(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号受信装置であって
測定光が入射される第１のミラーと、
前記第１のミラーと対向配置されており被検体からの音響波が入射される第２のミラーと、
前記第１のミラーと第２のミラーとに挟まれて設けられ、屈折率を変調可能である音響波受信層と、
音響波の入射による前記音響波受信層の変形に応じた前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間の光路長の変化を検出する検出器とを有し、
前記音響波受信層の屈折率分布により、前記音響波受信層の膜厚分布による前記光路長のばらつきが補償されるように構成されており、
さらに前記音響波受信層を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記音響波受信層の屈折率分布を制御するものであり、前記制御部は、膜厚分布の等高線に応じて分割された複数の領域ごとに、前記音響波受信層の屈折率を制御するものであることを特徴とする音響信号受信装置。
【請求項２】
前記検出器により検出された光路長の変化に基づいて前記被検体からの音響波の強度を求める信号処理部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の音響信号受信装置。
【請求項３】
前記音響波受信層は、単純マトリクス駆動またはアクティブマトリクス駆動される液晶材料を有することを特徴とする請求項１または２に記載の音響信号受信装置。
【請求項４】
前記音響波受信層において、前記液晶材料が２つの電極間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の音響信号受信装置。
【請求項５】
前記音響波受信層は、濃度勾配に応じて屈折率が異なる有機物または荷電物質を有することを特徴とする請求項１または２に記載の音響信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響信号受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エックス線、超音波、ＭＲＩ（核磁気共鳴法）を用いたイメージング装置が医療分野で多く使われている。一方、レーザーなどの光源から照射した光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、生体内の情報を得る光イメージング技術を用いた装置の研究も医療分野で積極的に進められている。
【０００３】
このような光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。ＰＡＴにおいては、光源から発生したパルス光を被検体に照射することで、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から音響波（以降光音響波とも呼ぶ）が発生する。この光音響波を複数の個所で検出し、それらの信号を解析処理し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化することができる。これにより、被検体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布を高い解像度で得ることができる。
【０００４】
音響波の検出器としては、圧電現象を用いたトランスデューサーが一般に用いられる。また、静電容量の変化を用いたトランスデューサーが一般に供されつつある。
【０００５】
さらに近年、光の共振を用いた検出器が研究報告されている（非特許文献１）。これはファブリーペロー型干渉計の原理に基づいて音響波を検出する技術（以下、ＦＰ方式とも称する）であり、広帯域な受信性能を有しており、高精細な画像が得られることが特長である。
【０００６】
しかしながら、ＦＰ方式は測定時間が長いという課題がある。例えば、非特許文献１では、光音響波の二次元分布データを取得する際に、光の反射率を評価するための測定光をガルバノメータによって走査している。つまり、１つのボリュームデータを取得するために、光の共振位置をラスタースキャンさせて、各位置でデータ取得する。それと同時に、測定位置毎に最適な波長に設定するために、測定波長を位置毎に変化させながらデータを取得している。そのため、数ミリメートル角の３次元像を得るために１０分以上かかることが報告されている。
【０００７】
一般に測定器は、なるべく短時間でデータ取得することが実用の点で重要である。特に測定対象物が生体などの場合、体動により被検体の状態が逐次変化してしまうため、データ取得に時間を要すると正しい像が得られなくなってしまう。
【０００８】
そこで、弾性波の二次元分布を一括取得するために、二次元アレイ型センサとしてＣＣＤカメラを用いてＦＰ方式の受信素子にて取得した超音波の音圧を検出した例が報告されている（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３５４７３２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｅ．Ｚａｎｇ，Ｊ．Ｌａｕｆｅｒ，ａｎｄ  Ｐ．Ｂｅａｒｄ，”Ｂａｃｋｗａｒｄ−ｍｏｄｅ  ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｃａｎｎｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｐｌａｎａｒ  Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｉｌｍ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｔｉｓｓｕｅｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，４７，５６１−５７７（２００８）
【非特許文献２】Ｍ．Ｌａｍｏｎｔ，Ｐ．  Ｂｅａｒｄ，”２Ｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｆｉｅｌｄｓ  ｕｓｉｎｇ  ＣＣＤ  ａｒｒａｙ  ｔｏ  ｍａｐ  ｏｕｔｐｕｔ  ｏｆ  Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｉｌｍ  ｓｅｎｓｏｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，４２，３，（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記で述べたとおり、ＦＰ方式の音波検出装置において、ＣＣＤなどを用いて二次元面内の光検出を一括取得することは測定時間短縮のために非常に有効である。しかしながら、本発明者らが実用化を視野にいれて鋭意検討したところによると、非特許文献２には記載されていない課題が明らかとなった。
【００１２】
