超音波顕微鏡
【課題】簡単な構成で超音波の走査を的確に行うことができる超音波顕微鏡を提供すること。
【解決手段】超音波顕微鏡１は、先端部に超音波伝達媒体Ｗ１が収容可能なスキャナ本体２を備える。スキャナ本体２の先端部には焦点型超音波振動子１２が配置され、その超音波振動子１２により、試料１８にて焦点を結ぶように超音波伝達媒体Ｗ１を介して超音波が照射されるとともに、試料１８からの反射波が受信されて電気信号に変換される。走査手段は、電気信号を歪みに変換する電歪アクチュエータ１３を含んで構成される。電歪アクチュエータ１３における先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の超音波の照射方向が平行となるよう超音波振動子１２の位置を移動させる。
【解決手段】超音波顕微鏡１は、先端部に超音波伝達媒体Ｗ１が収容可能なスキャナ本体２を備える。スキャナ本体２の先端部には焦点型超音波振動子１２が配置され、その超音波振動子１２により、試料１８にて焦点を結ぶように超音波伝達媒体Ｗ１を介して超音波が照射されるとともに、試料１８からの反射波が受信されて電気信号に変換される。走査手段は、電気信号を歪みに変換する電歪アクチュエータ１３を含んで構成される。電歪アクチュエータ１３における先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の超音波の照射方向が平行となるよう超音波振動子１２の位置を移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して試料の性状を観察する超音波顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、高解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを例えば染色によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色を行わなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
従来の超音波顕微鏡は、超音波のＸＹ走査を行うための走査機構を備えており、超音波をＸＹ走査しながら試料からの反射波信号を取得し、反射波信号の強度に基づいて試料の画像信号を生成している。このため、超音波顕微鏡では、試料表面に対して垂直に超音波を照射する必要がある。また、解像度の高い超音波像を取得するためには、高精度に超音波を走査する必要がある。従って、従来の超音波顕微鏡では、超音波の走査機構が複雑な構造となり、検査を簡易に行うことができないといった問題があった。
【０００４】
一方、比較的簡単な構成で超音波の走査を行う装置として、バイモルフアクチュエータを利用した超音波スキャナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この超音波スキャナでは、バイモルフアクチュエータ５０の自由端に超音波振動子５１が固定されており、基材５２を介して貼り合わせた圧電材５３ａ，５３ｂを逆位相となるよう駆動すると、アクチュエータ５０の屈曲変位によって超音波振動子５１が円弧状に移動される（図１１参照）。この超音波スキャナを用いれば、装置の小型化が可能であり、振動や騒音も抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平６−９６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した特許文献１の超音波スキャナは、比較的解像度が低い断層画像（Ｂモード画像など）を取得するための装置に用いられるものであり、解像度が高い超音波像を取得するための超音波顕微鏡には用いることができない。具体的には、超音波顕微鏡において、試料に対して垂直に超音波を照射する必要があるが、特許文献１の超音波スキャナを用いる場合、バイモルフアクチュエータ５０の屈曲変位によって超音波振動子５１が円弧状に移動してしまう。このため、超音波の照射方向Ｚ（図１１参照）を一定に保つことができず、試料の表面構造に応じた正確な反射波信号を得ることができない。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で超音波の走査を的確に行うことができる超音波顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、先端部に超音波伝達媒体が収容可能なスキャナ本体と、前記スキャナ本体の先端部に配置され、試料にて焦点を結ぶように前記超音波伝達媒体を介して超音波を照射するとともに、前記試料からの反射波を受信して電気信号に変換する焦点型超音波振動子と、前記スキャナ本体の内部に配置され、超音波の照射点を前記試料の表面に沿って移動させる走査手段とを備え、前記超音波振動子で受信した超音波の反射波信号に基づいて、前記試料の超音波像を表示する超音波顕微鏡であって、前記走査手段は、板状に形成されその先端に前記超音波振動子を固定した屈曲変位型の電歪アクチュエータを含んで構成され、駆動時には、前記電歪アクチュエータにおける先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の前記超音波の照射方向が平行となるよう前記照射方向と直交する方向に前記超音波振動子の位置を移動させることを特徴とする超音波顕微鏡をその要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によると、走査手段として、板状に形成された屈曲変位型の電歪アクチュエータを用いている。そして、走査手段の駆動時には、電歪アクチュエータにおける先端側の領域と基端側との領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の超音波の照射方向が平行となるよう超音波振動子の位置を移動させることで、超音波の走査が行われる。このように構成すると、超音波走査時における超音波の照射方向が常に一定の方向（具体的には、試料表面と直交する方向）を向くように超音波振動子を駆動することができる。さらに、板状の電歪アクチュエータの先端に超音波振動子が固定されているので、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。またこの場合、走査手段の簡素化が可能となるため、スキャナ本体の軽量化や小型化を図ることができ、携帯型の超音波顕微鏡を実現することが可能となる。また、スキャナ本体を手で持って容易に操作することができ、スキャナ本体の先端部を直接患部に当てて患部の検査を迅速に行うことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域に圧電材が設けられ、前記第２面において中央部よりも基端側の領域に圧電材が設けられたユニモルフ型のアクチュエータであることをその要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によると、超音波振動子が接続される先端側の屈曲方向と基端側の屈曲方向とが逆方向となるよう電歪アクチュエータを構成することができる。また、電歪アクチュエータがユニモルフ型のアクチュエータであるので、簡素な構成で走査手段を構成することができる。なお、板状基材の第１面側に設けられる圧電材と第２面側に設けられる圧電材とは、長さや屈曲度合が等しくなるよう形成されることが好ましい。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられるとともに、前記第２面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられたバイモルフ型のアクチュエータであることをその要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によると、超音波振動子が接続される先端側の屈曲方向と基端側の屈曲方向とが逆方向となるよう電歪アクチュエータを構成することができる。また、電歪アクチュエータがバイモルフ型のアクチュエータであるので、超音波振動子を確実に移動させることができ、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記超音波の走査位置を示す可視光を前記スキャナ本体の先端部から出力する可視光照射手段をさらに備えたことをその要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、可視光照射手段から出力される可視光によって超音波の走査位置を容易に確認することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上詳述したように、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明によると、簡単な構成で超音波の走査を的確に行うことができる超音波顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施の形態の超音波顕微鏡を示す概略構成図。
