特許 7595150 透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(54)【発明の名称】透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20241128BHJP

   A61B 8/13 20060101ALI20241128BHJP

   G01N 29/06 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

A61B8/13

G01N29/06

【請求項の数】 29

(21)【出願番号】P 2023514471

(86)(22)【出願日】2021-01-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-22

(86)【国際出願番号】 KR2021000106

(87)【国際公開番号】W WO2022050515

(87)【国際公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-03-01

(31)【優先権主張番号】10-2020-0110777

(32)【優先日】2020-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】506376458

【氏名又は名称】ポステック アカデミー－インダストリー ファンデーション

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100196117

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 利恵

(72)【発明者】

【氏名】チュル ホン キム

(72)【発明者】

【氏名】ヒュン ハム キム

(72)【発明者】

【氏名】ジョン ウー パク

(72)【発明者】

【氏名】ピョル リー パク

(72)【発明者】

【氏名】ムン－ギュ ハン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンホ アン

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１４７９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２２５６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３４３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００７２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１６２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１４３７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８９４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０２１３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１８６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６２６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０３３０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９９７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８８３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１９０６１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５３０６２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ａ６１Ｂ ８／００－Ａ６１Ｂ ８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの光源と、
前記光源から放出される光と同軸整列され、前記光源から放出される光を透過させる透明超音波センサーとを含み、
前記透明超音波センサーは、前記光源と被写体の間に配置され、
前記透明超音波センサーは、
光学インピーダンスマッチングを実施し透明な材料でできている整合部と、
前記整合部の後ろに位置し透明な材料でできている圧電層と、
前記圧電層の後面と前面にそれぞれ位置し、それぞれ透明な導電性物質でできている第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層に連結されている第１ハウジングと、
前記第２電極層に連結されている第２ハウジングとを含み、
前記整合部は音響レンズを備えている透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項2】

前記光源と前記透明超音波センサーの間に光学系をさらに含んでいる請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項3】

前記透明超音波センサーと前記被写体の間に光学系をさらに含んでいる請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項4】

前記光源と前記透明超音波センサーを一つのユニットにして運動させることによって、機械的なスキャニングを遂行する機械的なスキャナーとをさらに含んでいる請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項5】

前記被写体を運動させることによって機械的なスキャニングを遂行する機械的なスキャナーとをさらに含んでいる請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項6】

前記透明超音波センサーと前記被写体の間に配置される光学的なスキャナーとをさらに含んでいる請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項7】

前記光源と前記透明超音波センサーの間に配置される光学的なスキャナーとをさらに含んでいる請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項8】

前記光学的なスキャナーは少なくともガルバノメーター及びＭＥＭＳスキャナーを含んでいる光学的スキャナー群から選択される請求項６又は７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項9】

前記音響レンズは凹レンズと凸レンズのうち、１つの形状を持つ請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項10】

前記整合部は透明な硝子類、透明なエポキシ類またはシリコン類のうち、少なくとも１つを含有する請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項11】

前記透明超音波センサーの前記圧電層は光学的に透明な特性を持つ圧電材料である請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項12】

前記圧電層はＬＮＯ、ＰＭＮ―ＰＴ、ＰＶＤＦ及びＰＶＤＦ―ＴｒＦＥのうち、少なくとも１つを含有する請求項１１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項13】

前記透明超音波センサーの前記第１電極層と前記第２電極層は光学的に透明な特性を持つ電極である、請求項１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項14】

前記第１電極層と前記第２電極層はそれぞれＡｇＮＷ、ＩＴＯ、炭素ナノチューブ及びグラフィンのうち少なくとも１つを含有する、請求項１３に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項15】

少なくとも１つの光源と、
前記光源から放出される光と同軸整列され、前記光源から放出される光を透過させる透明超音波センサーとを含み、
前記透明超音波センサーは、前記光源と被写体の間に配置され、
前記透明超音波センサーは、
光学インピーダンスマッチングを実施し透明な材料でできている整合部と、
前記整合部の後ろに位置し透明な材料でできている圧電層と、
前記圧電層の後面と前面にそれぞれ位置し、それぞれ透明な導電性物質でできている第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層に連結されている第１ハウジングと、
前記第２電極層に連結されている第２ハウジングとを含み、
前記第１電極層と前記第２電極層の大きさが互いに異なる透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項16】

前記第１ハウジングと前記第２ハウジングはそれぞれ真ん中が空いているリング形状でできている請求項１５に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項17】

前記第１ハウジングは前記第１電極層の縁部に接して配置され、前記第２ハウジングは前記第２電極層の縁部に接して配置された請求項１６に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項18】

前記第２ハウジングの内部空間の中に前記圧電層、前記第１電極層と前記第１ハウジングが位置する請求項１７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項19】

前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは導電性物質を含有する請求項１７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項20】

前記第１ハウジングに連結されている第１信号線と前記第２ハウジングに連結されている第２信号線をさらに含んでいる請求項１７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項21】

前記第１電極層に接して位置し、超音波信号を減衰させる後面層をさらに含んでいる請求項１６に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項22】

前記後面層は前記第１ハウジングで覆われている請求項２１に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項23】

前記後面層は透明な硝子類か透明なエポキシ類を含有する請求項２２に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項24】

前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの間に位置し、透明な絶縁物質でできている絶縁部をさらに含んでいる請求項１７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項25】

前記整合部の前に位置し音響インピーダンスの整合を実施する保護層をさらに含んでいる請求項１７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項26】

前記保護層はパリレンを含有する請求項２５に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項27】

前記整合部の後ろに位置していて、前記整合部を通過した光の焦点を調整し、透明な材料でできている補正レンズをさらに含んでいる請求項１７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項28】

前記補正レンズは凸形状をしている請求項２７に記載の透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【請求項29】

２つ以上の光源と、
２つ以上の前記光源のうち少なくとも１つの前記光源を選択し出力させる光源選択部と、
前記光源選択部から選択された少なくとも１つの前記光源と同軸整列され、前記光源から放出された光を透過させる透明超音波センサーとを含め、
前記透明超音波センサーは、前記光源と被写体の間に配置され、
前記透明超音波センサーは、
光学インピーダンスマッチングを実施し透明な材料でできている整合部と、
前記整合部の後ろに位置し透明な材料でできている圧電層と、
前記圧電層の後面と前面にそれぞれ位置し、それぞれ透明な導電性物質でできている第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層に連結されている第１ハウジングと、
前記第２電極層に連結されている第２ハウジングとを含み、
前記整合部は音響レンズを備えている透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムに関するもので、詳述すると超音波の経路と光の経路の同軸化を可能にさせる透明超音波センサーを活用しＳＮＲを改善して機器を小型化することができる透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

光学及び超音波ベースのマルチモード（ｍｕｌｔｉ－ｍｏｄａｌ）映像は、広範囲にわたる応用分野があり、例えば医療診断の正確性を向上させることができるメリットがある。
それで、従来の超音波映像システムと光学映像システムを結合したり超音波映像システムと光干渉断層撮影映像システムを結合したり、また超音波映像システムと蛍光イメージングシステムを結合するなどの研究が行われていた。

