(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なり、屈折率の異なる２つの材料層が交互に積層された透過反射部の先に、ある厚さの媒質と全反射ミラーとからなる共振部を接続して検出部を構成し、
該検出部に、前記全反射ミラー側（先端側）から被検体の動的変化を伝搬させるとともに、反全反射ミラー側（基端側）から前記透過反射部を通して前記共振部に、ある波長の検出光を入射させ、
その間に該検出光の反射光を検出し、
前記動的変化の伝搬に伴う前記検出部の寸法変化に対応した前記反射光の特性変化から、前記被検体の動的変化を検出することを特徴とする動的変化検出方法。
【請求項２】
入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なる透過反射部の先に、ある厚さの媒質と全反射ミラーとからなる共振部を接続して検出部を構成し、
該検出部に、前記全反射ミラー側（先端側）から被検体の動的変化を伝搬させるとともに、反全反射ミラー側（基端側）から前記透過反射部を通して前記共振部に、複数の異なる波長成分を含む検出光を入射させ、
その間に、該検出光の反射光を分割して該波長成分別に検出し、
前記動的変化の伝搬に伴う前記検出部の寸法変化に対応した前記反射光の特性変化から、前記被検体の動的変化を検出し、
この際、前記反射光の反射率特性曲線の傾斜帯域の半値幅を異ならせた複数の傾斜帯域を設定し、該複数の帯域に対応した複数の検出光を前記検出部に入射させ、複数の異なる検出感度又はダイナミックレンジにおいて並列的に測定することを特徴とする動的変化検出方法。
【請求項３】
前記透過反射部が光ファイバーブラッググレーティングからなることを特徴とする請求項１又は２記載の動的変化検出方法。
【請求項４】
前記動的変化が前記被検体中を伝搬する音であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の動的変化検出方法。
【請求項５】
前記検出部を複数個、列状あるいは行列状にアレー化配置して被検体の動的変化を検出することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の動的変化検出方法。
【請求項６】
前記複数の異なる波長成分を含む検出光を、複数の波長の異なる単一波長レーザーから発することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の動的変化検出方法。
【請求項７】
前記複数の異なる波長成分を含む検出光を、広帯域な発光波長を有する光源により発することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の動的変化検出方法。
【請求項８】
前記光源がスパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）であることを特徴とする請求項７記載の動的変化検出方法。
【請求項９】
検出光を発する光源と、
該検出光が入射され、入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なり、屈折率の異なる２つの材料層が交互に積層された透過反射部と、
該透過反射部を透過した検出光の入射する共振部であって、検出光入射側から、ある厚さの媒質、及び、該媒質をはさんで前記透過反射部と対向するとともに被検体からの動的変化の伝搬する全反射ミラー、を有する共振部と、
前記透過反射部及び共振部からの前記検出光の反射光を検出する光検出器と、
を具備することを特徴とする動的変化検出装置。
【請求項１０】
異なる波長成分の光を含む検出光を発する光源と、
該検出光の入射する、入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なる透過反射部と、
該透過反射部を透過した検出光の入射する共振部であって、検出光入射側から、ある厚さの媒質、及び、該媒質をはさんで前記透過反射部と対向するとともに被検体からの動的変化の伝搬する全反射ミラー、を有する共振部と、
前記透過反射部及び共振部からの前記検出光の反射光を前記検出光の波長成分毎に分割する光分割部と、
分割された反射光を検出する光検出器と、
を具備することを特徴とする動的変化検出装置。
【請求項１１】
前記反射光の反射率特性曲線の傾斜帯域の半値幅を異ならせた複数の傾斜帯域を設定し、
