WO2007055057A1 - 音波誘起電磁波による物体の特性測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

　被測定物体（２３）に音波を照射して誘起される電磁波から物体中の荷電粒子の特性値等の変化を測定する方法及び装置であって、音波集束ビーム（１）が照射される被測定物体の部分（２）では、正の荷電粒子（３）が多い電荷分布状態であるので、正の荷電粒子（３）及び負の荷電粒子（４）が誘起する電磁波は完全に打ち消し合わず正味の電磁波（６）が誘起される。正の荷電粒子（３）及び／又は負の荷電粒子（４）の濃度が変化すると、電磁波（６）の強度が変化するので、電磁波（６）の強度変化から荷電粒子の濃度変化を知ることができる。

Description

明 細 書

音波誘起電磁波による物体の特性測定方法及び装置

技術分野

[0001] この発明は、音波振動によって電磁波を放射し得る、人体も含めたあらゆる対象物 に対して適用可能な音波誘起電磁波による物体の特性測定方法及び装置に関し、 特に、この方法を用いた脳の活動部位の測定方法に関する。

背景技術

[0002] 人間の精神活動と脳の働きとの関係を解明するために、また、脳の病気治療にお V、て病変部分を特定するために、脳の神経活動部位を特定することが行われて 、る 。神経細胞 (ニューロン）は神経活動の際に、イオン濃度を制御して電荷分布を形成 し、電荷分布によって形成される電位、すなわち、活動電位の伝播を通じて情報伝 達を行っている (非特許文献 1参照)。従って、神経活動の部位を特定できる最も直 接的な情報源は活動電位、より根本的には-ユーロンが形成する電荷分布である。

[0003] 神経系の活動電位測定は、通常、体内に電極を直接挿入する方法が取られるが、 人体、特にその中でも脳組織においてはこの方法が採用できず、人体外から人体を 傷つけることなく活動部位を特定する、非侵襲計測法を用いることが必要である。 現在、神経活動の非侵襲計測法としては、 PET (Positron Emission Tomogra phy;非特許文献 2参照）、 fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging； 非特許文献 3参照）、近赤外光トポグラフィ (非特許文献 4参照）、また、脳磁計 (非特 許文献 5参照）が主に実用化されて!/ヽる。

[0004] し力しながら、 PET、 fMRI及び近赤外光トポグラフィとも、活動部位近傍の代謝量 、すなわち、血液中の血流量あるいは酸素量の変化力 ニューロンの活動を間接的 に検知しており、直接-ユーロンに生じる電気信号を測定しているわけではない。そ の結果として、活動部位の位置分解能、時間分解能は、人間の精神活動と脳の働き との関係を解明するうえでも、病気治療に役立てるうえでも、十分なものではない。ま た、これらの装置は、ポジトロンを生成するためのサイクロトロン加速機、或いは、核磁 気共鳴を生じさせるための高磁場発生装置等を必要とし、装置コストが極めて高 、。 上記脳磁計は、細胞内電流が誘起する微弱磁場を検出して 、るので時間分解能 は高ぐ上記の装置に比べて直接的に-ユーロン活動を検知する方式である。し力 ながら、磁場分布をもとに位置を推定しているので、間接的な位置推定法であり、位 置分解能が十分ではない。とくに、複数の部位が同時に活動している場合はその特 定が難しくなる。また、深部力もの情報や表面の法線方向に向力 電流の検出が困 難であるという課題がある。

[0005] 物質の特性として、磁気特性が挙げられる。磁性体の磁化に関しては、例えば、非 特許文献 8において、強磁性体薄膜へのフェムト秒のレーザー光の照射によりコヒー レントな THz帯の放射が観測されることが報告されている。

[0006] 非特許文献 1 :松村 道一 著 「脳科学への招待 (神経回路の秘密を解き明かす)」 サイエンス社 2003年 7月 10日初版第 3刷発行 pp55— 65

非特許文献 2 : M. I. Posner and M. E. Raichele著 (養老猛司、加藤雅子、笠 井清登 訳）：「脳を観る 認知神経科学が明かす心の謎」日経サイエンス社 2002 年 6月 25日第 3刷発行

非特許文献 3 : P. Jezzard, P. M. Matthews, S. M. Smith編集「Functional Mri :An Introductionと MethodsJ Oxford Univ. Pr (Sd) ;ISBN : 01985277 3X; (2003/06)

非特許文献 4 :松村 道一 著 「脳科学への招待 (神経回路の秘密を解き明かす)」 サイエンス社 2003年 7月 10日初版第 3刷発行 pl73

非特許文献 5 :松村 道一 著 「脳科学への招待 (神経回路の秘密を解き明かす)」 サイエンス社 2003年 7月 10日初版第 3刷発行 ppl68— 169

非特干文献 6： http： z / www. rofuku. go. jp/hanasi/ eswl. htm

特許文献 7 : http : //www. edap— hifu. com/

非特許文献 8 : E. Beaurepaire 他 5名、 Appl. Phys. Lett. , Vol. 84, No. 18, pp. 3465 - 3467, 3May 2004

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 特定の精神活動に力かわる脳の活動部位を非侵襲に特定することは、人間の精神 活動と脳の働きとの関係を解明するうえで極めて有力な手段であり、また、脳の病気 の治療において、脳の特定の部位の活動が正常であるか異常であるかを判定するこ とは、脳の病気の治療において極めて重要である。

し力しながら、上記説明から理解されるように、血液中の代謝量の変化を検知して 間接的に活動部位を検知する従来方法も、ニューロンの興奮に伴う細胞内電流が誘 起する微弱磁場を検知する従来方法も、位置分解能が十分でなぐ活動部位を必要 十分に特定できず、且つ、装置コストが極めて高いという課題がある。

[0008] 上記課題に鑑み本発明は、物体に音波を照射して誘起される電磁波力 物体中の 荷電粒子の特性値の変化を測定する方法、即ち、音波誘起電磁波による物体の特 性測定方法とその装置を提供し、特に、この方法を適用した、ニューロン活動の最も 直接的な量である-ユーロンの電荷分布を検出し、高 ヽ位置分解能で脳の活動部位 を特定できる、脳の活動部位の測定方法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

[0009] 物体は、ミクロに見れば必ず、正電荷を有する粒子と負電荷を有する粒子とを含み 、全体として中性である。例えば、 Si結晶は正電荷を有する Siコアとその回りを回る 負電荷を有する電子とで構成され、全体として中性である。イオン結晶は陽イオンと 負イオンとで構成され、全体として中性である。コロイド溶液は、正又は負の電荷を持 つコロイド粒子と、コロイドを取り囲みコロイド粒子と反対符号の電荷を有するイオンや 分子とを含み、全体として中性である。また、生体の生体液は、 Naや K等の陽イオン と C1等の負イオンとを含み、全体として中性である。

[0010] 物体の音波が照射される部分を構成する粒子はその音波周波数で調和振動し、荷 電粒子はその電荷の調和振動に基づいて、その音波周波数の電磁波を発生する。 従って、音波が照射される部分の荷電粒子の濃度が変化すれば、電磁波の強度が 変化する。ところで、物体は全体として中性であるから、正の荷電粒子が存在すれば 、それと同数の負の荷電粒子が存在し、正の荷電粒子と負の荷電粒子の発生する電 磁波は位相が π異なるので互いに打ち消し合い、物体から電磁波は放射されないと 考えられがちである力 そのような場合はまれであり、たとえ、音波が照射される物体 の部分に、正と負の荷電粒子が同じ濃度で存在する場合であっても、正と負の荷電 粒子の、質量、サイズ、形状、荷電数又は荷電粒子を取り囲む媒体との相互作用力 、すなわち、荷電粒子の特性値が異なれば、調和振動の振幅が異なるため、正と負 の荷電粒子の発生する電磁波は強度が異なり、互いに完全に打ち消されずに物体 の外部に放出される。

従って、物体の音波が照射される部分力 放射される電磁波の強度が変化したと すれば、荷電粒子の濃度、質量、サイズ、形状、荷電数又は荷電粒子を取り囲む媒 体との相互作用力の何れか、或いはこれらの複数の特性値が変化したことになり、逆 に、電磁波強度の変化から、上記荷電粒子の特性値の変化を測定できることになる 。また、この変化がどの特性値の変化に基づくかは、音波が照射される物体に関する 他の情報をもとに絞り込むことができる。例えば、質量、サイズ、形状、荷電数又は荷 電粒子を取り囲む媒体との相互作用力の変化があり得ない状態であるとすれば、電 磁波強度の変化は、音波が照射される物体の部分の荷電粒子濃度の変化に結びつ けることができる。

[0011] 特に、ニューロンにおいては、その活動の際に、細胞壁の Naイオンのチャネルが開 き、細胞外力も Naイオンが濃度勾配に基づいて細胞内に拡散して Naイオン力もなる 電荷分布を形成するので、この部分に音波を集束して電磁波強度を測定すれば、二 ユーロンの活動に伴って電磁波強度が大きく変化し、ニューロンの活動を直接検知 できる。同様に、生体の筋組織が活動する際には、その部分に Caイオン力も成る電 荷分布が形成されるので、この部分に音波を集束して電磁波強度を測定すれば、筋 組織の活動部位を直接検知できる。