【図２】超音波顕微鏡の電気的な構成を示すブロック図。
【図３】ラインマーカの固定位置を示す説明図。
【図４】可視光及び超音波の照射位置を示す説明図。
【図５】（ａ）は電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図６】焦点型超音波振動子から照射される超音波ビームを示す説明図。
【図７】（ａ）は別の実施の形態における電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図８】（ａ）は別の実施の形態における電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図９】別の実施の形態の走査手段を示す構成図。
【図１０】（ａ）は別の実施の形態における電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図１１】（ａ）は従来のバイモルフアクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、超音波顕微鏡１を示す概略構成図であり、図２は、超音波顕微鏡１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００１９】
本実施の形態の超音波顕微鏡１は、全体としてペン状を呈するスキャナ本体２と、スキャナ本体２を制御する制御ユニット３（具体的には、パソコン）とから構成されている。スキャナ本体２と制御ユニット３とは、例えばＵＳＢケーブル４を介して接続される。
【００２０】
スキャナ本体２は、筐体１１、超音波を照射する焦点型超音波振動子１２、焦点型超音波振動子１２を駆動する１枚の電歪アクチュエータ１３（走査手段）、電歪アクチュエータ１３を支持可能な支持具１４（支持体）、超音波の走査位置を示すラインマーカ１５（可視光照射手段）等を備えている。
【００２１】
筐体１１は、直径が３ｃｍ程度の円筒状に形成されている。この筐体１１の先端側は開口しており、その開口を覆うように試料接触部材１６が着脱可能に装着されている。筐体１１内において、その先端部となる試料接触部材１６の部分に超音波伝達媒体Ｗ１（具体的には水）が充填されている。試料接触部材１６は、光及び超音波を効率よく透過する材料（具体的にはガラスや樹脂材料）を用いて形成されている。
【００２２】
焦点型超音波振動子１２は筐体１１内の先端側に配置されている。この超音波振動子１２が照射する超音波は、超音波伝達媒体Ｗ１を介して円錐状に収束され、試料接触部材１６の外表面（試料１８の表面）近傍で焦点を結ぶようになっている。つまり、超音波顕微鏡１は、スキャナ本体２の試料接触部材１６の外表面を試料１８（例えば、インビボの生体組織）に接触させて検査する携帯型の顕微鏡である。なお本実施形態では、超音波振動子１２が照射する超音波としては、例えば、中心周波数が８０ＭＨｚであり、帯域幅が５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）である。
【００２３】
電歪アクチュエータ１３は、圧電材料を用いて細長い長方形状の板状に形成されたユニモルフ型のアクチュエータ（屈曲変位型アクチュエータ）であり、長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのサイズを有する。そして、超音波振動子１２の後端面の中央部分に電歪アクチュエータ１３の先端が固定され、電歪アクチュエータ１３の基端が支持具１４に支持されている。なお、本実施の形態では、電歪アクチュエータ１３の表面に、耐水性を高めるための絶縁皮膜が形成されている。超音波振動子１２は、歪みが生じていない状態での電歪アクチュエータ１３の長手方向を向くように配置されている。またこの状態では、超音波振動子１２の中心線に重なるように電歪アクチュエータ１３が配置される。
【００２４】
また、図１及び図３に示されるように、筐体１１の内周面には、２つのラインマーカ１５が設けられている。各ラインマーカ１５は、スキャナ本体２の先端部（試料接触部材１６）から可視光のレーザをライン状に照射する照射手段であり、筐体１１の内周面において９０度の角度間隔となる位置にそれぞれ配置されている。そして、超音波振動子１２は、各ラインマーカ１５から照射されるライン状のレーザの交差点と超音波の照射点とが一致するように配置されている（図４参照）。
【００２５】
図１に示されるように、支持具１４は筐体１１内の基端側に収納されており、この支持具１４には配線基板１９が設けられている。配線基板１９には、電歪アクチュエータ１３を駆動制御するための走査制御回路２０、ラインマーカ１５を点灯させる駆動回路２１、超音波を送受信するための信号処理回路２２、電気信号の入出力を行うためのＩ／Ｆ回路２３などが設けられている（図２参照）。
【００２６】
Ｉ／Ｆ回路２３としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路２３として、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。
【００２７】
図２に示されるように、走査制御回路２０は、電歪アクチュエータ１３に接続されており、電歪アクチュエータ１３を変位させるための電圧信号を出力する。この電圧信号によって電歪アクチュエータ１３が屈曲され、超音波振動子１２が移動される（図５参照）。この結果、試料接触部材１６の外表面（試料１８の表面）に沿って超音波の照射点がリニア走査される。なお、超音波の走査範囲は、例えば２．４ｍｍの幅である。
【００２８】
駆動回路２１は、ラインマーカ１５に接続されており、超音波の走査時にラインマーカ１５を点灯させ、ライン状のレーザを各ラインマーカ１５から出力させる。
【００２９】
信号処理回路２２は、送信回路２４、送受波分離回路２５、受信回路２６、Ａ／Ｄ変換回路２８を備える。
【００３０】
送信回路２４は、超音波振動子１２を駆動させるためのパルスを発生させる回路であり、トリガ回路２４ａとパルス発生回路２４ｂとを備える。送信回路２４において、トリガ回路２４ａは、制御ユニット３から出力される制御信号をＩ／Ｆ回路２３を介して取り込み、その制御信号に基づいてトリガ信号を生成する。パルス発生回路２４ｂは、そのトリガ信号に応答して励起パルスを生成する。その励起パルスが送受波分離回路２５を介して超音波振動子１２に供給されて超音波振動子１２から超音波が照射される。
【００３１】
本実施の形態の超音波振動子１２は、送受波兼用の振動子であり、試料１８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は送受波分離回路２５を介して受信回路２６に供給される。受信回路２６は、反射波の信号を増幅して出力する。反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２８に供給された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介して制御ユニット３に転送される。そして、制御ユニット３において、試料１８の反射波信号が抽出される。
【００３２】
