(57)【要約】【課題】光音響波の検出感度が向上した光音響計測装置を提供する。【解決手段】光音響計測装置１００は、光源２１から発せられる光を被検体４００に照射する照射部２０と、被検体と対向接触して、照射光を透過するとともに被検体４００から生じた光音響波を伝達する透過伝達部３０と、透過伝達部３０を伝達する光音響波を受けて振動し、且つ固体からなる振動部６０とを備える。照射部２０は、透過伝達部３０の非対向面側３０Ｂに設けられて、透過伝達部３０を透過して被検体４００に光を照射する。透過伝達部３０は、照射光が透過する透過部位３０Ｃを有する。振動部５１は、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触して、照射光の透過を妨げないようにして透過部位３０Ｃを避けて周囲に設けられる。振動部５０は、透過伝達部３０を伝達する光音響波によって生じる圧力変動を感知する感圧素子５１を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられる光を被検体に照射する照射部と、
前記被検体と対向接触して、前記光を透過するとともに前記光の照射によって前記被検体から生じた光音響波を伝達する透過伝達部と、
前記透過伝達部を伝達する前記光音響波を受けて振動し、且つ固体からなる振動部とを備え、
前記照射部は、前期透過伝達部の前記被検体と対向する対向面とは反対側の非対向面側に設けられて、前記透過伝達部を透過して前記被検体に前記光を照射し、
前記透過伝達部は、前記光が透過する透過部位を有し、
前記振動部は、前期透過伝達部の前記非対向面側に接触して、前記光の透過を妨げないようにして前記透過部位を避けて周囲に設けられ、
前記振動部は、前記透過伝達部を伝達する前記光音響波によって生じる圧力変動を感知する感圧素子を有する
ことを特徴とする光音響計測装置。
【請求項２】
前記感圧素子は、前記透過伝達部の前記非対向面側に接触して、前記透過部位を取り囲む同心円状のリング形状を有する、
請求項１に記載の光音響計測装置。
【請求項３】
前記振動部は、
前期透過伝達部の前記非対向面側に接触して、前記透過部位を避けた周囲に設けられるとともに、前記感圧素子に前記光音響波を伝達する支持部材と、
前記光を透過して、前記感圧素子を真空封止する封止部材とをさらに有する、
請求項１に記載の光音響計測装置。
【請求項４】
前記透過伝達部は、
ガラス又は樹脂からなる板状の基材と、
前記基材の前記対向面に設けられて、前記被検体と前記基材との音響インピーダンスを整合させる、整合材とを有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項５】
前記照射部が、前記光の波長が異なる複数の光源を有し、
前記照射部は、前記複数の光源からの前記光をそれぞれ異なるタイミングでパルス状に照射する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項６】
前記光源が、レーザーダイオードである、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項７】
前記感圧素子は、圧電式、ピエゾ抵抗式、又は静電容量式である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項８】
前記感圧素子によって前記光音響波を検出して、前記感圧素子が感知した圧力変動に応じた検出信号を出力する検出部を備える、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響波を計測する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、計測対象物から生じた光音響波を計測する光音響装置が知られている。光音響装置を用いた光音響計測によれば、生体を計測対象物とすることで、生体内に含まれるグルコース、脂質、ヘモグロビン等の各種物質を検出して、その濃度を計測することができる。また、光音響計測によれば、上述したような生体内に含まれる各種物質の検出を非浸襲で行うことができる。近年の健康意識の高まりに伴い、光音響装置を各家庭に設置して、日常的に光音響計測を行うことで健康管理に役立てることが期待されている。
【０００３】
従来の光音響装置としては、光源として量子カスケードレーザー（ＱＣＬ；Quantum Cascade Laser）を利用するとともに、ＱＣＬから発せられる中赤外の波長領域の光を被検体に照射するものが知られている。しかしながら、このような光源は大型且つ高価であるため、光音響装置の小型化と普及の妨げとなっていた。また、中赤外光は、空気中又は生体内の水により吸収を受けることで減衰しやすいため、中赤外光を照射して光音響計測を行っても皮膚表面の情報を検出することしかできなかった。これに対して、６０ｋＨｚ程度の音まで検出可能な高周波マイクロホンを用いて光音響波を検出することが試みられていたが、感度の向上には限界があった。
【０００４】
そこで、近赤外の波長領域の光を照射する光源を用いた光音響装置も提案されている（例えば、特許文献１，２）。近赤外光は中赤外光よりも水分による吸収が比較的に少ないため、皮膚の深くにまで光を届けることが可能になる。このため、近赤外光を照射して光音響計測を行うことで、生体のより深い所からの情報を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開第２０１７−６５４１号公報
【特許文献２】特開第２０１７−７０３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２では、光音響波を受信して電気信号に変換できる変換素子を備える探触子を用いることで、光音響波の検出を行っている。この探触子は、水やマッチングジェル等の音響マッチング媒体が満たされた容器（水槽）中で、音響マッチング媒体と接触している。さらに、この容器の底面はフィルムであって、このフィルムが被検体と接している。そして、被検体から発生した光音響波は、フィルム及び音響マッチング媒体を伝播して、変換素子に到達している。
【０００７】
特許文献１，２では、ロッド状の探触子の先端に平板状の変換素子が設けられている。そして、この探触子の側方に配置された光源から被検体に光を照射して、被検体から発生した光音響波を探触子で検出している。
このように、従来の技術では、近赤外光を発する光源と、光音響波を検出する感圧素子（感圧センサ）とを配置して光音響波の検出を行っているが、さらに光音響波の検出感度が向上した光音響計測装置が求められている。
【０００８】
本件は、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、光音響波の検出感度が向上した光音響計測装置を提供することを目的する。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】
本件は、以下に示す種々の具体的態様を提供する。
