(57)【要約】【課題】光検出方式の超音波受信装置において、装置の大型化やコストの増加を抑えつつ、検出信号のＳＮ比等を向上させる。【解決手段】ブロードバンド光を発生する光源１１と、受信される超音波に応じて伸縮し、伸縮に応じて光反射率が変動することにより、光源が発生した光を強度変調する超音波有感部を含む超音波検出素子２０と、該超音波検出素子によって強度変調された光を分光する分光素子１５と、該分光素子によって分光された光を複数の波長成分ごとに検出することにより、第１の波長成分を検出して得られた第１の検出信号と第２の波長成分を検出して得られた第２の検出信号とを少なくとも発生する複数の光電変換素子を有する光検出器１６と、第１の検出信号と第２の検出信号とを用いて演算処理を行うことにより、超音波検出素子によって受信された超音波に関する情報を求める演算処理部５６とを含む。【選択図】　図１
2004000482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロードバンド光を発生する光源と、
受信される超音波に応じて伸縮し、伸縮に応じて光反射率が変動することにより、前記光源が発生した光を強度変調する超音波有感部を含む超音波検出素子と、
前記超音波検出素子によって強度変調された光を分光する分光手段と、
前記分光手段によって分光された光を複数の波長成分ごとに検出することにより、第１の波長成分を検出して得られた第１の検出信号と、第２の波長成分を検出して得られた第２の検出信号とを少なくとも発生する複数の光電変換素子を有する光検出手段と、
第１の検出信号と第２の検出信号とを用いて演算処理を行うことにより、前記超音波検出素子によって受信された超音波に関する情報を求める演算処理手段と、
を具備する超音波受信装置。
【請求項２】
前記演算処理手段が、第１の検出信号と第２の検出信号とを、いずれか一方の位相を反転した後に加算する、請求項１記載の超音波受信装置。
【請求項３】
キャリブレーション時における前記光検出手段の検出結果に基づいて、前記光検出手段の複数の光電変換素子の中から超音波の検出のために用いられる２組の光電変換素子を選択すると共に、超音波を受信する際に、選択された２組の光電変換素子からそれぞれ出力される第１の検出信号と第２の検出信号とを用いて演算処理するように前記演算処理手段を制御する制御手段をさらに具備する請求項１又は２記載の超音波受信装置。
【請求項４】
受信される超音波に応じて伸縮し、伸縮に応じて光反射率が変動することにより、入射した光を強度変調する超音波有感部を含む超音波検出素子に光を入射し、前記超音波検出素子に超音波が受信されることによって強度変調された光を分光し、分光された光を複数の光電変換素子を有する光検出手段を用いて複数の波長成分ごとに検出することにより、前記超音波検出素子の複数の検出エリアの各々について、第１の波長成分を検出して得られた第１の検出信号と、第２の波長成分を検出して得られた第２の検出信号とを少なくとも発生するステップ（ａ）と、
第１の検出信号と第２の検出信号とを用いて演算処理を行うことにより、前記超音波検出素子の複数の検出エリアの各々において受信された超音波に関する情報を求めるステップ（ｂ）と、
を具備する超音波受信方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）に先立って、前記超音波検出素子に光を入射し、前記超音波検出素子において反射された光を分光し、前記光検出手段を用いて複数の波長成分ごとに検出することにより、前記光検出手段の複数の光電変換素子の中から超音波の検出のために用いる２組の光電変換素子を選択するステップ（ｃ）をさらに具備し、
ステップ（ａ）が、ステップ（ｃ）において選択された２組の光電変換素子を用いて、前記超音波検出素子の複数の検出エリアの各々について第１の検出信号と第２の検出信号とを発生することを含む、請求項４記載の超音波受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を受信することにより超音波画像を得るために用いられる超音波受信装置及び超音波受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波撮像装置においては、超音波の送信及び受信を行う素子（振動子）としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ｌｅａｄ）　ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　ｔｉｔａｎａｔｅ）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素子を含む圧電素子を用いた１次元センサアレイが一般的であった。このような１次元センサアレイを機械的に移動させながら、被検体の複数の断面における２次元画像を取得し、さらに、それらの２次元画像を合成することにより３次元画像を得ていた。
【０００３】
しかしながら、この手法によれば、１次元センサアレイの移動方向にタイムラグがあるため、異なる時刻における断面像を合成することになるので、合成画像がぼけたものとなってしまう。従って、超音波撮像装置を用いて超音波エコー観察等を行う場合のように、生体を対象とする被写体には適していない。
【０００４】
超音波を用いて高品位な３次元画像を取得するためには、センサアレイを移動させることなく２次元画像を取得できる２次元センサが必要である。
しかしながら、上記ＰＺＴやＰＶＤＦを用いて２次元センサアレイを作製する場合には、素子の微細加工と、多数の微細素子への配線が必要であり、現状以上の微細化と素子集積は困難である。また、それらが解決されたとしても、素子間のクロストークが増大したり、微細配線による電気的インピーダンスの上昇によりＳＮ比が劣化したり、微細素子の電極部が破壊し易くなるといった問題があるので、ＰＺＴやＰＶＤＦを用いた２次元センサアレイの実現は困難である。
【０００５】
一方、受信した超音波信号を光信号に変換して検出する方式のセンサも知られている。このような光検出方式の超音波センサとして、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧと略称）を用いるもの（非特許文献１参照）や、ファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）構造を用いるもの（非特許文献２参照）が報告されている。このような超音波センサを用いて２次元センサアレイを作製すると、多数の微細素子への電気的配線が不要で、且つ、良好な感度が得られるという利点がある。
【０００６】
また、２次元の検出面を有する光検出方式の超音波センサも知られている。例えば、非特許文献３には、ファブリーペロー構造を有するポリマー膜を超音波の検出に用いることが記載されている。このような膜状の超音波センサは、多数の微細素子に対する加工が不要であるために、コストを抑制することができる。光検出方式の超音波センサは、超音波を受けて光の反射特性が変化する超音波検出素子を利用したものである。ここで、反射特性とは、光の波長に対する反射強度の関係を示すものである。
