WO2021059811A1 - 光音響素子、光音響イメージング装置、及び、光音響素子の製造方法 - Google Patents

光音響素子、光音響イメージング装置、及び、光音響素子の製造方法 Download PDF

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    • G01N29/0654—Imaging

Definitions

  • the present invention relates to a photoacoustic element.
  • the present invention also relates to a photoacoustic imaging device including a photoacoustic element.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a photoacoustic element.
  • Patent Document 1 in addition to the photoacoustic imaging apparatus having the above-described configuration, a photoacoustic element that reflects the light wave and transmits the photoacoustic wave is used to make the light wave incident on the subject and detect the photoacoustic wave.
  • a photoacoustic imaging device configured to be incident on a vessel is disclosed.
  • the photoacoustic element used here is composed of two prisms and a reflective aluminum coating layer sandwiched between the two prisms (see paragraph 0039 of Patent Document 1).
  • Patent Document 1 does not specify the material of this prism. However, from the common general technical knowledge of 2007 when Patent Document 1 was published, it is presumed that the material of this prism is N-BK7 or synthetic quartz.
  • the first member 11 and the second member 12 are made of a glass material having a density of 2.6 ⁇ 10 3 kg / m 3 or more. Is preferable.
  • the complex refractive index of the first member 11 when the complex refractive index of the first member 11 is N 1 , the reflectance of the light wave incident on the metal layer 10 from the first member 11 can be sufficiently increased. Further, according to the above configuration, when the complex refractive index of the second member 12 is N 1 , the reflectance to the light wave incident on the metal layer 10 from the second member 12 can be sufficiently increased. Therefore, according to the above configuration, it is possible to irradiate the subject with a light wave having a sufficient intensity in the photoacoustic imaging apparatus.
  • the photoacoustic imaging device 2 may further include an acoustic matching material (not shown) interposed between the subject W and the photoacoustic element 1. Further, the photoacoustic imaging device 2 may further include a plurality of objective optical systems 22 and a switching mechanism (not shown) for switching the objective optical system to be used. In this case, it is possible to superimpose both images in combination with the acoustic focus type. Further, the above-mentioned function generator, FFT analyzer, stage, and switching mechanism may be connected to a computer (not shown). In this case, the computer is used to control the function generator, stage, and switching mechanism described above, and to generate an image of the inside of the subject from the output of the FFT analyzer.
  • FIG. 6A and 6B are perspective views of the photoacoustic element 1 according to the present embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the photoacoustic element 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 7A and 7B are perspective views of the photoacoustic element 1 according to the present embodiment, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the photoacoustic element 1 according to the present embodiment.
  • the first member 11 a square columnar member having a height of 10 mm and having a right-angled isosceles triangle with an equal side of 10 mm as the bottom surface was used.
  • the side surface of 10 mm ⁇ 14.1 mm functions as a joining surface to be joined to the second member 12 via the metal layer 10.
  • one of the side surfaces of 10 mm ⁇ 10 mm functions as an incident surface of light waves
  • the other of the side surfaces of 10 mm ⁇ 10 mm functions as an exit surface of light waves and an incident surface of photoacoustic waves. ..

Abstract

優れた光学特性及び音響特性を有する光音響素子を実現する。光音響素子（１）は、金属層（１０）と、金属層（１０）の一方の主面に接合された第１部材（１１）と、金属層（１０）の他方の主面に接合された第２部材（１２）とを備えている。金属層（１０）は、光波を反射すると共に、該光波に起因する光音響波を透過させる。金属層（１０）、第１部材（１１）、及び第２部材（１２）の材料は、金属層（１０）の音響インピーダンスと第１部材（１１）及び第２部材（１２）の音響インピーダンスとが整合するように選択されている。

Description

光音響素子、光音響イメージング装置、及び、光音響素子の製造方法
　本発明は、光音響素子に関する。また、光音響素子を備えた光音響イメージング装置に関する。また、光音響素子の製造方法に関する。