ＦＰ方式は音響波を受信膜にて受信し、その音圧が到達した際の受信膜の僅かな厚みの変化を光によってモニタし、音圧を検出する方法である。すなわち、成膜された受信膜の膜厚が少しでも設計値と異なると、正しく音圧を測定することが出来なくなる。一般に受信膜の成膜にはプロセスばらつきが存在するため、ひとつの基板上であっても膜厚のばらつきが少なからず存在するが、この膜厚のばらつきが製品の設計許容値以内に収まっていれば実用に供することが可能となる。
【００１３】
しかしながら、本発明者らが設計許容値を計算したところによると、ＦＰ方式の音響波検出器では数ナノメートルの膜厚分布が存在する場合であっても、受信感度に影響をおよぼすことが明らかとなった。つまり、二次元面内にて一括で正しく信号を受信しようとすると、数ナノメートル以内に膜厚分布を抑える必要がある。ところが現実的な成膜プロセスではこのような厳密な制御を行うことが極めて困難である。
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、音響波検出において受信膜に膜厚分布が存在している場合でも、より高感度の特性を実現することを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る音響信号受信装置は、測定光が入射される第１のミラーと、前記第１のミラーと対向配置されており被検体からの音響波が入射される第２のミラーと、前記第１のミラーと第２のミラーとに挟まれて設けられ、屈折率を変調可能である音響波受信層と、音響波の入射による前記音響波受信層の変形に応じた前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間の光路長の変化を検出する検出器とを有し、前記音響波受信層の屈折率分布により、前記音響波受信層の膜厚分布による前記光路長のばらつきが補償されるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本願発明に係る音響信号受信装置は、測定光が入射される第１のミラー、前記第１のミラーと対向配置されており被検体からの音響波が入射される第２のミラー、前記第１のミラーおよび第２のミラーに挟まれて設けられた音響波受信層と、音響波の入射による前記音響波受信層の変形に応じた前記第１のミラー及び前記第２のミラーの間の光路長の変化を検出する検出器とからなる音響信号受信装置であって、前記音響波受信層は屈折率を変調させる機能を有しているとともに、該屈折率変調量を制御するための制御部を有し、前記制御部は、前記音響波受信層の膜厚分布による前記光路長のばらつきに応じた値になるよう音響波受信層の屈折率を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、音響波検出において受信膜に膜厚分布が存在している場合でも、より高感度の特性を実現することを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のファブリーペロー型干渉計の構成の一例を示す図。
【図２】ファブリーペロー型干渉計の反射特性の一例を示す図。
【図３】本発明のファブリーペロー型干渉計の構成の一例を示す図。
【図４】本発明を適用できるファブリーペロー型探触子の構造の一例を示す図。
【図５】本発明を適用できる生体情報イメージング装置の構成の一例を示す図。
【図６】本発明の実施形態における素子の作製プロセスの一例を示す図。
【図７】本発明の実施形態における制御方法の一例を示す図。
【図８】本発明の実施形態におけるタイムチャートの一例を示す図。
【図９】本発明の実施形態における電極構成の一例を示す図。
【図１０】本発明の実施例に用いる音響波受信層の分子構造の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［受信素子を構成する基本形態］
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
なお、本発明における測定光とは、ファブリーペロー（ＦＰ）型干渉計による測定に用いる光のことを指す。ＦＰ型干渉計に入射する入射光、およびＦＰ型干渉計で反射しアレイ型光センサに導かれる反射光も全て測定光に含まれる。
【００２１】
まず図１を用いて、従来報告されている光の共振を用いた音響波検出素子の説明を行う。この図に示すとおり、平行な反射板の間で光を共振させる構造をＦＰ型干渉計という。今後このＦＰ型干渉計を利用した音響波検出器をＦＰ型探触子と呼ぶことにする。
【００２２】
厚みｄを持つ高分子膜１０４が、第１のミラー１０１と第２のミラー１０２で挟まれて、共振器１０３を形成する。図示したように、第１のミラー１０１と第２のミラー１０２はキャビティとなるように対向配置されている。第１のミラー１０１から入射光１０５を干渉計に照射する。このとき、反射光１０６の光量Ｉｒは次の式（１）のようになる。
【００２３】
【数１】
0006012202.tif 000002
【００２４】
ここでφは、以下の式（２）で表される。
【００２５】
【数２】
0006012202.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｉｉは入射光１０５の入射光量、Ｒは第１のミラー１０１と第２のミラー１０２の反射率、λ０は入射光１０５、および反射光１０６の波長、ｄはミラー間距離、ｎは高分子膜１０４の屈折率である。φは二枚のミラー間を往復する際の位相差に相当する。
【００２７】
反射率Ｉｒ／Ｉｉをφの関数としてグラフ化したものの一例を図２（ａ）に示す。周期的な反射光量Ｉｒの落ち込みが生じ、φ＝２ｍπ（ｍは自然数）となるときに反射率は最も低くなる。
【００２８】
ＦＰ型探触子に音響波１０７が入射すると、探触子の変形によりミラー間距離ｄが変化する。これによってφが変化するため反射率Ｉｒ／Ｉｉが変化する。反射光量Ｉｒの変化をフォトダイオード等で測定することにより、入射した音響波１０７を検出することができる。このような検出原理においては、反射光量変化が大きいほど、入射した音響波１０７の強度は大きいということになる。
【００２９】
音響波１０７が入射した際に、反射光量Ｉｒが大きく変化するためには、φの変化に対する反射率Ｉｒ／Ｉｉの変化率を大きくする必要がある。図２では、φｍにおいて、一番変化率が大きい、つまり傾きが急であるため、φｍにおいてもっとも感度が良い素子と言える。
【００３０】
反射率Ｉｒ／Ｉｉをλ０の関数としてグラフ化したものを図２（ｂ）に示す。反射率Ｉｒ／Ｉｉの変化率が最も大きいλｍに波長を合わせることが位相差をφｍに合わせることに相当し、感度が最大になる。
【００３１】
このように、ＦＰ型探触子では使用する測定波長が決まれば最適な膜厚が求められる。例えば、この図を参照すれば、単一波長λＡの光源を用いる場合の膜厚のばらつきは、概ね±０．０５％以内に抑える必要がある。この数値を達成するためには、成膜技術としてかなり高度な精度が要求されることになる。
【００３２】
ＦＰ型探触子の受信面をｘｙ平面とし、各位置での膜厚をｄ（ｘ，ｙ）とし、各位置での最適感度を表すφｍをφｍ（ｘ，ｙ）とすると、式（３）のように表現される。
