(57)【要約】【課題】多数のトランスデューサから簡易な構成で配線を引き出すことができる音響波プローブなどを提供する。【解決手段】音響波プローブ１００において、複数の音響波トランスデューサ素子１０４を多角形の基板の平面１１１上に備えた音響波トランスデューサユニット１１０を複数組み合わせて、多面体で構成した凹部の音響波送受信部を構成している。音響波トランスデューサユニット１１０は、複数の音響波トランスデューサ素子１０４を多角形平面上に備えている。【選択図】  図１−１
2016101289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の音響波トランスデューサ素子を多角形平面上に備えた音響波トランスデューサユニットを複数組み合わせて、多面体で構成した凹部の音響波送受信部を構成していることを特徴とする音響波プローブ。
【請求項２】
前記音響波トランスデューサユニット毎に外部と接続するためのケーブルを備えていることを特徴とする請求項１に記載の音響波プローブ。
【請求項３】
前記音響波トランスデューサユニットの音響波トランスデューサ素子が配置されていない面を、フレームで保持することで前記多面体を構成していることを特徴とする請求項１または２に記載の音響波プローブ。
【請求項４】
前記フレームは、前記音響波トランスデューサユニットの中央の領域に対応する部分に開口部を有していることを特徴とする請求項３に記載の音響波プローブ。
【請求項５】
前記音響波トランスデューサユニットと前記フレームの間に、Ｏリングが配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の音響波プローブ。
【請求項６】
前記音響波トランスデューサユニットを前記フレームの間に、接着剤が配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の音響波プローブ。
【請求項７】
前記音響波トランスデューサユニットの外形が、角が丸くなっている多角形であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項８】
前記音響波トランスデューサユニットのつなぎ目に、光源を配置していることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項９】
前記多面体で構成した凹部は、音響波トランスデューサユニットが有する多角形平面により、多角錐の側面で構成されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項１０】
前記多面体で構成した凹部は、音響波トランスデューサユニットが有する多角形平面により、正多角台塔の上面と側面で構成されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項１１】
前記多面体で構成した凹部は、８つの同じ大きさの正三角形の音響波トランスデューサユニットで構成されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項１２】
前記正三角形の音響波トランスデューサユニットは、直角三角形の音響波トランスデューサユニットを２つ組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の音響波プローブ。
【請求項１３】
前記多面体で構成した凹部は、２８の同じ大きさの二等辺三角形の音響波トランスデューサユニットで構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の音響波プローブ。
【請求項１４】
前記多面体で構成した凹部と、前記音響波トランスデューサユニットと外部を接続するケーブル間に、柱部を有していることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項１５】
前記音響波トランスデューサ素子は、静電容量型トランスデューサであることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項１６】
前記静電容量型トランスデューサを備えたチップが、インターポーザ上に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の音響波プローブ。
【請求項１７】
前記インターポーザの、前記静電容量型トランスデューサを備えたチップが配置された面と逆の面に、受信回路及び／またはコネクタを備えていることを特徴とする請求項１６に記載の音響波プローブ。
【請求項１８】
前記インターポーザは枠部材により保持されており、前記枠部材はフレームにより保持されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の音響波プローブ。
【請求項１９】
前記インターポーザは、ガラスエポキシを積層して構成されていることを特徴とする請求項１６から１８の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項２０】
前記静電容量型トランスデューサの表面上に、絶縁フィルムを備えていることを特徴とする請求項１５から１９の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項２１】
前記絶縁フィルムと前記静電容量型トランスデューサ間に、シリコーンゴム層が配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の音響波プローブ。
【請求項２２】
前記インターポーザの、前記静電容量型トランスデューサを備えたチップが配置された面上に、光源チップを配置していることを特徴とする請求項１６から２１の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項２３】
前記複数のチップに挟まれた位置に、前記光源チップを配置していることを特徴とする請求項２２に記載の音響波プローブ。
【請求項２４】
前記光源チップへの電源の供給の実施と停止を選択するためのスイッチが、前記インターポーザ上に備えられていることを特徴とする請求項２２または２３に記載の音響波プローブ。
【請求項２５】
前記光源チップへの電源の供給を選択することにより、被検体に照射する領域を走査することを特徴とする請求項２４に記載の音響波プローブ。
【請求項２６】
前記インターポーザ上に分圧抵抗を有しており、前記静電容量型トランスデューサの電極に印加する直流電圧を調節することを特徴とする請求項１６から２５の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項２７】
前記インターポーザ上に、受信回路と接続した静電容量型トランスデューサと、超音波を送信する駆動回路と接続した静電容量型トランスデューサを、１組として、複数組配置されていることを特徴とする請求項１６から２６の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項２８】
前記インターポーザ上に、光音響波の受信と超音波の送受信を行うための駆動検出回路と接続した静電容量型トランスデューサが、複数配置されていることを特徴とする請求項１６から２６の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項２９】
前記インターポーザ上には、光音響波の受信に用いる静電容量型トランスデューサの大きさと、超音波の送受信を行う静電容量型トランスデューサの大きさとを変化させる手段が備えられていることを特徴とする請求項１６から２６の何れか１項に記載の音響波プローブ。
【請求項３０】
複数の音響波トランスデューサ素子を多角形平面上に備えたことを特徴とする音響波トランスデューサユニット。
【請求項３１】
請求項１から２９の何れか１項に記載の音響波プローブと、前記音響波プローブで検出された信号を被検体の情報を表す信号に変換するための信号処理部を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項３２】
被検体に光を照射する光源を有し、
前記音響波プローブは、前記光照射により励起された被検体からの光音響波を検出することを特徴とする請求項３１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３３】
前記音響波プローブは、被検体からの超音波の受信を行うことを特徴とする請求項３１または３２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３４】
前記音響波プローブは、被検体に向けて超音波の送信を行うことを特徴とする請求項３１から３３の何れか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３５】
前記信号処理部は、前記音響波プローブで検出された信号を被検体の画像信号に変換することを特徴とする請求項３１から３４の何れか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３６】
前記音響波プローブは、半球面状の前記多面体の内部に位置する被検体からの光音響波及び／または超音波を検出し、
前記信号処理部は、前記音響波プローブで取得された光音響波及び／または超音波の信号から被検体の生体組織像を構成することを特徴とする請求項３１から３５の何れか１項に記載の被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響効果による光音響波などを受信することが可能な音響波プローブ、音響波トランスデューサユニット、それを用いた被検体情報取得装置などに関する。以下、音響波は音波、超音波、光音響波などを含む用語として用いるが、超音波で代表することもある。
【背景技術】
【０００２】
被検体に光を照射して、光音響効果により被検体中の測定対象から音響波（典型的には超音波であるが、本明細書中では光音響波とも記載する）を発生させ、発生した音響波を半球状の超音波プローブを用いて受信する測定システムがある。半球状の超音波プローブは、半球表面上に配置した複数の音響波トランスデューサ素子で構成されている。
