WO2014030491A1 - 光音響波測定器 - Google Patents

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Abstract

本発明による光音響波測定器１は、パルス光Ｐを出力する光ファイバ２０と、パルス光Ｐが透過し、光ファイバ２０のパルス光出力端２０ａと測定対象２との間に配置された外部スペーサ３４と、パルス光Ｐにより測定対象２において発生した光音響波Ｗを受けて、電気信号に変換する圧電素子１４と、外部スペーサ３４と圧電素子１４との間に配置され、圧電素子１４とは別体であり、光音響波Ｗが透過するスペーサ１８を備える。圧電素子１４がパルス光出力端２０ａよりも測定対象２から離れている。光ファイバ２０の一部分が、スペーサ１８の内部に配置されている。

Description

光音響波測定器
　本発明は、光音響センサに関する。
　従来より、パルス光を被測定物（例えば、生体）に照射することにより得られる光音響信号を測定する光音響センサ（例えば、特許文献１（特開２０１１−２２９６６０号公報）を参照）が知られている。
　しかしながら、光音響センサにより得られる光音響信号にはノイズが含まれてしまう。
　そこで、本発明は、光音響波測定器により得られる光音響信号に含まれるノイズを減じることを課題とする。
　本発明にかかる光音響波測定器は、光を出力する光出力部と、前記光が透過し、前記光出力部の光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、前記光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、前記配置部材と前記光音響波検知部との間に配置され、前記光音響波が透過する光音響波透過部材と、を備え、前記光音響波検知部が前記光出力端よりも前記測定対象から離れており、前記光出力部の一部分が、前記光音響波透過部材の内部に配置されているように構成される。
　上記のように構成された光音響波測定器によれば、光出力部が、光を出力する。配置部材が、前記光が透過し、前記光出力部の光出力端と測定対象との間に配置された。光音響波検知部が、前記光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する。光音響波透過部材が、前記配置部材と前記光音響波検知部との間に配置され、前記光音響波が透過する。前記光音響波検知部が前記光出力端よりも前記測定対象から離れている。前記光出力部の一部分が、前記光音響波透過部材の内部に配置されている。
　なお、本発明にかかる光音響波測定器は、前記光出力部が、前記光音響波透過部材を貫通するようにしてもよい。
　なお、本発明にかかる光音響波測定器は、前記光出力部が、光ファイバであるようにしてもよい。
　なお、本発明にかかる光音響波測定器は、前記光音響波検知部が、圧電素子であるようにしてもよい。
　第１図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１の断面図である。
　第２図は、比較例にかかる光音響波測定器１の断面図である。
　第３図は、比較例にかかる光音響波測定器１（第２図参照）による検出波形（第３図（ａ））および本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１（第１図参照）による検出波形（第３図（ｂ））を概念的に示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
　第１図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１の断面図である。光音響波測定器１は、ケース１０、バッキング材１２、圧電素子（光音響波検知部）１４、電極１６、スペーサ（光音響波透過部材）１８、光ファイバ（光出力部）２０、外部スペーサ（配置部材）３４を備える。
　ケース１０は、バッキング材１２、圧電素子１４、電極１６およびスペーサ１８を収容するケースである。スペーサ１８はケース１０の底面に接し、電極１６はスペーサ１８に載せられ、圧電素子１４は電極１６に載せられ、バッキング材１２は圧電素子１４に載せられている。
　バッキング材１２は、エポキシ樹脂の裏打ち材である。圧電素子（光音響波検知部）１４は、疎密波などの圧力を受け、電圧に変換する。電極１６は、圧電素子１４から電圧を受け、図示省略した外部の測定装置（例えば、オシロスコープ）に与える。電極１６は、例えば、金の電極である。
　スペーサ（光音響波透過部材）１８は、疎密波（光音響波Ｗ）を透過するものであり、例えばアクリル、エポキシ、石英ガラスなどの透明なスペーサである。スペーサ１８は、配置部材３４と圧電素子（光音響波検知部）１４との間に配置されており、配置部材３４とは別体の部材である。なお、スペーサ１８は、光と光音響波が透過して、測定対象２と圧電素子１４の音響インピーダンスを合わせる整合層である。
　光ファイバ（光出力部）２０は、パルス光出力端２０ａから光（例えば、パルス光Ｐ）を出力する。なお、光ファイバ２０は、光音響波測定器１の外部のパルス光源（図示省略）に接続されている。
