JP2001517782A - Acoustic imaging system - Google Patents

Acoustic imaging system

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JP2001517782A
JP2001517782A JP2000513115A JP2000513115A JP2001517782A JP 2001517782 A JP2001517782 A JP 2001517782A JP 2000513115 A JP2000513115 A JP 2000513115A JP 2000513115 A JP2000513115 A JP 2000513115A JP 2001517782 A JP2001517782 A JP 2001517782A
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Inventor
シュスター・イスラエル
ヤハブ・ギオラ
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スリーディーヴィー システムズ リミテッド
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/002Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means for representing acoustic field distribution

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】対象物の画像を形成する音響光学画像形成システム(18)で、対象物をイルミネートする音響エネルギー源と、該対象物からの散乱音響エネルギーを受け取る音響光学画像形成板とを有し、前記散乱音響エネルギー(37)は該音響光学画像形成板(10)において音響画像を形成し、音響エネルギー(37)を受けることにより生ずる該音響光学画像形成板の変化によってそのエネルギーの特性が変えられる光学エネルギーを生成する光学エネルギー源(22)と、変えられた光学エネルギーの非ホログラフィック画像を形成する光学撮像手段(32)とを有し、該光学撮像手段(32)により検出された光の時間積分の大きさが、空間的な強度変化を有する画像となるよう、そして該光学像のある点における (57) Abstract: In An acousto-optical imaging system for forming an image of an object (18), an acoustic energy source Illuminated objects, acousto-optic image receiving scattered acoustic energy from the object and a forming plate, the scattering acoustic energy (37) forms an acoustic image in said acousto-optic imaging plate (10), by a change of the acousto-optic imaging plate caused by receiving acoustic energy (37) has an optical energy source (22) for generating optical energy for its characteristics of energy is changed, the optical imaging means for forming a non-holographic image of altered optical energy and (32), optical imaging means (32 ) of magnitude of the time integral of the light detected by, so that the image having a spatial intensity variation, and at a point with optical image 度が対象物の対応する点の基準位置からの距離と関連するよう、該音響エネルギー源は、パルス状に駆動される。 As the degree is related to the distance from the reference position of the corresponding point of the object, the acoustic energy source is driven in pulses.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、音響画像形成システムの分野に関し、特に、3次元音響画像形成システムの分野に関する。 [0001] The present invention relates to the field of acoustic imaging system, in particular to the field of 3-dimensional sound imaging system.

【0002】 音響画像形成は非常に発達した技術分野であり、医療画像、非破壊検査および水面下での撮像の分野で主として利用されている。 [0002] Acoustic imaging is a very developed art, medical imaging, and is mainly used in the field of imaging in the non-destructive inspection and underwater. 一般に、音響画像は、画像化する対象物の方向に音響エネルギーのビームを送出し、例えば音響検知素子の位相アレイのような指向性を有するアンテナによってそれを受信することにより形成される。 In general, the acoustic image sends a beam of acoustic energy in the direction of the object to be imaged, it is formed by receiving it by for example an antenna having directivity such as phased array of acoustic sensing element. 従って、一般に、3次元の物体を走査するためには、ビームを2つの交差するディメンジョン(dimensions)において走査する必要がある。 Thus, in general, in order to scan a three-dimensional object, it is necessary to scan the dimensions (dimensions The) intersecting the beam of the two.

【0003】 いくつかのシステムは、多数の素子からなる位相アレイと、広範囲に渡るビームの送出と多方向受信アンテナを使う。 [0003] Some systems, using a phased array comprising a plurality of elements, the transmission and multi-directional receiving antenna beams over a wide range. 多数の回路から出力される、個々の素子によって受信された音響エネルギーの和に基づいて、そして、それぞれの和が異なるアンテナの受信方向に対応しているため、システムは単一の送信ビームから多数の受信ビームを得ることができる。 Output from a large number of circuit, based on the sum of the received acoustic energy by the individual elements, and, since each sum corresponds to the reception direction of the different antennas, the system number from a single transmit beam it can be obtained in the reception beam. しかしながら、3次元の画像を形成するためには、送信ビームかアンテナのビーム受信方向(一般には双方)が2次元または3次元走査されなければならない。 However, in order to form a three-dimensional image, (both in general) beam receiving direction of the transmitted beam or antenna must be scanned two- or three-dimensional.

【0004】 厳密には、送信ビームおよび/または受信アンテナを特定の、一般には様々な、距離にフォーカスさせる必要はないが、画質を向上させ、反射およびオフアングルの反射の影響を減らすためにそうなっている場合がある。 [0004] Strictly speaking, a particular transmit beam and / or receiving antenna, generally a variety is not necessary to focus distance, to improve image quality, so in order to reduce the influence of reflection of the reflection and off-angle in some cases it is going on.

【0005】 さらに、もしも少なからぬ数のビームが必要な場合、複数のビームを受信するシステムは非常に高価である。 [0005] Further, when if considerable number of beams is necessary, the system for receiving a plurality of beams are very expensive.

【0006】 従って、一般に、音響3次元画像形成システムは遅く、そして/または低解像度であり、これに対し、比較的短時間に多数の音波を各画像を形成するために送信したいという要求がある。 Accordingly, in general, slow acoustic 3-dimensional image forming system, and an / or lower resolution, contrast, there is a request to transmit a number of waves in a relatively short period of time to form each image .

【0007】 各画像について、音響エネルギーの単一の広いビームを用いて音響画像を形成するシステムが知られている。 [0007] For each image, it is known a system for forming an acoustic image using a single broad beam of acoustic energy. その開示内容はここに参照して組み込む、米国特許第4,393,712号に記載されているシステムにおいては、音響レンズを用いて、 音響エネルギーを音響光学変換器上にフォーカスさせ光学像を観察する。 Incorporating the disclosure by reference herein, in U.S. patents listed in No. 4,393,712 system, using an acoustic lens, observing the optical image is focused acoustic energy on an acousto-optic transducer. この特許の従来技術の背景の部分では、様々な音響光学画像形成装置が開示され参照されている。 The part of the prior art background of this patent are referred various acoustooptic image forming apparatus is disclosed. しかしながら、深度を決定する方法については知られていないため、 However, because it is not known about how to determine the depth,
これらのシステムは広く実用化されるには至らなかった。 These systems did not lead to be widely put into practical use.

【0008】 ここに参照することによりその開示内容を組み入れる、米国特許第4,338,821 号には、音響エネルギーを光学画像に変換する液晶(LC)画像形成板を用いて、光学的ホログラフィック画像を生成する音響光学画像形成システムが記載されている。 [0008] incorporation of the disclosure by reference herein, U.S. Patent No. 4,338,821, a liquid crystal (LC) imaging plate for converting the acoustic energy into the optical image to generate an optical holographic images acousto-optic imaging system is described.

【0009】 ここに参照することによりその開示内容を組み入れる、米国特許第4,379,408 号には、LC装置を用いて音波から光学画像形成を行うシステムが記載されている。 [0009] incorporation of the disclosure by reference herein, U.S. Patent No. 4,379,408, a system for performing optical imaging from the sound wave by using the LC device is described. 送出および反射される音波の視覚化について記載されている。 Have been described for visualization of the acoustic wave is transmitted and reflected.

【0010】 ここに参照することによりその開示内容を組み入れる、PCT公報、WO97/011 [0010] incorporation of the disclosure by reference herein, PCT publication, WO97 / 011
11、WO97/01112、WO97/01113には、対象物への光照射をオンオフした時の該対象物からの反射光に基づいて、光学画像全体における対象物の深度を決定するシステムが記載されている。 The 11, WO97 / 01112, WO97 / 01113, based on the reflected light from the object when the turning on and off the light irradiation to the object, describes a system for determining the depth of the object in the whole optical image there. これらの特許出願に記載されている方法の一つは、反射光をゲーティング(gating)することにより形成される画像の輝度に基づいて深度を決定する方法である。 One of the methods described in these patent applications is a method of determining the depth based on the brightness of an image formed by gating (gating) the reflected light.

【0011】 「双安定液晶セルの超音波スィッチング」W. HamidzadaおよびSV Letcher ( [0011] "Ultrasonic Suitchingu of the bistable liquid crystal cell" W. Hamidzada and SV Letcher (
Appl. Phys. Lett. 42(9) 1983年5月、第785-786頁)には、バイアスを制御して 、閾値を越える音響エネルギーによりセルの偏光状態を変更させる、LCセルへのバイアスについて記載されている。 Appl. Phys. Lett. 42 (9) 5 May 1983, in the first 785-786 pages), by controlling the bias, to change the polarization state of the cell by an acoustic energy exceeding the threshold value, the bias of the LC cell Are listed.