[0012] 本発明は上記原理に基づくものであり、以下に詳細に説明する。

本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法は、被測定物体に音波を照 射し、被測定物体から発生する電磁波を測定し、電磁波の強度、位相及び周波数特 性の何れか又はこれらの組み合わせから、被測定物体の電気特性、磁気特性又は 電磁気'機械特性の何れかを測定することを特徴とする。

上記構成において、被測定物体の電気特性は、好ましくは、電場、誘電率、電場又 は誘電率の空間勾配、被測定物体の有する荷電粒子における濃度、質量、寸法、 形状、荷電数、荷電粒子を囲む媒体との相互作用の何れか、又はこれらの複数の特 性値の変化である。被測定物体の磁気特性は、好ましくは、被測定物体の電子スピ ン又は核スピンに起因した磁化、又は被測定物体の電子スピン又は核スピンに起因 した音響磁気共鳴である。被測定物体の電磁気'機械特性は、好ましくは、被測定物 体の圧電特性又は磁歪特性である。

本発明の物体の特性測定方法によれば、被測定物体の音波照射部分に含まれる 、荷電粒子の特性値の変化、すなわち、荷電粒子の濃度、質量、サイズ、形状、荷電 数又は荷電粒子を取り囲む媒体との相互作用力の何れか、或いはこれらの複数の 変化が生じた場合に、この物体カゝら放射される電磁波の強度、位相及び周波数特性 の何れかが変化するので、これらの特性値の何れかが変化したことを検知し、被測定 物体の電気特性、磁気特性又は電磁気'機械特性の何れかを測定することができる 。例えば、荷電粒子の濃度以外に変化する可能性がない場合には、電磁波強度の 変化を荷電粒子の濃度変化に結びつけることができる。また、荷電粒子を取り囲む媒 体との相互作用力以外に変化する可能性がない場合には、電磁波強度の変化を荷 電粒子の電子分極率、或いは、陽イオン分極率の変化に結びつけることができる。さ らに、被測定物体の磁気特性として、電子スピン又は核スピンに起因した磁化、又は 、電子スピン又は核スピンに起因した音響磁気共鳴の測定を行なうことができ、被測 定物体の電磁気'機械特性として、被測定物体の圧電特性又は磁歪特性の測定も 可能である。

[0013] 物体に照射する音波がパルスであり、音波パルスの照射後に検出される電磁波の 強度の時間依存性を測定することにより、被測定物体の有する荷電粒子の特性値の 音波励起による緩和特性を測定することができる。

[0014] 音波は一定周波数の狭帯域音波又は一定周波数の狭帯域音波パルスであり、電 磁波の測定は、被測定物体から放射される電磁波を、音波の周波数を参照信号とし てへテロダイン検波又は位相検波し、電磁波の信号を高感度に測定すれば好ましく

、この場合には他の周波数成分をもつ外部ノイズを排除でき、極めて小さい電磁波 強度の変化でも検出することができる。

[0015] 物体に照射する一定周波数の狭帯域音波はパルスであってもよぐ電磁波の測定 は、被測定物体の部分から放射される電磁波を、音波の周波数を参照信号としてへ テロダイン検波又は位相検波し、さらに、ノ ルスの発生周波数を参照信号として位相 検波すれば好ましぐこの場合には他の周波数成分をもつ外部ノイズをさらに排除で き、極めて小さい電磁波強度の変化でも検出することができる。

[0016] 好ましくは、位相検波の位相情報から、電磁波の信号の起源が被測定物体の有す る、正の荷電粒子によるものか又は負の荷電粒子によるものかを判定する。位相検 波を用いれば、位相検波の位相情報から、電磁波の信号の起源が正の荷電粒子に よるものか又は負の荷電粒子によるものかを判定できる。

[0017] 音波のパルスの発生源と物体との間の距離を、音波のパルスがこの距離を伝搬す る時間を音波のパルスの継続時間よりも長くなるように選択する力、又は、音波のパ ルスの継続時間を、上記伝搬する時間よりも短くすれば、音波のパルスの発生源の 発生する電磁波ノイズから、電磁波の信号を時間的に分離して測定することができ、 極めて小さい電磁波強度の変化でも検出できる。

[0018] 物体への音波の照射は複数の音波源からの音波を物体の所望の微小部分へ集束 することで行い、この微小部分で誘起される電磁波を、物体を取り囲むアンテナ又は コイルを用いて測定すれば好ましい。この場合には、物体の任意の部分への音波の 集束、及び任意の方向からの音波の集束が可能になり、また、物体の任意の位置か ら、及び任意の方向に放射する電磁波を測定できるようになると共に、電磁波の放射 方位分布を測定することができる。物体に音波を照射した場合、その物体に含まれる 荷電粒子の弾性率の異方性により、音波振動方向に垂直な方向と異なる方向に電 磁波が放射される場合があり、放射方位分布を測定することによって、その荷電粒子 の種類や、特性値の変化を特定できる。

[0019] 音波の集束を物体の 2次元面又は 3次元体積に亘つて走査し、各走査位置で誘起 される電磁波の強度を、物体を取り囲むアンテナ又はコイルを用いて測定し、走査位 置と測定した電磁波の強度とを対応させて、荷電粒子の特性値の変化の 2次元又は 3次元分布を測定すれば好まし ヽ。

[0020] 音波は、複数の周波数成分から成る広帯域超短波パルスであれば好ましぐ生体 の脳や筋組織中において、周波数の高い音波は早く減衰し、周波数の低い音波が 深部まで到達することから、測定する電磁波の周波数力 電磁波の発生位置の深さ 方向の情報を得ることができる。例えば、上記の音波を集束した部分内の深さ方向の 位置情報の精度を高めることができる。

[0021] 物体が生体の脳を代表とする神経組織であれば、ニューロンの活動に伴って電荷 分布が形成され、又、物体が生体の筋組織であれば筋組織の活動に伴って電荷分 布が形成され、この電荷分布に伴って電磁波強度が大きくなるので、音波の集束を 脳または筋組織の 2次元面又は 3次元体積に亘つて走査し、各走査位置で誘起され る電磁波の強度を、脳又は筋組織を取り囲むアンテナ又はコイルを用いて測定し、 走査位置と測定した電磁波の強度とを対応させれば神経組織又は筋組織の活動部 位の 2次元又は 3次元マップが作成できる。

[0022] また、上記の方法は、物体が生体である場合に限らず、コロイド溶液、液晶、固体 電解質、イオン結晶、半導体、誘電体、金属、磁性体、磁性流体の何れかまたはこれ らの複合材料、又は上記材料カゝらなる構造物または機能デバイス中における荷電粒 子の特性値に関連した現象の解明に役立てることができる。

[0023] 本発明による音波誘起電磁波による物体の特性測定装置は、少なくとも、電波暗 室と、電波暗室内に配置される被測定物体を保持する保持台と、物体に近接又は接 触して配置される音波発生器と、音波発生器の発生する音波又は音波パルスが照 射される部分から発生する電磁波を受信するアンテナ又はコイルと、音波発生器を 駆動 *制御し、アンテナ又はコイルの受信した電磁波を検出、演算する制御'測定- 演算部とを有することを特徴とする。

[0024] 音波発生器は複数の音波発生器力 成り、この複数の音波発生器が発生する音 波パルスの相互の位相を制御 ·測定 ·演算部で制御して、被測定物体の所望の位置 に音波パルスを集束し、被測定物体の 2次元面又は 3次元堆積に亘つて音波の集束 位置を走査すれば好まし ヽ。

[0025] 音波発生器は曲面の法線が一点に集束する凹曲面に固定された複数の音波発生 器力 成っていてもよぐこの場合、制御 '測定'演算部は複数の音波発生器を同時 に駆動して音波パルスを発生すると共に、複数の音波発生器が凹曲面に固定された 音波発生器を、被測定物体の回りに機械的に走査して、被測定物体の 2次元面又は 3次元堆積に亘つて音波の集束位置を走査すれば好ましい。 [0026] 制御 ·測定 ·演算部は、アンテナ又はコイルの受信した電磁波を、音波の周波数又 は音波パルスのパルス周波数でヘテロダイン検波又は位相検波する手段を有すれ ば好ましい。この場合には他の周波数成分をもつ外部ノイズをさらに排除でき、極め て小さい電磁波強度の変化でも検出することができる。

[0027] 上記検波手段で検波した電磁波信号をさらに、音波パルスのパルス周波数でロッ クイン検出する手段を有すれば好ましい。この場合には、他の周波数成分をもつ外 部ノイズをさらに排除でき、極めて小さい電磁波強度の変化でも検出することができ る。

[0028] 制御 ·測定 ·演算部が、音波発生器力も広帯域超短波パルスを発生させると共に、 アンテナ又はコイルの受信した電磁波の周波数を測定する手段を有すれば好ましい 。この場合、例えば音波を集束した部分内の深さ方向の位置情報の精度を高めるこ とがでさる。

[0029] 電磁波の周波数を測定する手段は、制御 ·測定 ·演算部に設けたバンドパスフィル ターであれば好ましい。

[0030] 電磁波の周波数を測定する手段は、制御 ·測定 ·演算部に設けたバンドパスフィル ターとロックインアンプであってもよい。この場合には、他の周波数成分をもつ外部ノ ィズをさらに排除でき、極めて電磁波強度が小さくても周波数を測定できる。

[0031] 電磁波の周波数を測定する手段が、制御 ·測定 ·演算部に設けたスペクトラムアナ ライザ一であってもよい。この場合には、スペクトラムアナライザーが電磁波をフーリエ 変換するので電磁波の周波数成分毎の強度を知ることができ、最大強度の周波数 成分力 電磁波の周波数を測定できる。

