JPH0556968A - 超音波探触子回路 - Google Patents

超音波探触子回路

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JPH0556968A
JPH0556968A JP3223172A JP22317291A JPH0556968A JP H0556968 A JPH0556968 A JP H0556968A JP 3223172 A JP3223172 A JP 3223172A JP 22317291 A JP22317291 A JP 22317291A JP H0556968 A JPH0556968 A JP H0556968A
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JP
Japan
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laser
ultrasonic
wave
ultrasonic probe
array
Prior art date
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JP3223172A
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English (en)
Inventor
Yoshizo Hagino
芳造 萩野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Aloka Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】従来の超音波診断装置に使用されている探触子
における圧電素子による受波信号減衰の本質的欠点を解
決し、これにより、生体の断層像に必要な合成開口など
の走査送受波における微弱信号の処理を可能とする。 【構成】光レーザーダイオード1からの周波数f0 のレ
ーザー光をハーフミラー2を通して2つに分け、そのう
ちのひとつを送波レーザーとして走査器6に導き、走査
器6の内部の回転鏡7で方向が90度変えられて、レー
ザー反射膜12が取り付けられている超音波探触子17
の超音波送波素子配列8に隣接した溝9に導かれ、この
レーザー反射膜からの反射レーザーは、もと来た道を逆
行して回転鏡7、更にハーフミラー2に到達し、ここで
反射して光ヘテロダイン検波器13に入力されるように
なっている。ここで、走査器6においては、超音波パル
ス回路10から出力される信号により更に超音波送波素
子8の走査送波に対応して回転鏡7が同期回転されるこ
とによって溝9内に送信レーザーが走査されるようにな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波探触子における
超音波受波器回路であって、レーザーによる受波装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】超音波診断装置の超音波探触子におい
て、従来の受波器は送波器をそのまま使用するか、ある
いは送波器と同様に検体に接触した別個の圧電素子によ
り超音波の機械的振動を電気信号に変換し、その電気信
号によって超音波を検出している。
【0003】検体内部から反射してきた微弱な超音波信
号が、検体と超音波探触子との間の機械音響インピーダ
ンス整合部での減衰を受けて通過し、更に受波器である
圧電素子において超音波の機械振動エネルギー損失を伴
って電気信号に変換される。このように柔らかい検体の
微小な超音波振動を質量を持つ圧電素子を検体に圧着さ
せて機械的弾性体の歪みとして受け、その歪みが発生す
る電気によって超音波を検出する限りにおいては損失は
必然であった。このような従来の超音波探触子において
は送受波器配列の素子を数十個以上まとめて同時に送受
波し、また配列の各素子の送受の電気信号の遅延時間を
調整することによって、検体内に焦点を結ばせることに
よって反射信号の増大化を図り、検体断層像を得てい
る。
【0004】検体の奥深くまで観察するために超音波の
減衰を克服するために送波出力を増加しようとすれば、
生体に支障を及ぼすために、おのずと送波出力に限界が
あることから、現在構造の超音波探触子において、現在
よりも大幅に受波感度を増大することは原理的に困難で
ある。
【0005】更には、この現状からマイクロ波電波のレ
ーダにおける合成開口のように、場所の異なる1個の素
子ごとに送受波を行って断層像の分解能を上げること
は、受波信号が微弱となり、圧電素子受波における減衰
と相俟って受波信号の微弱から実現が不可能であった。
【0006】一方、超音波や微弱な振動あるいは表面の
凹凸をガスレーザーで計測する技術は、既に昭和44年
(1969年AUGUST)の論文、米国APPLIED OPTICS 誌VOL
8,NO8のWhitman とKorpel著に発表されていて1570ペー
ジにある14式の理論式からの計算値が1571ページ左欄
に1.3ビコメートルの理論値と10ビコメートルのデ
ータが発表されている。また、最近昭和64年4月(19
89年APRIL )、米国IEEE学界の計測に関する論文TRANSA
CTION ON INSTRUMENTATION ANDMEASUREMENT,VOL38,No2,
にはH.TAKAHASHI(高橋英郎)等による論文で前出のガ
スレーザーをレーザーダイオードに変えた装置による測
定の論文がある。これらの論文では、固定点に対する精
密測定を目的としており、この論文で発表されている装
置は、大型装置を大重量台に設置し、更には外界の振動
を極度に抑えるためにレーザー伝搬路を固定した空間伝
搬路のレーザー光線を1、2本使用する固定装置であ
る。けれども、医療に使用されている超音波診断装置に