　近年、被写体（例えば、生体や工業材料など）の高精細な画像化を行うための技術として、光音響イメージング装置が注目を集めている。光音響イメージング装置を用いれば、被写体を侵襲したり被ばくさせたりすることなく、被写体内部の高精細な画像化を行うことができる。また、光音響イメージング装置を用いれば、従来よりも頻繁に検査を実施することが容易である。また、小型の光音響イメージング装置を実現することができれば、現場検査を即時的に実施することが可能になる。
　物体に光波を照射すると、この光波を吸収した物体が光音響波と呼ばれる熱弾性波を放射する。光音響イメージング装置では、この光音響波を参照して被写体の画像化を行う。このため、光吸収率の違いを指標とした物質の識別が可能である。また、光音響波は、光波よりも散乱され難い。このため、光学撮影では実現が困難な、被写体内部の画像化が可能である。
　光音響イメージングの手法は、２種類に大別される。第１の手法は、光音響コンピュータトモグラフィー法であり、第２の手法は、光音響顕微鏡法である。光音響顕微鏡法は、更に、光音響波の焦点を利用するものと、光波の焦点を利用するものとに分けられる。光波の焦点を利用する方法は、被写体に照射する光波のビームウェスト径に応じた分解能を得られることから、優れた手法であると言える。
　光波の焦点を利用した光音響顕微鏡法を開示した文献としては、例えば、特許文献１～２が挙げられる。これらの文献に開示された光音響イメージング装置においては、光波を透過すると共に光音響波を反射する光音響素子を用いて、光波を被写体に入射させると共に光音響波を検出器に入射させる構成が採用されている。
日本国公開特許公報「特表２０１１－５１９２８１号公報」 日本国公開特許公報「特開２０１５－４５７０号公報」
　しかしながら、光波を透過すると共に光音響波を反射する光音響素子を用いて、光波を被写体に入射させると共に光音響波を検出器に入射させる従来の光音響イメージング装置には、音響特性及び光学特性の双方に関して解消するべき問題が残されていた。
　第１に、このような光音響素子が光波を透過させる際に、非軸対称な収差が起こる。このような収差は、光音響イメージング装置の分解能を低下させる要因になる。第２に、このような光音響素子が光音響波を反射する際に、光音響波のモード変換（縦波から横波への、又は、横波から縦波へのモード変換）が起こる。このようなモード変換は、光音響波のＳＮ比を低下させる要因になる。また、ＳＮ比の低下を避けるために、光音響波を２回反射させる構成を採用すると、光音響イメージング装置の大型化を招来すると共に、光音響波を導波させる経路が長くなるので、光音響波の損失増大を招来する。
　なお、特許文献１には、上述した構成の光音響イメージング装置の他に、光波を反射すると共に光音響波を透過する光音響素子を用いて、光波を被写体に入射させると共に光音響波を検出器に入射させる構成の光音響イメージング装置が開示されている。ここで用いられている光音響素子は、２つのプリズムと、これら２つのプリズムに挟まれた反射アルミニウムコーティング層と、により構成されている（特許文献１の段落００３９参照）。特許文献１では、このプリズムの材料が特定されていない。しかしながら、特許文献１が公開された２００７年当時の技術常識からすると、このプリズムの材料は、Ｎ－ＢＫ７又は合成石英であると推定される。
　ところで、Ｎ－ＢＫ７のポアソン比は、０．２０６程度であり、Ｎ－ＢＫ７の密度は、２．５１×１０３ｋｇ／ｍ３程度である。また、合成石英のポアソン比は、０．１７程度であり、合成石英の密度は、２．２×１０３ｋｇ／ｍ３程度である。そうすると、プリズムの音響インピーダンスは、１２×１０６ｋｇ／ｍ２ｓ程度になる。一方、アルミニウムの音響インピーダンスは、１７×１０６ｋｇ／ｍ２ｓ程度である。このように、音響インピーダンスに大きなギャップがあるため、特許文献１に記載の光音響素子においては、プリズムと反射アルミニウムコーティング層との間で無視できない光音響波の反射が生じる。このため、特許文献１に記載の光音響素子を用いた場合、十分な強度の光音響波を検出することができない。
　また、特許文献１に記載の光音響素子は、表面に反射アルミニウムコーティング層が形成された２つのプリズムを、樹脂製接着剤を用いて貼り合せることにより製造されたものと推定される。このため、特許文献１に記載の光音響素子では、十分な耐熱性や十分な堅牢性を実現することが困難である。また、接着剤層における光音響波の損失も無視することができない。
　本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、優れた光学特性及び音響特性を有する光音響素子を実現することを目的とする。
　本発明の一態様に係る光音響素子は、金属層と、該金属層の一方の主面に接合された第１部材と、該金属層の他方の主面に接合された第２部材とを備え、前記金属面は、光波を反射すると共に、該光波を吸収した物体が発する光音響波を透過させる。前記金属層、前記第１部材、及び前記第２部材の材料は、前記金属層の音響インピーダンスと前記第１部材及び前記第２部材の音響インピーダンスとが整合するように選択されている。
　本発明によれば、優れた光学特性及び音響特性を有する光音響素子を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る光音響素子の構成を示す斜視図である。 図１に示す光音響素子において、金属層がＡｌ層を主層とする場合に、第１部材及び第２部材の材料として利用可能な硝材のポアソン比μ及び密度ρをプロットしたグラフである。 図１に示す光音響素子において、金属層がＡｇ層を主層とする場合に、第１部材及び第２部材の材料として利用可能な硝材のポアソン比μ及び密度ρをプロットしたグラフである。 図１に示す光音響素子の製造方法の流れを示すフロー図である。 図１に示す光音響素子を備えた光音響イメージング装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施例に係る光音響素子を示す。（ａ）は、その光音響素子の斜視図であり、（ｂ）は、その光音響素子の断面図である。 第２の実施例に係る光音響素子を示す。（ａ）は、その光音響素子の斜視図であり、（ｂ）は、その光音響素子の断面図である。 第３の実施例に係る光音響素子を示す。（ａ）は、その光音響素子の斜視図であり、（ｂ）は、その光音響素子の断面図である。 第４の実施例に係る光音響素子を示す。（ａ）は、その光音響素子の斜視図であり、（ｂ）は、その光音響素子の断面図である。
　１．光音響素子
　本発明の一実施形態に係る光音響素子１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、光音響素子１の構成を示す斜視図である。
　１．１．光音響素子の構成
　本実施形態に係る光音響素子１は、金属層１０と、金属層１０の一方の主面に接合された第１部材１１と、金属層１０の他方の主面に接合された第２部材１２とを備えている。金属層１０は、光波を反射すると共に、この光波を吸収した物体が発する光音響波を透過させる。
　上記の構成において、金属層１０は、主として光波を透過するのではなく、反射する。したがって、上記の構成によれば、金属層を光波が透過する際に生じる非軸対称な収差によって分解能が低下するという、従来の光音響イメージング装置の問題点を解消することができる。
　また、上記の構成において、金属層１０は、主として光音響波を反射するのではなく、透過する。したがって、上記の構成によれば、金属層で光音響波を反射する際に生じる光音響波のモード変換によって光音響波のＳＮ比が低下するという、従来の光音響イメージング装置の問題点を解消することができる。また、光音響波ＳＮ比の低下を避けるために、光音響波を２回反射させる構成を採用する必要がないので、光音響イメージング装置の大型化を招来したり、光音響波の損失増大を招来したりする懸念がない。
　なお、光音響波の周波数は、光波の周波数と比べて３桁低い。したがって、光音響波が金属層１０を透過する際に生じる屈折の程度は、光波が金属層１０を透過する際に生じる屈折の程度と比べて無視できる程度に小さい。このため、光音響波が金属層１０を透過する際に生じる非軸対称な収差は、光音響イメージング装置の分解能に対して実質的な影響を与えない。
　１．２．第１部材及び第２部材の材料
　本実施形態に係る光音響素子１において、第１部材１１及び第２部材１２は、密度が２．６×１０３ｋｇ／ｍ３以上の硝材により構成されている、ことが好ましい。
　第１部材１１及び第２部材１２を構成する硝材の密度が２．６×１０３ｋｇ／ｍ３よりも小さい場合、第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスと金属層１０の音響インピーダンスとの差が大きくなる。その結果、光音響波に対する反射率が高く（透過率が低く）なる。一方、第１部材１１及び第２部材１２を構成する硝材の密度が２．６×１０３ｋｇ／ｍ３以上である場合、第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスと金属層１０の音響インピーダンスとの差が小さくなる。その結果、光音響波に対する反射率が低く（透過率が高く）なる。したがって、上記の構成によれば、光音響イメージング装置において十分な強度の光音響波を検出することが可能になる。
　本実施形態に係る光音響素子１において、第１部材１１及び第２部材１２は、ポアソン比が２．１以上である硝材により構成されている、ことが好ましい。