該複数の帯域に対応した複数の検出光を前記検出部に入射させ、
複数の異なる検出感度又はダイナミックレンジにおいて並列的に測定しうることを特徴とする請求項１０記載の動的変化検出装置。
【請求項１２】
前記透過反射部が光ファイバーフラッググレーティングからなることを特徴とする請求項９、１０又は１１記載の動的変化検出装置。
【請求項１３】
前記動的変化が前記被検体中を伝搬する音であることを特徴とする請求項９〜１２いずれか１項記載の動的変化検出装置。
【請求項１４】
前記検出部が、複数、列状あるいは行列状にアレー化配置されていることを特徴とする請求項９〜１３いずれか１項記載の動的変化検出装置。
【請求項１５】
前記光源が、複数の波長の異なる単一波長レーザーを含むことを特徴とする請求項１０〜１４いずれか１項記載の動的変化検出装置。
【請求項１６】
前記光源が、広帯域な発光波長を有する光源であることを特徴とする請求項１０〜１４いずれか１項記載の動的変化検出装置。
【請求項１７】
前記光源が、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）であることを特徴とする請求項１６記載の動的変化検出装置。
【請求項１８】
被検体に超音波を送信する送信部と、
該被検体からの超音波反射エコーを受信し電気信号に変換する受信部と、
該受信部の信号を受け画像化処理して表示する画像処理表示部と、
を備える超音波診断装置であって；
上記受信部中に、請求項９〜１７いずれか１項記載の動的変化検出装置を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体中を伝搬する超音波等の動的変化を検出する方法及び装置に関する。また、そのような動的変化検出装置を備える超音波診断装置に関する。なお、本明細書でいう動的変化には、音波、加速度、歪、温度、変位等を含む。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
いわゆる超音波エコー観察等を行う超音波診断装置は、超音波センサー部（探触子）に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電材料を用いるのが一般的である。
図９は、現在用いられている一般的な探触子の構造を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の斜視図、（Ｂ）は配列振動子を拡大して示す斜視図である。
この図の探触子３０１は、全体として薄い箱型をしており、細長い長方形状の探触面３０２を有する。この探触面３０２を人体に当てて超音波を放射し人体の奥部から返ってくる超音波エコーを受信する。探触子３０１の図の上側には、超音波送受信信号を伝えるケーブル３０７が接続されている。
【０００３】
探触面３０２内には、超音波の発振子と受振子を兼ねる、櫛状の配列振動子３０３が収められている。配列振動子３０３は、薄い（例えば厚さ０．２〜０．３mm）ＰＺＴの帯状板に、多数のスリット３０６（例えば幅０．１mm）を入れて櫛の歯状の個別振動子３０５（例えば幅０．２mm、長さ２０mm）を多数（例えば２５６個）配列したものである。
図示はされていないが、各個別振動子３０５には電極が形成されており、信号線が接続されている。また、同様に図示はされていないが、配列振動子３０３の表面（図の下面）側には、樹脂系材料（ゴム含む）からなる音響レンズ層や整合層が貼られており、裏面側にはバッキング材が貼られている。音響レンズ層は発振する超音波の集束性を良くする。整合層は超音波の発振効率を高める。バッキング材は、振動子を保持する機能を有するとともに、振動子の振動を早く終了させる。
なお、このような超音波探触子及び超音波診断装置については、東洋出版「超音波観察法・診断法」や、医歯薬出版「基礎超音波医学」に詳しく説明されている。
【０００４】
ところで、超音波診断分野では、被検者のより詳細な体内情報を取得するために、３次元データの収集が望まれている。それを実現するために、超音波検出部（センサー）を２次元アレー化することが求められている。しかし、上述のＰＺＴにおいては、現状以上の微細化と素子集積は、次のような理由により困難である。すなわち、ＰＺＴ材料（セラミックス）の加工技術が限界に近くなっており、これ以上の微細化は加工歩留まりの極端な低下につながる。また、配線数が増大し、配線の電気的インピーダンスが増大する。さらに、各素子（個別振動子）間のクロストークが増大する。そのため、ＰＺＴを用いた２次元アレー探触子の実現は、現状では困難と考えらている。
