(57)【要約】【課題】  矩形の受信面を有する探触子を回転二次曲面を有する凹状の支持部に複数配置する際、受信面の外縁の頂点同志が近接した状態で配置してしまうと、探触子配置の空間周波数が低下し音響波画像の分解能が制限されてしまうという課題があった。【解決手段】  仮想回転軸の周りに仮想二次曲線が回転した回転二次曲面により内面が規定され、複数の開口を備えた支持部と、それぞれの受信面が開口に適合するように略平行四辺形の受信面を有した探触子の複数とを備えた探触子アレイであって、受信面は４つの頂部のうちの１つが他の３つの頂部よりも仮想回転軸に近接している。【選択図】  図１
2017047180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
お椀状の内面を有する支持部と、
それぞれの受信面が、前記内面の内側に向けられるように接続され、音響波を電気信号に変換する複数の探触子と、を有する探触子アレイであって、
前記支持部は、仮想回転軸の周りに仮想二次曲線が回転した回転二次曲面により前記内面が規定されており、
前記探触子は、４つの頂部で規定される略平行四辺形の受信面と、前記受信面で受信した音響波を電気信号に変換する変換素子と、を備え、
前記受信面は、前記４つの頂部のうちの１つが、他の３つの頂部よりも、前記仮想回転軸に近接していることを特徴とする探触子アレイ。
【請求項２】
前記仮想二次曲線が円のとき、前記仮想回転軸は、前記円の直径であり、
前記仮想二次曲線が楕円のとき、前記仮想回転軸は、前記楕円の長軸または短軸であり、
前記仮想二次曲線が放物線のとき、前記仮想回転軸は、前記放物線の焦点と頂点とを結ぶ仮想軸であり、
前記仮想二次曲線が双曲線のとき、前記仮想回転軸は、前記双曲線の焦点と頂点とを結ぶ仮想軸であることを特徴とする請求項１に記載の探触子アレイ。
【請求項３】
前記受信面の受信領域が、前記仮想回転軸を軸周りに囲む前記回転二次曲面の内側を向いているように、前記支持部に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の探触子アレイ。
【請求項４】
前記内面は、音響的に開口された複数の開口が設けられており、
前記複数の開口のそれぞれに、前記受信面が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
【請求項５】
前記受信面は、対応する前記開口と交差する前記回転二次曲面の接平面と略平行であることを特徴とする請求項４に記載の探触子アレイ。
【請求項６】
前記略平行四辺形は、互いに実質的に垂直であり長さが等しい隣接する辺部を有する略正方形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
【請求項７】
前記開口は、略正方形であることを特徴とする４または５に記載の探触子アレイ。
【請求項８】
前記受信面は、他の受信面との距離において、５番目以降よりも小さい距離を隔てて隣接する４つの隣接受信面に囲まれていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
【請求項９】
前記受信面および前記隣接受信面のそれぞれは、前記４つの頂部のうち隣接する２つの頂部に挟まれた辺部を４つ有し、
前記隣接受信面と前記受信面とは、略平行の間隙部を隔てて隣接し、
前記間隙部は、０度以上１０度以下の角度をなしていることを特徴とする請求項８に記載の探触子アレイ。
【請求項１０】
前記支持部と前記仮想回転軸との交点を支持部頂点とするとき、
前記仮想回転軸を含む仮想平面と前記支持部との交差により規定される仮想二次曲線を挟んで互いに交差する左巻の螺旋と右巻の螺旋と、のそれぞれに沿って、
前記複数の受信面が前記支持部に配列されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
【請求項１１】
前記探触子は、静電容量型探触子（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）および、圧電素子型探触子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の少なくともいずれかが、二次元に配列されている変換素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の探触子アレイと、
マッチング液が貯留される液槽と、を有する音響波測定装置であって、
前記液槽は、貯留されたマッチング液に被検体を音響的に接触させられるように、音響的に開口された開口部を有し、
前記探触子アレイは、前記開口部と対向する側において前記液槽に接続されていることを特徴とする音響波測定装置。
【請求項１３】
前記探触子アレイは、前記探触子の前記受信面が前記液槽の槽内に向くように前記液槽に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の音響波測定装置。