【０００３】
図２３を用いて説明する。図２３において、１０は被検体、１１は光源、１２は超音波プローブ、１３は音響波トランスデューサ、２１は光線、２２は光音響波、３０は媒質である。半球状の超音波プローブ１２は、半球状の形状をしており、複数の音響波トランスデューサ１３と光源１１を備えている。被検体１０は、超音波プローブ１２の半球に一部囲まれるように配置され、被検体１０と超音波プローブ１２間には、媒質３０が充填される。光源１１から被検体１０に光２１を照射して、被検体で発生した光音響波２２を、超音波プローブ１２が有する複数の音響波トランスデューサ１３で受信して、被検体の画像化を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２０１１/０３０６８８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半球状の表面に配置された複数のトランスデューサは、外部に信号を取り出すために、配線と接続される必要がある。多数のトランスデューサからそれぞれ引き出された配線は、プローブ内部の構成を複雑にしてしまい、プローブ全体が大きくなる原因となる。本発明は、多数のトランスデューサから簡易な構成で配線を引き出すことができる音響波プローブなどを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の音響波プローブは、複数の音響波トランスデューサ素子を多角形平面上に備えた音響波トランスデューサユニットを複数組み合わせて、多面体で構成した凹部の音響波送受信部を構成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、多数のトランスデューサから簡易な構成で配線を引き出すことができる構成の音響波プローブ、それを構成する音響波トランスデューサユニット、及びそれを用いた被検体情報取得装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１−１】第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１−２】第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１−３】第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１−４】第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図２】第２の実施形態に係る音響波トランスデューサユニットを説明する模式図。
【図３】第２の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図４−１】第３の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図４−２】第３の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図４−３】第３の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図５】第４の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図６−１】第５の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図６−２】第５の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図６−３】第５の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図７−１】第６の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図７−２】第６の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図７−３】第６の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図８−１】第７の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図８−２】第７の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図８−３】第７の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図９】第８の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１０】第９の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１１】第９の実施形態に係る音響波トランスデューサユニットを説明する模式図。
【図１２】第１０の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１３】第１１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１４】第１２の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１５−１】第１３の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１５−２】第１３の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１６−１】第１４の実施形態に係る音響波トランスデューサユニットを説明する模式図。
【図１６−２】第１４の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。
【図１７】第１５の実施形態に係る音響波トランスデューサユニットを説明する模式図。
【図１８】第１６の実施形態に係る音響波トランスデューサユニットを説明する模式図。
【図１９】第１７の実施形態に係る音響波トランスデューサユニットを説明する模式図。
【図２０−１】第１８の実施形態に係る音響波トランスデューサユニットを説明する模式図。
【図２０−２】第１８の実施形態に係る駆動検出回路を説明する模式図。
【図２０−３】第１８の実施形態に係る他の駆動検出回路を説明する模式図。
【図２１】第１９の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する模式。
【図２２】第２０の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する模式図。
【図２３】従来の音響波プローブを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明では、複数の音響波トランスデューサを多角形の基板の平面上（多角形平面上）にそれぞれ備えた複数の音響波トランスデューサユニットが組み合わされて、多面体で構成した凹部の音響波送受信部（送信及び／または受信を行う部分）を構成している。こうした音響波プローブと、該音響波プローブで検出された信号を被検体の情報を表す信号に変換するための信号処理部とで、光音響画像診断装置などの被検体情報取得装置を構成することができる。こうした構成では、音響波トランスデューサユニット毎に外部と接続するためのケーブルを簡易に設けることができる。
【００１０】
被検体情報取得装置としては光音響診断装置が典型例であるがこれに限らない。さらに、トランスデューサは、典型的には静電容量型トランスデューサであるが、これに限らず、圧電型などのトランスデューサも使用可能である。
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の音響波プローブ１００の例を説明する。図１−１は、音響波プローブの一例の模式図である。音響波プローブ１００は、音響波トランスデューサ部１０１と、筺体１０２、ケーブル束１０３を備える。
【００１２】
本実施形態の音響波プローブ１００は、複数の平面１１１（音響波トランスデューサユニット１１０の基板平面）を組み合わせた多面体で凹部が形成されていることが特徴である。トランスデューサ部１０１の平面１１１上には、複数のトランスデューサ１０４の素子が配置されている。こうした構成を取ることで、音響波プローブ１００内の複数のトランスデューサ１０４の素子が、トランスデューサ部１０１内の任意の点付近に向いて配置することができる。それにより、背景技術に記載した半球の表面上に、複数のトランスデューサ素子を配置した構成とほぼ同等の機能を有することができる。また、半球表面上に複数のトランスデューサ素子を配置した構成と比べて、非常に簡易な構成で同等の機能を実現できるので、音響波プローブの作製工数を削減することができ、また音響波プローブの大きさを小型化することができる。
【００１３】
筺体１０２は、トランスデューサ部１０１の外側を覆っており、樹脂材料や金属材料を用いることで容易に形成することができ、使用する状況に合わせて任意に選択することができる。筺体１０２は、トランスデューサ部１０１の外側をすべて覆った形状である必要は必ずしもなく、一部に、覆う部分が無い形状の筺体も同様に用いることができる。また、筺体１０２からケーブル束１０３を引き出している部分では、筺体１０２によりケーブル束１０３を保持しており、ケーブル束に外部から力が加わった場合でも、音響波プローブ１００内のケーブルに力がかからないようになっている。
【００１４】
トランスデューサ部１０１は、複数の平面１１１を組み合わせた多面体で凹部が形成されており、平面１１１毎に素子に接続した配線を引き出していることが大きな特徴である。音響波プローブの筺体１０２を取り外した状態の模式図である図１−２を用いて説明する。図１−２において、１１０は音響波トランスデューサユニット、１２０はフレーム、１２１はフレームの開口部、１３０は光源である。
【００１５】