［１］光源から発せられる光を被検体に照射する照射部と、前記被検体と対向接触して、前記光を透過するとともに前記光の照射によって前記被検体から生じた光音響波を伝達する透過伝達部と、前記透過伝達部を伝達する前記光音響波を受けて振動し、且つ固体からなる振動部とを備え、前記照射部は、前期透過伝達部の前記被検体と対向する対向面とは反対側の非対向面側に設けられて、前記透過伝達部を透過して前記被検体に前記光を照射し、前記透過伝達部は、前記光が透過する透過部位を有し、前記振動部は、前期透過伝達部の前記非対向面側に接触して、前記光の透過を妨げないようにして前記透過部位を避けて周囲に設けられ、前記振動部は、前記透過伝達部を伝達する前記光音響波によって生じる圧力変動を感知する感圧素子を有することを特徴とする光音響計測装置。
【００１０】
［２］前記感圧素子は、前記透過伝達部の前記非対向面側に接触して、前記透過部位を取り囲む同心円状のリング形状を有する、［１］に記載の光音響計測装置。
［３］前記振動部は、前期透過伝達部の前記非対向面側に接触して、前記透過部位を避けた周囲に設けられるとともに、前記感圧素子に前記光音響波を伝達する支持部材と、前記光を透過して、前記感圧素子を真空封止する封止部材とをさらに有する、［１］に記載の光音響計測装置。
【００１１】
［４］前記透過伝達部は、ガラス又は樹脂からなる板状の基材と、前記基材の前記対向面に設けられて、前記被検体と前記基材との音響インピーダンスを整合させる、整合材とを有する、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
［５］前記照射部が、前記光の波長が異なる複数の光源を有し、前記照射部は、前記複数の光源からの前記光をそれぞれ異なるタイミングでパルス状に照射する、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【００１２】
［６］前記光源が、レーザーダイオードである、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
［７］前記感圧素子は、圧電式、ピエゾ抵抗式、又は静電容量式である、［１］〜［６］のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
［８］前記感圧素子によって前記光音響波を検出して、前記感圧素子が感知した圧力変動に応じた検出信号を出力する検出部を備える、［１］〜［７］のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【発明の効果】
【００１３】
本件によれば、光音響波の検出感度が向上した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】
【００１４】
【図１】第一実施形態に係る光音響計測装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】第一実施形態に係る光音響計測装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】第一実施形態に係る光音響計測システムの構成を示すブロック図である。
【図４】第一実施形態に係る光音響計測システムにおける処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】第二実施形態に係る光音響計測装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】第二実施形態に係る光音響計測装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図７】第二実施形態に係る光音響計測システムの構成を示すブロック図である。
【図８】第二実施形態に係る光音響計測システムにおける処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】実施例６に係る光音響計測システムにおける複数波長の信号比とグルコース濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態としての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。
【００１６】
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、本実施形態では、光音響計測装置について、被検体に対向して配置される対向面側と、対向面側とは反対側の非対向面側とを結ぶ方向を厚み方向とする。さらに、厚み方向と直交する平面上の任意の方向を平面方向とする。その他、厚み方向の対向面側から視ることを平面視とする。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。
【００１７】
［Ｉ．第一実施形態］
第一実施形態に係る光音響計測装置及び光音響計測システムについて、図１〜図４を参照して説明する。光音響計測装置は、計測対象物に光を照射して、計測対象物から生じた光音響波を検出するものである。また、光音響計測装置は、検出した光音響波の強度を計測する。さらに、光音響計測システムは、光音響計測装置によって検出した検出信号を解析するものである。本実施形態では、計測対象物となる被検体が人体の指先（指の腹）である場合を例示するが、計測対象物及び計測箇所はこれに限定されない。以降、光音響計測装置及び光音響計測システムを、それぞれ「計測装置」及び「計測システム」とも称することがある。
【００１８】
［Ｉ−１．構成］
図１，図２に示すように、本実施形態の計測装置１００は、照射部２０と、透過伝達部３０と、振動部５０とを備えている。また、図３に示すように、本実施形態の計測システム１は、計測装置１００と、信号処理装置２００と、表示装置３００とを備えている。
以下、計測装置１００及び計測システム１の各構成要素について説明する。
【００１９】
［Ｉ−１−１．計測装置の構成］
〔照射部〕
図１に示すように、照射部２０は、光源２１、レンズ２２、及び反射ミラー２３を有する。照射部２０は、光源２１から発せられる光を計測対象物である被検体の指４００に照射する。照射部２０による光の照射は、後述する制御部２１１によって制御される（図３参照）。照射部２０は、後述する透過伝達部３０の指４００と対向する対向面３０Ａとは反対側の非対向面３０Ｂ側に設けられて、透過伝達部３０を透過して指４００に光を照射する。
【００２０】
＜光源＞
照射部２０は、所定の波長の光を発する光源２１を有する。本実施形態では、照射部２０が、第一光源２１ａ及び第二光源２１ｂの２つの光源２１を有する場合を例示する。なお、本明細書では、第一光源２１ａと第二光源２１ｂとを特に区別しない場合には、「光源２１」として符合を付して説明する場合がある。照射部２０は、少なくとも２つ以上の光源２１を有する。そして、これら複数の光源２１は、それぞれ異なる波長の光を発するものである。照射部は、複数の光源２１からの光を、それぞれ異なるタイミングでパルス状に照射する。
【００２１】
光源２１としては、計測対象物である被検体に照射光を発して、この照射光によって光音響波を発生させるものを適宜用いることができる。このような光源２１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、さらに小型、軽量、且つ安価である点から半導体レーザー（レーザーダイオード）がより好ましく用いられる。また、光源２１としては、１〜３００ｎｓｅｃ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。