【0003】

しかし、従来の超音波センサーは不透明だという特徴がある。従って従来の超音波センサー（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ＳｅｎｓｏｒｍａｔａｈａＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ。以下、この明細書で超音波センサー、超音波トランスデューサー及びその略語であるＵＴは、全て同一な意味で使用される）が光学系を持つマルチモード・イメージングに使用される場合、光学系は不透明な従来のＵＴを透過することができないため、ＵＴを軸外配置（ｕｎ－ａｘｉｓ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ）する必要があった。このような軸外配置は、様々な理由で映像撮影において不利な点がある。例えば、システムの整列が不良になったり、複雑度が増加したり、システムの大きさが大きくなったり、信号対騒音比（ＳＮＲ）が低くなるなどの問題があった。

【0004】

図１は従来の不透明超音波センサーを利用した光音響顕微鏡の原理を示したものである。

【0005】

図１に示したように、従来の不透明超音波センサーを利用した光音響顕微鏡の場合、光源が超音波センサーを透過することができない。従って、光の経路と超音波信号の経路を分離するためプリズム、シリコンオイルなど副次的な要素を必ず配置する必要があった。これによって、システムがかなり大きくなる問題も発生した。またプリズムなど光学系の内部を超音波信号が通るとき、エネルギー損失が発生するため、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が不良になる問題もあった。

【0006】

一方、不透明超音波センサーの問題を解決するため、米国特許ＵＳ８，７８４，３２１号では不透明超音波センサーの断面の一部に穴をあけ光の経路を形成することによって、光の経路と超音波の経路を同軸に位置させるようにした。しかし、この場合も超音波センサーの断面中、一部でだけ光が透過できるため、超音波センサーの光不透過性による問題点を十分解決することには至らなかった。

【0007】

一方、不透明な超音波センサーによる映像撮影上の問題を解決するため、ここ数年間、透明超音波センサー（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ＳｅｎｓｏｒまたはＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ。透明超音波センサー、透明超音波トランスデューサー及びその略語であるＴＵＴは、この明細書で同一な意味で使用される）の開発が行われていた。しかし、一部ＴＵＴの場合、低い透明度と低い敏感度、または広い集束によって依然として高いＳＮＲ及び高解像度の光音響映像を得ることには限界があった。ある研究グループは透明容量性マイクロマシンの超音波センサー(Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ)を開発したが、この場合、超音波の強度が低かったり高かったりするバイアス電圧が求められたりするなどの理由で実用化が困難な問題があった。

【0008】

本発明者は、韓国特許出願第１０－２０２０－００３９２０８号(「透明超音波センサー及びその製造方法」)などで、ニオブ酸リチウム(ＬＮＯ：Ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ)ベースの単結晶透明超音波センサーの構造やその製造方法を提示したことがある。

【0009】

そして、当該の先行研究で提示したＬＮＯベースの単結晶透明超音波センサーを有用に活用できるよう光音響映像、光干渉断層撮影映像、蛍光映像及び光を使用する様々な光学映像を超音波映像と一緒に単一な機器で撮影することができる透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムに関する後続研究を行うことになった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、超音波の経路と光の経路の同軸化を可能にさせる透明超音波センサーを活用し、SNRを改善、機器を小型化することができる透明超音波センサーベースの超音波光学イメージングシステムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記のような目的を達成するため、本発明の一例による透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムは、少なくとも一つの光源と、前記光源から出る光と同軸整列され、前記光源から放出された光を透過させる透明超音波センサーとを含み、前記透明超音波センサーは、前記光源と被写体の間に配置される。

【0012】

この時、前記光源と前記透明超音波センサーの間に光学系がさらに含まれてもよい。

【0013】

また、前記透明超音波センサーと前記被写体の間に光学系がさらに含まれてもよい。

【0014】

また、前記光源と前記透明超音波センサーを一つのユニットにして運動させることによって、機械的なスキャニングを遂行する機械的なスキャナーとがさらに含まれてもよい。

【0015】

また、前記被写体を運動させることによって機械的なスキャニングを遂行する機械的なスキャナーとがさらに含まれてもよい。

【0016】

また、前記透明超音波センサーと前記被写体の間に配置される光学的なスキャナーとがさらに含まれてもよい。

【0017】

また、前記光源と前記透明超音波センサーの間に配置される光学的なスキャナーとがさらに含まれてもよい。

【0018】

さらに、前記光学的なスキャナーはガルバノメーター・スキャナーやＭＥＭＳスキャナーと同じく多様な反射板のうち、一つである場合がある。

【0019】

また、前記透明超音波センサーは光学インピーダンスマッチングを実施し、透明な材料でできている整合部と、前記整合部の後ろに位置し透明な材料でできている圧電層と、前記圧電層の後面と前面にそれぞれ位置し、それぞれ透明な導電性物質でできている第１電極層及び第２電極層と、前記第１電極層に連結されている第１ハウジングと、前記第２電極層に連結されている第２ハウジングとを含んでいるのがよい。

【0020】

また、前記透明超音波センサーの前記整合部は音響レンズを備えるのがよい。

【0021】

また、前記透明超音波センサーの前記音響レンズは凹形状レンズ、凸形状レンズ、平面レンズのうち、１つの形状を持つのがよい。

【0022】

また、前記透明超音波センサーの前記整合部は透明な硝子類、透明なエポキシ類、透明なシリコン類のうち、少なくとも一つを含有するのがよい。

【0023】

また、前記透明超音波センサーの前記圧電層は光学的に透明な特性を持つ圧電材料のものが望ましい。

【0024】

この時、前記透明超音波センサーの前記圧電層はＬＮＯ、ＰＭＮ―ＰＴ、ＰＶＤＦ及びＰＶＤＦ―ＴｒＦＥのうち、少なくとも一つを含有するものがさらに望ましい。

【0025】

また、前記透明超音波センサーの前記第１電極層と前記第２電極層は光学的に透明な特性を持つ電極であるものが望ましい。

【0026】

この時、前記透明超音波センサーの前記第１電極層と前記第２電極層は、それぞれＡｇＮＷ、ＩＴＯ、炭素ナノチューブ及びグラフィンのうち、少なくとも一つを含有するものがさらに望ましい。

【0027】

また、前記透明超音波センサーの前記第１電極層と前記第２電極層の大きさは互いに異なるものがよい。

【0028】

さらに、前記透明超音波センサーの前記第１ハウジングと前記第２ハウジングはそれぞれ真ん中に空いている空間をもつリング形状でできているものがよい。

【0029】

また、前記透明超音波センサーの前記第１ハウジングは前記第１電極層の縁部に接して配置され、前記第２ハウジングは前記第２電極層の縁部に接して配置されてもよい。

【0030】

また、前記透明超音波センサーの前記第２ハウジングの内部空間の中に前記圧電層、前記第１電極層及び前記第１ハウジングが位置するのがよい。

【0031】

また、前記透明超音波センサーの前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは導電性物質を含有することが望ましい。