発明の効果

[0032] 本発明の方法及び装置によれば、被測定物体に音波を照射し、被測定物体から発 生する電磁波を測定し、電磁波の強度、位相及び周波数特性の何れか又はこれら の組み合わせから、被測定物体の電気特性、磁気特性又は電磁気'機械特性の何 れかを測定することができる。被測定物体の電気特性としては、電場、誘電率、電場 又は誘電率の空間勾配、被測定物体の有する荷電粒子における濃度、質量、寸法 、形状、荷電数、荷電粒子を囲む媒体との相互作用の何れか又はこれらの複数の特 性値の変化などを測定することができる。被測定物体の磁気特性としては、被測定物 体の電子スピン又は核スピンに起因した磁化、又は、被測定物体の電子スピン又は 核スピンに起因した音響磁気共鳴を測定することができる。被測定物体の電磁気'機 械特性としては、被測定物体の圧電特性又は磁歪特性を測定することができる。従 つて、生体、コロイド溶液、液晶、固体電解質、イオン結晶、半導体、誘電体、金属、 磁性体、磁性流体の何れかまたはこれらの複合材料、又は、上記材料からなる構造 物または機能デバイスにおけるこれらの特性値の変化が関連した現象の解明に有用 である。特に、脳の活動部位の特定に用いれば、極めて高い位置分解能で脳の活 動部位を特定することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]物体の部分に音波を照射して誘起される電磁波の様子を示す図である。

[図 2]本発明の音波誘起電磁波による物体の荷電粒子の特性測定装置の構成を示 す図である。

[図 3]音波魏束する方法を示す図である。

[図 4]音波魏束する他の方法を示す図である。

[図 5]本発明の第 1の測定方法に用いる制御 ·測定 '演算部の構成を示すブロック図 である。

[図 6]本発明の荷電粒子の特性値の経時変化特性の測定方法を示す図である。

[図 7]本発明の第 2の測定方法に用いる制御 ·測定 '演算部の構成を示すブロック図 である。

[図 8]本発明の第 3の測定方法に用いる制御 ·測定 '演算部の構成を示すブロック図 である。

[図 9]本発明の第 4の測定方法に用いる制御 ·測定 ·演算部の構成を示すブロック図 である。

[図 10]本発明の第 5の測定方法に用いる制御 ·測定 ·演算部の構成を示すブロック図 で、（a)は装置の構成を、 (b)はパルス発生器が発生するゲートパルス及び音波発生 用パルスの発生タイミング、音波発生器で発生する音波の発生タイミング及び物体中 で誘起される電磁波の発生タイミングを示す。 [図 11]本発明の広帯域音波パルスを使用する場合の電磁波発生源の電荷極性の判 定に用いる制御 ·測定 ·演算部の構成を示すブロック図である。

[図 12]本発明の広帯域音波パルスを使用する場合の電磁波発生源の電荷極性の判 定に用いる他の制御 ·測定 ·演算部の構成を示すブロック図である。

[図 13]実施例 1の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置の構成を模式的に示 す図であり、それぞれ、（a)は特性測定装置の構成を、（b)は超音波プローブの変形 例を、（c)は超音波の波形を示している。

[図 14]実施例 3において、被測定物体である半導体の GaAs結晶からの音響誘起電 磁波の検出波形図で、（a)は超音波波形、（b)は実施例 1の特性測定装置で得られ た波形、（c)は実施例 2の特性測定装置で得られた波形を示している。

[図 15]被測定物体の音響誘起電磁波の検出波形図で、それぞれ、（a)は Si結晶、 (b

)及び (c)は結晶配置の異なる GaAs結晶の波形を示して 、る。

[図 16]音響誘起電磁波の検出波形図で、それぞれ、（a)は実施例 4のブタの骨の硬 組織、 (b)は実施例 5の木材、（c)は実施例 6のポリプロピレン、 (d)は実施例 7のアル ミニゥムからの信号である。

[図 17]実施例 9のフェライト磁石力ゝらの音響誘起電磁波の検出波形を示す図である。 符号の説明

1 :音波集束ビーム

2 :音波集束部分

3 :正の荷電粒子

4 :負の荷電粒子

5 :音波の振動方向

6 :音波によって誘起される電磁波

21：音波誘起電磁波による物体の特性測定装置

22 :電波暗室

23 :被測定物体

23a :音波集束部分

24 :保持台 25:音波発生器

26:音波

27:電磁波

28：アンテナ（アレイ型アンテナ又はアレイ型コイル） 28a:要素アンテナ

29, 30, 50, 52, 60, 65, 75, 76:制御，測定'演算部

31 発振器

31a:RF信号

3 lb:パルス信号

32:ゲートスィッチ

33:パルス発生器

34:増幅器

35:小信号増幅器

36:ミキサー

37:位相調整器

38:増幅器

39:ローパスフィルター

40：デジタルオシロスコープ

41:ノ ソコン

42, 62， 68, 78:信号線

43：音波励起による電磁波の時間緩和波形

51, 61, 77:ロックインアンプ

54:広帯域音波パルス

55, 57:バンドパスフィルター

66:ゲートノ レス

67：スペクトラムアナライザー

69:音波発生用パルス

発明を実施するための最良の形態 [0035] 以下、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

初めに、物体の音波を照射する部分に誘起される電磁波を説明する。 図 1は、被測定物体の部分に音波を照射して誘起される電磁波の様子を示す図で ある。図 1において、音波集束ビーム 1は、被測定物体の部分 2に集束している様子 を示しており、〇で囲んだ +及び一はそれぞれ正の荷電粒子 3及び負の荷電粒子 4 を示している。また、物体の部分 2では、正の荷電粒子 3と負の荷電粒子 4の濃度の ノ ランスが崩れ、正の荷電粒子 3が多い電荷分布状態を示している。また、矢印 5は 音波集束ビーム 1の音波振動方向を示しており、矢印 6は、正の荷電粒子 3及び負の 荷電粒子 4の音波による振動に伴って発生する、矢印 5に垂直な方向に伝搬する電 磁波を示している。

[0036] 図 1に示すように、音波集束ビーム 1の照射によって、正の荷電粒子 3及び負の荷 電粒子 4は、音波の振動方向 5に音波の振動数で振動するが、正の荷電粒子 3及び 負の荷電粒子 4の振動は電荷が振動することになるので、振動方向 5に垂直な方向 に伝搬する電磁波 6が誘起される。ところで、正電荷と負電荷が同一の振動をするこ とによって発生する電磁波は互いに位相が πだけずれているので、打ち消し合い、 電磁波は誘起されない。し力しながら、物体の部分 2では、正の荷電粒子 3が多い電 荷分布状態であるので、完全に打ち消し合うことができず、正味の電磁波 6が誘起さ れる。

従って、音波によって誘起される電磁波を観測し、電磁波の強度変化が観測され れば、電荷分布に変化が生じたこと、即ち、正の荷電粒子 3又は負の荷電粒子 4の 濃度に変化が生じたか、或いはその両方の濃度が変化したことがわかる。即ち、音波 によって誘起される電磁波の測定から、物体中の荷電粒子の特性値、この場合には その濃度の変化を測定できる。

[0037] ところで、図 1は、音波によって誘起される電磁波の測定から、荷電粒子の濃度変 化を測定する例を示したが、測定できる荷電粒子の特性値の変化としては、濃度だ けでなぐ質量、サイズ、形状、荷電数又は荷電粒子を取り囲む媒体との相互作用力 の変化が可能であり、以下に説明する。

荷電粒子の位置座標を X、荷電粒子の質量を Μ、荷電粒子が周囲の媒体カゝら音波 振動に基づく力を受ける実効断面積を S、音波振動の圧力を p、音波振動の周波数 を V、時間を tとすると、荷電粒子の運動方程式は次式（1)で近似される。

[数 1]

この方程式の解は、次式（2)で表される。

[数 2]

荷電粒子の振動振幅 Αは、次式 (3)で表される。

[数 3]

( 3 )

(2πν)²Μ 上記式（3)から、荷電粒子の振幅 Αは、荷電粒子の質量によって変化することがわ かる。また、荷電粒子のサイズ、形状が変化すれば、荷電粒子が周囲の媒体力 音 波振動による力を受ける実効断面積 Sが変化するので、サイズ、形状が変化しても、 荷電粒子の振幅 Aが変化することがわかる。また、荷電粒子を取り囲む媒体との相互 作用力の変化は、近似的に質量 Mの変化になるから、相互作用力が変化しても、荷 電粒子の振幅 Aが変化することがわかる。

荷電粒子の電荷を eとすると、荷電粒子の振動は、電荷 eの調和振動 P = eAsin2 π v tで表され、振動 Pから単位時間当たりに放射される電磁波の放射パワー I (t)は ε を真空誘電率、 cを光速として、次式 (4)で表される。

0

[数 4]

1

6πε₀ο'

時間平均を取ると、次式（5)で表される。

[数 5] レ ²

上記式 (5)から、振幅 Aが変化すれば電磁波の放射パワーが変化することがわか る。従って、音波によって誘起される電磁波の測定から、質量、サイズ、形状、荷電数 又は荷電粒子を取り囲む媒体との相互作用力の変化も測定できることがわかる。例 えば、被測定物体の状態に関する他の知識や、或いは、他の何らかの手段による知 識から、濃度、質量、サイズ、形状及び荷電数の変化が起こり得ない状態であれば、 測定した電磁波の強度変化は、荷電粒子を取り囲む媒体との相互作用力の変化に 結びつけることができ、例えば、電子分極率或いは陽イオン分極率の変化に結びつ けることができる。