【０００７】
しかしながら、このような超音波検出素子は、温度や湿度の変化によって光の反射特性が変化するため、検出感度のバラツキが大きい。また、２次元検出面を有する超音波検出素子においては、検出面の位置ごとに光の反射特性が異なり、検出感度のバラツキが生じてしまう。このように、光検出方式を用いた超音波受信装置においては、温度等の環境的要因や構造的要因による検出感度の変化やバラツキを制御することが、実用上の大きな問題である。このために、例えば、光源から出射される光の波長を、超音波検出素子の感度が高くなる点に調整することが考えられるが、非常に急峻な反射特性に対して光源光の波長を合わせ込むのは困難である。一方、ブロードバンド光を、位置に応じて異なる反射特性を有する超音波検出素子に入射し、反射光をフィルタ分離する方式も考えられるが、この場合には、超音波検出素子の構成が複雑になり、コストが高くなるという問題がある。さらに、超音波検出素子の検出領域ごとに反射特性を変化させる方式も考えられるが、この場合にも超音波検出素子の構成が複雑になり、やはり、コストが高くなってしまう。
【０００８】
また、このような超音波受信装置において検出感度を上げるためには、例えば、超音波検出素子が有する光の反射特性における光反射率の傾斜を高くしたり、超音波を受信する際の超音波センサの歪み量を大きくすることが考えられる。しかしながら、反射特性における光反射率の傾斜を高くすると、同時に検出に用いられる光の波長調整精度も厳しくなる。また、超音波センサの歪み量を大きくするためには、超音波センサの超音波受信面に柔らかい部材を用いれば良いが、これにより、超音波センサにおける反射特性の温度依存性も高くなり、検出動作が不安定になってしまう。
【０００９】
【非特許文献１】
タカハシ（ＴＡＫＡＨＡＳＨＩ）、他２名、「ファイバブラッググレーティングを用いた水中音響センサ（Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｓｅｎｓｏｒ　ｗｉｔｈ　Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇ）」、オプティカルレビュー（ＯＰＴＩＣＡＬ　ＲＥＶＩＥＷ），　Ｖｏｌ．　４，　Ｎｏ．　６　（１９９７），Ｐ．　６９１−６９４
【非特許文献２】
ウノ（ＵＮＯ）、他１名、「メガヘルツ超音波領域測定のためのファイバーオプティックマイクロプローブの制作と性能（Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａ　Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃ　Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｂｅ　ｆｏｒ　Ｍｅｇａｈｅｒｔｚ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｆｉｅｌｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）」，電学論（Ｔ．　ＩＥＥ　Ｊａｐａｎ），　Ｖｏｌ．　１１８−Ｅ，　Ｎｏ．　１１　（１９９８），　Ｐ．　４８７−４９２
【非特許文献３】
ベアード（Ｂｅａｒｄ）、他２名、「広帯域な超音波検出のためのファブリーペローポリマーフィルムセンシングコンセプトの処理機構（Ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｆｉｌｍ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｃｏｎｃｅｐｔ　ｆｏｒ　Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）」アイ・イー・イー・イー会報（ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ，　ＦＥＲＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ，　ＡＮＤ　ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ　ＣＯＮＴＲＯＬ），　ＶＯＬ．　４６，　ＮＯ．　６　（ＮＯＶＥＭＢＥＲ　１９９９），　Ｐ．１５７５−１５８２
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、光検出方式の超音波受信装置及び超音波受信方法において、装置の大型化やコストの増加を抑えつつ、検出信号のＳＮ比等を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る超音波受信装置は、ブロードバンド光を発生する光源と、受信される超音波に応じて伸縮し、伸縮に応じて光反射率が変動することにより、光源が発生した光を強度変調する超音波有感部を含む超音波検出素子と、該超音波検出素子によって強度変調された光を分光する分光手段と、該分光手段によって分光された光を複数の波長成分ごとに検出することにより、第１の波長成分を検出して得られた第１の検出信号と第２の波長成分を検出して得られた第２の検出信号とを少なくとも発生する複数の光電変換素子を有する光検出手段と、第１の検出信号と第２の検出信号とを用いて演算処理を行うことにより、超音波検出素子によって受信された超音波に関する情報を求める演算処理手段とを具備する。
【００１２】
ここで、上記分光手段は、超音波検出素子の複数の検出エリアから導かれた複数の光線をそれぞれ同時に分光しても良く、上記光検出手段は、分光手段によって分光された複数の光線をそれぞれの波長ごとに検出しても良い。
【００１３】
また、本発明に係る超音波受信方法は、受信される超音波に応じて伸縮し、伸縮に応じて光反射率が変動することにより、光源が発生した光を強度変調する超音波検出素子に光を入射し、超音波検出素子に超音波が受信されることによって強度変調された光を分光し、複数の光電変換素子を有する光検出手段を用いて複数の波長成分ごとに検出することにより、超音波検出素子の複数の検出エリアの各々について、第１の波長成分を検出して得られた第１の検出信号と第２の波長成分を検出して得られた第２の検出信号とを少なくとも発生するステップ（ａ）と、第１の検出信号と第２の検出信号とを用いて演算処理を行うことにより、超音波検出素子の複数の検出エリアの各々において受信された超音波に関する情報を求めるステップ（ｂ）とを具備する。
【００１４】
ここで、ステップ（ｂ）は、第１の検出信号と第２の検出信号とを、いずれか一方の位相を反転した後に加算することを含んでも良い。
