(57)【要約】  感度の向上と不要応答の抑圧とを両立するトランスデューサアレイを提供する。超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子（２１）を備えるトランスデューサアレイ（２０）であって、複数のトランスデューサ素子（２１）は、それぞれの重心位置が２次元状にランダムに配置されており、且つ複数のトランスデューサ素子（２１）は、隙間なく隣接して配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、  前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれの重心位置が２次元状にランダムに配置されており、且つ前記複数のトランスデューサ素子は、隙間なく隣接して配置されていることを特徴とするトランスデューサアレイ。
【請求項２】
超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、  前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれの重心位置が２次元状にランダムに配置されており、  受信ビームの非偏向時において、主応答に対する不要応答レベルが−３０ｄＢ以下であることを特徴とするトランスデューサアレイ。
【請求項３】
前記トランスデューサ素子は、部分球面状に配置されている、請求項１又は２に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項４】
前記トランスデューサ素子は、部分球面状に隣接して配置された複数の円の中心を母点としたボロノイ分割によって規定される形状を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項５】
前記トランスデューサアレイの開口面積に対する、前記トランスデューサ素子の占める面積を示す充填率が、９０％以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項６】
前記複数のトランスデューサ素子の面積の変動係数が、５０％以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項７】
隣接する前記トランスデューサ素子の重心位置間の距離の変動係数が、２５％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイと、  光源から発せられる光を被検体に照射する光照射部とを備え、  前記トランスデューサアレイは、前記光の照射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出して光音響信号を出力することを特徴とする光音響プローブ。
【請求項９】
請求項８に記載の光音響プローブと、  前記光音響信号を処理して、光音響画像データを生成する信号処理部とを備えることを特徴とする光音響計測装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイ、並びにこれを備えた光音響プローブ及び光音響計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  光音響効果を利用して生体等の検査対象物の内部の撮像（光音響イメージング）を行う光音響計測装置が知られている。この撮像を行う際には、まず光音響計測装置が生体に対して所定の波長の光を照射する。すると、生体内部に含まれる物質が光エネルギーを吸収して、生体組織の熱膨張に伴い、弾性波である光音響波が発生する。そして、光音響計測装置が、この光音響波を超音波として検出する。さらに、検出した光音響信号に基づいて光音響計測装置が光音響画像を作成することで、光音響イメージングが行われる。【０００３】  超音波を検出可能なトランスデューサ素子（以降、「素子」と称する場合がある。）を複数配置することで構成されたトランスデューサアレイ（以降、「アレイ」と称する場合がある。）が、光音響イメージングに用いられている。トランスデューサアレイを用いることで、受信ビームを電子的に偏向（ステアリング）することができる。中でも、素子が二次元に配置されている場合には、三次元にわたって受信ビームをステアリングすることで、検査対象物の内部を三次元撮像することができる。【０００４】  アレイの感度を向上させるために、トランスデューサアレイの開口立体角を大きくし、素子を密に配置することが行われている。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、結果として、より深部の検査が行えるようになる。アレイの感度をさらに向上させるためには、素子の電気的インピーダンスを、その素子に接続されるケーブルの電気的インピーダンスやプリアンプの入力インピーダンスと同程度かそれら以下とすることが望ましい。この場合には、素子のサイズをある程度大きくする必要がある。しかしながら、受信する超音波の波長λに対して素子のサイズがλ／２より大きくなると、素子の間隔をλ／２より小さくすることが困難となる。さらにこのとき、素子が等間隔に配列される場合には、グレーティングローブが発生することで不要応答が増加することになる。中でも、受信ビームをステアリングした際には、グレーティングローブの影響を大きく受けることになる。【０００５】  グレーティングローブの発生を抑えるために、素子を不等間隔に配置する試みがなされている。例えば、特許文献１では、対数渦巻線に沿って複数の素子をさまざまな半径において間隔をあけて配置したアレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−９３３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  特許文献１の技術では、素子を所望の配置としたことで、トランスデューサアレイの開口面積に対する素子の占める面積、すなわち素子の充填率が低下しているため、トランスデューサアレイの感度が低下するという課題があった。すなわち、従来の技術では、グレーティングローブの発生を抑えて不要応答を抑圧しようとした場合には、トランスデューサアレイの感度が低下してしまい、感度の向上と不要応答の抑圧とを両立することが困難であった。【０００８】  本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、感度の向上と、不要応答の抑圧とを両立するトランスデューサアレイ、並びにこれを備えた光音響プローブ及び光音響計測装置を提供することを目的とする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は、以下に示す種々の具体的態様を提供する。［１］超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれの重心位置が２次元状にランダムに配置されており、且つ前記複数のトランスデューサ素子は、隙間なく隣接して配置されていることを特徴とするトランスデューサアレイ。【００１０】［２］超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれの重心位置が２次元状にランダムに配置されており、受信ビームの非偏向時において、主応答に対する不要応答レベルが−３０ｄＢ以下であることを特徴とするトランスデューサアレイ。【００１１】［３］前記トランスデューサ素子は、部分球面状に配置されている、［１］又は［２］に記載のトランスデューサアレイ。［４］前記トランスデューサ素子は、部分球面状に隣接して配置された複数の円の中心を母点としたボロノイ分割によって規定される形状を有する、［１］〜［３］のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。【００１２】［５］前記トランスデューサアレイの開口面積に対する、前記トランスデューサ素子の占める面積を示す充填率が、９０％以上である、［１］〜［４］のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。［６］前記複数のトランスデューサ素子の面積の変動係数が、５０％以下である、［１］〜［５］のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。［７］隣接する前記トランスデューサ素子の重心位置間の距離の変動係数が、２５％以下である、［１］〜［６］のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。【００１３】［８］［１］〜［７］のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイと、光源から発せられる光を被検体に照射する光照射部とを備え、前記トランスデューサアレイは、前記光の照射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出して光音響信号を出力することを特徴とする光音響プローブ。【００１４】［９］［８］に記載の光音響プローブと、前記光音響信号を処理して、光音響画像データを生成する信号処理部とを備えることを特徴とする光音響計測装置。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、感度の向上と、グレーティングローブに起因する不要応答の抑圧とを両立させたトランスデューサアレイ、並びにこれを備えた光音響プローブ及び光音響計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第一実施形態の光音響計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第一実施形態のトランスデューサアレイの構造を示す部分斜視図である。
【図３】第一実施形態におけるトランスデューサ素子の配置を説明するための模式図であり、（ａ）はトランスデューサアレイの平面図、（ｂ）はトランスデューサアレイの側面図である。
【図４】第一実施形態におけるトランスデューサ素子の充填率を説明するための模式図である。
【図５】第一実施形態におけるトランスデューサ素子の配置方法を説明するための模式図であり、（ａ）は８個の円を配置した場合を示す図であり、（ｂ）は１２個の円を配置した場合を示す図であり、（ｃ）は１６個の円を配置した場合を示す図である。
【図６】第一実施形態におけるトランスデューサ素子の配置方法を説明するための模式図であり、（ａ）はトランスデューサアレイの平面図、（ｂ）はトランスデューサアレイが設けられる部分球面の側面図である。
【図７】第一実施形態におけるトランスデューサ素子の配置方法を説明するための模式図であり、トランスデューサアレイの平面図である。