【請求項１４】
前記開口部の側に、被験者が支持される支持面と、前記支持面に設けられ被検体を挿入する挿入口と、を有した支持台を備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の音響波測定装置。
【請求項１５】
前記挿入口に対して、前記液槽を相対的に移動させる液槽走査部をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の音響波測定装置。
【請求項１６】
前記探触子アレイに、前記挿入口に向かって近赤外光または赤外光を照射する光照射部を備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載の音響波測定装置。
【請求項１７】
複数の探触子を支持するためのお椀状の支持部を有する探触子アレイであって、
前記探触子は音響波を受信する略平行四辺形の受信面を有し、
前記支持部の所定領域に含まれる複数の前記受信面は、前記支持部のお椀状の内面の中心の側から前記内面に沿って、右巻の複数の仮想螺旋と、それらと交差する左巻の複数の仮想螺旋との交点で構成される格子上に配列されるように、前記複数の探触子が前記支持部に支持されていることを特徴とする探触子アレイ。
【請求項１８】
前記受信面は、前記略平行四辺形を規定する４つの頂部を有し、前記４つの頂部のうちの１つが、他の３つの頂部よりも、前記内面の前記中心に近接していることを特徴とする請求項１７に記載の探触子アレイ。
【請求項１９】
前記略平行四辺形は、互いに実質的に垂直であり長さが等しい隣接する辺部を有する略正方形であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の探触子アレイ。
【請求項２０】
前記所定領域は、少なくとも２つの配列方向おいて隣接する前記受信面が、少なくとも４以上含まれる領域であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
【請求項２１】
請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の探触子アレイと、
マッチング液が貯留される液槽と、を有する音響波測定装置であって、
前記液槽は、貯留されたマッチング液に被検体を音響的に接触させられるように、音響的に開口された開口部を有し、
前記探触子アレイは、前記開口部と対向する側において前記液槽に接続されていることを特徴とする音響波測定装置。
【請求項２２】
前記開口部の側に、被験者が支持される支持面と、前記支持面に設けられ被検体を挿入する挿入口と、を有した支持台を備えることを特徴とする請求項２１に記載の音響波測定装置。
【請求項２３】
前記挿入口に対して、前記液槽を相対的に移動させる液槽走査部をさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の音響波測定装置。
【請求項２４】
前記探触子アレイに、前記挿入口に向かって近赤外光または赤外光を照射する光照射部を備えることを特徴とする請求項２２または２３に記載の音響波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、音響波を測定するための探触子アレイに関し、特に光音響効果により発生した音響波を測定する探触子アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響効果を利用した光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏ  ＡｃｏｕｓｔｉｃＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の診断装置が公知である。かかる装置では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザパルス光源の照明光（近赤外線）を対象物に照射し、その時、対象物内部で光音響効果により発生する音響波を２次元もしくは３次元配列探触子（探触子アレイ）で受信し、画像を生成して表示する。
【０００３】
特許文献１には、被検体から伝搬した音響波から伝搬経路毎の音響波信号の分離、合成の精度を高めるために、複数の探触子が曲面状の支持構造に配列された探触子アレイを備えた光音響測定装置が開示されている。また、特許文献１に開示の探触子は、円形の受信面を有している圧電素子タイプである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０７９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微小電気機械システム技術により、高密度、高感度、広受信帯域特性を有するＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）素子からなる探触子を形成することが知られている。微小電気機械システム技術は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術とも言われ、本願明細書では、これ以降、ＭＥＭＳと称する。
