JP2013101079A - Photoacoustic vibrometer - Google Patents

Photoacoustic vibrometer Download PDF

Info

Publication number
JP2013101079A
JP2013101079A JP2011245766A JP2011245766A JP2013101079A JP 2013101079 A JP2013101079 A JP 2013101079A JP 2011245766 A JP2011245766 A JP 2011245766A JP 2011245766 A JP2011245766 A JP 2011245766A JP 2013101079 A JP2013101079 A JP 2013101079A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoacoustic
light
acoustic
image
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011245766A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ushio Sagawa
潮 寒川
Takuya Iwamoto
卓也 岩本
Yuriko Kaneko
由利子 金子
Masahiko Hashimoto
雅彦 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2011245766A priority Critical patent/JP2013101079A/en
Publication of JP2013101079A publication Critical patent/JP2013101079A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoacoustic vibrometer for detecting displacement or vibration of an object.SOLUTION: A photoacoustic vibrometer includes: an acoustic wave source 1 for transmitting first and second acoustic waves at predetermined time intervals; an acoustic lens system 6 for converting first and second scattered waves generated by irradiating an object with the first and second acoustic waves into first and second plane sound waves; a photoacoustic medium part 8 through which the first and second plane sound waves propagate; a light source 11 for emitting at least one plane wave light flux with which two points positioned at an interval matching a distance in which the first plane sound wave propagates through the photoacoustic medium part in a predetermined time are irradiated; a light superimposition part 220 for overlapping first and second diffraction rays of light generated by the photoacoustic medium part by at least one plane wave light flux being diffracted by the first and second plane sound waves, and for generating superimposed diffraction rays of light; an image forming lens system 16 for converging the superimposed diffraction rays of light; and an image reception part 17 for detecting the converged diffraction rays of light, and for outputting an electric signal.

Description

本発明は、対象物を変位や振動を光および音響波によって検出する光音響撮振動計に関する。   The present invention relates to a photoacoustic imaging vibrometer that detects displacement and vibration of an object using light and acoustic waves.

音響波を対象物に照射し、生じた散乱波を光音響媒質部に導入すると、音響波は縦波であるため、光音響媒質部中の媒質に粗密が生じ、屈折率分布を形成する。このため、光音響媒質部中に光を伝搬させると、この屈折率分布の影響を受けた回折光を生成する。つまり、生成した回折光を観測すると、対象物を検出することができる。   When an acoustic wave is irradiated onto the object and the generated scattered wave is introduced into the photoacoustic medium part, the acoustic wave is a longitudinal wave, so that the medium in the photoacoustic medium part becomes dense and forms a refractive index distribution. For this reason, when light is propagated through the photoacoustic medium, diffracted light affected by the refractive index distribution is generated. That is, when the generated diffracted light is observed, the object can be detected.

非特許文献1は、光音響媒質部中に生じた屈折率分布に単色光を照射することによって、Bragg回折光を生成し、対象物を撮像する技術を開示している。具体的には、図22に示すように、非特許文献1は、レーザー1101および超音波振動子1111を用いて対象物1109の像をスクリーン1105に投影する技術を開示している。レーザー1101から出射した単色光光束は、ビームエクスパンダー1102およびアパーチャ1103により、太いビーム径を持つ単色光光束に変換される。単色光光束は、図22に示すようにxyz軸を設定した場合においてx軸に伸びるシリンドリカルレンズ1104(a)、1104(b)、および、y軸に伸びる1104(c)を透過し、スクリーン1105に到達する。このように、3つのシリンドリカルレンズから成る光学系は、光軸1113に対して回転対称でない。   Non-Patent Document 1 discloses a technique for generating Bragg diffracted light and irradiating a target object by irradiating a monochromatic light to a refractive index distribution generated in a photoacoustic medium portion. Specifically, as shown in FIG. 22, Non-Patent Document 1 discloses a technique for projecting an image of an object 1109 onto a screen 1105 using a laser 1101 and an ultrasonic transducer 1111. The monochromatic light beam emitted from the laser 1101 is converted into a monochromatic light beam having a thick beam diameter by the beam expander 1102 and the aperture 1103. When the xyz axis is set as shown in FIG. 22, the monochromatic light beam passes through cylindrical lenses 1104 (a) and 1104 (b) that extend in the x axis and 1104 (c) that extends in the y axis, and the screen 1105. To reach. As described above, the optical system including the three cylindrical lenses is not rotationally symmetric with respect to the optical axis 1113.

シリンドリカルレンズ1104(a)と1104(b)との間に、水1107で満たされた音響セル1108が配置されており、水1107中に対象物1109が配置されている。以下において説明するように、単色光光束が水1107を透過する際に回折光が生じる。生成した回折光は強い非点収差を持っている。このため、生成した回折光の非点収差を補正し、また、スクリーン1105の位置で、xz平面上およびyz平面上において結像させるため、シリンドリカルレンズ1104(a)、1104(b)、1104(c)の焦点距離は互いに異なっている。   An acoustic cell 1108 filled with water 1107 is disposed between the cylindrical lenses 1104 (a) and 1104 (b), and an object 1109 is disposed in the water 1107. As will be described below, diffracted light is generated when the monochromatic light beam passes through the water 1107. The generated diffracted light has strong astigmatism. Therefore, in order to correct the astigmatism of the generated diffracted light and to form an image on the xz plane and the yz plane at the position of the screen 1105, cylindrical lenses 1104 (a), 1104 (b), 1104 ( The focal lengths of c) are different from each other.

シリンドリカルレンズ1104(a)は、単色光光束が焦点面1106の位置でxz平面において焦点を結ぶよう焦点距離が選定されている。シリンドリカルレンズによる結像であるため、焦点はx軸に平行な直線である。焦点面1106を通過した光束は焦点面1106よりスクリーン1105側で発散するが、その発散光束はシリンドリカルレンズ1104(b)で収束され、スクリーン1105上で再度焦点を結ぶ。yz平面内においては、ビームエクスパンダー1102通過後の単色光光束は、平行光束のままシリンドリカルレンズ1104(c)に入射する。そして、シリンドリカルレンズ1104(c)の集光作用でスクリーン1105上に焦点を結ぶ。各シリンドリカルレンズの設置位置や焦点距離の選定は、xz平面およびyz平面の両面において光束がスクリーン1105上で結像するように行うこと以外に、対象物1109に相似な画像が、1次回折像1112(a)と−1次回折光1112(b)としてスクリーン1105上に出現するよう行われる。上で述べたように光学系が光軸1113に対して回転対称ではないので、1次回折像1112(a)と−1次回折光1112(b)は歪曲収差を持つ。そこで、シリンドリカルレンズ1104(b)、1104(c)を用いて、回折光の持つ歪曲収差と逆の特性の歪曲収差を有する光学系を構成することによって、回折光の歪曲収差を補正し、対象物1109に相似な画像をスクリーン1105上に生成する。   The cylindrical lens 1104 (a) has a focal length selected so that the monochromatic light beam is focused on the xz plane at the position of the focal plane 1106. Since the image is formed by a cylindrical lens, the focal point is a straight line parallel to the x-axis. The light beam that has passed through the focal plane 1106 diverges on the screen 1105 side from the focal plane 1106, but the divergent light beam is converged by the cylindrical lens 1104 (b) and refocused on the screen 1105. In the yz plane, the monochromatic light beam after passing through the beam expander 1102 is incident on the cylindrical lens 1104 (c) as a parallel beam. Then, the light is focused on the screen 1105 by the condensing action of the cylindrical lens 1104 (c). The selection of the installation position and focal length of each cylindrical lens is performed so that the light beam forms an image on the screen 1105 in both the xz plane and the yz plane, and an image similar to the object 1109 is a first-order diffraction image. 1112 (a) and −1st order diffracted light 1112 (b) are displayed on the screen 1105. As described above, since the optical system is not rotationally symmetric with respect to the optical axis 1113, the first-order diffracted image 1112 (a) and the −1st-order diffracted light 1112 (b) have distortion aberration. Therefore, by using the cylindrical lenses 1104 (b) and 1104 (c), an optical system having a distortion aberration opposite to the distortion aberration of the diffracted light is configured to correct the distortion aberration of the diffracted light, and the target An image similar to the object 1109 is generated on the screen 1105.

音響セル1108には、信号源1110で駆動される超音波振動子1111が設けられており、超音波振動子1111から水1107を介して対象物1109に単色超音波が照射される。単色超音波とは、音圧が、単一周波数を持つ正弦波状の時間変動を示す超音波を意味する。   The acoustic cell 1108 is provided with an ultrasonic transducer 1111 that is driven by a signal source 1110, and the object 1109 is irradiated with monochromatic ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 1111 through the water 1107. The monochromatic ultrasonic wave means an ultrasonic wave whose sound pressure shows a sinusoidal time variation having a single frequency.

対象物1109から超音波散乱波が生成し、その散乱波は水1107中における単色光光束の通過領域を伝播する。水中を伝播する超音波の導波モードは粗密波(縦波)であるので、水1107中の音圧分布、すなわち、超音波散乱波に一致した屈折率分布が水1107中に生成される。議論を簡単にするため、まず、対象物1109からの超音波散乱波は、y軸の正方向に向かう平面波であると仮定する。超音波散乱波は単色であるから、ある瞬間において水1107中に生成される屈折率分布は、超音波波長で繰り返される正弦波状の1次元格子となる。したがって、その1次元格子によりBragg回折光(図中では±1次回折光束を表現)が生成される。そして、その回折光はスクリーン1105上で1つの光点として現われる。光点の輝度は、1次元格子の屈折率変化量、すなわち、超音波音圧に比例する。   An ultrasonic scattered wave is generated from the object 1109, and the scattered wave propagates through the passing region of the monochromatic light beam in the water 1107. Since the guided mode of the ultrasonic wave propagating in the water is a dense wave (longitudinal wave), a sound pressure distribution in the water 1107, that is, a refractive index distribution matching the ultrasonic scattered wave is generated in the water 1107. In order to simplify the discussion, it is first assumed that the ultrasonic scattered wave from the object 1109 is a plane wave directed in the positive direction of the y-axis. Since the ultrasonic scattered wave is monochromatic, the refractive index distribution generated in the water 1107 at a certain moment becomes a sinusoidal one-dimensional grating repeated at the ultrasonic wavelength. Therefore, Bragg diffracted light (in the figure, ± 1st order diffracted light beam is expressed) is generated by the one-dimensional grating. The diffracted light appears as one light spot on the screen 1105. The brightness of the light spot is proportional to the amount of change in the refractive index of the one-dimensional grating, that is, the ultrasonic sound pressure.

次に、仮定した「超音波散乱波は平面波である」という条件の緩和し、波面が平面ではない超音波散乱波を考える。波面が平面ではない超音波散乱波は、様々な方向から到来する平面波(今の場合、全ての平面波は同一周波数を持つ)の重ね合わせとして表現することができる。このため、波面が平面ではない超音波散乱波が伝搬する水1107を単色光光束が透過する場合、様々な方向から到来する各平面波による回折光の光点がスクリーン1105上に出現する。各光点の強度は各平面波の振幅の大きさに比例し、また、各光点のスクリーン1105上での出現位置は、各平面波の進行方向によって決定される。そのため、スクリーン1105上において1次回折像1112(a)、および、−1次回折像1112(b)として、対象物1109の実像が現われる。スクリーン1105上での光点の集合体が対象物1109の実像とみなせるという点は、回折現象であることを除き、対象物と±1次回折像の関係が、一般の光学カメラにおける対象物と実像の関係とおなじである。   Next, the assumed condition that “the ultrasonic scattered wave is a plane wave” is relaxed, and an ultrasonic scattered wave whose wavefront is not a plane is considered. An ultrasonic scattered wave whose wavefront is not plane can be expressed as a superposition of plane waves coming from various directions (in this case, all plane waves have the same frequency). For this reason, when the monochromatic light beam is transmitted through the water 1107 in which the ultrasonic scattered wave whose wavefront is not flat propagates, the light spot of the diffracted light due to each plane wave coming from various directions appears on the screen 1105. The intensity of each light spot is proportional to the amplitude of each plane wave, and the appearance position of each light spot on the screen 1105 is determined by the traveling direction of each plane wave. Therefore, real images of the object 1109 appear on the screen 1105 as a first-order diffraction image 1112 (a) and a −1st-order diffraction image 1112 (b). The fact that an aggregate of light spots on the screen 1105 can be regarded as a real image of the object 1109 is that the relationship between the object and the ± first-order diffraction image is different from that of an object in a general optical camera, except that it is a diffraction phenomenon. It is the same as the real image.