【図８】第一実施形態のトランスデューサアレイの素子面積と素子数との関係を示すヒストグラムである。
【図９】第一実施形態のトランスデューサアレイの隣接素子間距離と素子数との関係を示すヒストグラムである。
【図１０】第一実施形態のトランスデューサアレイの焦点移動量が０ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図１１】第一実施形態のトランスデューサアレイの焦点移動量が１ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図１２】参考例１におけるトランスデューサ素子の配置を説明するための模式図であり、（ａ）はトランスデューサアレイの平面図、（ｂ）はトランスデューサアレイの側面図である。
【図１３】参考例１のトランスデューサアレイの焦点移動量が０ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図１４】参考例１のトランスデューサアレイの焦点移動量が１ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図１５】参考例２のトランスデューサアレイの焦点移動量が０ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図１６】参考例２のトランスデューサアレイの焦点移動量が１ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図１７】焦点移動量と不要応答レベルとの関係を示すグラフである。
【図１８】第二実施形態におけるトランスデューサ素子の配置を説明するための模式図であり、（ａ）はトランスデューサアレイの平面図、（ｂ）はトランスデューサアレイの側面図である。
【図１９】第二実施形態のトランスデューサアレイの素子面積と素子数との関係を示すヒストグラムである。
【図２０】第二実施形態のトランスデューサアレイの隣接素子間距離と素子数との関係を示すヒストグラムである。
【図２１】第二実施形態のトランスデューサアレイの焦点移動量が０ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図２２】第二実施形態のトランスデューサアレイの焦点移動量が１ｍｍの場合のビームプロファイルを示す図であり、（ａ）は１次元強度分布を示す図であり、（ｂ）は２次元強度分布を示す図である。
【図２３】変形例におけるトランスデューサ素子の配置を説明するための模式図であり、トランスデューサアレイの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、図面を参照して、本発明の一実施形態としてのトランスデューサアレイ、並びにこれを備えた光音響プローブ及び光音響計測装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１８】  以下の説明では、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、本明細書において、「〜」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前後の数値又は物性値を含むものとして用いることとする。例えば「１〜１００」との数値範囲の表記は、その上限値「１」及び下限値「１００」の双方を包含するものであり、「１以上１００以下」を表す。他の数値範囲の表記も同様である。
【００１９】［１．第一実施形態］  第一実施形態に係る光音響計測装置、光音響プローブ、及びトランスデューサアレイについて、図１〜図１７を参照して説明する。以降、第一実施形態を、単に本実施形態ともいう。なお、本実施形態では、検査対象物が生体の血管である場合を例に挙げて説明する。
【００２０】［１−１．構成］＜全体構成＞  図１に示すように、本実施形態の光音響計測装置１は、光音響プローブ２、制御部４１、プリアンプ部４２、ＡＤ変換部４３、ビームフォーム部４４、信号処理部４５、表示部４６、機械走査部４７、及び位置検出部４８を備えている。光音響プローブ２は、光照射部１０、及びトランスデューサアレイ２０を備えている。さらに、トランスデューサアレイ２０は、超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子２１を備えている。
【００２１】  制御部４１、ビームフォーム部４４、及び信号処理部４５は、光音響計測装置１が備える図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）による演算処理によりプログラムを実行することで実現される機能部位である。ＣＰＵは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Device）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のデータやプログラムを格納するデータ記憶装置に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部４１、ビームフォーム部４４、及び信号処理部４５として機能する。なお、制御部４１、ビームフォーム部４４、及び信号処理部４５における処理機能の実現手段はプログラムに限定されず、光音響計測装置１に搭載されるハードウェアにより実現されてもよい。例えば、制御部４１、ビームフォーム部４４、及び信号処理部４５を、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を内蔵したワンチップマイコンとして構成してもよいし、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の電子回路として構成してもよい。
【００２２】  制御部４１は、光照射部１０、トランスデューサアレイ２０、信号処理部４５、及び機械走査部４７を制御して、これらの動作が同期をとるための信号を出力する。例えば、制御部４１は、光照射部１０に照射光の出力タイミングを制御する出力タイミング信号を送信するとともに、トランスデューサアレイ２０の光音響波の検出タイミングを制御する検出タイミング信号を送信する。このように、制御部４１が光照射部１０とトランスデューサアレイ２０の動作タイミングを制御する信号を送信することで、光音響プローブ２は、照射光の出力と同期して光音響信号を検出することができる。
【００２３】  プリアンプ部４２は、入力信号を増幅する増幅器である。プリアンプ部４２は、後述するトランスデューサアレイ２０の信号電極２２に対応してそれぞれ設けられている（図２参照）。プリアンプ部４２は、各信号電極２２から入力された光音響信号を増幅し、増幅した増幅信号をＡＤ変換部４３に出力する。
【００２４】  ＡＤ変換部４３は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器である。ＡＤ変換部４３は、信号電極２２及びプリアンプ部４２に対応してそれぞれ設けられている。ＡＤ変換部４３は、プリアンプ部４２から入力されたアナログの光音響波信号の増幅信号を、デジタル化された信号に変換する。ＡＤ変換部４３は、デジタル化された信号を、ビームフォーム部４４に出力する。
【００２５】  ビームフォーム部４４は、信号電極２２に対応する複数のＡＤ変換部４３から入力された個々の信号に対して、受信焦点と各信号電極２２との位置関係に応じた遅延時間を与える遅延処理と、遅延処理によって位相を合わせた信号を加算する加算処理との整相加算処理を行う。ビームフォーム部４４は、整相加算処理を行った信号を、信号処理部４５に出力する。
【００２６】  信号処理部４５は、ビームフォーム部４４から入力された信号を受信して、光音響画像データを生成する。信号処理部４５は、入力された信号に、例えば、フィルタ処理、対数圧縮、包絡線検波等の処理を行う。そして、信号処理部４５は、上記のような処理を行った信号に対して、画像生成に必要な処理を行い、光音響画像データを生成する。信号処理部４５は、生成した光音響画像データを表示部４６に出力する。
【００２７】  表示部４６は、信号処理部４５から入力された光音響画像データを受信して、光音響画像を表示する。表示部４６は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）又はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレイである。表示部４６は、信号処理部４５での処理に応じて、二次元の光音響画像を表示してもよく、三次元の光音響画像を表示してもよい。
【００２８】  機械走査部４７は、１次元方向、２次元方向、又は３次元方向に光音響プローブ２を移動させることで、被検体と、光照射部１０及びトランスデューサアレイ２０との位置を変化させるものである。機械走査部４７としては、例えば、永久磁石ローター式誘導電動機を有し、互いに直角な３方向に光音響プローブ２を微動させる自動微動台が用いられる。機械走査部４７によって、トランスデューサアレイ２０が光音響波を検出する位置を機械的に走査することができる。機械走査部４７の動作は、制御部４１によって制御される。
【００２９】  位置検出部４８は、光音響プローブ２の位置を検出する。位置検出部４８としては、例えば、磁気式、赤外線式、超音波式、又は光学式等の位置センサが用いられる。位置検出部４８によって、光音響プローブ２の移動量を検出して、被検体と光音響プローブ２との位置関係を調整することができる。位置検出部４８により検出された光音響プローブ２の位置情報は、制御部４１に出力される。
【００３０】  光音響プローブ２は、図示しない円筒形状の筐体を有している。光音響プローブ２は、筐体の上面に、制御部４１及びプリアンプ部４２と接続されるケーブルを有する。さらに、光音響プローブ２は、筐体の底面に、被検体と接する開口部３０を有する（図３参照）。光照射部１０及びトランスデューサアレイ２０は、この開口部３０に設けられている。光照射部１０の光源から発せられた照射光の照射によって生体内に光音響波が生じ、この光音響波をトランスデューサアレイ２０が検出して光音響信号を出力する。そして、光音響プローブ２から出力された光音響信号は、プリアンプ部４２に入力される。