【０００５】
ULTRASONIC IMAGING 20, 1-15 (1998)には、Duke大学のE.D. LIGHTらによる  「Progress in Two-Dimensional Arrays for Real-Time Volumetric Imaging 」と題する文が掲載されている。この文中では、ＰＺＴ超音波センサーの２次元アレーを有する探触子が開示されている。しかし、同時に次のようにも述べている（P.２、１４〜１８行）。「同様の質の画像を得るためには、２次元アレーのエレメント数は１２８×１２８＝１６，３８４が必要である。しかし、そのような多数のｒｆチャンネルを作ることは、複雑かつコストがかかるので、近い将来には望み薄であろう。また、かくも多数のエレメントを密に結線することは非常に困難である。」
【０００６】
一方、ＰＺＴのような圧電材料を用いない超音波センサーとして、光ファイバーを利用したセンサーも用いられている。このような光ファイバー超音波センサーは、電磁界の影響が大きい場所や、狭小な部位での計測に適している。
【０００７】
光ファイバー超音波センサーの１種として、光ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧと略称）を用いるものがある（防衛大のTAKAHASHI らによる「Underwater Acoustic Sensor with Fiber Bragg Grating 」OPTICAL REVIEW Vol.4, No.6 (1997) 691-694 参照）。ＦＢＧとは、屈折率の異なる２種類の材料層（光伝搬媒質）を、Bragg の反射条件を満たすピッチで屈折率が周期的に変化するように、数千層交互に重ねたものである。各層の周期構造のピッチをΔ、入射光の波長をλ、Ｎを任意の整数とすると、Bragg 反射条件とは以下である。
２ＮΔ＝λ
ＦＢＧは、Bragg 反射の作用により、上記式の条件を満たすある特定の波長の光を選択的に反射する（その他は透過する）。
【０００８】
ＦＢＧに超音波を伝搬させると、ＦＢＧが歪んで上記周期構造のピッチΔが変化するので、選択的に反射する光の波長λが変化する。実際には、最も反射率の高い（透過率の低い）中心波長の前後に、反射率の変化する傾斜帯域があり、この傾斜帯域の検出光をＦＢＧに入射させながら、ＦＢＧに超音波を加える。すると、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換算することにより超音波の強度を計測できる。
【０００９】
光ファイバー超音波センサーの他の１種として、ファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）構造を用いるものがある（東工大のUNO らによる「Fabrication and Performance of a Fiber Optic Micro-Probe for Megahertz Ultrasonic Field Measurements 」T.IEE Japan, Vol.118-E, No.11, '98参照）。  UNO らのセンサーは、シングルモード光ファイバー（λ＝１．３μm 、コア１０μm 、クラッド１２５μm ）の先に金蒸着によりハーフミラーを形成し、その先にポリエステル樹脂（ｎ＝１．５５）からなるcavity（長さ１００μm）を付け、さらにその先に金蒸着により全反射ミラーを形成したものである。
【００１０】
このセンサーに、ハーフミラー側から波長λの検出光を入射させ、全反射ミラー側から超音波を印加する。ハーフミラーの反射率をｒ、シングルパス・ゲインをＧ、cavityの長さをＬ、屈折率をｎとすると、このセンサーの反射率Ｒは以下の式で与えられる。
【数１】
0004220102.tif 000002
ここでδは、以下の式で与えられる。
δ＝２πＬｎ／λ
δを表す式から、超音波の音圧変化によりcavityの１往復の光路長２Ｌｎ、即ち、光路長Ｌｎが変化すると、センサーからの光反射特性が変化することが分かる。
【００１１】