制御ユニット３は、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６を備え、それらはバス３７を介して相互に接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、電歪アクチュエータ１３によるリニア走査を制御するためのプログラムや試料１８の超音波像を生成して表示するためのプログラムなどを含む。
【００３４】
Ｉ／Ｆ回路３２は、スキャナ本体２との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、スキャナ本体２に制御信号（走査制御回路２０や送信回路２４への制御信号）を出力したり、スキャナ本体２からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路２８からＩ／Ｆ回路２３を介して転送されるデータ）を入力したりする。
【００３５】
表示装置３６は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、試料１８の超音波像や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置３５は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
【００３６】
記憶装置３４は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。ＣＰＵ３１は、入力装置３５による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置３４からメモリ３３へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ３１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置３４にインストールして利用する。
【００３７】
図５には、本実施の形態に用いられるユニモルフ型の電歪アクチュエータ１３の具体例を示している。図５（ａ）は屈曲前の電歪アクチュエータ１３を示し、図５（ｂ）は屈曲後の電歪アクチュエータ１３を示している。図５に示されるように、電歪アクチュエータ１３は、第１面４１及び第２面４２を有する板状基材４３を備える。板状基材４３の第１面４１において中央部よりも先端側（図５では下側）の領域に圧電材４４が設けられ、第２面４２において中央部よりも基端側（図５では上側）の領域に圧電材４４が設けられている。つまり、電歪アクチュエータ１３では、先端側の領域と基端側の領域とで同じ変位を持つ構造を逆相に配設している。
【００３８】
図５（ｂ）に示されるように、電歪アクチュエータ１３は、超音波振動子１２が接続される先端側の屈曲方向と基端側の屈曲方向とが逆方向となっている。このように電歪アクチュエータ１３を構成することにより、電歪アクチュエータ１３の先端部の方向が屈曲前と屈曲後とで同じ方向を向くことになる。なお、図５（ｂ）の場合では、電歪アクチュエータ１３の各電極に所定電圧を印加することで、超音波の照射方向Ｚと直交する方向Ｘ（図５では左方向）に超音波振動子１２が移動される。また、図示しないが、図５（ｂ）の場合とは逆の電圧を電歪アクチュエータ１３の各電極に印加することで、図５の右方向に超音波振動子１２が移動される。
【００３９】
因みに、単純屈曲の電歪アクチュエータ、すなわち図１１に示すような従来のバイモルフアクチュエータ５０を用いる場合、アクチュエータ５０が屈曲することでその先端部の角度が変化してしまう。この場合、走査時において超音波の照射方向Ｚを一定に保つことは困難となる。これに対して、図５の電歪アクチュエータ１３を用いることにより、走査時において超音波の照射方向Ｚを一定に保つことが可能となる。
【００４０】
また、電歪アクチュエータ１３の屈曲前と屈曲後とでは上下方向の変位（照射方向の位置ズレ）が若干生じることとなるが、焦点型超音波振動子１２から照射される超音波は、図６に示すように焦点を結ぶ。つまり、超音波のビーム幅が狭くなる焦点領域Ｒ１は、超音波Ｓｏの照射方向Ｚにある程度の幅を有している。従って、本実地の形態では、電歪アクチュエータ１３の変位よりも焦点領域Ｒ１の幅が広い超音波振動子１２を用いている。この超音波振動子１２を用いることにより、電歪アクチュエータ１３の屈曲によって焦点型超音波振動子１２がＺ方向に変位したとしても、試料１８の表面に超音波Ｓｏの焦点が合うようになっている。
【００４１】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４２】
（１）本実施の形態の超音波顕微鏡１では、超音波の走査手段として、板状に形成された屈曲変位型の電歪アクチュエータ１３を用いている。そして、駆動時には、電歪アクチュエータ１３における先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の超音波の照射方向Ｚが平行となるよう超音波振動子１２の位置を移動させることで、超音波の走査が行われる。このように構成すると、超音波の照射方向Ｚが常に一定の方向（試料１８表面と直交する方向）を向くように超音波振動子１２を駆動することができる。さらに、電歪アクチュエータ１３の先端に超音波振動子１２が固定されているので、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。また、電歪アクチュエータ１３としてユニモルフ型のアクチュエータが用いられているので、走査手段の簡素化が可能となる。このため、スキャナ本体２の軽量化や小型化を図ることができ、携帯型の超音波顕微鏡１を実現することが可能となる。また、スキャナ本体２は、全体としてペン状を呈しているので、スキャナ本体２を手で持って容易に操作することができ、スキャナ本体２の先端部を直接患部に当てて患部の検査を迅速に行うことができる。
【００４３】
（２）本実施の形態の超音波顕微鏡１では、ラインマーカ１５を備え、そのラインマーカ１５により、超音波の走査位置を示す可視光がスキャナ本体２の先端部から出力される。この可視光によって超音波の走査位置を容易に確認することができるため、試料１８における所望の部位に超音波を迅速に走査させることができる。
【００４４】
（３）本実施の形態の超音波顕微鏡１では、スキャナ本体２の先端部に試料接触部材１６が着脱可能に装着されているので、異なる試料１８を検査する度に試料接触部材１６を交換することができる。この場合、新品の試料接触部材１６や殺菌洗浄後の試料接触部材１６に交換することにより、スキャナ本体２を清潔に保つことができ、実用上好ましいものとなる。
【００４５】
（４）本実施の形態では、スキャナ本体２内に収納された配線基板１９に、電歪アクチュエータ１３を駆動制御するための走査制御回路２０、ラインマーカ１５を点灯させる駆動回路２１、超音波を送受信するための信号処理回路２２などが設けられているので、携帯型の超音波顕微鏡１を実現する上で好ましい構成となる。
【００４６】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００４７】
・上記実施の形態では、１枚の電歪アクチュエータ１３で超音波振動子１２を移動させるものであったが、これに限定されるものではなく、２枚以上の電歪アクチュエータ１３にて超音波振動子１２を移動させるように構成してもよい。図７には、２枚の電歪アクチュエータ１３にて超音波振動子１２を移動させる走査手段の具体例を示している。図７において、超音波振動子１２を移動させるために同じ形状・大きさの２枚の電歪アクチュエータ１３が用いられ、各電歪アクチュエータ１３が互いに平行かつ隙間をもって配置されている。そして、超音波の走査時には、各電歪アクチュエータ１３が同一方向に同時に屈曲される。なお、各電歪アクチュエータ１３の先端同士は接近していてもよいが、図７に示すように離間していてもよい。このように超音波の走査手段を構成すると、超音波振動子１２の向きを一定に保ちつつ超音波振動子１２を確実に移動させることができる。
【００４８】
・上記実施の形態の電歪アクチュエータ１３は、板状基材４３の第１面４１（図５では左側の面）において中央部よりも先端側の領域に圧電材４４が設けられ、第２面４２（図５では右側の面）において中央部よりも基端側の領域に圧電材４４が設けられていたが、これに限定されるものではない。図５の電歪アクチュエータ１３において、板状基材４３の左右を逆にした面をそれぞれ第１面４１及び第２面４２とし、右側の第１面４１において中央部よりも先端側の領域に圧電材４４を設け、左側の第２面４２において中央部よりも基端側の領域に圧電材４４を設けてもよい。