【0012】 ここに参照することによりその開示内容を組み入れる、米国特許第3,837,423 号、第3,406,550号、第4,652,086号、そして「新液晶音響-光学ディスプレイ」P [0012] incorporation of the disclosure by reference herein, U.S. Patent No. 3,837,423, No. 3,406,550, No. 4,652,086, and "New liquid crystal acousto - optical display" P
. Greuguss (ACOUSTICA, v. 29, 1972年、第52-58頁)には、様々な種類の、音波から光学画像への変換に適したLCセルと、そのようなセルを用いた画像形成の様々な方法論が記載されている。 . Greuguss (ACOUSTICA, v. 29, 1972 years, pp 52-58), the various types, and the LC cell that is suitable for conversion to optical image from the sound wave, the image formation using such cells It has been described various methodologies. 「ネマチック液晶の超音波相互作用に関する新仮説」JL DionおよびAD Jacob (Appl. Phys. Lett. 31(8), 1997年10月15日、第490-493頁)および「ネマチック液晶における音響光学効果」S. Nagai, A. P "New Hypothesis on ultrasound interaction of the nematic liquid crystal" JL Dion and AD Jacob (Appl. Phys. Lett. 31 (8), 10 October 15, 1997, pp. 490-493) and "acousto-optic effect in nematic liquid crystals "S. Nagai, A. P
etersおよびS. Candau (Revuew de Physique Appliquee, vol 12, 1977年、第21 eters and S. Candau (Revuew de Physique Appliquee, vol 12, 1977 years, the 21
頁)には、音響場とLC間での相互作用の理論が記載されている。 The page) describes a theory of interaction between the acoustic field and the LC. これらの論文 についても、ここに参照することによりその開示内容を組み入れる。 For even these papers incorporating its disclosure by reference herein.

【0013】 本発明のいくつかの態様の目的は、対象物からの散乱した音響エネルギーを3 An object of some aspects of the present invention, 3 a scattered acoustic energy from the object
次元画像に変換する手段と方法とを提供することである。 It is to provide a means and method for converting the dimension image.

【0014】 本発明のいくつかの好適な実施例においては、単一パルスの照射(illuminati [0014] In some preferred embodiments of the present invention, irradiation of a single pulse (illuminati
ng)音響ビームを用いることにより、対象物の表面の画像が形成される。 ng) by using an acoustic beam, an image of the surface of the object is formed. あるいは、そのようなビームを連続して送出する事により、より高い解像度を実現することができる。 Alternatively, by sending continuously such beams, it is possible to realize a higher resolution.

【0015】 本発明のいくつかの好適な実施例においては、複数の照射音響ビームを用いて、様々な距離における対象物の「スライス」を順次見ることにより、対象物の内部構造を見ることもできる。 [0015] In some preferred embodiments of the present invention, by using a plurality of irradiation acoustic beams, by sequentially view the "slice" of the object at different distances, also view the internal structure of the object it can.

【0016】 本発明の好適な実施例においては、対象物に音響ビームが照射(illuminate) [0016] In a preferred embodiment of the present invention, the acoustic beam is irradiated to the object (illuminate)
され、対象物から音響エネルギーが反射されて、従来技術の項目で説明したバイアスLC板のような音響光学変換器(AOC: Acousto-optic converter)へ向かう。 It is, is reflected acoustic energy from the object, an acousto-optic transducer, such as a bias LC plate described in the prior art items (AOC: Acousto-optic converter) towards. 照射音響ビームは、パルス状であることが好ましい。 Irradiation acoustic beam is preferably pulsed. 対象物のいろいろな部位で反射した音響ビームの先端は、照射し反射されたビームが進んだ距離の総和にほぼ比例したタイミングで変換器に到達する。 The tip of the acoustic beam reflected at various sites of the object reaches the transducer at a timing which is substantially proportional to the sum of distance traveled is irradiated and reflected beams. なお、音響光学変換器(AOC)と してはLC板が好ましいが、本発明においては、別の態様のものを用いることも可能である。 In addition, as the acousto-optical transducer (AOC) but LC plate is preferred in the present invention, it is also possible to use a different aspect.

【0017】 AOC板は照射パルスと時間的な所定の関係でオン・オフ制御(gated on and of [0017] AOC plate on-off control in time, predetermined relationship with the irradiation pulse (gated on and of
f)されることが好ましい。 f) it is preferably. AOC板はゲートオンの場合、イルミネート(illumina AOC plate in the case of the gate, Illuminated (illumina
te)されている変換器の一部を駆動(turn on)させるのに十分な音響エネルギ ーを受けている時に、センサ位置で光を発生させる。 Some transducers are te) when undergoing sufficient acoustic energy to drive (turn on), to generate light at the sensor location. 従って、もしもAOCが時刻t Therefore, if AOC is time t
0からt1までゲートされて音響ビームが変換器の一部に時刻t2(時刻t0とt1の間 )に到達する場合、該変換器の一部に関連した、積分された画像の輝度はt1-t2 に比例する。 If 0 to t1 is gated acoustic beam reaches the time t2 to a portion of the transducer (between times t0 and t1), relating to a part of the transducer, the brightness of the integrated image t1- proportional to t2. このように、音響光学変換器から検出された光学エネルギーの輝度はゲート時間に比例し、変換器を駆動するに十分なエネルギーを有する反射波が変換器に届く。 Thus, the luminance of the detected optical energy from the acoustic-optical transducer is proportional to the gate time, the reflected wave having sufficient energy to drive the transducer reaches the transducer. この結果得られた画像のある部分の輝度は、従って、画像の特定の部分に関連した変換器の一部において画像化された、対象物の対応する部分の、参照部からの距離を示す。 Brightness of some portion of the resultant image, thus indicating imaged in some converters associated with a particular portion of the image, the corresponding portion of the object, the distance from the reference portion.

【0018】 一般に、本発明のいくつかの実施例については、音響エネルギーが閾値を越えると変換器の状態がスィッチされ、エネルギーが閾値を越えている間はスイッチされた状態が続くので、上述の本発明の実施例は対象物の外表面を示すことになる。 [0018] Generally, for some embodiments of the present invention is state switch the transducer acoustic energy exceeds the threshold, because while the energy exceeds the threshold followed by a state of being switched, the above-mentioned examples of the present invention will exhibit an outer surface of the object.

【0019】 本発明の別の好適な実施例においては、対象物のスライス画像が順次獲得される。 [0019] In another preferred embodiment of the present invention, the slice images of the object are sequentially acquired. 本発明のこの実施例においては、イルミネーションエネルギーは、それによる反射の長さが、与えられた対象物のスライス内に収まるよう、十分に短時間のものにされる。 In this embodiment of the present invention, illumination energy, due to the length of the reflecting it to fit within the slice of a given object is sufficiently ones short. スライス内の波の部分からの反射波が到着すると予想される時刻の前後は、セルはゲートオフ(gated off)される。 Before and after the time at which the reflected waves from the wave portion of the slice is expected to arrive, cells are gated off (gated off). このゲーティングとパルス の到着時刻との組み合わせが、上記と同様に、スライス内の構成の位置の測定に用いられる。 The combination of this gating pulse arrival time is, in the same manner as described above, used to measure the position of the structure in the slice.

【0020】 発明の一つの変形例では、画像をCCDカメラを用いて観察する。 [0020] In one variant of the invention, observed with an image of the CCD camera. カラーCC Color CC
Dカメラを用いれば、異なるタイミングでゲートされる複数の光源を用いて、単一パルスの音響照射により対象物の間隔のあいた複数のスライスを連続的に獲得することができる。 The use of D camera may be different with a plurality of light sources is gated by the timing, continuously obtain a plurality of slices spaced objects by the acoustic irradiation of a single pulse. スライスのそれぞれは、異なる色の光源と(これに伴い)C Each slice (Along with this) and differently colored light sources C
CDのRGBチャンネルの一つとを用いて取得する。 To get by using the one of the RGB channels of CD. 一般に、AOCは、前のスラ イスがAOCの状態に与える影響を除去するために、スライス間でリセットされる 。 Generally, AOC is previous slice is to eliminate the influence of the state of the AOC, is reset between slices. これにより、対象物に関する完全な3次元の情報を3分の1の時間で獲得することが可能となる。 This makes it possible to obtain a full three-dimensional information about the object in one third of the time. また、これによって、心臓のように動いている対象物の画像を、リアルタイムで、そして比較的高いフレームレートかつ高解像度で形成することも可能になる。 This also, an image of a moving object such as the heart, in real time, and it also becomes possible to form a relatively high frame rate and high resolution.

【0021】 別の変形例においては、多パルス照射の間で音響的閾値が変化して、音響インピーダンスの変化を抑えるシステム感度が変化する。 [0021] In another variation, the acoustic threshold vary between the multi pulse irradiation, the system sensitivity is changed to suppress the change in acoustic impedance. これにより、音響的に異なる対象物間の区別が可能になる。 This enables distinction between acoustically different objects.