本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法においては、被測定物体の 電気特性として、電場、誘電率、電場又は誘電率の空間勾配を測定することができる 被測定物体 23の有する電荷密度を pとすると、 pと電場等の関係は下記 (6)式の ポワッソンの方程式 (ガウスの法則）で表わされる。

[数 6] p = VD = eE = e E + £ VE ( 6 ) ここで、 D, ε及び Εはそれぞれ電束密度、誘電率、電場である。

音波誘起電磁波は電荷密度の時間変化（ 3 p / d t)によって引き起こされるので 、電磁波の強度から、電荷密度、すなわち電束密度勾配の情報を取得することがで きる。さらに、電場が空間的に一定と推定される場合は、 p =▽ ε ·Εであるから誘電 率の空間勾配を得ることができる。誘導率が一定と推定される場合は、同様に電場勾 配の情報を取得できる。言い換えると、ミクロには被測定物体の有する電荷による電 荷振動によって電磁波放射が発生するわけである。マクロに見ると、電束密度、ある いは、誘導率や電場が時間変化して電磁波が放射されると考えられる。このため、本 発明の方法により、生体の機能、例えば脳機能を測定し、解析する場合に関しても、 音波誘起電磁波は体内イオン分布の時間変化が根本原因であり、イオンスケールに 比べてマクロな音波集束域を考えると、神経活動に起因した電束密度や電場勾配の 変化を測定する方法と見なすことができる。

[0039] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法においては、被測定物体の 磁気特性として、電子スピン又は核スピンに起因した磁ィ匕を次のようして測定すること ができる。電気分極と同様に、磁ィ匕が時間変化しても電磁波放射が生じる。 Maxwel 1方程式によると、放射電場は磁化の時間に対する 2回微分に比例する（非特許文献 8参照)。従って、電磁波強度や位相から、磁ィ匕の大きさや方向を測定することが可 能である。

[0040] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法においては、被測定物体の 磁気特性として、電子スピン又は核スピンに起因した音響磁気共鳴を、次のようして 測定することができる。ある特定の共鳴周波数で、音波が効率よく吸収され、電子ス ピン又は核スピンの方向が変化することから、その周波数において電磁波強度や位 相が大きく変化することが期待される。情報としては、共鳴周波数を確定することがで きる。あとは、通常の ESR (電子スピン共鳴)や NMR (核磁気共鳴）と同様に、音波の 周波数を走査すれば、スペクトルが得られ、電子スピンや核スピンの情報を取得でき る。また、電子スピンや核スピンの緩和時間が測定できる。

[0041] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法においては、被測定物体の 電磁気 ·磁気特性として、圧電特性又は磁歪特性を次のようして測定することができ る。反転対象性のないイオン結晶は原理的に歪によって、電気分極が生じる。従って 、音波誘起電磁波の強度力も分極の大きさを得ることができる。音波を走査すれば、 被測定物体の圧電特性を画像化することができる。さらに、音波伝播方向と電磁波 放射分布から、圧電テンソルを、被測定物体に電極を設けずに非接触で測定するこ とができる。生体の骨や筋肉など多くの生体分子結晶は圧電特性をもっているので、 非浸襲にこれらの特性を測定することができる。特に、骨に関しては、超音波を照射 することにより骨折が早く直るという治療があり、骨の圧電特性に関する研究について は関心が高ぐ本発明の方法及び装置によれば、生体試料の圧電特性に好適に使 用することができる。

[0042] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法においては、被測定物体の 電磁気'磁気特性として、磁歪特性を次のようして測定することができる。磁歪とは、 結晶歪により電子軌道が変化し、軌道'スピン相互作用を通じて電子スピン磁ィ匕に変 化が加わる現象をいう。または、結晶歪により、結晶場分裂に変化が生じ、これが電 子状態を変化させ、電子スピン磁ィ匕の大きさを変化させることもある。これらの時間変 化が電磁波を発生させると考えられる。従って、音波誘起電磁波の強度から磁化の 大きさや軌道'スピン相互作用、結晶歪と電子軌道変化の敏感さ、あるいは、結晶場 分裂と歪の敏感さ、又は結晶場分裂と電子スピン状態の関係を決定することができる

。音波伝播方向と放射強度からは、被測定物体に電極を設けずに、非接触で磁歪テ ンソルを測定することができる。磁歪特性の画像化も圧電特性と同様に可能である。

[0043] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法によれば、被測定物体に音 波を照射し、この被測定物体力 発生する電磁波を測定し、電磁波の強度、位相及 び周波数特性の何れか又はこれらの組み合わせから、被測定物体の電気特性、磁 気特性又は電磁気'機械特性の何れ力を測定することができる。従って、被測定物 体の電気特性としては、電場、誘電率、電場又は誘電率の空間勾配、被測定物体の 有する荷電粒子における濃度、質量、寸法、形状、荷電数、荷電粒子を囲む媒体と の相互作用の何れか又はこれらの複数の特性値の変化を測定することができる。被 測定物体の磁気特性としては、被測定物体の電子スピン又は核スピンに起因した磁 ィ匕、又は、被測定物体の電子スピン又は核スピンに起因した音響磁気共鳴を測定す ることができる。被測定物体の電磁気'機械特性としては、被測定物体の圧電特性又 は磁歪特性を測定することができる。

[0044] 次に、本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置を説明する。

図 2は、本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置の構成を示す図で ある。この図を用いて、音波誘起電磁波による物体の有する荷電粒子に基づく特性 測定装置の構成と動作を説明する。

本発明の測定装置 21は、電波暗室 22と、電波暗室 22内に配置された被測定物体 23を保持する保持台 24と、物体 23に近接又は接触して配置される音波発生器 25と 、音波発生器 25の発生する音波 26が集束する部分 23aから発生する電磁波 27を 受信するアンテナ 28と、音波発生器 25を駆動 '制御し、且つ、アンテナ 28の要素ァ ンテナ 28aの何れか又は複数が受信した電磁波信号 27を測定、演算する制御'測 定'演算部 29とから構成される。

ここで、被測定物体 23から放射される電磁波は、その近接場 (near field)又は近 接場ではない非近接場、即ち遠接場 (far field)の電磁波測定により測定することが できる。後述するが、被測定物体 23から放射される電磁波の近接場などの磁場を S QUIDで測定してもよい。アンテナ 28としては、電磁波を検出できるものであればそ の種類は問わない。例えば、ループ型アンテナやアレイ型アンテナなどの各種アン テナや、ループ型やアレイ型のコイル力もなるアンテナを使用することができる。

[0045] 本発明の測定装置 21を動作させるには、保持台 24に被測定物体 23を配置し、音 波発生器 25から音波を発生させ、音波が集束する部分 23aから放射される電磁波 2 7をアレイ型アンテナ又はアレイ型コイル 28の要素アンテナ 28aの何れか又は複数 で受信し、受信した電磁波 27を、制御 '測定'演算部 29で測定する。また、音波が集 束する部分 23aを物体内で走査し、各走査位置毎に電磁波 27を測定し、物体の 2次 元面又は 3次元体積に亘る電磁波の強度分布を測定する。

なお、図 2において、アレイ型アンテナ 28を構成する要素アンテナ 28aが円周上に 配列して示されている力 この表示はアレイ型アンテナ 28の断面を示したものであり 、要素アンテナ 28aは物体 23を囲んで 4 πラジアン方向に均等な密度で配置されて おり、物体の任意の部分力 誘起される電磁波、また、任意の方向力 音波 ^^束し た場合に誘起される電磁波を受信できるようにして 、る。

[0046] 次に、被測定物体の所望の位置に音波を集束する方法及びこれに用いる装置に ついて説明する。

図 3は音波を集束する方法を示す図である。この方法はフェーズドアレイ法と呼ば れており、圧電素子 25を 1列に配列したアレイの個々の圧電素子 25が発生する音波 パルス 26同士を図に示すように中心の音波パルス 26を遅相し、周辺の音波パルス 2 6ほど進相することによって、平面上の所望の位置に音波パルス^^束できる。図に おいては圧電素子 25を 1列に配列したアレイを示している力 アレイを複数段積み重 ねて、個々の圧電素子 25の発生する音波パルス 26の位相を適切にずらすことによ つて被測定物体の 3次元体積に亘つて、所望の位置に集束することができる。 [0047] 図 4は音波を集束する他の方法及びこれに用いる装置を示す図である。この方法 は音響レンズ法と呼ばれており、曲面の各点の法線が一つの焦点に集束する曲面 形状を有した凹曲面上に圧電素子 25を複数配列し、複数の圧電素子 25から同時に 音波パルス 26を発生し、凹曲面が定める焦点に向けて個々の音波パルスを伝搬さ せること〖こよって集束することができる。音波レンズを被測定物体の回りに機械的に 走査することによって、被測定物体の 3次元体積に亘る所望の位置に音波パルスを 集束することができる。上記二つの方法を組み合わせることも可能である。