【００３３】
【数３】
0006012202.tif 000004
【００３４】
上記に基づいて、本発明の特徴とするところは、膜厚ｄ（ｘ，ｙ）が場所によって変化する場合でも、φｍが場所によらず一定の値を取ることである。そのために、本発明では、膜厚ｄの面内分布を相殺するように、屈折率ｎに面内分布を持たせ、すべてのｘｙ座標においてφｍがほぼ一定値となるようにする。つまり、光路長は屈折率ｎと物理的な厚みであるｄの積で表せるが、このうちｎについてもｘｙ平面内で分布を持たせる。そのために本発明では、受信層に用いる膜の屈折率を変調させる機能を有する。その結果、式（４）で表されるような考え方を導入して、素子全体で光路長を一定にすることが可能となる。
【００３５】
【数４】
0006012202.tif 000005
【００３６】
以下、図３を用いて本発明の屈折率変調型ＦＰ方式音響波検出素子の説明を行う。基本的な構成は図１のものとほぼ同様である。図３に示したＦＰ干渉計３０３は対向配置された２枚のミラー３０１と３０２で挟まれている。ＦＰ干渉計３０３において、音響波３０７を受信する層３０４の屈折率をｎｒ、膜厚をｄｒとする。このとき位相差は、式（５）で表される。
【００３７】
【数５】
0006012202.tif 000006
【００３８】
これも図２と同様の特性を示す。ＦＰ型探触子に音響波３０７が入射すると、ミラー間距離ｄが変化する。これによってφが変化するため、反射率Ｉｒ／Ｉｉが変化する。反射光量Ｉｒの変化をフォトダイオード等で測定することにより、入射した音響波１０７を検出することができる。反射光量変化が大きいほど、入射した音響波１０７の強度は大きいということになる。
【００３９】
ここで、測定光の波長λＡが固定値だとすると、位相差をφｍに合わせるためには他のパラメータを調整する必要がある。一般に、屈折率は材料によって決まる物性値であり、厚さｄは製造プロセスによって決まるパラメータである。一方、本発明では受信層に用いる材料の屈折率を変調させる機能を有していることから、ｎｒを適宜調整することが可能となる。これにより、製造プロセスのばらつきで生じるｄｒの分布に起因する光路長のばらつきを補償することが可能となる。ここで、ばらつきの補償とは、受信層の屈折率分布の調整前に比べて、受信層の膜厚分布の光路長ばらつきが低減されていればよい。
【００４０】
屈折率ｎｒの変調だけでは製造ばらつきを吸収しきれない場合には、測定光の波長を１つ増やし、ＦＰ探触子の領域を分けて、ある領域では波長λＡを用い、別の領域では波長λＢを用いるようにすることで、広い面積を補償可能となる。
【００４１】
ばらつきの程度によってはこの波長の数をさらに増加させても良い。この場合、波長を連続可変するレーザーを用いることができる。
【００４２】
ＦＰ型探触子では測定光である入射光１０５（３０５）が当たっている位置のみの反射光量変化を測定しているため、入射光のスポット領域が受信感度のある領域となる。そのため、入射光をガルバノメータ等でラスタースキャンすることにより、音響波の二次元分布データを得ることができ、これを用いて画像を得る。
【００４３】
本発明の場合、入射光として単一波長を用いることが可能であるため、素子全面に同時に入射光を照射し、反射光をマトリクス型の画像センサを用いることで、ラスタースキャンすることなく高速に画像取得することもできる。例えば、デジタルカメラ用のＣＣＤやＣＭＯＳ撮像素子を用いることも可能である。
【００４４】
図４に、本実施形態におけるＦＰ型探触子の断面構造を説明する図を示す。
第１のミラー４０１と第２のミラー４０２の材料としては誘電体多層膜や金属膜を用いることができる。ミラーの間には音響波受信層４０３が存在する。
音響波受信層４０３は、弾性波がＦＰ型探触子に入射した際のひずみが大きいものが好ましい。例えば、有機高分子膜が用いられる。
【００４５】
また、音響波受信膜４０３は、屈折率を変調させる機能を有する。例えば、こうした機能を有する膜として、特許文献１等に記載の側鎖型高分子液晶や低分子液晶を、高分子マトリクスで安定化させた構成を用いることが出来る。なお、音響波受信層４０３は、音波を受信したときに膜が変形することと、屈折率変調の機能を有していればよいため、この条件を満たす限り、有機膜ではなく無機膜であっても構わない。
【００４６】
例えば側鎖型高分子液晶材料を用いる場合、音響波受信層４０３の形成は以下のように行う。まず、電極を有する基板上に、一軸配向させた配向膜を配設し、その上に液晶材料を塗布する。その際、粘性の低い高温状態、例えば等方性を示す温度範囲において基板上に該液晶材料を塗布すると制御性が良い。
【００４７】
塗布の方法はスピンコート法、スクリーン印刷法、展色法、ディップコート法などを用いることが可能である。その後、液晶相へと徐冷することによって、側鎖の方向が制御された側鎖型高分子液晶層を得ることが可能となる。
【００４８】
配向膜を用いない場合には、等方相から液晶相へと徐冷する際に、一定方向に磁場を印加することによって、側鎖の液晶分子の方向を揃えることも可能である。
【００４９】
次に、こうして得られた液晶層の上に電圧印加のための電極を形成する。その際、液晶の配向状態を崩さないように、低温で成膜することが好ましい。なお、インクジェット方式で、金などの金属微粒子を溶媒中に分散させたものを塗布して、電極を形成してもよい。
こうすることで、基板上の電極上に液晶層が配され、さらにその上に電極を形成させた構成を得ることができる。
【００５０】
ここで、側鎖型高分子液晶の側鎖、すなわち液晶性を示す側鎖（メソゲン基）の誘電率異方性が正の場合には、これら電極間に電圧を印加することによって、電気力線と平行方向にメソゲン基が配列するよう配向変形が生じる。このメソゲン基の配列方向によって、基板法線方向から観測したときの屈折率が変化することになる。
【００５１】
また、この屈折率変化量は、上記電圧に依存して制御させることが可能である。これにより、本液晶素子の一軸配向処理方向に偏光を与えたときの光路長を連続的に変調させることが可能となる。
【００５２】
一方、メソゲン基の誘電率異方性が負の場合には、上記基板上に配する配向膜として垂直配向膜を用いることにより、電圧印加によって前記と同様に光路長を連続的に変化させることができる。
【００５３】
その他に、例えば高分子安定化ブルー相の液晶を用いれば、偏光の方向によらず屈折率を変調させることが可能である。また、高分子分散型液晶を用いることも可能である。これらのように、低分子液晶と高分子マトリクスとを併用することによって、高分子部位にて超音波受信に必要な弾性を維持し、低分子液晶にて光路長を制御することが可能となる。この結果、受信層単層であっても、超音波の受信機能と屈折率の変調機能とを両立させることができる。すなわち、音響波受信層は補償層としても機能する。
【００５４】
なお、屈折率を変調させる機能を有していれば、本発明の音響波受信層として用いることができるため、必ずしも液晶性材料を用いなくてもよい。例えば、濃度によって屈折率が異なる荷電物質を用いれば、電気泳動を用いて外部から濃度勾配を付与し、屈折率を制御することも可能となる。