【０００６】
ＣＭＵＴ素子は、半導体プロセスで形成されるため、半導体ウエハ１８からの所定の形状、サイズで切り出すことが可能なダイシングカット技術を利用して切り出される。従って、半導体ウエハからの収率を高めるため、ＣＭＵＴ素子の外縁形状は、引用文献１のような円形ではなく、正方形を含む平行四辺形となる。
【０００７】
このような平行四辺形の受信面を有する探触子を探触子アレイに実装する際、受信面を規定する頂点の１つと、隣接する受信面を規定する頂点の１つが近接した配列では探触子の実装密度が低下し、画像の分解能が制限されるという課題に至ることになった。また、受信面を規定する頂点の１つと、隣接する受信面を規定する辺が近接した配列場合は、有効受信領域が重なりクロストークが発生し、画像の分解能が制限されるという課題に至ることになった。また、かかる態様において、受信面の実装密度を確保するために、１探触子あたりの受信面の面積を小さくすると、受信面積が制限され探触子アレイの受信感度が低下し、被検体の深部の情報を得がたい課題が生じた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の探触子アレイは、お椀状の内面を有する支持部と、それぞれの受信面が、前記内面の内側に向けられるように接続され、音響波を電気信号に変換する複数の探触子と、を有する探触子アレイであって、前記支持部は、仮想回転軸の周りに仮想二次曲線が回転した回転二次曲面により前記内面が規定されており、前記探触子は、４つの頂部で規定される略平行四辺形の受信面と、前記受信面で受信した音響波を電気信号に変換する変換素子と、を備え、前記受信面は、前記４つの頂部のうちの１つが、他の３つの頂部よりも、前記仮想回転軸に近接していることを特徴とする。
【０００９】
また、本願発明の探触子アレイは、複数の探触子を支持するためのお椀状の支持部を有する探触子アレイであって、
前記探触子は音響波を受信する略平行四辺形の受信面を有し、
前記支持部の所定領域に含まれる複数の前記受信面は、前記支持部のお椀状の内面の中心の側から前記内面に沿って、右巻の複数の仮想螺旋と、それらと交差する左巻の複数の仮想螺旋との交点で構成される格子上に配列されるように、前記複数の探触子が前記支持部に支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、音響波測定に適用した際に、分解能、感度が両立した音響波画像を取得する探触子アレイを提供することができる。また、本願発明によれば、撮影品質に優れた、音響波測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本願発明の第１の実施形態に関わる探触子アレイの俯瞰図（ａ）、上面図（ｂ）、部分拡大図（ｃ）、上面図（ｄ）である。
【図２】本願発明の第２の実施形態に関わる光音響波を測定する音響波測定装置のブロック図である。
【図３】半導体ウエハ上に形成されたＣＭＵＴ素子を示す概念図である。
【図４】探触子アレイの支持部頂点の走査軌跡を示す概念図である。
【図５】本願発明の第１の実施形態に関わる探触子アレイの断面を示す断面図である。
【図６】支持部の実施形態を示す断面図（ａ）〜（ｄ）である。
【図７】受信面の実施形態を示す平面図（ａ）〜（ｄ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態］
＜音響波測定装置＞
図２は、本願発明の探触子アレイ３２を光音響波を測定する音響波測定装置２１に適用した第２の実施形態を示すブロック図である。支持台１は、被験者２４を下方から支持する支持面２５と、支持面に設けられ被検体２０を下方に挿入する挿入口１２と、を備えている。支持台１に設置された保持部材１１の上に保持する。被検体２０には、被験者２４の乳房、四肢、頭部等が含まれる。保持部材１１は被検体２０を保持しやすいようにお椀状の形状となっている。
【００１３】
探触子アレイ３２は、音響波を被検体２０に送信し、被検体２０で反射した音響波を探触子アレイで受信する。或いは、探触子アレイ３２は、後述する光照射部３１から被検体２０の内部に照射したパルス光により、被検体２０の局所的かつ短時間の膨張・収縮変化の結果生じる圧力弾性波を音響波として受信する。
【００１４】
探触子アレイ３２は、探触子３２１が有する受信面１０を被検体２０の方向に向けるように配置されている。探触子３２１は、受信面１０が液槽３６の槽内に向くように液槽３６、および、支持部３２２に接続されていることにより、被検体２０から伝搬する音響波を効率的に取得することが可能となっている。