音響波プローブ１００内のトランスデューサ部１０１が有する多面体は、複数の音響波トランスデューサユニット１１０により構成されている。トランスデューサ１０４の素子を配置した平面が多面体を形成するように、複数のトランスデューサユニット１１０は、フレーム１２０により保持されている。光源１３０を配置する部分のトランスデューサユニット１１０は、光源１３０を配置するための穴や、一部形状が変形した構成となっている。
【００１６】
図１−３に、音響波トランスデューサユニット１１０の模式図を、図１−４に、断面の模式図を示す。トランスデューサユニット１１０は、多角形の板状であり、一方の平面（表面）１１１側に複数のトランスデューサ１０４の素子を備えている。もう一方の平面（裏面）１１２は、中央部分からケーブル１１３が外部に引き出されている。また、裏面１１２の周辺部には、部品が配置されていない。裏面１１２の周辺部は、対応するフレーム１２０の表面と対応した形状となっており、組み合わせると互いの面同士が接触して隙間ができない構造となっている。こうして、トランスデューサユニット１１０の音響波トランスデューサ素子が配置されていない面を、フレーム１２０で保持することで多面体を構成している。
【００１７】
また、フレーム１２０は、トランスデューサユニット１１０を配置する領域の中央部に開口部１２１を有している。すなわち、フレーム１２０は、トランスデューサユニットの中央の領域に対応する部分に開口部１２１を有している。トランスデューサユニット１１０のケーブル１１３は、この開口部１２１を通り、フレーム１２０の外側に引き出されている。フレーム１２０が開口部１２１を備えていることにより、トランスデューサ１０４を保持しつつ、トランスデューサ１０４の素子からケーブル１１３を引き出す機能を両立することができる。
【００１８】
複数のトランスデューサユニット１１０に接続された複数のケーブル１１３は、１本にまとめられており、音響波プローブ１００のケーブル束１０３として、プローブの外部と接続されている。本実施形態では、平板状のトランスデューサユニット１１０毎に、トランスデューサ１０４の素子からの配線を引き出している。平板状のトランスデューサユニット１１０から配線を取り出す構成は、球面状に配置したトランスデューサ素子から配線を引き出す構成に比べて、より簡易な構成で実現することができる。
【００１９】
本実施形態では、複数の平面１１１を組み合わせた多面体でトランスデューサ１０４を備えた凹部が形成されており、複数１１１の平面毎に素子に接続した配線を引き出している。これにより、多数のトランスデューサ１０４から簡易な構成で配線を引き出すことができる音響波プローブを提供することができる。
【００２０】
本実施形態では、トランスデューサ部１０１の多面体を形成するトランスデューサユニット１１０を、三角形として説明したが、これに限らず、四角形、五角形、六角形などの多角形であれば同様に用いることができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、音響波トランスデューサユニット１１０の形状に関する。それ以外は、第１の実施形態と同じである。図２と図３は、本実施形態に係る音響波トランスデューサユニット１１０の形状の模式図である。
【００２２】
本実施形態では、図２で示すように、トランスデューサユニット１１０の外形が、角が丸くなっている略多角形の形状であることが特徴である。トランスデューサ１０４の素子の配置に影響が無い範囲で多角形の角を丸くすることにより、音響波プローブ１００の機能に影響を与えることなく、トランスデューサユニット１１０の構成を簡略化することができる。多角形の角を丸くしたトランスデューサユニット１１０は、鋭角を備える必要がないため、ユニット１１０自体を構成する部品の作製が容易である。また、図２で示す構成のように外力に対する強度が弱い角を持っていないため、低い強度の部分がないユニット１１０を実現することができる。
【００２３】
本実施形態では、多角形が鋭角を有していないトランスデューサユニット１１０を用いることで、トランスデューサユニット１１０の構成を簡易化した音響波プローブを提供することができる。
【００２４】
本実施形態の別の形態を、図３を用いて説明する。図３では、多角形の角を丸くしたトランスデューサユニット１１０同士のつなぎ目に、光源１３０を配置していることが特徴である。これにより、トランスデューサユニット１１０に、光源１３０を配置するための穴や形状の変更を行う必要が無くなため、光源配置用のトランスデューサユニットを別に準備する必要がなくなる。また、仕様によっては、光源１３０を配置するためにトランスデューサ１０４の素子の数を減らす必要がなく、音響波プローブ１００で取得する光音響波の情報量を減らす必要が無くなり、高画質な被検体情報を再現することができる。
【００２５】
光源１３０は必ずしも凹部の底にある必要は無く、複数の光源１３０を、トランスデューサユニット１１０同士のつなぎ目に配置する構成を取ることもできる。これにより、トランスデューサ１０４の素子の数を減らすことなく、複数の方向から被検体に光を出射する音響波プローブを簡易な構成で提供することができる。
【００２６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、音響波トランスデューサユニット１１０とフレーム１２０間の接続構造に関する。それ以外は、第１または第２の実施形態と同じである。図４は、本実施形態に係るトランスデューサユニット１１０とフレーム１２０の関係を説明するための模式図である。図４において、１２２はＯリング、１２３は接着剤である。
【００２７】
図４−１は、断面の模式図である。トランスデューサユニット１１０の周辺部とフレーム１２０の間は、Ｏリング１２２が配置されている。図４−２に、トランスデューサユニット１１０を裏面１１２から見た上面の模式図を示す。図４−２で示すように、トランスデューサユニット１１０の外周部で、フレーム１２０に重なっている領域にＯリング１２２が配置され、フレーム１２０の開口部１２１はＯリング１２２により囲まれている。トランスデューサユニット１１０とフレーム１２０の間の距離は、Ｏリング１２２の持つ厚さより狭くなるように保持されている。これにより、Ｏリング１２２は少し潰れた形状になっており、トランスデューサユニット１１０とＯリング１２２間と、フレーム１２０とＯリング１２２間を完全に密着させることができる。そのため、トランスデューサユニット１１０の表面１１１側から裏面１１２側へ液体などが漏れ出さない。
【００２８】
光照射により励起された光音響波を受信する音響波プローブは、被検体との間に液体や超音波ゲルなどを配置して、被検体と音響波プローブ間で光音響波（超音波）の低下が起こらないようにして使用する。この媒質が、ケーブル束１０３側に漏れ出すと、ケーブル束１０３などでの電気的な特性を劣化させる可能性がある。本実施形態では、トランスデューサユニット１１０の外周と、フレーム１２０間をＯリング１２２で密着させているので、トランスデューサ部１０１が有する多面体で構成される凹部内に配置した媒質を凹部内に留めておくことができる。そのため、上記媒質による電気的な劣化が発生しない。また、媒質の量が減少して被検体との間に空隙ができ、透過する光音響波（超音波）が低下することを抑制できる。
【００２９】
本実施形態では、トランスデューサ部１０１上の媒質が、ケーブルを配置した側に漏れ出すことがない構造であるので、媒質によるケーブルでの電気的な特性の劣化がない音響波プローブを提供することができる。
【００３０】
図４−３を用いて、本実施形態の別の形態を説明する。図４−３は、断面の模式図である。音響波トランスデューサユニット１１０の周辺部とフレーム１２０の間は、Ｏリング１２２の代わりに、接着剤１２３が配置されている。トランスデューサユニット１１０の外周は、フレーム１２０と接着剤１２３により覆われているため、トランスデューサユニット１１０の表面１１１側から裏側１１２へ液体などが漏れ出さない。また、フレーム１２０に、トランスデューサユニット１１０を直接接着するので、トランスデューサユニット１１０を固定する構成を簡易化することができ、音響波プローブを小型化、軽量化することができる。
【００３１】
そのため、本実施形態では、トランスデューサユニット１１０の外周とフレーム１２０間を接着剤１２３で接着しているので、トランスデューサ部１０１が有する多面体で構成される凹部内に配置した媒質を凹部内に留めておくことができる。接着剤１２３は、トランスデューサユニット１１０とフレーム１２０を接着でき、必要な封止性と接着強度を得ることができるものであれば用いることができる。例として、エポキシ系、アクリル系、シリコーンゴム系、ビニール系などを用いることができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、多角形である複数の音響波トランスデューサユニット１１０により形成した凹部の構造に関する。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。図５（ａ）は、本実施形態に係る音響波トランスデューサ部１０１の模式図である。図５（ｂ）は、被検体側からみた上面図の模式図である。
【００３３】
図５で表すように、本実施形態では音響波トランスデューサユニット１１０がすべて二等辺三角形の形状で、同じ大きさである。隣り合ったトランスデューサユニット１１０の二等辺三角形の等辺同士が組み合わされており、多面体で凹部を形成していることを特徴とする。そのために、二等辺三角形であるトランスデューサユニット１１０は、二等辺三角形の頂点同士を、ほぼ１箇所に集めた構成となっている。本実施形態では、多面体で形成した凹部は、三角錐から底面を省いた構造となっている。
【００３４】
本実施形態によると、被検体からの光音響波を１つの平面だけでなく、複数の平面で取得することができるため、被検体で発生した光音響波を様々な方向から取得できる簡易な構成の音響波プローブを提供することができる。また、この頂点が集合した位置に、光源を配置することで、多面体で形成した凹部の中央から光を被検体に照射することができる。多面体で形成した凹部の中央部が最も被検体の情報を詳細に取得できるので、簡単な構成で、凹部の中央部に光を照射する音響波プローブを提供することができる。
【００３５】