A. Korpel, "Visualization of the cross section of a sound beam by Bragg diffraction of light," Applied Physics Letters, vol.9, no.12, pp.425-427, 15 Dec. 1966.A. Korpel, "Visualization of the cross section of a sound beam by Bragg diffraction of light," Applied Physics Letters, vol.9, no.12, pp.425-427, 15 Dec. 1966.

しかし、非特許文献1に開示された技術によれば、対象物の変位や振動を検出することはできない。本発明は、この従来の課題を解決し、対象物の変位や振動を検出する光音響振動計を提供することを目的とする。   However, according to the technique disclosed in Non-Patent Document 1, it is not possible to detect displacement or vibration of the object. An object of the present invention is to solve this conventional problem and to provide a photoacoustic vibrometer that detects displacement and vibration of an object.

本発明の光音響振動計は、第1及び第2の音響波を所定の時間間隔で送信する音響波源と、前記第1及び第2の音響波が対象物を照射することにより生じた第1及び第2の散乱波をそれぞれ所定の収束状態の第1及び第2の平面音波に変換する音響レンズ系と、音響レンズ系の音軸を含むように配置され、前記第1及び第2の平面音波が伝搬する光音響媒質部と、前記光音響媒質部中の前記音軸上において、前記第1の平面音波が前記所定の時間に前記光音響媒質部を伝搬する距離に一致する間隔で位置する2点を、前記音軸に対して、非垂直かつ非平行な角度で照射する少なくとも1つの平面波光束を出射する光源と、前記少なくとも1つの平面波光束が、前記第1及び第2の平面音波によって回折することにより、前記光音響媒質部においてそれぞれ生成する第1及び第2の回折光を重ね合わせ、重畳した回折光を生成する光重畳部と、前記重畳した回折光を集光する結像レンズ系と、前記集光された回折光を検出し、電気信号を出力する受像部とを備える。   The photoacoustic vibrometer of the present invention includes an acoustic wave source that transmits first and second acoustic waves at a predetermined time interval, and a first generated by irradiating an object with the first and second acoustic waves. And an acoustic lens system that converts the first and second scattered waves into first and second plane acoustic waves in a predetermined convergence state, respectively, and the acoustic plane of the acoustic lens system, and the first and second planes. On the sound axis in the photoacoustic medium part where the sound wave propagates, and on the sound axis in the photoacoustic medium part, the first plane sound wave is positioned at an interval that coincides with the distance propagated through the photoacoustic medium part at the predetermined time. A light source that emits at least one plane wave light beam that irradiates the two points at a non-perpendicular and non-parallel angle with respect to the sound axis, and the at least one plane wave light beam includes the first and second plane sound waves. Diffracted by the photoacoustic medium part. The first and second diffracted lights generated respectively to overlap and generate a superimposed diffracted light, an imaging lens system for condensing the superimposed diffracted light, and the condensed diffracted light And an image receiving unit that outputs an electric signal.

ある好ましい実施形態において、光音響振動計は、前記重畳した回折光および前記電気信号によって表される前記対象物の像の少なくとも一方の歪みを補正する像歪み補正部をさらに備える。   In a preferred embodiment, the photoacoustic vibrometer further includes an image distortion correction unit that corrects distortion of at least one of the image of the object represented by the superimposed diffracted light and the electric signal.

ある好ましい実施形態において、前記少なくとも1つの平面波光束のスペクトル幅は10nm未満である。   In a preferred embodiment, the spectral width of the at least one plane wave light beam is less than 10 nm.

ある好ましい実施形態において、前記音響レンズ系は屈折型音響系である。   In a preferred embodiment, the acoustic lens system is a refractive acoustic system.

ある好ましい実施形態において、前記音響レンズ系は、シリカナノ多孔体またはフロリナートによって構成されている。   In a preferred embodiment, the acoustic lens system is composed of silica nanoporous material or fluorinate.

ある好ましい実施形態において、前記音響レンズ系は、少なくとも1つの屈折面と、少なくとも1つの屈折面に設けられた音響波の反射を防止する反射防止膜とを備える計。   In a preferred embodiment, the acoustic lens system includes at least one refracting surface and an antireflection film that prevents reflection of acoustic waves provided on the at least one refracting surface.

ある好ましい実施形態において、前記音響レンズ系は反射型音響系である。   In a preferred embodiment, the acoustic lens system is a reflective acoustic system.

ある好ましい実施形態において、前記音響レンズ系は2以上の反射面を含む。   In a preferred embodiment, the acoustic lens system includes two or more reflecting surfaces.

ある好ましい実施形態において、前記音響レンズ系は、焦点調整機構を含む。   In a preferred embodiment, the acoustic lens system includes a focus adjustment mechanism.

ある好ましい実施形態において、前記光源は、前記2点を、前記音軸に対して、非垂直かつ非平行な角度でそれぞれ照射する第1及び第2の平面波光束を出射する。   In a preferred embodiment, the light source emits first and second plane wave light beams that irradiate the two points at angles that are non-perpendicular and non-parallel to the sound axis.

ある好ましい実施形態において、前記光源は、前記2点を、前記音軸に対して、非垂直かつ非平行な角度でそれぞれ照射する1つの平面波光束を出射する。   In a preferred embodiment, the light source emits one plane wave light beam that irradiates the two points with an angle that is non-perpendicular and non-parallel to the sound axis.

ある好ましい実施形態において、前記光重畳部は、無偏光ビームスプリッターを含む。   In a preferred embodiment, the light superimposing unit includes a non-polarizing beam splitter.

ある好ましい実施形態において、前記像歪み補正部は、前記重畳した回折光の断面を拡大する光学部材を含む。   In a preferred embodiment, the image distortion correction unit includes an optical member that enlarges a cross section of the superimposed diffracted light.

ある好ましい実施形態において、前記像歪み補正部は、前記重畳した回折光の断面を縮小する光学部材を含む。   In a preferred embodiment, the image distortion correction unit includes an optical member that reduces a cross section of the superimposed diffracted light.

ある好ましい実施形態において、前記光学部材はアナモルフィックプリズムによって構成される。   In a preferred embodiment, the optical member is constituted by an anamorphic prism.

ある好ましい実施形態において、前記結像レンズ系および前記光学部材の少なくとも一方は、少なくとも1つのシリンドリカルレンズを含む。   In a preferred embodiment, at least one of the imaging lens system and the optical member includes at least one cylindrical lens.

ある好ましい実施形態において、前記像歪み補正部は、前記電気信号に基づき画像処理を行う。   In a preferred embodiment, the image distortion correction unit performs image processing based on the electrical signal.

ある好ましい実施形態において、前記光音響媒質部は、シリカナノ多孔体、フロリナートおよび水の少なくとも1つを含む。   In a preferred embodiment, the photoacoustic medium part includes at least one of silica nanoporous material, fluorinate, and water.

ある好ましい実施形態において、前記第1及び第2の回折光は、強度比で1/2以上のBragg回折光による成分を含む。   In a preferred embodiment, the first and second diffracted lights include a component of Bragg diffracted light having an intensity ratio of 1/2 or more.

ある好ましい実施形態において、前記光源から出射する前記少なくとも1つの平面波光束の光軸は前記音響レンズ系の音軸に対して調整可能である。   In a preferred embodiment, an optical axis of the at least one plane wave light beam emitted from the light source is adjustable with respect to a sound axis of the acoustic lens system.

ある好ましい実施形態において、前記第1及び第2の音響波の送信時刻を制御するトリガ回路をさらに含む。   In a preferred embodiment, a trigger circuit for controlling transmission times of the first and second acoustic waves is further included.

本発明の光音響振動計によれば、所定の時間間隔で送信される第1及び第2の音響波を対象物に照射することによって、異なる時刻における散乱波を生成し、音響レンズ系でそれぞれの散乱波を平面音波に変えるとともに光音響媒質部に導入し、それぞれの平面音波に対して光音響媒質部中に生じた屈折率分布による回折光を生成する。生成した2つの回折光を重ね合わせることによって、干渉が得られるため、所定の時間における対象物の変位や移動を検出することができる。   According to the photoacoustic vibrometer of the present invention, the object is irradiated with the first and second acoustic waves transmitted at predetermined time intervals to generate scattered waves at different times, and the acoustic lens system respectively Are converted into plane sound waves and introduced into the photoacoustic medium unit, and diffracted light is generated by the refractive index distribution generated in the photoacoustic medium unit for each plane sound wave. Since the interference is obtained by superimposing the two generated diffracted lights, the displacement and movement of the object at a predetermined time can be detected.

本発明よる光音響振動計の第1の実施形態を示す概略的な構成図である。It is a schematic block diagram which shows 1st Embodiment of the photoacoustic vibrometer by this invention. (a)は、第1の実施形態において、平面波光束が平面音波によってBragg回折する様子を説明する模式図であり、(b)は、1次元回折格子によるBragg回折条件を説明するための模式図であり、(c)は、第1の実施形態において、Bragg回折により超音波波面上の音圧分布が回折光光束波面上の光振幅分布に転写されることを説明するための模式図である。(A) is a schematic diagram explaining how a plane wave light beam is Bragg diffracted by a plane sound wave in the first embodiment, and (b) is a schematic diagram for explaining Bragg diffraction conditions by a one-dimensional diffraction grating. (C) is a schematic diagram for explaining that the sound pressure distribution on the ultrasonic wavefront is transferred to the light amplitude distribution on the diffracted light beam wavefront by Bragg diffraction in the first embodiment. . (a)は、第1の実施形態において、回折光201がy方向に歪んでいることを示す図であり、(b)は、第1の実施形態において、像歪み補正部15として用いられるアナモルフィックプリズムの構造を示す図である。(A) is a diagram showing that the diffracted light 201 is distorted in the y direction in the first embodiment, and (b) is an analog used as the image distortion correction unit 15 in the first embodiment. It is a figure which shows the structure of a morphic prism. アナモルフィックプリズムを構成するくさび状プリズムにおける光束の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical path of the light beam in the wedge-shaped prism which comprises an anamorphic prism. (a)は、光学分野における二重回折光学系の動作を説明するための概念的な図であり、(b)は、第1の実施形態の光音響振動計が二重回折光学系とみなせることを示す図である。(A) is a conceptual diagram for demonstrating operation | movement of the double diffractive optical system in the optical field | area, (b) is a photoacoustic vibrometer of 1st Embodiment by a double diffractive optical system. It is a figure which shows that it can be considered. 第1の実施形態の光音響振動計において、対象物の変位に依存した干渉縞が実像に重畳されることを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that the interference fringe depending on the displacement of a target object is superimposed on a real image in the photoacoustic vibrometer of 1st Embodiment. 共振している太鼓の皮を対象物として撮影する具体的を説明する図である。It is a figure explaining the concrete which image | photographs the skin of the drum which is resonating as a target object. 撮影された太鼓の皮の像を示す図である。It is a figure which shows the image of the image | photographed drum skin. 位置および半径が変化する球を対象物として撮影する具体的を説明する図である。It is a figure explaining the concrete which image | photographs as an object the sphere from which a position and a radius change. 撮影された球の像を示す図である。It is a figure which shows the image | photographed sphere image. (a)は、第1の実施形態における第1及び第2の平面波光束の入射方向を示す図であり、(b)は、他の可能な入射方向を示す図である。(A) is a figure which shows the incident direction of the 1st and 2nd plane wave light beam in 1st Embodiment, (b) is a figure which shows the other possible incident direction. シリンドリカルレンズの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a cylindrical lens. 第1の実施形態において、シリンドリカルレンズより構成され、像歪み補正部と結像レンズ系の作用を兼ね備えた光学系を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an optical system that includes a cylindrical lens and has both an image distortion correction unit and an imaging lens system in the first embodiment. 本発明よる光音響振動計の第2の実施形態を示す概略的な構成図である。It is a schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the photoacoustic vibrometer by this invention. 第2の実施形態の具体的を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the concrete of 2nd Embodiment. 第3の実施形態における音響レンズ系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the acoustic lens system in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における像歪み補正部15の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image distortion correction part 15 in 4th Embodiment. 第5の実施形態における像歪み補正部15の構成を示す図であるIt is a figure which shows the structure of the image distortion correction part 15 in 5th Embodiment. 本発明よる光音響振動計の第6の実施形態を示す概略的な構成図である。It is a schematic block diagram which shows 6th Embodiment of the photoacoustic vibrometer by this invention. 本発明よる光音響振動計の第7の実施形態を示す概略的な構成図である。It is a schematic block diagram which shows 7th Embodiment of the photoacoustic vibrometer by this invention. 本発明よる光音響振動計の第8の実施形態を示す概略的な構成図である。It is a schematic block diagram which shows 8th Embodiment of the photoacoustic vibrometer by this invention. 非特許文献1に記載された装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the apparatus described in the nonpatent literature 1.

