CN103370010A - 光声摄像装置 - Google Patents

Abstract

本申请所公开的光声摄像装置，具备如下：声波源(1)；将从声波源(1)出射的声波(2)对被摄物体辐射而产生的散射波5转换成规定的会聚状态的声透镜系统(6)；按照使透过声透镜系统(6)的散射波入射的方式配置的光声介质部(8)；作为出射使彼此行进方向不同的多个单色光重叠的光束的光源，使光束相对于声透镜系统的声轴、以非垂直且非平行角度入射光声介质部的光源(19)；使在光声介质部发生的多个平面波单色光的衍射光聚集的成像透镜系统(16)；检测由成像透镜系统聚集的光，输出电信号的图像接收部(17)。

Description

光声摄像装置

技术领域

本申请涉及通过光和声波对被摄物体进行拍摄的光声摄像装置。

背景技术

若向被摄物体辐射声波，且将产生的散射波导入光声介质部，则因为声波为纵波，所以在光声介质部中的介质发生疏密，形成折射率分布。因此，若使光在光声介质部中传输，则生成受到该折射率分布的影响的衍射光。也就是说，若观测所生成的衍射光，则能够检测出被摄物体。

非专利文献1公开有一种技术，其通过向光声介质部中发生的折射率分布照射单色光，生成Bragg衍射光(也称布拉格衍射光)，且对被摄物体进行摄像。具体来说，如图20所示，非专利文献1公开的是，使用激光器1101和超声波振子1111，将被摄物体1109的像投影到屏幕1105上的技术。从激光器1101出射的单色光光束，经由光束扩展器1102和光阑1103，被转换成拥有粗的射束直径的单色光光束。就单色光光束而言，在如图20所示设定xyz轴时，透过沿x轴伸长的柱面透镜1104(a)、1104(b)和沿y轴伸长的1104(c)，到达屏幕1105。如此，由3个柱面透镜构成的光学系统，并非相对于光轴1113旋转对称。

在柱面透镜1104(a)和1104(b)之间，配置有由水1107充满的声池室1108，在水1107中配置有被摄物体1109。如以下说明的，单色光光束透过水1107时产生衍射光。所生成的衍射光拥有强像散。因此，为了校正所生成的衍射光的像散，于屏幕1105的位置，在xz平面上和yz平面上成像，柱面透镜1104(a)、1104(b)、1104(c)的焦距互不相同。

就柱面透镜1104(a)而言，以单色光光束于焦平面1106的位置、在xz平面聚集的方式选定焦距。因为是由柱面透镜进行成像，所以焦点是与x轴平行的直线。通过焦平面1106的光束在比焦平面1106更靠近屏幕1105侧发散，但该发散光束被柱面透镜1104(b)会聚，在屏幕1105上再度聚集。在yz平面内，光束扩展器1102通过后的单色光光束，以平行光束的状态入射柱面透镜1104(c)。然后，在柱面透镜1104(c)的聚光作用下聚集到屏幕1105上。各柱面透镜的设置位置和焦距的选定，其进行的方式为，在xz平面和yz平面这两面，使光束在屏幕1105上成像，除此以外，使与被摄物体1109相似的图像作为1级衍射像1112(a)和-1级衍射光1112(b)出现在屏幕1105上。如上所述，因为光学系统不是相对于光轴1113旋转对称，所以1级衍射像1112(a)和-1级衍射光1112(b)拥有畸变。因此，通过使用柱面透镜1104(b)、1104(c)来构成与衍射光拥有的畸变具有相反特性的畸变的光学系统，校正衍射光的畸变，将与被摄物体1109相似的图像在屏幕1105上生成。

在声池室1108中，设有由信号源1110驱动的超声波振子1111，从超声波振子1111经由水1107向被摄物体1109辐射单色超声波。所谓单色超声波，意思是声压表现为拥有单一频率的正弦波状的时间变动的超声波。

由被摄物体1109生成超声波散射波，该散射波在水1107中的单色光光束的通过区域传播。因为在水中传播的超声波的波导模式是疏密波(纵波)，所以与水1107中的声压分布、即与超声波散射波一致的折射率分布在水1107中生成。为了使论述简单，首先，假定来自被摄物体1109的超声波散射波，为朝向y轴的正向的平面波。由于超声波散射波为单色，所以在某一瞬间在水1107中所生成的折射率分布，成为以超声波波长而反复的正弦波状的一维光栅。因此，通过该一维光栅，Bragg衍射光(图中表现为±1级衍射光束)生成。然后，该衍射光在屏幕1105上作为一个光点显现。光点的亮度与一维光栅的折射率变化量、即与超声波声压成正比。

其次，假定的“超声波散射波是平面波”这样的条件得以缓和，考虑波阵面(也称波面)不是平面的超声波散射波。波阵面不是平面的超声波散射波，能够作为从各个方向到来的平面波(目前情况下，全部的平面波拥有同一频率)的叠加而加以表现。因此，单色光光束透过使波阵面不是平面的超声波散射波传输的水1107时，从各个方向到来的各平面波形成的衍射光的光点出现在屏幕1105上。各光点的强度与各平面波的振幅的大小成正比例，另外，各光点在屏幕1105上的出现位置，由各平面波的行进方向决定。因此，被摄物体1109的实像作为1级衍射像1112(a)和-1级衍射像1112(b)显示在屏幕1105上。就屏幕1105上的光点的集合体能够视为被摄物体1109的实像这一点而言，除了是衍射现象之外，被摄物体与±1级衍射像的关系，与在一般的光学照相机下的被摄物体与实像的关系相同。

先行技术文献

非专利文献

非专利文献1：A.Korpel，″Visualization of the cross section of a soundbeam by Bragg diffraction of light，″Applied Physics Letters，vol.9，no.12，pp.425-427，15Dec.1966.

但是，在上述现有技术中，要求所生成的图像的分辨率提高。

发明内容

本申请的并非限定的例示性的某一实施方式，提供一种可以由高分辨率拍摄被摄物体的光声摄像装置。

作为本发明的一个形态的光声摄像装置，具备：声波源；声透镜系统，其将从所述声波源出射的声波对被摄物体进行辐射所产生的散射波转换成规定的会聚状态；光声介质部，其按照使透过所述声透镜系统的散射波入射的方式配置；光源，其出射彼此行进方向不同的多个单色光重叠的光束、且使所述光束相对于所述声透镜系统的声轴以非垂直且非平行的角度入射所述光声介质部；成像透镜系统，其使在所述光声介质部发生的多个所述平面波单色光的衍射光会聚；图像接收部，其检测由所述成像透镜系统会聚的光，且输出电信号。

根据本发明的一个形态的光声摄像装置，将被摄物体所生成的超声波散射波由声透镜系统变成平面声波的重叠波并且导入光声介质部，使彼此行进方向不同的多个单色光重叠的光束透过光声介质部，生成在光声介质部中产生的折射率分布形成的衍射光，因此能够得到轴外像差少的高分辨率的图像。

附图说明

图1是表示本发明的光声摄像装置的第一实施方式的概略的结构图。

图2是表示第一实施方式的声透镜系统6的作用的光线追迹图。

图3A是表示第一实施方式的光源19的构成的图。

图3B(a)是表示第一实施方式的均匀照明光学系统31的构成的图，(b)是表示其他构成的图。

图4A是表示第一实施方式的均匀照明光学系统31的其他构成的图。

图4B是表示单模光纤的配置的图。

图4C是表示第一实施方式的均匀照明光学系统31的其他构成的图。

图4D是表示第一实施方式的均匀照明光学系统31的其他构成的图。

图5是表示第一实施方式的均匀照明面43的设定位置的图。

图6(a)是说明在第一实施方式中，平面波光束由平面声波进行Bragg衍射(也称布拉格衍射)的情况的模式图，(b)是用于说明以一维衍射光栅进行的Bragg衍射条件的模式图。

图7(a)是表示在第一实施方式中，衍射光201朝向y方向歪曲的图，(b)是表示在第一实施方式中，作为图像畸变校正部15所使用的变形棱镜的构造的图。

图8是用于说明构成变形棱镜的楔形棱镜的光束的光路的图。

图9是说明在第一实施方式中，入射角度不同的平面光束进行Bragg衍射的图。

图10(a)是用于说明光学领域中的双衍射光学系统的工作运行的概念的图，(b)是表示第一实施方式的光声摄像装置能够视为双衍射光学系统的图。

图11(a)是表示第一实施方式的平面波光束14的入射方向的图，(b)是表示其他可入射方向的图。

图12是表示柱面透镜的构造的图。

图13是表示在第一实施方式中，由柱面透镜构成、且兼备图像畸变校正部15和成像透镜系统16的作用的光学系统的图。

图14是表示本发明的光声摄像装置的第二实施方式的概略的结构图。

图15是说明第二实施方式的具体情况的模式图。

图16是表示第三实施方式的声透镜系统6的构成图。

图17是表示第四实施方式的图像畸变校正部15的构成的图。

图18是表示第五实施方式的图像畸变校正部15的构成的图。

图19是表示本发明的光声摄像装置的第六实施方式的概略的结构图。

图20是表示非专利文献1所述的装置的构成的模式图。

具体实施方式

本申请发明者，详细研究了非专利文献1所公开的被摄物体的摄影技术。其结果可知，根据非专利文献1公开的技术，只能得到比使用的超声波的波长所决定的分辨率低的成像特性。

具体来说，因为被摄物体1109的实像是±1级衍射像1112(a)、1112(b)，所以实像形成于光学系统的光轴外。一般，就成像光学系统(形成实像的光学系统)而言，越远离光轴，拥有越大的轴外像差，因此难以形成拥有良好画质的实像。因此，在图20所示的构成中，因轴外像差带来的像的恶化会发生。