なお、音響波受信層の屈折率を外部から変調するために、電極や駆動装置が配される。
【００５５】
図４において、ＦＰ型探触子全体は保護膜４０５で保護されている。保護膜４０５としては、パリレンなどの有機高分子膜や、ＳｉＯ２などの無機膜が用いられる。
基板４０４としては、ガラスやアクリルを用いることができる。その際、基板４０４内での光の干渉による影響を減らすために、基板４０４は楔形であることが好ましい。
さらに、基板４０４表面における光の反射を避けるために、ＡＲコート処理４０６を施すことが好ましい。
【００５６】
［システムを構成する基本形態］
図５に、本実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図を示す。
本実施形態のイメージング装置は、被検体５０１に照射し光音響波５０２を発生させる光５０３を出射する光源５０４を備える。被検体５０１が生体である場合には、腫瘍、血管などの内部の光吸収体や、表面の光吸収体を画像化することが可能である。これら被検体５０１の内部もしくは表面における光吸収体が、光のエネルギーの一部を吸収することによって光音響波５０２が発生する。この光音響波５０２を検出するための、ＦＰ型探触子５０５を備える。
【００５７】
このＦＰ型探触子５０５は、上述の膜厚分布に応じて屈折率を変化させることが可能な受信層が設けられており、外部から制御することが可能である。これを制御するための屈折率制御部５１７を備える。
【００５８】
ＦＰ型探触子５０５には、測定光５０６を照射することによって音圧を検出させることができる。この測定光５０６を生成するための測定光用光源５０７を備える。また、測定光用光源５０７を制御するための制御部５０８を備える。測定光用光源５０７は単一波長光源を用いてもよいし、波長を切り替えられる光源を用いてもよい。連続的に波長可変できる光源を用いても良い。波長の切り替えや光照射のオンオフを制御部５０８にて行う。
【００５９】
さらに、ＦＰ型探触子５０５に入射した測定光５０６の反射光量を測定し、電気信号に変換するためのアレイ型光センサ５０９を備える。以上により音響信号受信装置が構成される。
【００６０】
上記音響信号受信装置に、さらに信号処理部５１０と画像表示部５１１を構成することによってイメージング装置を構成する。つまり本実施形態のイメージング装置では、アレイ型光センサ５０９で得られた電気信号を信号処理部５１０において解析し、得られた光学特性値分布情報を表示する画像表示部５１１を備える。
【００６１】
測定光用光源５０７から出射した測定光はレンズ５１２で拡大され、ＦＰ型探触子５０５において反射したのちに、アレイ型光センサ５０９に入射する。これにより、ＦＰ型探触子５０５上の反射強度分布を得ることが出来る。光学系としてミラー５１３やハーフミラー５１４を用いる。光学系は、ＦＰ型探触子５０５における反射率を測定できるような構成であればよく、ハーフミラー５１４の代わりに偏光ミラーと波長板を用いる構成や、光ファイバーを用いる構成を採ることができる。この光学系により、ＦＰ型探触子５０５上の位置と、アレイ型光センサ５０９上のピクセルが対応づけられる。
【００６２】
アレイ型光センサ５０９としては二次元アレイ型、一次元アレイ型の光センサを用いることができる。例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを用いることができる。ＦＰ型探触子５０５に光音響波５０２が入射した際の、測定光５０６の反射光量を測定し電気信号に変換できるものであれば、これ以外のアレイ型光センサも使用できる。
【００６３】
ＦＰ型探触子５０５のミラー間の距離は基板面内位置によりばらつきがあるため、それぞれの位置（アレイ型光センサ５０９上の対応づけされた各々のピクセル）において受信層の屈折率を調整し、素子面内において光路長を一定にする。
【００６４】
被検体５０１へ照射する光５０３は、被検体５０１を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特性の波長の光を用いる。光５０３はパルス光を用いることが出来る。パルス光は、数ピコから数百ナノ秒オーダーのものであり、被検体が生体の場合には数ナノから数十ナノ秒のパルス光を採用することが好ましい。光５０３を発生する光源５０４としてはレーザーが好ましいが、レーザーの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプなどを用いることも可能である。
【００６５】
光音響波発生用レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。発振する波長の変換可能な色素やＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）やＴｉＳ（Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）を用いれば、光学特性値分布の波長による違いを測定することも可能になる。使用する光源の波長に関しては、生体組織による吸収が少ない７００ｎｍから１１００ｎｍの領域が好ましい。生体以外の被検体、もしくは生体において観測領域を表面近傍とする場合には、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍから１６００ｎｍの波長領域、さらには紫外線領域、テラヘルツ波、マイクロ波、ラジオ波領域の使用も可能である。
【００６６】
図５では、ＦＰ型探触子５０５の影にならない方向から被検体５０１に対して光５０３を照射している。しかし、ＦＰ型探触子５０５が光５０３の波長を透過する構成にしておけば、ＦＰ型探触子５０５を通して光５０３を照射することも可能である。
【００６７】
被検体５０１から生じる光音響波５０２を効率的にＦＰ型探触子５０５で検出するために、被検体５０１とＦＰ型探触子５０５との間には音響結合媒体を使うことが望ましい。図５では音響結合媒体として水を用いて、水槽５１５中に被検体５０１が配置している図を示しているが、被検体５０１とＦＰ型探触子５０５との間には音響結合媒体が介していれば良い。例えば、被検体５０１とＦＰ型探触子５０５との間に、超音波診断用のマッチングジェルを塗る構成にしてもよい。
【００６８】
ＦＰ型探触子５０５は、被検体５０１に光５０３を照射した際に、光５０３のエネルギーの一部を吸収することで被検体内から発生する光音響波（超音波）５０２を、測定光５０６の反射光量変化として検出する。検出された光量はアレイ型光センサ５０９において電気信号に変換される。アレイ型光センサ５０９における電気信号の分布は、ＦＰ型探触子５０５上に届く光音響波５０２の強度分布を表していることになる。これにより、ＦＰ型探触子５０５上に到達する光音響波５０２の圧力分布を得ることが出来る。
【００６９】
さらに、信号処理部５１０は抽出したアレイ型光センサ５０９における電気信号の分布に基づいて、被検体５０１内の光吸収体の位置や大きさ、あるいは光吸収係数あるいは光エネルギー堆積量分布などの光学特性値分布を計算する。