本発明によれば、超音波検出素子において変調された光の複数の波長成分を検出して得られた複数の検出信号を用いて演算処理を施すので、検出信号のＳＮ比等を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波受信装置を適用した超音波撮像装置を示すブロック図である。この超音波受信装置は、超音波を受信して検出信号を出力する超音波受信部１と、超音波受信部１から出力された検出信号を処理する信号処理部２と、タイミングコントロール部３とを有している。また、超音波撮像装置は、画像メモリ（２次記憶部）６１と、画像処理部６２と、画像表示部６３と、超音波送信部８０と、駆動信号発生回路８１とをさらに有している。
【００１６】
超音波受信部１は、光源１１と、分波器１２と、超音波検出素子２０と、分光素子１５と、光検出器１６とを有しており、受信した超音波信号を光信号に変換して伝送し、さらに電気信号である検出信号に変換して出力する。光検出器１６は、超音波検出素子２０の各々の検出領域に対応して、分光された複数の波長成分を検出するための複数の光電変換素子を有している。超音波受信部１の構成については、後で詳しく説明する。
【００１７】
信号処理部２は、ＴＧＣ（ｔｉｍｅ　ｇａｉｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）増幅器５１と、Ａ／Ｄ変換器５２と、１次記憶部５３と、位相整合部５４と、動作波長制御部５５と、演算処理部５６とを有しており、超音波受信部１から出力される検出信号を処理することにより、超音波受信部１の複数の検出領域における超音波の強度等の情報を表す信号を生成する。
【００１８】
ＴＧＣ増幅器５１は、光検出器１６から出力された検出信号を、検出時間に応じて利得を変化させながら増幅することにより、被検体内における超音波の減衰を調整する。Ａ／Ｄ変換器５２は、検出信号をディジタル信号（データ）に変換し、１次記憶部５３は、それらの信号を時系列に記憶する。位相整合部５４は、１次記憶部５３に記憶されたデータに基づいて演算処理を行うことによって位相を調整する。
【００１９】
動作波長制御部５５は、超音波を受信する前にキャリブレーションを行う際に、光検出器１６から出力された信号に基づいて、超音波検出素子２０の各々の検出領域に対応する複数の光電変換素子の内のいずれの光電変換素子を超音波の検出用に選択するかを決定する。本発明によれば、１つの検出領域に対応して複数の検出信号が使用されるが、本実施形態においては、１つの検出領域に対応して、第１の検出信号及び第２の検出信号を得るために、２つの光電変換素子が選択される。従って、複数の検出領域に対応して、複数の第１の光電変換素子と複数の第２の光電変換素子、即ち、２組の光電変換素子が選択される。また、動作波長制御部５５は、超音波を受信する際に、選択された２組の光電変換素子から出力された検出信号が１次記憶部５３に記憶されるように、光検出器１６又は信号処理部２を制御する。
【００２０】
さらに、演算処理部５６は、１次記憶部５３に記憶されている２組の検出信号（データ）を用いて演算処理を行うことにより、超音波の強度等を求める。
画像メモリ（２次記憶部）６１は、位相整合されたデータに基づく複数枚の面データを記憶する。画像処理部６２は、それらのデータに基づいて、２次元データ又は３次元データを再構成すると共に、補間、レスポンス変調処理、階調処理等の処理を施す。画像表示部６３は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置であり、これらの処理を施された画像データに基づいて画像を表示する。
【００２１】
駆動信号発生回路８１は、超音波を送信するための駆動信号を発生する。超音波送信部８０は、駆動信号発生回路８１から発生する駆動信号に基づいて超音波を送信する。超音波送信部８０は、例えば、圧電素子に電極を形成した振動子によって構成される。圧電素子は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ｌｅａｄ）　ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　ｔｉｔａｎａｔｅ）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素子に代表される圧電性を有する材料等を含んでいる。振動子の電極に、駆動信号発生回路８１からパルス状の電気信号或いは連続波電気信号を送って電圧を印加すると、圧電効果により圧電素子は伸縮する。これにより、振動子から超音波パルス或いは連続波超音波が発生する。
【００２２】
タイミングコントロール部３は、所定のタイミングで駆動信号を発生するように駆動信号発生回路８１を制御すると共に、送信時刻から一定時間経過後に光検出器１６から出力される検出信号を取り込むように、信号処理部２を制御する。
なお、超音波検出素子２０と超音波送信部８０とは、図１に示すように別々に設けても良いし、超音波検出素子２０と超音波送信部８０とを組み合わせることにより、超音波用探触子を形成しても良い。
【００２３】
図２は、図１に示す超音波受信部１の構成を示す模式図である。超音波受信部１は、光源１１から出射した光を平行光にして分波器に導くコリメートレンズ１７と、超音波検出素子２０から反射された光を平行光にして分波器に導くコリメートレンズ１８とをさらに有している。また、コリメートレンズ１８と超音波検出素子２０との間で光を導くために、光伝送路１３及びコリメート部１４が設けられている。
以下においては、超音波検出素子２０における光の波長と反射強度との関係を、反射特性と呼ぶものとする。
【００２４】
光源１１としては、反射特性の傾斜帯域以上の範囲をカバーできる帯域幅を有するものを用いることが望ましい。このような広帯域光（ブロードバンド）光を発生する光源として、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源、若しくは、線幅の比較的大きいＬＤ（レーザダイオード）等の光源が用いられる。
【００２５】
分波器１２は、ハーフミラー、光サーキュレータ、又は、偏光ビームスプリッター等によって構成され、第１の方向から入射した入射光を第２の方向に通過させると共に、第２の方向から戻ってくる光を第１の方向とは別の第３の方向に反射する。本実施形態においては、分波器１２としてハーフミラーを用いている。ハーフミラーは、入射光を入射方向の反対方向に透過させ、入射方向の反対方向から戻ってくる光を、入射方向とほぼ９０°をなす方向に反射する。
【００２６】
光伝送路１３は、分波器１２を通過した光を超音波検出素子２０に導く。光伝送路１３としては、多数の（例えば、１０２４本）光ファイバを束ねたバンドルファイバが用いられる。図２には、１ライン上に配列された光ファイバＯＦ１〜ＯＦＭが示されている。図２に示すように、多数の光ファイバは、超音波検出素子側（図中左側）においては受信面の形状（例えば、円状）に合わせて束ねられ、分波器１２側（図中右側）においては、１ライン上に配列される。或いは、１ライン上に配列された光ファイバを、複数段に重ねても良い。
【００２７】
光伝送路１３の先端部は、コリメート部１４を介して超音波検出素子２０に、光軸を合わせて接続されている。コリメート部１４は、例えば、コリメートレンズがアレイ化されたコリメートレンズアレイを含んでいる。光伝送路１３及びコリメート部１４の構成については、後で詳しく説明する。
