニット１０３を配置することができる。そのため、支持部材１０１自体の機械的な強度をより高くすることができる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態は、チップ１２０を支持する部材の形状に関する。それ以外は、第７の実施形態と同じである。

図９は、本実施形態に係る光音響波用プローブにおけるトランスデューサユニットの断面模式図である。図９では、筐体の図示は省略する。本実施形態では、第７の実施形態で説明した、チップ１２０を支持する凸部を有したインターポーザが、第１のインターポーザ１４８と、第２のインターポーザ１４９から構成されていることが特徴である。本実施形態では、第１のインターポーザ１４８は、成型品の表面に配線を形成したＭＩＤ（ＭｏｌｄｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＤｅｖｉｃｅ）であり、第２のインターポーザ１４９は、ガラスエポキシと銅薄膜で構成された多層回路基板である。

この第１のインターポーザ１４８上には、ＭＩＤ技術を用いることで、任意の部品形状を成型し、その表面上に配線を容易に形成することができる。そのため、チップ１２０からの配線を、第２のインターポーザ１４９近傍まで容易に引き出すことができる。第１のインターポーザ１４８の配線と、第２のインターポーザ１４９上の電極間は、ハンダ１８０を用いることで簡易に電気的に接続できる。

第１のインターポーザ１４８は、成型により部材を形成するので、高さの高い突起を容易に製造できる。そのため、トランスデューサユニット１０３が有する凸部を高くすることが容易になり、支持部材１０１の厚さを厚くしても、トランスデューサユニット１０３の下側が干渉することなく配置することができる。そのため、半球状の支持部材１０１の厚さを厚くすることができるので、半球状の支持部材１０１で撓みが発生し難く、配置している複数のＣＭＵＴ１１０の位置関係を高精度に保って、光音響波を受信できる。そのため、被検体からの光音響波の情報を正確に取得することができる光音響波用プローブを提供することができる。

（第９の実施形態）
本実施形態は、貫通孔の形状に関する。それ以外は、第１から第８の何れかの実施形態と同じであるため、共通事項は説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る光音響波用プローブの模式図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、支持部材１０１が有する貫通孔１０２に、トランスデューサユニット１０３を取り付けた状態での、貫通孔１０２の内壁と、トランスデューサユニット１０３の外形の関係を説明するための上面模式図である。

本実施形態では、図１０（ａ）で示すように、トランスデューサユニット１０３の有する筐体１３０の側面に、支持部材１０１への位置合わせ用に突起１３６が付いていることが特徴である。また、支持部材１０１の貫通孔１０２には、突起１３６に対応した形状となっている。本実施形態によると、半球の中心から見たトランスデューサユニット１０３の外形に対して、ＣＭＵＴ１１０の位置が中央からずれていても、半球内での静電容量型トランスデューサ１１０の位置を正確に設定することができる。

本実施形態によると、ＣＭＵＴ１１０がトランスデューサユニット１０３の中央からずれていても、ＣＭＵＴ１１０を所定の位置に配置できる光音響波用プローブを提供できる。

（本実施形態の別の例）
本実施形態の別の形態を、図１０（ｂ）を用いて説明する。図１０（ｂ）では、貫通孔１０２の、孔の形成方向の断面が台形の形状をしていることが特徴である。貫通孔１０２の形状に合わせて、トランスデューサユニット１０３の筺体１０３の断面も、台形の形状をしている。貫通孔１０２及びトランスデューサユニット１０３の断面が台形であるため、支持部材１０１に超音波トランスデューサユニット１０３を固定する際、所定の向きと異なる向きに取り付けることを防ぐことができる。そのため、トランスデューサユニット１０３の中心からＣＭＵＴ１１０がずれた位置に設けられた構成でも、支持部材１０１にトランスデューサユニット１０３設置する際に、各トランスデューサユニットを間違いなく固定することができる。そのため、トランスデューサユニット１０３の組みつけの不良が起こりにくく、組立の作業効率がよい光音響波用プローブを提供することができる。