おけるメガHz帯の超音波の検出にあっては、体内から
くる心臓音や脈搏音による振動はこれまでの回路技術に
おいて既に解決済みである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ー計測の分野では医療にも使用されているように、自由
に掌で移動操作できる小型探触子の内部に収まるよう
な、小形にまとまった例はなかった。従って、また探触
子のように数十個以上の配列受波器としてレーザー受波
器を使用するためには、数十本の光ケーブルの回線をス
イッチ等により切替えを行ってリアルタイムで信号処理
を行う必要があり、従来の電子回路をレーザーの回路で
具体的に解決する方法がなかった。従って、超音波診断
装置においては、上記レーザー計測の分野における医療
用の診断装置のような小形化が行えず、このために、取
扱方法や収納方法やメンテナンスの上で難があるという
ような問題があった。
【0008】本発明は、以上のような問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、従来の超音波診断装置に
使用されている探触子における圧電素子による受波信号
減衰の本質的欠点を解決し、これにより、生体の断層像
に必要な合成開口などの走査送受波における微弱信号の
処理を可能とする新しい分野を開くことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために本発明は、レーザーで超音波の受波を行うと
言う、原理的に減衰の少ない方式を採ることによって感
度を格段に向上させ、これにより1個のレーザー受波器
による走査受信を感度上から可能とし、その走査を光ケ
ーブルの走査機構によって行うことで、従来の超音波診
断装置に使用されている探触子における圧電素子による
受波信号減衰の本質的欠点を解決し、生体の断層像に必
要な合成開口などの走査送受波における微弱信号の処理
を可能とした。
【0010】すなわち前記課題を解決するために、本発
明に係る超音波探触子回路においては、探触子の従来の
送受波素子を送波専用素子とし、新たに超音波の受波専
用として、従来の素子配列に隣接し、もしくは個々の素
子をくり抜いた溝の開口面に反射膜を貼り、これに連続
波レーザーの微小スポットを当てて検体表面の超音波振
動を反射レーザーの変動として検出する装置を設けるこ
とにより超音波振動を損失少なく検出する。
【0011】
【作用】上記回路を従来の超音波診断装置の探触子に応
用することにより、より高感度な受波器を実現し、検体
内の観測深度の増大を可能とし、更に個々の送波器配列
の順次送波に同期させてレーザー受波器を操作して信号
処理を行うことにより合成開口も感度的に可能となり、
断層像の分解能を格段に向上することができる。
【0012】
【実施例】本発明に係る超音波探触子回路の好適な一実
施例として、探触子の機械振動の超音波光電変換を行う
機光電回路と名付ける回路の機能構成を示すブロック図
を図1に示す。
【0013】本実施例に係る超音波探触子回路、すなわ
ち機光電回路においては、光レーザーダイオード1から
の周波数f0 のレーザー光をハーフミラー2を通して2
つに分け、そのうちのひとつを送波レーザーとして走査
器6に導く。そして、もう一方のレーザー光は、参照光
として変調回路20に導かれる。ここで、変調回路20
においては、参照光とされたレーザー光は、ハーフミラ
ー3を経た後、周波数変調器4が設置されている光学回
路5を通して周波数がfL にされてから右回りの光路で
ハーフミラー3に戻される。なお、図1においては、通
常のレーザー系と同様の動作部品等は省略している。
【0014】一方、送波レーザーの方は、走査器6の内
部の回転鏡7で、レーザー光の方向が90度変えられ
る。そして、この送波レーザーは、回転鏡7の反射点か
らみて円周上にある曲面をなした超音波送波素子配列8
に隣接した溝9に導かれ、更に超音波送波素子配列8の
走査送波に対応して回転鏡7が同期回転され、この同期
回転は超音波パルス回路10から出力される信号により
超音波モータ11が微小角ずつ回転・停止することによ
って行われる。従って、走査器6においては、超音波パ
ルス回路10から出力される信号により超音波モータ1
1が微小角ずつ回転・停止することによって溝9内に送
信レーザーが走査されるようになっている。
【0015】ここで、本実施例に係る超音波探触子回路
に接続される超音波探触子17の一例を図2に示すが、
この超音波探触子17は、溝9の検体側の面にレーザー
反射膜12が取り付けてあることが特徴的な点である。
なお、該反射膜12から下は音響インピーダンス整合材
15が設置されており、この音響インピーダンス整合材
15を介して超音波探触子17が検体16に設置される
ようになっている。
【0016】このレーザー反射膜12からの反射レーザ
ーは、実施例において、もと来た道を逆行して回転鏡
7、更にハーフミラー2に到達し、ここで反射して光ヘ
テロダイン検波器13に入力されるようになっている。
【0017】ここで、本実施例に係る機光電回路におい
ては、レーザー反射膜12からの反射レーザー波がハー
フミラー2を通過して光ヘテロダイン検波器13に入力
されたときまでにどれだけ減衰を少なくできるかが感度
を左右するので、ハーフミラー2において反射レーザー
波が光ヘテロダイン検波器13の方向へ反射するのをで
きるだけ多くすればよい。従って、レーザーダイオード
1から変調回路20への反射、及び変調回路20から光
ヘテロダイン検波器13へのハーフミラー2における通
過時の減衰が多くなるが、そのときは、光学回路5に増
幅特性を持たせることによって減衰分を補償するように
すればよい。
【0018】ところで、光ヘテロダイン検波器13につ
いての解説を理論式を用いて行うと、超音波が送信され