(第1の実施形態)
以下、本発明による光音響振動計の第1の実施形態を説明する。図1は、光音響振動計101の構成を概略的に示している。光音響振動計101は、音響波源1と、音響レンズ系6と、光音響媒質部8と、光源11と、光重畳部220と、歪み補正部15と、結像合レンズ系16と、受像部17とを備える。
(First embodiment)
A photoacoustic vibrometer according to a first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 schematically shows the configuration of the photoacoustic vibrometer 101. The photoacoustic vibrometer 101 includes an acoustic wave source 1, an acoustic lens system 6, a photoacoustic medium unit 8, a light source 11, a light superimposing unit 220, a distortion correcting unit 15, an imaging lens system 16, and an image receiving unit. Unit 17.

対象物4は、音響波が伝搬することができる媒質3中に配置される。音響波が伝播可能な媒質3とは、例えば、空気、水などである。このほか、媒質3は、体組織や、金属、コンクリートなどの弾性体であってもよい。また、対象物4は、人や動物などの体内器官であってもよい。この場合、媒質3は人や動物の体内組織である。   The object 4 is disposed in a medium 3 through which an acoustic wave can propagate. The medium 3 through which the acoustic wave can propagate is, for example, air or water. In addition, the medium 3 may be a body tissue or an elastic body such as metal or concrete. Further, the object 4 may be a body organ such as a person or an animal. In this case, the medium 3 is a human or animal body tissue.

音響波源1および音響レンズ系6は、媒質3中、あるいは、媒質3に接触して配置される。音響波源1から出射した第1及び第2の音響波2a、bが対象物4を照射することにより、対象物4の表面や内部の音響インピーダンス(音速に密度を掛けた量)の非一様な領域で、第1及び第2の音響波2a、2bが反射し、第1及び第2の散乱波5a、5bが生成する。第1および第2の散乱波5a、5bは、音響レンズ系6によって、所定の収束状態、特に第1および第2の平面音波9a、9bに変換され、光音響媒質部8に入射する。光音響媒質部8中を第1及び第2の平面音波9a、9bが伝搬することによって、光音響媒質部8には屈折率分布が生じる。   The acoustic wave source 1 and the acoustic lens system 6 are disposed in the medium 3 or in contact with the medium 3. When the first and second acoustic waves 2a and 2b emitted from the acoustic wave source 1 irradiate the object 4, the surface and / or the internal acoustic impedance of the object 4 (a quantity obtained by multiplying the sound speed by the density) is non-uniform. In this region, the first and second acoustic waves 2a and 2b are reflected, and the first and second scattered waves 5a and 5b are generated. The first and second scattered waves 5 a and 5 b are converted by the acoustic lens system 6 into a predetermined convergence state, in particular, first and second plane sound waves 9 a and 9 b, and enter the photoacoustic medium unit 8. As the first and second plane sound waves 9 a and 9 b propagate through the photoacoustic medium unit 8, a refractive index distribution is generated in the photoacoustic medium unit 8.

光源11は平面波光束14を出射する。平面波光束14は、ビームスプリッター19によって第1及び第2の平面波光束14a、14bに分割され、光音響媒質部8に入射される。   The light source 11 emits a plane wave light beam 14. The plane wave light beam 14 is divided into first and second plane wave light beams 14 a and 14 b by a beam splitter 19, and is incident on the photoacoustic medium unit 8.

光音響媒質部8の第1及び第2の平面音波9a、9bによる屈折率分布により、第1の及び第2の平面波光束14a、14bが回折し、第1及び第2の回折光201a、201bが生じる。この回折光を、光重畳部220によって重ね合わせ、結像レンズ系16によって、受像部17に集光することにより、対象物4の像18を撮影することができる。像18は、音軸7に垂直で、音響レンズ系6の焦点距離fだけ音響レンズ系6から離れた平面上における、対象物4の弾性係数の2次元分布に相似な画像である。また、以下において詳細に説明するように、第2の音響波2bは第1の音響波2aから所定の時間τ後に送信されるため、得られる像18は、異なる時刻に撮影された2つの対象物4の像を重ね合わせ干渉させたものである。これは、対象物4の時間τにおける音響レンズ系6の音軸7方向への移動または変位情報を示している。   The first and second plane wave light beams 14a and 14b are diffracted by the refractive index distributions of the first and second plane sound waves 9a and 9b of the photoacoustic medium unit 8, and the first and second diffracted beams 201a and 201b are diffracted. Occurs. The diffracted light is superimposed by the light superimposing unit 220 and condensed on the image receiving unit 17 by the imaging lens system 16, whereby the image 18 of the object 4 can be taken. The image 18 is an image similar to the two-dimensional distribution of the elastic coefficient of the object 4 on a plane perpendicular to the sound axis 7 and separated from the acoustic lens system 6 by the focal length f of the acoustic lens system 6. Further, as will be described in detail below, since the second acoustic wave 2b is transmitted after a predetermined time τ from the first acoustic wave 2a, the obtained image 18 includes two objects photographed at different times. The image of the object 4 is superimposed and interfered. This indicates the movement or displacement information of the acoustic lens system 6 in the direction of the sound axis 7 at the time τ of the object 4.

1.光音響振動計100の構成
(1)音響波源1
音響波源1は、対象物4に向けて第1及び第2の音響波2a、2bを照射する。第1及び第2の音響波2a、2bは、好ましくは超音波である。第1及び第2の音響波2a、2bのそれぞれは、振幅および周波数が一定である正弦波を複数波分含むパルス波であることが好ましい。波数が多くなるほど光音響媒質部8において生じる回折光の強度が強くなる。図1には示していないが、トリガ回路によって音響波源1が第1及び第2の音響波2a、2bを発生する時刻は正確に制御されている。好ましくは、数ns程度の精度で制御されている。
1. Configuration of the photoacoustic vibrometer 100 (1) Acoustic wave source 1
The acoustic wave source 1 irradiates the object 4 with the first and second acoustic waves 2 a and 2 b. The first and second acoustic waves 2a and 2b are preferably ultrasonic waves. Each of the first and second acoustic waves 2a and 2b is preferably a pulse wave including a plurality of sine waves having constant amplitude and frequency. As the wave number increases, the intensity of diffracted light generated in the photoacoustic medium unit 8 increases. Although not shown in FIG. 1, the time when the acoustic wave source 1 generates the first and second acoustic waves 2a and 2b is accurately controlled by the trigger circuit. Preferably, it is controlled with an accuracy of about several ns.

第1及び第2の音響波2a、2bは、平面波であってもよいし、平面波でなくてもよい。好ましくは、第1及び第2の音響波2a、2bは、対象物4の全体、あるいは、対象物4の撮影したい領域を、概ね均一な強度で照射する。つまり、第1及び第2の音響波2a、2bは、撮影したい領域に応じた大きさの照射断面を有していることが好ましい。第1及び第2の音響波2a、2bは、対象物4の表面および内部で反射散乱し、第1及び第2の音響波2a、2bと同一周波数を持つ第1及び第2の散乱波5a、5bが生成する。第1及び第2の音響波2a、2bは、それぞれ正弦波を複数波分含むパルス波であるため、第1及び第2の音響波2a、2bが照射される時間間隔τは、例えば、第1及び第2の音響波2a、2bのそれぞれの正弦波の立ち上がり時刻の差で定義される。時間間隔τは、対象物4の変位や移動をどの程度の時間間隔で観察したいかに依存する。例えば、対象物4が人や動物などの体内器官である場合には、時間間隔τは10μ秒から1mm秒の範囲の値であってもよい。   The first and second acoustic waves 2a and 2b may be plane waves or not plane waves. Preferably, the first and second acoustic waves 2a and 2b irradiate the entire object 4 or the region to be imaged of the object 4 with substantially uniform intensity. That is, it is preferable that the first and second acoustic waves 2a and 2b have an irradiation cross section having a size corresponding to a region to be photographed. The first and second acoustic waves 2a and 2b are reflected and scattered on the surface and inside of the object 4, and the first and second scattered waves 5a having the same frequency as the first and second acoustic waves 2a and 2b. 5b is generated. Since the first and second acoustic waves 2a and 2b are pulse waves each including a plurality of sine waves, the time interval τ at which the first and second acoustic waves 2a and 2b are irradiated is, for example, It is defined by the difference between the rising times of the sine waves of the first and second acoustic waves 2a and 2b. The time interval τ depends on the time interval at which the displacement or movement of the object 4 is to be observed. For example, when the object 4 is a body organ such as a human being or an animal, the time interval τ may be a value in the range of 10 μsec to 1 mmsec.

(2)音響レンズ系6
音響レンズ系6は、第1及び第2の散乱波5a、5bをそれぞれ所定の状態に収束させる。具体的には、音響レンズ系6は媒質3中において焦点距離fを有している。音響レンズ系6は、屈折型音響系であってもよいし、反射型音響系であってもよい。本実施形態では、屈折型音響系の音響レンズ系6を用いる。音響レンズ系6が屈折型音響系である場合、少なくとも1つの屈折面を有し、内部を第1及び第2の散乱波5a、5bが透過する音響レンズを含む。音響レンズは、好ましくは、シリカナノ多孔体またはフロリナートなど、音響波の伝播損失が少ない弾性体によって構成される。屈折面における音響波の屈折は、スネルの法則に従い、媒質3および音響レンズを構成する材料における第1および第2の散乱波5a、5bの音速比で定まる角度で、第1及び第2の散乱波5a、5bは屈折する。音響レンズ系6が反射型音響系である場合、音響レンズ系6は、金属やガラスなど、媒質3と音響インピーダンスが大きく異なる材料によって構成される少なくとも1つの反射面を有する。これらの屈折面および反射面は、いずれも光学レンズと同様の形状を有していることによって、第1及び第2の散乱波5a、5bを収束させることができる。
(2) Acoustic lens system 6
The acoustic lens system 6 converges the first and second scattered waves 5a and 5b to predetermined states, respectively. Specifically, the acoustic lens system 6 has a focal length f in the medium 3. The acoustic lens system 6 may be a refractive acoustic system or a reflective acoustic system. In the present embodiment, a refractive acoustic system acoustic lens system 6 is used. When the acoustic lens system 6 is a refractive acoustic system, the acoustic lens system 6 includes an acoustic lens having at least one refracting surface and transmitting the first and second scattered waves 5a and 5b. The acoustic lens is preferably made of an elastic body having a small acoustic wave propagation loss, such as silica nanoporous material or fluorinate. The refraction of the acoustic wave on the refracting surface is in accordance with Snell's law at an angle determined by the sound speed ratio of the first and second scattered waves 5a and 5b in the material constituting the medium 3 and the acoustic lens. The waves 5a and 5b are refracted. When the acoustic lens system 6 is a reflective acoustic system, the acoustic lens system 6 has at least one reflecting surface made of a material that has a greatly different acoustic impedance from the medium 3 such as metal or glass. Since both the refracting surface and the reflecting surface have the same shape as the optical lens, the first and second scattered waves 5a and 5b can be converged.