　第１部材１１及び第２部材１２を構成する硝材のポアソン比が２．１よりも小さい場合、第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスと金属層１０の音響インピーダンスとの差が大きくなる。その結果、光音響波に対する反射率が高く（透過率が低く）なる。一方、第１部材１１及び第２部材１２を構成する硝材のポアソン比が２．１以上である場合、第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスと金属層１０の音響インピーダンスとの差が小さくなる。その結果、光音響波に対する反射率が低く（透過率が高く）なる。したがって、上記の構成によれば、光音響イメージング装置において十分な強度の光音響波を検出することが可能になる。
　本実施形態に係る光音響素子１において、第１部材１１及び第２部材１２の一方又は両方は、光学ガラス又はセラミックスにより構成されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、第１部材１１及び第２部材１２の一方又は両方のポアソン比を２．１以上にすると共に、第１部材１１及び第２部材１２の一方又は両方の密度を２．６×１０３ｋｇ／ｍ３以上にすることができる。したがって、上記の構成によれば、光音響イメージング装置において十分な強度の光音響波を検出することが可能になる。なお、セラミックスとしては、例えば、サファイアやアルミナなどが挙げられる。また、第１部材１１及び第２部材１２の一方のみを光学ガラス又はセラミックスにより構成する場合には、第１部材１１及び第２部材１２のうち、光波が入射する方の部材を光学ガラス又はセラミックスにより構成することが好ましい。
　１．３．金属層の構成
　本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０は、最薄部の厚みが２０ｎｍ以上の金属層を主層として含んでいる、ことが好ましい。
　金属層１０の主層の最薄部の厚みが２０ｎｍよりも小さい場合、金属層１０が光波を十分に反射することが不可能になる。一方、金属層１０の主層の厚みが２０ｎｍ以上である場合、金属層１０が光波を十分に反射することが可能になる。したがって、上記の構成によれば、十分な強度の光波を被写体に照射することが可能になる。
　金属層１０の主層の最薄部の厚みが２０ｎｍよりも小さい場合、金属層１０が光波を吸収することによって生じる熱を、光音響素子の外部に十分に散逸させることが困難になる。一方、金属層１０の主層の厚みが２０ｎｍ以上である場合、金属層１０が光波を吸収することによって生じる熱を、光音響素子の外部に十分に散逸させることが容易になる。したがって、上記の構成によれば、光音響素子１の耐熱性を向上させることができる。
　本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０の主層の最薄部の厚みは、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
　金属層１０の主層の最薄部の厚みが１０００ｎｍよりも大きい場合、金属層１０が光音響波を十分に透過させることが不可能になる。一方、金属層１０の主層の厚みが１０００ｎｍ以下である場合、金属層１０が光音響波を十分に透過させることが可能になる。したがって、上記の構成によれば、十分な強度の光音響波を検出することが可能になる。
　また、金属層１０の主層の最薄部の厚みが１０００ｎｍよりも大きい場合、光音響波が金属層１０を透過する際に、ＳＮ比を低下させる要因となる、光音響波のモード変換が生じ易くなる。一方、金属層１０の主層の厚みが１０００ｎｍ以下である場合、光音響波が金属層１０を透過する際に、ＳＮ比を低下させる要因となる、光音響波のモード変換が生じ難くなる。したがって、上記の構成によれば、光音響波のＳＮ比を向上させることができる。
　また、金属層１０の主層の最薄部の厚みが１０００ｎｍよりも大きい場合、金属層１０の熱膨張により金属層１０と第１部材１１及び第２部材１２との接合が破壊され易くなる。一方、金属層１０の主層の厚みが１０００ｎｍ以下である場合、金属層１０の熱膨張により金属層１０と第１部材１１及び第２部材１２との接合が破壊され難くなる。したがって、上記の構成によれば、光音響素子１の耐熱性を向上させることができる。
　なお、本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０は、主層のみにより構成されていてもよいし、主層の他に、主層の一方又は両方の主面に形成された最厚部の厚みが２０ｎｍ以下の金属層を下地層として含んでいてもよい。
　金属層１０に下地層を含めることによって、金属層１０と第１部材１１及び第２部材１２の一方又は両方との接合強度を高めることが可能になる。すなわち、光音響素子１の堅牢性を向上させることができる。
　１．４．光波の反射条件
　本実施形態に係る光音響素子１においては、金属層１０の主層の複素屈折率をＮ０とし、第１部材１１又は第２部材１２の複素屈折率をＮ１としたとき、以下の式（１）を満たす、ことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　上記の構成によれば、第１部材１１の複素屈折率をＮ１とした場合、第１部材１１から金属層１０に入射する光波に対する反射率を十分に大きくすることができる。また、上記の構成によれば、第２部材１２の複素屈折率をＮ１とした場合、第２部材１２から金属層１０に入射する光波に対する反射率を十分に大きくすることができる。したがって、上記の構成によれば、光音響イメージング装置において十分な強度の光波を被写体に照射することが可能になる。
　なお、使用平均波長における金属層１０の主層の屈折率をｎ０とし、消衰係数をｋとした場合、複素屈折率Ｎ０は、Ｎ０＝ｎ０－ｉｋにより与えられる。また、使用平均波長における第１部材１１又は第２部材１２の屈折率をｎ１とし、消衰係数をｋとした場合、複素屈折率Ｎ１は、Ｎ１＝ｎ１－ｉｋにより与えられる。ここで、ｉは、虚数単位である。
　１．５．光音響波の透過条件
　本実施形態に係る光音響素子１においては、金属層１０の主層の比重をρ０、金属層１０の主層における音速をＣ０とし、第１部材１１の比重をρ１、第１部材１１における音速をＣ１とし、第２部材１２の比重をρ２、前記第３部材における音速をＣ２としたとき、以下の条件式（２）及び（３）を満たす、ことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　上記の構成によれば、光音響波に対する反射率を十分に小さくすることができる。したがって、上記の構成によれば、光音響イメージング装置において十分な強度の光音響波を検出することが可能になる。
　１．６．金属層の材料
　本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０の主層は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、又は、これらの金属の少なくとも何れかを含有した合金により構成されている、ことが好ましい。
　Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、及びＰｔの音響インピーダンスは、それぞれ、１７程度、２７程度、３７程度、４５程度、６２程度、及び８４程度である。したがって、上記の構成によれば、第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスと金属層１０の音響インピーダンスとの差を小さく抑えることができる。このため、光音響波に対する反射率が低く（透過率が高く）なり、その結果、光音響イメージング装置において十分な強度の光音響波を検出することが可能になる。
　１．７．第１部材及び第２部材の好適材料（金属層がＡｌ層の場合）
　本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０の主層は、Ａｌにより構成することができる。この場合、第１部材１１及び第２部材１２は、音響インピーダンスが１５以上１９以下の硝材により構成されている、ことが好ましい。
　Ａｌの音響インピーダンスは、１７程度である。したがって、上記の構成によれば、金属層１０の主層の音響インピーダンスと第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスとの差を、高々２程度に抑えることができる。したがって、上記の構成によれば、光音響波に対する反射率を高々５％程度に抑えることができる。
　なお、音響インピーダンスが１５以上１９以下の硝材としては、例えば、下記の表１に示す硝材が挙げられる。
　〔表１〕
硝材名　　ヤング率Ｅ　ポアソン比μ　密度ρ　音響インピーダンス
<OHARA社>
S-TIM 2　　　0.230　　　 2.69　　　 776　　　 15.56 
S-TIM 1　　　0.234　　　 2.71　　　 786　　　 15.77 
S-BAL 2　　　0.245　　　 2.89　　　 727　　　 15.81 
S-TIM27　　　0.236　　　 2.76　　　 793　　　 16.01 
S-BAL 3　　　0.249　　　 2.98　　　 719　　　 16.02 
S-TIM22　　　0.238　　　 2.79　　　 798　　　 16.17 
S-BAM 4　　　0.244　　　 2.91　　　 762　　　 16.22 
S-BAL14　　　0.240　　　 2.89　　　 811　　　 16.62 
S-NBM51　　　0.243　　　 2.93　　　 817　　　 16.84 
S-TIM25　　　0.236　　　 2.91　　　 841　　　 16.93 
S-BAL41　　　0.242　　　 2.78　　　 890　　　 17.11 
S-TIM28　　　0.242　　　 2.98　　　 855　　　 17.36 
S-TIM35　　　0.238　　　 2.96　　　 875　　　 17.44 
S-NPH 7　　　0.269　　　 3.30　　　 753　　　 17.60 