【0022】 従って、本発明の好適な実施例によれば、対象物の画像を形成するための音響光学画像形成システムは、 (a)対象物を照射する音響エネルギー源と、 (b)該対象物からの散乱音響エネルギーを受け取る音響光学画像形成板とを有し、前記散乱音響エネルギーは該音響光学画像形成板において音響画像を形成し、 (c)該音響光学画像形成板が音響エネルギーを受けることによる生ずる変化によってそのエネルギーの特性(たとえば偏光特性や大きさ)が変えられる光学エネルギー源と、そして (d)変えられた光学エネルギーの非ホログラフィック画像を形成する光学撮像手段と、を有し、 該光学撮像手段により検出された光の時間積分の大きさが、空間的な強度変化を有する画像となるよう、そして該光学像のある点 [0022] Therefore, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, an acousto-optic imaging system for forming an image of an object, the acoustic energy source for irradiating (a) the object, (b) the subject and an acousto-optical imaging plate for receiving scattered acoustic energy from the object, the scattered acoustic energy acoustic image formed in the acousto-optical imaging plate, (c) the acousto-optical imaging plate is subjected to acoustic energy has an optical imaging means for forming an optical energy source that energy properties (e.g., polarization characteristics and size) is changed, and (d) is a non-holographic image of altered optical energy by the change caused by , the magnitude of the time integral of light detected by the optical imaging means, so that the image having a spatial intensity variation, and a point optical image おける強度が対象物の対応する点の基準位置からの距離と関連するよう、音響エネルギー源がパルス状に出力される。 As the definitive intensity associated with the distance from the reference position of the corresponding point of the object, the acoustic energy source is output in pulses.

【0023】 好ましくは、音響エネルギー源は対象物を、照射音響エネルギーの伝搬方向に対して横方向には走査しない。 [0023] Preferably, the acoustic energy source objects, not scanning in a direction transverse to the propagation direction of the irradiation acoustic energy.

【0024】 本発明の一つの実施例においては、光学画像は対象物の表面の複数の点の画像である。 [0024] In one embodiment of the present invention, the optical image is an image of a plurality of points on the surface of the object. 好ましくは、光学エネルギー源は、該表面により散乱された音響エネルギーが音響光学画像形成板に到達した後にのみパルスオフされる。 Preferably, the optical energy source, acoustic energy scattered by said surface is pulse off only after reaching the acousto-optic imaging plate.

【0025】 本発明の別の好適な実施例によれば、画像は参照位置から対象物のスライス内の点までの距離を表す。 According to another preferred embodiment of the invention, the image represents the distance from the reference position to the point within the slice of the object. 好ましくは、画像形成システムは、前記音響光学画像形成板の高音響閾値状態と低音響閾値状態とを選択するために作用する電圧を掛けるための制御システムを有する。 Preferably, the image forming system includes a control system for applying a voltage which acts to select a low acoustic threshold state and high acoustic threshold state of the acousto-optic imaging plate. 好ましくは、前記高音響閾値状態は、前記対象物の、前記音響光学画像形成板に最も近いスライスの一部で散乱された音響エネルギーの受領時より前の時点で選択され、該状態は前記受領時に前記邸音響閾値状態に変更されて、前記変更の時点が画像スライスの近い方の距離を規定する。 Preferably, the high acoustic threshold state, the object is selected at the time prior to the time of receipt of the acoustic optical imaging plate is scattered in some of the nearest slice acoustic energy, the condition is the receipt sometimes it changed the Mansion acoustic threshold state, the time of the change defines the distance closer of image slices.

【0026】 好ましくは、前記光学エネルギー源は、前記画像スライスの遠い方の距離を規定するためにパルスオフされる。 [0026] Preferably, the optical energy source is pulse-off to define the distance farther by the image slice.

【0027】 本発明の好適な実施例においては、前記参照位置は、前記光学エネルギーがパルスオフされた時に受信された散乱波に対応した距離にある。 [0027] In a preferred embodiment of the present invention, the reference position, a distance which the optical energy corresponding to the scattered wave received when pulse-off. また、好ましくは、空間的に変化する強度は前記参照位置から音響撮像装置内の点までの距離に比例している。 Also preferably, the intensity that varies spatially is proportional to the distance from the reference position to the point in acoustic imaging apparatus.

【0028】 本発明の好適な実施例においては、音響光学画像形成板の変化により光学エネルギーの特性が変更される所定時間、音響光学板を光源から光学的にイルミネートすることにより、正規化関数にて強度値が補正される。 In a preferred embodiment of the present invention, the predetermined time characteristic of the optical energy is altered by changes in the acoustic optical imaging plate, by Illuminated optically acoustic optical plate from the light source, the normalization function the intensity value is corrected Te.

【0029】 本発明の好適な実施例においては、光源は線偏光されており、前記変化の前には音響光学板が光学エネルギーに影響を与えず、前記変化の後は偏光が楕円偏光に変換される。 [0029] In a preferred embodiment of the present invention, the light source is linearly polarized, before the change does not affect the acousto-optic plate to the optical energy, converting after the change in polarization to elliptical polarization It is. また、好ましくは、撮像装置は光の、光源により生成された光の偏光とは異なる偏光を有する成分に応答する。 Also preferably, the imaging device of the light, in response to components having different polarization than the polarization of the light generated by the light source.

【0030】 本発明の好適な実施例においては、光学撮像装置はCCDカメラを有する。 In a preferred embodiment of the present invention, an optical imaging device comprises a CCD camera.

【0031】 本発明の好適な実施例においては、音響光学画像形成板は双安定デバイスである。 [0031] In a preferred embodiment of the invention, acousto-optical imaging plate is bistable device.

【0032】 本発明の好適な実施例においては、画像形成板は液晶板を有する。 [0032] In a preferred embodiment of the present invention, an image forming board having a liquid crystal panel.

【0033】 本発明の好適な実施例においては、さらに、対象物の画像形成方法が提供される。 [0033] In a preferred embodiment of the present invention, further, an image forming method of the object is provided. 該方法は、 対象物にパルス状の音響エネルギーを照射し、 音響光学画像形成板上で、対象物の第1のスライス内の点で散乱された前記音響エネルギーの音響画像を形成し、 音響光学画像形成板上で、対象物の少なくとも別の1つのスライス内の点で散乱された前記音響エネルギーの音響画像を形成し、 パルス状の音響エネルギーから複数の光学画像を形成するため、光学撮像装置により、前記第1および別の1つの音響画像を別々に検出し、 光学画像の強度が、参照位置から各スライスにおける対応する点の位置までの距離に関連した空間的に変化する値を有する。 The method includes applying a pulse-like acoustic energy to an object, in the acousto-optic imaging plate, to form a first acoustic image of the acoustic energy that is scattered at a point in the slice of the object, an acousto-optic in the image forming board, at least another of said scattered at a point within a slice to form an acoustic image of the sound energy, in order to form a plurality of optical images from pulsed acoustic energy, optical imaging device of the object by having the first and another one acoustic images detected separately, the values ​​at which the intensity of the optical image, spatially changes associated with the distance to the position of the corresponding points in each slice from the reference position.

【0034】 好ましくは、上記方法は、異なる色のパルス状の光で音響光学画像形成板を順次照明し、 それぞれが前記スライスの一つを代表する、前記複数の光学画像を形成するため、前記パルス状の異なる色の光を順次検出するというステップを有する。 [0034] Preferably, the method, different colors sequentially illuminates the acousto-optic imaging plate with pulsed light, each of which represents one of the slice, to form the plurality of optical images, wherein comprising the step of sequentially detecting a pulsed different colors of light.

【0035】 本発明の好適な実施例においては、音響光学画像形成板は前記散乱エネルギーに対して感度を有さない第1の状態と、前記散乱エネルギーより変化を受ける第2の状態とが切り換わるよう構成され、上記方法は、それぞれのスライスからの散乱エネルギーが初めて画像形成板に到達した時に、音響光学画像形成板を前記第1の状態から前記第2の状態に切り換えるというステップを有する。 [0035] In a preferred embodiment of the present invention, the acousto-optic imaging plate and a first state in which no sensitivity to the scattered energy, a second state and is cut to undergo a change from the scattered energy It is configured to replace, the method, when the scattering energy from each slice has been reached for the first time to the image forming plate, comprising the step of switching to said second state acousto-optic imaging plate from said first state.

【0036】 好ましくは、上記方法は、それぞれのスライスの最も遠い部分からの散乱エネルギーが画像形成プレート到達するときに光学エネルギー源を消すというステップを有する。 [0036] Preferably, the method comprises the step of erasing an optical energy source when the scattering energy from the farthest portion of each slice is imaging plate reached.

【0037】 本発明の好適な実施例においては、光学撮像装置が、それぞれ異なる色に感度を持つ複数のカラーチャネルを備え、照明光の色がそれぞれのカラーチャネルの色に対応している。 [0037] In a preferred embodiment of the present invention, the optical imaging device comprises a plurality of color channels having sensitivity to different colors, the color of the illumination light corresponds to the colors of each color channel.

【0038】 好ましくは、形成された画像の光学画像強度が光学撮像装置により検出された光の時間積分強度に対応している。 [0038] Preferably, the optical image intensity of the image formed corresponds to the time integral intensity of the detected light by the optical imaging device. 本発明の好適な実施例においては、散乱音響エネルギーは対象物により反射された音響エネルギーである。 In the preferred embodiment of the present invention, it scattered acoustic energy is acoustic energy reflected by the object.