本実施形態の別の形態を、図１０（ｃ）を用いて説明する。図１０（ｃ）は、貫通孔１０２の断面形状が長方形の形状をしていること以外は、第７の実施形態と同様の構成である。貫通孔１０２の断面形状に対応する、トランスデューサユニット１０３の凸部の外形は、四角形の形状となっており、トランスデューサユニット内部の第１のインターポーザ１４８の外形も同様に四角形である。ＣＭＵＴ１１０を配置したチップ１２０は、製造上最も容易に構成できる形状は、四角形である。そのため、図１０（ｃ）の構成では、トランスデューサユニット１０３の凸部を、最小にすることができる。対応する貫通孔１０２を最小限の大きさできるため、支持部材１０１自体の機械的な強度を高くすることができる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施は、チップ１２０上のＣＭＵＴ１１０と、接続される検出回路４０２に関する。それ以外は、第２から第９の何れかと同じである。

図１１（ａ）は、本実施形態に係る光音響波用プローブにおけるトランスデューサユニットの上面模式図である。図１１（ｂ）は、トランスデューサユニットのうち、ＣＭＵＴ部分の断面図である。

図１１（ｃ）は、本実施形態に係る光音響波用プローブの備える回路の回路図である。

本実施形態では、チップ１２０上に複数の第１のＣＭＵＴ１１１、第２のＣＭＵＴ１１２を備え、それぞれに複数の検出回路４５１、４５２が接続されていることが特徴である。チップ１２０上には、図１１（ａ）（ｂ）で示すように、第１の電極２０２が電気的に接続されたグループが複数ある。第１のＣＭＵＴ１１１は指向軸の方向から見て円形であり、ドーナツ状の第２のＣＭＵＴ１１２により囲まれている。

一方、インターポーザ１４０上には、図１１（ｃ）で示すように、複数の検出回路４５１、４５２を有している。第１のＣＭＵＴ１１１は、検出回路４５１に接続され、第２のＣＭＵＴ１１２は、検出回路４５２にそれぞれ接続されている。検出回路４５２の出力電圧は、スイッチ４５３を介して、加算機４５４に接続されている。加算機４５４では、検出回路４５１の出力電圧と、スイッチ４５３からの電圧が加算される。このスイッチ４５３について、接続、非接続を切り替えることによって、音響波の受信に用いるＣＭＵＴのエレメントサイズを簡単に変更することができる。

被検体からの光音響波を受信する際には、ＣＭＵＴの最適なサイズが異なる。ＣＭＵＴのサイズにより、音響波（超音波）を受信する指向性が異なるため、被検体から取得したい情報に応じて、受信に用いるトランスデューサのサイズ、すなわち数を変更することが望ましい。トランスデューサの数を増やし検出領域を広げると低周波帯域の受信をしやすく、数を減らして検出領域を狭くすると高周波帯域の受信がしやすい。本実施形態によると、光音響波を受信するＣＭＵＴのサイズを容易に変更することができるので、取得する対象、目的に応じて、トランスデューサの指向性を切り替えることができ、被検体からの取得したい最適な情報を得ることができる。

（第１１の実施形態）
第１１の実施形態ではＣＭＵＴの直流電圧発生手段に関する。それ以外は、第１から第１０の何れかと同じであるため、説明を省略する。

図１２（ａ）において、４６０は印加電圧の調整手段である。本実施形態では、直流電圧発生手段４０１と第２の電極２０３の間に、印加電圧の調整手段４６０を備えていることが特徴である。印加電圧調整手段４６０は、直流電圧発生手段４０１から出力されたＶｂを、第２の電極２０３に印加する端子では、Ｖｏに調整する機能を有している。

ＣＭＵＴ１１０は、振動膜２０１の厚さばらつきや、空隙２０５のばらつきにより、素子（エレメント）毎に印加する直流電圧の最適値が異なる。本実施形態に係る超音波プローブでは、複数のセルで構成されるＣＭＵＴの素子（エレメント）毎に、最適な直流電圧Ｖｏを印加する機能を有している。図１２（ｂ）を用いて、印加電圧の調整手段４６０の回路構成を説明する。