【００１５】
探触子アレイ３２と保持部材１１の間はマッチング液３５が貯留された液槽３６に充填されており、探触子アレイ３２はマッチング液３５を充填する液槽３６に接続されている。また、探触子アレイ３２は、マッチング液３５を充填する液槽３６の構成の一部をなしているとも言える。液槽３６は、貯留されたマッチング液３５に被検体２０を音響的に接触させられるように、音響的に開口された開口部１６を挿入口１２と重なる位置に有している。探触子アレイ３２は、開口部１６と対向する側において液槽３５に接続されている。
【００１６】
マッチング液３５には空気と比較して音響インピーダンスが被検体の組織に近い水が用いられる。マッチング液３５は、水以外に、ゲル、ジェル等を用いることも可能である。
【００１７】
探触子アレイ３２は、被検体２０が保持部材１１に保持された状態を観察する為のカメラ３３、探触子３２１、および、水平面（ＸＹ平面）内で２次元移動させる液槽走査部３４を、有する。
【００１８】
液槽走査部３４は、挿入口１２に対して、液槽３６を相対的に移動させることにより、探触子アレイ３２の受信領域を水平面内で二次元走査させ、被検体２０と受信領域とを重ねる。本実施形態においては、光照射部３１から照射され、不図示の光照射領域が、被検体２０と重ねた状態において、光照射領域が水平面内で二次元走査可能なように構成されているとも言える。
【００１９】
なお、液槽走査部３４が不図示のリニアガイド、送りネジ機構、および、モーター等を組み合わされたＸＹ液槽走査部も本願発明に含まれる。
【００２０】
信号処理部４は、ＡＤ変換を行い、デジタルデータ（音響データ）を信号処理する。画像生成部６は、かかる音響データを用いて２次元もしくは３次元の音響画像を生成する。表示部７は、生成された音響画像およびカメラ３３で取得した画像を表示する。
【００２１】
＜保持部材＞
保持部材１１は、被検体２０を測定期間中に所定の形状に保持する保持機能を有するとともに、被検体２０から探触子アレイ３２に到達する音響波の伝搬を阻害しないように構成された音響インピーダンスを有する。保持部材１１は、被検体２０の形態に応じて選択されるが、被検体１１が乳房の場合は、お椀状の曲面支持部が用いられる。保持部材１１は、被検体の大きさに応じたサイズ、曲率を有した複数の交換用支持部が用意されるか、エラストマー等の可橈性を有するものが適用される。
【００２２】
なお、保持部材１１は音響波を透過しやすいように薄く、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ厚等が適用される。また保持部材１１は、本実施形態では、光照射部３１から照射されるパルス光を透過する透光性の部材で構成されている。本実施形態から、光照射部３１、導光手段５１、光源５を除いた、不図示の、音響波測定装置であれば、保持部材１１の透光性は、必ずしも必要ではない。
【００２３】
保持部材１１は、撮影姿勢を維持する点において、被検体２０の荷重に耐えうる強度を有する部材で構成されることが好ましく、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が適用される。
【００２４】
＜光源＞
光源５は、被検体２０にパルス光を照射することにより、被検体内で光音響波を発生させる。被検体２０が生体の場合、光源５からは被検体２０を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長の光を照射する。光源５は、探触子アレイ３２と一体的に設けられていても良いが、本実施形態のように、導光手段５１を介して探触子アレイ３２とは分離して光学的に接続されていても良い。
【００２５】
光源５としては数ナノから数百μ秒のパルス幅を有するパルス光を照射光として発生可能なパルス光源が好ましいが。本実施形態では、効率的に光音響波を発生させる意図から、１０〜１００ナノ秒のパルス幅が調整できるように構成されている。
【００２６】
光源５は、高出力が得られるためレーザが好ましいが、レーザのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザー、ファイバーレーザー、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用することができる。照射のタイミング、波形、強度などは不図示の光源制御部によって制御される。本願発明において、使用する光源の波長は、被検体内部まで光が伝搬する赤外波長を使うことが望ましい。本実施形態の光源５の発光中心波長は、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の近赤外光である。
【００２７】
＜導光手段＞