【0032】

また、前記透明超音波センサーの前記第１ハウジングに連結されている第１信号線と前記第２ハウジングに連結されている第２信号線はさらに含まれた方がよい。

【0033】

また、前記透明超音波センサーの前記第１電極層に接して位置し超音波信号を減衰させる後面層がさらに含まれた方がよい。

【0034】

また、前記透明超音波センサーの前記後面層は前記第１ハウジングで覆われているのがよい。

【0035】

さらに、前記透明超音波センサーの前記後面層は透明な硝子類か透明なエポキシ類を含有するものがよい。

【0036】

また、前記透明超音波センサーの前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの間に位置し、透明な絶縁物質でできている絶縁部がさらに含まれているのが望ましい。

【0037】

また、前記透明超音波センサーの前記整合部の前に位置し、音響インピーダンスの整合を実施する保護層がさらに含まれているのがよい。

【0038】

さらに、前記透明超音波センサーの前記保護層はパリレンを含有するのがよい。

【0039】

また、前記透明超音波センサーの前記整合層の後ろに位置し、前記整合層を通過した光の焦点を調整し、透明な材料でできている補正レンズがさらに含まれているのがよい。

【0040】

また、前記超音波センサーの前記補正レンズは凸形状を持つのがよい。

【0041】

一方、本発明の他の例による透明超音波センサーベース超音波光学イメージングシステムは、２つ以上の光源と、２つ以上の前記光源のうち、少なくとも１つの光源を選択し出力させる光源選択部と、前記光源選択部から選ばれた、少なくとも１つの前記光源と同軸整列され、前記光源から放出される光を透過させる透明超音波センサーとを含め、前記透明超音波センサーは前記光源と被写体の間に配置される。

【発明の効果】

【0042】

本発明は、超音波の経路と光の経路の同軸化を可能にさせる透明超音波センサーを活用、ＳＮＲを改善し機器を小型化することができる透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムを具現することができる効果がある。

【0043】

また、透明超音波センサーと光源が結合する時、光源から放出された光が透明超音波センサーを透過しサンプルに照射されるので、光源と超音波センサーを結合する時、光が超音波センサーを迂回するようにシステムを設計する時の不便さを解消する効果がある。

【0044】

また、サンプルの正確に同一の位置で超音波映像・信号と光学映像・信号を同時に獲得できる効果がある。

【0045】

また、様々な光源と同時に結合し、マルチモーダル複合イメージングシステムを具現することができる効果がある。

【0046】

また、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムを、正確な診断をするため総合的な情報を必要とする多様な医療診断分野で活用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】図１は従来の不透明超音波センサーを利用した光音響顕微鏡の原理を示した図面である。

【図2】図２は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第１実施形態を示したブロック図である。

【図3】図３は透明超音波センサーの類型を示した図面である。

【図4】図４は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第２実施形態を示したブロック図である。

【図5】図５は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第３実施形態を示したブロック図である。

【図6】図６は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第４実施形態を示したブロック図である。

【図7】図７は透明超音波センサーベースの光学複合イメージングシステムの第５実施形態を示したブロック図である。

【図8】図８は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第６実施形態を示したブロック図である。

【図9】図９は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第７実施形態を示したブロック図である。

【図10】図１０は一つの実施形態による透明超音波センサーの構造を示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

以下、図面を参照し本発明による透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの多様な実施形態を詳細に説明する。

【0049】

超音波センサー、超音波トランスデューサー、超音波プローブは全て同一の対象を指す用語として使用される。これは明細書全体を通じて同一である。

【0050】

図２は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第１実施形態を示したブロック図である。

【0051】

図２に示したように、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１は光源１０及び透明超音波センサー(ＴＵＴ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ)２０を含めてできている。

【0052】

光源１０には用途によって適合な波長を持つ多様な種類の光源を用いることができる。

【0053】

例えば、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１が光音響顕微鏡として使用される場合、光源１０は例えば５３２ｎｍの波長を持つパルスレーザー光源になっても良い。

【0054】

または、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１が蛍光位エージング映像撮影装置として使用される場合、光源１０は例えば４８８ｎｍの波長を持つ連続波（ＣＷ）のレーザー光源になってもよい。

【0055】

また、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１が光干渉断層映像（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の撮影装置として使用される場合、光源１０は、例えば中央波長８６０ｎｍを持つＳＬＥＤ（Ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ＬＥＤ）になってもよい。

【0056】

どういう場合でも、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１の光源１０から出る光はＴＵＴ２０と同軸整列される。

【0057】

図２の実施形態が光音響顕微鏡になる場合、光源１０から放出されたレーザー光はサンプルＡに吸収されながら熱弾性膨張した結果、サンプルから発生した超音波の経路と同軸に整列される。その結果、図２の実施形態による光音響顕微鏡を具現する場合、光音響映像と超音波映像を融合した複合映像を生成すれば、正確に同一の地点で撮影された複合映像を獲得できるようになる。

【0058】

図３は透明超音波センサーの類型を示した図面である。

【0059】

透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１のＴＵＴ２０に使用される透明超音波センサーは単一素子になってもよいが、複数の単一素子を配列したアレイ型の透明超音波センサーを構成し活用することもできる。

【0060】

図３（ａ）では四角単一素子型の透明超音波センサーを、図３（ｂ）は円盤単一素子型の透明超音波センサーをそれぞれの例として提示した。

【0061】

図３（ｃ）には複数の四角透明超音波センサーをｍ×ｎ個配列した四角透明超音波センサーアレイを例示した。

【0062】

図３（ｄ）では複数の円盤型透明超音波センサーをｋ個同心円方向に配列した円形透明超音波センサーアレイを例示した。

【0063】

さらに、図３（ａ）乃至図３（ｄ）のうち、どの透明超音波センサーも、用途によってＦｏｃｕｓｅｄ ｔｙｐｅにも、Ｕｎｆｏｃｕｓｅｄ ｔｙｐｅにも自由に構成することができる。

【0064】

図４は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第２実施形態を示したブロック図である。

【0065】

図４に示した実施形態は、図２の実施形態による透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムに光学系が加えられた実施形態に関するものである。

【0066】

図４に示したように、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１の光源１０とＴＵＴ２０の間、及びＴＵＴ２０とサンプルＡの間のうち、少なくとも１箇所に光学系３０，３２を追加することができる。

【0067】

光学系３０，３２には透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１の用途や機能に適合するよう、レンズ、ミラー、フィルター、スプリッター、コンバイナ、及び少なくともこれらの一部の組合が、必要によって多様に活用されてもよい。

【0068】

図５は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第３実施形態を示したブロック図である。

【0069】

図５に示したように、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１は光源１０とＴＵＴ２０に加え機械的なスキャナー４０をさらに含んでいるように構成することができる。

