(57)【要約】【課題】光源より照射される光の光路と機械電気変換素子の弾性波受信部を近づけることが可能な検査装置を提供する。【解決手段】機械電気変換素子は、光源１０から照射された光により検査対象１で発生する弾性波を受けて弾性波を電気信号に変換する。光源１０より照射される光の光路中に置かれる機械電気変換素子の少なくとも一部が、光透過性を有し、光源１０からの光の少なくとも一部が機械電気変換素子を通過して検査対象１に照射される。【選択図】  図１
2010268095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射された光により検査対象で発生する弾性波を受信する機械電気変換素子であって、
前記光源より照射される光の光路中に置かれる前記機械電気変換素子の少なくとも一部が光透過性を有し、前記光源からの光の少なくとも一部が前記機械電気変換素子を通過して検査対象に照射されることを特徴とする機械電気変換素子。
【請求項２】
前記機械電気変換素子は、振動膜を有する静電容量型機械電気変換素子であることを特徴とする請求項１に記載の機械電気変換素子。
【請求項３】
前記光源より照射される光の光路中に置かれる前記機械電気変換素子の少なくとも一部が、該光に対する光透過性を有する材料から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の機械電気変換素子。
【請求項４】
前記機械電気変換素子を構成する基板と振動膜と電極と電気配線のうちの少なくとも１つが、前記光源より照射される光に対する光透過性を有することを特徴とする請求項３に記載の機械電気変換素子。
【請求項５】
検査対象に光を照射するための光源と、該光により検査対象で発生する弾性波を受けて該弾性波を電気信号に変換する機械電気変換素子と、前記機械電気変換素子と電気的に接続された電気回路基板と、を有する検査装置であって、
前記光源より照射される光の光路中に置かれる前記機械電気変換素子及び前記電気回路基板の少なくとも一部が、該光を通す性質を有し、前記光源からの光の少なくとも一部が前記機械電気変換素子及び前記回路基板を通過して検査対象に照射されることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
前記電気回路基板が開口を有し、前記光源より照射される光が前記開口を通過することを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象で光により発生する弾性波を用いて検査対象を検査するための機械電気変換素子及び前記機械電気変換素子を備えた検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響効果を用いて試料（検査対象）の断層像若しくは三次元像を取得することが可能な検査装置が提案されている（特許文献１参照）。この技術は、光音響トモグラフィー（ＰｈｏｔｏＡｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）として一般に知られており、その頭文字をとってＰＡＴ技術と称されている。
【０００３】
ＰＡＴ技術による撮像は以下の様にして行われる。（１）試料の外部から光を照射する。（２）試料内部を光が伝播する。（３）試料内部に存在する光吸収係数が大きい箇所にて光が吸収される。（４）前記光吸収によって当該箇所が加熱される。（５）加熱された部分が膨張する。（６）膨張に伴い弾性波が発生する。（７）試料中を弾性波が伝播する。（８）伝播する弾性波を機械電気変換素子を用いて受信する。（９）到達弾性波の時間差などを解析し、試料の断層像若しくは三次元像を再構成する。
【０００４】
しかし、光を検査対象に照射する場合、光源と機械電気変換素子を同じ側に配置する場合、機械電気変換素子自体が照射する光の遮蔽物となってしまう可能性がある。この様に、ＰＡＴ技術を利用する場合、近い位置から光を検査対象に照射させたいものの、実際には受信装置である機械電気変換素子自身がそれを邪魔してしまうという点が指摘される。こうした点を克服する為に、特許文献１に開示される様に光ファイバを介して機械電気変換素子の内部から光を照射する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この方法では、光ファイバを介して照射することで、光が収束（集中）した状態で体表などの検査対象に照射される。その為、光パワー密度が上がり、光を収束させない場合と比較して、体内などに照射できる光量が制限される。