【００２２】
光源２１の発する照射光の波長は、計測の対象となる被検体内に含まれる各種物質に伝播して、この各種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、生体内のグルコースを計測の対象とする場合には、近赤外波長域に属する波長が選択される。この場合、通常６００〜２０００ｎｍ、好ましくは８００〜１６００ｎｍの波長域である。本実施形態では、第一光源２１ａが、波長１５５０ｎｍの第一の照射光を発するパルス・レーザーダイオードであり、第二光源２１ｂが、波長９０５ｎｍの第二の照射光を発するパルス・レーザーダイオードである場合を例示する。もちろん、計測対象物の光吸収特性に応じて、光源２１の発する照射光の波長は、適宜変更することができる。また、ここでは、照射部２０が２つの光源２１を有する場合を例示したが、これに限定されず、照射光の波長が異なる３つ以上の光源２１を有するようにしてもよい。
【００２３】
＜レンズ，反射ミラー＞
第一光源２１ａから照射された光は、第一レンズ２２ａに入射する。第一レンズ２２ａは、第一光源２１ａから入射する光を、平行に進行する光（換言すると、平行光）として、反射ミラー２３へ出射する。同様に、第二光源２１ｂから照射された光は、第二レンズ２２ｂに入射する。第二レンズ２２ｂは、第二光源２１ｂから入射する光を、平行光として、反射ミラー２３へ出射する。なお、本明細書では、第一レンズ２２ａと第二レンズ２２ｂと後述する第三レンズ２２ｃを特に区別しない場合には、「レンズ２２」として符合を付して説明する場合がある。
【００２４】
反射ミラー２３は、特定の波長の光を透過して、他の波長の光を反射する選択的反射ミラーである。本実施形態では、反射ミラー２３は、第一光源２１ａからの照射光の波長の光を反射して、第二光源２１ｂからの照射光の波長の光を透過するように構成されている。これにより、第一光源２１ａからの照射光は反射ミラー２３で反射されて、第三レンズ２２ｃに入射する。また、第二光源２１ｂからの照射光は反射ミラー２３を透過して、第三レンズ２２ｃに入射する。
【００２５】
第三レンズ２２ｃは、反射ミラー２３から入射する平行光を、指４００内の１点に収束させるように出射する。これにより、指４００の一点に光エネルギーを集中させて、効率的に光音響波を発生させることができる。上述したようにして、第一光源２１ａ及び第二光源２１ｂから出射された光は、指４００に照射される。そして、第一光源２１ａ及び第二光源２１ｂからの照射光により、指４００から光音響波が生じる。このとき、第一光源２１ａ及び第二光源２１ｂからの照射光は、振動部５０を通過するとともに、透過伝達部３０を透過して、指４００に入射する。なお、光源２１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導光されて、指４００に照射されるようにしてもよい。この場合も、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側から光を照射する。
【００２６】
〔透過伝達部〕
透過伝達部３０は、基材３１と、基材３１の対向面３０Ａに積層して設けられる整合材３２とを有する。透過伝達部３０は、指４００と対向接触して、光源２１からの照射光を透過するとともに、照射光によって指４００から生じた光音響波を振動部５０に伝達する。透過伝達部３０は、光源２１からの照射光を透過する透過部位３０Ｃを有している。ここで、指４００における透過伝達部３０と接触している箇所において、透過部位３０Ｃを透過した光が照射されることで指４００から光音響波が発せられる位置を発生源４００Ａと称する。また、透過伝達部３０における指４００と接触している箇所において、平面視で発生源４００Ａと一致する部位を接触部位３０Ｄと称する。このとき、平面視で、透過部位３０Ｃ、接触部位３０Ｄ、及び発生源４００Ａの位置は略一致している。
【００２７】
＜基材＞
基材３１は、指４００の接触による荷重を支えて、光音響波を検出するための場を提供する板状の部材である。基材３１は、光を透過するとともに、振動を伝達する部材であることが好ましい。このような観点から、基材３１は、透明又は半透明であって、硬質であり、強度に優れる固体の材料からなることが好ましい。これにより、光源２１からの照射光を透過するとともに、指４００からの光音響波を伝達することができる。基材３１を構成する材料は特に限定されないが、例えば、ガラス、樹脂が好ましく、ガラスがより好ましい。樹脂の中では熱可塑性樹脂が好ましく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂がより好ましい。
【００２８】
＜整合材＞
整合材３２は、指４００と接触して、指４００と基材３１との音響インピーダンスを整合させる膜状の部材である。整合材３２は、指４００と基材３１とそれぞれの中間の音響インピーダンスを有することが好ましい。これにより、指４００から生じた光音響波が整合材３２と基材３１とを伝播する際に、部材の界面で生じる反射を抑制して、光音響波の損失を低減することができる。また、整合材３２は、透明又は半透明の材料からなることが好ましい。これにより、光源２１からの照射光を透過することができる。整合材３２を構成する材料は特に限定されないが、弾性を有する材料が好ましく、例えば、シリコーンゴムが挙げられる。中でも、柔らかいシリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムの硬度は、デュロメータ硬さタイプＡで上限が、通常９０以下、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１０以下である。硬度の下限は特に限定されないが、通常１以上、好ましくは３以上、より好ましくは５以上である。シリコーンゴムの硬度が上記範囲内にあると、光音響波の反射を抑えて伝達させやすくなる。
【００２９】
整合材３２は、例えば、液状のシリコーンゴムを基材３１に塗布して、硬化させることで形成することができる。整合材３２は、少なくとも指４００が接触する面積よりも大きい面積となるように設けることが好ましい。なお、本実施形態では、被検体が指４００の場合の整合材３２としてシリコーンゴムを例示したが、被検体と基材３１との音響インピーダンスを整合させるものを、整合材３２として適宜用いることができる。
【００３０】
〔振動部〕
振動部５０は、透過伝達部３０を伝播する光音響波を受けて振動する。また、振動部５０は、固体の部材によって構成されている。さらに、振動部５０は、感圧素子５１を有すことで、光音響波を検出することができる。図１に示すように、振動部５０は、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触して設けられている。また、図１，２に示すように、振動部５０は、光源２１からの照射光が透過伝達部３０を透過することを妨げないようにして透過部位３０Ｃを避けて、透過部位３０Ｃの周囲に設けられている。本実施形態の振動部５０は、感圧素子５１によって構成されている。