【００４９】
・上記実施の形態では、電歪アクチュエータ１３の先端に超音波振動子１２を固定し、電歪アクチュエータ１３の基端側を支持具１４に固定する構成としたが、図８のような構成を採用してもよい。具体的には、２枚の電歪アクチュエータ１３を用い、各電歪アクチュエータ１３の一端を連結部材４６で接続する。そして、一方の電歪アクチュエータ１３の他端（基端）を支持具１４に固定し、他方の電歪アクチュエータ１３の他端（先端）に超音波振動子１２を固定する。このように構成すると、電歪アクチュエータ１３の屈曲前と屈曲後とで上下方向の変位をキャンセルすることができ、超音波の焦点のズレを確実に防止することができる。
【００５０】
・上記実施の形態の超音波顕微鏡１では、超音波を一次元的にリニア走査するものであったが、これに限定されるものではなく、二次元的に走査する構成としてもよい。具体的には、図９に示す走査手段のように、電歪アクチュエータ１３による駆動部分を２段構造として、１段目の電歪アクチュエータ１３の屈曲方向と２段目の電歪アクチュエータ１３の屈曲方向とが直交するように設ける。なお、図９に示す走査手段では、１段目及び２段目の各段において電歪アクチュエータ１３を１枚ずつ設けているが、各段にて複数枚の電歪アクチュエータ１３を設けてもよい。このようにすれば、１段目の電歪アクチュエータ１３と２段目の電歪アクチュエータ１３との屈曲の組み合わせによって超音波振動子１２を二次元的に移動させることが可能となる。
【００５１】
・上記実施の形態では、ユニモルフ型の電歪アクチュエータ１３を用いたが、バイモルフ型の電歪アクチュエータなどの他の電歪アクチュエータを用いてもよい。図１０には、そのバイモルフ型の電歪アクチュエータ１３Ａの具体例を示している。図１０に示されるように、電歪アクチュエータ１３Ａは、第１面４１及び第２面４２を有する板状基材４３を備え、第１面４１及び第２面４２には２枚ずつ圧電材４４ａ，４４ｂが貼り付けられている。詳しくは、板状基材４３の第１面４１において、中央部よりも基端側の領域及び先端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材４４ａ，４４ｂが設けられている。また、板状基材４３の第２面４２において、中央部よりも基端側の領域及び先端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材４４ｂ，４４ａが設けられている。そして、電歪アクチュエータ１３Ａでは、対角にある圧電材４４ａ及び対角にある圧電材４４ｂについて逆相の屈曲方向となるよう電歪アクチュエータ１３Ａの各電極に電圧が印加される。この電歪アクチュエータ１３Ａを用いても、超音波の照射方向が平行となるよう超音波振動子１２の位置を移動させることができる。また、バイモルフ型の電歪アクチュエータ１３Ａを用いれば、ユニモルフ型の電歪アクチュエータ１３と比較して、超音波振動子１２を確実に移動させることができ、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。
【００５２】
・上記実施の形態では、筐体１１の内周面にラインマーカ１５を固定していたが、超音波振動子１２側にラインマーカ１５を固定してもよい。
【００５３】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５４】
（１）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記屈曲変位型の電歪アクチュエータを支持可能な支持体を備えるとともに、１枚の前記屈曲変位型の電歪アクチュエータの基端を前記支持体に支持させるとともに、前記電歪アクチュエータの先端を前記超音波振動子の後端面の中央部に固定したことを特徴とする記載の超音波顕微鏡。
【００５５】
（２）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記屈曲変位型の電歪アクチュエータを複数枚支持可能な支持体を備えるとともに、複数枚の前記屈曲変位型の電歪アクチュエータの基端を前記支持体に支持させるとともに、各電歪アクチュエータを互いに平行に配置し、かつ、各電歪アクチュエータの先端に前記超音波振動子を固定したことを特徴とする記載の超音波顕微鏡。
【００５６】
（３）技術的思想（２）において、前記走査手段は、前記超音波の走査時に、前記各屈曲変位型の電歪アクチュエータを同一方向に同時に屈曲させることを特徴とする超音波顕微鏡。
【００５７】
（４）技術的思想（２）において、一対の前記屈曲変位型の電歪アクチュエータの先端部に前記超音波振動子の両端が固定されたことを特徴とする超音波顕微鏡。
【００５８】
（５）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記スキャナ本体は、全体としてペン状を呈することを特徴とする超音波顕微鏡。
【００５９】
（６）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記超音波振動子に対して信号の送受信を行う信号処理手段が前記スキャナ本体の基端部側に収納されていることを特徴とする超音波顕微鏡。
【００６０】
（７）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記スキャナ本体の先端部が着脱可能に構成されていることを特徴とする超音波顕微鏡。
【００６１】
（８）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記試料はインビボの生体組織であり、その生体組織に前記スキャナ本体の先端部表面を直接接触させて使用することを特徴とする超音波顕微鏡。
【符号の説明】
【００６２】
１…超音波顕微鏡
２…スキャナ本体
１２…焦点型超音波振動子
１３…走査手段を構成する電歪アクチュエータ
１４…支持体としての支持具
１５…可視光照射手段としてのラインマーカ
４１…第１面
４２…第２面
４３…板状基材
４４，４４ａ，４４ｂ…圧電材
Ｗ１…超音波伝達媒体
Ｚ…照射方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して試料の性状を観察する超音波顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、高解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを例えば染色によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色を行わなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
従来の超音波顕微鏡は、超音波のＸＹ走査を行うための走査機構を備えており、超音波をＸＹ走査しながら試料からの反射波信号を取得し、反射波信号の強度に基づいて試料の画像信号を生成している。このため、超音波顕微鏡では、試料表面に対して垂直に超音波を照射する必要がある。また、解像度の高い超音波像を取得するためには、高精度に超音波を走査する必要がある。従って、従来の超音波顕微鏡では、超音波の走査機構が複雑な構造となり、検査を簡易に行うことができないといった問題があった。
【０００４】