　光ファイバ２０は、ケース１０、バッキング材１２、圧電素子１４および電極１６を貫通する。さらに、光ファイバ２０の一部分が、スペーサ（光音響波透過部材）１８の内部に配置されている。ただし、第１図に示すように、光ファイバ２０がスペーサ１８を貫通していてもよい。
　外部スペーサ（配置部材）３４は、パルス光Ｐが透過し、パルス光出力端２０ａと測定対象２との間に配置されている。なお、外部スペーサ３４は、ケース１０およびパルス光出力端２０ａに接し、しかも測定対象２に接している。外部スペーサ３４は、例えば、アクリル、エポキシ、石英ガラスなどの透明なスペーサである。
　なお、測定対象２は、例えば人間の指の腹である。測定対象２には血管内の血液２ａがあり、血管内の血液２ａがパルス光Ｐを受けると、光音響波Ｗを発生する。圧電素子１４は、光音響波Ｗを受けて、電気信号（例えば、電圧）に変換する。圧電素子１４は、パルス光出力端２０ａよりも測定対象２から離れている。
　次に、本発明の実施形態の動作を、比較例と比較しながら説明する。
　まず、外部のパルス光源（図示省略）がパルス光Ｐを発し、パルス光Ｐが光ファイバ２０を通過して、パルス光出力端２０ａからパルス光Ｐが出力される。パルス光Ｐは、外部スペーサ３４を通過して、測定対象２に与えられる。
　パルス光Ｐは測定対象２の血管内の血液２ａに到達する。すると、血管内の血液２ａがパルス光Ｐを吸収し、暖められ、断熱膨張する。これにより、血管内の血液２ａから疎密波（光音響波Ｗ）が出力される。
　光音響波Ｗは、測定対象２、外部スペーサ３４、スペーサ１８および電極１６を透過し、圧電素子１４に到達する。圧電素子１４は、光音響波Ｗによる圧力を、電気信号（例えば、電圧）に変換する。この電圧が電極１６を介して、外部に取り出され、オシロスコープなどに与えられる。
　第２図は、比較例にかかる光音響波測定器１の断面図である。
　比較例は、第１図に示す光音響波測定器１において、光ファイバ２０がスペーサ１８の内部に全く入り込まないものである。比較例においては、パルス光出力端２０ａがスペーサ１８に接している。
　第３図は、比較例にかかる光音響波測定器１（第２図参照）による検出波形（第３図（ａ））および本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１（第１図参照）による検出波形（第３図（ｂ））を概念的に示すグラフである。
　比較例（第３図（ａ）参照）においても、本発明の実施形態（第３図（ｂ）参照）においても、パルス光出力端２０ａからパルス光Ｐが出力され始めた直後の近端反射ノイズＡは、あまり変わらない。
　しかし、近端反射ノイズＡと、測定の対象となる測定目的信号Ｂとの間に生じるノイズＣは、比較例（第３図（ａ）参照）においては大きいものの、本発明の実施形態（第３図（ｂ）参照）においては小さい。これは、光ファイバ２０がスペーサ１８の内部に入り込む（特には、貫通する）ことによる効果である。
　比較例（第２図参照）においては、パルス光出力端２０ａが圧電素子１４および電極１６に近いので、圧電素子１４に到達するパルス光出力端２０ａ近傍で発生した光音響波（ノイズＣ）が大きくなる。しかし、本発明の実施形態（第１図参照）においては、パルス光出力端２０ａが圧電素子１４および電極１６から遠いので、圧電素子１４に到達するパルス光出力端２０ａ近傍で発生した光音響波（ノイズＣ）が小さくなる。
　本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１によれば、光ファイバ２０がスペーサ１８の内部に入り込む（特には、貫通する）ことにより、光音響波測定器１により得られる光音響信号に含まれるノイズを減じることができる。
　なお、スペーサ１８は配置部材３４とは別体の部材であると説明したが、スペーサ１８と配置部材３４とが一体でもよい。

Claims (4)

  1. 光を出力する光出力部と、
    　前記光が透過し、前記光出力部の光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、
    　前記光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、
    　前記配置部材と前記光音響波検知部との間に配置され、前記光音響波が透過する光音響波透過部材と、
    　を備え、
    　前記光音響波検知部が前記光出力端よりも前記測定対象から離れており、
    　前記光出力部の一部分が、前記光音響波透過部材の内部に配置されている、
    　光音響波測定器。
  2. 請求項１に記載の光音響波測定器であって、
    　前記光出力部が、前記光音響波透過部材を貫通する、
    　光音響波測定器。
  3. 請求項１または２に記載の光音響波測定器であって、
    　前記光出力部が、光ファイバである、
    　光音響波測定器。
  4. 請求項１または２に記載の光音響波測定器であって、
    　前記光音響波検知部が、圧電素子である、
    　光音響波測定器。
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