【００２８】
超音波検出素子２０は、伝搬する超音波によって歪みを生じる２次元の受信面２０ａと、受信面２０ａにおいて受信される超音波に応じて伸縮する超音波有感部とを有している。この伸縮に応じて超音波有感部の光反射率が変動するので、光伝送路１３及びコリメート部１４を通って超音波検出素子２０に入射した光は強度変調を受けて反射される。
【００２９】
分光素子１５は、例えば、回折格子やプリズム等によって構成され、入射光を波長に応じて異なる方向に出射する。即ち、分光素子１５は、光ファイバＯＦ１〜ＯＦＭから平行に出射された光線Ｌ１〜ＬＭを分光し、分光された複数の光線を光検出器１６に導く。
【００３０】
或いは、分光素子１５として、ＡＷＧ（アレイ導波路格子）分光素子を用いても良い。図３に、ＡＷＧ分光素子の構成を示す。
ＡＷＧ分光素子としては、プレーナ光波回路（ＰＬＣ：ｐｌａｎａｒ　ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ）に含まれるアレイ導波路格子を用いるのが一般的である。図３に示すように、このアレイ導波路格子は、一本の入力導波路９１が接続された入力側スラブ導波路９２と、複数の出力導波路９３ａ、９３ｂ、…が接続された出力側スラブ導波路９４との間を、一定の導波路長差を有する複数のアレイ導波路９５ａ、９５ｂ、…により接続して構成される。
【００３１】
入力側スラブ導波度９２は、入力導波路９１の端部を曲率中心とする扇形をしている。また、出力側スラブ導波路９４は、複数の出力導波路９３ａ、９３ｂ、…の端部を曲率中心とする扇形をしている。複数のアレイ導波路９５ａ、９５ｂ、…は、それぞれの光軸が入力側スラブ導波路９２及び出力側スラブ導波路９４の両方の曲率中心を通るように、放射状に配置されている。これにより、入力側スラブ導波路９２及び出力側スラブ導波路９４が、レンズと同等の機能を実現する。
【００３２】
異なる複数の波長λ１〜λＮを有する入射光は、入力導波路９１に入射し、入力側スラブ導波路９２のレンズ作用により複数のアレイ導波路９５ａ、９５ｂ、…に導光される。入射光に含まれる複数の波長成分は、アレイ導波路９５ａ、９５ｂ、…において励振し、それぞれの波長に応じた導波路長を有する複数の出力導波路９３ａ、９３ｂ、…に導光される。
【００３３】
再び図２を参照すると、光検出器１６は、分光素子１５によって分光された複数の波長成分を検出する。光検出器１６としては、複数の光電変換素子が２次元に配列され、入射光を位置ごとに分割して検出することができる２次元光電変換器が用いられる。例えば、ＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）や、ＭＯＳ型センサ等を用いることができる。或いは、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）等のプログラマブルな２次元センサを用いても良い。
【００３４】
これらの光学素子は、超音波検出素子の所定の微小領域から反射される光線に含まれる所定の波長を有する成分が、光検出器１６の所定の光電変換素子に入射するように配置されている。本実施形態においては、超音波検出素子の異なる領域に接続されている光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…から出射した光線Ｌ１、Ｌ２、…を、２次元に配列されている光電変換素子の第１列、第２列、…にそれぞれ対応させている。また、分光された成分の波長λ１、λ２、…を、光電変換素子の第１行、第２行、…にそれぞれ対応させている。このような対応が得られるように光学系を配置することにより、光検出器１６の第ｎ行第ｍ列に位置する光電変換素子から出力される信号は、光ファイバＯＦｍから出射した光線Ｌｍに含まれる波長λｎを有する成分であると特定される。
【００３５】
次に、図４を参照しながら、超音波検出素子２０の構造及び超音波の検出原理について詳しく説明する。超音波検出素子２０は、基板２１と、該基板の上に積層された多層膜２２とを含む多層膜センサである。
基板２１は、超音波を受信することによって歪みを生じる膜状の基板であり、例えば、直径２ｃｍ程度の円か、それ以上の面積を有している。基板２１には、異なる屈折率を有する２種類の材料層を交互に積層することにより、ブラッググレーティング構造を有する多層膜２２が形成されている。図４には、屈折率ｎ１を有する材料層Ａと、屈折率ｎ２を有する材料層Ｂとが示されている。
【００３６】
多層膜２２の周期構造のピッチ（間隔）をｄとし、入射光の波長をλとすると、ブラッグの反射条件は次の式で表される。ただし、ｍは任意の整数である。
２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ　・・・（１）
ここで、θは入射面から測った入射角であり、θ＝π／２とすると次の式のようになる。
２ｄ＝ｍλ　・・・（２）
ブラッググレーティングは、ブラッグの反射条件を満たす特定の波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光を透過させる。
【００３７】
超音波検出素子２０に超音波を伝搬させると、超音波の伝搬に伴い超音波検出素子２０が歪み、多層膜２２の各位置において周期構造のピッチｄが変化する。これに伴い、選択的に反射される光の波長λが変化する。ブラッググレーティングの反射特性においては、最も光反射率の高い（透過率の低い）中心波長の前後に光反射率の変化する傾斜帯域がある。この傾斜帯域の範囲に中心波長を有する光を多層膜２２に入射させながら基板２１に超音波を加えると、受信面の各位置における超音波の強さに応じた反射光（又は透過光）の強度変化を観測できる。この光の強度変化を超音波の強度に換算することにより、超音波の２次元強度分布情報を取得できる。
【００３８】
基板２１の材料としては、石英ガラス（ＳｉＯ２）やＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス等が用いられる。また、材料層Ａ及びＢに用いられる物質としては、屈折率が互いに１０％以上異なる物質の組み合わせが望ましい。これには、例えば、ＳｉＯ２と酸化チタン（Ｔｉ２Ｏ３）との組み合わせや、ＳｉＯ２と酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）との組み合わせ等が挙げられる。材料層Ａ及びＢは、基板２１上に、真空蒸着やスパッタリング等の方法によって形成される。
【００３９】
ところで、超音波の多重反射を抑制するためには、超音波が伝搬する距離を長くすることが有効である。超音波は、伝搬する際に少なからず減衰し、その伝搬距離が長いほど減衰量は大きくなる。そこで、十分な伝搬距離を取れば、一端に伝搬した超音波が他端において反射して戻る間に、超音波を十分に減衰させることができるからである。このため、本実施形態においては、光伝送路として光ファイバを用い、受信した超音波を光ファイバに伝搬させている。即ち、光伝送路に、光を通過させる機能と共に超音波を減衰させるバッキング部としての機能を持たせている。