【００７０】
得られた電気信号の分布から光学特性値分布を得るための再構成アルゴリズムとしては、ユニバーサルバックプロジェクションや整相加算、モデルベース画像再構成などを採用することができる。なお、ＦＰ型探触子の音響波受信層４０３などに異物が存在するなどの理由で膜厚が著しく異常を示す領域は、あらかじめデータとして利用できないことを考慮した上で、画像再構成処理の際にデータ欠損部を補正して画像化することも可能である。
【００７１】
なお、信号処理部５１０は光音響波５０２の強度を表す電気信号の時間変化の分布を記憶し、それを演算手段により光学特性値分布のデータに変換できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。
【００７２】
なお、光５０３として複数の波長の光を用いることもできる。この場合、それぞれの波長に関して生体内の光学係数を算出し、それらの値と生体組織を構成する物質に固有の波長依存性とを比較することにより、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。生体組織を構成する物質としては、グルコース、コラーゲン、酸化・脱酸化ヘモグロビンなどがある。
【００７３】
また、本発明の実施形態では信号処理により得られた画像情報を表示する画像表示部５１１を備えることが望ましい。
【００７４】
［実施形態１］
続いて本発明の各種の実施形態について、屈折率変調に関わる事柄を中心に説明する。ここではＦＰセンサで受信する際に屈折率を変調させながら用いる方法について述べる。
【００７５】
図６に本実施形態に用いる素子の作製プロセスの一例を示す。以下の順で成膜を行うことで素子を得ることができる。ここで、透明電極は受信有効エリア全面に成膜したものを用いる。
【００７６】
《素子の作製》
１：ガラス基板（６０１）上に誘電多層膜ミラー（６０２）を形成する。
２：誘電多層膜ミラー（６０２）上に透明電極（６０３）を形成し、さらにその上に水平配向膜（６０４）を成膜し、配向処理（６０５）を行う。
３：水平配向膜（６０４）上に音響波受信層である側鎖型高分子液晶層（６０６）を形成する。
４：側鎖型高分子液晶層（６０６）の上に、光反射機能と電圧印加機能を兼ねた金電極（６０７）を成膜する。
５：金電極（６０７）の上に保護膜（６０８）を成膜する。
６：透明電極（６０３）と金電極（６０７）から電極線（図示せず）を取り出し、交流電圧源（図示せず）と接続し、ＦＰ素子６０９を得る。
【００７７】
本素子では、電圧の変調により液晶層の光路長を変化させることができるため、この素子を用いて反射特性を測定し、横軸を電圧、縦軸を反射率でプロットすると、図２と同様のプロファイルを得ることができる。これにより、式５におけるｎｃ（ｘ，ｙ）が電圧により変調可能となる。
【００７８】
なお、一般的なディスプレイ用途の液晶材料では、ｎｃの最小値は液晶分子単軸方向の屈折率ｎ⊥である１．５程度、最大値は液晶分子長軸方向の屈折率ｎ〃である１．６程度のものが用いられている。また、屈折率異方性Δｎの数値としては０．１程度のものが広く用いられる。材料によってはΔｎが０．３以上の数値を示すものも開発されている。本発明では適宜、至適の条件となるように層厚を調整すればよいため、いずれの液晶材料を用いても良い。
【００７９】
《補償量の調整》
上記プロセスによって得られたセルであるＦＰ素子（６０９）については、側鎖型高分子液晶層（６０６）の膜厚分布によって、光干渉の際の光路長に素子面内で分布を有する。この分布を補償するために液晶に印加する電圧量の調整を行う。
【００８０】
また、この素子は液晶の屈折率異方性の影響により測定光の偏光軸によって値が変わる。そのため、予め偏光板を使用することにより測定光の偏光軸方向と、液晶の配向処理方向（異常光屈折率方向）を一致させておく。こうすることで液晶分子長軸方向と偏光軸とを合わせることができるため、液晶層への電圧印加により光路長を変化させることが可能となる。
【００８１】
分布量はアレイ型光センサ（５０９）の画素毎に測定することが好ましいが、複数の画素毎に行っても構わない。
【００８２】
所定の波長の測定光をＦＰ型探触子（５０５）に照射し、その反射光をアレイ型光センサ（５０９）で測定する。このとき交流印加電圧を変化させながらセンサに入射する光量を測定し、電圧−反射率プロファイルを測定する。これによりφｍを与える電圧値を求めることができる。
【００８３】
これをすべての画素において実施することでルックアップテーブル（ＬＵＴ）を作成し、記憶媒体に保存する。用いる液晶の特性が温度によって変化しやすいものである場合、温度を変化させて同様のＬＵＴを作成する。
【００８４】
《屈折率変調型ＦＰ探触子の利用》
上記ＬＵＴにおいて、最適電圧値が同一の値となる画素を一つのグループとして、各グループ毎に音響波のデータを取得する。この場合、φｍを与える電圧と完全に同一の電圧でなくとも音響波の測定は可能である。そのため、装置の要求精度が高くない場合には、電圧−光量曲線の谷の範囲に入るような電圧値を同じグループとみなして測定してもよい。
【００８５】
つまり、設定する電圧値を細かく制御すれば、概ねφｍ条件で常に測定可能となり、良好な感度となるが、分割する電圧数が増加するために測定時間がかかる。逆に、電圧値を粗く制御すれば、感度ばらつきは大きくなるが、測定時間は短時間で済む。こうしたトレード・オフ関係に配慮して、デバイスとしての至適条件に設計を行うことが好ましい。
【００８６】
図７を用いて測定シーケンスを説明する。
図７（ａ）はＦＰ探触子の上面図である。図中の円形の点線はＦＰ探触子内の光路長に関する等高線である。中央部では光路長が長い、すなわち膜厚が厚く、端部では光路長が短い、すなわち膜厚が薄いという膜厚分布を有している。この等高線に従って、電圧印加グループを設定する。
なお、図７（ｂ）から（ｅ）は図７（ａ）の断面図である。
【００８７】
第一の光音響信号発生用レーザーを照射し、そこで得られた光音響波を第一のグループに相当する画素にて撮像する。すなわち、図７（ａ）および（ｂ）の丸数字１で示した領域の撮像を行う。以降、丸数字１のことは（１）と記載する。丸数字２〜４についても同様に（２）〜（４）と記載する。
【００８８】
液晶層の配向状態は（１）以外の領域でも（１）と同様の配向状態を示しているが、画像処理には使用しないので無視して良い。つまり素子上面からアレイ型光センサで光強度を読み取り、画像処理する際に（１）に相当する画素の情報のみを使用し、（２）〜（４）の情報を利用しない。
【００８９】
次いで、第二の光音響信号発生用レーザーを照射し、そこで得られた光音響波を第二のグループに相当する画素にて撮像する。すなわち、図７（ａ）および（ｃ）の（２）で示した領域の撮像を行う。液晶層の配向状態は（２）以外の領域でも（２）と同様の配向状態を示しているが、画像処理には使用しないので無視して良い。つまり素子上面からアレイ型光センサで光強度を読み取り、画像処理する際に（２）に相当する画素の情報のみを使用し、（１）、（３）、（４）の情報を利用しない。