另外，在Bragg衍射中，若光栅面的法线方向确定，则入射光与衍射光的行进方向被唯一决定。在图20所示的构成中，在水1107中的单色光光线的通过区域的任意的一点，因为只存在沿确定的方向行进的一条光线，所以由被摄物体1109发生的超声波散射波的全部所对应的衍射光无法生成的情况存在。根据波面光学，在透镜孔径所到来的全部的散射波对像形成作出贡献时，才会生成具有由透镜像差所决定的分辨率的实像。因此，由图20的光学系统生成的实像的分辨率比波动光学上所决定的分辨率有所降低。

另外可知，除了成像特性以外，作为实用的摄像装置也存在课题。具体来说，根据非专利文献1所公开的技术，构成大型化。非专利文献1中，作为超声波的传播介质使用水1107。水中，因为超声波的传播速度快(约1500m/s)，所以即使采用非专利文献1所述的22MHz这样的高频率的超声波时，超声波的波长也大约68μm。因此，在作为激光器1101使用非专利文献1所述的波长633nm的光源的情况下，±1级衍射像1112(a)、1112(b)的衍射角极小(约0.27°)，为了使图20的水平和垂直方向的图像的放大率相等，需要将2个柱面透镜1104(b)与1104(c)的焦距之比取得很大，并且，需要使屏幕1105与声池室1108之间离开数m左右。

另外，根据非专利文献1所公开的技术，需要将被摄物体1109浸渍在用水1107充满的的密闭容器中。此外，用于Bragg衍射的超声波散射波是被摄物体1109的前方散射波，因此从声波的辐射侧拍摄被摄物体困难。

鉴于这样的课题，本申请发明者想到了全新的光声摄像装置。本发明的一个形态的概要如下。

作为本发明的一个形态的光声摄像装置，具备：声波源；声透镜系统，其将从所述声波源出射的声波对被摄物体进行辐射所产生的散射波转换成规定的会聚状态；光声介质部，其按照使透过所述声透镜系统的散射波入射的方式配置；光源，其出射使彼此行进方向不同的多个单色光重叠的光束、且使所述光束相对于所述声透镜系统的声轴以非垂直且非平行的角度入射所述光声介质部；成像透镜系统，其使在所述光声介质部发生的多个所述平面波单色光的衍射光会聚；图像接收部，其检测由所述成像透镜系统会聚的光，且输出电信号。

光声摄像装置还具备图像畸变校正部，该图像畸变校正部对由所述衍射光和所述电信号所表示的所述被摄物体的像的至少一方的畸变进行校正。

各单色光的光谱宽度低于10nm，所述单色光是拥有所述单色光的中心频率之波长的10倍以下的波面精度的平面波。

所述声透镜系统是折射型声音系统也可。

所述声透镜系统由二氧化硅纳米多孔体或氟化液(フロリナ一ト：Fluorinert)构成也可。

所述声透镜系统具备至少一个折射面、和在至少一个折射面所设置的防止声波的反射的防反射膜也可。

所述声透镜系统是反射型声音系统也可。

所述声透镜系统包含两面以上的反射面也可。

所述声透镜系统包含焦距调整机构也可。

所述成像透镜系统包含焦点调整机构也可。

所述光源包含复眼透镜也可。

所述图像畸变校正部包含放大所述衍射光的截面的光学构件也可。

所述图像畸变校正部包含缩小所述衍射光的截面的光学构件也可。

所述光学构件由变形棱镜构成也可。

所述成像透镜系统和所述光学构件的至少一方包含：至少一个柱面透镜也可。

所述图像畸变校正部基于所述电信号进行图像处理也可。

所述光声介质部包含二氧化硅纳米多孔体、氟化液和水的至少1种也可。

所述衍射光包含以强度比计为1/2以上的Bragg衍射光构成的成分也可。

从所述光源出射的光束的光轴能够相对于所述声透镜系统的声轴进行调整也可。

所述声波是脉冲状也可。

(第一实施方式)

以下，一边参照附图，一边说明本发明的光声摄像装置的第一实施方式。

图1模式化地表示光声摄像装置101的构成。光声摄像装置101具备：声波源1、声透镜系统6、光声介质部8、光源19、图像畸变校正部15、成像透镜系统16、图像接收部17。

被摄物体4被配置于声波能够传输的介质3中。所谓声波可以传播的介质3，例如有空气、水等。除此之外，介质3也可以是身体组织、金属和混凝土等的弹性体。还有，在图1和以下参照的附图中，被摄物体4示为椅子，但这不过是作为容易图示的物体而例示的。能够由本实施方式和以下的实施方式的光声摄像装置拍摄的合适的被摄物体，或不使声透镜系统6移动而可以拍摄的摄影区域的大小，依存于由声透镜系统6会聚的散射波和从光源19出射的光束14的口径、光声介质部8的大小等，能够根据光声摄像装置的用途决定。例如，在本实施方式的光声摄像装置中，应用焦距100mm的声透镜系统6、并使用相对于光轴13夹角低于15度的光束所构成的平面波光束14时，摄影区域的大小在被摄物体上为直径5.4cm左右，使用频率10MHz的声波2时的分辨率为0.15mm左右。另外，如作为第二实施方式进行说明的，本发明的光声摄像装置，也适合作为用于观察生物的体内的超声波诊断装置。

声波源1和声透镜系统6被配置于介质3中、或以与介质3接触的方式配置。从声波源1出射的声波2向被摄物体4辐射，由此在被摄物体4的表面和内部的声阻抗(声速乘以密度的量)的非均匀的区域，声波2反射，散射波5生成。散射波5通过声透镜系统6，被转换成规定的会聚状态，特别是被转换成平面声波9，且入射到光声介质部8。通过平面声波9在光声介质部8中传输，在光声介质部8中产生折射率分布。从光源19出射的平面波光束14，入射光声介质部8，经由光声介质部8的折射率分布而被衍射，衍射光从光声介质部8出射。该衍射光经由成像透镜系统16而聚集到图像接收部17，由此能够拍摄被摄物体4的实像18。以下，详细地说明光声摄像装置101的各构成要素。还有，准确地说，实像18是在与声轴7垂直的且按声透镜系统6的焦距f的量从声透镜系统6离开的平面上的、被摄物体4的弹性系数的二维分布相似的图像。

1.光声摄像装置101的构成

(1)声波源1

声波源1向被摄物体4辐射声波2。声波2可以是超声波。对被摄物体4进行一次拍摄时，声波2可以是使振幅和频率一定的正弦波得以含有多种波成分的脉冲波。波数越多，在光声介质部8产生的衍射光的强度越强。因此，例如，声波2的持续时间设定为频率的倒数(周期)以上。声波2也可以不是平面波。虽然图1中未示，但通过触发电路，声波源1发生声波2的时刻得到准确地控制。

声波2可以是平面波，也可以不是平面波。声波2优选为以大致均匀的强度对被摄物体4的全体或被摄物体4想要拍摄的区域进行辐射。就是说，声波2也可以具有与想要拍摄的区域相应大小的辐射截面。在此，所谓“以大致均匀的照度进行辐射”，意思是向作为光声摄像装置101的规格而假定的摄像区域施加一致的声压，如此来进行辐射。所谓摄像区域，是指声透镜6的物体侧焦点的邻近区域。例如，摄像区域是焦点邻域的半径10mm的区域时，焦平面邻域的半径10mm的区域被均匀地辐射即可。声波2在被摄物体4的表面和内部反射散射，而使拥有与声波2同一频率的散射波5生成。

(2)声透镜系统6

声透镜系统6使散射波5会聚成规定的状态。具体来说，声透镜系统6在介质3中具有焦距f。声透镜系统6可以是折射型声音系统，也可以是反射型声音系统。声透镜系统6是折射型声音系统时，包含至少具有一个折射面、内部透过散射波5的声透镜。声透镜也可以由二氧化硅纳米多孔体或氟化液等、声波的传播损失少的弹性体构成。折射面的声波的折射遵循斯奈尔定律(Snell Law)，散射波5以在介质3和构成声透镜的材料的散射波5的声速比所确定的角度进行折射。声透镜系统6为反射型声音系统时，声透镜系统6具有由金属和玻璃等、声阻抗与介质3大不相同的材料构成的至少一个反射面。这些折射面和反射面均具有与光学透镜同样的形状，由此能够使散射波5会聚。

另外，也可以将具有与光学领域中为了减少在透镜折射面产生的反射衰减和杂散光所层叠的防反射膜同样的功能的防反射膜设于折射面。例如，可以将具有与介质3和声透镜的声阻抗的几何平均值相等的声阻抗、和具有1/4波长(这里的波长是指构成声波2的正弦波的频率的波长)的厚度的防反射膜设于折射面。

被摄物体4也可以位于声透镜系统6的焦点邻域。与光学照相机等的光学摄像装置一样，随着从声透镜系统6的焦平面21偏移，被摄物体4的实像18模糊。在此，所谓焦平面21，是指与声轴7垂直、且从声透镜系统6向被摄物体4的方向离开了声透镜系统6的焦距f的平面。

因此，在要得到处于焦平面21的面外的被摄物体4的鲜明的实像18时，也可以使光声摄像装置101整体移动，以使被摄物体4到达声透镜系统6的焦平面21的面上。在声透镜系统6的声轴7方向上使光声摄像装置101移动困难时，与光学式照相机的摄像透镜一样，声透镜系统6也可以还具备焦点调整机构。另外，如果还要使相对于被摄物体4的实像18的大小可变，则也可以在声透镜系统6或成像透镜系统16的任意一方或其两方设置焦距调整机能(即，变焦功能)。

为了论述简单，被摄物体4处于声透镜系统6的焦点邻域时、所生成的散射波5，假设在声透镜系统6的焦平面21的面上发生。散射波5由于是以焦平面上的任意的一点为中心的球面波，所以经由声透镜系统6而使该球面波被转换成在光声介质部8中传播的拥有平面状的波阵面的声波。因为来自焦平面21上的各点的球面波被转换这样的平面声波，所以通过声透镜系统6的散射波5，成为包含各种行进方向的平面声波重叠的平面声波9。考虑如图2所示、从处于焦平面21上的点A和点B发生球面波的情况。点A是声轴7与焦平面21的交点。另外，点B虽然处于焦平面21上，但从声轴7离开距离h。在点A发生的球面波被转换成拥有平面状的波阵面A的平面波。因为点A处于声轴7上，所以波阵面A的法线与声轴7平行。另一方面，在点B发生的球面波也被转换成拥有平面状的波阵面B的平面波，但波阵面B的法线相对于声轴7形成角度