[0048] 次に、本発明の測定方法及び装置を具体的に説明する。

初めに、本発明の第 1の測定方法及び装置を説明する。

図 5は、本発明の第 1の測定方法に用いる制御 ·測定 ·演算部の構成を示すブロッ ク図である。図を用いて、制御 ·測定'演算部の構成と動作を説明する。図は、照射 する音波が一定周波数の狭帯域パルスである場合の構成を示している。図 5におい て、制御 ·測定 ·演算部 30は、 RF発振器 31と、 RF発振器 31から出力する RF信号 3 laを所定のパルス信号 3 lbに整形するゲートスィッチ 32と、ゲートスィッチ 32の開閉 を制御するパルス発生器 33と、ゲートスィッチ 32を出力したパルス信号 31bを増幅 する増幅器 34を有し、増幅器 34を出力したパルス信号 31bは音波発生器 25に入力 され、音波発生器 25は音波パルス 26を発生する。

また、アレイ型アンテナ 28に接続され、アレイ型アンテナ 28で受信した電磁波を増 幅する小信号増幅器 35と、小信号増幅器 35で増幅した電磁波を RF発振器 31の発 信周波数 Vで位相検波するミキサー 36と、 RF発振器 31の発信周波数信号 Vの位 相を制御して供給しミキサー 36を制御する位相調整器 37と、ミキサー 36を通過した 電磁波信号を増幅する増幅器 38と、増幅器 38で増幅された電磁波信号のうち、所 定の周波数以下の成分のみを通過するローパスフィルター 39と、ローパスフィルター 39を通過した電磁波信号の強度をパルス発生器 33のパルス発生タイミングに同期 して測定するデジタルオシロスコープ 40を有している。なお、 33aはパルス発生器 33 とデジタルオシロスコープ 40とを同期させるための信号線である。

また、パソコン 41を有し、パソコン 41には、 RF発振器 31、パルス発生器 33、及び デジタルオシロスコープ 40が接続され、パソコン 41を介して、 RF信号 31aの制御、 パルス信号 3 lbの制御及びデジタルオシロスコープ 40で測定した電磁波信号の取 得とデジタルオシロスコープ 40の測定制御を行う。

[0049] なお、上記説明では、位相検波を音波の周波数で行う場合を示して!/ヽるが、音波 のパルス周波数で行っても良ぐこの場合には、位相調整器 37をパルス発生器 33に 接続し、ノ ルス発生器 33の発信周波数を参照信号とすることができる。

図には音波発生器一つだけを駆動する制御装置の構成を示しているが、上記に説 明したように物体の所望の部分に音波ノ ルスを集束し、集束位置を走査する場合に は、図の音波発生器を複数有し、複数の音波発生器を制御して駆動するための図の 駆動装置を複数有している。位相検波を用いると、他の周波数成分をもつ外部ノイズ を排除できるので、極めて小さい電磁波強度の変化でも検出することができる。また、 位相検波の場合には、位相調整器 37で参照信号の位相を変化させて測定し、電磁 波の位相と参照信号の位相が揃ったときの測定値の正、負によって、測定している電 磁波が、正の荷電粒子の振動に基づくもの力、負の荷電粒子の振動に基づくものか を判定することができる。

[0050] また、音波発生器 25と物体 23の音波パルスが照射される部分との間の距離 dを選 択し、音波パルスが距離 dを伝搬する時間を音波パルスの継続時間よりも長くなるよう に選択するか、又は、音波のパルスの継続時間を上記伝搬時間よりも短くすることに より、音波発生器 25が音波ノ ルスを発生する際に生ずる電磁波ノイズから、音波によ つて誘起され物体から放射される電磁波信号を時間的に分離して測定することがで きる。この場合、図 6に示すように、音波ノ ルス 26の照射後に検出される電磁波強度 43の経時変化を測定することにより、物体に含まれる荷電粒子の特性値の変化の時 間依存性を測定することができ、例えば荷電粒子の特性値の音波励起による緩和時 間を測定することができる。

[0051] 次に、本発明の第 2の測定方法及び装置を説明する。

図 7は、本発明の第 2の測定方法に用いる制御 ·測定 ·演算部の構成を示すブロッ ク図である。制御 ·測定 ·演算部 50は、図 1の構成におけるローパスフィルター 39とデ ジタルオシロスコープ 40との間にロックインアンプ 51を有することのみが異なる。ロッ クインアンプ 51は、ローパスフィルター 39を通過した電磁波信号を、パルス発生器 3 3の発信周波数 を参照信号としてロックイン検出する。 42はパルス発生器 33の発 信周波数 μをロックインアンプ 51に供給する信号線である。

この方法によれば、音波の周波数 Vと音波パルスのパルス周期 μの両方で位相検 波するので、他の周波数成分をもつ外部ノイズをさらに排除でき、極めて小さい電磁 波強度の変化でも検出することができる。

ここで、ロックインアンプは位相検波用のゲートスィッチと狭帯域増幅器とから成り、 位相検波法と同じ測定原理に基づいて測定するものであるが、位相検波の参照周波 数が低 、場合、ゲートスィッチと狭帯域増幅器とからなるセットがロックインアンプとし て市販されており、通常、参照周波数が低い位相検波をロックイン検出と言い慣らさ れて ヽるので、位相検波の参照周波数が低!、場合にロックインアンプ及びロックイン 検出なる言葉を用いる。

次に、本発明の第 3の測定方法及び装置を説明する。

生体の脳や筋組織中においては、周波数の高い音波は早く減衰し、周波数の低い 音波が深部まで到達する。従って、音波によって誘起される電磁波の周波数を測定 すれば、その電磁波の発生源が深部なの力、浅部なのかがわかる。本発明の第 3の 方法は、上記現象を利用したものであり、測定する電磁波の周波数からその電磁波 の発生源が深部なのか、浅部なのかを判定することにより、音波集束部分内の深さ 方向の位置分解能を高めることができる。

図 8は、本発明の第 3の測定方法に用いる制御 ·測定 ·演算部の構成を示すブロッ ク図である。制御 ·測定 ·演算部 52は、図 1の構成における RF発振器 31を有せず、 パルス発生器 33から発生する単一ノ ルス 53を音波発生器 25に印加する構成であ る。音波発生器 25は、例えば圧電素子であり、圧電素子に単一のパルス 53を印加 すると、圧電素子が自由振動し、振動エネルギーが散逸して零になるまで振動する。 この圧電素子の自由振動による音波パルス 54は、図 1の狭帯域音波パルス 31bと較 ベると、周波数が広い範囲に亘つて分布しており、広帯域音波パルスである。

また、図に示すように制御，測定'演算部 52の測定部分は、小信号増幅器 35で増 幅した電磁波信号の特定の周波数成分を通過する第 1のバンドパスフィルター 55と 、第 1のバンドパスフィルター 55を透過した周波数成分を増幅する狭帯域増幅器 38 と、狭帯域増幅器 38で増幅した周波数成分の特定の周波数成分を通過する第 2の バンドパスフィルター 57と、第 2のバンドパスフィルター 57を通過した周波数成分を 積算して電磁波強度を測定するデジタルオシロスコープ 40とからなる。

[0053] 制御.測定.演算部 52を用いて測定するには、第 1のバンドパスフィルター 55で通 過する電磁波信号の周波数成分を大まかに選択し、第 2のバンドパスフィルター 57 で通過する電磁波信号の周波数成分を細かに選択し、選択した周波数成分の電磁 波信号の強度を測定し、最大強度を示す周波数から電磁波の周波数を特定する。こ の特定した周波数から音波集束部分内の深さ方向の位置を特定する。

この方法によれば、生体の脳や筋組織中において、周波数の高い音波は早く減衰 し、周波数の低い音波が深部まで到達するから、測定した電磁波の周波数力 音波 集束部分内の深さ方向の位置を知ることができる。

[0054] 次に、本発明の第 4の測定方法及び装置を説明する。

図 9は、本発明の第 4の測定方法に用いる制御.測定.演算部 60の構成を示すプロ ック図である。制御 ·測定 ·演算部 60は、図 8の構成と較べて測定部力 第 2のバンド パスフィルター 57とデジタルオシロスコープ 40との間に、パルス発生器 33のパルス 発生タイミングを参照周波数とするロックインアンプ 61を有することのみが異なる。 62 はパルス発生器 33のパルス発生タイミングを参照周波数としてロックインアンプ 61に 供給する信号線である。

第 3の方法においては、電磁波強度の測定を、デジタルオシロスコープによる電磁 波信号の積算によって行うが、この方法は、ロックインアンプ 61によって外部ノイズを 排除した電磁波信号の積算によって行うので、他の周波数成分をもつ外部ノイズを 排除でき、第 3の方法に較べて、さらに小さい電磁波強度の変化も検出することがで きる。

[0055] 次に、本発明の第 5の測定方法及び装置を説明する。

図 10は、本発明の第 5の測定方法に用いる制御.測定.演算部の構成を示すプロ ック図であり、（a)は装置の構成を、（b)はパルス発生器 33が発生するゲートパルス 6 6及び音波発生用パルス 69の発生タイミング、音波発生器 25で発生する音波 54の 発生タイミング及び物体中で誘起される電磁波 27の発生タイミングを示す。 図 10 (a)に示すように、制御，測定，演算部 65の測定部は、受信した電磁波 27を 増幅する小信号増幅器 35と、小信号増幅器 35で増幅した電磁波信号を、パルス発 生器 33が発生するゲートパルス 66の継続時間の間だけ通過させるゲートスィッチ 32 と、ゲートスィッチ 32を通過した電磁波信号を、周波数信号で表示するスペクトラムァ ナライザ一 67とからなる。スペクトラムアナライザー 67は、周波数成分毎の強度を検 出し、記憶する機能を有している。このスペクトラムアナライザー 67の機能は、制御' 測定 ·演算部 65に備えた演算処理部において、フーリエ変換する演算処理により求 めることができる。 68はゲートパルス 66をゲートスィッチ 32に供給するための信号線 であり、 33bはパルス発生器とスペクトラムアナライザー 67を同期させるための信号 線である。