S-PHM53　　　0.285　　　 3.51　　　 708　　　 17.93 
S-BAL42　　　0.246　　　 3.19　　　 847　　　 17.94 
S-TIH 1　　　0.247　　　 3.06　　　 884　　　 17.97 
S-NBH 5　　　0.248　　　 3.02　　　 902　　　 18.05 
S-TIH18　　　0.248　　　 3.07　　　 891　　　 18.08 
S-BAL35　　　0.250　　　 3.31　　　 832　　　 18.18 
S-TIH13　　　0.249　　　 3.10　　　 899　　　 18.27 
S-BSM28　　　0.258　　　 3.23　　　 853　　　 18.32 
S-FPL55　　　0.302　　　 3.59　　　 698　　　 18.42 
S-FPL53　　　0.303　　　 3.62　　　 691　　　 18.43 
S-BSM 2　　　0.264　　　 3.53　　　 780　　　 18.43 
S-TIH14　　　0.254　　　 3.17　　　 888　　　 18.45 
S-TIH 3　　　0.254　　　 3.11　　　 908　　　 18.48 
S-NBH52V　　 0.246　　　 3.01　　　 963　　　 18.58 
S-PHM52　　　0.292　　　 3.67　　　 715　　　 18.59 
S-BAM12　　　0.253　　　 3.18　　　 904　　　 18.63 
L-BAL35　　　0.252　　　 2.82　　　 1008　　　18.50 
L-BAL35P　　 0.252　　　 2.82　　　 1008　　　18.50 
L-BAL42　　　0.247　　　 3.05　　　 891　　　 18.01 
L-BAL42P　　 0.247　　　 3.05　　　 891　　　 18.01 
L-BAL43　　　0.250　　　 3.05　　　 904　　　 18.19 
L-TIM28　　　0.254　　　 2.88　　　 845　　　 17.15 
L-TIM28P　　 0.254　　　 2.88　　　 845　　　 17.15 
<光ガラス社>
J-F3　　　　 0.221　　　 2.64　　　 806　　　 15.60 
J-BAF3　　　 0.244　　　 2.74　　　 760　　　 15.72 
J-F1　　　　 0.231　　　 2.69　　　 815　　　 15.96 
J-F2　　　　 0.231　　　 2.66　　　 825　　　 15.96 
J-SF7　　　　0.238　　　 2.76　　　 788　　　 15.98 
J-SF2　　　　0.247　　　 2.72　　　 805　　　 16.16 
J-KZFH1　　　0.249　　　 2.80　　　 813　　　 16.51 
J-BAK4　　　 0.246　　　 2.84　　　 821　　　 16.67 
J-BAK1　　　 0.251　　　 3.17　　　 733　　　 16.71 
J-BALF4　　　0.262　　　 3.13　　　 743　　　 16.90 
J-BAF4　　　 0.236　　　 2.89　　　 846　　　 16.92 
J-SK11　　　 0.241　　　 3.06　　　 799　　　 16.99 
J-SF5　　　　0.249　　　 2.90　　　 833　　　 17.01 
J-SF15　　　 0.254　　　 2.95　　　 842　　　 17.33 
J-SF8　　　　0.252　　　 2.93　　　 864　　　 17.46 
J-BASF2　　　0.252　　　 3.08　　　 848　　　 17.74 
J-SK12　　　 0.252　　　 3.23　　　 816　　　 17.82 
Q-SK52S　　　0.296　　　 2.80　　　 853　　　 17.83 
J-PSK03　　　0.284　　　 3.52　　　 700　　　 17.83 
J-SF1　　　　0.255　　　 3.07　　　 875　　　 18.04 
J-SF10　　　 0.251　　　 3.06　　　 886　　　 18.05 
J-BAF8　　　 0.261　　　 3.14　　　 857　　　 18.16 
J-SSK8　　　 0.260　　　 3.18　　　 856　　　 18.25 
J-SFH1　　　 0.259　　　 3.31　　　 830　　　 18.32 
J-SFH1HS　　 0.259　　　 3.31　　　 830　　　 18.32 
J-SF13　　　 0.254　　　 3.10　　　 895　　　 18.32 
J-PSKH4　　　0.274　　　 3.28　　　 816　　　 18.37 
Q-PSKH4S　　 0.274　　　 3.28　　　 816　　　 18.37 
Q-SK55S　　　0.240　　　 2.95　　　 971　　　 18.37 
J-SK5　　　　0.252　　　 3.26　　　 861　　　 18.39 
J-SK2　　　　0.266　　　 3.53　　　 776　　　 18.42 
J-PSK02　　　0.291　　　 3.56　　　 733　　　 18.52 
J-FK01A　　　0.297　　　 3.65　　　 716　　　 18.68 
Q-FK01AS　　 0.297　　　 3.65　　　 716　　　 18.68 
<HOYA社>
E-F5　　　　 0.232　　　 2.63　　　 790　　　 15.54 
E-F3　　　　 0.233　　　 2.64　　　 800　　　 15.69 
E-F1　　　　 0.242　　　 2.70　　　 780　　　 15.78 
E-FD7　　　　0.245　　　 2.75　　　 790　　　 16.07 
LBC3N　　　　0.300　　　 3.84　　　 520　　　 16.40 
BAC4　　　　 0.253　　　 2.85　　　 810　　　 16.69 
E-FD5　　　　0.251　　　 2.90　　　 820　　　 16.91 
FF8　　　　　0.243　　　 3.14　　　 770　　　 16.93 
BACD11　　　 0.241　　　 3.07　　　 800　　　 17.03 
E-FD15　　　 0.250　　　 2.95　　　 850　　　 17.35 
E-FD80　　　 0.265　　　 3.26　　　 750　　　 17.39 
M-FD80　　　 0.265　　　 3.26　　　 750　　　 17.39 
MP-FD80　　　0.265　　　 3.26　　　 750　　　 17.39 
MC-FD80　　　0.265　　　 3.26　　　 750　　　 17.39 
E-FD8　　　　0.256　　　 2.97　　　 840　　　 17.40 
M-BACD12　　 0.252　　　 3.01　　　 900　　　 18.06 
MP-BACD12　　0.252　　　 3.01　　　 900　　　 18.06 
MC-BACD12　　0.252　　　 3.01　　　 900　　　 18.06 
E-FD1　　　　0.258　　　 3.08　　　 870　　　 18.07 
E-FD10　　　 0.256　　　 3.07　　　 880　　　 18.11 
M-BACD5N　　 0.254　　　 2.82　　　 980　　　 18.28 
MP-BACD5N　　0.254　　　 2.82　　　 980　　　 18.28 
MC-BACD5N　　0.254　　　 2.82　　　 980　　　 18.28 
FD225　　　　0.264　　　 3.32　　　 820　　　 18.33 
BACD2　　　　0.268　　　 3.53　　　 770　　　 18.39 
PCD4　　　　 0.293　　　 3.52　　　 730　　　 18.42 
FCD10　　　　0.297　　　 3.60　　　 710　　　 18.47 
BACD5　　　　0.254　　　 3.27　　　 870　　　 18.55 
FCD100　　　 0.302　　　 3.53　　　 720　　　 18.55 
FD140　　　　0.256　　　 3.14　　　 910　　　 18.62
　上記の表１においては、各硝材のヤング率Ｅ［１０８Ｎ／ｍ２］、ポアソン比μ、密度ρ［１０３ｋｇ／ｍ３］、及び音響インピーダンス［１０６ｋｇ／ｍ２ｓ］を記載している。なお、各硝材の音響インピーダンスは、その硝材のヤング率Ｅ、ポアソン比μ、及び密度ρから算出することもできるし、直接測定することもできる。
　図２は、上記の表１に示した各硝材のポアソン比μ及び密度ρをプロットしたグラフである。図２においては、上記の表１に示した硝材に加えて、Ｎ－ＢＫ７及び合成石英のポアソン比μ及び密度ρもプロットしている。図２によれば、第１部材１１及び第２部材１２を下記の表１に示す硝材により構成することで、第１部材１１及び第２部材１２をＮ－ＢＫ７又は合成石英により構成した場合よりも、第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスを大きくできること、すなわち、金属層１０の主層の音響インピーダンスとの差を小さくできることが確かめられる。
　１．７．第１部材及び第２部材の好適材料（金属層がＡｇ層の場合）
　本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０の主層は、Ａｇにより構成することができる。この場合、第１部材１１及び第２部材１２は、音響インピーダンスが２５以上４９以下の硝材により構成されている、ことが好ましい。
　Ａｇの音響インピーダンスは、３７程度である。したがって、上記の構成によれば、金属層１０の主層の音響インピーダンスと第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスとの差を、高々１２程度に抑えることができる。したがって、上記の構成によれば、光音響波に対する反射率を高々２０％程度に抑えることができる。