本実施形態では、図５で表すように三角錐から底面を省いた構造だけでなく、四角錐から底面を省いた構造や、五角錐から底面を省いた構造などを始めとして、多角錐から底面を省いた構造であれば、同様に用いることができる。こうして、本実施形態では、多面体で構成した凹部を、音響波トランスデューサユニットが有する多角形平面により、多角錐の側面で構成している。
【００３６】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、多角形である複数の音響波トランスデューサユニット１１０により形成した凹部の構造に関する。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。図６は、本実施形態に係る音響波トランスデューサ部１０１の模式図である。
【００３７】
図６−１（ａ）で示すように、本実施形態は、トランスデューサユニット１１０が形成する多面体で構成される凹部の深さ方向と垂直な面（垂直面）１０５を有している。図６−１（ｂ）に、図６−１（ａ）を被検体側から見た上面図の模式図を示す。本実施形態の垂直面１０５の外形は正多角形である必要があり、本実施形態では、図６−１（ｂ）で表したように垂直面１０５の外形は正三角形である。また、垂直面１０５以外の側面の形状は、複数の等脚台形を組み合わせた構成になっていることが特徴である。
【００３８】
図６−１（ａ）では光源を記載していないが、垂直面１０５は、中央に光源を配置するための穴を備える構成にすることもできる。これにより、垂直面１０５の所に光源を取り付けることができるので、プローブの構造をより簡易化することができる。
【００３９】
本実施形態では、多角錐形状の凹部に比べて、半球状により近く音響波トランスデューサ１０４の素子を配置できるので、被検体で発生した光音響波をより様々な方向から取得できる簡易な構成の音響波プローブを提供できる。尚、本実施形態では、多角形で形成した底面は、正三角形として説明したが、これに限らない。底面の形状は、正多角形であれば正方形、正五角形を始めとして何でも、同様に用いることができる。
【００４０】
本実施形態の別の形態を、図６−２を用いて説明する。図６−２（ａ）は、光源（不図示）を配置する側から見た模式図を示している。また、図６−２（ｂ）に、図６−２（ａ）を被検体側から見た上面図の模式図を示す。図６−２（ａ）では、側面の多角形が、等脚台形でなく、二等辺三角形と長方形からできていることを特徴とする。本実施形態では、多面体で形成した凹部は、正三角台塔から底面を省いた構造となっている。この別の形態によると、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得できる簡易な構成の音響波プローブを提供することができる。
【００４１】
この別の形態では、図６−２（ａ）で表すように正三角台塔から底面を省いた構造だけでなく、正四角台塔から底面を省いた構造や、正五角台塔から底面を省いた構造などを始めとして、正多角台塔から底面を省いた構造であれば、同様に用いることができる。こうして、この別の形態では、多面体で構成した凹部を、音響波トランスデューサユニットが有する多角形平面により、正多角台塔の上面と側面で構成している。また、図６−２（ａ）の多面体に加えて、図６−３に示すように長方形を備えた構成を取ることができる。これにより、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得することができる。
【００４２】
（第６の実施形態）
第６実施形態は、多角形である複数の音響波トランスデューサユニット１１４により形成した凹部の構造に関する。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。図７は、本実施形態に係る音響波トランスデューサ部の模式図である。
【００４３】
本実施形態は、図７−１と図７−２で示すように、８つの同じ大きさの正三角形の外形を有したトランスデューサユニット１１４を用いて、凹部を形成することを特徴とする。凹部の最も深い所は、凹部の深さに対して垂直になるように、正三角形の一辺が配置されている。この形状は、正二十面体を半分に分けた際の立体の表面と同じものとなる。本実施形態によると、被検体で発生した光音響波を、八面体上に配置した音響波トランスデューサ１０４で受信するので、半球状にトランスデューサ１０４を配置した構成により近い情報を取得することができる。また、３種類のトランスデューサユニット１１４により八面体を構成することができるので、少ない種類のトランスデューサユニット１１４で、多くの平面を有した多面体を効率良く形成できる組み合わせである。
【００４４】
本実施形態の別の形態を、図７−３を用いて説明する。別の実施形態は、６０度と３０度の角度を有した線対称の２種類の直角三角形１１６Ａ、Ｂにより構成されていることが特徴である。つまり、正三角形の音響波トランスデューサユニットが、直角三角形の音響波トランスデューサユニットを２つ組み合わせて構成されている。図７−３（ａ）で示すように、線対称の直角三角形１１６Ａ、Ｂを横に並べることで、正三角形を実現できる。そのため、図７−３（ｂ）の構造は、図７−１と図７−２で説明した多面体を、２種類の直角三角形１１６Ａ、Ｂをそれぞれ８個用いることで実現できる。
【００４５】
本実施形態では、左右対称の２種類の直角三角形の音響波トランスデューサユニット１１６Ａ、Ｂのみで八面体を構成できるため、トランスデューサユニッ１１６トＡ、Ｂの作製を共通化することができ、作製効率の良い音響波プローブを提供できる。また、同じ形状のトランスデューサユニット１１６Ａ、Ｂを用いるので、素子に不良が発生した場合でも、トランスデューサユニット１１６Ａ、Ｂの交換の負荷が少なくて済む。
【００４６】
また、本実施形態では、取得する光音響波の情報がより必要であれば、８個の同じ大きさの正三角形１１４と、その正三角形を半分にした直角三角形１１６が４つの計１２個の多面体を構成する形態を用いることができる。これにより、十二面体を構成することができるので、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得できる。
【００４７】
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、多角形である複数の音響波トランスデューサユニットにより形成した凹部の構造に関する。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。図８は、本実施形態に係る音響波トランスデューサ部の模式図である。
【００４８】
本実施形態は、図８−１と図８−２で示すように、２８個の二等辺三角形を用いて、凹部を形成することを特徴とする。すなわち、多面体で構成した凹部が、２８の同じ大きさの二等辺三角形の音響波トランスデューサユニットで構成されている。本実施形態の音響波トランスデューサユニット１１５の外形は二等辺三角形であり、６：６：（９−√５）の辺の比になっており、頂角は６８．６２°、２つの底角は５５．６９°である。凹部の最も深い部分は、凹部の深さに対して垂直になるように、二等辺三角形の底辺が配置されている。この形状は、五方二十面体を半分に分けた際の立体の表面とほぼ同じものとなる。本実施形態によると、被検体で発生した光音響波を、二十八面体上に配置した音響波トランスデューサ１０４で受信するので、半球状に音響波トランスデューサを配置した構成に極めて近い情報を取得することができる。また、１種類のトランスデューサユニット１１５により二十八面体を構成することができるので、少ない種類のトランスデューサユニット１１５で、多くの平面を有した多面体を非常に効率良く形成できる組み合わせである。
【００４９】
本実施形態では、単一の音響波トランスデューサユニット１１５を用いて、複数の音響波トランスデューサ１０４を半球表面上に極めて近い状態で配置することができる。従って、被検体からの光音響波の情報を詳細に取得することができる、簡易な構成の光音響波プローブを提供することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、取得する光音響波の情報がより必要であれば、図８−３で示すように、２８個の同じ大きさの二等辺三角形と、その二等辺三角形を半分にした４つの直角三角形１１７の計３２個で多面体を構成する形態を用いることができる。これにより、三十二面体を構成することができるので、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得できる。
【００５１】
（第８の実施形態）
本実施形態は、音響波プローブの外形に関する。それ以外は、第１から第７の何れかの実施形態と同じである。図９に、本実施形態に係る音響波プローブの模式図を示す。図９において、１０９は柱部である。
【００５２】
本実施形態の音響波プローブ１００は、音響波トランスデューサ部１０１とケーブル束１０３の間に、柱部１０９を有していることが特徴である。つまり、多面体で構成した凹部と、音響波トランスデューサユニットと外部を接続するケーブル間に、柱部１０９を有している。柱部１０９があることにより、音響波プローブ１００を手で保持して、被検体に接触させることができる。そのため、一般的な超音波を用いた被検体情報取得装置と同様な使い方ができ、手による極めて簡単な操作のみで、被検体の任意の部位を選んで、音響波プローブを配置できる。
【００５３】
柱部１０９の形状は、円柱を始めとして、多角柱、台塔など、手で保持することができる形状であれば、どのような形状でも用いることができる。特に、手で保持した時の手の内側の形状に合わせて、曲面と組み合わせた形状の柱部１０９とすることが望ましい。これにより、手の保持した時に、持ちやすく、より作業性の良い音響波プローブとすることができる。
【００５４】
本実施形態では、音響波トランスデューサ部１０１とケーブル束１０３の間に、柱部１０９を有しているため、手で保持することにより、被検体との相対位置を決めることが容易で、作業性が良い音響波プローブを提供することができる。
【００５５】
（第９の実施形態）
第９の実施形態は、音響波トランスデューサ部に関する。それ以外は、第１から第８からの何れかの実施形態と同じである。図１０は、本実施形態に係る音響波トランスデューサユニット１１０の模式図である。図１０において、１０６は静電容量型トランスデューサ、２２０はインターポーザ、２３０はコネクタ、２４０はケーブル、２５０は枠部材である。