図 10 (b)の上段のグラフに示すように、パルス発生器 33は、音波発生用のパルス 6 9と、音波発生用のパルス 69のパルス間隔 Tの間にゲートパルス 66を発生させる。下 段のグラフは、音波発生用のノ ルス 69により音波発生器 25から発生する音波ノ ルス 54の発生タイミングと、音波パルス 54が物体 23に到達し誘起される電磁波 27の発 生タイミングを示している。図に示すように、ゲートパルス 66と電磁波 27の発生タイミ ングは一致させており、スペクトラムアナライザー 67に取り込まれる信号は、電磁波 2 7が誘起されている時間帯の信号のみとなり、この時間帯以外の外部ノイズを排除で き、極めて小さい電磁波強度の変化でも検出することができる。

次に、広帯域音波パルスを使用する場合にぉ ヽて、電磁波発生源の電荷極性を 判定する方法及び装置を説明する。

図 11は、本発明の広帯域音波パルスを使用する場合の電磁波発生源の電荷極性 の判定に用いる制御 ·測定 ·演算部 75の構成を示すブロック図である。制御 ·測定- 演算部 75の測定部は、受信した電磁波を増幅する小信号増幅器 35と、小信号増幅 器 35で増幅した電磁波を RF発振器 31の発信周波数 Vで位相検波するミキサー 36 と、 RF発振器 31の発信周波数信号 Vの位相を制御して供給しミキサー 36の動作を 制御する位相調整器 37と、ミキサー 36を通過した電磁波信号を増幅する増幅器 38 と、増幅器 38で増幅された電磁波信号のうち、所定の周波数以下の成分のみを通 過するローパスフィルター 39と、ローパスフィルター 39を通過した電磁波信号の強度 を測定するデジタルオシロスコープ 40を有している。

これにより、位相調整器 37で参照信号の位相を変化させて測定し、電磁波の位相 と参照信号の位相が揃ったときの測定値の正、負によって、測定している電磁波が、 正の荷電粒子の振動に基づくもの力、負の荷電粒子の振動に基づくものかを判定で きる。

[0057] 図 12は、本発明の広帯域音波パルスを使用する場合の電磁波発生源の電荷極性 の判定に用いる他の制御 ·測定 ·演算部 76の構成を示すブロック図である。制御 ·測 定'演算部 76の測定部は、図 11の構成と較べて、ローパスフィルター 39とデジタル オシロスコープ 40との間に、パルス発生器 33の発信周波数を参照信号とするロック インアンプ 77を有することのみ異なる。 78はパルス発生器 33の発信周波数をロック インアンプ 77に供給する信号線である。この方法によれば、図 11の構成と較べて、 他の周波数成分をもつ外部ノイズを排除できるので、電磁波強度が極めて小さ 、場 合であっても、電荷極性の判定ができる。

[0058] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置においては、被測定物体 23 力 の電磁波の内、磁場の測定を SQUID (超伝導量子干渉素子）を用いて測定し てもよい。 SQUIDは、超伝導体力もなるリング内に 1つ又は 2つのジョセフソン接合を 有する素子である。ジョセフソン接合が 1つの場合は rf— SQUID、ジョセフソン接合 力 つの場合は dc— SQUIDと、それぞれ呼ばれている。 SQUIDは、超伝導の量子 化現象を応用した超高感度磁気センサであり、従来の磁気センサに比べて 100倍以 上の感度を省しており地磁気の 5, 000万分の 1以下という微弱電場も検出すること が可能である。

[0059] 上記の帘 U御 '柳』定 '演算咅 30, 50, 52, 60, 65, 75, 76は、コンピュータと、 ディスプレイ装置と、記憶装置などを備えて構成することができる。コンピュータにより 、音波誘起電磁波の時系列信号の所定の時間を、高速フーリエ変換 (FFT)のアル ゴリズムによりフーリエ変換すれば、計算時間の短縮ができる。このフーリエスぺタト ルを得る手段は、コンピュータによらな!/、専用の DSP (デジタルシグナルプロセッサ） や FFT装置でも良い。また、電磁波の増幅や復調等の信号処理に関しては、個別の 回路部品や電磁波の周波数を測定する手段を種々示したが、受信機用の集積回路 や DSPを使用して構成することができる。

[0060] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法においては、被測定物体の 電磁気 ·磁気特性として、磁歪特性を次のようして測定することができる。

磁歪とは、結晶歪により電子軌道が変化し、軌道'スピン相互作用を通じて電子ス ピン磁ィ匕に変化が加わる現象をいう。または、結晶歪により、結晶場分裂に変化が生 じ、これが電子状態を変化させ、電子スピン磁ィ匕の大きさを変化させることもある。こ れらの時間変化が電磁波を発生させると考えられる。従って、音波誘起電磁波の強 度力も磁ィ匕の大きさや軌道'スピン相互作用、又は結晶歪と電子軌道変化の敏感さ、 あるいは、結晶場分裂と歪の敏感さ、又は結晶場分裂と電子スピン状態の関係を決 定することができる。音波伝播方向と放射強度からは、被測定物体に電極を設けず に、非接触で磁歪テンソルを測定することができる。磁歪特性の画像化も圧電特性と 同様に可能である。

[0061] 本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法によれば、被測定物体に音 波を照射し、この被測定物体力 発生する電磁波を測定し、電磁波の強度、位相及 び周波数特性の何れか又はこれらの組み合わせから、被測定物体の電気特性、磁 気特性又は電磁気'機械特性の何れ力を測定することができる。

従って、被測定物体の電気特性としては、電場、誘電率、電場又は誘電率の空間 勾配、被測定物体の有する荷電粒子における濃度、質量、寸法、形状、荷電数、荷 電粒子を囲む媒体との相互作用の何れ力、又はこれらの複数の特性値の変化を測 定することができる。被測定物体の磁気特性としては、被測定物体の電子スピン又は 核スピンに起因した磁化、又は、被測定物体の電子スピン又は核スピンに起因した 音響磁気共鳴を測定することができる。被測定物体の電磁気'機械特性としては、被 測定物体の圧電特性又は磁歪特性を測定することができる。

[0062] 次に、本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法及び装置を脳の活動 部位の特定に使用する場合について、補足して説明する。

現在医療用に使用される圧電素子の周波数は、 3. 5MHz, 5MHz、 7. 5MHz、 1 OMHz及び 30MHzである。音波の人体内速度を 1600mZ秒とすると 7. 5MHzの 音波の波長が 213 mとなり、この周波数の音波を人体に用いれば、人体の約 213 /z mの領域に音波を集束できることになる。従って、人間の脳の活動部位の特定に、 周波数 7. 5MHzの音波を使用して本発明の方法を用いれば、 213 /z mの分解能で 脳の活動部位の特定ができる。人体以外の目的で 100MHz以上の高周波音波を用

Vヽれば 10 μ m以下の分解能も可能である。

音波の集束は図 3及び図 4に示した方法で実際に医療分野で用いられており、例 えば、体外衝撃波胆石破砕法 (非特許文献 6参照)や癌治療に用いられる高濃度焦 点式音波治療法 (非特許文献 7参照)と 、つた切開手術を要しな!/、最新の治療技術 に用いられている。脳の場合には、音波が頭蓋骨を透過しにくいので、頭蓋骨用の 音響整合層を介して頭蓋骨に音波を照射することが好まし 、。上記の脳の活動部位 の特定においては、本発明の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置を用いて 測定し、脳に関する音波誘起電磁波を別途記録し、その記録された測定データの解 析をコンピュータで行なうことができる。

実施例 1

以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。

図 13は、実施例 1の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置の構成を模式的 に示す図であり、それぞれ、（a)は特性測定装置の構成を、（b)は超音波プローブの 変形例を、（c)は超音波の波形を示している。

図 13 (a)に示すように、実施例の測定装置 21は、電波暗室 22と、電波暗室 22内 に配置された被測定物体 23を保持する保持台と、被測定物体 23に近接又は接触し て配置される音波発生器と、音波発生器 25の発生する音波 26が集束する部分 23a から発生する電磁波を受信するループアンテナ 28と、音波発生器を駆動 ·制御し、 且つ、ループアンテナ 28が受信した電磁波信号 27を測定、演算する図示しない制 御 '測定'演算部 29とから構成されている。音波発生器 25は、パルサー（Panametri cs社、モデル 5077PR)と、このパルサーにより駆動されるポリフッ化ビ-リデン力 な る超音波振動子により構成されている。パルサーは、ノルス幅 50nsの矩形波を、繰 り返し周波数 100〜500Hzで発生した（図 13 (c)参照)。超音波振動子と被測定物 体 23との距離は、 50〜70mmであり、媒体としては水を用いた。水中での音速は 15 OOmZsであるので、上記距離の場合には、超音波により被測定物体 23から発生し た電磁波は 33から 47 s毎に発生することになる。広帯域の水中マイクロフォンによ る測定で、超音波は被測定物体 23の位置において、直径 2mmの領域に集束してい ることが分かった。