また、光ファイバは比較的コストが高いため、実用化が困難とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の機械電気変換素子は、光源から照射された光により検査対象で発生する弾性波を受信する機械電気変換素子であって、前記光源より照射される光の光路中に置かれる前記機械電気変換素子の少なくとも一部が光透過性を有し、前記光源からの光の少なくとも一部が前記機械電気変換素子を通過して検査対象に照射されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の検査装置は、検査対象に光を照射するための光源と、該光により検査対象で発生する弾性波を受けて該弾性波を電気信号に変換する機械電気変換素子と、前記機械電気変換素子と電気的に接続された電気回路基板と、を有する検査装置であって、前記光源より照射される光の光路中に置かれる前記機械電気変換素子及び前記電気回路基板の少なくとも一部が、該光を通す性質を有し、前記光源からの光の少なくとも一部が前記機械電気変換素子及び前記回路基板を通過して検査対象に照射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の機械電気変換素子は、光源より照射される光の光路中に置かれる機械電気変換素子の少なくとも一部が、光透過性を有する。従って、該光の光路ないし光軸と機械電気変換素子の弾性波受信部を近づけることが可能となるため、例えば、機械電気変換素子に正対する直下の検査対象の画像情報などを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の概念図である。
【図２】（a）は第１の実施形態の機械電気変換素子の上面図（b）のA-A’断面図、（b）は上面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の概念図である。
【図４】比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の機械電気変換素子及び検査装置の実施形態を説明する。本発明の検査装置は、光源と機械電気変換素子と前記機械電気変換素子と電気的に接続される電気回路基板とを備える。本発明の機械電気変換素子において重要なことは、光源より照射される光の光路中に置かれる機械電気変換素子の少なくとも一部が、該光を通す性質を有することである。こうした性質は、機械電気変換素子の少なくとも一部が光透過性を有する材料から成ることで実現できる。また、機械電気変換素子と光源との間に電気回路基板が設けられる場合、本発明の検査装置においては、上述したように機械電気変換素子の少なくとも一部が光透過性を有することに加え、電気回路基板に開口を形成して該光に開口を通過させたり、電気回路基板自体を光透過性を有する材料で形成したりする。このように構成することで、機械電気変換素子及び電気回路基板を介して光を通すことが可能となる。
【００１２】
本発明において「光透過性を有する」とは、機械電気変換素子を介して検査対象に光を照射し、該光により検査対象から弾性波を発生させ得る程度の光の透過率を有することを言い、具体的には、６０％以上の光の透過率を有することを示す。好ましくは、８０％以上の透過率があると良い。また、弾性波とは、音波、超音波、音響波、光音響波と呼ばれるものを含む。すなわち本発明の検査装置は、検査対象に光を照射して、被検体内部で発生する弾性波を機械電気変換素子で受信し、被検体内部の組織画像を表示する光音響装置を含む。光源は、生体などの検査対象にパルス光など光を照射するための近赤外光レーザなどである。機械電気変換素子は、該光により検査対象で発生する弾性波を受けて該弾性波を電気信号に変換する、振動膜を有する静電容量型機械電気変換素子（ＣＭＵＴ）などの機械電気変換素子である。ＣＭＵＴの場合、振動膜は薄膜で構成できるので、振動膜に光透過性を付与することが容易である。
【００１３】
機械電気変換素子の少なくとも一部が光透過性を有する態様としては、機械電気変換素子を構成する基板と振動膜と電極と電気配線のうちの少なくとも１つが、光源より照射される光に対する光透過性を有する例が考えられる。
【００１４】
以下、実施形態を説明する。
本発明の機械電気変換素子及び検査装置の第１の実施形態について図１を用いて説明する。図１において、１は、検査対象を模式的に示したもの、１０は光源である。光源１０から、生体などの検査対象１に向かって、パルス光などの光が照射される。図１中の１２、１３、１４は、夫々、光源１０から出射した直後のパルス光、機械電気変換素子を透過中のパルス光、機械電気変換素子を透過したパルス光であり、その照射方向を示している。光源１０と検査対象１との間に、機械電気変換素子と電気回路基板とが配置されている。機械電気変換素子は、機械電気変換素子基板２０、振動膜２１、上部電極２２、下部電極２３、電気配線２４、を有する。検査装置は、光源１０、機械電気変換素子、電気回路基板３１などから成る。光源１０からの光の光路中にある機械電気変換素子の部分の少なくとも一部は、該光に対して透過性を有する。従って、光源１０からの光の光路ないし光軸と機械電気変換素子の弾性波受信部を近づける為に、検査対象１と光源１０は、機械電気変換素子の信号受信部を挟んで、例えば真正面で向き合う様に正対させることができる。
【００１５】
こうした構成の検査装置において、光源１０から出たパルス光などの光を機械電気変換素子を透過して検査対象１に到達させ、検査対象から出た弾性波の信号を機械電気変換素子の信号受信部で受信できる。そして、信号受信部で得られる電気信号に対して画像処理などを行って、検査対象を検査することができる。
【００１６】