【００４０】
図５は、図２に示す光伝送路１３、コリメート部１４、及び、超音波検出素子２０の一部を拡大して示す断面図である。図５に示すように、光伝送路（バンドルファイバ）１３に含まれる光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…は、コリメート部（コリメートレンズアレイ）１４に含まれる複数のコリメートレンズ１４ａに、それぞれ光軸を合わせて接続され、さらに、超音波検出素子２０に２次元的に配置されて接続されている。光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…は、接着剤２５を用いて束ねられている。
【００４１】
光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…は、例えば、２ｍ程度の長さを有するシングルモード又はマルチモードファイバであり、樹脂系材料を含む粘度の低い部材（被覆材２３）で覆われている。光ファイバを伝搬する間に超音波を減衰させるためには、２ｍという長さは効果的であるが、光ファイバを上記の部材で被覆することにより、超音波の伝搬エネルギー損失をさらに大きくして超音波減衰を早めることができる。
【００４２】
ここで、光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…中を伝送される光は、該光ファイバから出射する際に回折する。このため、光ファイバ１３ａを超音波検出素子２０に直接接続すると光が拡散してしまい、超音波検出素子内で十分な干渉が生じなくなる。このため、超音波検出素子の検出感度が著しく悪くなってしまう。この現象を避けるため、光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…の一端には、出射光の拡散を防止するためにコリメートレンズ１４ａがそれぞれ接続されている。コリメートレンズアレイに含まれる複数のコリメートレンズ１４ａは、それぞれの光ファイバによって導かれた光を、超音波検出素子２０の超音波受信面における複数の位置に対してコリメートする。
【００４３】
コリメートレンズ１４ａとしては、グラディアントインデックスレンズ（ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｉｎｄｅｘ　ｌｅｎｓ、以下ＧＲＩＮレンズと略す）が用いられる。ＧＲＩＮレンズは、例えば、セルフォック（Ｓｅｌｆｏｃ：日本板硝子株式会社の登録商標）レンズという製品名で知られている。ＧＲＩＮレンズは、位置によって異なる屈折率を有する屈折率分布型レンズであり、その長さを変えることによって光学特性が変化する。例えば、ＧＲＩＮレンズを物体像面間距離（光が正立に結像するピッチ）の１／４の長さにすると、入射光が平行光となって出射される。
【００４４】
本実施形態においては、セルフォックレンズが多数配列されたセルフォックレンズアレイＮＡ０．４６（日本板硝子株式会社の製品）を、０．２５Ｌの長さ（Ｌは、物体像面間距離）で使用し、それぞれのセルフォックレンズをコリメートレンズ１４ａとして光ファイバに接続している。
図５に示すように、コリメートレンズ１４ａを被覆材２３によって覆っても良い。光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…におけるものと同様に、超音波を早く減衰させるためである。
【００４５】
光ファイバとコリメートレンズ、又は、コリメートレンズと超音波検出素子は、融着又は接着剤を用いて接続される。接着剤を用いる場合には、エポキシ系を含む樹脂系接着剤を用いることが望ましい。このような接着剤においては、音響インピーダンスが光ファイバ及びコリメートレンズの部材や超音波検出素子の基板と近似しているので、超音波が伝搬する際にそれぞれの部材の境界において反射するのを抑制できるからである。また、複数の光ファイバを束ねるための接着剤２５としても、エポキシ系を含む樹脂系接着剤を用いることが望ましい。超音波を減衰させ、隣接する光ファイバ間における超音波のクロストークを防ぐと共に、ケーブルとしての柔軟性を保つことができるからである。本実施形態においては、このような接着剤として、ＳＴＹＣＡＳＴ（Ｅｍｅｒｓｏｎ＆Ｃｕｍｉｎｇ社の製品）を用いている。
【００４６】
次に、本実施形態に係る超音波受信装置の動作について、図２、図６、及び、図７を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係る超音波受信装置を含む超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
まず、超音波の受信を行う前に、キャリブレーションを行い、超音波の検出において用いられる光の波長、即ち、動作波長を設定する。ここで、キャリブレーションとは、その時々の超音波検出素子の反射特性を測定し、検出信号として採用する波長成分を決定する作業のことをいう。本実施形態においては、ブロードバンド光に含まれる複数の波長成分の中から、２つの所定の波長成分から得られる第１の検出信号と第２の検出信号を用いて画素信号を生成する。超音波検出素子は、温度や湿度等の周囲の環境に対して非常に敏感であり、光の反射特性が変化しやすい。例えば、ブラッググレーティングを用いた超音波検出素子の反射光の中心波長は、０．０１ｎｍ／℃の割合で変化する。また、２次元受信面を有する超音波検出素子においては、受信面の微小領域ごとに構造的なバラツキがある。このため、超音波を受信する前に、超音波検出素子の微小領域ごとに、２つの動作波長を設定しておく。
なお、このキャリブレーションは、超音波の受信を開始した後に、随時行っても良い。
【００４７】
ステップＳ１において、超音波受信装置を駆動する。これより、例えば、図７の（ａ）に示すようなスペクトル特性を有するブロードバンド光が、光源１１から出射する。光源から出射した光は、コリメートレンズ１７、分波器１２、コリメートレンズ１８を通過し、１ライン上に配列されている光ファイバＯＦ１〜ＯＦＭに入射する。各光ファイバを介して伝送された光は、超音波検出素子２０の各微小領域に入射し、各微小領域の光反射率に対応して反射した光が光ファイバから出射する。光ファイバＯＦ１〜ＯＦＭから出射した光線Ｌ１〜ＬＭは、再び、コリメートレンズ１８を通過し、分波器１２によって反射され、分光素子１５に入射する。光線Ｌ１〜ＬＭは、分光素子１５において分光され、それぞれの波長成分が、光検出器１６のそれぞれの列に含まれる複数の光電変換素子に、波長に応じて入射する。
【００４８】
これにより、ステップＳ２において、光線Ｌ１〜ＬＭに対応する光検出器１６のそれぞれの列から、波長λ１〜λＮに対応する光電変換素子の検出信号が得られる。それぞれの光電変換素子から出力された信号は、ＴＧＣ増幅器５１及びＡ／Ｄ変換器５２においてデータ変換され、１次記憶部５３に記憶される。図７の（ｂ）は、光検出器１６の第ｍ列に含まれる光電変換素子から出力された信号に基づいて得られたグラフであり、光ファイバＯＦｍを通過し、これに対応する超音波検出素子の微小領域から反射された光線Ｌｍのスペクトル分布を示している。図７の（ｂ）に示すように、光線Ｌｍは、ブラッグの反射条件によって選択的に反射される波長λＸにおいて、最も高い強度を有している。