また、光学分野においてレンズ屈折面で生じる反射減衰や迷光を低減するために積層される反射防止膜と同様の機能を有する反射防止膜を屈折面に設けてもよい。例えば、媒質3と音響レンズの音響インピーダンスの相乗平均値に等しい音響インピーダンス、および、その音響インピーダンス値における1/4波長(ここでの波長は、第1及び第2の音響波2a、2bを構成する正弦波の周波数における波長をさす)の厚さを有する反射防止膜を屈折面に設けてもよい。   In addition, an antireflection film having the same function as the antireflection film laminated in order to reduce reflection attenuation and stray light generated on the lens refracting surface in the optical field may be provided on the refracting surface. For example, the acoustic impedance equal to the geometric mean value of the acoustic impedances of the medium 3 and the acoustic lens, and a quarter wavelength of the acoustic impedance value (the wavelengths here constitute the first and second acoustic waves 2a and 2b). An antireflection film having a thickness of a sine wave frequency may be provided on the refractive surface.

対象物4は音響レンズ系6の焦点近傍に位置することが好ましい。光学カメラ等の光学撮像装置と同様、音響レンズ系6の音軸7上において、焦点の位置からずれるに従い、対象物4の像18はぼける。   The object 4 is preferably located near the focal point of the acoustic lens system 6. Similar to an optical imaging device such as an optical camera, the image 18 of the object 4 blurs as the position of the focal point shifts on the sound axis 7 of the acoustic lens system 6.

このため、焦点の位置以外の位置にある対象物4の鮮明な像18を得る場合は、対象物4が音響レンズ系6の焦点の位置にくるように、光音響振動計100全体を移動させることが好ましい。光音響振動計100全体を移動させることが困難である場合、あるいは、音響レンズ系6の音軸7方向に光音響振動計100を移動させることが困難である場合、光学式カメラの撮像レンズと同様に、音響レンズ系6は焦点調整機構をさらに備えていてもよい。また、さらに、対象物4に対する像18の大きさを可変にする場合、音響レンズ系6または結像レンズ系16のいずれか一方、あるいは、その両方に焦点距離調整機能(すなわち、ズーム機能)を設けてもよい。   For this reason, when a clear image 18 of the object 4 at a position other than the focal position is obtained, the entire photoacoustic vibrometer 100 is moved so that the object 4 comes to the focal position of the acoustic lens system 6. It is preferable. When it is difficult to move the entire photoacoustic vibrometer 100, or when it is difficult to move the photoacoustic vibrometer 100 in the direction of the sound axis 7 of the acoustic lens system 6, the imaging lens of the optical camera Similarly, the acoustic lens system 6 may further include a focus adjustment mechanism. Further, when the size of the image 18 with respect to the object 4 is made variable, a focal length adjustment function (that is, a zoom function) is provided to one or both of the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16. It may be provided.

対象物4が音響レンズ系6の焦点に位置する場合、音響レンズ系6によって第1及び第2の散乱波5a、5bは、第1及び第2の平面音波9a、9bに変換される。   When the object 4 is located at the focal point of the acoustic lens system 6, the acoustic lens system 6 converts the first and second scattered waves 5a and 5b into first and second plane sound waves 9a and 9b.

(3)光音響媒質部8
光音響媒質部8は、第1及び第2の平面音波9a、9bに対して伝搬減衰が少なく、かつ、後述の第1及び第2の平面波光束14a、14bに対して透光性を有する等方的弾性体によって構成される。このような弾性体としては、例えば、シリカ乾燥ゲルで形成されたナノ多孔体、フロリナート、水などを好適に用いることができる。像18の画質(特に分解能)の向上のためには、できるだけ低音速な透光性弾性体を適用することが望ましく、シリカナノ多孔体、フロリナートを用いることがより好ましい。
(3) Photoacoustic medium 8
The photoacoustic medium section 8 has little propagation attenuation with respect to the first and second plane sound waves 9a and 9b, and has translucency with respect to first and second plane wave light beams 14a and 14b described later. It is composed of a isotropic elastic body. As such an elastic body, for example, a nanoporous body formed from silica dry gel, fluorinate, water, or the like can be suitably used. In order to improve the image quality (especially the resolution) of the image 18, it is desirable to apply a translucent elastic body having a sound velocity as low as possible, and it is more preferable to use a silica nanoporous material or fluorinate.

光音響媒質部8は、音響レンズ系6によって変換された第1及び第2の平面音波9a、9bが、低損失で光音響媒質部8に入射するように音響レンズ系6に対して配置されていることが好ましく、音響レンズ系6が光音響媒質部8と接合されていことが好ましい。また、接合面での反射による減衰を抑圧するために、接合面には反射防止膜を設けることが好ましい。音響レンズ系6と光音響媒質部とを同じ材料によって構成する場合には、光音響媒質部8の一部(好ましくは媒質3との境界面)に音響レンズ系6を設けてもよい。図1に示すように、第1及び第2の平面音波9a、9bは、音響レンズ系6の音軸7に対して垂直な波面を有し、音軸7に対して平行に光音響媒質部8を伝搬する。   The photoacoustic medium unit 8 is arranged with respect to the acoustic lens system 6 so that the first and second plane sound waves 9a and 9b converted by the acoustic lens system 6 enter the photoacoustic medium unit 8 with low loss. The acoustic lens system 6 is preferably joined to the photoacoustic medium unit 8. In order to suppress attenuation due to reflection on the joint surface, it is preferable to provide an antireflection film on the joint surface. When the acoustic lens system 6 and the photoacoustic medium part are made of the same material, the acoustic lens system 6 may be provided on a part of the photoacoustic medium part 8 (preferably the boundary surface with the medium 3). As shown in FIG. 1, the first and second plane sound waves 9 a and 9 b have a wavefront perpendicular to the sound axis 7 of the acoustic lens system 6 and are parallel to the sound axis 7 and the photoacoustic medium portion. 8 is propagated.

上で述べたように、第1及び第2の音響波2a、2bは時間間隔τで送信されるため、第1及び第2の平面音波9a、9bは2つの独立した音波として光音響媒質部8中を伝播する。光音響媒質部8の音速をνとすると、第1及の平面音波9aおよび第2の平面音波9bの光音響媒質部8中における距離はτ×νとなる。   As described above, since the first and second acoustic waves 2a and 2b are transmitted at the time interval τ, the first and second plane sound waves 9a and 9b are two independent sound waves as the photoacoustic medium portion. Propagate through 8. If the sound speed of the photoacoustic medium unit 8 is ν, the distances of the first and second plane sound waves 9a and 9b in the photoacoustic medium unit 8 are τ × ν.

(4)音波吸収部10
光音響媒質部8を伝搬した第1及び第2の平面音波9a、9bが光音響媒質部8の端部で反射し、反射した第1及び第2の平面音波9a、9bが、第1及び第2の平面音波9a、9bの検出に影響を与える場合には、光音響媒質部8の端部に音波吸収部10を設けることが好ましい。音波吸収部10は、第1及び第2の平面音波9a、9bを反射や散乱させることなく吸収し、あるいは、減衰させる。音波吸収部10により、音波吸収部10に到達する音波は全て吸収されるため、光音響媒質部8中に存在する音波は一方向へ伝搬する第1及び第2の平面音波9a、9bのみとなる。これにより、反射した第1及び第2の平面音波9a、9bがノイズとして検出され、対象物4の画像の画質が低下するのを抑制することができる。
(4) Sound wave absorber 10
The first and second plane sound waves 9a and 9b propagated through the photoacoustic medium unit 8 are reflected at the end of the photoacoustic medium unit 8, and the reflected first and second plane sound waves 9a and 9b are the first and second plane sound waves 9a and 9b. In the case of affecting the detection of the second plane sound waves 9 a and 9 b, it is preferable to provide the sound wave absorption unit 10 at the end of the photoacoustic medium unit 8. The sound wave absorber 10 absorbs or attenuates the first and second plane sound waves 9a and 9b without reflection or scattering. Since all the sound waves that reach the sound wave absorbing section 10 are absorbed by the sound wave absorbing section 10, the sound waves existing in the photoacoustic medium section 8 are only the first and second plane sound waves 9a and 9b that propagate in one direction. Become. Thereby, the reflected 1st and 2nd plane sound waves 9a and 9b are detected as noise, and it can suppress that the image quality of the image of the target object 4 falls.

(5)光源11
光源11は、干渉性の高い光束を生成する。「干渉性が高い」とは、光源11から出射する光束の波長、進行方向、および、位相がそろっていること、つまり、コヒーレントな光束であることを意味する。光源11が出射する光束のスペクトル幅(半値幅)は10nm未満であることが好ましい。光源11としては、例えば、He−Neレーザーに代表されるガスレーザーや固体レーザー、外部共振器で狭帯域化された半導体レーザーを用いることができる。光源11は、連続的に光束を出射してもよいし、パルス状の光束であってもよい。光源11から出射する光束の波長は、光音響媒質部8において伝搬損失の少ない波長帯内であることが好ましい。例えば、光音響媒質部8としてシリカナノ多孔体を用いる場合は、600nm以上の波長を有するレーザーを光源11として用いることが好ましい。これにより、明るい像18を得ることができる。光源11は光軸13に平行な干渉性の高い光束を生成する。つまり、光束内の光は、波長および位相が揃っている。
(5) Light source 11
The light source 11 generates a light beam having high coherence. “High coherence” means that the wavelength, traveling direction, and phase of the light beam emitted from the light source 11 are aligned, that is, the light beam is coherent. The spectral width (half width) of the light beam emitted from the light source 11 is preferably less than 10 nm. As the light source 11, for example, a gas laser represented by a He—Ne laser, a solid laser, or a semiconductor laser narrowed by an external resonator can be used. The light source 11 may continuously emit a light beam or may be a pulsed light beam. The wavelength of the light beam emitted from the light source 11 is preferably within a wavelength band with less propagation loss in the photoacoustic medium unit 8. For example, when a silica nanoporous material is used as the photoacoustic medium portion 8, it is preferable to use a laser having a wavelength of 600 nm or more as the light source 11. Thereby, a bright image 18 can be obtained. The light source 11 generates a highly coherent light beam parallel to the optical axis 13. In other words, the light and light in the luminous flux have the same wavelength and phase.

光源11から出射する光束は、音軸7に対して、非垂直かつ非平行な角度で光音響媒質部8を照射する。より具体的には、光束は、光音響媒質部8中の音軸7上において、第1の平面音波9aが時間τの間に光音響媒質部8を伝搬する距離、つまりτ×νに一致する間隔で位置する2点P1、P2に到達した第1及び第2の平面音波9a、9bを照射する。2点P1、P2は、光音響媒質部8中の音軸7上においてτ×ν隔てていることが重要であり、2点P1あるいはP2は音軸7上のどこであってもよい。この条件を満たす限り、光源11から出射する光束はどのような状態で光音響媒質部8に入射していてもよい。本実施形態では、2点P1、P2を第1及び第2の平面波光束14a、14bで照射する。   The light beam emitted from the light source 11 irradiates the photoacoustic medium unit 8 at a non-perpendicular and non-parallel angle with respect to the sound axis 7. More specifically, the luminous flux coincides with the distance that the first plane sound wave 9a propagates through the photoacoustic medium unit 8 during time τ on the sound axis 7 in the photoacoustic medium unit 8, that is, τ × ν. The first and second plane sound waves 9a and 9b that have reached the two points P1 and P2 located at the intervals are applied. It is important that the two points P1 and P2 are separated by τ × ν on the sound axis 7 in the photoacoustic medium unit 8, and the two points P1 or P2 may be anywhere on the sound axis 7. As long as this condition is satisfied, the light beam emitted from the light source 11 may be incident on the photoacoustic medium unit 8 in any state. In this embodiment, the two points P1 and P2 are irradiated with the first and second plane wave light beams 14a and 14b.