【００５６】
本実施形態の音響波トランスデューサには、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）１０６を用いていることが特徴である。ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスを用いて、シリコンのチップ１４０上に作製される。
【００５７】
まず、ＣＭＵＴ１０６について説明する。図１１は、静電容量型トランスデューサ１０６の模式図である。図１１において、１４０はチップ（基板）、２０１は振動膜、２０２は第１の電極、２０３は第２の電極、２０４は支持部、２０５は空隙ないし間隙（キャビティ）、３０１は第１の配線、３０２は第２の配線、４０１は直流電圧発生手段、４０２は受信回路である。
【００５８】
振動膜２０１は、支持部２０４によりチップ１４０上に支持されており、超音波を受けて振動する構成となっている。振動膜２０１上には第１の電極２０２が配置されており、チップ１４０上の第１の電極２０２に対向する位置に第２の電極２０３が配置されている。振動膜２０１と空隙２０５を挟んで対向した第１の電極２０２と第２の電極２０３を１組として、セル２００と呼ぶ。第１の電極２０２は、第１の配線３０１を介してチップ１４０外部に引き出され、直流電圧発生手段４０１に接続されている。第２の電極２０３には、第２の配線３０２を介してチップ１４０外部に引き出され、受信回路４０２に接続されている。直流電圧発生手段４０１により、第１の電極２０２と第２の電極２０３間には、数十ボルトから数百ボルトの電位差が発生している。振動膜２０１と第１の電極２０２が振動することにより、第１の電極２０２と第２の電極２０３間の距離が変化して、電極間の静電容量が変化する。電極間には電位差があるため、容量変化に対応して微小な電流が発生する。微小電流は、第２の電極２０３に接続された受信回路４０２で、電流から電圧に変換されて出力される。
【００５９】
第２の電極が同じ受信回路４０２に接続されている複数のセルのグループが、独立した受音素子として機能する（この受音素子の単位をエレメントと呼ぶ）。受音素子の大きさは、数百マイクロメータから数ミリメータで、受音素子内のセルの数は、百から数千素子である。
【００６０】
図１０（ａ）に示すように、複数の静電容量型トランスデューサ１０６の素子が配置されたチップ１４０は、インターポーザ２２０により保持されている。チップ１４０上の配線と、インターポーザ上の配線間は、ワイヤー２１１により電気的に接続されている。チップ１４０を保持しているインターポーザ２２０の表面と裏面には、パターニングを有した薄膜の電極層を備えており、また表面と裏面間を電気的に接続することができるビアを有している。そのため、チップ１４０上の電極２０２、２０３に接続した配線を、インターポーザ２２０の裏面の配線と電気的に接続することができる。
【００６１】
インターポーザ２２０の裏面には、静電容量型トランスデューサ１０６での信号を受信するための受信回路４０２と、ケーブル２４０と接続するためのコネクタ２３０を備えている。チップ１４０上の第２の電極２０３は、インターポーザ２２０を介して受信回路４０２と接続され、受信回路４０２の出力はコネクタ２３０とケーブル２４０を介して外部と接続される。一方、チップ１４０上の第１の電極２０２は、インターポーザ２２０を介して直流電圧発生手段４０１と接続される。このように、インターポーザの、静電容量型トランスデューサを備えたチップが配置された面と逆の面に、受信回路及び／またはコネクタを備えている。
【００６２】
インターポーザ２２０は、枠部材２５０により保持されている。枠部材２５０はインターポーザ２２０の形状に合った凹部を有しており、枠部材２５０が有する凹部にインターポーザ２２０を落とし込んで保持している。枠部材２５０は、インターポーザ２２０の裏面に受信回路４０２とコネクタ２３０とケーブル２４０を配置する部分には、開口部を有している。枠部材２５０の周辺部は、フレーム１２０と隙間なく組み合わせることができる形状となっている。枠部材２５０は、必要な形状に加工でき、必要な強度を得られる材料であれば、金属や樹脂などを用いて構成することができる。
【００６３】
本実施形態で用いるＣＭＵＴ１０６は、現在広く用いられているピエゾ型の音響波トランスデューサに比べて、超音波受信時の応答性が良く、周波数の帯域が広いという特徴がある。しかし、ＣＭＵＴ１０６は電流出力型の素子であるため、配線に寄生する容量により受信特性が劣化しやすい。本実施形態では、ＣＭＵＴ１０６を備えたチップ１４０を保持したインターポーザ２２０の裏面に受信回路４０２を備えているため、第２の電極２０３から受信回路４０２までの配線長を短くでき、配線に寄生する容量を小さくできる。そのため、本実施形態を用いると、受信周波数の帯域が広く、且つ受信特性が優れた音響波トランスデューサを提供することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、枠部材２５０とインターポーザ２２０に分けており、それぞれ機械特性と電気特性に最適な仕様としていることが特徴である。音響波トランスデューサユニット１１０は枠部材２５０により必要な強度を実現しているため、インターポーザ２２０は電気的に最適な厚さにすることができる。枠部材２５０とインターポーザ２２０による２つの部品から構成されることにより、トランスデューサユニット１１０に必要な機械強度を保った上で、配線の寄生容量が少なく、更に受信特性が優れた静電容量型トランスデューサ１０６を提供できる。
【００６５】
また、本実施形態では、チップ１４０の平面上に形成するＣＭＵＴを用いているため、インターポーザ２２０と枠部材２５０とを組み合わすだけで、平板状の音響波トランスデューサユニット１１０を簡単な構成で実現できる。こうして、広帯域で、優れた受信特性を有しており、配線とプローブの構成が簡易な音響波プローブを提供することができる。
【００６６】
本実施形態の別の形態を、図１０（ｂ）を用いて説明する。図１０（ａ）では、インターポーザ２２０を保持した枠部材２５０をフレーム１２０に固定しているが、図１０（ｂ）の別の形態では枠部材２５０を用いず、インターポーザ２２０を直接フレーム１２０に固定している。インターポーザ２２０の反りなどが問題にならないように、インターポーザ２２０は、枠部材２５０がある構成に比べて、より厚いものを用いることが望ましい。本実施形態の別の形態では、枠部材２５０を用いないため、構成部品の点数を減らすことができ、プローブを小型化、軽量化を行える。
【００６７】
（第１０の実施形態）
第１０の実施形態は、 静電容量型の音響波トランスデューサユニット内のインターポーザの材質に関する。それ以外は、第９の実施形態と同じである。図１２は、本実施形態に係る音響波トランスデューサユニット１１０の模式図である。図１２において、２２４はガラスエポキシを積層して構成されたインターポーザである。
【００６８】
本実施形態では、ガラスエポキシを積層した部材からなるインターポーザ２２４上に、チップ１４０と受信回路４０２とコネクタ２３０を配置していることが特徴である。本実施形態では、インターポーザにガラスエポキシを用いているので、回路基板の作製方法を用いることで、インターポーザ２２４の表面や内部に配線を形成でき、インターポーザ２２４内にビアを容易に形成することができる。そのため、より複雑な配線をインターポーザ２２４で構成できるので、配線部の寄生容量をより小さくする配線のレイアウトを行うことができる。こうして、受信特性が特に優れた音響波トランスデューサを提供することができる。
【００６９】
また、ガラスエポキシを用いたインターポーザ２２４は、インターポーザ上に受信回路４０２をハンダにより直接接続することができる。そのため、受信回路４０２との電気的信頼性が高く、受信回路４０２を簡便な方法で配置することができる。また、ガラスエポキシを積層した部材（２２４）は、特定の周波数の超音波を減衰できる。よって、音響波トランスデューサユニット１１０に到達した光音響波（超音波）が、インターポーザ２２４内に入り込み、インターポーザ２２４裏面で反射して、受信信号にノイズとして重畳することを、低減できる。
【００７０】
（第１１の実施形態）
第１１の実施形態は、ＣＭＵＴ１０６を形成したチップに関する。それ以外は、第９または第１０の何れかと同じである。図１３は、本実施形態に係る音響波トランスデューサユニット１１０の模式図である。
【００７１】
本実施形態では、１つの音響波トランスデューサユニット１１０では、受音素子（エレメント）の数と同数のチップ１４１を備えていることが特徴である。つまり、静電容量型トランスデューサを備えたチップは、受信素子毎に独立しており、インターポーザ上に複数のチップが配置されている。このように、それぞれのチップ１４１上には、１つずつ受音素子が配置され、チップ１４１は、インターポーザ２２０上に分散して配置されている。本実施形態では、受音素子（エレメント）毎に独立したチップ１４１を有しているので、良品であるＣＭＵＴ１０６が配置されているチップ１４１を選択して配置することができる。そのため、１枚のチップに複数の素子（ＣＭＵＴ）１０６を備える構成に比べて、音響波トランスデューサユニット１１０の不良の発生率を低減することができる。
【００７２】
本実施形態では、トランスデューサユニット１１０の平面が大きな面積でも、不良率が低い音響波プローブを提供することができる。また、チップ１４１のサイズは、素子１０６の大きさと、配線の引き出しを行うために最小限必要な面積で実現することができる。光音響波受信用の音響波プローブは、素子１つあたりの大きさに比べて、プローブの受信部の表面積が非常に大きい。そのため、プローブが有する素子数を考慮しても、素子サイズに対して、素子の間隔が広くなる。よって、光音響波受信用の音響波プローブに本実施形態の構成を用いることで、１枚のチップに複数の素子（ＣＭＵＴ）１０６を備える構成に比べて、使用するシリコンチップの量を特に少なくすることができる。
【００７３】
（第１２の実施形態）