印加電圧の調整手段４６０は、３つの分圧抵抗により構成される。直流電圧発生手段４０１と第２の電極２０３の間には、第１の抵抗４６１が挿入されている。そして、第２の抵抗４６２と、第３の抵抗４６３が直列に接続され、第２の電極２０３側の配線３０２と、ＧＮＤ端子間に配置されている。第１の抵抗４６１値をＲ１、第２の抵抗４６２の抵抗値をＲ２、第３の抵抗４６３の抵抗値をＲ３とすると、第２の電極２０３側の配線３０２に印加される電圧値Ｖｏは、Ｖｏ＝（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）×Ｖｂとでき、印加電圧が調節可能である。したがって、素子毎に異なる最適な電圧をＣＭＵＴに印加することができる。

本実施形態では、Ｒ２の値をＲ３の値より小さくしていることが特徴である。それにより、第２の抵抗４６２での降下電圧は、第３の抵抗４６３での降下電圧より小さくなる。そのため、第１の抵抗４６１と、第３の抵抗４６３は、高い耐圧（数十ボルトから数百ボルト）である必要があるが、第２の抵抗４６２は、それに比べて低い耐圧を用いることができる。第１の抵抗４６１と、第３の抵抗４６３は、高い耐圧の抵抗であるため大きな部品となってしまうが、第２の抵抗４６２は小型な部品を用いることができる。

第２の抵抗４６２があることで、第１の抵抗４６１と第３の抵抗４６３の抵抗値を固定していても、第２の抵抗４６２の抵抗値を変更するだけで、印加電圧を変更できる。第２の抵抗４６２は、素子毎に対応した印加電圧になるような抵抗値に設定すればよく、第２の抵抗４６２は、小型な部品であるため交換が容易である。

また、第１の高圧コンデンサ４６４、第２の高耐圧コンデンサ４６５は、各端子の電圧の変動や、外部からのノイズの混入を抑える目的で、配置されている。

本実施形態に係る光音響波用プローブでは、素子毎に最適な直流電圧を印加することができるので、ＣＭＵＴの特性を均一にすることができ、高精度なデータの取得を行うことができる。そのため、本実施形態に係る光音響波用プローブを用いると、高画質な画像を取得できる。

本実施形態では、第１の抵抗４６１と第３の抵抗４６３は、装置本体９９９内に配置している。第２の抵抗４６２は、インターポーザ１４０上に配置されており、素子毎に対応した印加電圧になるような抵抗値に設定されており、素子毎に異なる値が用いられている。そのため、支持部材１０１に配置するトランスデューサユニットを変更しても、装置本体９９９が有する抵抗の値を変えることなく、素子毎に最適な印加電圧に設定できる。また、第２の抵抗４６２は、耐圧が小さく、小型の部品であるので、インターポーザ１４０上に、小さな実装面積で配置することができる。

支持部材１０１とフレキシブル部とを接続する配線は、ＣＭＵＴの第１の電極２０２と接続する第１の配線３０１と、ＣＭＵＴの第２の電極２０３に接続する第２の配線３０３に加えて、第２の抵抗４６２に接続された第３の配線３０３を有している。これにより、インターポーザ１４０上に配置した第２の抵抗４６２により、静電容量型トランスデューサに印加する電圧Ｖｏを調整することができる。なお、本例では抵抗を３つ用いた例を示したが、少なくとも２つあればよい。

本実施形態によると、曲面表面に複数の超音波トランスデューサを備えたプローブについて、それぞれの素子と外部と接続するための配線を簡易な構成で実現でき、受信周波数特性が均一で優れている超音波トランスデューサのプローブを提供することができる。

（第１２の実施形態）
本発明の第１２の実施形態では、光音響波を受信するＣＭＵＴ１１０だけでなく、超音波の送信を行うＣＭＵＴ１１３を備えていることが、異なる。その他は、第９から第１１までの何れかの実施形態と同じである。図１３を用いて説明する。