【００３１】
＜感圧素子＞
感圧素子５１は、圧力の変動を検出するためのセンシング素子である。感圧素子５１は、透過伝達部３０を伝播する光音響波によって生じる圧力変動を感知する。本実施形態では、感圧素子５１が透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触して、透過部位３０Ｃを避けて、透過部位３０Ｃの周囲に設けられている。これにより、感圧素子５１は、光源２１からの照射光が透過伝達部３０を透過することを妨げないようになっている。
【００３２】
感圧素子５１は、特に限定されないが、例えば、圧電式、ピエゾ抵抗式、又は静電容量式によって圧力を感知することができる素子が用いられる。圧電式は、圧電体に圧力が加わることで電荷又は電圧の変化が生じる圧電効果を利用して、圧力を感知する方式である。ピエゾ抵抗式は、ピエゾ抵抗体に圧力が加わることで電気抵抗の変化が生じるピエゾ抵抗効果を利用して、圧力を感知する方式である。静電容量式は、可動電極と固定電極との対向電極において、可動電極に圧力が加わることで電極間の静電容量が変化することを利用して、圧力を感知する方式である。本実施形態では、感圧素子５１が、圧電式の超音波トランスデューサである場合を例示する。
【００３３】
感圧素子５１は、光照射部２０による光の照射によって被検体内に生じた光音響波を検出して、この光音響波による圧力変動に応じた変位を受けて電圧を生じることで検出信号を生成する。具体的には、指４００に生じた光音響波が透過伝達部３０を介して感圧素子５１に伝わり、この光音響波によって感圧素子５１に生じた変形に応じた強度の検出信号が出力される。感圧素子５１から出力された検出信号は、図示しない信号線を介して、後述するプリアンプ部１７１に入力される（図３参照）。
【００３４】
圧電式の感圧素子５１に用いられる圧電体としては、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）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）等の単結晶；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。これらの中でも、感度に優れ、ガラスからなる基材３１との音響インピーダンスマッチングに優れる観点から、圧電セラミックが好ましく、ＰＺＴがより好ましい。
【００３５】
図２に示すように、振動部５０では、感圧素子５１は、透過部位３０Ｃの周りを取り囲む同心円状のリング形状を有する。これにより、透過部位３０Ｃの周辺において、透過伝達部３０から感圧素子５１に伝わった光音響波は、まず感圧素子５１の中央が上下方向に屈曲して、この屈曲が感圧素子５１の外周方向に同心円状に伝わるように振動する。このように、感圧素子５１は、面外屈曲の振動モードで振動する。なお、感圧素子５１の振動モードは特に限定されず、拡がり振動、厚み縦振動、厚み滑り振動等の任意の振動モードであってよい。これらの中でも、面外屈曲、拡がり振動、厚み縦振動が好ましく、面外屈曲がより好ましい。これにより、透過部位３０Ｃ及び接触部位３０Ｄから広がる光音響波を、対照的な振動モードを用いて検出することで、高感度に計測を行うことができる。
【００３６】
上述した構成により、感圧素子５１は、高いＱ値を示す。感圧素子５１のＱ値は特に限定されないが、通常、３０以上、好ましくは４０以上、であり、通常２００以下である。感圧素子５１のＱ値が上記範囲内にあると、光音響波を高感度で検出しやすくなりやすい。
【００３７】
なお、振動部５０が、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触するとは、振動部５０と透過伝達部３０とが直接接触された態様のみならず、振動部５０と透過伝達部３０と間に、任意の接着層が介在した態様を包含する意味である。中でも、振動部５０と透過伝達部３０との間に空気が介在して空隙が生じることを防ぐため、振動部５０と透過伝達部３０との間に接着層を設けることが好ましい。この接着層としては特に限定されないが、例えば、上述した整合材３２で挙げられた材料を用いることができ、中でも、シリコーンゴムが好適に用いられる。なお、接着層に用いられる材料は、振動部５０と透過伝達部３０との中間の音響インピーダンスを有することが好ましい。これにより、接着層と、振動部５０又は透過伝達部３０との界面で生じる、光音響波の反射による損失を軽減することができる。
【００３８】
［Ｉ−１−２．計測システムの構成］
〔計測装置〕
図３に示すように、計測装置１００を機能的に表すと、照射部２０と、透過伝達部３０と、感圧センサ４０とを備えて構成されている。計測装置１００では、照射部２０は、被検体に光を照射して、被検体から光音響波を発生させる。透過伝達部３０は、被検体から発生した光音響波を感圧センサ４０に伝達する。そして、感圧センサ４０は、光音響波を検出して、検出信号を出力する。照射部２０及び透過伝達部３０の構成は、図１を参照して説明した通りである。
【００３９】
＜感圧センサ，検出部＞
感圧センサ４０は、振動部５０と、検出部１７０とを有している。振動部５０の構成は、図１，２を参照して説明した通りである。検出部１７０は、感圧素子５１と、プリアンプ部１７１と、ＡＤ変換部１７２とを有している。検出部１７０は、感圧素子５１が感知した圧力変動に応じた強度の検出信号を出力する。
【００４０】
＜プリアンプ部＞
プリアンプ部１７１は、感圧素子５１から、検出信号が入力される。プリアンプ部１７１は、入力された検出信号を増幅する増幅器である。プリアンプ部１７１は、感圧素子５１から入力された検出信号を増幅し、増幅した検出信号をＡＤ変換部１７２に出力する。
【００４１】
＜ＡＤ変換部＞
ＡＤ変換部１７２は、プリアンプ部１７１から、増幅された検出信号が入力される。ＡＤ変換部１７２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１７２は、プリアンプ部１７１から入力されたアナログの検出信号を、デジタル化された信号に変換する。ＡＤ変換部１７２は、デジタル化された信号を、後述する信号処理部２１０に出力する。
【００４２】
〔信号処理装置〕
信号処理装置２００を機能的に表すと、信号処理部２１０を備えて構成されている。信号処理装置２００は、計測装置１００の制御を行うと共に、検出信号の解析処理を行う。
【００４３】
信号処理装置２００は、中央処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）、記憶装置、及び入力装置を備えるコンピュータとして構成されている（いずれも図示略）。なお、本実施形態において、コンピュータとは、ハードウェアとオペレーティングシステムとを含む概念であり、オペレーティングシステムの制御の下で動作するハードウェアを意味している。また、オペレーティングシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェアを動作させるような場合には、そのハードウェア自体がコンピュータに相当する。
【００４４】