【0070】

透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１は、用途によりサンプルＡの撮像面をスキャニングしなければならない場合がある。

【0071】

このため、図５の実施形態による透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１で、機械的なスキャナー４０は同軸整列された光源１０とＴＵＴ２０を一つの単位にして移動させることによってスキャニングを遂行することができる。

【0072】

機械的なスキャナー４０を構成するアクチュエーターには、リニアモーター、ステッピングモーター、ロータリーモーターなど、従来知られていた多様な方式のアクチュエーターが透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１の用途に適合するように使用されることができる。

【0073】

図６は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第４実施形態を示したブロック図である。

【0074】

図６の実施形態は図５の実施形態と同様に、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１に機械的なスキャナー４２が加えられた場合である。ただ、図５の機械的なスキャナー４０が光源１０とＴＵＴ２０を動かすことでスキャニングを遂行する反面、図６の機械的なスキャナー４２はサンプルＡを動かすことでスキャニングを遂行させることができる。

【0075】

図６の機械的なスキャナー４２も図５の機械的なスキャナー４０と同様にリニアモーター、ステッピングモーター、ロータリーモーターなど、従来知られていた多様な方式のアクチュエーターが透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム(1)の用途に適合するように使用されることができる。

【0076】

図７は透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第５実施形態を示したブロック図である。

【0077】

図７に示したように透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１は、光源１０とＴＵＴ２０に加え光学的なスキャナー５０をさらに含んでいるように構成することができる。

【0078】

図７で、光学的なスキャナー５０はＴＵＴ２０とサンプルＡの間に配置されスキャニングを遂行できる。

【0079】

光学的なスキャナー５０ではガルバノメーター（Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）スキャナーや微細機械電子システム（ＭＥＭＳ）を活用したスキャナーなど従来知られていた多様な方式の光学スキャナーが透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１の用途に適合するよう使用されることができる。

【0080】

一方、必要に応じて光学系３０および／または光学系３２は省略されてもよいし、少なくとも一つは含まれてもよい。

【0081】

図８は、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第６実施形態を示したブロック図である。

【0082】

図８の実施形態と図７の実施形態の差異は、図７の実施形態では光学的なスキャナー５０がＴＵＴ２０とサンプルＡの間に配置されスキャニングを遂行する反面、図８の実施形態では光学的なスキャナー５２が光源１０とＴＵＴ２０の間に配置される点である。

【0083】

その他、光学的なスキャナー５０と光学的なスキャナー５２の差異はない。

【0084】

また、図８の実施形態でも必要によって光学系３０および／または光学系３２は省略されてもよいし、少なくとも一つは含まれてもよい。

【0085】

図９は、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステムの第７実施形態を示したブロック図である。

【0086】

光音響映像（または信号）を獲得した場合、同時にまたは時間差をおいてこれを透明超音波センサーで獲得した超音波映像（またはセンサーデータ）と融合することができる。

【0087】

また、多様な光学映像（ＯＣＴ映像、蛍光映像、赤外線映像など）も光音響映像と一緒に、または光音響映像を代替して、超音波映像と融合することができる。

【0088】

このため、透明超音波センサーベースの超音波光学複合イメージングシステム１は、時によって多様な種類の光源（多様な波長のレーザー光源を含む）と多様な種類の光学系３２を選択的に使用することができる。

【0089】

例えば、結合する光学モジュールの数によりＤｕａｌ－ｍｏｄａｌ（例えば、超音波映像＋第１光源による光音響映像）複合イメージングシステムを具現することができる。

【0090】

または、Ｔｒｉｐｌｅ－ｍｏｄａｌ（超音波映像＋第１光源による光音響映像＋第２光源による蛍光映像）複合イメージングシステムとしても具現することができる。

【0091】

また、Ｑｕａｄ－ｍｏｄａｌ（超音波映像＋第１光源による光音響映像＋第２光源による蛍光映像＋第３光源による赤外線映像）複合イメージングシステムにも具現することができる。

【0092】

または、それ以上の光源を結合した複合イメージングシステムとして具現することもできる。

【0093】

このため、光源選択部１２は複数の光源１０から、必要な光源を選択しＴＵＴ２０側に伝達する役割を遂行する。

【0094】

光源選択部１２にはミラー、ダイクロイックミラー、凸形状レンズ、凹形状レンズ、光学ウィンドウ、またはこれらを任意に組合したものなど、光学系が用途に適合するよう含まれてもよい。

【0095】

また、光源１０も光学モジュールや目的によって多様な波長及びビームの形態（集束ビーム、発散ビーム、並行ビームなど）を含んでいてもよい。

【0096】

図１０は一実施形態による透明超音波センサーの構造を示した図面である。

【0097】

図１０に例示した透明超音波センサー２０は丸い平面の形状を持っているが、これに限らない。

【0098】

透明超音波センサー２０は右の方から保護層２１１、保護層２１１の後ろに位置する
整合部２１３、整合部２１３の後ろに位置する圧電部２１５、圧電部２１５と連結されている第１ハウジング２１７１及び第２ハウジング２１７３、圧電部２１５の後に位置する後面層２１６、第１ハウジング２１７１及び第２ハウジング２１７３の間に位置する絶縁部２１８、そして第２ハウジング２１７３の後ろに位置する補正レンズ部２１９を備えてもよい。

【0099】

保護層２１１は透明超音波センサー２２０を物理的及び電気的に保護し、超音波信号を照射しようとする媒質、即ちサンプルＡとの音響インピーダンス（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）の差を縮めるためのものである。従って、保護層２１１は保護機能を備え、液体(例えば、水)と生体の間の音響インピーダンスマッチングを実施する整合層として動作することができる。

【0100】

このような保護層２１１は透明な物質でできていてもよい。一例として、保護層２１１は透明なポリマーｐｏｌｙｍｅｒであるパリレンｐａｒｙｌｅｎｅを含有することができる。

【0101】

本例において、保護層２１１の音響インピーダンスは約２．８４Ｍｒａｙｌであっても良い。
このような保護層２１１は圧電部２１５の前面または側面と透明超音波センサー２０の縁に位置している第２ハウジング２１７３の側面に位置することができる。

【0102】

従って保護層２１１は結局、透明超音波センサー２０の前面と側面を構成することができる。

【0103】

保護層２１１の後ろに位置する整合部２１３は圧電部２１５から発生される超音波信号を照射しようとする媒質、即ちサンプルＡとの音響インピーダンス（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）の差異を縮めるためのものである。

【0104】

即ち、圧電部２１５の動作のため超音波信号が生成される時、空気ではない水、生体組織または他の媒質内で効率的に超音波信号を伝達するためには、当該媒質の音響インピーダンスを最大限調整することで、超音波エネルギーの損失を最小化することができる。