図１３で、１１３は超音波の送受信を行うＣＭＵＴ、４１１は第２の直流電圧印加手段、４１２は駆動回路である。図１３は、１つのチップ１２０上受信用ＣＭＵＴ１１０、送信用ＣＭＵＴ１１３が１素子（エレメント）ずつ配置された模式図を表している。ＣＭＵＴ１１３は、超音波の送信に適した特性を有している。第２の直流電圧印加手段４１１は、超音波の送信効率が最も適したものになる印加電圧に設定されている。また、駆動手段４１２は、第２の電極２０３に高電圧のパルスを印加することができる。ＣＭＵＴ１１３の第１の電極２０２は、チップ１２０毎に駆動手段４１２と電気的に接続されている。これにより、駆動手段４１２により、第１の電極２０２と第２の電極２０３間に発生する静電引力が変化して、それにより振動膜２０１が振動し、超音波が送信される。

一方、ＣＭＵＴ１１０は、光音響波に加えて、超音波の受信に適した構成となっており、光音響波や超音波を受けて、振動膜２０１が振動し、検出回路４０１で振動を検出することができる。

本実施形態では、超音波イメージングデータ像の形成時には、送信用ＣＭＵＴ１１３から超音波を被検体に向けて送信し、被検体で反射した超音波を受信用ＣＭＵＴ１１０により受信する。一方、超音波イメージング像の取得時には、光源１０３により被検体で発生した光音響波を受信用ＣＭＵＴ１１０により受信する。

本実施形態に係る光音響波用プローブによると、光音響波の受信と、超音波の送受信を１つのプローブで行うことができる。そのため、検出したデータを元に光音響イメージング像、超音波イメージング像を形成することができる。また、超音波の送信に適したＣＭＵＴ１１３と、超音波や光音響波の受信に、受信に適したＣＭＵＴ１１０とを分けている。そのため、優れた超音波の送信特性と、優れた受信特性を両立できるため、高画質な画像を取得できる。更に、超音波の送受信と光音響波の受信に用いるＣＭＵＴ１１３、１１０を同じチップ１２０上に形成しているため、光音響イメージング像、超音波イメージング像の位置ズレが少ない画像を得ることができる。

（第１３の実施形態）
本発明の第１３の実施形態では、ＣＭＵＴ１１０が超音波の送受信を行う機能も有していることが、異なる。その他は、第１から第１２までの何れかの実施形態と同じである。図１４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

図１４（ｂ）において、４７０は駆動検出回路、４７１はオペアンプ、４７２は帰還抵抗、４７３は帰還容量、４７４、４７５は高耐圧スイッチ、４７６、４７７はダイオード、４７８は高耐圧ダイオードである。図１４（ａ）は、１つのチップ１２０上に配置されたＣＭＵＴ１１０を表わす模式図である。１つのチップ上には、ＣＭＵＴ１１０が１素子（エレメント）配置されており、ＣＭＵＴ１１０の第１の電極２０２は、駆動検出回路４５１に接続されている。駆動検出回路４５１は、装置側から超音波の送信に用いる高電圧パルスをＣＭＵＴ１１０に印加し、ＣＭＵＴ１１０からの微小電流を検出信号とし装置側に出力する機能を有している。

図１４（ｂ）は、図１１（ｃ）の検出回路４５１の別の形態について説明するための回路図である。オペアンプ４７１の負帰還部に、帰還抵抗４７２と帰還容量４７３が並列に配置されており、電流電圧変換を行う機能を有している。オペアンプの入力と出力端子には、高耐圧スイッチ４７４、４７５と、ダイオード４７６、４７７がそれぞれ接続されている。高耐圧ダイオード４７８は、端子間に所定の電圧（１ボルト弱）以下の場合は、端子間の配線接続が切断される。また、高耐圧スイッチ４７４、４７５は、所定の電圧（数ボルト程度）より高い電圧が印加されると、スイッチの入出力端子間の配線が切断される。

送信のための高電圧パルスが印加されていない時、高耐圧ダイオード４７８は、端子間にはほとんど電位差がないため、高耐圧ダイオード４７８では入出力端子での配線は切断されている状態になっている。一方、高耐圧スイッチ４７４、４７５は、外部から高い電圧が印加されていないので、スイッチ間の配線が接続されている。そのため、トランスデューサからの微小電流をオペアンプで電流電圧変換して、外部に接続した装置（不図示）に検出信号を出力することができる。