【００９０】
同様に（３）と（４）の領域についても撮像を行うことによって、（１）〜（４）それぞれの領域でほぼ最適な光路長に設定し音響波を受信することが可能となる。
【００９１】
このようにして、複数の領域ごとの液晶層の配向、言い換えると光路長の補償量に対応する複数回の音響波受信が行われる。これらをデータ解析の際に総合して素子面全体の信号を得る。
【００９２】
この例では領域を４分割したが、任意の領域数（Ｎ領域）に分割して同様の手法でデータを取得すれば良い。
【００９３】
光音響信号発生用レーザーのパルス繰り返し周波数をｆ（Ｈｚ）、液晶層の応答時間をτ（秒）とすると、τが１／ｆより小さい場合にはひとつのデータはｆ／Ｎ（Ｈｚ）の周波数で取得できる。
【００９４】
アレイ型光センサが十分高速に画像取得でき、音波の振動に追随してデータ取得できるのであれば、ｆ／Ｎ（Ｈｚ）のフレーム周波数で連続的に画像取得できる。
【００９５】
一方、アレイ型光センサの画像入力が低速で音波振動に追従しない場合には、測定光をパルス光とし、ストロボ撮影の原理によりデータを取得すれば良い。
図８にストロボ撮影のタイミングチャートを示す。光音響信号発生用レーザーはｆ（Ｈｚ）で照射されている。撮影の間は被検体が動かないものとすると、光音響信号も同じ強度や位相で繰り返し出力される。
【００９６】
そこで光音響信号発生用レーザーの出力をトリガ信号として、測定光用パルスレーザーのＦＰ探触子への照射タイミングを少しずつずらしながら照射しデータ取得することにより、異なるタイミングでの音圧を測定することができる。
【００９７】
図８（ａ）は光音響発生用レーザーの出力を示している。光音響発生用レーザーを照射された吸収体からは、ある所定の時間だけ遅延して光音響信号が探触子に到達する。図８（ｂ）はこのことを波形で示している。
【００９８】
図８（ｃ）は、測定光用パルスレーザーの波形である。つまりこの瞬間だけ光がＦＰ探触子に照射されることになるため、その反射光がアレイ型光センサに到達することになる。図８（ｄ）はアレイ型光センサに到達する光強度を示したものである。ここでは簡単のため、反射光強度は光音響波信号に比例するものとしている。このように受信した反射光の二次元分布を画像メモリに蓄積する。
【００９９】
次の測定では、測定用パルスレーザーの照射タイミングを、前回の測定と比べてトリガから少し遅らせて、反射光強度の測定を行う。光音響波信号は繰り返し同じ波形が発生しているため、測定光用パルスレーザー照射のタイミングをずらすことによって、異なるタイミングでの反射光の二次元分布を得ることができる。
【０１００】
このようにタイミングをずらして測定光を照射する過程を繰り返し、それぞれのデータをメモリに蓄積することによって、１周期分の光音響波信号を取得することができる。これを整理すると、各画素におけるＦＰ探触子からの反射光強度の時間変化を得ることができる。光音響信号をストロボによって観察する際の分割数をＤとすると、データの取得はｆ／（Ｎ×Ｄ）（Ｈｚ）で得ることになる。
【０１０１】
なお、一ヶ所あたり信号をｍ回平均化する場合には、データの取得はｆ／（Ｎ×Ｄ×ｍ）（Ｈｚ）となる。このため、高速に繰り返し照射できる光音響信号発生用レーザーを使用することにより、実用的な速度でデータ取得することが可能となる。なお、τが１／ｆより大きい場合には、データの取得は１／｛（Ｄ×ｍ）／ｆ＋τ×（Ｎ−１）｝（Ｈｚ）となる。
【０１０２】
［実施形態２］
《素子の作製》
本実施形態ではストライプ状にパターニングした電極を用いる以外は上記実施形態１と同一のプロセスで作製する。図６における透明電極（６０３）は成膜後にパターニングを行う。また、インクジェット方式やマスクデポ方式を採用して、ストライプ電極を形成する。これらストライプ電極を互いに直交させるように形成し、単純マトリクス構成とする。ここでは図９に示すように、基板１の電極をコモン（ＣＯＭ）電極９０１とし、基板２の電極をセグメント（ＳＥＧ）電極９０２とする。
【０１０３】
本実施形態では一般にスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）液晶などで用いられる単純マトリクス液晶用ドライバを用いて駆動を行うことができる。基板１に対してＣＯＭドライバを、基板２にＳＥＧドライバを実装する。
【０１０４】
マトリクス電極が交差する領域を液晶の画素と定義すると、液晶の画素と２Ｄ撮像素子の画素とが１対１対応することが好ましい。ただし、液晶層は膜厚分布を補償するのが目的であるので、膜厚分布が緩やかに変化する場合には撮像素子の画素より粗くても構わない。
【０１０５】
《屈折率の調整》
実施形態１と同様にして、電圧−反射率プロファイルを測定する。これを用いて、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を作成し、記憶媒体に保存する。
【０１０６】
液晶の特性が温度によって変化しやすいものである場合、温度を変化させて同様のＬＵＴを作成する。
【０１０７】
またこのときに単純マトリクス駆動を行うための駆動条件を求める。各画素への電圧印加法は、一般的な液晶ディスプレイに用いられている単純マトリクス液晶の駆動方法で良い。この場合、式（７）に従って電圧のオンオフ比が決定されることが知られている。
【０１０８】
【数６】
0006012202.tif 000007
【０１０９】
このためＣＯＭのライン数が増加するとパリレンの膜厚を補償するための十分なオンオフ比、すなわち光路長差を確保することが出来なくなる。
【０１１０】
そのため素子の作製の際に、ＣＯＭライン数とパリレン膜厚分布に鑑み、至適な屈折率変調量を確保するために必要な液晶層厚に設定する。つまり、本実施形態の水平配向液晶の場合、光路長の最大値はｎｒ（ＶＯＦＦ）・ｄｒ、最小値はｎｒ（ＶＯＮ）・ｄｒとなる。このため、補償可能な光路長の範囲は｛ｎｒ（ＶＯＮ）−ｎｒ（ＶＯＦＦ）｝・ｄｒとなる。ここでｎｒ（ＶＯＦＦ）はマトリクス駆動におけるオフ状態のときの液晶層の平均的な異常光屈折率であり、測定光の偏光方向と配向処理方向とを一致させたときに光路長に寄与する成分である。ｎｒ（ＶＯＮ）も同様に、オン状態の異常光屈折率を表すものである。このため、ｄｒを大きく設定することで補償範囲を確保することができる。
【０１１１】
上述のとおり走査線数とオンオフ比とはトレード・オフの関係にある。そのためＦＰ探触子領域全面において十分なオンオフ比が確保できない場合には、実効的なＣＯＭライン数を減らし駆動デューティ比を増加させることが有効である。ひとつは、膜厚がほぼ一定のラインについては同時に駆動する方法がある。つまり事前の測定により膜厚分布が少ない領域については所定のＣＯＭライン群を同時に選択し、同一の電圧で補償しても構わない。これにより駆動の際のデューティ数を減らせるためオンオフ比を高めることが可能となる。
【０１１２】