実際には、最も反射率の低い中心波長の前後に、反射率の変化する傾斜帯域があり、この傾斜帯域の検出光をＦＰＲに入射させながら、ＦＰＲに超音波を加えると、超音波の強さに応じた反射光の強度変化を観測できる。この光の強度変化を換算することにより超音波の強度を計測できる。
【００１２】
しかしながら、上述の光ファイバーを用いる超音波センサーにも欠点がある。すなわち、検出感度を高くしようとして上記傾斜帯域の特性を急峻に設計すると、必然的にダイナミックレンジが狭くなる。その逆に上記特性をなだらかに設計すると、ダイナミックレンジは広くなるが検出感度は落ちる。
【００１３】
本発明は、さまざまな検出感度とダイナミックレンジの組み合わせ条件を選択することが可能であるか、あるいは複数の該条件下で並列的に計測可能な動的変化検出方法及び動的変化検出装置を提供するものである。またそのような動的変化検出装置を有し、３次元データの収集にも適した超音波診断装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明の第１の動的変化検出方法は、入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なり、屈折率の異なる２つの材料層が交互に積層された透過反射部の先に、ある厚さの媒質と全反射ミラーとからなる共振部を接続して検出部を構成し、  該検出部に、前記全反射ミラー側（先端側）から被検体の動的変化を伝搬させるとともに、反全反射ミラー側（基端側）から前記透過反射部を通して前記共振部に、ある波長の検出光を入射させ、その間に該検出光の反射光を検出し、前記動的変化の伝搬に伴う前記検出部の寸法変化に対応した前記反射光の特性変化から、前記被検体の動的変化を検出することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１の動的変化検出装置は、検出光を発する光源と、該検出光が入射され、入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なり、屈折率の異なる２つの材料層が交互に積層された透過反射部と、該透過反射部を透過した検出光の入射する共振部であって、検出光入射側から、ある厚さの媒質、及び、該媒質をはさんで前記透過反射部と対向するとともに被検体からの動的変化の伝搬する全反射ミラー、を有する共振部と、前記透過反射部及び共振部からの前記検出光の反射光を検出する光検出器と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
透過反射部の透過率が高いほど、検出部全体としての最小反射率が低くなると同時に反射率特性の半値幅は狭くなる（数式を用いて後ほど詳述する）。そうなると、動的変化検出のダイナミックレンジは狭くなるが検出感度は高くなる。その逆の場合は、検出部全体としての最小反射率が高くなると同時に反射率特性の半値幅は広くなって、検出感度は低くなるがダイナミックレンジは広くなる。したがって、透過反射部に入射させる検出光の波長を調整することによって多様な検出感度とダイナミックレンジの選択が可能となる。
この動的変化検出装置は、全反射ミラー側から被検体の動的変化を透過反射部及び共振部に伝搬させて該部に歪みを起こさせて光路長を変化させる。この光路長の変化に伴う反射光の特性変化から、前記被検体の動的変化を検出する。
【００１７】
本発明の第２の動的変化検出方法は、入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なる透過反射部の先に、ある厚さの媒質と全反射ミラーとからなる共振部を接続して検出部を構成し、該検出部に、前記全反射ミラー側（先端側）から被検体の動的変化を伝搬させるとともに、反全反射ミラー側（基端側）から前記透過反射部を通して前記共振部に、複数の異なる波長成分を含む検出光を入射させ、その間に、該検出光の反射光を分割して該波長成分別に検出し、前記動的変化の伝搬に伴う前記検出部の寸法変化に対応した前記反射光の特性変化から、前記被検体の動的変化を検出し、この際、前記反射光の反射率特性曲線の傾斜帯域の半値幅を異ならせた複数の傾斜帯域を設定し、該複数の帯域に対応した複数の検出光を前記検出部に入射させ、複数の異なる検出感度又はダイナミックレンジにおいて並列的に測定することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２の動的変化検出装置は、異なる波長成分の光を含む検出光を発する光源と、該検出光が入射され、入射する光の波長に応じて透過・反射特性が異なる透過反射部と、該透過反射部を透過した検出光の入射する共振部であって、検出光入射側から、ある厚さの媒質、及び、該媒質をはさんで前記透過反射部と対向するとともに被検体からの動的変化の伝搬する全反射ミラー、を有する共振部と、前記透過反射部及び共振部からの前記検出光の反射光を前記検出光の波長成分毎に分割する光分割部と、分割された反射光を検出する光検出器と、を具備することを特徴とする。