　なお、音響インピーダンスが２５以上４９以下の硝材としては、例えば、下記の表２に示す硝材が挙げられる。
　〔表２〕
硝材名　　ヤング率Ｅ　ポアソン比μ　密度ρ　音響インピーダンス
<OHARA社>
S-LAM54　　　 0.292　　　 4.08　　　 1172　　　 25.10 
S-LAL61　　　 0.291　　　 4.04　　　 1190　　　 25.13 
S-LAL19　　　 0.295　　　 3.98　　　 1198　　　 25.16 
S-LAH88　　　 0.242　　　 4.74　　　 1135　　　 25.23 
S-LAH63　　　 0.295　　　 4.34　　　 1121　　　 25.42 
S-TIH57　　　 0.292　　　 4.20　　　 1170　　　 25.44 
S-LAL18　　　 0.289　　　 4.18　　　 1204　　　 25.65 
S-LAH52　　　 0.297　　　 4.41　　　 1119　　　 25.67 
S-LAH51　　　 0.297　　　 4.40　　　 1129　　　 25.75 
S-LAH97　　　 0.295　　　 4.17　　　 1209　　　 25.87 
S-LAH53　　　 0.299　　　 4.43　　　 1127　　　 25.89 
S-LAH55V　　　0.253　　　 4.73　　　 1178　　　 25.93 
S-LAH66　　　 0.291　　　 4.23　　　 1219　　　 26.03 
S-LAH52Q　　　0.313　　　 4.47　　　 1098　　　 26.20 
S-LAH53V　　　0.309　　　 4.41　　　 1135　　　 26.30 
S-LAH64　　　 0.294　　　 4.30　　　 1224　　　 26.40 
S-LAH96　　　 0.296　　　 4.54　　　 1187　　　 26.79 
S-LAH65VS　　 0.300　　　 4.46　　　 1223　　　 27.10 
S-LAH60　　　 0.296　　　 4.43　　　 1248　　　 27.13 
S-LAH95　　　 0.302　　　 4.64　　　 1177　　　 27.19 
S-LAH55VS　　 0.297　　　 4.58　　　 1223　　　 27.35 
S-LAH89　　　 0.303　　　 4.70　　　 1208　　　 27.76 
S-LAH65V　　　0.298　　　 4.72　　　 1220　　　 27.76 
S-LAH93　　　 0.304　　　 4.83　　　 1247　　　 28.64 
S-LAH92　　　 0.306　　　 4.87　　　 1230　　　 28.64 
S-LAH59　　　 0.298　　　 5.07　　　 1250　　　 29.13 
S-LAH98　　　 0.306　　　 4.94　　　 1293　　　 29.58 
S-LAH79　　　 0.297　　　 5.23　　　 1255　　　 29.60 
S-LAH99　　　 0.307　　　 5.02　　　 1313　　　 30.09 
S-LAH58　　　 0.301　　　 5.52　　　 1268　　　 30.74 
<光ガラス社>
J-LASF013　　 0.297　　　 4.20　　　 1126　　　 25.13 
J-LASFH2　　　0.293　　　 4.11　　　 1171　　　 25.21 
J-LASF01　　　0.300　　　 4.25　　　 1115　　　 25.26 
Q-LAFPH1S　　 0.306　　　 4.25　　　 1097　　　 25.27 
Q-LAF010S　　 0.309　　　 4.29　　　 1081　　　 25.32 
J-LAK18　　　 0.292　　　 4.17　　　 1187　　　 25.53 
J-LASF03　　　0.297　　　 4.31　　　 1140　　　 25.61 
J-LASF010　　 0.297　　　 4.28　　　 1167　　　 25.82 
Q-LASFH11S　　0.302　　　 4.64　　　 1072　　　 25.95 
J-LASF016　　 0.295　　　 4.26　　　 1200　　　 26.05 
Q-LASF03S　　 0.310　　　 4.48　　　 1094　　　 26.06 
J-LASKH2　　　0.297　　　 4.29　　　 1188　　　 26.08 
J-LASF02　　　0.310　　　 4.51　　　 1091　　　 26.12 
J-LASF017　　 0.297　　　 4.34　　　 1186　　　 26.21 
J-LASF014　　 0.297　　　 4.36　　　 1196　　　 26.38 
Q-LASFPH2S　　0.303　　　 4.52　　　 1135　　　 26.39 
J-LASFH13　　 0.301　　　 4.66　　　 1115　　　 26.48 
J-LASFH13HS　 0.301　　　 4.66　　　 1115　　　 26.48 
J-LASF015　　 0.298　　　 4.57　　　 1196　　　 27.05 
J-LASF015HS　 0.298　　　 4.57　　　 1196　　　 27.05 
Q-LASFH12S　　0.299　　　 4.68　　　 1196　　　 27.41 
J-LASFH15　　 0.301　　　 4.79　　　 1181　　　 27.63 
J-LASFH15HS　 0.301　　　 4.79　　　 1181　　　 27.63 
Q-LASFH59S　　0.308　　　 4.81　　　 1162　　　 27.75 
Q-LASFPH3S　　0.303　　　 4.83　　　 1185　　　 27.88 
J-LASFH17　　 0.298　　　 4.69　　　 1238　　　 27.88 
J-LASFH17HS　 0.298　　　 4.69　　　 1238　　　 27.88 
J-LASF05　　　0.303　　　 4.79　　　 1198　　　 27.91 
J-LASF05HS　　0.303　　　 4.79　　　 1198　　　 27.91 
J-LASFH9A　　 0.303　　　 4.91　　　 1233　　　 28.67 
Q-LASFH58S　　0.301　　　 5.03　　　 1222　　　 28.81 
J-LASF09A　　 0.299　　　 4.99　　　 1244　　　 28.87 
J-LASFH22　　 0.306　　　 5.08　　　 1204　　　 28.94 
J-LASFH21　　 0.306　　　 5.05　　　 1282　　　 29.78 
J-LASFH16　　 0.307　　　 5.10　　　 1303　　　 30.21 
J-LASF08A　　 0.302　　　 5.41　　　 1249　　　 30.25 
<HOYA社>
M-NBF1　　　　0.307　　　 4.25　　　 1110　　　 25.46 
MP-NBF1　　　 0.307　　　 4.25　　　 1110　　　 25.46 
MC-NBF1　　　 0.307　　　 4.25　　　 1110　　　 25.46 
TAC2　　　　　0.299　　　 4.19　　　 1170　　　 25.65 
NBFD3　　　　 0.292　　　 4.39　　　 1150　　　 25.79 
NBFD12　　　　0.305　　　 4.45　　　 1100　　　 25.85 
NBFD13　　　　0.301　　　 4.38　　　 1140　　　 25.96 
NBFD11　　　　0.310　　　 4.43　　　 1100　　　 25.99 
M-TAC80　　　 0.290　　　 4.28　　　 1210　　　 26.05 
MP-TAC80-60　 0.290　　　 4.28　　　 1210　　　 26.05 
TAFD25　　　　0.299　　　 4.51　　　 1130　　　 26.16 
M-NBFD130　　 0.304　　　 4.56　　　 1110　　　 26.25 
MP-NBFD130　　0.304　　　 4.56　　　 1110　　　 26.25 
MC-NBFD130　　0.304　　　 4.56　　　 1110　　　 26.25 
TAC6　　　　　0.297　　　 4.27　　　 1210　　　 26.26 
M-NBFD10　　　0.300　　　 4.39　　　 1180　　　 26.41 
MP-NBFD10-20　0.300　　　 4.39　　　 1180　　　 26.41 
NBFD10　　　　0.293　　　 4.57　　　 1160　　　 26.46 
TAF1　　　　　0.277　　　 4.28　　　 1290　　　 26.47 
TAF2　　　　　0.300　　　 4.35　　　 1210　　　 26.62 
MC-NBFD135　　0.303　　　 4.67　　　 1130　　　 26.77 
M-TAC60　　　 0.290　　　 4.41　　　 1250　　　 26.88 
MP-TAC60-90　 0.290　　　 4.41　　　 1250　　　 26.88 
TAF3D　　　　 0.297　　　 4.40　　　 1230　　　 26.88 
M-TAF401　　　0.299　　　 4.62　　　 1180　　　 27.05 
MP-TAF401　　 0.299　　　 4.62　　　 1180　　　 27.05 
MC-TAF401　　 0.299　　　 4.62　　　 1180　　　 27.05 
M-TAF101　　　0.298　　　 4.56　　　 1210　　　 27.18 