一方、送信のための高電圧パルスが装置（不図示）側から印加されると、高耐圧ダイオード４７８内部の配線は接続され、高耐圧スイッチ４７４、４７５には、所定の電圧（数ボルト程度）より高い電圧が印加される。高耐圧スイッチ４７４、４７５は、スイッチ内部の配線を切断することができるため、オペアンプへ高電圧が印加されてオペアンプが破損しにくくなる。オペアンプからの信号出力は、高耐圧スイッチ４７５でカットされるために、送信のために印加した高電圧パルスに影響を与えることがない。そのため、トランスデューサの第１の電極に、超音波を送信するための高電圧パルスを印加することができる。

本実施形態に係る光音響波用プローブによると、光音響波の受信と、超音波の送受信を１つのプローブで行うことができる。そのため、検出したデータを元に光音響イメージング像、超音波イメージング像を形成することができる。また、超音波の送信と、超音波や光音響波の受信に用いるＣＭＵＴ１１０を１つで行うことができるため、チップ１２０のサイズを小さくすることができる。そのため、ＣＭＵＴ１１０のセル間をより近接して配置することができ、素子の数を増やすことができ、あるいは同じ素子数であればより小さな径の半球を実現することができる。また、ＣＭＵＴ１１０を兼用しているので、光音響イメージング像、超音波イメージング像の位置ズレをより少ない画像を得ることができる。

（第１４の実施形態）
本発明の第１４の実施形態は、チップ１２０上のＣＭＵＴ１１０と、接続される駆動検出回路４０２に関する。それ以外は、第２から第９の何れかと同じである。

図１５（ａ）は、本実施形態に係る光音響波用プローブのうち、ＣＭＵＴ部分を拡大した模式図である。図１５（ｂ）は第２の実施形態で示した検出回路４０２の別の実施形態である駆動検出回路４８０の回路構成を示した図である。本実施形態では、チップ１２０上に、複数に分割したＣＭＵＴ１１５、１１６を備えていることが特徴である。具体的には、チップ１２０上には、ＣＭＵＴ１１０の第２の電極２０３同士が電気的に接続されているグループが複数配置されている。それぞれのグループの第２の電極２０３からの配線は、インターポーザ１４０上に配置された駆動検出回路４８０の異なる入力端子に接続されている。超音波の送信時には、外部装置からの高電圧駆動信号が、駆動検出回路４８０内の複数の送信ダイオードを介して、それぞれの端子からＣＭＵＴ１１０の第１の電極２０２に印加される。

一方、受信時には、それぞれの第２の電極２０３からの信号をオペアンプ４７１で増幅して、各オペアンプからの電圧として出力される。それぞれの出力電圧は、加算器４８１で電圧信号を合算して、ケーブル１６０内の配線３１０から出力される。

ここで、それぞれのオペアンプの入力端子に接続できる容量の最大値は、帰還部の抵抗やコンデンサの大きさと、オペアンプのゲイン周波数特性により決まる。本実施形態では、ＣＭＵＴ１１０を分割して、それぞれにオペアンプを接続しているので、各オペアンプに接続されたＣＭＵＴの容量を小さくできる。これにより、オペアンプの帰還部のパラメータをより最適に設定でき、受信の周波数帯域を広くでき、帯域が広いＣＭＵＴ１１０の特徴をより生かすことができる。

また、オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路では、オペアンプの入力端子に接続された容量によって、出力ノイズが変化する。本実施形態では、ＣＭＵＴ１１０を分割して、それぞれにオペアンプを接続しているので、１つの電流−電圧変換回路での出力ノイズを低減することができる。それぞれのオペアンプからの出力を加算器４８１で加算した際には、出力ノイズは分割数Ｘとすると１／√Ｘ程度に減らすことができるので、全体として出力ノイズを低減して、高精度な受信信号の検出を行うことができる。

このように、図１５（ｂ）に示すような本実施形態の回路構成を用いることで、外部からの制御信号なしで、ＣＭＵＴから超音波の送信と受信を行うことができる。このような構成によって、受信時の電流−電圧変換の周波数特性が優れており、出力信号のノイズが少ない受信動作が優れた光音響波用プローブを提供することができる。