第１２の実施形態は、音響波トランスデューサユニット１１０の表面の部材に関する。それ以外は、第９から第１１の何れかと同じである。図１４は、本実施形態に係る音響波トランスデューサユニット１１０の模式図である。図１４では、２６０は、静電容量型トランスデューサの表面上に設けられた絶縁フィルム、２６１は、フィルムと静電容量型トランスデューサ間のシリコーンゴム層である。
【００７４】
本実施形態では、音響波トランスデューサ素子１０６を配置した平面上に、シリコーンゴム層２６１を介して絶縁フィルム２６０を配置していることが特徴である。絶縁フィルム２６０は、薄膜の絶縁フィルムにより構成することができ、材質はＰＥＴ、ＰＩ、ＰＥ、ＴＰＸなど薄膜に形成できるものであれば用いることができる。絶縁フィルム２６０の厚さは、使用する超音波の波長に対して十分薄い厚さであれば用いることができ、数マイクロメータから十数マイクロメータの厚さであることがより望ましい。
【００７５】
シリコーンゴム層２６１は、音響波の透過特性が優れており、且つ絶縁フィルム２６０とチップ１４０間を強く接着することができる。ここで、絶縁フィルム２６０と接着する静電容量型トランスデューサ１０６側の振動膜２０１は薄く、振動膜２０１上に配置している部材の影響を大きく受ける。そのため、一般的なエポキシ系などの硬化後の硬度が高い接着剤を用いると、振動膜２０１の特性が影響を受けて、受信感度が大幅に劣化してしまう。シリコーンゴムは硬化後の硬度が低いので、シリコーンゴムを静電容量型トランスデューサ１０６の表面に配置することで、トランスデューサ１０６の振動膜２０１の振動特性に影響を与えにくいという特性を得ることができる。また、シリコーンゴム層２６１の厚さは、数十マイクロメータ以下であれば、超音波の透過特性に与える影響が少ないため、より望ましい。また、チップ１４０と絶縁フィルム２６０の間隔は、あまり狭いと振動膜２０１の光音響波（超音波）の受信特性が影響を受けるため、シリコーンゴム層２６１の厚さは二十マイクロメータ以上であることが望ましい。これらの理由から、音響波プローブで用いることを想定すると、本実施形態のシリコーンゴム層２６１の厚さは、二十マイクロメータから四十マイクロメータの間であることが特に望ましい。
【００７６】
本実施形態では、絶縁フィルム２６０を備えていることで、高電圧が電極に印加される静電容量型トランスデューサ１０６の表面と、外部を電気的に絶縁することができる。そのため、被検体に対する安全性が高い音響波プローブを提供することができる。
【００７７】
また、本実施形態の構成では、絶縁フィルム２６０とチップ１４０間にシリコーンゴム層２６１を配置している。よって、チップ１４０に対して絶縁フィルム２６０の接着力を確保したまま、光音響波（超音波）の受信特性を殆ど劣化させることがない音響波プローブを提供することができる。
【００７８】
（第１３の実施形態）
第１３の実施形態は、光源に関する。それ以外は、第９から第１２の何れかの実施形態と同じである。図１５は、本実施形態に係る音響波トランスデューサユニット１１０の模式図である。図１５−１では、２７０は、インターポーザの、静電容量型トランスデューサを備えたチップが配置された面上に配置された光源チップ、２７１は光である。
【００７９】
本実施形態では、音響波トランスデューサユニット１１０上に、光源チップ２７０を備えていることを特徴とする。図１５−１（ａ）で示すように、光源チップ２７０は、インターポーザ２２０上のチップ１４０が配置されていない領域に直接配置されている。光源チップ２７０は、半導体レーザやＬＥＤチップを用いて容易に構成できる。光源チップ２７０上に、透明な封止剤や、光を集光するレンズを配置する構成にしてもよい。インターポーザ２２０上に光源チップ２７０を配置しているので、光源チップ２７０に必要な電源を容易に供給することができ、光源用の配線をケーブル２４０に内蔵することができ、構成を簡略化できる。
【００８０】
以上のように本実施形態では、音響波トランスデューサユニット１１０内に、光源を一体化できるので、構成要素を減らした音響波プローブを提供することができる。また、本実施形態では、光源チップ２７０で発生した熱を、インターポーザ２２０から更にフレーム１２０に伝えて逃がすことができるので、放熱効率が良く、温度上昇が少ない音響波プローブを提供できる。
【００８１】
また、インターポーザ２２０上の、静電容量型トランスデューサ１０６を備えたチップ１４０が配置されて無い領域であれば、光源チップ２７０は任意の場所に配置できるので、被検体に最適な位置に光を照射することができる。また、光源チップ２７０は、インターポーザ２２０上に１つである必要はなく、配置する領域があれば、複数配置することができる。この構成を用いることで、被検体に照射する光量を大きくでき、大きな光音響波を得ることができる。
【００８２】
本実施形態の別の形態を、図１５−１（ｂ）を用いて説明する。図１５−１（ｂ）の構成では、第１１の実施形態で説明したように、ＣＭＵＴ１０６を形成したチップ１４１が、受信素子毎に独立に分離されて配置されている。光源チップ２７０は、複数のチップ１４１の間の領域（つまり、複数のチップに挟まれた位置）に配置していることが特徴である。別の形態によると、受信素子（チップ）を配置する領域以外は光源チップ２７０に用いることができる。よって、１つのインターポーザ２２０上に、数多くの光源チップ２７０を配置できるため、被検体に照射する光量をより大きくすることができ、大きな光音響波を得ることができる。
【００８３】
図１５−２を用いて、更に別の形態を説明する。図１５−２では、１つのインターポーザ２２０上に、複数の光源チップ２７０が配置され、光源チップ２７０には光学レンズ２７２が配置されていることが特徴である。光学レンズ２７２は、光源チップ２７０毎に、設定された方向に光が出射されるように設定されている。図１６−１（ｂ）に示すように、複数の光源チップ２７０からの出射光は、トランスデューサユニット１１０で多面体を形成するとほぼ１点で交差するように設定されている。
【００８４】
図１５−２の構成によると、トランスデューサユニット１１０から出力される光の光量を、特定の領域で強くすることができるので、被検体の領域をより限定して光音響波を取り出すことができる。そのため、被検体の特定の部位の被検体情報をより正確に取得することができる光音響波プローブを提供できる。
【００８５】
（第１４の実施形態）
第１４の実施形態は、光源に関する。それ以外は、第１３の実施形態と同じである。図１６−１は、本実施形態に係る音響波トランスデューサユニット１１０の模式図である。図１６−１では、２７３は端子、２７４は、光源チップへの電源の供給の実施と停止を選択するためのスイッチである。
【００８６】
本実施形態は、光源として、インターポーザ２２０上に配置した複数の光源チップ２７０を用いており、複数の光源チップ２７０毎に電源の供給の実施と休止を選択することができる手段を有することを特徴とする。具体的には、この手段は、光源チップ２７０と電源間の配線を接続状態と切断状態の間で切り替えることができるスイッチ２７４により、容易に実現することができる。このスイッチ２７４は、光源チップ２７０と同様に、インターポーザ２２０上に配置することで、音響波トランスデューサユニット１１０内に容易に備えることができる。特に、スイッチ２７４は、インターポーザ２２０の裏面上に配置することが望ましい。それにより、インターポーザ２２０の表面上に、光源チップ２７０を最大限の数配置したままでも、電源間の配線を接続状態と切断状態の間で切り替える機能を備えることができる。
【００８７】
本実施形態では、光を被検体に出射する光源チップ２７０を選択する手段を有しており、被検体で光を照射したい領域や、光量になるように選択できる。そのため、図１６−１（ｂ）や図１６−２で示すように、被検体の領域を任意に選択して光音響波を取り出すことができる。よって、光を被検体に出射する光源チップ２７０の組み合わせを切り替えていくことで、被検体で光を照射する領域を電気的に変更する（走査する）ことができる。つまり、光源チップへの電源の供給を選択することにより、被検体に照射する領域を走査することができる。これにより、光音響波を発生させる領域を走査しながら、光音響波からの信号を取得することができるので、被検体からの情報をより正確に得ることができる光音響波プローブを提供できる。
【００８８】
尚、図１６−１では、複数の光源チップ２７０上には、何も配置していないが、これに限らない。光源チップ２７０上に光学レンズを配置して、光源チップ２７０からの出射光を集光したり、出射する光の向きに角度を持たせたりする構成を取ることもできる。これにより、被検体に照射する光の位置や強さを任意のものに調整することが可能となる。
【００８９】
（第１５の実施形態）
第１５の実施形態は、 第１の電極２０２に印加する直流電圧の調整技術に関する。すなわち、インターポーザ上に分圧抵抗を有しており、静電容量型トランスデューサの電極に印加する直流電圧を調節することができる。それ以外は、第９から第１４の何れかの実施形態と同じである。図１７を用いて説明する。
【００９０】
図１７（ａ）において、４５１は印加電圧の調整手段である。本実施形態では、直流電圧発生手段４０１と第１の電極２０２の間に、印加電圧の調整手段４５１を備えていることが特徴である。印加電圧調整手段４５１は、直流電圧発生手段４０１から出力されたＶｂを、第１の電極２０２に印加する端子では、Ｖｏに調整する機能を有している。
【００９１】
静電容量型トランスデューサは、振動膜２０１の厚さばらつきや空隙２０５のばらつきにより、素子（エレメント）毎に印加する直流電圧の最適値が異なる。本実施形態に係る音響波プローブでは、静電容量型トランスデューサ素子（エレメント）毎に、最適な直流電圧Ｖｏを印加する機能を有している。図１７（ｂ）を用いて、印加電圧の調整手段４５１の回路構成を説明する。
【００９２】
印加電圧の調整手段４５１は、３つの抵抗により構成される。直流電圧発生手段４０１と第１の電極２０２の間には、第１の抵抗４６１が挿入されている。第２の抵抗４６２と、第３の抵抗４６３が直列に接続され、第１の電極２０２側の配線３０１とＧＮＤ端子間に配置されている。第１の抵抗４６１の抵抗値をＲ１、第２の抵抗４６２の抵抗値をＲ２、第３の抵抗４６３の抵抗値をＲ３とすると、第１の電極２０２側の配線３０１に印加される電圧値Ｖｏは、Ｖｏ＝（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）×Ｖｂとできる。こうして、素子毎に異なる最適な電圧を静電容量型トランスデューサに印加することができる。