信号処理部２１０は、信号処理装置２００が備えるＣＰＵ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り、各機能は個別のプログラムとして構成されている。信号処理部２１０は、制御部２１１、解析部２１２、及び出力部２１３として機能する。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、信号処理部２１０の各機能部として機能する。なお、信号処理部２１０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、信号処理装置２００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、信号処理部２１０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。
【００４５】
＜制御部＞
制御部２１１は、照射部２０及び検出部１７０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処理部である。例えば、制御部２１１は、照射部２０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、検出部１７０による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２１１が光照射部２０と検出部１７０の動作タイミングを制御する信号を送信することで、照射光の出力と同期して光音響波を検出することができる。また、出力タイミング信号によって、照射部２０による照射光の出力時間幅、出力強度を制御することができる。
【００４６】
＜解析部＞
解析部２１２は、検出信号を解析して、解析結果を出力する処理部である。計測システム１では、それぞれ異なる波長の光を発する複数の光源２１が、出力タイミングをずらして照射光を発する。さらに、検出部１７０は、複数の光源２１のそれぞれの波長に対応した光音響波を検出して、それぞれの波長に対応した複数の信号を含む検出信号を出力する。そして、解析部２１２は、この検出信号の信号強度（信号ピークの振幅又は面積）を解析することで、光音響波を生じた被検体内に含まれる各種物質の濃度を算出することができる。このような濃度の算出は、公知の手法を利用して行うことができる。解析部２１２は、解析結果を出力部２１３に出力する。
【００４７】
＜出力部＞
出力部２１３は、検出部１７０から出力される検出信号を受信して、受信した検出信号を基にして画像信号を生成し、この画像信号を表示装置３００に出力することで、表示装置３００に検出信号のグラフを表示させる処理部である。または、出力部２１３は、解析部２１２から出力される解析結果を受信して、表示装置３００に解析結果を表示させることができる。
【００４８】
〔表示装置〕
表示装置３００は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（Organic Light-Emitting Diode Display）、ＬＥＤディスプレイ等のディスプレイである。表示装置３００は、信号処理部２１０で処理された情報を表示することができる。
【００４９】
［Ｉ−２．動作］
図４を参照して、本実施形態の計測装置１００及び装置システム１の動作を説明する。
【００５０】
まず、計測装置１００は、検出信号を取得する（ステップＳ１０１）。このとき、制御部２１１は第一光源２１ａ及び第二光源２１ｂに、交互にパルス状の照射光を発するように出力タイミング信号を送信する。そして、第一光源２１ａ及び第二光源２１ｂは、出力タイミング信号を受信して、パルス状の光を交互に発する。感圧素子５１は、パルス状の光の照射によって被検体内に生じた光音響波を検出する。感圧素子５１は、光音響波に応じた検出信号を生成して、プリアンプ部１７１に検出信号を出力する。プリアンプ部１７１は、入力された検出信号を増幅して、増幅した検出信号をＡＤ変換部１７２に出力する。ＡＤ変換部１７２は、入力された検出信号をデジタル信号に変換して、変換した検出信号を信号処理部２１０に出力する。このようにして、第一光源２１ａ及び第二光源２１ｂから発せられる、それぞれ波長の異なるパルス状の照射光に応じた光音響に起因する信号を、交互に含む検出信号が得られる。
【００５１】
次に、出力部２１３は、検出部１７０から受信した検出信号を基にして画像信号を生成し、この画像信号を表示装置３００に出力する。そして表示装置３００は、計測結果を表示する（ステップＳ１０２）。
【００５２】
続いて、解析部２１２は、検出部１７０から受信した検出信号を解析する（ステップＳ１０３）。さらに、解析部２１２は、解析結果を表示装置３００に出力する。そして表示装置３００は、解析結果を表示する（ステップＳ１０４）。
【００５３】
［Ｉ−３．作用及び効果］
従来、光源と感圧センサとを備える光音響計測装置を用いた光音響計測が行われてきた。このとき、例えば、計測対象物から生じた光音響波が空気を介して伝播する場合には光音響波が大きく減衰するため、例えば、計測対象物と感圧センサとの間に、計測対象物と対向接触して、光源からの光を透過するとともに光音響波を伝達する透過伝達部材を介在させることがある。しかしながら、この場合であっても、計測対象物と透過伝達部材との接触部位に対する感圧センサの配置が最適化されているとはいえず、検出感度の向上が望まれていた。
【００５４】
（１）計測装置１００は、照射部２０と、透過伝達部３０と、振動部５０とを備える。さらに、振動部５０は、感圧素子５１を有し、透過伝達部３０の非対向面側３０Ｂに接触して、透過部位３０Ｃを避けて周囲に設けられる。また、照射部２０は、透過伝達部３０の非対向面側３０Ｂに設けられており、指４００に光を照射する。このとき、照射光は、透過部位３０Ｃを囲む振動部５０の間を抜けて、透過部位３０Ｃを透過して、指４００に入射する。これにより、照射光を受けて指４００の発生源４００Ａで生じた光音響波は、まず、指４００と対向接触する部位である透過伝達部３０の接触部位３０Ｄに伝播する。さらに、この接触部位３０Ｄの周囲に設けられている振動部５０が、透過伝達部３０を伝播する光音響波を受けて振動することで、光音響波を検出することができる。このように、透過部位３０Ｃを透過した光を受けて指４００から発生して、透過部位３０Ｃを中心に拡がるようにして透過伝達部３０を伝播する光音響波を、透過部位３０Ｃを避けて周囲に設けられた振動部５０によって検出することができる。このとき、例えば、透過部位３０Ｃから離れた１点の位置で光音響波を検出する場合と比して、光音響波が周囲に散逸することによる検出ロスを軽減することができる。
また、固体からなる振動部５０が透過伝達部３０に接触して、光音響波を伝達することで、光音響波が空気を介さずに固体中を伝播することになる。また、指４００とこれらの音響インピーダンスが比較的に近いため、光音響波が伝播する際の界面での反射による損失を低減することができる。すなわち、計測装置１００は、指４００からの光音響波を、透過伝達部３０と振動部５０とを介して直接的に検出することができる。中でも、透過伝達部３０がガラスや樹脂等の固体からなり、固体からなる振動部５０が光音響波を伝達する場合には、例えば、板状又はフィルム状の部材に接触した被検体からの光音響波が水やジェル状の部材を介して伝播する場合よりも、音響インピーダンスマッチングに優れるため、光音響波の損失をより低減することができる。