【００１９】
この動的変化検出装置においては、  前記反射光の反射率特性曲線の傾斜帯域の半値幅を異ならせた複数の傾斜帯域を設定し、  該複数の帯域に対応した複数の検出光を前記検出部に入射させ、  複数の異なる検出感度又はダイナミックレンジにおいて並列的に測定しうることが好ましい。
【００２０】
複数の異なる検出感度・ダイナミックレンジで同時に計測可能である。
【００２１】
本発明においては、前記透過反射部を光ファイバーブラッググレーティングからなるものとすることができる。
【００２２】
本発明において検出対象となる動的変化は、代表的には音である。その他に、加速度、歪、温度、変位等を検出できる。
【００２３】
本発明においては、前記検出部を、複数、列状あるいは行列状にアレー化配置して被検体の動的変化を検出することができる。
アレー化することにより、被検体内の超音波スキャンや偏向、集束をダイナミックかつ同時並行的に行うことができ、３次元データの収集も容易となる。なお、検出部や同部からの信号（反射光）の導出線は細い光ファイバーであるので、検出部を高集積アレー化できる。さらに、信号は光であるので、信号伝達のインピーダンスは増大しない。
【００２４】
本発明においては、前記複数の異なる波長成分を含む検出光を、複数の波長の異なる単一波長レーザーから発することができる。
この場合、狭い波長幅内に光出力が集中されるため、光検出におけるＳ／Ｎの向上が図れ、検出感度を高くできる。
【００２５】
本発明においては、前記複数の異なる波長成分を含む検出光を、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の広帯域な発光波長を有する光源から発することができる。この場合、光源の構成をシンプルにできるという利点がある。
【００２６】
本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信する送信部と、該被検体からの超音波反射エコーを受信し電気信号に変換する受信部と、該受信部の信号を受け画像化処理して表示する画像処理表示部と、を備える超音波診断装置であって上記受信器中に、上記の動的変化検出装置を具備することを特徴とする。
この超音波診断装置は三次元データの収集にも適し、高検出感度・広ダイナミックレンジで高解像の体内画像の取得を期待できる。
【００２７】
以下、図を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る動的変化検出装置の検出部（センサー部）を模式的に示す図である。（Ａ）は１個の検出部の横断面図であり、（Ｂ）は多数の検出部が２次元アレーをなして配列されている様子を示す斜視図である。
【００２８】
この例の超音波センサーの検出部１は、光ファイバー２の先端に接続された、光ファイバーブラッググレーティングからなる透過反射部３と、その先の共振部５とからなる。この検出部１には光ファイバー２から検出光ＬＥが入射し、その反対に、検出部１から光ファイバー２には反射光ＬＲが入射する。検出部１の先端にある共振部５の全反射ミラー１９は、被検体７と接しており、被検体７中を伝搬する超音波９が印加される。この透過反射部３（ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ））と共振部５（ファブリーペロー共振器（ＦＰＲ））とで光ファイバーブラッググレーティング型ファブリーペロー干渉系が構成されている。
【００２９】
透過反射部３（ＦＢＧ）は、屈折率の異なる２つの材料層を、Bragg の反射条件を満たすピッチ（例えば０．５μｍ）で屈折率が周期的に変化するように、数千層交互に重ならせたものである（応用物理第６７巻第９号（１９９８）Ｐ．１０２９参照）。各層の周期構造のピッチをΔ、入射光の波長をλ、Ｎを任意の整数とすると、Bragg 反射条件とは以下である。