光源５から照射された光は、導光手段５１により、所望の光分布形状に加工されながら被検体２０に導かれる。導光手段５１は、光ファイバ、鏡筒にミラーなどを組み込んだＡｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ  ａｒｍなどが含まれる。
【００２８】
その他の導光手段５１は、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を拡散させる拡散板などである。
【００２９】
＜探触子アレイ＞
図１は、本願発明の第１の実施形態に関わる探触子アレイ３２を示す俯瞰図（ａ）、上面図（ｂ）、（ｄ）および、部分拡大図（ｃ）である。また、図６は、本願発明の第１の実施形態に関わる探触子アレイ３２の断面図である。
【００３０】
探触子アレイ３２は、図６に示すように、音響的に開口された複数の開口４０が設けられたお椀状の支持部３２２と、それぞれが、複数の開口のそれぞれに接続され、音響波を電気信号に変換する複数の探触子３２１と、を有する。言い換えると、探触子アレイ３２は、回転二次曲面により内面が規定されたお椀状の支持部３２２と、それぞれの受信面１０が、お椀状の内面の内側に向かられるように接続され、音響波を電気信号に変換する複数の探触子３２１と、を有する。回転二次曲面については後述する。
【００３１】
なお、本実施形態の探触子アレイ３２は、図１（ｂ）、（ｄ）に示すように、光音響波を測定する音響波測定装置２１に適用する為、光源５と導光手段５１介して接続された光照射部３１、探触子３２１、被検体２０の保持状態を観察するカメラ３３を有する。
【００３２】
本願発明は、回転二次曲面で内面の形状が規定された探触子アレイにおける、複数の受信面の配列であるが、これについては、後述する。
【００３３】
＜探触子＞
探触子３２１は、音響波を検出し、アナログ信号である電気信号に変換するものである。圧電現象を用いた変換素子、光の共振を用いた変換素子、容量の変化を用いた変換素子など音響波を検知できるものであれば、どのような素子を用いてもよい。
【００３４】
本実施形態において、探触子３２１は支持部３２２に互いに間隔を置いて複数配置されることで、多次元の配列の探触子を有した探触子アレイ３２を構成する。このような多次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を検出することができ、検出時間を短縮できる。
【００３５】
探触子の一つとしてマイクロマシニング工程を用いて作成される静電容量型探触子が開発されている。静電容量型探触子は、下部電極と間隔を隔てて支持された振動膜と、振動膜の表面に配設される上部電極とを含むセルを有する。このような静電容量型探触子は、ＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と称される。ＣＭＵＴは、数ｍｍ□に数十〜数千の静電容量型セルを備えた受信面を形成することが可能であり、軽量の振動膜を用いる為、広い受信帯域を確保することが可能となっている。
【００３６】
図３は、半導体ウエハ１８上に形成されたＣＭＵＴ素子アレイの概略図である。また、図７（ａ）〜（ｄ）は、受信面１０の実施形態を示す概略図である。
【００３７】
ＣＭＵＴ素子は、半導体ウエハ１８からダイシングカット等により振動膜（メンブレン）の集合領域を単位セルとして切断して決定される。単位セルは、探触子３２１から音響波信号に基づく電気信号を読み出すチャネルの最小単位となる。ダイシングカットは、所定の間隔で平行な切断を繰り返すことで必要なデバイス領域が切り出される。切り出された受信面１０を有するＣＭＵＴ素子は、所定の形状、所定の大きさに揃えることができる。
【００３８】
従って、切り出されアＣＭＵＴ素子の受信面１０の外縁は、図３、および、図７（ａ）に示すように、４つの頂部を有する略平行四辺形となる。探触子アレイ３２に実装した際の探触子３２１の配向依存性を低減する意図から、即ち対称性の観点から、本実施形態では正方形とされている。
【００３９】
なお、図７（ａ）に示す様に、本実施形態の受信面１０は、ＣＭＵＴ素子の単位セルを６×６＝３６個有している。ＣＭＵＴ素子は、静電容量を規定するとともに、静電容量変化を外部に読み出すための陽極陰極対（不図示）を有している。陽極陰極対の一方に音響波を受信する振動膜（メンブレン）が音響的に結合されている。従って、ＣＭＵＴ素子における受信面１０は、陽極陰極対の一方と音響的に結合された振動膜の形状として決定することが可能である。
【００４０】
図７（ａ）に示す受信面１０は、４つの頂部Ｖａが直角であり、辺部Ｅａが直線状の正方形である。また、本実施形態の受信面１０は、マトリクス状に配列された単位セル１７を備えている。
【００４１】
一方、図７（ｂ）に示す受信面１０は、４つの頂部Ｖｂが、辺部に対して４５度のテーパ処理がなされている点、において図７（ａ）に示す受信面１０と相違する。本実施形態は、テーパ部の長さは、受信面１０の外側において受信面１０を内接する最小の平行四辺形である、外接正方形の辺に対して１４％以下の長さであることが好ましい。