または、素子全体をＮブロックに分割して、ひとつの画像を形成するためにＮフィールドを使うことで全体の画像を形成する方法もある。つまり画像取得の際にＣＯＭラインをＮブロックに分割して駆動する。各フィールドではＣＯＭライン全体のＮ分の１のライン数で駆動される。一つのフィールドごとに画像センサで光量を測定し、これをＮ回別々の場所で画像を取得することで、補償量を決定する。
さらに、前述の場合と同様にして、測定光の波長数を複数に増やしてもよい。
上記のように駆動方法と補償量を決定して、これをＬＵＴとして記憶媒体に記録する。
【０１１３】
《屈折率変調型ＦＰ探触子の利用》
上記の単純マトリクス駆動方法にて補償層を駆動し、光路長をＦＰ探触子面内で均一に保った上で、音響波を検出することができる。Ｎブロックに分割した場合には分割エリア毎に単純マトリクス駆動を行い、そのエリアの音響波信号を受信し、メモリに記憶する。これを他のブロックにおいても音響信号の受信を行い、Ｎフィールド分のデータを用いてひとつの素子全体の画像を形成する。
【０１１４】
アレイ型光センサの画像取得が低速である場合にストロボによって観察可能であることは実施形態１と同様である。
【０１１５】
［実施形態３］
《素子の作製》
本実施形態では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子が配設された液晶ディスプレイ用アクティブマトリクス基板を用い、対向する金電極を全面に成膜された基板を用いる。それ以外は実施形態１と同一のプロセスでセルを作成する。ここでは行方向にはゲート電極、列方向にはソース電極が形成されている。
【０１１６】
本実施形態の液晶層の構成は、一般的なアクティブマトリクス駆動液晶素子と同様の素子構成である。ＴＦＴ素子が配設された基板には、ツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶を駆動する場合と同様に、電極が配設された２枚の基板間でセル厚方向に電圧を印加するために、基板１の行方向にゲートドライバを、列方向にソースドライバを実装する。基板２はＴＦＴ駆動において至適条件となる電位に保たれている。
配向処理方向や用いる液晶材料は前述の実施形態１および実施形態２と同様である。
【０１１７】
液晶層の画素とアレイ型光センサの画素とが１対１対応することが好ましいが、液晶層は膜厚分布を補償するのが目的であるので、膜厚分布が緩やかに変化する場合には撮像素子の画素より粗くても構わない。
【０１１８】
《屈折率変調量の調整》
実施形態１と同様にして、最適電圧印加量を求め、各液晶画素毎にＬＵＴとして記憶媒体に記録する。
【０１１９】
《屈折率変調型ＦＰ探触子の利用》
本実施形態に用いたセルを、アクティブマトリクス駆動し、光路長をＦＰ探触子面内で均一に保った上で、音響波を検出することができる。アレイ型光センサの画像取得が低速である場合にストロボによって観察可能であることは実施形態１と同様である。
【０１２０】
［実施形態４］
実施形態２や３では、液晶層の画素ひとつにつき１種類の補償電圧が印加される構成を示した。しかし、液晶の画素が大きい、すなわち、パリレンの膜厚分布の変化量に対して画素が粗いために画素内で最適補償量が異なってしまう場合、ひとつの液晶画素の中を複数フィールドに分けてデータを取得しても良い。これは実施形態２や実施形態３のセル構成を用いて素子全体を空間分割し、実施形態１の概念を導入して１つの画素の中を時分割で領域別にデータ取得するものであり、よりきめ細やかな補償を行うことが可能となる。
なお、これにはアレイ型光センサの画素ピッチが液晶画素のものよりも小さいことが必要である。
【０１２１】
［実施形態５］
これまでの実施形態では一般に用いられている液晶ディスプレイ用のネマティック液晶と同様に、実際に使用する際に側鎖型高分子液晶層に電圧を印加しながら用いていた。本実施形態では作製プロセスにおいて液晶層の条件をつくり込み、その状態を固定して用いる方法について述べる。
【０１２２】
《素子の作製》
実施形態２または３に記載のマトリクス電極を使用する。用いる液晶材料として、高温側から、等方相−ネマティック相−固体相、という相系列を有する液晶材料を用いる。その際、ネマティック相から固体相へと相転移する際に、結晶化する性質を持つ材料を用いると配向状態が崩れるため、ネマティック相の配向状態がそのまま固定化するようにガラス化相転移によって固体相に相転移する材料を採用することが好ましい。
【０１２３】
素子を作製し、温度を上昇させ液晶をネマティック相とし、屈折率が均一化する至適条件において駆動を行い、駆動電圧を印加しながら固体相へと相転移させる。
【０１２４】
《屈折率変調型ＦＰ探触子の利用》
上記によって固体相へと相転移させると、配向が安定化されるので電圧を切ってもその状態が維持される。そのため、屈折率変調のための電圧を印加することなく、ＦＰ探触子として使用することができる。
【０１２５】
なお、本実施形態では固体相を用いたが、配向を決定した後にその配向状態が固定されるものであればよく、高次の液晶相を有する液晶材料などを用いても構わない。例えば、スメクティック相、ディスコティック液晶、主鎖型高分子液晶などの液晶材料を用いることができる。
【０１２６】
また上で述べたように、液晶性を有さない材料であっても、屈折率分布を付与し補償することが可能である。例えば、音波受信層の膜厚分布に合わせてショ糖などの有機物の濃度勾配を付与したり、濃度によって屈折率が異なる荷電物質を用い、電気泳動を用いて外部から濃度勾配を付与したりすることにより屈折率分布を付与し補償することができる。こうした材料を用いる際には、液体状態であると対流や拡散によって濃度分布が消失するおそれがあるため、所定の間隔で隔壁を設けて拡散しないようにするか、濃度分布を付与したらすぐに寒天などで固めて屈折率分布状態を保存させた上で使用することが好ましい。
【０１２７】
以上、５つの実施形態を述べたが、上記実施形態に限らず、これに派生してさまざまな材料を用いることができる。例えば液晶を用いる場合には、本実施形態１〜４では平行配向のＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型液晶を用いることとした。しかし、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、Ｂｅｎｄ配向方式、ＨＡＮ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）方式など、様々な液晶モードが利用可能である。
【０１２８】
また、上記の補償量の調整に関して、経時変化の影響を受ける場合があると考えられる。そのため、工場出荷時だけでなく使用時にも定期的にＬＵＴを見直すことが好ましい。
【０１２９】
このような構成の生体情報イメージング装置を用いることで、高速に高解像な光音響像を得ることが可能となる。
【０１３０】
なお、上記実施の形態では金電極を用いたが、電極として透明電極を用い、反射層として誘電多層膜ミラーを用いることによって、ＦＰ素子を所望の波長において光透過性を付与することも可能である。
【０１３１】