MP-TAF101-100 0.298　　　 4.56　　　 1210　　　 27.18 
MC-TAF101-100 0.298　　　 4.56　　　 1210　　　 27.18 
TAF4　　　　　0.299　　　 4.54　　　 1220　　　 27.27 
M-TAF105　　　0.295　　　 4.62　　　 1230　　　 27.47 
MP-TAF105　　 0.295　　　 4.62　　　 1230　　　 27.47 
MC-TAF105　　 0.295　　　 4.62　　　 1230　　　 27.47 
TAFD5G　　　　0.300　　　 4.57　　　 1230　　　 27.51 
TAFD40-W　　　0.298　　　 4.73　　　 1210　　　 27.68 
TAFD40　　　　0.298　　　 4.73　　　 1210　　　 27.68 
TAFD5F　　　　0.300　　　 4.72　　　 1220　　　 27.84 
TAF3　　　　　0.298　　　 4.65　　　 1250　　　 27.89 
M-TAF1　　　　0.297　　　 4.83　　　 1220　　　 28.05 
MC-TAF1　　　 0.297　　　 4.83　　　 1220　　　 28.05 
M-TAF31　　　 0.299　　　 4.84　　　 1230　　　 28.27 
MP-TAF31-15　 0.299　　　 4.84　　　 1230　　　 28.27 
MC-TAF31-15　 0.299　　　 4.84　　　 1230　　　 28.27 
TAFD32　　　　0.302　　　 4.84　　　 1230　　　 28.39 
M-TAFD51　　　0.300　　　 5.01　　　 1210　　　 28.57 
MP-TAFD51-50　0.300　　　 5.01　　　 1210　　　 28.57 
MC-TAFD51-50　0.300　　　 5.01　　　 1210　　　 28.57 
TAFD37A　　　 0.305　　　 4.90　　　 1240　　　 28.80 
TAF5　　　　　0.300　　　 5.06　　　 1230　　　 28.95 
M-TAFD305　　 0.308　　　 5.25　　　 1160　　　 28.97 
MP-TAFD305　　0.308　　　 5.25　　　 1160　　　 28.97 
MC-TAFD305　　0.308　　　 5.25　　　 1160　　　 28.97 
M-TAFD405　　 0.310　　　 5.45　　　 1120　　　 29.09 
MP-TAFD405　　0.310　　　 5.45　　　 1120　　　 29.09 
TAFD35　　　　0.303　　　 4.97　　　 1260　　　 29.16 
M-TAFD307　　 0.310　　　 5.49　　　 1140　　　 29.45 
MP-TAFD307　　0.310　　　 5.49　　　 1140　　　 29.45 
MC-TAFD307　　0.310　　　 5.49　　　 1140　　　 29.45 
TAFD45　　　　0.306　　　 5.10　　　 1280　　　 29.90 
TAFD37　　　　0.303　　　 5.19　　　 1270　　　 29.91 
TAFD33　　　　0.302　　　 5.40　　　 1240　　　 30.11 
TAFD55-W　　　0.305　　　 5.12　　　 1300　　　 30.15 
TAFD55　　　　0.305　　　 5.12　　　 1300　　　 30.15 
TAFD30　　　　0.301　　　 5.42　　　 1260　　　 30.36 
TAFD65　　　　0.303　　　 5.27　　　 1360　　　 31.19 
<セラミックス>
アルミナ　　　0.240　　　 3.90　　　 4000　　　 42.88 
サファイア　　0.230　　　 3.97　　　 4700　　　 46.51
　上記の表２においては、各硝材のヤング率Ｅ［１０８Ｎ／ｍ２］、ポアソン比μ、密度ρ［１０３ｋｇ／ｍ３］、及び音響インピーダンス［１０６ｋｇ／ｍ２ｓ］を記載している。なお、各硝材の音響インピーダンスは、その硝材のヤング率Ｅ、ポアソン比μ、及び密度ρから算出することもできるし、直接測定することもできる。
　図３は、上記の表２に示した各硝材のポアソン比μ及び密度ρをプロットしたグラフである。図３においては、上記の表２に示した硝材に加えて、Ｎ－ＢＫ７及び合成石英のポアソン比μ及び密度ρもプロットしている。図３によれば、第１部材１１及び第２部材１２を上記の表２に示す硝材により構成することで、第１部材１１及び第２部材１２をＮ－ＢＫ７又は合成石英により構成した場合よりも、第１部材１１及び第２部材１２の音響インピーダンスを大きくできること、すなわち、金属層１０の主層の音響インピーダンスとの差を小さくできることが確かめられる。
　１．７．金属層の形状
　本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０の一方の主面は、放物面状に凹面化されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、金属層１０の一方の主面を凹面化鏡として用いることで、金属層１０にて反射する光波を集光することができる。したがって、上記の構成によれば、被写体に照射する光波のビームウェスト径を小さくすることができ、その結果、光音響イメージング装置の分解能を向上させることができる。また、上記の構成によれば、光音響素子１から被写体までの距離を小さくすることができ、その結果、光音響イメージング装置を小型化することができる。
　１．８．金属層の堅牢性及び耐熱性を向上させるための工夫
　本実施形態に係る光音響素子１において、金属層１０は、第１部材１１の表面に形成された第１金属層と、第２部材１２の表面に形成された第２金属層と、により構成され、第１金属層の第１部材１１側の面と反対側の面と、第２金属層の第２部材１２側と反対側の面とは、加熱接合、通電拡散接合、原子拡散接合、表面活性化接合、又はろう付けされている、ことが好ましい。
　第１部材１１の表面に形成された第１金属層と第２部材１２の表面に形成された第２金属層とを、接着剤により接着する場合、第１金属層と第２金属層との間の熱抵抗が大きくなる。その結果、第１金属層から第２部材１２への熱の流れ、及び、第２金属層から第１部材１１への熱の流れが阻害される。このため、金属層１０が光波を吸収することによって生じる熱を、光音響素子１の外部に十分に散逸させることが困難になる。一方、第１部材１１の表面に形成された第１金属層と第２部材１２の表面に形成された第２金属層とを、上記のように接合した場合、第１金属層と第２金属層との間の熱抵抗が小さくなる。その結果、第１金属層から第２部材１２への熱の流れ、及び、第２金属層から第１部材１１への熱の流れが促進される。このため、金属層１０が光波を吸収することによって生じる熱を、光音響素子の外部に十分に散逸させることが容易になる。すなわち、上記の構成によれば、光音響素子１の耐熱性を向上させることができる。
　また、第１部材１１の表面に形成された第１金属層と第２部材１２の表面に形成された第２金属層とを、接着剤により接着する場合、第１金属層と第２金属層との間に、光音響波の透過損失の要因となる空気層が形成され易い。一方、第１部材１１の表面に形成された第１金属層と第２部材１２の表面に形成された第２金属層とを、上記のように接合した場合、第１金属層と第２金属層との間に、光音響波の透過損失の要因となる空気層が形成され難い。したがって、上記の構成によれば、光音響イメージング装置において十分な強度の光音響波を検出することが可能になる。
　また、第１部材１１の表面に形成された第１金属層と第２部材１２の表面に形成された第２金属層とを、接着剤により接着する場合、振動、膨張、又は収縮による第１部材１１と第２部材１２との位置ずれが生じ易い。一方、第１部材１１の表面に形成された第１金属層と第２部材１２の表面に形成された第２金属層とを、上記のように接合した場合、振動、膨張、又は収縮による第１部材１１と第２部材１２との位置ずれが生じ難い。すなわち、上記の構成によれば、光音響素子１の堅牢性を向上させることができる。
　２．光音響素子の製造方法
　光音響素子１の製造方法の流れについて、図４を参照して説明する。図４は、光音響素子１の製造方法の流れを示すフロー図である。
　光音響素子１の製造方法は、第１金属層形成工程Ｓ１１と、第２金属層形成工程Ｓ１２と、接合工程Ｓ１３と、を含んでいる。
　第１金属層形成工程Ｓ１１は、第１部材１１の表面に第１金属層１０Ａを形成する工程である。第１金属層１０Ａの形成には、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）、法、又はメッキ法等を用いればよい。第１金属層１０Ａが下地層を含む場合には、まず、上記の方法により第１部材１１の表面に下地層を形成した後、上記の方法により主層を形成すればよい。
　第２金属層形成工程Ｓ１２は、第２部材１２の表面に第２金属層１０Ｂを形成する工程である。第２金属層１０Ｂの形成には、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、又はメッキ法等を用いればよい。第２金属層１０Ｂが下地層を含む場合には、まず、上記の方法により第２部材１２の表面に下地層を形成した後、上記の方法により主層を形成すればよい。
　接合工程Ｓ１３は、第１金属層１０Ａの第１部材１１側の面と反対側の面と、第２金属層１０Ｂの第２部材１２側と反対側の面とを接合する工程である。第１金属層１０Ａと第２金属層１０Ｂとの接合には、加熱接合、通電拡散接合、原子拡散接合法、表面活性化接合法、又はろう付法を用いればよい。