一方、比較的簡単な構成で超音波の走査を行う装置として、バイモルフアクチュエータを利用した超音波スキャナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この超音波スキャナでは、バイモルフアクチュエータ５０の自由端に超音波振動子５１が固定されており、基材５２を介して貼り合わせた圧電材５３ａ，５３ｂを逆位相となるよう駆動すると、アクチュエータ５０の屈曲変位によって超音波振動子５１が円弧状に移動される（図１１参照）。この超音波スキャナを用いれば、装置の小型化が可能であり、振動や騒音も抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平６−９６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した特許文献１の超音波スキャナは、比較的解像度が低い断層画像（Ｂモード画像など）を取得するための装置に用いられるものであり、解像度が高い超音波像を取得するための超音波顕微鏡には用いることができない。具体的には、超音波顕微鏡において、試料に対して垂直に超音波を照射する必要があるが、特許文献１の超音波スキャナを用いる場合、バイモルフアクチュエータ５０の屈曲変位によって超音波振動子５１が円弧状に移動してしまう。このため、超音波の照射方向Ｚ（図１１参照）を一定に保つことができず、試料の表面構造に応じた正確な反射波信号を得ることができない。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で超音波の走査を的確に行うことができる超音波顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、先端部に超音波伝達媒体が収容可能なスキャナ本体と、前記スキャナ本体の先端部に配置され、試料にて焦点を結ぶように前記超音波伝達媒体を介して超音波を照射するとともに、前記試料からの反射波を受信して電気信号に変換する焦点型超音波振動子と、前記スキャナ本体の内部に配置され、超音波の照射点を前記試料の表面に沿って移動させる走査手段とを備え、前記超音波振動子で受信した超音波の反射波信号に基づいて、前記試料の超音波像を表示する超音波顕微鏡であって、前記走査手段は、板状に形成されその先端に前記超音波振動子を固定した屈曲変位型の電歪アクチュエータを含んで構成され、駆動時には、前記電歪アクチュエータにおける先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の前記超音波の照射方向が平行となるよう前記照射方向と直交する方向に前記超音波振動子の位置を移動させることを特徴とする超音波顕微鏡をその要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によると、走査手段として、板状に形成された屈曲変位型の電歪アクチュエータを用いている。そして、走査手段の駆動時には、電歪アクチュエータにおける先端側の領域と基端側との領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の超音波の照射方向が平行となるよう超音波振動子の位置を移動させることで、超音波の走査が行われる。このように構成すると、超音波走査時における超音波の照射方向が常に一定の方向（具体的には、試料表面と直交する方向）を向くように超音波振動子を駆動することができる。さらに、板状の電歪アクチュエータの先端に超音波振動子が固定されているので、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。またこの場合、走査手段の簡素化が可能となるため、スキャナ本体の軽量化や小型化を図ることができ、携帯型の超音波顕微鏡を実現することが可能となる。また、スキャナ本体を手で持って容易に操作することができ、スキャナ本体の先端部を直接患部に当てて患部の検査を迅速に行うことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域に圧電材が設けられ、前記第２面において中央部よりも基端側の領域に圧電材が設けられたユニモルフ型のアクチュエータであることをその要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によると、超音波振動子が接続される先端側の屈曲方向と基端側の屈曲方向とが逆方向となるよう電歪アクチュエータを構成することができる。また、電歪アクチュエータがユニモルフ型のアクチュエータであるので、簡素な構成で走査手段を構成することができる。なお、板状基材の第１面側に設けられる圧電材と第２面側に設けられる圧電材とは、長さや屈曲度合が等しくなるよう形成されることが好ましい。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられるとともに、前記第２面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられたバイモルフ型のアクチュエータであることをその要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によると、超音波振動子が接続される先端側の屈曲方向と基端側の屈曲方向とが逆方向となるよう電歪アクチュエータを構成することができる。また、電歪アクチュエータがバイモルフ型のアクチュエータであるので、超音波振動子を確実に移動させることができ、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記超音波の走査位置を示す可視光を前記スキャナ本体の先端部から出力する可視光照射手段をさらに備えたことをその要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、可視光照射手段から出力される可視光によって超音波の走査位置を容易に確認することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上詳述したように、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明によると、簡単な構成で超音波の走査を的確に行うことができる超音波顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施の形態の超音波顕微鏡を示す概略構成図。
【図２】超音波顕微鏡の電気的な構成を示すブロック図。
【図３】ラインマーカの固定位置を示す説明図。
【図４】可視光及び超音波の照射位置を示す説明図。
【図５】（ａ）は電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図６】焦点型超音波振動子から照射される超音波ビームを示す説明図。
【図７】（ａ）は別の実施の形態における電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図８】（ａ）は別の実施の形態における電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図９】別の実施の形態の走査手段を示す構成図。
【図１０】（ａ）は別の実施の形態における電歪アクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【図１１】（ａ）は従来のバイモルフアクチュエータの屈曲前の状態を示し、（ｂ）はその屈曲後の状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、超音波顕微鏡１を示す概略構成図であり、図２は、超音波顕微鏡１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００１９】
本実施の形態の超音波顕微鏡１は、全体としてペン状を呈するスキャナ本体２と、スキャナ本体２を制御する制御ユニット３（具体的には、パソコン）とから構成されている。スキャナ本体２と制御ユニット３とは、例えばＵＳＢケーブル４を介して接続される。
【００２０】
スキャナ本体２は、筐体１１、超音波を照射する焦点型超音波振動子１２、焦点型超音波振動子１２を駆動する１枚の電歪アクチュエータ１３（走査手段）、電歪アクチュエータ１３を支持可能な支持具１４（支持体）、超音波の走査位置を示すラインマーカ１５（可視光照射手段）等を備えている。
【００２１】
筐体１１は、直径が３ｃｍ程度の円筒状に形成されている。この筐体１１の先端側は開口しており、その開口を覆うように試料接触部材１６が着脱可能に装着されている。筐体１１内において、その先端部となる試料接触部材１６の部分に超音波伝達媒体Ｗ１（具体的には水）が充填されている。試料接触部材１６は、光及び超音波を効率よく透過する材料（具体的にはガラスや樹脂材料）を用いて形成されている。
【００２２】