【0105】

本例の整合部２１３のそれぞれの音響レンズは光と超音波信号の焦点調整が可能な音響レンズを利用したフォーカシング・タイプ（ｆｏｃｕｓｅｄ ｔｙｐｅ）でもよい。

【0106】

このように、整合部２１３が焦点調整機能を備えているため、サンプルＡにより反射され透明超音波センサー２０に入射される超音波信号は、正確に圧電部２１５の意図した位置につくようになる。

【0107】

従ってこのような整合部２１３の焦点調整機能によって、圧電部２１５から出力される超音波信号によって獲得される超音波映像の焦点調整が行われ、鮮明な超音波映像を獲得することができる。

【0108】

これにより、透明超音波センサー２０の動作によって獲得される映像の鮮明度が向上し、超音波信号が照射されたサンプルＡの、意図していた部位に対する鮮明な映像を獲得がなされる。

【0109】

また、整合部２１３で音響レンズを利用するので、表面の屈曲が一定で表面の透明度が上がり、サンプルＡに照射されたり、サンプルＡから反射される超音波信号の送受信時の超音波信号の損失量を削減できる。

【0110】

また、必要によって整合部２１３に追加的な透過膜や遮断膜を形成し、意図した波長帯の信号のみを透過させたり遮断することができる。

【0111】

整合部２１３に備えられた音響レンズは透明な硝子類、透明なエポキシ類および透明なシリコン類のうち、少なくとも一つでできていてもよい。
このような音響レンズは、音響レンズの機能によって選択することができる。

【0112】

例えば、音響レンズが音響インピーダンスの整合機能を実施する整合層として機能する場合、圧電部２１５に備えられた圧電物質がＰＶＤＦやＰＶＤＦ－ＴｒＦＥなどのポリマー(ｐｏｌｙｍｅｒ)形態ではない場合は、音響レンズを硝子類で製作することがより望ましい。

【0113】

即ち、圧電物質がＬＮＯ（ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂｉｔｅ）やＰＭＮ－ＰＴでできている場合、音響インピーダンスが３０～４０Ｍｒａｙｌｓと高いが、ガラス類の場合１０～１５Ｍｒａｙｌｓと低く、音響インピーダンスマッチングに容易な音響インピーダンス数値を持つだけでなく、透明度がとても優れているので、圧電物質がポリマー形態ではない場合は、音響レンズを硝子類で製作することができる。

【0114】

しかし、音響インピーダンスの整合機能を担う整合層が既に製作されている場合、音響レンズは透明なエポキシ類や透明なシリコン類で製作することができる。
即ち、おおよそ３０～４０Ｍｒａｙｌｓの音響インピーダンスを持つ圧電物質とおおよそ１～２Ｍｒａｙｌｓの音響インピーダンスを持つ生体組織や水(即ち、超音波を照射しようとする媒質)の間に整合機能を遂行する整合層(おおよそ７～２０Ｍｒａｙｌｓ)が既に存在していると、別途の音響インピーダンスマッチング動作が要らないので、生体組織や水と似ている音響インピーダンスを持っているエポキシ類やシリコン類(おおよそ１～３Ｍｒａｙｌｓ)が適切である。即ち、エポキシ類とシリコン類の音響インピーダンスは生体組織や水とほぼ同じ音響インピーダンスを持っているため、別途の音響インピーダンスマッチングが不要なためである。

【0115】

また、音速（ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｓｏｕｎｄ）と音響レンズの材料に対する音速を考慮し、音響レンズの曲面に対する曲率と凹か凸か決めることができる。

【0116】

例えば、音響レンズをガラス類で製作する場合、光学レンズを使用することができる。ここで、ガラス類は水より光速が速いので平凹（ｐｌａｎｏ－ｃｏｎｃａｖｅ）のような凹形状の音響レンズを設計することがある。

【0117】

音響レンズが透明なエポキシ類で製作される場合、１次的に製作された音響レンズに研磨工程を実施し、最大限透明度を引き上げ最終的な音響レンズを完成すべきである。このように、音響レンズがエポキシ類でできている場合も、エポキシ類が水より光速が早いので、音響レンズもやはり平凹形状で製作されることができる。

【0118】

音響レンズが透明なシリコン類で製作される場合も、エポキシ類の場合と同様に別途の研磨工程を実施し完成された音響レンズを最大限向上させるべきである。この場合、シリコン類は水より光速が遅いので硝子類とエポキシ類の場合とは異なり、音響レンズは平凸（ｐｌａｎｏ－ｃｏｎｖｅｘ）形態のように凸形状で製作することができる。このように、音響レンズが平凸形状で製作される場合、音響レンズは光を集める機能を持つことができる。

【0119】

圧電部２１５は、圧電層２１５１、圧電層２１５１の後面と前面にそれぞれ位置する第１電極層２１５３や第２電極層２１５５を備えることができる。

【0120】

圧電層２１５１は圧電効果及び逆圧電効果が発生する層であって、前述したように、ＬＮＯ（ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂｉｔｅ）、ＰＭＮ―ＰＴ、ＰＶＤＦ及びＰＶＤＦ―ＴｒＦＥのうち、少なくとも一つの圧電物質を含有することができる。

【0121】

ＬＮＯの電気機械結合係数（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は約０．４９で、極めて高いため、その分、電気－機械のエネルギー変換効率にとても優れている。

【0122】

また、ＬＮＯは誘電率（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）が低いため、圧電層２１５１がＬＮＯでできている場合、大きな開口部を持つ単一素子トランスデューサー（ｌａｒｇｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｉｎｇｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に透明超音波センサーの使用することが望ましい。

【0123】

また、ＬＮＯはキュリー温度（Ｃｕｒｉｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が高いため高温でよく耐えるので、耐熱性の良好な透明超音波センサー２０の開発が可能になる。

【0124】

これに加え、圧電層２１５１をＬＮＯで形成する場合、１０乃至４００ＭＨｚの中心周波数を持つ単一素子の超音波センサーの開発も容易になる場合がある。

【0125】

圧電層２１５１がＰＭＮ－ＰＴを含有する場合、ＰＭＮ－ＰＴの圧電性能（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）（ｄ３３～１５００－２８００ ｐＣ／Ｎ）及び電気機械結合係数（ｋ＞０．９）が極めて高いので、透明超音波センサー２０の性能を向上する。

【0126】

このようなＰＭＮ－ＰＴはＬＮＯとは異なり誘電率が高いので、小口経の単一またはアレイ超音波センサー（ｓｍａｌｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｉｎｇｌｅ ｏｒ ａｒｒａｙ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に適合する透明超音波センサー２０の開発が用意になる。

【0127】

また、圧電層２１５１がＰＶＤＦ及びＰＶＤＦ－ＴｒＦＥのうち、少なくとも一つを含有する場合、次のような特徴を持つことができる。

【0128】

ＰＶＤＦ及びＰＶＤＦ－ＴｒＦＥはポリマー膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍ）の形態を持ち、可撓性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）を持っていて伸長可能（ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ）な圧電層２１５１の製作が可能になり、これによって圧電層２１５１の厚みを削減することができるので、薄くなった厚みの分、約１００ＭＨｚ帯の高い周波数帯域の信号のため透明超音波センサー２０の製作が可能である。