また医療用途に用いる際は、図５のように水槽は使用せず、被検体つまり患部に音響インピーダンスマッチングジェルを塗り、その上にＦＰ型探触子５０５を接するように配置してイメージングを行う。この際、マッチングジェルに限らず、患部とＦＰ型探触子５０５との間に音響マッチングがとれるものであれば用いることが可能である。
【０１３２】
また本実施形態の中では光音響波信号の受信を中心に述べたが、弾性波であれば検知可能である。そのため、医療用超音波エコー用探触子、非破壊検査用超音波探傷子もしくは探触子などにも適用可能である。またこの素子は広帯域であるので、可聴域の音波振動を検知するためのマイクや聴診器などにも適用可能である。
【実施例１】
【０１３３】
本実施例は、実施形態１に記した構成からなる。
本実施例は、本発明を用いて、被検体としてイントラリピッド１％水溶液を寒天により固め、その中に光を吸収する直径３００μｍのゴムワイヤーを配置したサンプルをイメージングするものである。サンプルは水中に配置されている。
【０１３４】
ＦＰ型探触子の第１のミラーには誘電多層膜を用い、第２のミラーには金を用いる。この誘電多層膜は９００−１２００ｎｍにおいて反射率が９５％以上となるように設計される。また、ＦＰ型探触子の基板はＢＫ７を用い、基板の誘電多層膜が成膜されている面と逆側の面には、９００−１２００ｎｍにおいて反射率が１％以下になるようにＡＲコート処理が施される。ミラー間にある受信膜の材料として図１０の分子形状を有する側鎖形高分子液晶を用いる。１００１がメソゲン基で、１００２が主鎖である。メソゲン基として誘電異方性が正の構造体を用い、水平配向膜を用いる。液晶層の厚さは３０μｍとなるよう成膜される。さらに、探触子の保護膜としてパリレンＣを用いる。
【０１３５】
ＦＰ型探触子の反射光量を測定するための測定光を出射する測定光用光源として、波長９１５ｎｍにおいて連続発振できるレーザーダイオードを用いる。
アレイ型光センサとして、高速ＣＣＤカメラを用いる。この画素数は１００×１００画素である。
【０１３６】
このとき、測定光を照射し、適宜電圧を変化させながらＣＣＤに検知される光量をモニタする。電圧−反射率特性を記録し、最適状態となる電圧値をもとめ、各ＣＣＤ画素においてＬＵＴを作成する。
【０１３７】
その後、光を被検体に照射し、光音響波の測定を開始する。被検体に照射する光源はチタンサファイヤーレーザーである。出射するパルス光の繰り返し周波数は１０Ｈｚ、パルス幅は１０ｎｓであり、波長は７９７ｎｍである。
【０１３８】
本実施例で作製される側鎖型高分子液晶層の層厚には１００ｎｍ程度の分布が発生する。そのため、素子上で領域を１０ブロックに分けてデータを取得する。
【０１３９】
測定後得られる光音響信号の分布を用いて、ユニバーサルバックプロジェクションアルゴリズムにより、画像再構成を行う。再構成の際、ボクセルピッチは０．５ｍｍとする。これにより、直径２ｃｍの撮像領域において、光拡散媒体であるイントラリピッド１％寒天中のゴムワイヤーがイメージングされる。
【０１４０】
本実施例では上記実施形態に記載の手法にしたがって、至適条件にて駆動できるので、良好な感度で音響信号のデータ取得が可能である。
【０１４１】
また、本実施例の撮像方法は、従来報告されているラスタースキャン方式よりも高速である。
【実施例２】
【０１４２】
本実施例は、実施形態２に記したＦＰ探触子構成からなる。
本実施例に用いる装置構成や被検体は実施例１に記したものと同じである。液晶層は１００×１００画素に分割され、単純マトリクス駆動される。
【０１４３】
本実施例で作製されるパリレンの膜厚には１００ｎｍ程度の分布が発生する。そのため、素子上で領域を１０ブロックに分けてデータ取りがなされる。
【０１４４】
測定後得られる光音響信号の分布を用いて、ユニバーサルバックプロジェクションアルゴリズムにより、画像再構成を行う。再構成の際、ボクセルピッチは０．５ｍｍとする。これにより、直径２ｃｍの撮像領域において、光拡散媒体であるイントラリピッド１％寒天中のゴムワイヤーがイメージングされる。
【０１４５】
本実施例では上記実施形態に記載の手法にしたがって、至適条件にて駆動できるので、良好な感度で音響信号のデータ取得が可能である。
また、本実施例の撮像方法は、従来報告されているラスタースキャン方式よりも高速である。
【実施例３】
【０１４６】
本実施例は、実施形態３に記したＦＰ探触子構成からなる。
本実施例に用いる装置構成や被検体は実施例１に記したものと同じである。液晶層は１００×１００画素に分割され、アクティブマトリクス駆動される。
【０１４７】
本実施例で作製されるパリレンの膜厚には１００ｎｍ程度の分布が発生する。そのため、素子上で領域を１０ブロックに分けてデータを取得する。
【０１４８】
測定後得られる光音響信号の分布を用いて、ユニバーサルバックプロジェクションアルゴリズムにより、画像再構成を行う。再構成の際、ボクセルピッチは０．５ｍｍとする。これにより、直径２ｃｍの撮像領域において、光拡散媒体であるイントラリピッド１％寒天中のゴムワイヤーがイメージングされる。
【０１４９】
本実施例では上記実施形態に記載の手法にしたがって、至適条件にて駆動できるので、良好な感度で音響信号のデータ取得が可能である。
また、本実施例の撮像方法は、従来報告されているラスタースキャン方式よりも高速である。
【０１５０】
以上の各実施例で説明したように、本発明の構成によれば、受信膜の成膜プロセスのばらつき等によって膜厚分布が存在している場合でも、共振に必要な光学長を二次元面内で略一定に保つことができる。そのため、反射率の傾きが急峻な条件で測定することができるため、高感度特性を実現することが可能となる。
【０１５１】
また、光路長が均一であれば測定光に用いる波長が単一で済ませることが可能となる。あるいは、補正量が不十分で測定波長を複数用いる場合であったとしても、補償層を用いない場合と比較すれば波長数を大幅に減少させることができる。これにより、装置の低コスト化に寄与する。あるいは同じ価格であれば高い出力の光源を採用できるため、高感度化に寄与する。
【０１５２】
また、本発明は成膜ばらつきの補償だけでなく、環境温度が変化したときの特性ばらつき、素子の経時変化による特性変化、本素子を装置として作り込む際の組み付け誤差などの様々な変動要因を吸収することができるため、安定な装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０１５３】
４０１  ミラー
４０２  ミラー
４０３  音響波受信層
【図１】
0006012202.tif 000008
【図２】
0006012202.tif 000009
【図３】
0006012202.tif 000010
【図４】
0006012202.tif 000011
【図５】
0006012202.tif 000012
【図６】
0006012202.tif 000013
【図７】
0006012202.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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