【0039】 本発明は、図面を参照した、以下の好適な、そして非限定的な実施例についての説明によりより明確に理解される。 The present invention, with reference to the drawings, the following suitable, and be more clearly understood from the description of non-limiting examples.

【0040】 図1は、特に本発明に適したタイプの音響光学セル10を示す図である。 [0040] Figure 1 is a diagram particularly showing the type acoustooptic cell 10 suitable for the present invention. 数多くの様々なタイプの同様のデバイスがあるが、そして、それらの多くが本発明において使用可能であるが、本発明の好適な実施形態は、分子が通常は水平方向、 There are many different types of similar devices, and, although many of them can be used in the present invention, a preferred embodiment of the present invention, molecules are usually horizontal,
すなわちセルの厚み方向に対して直交する方向、を向いている液晶音響光学変換器について記載する。 That describes a liquid crystal acousto-optic transducer which faces the direction, the perpendicular to the thickness direction of the cell.

【0041】 セル10の液晶材料12の分子の平均的な配列は、好ましくは反射防止膜が形成されたガラスウインドウ14と音響的に透明な鏡面16との間で、該材料に、 The average arrangement of the molecules of the liquid crystal material 12 of cell 10 is preferably between the glass window 14 and the acoustically transparent mirror 16 which the anti-reflection film has been formed, the material,
垂直な電場を掛けることにより変更することができる。 It can be changed by applying an electric field perpendicular. 例えば、上で参照したHa For example, Ha the above-referenced
midzada et al.の論文に記載されているように、そのようなセルは双安定性を有する。 As described in midzada et al. Article, such cell has a bistability. すなわち、分子は、そのエネルギー状態に応じて垂直方向と水平方向のいずれをも向く。 That is, molecules directed any of vertical and horizontal direction in accordance with the energy state. 本発明の好適な実施例においては、通常状態での向きが水平方向でバイアス状態の向きが垂直方向の、この双安定性を有するデバイスが用いられる。 In the preferred embodiment of the present invention, orientation of the bias state in the horizontal direction orientation in the vertical direction in the normal state, the device having such bistability is used. セルに入射する音波は、もしも十分に高いエネルギーを有するなら、分子の軸の向きを水平方向に動かす。 Sound waves incident on the cell, they have a if sufficiently high energy to move the orientation of the axis of the molecules in the horizontal direction. なお、このセルに入射する音波は垂直方向の電界が存在すると、より高いエネルギーを持つ。 Note that the sound waves incident on the cell when the vertical field is present, with higher energy. 電界の強さは分子の垂直方向と水平方向のあいだのエネルギー差を制御し、従って、分子を垂直方向から水平方向に動かすために必要な音響エネルギーの量を制御する。 The strength of the electric field to control the energy difference between the vertical and horizontal molecules, thus, controls the amount of acoustic energy necessary to move the molecules from the vertical direction to the horizontal direction.

【0042】 図2(A)および図2(B)は、本発明において有用な、液晶変換器における分子の方向を決定するための方法と音響光学変換器18を示す図である。 [0042] FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), useful in the present invention, showing how the acousto-optical converter 18 for determining the direction of the molecules in the liquid crystal transducer. 図2( Figure 2 (
A)においては、図1のセル10に前述の電界が掛けられており、セルには音響エネルギーは与えられていない。 In A), and the electric field described above is applied to the cell 10 of FIG. 1, the acoustic energy is not given to the cell. LEDまたはその他の光源22からの光が、レンズ24として概略的に示されるレンズ系により拡大されコリメートされる。 Light from the LED or other light source 22 is collimated is enlarged by the lens system shown schematically as a lens 24. コリメートされた光は偏光ビームスプリッタ26に入射する。 Collimated light is incident on the polarization beam splitter 26. ビームスプリッタ2 Beam splitter 2
6は所定の偏光方向の光束28を透過させてセル10に向かわせ、直交する偏光方向の光を反射させて吸収体30に向かわせ、この光はここで吸収される。 6 directs the predetermined polarization direction of the light beam 28 is allowed to the cell 10 transmits, to reflect light of the orthogonal polarization direction directs to the absorbent body 30, this light is absorbed here. これに代えてあるいはこれに加えて、LEDから射出された光も偏光しているか、あるいは偏光器21が光源とビームスプリッタ26との間に置かれる構成としても良い。 Alternatively or additionally thereto, may be configured to either light emitted from the LED is also polarized, or polarizer 21 is placed between the light source and the beam splitter 26.

【0043】 音響エネルギーが存在しないので、分子は光束28の偏光方向と直交する方向を向いており、光の偏光状態はセルの存在によっては影響を受けず、光束28の偏光状態のまま鏡面16で反射される。 [0043] Since the acoustic energy does not exist, the molecule is oriented in the direction perpendicular to the polarization direction of the light beam 28, the polarization state of light is not affected by the presence of the cell, while the mirror 16 in the polarization state of the light beam 28 in is reflected. この光はビームスプリッタ26を、ここで反射されることなく、透過する。 The light beam splitter 26, Without being reflected here, passes.

【0044】 従って、ビームスプリッタ26での反射光を受光するために載置され、レンズ34として図示されるレンズ系により合焦された、例えばCCDカメラのようなカメラ32は、この光を受光しない。 [0044] Therefore, is placed to receive the reflected light of the beam splitter 26, is focused by a lens system which is illustrated as a lens 34, a camera 32, such as a CCD camera does not receive this light . なお、非励起状態にあるセルに入射する、 Note that enters the cell in the non-excited state,
あるいは該セルにより反射される光と同じ偏光方向の迷光をブロックするための偏光器36を任意で設けることができる。 Or can be provided polarizer 36 for blocking stray light of the same polarization direction as the light reflected by the cell is optional.

【0045】 図2(B)は鏡16を介して下方からセル12に入射する音響エネルギー37 [0045] FIG. 2 (B) acoustic energy 37 incident on the cell 12 from below via a mirror 16
の影響を示す図である。 Is a diagram showing the influence. セルの、変換器の閾値より大きい音響エネルギーに曝された部分は、分子の向きが変換器の水平方向の一つに向けられる。 Cells, exposed portions in the larger acoustic energy than the threshold of the transducer, the orientation of the molecules are directed to one of the horizontal direction of the transducer. 水平方向の一つとは、一般に、好ましくは、変換器を製造するための製造工程により定まる方向である。 And one horizontal, generally, preferably, the direction determined by the manufacturing process for manufacturing the transducer. もしも光束28中の光がこの水平方向に対して、ある角度、好ましくは90度の角度をなす偏光を有しているなら、この光の偏光は、直線偏光から、 If to light this horizontal direction in the light beam 28, an angle, if preferably has polarization at an angle of 90 degrees, the polarization of this light is the linearly polarized light,
光速28の偏光方向と直交する偏光方向を有する成分を含む楕円偏光に変えられる。 It is changed to elliptically polarized light containing a component having a polarization direction perpendicular to the polarization direction of the speed of light 28. この光成分は次にビームスプリッタ26にて反射され、レンズ34によりカメラ32上で合焦される。 This light component is reflected then by the beam splitter 26, it is focused on the camera 32 by the lens 34. 入ってくる音響エネルギーが、セルの一部に対してのみ閾値を越える範囲では、セルに入射する光束28の一部のみが影響を受け、パターンがカメラ32により画像化される。 Acoustic energy incoming is in a range exceeding the threshold only to some cells, only a part of the light beam 28 incident on the cells affected, the pattern is imaged by the camera 32.

【0046】 図3は、体内の器官などの対象物42の画像形成に有用な、本発明の好適な実施例による音響光学画像形成システム40の概略図である。 [0046] Figure 3 is useful for imaging of an object 42, such as body organs, it is a schematic view of an acoustic-optical imaging system 40 according to a preferred embodiment of the present invention. 画像形成システム4 The image forming system 4
0には、好ましくは、図2(A)および2(B)を参照して説明した音響光学変換器18が組み込まれ、これには、セル10、光源22、レンズ系24、偏光器21、ビームスプリッタ26、吸収器30、カメラ32、レンズ系34そして偏光器36が含まれる。 The 0, preferably, acousto-optical transducer 18 described with reference to FIG. 2 (A) and 2 (B) is incorporated, the this, the cell 10, a light source 22, lens system 24, polarizer 21, beam splitter 26, absorber 30, a camera 32 includes a lens system 34 and the polarizer 36. セル10の鏡面16は対象物42側にあり、そこからの音響エネルギーを受け取る。 Mirror 16 of the cell 10 is in the object 42 side, receiving the acoustic energy therefrom. 好ましくは、音響エネルギーは一つあるいはそれ以上の音響レンズ44によって合焦され、音響レンズは、画像形成システム40が様々な距離にある対象物に対処できるよう、音響合焦パワーが可変となっており、 Preferably, the acoustic energy is focused by one or more of the acoustic lens 44, an acoustic lens, so that the imaging system 40 can cope with an object at various distances, acoustically focusing power is variable cage,
および/または、その間隔も可変となっている。 And / or, it is variable also that interval. このような合焦システムは、例えば、前に参照した米国特許第4,338,821号や第4,393,712号に記載されている。 Such focusing system, for example, are described in the referenced U.S. Patent No. 4,338,821 No. and No. 4,393,712 before.
なお、そのほかの合焦システムあるいは固定焦点システムも用いることができる。 Incidentally, it is possible to use also other focusing system or a fixed focus system. 音響エレメント(すなわち、二つの音響レンズ、観察中の対象物、そしてセル10)間の空隙は、音響伝達物質で満たされ、様々なエレメントのインピーダンスを適合させて内部の音響反射を減らすことが好ましい。 Acoustic element (i.e., two of the acoustic lens, the object under observation, and the cell 10) gap between is filled with an acoustic transmitter, it is preferable to reduce the internal sound reflection adapt the impedance of the various elements .