【0129】

またＰＶＤＦ及びＰＶＤＦ―ＴｒＦＥは比較的に低い電気機械結合係数と高い受信常数（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｔ）を持ち、他の圧電物質に比べ広い帯域幅を持っていて、単一素子やアレイ形態の素子、両方の製作が容易になる。

【0130】

ここで単一素子（例えば、単一超音波センサー）は圧電物質を含むすべての構成要素の数が１個の超音波センサーを意味することができる。また、アレイ形態の素子（例えば、アレイ超音波センサー）は圧電物質を含むすべての構成要素の数が複数個（ｎ個）である超音波センサーである場合があり、一般的に病院でよく使用される形で構成されることができる。この時の形状はリニア（ｌｉｎｅａｒ）形状、凸（ｃｏｎｖｅｘ）形状、２Dマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）などであることが望ましい。

【0131】

本例の場合、ＰＭＮ－ＰＴと同様に小口径の単一またはアレイ超音波センサー、両方の製作が可能である。
このような圧電層２１５１の物質特徴は次の[表１]のように要約することができる。

【0132】

【表1】

【0133】

圧電層２１５１の前面と後面にそれぞれ位置する第１電極層２１５３及び第２電極層２１５５は図面に表示していない駆動信号の発生器から（＋）駆動信号と（－）駆動信号をそれぞれ受信し、圧電層２１５１に逆圧電効果を発揮して、超音波信号がサンプルＡの方に伝達されるようにし、逆にサンプルＡによって反射され受信される超音波信号による圧電層２１５１の圧電効果によって生成される電気信号を受信し、外部に出力できるようにする。このような第１電極層２１５３及び第２電極層２１５５は前述したように透明な導電性物質で構成されることができて、例えばＡｇＮＷ（銀ナノワイヤ）、ＩＴＯ、炭素ナノチューブ及びグラフィン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）のうち、少なくとも一つを含有することができる。

【0134】

第１ハウジング２１７１及び第２ハウジング２１７３との容易な結合のため、第１電極層２１５３の大きさと第２電極層２１５５の大きさは互いに異なってもよい。

【0135】

従って、円形の平面形状を持つ第１電極層２１５３及び第２電極層２１５５で、第２電極層２１５５の直径は第１電極層２１５３の直径と異なり、第２電極層２１５５の一部（例えば、縁部）は、第１電極層２１５３の縁部から外部に導出されてもよい。

【0136】

圧電物質に電気的信号（例えば、パルス信号）を加えると圧電物質（即ち、圧電層２１５１）が前後に振動し超音波信号を発生するが、サンプルＡに向かっている圧電層２１５１の前面だけではなく、その反対側の後面からも超音波信号が発生する。

【0137】

ここで、後面から発生した超音波信号は、サンプルＡに向かっていないので、このように後面から発生する超音波信号はノイズ信号として作用する。また、サンプルＡに反射されて戻ってくる超音波信号の一部は圧電部２１５を通過し補正レンズ部２１９の方から出力されることが望ましい。

【0138】

従って、後面層２１６は圧電部２１５の後面に位置し、圧電部２１５の後面から発生する超音波信号を減衰させ、サンプルＡによって反射される超音波信号を減衰させる役割を遂行できる。

【0139】

このように、後面層２１６が圧電部２１５の後面（即ち、反射される超音波信号が入射される圧電部２１５の前面の反対側に位置している面）に位置するので、入射される超音波信号は圧電部の後面を通過しなくなる。

【0140】

これによって、圧電部２１５の後面を通過する超音波信号による、不要な信号の干渉を防止し、圧電部２１５に反射される超音波信号の損失を防止し、リングダウン信号（ｒｉｎｇ ｄｏｗｎ ｓｉｇｎａｌ）を削減してリングダウン現象を減らすことができる。

【0141】

リングダウンとは、不要な信号が時間軸に長く垂れている現象で、映像生成に悪影響を与える要因である。

【0142】

従って、後面層２１６はこのようなリングダウン現象を削減するため音響インピーダンスと厚みのうち、少なくとも一つを調整し適切な後面層２１６を製作することができる。

【0143】

高い音響インピーダンスを持つ物質で後面層２１６を製作するとリングダウン現象が減り、時間軸でリングダウン現象が減少されることは、周波数領域で帯域幅が広くなるという意味と似ている。しかし、そのかわり超音波信号の送受信時、全体超音波信号の大きさもまた後面層２１６によって減衰される。

【0144】

逆に、相対的に低い音響インピーダンスを持つ物質で後面層２１６を製造するとリングダウン現象は大きく減少せず、帯域幅が減少するのだが、超音波信号の送受信量を増やすことができる。

【0145】

後面層２１６もやはり透明な非導電性物質でできているが、例えば透明なエポキシ類（例えば、Ｅｐｏｔｅｋ３０１）または透明な硝子類でできている。

【0146】

後面層２１６がＥｐｏｔｅｋ３０１でできている場合、音響インピーダンスが３．１Ｍｒａｙｌの低い音響インピーダンスを持つと、低い信号減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）が行われ、透明超音波センサー２０は比較的に高い信号の獲得が可能になる。

【0147】

また、Ｅｐｏｔｅｋ３０１は３８０ｎｍ～２０００ｎｍの波長で約９５％以上の極めて高い透明度を持っており、常温で硬化するため、後面層２１６の製造が容易である。

【0148】

後面層２１６が硝子でできている場合、透明度と平坦度が高く別途の硬化工程が不要である。

【0149】

硝子が約１３Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを持つ場合、後面層２１６から高い信号減衰作用でパルス長（ｐｕｌｓｅ ｌｅｎｇｔｈ）が縮み、リングダウン効果が減少するが透明超音波センサー２０の周波数帯域幅を増加させる効果を発揮することがある。

【0150】

このような後面層２１６は必要により省略できる。

【0151】

第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３は、前述したように、それぞれ第１電極層２１５３と第２電極層２１５５に連結されている。従って、このような第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３は電気信号の伝達が行われる導電性物質(例えば、銅)を含有する透明な導電性物質でできていてもよい。

【0152】

従って、第１ハウジング２１７１は第１信号線（Ｌ１：図面に示してない）を通じて当該信号を受信し第１電極層２１５３に伝達し、逆に第１電極層２１５３から印加された信号を第１信号線Ｌ１から出力できる。

【0153】

第２ハウジング２１７３も第１信号線Ｌ１とは別の信号線である第２信号線（Ｌ２：図面に示してない）を通じて当該信号を受信し第２電極層２１５５に伝達して、それとは逆に第２電極層２１５５から印加される信号を第２信号線(Ｌ２)から出力できる。