如图2所示，角度

与Arctan(h/f)相等。在此，Arctan表示反正切函数。实际上，因为从处于点A和点B之间的全部的点都发生球面波，所以图1所示的平面声波9，成为使波阵面的法线相对于声轴7拥有各种角度的平面波得以重叠的声波。

(3)光声介质部8

光声介质部8由对于拥有正弦波的频率的声波2(散射波5)传输衰减少、且对于后述的光束14具有透光性的各向同性的弹性体构成。作为这样的弹性体，例如，能够适用由二氧化硅干燥凝胶形成的纳米多孔体、氟化液、水等。为了提高实像18的画质(特别是分辨率)，希望适用尽可能低声速的透光性弹性体，优选使用二氧化硅纳米多孔体、氟化液。

就光声介质部8而言，也可以按照使声透镜系统6所转换的平面声波9以低损耗入射光声介质部8的方式，相对于声透镜系统6配置。具体来说，声透镜系统6为折射型声音系统时，光声介质部8相对于声透镜6，被配置于被摄物体4相反侧。声透镜系统6与光声介质部8接合也可。另外，为了压制因接合面的反射造成的衰减，也可以在接合面设置防反射膜。声透镜系统6和光声介质部8由相同的材料构成时，也可以在光声介质部8的一部分(例如，与介质3的边界面)设置声透镜系统6。如图1所示，在与声轴7平行的方向上行进的平面声波9，在包含声轴7的区域，以波阵面相对于声透镜系统6的声轴7为垂直的状态在光声介质部8传输。因此，光声介质部8包含声透镜系统6的声轴7。

(4)声波吸收部10

如果在光声介质部8传输的平面声波9由光声介质部8的端部反射，所反射的平面声波9对平面声波9的检测造成影响时，也可以在光声介质部8的端部设置声波吸收部10。声波吸收部10吸收平面声波9或使之衰减，而不是使之反射和散射。通过声波吸收部10而使到达声波吸收部10的声波被完全吸收，因此存在于光声介质部8中的声波成为只朝着一个方向传输的平面声波9。由此，所反射的平面声波9作为噪音被检测出来，能够抑制被摄物体4的图像的画质降低。

还有，在光声介质部8、声透镜系统6和声波吸收部10的至少一个之间，也可以设置声匹配层。通过设置声匹配层，能够抑制在这些构成要素的接触界面发生的反射波的影响。因为在声透镜系统6的折射面发生的反射波招致透射光的减少，所以成为使像18的亮度降低的要因。另外，在声透镜系统6的折射面、声波吸收部10与光声介质8的界面、和光声介质8的没有与声波吸收部10接触的端面发生的反射波，也成为使像18的画质降低的要因。这些反射波相当于光学领域中的杂散光，无助于成像。这些反射波的增加，引起图像的S/N比的降低、对比度的降低和被拍摄物体4的像以外的像的重叠(重影)。这些反射波之中的、主要的成分，是在声透镜6的折射面发生的成分，和光声介质8的与声波吸收部10接触的面发生的成分。因此，也可以在上述3个构成要素间设置声匹配层，抑制由这3个构成要素造成的反射波的发生。

(5)光源19

光源19出射如上述这样彼此行进方向不同的多个单色光重叠的平面波的光束14。光源19相对于光声介质部8配置，其配置方式为，使光束14相对于声透镜系统6的声轴7，形成非垂直且非平行的角度而入射光声介质部8。构成光束14的多个单色光分别是同一波长的平面波光束，除了行进方向，波长和相位彼此统一。如图3A所示，例如，光源19含有单色光光源11、光束扩展器12、均匀照明光学系统31。

单色光光源11生成与光轴13平行的高相干性的光束。就是说，光束内的光，其波长和相位统一。具体来说，单色光光源11出射的光束的光谱宽度(半值宽度)可以低于10nm。

作为单色光光源11，例如，能够使用He-Ne激光器所代表的气体激光器和固体激光器，由外部共振器所窄带化的半导体激光器等。单色光光源11可以连续地出射光束，也可以是脉冲状的光束。从单色光光源11出射的光束的波长，在光声介质部8中可以在传输损失少的波长范围内。例如，作为光声介质部8使用二氧化硅纳米多孔体时，可以使用具有600nm以上的波长的激光器作为单色光光源11。

就光束扩展器12而言，放大从单色光光源11出射的光束的口径，出射使口径放大了的平面波光束32。通过光束扩展器12，虽然口径得以放大，但光束的波阵面状态得以维持。因此，透过光束扩展器12的光束也是平面波。

图3B(a)是表示均匀照明光学系统31的构成的模式图。均匀照明光学系统31，含有复眼透镜41和聚光透镜42。复眼透镜41由二维配置的多个单透镜构成。各单透镜具有与平面波光束32的光轴13平行的光轴。另外，各个单透镜的焦点全部位于与光轴13垂直的平面、即焦平面46上。各单透镜也可以具有互不相同的孔形状和孔径口径。另外，复眼透镜41的焦距也可以不同。这种情况下，按照使焦点与焦平面46一致的方式使各复眼透镜41的位置相对于光轴13平行移动即可。聚光透镜42具有fc的焦距，聚光透镜42的光轴与平面波光束32的光轴13平行。聚光透镜42配置在从焦平面46离开距离fc的处所。聚光透镜42的光轴与平面波光束32的光轴13一致。

若平面波光束32入射复眼透镜41，则平面波光束32被分割，按每个单透镜所聚集的光点形成于焦平面46上。复眼透镜41具有n个单透镜时，光点的总数为n。在焦平面46会聚的n个光束，成为以焦平面46上的光点为中心的球面波光束而朝向聚光透镜42。因为焦平面46也是聚光透镜42的焦平面，所以通过聚光透镜42，各球面波光束被转换成平面波光束。但是，位于光轴13上的单透镜以外的单透镜所形成的焦平面46上的光点，从光轴13平行地偏移，因此位于光轴13上的单透镜以外的单透镜所形成的平面波光束，按照在隔开距离fc的平面上横穿光轴13的方式，从聚光透镜42相对于光轴13倾斜出射。即，单透镜形成的平面波光束，朝向聚光透镜42的焦点行进。因此，在焦点，与单透镜的个数相同的n条平面波光束以各种角度入射、会聚。包含该焦点的与光轴13垂直的面，以下称为均匀照明面43。在均匀照明面43重叠的n条平面波光束，具有从单色光光源11出射的单色光的中心频率的波长的10倍以下的波面精度也可。

所谓多个平面波光束以不同的角度照明均匀照明面43，意思是在均匀照明面43上的任意的位置的点，有角度不同的多条光线入射。光声摄像装置101为了跨越广阔区域以高分辨率拍摄被摄物体4，重要的是使用这样彼此行进方向不同的多个单色光重叠的光束。关于其理由，在光声摄像装置101的操作的说明中详述。

如图5所示，在光声摄像装置101的光声介质部8中，均匀照明面43也可以对在光声介质部8中传输的平面声波9的全体进行照射。由此，对于光声介质部8中传输的平面声波9、或由平面声波9产生的光声介质8的折射率分布发生的区域整体，能够以各种入射角度使平面波光束入射，能够在被摄物体4上的全部摄像区域以高亮度生成高画质的实像18。因此，图1所示的平面波光束14的截面积，在光声介质部8中，也可以比平面声波9传输的区域的截面积大。

在均匀照明面43、以更大的入射角度(这里的入射角度是指，光轴13与各单透镜形成的平面波光束的行进方向的夹角)使平面波光束重叠时，也可以使用更小的F值(F值＝焦距/透镜孔径直径)的聚光透镜42。如果在更广阔范围拍摄被摄物体4，则如图2所示，相对于声轴7更为倾斜的平面声波生成。为了生成由这样的平面声波所形成的Bragg衍射光，优选使用入射角度更大的平面波光束。因此，通过使用F值小的聚光透镜42，可以在大范围进行被摄物体4的摄像。

另外，在均匀照明面43上、使更多的入射角度不同的平面波重叠时，如图3B(b)所示，也可以使复眼透镜多级化。如图3B(b)所示，也可以使从单色光源出射的平面波光束32经由复眼透镜41a和复眼透镜41b入射聚光透镜42。在图3B(b)所例示的光学系统中，由复眼透镜41a的1个单透镜形成的光束，通过复眼透镜41b生成3个光束。因此，在均匀照明面43，构成复眼透镜45的小透镜的个数的3倍的平面波光束以互不相同的角度入射。

就均匀照明光学系统31而言，除了生成入射角度不同的光束群的作用以外，还作为生成拥有均匀的照度分布的光束的光学系统发挥作用。由图3A的光学系统生成的平面波光束32的光束截面中的光强度分布，大致是以光轴13为中心而拥有旋转对称性的高斯分布状。但是，借助均匀照明光学系统31的作用，在均匀照明面43上，成为大体上均匀的光强度分布。

在均匀照明面43，放大投射入射构成复眼透镜41的各单透镜的光束。将具有十分小的孔径的单透镜用于复眼透镜时，即使平面波光束32有光强度分布，因为各单透镜的孔径小，所以入射各单透镜的光束仍拥有大体均匀的光强度分布。在均匀照明面43，因为这样的光束被放大重叠，所以成为大体均匀的光强度分布。还有，相对于平面波光束32的光束直径越减小各单透镜的孔径、另外越使复眼透镜多级化，则均匀照明面43上照度分布越变得更加平坦。照度分布的平坦化，用于形成没有照度不均的实像18有效。