【0047】 音響エネルギー源46は、好ましくはパルス状のエネルギーで対象物をイルミネートする。 The acoustic energy source 46 is preferably Illuminated objects in pulsed energy. 対象物とそれを取り囲むものとの界面において音響エネルギーが反射される。 Acoustic energy is reflected at the interface between those surrounding it and the object. そして、反射エネルギーの一部がレンズ44によりセル10上に合焦される。 A portion of the reflected energy is focused on the cell 10 by a lens 44.

【0048】 反射され合焦されたエネルギーが、セルのバイアスによって設定された閾値に到達すると、セルの、照射を受けた部位において、分子の方向が変わり、光源2 The reflected focused energy reaches the threshold value set by the bias of the cells, the cells at the site of the irradiated direction of the molecules is changed, the light source 2
2からの光がその部位を透過してカメラ22へ向かう。 Light from 2 is directed to the camera 22 and transmitted through the site. もしも音響イルミネーションがパルス状であれば、閾値に到達するのは、まず、対象物の画像形成システムに近い部分からの反射であり、その後に、画像形成システムから離れた対象物の部分からの反射となる。 If if shaped acoustic illuminations pulses, to reach the threshold value, first, a reflection from the portion close to the imaging system of the object, then, reflected from the portion of the object apart from the image forming system to become. まもなく、カメラ32にそれ以上光が到達しないよう、光源22からの光は消える。 Soon, so that more light to the camera 32 does not reach the light from the light source 22 disappears. 音響エネルギーは、光が消えた後、対象物の各点からのパルスの最後の音響エネルギーの変換器への到達と一致するタイミングで消される。 Acoustic energy, after the light has disappeared, erased by matching the timing with the arrival at the transducer of the last acoustic energy pulses from each point of the object.

【0049】 CCDカメラが好適な形態である、カメラ32は、カメラにより撮像された画像の輝度がセルによるエネルギーの受け取りと光源22の消光との間隔に比例するように、受光した光を積分する。 The CCD camera is a preferred embodiment, the camera 32, the brightness of the image captured by the camera is in proportion to the distance between the quenching of the energy of the receiving and the light source 22 due to the cell, integrates the received light . 従って、反射波の強度の変動を補正した後は、カメラにより生成された、対象物のより近い部分の光学画像は離れている部分よりも輝度が高くなる。 Therefore, after correcting for variations in intensity of the reflected wave, produced by the camera, an optical image of the closer part of the object becomes higher brightness than the portion away. これは、幾分理想化されたタイミング図である図4に示されている。 This is illustrated in FIG. 4 is a timing diagram which is somewhat idealized. ここでは、最上段が光源22からの光を示し、2段目が音響源46 Here, the uppermost stage shows the light from the light source 22, the second stage is an acoustic source 46
により生成された音響イルミネーションを示し、3段目がセル10上の第1位置にある対象物の近くの部分から受け取った反射エネルギーを示し、最下段がセル10の第2位置にある対象物の遠くの部分から受け取った反射エネルギーを示す。 Shows the acoustic illumination produced by, shows the reflected energy received from the nearby portion of the object in the third stage to the first location on the cell 10, the bottom of the object in the second position of the cell 10 It shows the reflected energy received from a portion of the distance. 下2段のうち光により画像の輝度を上げている部分は、図に斜線を描き込んで示してある。 Portion that increases the brightness of the image by the inner light of the lower two stages are shown crowded drawing a diagonal line in FIG.

【0050】 対象物を取り囲む媒体中の速度をνとし、2つの反射音響波の受信時間の差をΔtとすると、対象物の2つの領域間の距離はΔt×ν/2となる。 [0050] The velocity of the medium surrounding the object and [nu, when the difference between the reception times of the two reflected acoustic waves and Delta] t, the distance between the two regions of the object becomes Δt × ν / 2. システムが正しく較正されていれば、Δtは輝度の差から求められるので、単一の音響パルスからCCDカメラにより捕捉された画像は画像形成システムによって見ることのできる対象物の全ての部分の距離を得るために必要な全ての情報を含んでいることになる。 If the system is properly calibrated, Delta] t since determined from the difference of brightness, the distance of all parts of the object a single captured image by the CCD camera from the acoustic pulses which can be viewed by the imaging system It would contain all the information necessary to obtain.

【0051】 システムを較正するためには、まず、光源22が消された状態でパルス状の音響エネルギーが対象物に照射される。 [0051] To calibrate the system, first, pulsed acoustic energy is radiated to the object in a state where the light source 22 is extinguished. 次に光源が所定の時間t3の間点灯される。 Then the light source is turned on for a predetermined time t3. 上記の状況下で撮像された画像の各ピクセルに対して、輝度を時間t3で割ったものが、輝度を時間に変換する較正ファクタに対応する。 For each pixel of the captured images under the above conditions, divided by the luminance at time t3 corresponds to the calibration factor to convert the luminance on time. なお、画像の輝度は(閾値を越えている限り)反射の大きさには依存しないので、較正ファクタは画像全体に渡って一定、あるいはほぼ一定である。 Since the brightness of the image does not depend on (unless exceeds the threshold) the size of the reflection, the calibration factor is constant over the entire image, or is substantially constant.

【0052】 (距離情報を含む画像の)画像ピクセルの輝度値は、それぞれのピクセルについて較正ファクタで割られる。 [0052] (image including distance information) luminance values ​​of image pixels, each pixel is divided by the calibration factor. こうして得られる画像の輝度は、参照面から画像形成システムに向かってのピクセルに対応した対象物の部分の距離に比例する。 Brightness of the image thus obtained is proportional from the reference plane at a distance of a portion of the object corresponding to the pixel toward the image forming system.
参照面とは、光源22が消されたまさにその時に、この面によって反射された音響エネルギーがセル10に到達するような面のことである。 The reference surface is exactly at the time the light source 22 is dismissed, the acoustic energy reflected by this surface is that surface so as to reach the cell 10.

【0053】 画像を撮像した後、全ての分子が垂直位置を向くような十分に強い電界がセルに掛けられ、セルはリセットされる。 [0053] After capturing the image, it is sufficiently strong electric field, such as all the molecules are aligned in a vertical position hung on a cell, the cell is reset. あるいは、複数の画像が長い間隔をあけて撮像される場合には、2つめの画像はセルが、全ての分子が垂直になるような、 Alternatively, when a plurality of images are captured at a long interval, second image cells, such as all the molecules are vertical
新たな均衡状態に達した後で撮像される。 It imaged after reaching a new equilibrium state. 上述の好適な実施例においては、処理が行われている間セルには電界が掛けられている。 In the preferred embodiment described above, in the cell while the process is being carried out and an electric field is applied.

【0054】 上述の、本発明の好適な実施例においては、光源により生成される光学的な光は、対象物の表面だけ(そして参照面に対する位置)が画像化されるようになっている。 [0054] described above, in the preferred embodiment of the present invention, optical light produced by the light source, only the surface of the object (and the position with respect to the reference surface) is adapted to be imaged. 本発明の第2の好適な実施形態においては、対象物の内部構造を決定することができる。 In a second preferred embodiment of the present invention, it is possible to determine the internal structure of the object.

【0055】 そのような対象物48の一例を図5に示す。 [0055] An example of such objects 48 in FIG. この対象物は第1のインピーダンスを有する包囲物中に位置し、第2のインピーダンスを有する外殻と第3のインピーダンスを有する内芯(コア)とを有する。 The object has an inner core (core) having an outer shell and a third impedance having located in the enclosure, a second impedance having a first impedance. 照射(illumination)波が様々な物質の境界に入射すると、音響エネルギーが画像形成システムに向かって反射される。 When the irradiation (Illumination) wave incident on the boundary of different material, acoustic energy is reflected toward the image forming system. しかしながら、上述のタイミングで、対象物の外表面で反射された波が分子を回転させ、このためにコアからの反射に対して感度を持たなくなる。 However, at the timing described above, by rotating the been waves molecular reflected by the outer surface of the object will not have the sensitivity to reflection from the core for this purpose. この障害を解決する一つの方法は、セル10上の閾値を変化させて対象物を撮像することである。 One way to resolve this disorder is to image the object by changing the threshold on the cell 10. もしもコアと外殻とのインピーダンス不整合が十分に大きいと(ただし高すぎない)、外殻からの反射がセルを作動させず、一方、内表面からの反射はセルを作動させる。 If the core and impedance mismatch between the outer shell sufficiently large (but not too high), the reflection from the outer shell without operating the cell, whereas the reflection from the inner surface to operate the cell. このことから、外殻と内芯との界面を画像化することが可能になる。 Therefore, it is possible to image the interface between the outer shell and the inner core. しかしながら、もしもインピーダンスの違いがそれほど大きくない場合には、内側の物質を画像化することはあまり効果がない。 However, in the case if the difference in impedance is not so large, it is less effective to image the inside of the material.