このために、本実施形態の光音響振動計は、ビームエクスパンダー12、ビームスプリッター19および平面鏡21を備える。光源11から出射する光束は、まず、ビームエクスパンダー12を通過することにより、よりビーム径の太い平面波光束14に整形される。少なくとも平面波光束14中に光音響媒質部8中を伝搬する第1及び第2の平面音波9a、9bの伝播領域が含まれるよう、ビーム径は設定される。このようなビーム径の調整は、ビームエクスパンダー12のビーム拡大率を選択することによってなされる。ビームエクスパンダー12で十分太いビームを生成し、開口絞り等で生成された光束周辺部を遮蔽することにより、光束断面において均一な光強度を有する平面波光束14を生成することができる。平面波光束14の光束断面における光強度の均一化を図ることにより、より良好な像18を得ることができる。   For this purpose, the photoacoustic vibrometer of this embodiment includes a beam expander 12, a beam splitter 19, and a plane mirror 21. The light beam emitted from the light source 11 is first shaped into a plane wave light beam 14 having a larger beam diameter by passing through the beam expander 12. The beam diameter is set so that at least the propagation region of the first and second plane sound waves 9a and 9b propagating in the photoacoustic medium unit 8 is included in the plane wave light beam 14. Such adjustment of the beam diameter is performed by selecting the beam expansion rate of the beam expander 12. By generating a sufficiently thick beam with the beam expander 12 and shielding the periphery of the light beam generated by an aperture stop or the like, a plane wave light beam 14 having uniform light intensity in the light beam cross section can be generated. A better image 18 can be obtained by making the light intensity uniform in the cross section of the plane wave beam 14.

平面波光束14は、ビームスプリッター19を透過することにより、概ね等しい光強度を持ち、かつ、同一断面径を有する第1及び第2の平面波光束14a、14bに分割される。ビームスプリッター19として無偏光ビームスプリッターを好適に用いることができる。無偏光ビームスプリッターは、入射光の偏波に無関係に所望の光強度比で光束を分割する。無偏光ビームスプリッターには、プリズム型、ぺリクル型(薄膜を反射面に用いたもの)、ウェッジ型、平行平板型、反射面に設けられた誘電体多層膜や金属薄膜などがあり、いずれを用いてもよい。   By passing through the beam splitter 19, the plane wave light beam 14 is divided into first and second plane wave light beams 14a and 14b having substantially the same light intensity and the same cross-sectional diameter. A non-polarizing beam splitter can be suitably used as the beam splitter 19. The non-polarizing beam splitter splits the light flux at a desired light intensity ratio regardless of the polarization of incident light. Non-polarizing beam splitters include prism-type, pellicle-type (thin film is used for the reflective surface), wedge-type, parallel plate type, dielectric multilayer film and metal thin film provided on the reflective surface. It may be used.

図1に示すように、第2の平面波光束14bを平面鏡21で反射させ、平面鏡21およびビームスプリッター19の角度を調整することによって、第1及び第2の平面波光束14a、14bを、互いに平行な状態で光音響媒質部8に入射させることが好ましい。また、第1及び第2の平面波光束14a、14bの光軸23、13および音軸7は同一平面上にあることが好ましい。   As shown in FIG. 1, the second plane wave light beam 14b is reflected by the plane mirror 21, and the angles of the plane mirror 21 and the beam splitter 19 are adjusted so that the first and second plane wave light beams 14a and 14b are parallel to each other. It is preferable to make it enter into the photoacoustic medium part 8 in the state. The optical axes 23 and 13 and the sound axis 7 of the first and second plane wave light beams 14a and 14b are preferably on the same plane.

音軸7と、光軸13および光軸23の交差する角度は等しく、各々90°−θである。ここで、θは、平面波光束の進行方向、すなわち、光軸13および光軸23と、第1及び第2の平面音波9a、9bの波面の成す角度を表す。θは、0°、90°、180°、および、270°を除く任意の角度をとることができる。この角度範囲のθにおいてのみ第1及び第2の平面波光束14a、14bにBragg回折が生じ、第1及び第2の回折光201a、201bが生成する。第1及び第2の回折光201a、201bが回折光201が生じるためのθの具体的な設定方法については後述する。   The angles at which the sound axis 7 intersects the optical axis 13 and the optical axis 23 are equal, and each is 90 ° −θ. Here, θ represents the traveling direction of the plane wave light beam, that is, the angle formed by the wavefronts of the optical axis 13 and the optical axis 23 and the first and second plane sound waves 9a and 9b. θ can take any angle except 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °. Bragg diffraction occurs in the first and second plane wave light beams 14a and 14b only in the angle range θ, and first and second diffracted beams 201a and 201b are generated. A specific setting method of θ for generating the diffracted light 201 from the first and second diffracted lights 201a and 201b will be described later.

(6)光重畳部220
第1及び第2の回折光201a、201bは、光重畳部220によって重ね合わせられる。本実施形態では、光重畳部220は平面鏡22およびビームスプリッター20を含む。平面鏡22は、第1の回折光201aを第2の回折光201aが透過するビームスプリッター20へ向けて反射し、ビームスプリッター20において、第1及び第2の回折光201a、201bが重ね合わせられる。
(6) Light superposition unit 220
The first and second diffracted beams 201 a and 201 b are superimposed by the light superimposing unit 220. In the present embodiment, the light superimposing unit 220 includes the plane mirror 22 and the beam splitter 20. The plane mirror 22 reflects the first diffracted light 201a toward the beam splitter 20 through which the second diffracted light 201a passes, and the first and second diffracted lights 201a and 201b are superimposed on the beam splitter 20.

(7)像歪み補正部15
像歪み補正部15は、光重畳部220によって重ね合わせられた回折光が持っている像の歪みを補正する。本実施形態では、重ね合わせられた回折光の断面を一方向に拡大または縮小することによって、重ね合わせられた回折光に表される像の歪みを補正する。像歪み補正部15の具体的な構成は以下において詳細に説明する。
(7) Image distortion correction unit 15
The image distortion correction unit 15 corrects image distortion of the diffracted light superimposed by the light superimposing unit 220. In this embodiment, the distortion of the image represented by the superimposed diffracted light is corrected by enlarging or reducing the cross section of the superimposed diffracted light in one direction. A specific configuration of the image distortion correction unit 15 will be described in detail below.

(8)結像レンズ系16、受像部17および画像処理部205
結像レンズ系16は、歪みが補正された回折光を受像部17の受光部に集光する。受像部17はCCDなどの光電変換素子によって構成され、これにより像18が電気信号に変換される。
(8) Imaging lens system 16, image receiving unit 17, and image processing unit 205
The imaging lens system 16 focuses the diffracted light whose distortion has been corrected on the light receiving portion of the image receiving portion 17. The image receiving unit 17 is constituted by a photoelectric conversion element such as a CCD, whereby the image 18 is converted into an electric signal.

画像処理部205は、受像部17から入力される電気信号に基づき、画像処理を行い、像18を構成する。   The image processing unit 205 performs image processing based on the electrical signal input from the image receiving unit 17 to form an image 18.

2.光音響振動計101の動作
次に光音響振動計101の動作を説明する。
2. Next, the operation of the photoacoustic vibrometer 101 will be described.

上述したように、光音響振動計101では、第1及び第2の音響波2a、2bの発射時刻は正確に制御されている。このため、第1の平面音波9aが点P1に到達する時刻には、第2の平面音波9bは点P2に到達する。第1及び第2の音響波2a、2bの発射間隔を1nsの時間精度で制御した場合、50m/sの音速で光音響媒質部8を伝搬する第1及び第2の音響波2a、2bの位置誤差は50nm以内になる。この位置誤差は、例えば、光源11としてHe−Neレーザーを用いた場合、He−Neレーザーの波長633nmに換算して0.079波長に相当する。したがって、第1及び第2の音響波2a、2bの発射時刻を調整することにより、光音響媒質部8中において非常に高い精度で第1及び第2の平面音波9a、9bの位置を制御することができる。   As described above, in the photoacoustic vibrometer 101, the emission times of the first and second acoustic waves 2a and 2b are accurately controlled. For this reason, at the time when the first plane sound wave 9a reaches the point P1, the second plane sound wave 9b reaches the point P2. When the emission interval of the first and second acoustic waves 2a and 2b is controlled with a time accuracy of 1 ns, the first and second acoustic waves 2a and 2b propagating through the photoacoustic medium unit 8 at a sound speed of 50 m / s. The position error is within 50 nm. For example, when a He—Ne laser is used as the light source 11, this positional error corresponds to 0.079 wavelength in terms of the He—Ne laser wavelength of 633 nm. Therefore, by adjusting the emission times of the first and second acoustic waves 2a and 2b, the positions of the first and second plane sound waves 9a and 9b are controlled in the photoacoustic medium unit 8 with very high accuracy. be able to.

このように第1及び第2の平面音波9a、9bの位置を制御することにより、点P1における第1の平面音波9aによる第1の平面波光束14aの回折光と点P2における第2の平面音波9bによる第2の平面波光束14bによる回折光とは同じ条件で生成する。このため、以下では、第1及び第2の平面音波9a、9bを平面音波9と表し、第1及び第2の平面波光束14a、14bを平面波光波204として表し、回折光の生成を説明する。   By controlling the positions of the first and second plane sound waves 9a and 9b in this way, the diffracted light of the first plane wave light beam 14a by the first plane sound wave 9a at the point P1 and the second plane sound wave at the point P2 are used. The diffracted light by the second plane wave light beam 14b by 9b is generated under the same conditions. Therefore, hereinafter, the first and second plane acoustic waves 9a and 9b are represented as plane acoustic waves 9, and the first and second plane wave light beams 14a and 14b are represented as plane wave light waves 204, and the generation of diffracted light will be described.

図2(a)は、光音響媒質部8において、平面音波9が平面波光束204の光路を横切る瞬間に、平面波光束204が平面音波9によってBragg回折される様子を模式的に示している。平面音波9は、光音響媒質部8中を伝播する粗密弾性波である。したがって、光音響媒質部8中には、平面音波9の音圧分布に比例した屈折率分布が生成される。上述したように、第1及び第2の音響波2a、2bは単一周波数の正弦波よりなるため、第1及び第2の散乱波5a、5bおよび平面音波9も単一周波数の正弦波である。このため、光音響媒質部8に生成される屈折率分布は、音軸7に平行な方向の周期が平面音波9の波長に等しく、屈折率の大きさが正弦波状に変化し、音軸7に垂直な方向には一様である周期構造となる。   FIG. 2A schematically shows a state in which the plane wave light beam 204 is Bragg diffracted by the plane sound wave 9 at the moment when the plane sound wave 9 crosses the optical path of the plane wave light beam 204 in the photoacoustic medium unit 8. The plane acoustic wave 9 is a dense elastic wave that propagates through the photoacoustic medium 8. Therefore, a refractive index distribution proportional to the sound pressure distribution of the plane sound wave 9 is generated in the photoacoustic medium unit 8. As described above, since the first and second acoustic waves 2a and 2b are composed of sine waves having a single frequency, the first and second scattered waves 5a and 5b and the plane sound wave 9 are also sine waves having a single frequency. is there. For this reason, the refractive index distribution generated in the photoacoustic medium unit 8 has a period in a direction parallel to the sound axis 7 equal to the wavelength of the plane sound wave 9, and the magnitude of the refractive index changes in a sine wave shape. A periodic structure that is uniform in the direction perpendicular to.