均匀照明光学系统31也可以由其他的构成实现。图4A所示的均匀照明光学系统31含有如下：单模光纤223；多个单模光纤225；使单模光纤223和多个单模光纤225得以光学性地耦合的光纤耦合阵列222；聚光透镜42。从半导体激光器等构成的单色光光源11出射的、高相干性的平面波光束，被引导到单模光纤223。在单模光纤223的一端，光学性地连接有光纤耦合阵列222。入射单模光纤223的平面波光束分别入射所连接的光纤耦合阵列222，且被分割成在多个单模光纤225传播的平面波光束。这时，在多个单模光纤225传输的光束的光量大致相等。这样的光量的等分配，例如，能够通过作为光纤耦合阵列222而采用使光量等分配的三分歧光纤耦合器(即3dB光纤耦合器)来实现。作为光纤耦合阵列222，也可以使用一对多分支型的光量等分配光纤耦合器、和光量等分配型一对多分歧型光波导管。应用光波导管形成的分歧时，也可以在单模光纤和光波导管之间插入线路变换部。例如，也可以使用微动机构，其使光波导管端面和光纤端面低于1个波长而彼此接近，使光波导管的光轴与光纤的光轴一致，如此调整光波导管或光纤的位置。另外，作为线路变换部也可以使用棱镜。

单模光纤225的端面224，在聚光透镜42的焦平面46上被二维状地配置。图4B表示焦平面46上的端面224的配置。如图4B所示，端面224例如配置成三角栅格状。选择三角栅格的栅格间隔的方式为，使由各个光纤的端面224出射的光束在图像接收部17上所形成的实像18，通过适当的交迭而被重叠。端面224也可以为三角栅格状以外的形状，例如，正方栅格状配置。

使从光纤端面224出射的光束的中心轴与光轴13平行，如此调整各单模光纤225的方向。透过聚光透镜42的各光束，如参照图4A而说明的，在以焦距定位的均匀照明面43上，朝向光轴13与均匀照明面43交叉的点会聚。因此，在均匀照明面43上的任意的位置的点，可实现角度不同的多条光线入射的状态。

图4C所示的均匀照明光学系统31，含有单模光纤223；多个单模光纤225；使单模光纤223和多个单模光纤225得以光学性地耦合的光纤耦合阵列222；聚光透镜阵列231。

单模光纤223、多个单模光纤225和光纤耦合阵列222的构成与图4A的方式相同。

聚光透镜阵列231具有焦距fc’，由二维排列的多个微小聚光透镜构成。各微小聚光透镜配置在从单模光纤225的端面224离开焦距fc’的位置。由此，从各单模光纤225出射的光束，由微小聚光透镜转换成平行光束。另外，通过微小聚光透镜的配置，从微小聚光透镜出射的光束，在均匀照明面43上朝向光轴13与均匀照明面43交叉的点会聚。因此，在均匀照明面43上的任意的位置的点，可实现角度不同的多条光线入射的状态。

图4D所示的均匀照明光学系统31，由具有上述聚光透镜和复眼透镜的功能的光学元件235构成。光学元件235具有光学面235a和光学面235b。光学面235a由多个单透镜面所构成的复眼透镜面构成。另外，光学面235b由聚光透镜面构成。聚光透镜面的焦距为fc，在复眼透镜面的各单透镜面的焦点的位置、即焦平面46，使聚光透镜面的焦点的位置一致，如此来设计光学元件235。

图4D所示的均匀照明光学系统31，与图4A所示的均匀照明光学系统31发挥同样功能，从聚光透镜面235b出射的各光束，如参照图4A说明的，在以焦距定位的均匀照明面43上，朝向光轴13与均匀照明面43交叉的点会聚。因此，在均匀照明面43上的任意的位置的点，可实现角度不同的多条光线入射的状态。图4D所示方式的均匀照明光学系统31，具有能够由一个光学元件构成这样的优点。光学元件235的形状虽然比单透镜复杂，但例如通过使用了低熔点玻璃材料的挤压成型，可以制造光学元件235制造。

2.光声摄像装置101的工作运行

接下来，说明光声摄像装置101的工作运行。

如图1所示，来自声波源1的上述波形的声波2，朝向被摄物体4发送，声波2在被摄物体4发生反射或散射，生成散射波5。生成的散射波5由声透镜系统6转换成平面声波9，在光声介质部8中传输。

如上述，平面波光束14由彼此行进方向不同的多条平面波光束构成，平面声波9也由彼此行进方向不同的多条平面声波构成。但是，首先假定平面波光束14仅由拥有与光轴13垂直的波阵面的平面波光束构成，另外，假定平面声波9仅由与声轴7垂直的平面声波构成，以此说明光声摄像装置101的工作运行。

平面波光束14倾斜入射声透镜系统6的声轴7。平面波光束14的光轴13相对于平面波光束14的波阵面形成角度θ(平面波光束14向平面声波9的波阵面的入射角度为θ)，声轴7与从光源19出射的光束14的光轴13构成的角度为90°-θ。角度θ除了0°、90°、180°和270°以外，也可以是任意的角度。在该角度θ中，平面波光束14发生Bragg衍射，生成衍射光201。用于生成衍射光201的角度θ后述。

如上述，在光声摄像装置101中，声波2的发射时刻得到准确控制，在图像接收部17的拍摄时刻，平面声波9准确地到达光轴13与声轴7的交点。具体来说，例如，以1ns的时间精度控制声波2的发射间隔时，以50m/s的声速在光声介质部8中传输的平面声波9的位置误差为50nm。该位置误差，若例如在作为单色光光源11使用He-Ne激光器时被换算成He-Ne激光器的波长633nm，则相当于0.079波长的位置误差。因此，通过调整声波2的发射时刻，能够在光声介质部8中以非常高的精度控制平面声波9的位置。

图6(a)模式化地表示，在平面声波9横穿平面波光束14的光路的瞬间，平面波光束14因平面声波9而发生Bragg衍射的情况。平面声波9是在光声介质部8中传播的疏密弹性波。因此，在光声介质部8中，与平面声波9的声压分布成正比的折射率分布生成。如上述，声波2由单一频率的正弦波构成，因此散射波5和平面声波9也是单一频率的正弦波。因此，在光声介质部8所生成的折射率分布成为以下的周期构造，即，与声轴7平行的方向的周期等于平面声波9的波长，折射率的大小呈正弦波状变化，在与声轴7垂直的方向上一样。

这样的折射率分布，对于平面波光束14来说，能够作为一维衍射光栅发挥功能。因此，若平面波光束14以满足以下所述的衍射条件的角度θ入射平面声波9，则生成衍射光201。该一维衍射光栅其光栅面为平面，并且，平面波光束14的波阵面是平面，因此衍射光201为平面波光束。

在光声摄像装置101中，声波2由数量比2个周期多得多的正弦波构成，因此折射率分布的疏密的反复在2个以上。因此，在光声介质部8生成的折射率分布视为一维衍射光栅，平面波光束14通过Bragg衍射而进行衍射。通过Bragg衍射，如图6(a)所示，平面波光束14与衍射光201相对于平面声波9而构成的角度相等，分别为角度θ。角度θ是满足以下所述的Bragg衍射条件的离散的值。声波2由2个周期左右的少数的正弦波构成时，衍射光201主要由Raman-Nath衍射生成。纯粹的Raman-Nath衍射，即使平面波光束204和衍射光201相对于平面声波9的波阵面构成的角度不相等也会发生。

因为Bragg衍射产生比Raman-Nath衍射更高强度的衍射光201，所以能够观察声压更小的散射波5，有助于高灵敏度化。因此，在光声摄像装置101中，也可以使用由波数多的正弦波构成的声波2，主要使用通过Bragg衍射而生成的衍射光201。在实际的摄像中，因为使用由低于数10波的正弦波构成的声波2，所以在衍射光201中包含Raman-Nath衍射光。如后述Raman-Nath衍射光混入到衍射光201中，在形成良好的实像18的基础上还适当地发挥作用。

对于由平面声波9生成的折射率分布构成的一维衍射光栅的Bragg衍射条件进行说明。如图6(b)所示，由平面声波9生成的衍射光栅202的栅线间距，等于在光声介质部8中传输的平面声波9的波长λa。以平面波光束14中的一条单色光光线作为单色光203。另外，单色光203的波长作设为λo。单色光203入射衍射光栅202时，在各光栅中生成微弱的散射光。若着眼于来自相邻的光栅面的散射光，则在各光栅面朝向相同方向所散射的2条光线的光路长度差(2×λa×sinθ)等于波长λo的整数倍(m×λ0，m＝±1，±2，…)时，两个散射光互相增强。此互相增强也在其他的光栅面发生，因此整体上产生高强度的散射光，即衍射光。基于以上的理由，衍射光观测的角度θ由式(1)表示。

【算式1】

$\mathrm{\θ}={\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_O/{\mathrm{\λ}}_a}{2\×m}\right),(m=\±1,\±2,...)---\left(1\right)$

式(1)是Bragg衍射的条件，规定对光栅面的入射光线与出射光线的角度θ。sin^-1表示反正弦函数。纯粹的Bragg衍射，是指衍射光栅202由无限数的光栅面构成时发生的衍射现象。如图6(b)所示，对于光栅面的入射光线和出射光线的角度相等，为θ。通过Bragg衍射，一般来说级次m越小，越能够得到高强度的衍射光201。因此，为了观测到更弱的散射波5，也可以使用m＝±1的衍射光201。在图1所示的光声摄像装置中，衍射光201表示m＝+1的衍射光，但也可以实现使用了m＝-1的衍射光的光声摄像装置。

衍射光201入射图像畸变校正部15。关于图像畸变校正部15的工作运行，参照图7(a)进行说明。图7(a)是表示在光声摄像装置101中，衍射光201在一个方向上收缩的模式图。由式(1)可知，为了满足衍射条件，平面波光束14必须相对于平面声波9倾斜入射。在此，使平面声波9的射束形状为直径L的圆形，衍射光201的衍射角为θ(θ的定义与至此为止的说明相同)。如上述，由于平面波光束14拥有包含平面声波9的射束直径、以及只在平面声波9存在的区域生成衍射光201，所以衍射光201的射束形状为，在图7(a)所述的坐标系中沿y轴方向具有短径L×sinθ、沿x轴方向具有长径L的椭圆形。即，衍射光201的波阵面上的光振幅分布，是与使平面声波9的波阵面上的声压分布在y轴方向上成为了sinθ倍之分布成正比。