【００９３】
本実施形態では、Ｒ２の値をＲ３の値より小さくしていることが特徴である。それにより、第２の抵抗４６２での降下電圧は、第３の抵抗４６３での電圧降下より小さくなる。そのため、第１の抵抗４６１と第３の抵抗４６３は、高い耐圧（数十ボルトから数百ボルト）である必要があるが、第２の抵抗４６２は、それに比べて低い耐圧を用いることができる。第１の抵抗４６１と第３の抵抗４６３は、高い耐圧の抵抗であるため大きな部品となってしまうが、 第２の抵抗４６２は小型な部品を用いることができる。
【００９４】
第２の抵抗があることで、第１の抵抗４６１と第３の抵抗４６３の抵抗値を固定していても、第２の抵抗４６２の抵抗値を変更するだけで、印加電圧を変更できる。第２の抵抗４６２は、素子毎に対応した印加電圧になるような抵抗値に設定すればよく、第２の抵抗４６２は小型な部品であるため交換が容易である。
【００９５】
また、第１の高圧コンデンサ４６４、第２の高耐圧コンデンサ４６５は、各端子の電圧の変動や、外部からのノイズの混入を抑える目的で、配置されている。本実施形態に係る音響波プローブでは、素子毎に最適な直流電圧を印加することができるので、静電容量型トランスデューサの特性を均一にすることができ、高精度なデータの取得を行うことができる。そのため、本実施形態に係る音響波プローブを用いると、高画質な画像を取得することができる。
【００９６】
（第１６の実施形態）
第１６の実施形態では、光音響波を受信する素子１０６だけでなく、超音波の送信を行う素子１０７を備えていることが、異なる。より詳細には、インターポーザ上には、受信回路と接続した静電容量型トランスデューサと、超音波を送信する駆動回路と接続した静電容量型トランスデューサを、１組として、複数組配置することができる。その他は、第９から第１５までの何れかの実施形態と同じである。図１８を用いて説明する。
【００９７】
図１８で、１０７は超音波の送受信を行う静電容量型トランスデューサ、４１１は第２の直流電圧印加手段、４１２は駆動回路である。図１８は、チップ１４０上に配置された静電トランスデューサ１０６、１０７の模式図である。チップ１４０上には、静電容量型トランスデューサ１０６と静電容量型トランスデューサ１０７が１素子（エレメント）ずつ配置されている。静電容量型トランスデューサ１０７は、超音波の送信に適した特性を有している。配線３１１に繋がった第２の直流電圧印加手段４１１は、超音波の送信効率が最も適したものになる印加電圧に設定されている。また、配線３１２に繋がった駆動手段４１２は、第２の電極２０３に高電圧のパルスを印加することができる。静電容量型トランスデューサ１０７の第２の電極２０３は、チップ１４０毎に駆動手段４１２と電気的に接続されている。これにより、駆動手段４１２により、第１の電極２０２と第２の電極２０３間に発生する静電引力が変化して、それにより振動膜２０１が振動し、超音波が送信される。図１８において、５０１は光音響波の出力信号、５０２は光音響波受信用の直流電圧、５１１は超音波の駆動、出力信号、５１２超音波の駆動信号である。
【００９８】
一方、静電容量型トランスデューサ１０６は、光音響波に加えて、超音波の受信に適した構成となっており、光音響波や超音波を受けて、振動膜２０１が振動し、検出回路（受信回路）４０２で振動を検出することができる。本実施形態では、超音波イメージングデータ像の形成時には、静電容量型トランスデューサ１０７から超音波を被検体に向けて送信し、被検体で反射した超音波を静電容量型トランスデューサ１０６により受信する。一方、超音波イメージング像の取得時には、光源１３０により被検体で発生した光音響波を静電容量型トランスデューサ１０６により受信する。
【００９９】
本実施形態に係る音響波プローブによると、光音響波の受信と、超音波の送受信を１つのプローブで行うことができる。そのため、検出したデータを基に光音響イメージング像、超音波イメージング像を形成することができる。また、超音波の送信に適した静電容量型トランスデューサ１０７と、超音波や光音響波の受信に適した静電容量型トランスデューサ１０６を分けている。そのため、優れた超音波の送信特性と、優れた受信特性を両立させることができるため、高画質な画像を取得することができる。更に、超音波の送受信と光音響波の受信に用いる静電容量型トランスデューサ１０６、１０７を同じチップ１４０上に形成しているため、光音響イメージング像、超音波イメージング像の位置ズレが少ない画像を得ることができる。
【０１００】
（第１７の実施形態）
第１７の実施形態では、静電容量型トランスデューサ１９８が超音波の送受信を行う機能を有していることが、異なる。すなわち、インターポーザ上に、光音響波の受信と超音波の送受信を行うための駆動検出回路と接続した静電容量型トランスデューサを、複数配置することができる。その他は、第９から第１５までの何れかの実施形態と同じである。図１９を用いて説明する。図１９において、４２１は駆動検出回路、４３１はオペアンプ、４３２は帰還抵抗、４３３は帰還容量、４３４、４３５は高耐圧スイッチ、４３６、４３７はダイオード、４３８は高耐圧ダイオードである。図１９（ａ）は、１つのチップ１４０上に配置された静電トランスデューサ１９８の模式図である。１つのチップ上には、静電トランスデューサ１９８が１素子（エレメント）配置されており、静電トランスデューサ１９８の第１の電極２０２は、駆動検出回路４２１と接続されている。駆動検出回路４２１は、装置側から超音波の送信に用いる高電圧パルス５２１を静電容量型トランスデューサ１９８に印加し、静電容量型トランスデューサ１９８からの微小電流を検出信号５２１として装置側に出力する機能を有している。
【０１０１】
図１９（ｂ）は、駆動検出回路４２１を説明するための回路図である。オペアンプ４３１の負帰還部に、帰還抵抗４３２と帰還容量４３３が並列に配置されており、電流電圧変換を行う機能を有している。オペアンプの入力と出力端子には、高耐圧スイッチ４３４、４３５と、ダイオード４３６、４３７がそれぞれ接続されている。高耐圧ダイオード４３８は、端子間が所定の電圧（１ボルト弱）以下の場合は、端子間の配線接続が切断される。また、高耐圧スイッチ４３４、４３５は、所定の電圧（数ボルト程度）より高い電圧が印加されると、スイッチの入出力端子間の配線が切断される。
【０１０２】
送信のための高電圧パルスが印加されていない時、端子間には殆ど電位差がないため、高耐圧ダイオード４３８では入出力端子での配線が切断されている状態になっている。一方、 高耐圧スイッチ４３４、４３５は、外部から高い電圧が印加されていないので、スイッチ間の配線が接続されている。そのため、トランスデューサからの微小電流をオペアンプで電流電圧変換して、外部に接続した装置（不図示）に検出信号を出力することができる。
【０１０３】
一方、送信のための高電圧パルスが装置（不図示）側から印加されると、高耐圧ダイオード４３８内部の配線は接続され、高耐圧スイッチ４３４、４３５には、所定の電圧（数ボルト程度）より高い電圧が印加される。そのため、高耐圧スイッチ４３４、４３５は、スイッチ内部の配線を切断する。こうして、オペアンプへ高電圧が印加されてオペアンプが破損することを防ぐことができる。オペアンプからの信号出力は、高耐圧スイッチ４３５でカットされるために、送信のために印加した高電圧パルスに影響を与えることがない。そのため、トランスデューサの第１の電極２０２に、超音波を送信するための高電圧パルスを印加することができる。
【０１０４】
本実施形態に係る音響波プローブによると、光音響波の受信と超音波の送受信を１つのプローブで行うことができる。そのため、検出したデータを基に光音響イメージング像と超音波イメージング像を形成することができる。また、超音波の送信と、超音波や光音響波の受信に用いる静電容量型トランスデューサ１９８を１つで行うことができるため、チップ１４０のサイズを小さくすることができる。そのため、素子１９８間をより近接して配置することができ、素子の数を増やすことができ、あるいは同じ素子数であればより小さな径の半球を実現することができる。また、静電容量型トランスデューサ１９８を兼用しているので、光音響イメージング像、超音波イメージング像の位置ズレがより少ない画像を得ることができる。
【０１０５】
（第１８の実施形態）
第１８の実施形態では、超音波の送信に用いるセル数と、光音響波と超音波の受信に用いるセル数を変えることが異なる。すなわち、インターポーザ上に、光音響波の受信に用いる静電容量型トランスデューサの大きさと、超音波の送受信を行う静電容量型トランスデューサの大きさとを変化させる手段を備えることができる。その他は、第１７の実施形態と同じである。図２０を用いて説明する。
【０１０６】
図２０−１において、１９７は第１の静電容量型トランスデューサ、１９６は第２の静電容量型トランスデューサである。本実施形態では、光音響波の受信に、第１の静電容量型トランスデューサ１９７と第２の静電容量型トランスデューサ１９６を用いて、超音波の送受信には第１の静電容量型トランスデューサ１９７のみを用いることが特徴である。図２０−１（ａ）は、本実施形態の第１の静電トランスデューサ１９７と、第２の静電容量型トランスデューサ１９６を説明する模式図である。第１の静電トランスデューサ１９７と第２の静電容量型トランスデューサ１９６は、１つのチップ１４０上に配置されている。
【０１０７】
第１の静電容量型トランスデューサ１９７の第１の電極２０２は、配線３２１を介して駆動検出回路４２２の第１の端子と接続されている。第２の静電容量型トランスデューサ１９６の第１の電極２０２は、配線３０１を介して駆動検出回路４２２の第２の端子と接続されている。駆動検出回路４２２は、第１７の実施形態で説明した回路に、更にオペアンプを用いた電流電圧変換回路（トランスインピーダンス回路）と加算器４３９が追加された構成となっている。以下、第１７の実施形態と異なる点のみを説明する。
【０１０８】