【００３１】  光照射部１０は、所定の波長の光を発する１以上の図示しない光源を有する。光源としては、検査対象物である被検体に照射光を発して、この照射光により光音響波を発生させるものを用いることができる。このような光源としては、例えば、固体レーザー、ガスレーザー、半導体レーザー、化学レーザー等のレーザーや、発光ダイオード等を用いることができる。中でも、指向性や収束性に優れ、高出力が得られる点からレーザーが好ましく用いられる。また、光源としては、１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出力するパルス光源が好ましい。光源の発する照射光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質に伝播して、この物質の光吸収特性に応じて吸収されうる波長が選択される。例えば、生体内のヘモグロビンを対象として血管を撮像する場合には、近赤外波長域に属する波長が選択される。この場合、通常６００〜１０００ｎｍ、好ましくは７００〜８５０ｎｍの波長域である。
【００３２】  光源から出力された照射光は、例えば光ファイバ、導光板、レンズ及びミラー等の図示しない導光手段を用いて開口部３０まで導光されて、被検体に照射される。本実施形態では、光照射部１０が、トランスデューサアレイ２０と一体として設けられている場合を例に挙げて説明する。光照射部１０による光の照射、及び照射の条件は、制御部４１によって制御される。
【００３３】＜トランスデューサアレイの構成＞（トランスデューサアレイ及びトランスデューサ素子の構造）  トランスデューサアレイ２０及びトランスデューサ素子２１の構造を、図２を参照して説明する。図２は、開口部３０に設けられた共通電極２３及び圧電コンポジット２４の一部分を示すものである。図２に示すように、トランスデューサアレイ２０は、図示しない基板上に設けられた複数の信号電極２２ａ，２２ｂと、共通電極（グランド電極）２３と、信号電極２２ａ，２２ｂと共通電極２３とに挟まれた圧電コンポジット２４とを有している。また、図２では、二つのトランスデューサ素子２１ａ，２１ｂを示している。なお、トランスデューサ素子２１ａ，２１ｂを区別しない場合には、「トランスデューサ素子２１」として符号を付して説明する場合がある。また、信号電極２２ａ，２２ｂを区別しない場合には、「信号電極２２」として符号を付して説明する場合がある。
【００３４】  圧電コンポジット２４は、高さ方向を揃えて２次元格子状に配列されている、略同じ高さの柱状の圧電体２５と、圧電体２５どうしの間及び圧電体２５の周囲に、圧電体２５と略同じ高さで充填されている高分子体２６とからなっている。圧電体２５は、断面四角形の四角柱状に形成されているが、形状はこれに限定されず、断面多角形の多角柱形状であってもよく、断面円形の円柱状であってもよい。製造効率の点から、四角柱状が好ましい。
【００３５】  信号電極２２と共通電極２３は、圧電コンポジット２４を挟んで対向して設けられている。信号電極２２と共通電極２３は、圧電体２５が連続する方向と直交する面において、圧電体２５の長手方向の一方の端部と他方の端部に面してそれぞれ設けられている。信号電極２２は、図示しない信号線によってプリアンプ部４２に電気的に接続されている。信号電極２２から出力された光音響信号は、プリアンプ部４２に入力される。共通電極２３は、光音響波を受信する面に設けられる。共通電極２３は、図示しないアース線によってアース接続される。共通電極２３は、各トランスデューサ素子２１に共通して設けられた接地用電極である。
【００３６】  信号電極２２及び共通電極２３は、導電性の金属又は合金が板状に形成された部材である。信号電極２２及び共通電極２３に用いられる金属としては、特に限定されないが、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル等が挙げられる。信号電極２２及び共通電極２３を圧電コンポジット２４上に形成する方法は特に限定されないが、メッキ、スパッタリング、エッチング、真空蒸着、スクリーン印刷等の方法で形成することができる。
【００３７】  圧電コンポジット２４は、複合体を直交する３軸の方向で捉えた場合、圧電体２５が１軸方向に接続しており、高分子体２６が３軸いずれの方向にも接続している、１−３型の圧電コンポジットを使用している。なお、圧電コンポジット２４としては、１−３型に限定されず、例えば０−３型、３−０型、３−１型、３−２型、３−３型の圧電コンポジットを使用してもよい。光音響波を受けることにより圧電体２５に生じる変形を周囲の高分子体２６が補うことによるアイソレーションの観点、及び圧電コンポジット２４を部分球面状に変形させるためのフレキシブル性の観点から、１−３型の圧電コンポジットが好ましい。柱状の圧電体２５長さと幅との比（長さ／幅）は、特に限定されないが、通常３〜１０、好ましくは４〜６である。
【００３８】  圧電体２５は、例えば、ダイシングマシーン等を用いて圧電材を格子状に切削して、柱状の圧電材の間に所定間隔の間隙を設けることで形成される。圧電材としては、外部から加えられた光音響波による圧力変位を受けて電圧を生じる、圧電効果を示す材料が用いられる。圧電体２５に用いられる圧電材としては、特に限定されないが、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、及びニオブ酸鉛のセラミック等の圧電セラミック；ニオブ酸リチウム、亜鉛酸ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＺＮＴ）、マグネシウム酸ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）等の単結晶等；ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ尿素（ＰＵ）等の有機材料、等が挙げられる。なお、圧電材として有機材料を用いる場合には、特にコンポジット構造をとる必要がないことから、圧電コンポジット２４に代えて圧電材の有機材料よりなる一体の板状圧電体を用いることができる。
【００３９】  高分子体２６は、格子状に切削された圧電体２５の周囲に高分子材料が充填されることによって形成される。高分子体２６に用いられる高分子材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、等の有機合成高分子が挙げられる。
【００４０】  圧電コンポジット２４を挟んで信号電極２２と共通電極２３とが設けられることで、信号電極２２と、これに対向する共通電極２３と、信号電極２２と共通電極２３との間に位置する圧電体２５とによって、トランスデューサ素子２１が構成されている。言い換えれば、トランスデューサ素子２１は、少なくとも、信号電極２２、圧電体２５、及び共通電極２３をこの順で備えるものである。
【００４１】  信号電極２２によって圧電コンポジット２４が分割されることで、信号電極２２に対応する位置に配置される圧電体２５が、各トランスデューサ素子２１に含まれるようグルーピングされている。図２では、５４個の圧電体２５が、二つの信号電極２２ａ，２２ｂによって、２４個と３０個の二つにグルーピングされて、それぞれトランスデューサ素子２１ａ，２１ｂに含まれている。信号電極２２の大きさ、形状を変更することで、トランスデューサ素子２１を所望の大きさ、形状で作成することができる。このように、トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１がトランスデューサアレイ２０に占める領域の設計自由度が高いものとなっている。
【００４２】  なお、図２では、信号電極２２が長方形の場合を例に挙げて説明したが、信号電極２２の形状はこれに限定されず、例えば、多角形、円形、楕円形、星型、又は輪郭が曲線からなる不定形であってもよい。また、多角形の場合は、角に丸みを帯びたものであってもよい。また、図２では、信号電極２２が圧電体２５の格子状の配列に沿って、個々の圧電体２５を覆うようにして配置されているが、信号電極２２と圧電体２５との対応関係はこれに限定されない。例えば、信号電極２２は、圧電体２５の格子状の配列に対して斜めに配置されていてもよい。また、圧電体２５に対して、平面視で信号電極２２の端部の境界線上に圧電体２５が位置するようにして、信号電極２２を配置してもよい。すなわち、信号電極２２は、圧電体２５の一部のみを覆うようにして配置されていてもよい。ただし、このように圧電体２５の一部のみを覆うようにして信号電極２２が配置されて、信号電極２２の境界線上から信号電極２２の外側に圧電体２５が露出している場合には、この圧電体２５は光音響波の検出に寄与することができない。このため、信号電極２２の境界線が、隣接する圧電体２５の間を通るようにして、信号電極２２を配置することが好ましい。これによって、平面視で個々の圧電体２５の全体を信号電極２２で覆うようにして、信号電極２２を配置することにより、光音響波の検出効率を向上させることができる。また、隣接する信号電極２２ａ，２２ｂの間の間隔は、隣接する圧電体２５の間の距離、すなわち圧電体２５の間に挟まれる高分子体２６の厚みを超えないことが好ましい。
【００４３】  トランスデューサアレイ２０が備えるトランスデューサ素子２１の個数は、通常、１０〜１００００個、好ましくは２０〜１０００個、より好ましくは１００〜５００個である。本実施形態では、トランスデューサアレイ２０がトランスデューサ素子２１を２５６個備える場合を例に挙げて説明する。トランスデューサ素子２１の数が増えることで、トランスデューサアレイ２０の分解能が上がる傾向がある。一方、トランスデューサ素子２１の数が増えることで、各トランスデューサ素子２１で得られた光音響信号の増幅、遅延等の処理に必要な回路が増加し、また、計算処理の負荷が増す傾向にある。また、トランスデューサ素子２１からの接続線の本数が増加することで、トランスデューサ素子２１のケーブルが太くなり、取り回し易さが低下する。
【００４４】  トランスデューサ素子２１の信号電極２２側には、図示しないバッキング層が設けられている。バッキング層は、トランスデューサ素子２１の超音波の受信方向の反対側に設けられて、超音波を吸収して減衰させることによりノイズを抑制するものである。バッキング層に用いられる材料としては、例えば、エポキシ樹脂、天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。さらに、バッキング層は、酸化チタン、酸化タングステン、フェライト等の粉末を含有していてもよい。
【００４５】  トランスデューサ素子２１の共通電極２３側には、図示しない音響整合層が設けられている。音響整合層は、トランスデューサ素子２１の超音波の受信方向側に設けられて、圧電コンポジット２４と検査対象物との間の音響インピーダンスを整合させて、これらの境界面での反射を抑制するものである。音響整合層の音響インピーダンスは、圧電コンポジット２４と検査対象物との間の音響インピーダンスに設定されることが好ましい。音響整合層に用いられる材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。圧電コンポジット２４と生体との超音波の伝播効率を向上させるために、音響整合層は、樹脂粒子又は金属粒子を含有してもよい。