【００４９】
次に、ステップＳ３において、光検出器１６の列ごとに、検出に用いる２つの光電変換素子を選択する。図７の（ｃ）に示すように、動作波長制御部５５は、ステップＳ２において得られた信号に基づいて微小領域ごとに光の反射特性を求め、これに基づいて検出に用いる複数の波長（動作波長）を決定し、それらの波長成分が入射する２つの光電変換素子を選択する。なお、動作波長の決定の仕方については、後で詳しく説明する。
【００５０】
同様にして、光ファイバＯＦ１、ＯＦ２、…から出射される光線Ｌ１、Ｌ２、…が入射する複数の列について、検出信号を取得する光電変換素子を２組選択することにより、動作波長が設定される。
【００５１】
次に、超音波の受信を行う。
ステップＳ４において、超音波受信装置を駆動する。これにより、光源から出射したブロードバンド光は、光ファイバＯＦ１〜ＯＦＭを介して超音波検出素子２０の微小領域に入射する。それぞれの微小領域から反射された光線Ｌ１〜ＬＭは、分光素子１５において分光され、光検出器１６に入射する。
【００５２】
次に、ステップＳ５において、超音波撮像装置に含まれる超音波送信部８０から超音波を送信し、被検体から反射されたエコー波を受信する。これにより、超音波検出素子２０の各微小領域において周期構造のピッチが変化し、ブラッググレーティングの反射特性が変化するので、ステップＳ３において選択された光電変換素子に入射する光の強度も変化する。
【００５３】
次に、ステップＳ６において、少なくとも選択された２組の光電変換素子から出力される検出信号を取得する。光検出器１６は、動作波長制御部５５の制御の下で、ステップＳ３において選択された光電変換素子からの検出信号を信号処理部２に出力する。
ステップＳ６において取得された検出信号は、ＴＧＣ増幅器５１及びＡ／Ｄ変換器５２において処理され、１次記憶部５３に時系列に記憶される（ステップＳ７）。
【００５４】
次に、ステップＳ８において、演算処理部５６は、１次記憶部５３に記憶されている検出信号を用いて演算処理を行う。この演算処理は、光検出器に含まれる１列の光電変換素子について、選択された２組の信号を用いて行われ、その結果得られた信号は、１つの画素に関する信号（画素信号）を表す。この演算処理については、後で詳しく説明する。この検出信号は、再び１次記憶部５３に時系列に記憶される。
【００５５】
ステップＳ９において、位相整合部５４は、演算処理を施された後に記憶された検出信号に対して位相整合を行う。
さらに、ステップＳ１０において、位相整合された信号は、画像メモリ６１に、フレームごとに記憶され、さらに、画像処理部６２において２次元又は３次元データとして再構成され、補間、レスポンス変調処理、階調処理等の画像処理を施された後に、画像表示部６３に表示される。
【００５６】
次に、動作波長の設定及び検出信号の演算処理について、詳しく説明する。
図７の（ｃ）は、光線Ｌｍに対応する超音波検出素子の微小領域におけるブラッググレーティングの反射特性を表している。先にも述べたように、この反射特性においては、最も光反射率の高い中心波長λＸの前後に、光反射率が変化する傾斜帯域Δλｎ及びΔλｍが存在する。この傾斜帯域Δλｎ及びΔλｍに中心波長を有する波長成分λｎ及びλｍの強度は、超音波を受信することによって生じる超音波検出素子の幾何的変化によって大きく変化する。即ち、傾斜帯域Δλｎ及びΔλｍの分光領域において、大きな強度変化が観察される。この強度変化を超音波の強度に換算すれば受信された超音波情報を得ることができるが、強度変化が僅かだったりノイズが多い場合には、正確な測定を行うことができない。このため、本実施形態においては、検出信号を増幅し、ＳＮ比を高くするために、取得された信号に対して演算処理を行っている。以下、この演算処理について、具体的に説明する。
【００５７】
（１）等しい光反射率を有する複数の波長を設定する場合
図８の（ａ）に示すように、動作波長として、最も光反射率の高い中心波長λＸの両側にある所定の光反射率（例えば、２５％）を有する波長成分（λＡ及びλＢ）を動作波長として決定する。超音波を受信することにより、この反射特性は、時刻ｔ０〜ｔ４において、図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように変化する。これに伴い、波長成分λＡ及びλＢの強度は、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように変化する。ここで、図９の（ａ）は、波長成分λＡの強度を示す検出信号ＳＡの波形を示し、図９の（ｂ）は、波長成分λＢの強度を示す検出信号ＳＢの波形をそれぞれ示している。
【００５８】
波長λＸの両側にある波長λＡ及びλＢを動作波長として選択すると、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、振幅の絶対値が等しく、位相が反対の信号が得られる。そこで、この場合には、いずれかの信号の位相を反転してから加算する。例えば、図９の（ｂ）に示すように、検出信号ＳＢの反転信号ＳＢバーを得て、図９の（ｃ）に示すように、検出信号ＳＡと反転信号ＳＢバーとを加算する。この加算された信号を、１つの画素信号とする。
【００５９】
ここで、信号ＳＡ及びＳＢの振幅の絶対値をそれぞれ｜ＳＡ｜及び｜ＳＢ｜とし、ノイズをそれぞれＮＡ、ＮＢとすると、加算された場合の振幅は｜ＳＡ｜＋｜ＳＢ｜、ノイズは（ＮＡ２＋ＮＢ２）１／２となる。従って、ＳＮ比は、次式で表される。
Ｓ／Ｎ＝（｜ＳＡ｜＋｜ＳＢ｜）／（ＮＡ２＋ＮＢ２）１／２
ここで、両信号の振幅の絶対値が等しいので、
2004000482.tif 000003
となる。このように、１つの画素信号として、検出信号ＳＡや検出信号ＳＢを単独で用いる場合には、ＳＮ比はＳＡ／ＮＡであるが、複数の信号を用いて演算処理を行うことにより、ＳＮ比は２１／２倍に上昇する。また、演算処理によって得られた信号においては、加算した信号振幅は常に一定なので、温度変化等によって反射特性の初期位相がシフトした場合でも、温度変化等によるレベル変動や波形歪みの影響を受け難いというメリットがある。
【００６０】
（２）異なる光反射率を有する複数の波長を選択する場合
図１０の（ａ）に示すように、異なる光反射率（例えば、２５％及び５０％）を有する波長を動作波長として設定する。波長λＸに対して同じ側にある波長λＣ及びλＤを動作波長として選択すると、超音波を受信することによって図１０の（ａ）〜（ｃ）に示すように反射特性が変化した結果、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、同位相の検出信号ＳＣ及びＳＤが得られる。この場合には、図１１の（ｃ）に示すように、検出信号ＳＣと検出信号ＳＤとを単純に加算して１つの画素信号とすれば良い。
【００６１】