図２０−１（ｂ）は、本実施形態に係る音響波プローブの駆動検出回路４２２を説明する回路図である。光音響波を受信する際には、高耐圧ダイオード４３８はＯＦＦしており、オペアンプの前後の配線はＯＮしているので、第１の静電トランスデューサ１９７からの電流は電圧に変換される。第１の静電トランスデューサ１９７の電圧信号と、第２の静電容量型トランスデューサ１９６から電流を電圧変換した受信信号を、加算回路４３９で合算した信号５０１を、受信信号として用いる。これにより、第１の静電容量型トランスデューサ１９７と第２の静電容量型トランスデューサ１９６全体で超音波を受信することができる。
【０１０９】
一方、超音波の送受信を行う際は、超音波の駆動信号を５３１として、駆動検出回路４２２に入力する。高電圧が印加された際は、オペアンプは高電圧から保護され、高耐圧ダイオード４３８はＯＮされるので、配線３２１に接続された第１の静電トランスデューサ１９７のみに、駆動電圧が印加され、振動膜から超音波が送信される。被検体（測定対象）で反射した超音波により、振動膜が振動した際には、超音波の送信（駆動）信号５３１は印加されていない。従って、高耐圧ダイオード４３８はＯＦＦしており、オペアンプの前後の配線はＯＮしているので、電流電圧変換を行い、超音波の受信信号５３１が出力される。
【０１１０】
本実施形態に係る音響波プローブは、光音響波の受信に用いる素子の大きさと、超音波の送受信に用いる素子の大きさを変えることができる。そのため、それぞれの信号取得に適した大きさの素子で、光音響波の受信と超音波の送受信を行うことができるので、高画質な光音響イメージング像と超音波イメージング像を生成するために必要なデータを取得することができる。
【０１１１】
また、本実施形態では、超音波の送受信に用いる素子（１９７）より、光音響波の受信に用いる素子（１９７＋１９６）の方を大きくしている。光音響波の受信では、素子の大きさが大きいため、同じ周波数で使用する場合、受信する光音響波の指向性を高くすることができる。一方、超音波の送受信では、小さな径の素子を用いても、素子の送信時の指向性と素子の受信時の指向性の掛け合わせとなる。そのため、受信だけを行う同じ径の素子に比べて、送受信後の指向性を高くすることができる。そのため、本実施形態に係る音響波プローブを用いると、光音響イメージング像と超音波イメージング像の解像度がより近い画像を得ることができる。
【０１１２】
本実施形態の別の形態として、図２０−２で示す駆動検出回路４２２を用いることができる。本形態の駆動検出回路４２２は、第２の静電容量型トランスデューサ１９６に接続されたオペアンプ４３１と、加算器４３９の間に、スイッチ４４０を有していることが特徴である。スイッチ４４０は、スイッチの制御信号５４０によりＯＮ、ＯＦＦが制御される。具体的には、超音波の送受信時にＯＦＦ、光音響波の受信時にＯＮするように制御信号５４０が入力される。このスイッチ４４０は、低電圧のアナログスイッチを用いることで、容易に実現することができる。
【０１１３】
本実施形態では、超音波の送受信信号５３１と光音響波の出力信号５０１を、１本の配線で兼用することができ、プローブのケーブル内の配線数を削減することができる。なお、スイッチの制御信号５４０は、必ずしも外部の装置から入力される必要はない。音響波プローブ内に、駆動信号である高電圧パルスが印加されたことを検出して、一定期間の間、スイッチのＯＦＦ信号を生成する手段を有することで、外部からの信号入力を無くすことができる。
【０１１４】
本実施形態の更に別の形態として、図２０−３で示す駆動検出回路４２２を同様に用いることができる。ここでは、光音響波の受信に第１の静電容量型トランスデューサ１９７のみを用いて、超音波の送受信には第１の静電容量型トランスデューサ１９７と第２の静電容量型トランスデューサ１９６を用いる構成である。これにより、送受信に用いる素子サイズが大きく、より大きな超音波を送信することができ、また受信感度も高くすることができるので、高精度な送受信信号を取得することができる。本形態では、送受信に用いる超音波の中心周波数を、光音響波の受信信号の中心周波数より高く設定して使用する。これにより、光音響イメージング像と超音波イメージング像の解像度がより近く、超音波イメージング像がより高精度である画像を得ることができる。
【０１１５】
（第１９の実施形態）
第１から第１８の何れかの実施形態に記載の音響波プローブは、光音響効果を利用した光音響波（超音波）の受信に用いることができ、それを備えた被検体情報取得装置に適用することができる。
【０１１６】
図２１を用いて、本実施形態の超音波測定装置の動作を具体的に説明する。まず、発光指示信号７０１に基づいて、光源１０３から光７０２（パルス光）を発生させることにより、測定対象物８００に光７０２を照射する。測定対象物８００では光７０２の照射により光音響波（超音波）７０３が発生し、この超音波７０３を音響波プローブが有する複数の静電容量型トランスデューサ８０２で受信する。受信信号の大きさや形状、時間の情報が光音響波の受信信号７０４として、処理部である画像情報生成装置８０３に送られる。一方、光源１０３で発生させた光７０３の大きさや形状、時間の情報（発光情報）が、光音響信号の画像情報生成装置８０３に記憶される。光音響信号の画像情報生成装置８０３では、光音響波の受信信号７０３と発光情報を基に測定対象物８００の画像信号を生成して、光音響信号による再現画像情報７０５として出力する。画像表示器８０４では、光音響信号による再現画像情報７０５を基に、測定対象物８００を画像として表示する。
【０１１７】
本実施形態に係る音響波プローブは、広い周波数範囲の光音響波を受信できる特性を有しているため、光音響波から多くの情報を取得できるため、高画質な画像を生成することができる。
【０１１８】
（第２０の実施形態）
本実施形態は、第１６から第１９の何れかの超音波探触子を、第１９の実施形態の被検体情報取得装置に用いたものである。図２２に、本実施形態に係わる被検体情報取得装置の模式図を示す。図２２において、７０６は超音波の送受信信号、７０７は送信した超音波、７０８は反射した超音波、７０９は超音波の送受信による再現画像情報である。
【０１１９】
本実施形態の被検体情報取得装置は、光音響波の受信に加えて、パルスエコー（超音波の送受信）を行い、画像を形成する。光音響波の受信については、第１９の実施形態と同じであるため、ここではパルスエコー（超音波の送受信）について説明する。超音波の送信号７０６を基にして、複数の静電容量型トランスデューサ８０２から、測定対象物８００に向かって超音波７０６が出力（送信）される。測定対象物８００の内部において、内在する物体の固有音響インピーダンスの差により、超音波が反射する。反射した超音波７０８は、複数の静電容量型トランスデューサ８０２で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号７０６として画像情報生成装置８０３に送られる。一方、送信超音波の大きさや形状、時間の情報は超音波送信情報として、画像情報生成装置８０３で記憶される。画像情報生成装置８０３では、超音波受信信号７０６と超音波送信情報を基に測定対象７００の画像信号を生成して、超音波送受信の再現画像情報７０９として出力する。
【０１２０】
画像表示器８０４では、光音響信号による再現画像情報７０５と、超音波送受信による再現画像情報７０８の２つの情報を基に、測定対象物８００を画像として表示する。本実施形態によると、広い周波数範囲の光音響波を受信できる特性の音響波プローブを用いて、異なる測定方法の受信情報を取得して画像を形成するため、より情報量の多い画像を取得、表示することができる。
【０１２１】
上記実施形態において、トランスデューサは、少なくとも被検体からの超音波の受信を行い、処理部は、トランスデューサからの超音波受信信号を用いて被検体の情報を取得するようにもできる。ここでは、静電容量型トランスデューサは、被検体に向けて超音波の送信も行ってもよいが、超音波の送信は他のトランスデューサが行うようにしてもよい。また、光音響波の受信を行わないで超音波受信のみを行う形態にもできる。以上のように、音響波プローブは、半球面状の多面体の内部に位置する被検体からの光音響波及び／または超音波を検出し、信号処理部は、音響波プローブで取得された光音響波及び／または超音波の信号から被検体の生体組織像などを構成することができる。
【０１２２】
尚、上記説明では、第１の電極２０２は振動膜２０１上に配置され、第２の電極２０３は基板上に配置されていたが、この構成に限らない。振動膜２０１上に第２の電極２０３が配置され、基板上に第１の電極２０２が配置された構成でも同様に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１００・・音響波プローブ、１０３、１１３・・ケーブル（ケーブル束）、１０４・・音響波トランスデューサ素子、１１０・・音響波トランスデューサユニット、１１１・・多角形平面
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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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１５−１】
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【図１５−２】
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【図１６−１】
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【図１６−２】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０−１】
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【図２０−２】
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【図２０−３】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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