２ＮΔ＝λ
このＦＢＧは、Bragg 反射に起因して、上記式の条件を満たすある特定の波長の光を選択的に反射する（その他は透過する）。
【００３０】
共振部５は、透過反射部３に接続された光透過性媒質１７と、その先に形成された全反射ミラー１９からなる。ここで、透過反射部３をハーフミラーと考え、かつそれが媒質１７の端に存在するものと仮定する。
この共振部５に、透過反射部３側から波長λの検出光を入射させ、全反射ミラー側から超音波を印加する。ハーフミラーの反射率をｒ、シングルパス・ゲインをＧ、媒質１７の長さをＬ、屈折率をｎとすると、この共振部５の反射率Ｒは以下の式で与えられる。
【数２】
0004220102.tif 000003
ここでδは、以下の式で与えられる。
δ＝２πＬｎ／λ
この式から、超音波の音圧変化により媒質１７の１往復の光路長２Ｌｎが変化すると、共振部５からの光反射特性が変化することが分かる。
【００３１】
実際には、最も反射率の低い中心波長の前後に、反射率の変化する傾斜帯域があり、この傾斜帯域の検出光をＦＰＲに入射させながら、ＦＰＲに超音波を加えると、超音波の強さに応じた反射光の強度変化を観測できる。この光の強度変化を換算することにより超音波の強度を計測できる。
図１の動的変化検出装置の検出部の詳しい作用については、図３、４、５を参照しつつ後述する。
【００３２】
図１（Ｂ）に示すように、２次元アレー超音波センサー２１は、多数の光ファイバー２と検出部１が縦・横に行列状に配置されたものである。
【００３３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る動的変化検出装置（超音波検出装置）の装置構成を示す系統図である。
図の右端部に図１と同様の検出部１が示されており、この検出部１とつながる光ファイバー５１が図の左へ延びるように示されている。
光ファイバー５１の図の左側には、光源部３１が示されている。この光源部３１は、３台のレーザー３３、３５、３７を有する。レーザー（１）３３は波長λ1′のレーザー光ＬＥ１を発し、レーザー（２）３５は波長λ2′のレーザー光ＬＥ２を発し、レーザー（３）３７は波長λ3′のレーザー光ＬＥ３を発する。
【００３４】
レーザー（３）３７の出側にはミラー４１が斜め上に向けて配置されており、レーザー光ＬＥ３は図の上方に反射される。レーザー（２）３５の出側にはダイクロイックミラー４３が斜め上に向けて配置されており、レーザー光ＬＥ２は図の上方に反射される。このダイクロイックミラー４３を、レーザー光ＬＥ３は透過する。レーザー（１）３３の出側にもダイクロイックミラー４３が斜め上に向けて配置されている。レーザー光ＬＥ１はこのダイクロイックミラー４５を透過するが、レーザー光ＬＥ２及びレーザー光ＬＥ３はこのダイクロイックミラー４５で反射される。結局、ダイクロイックミラー４５において、３本のレーザー光ＬＥ１、２、３が合波されて、図の右側へ進む。ダイクロイックミラー４５の図の右側にはレンズ４７が配置されている。合波された光はこのレンズ４７によって収束されて光ファイバー５１に入射する。
【００３５】
光ファイバー５１は、光カプラー５３を通って図の右方向に延びている。光ファイバー５１の先には、図１で説明した光ファイバーブラッググレーティング３と共振部５からなる検出部１が接続されている。
【００３６】
光ファイバー５１には、検出部１から反射光ＬＲが入射する。この反射光ＬＲは、光カプラー５３において光ファイバー８１に入射する。光ファイバー８１は図の下方に延びており、その先に光分割部８３が設けられている。光分割部８３はレンズ８５と回折格子８７を有する。レンズ８５は光ファイバー８１の出口側に設けられており、光ファイバー８１から放射された光ＬＲを収束して回折格子８７に当てる。回折格子８７に当った光ＬＲは、波長成分毎に回折角の異なる光ＬＲ１、２、３に分割されて図の左方向に向かう。
【００３７】
光分割部８３の図の左側には、３台の光検出器９１、９３、９５が配置されている。それぞれの光検出器９１、９３、９５は、光分割部８３で分割された光ＬＲ１（波長λ1′）、ＬＲ２（波長λ2′）、ＬＲ３（波長λ3′）を受け、それぞれの強度を検出する。光検出器９１、９３、９５は、検出した光の強度を電気信号として、信号処理部９７に送る。信号処理部９７は、受けた信号を画像化処理して表示部９９に送る。なお、信号処理部９７における信号処理については、図３〜６を用いて説明する。なお、当分野における一般的信号処理についての事項は、東洋出版「超音波観察法・診断法」や医歯薬出版「基礎超音波医学」を参照されたい。