なお、本実施形態においては、１つの光線に含まれる２つの波長成分から得られる２つの検出信号を演算処理することにより、１つの画素信号を取得しているが、３つ以上の波長成分から得られる３つ以上の検出信号を用いて同様の演算処理を行っても良い。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波受信装置について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る超音波受信装置を適用した超音波撮像装置を示すブロック図である。
図１２に示すように、この超音波撮像装置は、第１の実施形態における信号処理部２の替わりに、信号処理部４を有している。本実施形態に係る超音波受信装置は、超音波受信部１と、信号処理部４と、タイミングコントロール部３とを含んでおり、第１の実施形態とは、信号処理における動作が異なっている。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００６３】
信号処理部４は、反転回路７１と、加算回路７２と、ＴＧＣ増幅器７３と、Ａ／Ｄ変換器７４と、１次記憶部７５と、位相整合部７６と、動作波長制御部７７と、選択回路７８とを有している。
選択回路７８は、動作波長制御部７７の制御の下で、光検出器１６の複数の光電変換素子から出力される複数の検出信号の中から、２組の検出信号を選択する。反転回路７１は、選択回路７８が選択した第１組の検出信号を反転して出力する。加算回路７２は、反転回路７１によって反転された第１組の検出信号を、光電変換素子から入力された第２組の検出信号にそれぞれ加算して出力する。これらの回路は、例えば、オペアンプ等によって構成することができる。
【００６４】
ＴＧＣ増幅器７３は、加算回路７２から出力された信号を、検出時間に応じて利得を変化させながら増幅することにより、被検体内における超音波の減衰を調整する。Ａ／Ｄ変換器７４は、ＴＧＣ増幅器７３によって増幅された信号をディジタル信号に変換する。１次記憶部７５は、Ａ／Ｄ変換器７４から出力された信号を時系列に記憶し、位相整合部７６は、１次記憶部７５に記憶された信号に基づいて演算処理を行うことにより位相を整合する。動作波長制御部７７は、光検出器１６に含まれる列ごとに、動作波長成分が入射する複数の光電変換素子を選択すると共に、選択された光電変換素子から出力される検出信号が加算回路７２又は反転回路７１に入力されるように、光検出器１６又は信号処理部３を制御する。
【００６５】
次に、本実施形態に係る超音波受信装置の動作について、図１２〜図１４を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態に係る超音波受信装置を含む超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
本実施形態においては、第１の実施形態におけるステップＳ１〜Ｓ３と同様にキャリブレーションを行い、ステップＳ４〜Ｓ６と同様に超音波を受信し、選択された複数の光電変換素子からの検出信号を取得する。ここでは、図８の（ａ）〜（ｃ）に示す波長λＡ及びλＢを動作波長として設定する。
【００６６】
ステップＳ２１において、反転回路７１は、所定の光電変換素子から出力された第１組の検出信号を入力して反転する。次に、ステップＳ２２において、加算回路７２は、反転回路７１によって反転された第１組の検出信号と、別の所定の光電変換素子から出力された第２組の検出信号とを入力し、第１組の検出信号と第２組の検出信号とをそれぞれ加算して出力する。ここで、図１４の（ａ）は、波長成分λＡに対応する検出信号ＳＡの波形を示している。また、図１４の（ｂ）は、波長成分λＢに対応する検出信号ＳＢの波形を示し、図１４の（ｂ）における破線は、反転信号ＳＢバーの波形を示している。さらに、図１４の（ｃ）は、検出信号ＳＡと反転信号ＳＢバーとを加算した信号の波形を示している。
【００６７】
ステップＳ２３において、加算回路７２から出力された信号は、ＴＧＣ増幅器７３及びＡ／Ｄ変換器７４による信号処理を経て、１次記憶部７５に時系列に記憶される。さらに、１次記憶部７５に記憶された信号は、位相整合部７６によって位相整合される。
さらに、第１の実施形態と同様に、位相整合された信号は、画像メモリ６１にフレームごとに記憶され、さらに、画像処理部６２において２次元又は３次元データとして再構成され、補間、レスポンス変調処理、階調処理等の画像処理を施された後に、画像表示部６３に表示される（ステップＳ１０）。
【００６８】
本実施形態によれば、アナログ信号を加算するので、図１４の（ｃ）に示すように、信号に含まれるＡＣ成分が増幅されると共に、ＤＣ成分がゼロに近くなる。このため、アンプやＡＤＣ等の信号処理系におけるダイナミックレンジが小さくて済む。
【００６９】
本発明の第１又は第２の実施形態は、次のように変形することができる。この変形例について、図１５を参照しながら説明する。この例は、図２における超音波検出素子２０の替わりに、図１５に示す超音波検出素子（エタロンセンサ）３０を用いている。その他の構成については、図１又は図１２を用いて説明したのと同様である。
図１５に示すように、基板３１は、超音波によって変形する膜状の基板である。基板３１に対向して、基板３２が配置されており、これらはエタロンと同様の構造を形成している。
【００７０】
基板３１及び３２の光反射率をＲ、これらの基板の間隔をｄとし、入射光の波長をλとすると、エタロンの透過率は次のように表される。ただし、ｎは任意の整数である。
Ｔ＝｛１＋４Ｒ／（１−Ｒ）２・ｓｉｎ２（φ／２）｝−１　…（３）
φ＝２π／λ・２ｎｄ・ｃｏｓθ　…（４）
ここで、θは出射面の垂線から測った出射角であり、θ＝０とすると次の式のようになる。
φ＝４πｎｄ／λ　…（５）
エタロンは、波長λの光を透過率Ｔで透過し、光反射率Ｒ＝（１−Ｔ）で反射する。
【００７１】
超音波検出素子３０に超音波を伝搬させると、基板３１が歪み、受信面の各位置において基板３１及び３２の間隔ｄが変化するので、波長λの光の反射率が変化する。そこで、図６を用いて説明したのと同様に、事前検出を行い、光検出器において、光反射率の変化の大きい領域に中心波長を有する光が入射する光電変換素子を選択し、ブロードバンド光を入射させながら基板３１に超音波を印加する。これにより、受信面の各位置における超音波の強さに応じた反射光において、波長成分ごとの強度変化を観測できる。この波長成分を示す検出信号について演算処理を施すことにより、超音波の強度を２次元的に計測することができる。
【００７２】
本発明の第１又は第２の実施形態における別の変形例について、図１６を参照しながら説明する。この変形例は、図２に示す超音波検出素子２０、光伝送路１３、及び、コリメート部１４の替わりに、図１６の（ａ）に示すように、超音波有感部を有するバンドルファイバ４０を用いている。その他の構成については、図１又は図１２を用いて説明したのと同様である。
【００７３】