ていない時刻t0 の時に該検波器13の入力である反射
レーザー光Er (t0 )は、固定の位相をθ、振幅を|
r |として、次の式(1)で表される。
【0019】 Er (t0 )=|Er |cos(2πf0 0 +θ) … (1) 次に、レーザー反射膜9が振動していて、t1 の時刻の
時にδ(t1 )引っ込んだとすると、レーザーの通路
は、反射点の手前でδ(t1 )の分だけ増え、反射の後
もそのδ(t1 )の増えた分が加わるので、往復2δ
(t1 )の増加となる。光ヘテロダイン検波器13の入
力である反射レーザー光Er (t1 )は、レーザー波長
をλとして次の(2)式で表すことができる。
【0020】 Er (t1 )=|Er |cos{2πf0 1 +(λ/2π)2δ(t1 )+θ} … (2) 従って、反射点が超音波周波数Fusで微小振幅δで振動
しているときは、(2)式は次の(3)式で表現でき
る。
【0021】 Er (t1 )=|Er |cos{2πf0 1 −(λ/2π)2δcos(2πFus1 )+θ} … (3) 次に、参照光EL は、固定の位相量をθL とすると、次
式(4)で表される。 EL (t1 )=|EL |cos{2πfL 1 +θL } … (4) ここで、レーザー反射膜12が振動していれば、上記の
(3)式及び(4)式で表される2波がハーフミラー2
によって光ヘテロダイン検波器13に導かれて混合され
る。一方、中間周波数fM は、電波受信におけるヘテロ
ダイン検波と同様に、fM =fL −f0 であるので、ヘ
テロダイン検波出力EOUT は、固定の位相項を省略すれ
ば、次の(5)式で表せることとなる。
【0022】 EOUT (t1 )=|EOUT |cos{2πfM 1 +(λ/2π)2δcos(2πFus1 )} … (5) そして、中間周波数fM になった電気信号を位相検波器
14に導くと、(λ/2π)2δcos(2πF
us1 )の項から、超音波振動周波数Fusの振幅δに比
例する電圧値が位相検波器14から得られる。
【0023】なお、以上の説明は発明の基本的な実施例
を述べたものであり、ハーフミラー2からヘテロダイン
検波器13に至る参照レーザー波と振動成分を除いた反
射レーザー波のそれぞれの光路長を等しくするための調
整器や、ヘテロダイン検波器13における両波の偏波面
の合致までに至る光学処置などの説明を省いたが、これ
らは通常の光学系の手法によるものである。
【0024】
【発明の効果】以上のようにして、本発明に係る超音波
探触子回路においては、レーザー走査受波によって超音
波配列素子における個々の素子による走査送受波が高感
度ででき、このことは、マイクロ波レーダーにおける合
成開口のように細密画像をもたらす信号合成が可能とな
るという顕著な効果を有しており、産業上、非常に有用
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な一実施例に係る超音波探触子回
路すなわち機光電回路と名付ける回路の機能構成を示す
ブロック図である。
【図2】本実施例に係る超音波探触子回路に接続される
超音波探触子の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザーダイオード 2,3 ハーフミラー 4 周波数変調器 5 光学回路 6 走査器 7 回転鏡 8 超音波送波素子配列 9 溝 10 超音波パルス回路 11 超音波モータ 12 レーザー反射膜 13 光ヘテロダイン検波器 14 位相検波器 15 音響インピーダンス整合材 16 検体 20 変調回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波探触子の超音波送波器配列の各素
    子に隣接もしくは各素子の内部にレーザーを通す細い通
    路を設け、レーザー反射膜で通路の検体側の口を閉じ
    て、前記超音波探触子の音響整合体に密着させ、レーザ
    ー反射膜へレーザー光を投光し反射レーザー光を受光す
    るレーザー送受光器を設けて、検体内部からの超音波反
    射波を検体表面の振動に伴う送受レーザー光の干渉波の
    変動として捕える装置と、 超音波の送波を送波器配列の各素子ごとに個別に、もし
    くは複数個の素子をグループとして走査を行う装置を備
    え、 超音波送波器配列に対する走査送波に同期して、レーザ
    ー送受光を行うことによりレーザー受光器で超音波を受
    波する超音波探触子回路。
JP3223172A 1991-09-03 1991-09-03 超音波探触子回路 Pending JPH0556968A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010075681A (ja) * 2008-08-27 2010-04-08 Canon Inc 光音響装置および光音響波を受信するための探触子
JP2012086037A (ja) * 2008-08-27 2012-05-10 Canon Inc 光音響装置および光音響波を受信するための探触子

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010075681A (ja) * 2008-08-27 2010-04-08 Canon Inc 光音響装置および光音響波を受信するための探触子
JP2012086037A (ja) * 2008-08-27 2012-05-10 Canon Inc 光音響装置および光音響波を受信するための探触子
JP2013099612A (ja) * 2008-08-27 2013-05-23 Canon Inc 光音響装置および光音響波を受信するための探触子

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