【0056】 本発明のさらなる好適な実施例においては、システムが対象物をスライスベースで画像形成するよう電界を変化させる。 [0056] In a further preferred embodiment of the present invention, the system changes the electric field so as to image the object with slice base. このとき、スライス内において距離を求めることができる。 In this case, it is possible to determine the distance in the slice.

【0057】 図6は、スライス50の画像を形成する場合のタイミング図を示す。 [0057] Figure 6 shows a timing diagram in the case of forming an image of the slice 50. 図6の最上段はセル10に掛けられる垂直電界に対応し、第2段は光源22から発せられるパルス状の照明光に対応し、第3段は音響イルミネーションに対応し、第4、 Top of FIG 6 corresponds to a vertical electric field applied to the cell 10, the second stage corresponds to the pulse-like illumination light emitted from the light source 22, the third stage corresponds to the acoustic illumination, 4,
第5および第6段はそれぞれ、対象物48条の位置52、56および54からの2つの反射成分に対応する。 Each of the fifth and sixth stages, corresponding to the two reflection components from position 52, 56 and 54 of the object 48 Article. 最下段は、位置52(位置54の画像は位置52の場合と同じ)および56の画像に対応したセル10の分子の向きを示し、特性中、高いレベルは垂直方向の配列に対応し、低いレベルは水平方向の配列に対応する。 Bottom row, position 52 (image position 54 when the same position 52) indicates the direction of the molecules of the cell 10 corresponding to the image of and 56, in properties, high level corresponds to the arrangement in the vertical direction, lower level corresponds to the sequence of the horizontal direction. 最上段の特性は、高いレベルが、音響エネルギーが分子を動かすことができず、かつどの水平方向の分子も垂直方向に素早く回転させられるだけの高い値に閾値を設定する電界に対応している。 Top properties, high level corresponds to an electric field to set the threshold to a higher value only acoustic energy can not move the molecule, and is what the horizontal direction of the molecule is also rotated quickly in the vertical direction . 低いレベルは、音響エネルギーが分子を垂直方向から水平方向に回転させることのできるレベルに対応している。 Low level corresponds to the level at which the acoustic energy can rotate the molecule from the vertical direction to the horizontal direction.

【0058】 図6において、まず、分子による偏光を垂直方向に切り換え、非常に高い音響スイッチング閾値を与える高い電界が掛けられる。 [0058] In FIG 6, first, switch the polarization by molecular vertically, a high electric field to provide a very high acoustic switching threshold is applied. 従って、対象物48の点52 Therefore, the point of the object 48 52
から反射され点58からも反射される音響パルスは方向を切り換えるには十分ではない。 Acoustic pulse is not sufficient to switch the direction is also reflected from the reflected point 58 from. 一方、点53や56からの反射のように、遅れて到着する音響パルスは分子を切り換え、光源22からの光をカメラ32へと反射させる。 On the other hand, as the reflection from a point 53 and 56, acoustic pulses that arrive late switches the molecule, to reflect light from the light source 22 to camera 32. これらの点の相対距離は、図4のタイミング図によって得られた画像と同様にして知ることができる。 The relative distance of these points can be known in the same manner as the image obtained by the timing diagram of FIG.

【0059】 スライス、好ましくは、部分的に重なったスライスが、対象物の3次元の画像を生成するため順次撮影される。 [0059] slices, preferably partially overlapping slices are sequentially captured to generate a three-dimensional image of the object.

【0060】 音響ビームの方向において界面を識別する能力は、音響パルスの期間により制限されることに留意されたい。 [0060] ability to identify the interface in the direction of the sound beam, it should be noted that limited by the period of the acoustic pulses. すなわち、もしも2つの対象物が、パルスがその間を進む時間に比べて非常に近接している場合、この2つの対象物を区別することはできず、近い方の界面が遠い方を完全にマスクしてしまう。 In other words, if two objects, if the pulses are very close in comparison to the time advances therebetween, the two can not be distinguished object, the closer completely masked the interface farther the Resulting in. この問題の影響を減らすため、本発明の好適な実施例においては、一連のオーバーラップするスライスが取得される。 To reduce the impact of this problem, in the preferred embodiment of the present invention, a slice of a series of overlapping is obtained. 閾値レベルが、セルが対象物内の複数の反射によっても切り換えられることのないよう、十分に高い値に設定されていることが好ましい。 Threshold level, the cell so as not to be also switched by a plurality of reflections within the object, it is preferably set to a sufficiently high value.

【0061】 上述の画像形成の構成は、単一パルスの音響イルミネーションによる画像形成システムに面した対象物の表面全体の撮影も、単一パルスの音響イルミネーションによる対象物内の単一のスライスの撮影も考慮に入れている。 [0061] The above-mentioned arrangement of the image forming surface overall imaging of the object facing the image forming system according to the acoustic illumination of a single pulse is also taking single slice within the object by the acoustic illumination of a single pulse It is taken into account also. 本発明のさらなる好適な実施例においては、複数の、間隔の空いたスライスを一つのパルスで取得することができる。 In a further preferred embodiment of the present invention, it is possible to obtain a plurality of slices spaced by a single pulse. 本発明のこの実施例においては、カメラ32はカラーCC In this embodiment of the present invention, camera 32 is a color CC
Dカメラであり、光源22はCCDカメラの3つのチャネル、たとえばRGBの感度に対応した複数のカラー光源を備えている。 A D camera, the light source 22 includes a plurality of color light sources corresponding to the three channels, for example, RGB sensitivity of the CCD camera. この方法は、システムの効率を3倍にすると共に、対象物全体を撮像するのに必要な時間を3分の1に減少させる。 This method, as well as triple the efficiency of the system, reducing the time required to image the entire object in a third.

【0062】 第1のスライスが、赤(R)の光源と赤のCCDチャネルを用いて撮像される。 [0062] The first slice is imaged using a light source and a red CCD channel of the red (R). システムは、電界を高い方のレベルに上げることによりリセットされ、同じ音響パルスと緑(G)の光源および緑のCCDチャネルを用いて、第2のスライスが撮像される。 System is reset by raising the level of the higher electric field, by using a light source and a green CCD channels of the same acoustic pulse and green (G), and a second slice is imaged. システムは再度リセットされ、青(B)の光源とチャネルも用いて第3のスライスが撮像される。 The system is reset again, the third slice is imaged using also light and blue channels (B). 第2のパルス(そしてもし必要なら第3のパルス、それに続くパルス)を用いて、第1のパルスを用いて撮像されたスライス間で、間隔をあけてスライスが撮像される。 (Third pulse if and if necessary, subsequent pulses) a second pulse using, among imaged slice using a first pulse, a slice is imaged at intervals.

【0063】 本発明の実用例として、人体内の対象物の画像の形成について考える。 [0063] As a practical example of the present invention, consider the formation of an object image in the body. 体内での音速は、ν=1500 m/sec. のオーダーである。 Speed ​​of sound in the body is of the order of ν = 1500 m / sec.. 典型的なLC緩和時間、τはおよそ10 マイクロ秒である。 Typical LC relaxation time, tau is approximately 10 microseconds. 厚み10 cm の対象物を、5 mm 厚のスライスを用いてスライス化して検査する場合、20個のスライスが必要である。 If an object having a thickness of 10 cm, and sliced ​​inspected using a 5 mm thick slices are needed 20 slices. システムの解像度がスライスの厚みより良好であることに注意されたい。 Note that the resolution of the system is better than the thickness of the slices.