【００３８】
図３は、透過反射部３（ＦＢＧ）の反射特性を示す模式的なグラフである。縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図には、反射率の１つのピークが示されている。このピークの中心の波長はλｃで、ピークから僅かに外れた反射率９５％の波長はλ1であり、ピークの右側のスロープ部（傾斜帯域）のほぼ中央部（反射率５０％）の波長はλ2であり、スロープ部の下の方の部分（反射率２０％）の波長はλ3である。
【００３９】
図４は、共振部５（ＦＰＲ）の反射特性を説明するための図である。特に、（Ａ）はハーフミラーの反射率が９０％ときの反射特性を説明するための図であり、（Ｂ）はハーフミラーの反射率が５０％ときの反射特性を説明するための図であり、（Ｃ）はハーフミラーの反射率が２０％ときの反射特性を説明するための図である。縦軸は反射率であり、横軸は波長である。（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、全反射ミラーは、前記波長λ1、λ2、λ3の全てについて反射率がほぼ１００％（全反射）である。各図から分かるように、最小反射率は、周期的に現れると共に、透過反射部３（ＦＢＧ）の反射率が高いほど、反射率特性の半値幅は狭くなる。
【００４０】
検出部１の反射特性は、透過反射部３の反射特性、共振部５の反射特性、及び、透過反射部３と共振部５の間の共振特性から生じるものである。同特性は以下の式で記述できる。
【数３】
0004220102.tif 000004
ここで、ＧRは検出部全体の反射率、Ｒは部分反射ミラーの反射率、ＧSは共振部５の利得である。
【００４１】
この様子を図５に示す。縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図には、反射特性の低い３つの凹部が示されている。一番左の凹部を反射特性ａ、真ん中の凹部を反射特性ｂ、右側の凹部を反射特性ｃと呼ぶ。これらの凹部の中心の波長は、透過反射部の反射特性によって、それぞれ、λ1、λ2、λ3に設計されている。
【００４２】
図５に示す各反射特性の傾斜帯域内に、検出光のレーザー波長λ1′、λ2′、λ3′を設定する。例えば図の一番左の傾斜帯域ａの中にλ1′を設定する。このとき、共振器の全反射膜面に超音波が入射すると、全反射膜面に微小な変位が生じ、ファブリーペロー共振器の共振器長は微小変化するため、図５の反射特性の傾斜帯域ａは波長軸（横軸）方向にシフトする。この状態では、波長λ1′に対する反射率が変化することになり、ファブリーペロー共振器から戻ってくる波長λ1′の光強度が変化し、超音波の検出ができることとなる。
【００４３】
超音波検出の感度を高くするためには、光強度変化が大きくなるように、傾斜帯域ａの変化率（傾き）が急峻になるように、最小反射率を低くかつ反射率特性の半値幅を狭くする。こうすることで、感度は高くなるが、一方半値幅が狭くなるため、検出範囲すなわちダイナミックレンジは狭くなる。
【００４４】
ところが、同じ透過反射部３は異なる波長域では反射率が変わるため、検出部１全体の反射特性も、図５の反射特性ｂ、反射特性ｃに示すように異なったものとなる。したがって一台のファブリーペロー共振器にそれぞれ異なる波長λ1′、λ2′、λ3′の光を用いることで、それぞれ検出感度とダイナミックレンジの異なる各測定範囲の検出を同時に行うことができる。これによって、高い検出感度と広いダイナミックレンジを伴せ持った検出が可能となる。
【００４５】
図６は、他の実施の形態に係る動的変化検出装置の構成を示す図である。この動的変化検出装置は、光源部１０１を広帯域な波長域を有する光源、例えばスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）にしたものである。その他の構成は図２の場合と同じである。
図７は、ＳＬＤの発光特性を示す模式的なグラフである。縦軸は発光強度であり、横軸は波長である。
【００４６】