焦点型超音波振動子１２は筐体１１内の先端側に配置されている。この超音波振動子１２が照射する超音波は、超音波伝達媒体Ｗ１を介して円錐状に収束され、試料接触部材１６の外表面（試料１８の表面）近傍で焦点を結ぶようになっている。つまり、超音波顕微鏡１は、スキャナ本体２の試料接触部材１６の外表面を試料１８（例えば、インビボの生体組織）に接触させて検査する携帯型の顕微鏡である。なお本実施形態では、超音波振動子１２が照射する超音波としては、例えば、中心周波数が８０ＭＨｚであり、帯域幅が５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）である。
【００２３】
電歪アクチュエータ１３は、圧電材料を用いて細長い長方形状の板状に形成されたユニモルフ型のアクチュエータ（屈曲変位型アクチュエータ）であり、長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのサイズを有する。そして、超音波振動子１２の後端面の中央部分に電歪アクチュエータ１３の先端が固定され、電歪アクチュエータ１３の基端が支持具１４に支持されている。なお、本実施の形態では、電歪アクチュエータ１３の表面に、耐水性を高めるための絶縁皮膜が形成されている。超音波振動子１２は、歪みが生じていない状態での電歪アクチュエータ１３の長手方向を向くように配置されている。またこの状態では、超音波振動子１２の中心線に重なるように電歪アクチュエータ１３が配置される。
【００２４】
また、図１及び図３に示されるように、筐体１１の内周面には、２つのラインマーカ１５が設けられている。各ラインマーカ１５は、スキャナ本体２の先端部（試料接触部材１６）から可視光のレーザをライン状に照射する照射手段であり、筐体１１の内周面において９０度の角度間隔となる位置にそれぞれ配置されている。そして、超音波振動子１２は、各ラインマーカ１５から照射されるライン状のレーザの交差点と超音波の照射点とが一致するように配置されている（図４参照）。
【００２５】
図１に示されるように、支持具１４は筐体１１内の基端側に収納されており、この支持具１４には配線基板１９が設けられている。配線基板１９には、電歪アクチュエータ１３を駆動制御するための走査制御回路２０、ラインマーカ１５を点灯させる駆動回路２１、超音波を送受信するための信号処理回路２２、電気信号の入出力を行うためのＩ／Ｆ回路２３などが設けられている（図２参照）。
【００２６】
Ｉ／Ｆ回路２３としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路２３として、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。
【００２７】
図２に示されるように、走査制御回路２０は、電歪アクチュエータ１３に接続されており、電歪アクチュエータ１３を変位させるための電圧信号を出力する。この電圧信号によって電歪アクチュエータ１３が屈曲され、超音波振動子１２が移動される（図５参照）。この結果、試料接触部材１６の外表面（試料１８の表面）に沿って超音波の照射点がリニア走査される。なお、超音波の走査範囲は、例えば２．４ｍｍの幅である。
【００２８】
駆動回路２１は、ラインマーカ１５に接続されており、超音波の走査時にラインマーカ１５を点灯させ、ライン状のレーザを各ラインマーカ１５から出力させる。
【００２９】
信号処理回路２２は、送信回路２４、送受波分離回路２５、受信回路２６、Ａ／Ｄ変換回路２８を備える。
【００３０】
送信回路２４は、超音波振動子１２を駆動させるためのパルスを発生させる回路であり、トリガ回路２４ａとパルス発生回路２４ｂとを備える。送信回路２４において、トリガ回路２４ａは、制御ユニット３から出力される制御信号をＩ／Ｆ回路２３を介して取り込み、その制御信号に基づいてトリガ信号を生成する。パルス発生回路２４ｂは、そのトリガ信号に応答して励起パルスを生成する。その励起パルスが送受波分離回路２５を介して超音波振動子１２に供給されて超音波振動子１２から超音波が照射される。
【００３１】
本実施の形態の超音波振動子１２は、送受波兼用の振動子であり、試料１８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は送受波分離回路２５を介して受信回路２６に供給される。受信回路２６は、反射波の信号を増幅して出力する。反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２８に供給された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介して制御ユニット３に転送される。そして、制御ユニット３において、試料１８の反射波信号が抽出される。
【００３２】
制御ユニット３は、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６を備え、それらはバス３７を介して相互に接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、電歪アクチュエータ１３によるリニア走査を制御するためのプログラムや試料１８の超音波像を生成して表示するためのプログラムなどを含む。
【００３４】
Ｉ／Ｆ回路３２は、スキャナ本体２との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、スキャナ本体２に制御信号（走査制御回路２０や送信回路２４への制御信号）を出力したり、スキャナ本体２からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路２８からＩ／Ｆ回路２３を介して転送されるデータ）を入力したりする。
【００３５】
表示装置３６は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、試料１８の超音波像や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置３５は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
【００３６】
記憶装置３４は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。ＣＰＵ３１は、入力装置３５による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置３４からメモリ３３へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ３１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置３４にインストールして利用する。
【００３７】
図５には、本実施の形態に用いられるユニモルフ型の電歪アクチュエータ１３の具体例を示している。図５（ａ）は屈曲前の電歪アクチュエータ１３を示し、図５（ｂ）は屈曲後の電歪アクチュエータ１３を示している。図５に示されるように、電歪アクチュエータ１３は、第１面４１及び第２面４２を有する板状基材４３を備える。板状基材４３の第１面４１において中央部よりも先端側（図５では下側）の領域に圧電材４４が設けられ、第２面４２において中央部よりも基端側（図５では上側）の領域に圧電材４４が設けられている。つまり、電歪アクチュエータ１３では、先端側の領域と基端側の領域とで同じ変位を持つ構造を逆相に配設している。
【００３８】
図５（ｂ）に示されるように、電歪アクチュエータ１３は、超音波振動子１２が接続される先端側の屈曲方向と基端側の屈曲方向とが逆方向となっている。このように電歪アクチュエータ１３を構成することにより、電歪アクチュエータ１３の先端部の方向が屈曲前と屈曲後とで同じ方向を向くことになる。なお、図５（ｂ）の場合では、電歪アクチュエータ１３の各電極に所定電圧を印加することで、超音波の照射方向Ｚと直交する方向Ｘ（図５では左方向）に超音波振動子１２が移動される。また、図示しないが、図５（ｂ）の場合とは逆の電圧を電歪アクチュエータ１３の各電極に印加することで、図５の右方向に超音波振動子１２が移動される。
【００３９】