これと比較して、機械電気変換素子が光透過性を有さない場合、検査対象１に近い位置から、できれば真正面から、光を当該対象物に照射させたいものの、光透過性を有さない機械電気変換素子がそれを邪魔してしまう。すなわち、光源１０からのパルス光１２が基板や電極、振動膜などで反射したり、或いは著しく減衰したりしてしまう。本実施形態の検査装置では、それが避けられる。
【００１７】
機械電気変換素子のより具体的な構成及び動作を説明する。機械電気変換素子の基本構造の断面（a）と上面（b）を示す図２に示す様に、下部電極２３が機械電気変換素子基板２０に配設され、上部電極２２が下部電極２３と対向し所定の空隙（キャビティ）を隔てて配設され、振動膜２１が上部電極２２を支持する。機械電気変換素子基板２０には、貫通配線を含む電気配線２４が配設され、貫通配線はボンディング剤２５を介して電気回路基板３１と電気的に接続される。
【００１８】
図２（b）に示す様に、図示例では振動膜２１は円形であるが、楕円や多角形などとしてもよい。超音波などの弾性波の発信・受信帯域などの観点から、好適には、振動膜２１の直径は１０μmから１００μmの範囲にあり、振動膜２１と下部電極２３との空隙（キャビティ）は５０nmから３００nmの範囲が好ましい。また、振動膜２１の膜厚は、光透過性の観点から薄いほうが好ましく、８００nm以下の範囲にあると良い。機械電気変換素子の素材或いはその全体の厚みは、光源１０からの光が機械電気変換素子の存在によって著しく減衰しない様に、つまり光を十分に透過させる様に、考慮するのが良い。従って、機械電気変換素子全体の厚みは、薄い方が望ましく、例えば、厚み２００μm以下が望ましい。
【００１９】
機械電気変換素子は、図２（b）に示す様に、下部電極２３と上部電極２２と振動膜２１の組が１つの或いは複数アレイ状に並んだ領域（以下、エレメントと称する。）を有し、エレメントが機械電気変換素子基板２０に複数配設されている。そして、少なくとも、そのエレメント以外の領域の機械電気変換素子基板２０が光透過性を有している。例えば、機械電気変換素子基板２０は、ガラス等の光を透過する材質から成る。また、このエレメント領域においても、光を透過するのが望ましい。その為に、例えば、下部電極２３と上部電極２２が、光透過性を有するスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）やフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン等から成る。振動膜２１としては、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の光透過性を有する材質から成る。また、振動膜が光透過性を有する導電体や半導体からなる場合、振動膜が上部電極を兼ねていても良い。更に、電気配線２４もＩＴＯ等の光透過性を有する材料から成ることが望ましい。また、ボンディング剤２５も、光透過性を有する電気接続剤であることが望ましい。
【００２０】
本実施形態では、電気回路基板３１は光透過性を有する材料から成る。光透過性を有する電気回路基板としては、ガラスエポキシ基板、ガラス基板、フッ素系やポリイミド系やシリコーン等の樹脂系フレキシブルプリント基板等が挙げられる。本実施形態の検査装置においては、機械電気変換素子が、光透過領域を少なくとも一部に備え、さらに、電気回路基板３においても少なくとも一部が光透過性を有する。よって、光源１０からのパルス光などの光を透過させて検査対象１に効果的に照射することができる。このような電気回路基板を用いることにより、図４に示す様に、電気回路基板で反射することも避けられる。
【００２１】
本実施形態の光源１０をより具体的に説明する。本実施形態では、検査対象１（例えば、生体）と光源１０、及び検査対象１と機械電気変換素子の物理的な距離をなるべく短くする。これにより、光源１０からの光や体内などから発せられる超音波などの弾性波の生体などによる減衰を低減する。光源１０の配置は、以下の構成を採用できる。すなわち、光源１０と検査対象１との間に機械電気変換素子を配置し、且つ機械電気変換素子を構成する領域の一部に光透過領域を設けて、該領域を利用して光源１０からのパルス光などの光を検査対象１に導入する。
【００２２】
光源１０の配置に関して、他の構成も可能であるが、機械電気変換素子の受信領域と、検査対象１に向かって光を照射する照射領域とが該光の光路方向から見て略一致する構成であるのが良い。つまり、光を照射する照射領域と超音波などの弾性波を受信する受信領域とが少なくとも一部で重複している構成であれば、本発明が意図する効果を得ることが可能である。好適には、照射領域と受信領域とを夫々弾性波受信面に投影した場合に、夫々の中央部が重なる様に構成するのが良い。
【００２３】
本実施形態では、生体内の腫瘍など、検査対象１の物質に効率良く光照射する為に、光源１０からの光が最短距離で検査対象物質に到達することが好ましいので、面光源の法線方向への光量が多くなるよう設計することが好ましい。また、光源１０は、検査対象物質の吸収が顕著に現れ且つ他の生体物質などを透過し易い波長域の採用が好ましい。その為には、例えば、近赤外領域の波長から適宜選択されるのが良い。このとき、単色性の点から、光源１０として、近赤外光レーザを用いることが好ましい。
【００２４】