したがって、計測装置１００によれば、光音響波の検出感度を向上させることができる。また、検出感度の向上によって、例えば、光源として、従来は大型且つ高価なＱＣＬを使用していたのに対して、小型且つ安価なレーザーダイオードを用いることができる。これにより、計測装置１００自体も小型且つ安価に提供することが可能になる。
【００５５】
（２）計測装置１００では、感圧素子５１は、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触して、透過部位３０Ｃを取り囲む同心円状のリング形状を有する。これにより、接触部位３０Ｄから同心円状に拡散する光音響波に対して、これと同様の形状を有する感圧素子５１によって敏感に検出することができる。したがって、計測装置１００によれば、光音響波の検出感度をより向上させることができる。
【００５６】
（３）計測装置１００では、透過伝達部３０は、基材３１と、対向面３０Ａに設けられる整合材３２とを有している。これにより、指４００は整合材３２と接触して、整合材３２に伝播した光音響波が、さらに基材３１へと伝播することになる。このとき。整合材３２が、指４００と基材３１との音響インピーダンスを整合させることで、指４００と基材３１との間で生じる光音響波の界面での反射を抑制して、損失を低減することができる。したがって、計測装置１００によれば、光音響波の検出感度をさらに向上させることができる。
特には、整合材３２はシリコーンゴムであることが好ましい。これにより、上記効果に加えて、基材３１表面に存在する凹凸形状を弾性変形可能なシリコーンゴムで埋めることができる。これにより、指４００と基材３１との間に空気が入り込み、互いに接触し難くなることを回避することができる。したがって、計測装置１００によれば、光音響波の検出感度をよりいっそう向上させることができる。
【００５７】
（４）計測装置１００では、照射部２０が、照射光の波長が異なる複数の光源２１ａ，２１ｂを有しており、光源２１ａ，２１ｂからの光をそれぞれ異なるタイミングでパルス状に照射する。これにより、波長が異なる光を、タイミングをずらして指４００に照射することができる。このとき、指４００に含まれる各種物質の吸収波長帯の相違を利用して、照射光の波長に応じて強度が時間的に変化する光音響波を検出することができる。よって、これらの光音響波を検出することで得られる検出信号を利用することで、指４００に含まれる各種物質の成分分析が可能となる。
【００５８】
［ＩＩ．第二実施形態］
第二実施形態に係る計測装置及び計測システムについて、図５〜図８を参照して説明する。以降、第二実施形態の説明において、この第二実施形態を、単に本実施形態ともいう。
第一実施形態に係る計測装置１００では振動部５０を備えていたのに対して、第二実施形態では、第一実施形態の振動部５０とは異なる振動部６０を備えている点で相違している（図５，図７参照）。本実施形態に係る計測装置及び計測システムは、一部の構成が上述の第一実施形態に係る計測装置及び計測システムと同様に構成されており、第一実施形態に係る計測装置及び計測システム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。
【００５９】
［ＩＩ−１．構成］
図５，図６に示すように、本実施形態の計測装置１０１は、照射部２０と、透過伝達部３０と、振動部６０とを備えている。また、図７に示すように、本実施形態の計測システム２は、計測装置１０１と、信号処理装置２００と、表示装置３００とを備えている。
以下、計測装置１０１及び計測システム２の各構成要素について説明する。
【００６０】
［ＩＩ−１−１．計測装置の構成］
計測装置１０１の照射部２０及び透過伝達部３０は、計測装置１００と同様に構成されている。
【００６１】
〔振動部〕
振動部６０は、透過伝達部３０を伝播する光音響波を受けて振動する。また、振動部６０は、固体の部材によって構成されている。さらに、振動部６０は、感圧素子６１を有する。図５に示すように、振動部６０は、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触して設けられている。また、図５，６に示すように、振動部６０は、光源２１からの照射光が透過伝達部３０を透過することを妨げないようにして透過部位３０Ｃを避けて、透過部位３０Ｃの周囲に設けられている。本実施形態の振動部６０は、感圧素子６１と、支持部材６２と、封止部材６３とによって構成されている。
【００６２】
＜支持部材＞
支持部材６２は、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触して設けられている。また、支持部材６２は、透過部位３０Ｃを避けて、透過部位３０Ｃの周囲に設けられている。より具体的には、図６に示すように、支持部材６２は、透過部位３０Ｃの周りを取り囲む同心円状のリング形状を有する。支持部材６２は、透過伝達部３０から感圧素子６１に光音響波を伝達する。支持部材６２を構成する材料は特に限定されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ）が挙げられる。支持部材６２は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用した微細加工によって形成することができる。
【００６３】
＜封止部材＞
封止部材６３は、光を透過するとともに、感圧素子６１を真空封止する部材である。封止部材６３を構成する材料は特に限定されないが、例えば、上述した基材３１で挙げられた材料を用いることができ、中でも、ガラスが好適に用いられる。本実施形態では、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に支持部材６２が接触して設けられて、さらに支持部材６２の外周部に対して封止部材６３が非対向面側から覆うように設けられている。これにより、透過伝達部３０と支持部材６２と封止部材６３とによって囲まれる内部空間６４が形成される。この内部空間６４は、真空状態となる閉鎖空間として封止されている。なお、本明細書において真空状態とは、内部空間６４の気圧が大気圧よりも低い状態をいい、好ましくは１０Ｐａ以下、より好ましくは０．１Ｐａ以下、さらに好ましくは１×１０-3Ｐａ以下である。
さらに、内部空間６４を真空状態に保つために気体分子を吸着する真空封止用ゲッター６５が、内部空間６４内の支持部材６２に接して設けられている。
【００６４】
＜感圧素子＞
感圧素子６１は、感圧素子６１Ａと、カンチレバー６１Ｂとが積層されることによって構成されており、圧力の変動を検出することができる。
【００６５】
感圧素子６１Ａは、感圧素子５１と同様に、圧電式、ピエゾ抵抗式、又は静電容量式によって圧力の変動を検出するためのセンシング素子である。本実施形態では、感圧素子６１Ａが、圧電式のＭＥＭＳ型振動子である場合を例示する。
【００６６】