（第１５の実施形態）
本発明の第１５の実施形態では、超音波の送信に用いるセル数と、光音響波と超音波の受信に用いるセル数を変えることが異なる。その他は、第１３の実施形態と同じである。

図１６に示すように、１つのチップ１２０上に超音波の送受信に用いる第１のＣＭＵＴ１１７、及び受信に用いる第２のＣＭＵＴが設けられている。

第１のＣＭＵＴ１１７の第２の電極２０３は、駆動検出回路４９５の第１の端子４９１と接続されている。第２のＣＭＵＴ１１８の第２の電極２０３は、駆動検出回路４９５の第２の端子と接続されている。駆動検出回路４９５は、第１０の実施形態で説明した回路に、更にオペアンプを用いた電流電圧変換回路（トランスインピーダンス回路）と加算器４７１が追加された構成となっている。以下、第１３の実施形態と異なる点のみを説明する。

図１６（ｂ）は、本実施形態に係る光音響波用プローブの駆動検出回路４９５を説明する回路図である。光音響波を受信する際には、高耐圧ダイオード４７８はＯＦＦにしており、オペアンプ４７１の前後の配線はＯＮとしているので、第１のＣＭＵＴ１１７からの電流は電圧に変換される。第１のＣＭＵＴ１１７の電圧信号と、第２のＣＭＵＴ１１８から電流を電圧変換した受信信号を、加算回路４９１で合算した信号５４２を、受信信号として用いる。これにより、第１のＣＭＵＴ１１７と第２のＣＭＵＴ１１８全体で超音波を受信することができる。

一方、超音波の送受信を行う際は、超音波の駆動信号を５４１として、駆動検出回路４９５に入力する。高電圧が印加された際は、オペアンプは高電圧から保護され、高耐圧ダイオード４７８はＯＮにされるので、配線３２１に接続された第１のＣＭＵＴ１１７のみに、駆動電圧が印加され、振動膜から超音波が送信される。被検体（測定対象）で反射した超音波により、振動膜が振動した際には、超音波の送信（駆動）信号５４１は印加されていないので、高耐圧ダイオード４７８はＯＦＦとしている。その際、オペアンプの前後の配線はＯＮしているので、電流電圧変換を行い、超音波の受信信号５４２として出力される。

本実施形態に係る光音響波用プローブは、光音響波の受信に用いる素子の大きさと、超音波の送受信に用いる素子の大きさを変えることができる。そのため、それぞれの信号取得に適した大きさの素子で、光音響波の受信と超音波の送受信を行うことができるので、高画質な光音響イメージング像、超音波イメージング像を生成するために必要なデータを取得することができる。

また、本実施形態では、超音波の送信に用いるＣＭＵＴ１１７のセル数より、光音響波の受信に用いる第１のＣＭＵＴ１１７及び第２のＣＭＵＴ１１８のセル数を大きくしている。光音響波の受信では、素子の大きさが大きいため、同じ周波数で使用する場合、受信する光音響波の指向性を高くすることができる。一方、超音波の送受信では、小さな径の素子を用いても、素子の送信時の指向性と、素子の受信時の指向性の掛け合わせとなる。そのため、受信だけを行う同じ径の素子に比べて、送受信後の指向性を高くすることができる。そのため、本実施形態に係る光音響波用プローブを用いると、光音響イメージング像と超音波イメージング像の解像度がより近い画像を得ることができる。

本実施形態の別の形態として、図１６（ｃ）で示す駆動検出回路４５２を用いることができる。本実施形態の駆動検出回路４９５は、第２のＣＭＵＴ１１８に接続されたオペアンプ４３１と、加算器４９６の間に、スイッチ４４０を有していることが特徴である。スイッチ４４０は、スイッチの制御信号５１０によりＯＮ、ＯＦＦが制御される。具体的には、超音波の送受信時にＯＦＦ、光音響波の受信時にＯＮとなるように制御信号５１０が入力される。このスイッチ４４０は、低電圧のアナログスイッチを用いることで、容易に実現することができる。