因此，衍射光201直接由成像透镜系统16成像并生成实像18时，实像18成为向y轴方向歪曲的光学像，而使被摄物体4和实像18的相似性丧失。因此，通过图像畸变校正部15校正衍射光201的畸变。

在本实施方式中，图像畸变校正部15由变形棱镜301构成。图7(b)是表示变形棱镜301的构成和作用的模式图。如图7(b)所示，变形棱镜301含有2个楔形棱镜303。关于楔形棱镜303的作用，参照图8进行说明。图8是表示透过楔形棱镜303的光线的情况的光线追迹图。楔形棱镜303由折射率n的对于衍射光201为透明的材料构成，具有2个平面303a、303b。设平面303a和平面303b的夹角为α，设平面303a上光束入射的角度和出射的角度相对于法线为θ₁和θ₂。另外，设光束从平面303b出射的角度相对于法线为θ₃。设含有2个平面303a、303b的法线的平面中的、向平面303a入射的光束的宽度为Lin，从平面303b出射的光束的宽度为Lout。这时，式(2)的关系成立。

【算式2】

sinθ₁＝n×sinθ₂

                            (2)

n×sin(α-θ₂)＝sinθ₃

另外，含有2个平面303a、303b的法线的平面中入射的光束和从楔形棱镜303出射的光束的射束直径不同。以Lout/Lin计算的光束放大率由式(3)表示。

【算式3】

$\frac{L_{\mathrm{out}}}{L_{\mathrm{in}}}=\sqrt{\frac{n^2+(n^2-1){\tan }^2{\mathrm{\θ}}_1}{n^2+(n^2-1){\tan }^2{\mathrm{\θ}}_3}}---\left(3\right)$

由式(2)、(3)可知，通过适当选择楔形棱镜303的α、n和角θ₁，能够实现期望的光束放大率。就光束放大率而言，在与含有2个平面303a、303b的法线的平面垂直的方向上，不论α、n和角θ₁如何，都没有变化，因此如果使用楔形棱镜303，则能够调整图7(a)所示的衍射光201的y轴方向的宽度。

如图7(b)所示，变形棱镜301，能够组合一个以上图8所示的楔形棱镜3031而构成。如图7(b)所示，若使用2个相同形状的楔形棱镜303，则能够使朝向变形棱镜301的入射光与出射光平行，光学系统调整容易。

如此，变形棱镜301作为光束射束直径的放大光学系统运转。在光声摄像装置101中，选择楔形棱镜303的α、n与入射角θ₁，如图7(b)所示，使衍射光201光束在y轴方向上放大1/sinθ倍。由此，能够得到具有直径L的圆形状的光束截面的畸变校正后的衍射光302。因此，畸变校正后的衍射光302在其波阵面上，具有与平面声波9的波阵面上的声压分布成正比的光振幅分布。即，畸变校正后的衍射光302，虽然与平面声波9的波长不同，但因为使平面声波9的波阵面上的声压分布全部作为光振幅分布再现，所以能够生成与被摄物体4相似的实像18。

如图1所示，畸变校正后的衍射光302被拥有焦距F的成像透镜系统16聚光。因为畸变校正后的衍射光302是平行光束，所以在成像透镜系统16的光轴上的距成像透镜系统16隔开距离F的、且与光轴垂直的平面(焦平面)上，衍射光302聚集，形成实像18。在此位置，通过配置图像接收部17，能够将实像18转换成电信号。图像接收部17，代表性的是CCD和CMOS等的固体摄像元件，将成像透镜系统16的焦点邻域的光强度分布作为光学的图像进行摄像，转换成电信号。图像接收部17只要能够将形成于其摄像面的光学像作为图像信息捕捉，则不限于固体摄像元件，例如也可以是照片用胶片。

图像处理部20，基于从图像接收部17输入的电信号，进行图像处理，构成实像18。如此，光声摄像装置能够拍摄被摄物体4。

在至此的说明中，平面波光束14仅由拥有与光轴13垂直的波阵面的平面波光束构成，另外，平面声波9仅由与声轴7垂直的平面声波构成。但是，如参照图2说明的，被摄物体4不是处于声轴7上的点，而是拥有有限的大小，因此由声透镜系统6所转换的平面声波9含有大量的与声轴7不垂直的平面声波。本实施方式的光声摄像装置，平面波光束14由行进方向不同的多个单色光的重叠构成，由此，即使是行进方向不同的平面声波9，也能够使Bragg衍射光产生。

图9表示在被摄物体4上在处于声透镜系统6的焦平面21上的2点A、B发生的散射波5被转换成平面声波9且生成Bragg衍射光的情况。点A位于声轴7与焦平面21的交点上，但点B没有位于声轴7上。如使用图2说明的，在点A发生的散射波5形成的平面声波9的波阵面A，成为与声轴7垂直的平面。但是，在处于声轴7外的点B发生的散射波5形成的平面声波的波阵面B未成为与声轴7垂直的平面，如图所示，波阵面B相对于声轴7构成角度在此，角度

与图2同样地定义。

在由光源19生成的大量的平面波光束之中，着眼于与光轴13平行的平面波光束901。使平面波光束901相对于波阵面A以满足Bragg衍射条件的角度θ入射，如此调整声轴7和光轴13的角度。因此，在波阵面A生成衍射光。另一方面，对于波阵面B的平面波光束901的入射角为

不满足Bragg衍射条件，衍射光没有生成。因此，仅通过平面波光束901，而来自点B的散射波9所相当的衍射光未生成，点B所相当的光学像从实像18缺失。

为了以波阵面B生成衍射光，如图9所示，照射从光轴13沿顺时针方向倾斜了角度

的平面波光束902。因为平面波光束902对波阵面B以角度θ入射，所以来自点B的散射波9所相当的衍射光得以生成。这种情况下，点B所相当的光学像被包含在实像18中。

如此，为了使点A和点B所相当的光学像作为实像18出现，优选使用平面波光束901和平面波光束902的两条光束。同样，为了使被摄物体4的点A和点B以外的点在实像18中确切出现，优选通过在这些点发生的散射波5形成的、且拥有与声轴7不垂直的波阵面的平面声波9，生成Bragg衍射光。为此的平面波光束，优选对于与声轴7不垂直的波阵面A以θ以外的各种角度入射光声介质部8。根据本实施方式，因为光源19出射行进方向不同的多个单色光重叠的光束，所以正好满足这样的条件。因此，能够拍摄位于焦平面21的被摄物体4的像。

还有，在焦平面21上，实际的被摄物体4由无数的点构成。因此，为了以高分辨率拍摄被摄物体4，需要准备无数的平面波光束，仅通过本实施方式这样的拥有离散的入射角度的有限个数的平面波光束，实像18也被看作是由与平面光束的个数相等的个数的离散的点构成的光学像。但是，平面声波9是脉冲状的声波，由有限数的波阵面构成。因此，在光声介质部8中所形成的衍射光栅的光栅面数也有限。如上述，由有限的光栅面数的衍射光栅产生的衍射光，除了Bragg衍射光以外，还含有Raman-Nath衍射光。就Raman-Nath衍射的衍射条件而言，因为不依存于入射角度，所以，例如即使在仅有平面波光束901照射的情况下，实际上，不仅点A，其邻域的点的光学像也作为实像18被生成。因此，实际上，所生成的实像18不是离散的点的集合，而成为与被摄物体4相似的连续的光学像。

但是，因为Raman-Nath衍射光的强度弱，所以在衍射光201中，若Raman-Nath衍射成为支配性的，则所得到的被摄物体4的实像18不鲜明。因此，衍射光201中的Bragg衍射光的强度的比例可以为1/2以上。为此，期望平面声波9是具有式(4)所示的波阵面数N_min以上的波阵面的脉冲状声波。还有，在式(4)中，n_ao表示光声介质8的折射率，λa表示光声介质8中的声波波长，λo表示来自单色光光源的出射光在光声介质8中的波长。

【算式4】

$N_{\min }=10\×\frac{n_{\mathrm{ao}}{\mathrm{\λ}}_a}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\λ}}_o}---\left(4\right)$

例如，作为光声介质8应用声速50m/s的纳米泡沫、且使用5MHz的超声波时，因为纳米泡沫的折射率大致为1，所以N_min＝13。因此，这种情况下，如果使用由13波以上的波阵面数构成的脉冲状超声波，则Bragg衍射光成为主要的衍射光成分。

如参照图7和图8说明的，变形棱镜301的光束放大率依赖于光线向变形棱镜301的入射角(相当于图8的角度θ₁)。因此，对应在平面波光束中重叠的多个单色光所生成的衍射光，以不同的入射角度向变形棱镜301入射，由此每个单色光其光束放大率不同。其结果是，即使利用变形棱镜301校正被摄物体的像的畸变，实像18仍有畸变像差。为了除去该畸变，在本实施方式中，如图1所示具有图像处理部20。通过图像处理部20，对于由图像接收部17摄像的图像数据，进行图像处理，由此校正残存的实像18的畸变，得到与被摄物体4相似的图像。例如，作为被摄物体4预先使用方格纸取得实像18，按照使所取得的实像18遍及整个面而成为端正的方格的方式，进行图像处理。

但是，在声透镜系统6的F值大(透镜孔径小，焦距长)、另外被摄物体4的摄像区域小的情况下，衍射光201所含的角度不同的衍射光对变形棱镜301的入射角度的差小，光束放大率视为大体一定。因此，在这样的情况下，也可以不进行由图像处理部20完成的实像18的畸变校正。