【0154】

本例で、第１信号線Ｌ１に入力される信号はパルス信号である場合もあり、第２信号線Ｌ２に流入される信号が接地信号かシールド信号（－）である場合もあり、第１ハウジング２１７１はパルス信号を第１電極層２１５３に伝達し、第２ハウジング２１７３は接地信号を第２電極層２１５５に伝達することができる。

【0155】

このような第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３は、リング（ｒｉｎｇ）の形状を持っていて、それぞれが接している当該電極層２１５３，２１５５の縁部、即ち円形の側面と接するように位置することができる。

【0156】

即ち、第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３の内部の空いている空間の中に、第１電極層２１５３と第２電極層２１５５が挿入され装着されることが望ましい。

【0157】

従って、図２に示したように第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３は透明超音波センサー２０が実際アクティブ領域ＡＲ１に周りから囲むように位置し、第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３、実質的には第１ハウジング２１７１によるアクティブ領域ＡＲ１の減少を最小化することができる。

【0158】

このように第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３は、電気信号を当該電極層２１５３,２１５５に伝達する役割を遂行するので、伝導性が良好な物質を含有できる。

【0159】

第１ハウジング２１７１は光の受信が行われる圧電層２１５１の後面全体に位置している第１電極層２１５３の縁部(即ち、へり部)に位置するので、最大限薄い幅（Ｗ１１）を持つものがよく、配線抵抗などによる信号の損失率を最小化するため最大限厚い厚みを持つものが望ましい。

【0160】

第２ハウジング２１７３は図３と図４に示したように第１電極層２１５３より大きな直径を持つ第２電極層２１５５と結合するので、第１ハウジング２１７１より大きな直径を持っている。

【0161】

また、第２ハウジング２１７３は第１ハウジング２１７１より外郭に位置し、透明超音波センサー２０を保護する役割を遂行するので、第１ハウジング２１７１の幅と厚みより大きな幅と厚みを持つことができる。

【0162】

従って、第２ハウジング２１７３内に第１電極層２１５３と第１ハウジング２１７１が位置することができる。

【0163】

また、前述したように、外部に露出する第２ハウジング２１７３の外側面は保護層２１１で覆われていて、ノイズ信号が第２ハウジング２１７３を通じて透明超音波センサー２０に流入できないようにする。

【0164】

第２ハウジング２１７３は圧電層２１５１の光受信面積に影響を及ぼさないので、大きさは必要によって増加させることができる。

【0165】

また、第２ハウジング２１７３にネジ線かコネクターなどを形成し、第２ハウジング２１７３に、意図した光学部品を結合することができる。この場合、第２ハウジング２１７３は他の部品との結合するための結合部として機能することができる。

【0166】

絶縁部２１８はそれぞれ該当する電気信号を該当の電極層（２１５３，２１５５）に伝達する第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３の間に当該ハウジング（２１７１，２１７３）と接して位置し、第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３を絶縁し、電気的な短絡やショート（ｓｈｏｒｔ）を防止できるようにし、第１ハウジング２１７１と第２ハウジング２１７３の位置を固定する役割をすることができる。

【0167】

このような絶縁部２１８は非伝導性のエポキシのように透明な絶縁物質で構成できる。整合部２１３が一つの例として、平凹（ｐｌａｎｏ－ｃｏｎｃａｖｅ）な形状の音響レンズを使用する場合、サンプルＡから反射され入射される光と超音波信号は整合部２１３の音響レンズによって焦点が調整されるが、整合部２１３を通過した後は光拡散現象が発生する場合がある。

【0168】

従って、整合部２１３に使用された音響レンズの形状と反対の平凸（ｐｌａｎｏ－ｃｏｎｖｅｘ）な形状の補正レンズ部２１９を後面層(217)の前に位置させ、このような光の屈折現象を補償し光拡散現象を防止することができる。

【0169】

この時、補正レンズ部２１９の曲率は最終的に光をどの位置に位置させるのかによって選択的に使用することができる。

【0170】

このように、補正レンズ部２１９は超音波信号の焦点に関係なく光の焦点にだけ影響するが、整合部２１３の音響レンズは超音波信号の焦点と光の焦点、両方に影響を及ぼすことができる。

【0171】

このような補正レンズ部２１９は必要に応じて省略でき、また、補正レンズ部２１９を変形し光の焦点距離を調整することができる。

【0172】

また、補正レンズ部２１９は反射され受信される超音波信号の焦点と光の焦点を同時に調整する共焦点機能を持つことができる。しかし、補正レンズ部２１９が共焦点機能を持つ場合、透明超音波センサー２０を通過する前の光の形状を考慮し補正レンズ部２１９を設計すべきである。

【0173】

本例で、補正レンズ部２１９は１枚のレンズを備えるが、これに限らず、平凸レンズと同じ一枚のレンズ以外にも数次補正のためレンズを追加的に備え、複数枚のレンズを備えることができる。

【0174】

このような構造を持つ透明超音波センサー２０のアクティブ領域（ＡＲ１）に位置する全ての構成要素が光の透過が行われる透明な材料でできている場合、透明超音波センサー２０の特徴は次のようである。

【0175】

まず、整合部２１３の動作によって光学インピーダンスマッチング、即ち整合が行われるので、透明超音波センサー２０から出力される信号の信頼性が向上する。

【0176】

また、整合部２１３に使われた焦点調整機能を備えた音響レンズの使用により、サンプルＡによって反射される光と超音波信号の焦点調整ができ、圧電部の正確に意図した位置に光と超音波信号がつくようになる。これによって、透明超音波センサー２０から出力される信号により獲得される超音波映像の鮮明度が大きく向上し、当該サンプルＡの存在可否だけではなく、感知されたサンプルＡの正確な形状も把握できるようになる。

【0177】

また、前述したように、透明超音波センサー（２０）を構成する構成要素(例えば、２１１－２１６，２１９)が透明なガラス類、透明なエポキシ類、透明なシリコン類のように全て透明な材料でできているので、光源１０から出力される光は直ちに透明超音波センサー２０を通過して当該サンプルＡの方へ照射することができる。

【0178】

これによって、透明超音波センサー２０を備えた光学システムの配置が自由になり、光学システムが設置される空間の活用度が向上する。

【0179】

また、使用者の必要に応じて補正レンズ部２１９を選択的に使用することができ、補正レンズ部２１９を変更し光の焦点距離を調整することができる。

【0180】

また、使用者の必要に応じて音響レンズとして４００－１０００ｎｍ用コーティングをした平凹形状の光学レンズが使用される場合、４００－１０００ｎｍで光の透過がよく行われ、超音波映像の鮮明度が向上する。具体的なコーティング技法及び厚みなどは必要に応じる範囲で従来の知られていたコーティング技法を広く適用することができ、光学レンズ表面のコーティングは省略することができる。