【００４６】（トランスデューサ素子の配置）  トランスデューサ素子２１の配置について、図３，図４を参照して説明する。  図３（ａ）は、光音響プローブ２の検査対象物と接する側の開口部３０において、光照射部１０及びトランスデューサアレイ２０の配置関係を示す図である。図３（ａ）は、部分球面状に配置されたトランスデューサ素子２１を、平面上に投射して描いたものである。なお、図３（ａ）では、トランスデューサ素子２１の占める領域を白色の領域で示している。また、トランスデューサ素子２１及び光照射部１０以外の部分が占める領域を黒色の領域で示している。また、トランスデューサ素子２１のそれぞれの重心位置２７を点で示している。図３（ｂ）は、部分球面状に設けられるトランスデューサアレイ２０の構造を説明するための図である。
【００４７】  図３（ａ）では、複数のトランスデューサ素子２１を備えるトランスデューサアレイ２０と、トランスデューサ素子２１に囲まれて中心に配置された光照射部１０との位置関係を示している。図３（ａ）に示すように、トランスデューサアレイ２０では、複数のトランスデューサ素子２１が、それぞれの重心位置２７が２次元状にランダムに配置されている。さらに、複数のトランスデューサ素子２１は、隙間なく隣接して配置されている。なお、本明細書において、トランスデューサ素子２１の配置関係及び形状は、信号電極２２の配置関係によって判断する。すなわち、トランスデューサ素子２１の配置関係及び形状といった場合、信号電極２２の配置関係及び形状をいう。
【００４８】  本明細書において、ランダムとは、グレーティングローブの発生を抑えるようにトランスデューサ素子２１が不規則に配置されていることをいう。さらに、トランスデューサアレイ２０では、グレーティングローブの発生を抑えるトランスデューサ素子２１の不規則な配置が、２次元状に広がっている。グレーティングローブが発生する規則的に配置されたアレイとしては、例えば、正方格子状、矩形格子状、六角格子状、斜方格子状、平行体格子状等の格子状に素子が配列された２次元アレイ、等間隔又は不等間隔で直線状に配列された素子を、平行で等間隔に並べた２次元アレイ、等間隔又は不等間隔で環状に配列された素子を、環の径を等間隔に変えて同心円状に配置した２次元アレイ等が挙げられる。なお、トランスデューサアレイ２０の全体としてグレーティングローブの発生を抑えるものであればよく、トランスデューサアレイ２０の一部に、数個のトランスデューサ素子２１による規則的な配置が出現していてもよい。
【００４９】  本明細書において、トランスデューサ素子２１の重心位置２７とは、トランスデューサ素子２１の信号電極２２の重心位置をいう。信号電極２２の重心位置は、信号電極２２の密度を均一とみなすことで、信号電極２２の図心として算出される。重心位置の算出は、公知の手法により行うことができる。例えば、素子２１の形状が円又は楕円形の場合、それらの中心が重心位置と算出される。また、トランスデューサ素子２１の形状が三角形の場合、各頂点の三本の中線の交点が重心位置と算出される。また、トランスデューサ素子２１の形状が四角形の場合、まず素子２１を第一の対角線で分割して二つの三角形に分割して、分割された三角形それぞれの重心位置を求める。この手順を第一の対角線とは異なる第二の対角線についても行い、分割された三角形それぞれの重心位置を求める。そして、第一の対角線で分割された二つの三角形の重心位置を結ぶ線分と、第二の対角線で分割された二つの三角形の重心位置を結ぶ線分との交点が重心位置と算出される。また、トランスデューサ素子２１の形状が多角形の場合、まず素子２１を対角線で分割して複数の三角形に分割して、分割された三角形それぞれの重心位置を求める。次に、求められた三角形の重心位置を結んだ多角形を作成し、この多角形の重心位置を求める手順を繰り返すことで、重心位置が算出される。また、素子２１の形状が、輪郭が曲線からなる不定形の場合、素子２１の形状を輪郭に内接する多角形に近似して、この多角形の重心位置を算出することで求めることができる。
【００５０】  本明細書において、隙間なく隣接して配置とは、隣り合うトランスデューサ素子２１の信号電極２２が接触している態様をいうものではなく、信号電極２２が互いに接触しない程度に近接して配置されているものをいう。このように、信号電極２２が実質的に隙間なく隣接して配置されている態様により、各トランスデューサ素子２１からの光音響信号を独立して取り出すことができるようになっている。
【００５１】  トランスデューサ素子２１は、隣り合うトランスデューサ素子２１の間で、それぞれの信号電極２２の辺と辺とが面するようにして配置されていることが好ましい。これにより、例えば信号電極２２が点と点で面する場合や、信号電極２２が点と面とで面する場合と比べて、隣り合うトランスデューサ素子２１の間の隙間を減らすようにして、トランスデューサ素子２１を配置することができる。このように配置されるトランスデューサ素子２１の形状は、多角形であることが好ましい。トランスデューサアレイ２０は、開口部３０をトランスデューサ素子２１で埋めるようにして配置されている。
【００５２】  ここで、複数のトランスデューサ素子２１が隙間なく隣接して配置されているのは、本発明者らにより、ランダムに配置されたトランスデューサ素子２１の間に隙間がある場合には、グレーティングローブが発生して、非偏向時の不要応答が増加することがあることを見出したためである。すなわち、ランダムに配置された複数のトランスデューサ素子２１を、隙間なく隣接して配置することで、受信ビームの非偏向時に不要応答が増加することを抑えることができる。
【００５３】  そこで、トランスデューサ素子２１の配置は、トランスデューサアレイ２０の主応答と不要応答との関係から規定することも可能である。この場合、トランスデューサアレイ２０は、受信ビームの非偏向時において、主応答に対する不要応答のレベルが、好ましくは−３０ｄＢ以下、より好ましくは−３５ｄＢ以下、さらに好ましくは−４０ｄＢ以下である。不要応答レベルが上記範囲内であることにより、隣接するトランスデューサ素子２１の間の隙間に起因して生じる不要応答の影響を抑える程度に、トランスデューサ素子２１が隙間なく隣接して配置されたトランスデューサアレイ２０を提供することができる。
【００５４】  不要応答レベルは、トランスデューサアレイ２０のビームプロファイルから求められる。ビームプロファイルは、トランスデューサアレイ２０によって形成される受信ビームについて、受信感度の強度分布を、アレイ中心からの距離との関係で示すものである。ビームプロファイルにおいて、焦点の方向に生じるメインローブに由来する受信感度のピークが、アレイ中心付近の領域に主応答として表れる。このとき、このメインローブに由来するピークが含まれる範囲よりも外側の領域に表れる受信感度の強度を、不要応答とみなす。そして、最も受信感度の強い主応答の受信感度のピーク強度に対する、不要応答に由来する受信感度の強度の中で最も強いピーク強度の比を求め、この比を対数で表すことで不要応答レベル（ｄＢ）が算出される。
【００５５】  光音響イメージングにおける点応答特性は、光吸収の無視できる媒質中に、無視できない光吸収率をもつ材料よりなる微小球を埋め込んだものを対象として測定する。この微小球に光パルスを照射して、発生した光音響波をトランスデューサアレイで受信して取り込み記録することで、点応答特性を測定する。さらに、微小球をトランスデューサアレイに対して相対的に移動して、光パルスの照射と光音響波の受信との操作を繰り返すことで、ビームプロファイルが得られる。このとき、受信ビームプロファイルに着目するときには、光源と微小球の相対的位置関係を一定として測定することが好ましい。また、微小球の半径は、着目する超音波波長の１／２以下が好ましい。なお、同様のビームプロファイルは、超音波の伝搬を数値計算シミュレーションすることによっても求めることもできる。数値計算シミュレーションを行う場合、一般的には、トランスデューサアレイを点受信素子の集合体とみなして数値計算を行う。この点受信素子の間隔は、着目する超音波波長の１／２以下に設定することが好ましい。この条件を満たすには、トランスデューサアレイが圧電コンポジットよりなる場合、それを構成する圧電柱の１つ１つをそれぞれ点受信素子に置き換えれば十分である。
【００５６】  トランスデューサ素子２１は、隣接するトランスデューサ素子２１の間の隙間に起因して生じる不要応答の影響を抑えるものであれば、隣接するトランスデューサ素子２１の間に間隔が空けられていてもよい。より具体的には、隣り合うトランスデューサ素子２１の間の間隔は、トランスデューサ素子２１が受信する光音響波の波長λに対して、好ましくは１／２λ以下、より好ましくは１／３λ以下、さらに好ましくは１／６λ以下である。
【００５７】  トランスデューサ素子２１の配置関係は、トランスデューサアレイ２０の開口面積に対する、トランスデューサ素子２１の占める合計面積を示す充填率によっても示すことができる。この充填率は、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９８％以上、特に好ましくは９９％以上である。充填率が上記範囲内であることにより、隣接するトランスデューサ素子２１の間の隙間に起因して生じる不要応答の影響を抑える程度に、トランスデューサ素子２１が隙間なく隣接して配置されたトランスデューサアレイ２０を提供することができる。なお、充填率の算出において、トランスデューサアレイ２０の開口面積は、トランスデューサ素子２１の占める面積と、隣接するトランスデューサ素子２１によって挟まれた部分の面積とを足し合わせたものをいう。すなわち、図４に示される開口部３０全体の中でも、光照射部１０が配置される部分の面積、及び複数のトランスデューサ素子２１からなる集合体の外側の斜線で示される領域１０２は、トランスデューサアレイ２０の開口面積に含まれない。
【００５８】  トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の面積の変動係数が、好ましくは５０％以下、より好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％である。トランスデューサ素子２１の面積の変動係数が上記範囲内にあることにより、各トランスデューサ素子２１の特性が揃いやすくなる傾向にある。これにより、トランスデューサアレイ２０に含まれるトランスデューサ素子２１から得られる光音響信号の制御が容易となる。トランスデューサ素子２１の面積の変動係数（％）は、トランスデューサ素子２１の面積の標準偏差を、トランスデューサ素子２１の平均値で除算して、１００を乗算することで算出できる。