このような屈折率分布は、平面波光束204に対して、1次元回折格子として機能する。そのため、平面波光束204が、以下で述べる回折条件を満足する角度θで平面音波9に入射すると回折光201が生じる。この1次元回折格子は格子面が平面であり、かつ、平面波光束204の波面が平面であるので、回折光201は平面波光束となる。   Such a refractive index distribution functions as a one-dimensional diffraction grating for the plane wave light beam 204. Therefore, when the plane wave light beam 204 is incident on the plane sound wave 9 at an angle θ that satisfies the diffraction conditions described below, diffracted light 201 is generated. Since this one-dimensional diffraction grating has a flat lattice plane and the plane of the plane wave beam 204 is plane, the diffracted light 201 becomes a plane wave beam.

光音響振動計101においては、第1及び第2の音響波2a、2bは2周期より十分多い数の正弦波で構成されているため、屈折率分布における粗密の繰り返しも2以上である。したがって、光音響媒質部8に生成される屈折率分布は1次元回折格子とみなせ、平面波光束204はBragg回折により回折する。Bragg回折では、図2(a)に示すように、平面波光束204と回折光201が平面音波9に対して成す角度は等しく、それぞれ角度θである。角度θは、以下で述べるBragg回折条件を満足する離散的な値である。第1及び第2の音響波2a、2bが2周期程度の少数の正弦波で構成される場合は、回折光201は主にRaman−Nath回折により生成される。純粋なRaman−Nath回折は、平面波光束204と回折光201とが平面音波9の波面に対してなす角度が等しくなくても生じる。Bragg回折はRaman−Nath回折より高強度の回折光201を生じるので、より音圧の小さい第1及び第2の散乱波5a、5bを観察することができ、高解像度の像18を得るために寄与する。このため、光音響振動計101では、波数の多い正弦波よりなる第及び第2の音響波2a、2bを用いて、主にBragg回折により生成する回折光201を用いることが好ましい。より好ましくは、回折光201におけるBragg回折光の強度の割合は1/2以上である。このためには、平面音波9は、式(4)で示される波面数Nmin以上の波面を有するパルス状音波であることが望ましい。なお、式(4)において、naoは光音響媒質8の屈折率、λaは光音響媒質8中での音波波長、λoは単色光光源からの出射光の光音響媒質8中での波長を表す。 In the photoacoustic vibrometer 101, the first and second acoustic waves 2a and 2b are composed of a sine wave whose number is sufficiently larger than two periods, and therefore the density repetition in the refractive index distribution is two or more. Therefore, the refractive index distribution generated in the photoacoustic medium unit 8 can be regarded as a one-dimensional diffraction grating, and the plane wave light beam 204 is diffracted by Bragg diffraction. In the Bragg diffraction, as shown in FIG. 2A, the angles formed by the plane wave light beam 204 and the diffracted light 201 with respect to the plane sound wave 9 are equal, and each is an angle θ. The angle θ is a discrete value that satisfies the Bragg diffraction condition described below. When the first and second acoustic waves 2a and 2b are composed of a small number of sine waves of about two periods, the diffracted light 201 is mainly generated by Raman-Nath diffraction. Pure Raman-Nath diffraction occurs even if the plane-wave luminous flux 204 and the diffracted light 201 are not equal in angle to the wavefront of the plane acoustic wave 9. Since the Bragg diffraction produces diffracted light 201 having a higher intensity than the Raman-Nath diffraction, the first and second scattered waves 5a and 5b having a smaller sound pressure can be observed, and a high-resolution image 18 can be obtained. Contribute. For this reason, in the photoacoustic vibrometer 101, it is preferable to use the diffracted light 201 generated mainly by Bragg diffraction using the second and second acoustic waves 2a and 2b each having a sine wave having a large wave number. More preferably, the ratio of the intensity of the Bragg diffracted light in the diffracted light 201 is 1/2 or more. For this purpose, it is desirable that the plane sound wave 9 is a pulsed sound wave having a wavefront equal to or greater than the wavefront number N min represented by the equation (4). In equation (4), nao is the refractive index of the photoacoustic medium 8, λa is the sound wave wavelength in the photoacoustic medium 8, and λo is the wavelength in the photoacoustic medium 8 of the light emitted from the monochromatic light source. Represent.

Figure 2013101079
Figure 2013101079

例えば、光音響媒質8として音速50m/sのナノフォームを適用し、5 MHzの超音波を用いた場合、ナノフォームの屈折率はほぼ1であるので、Nmin=13となる。したがって、この場合、13波以上の波面数からなるパルス状超音波を用いれば、Bragg回折光が主要な回折光成分となる。 For example, when a nanoform having a sound velocity of 50 m / s is applied as the photoacoustic medium 8 and an ultrasonic wave of 5 MHz is used, the refractive index of the nanoform is approximately 1, so N min = 13. Therefore, in this case, Bragg diffracted light becomes the main diffracted light component if pulsed ultrasonic waves having a wavefront number of 13 waves or more are used.

平面音波9によって生成された屈折率分布による1次元回折格子におけるBragg回折条件を説明する。図2(b)に示すように、平面音波9によって生成された回折格子202の格子間隔は、光音響媒質部8中を伝搬する平面音波9の波長λaに等しい。平面波光束204中の1本の単色光光線を単色光203とする。また、単色光203の波長をλoとする。単色光203が回折格子202に入射した場合、各格子において微弱な散乱光が生成される。隣り合った格子面からの散乱光に着目すると、各格子面で同じ方向に散乱された2光線の光路長差(2×λa×sinθ)が、波長λoの整数倍(m×λ0,m=±1,±2,…)に等しいとき、2つの散乱光は強め合う。この強め合いが他の格子面でも生じるため、全体として高強度の散乱光、すなわち回折光を生じる。以上の理由により、回折光が観測される角度θは式(1)で表される。   The Bragg diffraction condition in the one-dimensional diffraction grating by the refractive index distribution generated by the plane sound wave 9 will be described. As shown in FIG. 2B, the grating interval of the diffraction grating 202 generated by the plane sound wave 9 is equal to the wavelength λa of the plane sound wave 9 propagating in the photoacoustic medium unit 8. One monochromatic light beam in the plane wave light beam 204 is defined as a monochromatic light 203. The wavelength of the monochromatic light 203 is λo. When the monochromatic light 203 is incident on the diffraction grating 202, weak scattered light is generated in each grating. Focusing on the scattered light from the adjacent lattice planes, the optical path length difference (2 × λa × sin θ) of the two rays scattered in the same direction on each lattice plane is an integral multiple of the wavelength λo (m × λ0, m = When equal to ± 1, ± 2,..., The two scattered lights strengthen each other. Since this strengthening also occurs on other lattice planes, high intensity scattered light, that is, diffracted light is generated as a whole. For the above reason, the angle θ at which the diffracted light is observed is expressed by Expression (1).

Figure 2013101079
Figure 2013101079

式(1)はBragg回折の条件であり、格子面に対する入射光線と出射光線の角度θを規定する。sin-1は逆正弦関数を表す。純粋なBragg回折は、回折格子202が無限数の格子面より構成される場合に生じる回折現象をいう。図2(b)に示すように、格子面に対する入射光線と出射光線の角度は等しくθとなる。Bragg回折では、一般には次数mが小さいものほど高強度の回折光201が得られる。したがって、より弱い第1及び第3の散乱波5a、5bを観測するためにはm=±1の回折光201を用いることが好ましい。図1に示す光音響振動計101において、回折光201はm=+1の回折光を示しているが、m=−1の回折光を用いた光音響振動計101を実現してもよい。 Equation (1) is a condition for Bragg diffraction, and defines the angle θ between the incident light beam and the outgoing light beam with respect to the lattice plane. sin −1 represents an inverse sine function. Pure Bragg diffraction refers to a diffraction phenomenon that occurs when the diffraction grating 202 is composed of an infinite number of grating surfaces. As shown in FIG. 2B, the angles of incident light and outgoing light with respect to the lattice plane are equal to θ. In Bragg diffraction, generally, the smaller the order m, the higher the intensity of diffracted light 201 is obtained. Therefore, it is preferable to use the diffracted light 201 of m = ± 1 in order to observe the weaker first and third scattered waves 5a and 5b. In the photoacoustic vibrometer 101 shown in FIG. 1, the diffracted light 201 indicates m = + 1 diffracted light, but the photoacoustic vibrometer 101 using diffracted light of m = −1 may be realized.

図2(c)は、Bragg回折により、平面音波9の波面上での音圧分布が、回折光201の断面における光強度分布に反映されることを説明するための模式図である。図2(c)に示すように、一般に平面音波9は、波面面内で、対象物4の形状等(正確には対象物4の表面の弾性特性)を反映した非一様な音圧分布を有している。光音響媒質部8中の屈折率変化の空間分布は平面音波9の音圧分布に比例するので、回折格子202の格子面上の屈折率変化量の面内分布は非一様である。第1及び第2の音響波2a、2bのパルス継続時間内での対象物4の変位は微小で、静止しているとみなせると仮定する。この場合、回折格子202の格子面上の屈折率分布は、全ての格子面で同一であるので回折格子202は1次元回折格子となり、回折光201は主にBragg回折により生じる。回折光201の振幅(=光強度の1/2乗)は屈折率変化量に比例するので、回折光201の振幅は平面音波9の音圧分布に比例する。したがって、回折光201の波面上の光振幅分布は平面音波9の音圧分布に比例する。つまり、回折光201は、対象物4を直接観察した場合に得られる光と同様、対象物4の形状等を反映した強度分布を有している。   FIG. 2C is a schematic diagram for explaining that the sound pressure distribution on the wavefront of the plane sound wave 9 is reflected in the light intensity distribution in the cross section of the diffracted light 201 by Bragg diffraction. As shown in FIG. 2C, generally, the plane sound wave 9 is a non-uniform sound pressure distribution reflecting the shape of the object 4 and the like (more precisely, the elastic characteristics of the surface of the object 4) in the wavefront. have. Since the spatial distribution of the refractive index change in the photoacoustic medium unit 8 is proportional to the sound pressure distribution of the plane sound wave 9, the in-plane distribution of the refractive index change amount on the grating surface of the diffraction grating 202 is non-uniform. It is assumed that the displacement of the object 4 within the pulse duration of the first and second acoustic waves 2a and 2b is very small and can be regarded as stationary. In this case, since the refractive index distribution on the grating surface of the diffraction grating 202 is the same on all the grating surfaces, the diffraction grating 202 becomes a one-dimensional diffraction grating, and the diffracted light 201 is mainly generated by Bragg diffraction. Since the amplitude of the diffracted light 201 (= 1/2 power of the light intensity) is proportional to the refractive index change amount, the amplitude of the diffracted light 201 is proportional to the sound pressure distribution of the plane sound wave 9. Therefore, the light amplitude distribution on the wavefront of the diffracted light 201 is proportional to the sound pressure distribution of the plane sound wave 9. That is, the diffracted light 201 has an intensity distribution that reflects the shape of the object 4 and the like, similar to the light obtained when the object 4 is directly observed.

図1にもどり、再び光音響振動計100の説明を続ける。上述したように、位置P1、P2において、第1及び第2の回折光201a、201bが生成する。第1の音響波aと第2の音響波2bの生成時刻はτずれているため、第1及び第2の回折光201a、201bは、時間τを隔てた2つの時刻における対象物4の形状を反映した強度分布を有する。対象物4が全く移動あるいは変位していない場合には、第1及び第2の回折光201a、201bは互いにまったく等しい強度分布を有する。   Returning to FIG. 1, the description of the photoacoustic vibrometer 100 will be continued again. As described above, the first and second diffracted beams 201a and 201b are generated at the positions P1 and P2. Since the generation times of the first acoustic wave a and the second acoustic wave 2b are shifted by τ, the first and second diffracted beams 201a and 201b have shapes of the object 4 at two times separated by time τ. It has an intensity distribution that reflects. When the object 4 is not moved or displaced at all, the first and second diffracted beams 201a and 201b have exactly the same intensity distribution.