本実施形態では、超音波の送受信信号と光音響波の出力信号を、１本の配線（信号５５１）で兼用することができ、プローブのケーブル内の配線数を削減することができる。なお、スイッチの制御信号５１０は、必ずしも外部の装置から入力される必要はない。光音響波用プローブ内に駆動信号である高電圧パルスが印加されたことを検出して、一定期間の間スイッチのＯＦＦ信号を生成する手段を有することで、外部からの信号入力を無くすことができる。

本実施形態の別の形態として、図１６（ｄ）で示すように、光音響波の受信に第１のＣＭＵＴ１１７のみを用いて、超音波の送受信には第１のＣＭＵＴ１１７と第２のＣＭＵＴ１１８を用いる構成にも同様に用いることができる。

これにより、送受信に用いる素子サイズが大きく、より大きな超音波を送信することができ、また受信感度も高くすることができるので、高精度な送受信信号を取得することができる。本実施形態では、送受信に用いる超音波の中心周波数を、光音響波の受信信号の中心周波数より高く設定して使用する。これにより、光音響イメージング像と超音波イメージング像の解像度がより近く、超音波イメージング像がより高精度である画像を得ることができる。

（第１６の実施形態）
第１から第１５の何れかの実施形態に記載の光音響波用（超音波）プローブは、光音響効果を利用した光音響波（超音波）の受信に用いることができ、それを備えた光音響装置（被検体情報取得装置）に適用できる。

図１７を用いて、本実施形態の超音波測定装置の動作を具体的に説明する。まず、発光指示信号７０１に基づいて、光源８０５から光７０２（パルス光）を発生させることにより、測定対象物（被検体）８００に光７０２を照射する。測定対象物８００では光７０２の照射により光音響波（超音波）７０３が発生し、この超音波７０３を超音波プローブが有する複数のＣＭＵＴ８０２で受信する。受信信号の大きさや形状、時間の情報が光音響波受信信号７０４として情報処理部８０３に送られる。一方、光源８０５で発生させた光７０２の大きさや形状、時間の情報（発光情報）が、光音響信号の情報処理部８０３内の記憶部（不図示）に記憶される。光音響信号の情報処理部８０３では、光音響波受信信号７０４と、光源８０５から照射された光に関する情報を基に測定対象物８００の画像信号を生成して、光音響信号による再現画像情報７０５として出力する。画像表示部８０４では、光音響信号による再現画像情報７０５を基に、測定対象物８００を画像として表示する。

本実施形態に係るは、簡単な構成で、広い周波数範囲の光音響波を受信できる特性を有している。そのため、小型なプローブから、光音響波から多くの情報を取得できるため、装置の取り回しが良く、高画質な画像を生成することができる。

（第１７の実施形態）
本実施形態は、第１２から第１５の何れかの超音波の送受信を行うことができる光音響波用プローブを、第１６の実施形態の光音響装置に用いたものである。

図１８に、本実施形態に係わる光音響装置の模式図を示す。図１８において、７０６は超音波の送受信信号、７０７は送信した超音波、７０８は被検体から反射した超音波、７０９は超音波の送受信による再現画像情報である。

本実施形態の光音響装置は、光音響波の受信に加えて、パルスエコー（超音波の送受信）を行い、画像を形成する。光音響波の受信については、第１２の実施形態と同じであるため、ここではパルスエコー（超音波の送受信）について説明する。

超音波の送信信号７０６を元にして、複数のＣＭＵＴ８０２から、測定対象物８００に向かって超音波７０７が出力（送信）される。測定対象物８００の内部において、内在する物体の固有音響インピーダンスの差により、超音波が反射する。反射した超音波７０８は、複数のＣＭＵＴ８０２で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号７０６として画像情報生成装置８０３に送られる。一方、送信超音波の大きさや形状、時間の情報は超音波送信情報として、情報処理部８０３内の記憶部で記憶される。情報処理部８０３では、超音波受信信号７０６と超音波送信情報を基に測定対象７００の画像信号を生成して、超音波送受信の再現画像情報７０９として出力する。

画像表示部８０４では、光音響信号による再現画像情報７０５と、超音波送受信による再現画像情報７０８の２つの情報を基に、測定対象物８００を画像として表示する。
本実施形態によると、広い周波数範囲の光音響波を受信できる特性を超音波プローブ用いて、異なる測定方法の受信情報を取得して画像を形成するため、より情報量の多い画像を取得、表示することができる。