ＳＬＤは図７に示す広い発光波長域（半値幅２０〜３０nm）をもつ。この光が図５の特性を有するファブリーペロー共振器で反射されるため、図５の反射特性ａ、ｂ、ｃの重ね合わせのスペクトル特性をもった光が、光カプラーを介して波長分割部８３へ入る。波長分割部８３では、図５の反射特性ａ、ｂ、ｃの特性変化域のλ１ 、λ2 、λ3の波長成分のみをそれぞれ選別分割するため、それぞれの波長成分の光強度は、超音波入射に伴い生じるファブリーペロー反射特性変化に基づく変化が生じることとなる。これにより、図２〜５の実施例と同様の効果が実現される。
【００４７】
図８は、本発明の１つの実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
この例の超音波診断装置は、送信部２０１、探触子２０９、受信部２１１、テレビ走査変換部２１３、表示部（テレビモニター）２１５等からなる。
送信部２０１は、パルス状の超音波発振信号を、ＰＺＴやＰＶＤＦからなる超音波送信用トランスジューサ２０３に送る。トランスジューサ２０３は送信超音波を発し、被検体２０６内に超音波を入射する。なお、トランスジューサ２０３の下方には超音波用ハーフミラー２０５（樹脂性の板等）が配置されている。被検体２０６では、超音波エコー２０７が図の上方に反射され、該エコーは探触子２０９内のハーフミラー２０５で右方に反射され、２次元アレー超音波検出部２０８に入射する。同検出部２０８は、超音波を光に変換して受診部２１１に送る。受信部２１１は、検出部２０８からの光信号を電気信号に変換する。テレビ走査変換部２１３は、受信部２１１からの信号を増幅などしたのちに画像化処理を行う。そして画像化処理された信号は、表示部（モニター）２１５に送られ画像表示される。
【００４８】
以上、図を参照しつつ本発明の具体例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく様々の改変・追加を行うことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、動的変化検出を検出する際に、さまざまな検出感度とダイナミックレンジの組み合わせ条件を選択できるか、あるいは複数の該条件下で並列的に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る動的変化検出装置の検出部（センサー部）を模式的に示す図である。（Ａ）は１本の検出部の横断面図であり、（Ｂ）は多数の検出部が２次元アレーをなして配列されている様子を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る動的変化検出装置（超音波検出装置）の装置構成を示す系統図である。
【図３】本発明のファイバーブラッググレーティング部の反射特性を示す模式的なグラフである。縦軸は反射率であり、横軸は波長である。
【図４】本発明の検出部の先端の全反射ミラーの反射特性を示す模式的なグラフである。縦軸は反射率であり、横軸は波長である。
【図５】検出部の反射特性を示す図である。縦軸は反射率であり、横軸は波長である。
【図６】光源としてスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を有する他の実施の形態に係る動的変化検出装置の構成を示す図である。
【図７】ＳＬＤの発行特性を示す模式的なグラフである。
【図８】本発明の１つの実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図９】現在用いられている一般的な探触子の構造を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の斜視図、（Ｂ）は配列振動子を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
１  検出部
２  光ファイバー
３  透過反射部（光ファイバーブラックグレーティング（ＦＢＧ））
５  共振部（ファブリーペロー共振器（ＦＰＲ））
７  被検体                          ９  超音波
１１  第一媒質                      １３  第二媒質
１５  ハーフミラー                  １７  第三媒質
１９  全反射ミラー
【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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