【００４２】
また、図７（ｃ）に示す受信面１０は、４つの頂部Ｖｂが、四分の１円状にＲ処理されている点、と、単位セル１７が千鳥配列を取っている点、とにおいて図７（ａ）、（ｂ）に示す受信面１０のそれぞれと相違する。本実施形態の千鳥配列は、単位セル１７が、列毎に１８０度位相がずれている。
【００４３】
また、図７（ｄ）に示す受信面１０は、辺部Ｅｄが曲線で規定されている点、において図７（ｃ）に示す受信面１０と相違する。
【００４４】
以上のように、受信面１０は、図１（ａ）に示すような、幾何学的に厳密な正方形のみならず、図１（ｂ）〜（ｃ）に示すような、互いに実質的に垂直であり長さが等しい隣接する辺部を有する略正方形であっても良い。
【００４５】
即ち、本願明細書においては、受信面１０は幾何学的に厳密な平行四辺形である必要はなく、図７（ｂ）〜（ｄ）に示す通り、ダイシングカット等の半導体切断プロセスと簡単な周縁部の処理により規定される略平行四角形が含まれる。なお、図７（ｂ）、（ｃ）の示す、受信面１０の頂部Ｖｂ、Ｖｃに対するテーパ処理、Ｒ処理は、カット後のハンドリングで頂部に生じるチッピング、欠け等の発生を軽減する意図で行われる。
【００４６】
なお、本願発明の探触子アレイに適用可能な探触子は、ＣＭＵＴの他に、圧電素子型の音響波トランスデューサ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が含まれる。
【００４７】
＜支持部＞
次に、図１、図５を用いて支持部３２２を説明する。支持部３２２は複数の探触子３２１を、支持部３２２が備える開口に沿って支持する。本実施形態は半球状の支持部３２２に設けられた複数の開口４０に複数の探触子３２１をそれぞれ接続した探触子アレイ３２である。
【００４８】
支持部３２２はお椀状の曲面の内側に、それぞれの受信面を向けるように複数の探触子が接続される。曲面は、対称性の観点から、回転二次曲面とすることが好ましい。一般に、回転二次曲面は、球、半球、楕円球、回転放物面、回転双曲面の他に、円錐、円柱、放物線柱、双曲線柱、楕円柱、正弦波柱、放物線柱、が含まれる。一方で、本願発明における回転二次曲面には、球、半球、楕円球、回転放物面、回転双曲面が含まれる。
【００４９】
換言すると、本願発明における回転二次曲面は、「非可展面要件」と「ｉｓｏ  ｃｅｎｔｅｒ要件」とを満たす態様である。
【００５０】
非可展面要件は、平行四辺形の受信面を配列したときに、隣接する受信面間に平行化問題が発生する要件であって、本願発明の課題に対応する。なお、可展面とは、平面上に描かれた展開図を膨張、収縮を伴わずに変形だけで形成される曲面を意味し、非可展面とは、一部の膨張、収縮を伴わなければ平面上に描かれた展開図では形成されない曲面を意味する。
【００５１】
また、「ｉｓｏ  ｃｅｎｔｅｒ要件」とは、複数の探触子からなる探触子アレイの有効受信領域が、特定の１箇所において重なり高感度領域を形成する条件であって、本願発明の前提条件に相当する要件である。かかる特定の１箇所をｉｓｏ  ｃｅｎｔｅｒと称し、探触子アレイに内面が半球状であれば、半球の曲率中心がｉｓｏ  ｃｅｎｔｅｒに一致する。図６に示す回転二次曲面は、いずれも、ｉｓｏ  ｃｅｎｔｅｒを有する。
【００５２】
支持部３２２は、図５に示すように、仮想回転軸４６の周りに仮想二次曲線４１が回転した回転二次曲面４５により内面が規定されている。本実施形態では、仮想二次曲線は、円であり、支持部３２２の内面は、半球により形状が規定されている。回転二次曲面とすることにより、回転軸方向４０と重なる位置に配置された被検体から伝搬する音響波を、回転二次曲面で内面が規定された探触子アレイ３２の周囲の他の構造による反射、減衰等の影響を受けずに音響波を受信することが可能となる。本実施形態における回転二次曲面４５は、半球である。
【００５３】
なお、図５においては、被検体２０と探触子アレイ３２との間に配置されるマッチング液は省略されている。
【００５４】
それぞれの探触子３２１の受信面１０の受信領域が、図中の法線Ｎｉ、Ｎｉ＋１を中心として理解して一般性を失わない。図６に示すように、受信面１０の法線Ｎｉが、回転軸４６を軸周りに囲む回転二次曲面４５の内側を向いているように、探触子３２１は支持部３２２に接続されている。なお、本実施形態では、各受信面の各法線Ｎは、回転二次曲面４５の半球の中心４５ｃに重なっている。
【００５５】
なお、支持部３２２は、被検体を配置する方向に開口部１６を有している。また、開口部１６から最も離れている側に、支持部頂点ｖ１を有している。また、支持部３２２は、複数の開口４０を備えており、受信面１０は、対応する開口４０と交差する回転二次曲面の接平面１５と略平行である。本実施形態では、受信面１０と接平面１５とのなす角は、±３度の範囲内とする角度を成している。