図1に示すように、第1及び第2の回折光201a、201bは、平面鏡22およびビームスプリッター20含む光重畳部220によって、重ね合わせられる。第1及び第2の回折光201a、201bの中心位置、および、光束波面全面における波面ずれが、第1及び第2の平面波光束14a、14bの波長で換算して1波長未満となるよう平面鏡22とビームスプリッター20の位置と角度を調整する。像18上に対象物4の変位に無関係な干渉縞が重畳されるのを抑制するためには、上述した中心位置および波面ずれはできるだけ小さいことが好ましい。   As shown in FIG. 1, the first and second diffracted beams 201 a and 201 b are superimposed by a light superimposing unit 220 including a plane mirror 22 and a beam splitter 20. The plane mirror 22 is such that the center position of the first and second diffracted beams 201a and 201b and the wavefront deviation in the entire surface of the light flux wavefront are less than one wavelength in terms of the wavelengths of the first and second plane wave light fluxes 14a and 14b. The position and angle of the beam splitter 20 are adjusted. In order to suppress the superimposition of interference fringes unrelated to the displacement of the object 4 on the image 18, it is preferable that the above-described center position and wavefront deviation are as small as possible.

重畳した回折光201’は像歪み補正部15に入射する。像歪み補正部15の動作について、図3(a)を参照し説明する。図3(a)は、光音響振動計101において回折光201’が1方向に収縮していることを示した模式図である。便宜上、平面音波9によって重畳した回折光201’が生じるとして示している。   The superimposed diffracted light 201 ′ enters the image distortion correction unit 15. The operation of the image distortion correction unit 15 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a schematic diagram showing that the diffracted light 201 ′ is contracted in one direction in the photoacoustic vibrometer 101. For convenience, it is shown that the diffracted light 201 ′ superimposed by the plane sound wave 9 is generated.

式(1)からわかるように、回折条件を満足するためには、平面波光束14は平面音波9に対して斜めに入射しなければならない。ここで、平面音波9のビーム形状を直径Lの円形とし、回折光201’の回折角をθ(θの定義はこれまでの説明と同一である)とする。上述したように、平面波光束14は平面音波9を包含するビーム径を持つこと、および、平面音波9の存在する領域においてのみ回折光201’は生成されることから、回折光201’のビーム形状は、図3(a)に記した座標系においてy軸方向に短径L×sinθ、x軸方向に長径Lを持った楕円形となる。すなわち、回折光201’の波面上における光振幅分布は、平面音波9の波面上での音圧分布をy軸方向にsinθ倍した分布に比例する。   As can be seen from the equation (1), the plane wave light beam 14 must be incident on the plane sound wave 9 obliquely in order to satisfy the diffraction condition. Here, it is assumed that the beam shape of the plane sound wave 9 is a circle having a diameter L, and the diffraction angle of the diffracted light 201 ′ is θ (the definition of θ is the same as described above). As described above, the plane wave light beam 14 has a beam diameter including the plane sound wave 9, and the diffracted light 201 ′ is generated only in the region where the plane sound wave 9 exists. Is an ellipse having a minor axis L × sin θ in the y-axis direction and a major axis L in the x-axis direction in the coordinate system shown in FIG. That is, the light amplitude distribution on the wavefront of the diffracted light 201 ′ is proportional to a distribution obtained by multiplying the sound pressure distribution on the wavefront of the plane sound wave 9 by sin θ in the y-axis direction.

このため回折光201’をそのまま、結像レンズ系16によって結像し、像18を生成した場合、像18はy軸方向へ歪んだ光学像となり、対象物4と実像18との相似性が失われる。言い換えれば、回折光201’はy軸方向への歪曲収差を有している。そこで、像歪み補正部15により回折光201’の歪みを補正する。   Therefore, when the diffracted light 201 ′ is imaged by the imaging lens system 16 as it is and the image 18 is generated, the image 18 becomes an optical image distorted in the y-axis direction, and the similarity between the object 4 and the real image 18 is similar. Lost. In other words, the diffracted light 201 'has distortion in the y-axis direction. Therefore, the distortion of the diffracted light 201 ′ is corrected by the image distortion correction unit 15.

本実施形態では、像歪み補正部15はアナモルフィックプリズム301より構成される。図3(b)は、アナモルフィックプリズム301の構成および作用を示した模式図である。図3(b)に示すように、アナモルフィックプリズム301は、2個のくさび状プリズム303を含む。くさび状プリズム303の作用について図4を参照して説明する。図4は、くさび状プリズム303を透過する光線の様子を示した光線追跡図である。くさび状プリズム303は、屈折率nの回折光201に対して透明な材料によって構成され、2つの平面303a、303bを有する。平面303aと平面303bとのなす角度をαとし、平面303aに光束が入射する角度をおよび出射する角度を法線に対してθ1およびθ2とする。また、平面303bから光束が出射する角度を、法線に対してθ3とする。2つの平面303a、303bの法線を含む平面における、平面303aへ入射する光束の幅をLin、平面303bから出射する光束の幅をLoutとする。この時、式(2)の関係が成立する。 In the present embodiment, the image distortion correction unit 15 includes an anamorphic prism 301. FIG. 3B is a schematic diagram showing the configuration and operation of the anamorphic prism 301. As shown in FIG. 3B, the anamorphic prism 301 includes two wedge-shaped prisms 303. The operation of the wedge prism 303 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a ray tracing diagram showing the state of light rays that pass through the wedge-shaped prism 303. The wedge-shaped prism 303 is made of a material that is transparent to the diffracted light 201 having a refractive index n, and has two flat surfaces 303a and 303b. The angle between the plane 303a and the plane 303b is α, the angle at which the light beam enters the plane 303a and the angle at which it exits are θ 1 and θ 2 with respect to the normal. Further, the angle at which the light beam is emitted from the plane 303b is θ 3 with respect to the normal line. In a plane including normal lines of the two planes 303a and 303b, the width of the light beam incident on the plane 303a is Lin, and the width of the light beam emitted from the plane 303b is Lout. At this time, the relationship of Expression (2) is established.

Figure 2013101079
Figure 2013101079

また、2つの平面303a、303bの法線を含む平面における入射する光束とくさび状プリズム303から出射する光束のビーム径は異なる。Lout/Linで計算される光束拡大率は式(3)で示される。   Further, the beam diameters of the incident light beam and the light beam emitted from the wedge prism 303 in the plane including the normal line of the two planes 303a and 303b are different. The light beam expansion ratio calculated by Lout / Lin is expressed by Equation (3).

Figure 2013101079
Figure 2013101079

式(2)、(3)から分かるように、くさび状プリズム303のα、nおよび角θ1を適切に選択することにより、所望の光束拡大率を実現することができる。光束拡大率は、2つの平面303a、303bの法線を含む平面に垂直な方向では、α、nおよび角θ1にかかわらず、変化しないため、くさび状プリズム303を用いれば、図3(a)に示す回折光201のy軸方向の幅を調整できる。 As can be seen from the equations (2) and (3), a desired light beam expansion ratio can be realized by appropriately selecting α and n and the angle θ 1 of the wedge-shaped prism 303. The beam expansion ratio does not change in the direction perpendicular to the plane including the normal line of the two planes 303a and 303b regardless of α, n and the angle θ 1 , and therefore, if the wedge prism 303 is used, FIG. ) In the y-axis direction can be adjusted.

図3(b)に示すように、アナモルフィックプリズム301は、図4に示したくさび状プリズム303を1個以上組み合わせることにより構成される。図3(b)に示すように、2つの同一形状のくさび状プリズム303を用いると、アナモルフィックプリズム301への入射光と出射光を平行にすることができ、光学系調整が容易である。   As shown in FIG. 3B, the anamorphic prism 301 is configured by combining one or more wedge-shaped prisms 303 shown in FIG. As shown in FIG. 3B, when two wedge-shaped prisms 303 having the same shape are used, incident light and outgoing light to the anamorphic prism 301 can be made parallel, and the optical system can be easily adjusted. .

このように、アナモルフィックプリズム301は光束ビーム径の拡大光学系として動作する。光音響振動計100において、くさび状プリズム303のα、nと入射角θ1を選び、図3(b)に示すように回折光201光束をy軸方向に1/sinθ倍拡大する。これにより、直径Lの円形状の光束断面を有する歪み補正後の回折光302が得られる。したがって、歪み補正後の回折光302はその波面上において、平面音波9の波面上における音圧分布に比例した光振幅分布を有する。すなわち、歪み補正後の回折光302は、平面音波9とは波長が異なるものの、平面音波9の波面上の音圧分布を全て光振幅分布として再現しているため、対象物4と相似な像18が生成され得る。 Thus, the anamorphic prism 301 operates as an optical system for expanding the beam diameter. In the photoacoustic vibrometer 100, α and n of the wedge-shaped prism 303 and the incident angle θ 1 are selected, and the diffracted light 201 is expanded by 1 / sin θ times in the y-axis direction as shown in FIG. Thereby, the distortion-corrected diffracted light 302 having a circular light beam cross section with a diameter L is obtained. Accordingly, the diffracted light 302 after distortion correction has a light amplitude distribution proportional to the sound pressure distribution on the wavefront of the plane sound wave 9 on its wavefront. That is, although the diffracted light 302 after distortion correction has a wavelength different from that of the plane sound wave 9, the sound pressure distribution on the wavefront of the plane sound wave 9 is entirely reproduced as a light amplitude distribution. 18 can be generated.

図1に示すように、歪み補正後の回折光302は焦点距離Fを持つ結像レンズ系16により集光される。歪み補正後の回折光302は平行光束であるので、結像レンズ系16の光軸上の結像レンズ系16から焦点距離Fを隔てた、光軸に垂直な平面(焦点面)上に回折光302が集光され実像18を形成する。この位置に、受像部17を配置することによって、実像18を電気信号に変換することができる。   As shown in FIG. 1, the diffracted light 302 after distortion correction is condensed by the imaging lens system 16 having a focal length F. Since the diffracted light 302 after distortion correction is a parallel light beam, it is diffracted on a plane (focal plane) perpendicular to the optical axis that is separated from the imaging lens system 16 on the optical axis of the imaging lens system 16 by the focal length F. The light 302 is condensed to form the real image 18. By arranging the image receiving portion 17 at this position, the real image 18 can be converted into an electric signal.

画像処理部205は、受像部17から入力される電気信号に基づき、画像処理を行い、実像18を構成する。このようにして、光音響振動計は、対象物4を撮影することができる。   The image processing unit 205 performs image processing based on the electrical signal input from the image receiving unit 17 to form a real image 18. In this way, the photoacoustic vibrometer can photograph the object 4.

次に、本実施形態の光音響振動計における、対象物4および像18の大きさの関係を説明する。本実施形態の光音響振動計は、焦点距離f、および、Fを持つ2つの光学レンズより構成される二重回折光学系の変形光学系とみなすことができる。図5(a)に、光学分野における二重回折光学系の動作を説明するための概略図を示す。   Next, the relationship between the size of the object 4 and the image 18 in the photoacoustic vibrometer of the present embodiment will be described. The photoacoustic vibrometer of the present embodiment can be regarded as a modified optical system of a double diffractive optical system that includes two optical lenses having a focal length f and F. FIG. 5A is a schematic diagram for explaining the operation of the double diffractive optical system in the optical field.