【0064】 この厚みのスライスの画像を形成するためには、音響パルス幅は厚みを速度で割ったもの、すなわち3.3 マイクロ秒の長さでなければならない。 [0064] To form an image of a slice of this thickness, the acoustic pulse width divided by the thickness at a rate, that should be the length of 3.3 microseconds. 上述のRGB撮 像手順を用いれば、1つの音響パルス当たり3つのスライスを撮像することができる。 Using the above-described RGB IMAGING procedure, it is possible to image the three slices per one acoustic pulse. LC板の緩和時間が有限であるため、スライスは少なくともντ、すなわち15 mmの距離だけ離れていなければならない。 Because the relaxation time of the LC plate is finite, the slice must be at least Nyutau, ie a distance of 15 mm. すなわち、同一の音響パルスを 用いて5枚ごとのスライスの画像を形成することができる。 That is, it is possible to form an image of a slice of every five sheets with the same acoustic pulse. しかしながら、一般にはパルスはある程度大きな間隔があいていること、すなわち、例えば、8枚ごとのスライスの画像を形成するといったようになっていることが望ましい。 However, in general it pulses that are open is relatively large spacing, ie, for example, it is desirable adapted such to form an image of the slice of each eight. 従って、第1の音響パルスにより、1番目、8番目、15番目のスライスの画像を形成し、第2の音響パルスにより2番目、9番目、16番目のスライス、等々となる。 Accordingly, the first acoustic pulse, the first, eighth, to form a 15-th slice image, the second by a second acoustic pulse, ninth, 16-th slice, and so on. したがって、7番目の音響パルス(そして7つの三重スライス撮像(triple Accordingly, the seventh acoustic pulse (and seven triple slice imaging (triple
slice acquisitions))が全体の対象物の画像を形成するために必要となる。 slice Acquisitions)) is required to form an image of the entire object. 画像と対象物との距離を10 cmと仮定すると、音響パルスからの最後の反射は撮 像装置に受け止められる前に30 cm進む。 When the distance between the image and the object is assumed to 10 cm, the flow proceeds 30 cm before the end of the reflection from the acoustic pulse is received on the imaging device. 従って、パルスは少なくとも3/ν秒、 つまり2 msec離れている。 Thus, the pulse is at least 3 / [nu second, or 2 msec apart. 別の束縛は、CCDカメラのフィールドあるいはフレーム間の時間である。 Another binding is the time between the fields or frames of the CCD camera. 通常のカメラについては、フィールド間の時間は、16.6 m For normal camera, the time between the fields, 16.6 m
secであるので、そのようなシステムを用いた最大音響パルスレートは1秒当た り60パルスとなる。 Since in sec, the maximum acoustic pulse rate using such a system is 60 pulses Ri per second. これは、対象物の撮像を117 msecで行うこと(1秒当たり8. This is possible to perform imaging of the object at 117 msec (per second 8.
5個の対象物)を意味する。 Five of the object) means. しかしもしも高速CCDカメラが用いられる場合に は、より高いフレーム率が使用され、対象物全体の撮像時間が基本的には14 mse However, if the if high speed CCD camera is used is used a higher frame rate, the imaging time of the entire object is essentially 14 mse
cまで短縮され、対象物撮像レートは、およそ70対象物/秒となる。 Is reduced to c, the object image pickup rate becomes approximately 70 objects / sec. 複反射や人 物の他の部分での反射の影響を減らすためには、遅いレートが用いられる。 To reduce the influence of reflection on the other part of the double reflection and human was slow rate is used. しかしながら、たとえ遅いレートであっても、心臓などの体内の運動する部分のリアルタイムの画像形成を高解像度で行うことが可能である。 However, even a slower rate, it is possible to perform real-time imaging of a portion motion in the body such as the heart with high resolution.

【0065】 本発明は、画像形成する対象物をイルミネートするための環状の音響エネルギー源を用いて説明されている。 [0065] The present invention uses the cyclic acoustic energy source for Illuminated objects of image formation is described. これは、画像形成される対象物の面が画像形成システムに対して平行なので、望ましいことである。 This is because the surface of the object to be imaged is parallel to the image forming system, is desirable. しかし、音響源は画像形成システムの脇に置かれることもあり、軸が画像形成システムと平行か小さい角度をなしている場合もある。 However, the acoustic source is also be placed beside the image forming system, in some cases the axis is at an angle of less or imaging system parallel. さらに、本発明の好適な実施例においては双安定のAOC (LC)が用いられているが、分子の方向を回転されたままにしておくための、アナログLCのような連続的な音響エネルギーを必要とするシステムを使ってもよい。 Furthermore, although in the preferred embodiment of the present invention are used bistable AOC (LC) is, for leaving, which is rotated in the direction of molecules, a continuous acoustic energy, such as analog LC You may be using the system that you need. システムは画像形成のためにCCDをカメラをもつものとして説明されているが、本発明の別の好適な実施例のように、フィルムやCID装置などのその他の画像形成装置を使用するものでも良い。 System is described with CCD for imaging as having the camera, but as in the other preferred embodiment of the present invention, may be those using other image forming apparatus such as a film or CID device .

【0066】 ここに述べた構成および方法は、様々な好適な実施例に基づいて、いろいろ組み合わせることが可能である。 [0066] The structure and method described here, on the basis of the various preferred embodiments, it is possible to combine different. さらに、本発明の好適な実施例におけるいくつかの構成は、別の好適な実施例に従って割愛することもできる。 Furthermore, some configurations in the preferred embodiment of the present invention may also be omitted in accordance with another preferred embodiment. クレームの範疇にある本発明の好適な実施例の、これ以外の様々な変形も、当業者が想到することのできるものである。 Of the preferred embodiment of the present invention in the category of claims various modifications other than this is also one that can be occur to those skilled in the art. 本発明の好適な実施例は単なる例証であり、クレームに規定された発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。 Preferred embodiments of the present invention is merely illustrative, it will be understood that it is not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】 図1は、本発明の好適な実施例において有用な液晶音響光学変換器の動作を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the operation of useful liquid crystal acousto-optical transducer in the preferred embodiment of the present invention.

【図2】 図2(A)および(B)は、本発明の好適な実施例に基づく液晶音響光学変換器により反射される光の、音波による影響を示す図である。 [2] Figure 2 (A) and (B) is the light reflected by the liquid crystal acousto-optical transducer according to a preferred embodiment of the present invention, showing the effect of sound waves.

【図3】 図3は、本発明の好適な実施例による音響光学画像形成システムの概略図である。 Figure 3 is a schematic diagram of the acousto-optic imaging system according to a preferred embodiment of the present invention.

【図4】 図4は、本発明の第1の好適な実施例による音響光学画像形成システムのタイミング図である。 Figure 4 is a timing diagram of the acousto-optic imaging system according to the first preferred embodiment of the present invention.

【図5】 図5は、本発明の好適な実施例のいくつかを用いて画像形成が行われる対処物を示す図である。 Figure 5 is a diagram showing the addressing product image formation is performed using a number of preferred embodiments of the present invention.

【図6】 図6は、図5に示すような2つのスライスの画像を形成するための、本発明の好適な別の実施例による音響光学画像形成システムのタイミング図である。 Figure 6 is for forming a two slice images as shown in FIG. 5 is a timing diagram of the acousto-optic imaging system according to another preferred embodiment of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 音響光学セル 14 ガラスウインドウ 16 鏡面 18 音響光学変換器 21 偏光器 22 光源 24 レンズ 26 偏光ビームスプリッタ 30 吸収体 32 カメラ 34 レンズ 36 偏光器 10 acousto-optical cell 14 glass window 16 mirror 18 acoustooptical transducers 21 polarizer 22 light source 24 lens 26 polarization beam splitter 30 absorber 32 camera 34 lens 36 polarizer

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書 [Procedure amendment] of the Patent Cooperation Treaty Article 34 correction translation filings

【提出日】平成12年3月23日(2000.3.23) [Filing date] 2000 March 23 (2000.3.23)

【手続補正1】 [Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書 [Correction target document name] specification

【補正対象項目名】特許請求の範囲 [Correction target item name] the scope of the appended claims

【補正方法】変更 [Correction method] change

【補正内容】 [Correction contents]

【特許請求の範囲】 [The claims]