接下来，说明本实施方式的光声摄像装置中的、被摄物体4和实像18的大小的关系。本实施方式的光声摄像装置，能够视为由具有焦距f和F的两个光学透镜构成的双衍射光学系统的变形光学系统。图10(a)中示出用于说明光学领域的双衍射光学系统的工作运行的概略图。

在图10(a)所示的双衍射光学系统中，透镜403和透镜404，分别具有焦距f和F。两透镜在光轴409上离开距离f+F地配置。另外，两透镜光轴与光轴409一致。一般来说，拥有焦距f1的凸透镜，在以透镜为中心而从透镜离开f1的光轴上的2点具有焦点。根据傅立叶光学，置于凸透镜的一方的焦点的物体，与另一方的焦点的光学像彼此处于傅立叶变换的关系。因此，基于透镜403的被摄物体401的傅立叶变换像，形成于作为另一个焦平面(即，含有焦点、且与光轴垂直的平面)的傅立叶变换面402上。由于傅立叶变换面402也是透镜404的焦平面，所以在傅立叶变换面402上所形成的被摄物体401的傅立叶变换像的傅立叶变换像，形成于透镜404的另一方的焦平面。即，在透镜404的另一方的焦平面所形成的光学像，相当于对于被摄物体401进行了2次傅立叶变换的。因为2次傅立叶变换为相似映射(是使大小加以常数倍、仅对图形的方向进行转换的映射)，所以作为被摄物体401的2次傅立叶变换像的实像405，成为与被摄物体401相似的图形。还有，实像405作为被摄物体401的反转像而呈现在透镜404的焦平面上，另外，由于透镜403与透镜404的焦距不同，导致实像405的大小为被摄物体401的F/f倍。如此，在图10(a)的双衍射光学系统中，与被摄物体401相似的光学图像作为实像405出现，如果将CCD等的摄像元件设置在形成有透镜404的实像一方的焦平面上，则能够进行被摄物体401的摄像。

本实施方式的光声摄像装置，可视为2个光学系统的一方被转换为声音系统的双衍射光学系统。如参照图6和图7说明的，本实施方式的光声摄像装置中的衍射光201的生成、和图像畸变校正部15，能够视为将波长λa的平面波即平面声波9的波阵面上的振幅分布(声压)、转换(转写)成作为波长λo的平面波的畸变校正后的衍射光302的振幅分布(光)的波长转换部406。因此，本实施方式的光声摄像装置，是光学系统和声音系统混合的光声混合型光学系统，将图10(a)所示的透镜403和透镜404，以图10(b)所示的方式，转换成声透镜系统6和成像透镜系统16、且在这两个透镜系统之间利用使波长从λa转换成λo的波长转换部406从声波转换成光波，由此，本实施方式的光声摄像装置，进行与图10(a)所示的双衍射光学系统同样的工作运行。因此，根据傅立叶光学，在图10(b)的光声混合型光学系统中，与图10(a)一样，也能够在成像透镜系统16的焦平面上，得到与被摄物体407相似的光学图像作为倒立的图像。

但是，在波长转换部406的前后，波长从λa变成λo。在图10(b)的光声混合型光学系统中，相对于被摄物体4，实像18的大小为(F×λo)/(f×λa)倍。λo/λa极端小时，即，与平面波光束14的波长相比，光声介质部8中的声波的波长非常长时，也可以将F/f取得很大，从而增大(F×λo)/(f×λa)，使实像18不极端小，由此使图像接收部17所得到的光学图像的分辨率不下降也可。

如此，根据本实施方式的光声摄像装置，使彼此行进方向不同的多个单色光重叠的光束，在从被摄物体取得的散射波传输的光声介质部透过，而使由散射波形成的平面声波所产生的折射率分布带来的衍射光生成。通过声透镜系统，将散射波转换成在光声介质传输的平面声波时，来自处于从声透镜系统的声轴分离开的位置的被摄物体的散射波，相对于声轴而非平行地行进。但是，因为光束所重叠的多个单色光的行进方向不同，所以，对于来自从声轴分离开的位置的散射波所产生的光声介质的折射率分布，也生成Bragg衍射光。其结果是，在声透镜系统的声轴以外的位置，也可以低像差且高分辨率地拍摄被摄物体。就是说，能够得到轴外像差少的高分辨率的图像。

另外，根据本实施方式，就光声摄像装置而言，因为构成由声音系统和光学系统形成的双衍射光学系统，所以可以缩短声音系统和光学系统之间的距离，由此，能够使光声摄像装置小型化。另外，不需要用水等的液体充满被摄物体，而是可以从任意的方向拍摄被摄物体。

在本实施方式中，光声摄像装置101的声透镜系统6的焦距虽然被固定，但如上述，声透镜系统6也可以具有通常的照相透镜这样的对焦机构(焦点调节机构)。声透镜系统6的焦点被固定时，能够得到锐利的实像18的，只有位于声透镜系统6的焦平面邻域区域(准备地说是在由声透镜系统6的光学特性和图像接收部17的画素尺寸决定的景深内)的被摄物体4。因此，通过将能够调整声透镜系统6的焦点的机构设于声透镜系统6，可以沿光轴方向对被摄物体4进行摄像。如此，通过设置对焦机构，可以进行三维区域的拍摄。

另外，在本实施方式中，如图11(a)所示，从声波吸收部10朝被摄物体4的方向倾斜地、照射平面波光束14。但是，如图11(b)所示，也可以从被摄物体4侧朝声波吸收部10方向倾斜地照射平面波光束14。但是，如图11(b)所示这样照射平面波光束14时，相对于由图11(a)的构成所生成的实像，能够得到以图11的纸面为镜像对称面的处于镜像关系的实像。因此，为了得到被摄物体4的正确方向的实像18，优选对于所拍摄的图像，以平面镜等使之进行一次反射而在光学上进行镜像反转、或通过图像处理部20进行镜像反转。

另外，在本实施方式中，作为图像畸变校正部15使用变形棱镜301，但也可以使用具有同样的光学作用的其他光学系统。例如，也可以使用2片聚光型柱面透镜构成图像畸变校正部15。如图12所示，柱面透镜151，在与图中所设定的坐标系的yz面平行的面内，作为聚光透镜发挥功能，但在与xz平面平行的平面中，是不具备聚光作用的光学元件。如图13所示，使有聚光作用的平面相互正交的2片柱面透镜161、162加以组合的光学系统，作为兼备图像畸变校正部15和成像透镜系统16的作用的光学系统发挥功能。如图13所示，柱面透镜161将xy平面的光聚集在与y轴平行的直线上，柱面透镜162将yz平面的光聚集在与x轴平行的直线上。柱面透镜161一方具有比柱面透镜162长的焦距，由此作为在yz平面和xz平面以不同的比率成像的光学系统发挥功能。如果将该光学系统在图7(a)所示的坐标中、配置在同一方向，则正好作为光声摄像装置101的图像畸变校正部15发挥功能。具体来说，以校正图3中的光束的扁平率sinθ的方式，使y轴方向与x轴方向的像的比率为1/sinθ，如此选择两透镜的焦距。更具体来说，选择柱面透镜162的焦距的方式为，使之成为柱面透镜161的焦距的sinθ倍。这种情况下，柱面透镜161的焦距由被摄物体4与实像18的相似比决定。

还有，在取代图像畸变校正部15和成像透镜系统16而使用图13的光学系统之光声摄像装置101中，只要柱面透镜161和柱面透镜162的畸变被充分校正，则可以不进行由图像处理部20进行的畸变校正。

(第二实施方式)

以下，说明本发明的光声摄像装置的第二实施方式。图14模式化地表示本实施方式的光声摄像装置102。就光声摄像装置102而言，使用超声波作为声波2，以非入侵方式对人和动物等的体内器官进行摄像。如图14所示，光声摄像装置102具备：与第一实施方式的光声摄像装置101相同的构成，但与现有的超声波探针同样，在探针213内具备图1所示的光声摄像装置101的全部或除了光源19的构成。

如图14所示，在探针213的探触面213a配置有声波源1和声透镜系统6。如图14所示，摄像时，使探针213的探触面213a与被检测者210的体表面接触，从体外将由声波源1发生的声波2传送至体内中。这时，为了降低在体表面的反射衰减，也可以在探触面213a与体表面之间介入匹配用凝胶、乳脂和声阻抗匹配层，采取声阻抗的匹配。

声波2在身体组织212传输，在器官211中被反射、散射，成为散射波5。散射波5到达声透镜系统6，被声透镜系统6转换成平面波，如第一实施方式中说明的，能够得到器官211的图像。处于与光声摄像装置102的声轴7(未图示)垂直的面内、且处于摄像区域外的器官211的摄像，与现有的超声波探针一样，能够通过在体表面使光声摄像装置101移动来进行。另外，处于体内不同深度的脏器，如第一实施方式所说明的，能够通过声透镜系统6的焦点调整机构，调整焦点位置并进行拍摄。

一边参照图15，一边说明能够实现光声摄像装置102的具体的构成例。从声波源1，出射例如由频率13.8MHz的正弦波20波构成的脉冲串信号。该脉冲串信号的信号持续时间为1.4μsec。另外，因为身体组织212中的声速约1500m/s，所以身体组织212中的超声波正弦波的波长约110μm，与超声波的行进方向平行测量的脉冲串信号的物理的信号长约2.2mm。因此，这种情况下，能够以数100μm的空间分辨率拍摄最大以数100kHz的频率振动的器官211。

作为光声介质部8，使用声速50m/s的二氧化硅纳米多孔体。就二氧化硅纳米多孔体而言，为低声速，因为超声波的传播波长短，所以能够得到大的衍射角。另外，二氧化硅纳米多孔体，对于波长633nm的He-Ne激光器光具有充分的透光性。除此之外，氟化液对于波长633nm的He-Ne激光器光也有充分的透光性，氟化液的声速约500m/s，因此适合作为光声介质部8。

作为光源19使用波长633nm的He-Ne激光器时，1级衍射光的衍射角为5°。另外，这种情况下，必须以图像畸变校正部15实现的光束放大率约5.74，这是用市场销售的的变形棱镜可以校正的值。