【００５９】  トランスデューサアレイ２０は、隣接するトランスデューサ素子２１の重心位置２７間の距離（以降、「隣接素子間距離」と称する場合がある。）の変動係数が、好ましくは２５％以下、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下、特に好ましくは２％以下である。トランスデューサ素子２１の隣接素子間距離の変動係数が上記範囲内にあることにより、各トランスデューサ素子２１が略均等な距離間隔で配置される傾向にある。これにより、トランスデューサアレイ２０全体にトランスデューサ素子２１を偏りが少なくなるように配置して、トランスデューサ素子２１の間に生じる空隙を抑えることができる。トランスデューサ素子２１の隣接素子間距離の変動係数（％）は、トランスデューサ素子２１の隣接素子間距離の標準偏差を、トランスデューサ素子２１の隣接素子間距離の平均値で除算して、１００を乗算することで算出できる。
【００６０】  隣接素子間距離について、図３（ａ）を参照して説明する。素子２１ａの隣接素子間距離といった場合、図３（ａ）に示すように、素子２１ａと隣接する、素子２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇとのそれぞれの重心位置２７間の距離をいう。ここでは、素子２１ａと素子２１ｆとの隣接素子間距離Ｌ1を図示しているが、素子２１ａと、素子２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｇそれぞれとの隣接素子間距離についても、素子２１ａの隣接素子間距離である。そして、上述した隣接するトランスデューサ素子２１の隣接素子間距離の変動係数とは、トランスデューサアレイ２０に含まれる全てのトランスデューサ素子２１についての隣接素子間距離の変動係数を示すものである。
【００６１】  なお、トランスデューサ素子２１の充填率、面積、及び隣接素子間距離を測定するにあたっては、トランスデューサアレイ２０に含まれるトランスデューサ素子２１の信号電極２２の大きさを実測することにより測定することができる。このとき、必要に応じて、拡大鏡や顕微鏡を用いて観察して測定してもよい。
【００６２】  図３（ｂ）に示すように、トランスデューサアレイ２０は、光音響プローブ２の開口部３０において、部分球面３１をなして設けられる。部分球面３１は、半径３０ｍｍの球において、頂点が球の中心位置と一致して、頂角９０度で母線の長さ３０ｍｍである円錐の底面によって切り取られた球欠の側面部分である球冠の形状を有する。部分球面３１は、開口部３０の口径が４２．４ｍｍであり、口径に対する焦点距離の比を表すＦナンバーが０．８となっている。トランスデューサ素子２１は、このような部分球面３１上の凹面部に配置されている。
【００６３】  トランスデューサアレイ２０は、圧電コンポジット２４が部分球面３１を形成するように成形されている。このような部分球面状に成形された圧電コンポジット２４は、例えば、板状の圧電コンポジット２４を加熱して、予め加熱した球面凹状の金型と球面凸状とによって挟み込み、球殻型に湾曲させることで得ることができる。さらに、部分球面状に成形された圧電コンポジット２４に、信号電極２２及び共通電極２３、並びに信号線及びアース線を設けることで、トランスデューサ素子２１が得られる。トランスデューサ素子２１は、共通電極２３を凹面側に向けて、部分球面状に配置されている。
【００６４】（トランスデューサ素子の配置方法）  トランスデューサ素子２１の配置方法について、図５〜図７を参照して説明する。  トランスデューサ素子２１の配置は、部分球面状に複数の円を隣接して配置する隣接円配置工程と、隣接円配置工程で配置された複数の円に挟まれた領域を分割する分割工程とによって行うことができる。
【００６５】  まず、隣接円配置工程について説明する。隣接円配置工程では、基本円に隣接するように追加円を設置することで行われる。以降、基本円と追加円とを区別しない場合、あわせて仮想円と称する場合がある。始めに、図５（ａ）に示すように、アレイ中心１１０の近くに４個の基本円１１１を設置する（ステップＳ１）。仮想円の設置は、図３（ｂ）を参照して説明した部分球面３１の表面に仮想円の外周が接するようにして行われる。このとき、各基本円１１１の中心間距離を、基本円の直径の２倍未満に設定する。これは、後述する追加円１１２を設置する際に、追加円１１２が中心１１０と重なる位置に設置されないようにするためである。なお、基本円１１１及び追加円１１２、並びに後述する追加円の直径は、同じ長さに設定する。これら仮想円の直径は、隣り合うトランスデューサ素子２１どうしの重心位置２７間の最小距離に相当するため、トランスデューサアレイ２０の所望の性能に応じて適宜設定することができる。アレイ中心１１０は、トランスデューサアレイ２０の中心に相当する位置である。
【００６６】  次に、図５（ａ）に示すように、ステップＳ１で配置した基本円１１１のうちの少なくとも２個に接して、且つアレイ中心１１０からの距離が最小となるところに追加円１１２を設置する（ステップＳ２）。なお、ここでは、４個の追加円１１２を設置している。
【００６７】  さらに、図５（ｂ）に示すように、ステップＳ１で設置した基本円１１１に、ステップＳ２で設置した４個の追加円１１２を加えた８個の仮想円を基本円１１３として、ステップＳ２と同様に追加円１１４を設置する（ステップＳ３）。なお、ここでは、４個の追加円１１４を設置している。
【００６８】  以降同様にして、追加円を設置する。例として、図５（ｃ）に示すように、基本円１１３に、ステップＳ３で設置した４つの追加円１１４を加えた１２個の仮想円を基本円１１５として、ステップＳ２と同様に追加円１１６を設置する。なお、ここでは、４個の追加円１１６を設置している。
【００６９】  このようにして、追加円の設置を繰り返すことで、多数の仮想円を隣接して部分球面状に配置することができる。図６（ａ）では、アレイ中心１１０の周囲に設置された基本円１１７に加えて、さらに４個の追加円１１８を設置するところを示している。図６（ｂ）は、部分球面１１９をなして設置された基本円１１７及び追加円１１８を側面視で示している。部分球面１１９は、上述した部分球面３１と同様の球冠の形状を有する。このようにして、トランスデューサアレイ２０の設計に応じて所望の数の仮想円が設置されるまで、追加円の設置を繰り返す。図７に示すように、仮想円の設置は、設置する追加円が開口部３０と同形状及び同面積となる仮想開口部１３０内に位置する限り行うことができる。本実施形態では、仮想開口部１３０に、２５６個の仮想円１２１を設置した。なお、図７では、仮想円１２１の占める領域を白色の領域で示している。仮想円１２１以外の部分が占める領域を黒色の領域で示している。
【００７０】  次に、分割工程について説明する。分割工程では、隣接円配置工程で配置された仮想円１２１に挟まれた領域を分割して、この分割された領域にまで仮想円１２１の占める領域を拡張する。仮想円１２１に挟まれた領域の分割は、この領域に隣接する仮想円１２１の中心から最も近い領域が、その仮想円１２１に組み込まれるようにして行う。このとき、部分球面に設置した仮想円１２１に対して、部分球面状の仮想開口部１３０の面上で分割を行っている。
【００７１】  分割工程は、隣接円配置工程で配置された複数の仮想円１２１の中心を母点としたボロノイ分割によって行うことができる。ボロノイ分割とは、ある面上に複数の点（以下、「母点」と称する場合がある。）が配置されているとき、その面上の任意の点が最も近い母点に帰属するものとして面を分割することをいう。具体的には、ボロノイ分割は、近接する母点間を線分で結び、この母点間の線分の垂直二等分線を引き、この垂直二等分線を繋いだボロノイ境界を作成することで行われる。ボロノイ分割によって、仮想開口部１３０の面が、ボロノイ境界によって規定される多角形状のボロノイ領域に分割されたボロノイ図が得られる。このボロノイ領域は、それぞれ仮想円１２１の中心を一つずつ有している。また、ボロノイ分割によって、隣接する仮想円１２１との間の領域を区切るボロノイ境界を境界線として、仮想円１２１の占める領域が拡張される。
【００７２】  このようにして、図３（ａ）に示すように、トランスデューサ素子２１を配置したトランスデューサアレイ２０が得られる。ボロノイ境界によって区切られるボロノイ領域によって、信号電極２２の形状、すなわちトランスデューサ素子２１の形状が決定されている。上記説明の通り、トランスデューサ素子２１は、部分球面状に隣接して配置された複数の円の中心を母点としたボロノイ分割によって規定される形状を有するということができる。
【００７３】  隣接円配置工程により、部分球面上において、少なくとも２つの基本円１１１に隣接するように追加円１１２が設置されることから、仮想円１２１は六方充填のような細密充填で配置されずに、位置にゆらぎを持って配置される。このため、仮想円１２１は多少の粗密をもって配置されている。さらに、この状態で分割工程を経ることで仮想円１２１が拡張されることによって、トランスデューサ素子２１は、それぞれの重心位置２７が規則的な配置とはならず、ランダムに配置されることになる。また、トランスデューサ素子２１の形状は、ボロノイ分割によって規定されるものであるが、隣接して配置された直径が同じ仮想円１２１の中心を基にして定められている。このため、完全にランダムに配置された点を母点としてボロノイ分割する場合と比べて、トランスデューサ素子２１の面積のばらつきが小さく、隣接するトランスデューサ素子２１の重心位置２７間の距離のばらつきが小さくなる。また、母点をランダムに配置してボロノイ分割を行い、得られたボロノイ図の中からばらつきが少ないものを抽出する場合と比べて、本実施形態の配置方法によれば、計算に要するリソースを軽減して、短時間でトランスデューサ素子の配置を行うことが出来る。
【００７４】［１−２．動作と特性］  光音響計測装置１は、上述のように構成されており、光照射部１０から被検体に照射光を照射する。トランスデューサアレイ２０は、被検体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を出力する。そして、信号処理部４５が、光音響信号を処理することで光音響画像データを生成して、表示部４６が光音響画像を表示する。このとき、ビームフォーム部４４によって、複数のトランスデューサ素子２１からの光音響信号の遅延時間を制御することで、受信ビームの焦点位置を、幾何学的焦点位置から電子的に偏向（ステアリング）させることができる。また、機械走査部４７によって光音響プローブ２を移動させることで、照射光の照射位置と光音響波の検出位置とを機械的に走査することができる。このとき、位置検出部４８によって光音響プローブ２の位置を検出することで、制御部４１を介して機械走査部４７による移動方向、移動量、及び移動速度が制御される。また、制御部４１によって、光照射部１０、トランスデューサアレイ２０、信号処理部４５、及び機械走査部４７の動作を連携させることで、所望の位置及びタイミングでの照射光の照射と光音響波の検出とを行うことができる。これにより、光音響計測装置１では、機械的走査による撮像と、電子フォーカスによる撮像とを組み合わせて、光音響イメージングを行うことができる。また、機械走査部４７を省略して、手動にて光音響プローブ２を移動し、その位置を位置検出部４８によって検出することもできる。