カンチレバー６１Ｂは、一方が支持体６２上に支持される片持ち梁構造を有している。カンチレバー６１Ｂは、例えば、支持部材６２と同様に、ＭＥＭＳを利用したシリコンの微細加工によって形成することができる。なお、本実施形態では、カンチレバー６１Ｂが片持ち梁構造を有するものを例示するが、両持ち梁構造であってもよい。
【００６７】
感圧素子６１は、光照射部２０による光の照射によって被検体内に生じた光音響波を検出して、この光音響波による圧力変動に応じた変位を受けて電圧を生じることで検出信号を生成する。具体的には、指４００に生じた光音響波が透過伝達部３０を介して支持部材６２に伝わる。さらに、光音響波が支持部材６２からカンチレバー６１Ｂに伝わることで、カンチレバー６１Ｂに光音響波による圧力変動に応じた変形が生じる。このとき、カンチレバー６１Ｂに積層された感圧素子６１Ａがカンチレバー６１Ｂとともに変形することで、この変形に応じた強度の検出信号が感圧素子６１Ａから出力される。感圧素子６１から出力された検出信号は、図示しない信号線を介して、後述するプリアンプ部１７１に入力される。
【００６８】
図６に示すように、振動部６０では、支持部材６２が透過部位３０Ｃの周りを取り囲む同心円状のリング形状を有する。さらに、支持部材６２の内周端から内周方向に向けて、感圧素子６１が片持ち梁構造で設けられている。このようにして、感圧素子６１及び支持部材６２は、透過部位３０Ｃを避けて設けられている。また、封止部材６３は、照射光を透過するものである。すなわち、振動部６０は、光源２１からの照射光が透過伝達部３０を透過することを妨げないようになっている。
【００６９】
上述した構成により、感圧素子６１は、高いＱ値を示す。感圧素子６１のＱ値は特に限定されないが、通常、１００以上、好ましくは１０００以上、より好ましくは１００００以上である。感圧素子６１のＱ値が高いほど光音響波を高感度で検出しやすくなりやすい。
【００７０】
［ＩＩ−１−２．計測システムの構成］
図７に示すように、計測システム２は、図３を参照して説明した計測システム１において、感圧センサ４０にかえて、振動部５０が振動部６０に置き換わった感圧センサ４１を有する以外は同様に構成されている。
【００７１】
［ＩＩ−２．動作］
図８を参照して、本実施形態の計測システム２の動作を説明する。
まず、計測システム２は、検出信号を取得する（ステップＳ２０１）。次に、出力部２１３は、検出信号を基にして、計測結果を表示する（ステップＳ２０２）。続いて、検出信号を解析する（ステップＳ２０３）。さらに、解析部２１２は、解析結果を表示する（ステップＳ２０４）。これらの動作は、図４を参照して説明した計測システム１の動作（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）において、感圧素子５１にかえて、感圧素子６１が光音響波を検出して検出信号を出力する以外は同様に行うことができる。
【００７２】
［ＩＩ−３．作用及び効果］
本実施形態の計測装置１０１は、上述したように構成されるため、第一実施形態で上述した作用及び効果のほか、下記のような作用及び効果を得ることができる。
【００７３】
計測装置１０１では、振動部６０は、感圧素子６１に光音響波を伝達する支持部材６２と、封止部材６３とを有している。封止部材６３が感圧素子６１を真空封止することで、感圧素子６１が空気の粘性の影響を受けずに、光音響波に応じて鋭敏に振動することが可能になる。
また、計測装置１０１では、支持部材６２は、透過伝達部３０の非対向面３０Ｂ側に接触して、透過部位３０Ｃを避けて周囲に設けられている。これにより、計測装置１００と同様に、指４００から発生して透過部位３０Ｃを中心に拡がるようにして透過伝達部３０を伝播する光音響波を、透過部位３０Ｃを避けて周囲に設けられた支持部材６２によって受け止めることができる。さらに、支持部材６２が感圧素子６１に光音響波を伝達することで、感圧素子６１は光音響波を感知することができる。このようにして、計測装置１０１によれば、光音響波が周囲に散逸することによる検出ロスを軽減することができる。
したがって、計測装置１０１によれば、光音響波の検出感度をより向上させることができる。
【００７４】
［ＩＩＩ．その他］
上述した第一実施形態では、感圧素子５１が同心円状のリング形状を有する場合を例示した。感圧素子５１の形状はこれに限定されず、照射光の透過を妨げないようにして透過部位３０Ｃを避けて周囲に設けられる配置及び形状であれば、適宜変更することができる。例えば、複数の感圧素子５１を、透過部位３０Ｃを取り囲むように環状に配置してもよい。この場合、複数の感圧素子５１は、互いに間隔をあけて配置してもよいが、検出ロスを低減して検出感度を高める観点からは、環状に配置される感圧素子５１どうしの間の間隔が狭くなるように配置することが好ましい。また、複数の感圧素子５１は、透過部位３０Ｃを中心として、透過部位３０Ｃから互いに等距離にある位置に配置することが好ましい。
【００７５】
上述した第一実施形態では、基材３１がガラスであって、感圧素子５１がＰＺＴである場合を例示した。基材３１及び感圧素子５１はこれらに限定されず、適宜変更することができる。中でも、基材３１と感圧素子５１との音響インピーダンスが近い組み合わせを選択することが好ましい。例えば、基材３１としてシリコーンゴムを用いて、感圧素子としてＰＶＤＦを用いてもよい。
【００７６】
上述した第二実施形態では、透過伝達部３０にシリコンからなる支持部材６２が設けられる場合を例示した。振動部６０の構成はこれに限定されず、指４００からの光音響波を透過伝達部３０及び支持部材６２を通じて感圧素子６１に伝達できるものであれば適宜変更してもよい。例えば、振動部６０は、支持部材６２の被検体と対向する側に、第二封止部材を設けてもよい。第二封止部材を構成する材料としては、封止部材６３と同様に、例えばガラスが用いられる。この場合、振動部は、被検体と対向する側から順に、第二封止部材、支持部材６２、封止部材６３の順で積層される。さらに、第二封止部材と支持部材６２と封止部材６３とによって囲まれる内部空間は、真空状態となっている。そして、この振動部は、第二封止部材が透過伝達部３０の非対向面３０Ｂと接触するようにして設けられる。このとき、振動部と透過伝達部３０とは、第二封止部材と透過伝達部３０とが直接接触されていてもよく、第二封止部材と透過伝達部３０との間に、シリコーンゴム等の任意の接着層が介在していてもよい。これにより、振動部は、指４００からの光音響波を、透過伝達部３０、第二封止部材、及び支持部材６２を通じて感圧素子６１まで伝達することで、検出を行うことができる。この場合も、光が第二封止部材を透過するため、振動部は光源２１からの照射光が透過伝達部３０を透過することを妨げないようになっている。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例に示
す構成、処理内容、処理条件、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更す
ることができる。したがって、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７８】
〔実施例１，２、比較例１，２〕
＜実施例１＞