【0181】

平凹形状の光学レンズを利用した整合部２１３（音響レンズ）で使用される場合、音響レンズによる光拡散現象は発生するが、補正レンズ部２１９による光拡散現象が補完され、意図する地点に光の焦点を調整できる。このように、補償レンズの使用によって音響レンズの選択の幅を広げることができる。

【0182】

このような整合部２１３（音響レンズ）と補正レンズ部２１９による焦点調整によって、光の形状（ｓｈａｐｅ）が維持され、これにより微細なフォーカスが維持されるので高解像度の光学映像（例えば、光音響映像や光干渉断層撮影映像）が獲得できる。

【0183】

また、透明超音波センサー２０のハウジングを構成する第１ハウジング２１７１や第２ハウジング２１７３にそれぞれ第１信号線Ｌ１と第２信号線Ｌ２を連結し、透明超音波センサー２０の第１電極層２１５３と第２電極層２１５５への電気信号を印加するので、信号線Ｌ１，Ｌ２の連結を用意に実施することができる。

【0184】

さらに、外側ハウジングである第２ハウジング２１７３にネジ線などを形成し、他の光学素子との連結や結合を用意にすることができる。このように、光源から出射される光の経路と全然無関係な部分に位置している第２ハウジング２１７３に必要な光学素子の結合が行われるので、光は正常に損失なく透明超音波センサー２０の圧電部２１５に入射され、また透明超音波センサー２０の中心を法線方向に通過するので、光と超音波信号との整列が用意に行われる。

【0185】

ここで垂直の意味は、光が透明超音波センサー（例えば、透明超音波センサー）の入射面と垂直になる方向に直進するという意味でもよい。

【0186】

このように、垂直に光を超音波センサーに入射させる場合、光と超音波信号の焦点位置が正確に一致する場合があり、透明超音波センサーから得られる映像の鮮明度はさらに向上する。

【0187】

前述したように、空気と媒質間の音響インピーダンスの差異による媒質内での超音波エネルギーを最小化するための整合層が存在することが望ましい。このような整合層は１つ以上あってもよい。

【0188】

比較例として、このような整合層の形成は下記のように行われるのが望ましい。

【0189】

超音波信号の媒質が水か生体組織(１．５Ｍｒａｙｌ)で、圧電層がＬＮＯ（３４．５Ｍｒａｙｌ）またはＰＭＮ―ＰＴ（３７．１ Ｍｒａｙｌ）の場合、超音波エネルギーの送受信効率を最大化するため音響インピーダンスのマッチングが必要である。この場合、３７．１Ｍｒａｙｌ～１．５Ｍｒａｙｌの間にある物質で、１つ以上の整合層が必要な場合がある。

【0190】

ここで、ＫＬＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ（ＰｉｅｚｏＣＡＤ， ＰＺＦＬＥＸなど）を利用して特定マッチング層を生成した場合、水や生体組織から伝達される超音波信号の波形をシミュレーションを通じて確認して、適切な整合層の物質を探す必要があり、生成された整合層の厚みも超音波の波形に影響するので、整合層の厚みを調整し適切な厚みを探すべきである。理論的に波動エネルギーの損失を最小にする厚みは、波動の方程式によって意図したλ/4の厚みで最小損失になる（ｃ＝λ＊ｆ、ｃ：ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｓｏｕｎｄ 約１４８０ｍ／ｓ、λ：波長、ｆ：意図した中心周波数）。

【0191】

通常の超音波センサーでは、よくシルバーパウダー（ｓｉｌｖｅｒ ｐｏｗｄｅｒ）とエポキシ（ｅｐｏｘｙ）の混合物（７．９Ｍｒａｙｌ）で最初の整合層を生成する。この時、シルバーパウダーとエポキシの混合比率によって音響インピーダンスの調整が可能で、その一例としてシルバーパウダー：エポキシ＝３：１．２５がある。

【0192】

その後、パリレン（２．８Ｍｒａｙｌ）コーティングを通じて第２整合層を生成することができる。

【0193】

圧電層がＰＶＤＦ及びＰＶＤＦ―ＴｒＦＥである場合(約４Ｍｒａｙｌ)は、パリレンコーティングだけを使って、１つの整合層を生成することができる。ここでパリレンコーティングによって形成された整合層は、整合層の役割だけでなく外部からの保護及び絶縁の役割も遂行できる。

【0194】

しかし、本例による透明超音波センサー２０の場合は、アクティブ領域ＡＲ１に位置する構成要素（例えば、２１１－２１６，２１９）が透明であるので、圧電層を構成するＬＮＯやＰＭＮ－ＰＴの場合、硝子を利用して整合部２１３を生成することができる。この時、硝子の原材料（例：ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ ＝ １３ Ｍｒａｙｌ、Ｃｒｏｗｎ ｇｌａｓｓ ＝ １４．２ Ｍｒａｙｌ、Ｑｕａｒｔｚ ＝ １４．５ Ｍｒａｙｌ、ｐｌａｔｅ ｇｌａｓｓ ＝ １０．７ Ｍｒａｙｌ、 ｓｏｄａｌｉｍｅ ｇｌａｓｓ ＝ １３ Ｍｒａｙｌ）によって少しずつ異なるため、意図にあう硝子を適切に選択し使用することができる。

【0195】

その後、第２整合層（例：２～６Ｍｒａｌｙ）は透明なエポキシ類かシリコン類（例えば、ＰＤＭＳ）を使用して生成することができ、第３整合層はパリレンコーティング利用し生成することができる。ここで、第２整合層の生成は省き、パリレンコーティングを利用して第１整合層（例えば、２１３）の上に直接第２整合層（例えば、２１１）を形成することができる。この場合も、ＫＬＭシミュレーションの結果、シミュレーションの波形を利用し意図する整合層生成することができる。

【0196】

本例による透明超音波センサー２０では、一例としてｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅで制作された光学レンズを第１整合層として使用し、パリレンコーティングを利用して第１整合層の上に第２整合層を形成、音響インピーダンスマッチングと外部からの保護や信号絶縁ができる。

【0197】

前述したように、この光学レンズは音響インピーダンスのマッチング機能だけではなく、圧電層から発生した超音波信号を集束、即ちフォーカシングする役割も遂行できる。

【0198】

透明超音波センサー(20)は主に映像を獲得する用途で使用されていたので、超音波の集束は高い解像度や高い敏感度(ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ)大きな影響を及ぼす要素である。

【符号の説明】

【0199】

１ 透明超音波センサーベース 超音波光学複合イメージングシステム
１０ 光源
１２ 光源選択部
２０ ＴＵＴ
３０，３２，３４ 光学系
４０，４２ 機械的なスキャナー
５０，５２ 光学的なスキャナー
２１１ 保護層
２１３ 整合部
２１５ 圧電部
２１５１ 圧電層
２１５３ 第１電極層
２１５５ 第２電極層
２１６ 後面層
２１７１ 第１ハウジング
２１７３ 第２ハウジング
２１８ 絶縁部
２１９ 補正レンズ部
Ａ サンプル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】