【００７５】  本実施形態のトランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の面積の分布が図８に示す関係にあり、また、隣接素子間距離の分布が図９に示す関係にある。トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の面積の平均が０．９４２ｍｍ2、標準偏差が０．０５８ｍｍ2であり、変動係数が６．２％である。また、トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の隣接素子間距離の平均が２．４７ｍｍ、標準偏差が０．０３１ｍｍであり、変動係数が１．３％である。また、トランスデューサアレイ２０の充填率は、９８％である。
【００７６】  トランスデューサアレイ２０のビームプロファイルを数値計算シミュレーションにより推定した。本明細書では、ビームプロファイルは、ＸＹＺ３軸方向の直交座標系において、Ｚ軸がアレイの中心を通り、非偏向時の受信ビームの向きがＺ軸の向きと一致するようにしてＸＹ平面上にトランスデューサアレイ２０を置いた場合に、アレイの中心からＸＹ方向に±３ｍｍ四方までの範囲の受信感度を示している。
【００７７】  図１０（ａ），図１０（ｂ）は、電子的偏向による焦点位置の移動量（以降、「焦点移動量」と称する場合がある。）が０ｍｍ、すなわち受信ビームの偏向を行っていない場合のトランスデューサアレイ２０のビームプロファイルを示している。
【００７８】  図１０（ａ）は、アレイ中心を通るＹ軸方向からの１次元強度分布を示している。図１０（ａ）では、横軸にＸ軸のアレイ中心からの距離（ｍｍ）を、縦軸に受信感度の強度を示している。図１０（ａ）に示すように、Ｘ＝０ｍｍの位置に主応答であるメインローブのピークが表れている。なお、図１０（ａ）では、受信感度の強度の振幅を、主応答の受信感度を１とした相対値で表している。
【００７９】  図１０（ｂ）は、Ｚ軸方向から受信感度の２次元強度分布を示している。図１０（ｂ）では、横軸にＸ軸のアレイ中心からの距離（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸のアレイ中心からの距離（ｍｍ）を示し、受信感度の強度を、主応答であるメインローブのピークの受信感度に対する比の対数（ｄＢ）で示している。
【００８０】  次に、図１１（ａ），図１１（ｂ）に、焦点移動量がＸ軸方向に１ｍｍの場合のトランスデューサアレイ２０のビームプロファイルを示す。図１１（ａ）は、図１０（ａ）と同様に、１次元強度分布を示している。また、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）と同様に、２次元強度分布を示している。
【００８１】  さらに、参考例１として、扇形形状のトランスデューサ素子２２１を隙間なく規則的に配列したトランスデューサアレイ２２０を挙げる。トランスデューサアレイ２２０は、トランスデューサアレイ２０と略同じ開口面積を有している。
【００８２】  トランスデューサアレイ２２０は、図１２（ａ）に示すように、円の中心を除いた環の部分を、９個の環に分割することで、９個の径の異なる環がそれぞれの外周と内周とを隣接させて配置されている。さらに、それぞれ環を等分割することで、扇形状の素子２２１が形成されている。素子２２１の数は、一番内側の環から外側の環に向けて、それぞれ８，１６，２０，２４，２８，３２，３６，４４，４８個存在し、トランスデューサアレイ２２０全体で２５６個の素子２２１を有している。さらに、トランスデューサアレイ２２０では、素子２２１の面積が同じとなるように環の幅を設定している。トランスデューサアレイ２２０は、図１２（ｂ）に示すように、部分球面２３１をなして設けられる。部分球面２３１は、部分球面３１と同様に、半径３０ｍｍの球における球冠の形状を有する。トランスデューサ素子２２１は、部分球面２３１上の凹面部に、部分球面状に配置されている。
【００８３】  トランスデューサアレイ２２０のビームプロファイルを、図１３（ａ），図１３（ｂ），図１４（ａ），図１４（ｂ）に示す。図１３（ａ）は、図１０（ａ）と同様に、焦点移動量が０ｍｍの１次元強度分布を示している。また、図１３（ｂ）は、図１０（ｂ）と同様に、焦点移動量が０ｍｍの場合の２次元強度分布を示している。また、図１４（ａ）は、図１１（ａ）と同様に、焦点移動量が１ｍｍの場合の１次元強度分布を示している。また、図１４（ｂ）は、図１１（ｂ）と同様に、焦点移動量が１ｍｍの場合の２次元強度分布を示している。
【００８４】  またさらに、参考例２として、円形のトランスデューサ素子３２１を隙間なく配列したトランスデューサアレイ３２０を挙げる（図７参照）。トランスデューサアレイ３２０は、トランスデューサアレイ２０と略同じ開口面積を有している。トランスデューサアレイ３２０は、図７を参照して説明した隣接円配置工程において仮想円を配置して、分割工程を行わずに、仮想円の位置及び形状をそのまま信号電極の位置及び形状としたものである。これにより、トランスデューサアレイ３２０は、円形のトランスデューサ素子３２１が部分球面状にランダムに配置されている。トランスデューサアレイ３２０の充填率は、８３％である。
【００８５】  トランスデューサアレイ３２０のビームプロファイルを、図１５（ａ），図１５（ｂ），図１６（ａ），図１６（ｂ）に示す。図１５（ａ）は、図１０（ａ）と同様に、焦点移動量が０ｍｍの場合の１次元強度分布を示している。また、図１５（ｂ）は、図１０（ｂ）と同様に、焦点移動量が０ｍｍの場合の２次元強度分布を示している。また、図１６（ａ）は、図１１（ａ）と同様に、焦点移動量が１ｍｍの場合の１次元強度分布を示している。また、図１６（ｂ）は、図１１（ｂ）と同様に、焦点移動量が１ｍｍの場合の２次元強度分布を示している。
【００８６】  図１７は、第一実施形態のアレイ２０、参考例１のアレイ２２０、参考例２のアレイ３２０、及び後述する第二実施形態のアレイ４２０について、それぞれの焦点移動量と不要応答レベルとの関係を示している。なお、ここでは、焦点から０．８ｍｍ以上離れた領域の応答を不要応答とみなして、不要応答レベルを算出した。
【００８７】  図１３（ａ），図１３（ｂ）と、図１５（ａ），図１５（ｂ）とのビームプロファイルの対比から、受信ビームの非偏向時に、アレイ３２０は、アレイ中心の周囲の２ｍｍ付近の位置に不要応答が表れていることが分かる。このことから、円形形状の素子３２１をランダムに配置したアレイ３２０では、素子３２１の間に存在する隙間に起因して、グレーティングローブが生じることで、不要応答が増加していると考えられる。一方で、図１０（ａ），図１０（ｂ）のビームプロファイルから明らかなように、アレイ２０では、素子２１が隙間なく隣接して配置されているために、非偏向時の不要応答がアレイ２２０と同程度であることが分かる。
【００８８】  次に、図１４（ａ），図１４（ｂ）と、図１６（ａ），図１６（ｂ）とのビームプロファイルの対比から、受信ビームの偏向時に、アレイ２２０は、アレイ中心からＸ軸方向に−０．８ｍｍ付近の位置に不要応答が大きく表れていることが分かる。このことから、扇形形状の素子２２１を配置したアレイ２２０では、素子２２１の配置の規則性に起因して、グレーティングローブが生じることで不要応答が増加しているといえる。一方で、円形形状の素子３２１をランダムに配置したアレイ３２０では、アレイ中心からＸ軸方向に−１ｍｍ付近の不要応答が、アレイ２２０よりも抑えられている。同様に、図１１（ａ），図１１（ｂ）のビームプロファイルから明らかなように、アレイ２０では、アレイ中心からＸ軸方向に−１ｍｍ付近の不要応答が抑えられている。これは、アレイ２０，３２０では、素子２１，３２１がランダムに配置されていることで、グレーティングローブが抑制されたものと考えられる。
【００８９】  さらに、図１７に示されるように、参考例１のアレイ２２０では、焦点移動量が１ｍｍの偏向時にグレーティングローブに起因する不要応答レベルが大きく増加していた。一方、参考例２のアレイ３２０では、偏向時の不要応答を抑圧できていたものの、焦点移動量が０ｍｍの非偏向時にはかえって不要応答レベルが増加してしまっていた。これらに対して、本実施形態のアレイ２０は、偏向時には参考例２のアレイ３２０と同程度の不要応答レベルでありながら、非偏向時には参考例１のアレイ２２０と同程度の不要応答レベルとなっている。すなわち、本実施形態のアレイ２０は、規則的な配列のアレイに生じる偏向時の不要応答を抑圧するとともに、素子間に隙間があるアレイに生じる非偏向時の不要応答についても抑圧したものである。より具体的には、非偏向時における不要応答レベルは、アレイ２０では０．０２６９（＝−３１．４ｄＢ）、アレイ３２０では０．０５８９（＝−２４．６ｄＢ）、アレイ２２０では０．０１９６（＝−３４．２ｄＢ）であった。
【００９０】  トランスデューサアレイ２０は、受信ビームの非偏向時に不要応答が少なく、好適に光音響イメージングを行うことができる。このため、例えば、広い範囲の撮像が要求される場合では、機械走査部４７によって光音響プローブ２を動かすことでアレイ２０の位置を変えて撮像を行い、狭い範囲の撮像では、電子的偏向を行うことで高感度に光音響イメージングを行うことができる。このような狭い範囲の撮像とは、好ましくはアレイ中心から０〜０．４ｍｍの範囲、より好ましくはアレイ中心から０〜０．３ｍｍの範囲、さらに好ましくはアレイ中心から０〜０．２ｍｍの範囲である。
【００９１】［１−３．作用及び効果］  本実施形態に係るトランスデューサアレイ２０、光音響プローブ２、及び光音響計測装置１は、上述のように構成されるため、以下のような作用及び効果を得ることができる。