照射光の波長が１５５０ｎｍのレーザーダイオードを光源として用いた。また、厚み１ｍｍのガラス板を透過伝達部として用いた。また、外形0.8ｃｍ、内径0.2ｃｍ、厚み0.8ｍｍの同心円状のリング形状を有するＰＺＴを感圧素子として用いた。このガラス板の非対向面側に、ＰＺＴを貼り付けて、同じく非対向面側に光源を設置することで、実施例１の計測装置とした。
計測対象物として天然ゴムを用いた。ガラス板の対向面側において、平面視で感圧素子と重なる位置に天然ゴムを接触させた。この状態で、非対向面側に配置した光源から天然ゴムに光を照射することで、光音響波の検出信号を計測した。このとき、リング形状の感圧素子の中心における空間部位を通過するようにして、ガラス板を介して天然ゴムに光を照射した。照射条件としては、１５０ｎｓｅｃのパルス幅の光を１回照射することで行った。計測結果を表１に示す。なお、本明細書の実施例において、計測結果は、検出信号の最大の振幅の大きさを示している。
【００７９】
＜実施例２＞
計測対象物を、人間の指に変更した以外は実施例１と同様にして、光音響波の検出信号を計測した。計測結果を表１に示す。
【００８０】
＜比較例１＞
感圧素子として、実施例１で用いたＰＺＴを平面視で半分に切断して、半円形状にしたものを感圧素子として用いた以外は実施例１と同様にして、光音響波の検出信号を計測した。このとき、半円形状の感圧素子は、実施例１で配置した円形状の感圧素子における半円形状の部分が占める位置と同じ位置に配置した。計測結果を表１に示す。
【００８１】
＜比較例２＞
計測対象物を、人間の指に変更した以外は比較例１と同様にして、光音響波の検出信号を計測した。計測結果を表１に示す。
【００８２】
【表１】
2019164104.tif 000003
【００８３】
＜検討＞
表１から明らかなように、実施例１は比較例１よりも６．２倍の強度の検出信号が得られた。また、実施例２は比較例２よりも７．４倍の強度の検出信号が得られた。ここで、実施例１，２は、比較例１，２と比して、感圧素子の面積が２倍であるのに対して、検出信号の強度が４倍以上となっていた。この結果から、単に感圧素子の面積が増加した分を上回る強度で光音響波が検出できており、透過部位の周囲に振動部を設けることによって検出感度が上昇することが裏付けられた。
【００８４】
〔実施例３〜５〕
＜実施例３＞
計測対象物を、１００ｍｇ／ｄＬのグルコースを含むジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）（信越化学社製、製品名：ＫＥ−１３０８）の硬化物に変更した以外は実施例１と同様にして、光音響波の検出信号を計測した。計測結果を表２に示す。
【００８５】
＜実施例４，５＞
計測対象物のＰＤＭＳの硬化物に含まれるグルコースの濃度を、表２に記載の値に変更した以外は実施例３と同様にして、光音響波の検出信号を計測した。計測結果を表２に示す。
【００８６】
【表２】
2019164104.tif 000004
【００８７】
＜検討＞
表２に示した実施例３〜５の結果から、ＰＤＭＳに含まれるグルコースの濃度依存的に信号強度が増加する検出信号を得ることができることが明らかになった。
【００８８】
〔実施例６〕
＜実施例６＞
照射光の波長が１５５０ｎｍのレーザーダイオードに加えて、照射光の波長が９０５ｎｍのレーザーダイオードを光源として用いて、非対向面側に設置することで、実施例６の計測装置とした。
計測対象物として、各種濃度のグルコースを含むＰＤＭＳを用いた。ガラス板の対向面側において、平面視で感圧素子と重なる位置ＰＤＭＳ試料を配置した。この状態で、非対向面側に配置した光源からＰＤＭＳに光を照射することで、光音響波の検出信号を計測した。このとき、リング形状の感圧素子の中心における空間部位を通過するようにして、ガラス板を介してＰＤＭＳの硬化物に光を照射した。照射条件としては、始めに１５５０ｎｍのレーザーダイオードで１５０ｎｓｅｃのパルス幅の光を１回照射して、光音響波の検出信号を計測した。その後に照射光の波長が９０５ｎｍのレーザーダイオードを同条件で照射を行い、光音響波の検出信号を計測した。各波長の計測結果を図９に示す。さらに、図９では、９０５ｎｍのレーザーダイオードで照射した際の検出信号の振幅に対する、１５５０ｎｍのレーザーダイオードで照射した際の検出信の振幅の比を表す。図９中において、Ratioは１５５０ｎｍの波長の光音響と９０５ｎｍの波長の光音響の信号比を意味する。
【００８９】
＜検討＞
図９に示した実施例６の結果から、１５５０ｎｍの照射光の場合と、９０５ｎｍの照射光の場合との信号比が、グルコースの濃度（塩水濃度）依存的に増加傾向を示すことが明らかになった。
【００９０】
〔実施例７，８〕
＜実施例７＞
感圧素子を、外形１．８ｃｍ、内径０．５ｃｍ、厚み０．５ｍｍの同心円状のリング形状を有するＰＭＮ−ＰＴに変更したものを、実施例７の計測装置とした。この計測装置を用いた以外は、実施例２と同様にして、光音響波の検出信号を計測した。計測結果を表３に示す。
【００９１】
＜実施例８＞
実施例７の計測装置において、さらにガラス板の対向面側に、シリコーンゴム（信越化学社製、製品名：ＫＥ−１３０８）を薄く塗布することで整合材を設けたものを、実施例８の計測装置とした。この計測装置を用いた以外は、実施例７と同様にして、光音響波の検出信号を計測した。計測結果を表３に示す。
【００９２】
【表３】
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【００９３】
＜検討＞
表３に示した実施例７，８の結果から、指とガラス板との間に、シリコーンゴムの整合材を設けることで、光音響信号が増幅されて、検出感度が向上することが裏付けられた。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本件の計測装置及び計測システムは、光音響計測を利用して、非浸襲で被検体の体内に含まれる各種物質を検出することができる。また、光源としてレーザーダイオードを用いることで計測装置を小型且つ安価に提供することが可能である。さらに、本件の計測装置によれば、透過伝達部に指を触れるだけで生体内の物質のモニタリングが可能であり、例えば、血糖値の計測が可能となる。これにより、例えば、本件の計測装置を住宅の洗面台に内蔵して、透過伝達部の透過部位を露出するようにしておくことで、これに触れた被検体が日常生活の中で健康診断を行うことができ、日々の健康管理に活用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１，２  光音響計測システム
１００，１０１音響計測装置
２０  照射部
２１ａ，２１ｂ  光源
３０  透過伝達部
３０Ａ  対向面
３０Ｂ  非対向面
３０Ｃ  透過部位
３１  基材
３２  整合材
３０Ｄ  接触部位
５０，６０  振動部
５１，６１，６１Ａ  感圧素子
６１Ｂ  カンチレバー
６２  支持部材
６３  封止部材
６４  内部空間
１７０  検出部
【図１】
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【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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