因みに、単純屈曲の電歪アクチュエータ、すなわち図１１に示すような従来のバイモルフアクチュエータ５０を用いる場合、アクチュエータ５０が屈曲することでその先端部の角度が変化してしまう。この場合、走査時において超音波の照射方向Ｚを一定に保つことは困難となる。これに対して、図５の電歪アクチュエータ１３を用いることにより、走査時において超音波の照射方向Ｚを一定に保つことが可能となる。
【００４０】
また、電歪アクチュエータ１３の屈曲前と屈曲後とでは上下方向の変位（照射方向の位置ズレ）が若干生じることとなるが、焦点型超音波振動子１２から照射される超音波は、図６に示すように焦点を結ぶ。つまり、超音波のビーム幅が狭くなる焦点領域Ｒ１は、超音波Ｓｏの照射方向Ｚにある程度の幅を有している。従って、本実地の形態では、電歪アクチュエータ１３の変位よりも焦点領域Ｒ１の幅が広い超音波振動子１２を用いている。この超音波振動子１２を用いることにより、電歪アクチュエータ１３の屈曲によって焦点型超音波振動子１２がＺ方向に変位したとしても、試料１８の表面に超音波Ｓｏの焦点が合うようになっている。
【００４１】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４２】
（１）本実施の形態の超音波顕微鏡１では、超音波の走査手段として、板状に形成された屈曲変位型の電歪アクチュエータ１３を用いている。そして、駆動時には、電歪アクチュエータ１３における先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の超音波の照射方向Ｚが平行となるよう超音波振動子１２の位置を移動させることで、超音波の走査が行われる。このように構成すると、超音波の照射方向Ｚが常に一定の方向（試料１８表面と直交する方向）を向くように超音波振動子１２を駆動することができる。さらに、電歪アクチュエータ１３の先端に超音波振動子１２が固定されているので、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。また、電歪アクチュエータ１３としてユニモルフ型のアクチュエータが用いられているので、走査手段の簡素化が可能となる。このため、スキャナ本体２の軽量化や小型化を図ることができ、携帯型の超音波顕微鏡１を実現することが可能となる。また、スキャナ本体２は、全体としてペン状を呈しているので、スキャナ本体２を手で持って容易に操作することができ、スキャナ本体２の先端部を直接患部に当てて患部の検査を迅速に行うことができる。
【００４３】
（２）本実施の形態の超音波顕微鏡１では、ラインマーカ１５を備え、そのラインマーカ１５により、超音波の走査位置を示す可視光がスキャナ本体２の先端部から出力される。この可視光によって超音波の走査位置を容易に確認することができるため、試料１８における所望の部位に超音波を迅速に走査させることができる。
【００４４】
（３）本実施の形態の超音波顕微鏡１では、スキャナ本体２の先端部に試料接触部材１６が着脱可能に装着されているので、異なる試料１８を検査する度に試料接触部材１６を交換することができる。この場合、新品の試料接触部材１６や殺菌洗浄後の試料接触部材１６に交換することにより、スキャナ本体２を清潔に保つことができ、実用上好ましいものとなる。
【００４５】
（４）本実施の形態では、スキャナ本体２内に収納された配線基板１９に、電歪アクチュエータ１３を駆動制御するための走査制御回路２０、ラインマーカ１５を点灯させる駆動回路２１、超音波を送受信するための信号処理回路２２などが設けられているので、携帯型の超音波顕微鏡１を実現する上で好ましい構成となる。
【００４６】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００４７】
・上記実施の形態では、１枚の電歪アクチュエータ１３で超音波振動子１２を移動させるものであったが、これに限定されるものではなく、２枚以上の電歪アクチュエータ１３にて超音波振動子１２を移動させるように構成してもよい。図７には、２枚の電歪アクチュエータ１３にて超音波振動子１２を移動させる走査手段の具体例を示している。図７において、超音波振動子１２を移動させるために同じ形状・大きさの２枚の電歪アクチュエータ１３が用いられ、各電歪アクチュエータ１３が互いに平行かつ隙間をもって配置されている。そして、超音波の走査時には、各電歪アクチュエータ１３が同一方向に同時に屈曲される。なお、各電歪アクチュエータ１３の先端同士は接近していてもよいが、図７に示すように離間していてもよい。このように超音波の走査手段を構成すると、超音波振動子１２の向きを一定に保ちつつ超音波振動子１２を確実に移動させることができる。
【００４８】
・上記実施の形態の電歪アクチュエータ１３は、板状基材４３の第１面４１（図５では左側の面）において中央部よりも先端側の領域に圧電材４４が設けられ、第２面４２（図５では右側の面）において中央部よりも基端側の領域に圧電材４４が設けられていたが、これに限定されるものではない。図５の電歪アクチュエータ１３において、板状基材４３の左右を逆にした面をそれぞれ第１面４１及び第２面４２とし、右側の第１面４１において中央部よりも先端側の領域に圧電材４４を設け、左側の第２面４２において中央部よりも基端側の領域に圧電材４４を設けてもよい。
【００４９】
・上記実施の形態では、電歪アクチュエータ１３の先端に超音波振動子１２を固定し、電歪アクチュエータ１３の基端側を支持具１４に固定する構成としたが、図８のような構成を採用してもよい。具体的には、２枚の電歪アクチュエータ１３を用い、各電歪アクチュエータ１３の一端を連結部材４６で接続する。そして、一方の電歪アクチュエータ１３の他端（基端）を支持具１４に固定し、他方の電歪アクチュエータ１３の他端（先端）に超音波振動子１２を固定する。このように構成すると、電歪アクチュエータ１３の屈曲前と屈曲後とで上下方向の変位をキャンセルすることができ、超音波の焦点のズレを確実に防止することができる。
【００５０】
・上記実施の形態の超音波顕微鏡１では、超音波を一次元的にリニア走査するものであったが、これに限定されるものではなく、二次元的に走査する構成としてもよい。具体的には、図９に示す走査手段のように、電歪アクチュエータ１３による駆動部分を２段構造として、１段目の電歪アクチュエータ１３の屈曲方向と２段目の電歪アクチュエータ１３の屈曲方向とが直交するように設ける。なお、図９に示す走査手段では、１段目及び２段目の各段において電歪アクチュエータ１３を１枚ずつ設けているが、各段にて複数枚の電歪アクチュエータ１３を設けてもよい。このようにすれば、１段目の電歪アクチュエータ１３と２段目の電歪アクチュエータ１３との屈曲の組み合わせによって超音波振動子１２を二次元的に移動させることが可能となる。
【００５１】
・上記実施の形態では、ユニモルフ型の電歪アクチュエータ１３を用いたが、バイモルフ型の電歪アクチュエータなどの他の電歪アクチュエータを用いてもよい。図１０には、そのバイモルフ型の電歪アクチュエータ１３Ａの具体例を示している。図１０に示されるように、電歪アクチュエータ１３Ａは、第１面４１及び第２面４２を有する板状基材４３を備え、第１面４１及び第２面４２には２枚ずつ圧電材４４ａ，４４ｂが貼り付けられている。詳しくは、板状基材４３の第１面４１において、中央部よりも基端側の領域及び先端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材４４ａ，４４ｂが設けられている。また、板状基材４３の第２面４２において、中央部よりも基端側の領域及び先端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材４４ｂ，４４ａが設けられている。そして、電歪アクチュエータ１３Ａでは、対角にある圧電材４４ａ及び対角にある圧電材４４ｂについて逆相の屈曲方向となるよう電歪アクチュエータ１３Ａの各電極に電圧が印加される。この電歪アクチュエータ１３Ａを用いても、超音波の照射方向が平行となるよう超音波振動子１２の位置を移動させることができる。また、バイモルフ型の電歪アクチュエータ１３Ａを用いれば、ユニモルフ型の電歪アクチュエータ１３と比較して、超音波振動子１２を確実に移動させることができ、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。
【００５２】