【００５６】
図６（ａ）〜（ｄ）には、回転二次曲面の基礎となる仮想二次曲線が、それぞれ、円４１、楕円４２、放物線４３、双曲線４４である態様に関する第３の実施形態として示されている。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、仮想二次曲線が円４１のとき、仮想回転軸４６は、円４１の直径に一致するように設定される。また、図６（ｂ）に示すように、仮想二次曲線が楕円４２のとき、仮想回転軸４６は、楕円の長軸または短軸に設定される。本実施形態においては、楕円４２の長軸に一致している。また、図６（ｃ）に示すように、仮想二次曲線が放物線４３のとき、仮想回転軸４６は、放物線４３の焦点ｆ３と頂点ｖ３とを結ぶ仮想軸と設定される。また、図６（ｄ）に示すように、仮想二次曲線が双曲線４４のとき、仮想回転軸４６は、双曲線４４の焦点ｆ４と頂点ｖ４とを結ぶ仮想軸と設定される。
【００５８】
なお、開口４０は、図１（ｂ）、図５に示す通り、受信面１０に適合するような形状で、支持部３２２に開口されている。本実施形態における開口４０は、互いに実質的に垂直であり長さが等しい隣接する辺部を有する略正方形である。
【００５９】
＜受信面の回転二次曲面上への受信面の配列＞
次に、本願発明の特徴である回転二次曲面上への受信面の配列について、図１を用いて説明する。
【００６０】
図１（ａ）〜（ｄ）、図５には、複数の正方形の開口４０が設けられた支持部３２２と、それぞれの開口４０に対応して、受信面１０と変換素子１４とを有する複数の探触子３２１とを備えた、第１の実施形態に関わる探触子アレイ３２が示されている。
【００６１】
受信面１０の回転二次曲面上への配列の理解のために、着目する受信面の１つを代表して考える。受信面配列の周縁部等の特異点を除く受信面配列の殆どの部分に対して、かかる一般化が適用可能である。
【００６２】
図１（ｃ）は、図１（ｄ）の破線の長方形で示した部分を拡大することにより、受信面の配列を詳細に説明する部分拡大図である。図５は、第１の実施形態に関わる概略断面図であって、支持部３２２の開口４０に接続された探触子３２１と、非接続状態の探触子３２１とを示すものである。
【００６３】
図１（ｃ）、（ｄ）、図５に示す受信面１０は、４つの頂部を有す略平行四辺形であって、１つの頂部（ｖｒ１）が、他の３つの頂部（ｖｒ２、ｖｒ３、ｖｒ４）よりも、仮想回転軸４６に近接している。仮想回転軸４６は、支持部３２２の支持部頂点ｖ１を通過しｚ軸に平行に配置されている。
【００６４】
本実施形態では、図７（ａ）に示す様に、受信面１０は、隣接する２つの頂部に挟まれた辺部を４つ有している。図１（ｃ）では、受信面１０は、着目している辺部Ａを有している。一方で、着目している受信面１０（○印）を囲む４つの隣接受信面（◆印）の一つである隣接受信面１９は、着目している受信面の側に辺部Ｂを有している。受信面１０と隣接受信面１９とは、略平行な間隙部を隔てて隣接している。これにより、受信面１０と隣接する受信面との有効受信領域の重なりが抑制され、隣接間クロストークが抑制される。間隙部は、辺部Ａと辺部Ｂとに挟まれた支持部３２２の部分である。間隙部を規定する辺部Ａと辺部Ｂとは、０度以上１０度以内の角度をなす略平行となっている。
【００６５】
以上のように受信面を配置することにより、受信面１０は、他の受信面との距離において、５番目以降よりも小さい距離を隔てて隣接する４つの隣接受信面に囲まれる配置をとる。隣接受信面と着目している受信面１０との間の距離を狭めて、探触子３２１の実装密度を高めるとともに、隣接する探触子３２１の有効受信領域におけるクロストークを抑制することが可能となる。
【００６６】
また、このように配置することにより、受信面１０は、対応する開口４０の位置において、回転二次曲面上に螺旋配列を取る事が可能となり、隣接する探触子３２１の有効受信領域におけるクロストークを抑制するとともに、探触子アレイ３２内における探触子３２１の実装密度を高めることが可能となる。
【００６７】
図１（ａ）の俯瞰図では、仮想回転軸４６の周りに四分の一円を回転して得られた半球で内面が規定されている支持部３２２に対して、受信面１０が螺旋状に配列している。
【００６８】
受信面の螺旋状の配列は、支持部頂点ｖ１側から支持部３２２の内面に沿って支持部の開口部に向かって、二種類の螺旋配列の交点に位置している。（図１（ａ）ではｚ方向に向かって、）
図１（ａ）に示す通り、一方の螺旋配列は、仮想二次曲線４１Ｒを跨ぐ右巻の螺旋に沿った配列であり、他方の螺旋配列は、仮想二次曲線４１Ｒを跨ぐ左巻の螺旋に沿った配列である。このように支持部頂点Ｖ１から支持部３２２の周縁に向かって、受信面間の間隙の平行性を担保しながら探触子３２１の配列数が増加している。探触子３２２の配列は、フィボナッチ数列や、フィボナッチ数列の変形例である、トリボナッチ数列に基づいて支持部頂点Ｖ１から支持部３２２の周縁に向かって増加するように定めることができる。