在可以辐射到体内的声波的声压中，为了安全性而设有上限。因此，所生成的衍射光的光强度弱，作为图像接收部17期望其灵敏度高。另外，从画质和光量的观点出发，为了捕捉平面声波9闪现过平面波光束14的瞬间的实像18，此外为了通过连拍观测被摄物体4的活动，作为图像接收部17也可以使用能够高速摄像的摄像元件。例如，作为图像接收部17，使用高速的CCD图像传感器(Charge Coupled Device Image Sensor)。实像18的亮度不足而摄像困难时，将图像增倍管配置在上述图像传感器的跟前以提高实像18的亮度，或者也可以使用更高输出功率的光源11。

如声透镜系统6的说明中阐述的，在声阻抗不同的声音介质间的界面发生声波的反射，招致实像18的亮度和图像质量的降低。界面的声阻抗差越大，反射也越大。因此，如图15所示，也可以在声透镜系统6和介质3的界面设置防反射膜。例如，由声速50m/s、密度0.11g/cm³的二氧化硅纳米多孔体构成声透镜系统6的与介质3(身体组织212)接触的透镜时，将具有6.2μm的厚度，由声速340m/s、密度0.2/cm³的二氧化硅纳米多孔体构成的1/4波长防反射膜，形成于透镜的表面也可。

在图像接收部17上，得到与被摄物体4相比，为其1/5大小的实像18时，F/f＝1.14。如第一实施方式中说明的，被摄物体4所对应的实像18的大小是(F×λo)/(f×λa)倍，因此(F×λo)/(f×λa)＝1/5的关系式成立。因此，F/f＝λa/λo/5，如果代入光的波长λo＝633nm，和声速50m/s的二氧化硅纳米多孔体的13.8MHz超声波的光声介质部8中的波长λa＝3.6μm，则能够得到F/f＝1.14。因此，使用具有焦距50mm的声透镜系统6时，变成使用焦距57mm的成像透镜系统16(F＝1.14×f＝1.14×50mm)。

如参照图10说明的，增大实像18对被摄物体4的相似比(F×λo)/(f×λa)时，成像透镜系统16的焦距变长，光声摄像装置102大型化。这种情况下，作为成像透镜系统16，例如，通过使用卡塞格林(Cassegrain)光学系统所代表的折返型反射光学系统，能够解决这一课题。通过折返型反射光学系统的应用，成像透镜系统16与实像18的距离可以配置得比实际的焦距F近，能够使光声摄像装置102小型化。

另外，通过将声透镜系统6和成像透镜系统16的距离配置得比f+F近，也能够实现光声摄像装置102的小型化。一边参照图10，一边说明光声摄像装置101的光声混合型光学系统能够视为光学领域的双衍射光学系统的情况。双衍射光学系统的基本构成，是使声透镜系统6和成像透镜系统16分离开各自的透镜的焦距之和f+F而进行配置的。但是，即使将声透镜系统6和成像透镜系统16间的距离设定为f+F以外的值，也不影响实像18的光学像形成。即，只要将实像18的光学像作为光强度分布而取得(或者，只要不观测实像18的相位分布信息)，则也可以使声透镜系统6和成像透镜系统16的距离比f+F有所缩短，能够使光声摄像装置102进一步小型化。

在本实施方式中，说明了从体外对于人和动物等的体内器官进行摄像的光声摄像装置102的例子，但本发明也可以通过导管和内窥镜以及腹腔镜等，作为从体内拍摄脏器和血管壁的光声摄像装置来实施。

(第三实施方式)

说明本发明的光声摄像装置的第三实施方式。第三实施方式的光声摄像装置，除了声透镜系统6的构成不同以外，均与第一实施方式的光声摄像装置101相同。因此，只说明声透镜系统6的构成。图16表示本实施方式的声透镜系统6的构成。

在第一实施方式中，声透镜系统6全部由二氧化硅纳米多孔体构成。二氧化硅纳米多孔体具有的优点是，通过调整制作条件，能够使二氧化硅纳米多孔体中的超声波等的声波的声速大范围改变。二氧化硅纳米多孔体的声速对介质3的声速的比，相当于光学系统的折射率。即，二氧化硅纳米多孔体，是容易实现各种(相对于超声波而言)折射率的易适应的声音介质。因此，若将二氧化硅纳米多孔体作为声透镜系统6的构成构件应用，则声波所对应的折射率具有广范的选択性，因此声透镜系统6的设计自由度大，能够与通常的多群构成的光学透镜同样地对各像差进行良好地校正，并能够构成像圈宽阔的声透镜系统6。还有，所谓像圈，意思是能够得到良好的成像特性的焦平面上的区域。

第一实施方式的声透镜系统6具有这样的优点，但为了接合二氧化硅纳米多孔体彼此，产生出随之而来的以下所述的课题。例如，即使声透镜系统6是单透镜结构，如图15所示的具体例这样在光声介质部8应用二氧化硅纳米多孔体时，二氧化硅纳米多孔体之间的接合也发生。另外，声透镜系统6是多群透镜结构，如光学领域的消色差透镜这样使用胶合透镜时，二氧化硅纳米多孔体之间的接合也发生。

二氧化硅纳米多孔体与空气的声阻抗大不相同。因此，为了压制接合面的反射波的生成，重要的是使二氧化硅纳米多孔体彼此的接合面间不夹隔空气层而进行制作。但是，在二氧化硅纳米多孔体的制作工艺上，不夹隔空气层而接合极其困难。因此，在第一实施方式的声透镜系统6中，压制接合面的反射波发生困难。

本实施方式的声透镜系统6，为了解决这样的课题而由反射型声音系统构成。图16是含有声轴706的平面的声透镜系统6的截面图。声透镜系统6具有：声波导管704、和在声波导管704的内部所设置的作为反射面的主镜702和副镜701。另外，在声波导管704内部形成有光声介质部。声波导管704具有：以图16的纸面为镜像对称面的镜像对称的构造。使图16所示的截面构造以声轴706为轴而旋转180度。将所得到的旋转体以含有声轴706的平面作为镜像对称面、且由夹隔镜像对称面而与之平行的2个平面切断。由此，得到声波导管704的立体形状。就这样的声波导管705而言，例如，以切削加工等制成拥有反射面的金属制的声波导管705，在制成的声波导管中封入各向同性的二氧化硅纳米多孔体，将光声介质部8和声透镜系统6一体整形。通过这样的工艺，能够完全排除二氧化硅纳米多孔体之间的接合部位，同时也能够得到像差校正良好的声透镜系统6。

作为本实施方式适合的反射型光学系统的例子，如图16所示，是由作为凹面镜的主镜702和作为凸面镜的副镜701构成的卡塞格林型光学系统。此外作为主镜702和副镜701的面形状，如果应用里奇-克雷蒂安(Ritchey-Chretien)光学系统，则能够良好地校正短焦点化时的卡塞格林型光学系统的残存像差，能够实现大像圈。在里奇-克雷蒂安光学系统中，因为焦点残留像面弯曲，所以对于二氧化硅纳米多孔体的焦点侧的界面(实施防反射膜703的面)实施曲面加工，使之作为校正透镜发挥功能，从而能够校正该像面弯曲。作为反射型光学系统，也可以采用在副镜701使用凹面镜的格里高里(Gregory)型光学系统，和施密特·卡塞格林(Schmitt Cassegrain)型光学系统等其他的反射折射型光学系统。

作为声透镜系统6通过应用反射型光学系统，不用进行制作困难的多个种类的二氧化硅纳米多孔体的接合，仅由单一的二氧化硅纳米多孔体就能够构成像差得到良好校正的声透镜系统6。因为在声透镜系统6邻域不会发生反射波，所以可以取得高亮度、像质优良的实像18。因此根据本实施方式，可实现能够以更高亮度得到高画质的图像的光声摄像装置。

(第四实施方式)

说明本发明的光声摄像装置的第四实施方式。第四实施方式的光声摄像装置，除了图像畸变校正部15的构成不同以外，均与第一实施方式的光声摄像装置101相同。因此，只说明图像畸变校正部15的构成。图17模式化地表示本实施方式的图像畸变校正部15的构成。

在第一实施方式中，图像畸变校正部15具备使用了变形棱镜或柱面透镜的光学系统。相对于此，本实施方式的图像畸变校正部15，对于由图像接收部17得到的实像801的信号进行规定的处理，通过图像处理进行实像801的校正。

如图17所示，在本实施方式中，不使用变形棱镜或柱面透镜，而是以成像透镜系统16使歪曲状态的衍射光201成像。这种情况下，实像801沿着y轴方向歪斜，但以此状态直接由图像接收部17取得实像801。图像处理部20，从图像接收部17接收表示实像801的电信号，通过图像处理去除实像801的图像畸变。例如，在图17所示的坐标系中，通过对实像801在y方向上进行1/sinθ倍的图像处理，生成与被摄物体4相似的图像。

如果使用本实施方式的图像畸变校正部15，能够减少用于光声摄像装置的构成的光学元件的数量，因此可以小型而低成本地提供声音摄像装置。

还有，在衍射角θ小的情况下，在图像接收部17的摄像面上，被摄物体4沿着图7中设定的坐标的y轴方向被大幅延伸拍摄。因此，图像处理后的图像分辨率在x轴方向、y轴方向上有所不同。这种情况下，通过光声摄像装置具备图8所示的光学的图像畸变校正部15、和本实施方式的图像处理的图像畸变校正部15这两方，可以使x方向和y方向和像素分辨率大体相等。

另外，在作为图7所示的光学的图像畸变校正部15使用变形棱镜301、并且使用本实施方式的图像处理的图像畸变校正部15时，由于大量的衍射光201向变形棱镜301的入射角度不同，导致像面畸变发生，因此，此像差校正也可以进行本实施方式的图像处理。

(第五实施方式)

说明本发明的光声摄像装置的第五实施方式。第五实施方式的光声摄像装置，除了图像畸变校正部15的构成以外，均与第一实施方式的光声摄像装置101相同。因此，只说明图像畸变校正部15的构成。图18模式化地表示本实施方式的图像畸变校正部15的构成。