・上記実施の形態では、筐体１１の内周面にラインマーカ１５を固定していたが、超音波振動子１２側にラインマーカ１５を固定してもよい。
【００５３】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５４】
（１）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記屈曲変位型の電歪アクチュエータを支持可能な支持体を備えるとともに、１枚の前記屈曲変位型の電歪アクチュエータの基端を前記支持体に支持させるとともに、前記電歪アクチュエータの先端を前記超音波振動子の後端面の中央部に固定したことを特徴とする記載の超音波顕微鏡。
【００５５】
（２）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記屈曲変位型の電歪アクチュエータを複数枚支持可能な支持体を備えるとともに、複数枚の前記屈曲変位型の電歪アクチュエータの基端を前記支持体に支持させるとともに、各電歪アクチュエータを互いに平行に配置し、かつ、各電歪アクチュエータの先端に前記超音波振動子を固定したことを特徴とする記載の超音波顕微鏡。
【００５６】
（３）技術的思想（２）において、前記走査手段は、前記超音波の走査時に、前記各屈曲変位型の電歪アクチュエータを同一方向に同時に屈曲させることを特徴とする超音波顕微鏡。
【００５７】
（４）技術的思想（２）において、一対の前記屈曲変位型の電歪アクチュエータの先端部に前記超音波振動子の両端が固定されたことを特徴とする超音波顕微鏡。
【００５８】
（５）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記スキャナ本体は、全体としてペン状を呈することを特徴とする超音波顕微鏡。
【００５９】
（６）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記超音波振動子に対して信号の送受信を行う信号処理手段が前記スキャナ本体の基端部側に収納されていることを特徴とする超音波顕微鏡。
【００６０】
（７）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記スキャナ本体の先端部が着脱可能に構成されていることを特徴とする超音波顕微鏡。
【００６１】
（８）請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記試料はインビボの生体組織であり、その生体組織に前記スキャナ本体の先端部表面を直接接触させて使用することを特徴とする超音波顕微鏡。
【符号の説明】
【００６２】
１…超音波顕微鏡
２…スキャナ本体
１２…焦点型超音波振動子
１３…走査手段を構成する電歪アクチュエータ
１４…支持体としての支持具
１５…可視光照射手段としてのラインマーカ
４１…第１面
４２…第２面
４３…板状基材
４４，４４ａ，４４ｂ…圧電材
Ｗ１…超音波伝達媒体
Ｚ…照射方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に超音波伝達媒体が収容可能なスキャナ本体と、
前記スキャナ本体の先端部に配置され、試料にて焦点を結ぶように前記超音波伝達媒体を介して超音波を照射するとともに、前記試料からの反射波を受信して電気信号に変換する焦点型超音波振動子と、
前記スキャナ本体の内部に配置され、超音波の照射点を前記試料の表面に沿って移動させる走査手段と
を備え、前記超音波振動子で受信した超音波の反射波信号に基づいて、前記試料の超音波像を表示する超音波顕微鏡であって、
前記走査手段は、板状に形成されその先端に前記超音波振動子を固定した屈曲変位型の電歪アクチュエータを含んで構成され、駆動時には、前記電歪アクチュエータにおける先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の前記超音波の照射方向が平行となるよう前記超音波振動子の位置を移動させることを特徴とする超音波顕微鏡。
【請求項２】
前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域に圧電材が設けられ、前記第２面において中央部よりも基端側の領域に圧電材が設けられたユニモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の超音波顕微鏡。
【請求項３】
前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられるとともに、前記第２面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられたバイモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の超音波顕微鏡。
【請求項４】
前記超音波の走査位置を示す可視光を前記スキャナ本体の先端部から出力する可視光照射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１】
先端部に超音波伝達媒体が収容可能なスキャナ本体と、
前記スキャナ本体の先端部に配置され、試料にて焦点を結ぶように前記超音波伝達媒体を介して超音波を照射するとともに、前記試料からの反射波を受信して電気信号に変換する焦点型超音波振動子と、
前記スキャナ本体の内部に配置され、超音波の照射点を前記試料の表面に沿って移動させる走査手段と
を備え、前記超音波振動子で受信した超音波の反射波信号に基づいて、前記試料の超音波像を表示する超音波顕微鏡であって、
前記走査手段は、板状に形成されその先端に前記超音波振動子を固定した屈曲変位型の電歪アクチュエータを含んで構成され、駆動時には、前記電歪アクチュエータにおける先端側の領域と基端側の領域とを逆方向に屈曲させ、その時々の前記超音波の照射方向が平行となるよう前記超音波振動子の位置を移動させることを特徴とする超音波顕微鏡。
【請求項２】
前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域に圧電材が設けられ、前記第２面において中央部よりも基端側の領域に圧電材が設けられたユニモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の超音波顕微鏡。
【請求項３】
前記電歪アクチュエータは、第１面及び第２面を有する板状基材を備え、前記第１面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられるとともに、前記第２面において中央部よりも先端側の領域及び基端側の領域に屈曲方向が異なる圧電材が設けられたバイモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の超音波顕微鏡。
【請求項４】
前記超音波の走査位置を示す可視光を前記スキャナ本体の先端部から出力する可視光照射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１９５２（Ｐ２０１２−２１９５２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６２０３４（Ｐ２０１０−１６２０３４）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、文部科学省、地域科学技術振興事業委託事業「先進予防型健康社会創生クラスター構想（時空を超えたユビキタスな健康管理環境技術の確立）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５１０１９７６４５）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、文部科学省、地域科学技術振興事業委託事業「先進予防型健康社会創生クラスター構想（時空を超えたユビキタスな健康管理環境技術の確立）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５１０１９７６４５）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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