この場合、生体などに対して、可視光に限らず、近赤外光など様々な波長の光が用いられるので、機械電気変換素子の光透過部は、必要な波長帯において透過率の高い材料を用いることが好ましい。なお、機械電気変換素子の透過率、或いは光源の発光体の発光効率が小さい場合には、機械電気変換素子や光源において熱を発生することになり、測定誤差の原因となる。その為、用いる光源や機械電気変換素子は、放熱板などを用いて放熱効果を高めておくことが好ましい。
【００２５】
本実施形態の検査装置の動作を説明する。機械電気変換素子、電気回路基板、光源などから成る本実施形態の検査装置は、例えば、ＰＡＴ技術を利用した超音波画像形成装置として機能させることができる。すなわち、本実施形態の検査装置においては、機械電気変換素子の受信信号を用いて、検査対象１の内部情報を画像データとして表示部で表示することができる。内部情報の画像データとは、例えば、断層像であったり、三次元形状であったり、検査対象の構成物に関するパラーメータを画像化したものである。この場合、検査装置内部には、光源１０の波長、駆動タイミング、出力を制御する為の光制御部を備える。更に、光を照射して発生した超音波等の弾性波を検出するだけでなく、通常の超音波診断装置のように超音波を送信して反射して返ってきた反射超音波を検出する為に、機械電気変換素子を超音波送信部として機能させてもよい。ただし、ＰＡＴ技術による場合は、必ずしも超音波の送信を行わなくてもよい。
【００２６】
また、検査装置は、信号処理部である光音響信号処理部（光を照射して発生した弾性波用）と超音波信号処理部（超音波を送信して反射して返ってきた反射超音波用）とを含み構成することもできる。この場合、機械電気変換素子によって、超音波の送・受信を行ない、検査対象１からの反射超音波を処理することで画像を構成する。超音波信号処理部によって前記反射超音波を処理することで構成した画像と、光音響信号処理部によって得られた画像とを重ねて表示することもできる。また、反射超音波を処理することで構成した画像と、光音響効果によって得られた画像とを並べて表示することもできる。このとき、光源１０の光射出制御のタイミングと、機械電気変換素子の送信部としての機能制御及び受信部としての機能制御のタイミングが、装置全体を制御する制御部で適切に行われる様にする。
【００２７】
光音響信号処理部は、エレメントから得られた信号を演算することで、検査対象内で発生した弾性波の方向と強度を算出する。超音波信号処理部は、超音波の送信を行った場合にその送信方向に応じて超音波の反射強度を演算する。超音波の送信を行わない場合には、この超音波信号処理部は省略する。
【００２８】
また、検査装置に画像データ処理部を設けて、ここで、座標変換、エッジ強調、コントラスト調整、光を照射して発生した弾性波による画像と超音波による画像の重ね合わせ、などを実施し、データをモニターにより表示することもできる。
【００２９】
本実施形態によれば、光透過性を有する電極や薄膜などを用いて機械電気変換素子を構成することができるので、機械電気変換素子に光透過性を付与することが容易である。また、光の光路ないし光軸と機械電気変換素子の弾性波受信部を近づけることが可能となる為、機械電気変換素子に正対する検査対象の画像情報などを精密に得ることができる。機械電気変換素子が遮蔽物となることを避ける為に、機械電気変換素子の横から光を導入することも考えられるが、斯かる場合、機械電気変換素子の中央部分の直下付近の検査対象では小さい弾性波の信号しか発生しないか、事実上弾性波を受信できないことになる。本実施形態によれば、こうしたことが避けられる。
【００３０】
第２の実施形態について図３を用いて説明する。本実施形態では、図３の様に、光源１０からの光の光路中の電気回路基板３２の部分に開口４０があり、光源１０からのパルス光などの光が電気回路基板を透過しなくてよい構成となっている。その他は、第１の実施形態と同様である。図３において、図２の部分と同機能の部分には同符号を付している。
【００３１】
本実施形態の様にすることで、電気回路基板のない分、光源１０と検査対象１をより近づけることができ、且つ電気回路基板３２での光の減衰が全くなくなる為、より精度の良い測定が可能となる。また、電気回路基板３２の材料の選択範囲が広がる。
【００３２】
本発明の機械電気変換素子を含む検査装置を用いて、画像形成装置などを構成できる。検査対象は、必ずしも生体に限らない。例えば、ＰＡＴ技術により、検査対象から超音波などの弾性波を発信させることができるのであれば、非破壊検査用の画像形成装置などの検査装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  検査対象１０  光源１２  パルス光などの光２０  機械電気変換素子基板２１  振動膜２２  上部電極２３  下部電極
３１、３２  光を透過可能な電気回路基板
【図１】
2010268095.tif 000003
【図２】
2010268095.tif 000004
【図３】
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【図４】
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