设衍射光的衍射角为θ(θ的定义与至此为止的说明相同)时，本实施方式的图像畸变校正部15，含有在图18所示在坐标的x轴方向上使衍射光201的光束宽度为sinθ倍的缩小光学系统901。若平面声波9的声束的截面形状为直径L的圆形，则衍射光201的光束的截面形状为在x轴方向上是L、在y轴方向是L×sinθ的椭圆。通过缩小光学系统901，衍射光201在x轴方向上为sinθ倍，因此畸变校正后的衍射光902的光束的截面形状成为直径L×sinθ的圆形。在第一及第二实施方式中，图像畸变校正部15将衍射光201校正为直径L的光束，但在本实施方式中校正为直径L×sinθ的光束。

与第一实施方式同样，在本实施方式中，也是将声透镜系统6的焦距设为f，成像透镜系统16的焦距设为F，作为超声波的平面声波9的波长设为λa，作为单色光的平面波光束14的波长设为λo，而且，衍射角设为θ。这时，因为畸变校正后的衍射光902的光束截面形状变成圆形，所以实像18与被摄物体4相似。另外，根据傅立叶光学，其相似比为(λa×f)/(λo×F)×sinθ。可是，因为存在(式1)的关系，所以衍射光201为+1级衍射光时，相似比为1/2×(f/F)。

如此，通过缩小光学系统901，相似比不依存于超声波和单色光的波长，因此，例如，如果以f/F＝2的方式选择声透镜系统6和成像透镜系统16的焦距比，则能够得到与被摄物体4相同大小的实像18，能够以高分辨率取得被摄物体4的图像。此外，如果缩短f，则F也变短，因此也可以实现光声摄像装置的小型化。此外，由于畸变校正后的衍射光902的光束变细，所以成像透镜系统16的孔径口径变小，装置整体被小型化，并且成像透镜系统16不需要很高的面精度。

在第一和第二实施方式中，实像18对被摄物体4的相似比为(F×λo)/(f×λa)。如图15所示的具体例所述，实际上相比单色光波长λo而超声波波长λa长得多，因此为了得到大的实像18而使用焦距非常长的成像透镜系统16。因此，光声摄像装置101大型化，或者使用特殊的光学系统构成的成像透镜系统16。相对于此，根据本实施方式，作为图像畸变校正部15使用缩小光学系统901，由此使用小孔径口径、短焦距的成像透镜系统16，可以高分辨率拍摄实像18，并且可以使光声摄像装置小型化。

还有，在本实施方式中，缩小光学系统901由变形棱镜构成，但也可以使用具有同样作用的其他的缩小光学系统。

另外，在本实施方式中，平面声波9的音束截面形状为直径L的圆形时，得到光束截面形状为直径L×sinθ的圆形状的畸变校正后的衍射光902。但是，即使以畸变校正后的衍射光902的光束截面形状变成C×L(其中，C＜1)的圆形的方式进行矫正，仍可缩短成像透镜系统16的焦点，提高拍摄的分辨率。例如，也可以设置2个图像畸变校正部15，在图18所示的坐标中，对于x轴方向使用缩小光学系统，对于y轴方向使用放大光学系统。具体来说，选择x轴方向的光束缩小率、y方向的光束放大率，使畸变校正后的衍射光902的光束截面形状成为C×L(其中，C＜1)的圆形即可。

另外，也可以实现具备本实施方式的图像畸变校正部15和第四实施方式的图像畸变校正部15的光声摄像装置。使畸变校正后的衍射光902的光束截面形状在图17设定的坐标系中，成为在x轴方向为C×L(其，C＜1)、在y轴方向为L×sinθ的椭圆形状，如此设定缩小光学系统901的光束缩小率。由此，不论是否在成像透镜系统16的焦平面上，都能够使拍摄的图像的分辨率大体相等。

(第六实施方式)

说明本发明的光声摄像装置的第六实施方式。第六实施方式的光声摄像装置，除了图像畸变校正部15的构成不同以外，均与第一实施方式的光声摄像装置101相同。因此，只说明图像畸变校正部15的构成。图19模式化地表示本实施方式的图像畸变校正部15的构成。

图19中示出实施方式6的光声摄像装置106的概略的构成。光声摄像装置106还具备角度调整部1302和角度调整部1303，这一点与第一实施方式的光声摄像装置101不同。因此，其他的构成要素的说明省略。在本实施方式的说明中，对于与第一实施方式相同的构成要素附加相同的参照符号。

如图19所示，由图像畸变校正部15、成像透镜系统16和图像接收部17构成的光学系统作为衍射光成像光学系统1304。另外，光轴1301是处于含有声轴7和光轴13的平面内、且以声轴7为对称轴而与光轴13成镜像对称的直线。

本实施的形态的光声摄像装置106具有：角度调整部1302，其调整光源19的光轴13对声轴7的夹角；角度调整部1303，其调整衍射光成像光学系统1305的光轴1301对声轴7的夹角。角度调整部1302和角度调整部1303彼此联动，始终按照使声轴7和光轴13构成的角度、与声轴7和光轴1301构成的角度相等的方式进行角度调整。

如第一实施方式中说明的，由构成声波2的正弦波的频率、和来自单色光光源11的出射光波长，使衍射光201对声轴7的衍射角90°-θ得以决定。因此，本实施的形态的光声摄像装置105，即使声波2的频率改变，如果通过角度调整部1302和角度调整部1303调整衍射角，也能够拍摄被摄物体4。

由于能够调整衍射角，所以在光声摄像装置106中，能够自由地设定声波2的频率。由此，能够首先以低周波声波粗略地拍摄被摄物体4，其次再使用高周波声波高精细度地拍摄被摄物体4直至细部。由此能够实现摄像时间的缩短和图像数据量的削减。

产业上的可利用性

本申请所公开的光声摄像装置，能够将用于各种用途的超声波图像作为光学图像取得，因此作为超声波诊断装置用的探针等有用。另外，在光无法到达的物体的内部，如果是由超声波可以传播的材质构成，则能够将物体内部的弹性率分布作为光学图像观察，因此也能够应用于非破坏振动测定装置等的用途。此外，根据可以进行高速摄像这样的特征，本申请所公开的光声摄像装置可以作为以非接触方式测量运动的非接触振动计利用。

符号说明

1   声波源

2   声波

3   介质

4   被摄物体

5   散射波

6   声透镜系统

7、13、23、706、1301、1701、1702   光轴

8   光声介质部

9   平面声波

10  声波吸收部

11  单色光光源

12  光束扩展器

14、32、204、901、902  平面波光束

15  图像畸变校正部

16  成像透镜系统

17  图像接收部

18、141、142、405、408、801  实像

19  光源

20  图像处理部

21  焦平面

31  均匀照明光学系统

41、44、45  复眼透镜

42  聚光透镜

43  均匀照明面

46  焦平面

101  光声摄像装置

143，144  光束

145  光路长度差

146  重叠后的实像

147、148  像点

151，161，162  柱面透镜

201，1705  衍射光

202  衍射光栅

203  单色光

301  变形棱镜

302，902  畸变校正后的衍射光

303  楔形棱镜

401，407  物体

402  傅立叶变换面

403，404  透镜

406  波长转换部

701  副镜

702  主镜

703  防反射膜

704  焦点

705  声波导管

901  缩小光学系统

1302，1303  角度调整部

1304  衍射光成像光学系统

Claims (20)

1.一种光声摄像装置，其中，具备：

声波源；

声透镜系统，其将从所述声波源出射的声波对被摄物体进行辐射所产生的散射波转换成规定的会聚状态；

光声介质部，其按照使透过所述声透镜系统的散射波入射的方式配置；

光源，其出射使彼此行进方向不同的多个单色光重叠的光束，且使所述光束相对于所述声透镜系统的声轴以非垂直且非平行角度入射所述光声介质部；

成像透镜系统，其使在所述光声介质部发生的多个所述平面波单色光的衍射光聚集；

图像接收部，其检测由所述成像透镜系统聚集的光，且输出电信号。

2.根据权利要求1所述的光声摄像装置，其中，

还具备图像畸变校正部，该图像畸变校正部对由所述衍射光和所述电信号所表示的所述被摄物体的像的至少一方的畸变进行校正。

3.根据权利要求2所述的光声摄像装置，其中，

各单色光的光谱宽度低于10nm，所述单色光是拥有所述单色光的中心频率之波长的10倍以下的波面精度的平面波。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述声透镜系统是折射型声音系统。

5.根据权利要求4所述的光声摄像装置，其中，

所述声透镜系统由二氧化硅纳米多孔体或氟化液构成。

6.根据权利要求5所规定的光声摄像装置，其中，

所述声透镜系统具备至少一个折射面、和在至少一个折射面所设置的防止声波反射的防反射膜。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述声透镜系统是反射型声音系统。

8.根据权利要求7所述的光声摄像装置，其中，

所述声透镜系统含有两面以上的反射面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述声透镜系统含有焦距调整机构。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述成像透镜系统含有焦点调整机构。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述光源含有多个复眼透镜。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述图像畸变校正部含有：放大所述衍射光的截面的光学构件。

13.根据权利要求2至11中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述图像畸变校正部含有：缩小所述衍射光的截面的光学构件。

14.根据权利要求12或13所述的光声摄像装置，其中，

所述光学构件由变形棱镜构成。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述成像透镜系统和所述光学构件的至少一方含有：至少一个柱面透镜。

16.根据权利要求2至15中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述图像畸变校正部基于所述电信号进行图像处理。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述光声介质部含有：二氧化硅纳米多孔体、氟化液和水的至少1种。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述衍射光含有：以强度比计为1/2以上的布拉格衍射光的成分。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的光声摄像装置，其中，

从所述光源出射的光束的光轴能够相对于所述声透镜系统的声轴进行调整。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的光声摄像装置，其中，

所述声波为脉冲状。

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