本明細書中での説明では、第１の電極２０２は振動膜２０１上に、第２の電極２０３は基板１００上に配置されていたが、本発明はこの構成に限らない。例えば、振動膜２０１上に第２の電極２０３が、基板１００上に第１の電極２０２が配置された構成でも同様に用いることができる。

１００光音響波用プローブ
１０１支持部材
１０２孔部
１０３トランスデューサユニット
１０６光源
１１０トランスデューサ

Claims

光源からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号を出力するトランスデューサを備えるトランスデューサユニットを複数有し、複数の前記トランスデューサの指向軸が集まるように、前記複数のトランスデューサユニットを支持する支持部材を有する光音響波用プローブであって、
前記トランスデューサの上にシリコーンゴム層が設けられ、前記シリコーンゴム層の上に絶縁フィルムが設けられ、前記シリコーンゴム層の厚さが、二十マイクロメータ以上、四十マイクロメータ以下であり、
複数の前記トランスデューサユニットが、前記支持部材を貫通するように設けられた孔部の内部に設けられ、かつ、複数の前記トランスデューサユニットが前記支持部材から前記指向軸が集まる側に突出しないように設けられ、前記トランスデューサユニットが筒状の筐体を有し、前記筐体のうち、前記指向軸が集まる側とは逆側の底面の径が前記孔部の径より大きい光音響波用プローブ。
前記支持部材が半球状であり、前記トランスデューサユニットの、前記指向軸が集まる側の表面が、半球状の曲面に沿って設けられている請求項１に記載の光音響波用プローブ。
前記絶縁フィルムがＰＥＴを有する請求項１または２に記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサが、インターポーザ上に設けられている請求項１乃至３の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサがチップ上に設けられ、前記トランスデューサと前記インターポーザを電気的に接続する配線が、前記チップの中に設けられている請求項１乃至４の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記インターポーザが、電流電圧変換回路を備える請求項４または５に記載の光音響波用プローブ。
前記光音響波用プローブが、前記トランスデューサに印加する直流電圧を安定化する回路を有する請求項１乃至６の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサユニットが、Ｏリングを設けるための溝を有している請求項１乃至７の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサユニットと、前記支持部材の有する孔部との間に、Ｏリングが設けられている請求項８に記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサが、インターポーザの上に設けられ、前記インターポーザと、前記トランスデューサユニットの有する筺体との間に、ポッティング材を有する請求項１乃至９の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサが、インターポーザの上に設けられ、前記インターポーザが凸部を有し、前記凸部にトランスデューサが設けられている請求項１乃至１０の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記支持部材が有する孔部が貫通孔であり、前記指向軸が集まる側の径が、それとは逆側の径より小さい請求項１乃至１１の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサが、インターポーザの上に設けられ、前記インターポーザが、成型品の表面に導電層を形成した第１のインターポーザと、ガラスエポキシを有する多層回路基板である第２のインターポーザとを有する請求項１乃至１２の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサユニットの、前記孔の形成方向の断面形状が台形または長方形である請求項１乃至１３の何れかに記載の光音響波用プローブ。
第１の分圧抵抗と、第２の分圧抵抗と、第３の分圧抵抗を有しており、前記第１の分圧抵抗、前記第２の分圧抵抗、及び前記第３の分圧抵抗を用いて、前記トランスデューサに印加する直流電圧を調節可能に構成されている請求項１乃至１４の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサが、インターポーザの上に設けられ、前記インターポーザ上に、前記第２の分圧抵抗を備えている請求項１乃至１５の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサユニットが、前記静電容量型トランスデューサの信号を検出する検出回路を有し、前記検出回路への出力端子が、インピーダンスマッチング回路を有している請求項１乃至１６の何れかに記載の光音響波用プローブ。
前記トランスデューサユニットが、前記静電容量型トランスデューサの信号を検出する検出回路を有し、前記検出回路への出力端子が、交流カップリング回路を有している請求項１乃至１６の何れかに記載の光音響波用プローブ。