【００６９】
なお、仮想二次曲線４１Ｒは、仮想回転軸４６を含む仮想平面４７と支持部３２２との交差により規定される仮想二次曲線に一致しており、本実施形態では、四分の一円である。また、図１（ａ）に示す仮想二次曲線４１Ｒは、支持部３２２の内面を規定する回転二次曲面４５（図５）の基礎となる仮想二次曲線の群の一であるとも言える。
【００７０】
このように、回転二次曲面４５の内面を有する支持部３２２に、平面上で略平行四辺形の受信面１０を複数配列することにより、探触子３２１の支持部３２２上の高い実装密度を実現することが可能となる。
【００７１】
本実施形態は、以下のように説明される態様であるとも言える。
【００７２】
複数の探触子３２１を支持するためのお椀状の支持部３２２を有する探触子アレイ３２であって、探触子３２１は音響波を受信する略平行四辺形の受信面１０を有する。
【００７３】
さらに、支持部３２２の所定領域に含まれる複数の受信面１０は、支持部３２２のお椀状の内面の中心Ｖ１の側から内面に沿って、右回りの複数の仮想螺旋ＣＷと、それらと交差する左回りの複数の仮想螺旋ＣＣＷとの交点で構成される格子上に配列されている。
【００７４】
なお、前述の所定領域は、受信面１０を、互いに非平行な少なくとも２方向において配列された任意の領域であって、例えば、図１（ｄ）に破線の矩形で示す領域が含まれる。
【００７５】
従って、前述の所定領域は、少なくとも２つの配列方向おいて隣接する受信面１０が、少なくとも４以上含まれる領域である形態である。
【００７６】
なお、本願発明の対象ではない非お椀状の支持部としては、円柱、楕円柱等の非二次曲面が存在する。例えば、円柱により内面が規定される円柱状の支持部では、略平行四辺形の受信面を配列する際、頂部と仮想回転軸とのジオメトリに制約は無く、螺旋配列をとらずに、最密に受信面を実装する形態をとる事ができる。
【００７７】
＜探触子アレイの走査軌道＞
第２の実施形態に関わる光超音波測定装置における探触子アレイの軌道について、図４を用いて説明する。本実施形態の走査軌道は螺旋軌道である。螺旋軌道とは、回転中心に対する動径方向の座標が増加あるいは減少のいずれか一方に変化するように移動させる走査軌道である。
【００７８】
図４は螺旋軌道の移動の一例を探触子アレイの支持部頂点ｖ１を代表させて模式的に表現した図である。図４中のＯ点は螺旋走査前の支持部頂点ｖ１の位置を示し原点に相当する。また、図４中の黒点のそれぞれは、光音響波測定時における支持部頂点ｖ１の位置を示している。探触子アレイは、黒点の位置を順次辿りながら移動する。ｐ点は探触子アレイの移動軌跡上のある一点である。極座標系でｐ点の位置座標（ｘ、ｙ）を表現すると式（１）となる。
【００７９】
ｘ＝ｒ（ｔ）ｃｏｓΦ
Ｙ＝ｒ（ｔ）ｓｉｎΦ・・・・（式１）
ここでｒ（ｔ）は動径方向の座標（移動半径）で、φはｘ軸と原点からｐ点に向かう線とがなす角度である。本実施形態においては、探触子アレイの移動軌跡上の動径方向の座標：ｒ（ｔ）が増加あるいは減少のいずれか一方に変化するように探触子アレイを移動させている。さらに、液槽走査部は、移動軌跡の接線方向の速度が一定になるように探触子アレイを移動させることが好ましい。
【００８０】
通常、光音響波の検出タイミングは、光源から発せられるパルス光の繰り返し周波数で決まる。例えば、１０Ｈｚの繰り返し周波数の光源を使用すると、０．１秒に一回、光音響波を発生させることができる。そのため、接線方向の速度が一定の場合、０．１秒ごとに光音響波の検出が行われると仮定すると、空間に対して均一にサンプリングすることが可能となる。
【００８１】
また、液槽走査部は、探触子アレイを原点方向に向かう加速度を考慮して移動平面の外側から移動させることが好ましい。すなわち、移動の初期段階の加速度が大きいと、装置全体の揺れが大きくなり、その揺れが測定に影響を与えることがある。そのため、原点方向に向かう加速度が小さい外周から移動を開始し、内周に向かって移動を行う方が液槽の揺れを軽減できる。
【００８２】
また、液槽走査部は、移動と静止を繰り返す、ステップアンドリピート方式ではなく、連続的に移動させる連続移動を行うのが好ましい。これにより、液槽が走査される時間も短縮化される。また、移動の加速度の変化が少ないために、液槽に貯留されたマッチング液の波打ちを軽減できる。
【符号の説明】
【００８３】
１０  受信面
１４  変換素子
３２  探触子アレイ
４０  開口
４１−４４  仮想二次曲線
４５  回転二次曲面
４６  仮想回転軸
３２１  探触子
３２２  支持部
ｖｒ１−ｖｒ４  頂部
【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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