Claims (25)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 (a)対象物をイルミネートする音響エネルギー源と、 (b)該対象物からの散乱音響エネルギーを受け取る音響光学画像形成板とを有し、前記散乱音響エネルギーは該音響光学画像形成板において音響画像を形成し、 (c)音響エネルギーを受けることにより生ずる該音響光学画像形成板の変化によってそのエネルギーの特性が変えられる光学エネルギーを生成する光学エネルギー源と、 (d)変えられた光学エネルギーの非ホログラフィック画像を形成する光学撮像手段と、を有し、 該光学撮像手段により検出された光の時間積分の大きさが、空間的な強度変化を有する画像となるよう、そして該光学像のある点における強度が対象物の対応する点の基準位置からの距離と関連するよう、該音響エネルギー源がパルス状 1. A (a) and the acoustic energy source Illuminated objects, (b) and an acousto-optical imaging plate for receiving scattered acoustic energy from the object, the scattered acoustic energy the acousto-optical image in forming plate to form an acoustic image, and an optical energy source that generates the acousto-optic optical energy that characteristics of energy is changed by a change in the image forming plates caused by receiving (c) acoustic energy, varied (d) having an optical imaging means for forming a non-holographic image of the optical energy, the magnitude of the time integral of light detected by the optical imaging means, so that the image having a spatial intensity variation, and as the intensity at a point in the optical image is associated with distance from the reference position of the corresponding point of the object, the acoustic energy source is pulsed 駆動される、 対象物の画像を形成する音響光学画像形成システム。 Acousto-optic imaging system for forming an image of driven, object.
  2. 【請求項2】 音響エネルギー源は対象物を、照射音響エネルギーの伝搬方向に対して横方向には走査しない、請求項1に記載のシステム。 Wherein the acoustic energy source object, not scanning in a direction transverse to the propagation direction of the irradiation acoustic energy system of claim 1.
  3. 【請求項3】 光学画像が対象物の表面の点の画像である、請求項1または2に記載のシステム。 3. An optical image is an image of a point on the surface of the object, according to claim 1 or 2 system.
  4. 【請求項4】 光学エネルギー源が、画像化される表面により散乱された音響エネルギーが音響光学画像形成板に到達した後にのみパルスオフされる、請求項3に記載のシステム。 4. The optical energy source, acoustic energy scattered by the surface to be imaged is pulse off only after reaching the acousto-optic imaging plate system of claim 3.
  5. 【請求項5】 前記画像は対象物のスライス内の点の、参照位置からの距離を表す画像である、請求項1または2に記載のシステム。 Wherein the image is an image representing the distance from the point of the reference position in the slice of the object, according to claim 1 or 2 system.
  6. 【請求項6】 さらに、前記音響光学画像形成板の高音響閾値状態と低音響閾値状態とを選択するために作用する電圧を掛けるための制御システムを有する、請求項5に記載のシステム。 6. Furthermore, the having a control system for applying a voltage which acts to select a high acoustic threshold state acousto-optic imaging plate and low acoustic threshold state, The system of claim 5.
  7. 【請求項7】 前記高音響閾値状態は、前記対象物の、前記音響光学画像形成板に最も近いスライスの一部で散乱された音響エネルギーの受領時より前の時点で選択され、該状態は前記受領時に前記低音響閾値状態に変更されて、前記変更の時点が画像スライスの近い方の距離を規定する、請求項5または6に記載のシステム。 Wherein said high acoustic threshold state, of the object, wherein the selected at a time before the time of receipt of the acoustic optical imaging plate is scattered in some of the nearest slice acoustic energy, the condition is wherein the received time are changed to low acoustic threshold state, the time of the change defines the distance closer of image slices, according to claim 5 or 6 system.
  8. 【請求項8】 前記光学エネルギー源は、前記画像スライスの遠い方の距離を規定するためにパルスオフされる、請求項5−7のいずれかに記載のシステム。 Wherein said optical energy source, wherein the pulse-off to define a farther distance of image slices, system according to any one of claims 5-7.
  9. 【請求項9】 前記参照位置は、前記光学エネルギーがパルスオフされた時に受信された散乱波に対応した距離にある、請求項4または8に記載のシステム。 Wherein said reference position is the distance corresponding to the received scattered wave when the optical energy is pulse-off, according to claim 4 or 8 system.
  10. 【請求項10】 空間的に変化する強度は前記参照位置から音響撮像装置内の点までの距離に比例している、前出の全ての請求項のいずれかに記載のシステム。 10. A system according to any one of the spatially varying intensity which is proportional to the distance from the reference position to the point in acoustic imaging apparatus, all the preceding claims.
  11. 【請求項11】 音響光学画像形成板の変化により光学エネルギーの特性が変更される所定時間、音響光学板を光源から光学的にイルミネートすることにより、正規化関数にて強度値が補正される、前出の全ての請求項のいずれかに記載のシステム。 11. A predetermined time characteristic of the optical energy is altered by changes in the acoustic optical imaging plate, by Illuminated optically acoustic optical plate from the light source, the intensity value is corrected by the normalization function, a system according to any one of all the preceding claims.
  12. 【請求項12】 光源は直線偏光されており、前記変化の前には音響光学板が光学エネルギーに影響を与えず、前記変化の後は偏光が楕円偏光に変換される、前出の全ての請求項のいずれかに記載のシステム。 12. The light source is linearly polarized, before the change is an acousto-optic plate without affecting the optical energy, after the change in polarization is converted into elliptically polarized light, supra all of a system according to any one of claims.
  13. 【請求項13】 撮像装置は光の、光源により生成された光の偏光とは異なる偏光を有する成分に応答する、請求項12に記載のシステム。 Of 13. The imaging device light responsive to components having different polarization than the polarization of the light generated by the light source system of claim 12.
  14. 【請求項14】 光学撮像装置はCCDカメラを有する、前出の請求項のいずれかに記載のシステム。 A system according to any one of claims 14] The optical imaging device having a CCD camera, the preceding claims.
  15. 【請求項15】 音響光学画像形成板が双安定デバイスである、前出の全ての請求項のいずれかに記載のシステム。 15. The acoustic optical imaging plate is a bistable device, as claimed in any one of all the preceding claims system.
  16. 【請求項16】 画像形成板が液晶板を有する、前出の全ての請求項のいずれかに記載のシステム。 16. An image forming plate having a liquid crystal panel, according to any of all of the preceding claims system.
  17. 【請求項17】 散乱された音響エネルギーが対象物の複数の点から反射されたエネルギーに対応する、前出の全ての請求項のいずれかに記載のシステム。 17. The system of any one of any of the claims which scattered acoustic energy corresponding to the energy reflected from a plurality of points of the object, supra.
  18. 【請求項18】 対象物にパルス状の音響エネルギーを照射し、 音響光学画像形成板上で、対象物の第1のスライス内の点で散乱された前記音響エネルギーの音響画像を形成し、 音響光学画像形成板上で、対象物の少なくとも別の1つのスライス内の点で散乱された前記音響エネルギーの音響画像を形成し、 パルス状の音響エネルギーから複数の光学画像を形成するため、光学撮像装置により、前記第1および別の1つの音響画像を別々に検出し、 光学画像の強度が、参照位置から各スライスにおける対応する点の位置までの距離に関連した空間的に変化する値を有する、対象物の画像を形成する方法。 18. irradiated with pulsed acoustic energy to an object, in the acousto-optic imaging plate, to form a first acoustic image of the acoustic energy that is scattered at a point in the slice of the object, the acoustic in optical imaging plate, forming at least acoustic images of the acoustic energy that is scattered in a different point in a slice of the object to form a plurality of optical images from pulsed acoustic energy, optical imaging the device, wherein the first and another one acoustic images detected separately, strength of the optical image has a spatially varying values ​​associated with the distance to the position of the corresponding points in each slice from the reference position a method of forming an image of the object.
  19. 【請求項19】 異なる色のパルス状の光で音響光学画像形成板を順次照明し、 それぞれが前記スライスの一つを代表する、前記複数の光学画像を形成するため、前記パルス状の異なる色の光を順次検出する、 請求項18に記載の方法。 19. Different colors sequentially illuminates the acousto-optic imaging plate with pulsed light, each of which represents one of the slice, to form the plurality of optical images, said pulsed different colors the method of sequentially detecting the light, according to claim 18.
  20. 【請求項20】 音響光学画像形成板は前記散乱エネルギーに対して感度を有さない第1の状態と、前記散乱エネルギーにより変化を受ける第2の状態とが切り換わるよう構成され、 それぞれのスライスからの散乱エネルギーが初めて画像形成板に到達した時に、音響光学画像形成板を前記第1の状態から前記第2の状態に切り換える、請求項19の方法。 20. The acoustic optical imaging plate is constructed the the first state having no sensitivity to scattering energy, the second state and is cut switched to receive a change by the scattering energy, each slice when the scattered energy reaches the first time imaging plate from, switching the acousto-optic imaging plate from said first state to said second state, the method of claim 19.
  21. 【請求項21】 それぞれのスライスの最も遠い部分からの散乱エネルギーが画像形成プレートに到達するときに光学エネルギー源を消す、請求項19または20に記載の方法。 21. erase optical energy source when the scattering energy from the farthest portion of each slice reaches the imaging plate method according to claim 19 or 20.
  22. 【請求項22】 光学撮像装置が、それぞれ異なる色に感度を持つ複数のカラーチャネルを備え、照明光の色がそれぞれのカラーチャネルの色に対応している、請求項19から21のいずれかに記載の方法。 22. The optical imaging device comprises a plurality of color channels having sensitivity to different colors, the color of the illumination light corresponds to the color of each color channel, in any of claims 19 21 the method described.
  23. 【請求項23】 形成された画像の光学画像強度が光学撮像装置により検出された光の時間積分強度に対応している、請求項18から23のいずれかに記載の方法。 23. An optical image intensity of the image formed corresponds to the time integral intensity of the detected light by the optical imaging apparatus, a method according to any of claims 18 23.
  24. 【請求項24】 散乱音響エネルギーは対象物により反射された音響エネルギーである、請求項18から23のいずれかに記載の方法。 24. scattering acoustic energy is acoustic energy reflected by the object, the method according to any of claims 18 23.
  25. 【請求項25】 電気エネルギーの、変更される特性は極性(polarization 25. electrical energy, changes the properties of the polar (polarization
    )である、請求項24に記載の方法。 ) Is a method according to claim 24.
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