図１６の（ｂ）に、バンドルファイバ４０に含まれる複数のファイバ４０ａの構成を示す。複数のファイバ４０ａの各々は、光ファイバ４１とコリメートレンズ４２とを含んでいる。本実施形態においては、第１の実施形態におけるものと同様に、コリメートレンズ４２として、０．２５Ｌの長さを有するセルフォックレンズを用いている。また、両者は、融着又はエポキシ系を含む樹脂系接着剤によって接続されている。
【００７４】
コリメートレンズ４２の一端には、２種類の材料層が交互に積層された多層膜４３が形成されている。この多層膜４３が、ブラッググレーティング構造を構成し、超音波有感部として働く。多層膜４３の材料としては、例えば、ＳｉＯ２と酸化チタン（Ｔｉ２Ｏ３）との組み合わせや、ＳｉＯ２と酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）との組み合わせ等が用いられる。このような材料層は、コリメートレンズ４２上に、真空蒸着やスパッタリング等の方法によって形成されている。
【００７５】
ファイバ４０ａは、ファイバ４０ａの一端に伝搬した超音波が他端において反射する前に、超音波が減衰してしまうように、粘度の低い部材（被覆材４４）によって覆われている。さらに、図１６の（ｂ）に示すように、被覆材４４がコリメートレンズ４２まで覆うようにしても良い。これにより、ファイバ４０ａに伝搬した超音波のエネルギー損失を大きくすることができるので、超音波を早く減衰させてバッキング部としての効果を上げることができる。
このような複数のファイバ４０ａを、エポキシ系を含む樹脂系接着剤を用いて多数束ねることにより、超音波有感部を有するバンドルファイバ４０が作製される。
【００７６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、超音波検出素子の各々の検出領域において変調された光の複数の波長成分を検出して得られた複数の検出信号を用いて演算処理を施すので、検出信号のＳＮ比を向上させることができる。これらの検出信号は、キャリブレーションにより超音波検出素子の反射特性を求め、その反射特性に基づいて超音波の検出に用いる光電変換素子を選択することにより得られるので、温度や湿度等の環境によって反射特性が変化しても、検出感度の変動を低減することができ、超音波検出素子の構造的な歪みによる微小領域ごとの感度のバラツキを抑えて高い検出感度を維持することができる。さらに、ブロードバンド光を用い、その分光光の中から超音波の検出に用いる波長を選択するので、環境や検出領域に応じて光の波長を制御する必要がなく、また、検出領域ごとの反射特性を変える必要もない。これより、超音波受信装置の構成を簡単にして小型化することができる。従って、超音波受信装置の製造が容易になり、コストを削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波受信装置を適用した超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波受信部の構成を示す模式図である。
【図３】ＡＷＧ分光素子の構成を示す図である。
【図４】図２に示す超音波検出素子の超音波検出原理を説明するための図である。
【図５】図２に示す超音波検出素子、コリメート部、及び、光伝送路の接続部分を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る超音波受信装置を含む超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る超音波受信装置の動作を説明するための図である。
【図８】超音波検出素子における光の反射特性の変化を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る超音波受信装置の動作における信号処理方法を説明するための図である。
【図１０】超音波検出素子における光の反射特性の変化を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る超音波受信装置の動作における別の信号処理方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る超音波受信装置を適用した超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る超音波受信装置を含む超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る超音波受信装置の動作における信号処理方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の第１又は第２の実施形態に係る超音波受信装置の変形例を説明するための図である。
【図１６】本発明の第１又は第２の実施形態に係る超音波受信装置の別の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
１　超音波受信部　　　　　　　　　　　２、４　信号処理部
３　タイミングコントロール部　　　　　１１　光源
１２　分波器　　　　　　　　　　　　　１３　光伝送路
１４　コリメート部
１４ａ、１７、１８　コリメートレンズ
１５　分光素子　　　　　　　　　　　　１６　光検出器
２０、３０　超音波検出素子　　　　　　２０ａ　受信面
２１、３１、３２　基板　　　　　　　　２２、４３　多層膜
２３、４４　被覆材　　　　　　　　　　２５　接着剤
４０　超音波有感部を有するバンドルファイバ
４０ａ　ファイバ　　　　　　　　　　　４１、ＯＦ１〜ＯＦＭ　光ファイバ
４２　コリメートレンズ　　　　　　　　５１、７３　ＴＧＣ増幅器
５２、７４　Ａ／Ｄ変換器　　　　　　　５３、７５　１次記憶部
５４、７６　位相整合部　　　　　　　　５５、７７　動作波長制御部
５６　演算処理部　　　　　　　　　　　６１　画像メモリ（２次記憶部）
６２　画像処理部　　　　　　　　　　　６３　画像表示部
７１　反転回路　　　　　　　　　　　　７２　加算回路
７８　選択回路　　　　　　　　　　　　８０　超音波送信部
８１　駆動信号発生回路　　　　　　　　９１　入力導波路
９２　入力側スラブ導波路　　　　　　　９３ａ、９３ｂ、…　出力導波路
９４　出力側スラブ導波路　　　　　　　９５ａ、９５ｂ、…　アレイ導波路
【図１】
2004000482.tif 000004
【図２】
2004000482.tif 000005
【図３】
2004000482.tif 000006
【図４】
2004000482.tif 000007
【図５】
2004000482.tif 000008
【図６】
2004000482.tif 000009
【図７】
2004000482.tif 000010
【図８】
2004000482.tif 000011
【図９】
2004000482.tif 000012
【図１０】
2004000482.tif 000013
【図１１】
2004000482.tif 000014
【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】
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