【００９２】［１］トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１が、隙間なく隣接して配置されていることにより、光音響プローブ２の開口部３０がトランスデューサ素子２１により覆われることになる。これによって、被検体から発生する光音響波をトランスデューサ素子２１により検出することで、光音響波を開口部３０のトランスデューサ素子２１が設けられてない部分で受けることによるロスを軽減することにより、感度を向上させることができる。また、トランスデューサ素子２１が、隙間なく隣接して配置されていることにより、素子間に隙間が存在するように配置された場合に生じるグレーティングローブに起因する非偏向時の不要応答を抑圧することができる。さらに、トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の重心位置２７が２次元状にランダムに配置されていることにより、素子が規則的に配置された場合に生じるグレーティングローブに起因する偏向時の不要応答を抑圧することができる。すなわち、トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の充填率を上げることによる感度の向上と、グレーティングローブに起因する不要応答の抑圧とを両立したものである。
【００９３】［２］また、トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の重心位置２７が２次元状にランダムに配置されている。さらに、トランスデューサアレイ２０は、受信ビームの非偏向時において、主応答に対する不要応答レベルが−３０ｄＢ以下である。これにより、トランスデューサ素子２１が隙間なく隣接して配置された、トランスデューサアレイ２０が得られる。よって、上記［１］と同様に、トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１の充填率を上げることによる感度の向上と、グレーティングローブに起因する不要応答の抑圧とを両立することができる。
【００９４】［３］トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１が、部分球面状に配置されている。これにより、トランスデューサ素子２１がなす幾何学的な焦点付近から発せられた超音波を効率的に検出することができる。また、トランスデューサアレイ２０は、隣接円配置工程と分割工程とによって、トランスデューサ素子２１を部分球面状に、ランダム且つ隙間なく隣接して配置することができる。
【００９５】［４］トランスデューサアレイ２０は、トランスデューサ素子２１が、部分球面状に隣接して配置された複数の円の中心を母点としたボロノイ分割によって規定される形状を有する。トランスデューサ素子２１がこのような形状を有することにより、球面状の領域にトランスデューサ素子がランダムに配置されるとともに、トランスデューサ素子２１の面積及び隣接素子間距離のばらつきを抑えることができる。
【００９６】［２．第二実施形態］  第二実施形態に係るトランスデューサアレイについて、図１７〜図２０を参照して説明する。以降、第二実施形態を、単に本実施形態ともいう。第二実施形態は、第一実施形態に係る光音響計測装置１及び光音響プローブ２において、トランスデューサアレイ２０をトランスデューサアレイ４２０に変更した以外は同様に構成されている。そこで、第一実施形態と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。
【００９７】［２−１．構成］＜トランスデューサアレイの構成＞（トランスデューサアレイ及びトランスデューサ素子の構造）  図１８（ａ）に示すように、トランスデューサアレイ４２０は、超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子４２１を備えている。トランスデューサ素子４２１は、図２を参照して説明したトランスデューサアレイ２０と同様の層構造となっているが、信号電極２２の形状が異なり、素子４２１の配置関係も変化している。
【００９８】（トランスデューサ素子の配置）  図１８（ａ）は、光音響プローブ２の検査対象物と接する側の開口部４３０において、光照射部１０及びトランスデューサアレイ４２０の配置関係を示す図である。図１８（ａ）は、部分球面状に配置されたトランスデューサ素子４２１を、平面上に投射して描いたものである。なお、図１８（ａ）では、トランスデューサ素子４２１の占める領域を白色の領域で示している。また、トランスデューサ素子４２１及び光照射部１０以外の部分が占める領域を黒色の領域で示している。
【００９９】  トランスデューサアレイ４２０は、図１８（ａ）に示すように、複数のトランスデューサ素子４２１が、それぞれの重心位置が２次元状にランダムに配置されている。また、トランスデューサアレイ４２０は、図１８（ｂ）に示すように、部分球面４３１をなして設けられる。部分球面４３１は、部分球面３１と同様に、半径３０ｍｍの球における球冠の形状を有する。トランスデューサ素子４２１は、部分球面４３１上の凹面部に、部分球面状に配置されている。さらに、複数のトランスデューサ素子４２１は、隙間なく隣接して配置されている。また、トランスデューサ素子４２１は、隣り合うトランスデューサ素子４２１の間で、それぞれの信号電極２２の辺と辺とが面するようにして配置されている。また、トランスデューサ素子４２１の形状は、多角形である。そして、トランスデューサアレイ４２０は、トランスデューサアレイ２０と比べて、重心位置、並びにトランスデューサ素子４２１の形状及び面積のばらつきが増している。
【０１００】  トランスデューサアレイ４２０は、トランスデューサアレイ４２０に含まれるトランスデューサ素子４２１の最小面積に対する最大面積の比（以降、「最大最小面積比」と称する場合がある。）が、好ましくは１５以下、より好ましくは１０以下、更に好ましくは５以下である。最大最小面積比が上記範囲の上限よりも多すぎると、トランスデューサアレイ２２０と同程度かそれ以上の不要応答が偏向時に発生することがある。
【０１０１】（トランスデューサ素子の配置方法）  トランスデューサ素子４２１の配置方法について説明する。  トランスデューサ素子４２１の配置は、部分球面上にランダムな点を配置する仮想点配置工程と、仮想点配置工程で配置された点を母点としたボロノイ分割を行う分割工程と、ボロノイ分割で得られたボロノイ図の中から所望のボロノイ図を抽出する抽出工程とによって行うことができる。
【０１０２】  まず、仮想点配置工程では、所望の個数の点（仮想点）を、開口部４３０と同形状及び同面積となる仮想開口部内に無作為な位置に設置する。本実施形態では、２５６個の仮想点を部分球面状に設置している。
【０１０３】  次に、分割工程では、ボロノイ分割によって、仮想点配置工程で配置された仮想点を母点として、仮想開口部の面を多角形状のボロノイ領域に分割したボロノイ図を得る。このとき、部分球面状の仮想開口部の面上で分割を行っている。
【０１０４】  さらに仮想点配置工程と分割工程とを１セットとするボロノイ図の作成を複数回繰り返す。ボロノイ図作成の回数を繰り返すほど、最大最小面積比が低くなり不要応答が抑えられた所望のボロノイ図が得られやすくなる傾向にあるため、好ましくは１０4回、より好ましくは１０6回、さらに好ましくは１０8回行う。本実施形態では、ボロノイ図の作成を１０4回行った。
【０１０５】  続いて、抽出工程では、分割工程で得られたボロノイ図の中から、最大最小面積比が最も小さいボロノイ図を抽出する。抽出されたボロノイ図のボロノイ領域によって、トランスデューサ素子４２１の配置が決定される。
【０１０６】  このようにして、図１８（ａ）に示すように、トランスデューサ素子４２１を配置したトランスデューサアレイ４２０が得られる。ボロノイ境界によって区切られるボロノイ領域によって、信号電極２２の形状、すなわちトランスデューサ素子４２１が決定されている。上記説明の通り、トランスデューサ素子４２１は、ランダムに配置された複数の点を母点としたボロノイ分割によって規定される形状を有するということができる。
【０１０７】  仮想点配置工程と分割工程とを複数行い、さらに抽出工程を行うことによって、ランダムに配置された仮想点を基にして、トランスデューサ素子４２１の配置、並びに形状及び面積を決定することができる。これにより、第一実施形態のトランスデューサアレイ２０と同程度の不要応答レベルを示すトランスデューサアレイ４２０を得ることができる。なお、最大最小面積比がトランスデューサアレイ２０と同程度になるトランスデューサ素子４２１を得るためには、ボロノイ図の作成回数が１０20回程度を要する。
【０１０８】［２−２．動作と特性］  第二実施形態では、トランスデューサアレイ２０と同様に、トランスデューサアレイ４２０が被検体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を出力する。また、複数のトランスデューサ素子４２１からの光音響信号の遅延量を制御することで、受信ビームの焦点位置を電子的に偏向（ステアリング）させることができる。
【０１０９】  トランスデューサアレイ４２０は、トランスデューサ素子４２１の面積の分布が図１９に示す関係にあり、また、隣接素子間距離の分布が図２０に示す関係にある。トランスデューサアレイ４２０は、トランスデューサ素子４２１の面積の平均が１．０２３ｍｍ2、標準偏差が０．４７８ｍｍ2であり、変動係数が４６．７％である。また、トランスデューサアレイ４２０は、トランスデューサ素子４２１の隣接素子間距離の平均が１．９６３ｍｍ、標準偏差が０．４６５ｍｍであり、変動係数が２３．７％である。また、トランスデューサアレイ２２０の最大最小面積比は、１０である。また、トランスデューサアレイ２２０の充填率は、９９％以上である。
【０１１０】  トランスデューサアレイ４２０のビームプロファイルを数値計算シミュレーションにより推定した。トランスデューサアレイ４２０のビームプロファイルを、図２１（ａ），図２１（ｂ），図２２（ａ），図２２（ｂ）に示す。図２１（ａ）は、図１０（ａ）と同様に、焦点移動量が０ｍｍの１次元強度分布を示している。また、図２１（ｂ）は、図１０（ｂ）と同様に、焦点移動量が０ｍｍの場合の２次元強度分布を示している。また、図２２（ａ）は、図１１（ａ）と同様に、焦点移動量が１ｍｍの場合の１次元強度分布を示している。また、図２２（ｂ）は、図１１（ｂ）と同様に、焦点移動量が１ｍｍの場合の２次元強度分布を示している。
【０１１１】  図２１（ａ），図２１（ｂ）のビームプロファイルから明らかなように、アレイ４２０では素子２１が隙間なく隣接して配置されているために、非偏向時の不要応答がアレイ２０，２２０と同程度であることが分かる。
【０１１２】  また、図２２（ａ），図２２（ｂ）のビームプロファイルから明らかなように、アレイ中心からＸ軸方向に−０．８ｍｍ付近の不要応答が抑えられており、アレイ２０，３２０と同程度となっている。これは、アレイ４２０においても、素子４２１がランダムに配置されていることで、グレーティングローブが抑制されたものと考えられる。