　接合工程Ｓ１３を実施することにより、第１金属層１０Ａと第２金属層１０Ｂとが一体化され、金属層１０が得られる。また、第１部材１１と第２部材１２と金属層１０とが一体化され、光音響素子１が得られる。
　３．光音響イメージング装置
　光音響素子１を含む光音響イメージング装置２の構成について、図５を参照して説明する。図５は、光音響イメージング装置２の構成を示すブロック図である。
　光音響イメージング装置２は、光音響素子１の他に、光源２１と、対物光学系２２と、音響波検出器２３と、を備えている。
　光源２１は、光波を生成するための構成である。光源２１としては、例えば、パルスレーザを用いることができる。対物光学系２２は、光源２１から出射された光波を集光するための構成である。対物光学系２２としては、例えば、対物レンズを用いることができる。対物光学系２２にて集光された光波は、光音響素子１の金属層１０にて反射され、被写体Ｗに照射される。この光波を吸収した被写体Ｗは、光音響を発生する。この光音響波は、光音響素子１の金属層を透過し、音響波検出器２３に入射する。音響波検出器２３は、光音響波を電気信号に変換するための構成である。音響波検出器２３としては、例えば、音響トランスデューサを用いることができる。
　光音響イメージング装置２は、光源２１を制御する不図示のファンクションジェネレータを更に備えていてもよい。また、光音響イメージング装置２は、音響波検出器２３にて得られた電気信号を処理する不図示のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザを更に備えていてもよい。また、光音響イメージング装置２は、光波の焦点を被写体Ｗ上で走査するためのステージを更に備えていてもよい。このステージは、被写体Ｗを収容するための水槽を載置することができ、この水槽ごと被写体を移動させることが可能である。この場合、光音響波は、水中の被写体Ｗに照射され、光音響波は、水中の被写体から発せられる。また、光音響イメージング装置２は、被写体Ｗと光音響素子１との間に介在する、不図示の音響整合材を更に備えていてもよい。また、光音響イメージング装置２は、複数の対物光学系２２と、利用する対物光学系を切り替える不図示の切替機構を更に備えていてもよい。この場合、音響焦点形と併用し、両画像を重畳することも可能である。また、上述したファンクションジェネレータ、ＦＦＴアナライザ、ステージ、及び切替機構は、不図示のコンピュータに接続されていてもよい。この場合、このコンピュータは、上述したファンクションジェネレータ、ステージ、及び切替機構を制御するため、及び、ＦＦＴアナライザの出力から被写体内部の画像を生成するために利用される。
　なお、光源２１にて生成するパルスレーザの波長は、被写体Ｗの分光吸収特性に応じて設定すればよい。また、光源２１にて生成するパルスレーザのパルス幅は、数ピコ秒から数百ナノ秒までの範囲で適宜設定すればよい。一例として、波長１０６４ｎｍ、パルス幅１０ｎｓのパルスレーザを用いることができる。また、発振するパルスレーザの波長が可変なパルスレーザを光源２１として用いれば、被写体各部の吸収特性の違いを得られる画像に反映させることができる。また、音響波検出器２３は、被写体Ｗと音響波特性に応じたものを適宜選択すればよい。
　４．光音響素子の実施例
　４．１．第１の実施例
　本発明の第１の実施例について、図６を参照して説明する。図６において、（ａ）は、本実施例に係る光音響素子１の斜視図であり、（ｂ）は、本実施例に係る光音響素子１の断面図である。
　第１部材１１及び第２部材１２としては、等辺１０ｍｍの直角二等辺三角形を底面とする、高さ１０ｍｍの四角柱状の部材を用いた。第１部材１１において、１０ｍｍ×１０ｍｍの側面の一方は、光波の入射面として機能し、１０ｍｍ×１０ｍｍの側面の他方は、光波の出射面、及び、光音響波の入射面として機能する。また、第１部材１１において、１０ｍｍ×１４．１ｍｍの側面は、金属層１０を介して第２部材１２と接合される接合面として機能する。一方、第２部材１２において、１０ｍｍ×１０ｍｍの側面の一方は、光音響波の出射面として機能する。また、第２部材１２において、１０ｍｍ×１４．１ｍｍの側面は、金属層１０を介して第１部材１１と接合される接合面として機能する。
　第１部材１１及び第２部材１２の材料としては、Ｓ－ＬＡＨ９９を用いた。Ｓ－ＬＡＨ９９は、屈折率が１．９９４０６、比重が５．０２×１０３ｋｇ／ｍ３、縦波の音速が５．９９×１０３ｍ／ｓの硝材である。金属層１０としては、厚さ１００ｎｍのＡｇ層を主層とし、主層の両方の主面に形成された厚さ１ｎｍのＴｉ層を下地層とする三層構造の金属層を用いた。
　第１部材１１及び第２部材１２の材料としてＳ－ＬＡＨ９９を用い、金属層１０の材料としてＡｇを用いた場合、可視光から近赤外光までを含む広い波長域において、光波に対する反射率が９０％以上となる。このため、被写体に照射する光波の波長は、この波長域において自由に選択することができる。また、この場合、光音響波に対する反射率が１１．３％程度となる。また、この場合、金属層１０を透過する際に光音響波のモード変換が生じないことを、発明者らは超音波シミュレータＣｏｍＷＡＶＥを用いた数値計算によって確認した。また、この数値計算によって、金属層１０の材料としてＡｇを用いた場合、金属層１０の厚みが１００ｎｍであれば、金属層１０における光音響波の屈折は無視し得ることが確認された。
　４．２．第２の実施例
　本発明の第２の実施例について、図７を参照して説明する。図７において、（ａ）は、本実施例に係る光音響素子１の斜視図であり、（ｂ）は、本実施例に係る光音響素子１の断面図である。
　第１部材１１及び第２部材１２としては、等辺１５ｍｍの直角二等辺三角形を底面とする、高さ１５ｍｍの四角柱状の部材を用いた。第１部材１１において、１５ｍｍ×１５ｍｍの側面の一方は、光波の入射面として機能し、１５ｍｍ×１５ｍｍの側面の他方は、光波の出射面、及び、光音響波の入射面として機能する。また、第１部材１１において、１５ｍｍ×２１．２ｍｍの側面は、金属層１０を介して第２部材１２と接合される接合面として機能する。一方、第２部材１２において、１５ｍｍ×１５ｍｍの側面の一方は、光音響波の出射面として機能する。また、第２部材１２において、１５ｍｍ×２１．２ｍｍの側面は、金属層１０を介して第１部材１１と接合される接合面として機能する。
　第１部材１１における接合面には、表面が非軸放物面となるように、凸面加工を施した。また、第２部材１２における接合面には、表面が非軸放物面となるように、凹面加工を施した。第１部材１１／第２部材１２における接合面において、凸面加工／凹面加工した円形領域の直径Ｄは、８ｍｍである。なお、非軸放物面のＳａｇ量は、０．３ｍｍとした。これにより、金属層１０における光波の入射面が非軸放物面状に凹面化される。
　第１部材１１及び第２部材１２の材料としては、Ｓ－ＢＡＬ４１を用いた。Ｓ－ＢＡＬ４１は、屈折率が１．５６１８８、比重が２．７８×１０３ｋｇ／ｍ３、縦波の音速が６．１５×１０３ｍ／ｓの硝材である。金属層１０としては、厚さ８０ｎｍのＡｌ層からなる一層構造の金属層を用いた。
　第１部材１１及び第２部材１２の材料としてＳ－ＢＡＬ４１を用い、金属層１０の材料としてＡｌを用いた場合、可視光の波長域において、光波に対する反射率が８５％以上となる。このため、被写体に照射する光波の波長は、この波長域において自由に選択することができる。また、この場合、光音響波に対する反射率が０．１５％程度となる。また、この場合、金属層１０を透過する際に光音響波のモード変換が生じないことを、発明者らは超音波シミュレータＣｏｍＷＡＶＥを用いた数値計算によって確認した。また、この数値計算によって、金属層１０の材料としてＡｌを用いた場合、金属層１０の厚みが８０ｎｍであれば、金属層１０における光音響波の屈折は無視し得ることが確認された。
　また、本実施例に係る光音響素子１においては、金属層１０における光波の入射面が非軸放物面状に凹面化されている。したがって、金属層１０は、光波を反射すると共に集光する凹面鏡として機能する。このため、実施例に係る光音響素子１は、光音響イメージング装置２において、対物光学系２２の集光力を補助する。したがって、光波の焦点位置を変えることなく、よりＮＡの大きな光を被写体に入射させることが可能になる。
　４．２．第３の実施例
　本発明の第３の実施例について、図８を参照して説明する。図８において、（ａ）は、本実施例に係る光音響素子１の斜視図であり、（ｂ）は、本実施例に係る光音響素子１の断面図である。本実施例に係る光音響素子１は、光波が第１部材１１側から金属層１０に入射するように利用する。
　第１部材１１としては、等辺１０ｍｍの直角二等辺三角形を底面とする、高さ１０ｍｍの四角柱状の部材を用いた。第１部材１１において、１０ｍｍ×１４．１ｍｍの側面は、金属層１０を介して第２部材１２と接合される接合面として機能する。また、第１部材１１において、１０ｍｍ×１０ｍｍの側面の一方は、光波の入射面として機能し、１０ｍｍ×１０ｍｍの側面の他方は、光波の出射面、及び、光音響波の入射面として機能する。一方、第２部材１２としては、内角が４５°、４５°－θａ、９０°＋θａの三角形を底面とする、高さ１０ｍｍの四角柱状の部材を用いた。第２部材１２において、１０ｍｍ×１４．１ｍｍの側面は、金属層１０を介して第１部材１１と接合される接合面として機能する。また、第２部材１２において、接合面との成す角が４５°－θａとなる側面は、光音響波の出射面として機能する。縦波である光音響波の振動方向が第２部材１２における光音響波の出射面と直交するように、角度θａは３６°に設定した。
　第１部材１１における光音響波の入射面には、表面が放物面となるように、凹面加工を施した。第１部材１１における光音響波の入射面において、凹面加工した円形領域の直径Ｄは、８ｍｍである。なお、放物面のＳａｇ量は、１ｍｍとした。