ループアンテナ 28の出力側には、同調用の 2個の可変容量コンデンサが接続され ており、同軸ケーブル等の線路を介して小信号増幅器に入力される。図示の場合に は、小信号増幅器は、 46dBの電圧利得を有する第 1の小信号増幅器、ローパスフィ ルター、減衰器、 46dBの電圧利得を有する第 2の小信号増幅器、減衰器、ダイォー ドリミッタ一、 55dBの電圧利得を有する第 3の小信号増幅器の順に接続されて 、る。 第 3の小信号増幅器の出力がデジタルオシロスコープに入力されている。

実施例 2

[0064] 第 3の小信号増幅器の出力がヘテロダイン検波される以外は、実施例 1と同様にし て、実施例 2の荷電粒子の特性測定装置を製作した。ミキサーとしては、ダブルバラ ンスドミキサーを用いた。

実施例 3

[0065] 被測定物体 23として、半導体の GaAs結晶を用い、実施例 1又は実施例 2の荷電 粒子の特性測定装置により音響誘起電磁波の検出を行なった。

図 14は、実施例 3において、被測定物体 23である半導体の GaAs結晶からの音響 誘起電磁波の検出波形を示す図であり、（a)は超音波波形、（b)は実施例 1の特性 測定装置で得られた波形、 (c)は実施例 2の特性測定装置で得られた波形を示して いる。図 14において、横軸は時間 s)を、縦軸は信号強度 (任意目盛)を示してい る。用いた GaAsは厚さが 350 /z mのノンドープ結晶であり、 [110]軸を入射する超 音波の波数ベクトル kの向きに合わせた。 GaAsは、圧電係数が下記式（7)で表わさ れる材料である。

[数 7]

j GaAs = 2.7 pCIN ( 7 ) 従って、 GaAsの縦波の音響モード（Longitudinal Acousticmode)の波数べク トルが圧電軸く 110 >に平行な場合には、電磁波を発生すると予測される。 図 14 (a)は通常の超音波エコー信号を示しており、約 9. 25MHzの高周波パルの 励起 (0 s)に対して、 88 s遅れて超音波エコーが生じることが分かる。

図 14 (b)から明らかなように、 GaAsから発生した電磁波の信号は、上記周期の半 分の sにおいて、つまり、超音波が GaAsに照射された瞬間に生じていることが 分かる。この測定は、図 13に示した実施例 1の荷電粒子の特性測定装置を用いて行 ない、実施例 1の小信号増幅器の増幅度を 82dBとし、デジタルオシロスコープの積 算は 200パルス（1秒）とした。 GaAsから得られた電磁波のピーク間信号強度 (Vp— ρ)は 68 μ Vであった。

図 14 (c)から明らかなように、 GaAsから発生した電磁波の信号は、上記周期の半 分の sにおいて、超音波が GaAsに照射された瞬間に生じていることが分かる。 この測定は、図 13に示した実施例 2のへテロダイン検波を用いた特性測定装置によ り行なったもので、図 14 (c)で示した場合よりも明瞭な電磁波信号が得られた。

[0066] 図 15は、被測定物体 23の音響誘起電磁波の検出波形を示す図で、それぞれ、 (a )が Si結晶、（b)及び (c)が結晶配置の異なる GaAs結晶の波形を示している。図 15 (a)〜 (c)にお 、て、横軸は時間（ μ s)を示し、縦軸は信号強度 (任意目盛)を示して いる。

図 15 (a)は被測定物体が Siの場合であるが信号が検出されないことが分かる。これ は、 Siが単元素から半導体であるので、圧電特性を示さないことに起因している。 図 15 (b)及び 15 (c)は、それぞれ、超音波の波数ベクトルを GaAs結晶の（100)面 及び（110)面に平行となるように配置した場合であり、 GaAs結晶が超音波により励 起されるように配置された場合において、高周波信号が検出できることが分かる（図 1 5 (c)参照)。

[0067] 図 15の挿入図は、図 15 (c)の GaAs結晶から発生した電磁波信号を、時間軸領域 力 周波数領域の信号へ変換した波形であり、具体的にはスペクトラムアナライザー で検出した図である。図 15の挿入図において、横軸は周波数 (MHz)を、縦軸は信 号強度 (任意目盛)を示して 、る。

図 15の挿入図から明らかなように、 7. 60MHzの高周波信号が観測された。この 高周波信号は、 GaAsの超音波の共振振動波形から発生しており、その Q (Quality Factor,電圧上昇比とも言う）は約 10であった。周波数 7. 60MHzは、 GaAs中の 音波の伝播速度である 4730mZsを考慮すると、 GaAsの厚さ 350 mに対応する 1 Z2波長の機械共振に基づくものと推定される。

実施例 4

実施例 4として、ブタの肋骨からの音響誘起電磁波の検出を行なった。骨は、主成 分が 70%の水酸ィ匕アパタイトと 20%の配向したコラーゲン力もなる繊維とから構成さ れている。この内、配向したコラーゲン力もなる繊維の圧電係数は下記式 (8)で表わ されることが知られている。

[数 8] bone

d 0.1 pC/N ( 8 ) 被測定物体 23としての骨は 2mm厚さの四角い板状に切り出し、骨の外側の硬 、 組織及び内側の軟組織を用意した。繊維の軸は板の表面と平行にした。これらの試 料は、エタノール溶液で 1時間の超音波洗浄を行なった。全ての試料に対して、超音 波のベクトルは、繊維の軸に対して垂直方向とした。超音波パルスの繰り返し周波数 は 500Hzであり、骨の試料には、水を介して超音波を照射して、電磁波の検出を行 なった。小信号増幅器の増幅度を 97dBとし、デジタルオシロスコープで 10分間の信 号検出を行なった。

図 16 (a)は、実施例 4のブタの骨の硬組織力ゝらの音響誘起電磁波の検出波形を示 す図である。図 16 (a)にお 、て、横軸は時間 、縦軸は信号強度 (任意目盛)を 示している。

図 16 (a)から明らかなように、ブタの骨の硬糸且織カもの電磁波が検出できることが分 かる。同様の測定をブタの骨の軟硬組織について行ない、図 16 (a)と同様に電磁波 波形を検出することができた。従来、骨の圧電係数は、イオンスクリーニングにより水 中では著しく減衰するということが報告されていた。し力しながら、実施例 4に示すよう に、水中に配置した骨の試料からの電磁波が検出できることが判明した。これは、ィ オンスクリーニングが MHz帯よりも遅い現象であるので、本願発明のように、約 10M Hz台の高周波パルスを用いた場合には、無視できるからであると推定される。 実施例 5

[0069] 実施例 5として、木材からの音響誘起電磁波の検出を行なった。木材は、超音波プ ローブとしてブラスティック管（図 13 (b)参照）を伝播させた超音波を木材に照射した 。 図 16 (b)は、実施例 5の木材力もの音響誘起電磁波の検出波形を示す図である 。図 16 (b)にお 、て、横軸は時間 、縦軸は信号強度 (任意目盛)を示して！/、る。 図 16 (b)から明らかなように、木材からの電磁波が検出できることが分かる。この場合 、木材の主成分であるセルロースにおいて、セルロース結晶が圧電性を示すので電 磁波が生起するものと推定される。

実施例 6

[0070] 実施例 6として、被測定物体 23をブラスティック材料であるポリプロピレンとした以外 は、実施例 5と同様にして、音響誘起電磁波の検出を行なった。

図 16 (c)は、実施例 6のポリプロピレン力もの音響誘起電磁波の検出波形を示す。 図 16 (c)において、横軸は時間 s)、縦軸は信号強度 (任意目盛)を示している。 図 16 (c)から明らかなように、信号は極めて弱いものの、ポリプロピレンからの電磁波 が検出できることが分かる。この場合、ポリプロピレンは圧電性である力 信号が弱い ので、結晶化した粒界 (グレイン)から電磁波が発生して ヽると推定される。

実施例 7

[0071] 実施例 7として、被測定物体をアルミニウムとした以外は、実施例 5と同様にして、音 響誘起電磁波の検出を行なった。

図 16 (d)は、実施例 7のアルミニウムからの音響誘起電磁波の検出波形を示す。図 16 (d)において、横軸は時間 s)、縦軸は信号強度 (任意目盛)を示している。図 1 6 (d)から明らかなように、アルミニウムからは非常に強い電磁波が検出できることが 分かる。アルミニウムの場合には、縦波の音響モード力 ポテンシャル変形の相互作 用を介して価電子帯の底を変調し、この作用で伝導電子に変位を繰り返し与えること により電磁波が発生すると推定される。

実施例 8

[0072] 実施例 8として、被測定物体を銅とした以外は、実施例 5と同様にして、音響誘起電 磁波の検出を行なった。その結果、銅からは、アルミニウムと同様に、非常に強い電 磁波が検出できることが分力つた。