【０１１３】  さらに、図１７に示されるように、本実施形態のアレイ４２０は、偏向時には参考例２のアレイ３２０と同程度の不要応答レベルでありながら、非偏向時には参考例１のアレイ２２０と同程度の不要応答レベルとなっている。すなわち、本実施形態のアレイ４２０は、規則的な配列のアレイに生じる偏向時の不要応答を抑圧するとともに、素子間に隙間があるアレイに生じる非偏向時の不要応答についても抑圧したものである。なお、アレイ４２０は、受信ビームの非偏向時において不要応答レベルが０．０１９６（＝−３４．２ｄＢ）であった。
【０１１４】  トランスデューサアレイ４２０は、上述のように構成されることで、トランスデューサ素子４２１の充填比率を上げることによる感度の向上と、グレーティングローブに起因する不要応答の抑圧とを両立したものである。さらには、トランスデューサアレイ４２０は第一実施形態のアレイ２０と同様な不要応答レベルを示していることから、重心位置が２次元状にランダムに配置されており、且つ隙間なく隣接して配置されているトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイによって、本発明の効果を奏することが確認された。
【０１１５】［３．その他］＜トランスデューサ素子の配置＞  上記の実施形態では、隣接円配置工程において、４個の基本円１１１を、等間隔に、且つアレイ中心１１０を中心にしてアレイ中心１１０から等距離に設置した。このように、４個の基本円１１１が４回対象性を有しているため、追加円１１２，１１３，１１６が対称な位置関係で配置されて、仮想円１２１も４回対称性を有しているが、仮想円の配置はこれに限定されない。例えば、基本円１１１の配置を不均等な位置関係にすることで、仮想円が対称性を持たないように配置してもよい。
【０１１６】  また、上記の実施形態では、基本円１１１を４個設置する場合について説明したが、基本円１１１の数は、４個に限定されず、１以上の任意の個数を設置することができる。但し、仮想円とアレイ中心とが重ならないようにして仮想円を設置する場合には、基本円１１１の数は３個以上で行うことが好ましい。
【０１１７】  また、上記の実施形態では、仮想円がアレイ中心１１０と重ならないように、アレイ中心１１の周辺部を空けるようにして仮想円を設置した。これは、アレイ中心１１０の位置に光照射部１０を設けるに行ったものであるため、光照射部１０の位置をアレイ中心１１０以外の位置に変更する場合には、アレイ中心１１０の位置に仮想円を設置してもよい。この場合、任意の位置に光照射部１０を設けるための所定の領域を設けて、この領域と仮想円とが重ならないようにして、仮想円を設置すればよい。
【０１１８】  また、上記の実施形態では、円形状の仮想円を互いに隣接して設置する場合を例に挙げて説明した。設置を行う際の図形の形状は円に限られず、楕円形又は多角形を隣接して設置してもよい。設置を行う際の計算が容易になる点、また設置した後の隣接する各図形の中心位置間の距離が均等になる点からは、円形状の仮想円を用いることが好ましい。
【０１１９】＜光照射部の配置＞  上記の実施形態では、光音響プローブ２が開口部３０に光照射部１０を１個有する例を説明した。光照射部１０は、トランスデューサアレイ２０とともに一体として光音響プローブ２に設けられてもよく、トランスデューサアレイ２０と別体に設けられていてもよい。また、光照射部１０の個数はこれに限定されず、２以上であってもよい。一例として、図２３に、５個の光照射部５１０ａ〜５１０ｅと、トランスデューサ素子５２１が複数配置されたトランスデューサアレイ５２０とを備える光音響プローブ２を示す。ここでは、トランスデューサアレイ５２０の中心に１個の光照射部５１０ａが設けられ、周囲の均等な位置に４個の光照射部５１０ｂ〜５１０ｅが設けられている。このように、光音響プローブ２が２個以上の光照射部５１０を備える場合には、隣接円配置工程及び仮想点配置工程において、予め光照射部５１０の数に応じた光照射部５１０が設けられる領域を設けて、この領域に仮想円及び仮想点を配置しないようにする。また、分割工程において、光照射部５１０が設けられる領域を除外してボロノイ領域を作成する。これにより、複数の光照射部５１０及びトランスデューサ素子５２１の配置を行うことができる。
【０１２０】＜トランスデューサアレイの形状＞  上記の実施形態では、トランスデューサ素子２１が部分球面状に配置されて、トランスデューサアレイ２０が部分球面３１をなして設けられる例を説明した。トランスデューサ素子２１が平面状に配置されて、トランスデューサアレイ２０が２次元平面アレイであってもよい。
【０１２１】＜圧電体及びトランスデューサアレイの構成＞  上記の実施形態では、圧電コンポジット２４に含まれる圧電体２５を信号電極２２によって分割することで、トランスデューサ素子２１を配置したトランスデューサアレイ２０を構成する例を説明した。これに限定されず、個々に圧電体を有するトランスデューサ素子を予め作成して、これを配置することでトランスデューサアレイ２０を構成してもよい。また、ｃＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）を用いたトランスデューサ素子２１を配置することで、トランスデューサアレイ２０を構成してもよい。
【０１２２】＜検査対象物＞  上記の実施形態では、検査対象物として、生体の血管を例に挙げて説明した。検査対象物はこれに限定されず、生体の臓器、組織、細胞等を対象としてもよい。又は、金属、樹脂、ゴム、木材、ガラス、セラミック等を対象としてもよい。
【０１２３】＜適用対象＞  上記の実施形態では、光照射部１０及びトランスデューサアレイ２０を備える光音響プローブ２を用いて、光音響信号を検出して光音響イメージングを行う例を説明した。トランスデューサアレイ２０の適用対象はこれに限定されず、例えば、トランスデューサアレイ２０から超音波を出力する、超音波送波器に用いることができる。また、検査対象物に対して超音波を送信するとともに、検査対象物で反射した反射波をトランスデューサアレイ２０によって検出する、超音波診断装置及び超音波探傷試験装置に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２４】  １  光音響計測装置  ２  光音響プローブ１０  光照射部２０  トランスデューサアレイ２１  トランスデューサ素子２２  信号電極２３  共通電極２４  圧電コンポジット２５  圧電体２６  高分子体２７  重心位置３０  開口部４１  制御部４２  プリアンプ部４３  ＡＤ変換部４４  ビームフォーム部４５  信号処理部４６  表示部４７  機械走査部４８  位置検出部  
【図１】
2018168562.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018168562.tif 000018
【図１７】
2018168562.tif 000019
【図１８】
2018168562.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2018168562.tif 000022
【図２１】
2018168562.tif 000023
【図２２】
2018168562.tif 000024
【図２３】
2018168562.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月16日(2018.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、
前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれ、複数の圧電体と、板状の信号電極と、板状の接地用電極とを有し、前記の信号電極と接地用電極とは、前記複数の圧電体を挟んで対向して設けられており、且つ、前記の各トランスデューサ素子の接地用電極は、前記トランスデューサ素子に共通の電極として構成され、
前記複数のトランスデューサ素子の前記信号電極のそれぞれの重心位置は２次元状にランダムに配置されており、且つ、前記複数のトランスデューサ素子の前記信号電極は、互いに接触せずに近接して配置されており、
前記複数のトランスデューサ素子の前記信号電極は、部分球面状に隣接して配置された複数の円の中心を母点としたボロノイ分割及びランダムに配置された点を母点としたボロノイ分割のいずれか一方のボロノイ分割によって規定される形状を有する
ことを特徴とするトランスデューサアレイ。
【請求項２】
超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、
前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれの重心位置が２次元状にランダムに配置されており、
受信ビームの非偏向時において、主応答に対する不要応答レベルが−３０ｄＢ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項３】
前記トランスデューサ素子は、部分球面状に配置されている、
請求項１又は２に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記トランスデューサアレイの開口面積に対する、前記トランスデューサ素子の占める面積を示す充填率が、９０％以上である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項６】
前記複数のトランスデューサ素子の前記信号電極の面積の変動係数が、５０％以下である、
請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項７】
隣接する前記トランスデューサ素子の重心位置間の距離の変動係数が、２５％以下である、
請求項１〜３、５及び６のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイ。
【請求項８】
請求項１〜３及び５〜７のいずれか１項に記載のトランスデューサアレイと、
光源から発せられる光を被検体に照射する光照射部とを備え、
前記トランスデューサアレイは、前記光の照射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出して光音響信号を出力する
ことを特徴とする光音響プローブ。
【請求項９】
請求項８に記載の光音響プローブと、
前記光音響信号を処理して、光音響画像データを生成する信号処理部とを備える
ことを特徴とする光音響計測装置。
【請求項１０】
前記複数のトランスデューサ素子の前記信号電極の面積の変動係数が、１０％以下である、
請求項６に記載のトランスデューサアレイ。
【国際調査報告】
2018168562.tif 000026
2018168562.tif 000027