　第１部材１１の材料としては、Ｌ－ＢＡＬ４２を用いた。Ｌ－ＢＡＬ４２は、屈折率が１．５８１０６、比重が３．０５×１０３ｋｇ／ｍ３、縦波の音速が５．９０×１０３ｍ／ｓの硝材である。一方、第２部材１２の材料としては、シリコンを用いた。シリコンは、比重が２．３３×１０３ｋｇ／ｍ３、縦波の音速が８．４５×１０３ｍ／ｓの硝材である。金属層１０としては、厚さ１１０ｎｍのＡｌ層のみからなる単層構造の金属層を用いた。
　第１部材１１の材料としてＬ－ＢＡＬ４２を用い、金属層１０の材料としてＡｌを用いた場合、可視光の波長域において、光波に対する反射率が８５％以上となる。このため、被写体に照射する光波の波長は、この波長域において自由に選択することができる。また、この場合、第１部材１１から金属層１０に入射する光音響波に対する反射率が２．７％程度となり、第２部材１２から金属層１０に入射する光音響波に対する反射率が７．１％程度となる。また、この場合、金属層１０を透過する際に光音響波のモード変換が生じないことを、発明者らは超音波シミュレータＣｏｍＷＡＶＥを用いた数値計算によって確認した。また、この数値計算によって、光音響波は、金属層１０を介して第１部材１１から第２部材１２へと入射する際、及び、第２部材１２から空気中に入射する際に屈折することが確認された。
　また、本実施例に係る光音響素子１においては、第１部材１１における光音響波の入射面が放物面状に凹面化されている。このため、第１部材１１は、光音響波を透過させると共にコリメートする音響レンズとして機能する。この音響レンズの焦点は、被写体に照射する光波の焦点と同じ点に設定することもできるし、異なる点に設定することもできる。この音響レンズの焦点（光音響波の焦点）を光波の焦点と同じ点に設定した場合、光音響波のＳＮ比を更に向上させることができる。逆に、この音響レンズの焦点を光波の焦点と異なる点に設定した場合、スキャンピッチを大きくすることができる。
　また、実施例に係る光音響素子１においては、第２部材１２における光音響波の出射面が縦波である光音響波の振動方向と直交する。このため、光音響素子１を更に小型化することができる。
　４．４．第４の実施例
　本発明の第４の実施例について、図９を参照して説明する。図９において、（ａ）は、本実施例に係る光音響素子１の斜視図であり、（ｂ）は、本実施例に係る光音響素子１の断面図である。
　第１部材１１及び第２部材１２としては、等辺１５ｍｍの直角二等辺三角形を底面とする、高さ１５ｍｍの四角柱状の部材を用いた。第１部材１１において、１５ｍｍ×１５ｍｍの側面の一方は、光波の入射面として機能し、１５ｍｍ×１５ｍｍの側面の他方は、光波の出射面、及び、光音響波の入射面として機能する。また、第１部材１１において、１５ｍｍ×２１．２ｍｍの側面は、金属層１０を介して第２部材１２と接合される接合面として機能する。一方、第２部材１２において、１５ｍｍ×１５ｍｍの側面の一方は、音響波の出射面として機能する。また、第２部材１２において、１５ｍｍ×２１．２ｍｍの側面は、金属層１０を介して第１部材１１と接合される接合面として機能する。
　第１部材１１の材料としては、単結晶サファイアセラミックスを用いた。単結晶サファイアセラミックスは、屈折率が１．７６０、比重が３．９７×１０３ｋｇ／ｍ３、縦波の音速が１１．７２×１０３ｍ／ｓの硝材である。一方、第２部材１２の材料としては、アルミナセラミックスを用いた。アルミナセラミックスは、比重が３．９×１０３ｋｇ／ｍ３、縦波の音速が１０．９９×１０３ｍ／ｓの硝材である。金属層１０としては、厚さ１１０ｎｍのＡｇ層を主層とし、主層の両方の主面に形成された厚さ１ｎｍのＺｎＯ層を下地層とする三層構造の金属層を用いた。
　第１部材１１の材料として単結晶サファイアセラミックスを用い、金属層１０の材料としてＡｇを用いた場合、可視光から近赤外光までを含む広い波長域において、光波に対する反射率が９０％以上となる。このため、被写体に照射する光波の波長は、この波長域において自由に選択することができる。また、この場合、第１部材１１から金属層１０に入射する光音響波に対する反射率が１０．３％程度となり、第２部材１２から金属層１０に入射する光音響波に対する反射率が６．３％程度となる。また、この場合、金属層１０を透過する際に光音響波のモード変換が生じないことを、発明者らは超音波シミュレータＣｏｍＷＡＶＥを用いた数値計算によって確認した。また、この数値計算によって、金属層１０の材料としてＡｇを用いた場合、金属層１０の厚みが１１０ｎｍであれば、金属層１０における光音響波の屈折は無視し得ることが確認された。
　５．付記事項
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　　　　　　光音響素子
　１０　　　　　金属層
　１１　　　　　第１部材
　１２　　　　　第２部材
　２　　　　　　光音響イメージング装置
　２１　　　　　光源
　２２　　　　　対物光学系
　２３　　　　　音響波検出器

Claims (14)

  1. 　金属層と、該金属層の一方の主面に接合された第１部材と、該金属層の他方の主面に接合された第２部材とを備え、
    　前記第１部材及び前記第２部材は、密度が２．６×１０３ｋｇ／ｍ３以上である硝材により構成されており、
    　前記金属層は、光波を反射すると共に、該光波を吸収した物体が発する光音響波を透過させる、
    ことを特徴とする光音響素子。
  2. 　前記第１部材及び前記第２部材は、ポアソン比が２．１以上である硝材により構成されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光音響素子。
  3. 　前記第１部材及び前記第２部材の一方又は両方は、光学ガラス又はセラミックスにより構成されている、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響素子。
  4. 　前記金属層は、最薄部の厚みが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の金属層を主層として含んでいる、
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の光音響素子。
  5. 　前記金属層は、前記主層の一方又は両方の主面に形成された最厚部の厚みが２０ｎｍ以下の金属層を下地層として含んでいる、
    ことを特徴とする請求項４に記載の光音響素子。
  6. 　前記主層の複素屈折率をＮ０とし、前記第１部材又は前記第２部材の複素屈折率をＮ１としたとき、以下の式（１）を満たす、
    ことを特徴とする請求項４又は５に記載の光音響素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  7. 　前記主層の比重をρ０、前記主層における縦波の音速をＣ０とし、前記第１部材の比重をρ１、前記第１部材における縦波の音速をＣ１とし、前記第２部材の比重をρ２、前記第２部材における縦波の音速をＣ２としたとき、以下の式（２）及び（３）を満たす、
    ことを特徴とする請求項４～６の何れか一項に記載の光音響素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  8. 　前記主層は、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、又は、これらの金属の少なくとも何れかを含有した合金により構成されている、
    ことを特徴とする請求項４～７の何れか１項に記載の光音響素子。
  9. 　前記主層は、Ａｌにより構成されており、
    　前記第１部材及び前記第２部材は、音響インピーダンスが１５以上１９以下の硝材により構成されている、
    ことを特徴とする請求項４～８の何れか一項に記載の光音響素子。
  10. 　前記主層は、Ａｇにより構成されており、
    　前記第１部材及び前記第２部材は、音響インピーダンスが２５以上４９以下の硝材により構成されている、
    ことを特徴とする請求項４～８の何れか一項に記載の光音響素子。
  11. 　前記金属層の一方の主面は、放物面状に凹面化されている、
    ことを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の光音響素子。
  12. 　前記金属層は、前記第１部材の表面に形成された第１金属層と、前記第２部材の表面に形成された第２金属層と、により構成され、
    　前記第１金属層の前記第１部材側の面と反対側の面と、前記第２金属層の前記第２部材側と反対側の面とは、加熱接合、通電拡散接合、原子拡散接合、表面活性化接合、又はろう付けされている、
    ことを特徴とする請求項１～１１の何れか一項に記載の光音響素子。
  13. 　光源と、
    　前記光源から出力された光波を反射すると共に、当該光波を吸収した被写体が発する光音響波を透過する光音響素子であって、請求項１～１２の何れか一項に記載の光音響素子と、
    　前記光音響素子を透過した光音響波を検出する音響波検出器と、を備えている、
    ことを特徴とする光音響イメージング装置。
  14. 　請求項１～１２の何れか一項に記載の光音響素子の製造方法であって、
    　前記第１部材の表面に第１金属層を形成する工程と、
    　前記第２部材の表面に第２金属層を形成する工程と、
    　前記第１金属層の前記第１部材側と反対側の面と、前記第２金属層の前記第２部材側と反対側の面とを、加熱接合、通電拡散接合、原子拡散接合、表面活性化接合、又はろう付けする工程と、を含んでいる、
    ことを特徴とする光音響素子の製造方法。
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