実施例 9

[0073] 実施例 9として、 SrO及び Fe O力 なるフェライト磁石からの音波誘起電磁波の

2 3

検出を行なった。

図 17は、実施例 9のフェライト磁石からの音響誘起電磁波の検出波形を示す。図 1 7において、横軸は時間 s)を、左縦軸は検出された 8MHzの高周波信号強度（ 任意目盛)を示し、右縦軸は検出された超音波のエコー信号強度 (任意目盛)を示し ている。音波が試料に到達する前の時間領域においては、電磁波のノイズレベルは 小さいが、音波が被測定物体に到達後、長時間に亘つて電磁波の背景レベルが増 大していることがわかる。これは、一度フェライト内部に侵入した音波力 被測定物体 内部で反射を練り返していることを示唆している。その結果、音波パルスの照射よりも はるかに長時間に渡って電磁波を放射し続けていると推測される。このように実施例 9からは、被測定物体が磁性材料の場合にも、音波誘起電磁波が検出できることが 判明した。

[0074] 本発明は上記実施例に限定されることなぐ特許請求の範囲に記載した発明の範 囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまで もない。

産業上の利用可能性

[0075] 上記説明から理解されるように、本発明の方法及び装置を用いれば、被測定物体 に音波を照射し、この被測定物体力 発生する電磁波を測定し、電磁波の強度、位 相及び周波数特性の何れか又はこれらの組み合わせから、被測定物体の電気特性 、磁気特性又は電磁気'機械特性の何れかを測定することができる。

従って、被測定物体の電気特性としては、電場、誘電率、電場又は誘電率の空間 勾配、被測定物体の有する荷電粒子における濃度、質量、寸法、形状、荷電数、荷 電粒子を囲む媒体との相互作用の何れ力、又はこれらの複数の特性値の変化を測 定することができる。被測定物体の磁気特性としては、被測定物体の電子スピン又は 核スピンに起因した磁化、又は、被測定物体の電子スピン又は核スピンに起因した 音響磁気共鳴を測定することができる。被測定物体の電磁気'機械特性としては、被 測定物体の圧電特性又は磁歪特性を測定することができる。このため、物体中の荷 電粒子の濃度、質量、サイズ、形状、荷電数又は荷電粒子を取り囲む媒体との相互 作用力の何れか、或 、はこれらの複数の特性値の変化を測定することができるので、 生体、コロイド溶液、液晶、固体電解質、イオン結晶、半導体、誘電体、金属、磁性体

、磁性流体の何れかまたはこれらの複合材料、又は、上記材料力もなる構造物また は機能デバイスにおけるこれらの特性値の変化が関連した現象の解明に役立てるこ とができる。特に、脳の活動部位の特定に用いれば、極めて高い位置分解能で脳の 活動部位を特定できるので、極めて有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 被測定物体に音波を照射し、該被測定物体力 発生する電磁波を測定し、該電磁 波の強度、位相及び周波数特性の何れか又はこれらの組み合わせから、上記被測 定物体の電気特性、磁気特性又は電磁気'機械特性の何れかを測定することを特徴 とする、音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[2] 前記被測定物体の電気特性は、電場、誘電率、電場又は誘電率の空間勾配、前 記被測定物体の有する荷電粒子における濃度、質量、寸法、形状、荷電数、該荷電 粒子を囲む媒体との相互作用の何れ力、又は、これらの複数の特性値の変化を測定 することを特徴とする、請求項 1に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定方 法。

[3] 前記被測定物体の磁気特性は、被測定物体の電子スピン又は核スピンに起因した 磁化、又は、被測定物体の電子スピン又は核スピンに起因した音響磁気共鳴である ことを特徴とする、請求項 1に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[4] 前記被測定物体の電磁気'機械特性は、該被測定物体の圧電特性又は磁歪特性 であることを特徴とする、請求項 1に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定 方法。

[5] 前記被測定物体に照射する音波は音波パルスであり、該音波パルスの照射後に検 出される電磁波の強度の時間依存性を測定することにより、前記被測定物体の有す る荷電粒子の特性値の緩和特性を測定することを特徴とする、請求項 1に記載の音 波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[6] 前記被測定物体に照射する音波は、一定周波数の狭帯域音波又は一定周波数の 狭帯域音波パルスであり、

前記電磁波の測定は、前記被測定物体から放射される電磁波を、上記音波の周波 数を参照信号としたへテロイダイン検波法又は位相検波法により測定することを特徴 とする、請求項 1に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[7] 前記被測定物体に照射する音波は一定周波数の狭帯域音波パルスであり、前記 電磁波の測定は、前記被測定物体の部分から放射される電磁波を、上記パルスの 音波周波数を参照信号としてへテロイダイン検波又は位相検波し、該検波した信号 を上記パルスのノ ルス周波数でヘテロイダイン検波又は位相検波して測定すること を特徴とする、請求項 1に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[8] 前記位相検波の位相情報から、前記電磁波の信号の起源が前記被測定物体の有 する、正の荷電粒子によるものか又は負の荷電粒子によるものかを判定することを特 徴とする、請求項 6又は 7に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[9] 前記音波のパルスの発生源と前記被測定物体との間の距離を、この音波のパルス 力 Sこの距離を伝搬する時間を音波のパルスの継続時間よりも長くなるように選択する 力 又は、音波のパルスの継続時間を上記伝搬する時間よりも短くすることにより、 上記音波のパルスの発生源の発生する電磁波ノイズから、前記電磁波の信号を時 間的に分離して測定することを特徴とする、請求項 5〜7の何れかに記載の音波誘起 電磁波による物体の特性測定方法。

[10] 前記被測定物体への音波の照射は複数の音波源力 の音波を物体の所望の微小 部分へ集束することで行い、この微小部分で誘起される電磁波を、前記物体を取り 囲むアンテナ又はコイルを用いて測定することにより、

上記物体の所望の部分へ、及び、物体の所望の部分へ所望の方向から音波を集 束し、且つ、物体の所望の位置から、及び、所望の位置力 所望の方向に放射する 電磁波を測定すると共に、上記電磁波の放射方位分布を測定することを特徴とする 、請求項 1, 5〜7の何れかに記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[11] 前記音波の集束を被測定物体の 2次元面又は 3次元体積に亘つて走査し、各走査 位置で誘起される電磁波の強度を、前記物体を取り囲むアンテナ又はコイルを用い て測定し、上記走査位置と上記測定した電磁波の強度とを対応させることにより、上 記物体の荷電粒子の特性値の変化の 2次元又は 3次元分布を測定することを特徴と する、請求項 10に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[12] 前記音波は複数の周波数成分力 成る広帯域超短波パルスであり、前記電磁波の 周波数を測定し、この電磁波の周波数から電磁波を発生する荷電粒子の位置の深さ 方向の情報を得ることを特徴とする、請求項 1又は 5に記載の音波誘起電磁波による 物体の特性測定方法。

[13] 前記被測定物体は生体の脳を代表とする神経組織又は生体の筋組織であり、前 記荷電粒子の特性値の変化は-ユーロンの活動に伴って形成される電荷分布又は 筋組織の収縮に伴って形成される電荷分布であり、活動した-ユーロン又は活動し た筋組織の部位を特定することを特徴とする、請求項 1, 2, 5〜12の何れかに記載 の音波誘起電磁波による物体の特性測定方法。

[14] 前記被測定物体は、コロイド溶液、液晶、固体電解質、イオン結晶、半導体、誘電 体、金属、磁性体、磁性流体の何れかまたはこれらの複合材料、又は、上記材料か らなる構造物または機能デバイスであり、これらの物体中の荷電粒子の特性値の変 化を測定することを特徴とする、請求項 1〜 12の何れかに記載の音波誘起電磁波に よる物体の特性測定方法。

[15] 電波暗室と、電波暗室内に配置される被測定物体を保持する保持台と、物体に近 接又は接触して配置される音波発生器と、この音波発生器の発生する音波又は音波 パルスが照射される部分力 発生する電磁波を受信するアンテナ又はコイルと、音波 発生器を駆動'制御し、且つ、アンテナ又はコイルの受信した電磁波を測定、演算す る制御，測定，演算部とを有することを特徴とする、音波誘起電磁波による物体の特 性測定装置。

[16] 前記音波発生器は、複数の音波発生器又は曲面の法線が一点に集束する凹曲面 に固定された複数の音波発生器力 成り、該複数の音波発生器が発生する音波パ ルスの相互の位相を前記制御 ·測定 ·演算部で制御して、前記被測定物体の所望の 位置に上記音波パルスを集束し、

上記被測定物体の 2次元面又は 3次元堆積に亘つて上記音波の集束位置を走査 するか、又は、上記音波発生器を前記被測定物体の回りに機械的に走査して、上記 被測定物体の 2次元面又は 3次元体積に亘つて上記音波の集束位置を走査すること を特徴とする、請求項 15に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置。

[17] 前記制御 ·測定 ·演算部は、磁場を検出する SQUIDを備えていることを特徴とする 、請求項 15に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置。

[18] 前記制御，測定，演算部は、前記アンテナ又はコイルの受信した電磁波を、前記音 波の周波数でヘテロダイン検波又は位相検波する手段と、この検波した電磁波信号 を、前記音波パルスのパルス周波数でロックイン検出する手段と、を有することを特 徴とする、請求項 15に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置。

[19] 前記制御 ·測定 ·演算部は、前記音波発生器力 広帯域超短波パルスを発生させ ると共に、前記アンテナ又はコイルの受信した電磁波の周波数を測定する手段を有 することを特徴とする、請求項 15に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定装 置。

[20] 前記電磁波の周波数を測定する手段は、バンドパスフィルター、ロックインアンプ、 スペクトラムアナライザーの何れか又はこれらを組み合わせた手段であることを特徴と する、請求項 19に記載の音波誘起電磁波による物体の特性測定装置。