図5(a)に示す二重回折光学系において、レンズ403とレンズ404は、それぞれ焦点距離fおよびFを有する。両レンズは焦点距離f+Fだけ離れた光軸409上に配置されている。また、両レンズ光軸は光軸409と一致している。一般に、焦点距離flを持つ凸レンズは、レンズを中心としてレンズからfl離れた光軸上の2点に焦点を有する。フーリエ光学によれば、凸レンズの一方の焦点に置かれた物体と、もう一方の焦点における光学像は互いにフーリエ変換の関係にある。したがって、レンズ403による対象物401のフーリエ変換像が、もう1つの焦点面(すなわち、焦点を含み、光軸に垂直な平面)であるフーリエ変換面402に形成される。フーリエ変換面402はレンズ404の焦点面でもあることから、フーリエ変換面402上に形成された対象物401のフーリエ変換像のフーリエ変換像が、レンズ404のもう一方の焦点面に形成される。すなわち、レンズ404のもう一方の焦点面に形成される光学像は、対象物401に2回フーリエ変換を行ったものに相当する。2回フーリエ変換は相似写像(大きさを定数倍し、図形の向きだけを変換する写像)であるので、対象物401の2回フーリエ変換像である実像405は、対象物401と相似な図形となる。なお、実像405は対象物401の反転像としてレンズ404の焦点面に表れ、またレンズ403とレンズ404の焦点距離が異なることより、実像405の大きさは対象物401のF/f倍となる。このように、図5(a)の二重回折光学系においては、対象物401と相似な光学画像が実像405として出現し、CCDなどの撮像素子をレンズ404の実像が形成される方の焦点面に設置すれば、対象物401の撮像ができる。   In the double diffractive optical system shown in FIG. 5A, the lens 403 and the lens 404 have focal lengths f and F, respectively. Both lenses are arranged on an optical axis 409 separated by a focal length f + F. Both lens optical axes coincide with the optical axis 409. In general, a convex lens having a focal length fl has a focal point at two points on the optical axis that are separated from the lens by the center of the lens. According to Fourier optics, an object placed at one focus of a convex lens and an optical image at the other focus are in a Fourier transform relationship with each other. Therefore, a Fourier transform image of the object 401 by the lens 403 is formed on the Fourier transform surface 402 which is another focal plane (that is, a plane including the focal point and perpendicular to the optical axis). Since the Fourier transform surface 402 is also the focal plane of the lens 404, a Fourier transform image of the Fourier transform image of the object 401 formed on the Fourier transform surface 402 is formed on the other focal plane of the lens 404. In other words, the optical image formed on the other focal plane of the lens 404 corresponds to the object 401 subjected to Fourier transform twice. Since the two-time Fourier transform is a similarity map (a map in which the size is multiplied by a constant and only the direction of the figure is converted), a real image 405 that is a two-time Fourier transform image of the object 401 is a figure similar to the object 401. It becomes. The real image 405 appears on the focal plane of the lens 404 as an inverted image of the object 401, and the size of the real image 405 is F / f times that of the object 401 because the focal lengths of the lens 403 and the lens 404 are different. . As described above, in the double diffractive optical system of FIG. 5A, an optical image similar to the object 401 appears as a real image 405, and a real image of the lens 404 is formed on an imaging device such as a CCD. If installed on the focal plane, the object 401 can be imaged.

本実施形態の光音響振動計は、2つの光学系の一方が音響系に置き換わっている二重回折光学系とみなせる。図2および図3を参照して説明したように、本実施形態の光音響振動計における第1及び第2の回折光201a、201aの生成、および、像歪み補正部15は、波長λaの平面波である平面音波9の波面上での振幅分布(音圧)を、波長λoの平面波である歪み補正後の第1及び第2の回折光202a、202bの振幅分布(光)に変換(転写)する音響光変換部406とみなすことができる。したがって、本実施形態の光音響振動計は、光学系および音響系が混在する光音響混在型光学系であり、図4(a)に示すレンズ403およびレンズ404を、図4(b)に示すように、音響レンズ系6および結像レンズ系16に置き換え、これら2つのレンズ系の間に、波長をλaからλoに変換する音響光変換部406で音響波から光波に変換することによって、本実施形態の光音響振動計は、は図4(a)に示す二重回折光学系と同様の動作を行う。したがって、フーリエ光学より、図4(b)の光音響混在型光学系においても、図4(a)と同様に、対象物407と相似な光学画像が倒立した実像として結像レンズ系16の焦点面上で得られる。   The photoacoustic vibrometer of this embodiment can be regarded as a double diffractive optical system in which one of the two optical systems is replaced with an acoustic system. As described with reference to FIGS. 2 and 3, the generation of the first and second diffracted beams 201a and 201a and the image distortion correction unit 15 in the photoacoustic vibrometer of this embodiment are plane waves having a wavelength λa. Is converted (transferred) into amplitude distributions (light) of the first and second diffracted lights 202a and 202b after distortion correction, which are plane waves of wavelength λo. It can be regarded as the acousto-optic conversion unit 406. Therefore, the photoacoustic vibrometer of this embodiment is a photoacoustic mixed optical system in which an optical system and an acoustic system are mixed, and the lens 403 and the lens 404 shown in FIG. 4A are shown in FIG. As described above, the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 are replaced, and the acoustic wave conversion unit 406 that converts the wavelength from λa to λo between these two lens systems converts the acoustic wave to the light wave. The photoacoustic vibrometer of the embodiment performs the same operation as the double diffractive optical system shown in FIG. Therefore, in the photoacoustic mixed optical system shown in FIG. 4B, the focal point of the imaging lens system 16 as an actual image in which an optical image similar to the object 407 is inverted is obtained from Fourier optics as in FIG. 4A. Obtained on the surface.

ただし、音響光変換部406の前後で波長はλaからλoに変わる。図4(b)の光音響混在型光学系において、対象物4に対する実像18の大きさは(F×λo)/(f×λa)倍となる。λo/λaが極端に小さい場合、すなわち、平面波光束14の波長に比べ、光音響媒質部8での音響波の波長が非常に長い場合は、F/fを大きくとって(F×λo)/(f×λa)を大きくし、実像18が極端に小さくならないようにすることによって、受像部17で得られる光学画像の分解能が落ちないようにすることが好ましい。   However, the wavelength changes from λa to λo before and after the acoustic light conversion unit 406. In the photoacoustic mixed optical system of FIG. 4B, the size of the real image 18 with respect to the object 4 is (F × λo) / (f × λa) times. When λo / λa is extremely small, that is, when the wavelength of the acoustic wave in the photoacoustic medium unit 8 is very long compared to the wavelength of the plane wave light beam 14, F / f is set to be large (F × λo) / It is preferable that the resolution of the optical image obtained by the image receiving unit 17 is not lowered by increasing (f × λa) so that the real image 18 does not become extremely small.

次に光音響振動計101において撮影される像18を説明する。上述したように像18は、第1及び第2の平面音波9a、9bで発生した第1及び第2の回折光201a、201bによる光学像が重畳されたものである。第1及び第2の平面音波9a、9bは異なる時刻に発射された第1及び第2の音響波2a、2bによる第1及び第2の散乱波5a、5bに相当するので、像18は異なる時刻における対象物4の光学像が重なっている。対象物4が静止している場合、対象物4の異なる時刻における2つの光学像は一致し、像18は対象物4に相似な光学像となる。しかし、第1及び第2の音響波2a、2bが照射される間に対象物4が移動または変位している場合、像18は対象物4に相似な光学像に加え、変位量に応じた光学的干渉縞が重畳された光学像となる。   Next, the image 18 photographed by the photoacoustic vibrometer 101 will be described. As described above, the image 18 is obtained by superimposing optical images of the first and second diffracted lights 201a and 201b generated by the first and second plane sound waves 9a and 9b. Since the first and second plane sound waves 9a and 9b correspond to the first and second scattered waves 5a and 5b generated by the first and second acoustic waves 2a and 2b emitted at different times, the image 18 is different. The optical images of the object 4 at the time overlap. When the object 4 is stationary, the two optical images at different times of the object 4 coincide with each other, and the image 18 is an optical image similar to the object 4. However, when the object 4 is moved or displaced while the first and second acoustic waves 2a and 2b are irradiated, the image 18 corresponds to the amount of displacement in addition to the optical image similar to the object 4. An optical image in which optical interference fringes are superimposed is obtained.

第1及び第2の音響波2a、2bが照射された時刻において、対象物4は互いに異なる2つの状態であったと仮定する。対象物4の変位速度は十分に緩慢で、第1及び第2の音響波2a、2bを構成するパルス幅に相当する時間では対象物4は静止しているとみなすことができると仮定する。この仮定は、例えば、媒質3中での第1及び第2の音響波2a、2bの音速に比べ、対象物4の変位速度が十分小さい場合に成立する。例えば、体内における器官の運動、より具体的には、体内における心臓壁や動脈血管壁の運動状態を観察する場合、この条件を満足している。   It is assumed that the object 4 is in two different states at the time when the first and second acoustic waves 2a and 2b are irradiated. It is assumed that the displacement speed of the object 4 is sufficiently slow, and that the object 4 can be regarded as stationary at a time corresponding to the pulse widths constituting the first and second acoustic waves 2a and 2b. This assumption is established, for example, when the displacement speed of the object 4 is sufficiently small as compared with the sound speeds of the first and second acoustic waves 2a and 2b in the medium 3. For example, when observing the motion of an organ in the body, more specifically, the motion state of a heart wall or an arterial blood vessel wall in the body, this condition is satisfied.

図6は、第1及び第2の回折光201a、201bから生成した2つの異なる像が重畳される様子を示している。第1及び第2の平面音波9a、9bが対象物4にそれぞれ到達した時、対象物4は、像141および像142で示される外形であると仮定する。図6では、説明の便宜上、像141は平面であり、像142は図中に付記した座標軸のz軸方向に湾曲した曲面であるとする。像142は頂点において像141に接触している(頂点において、第1及び第2の回折光201a、201bの位相差はゼロ)。また、z軸は結像レンズ系16の光軸に平行であり、z軸方向に測った像141に対する像142の変位量の最大値は、光源11から出射する光束の波長λoに換算して10波長程度であると仮定する。この仮定の下で、焦点ずれによる受像部17面上での像142の劣化は無視できる。従って、図1の像18に相当する重畳後の像146は像141と同様に平面である。これらの仮定は、体内における心臓壁や動脈血管壁の運動状態を観察する場合には成立する。   FIG. 6 shows a state in which two different images generated from the first and second diffracted beams 201a and 201b are superimposed. When the first and second plane sound waves 9a and 9b reach the object 4, respectively, it is assumed that the object 4 has an outer shape indicated by an image 141 and an image 142. In FIG. 6, for convenience of explanation, it is assumed that the image 141 is a flat surface, and the image 142 is a curved surface curved in the z-axis direction of the coordinate axis added in the drawing. The image 142 is in contact with the image 141 at the apex (the phase difference between the first and second diffracted beams 201a and 201b is zero at the apex). The z axis is parallel to the optical axis of the imaging lens system 16, and the maximum displacement amount of the image 142 with respect to the image 141 measured in the z axis direction is converted into the wavelength λo of the light beam emitted from the light source 11. Assume that there are about 10 wavelengths. Under this assumption, the deterioration of the image 142 on the image receiving unit 17 surface due to defocus can be ignored. Therefore, the superimposed image 146 corresponding to the image 18 in FIG. These assumptions hold when observing the motion state of the heart wall or arterial vessel wall in the body.

図6に示す、光束143、144は、図1において示す重畳した回折光201’または回折光302に相当する球面波である。これらは、図におけるxy平面において、異なる位置の像点を与える。   Light beams 143 and 144 shown in FIG. 6 are spherical waves corresponding to the superimposed diffracted light 201 ′ or diffracted light 302 shown in FIG. 1. These give image points at different positions in the xy plane in the figure.

光束143は、重畳後の像146上の像点147の光量を決定する。図6では像141と像142が一致しているため、重畳された第1及び第2の回折光201a、202bは完全に重なっており位相差はゼロである。従って、重畳される2つの球面波は互いに干渉し、像点147は高い輝度を示す。   The light beam 143 determines the amount of light at the image point 147 on the image 146 after superimposition. In FIG. 6, since the image 141 and the image 142 coincide with each other, the superimposed first and second diffracted beams 201a and 202b are completely overlapped, and the phase difference is zero. Accordingly, the two spherical waves to be superimposed interfere with each other, and the image point 147 exhibits high luminance.

一方、光束144は第1及び第2の回折光201a、202bを含み、第1及び第2の回折光201a、202b2のz軸方向に測った光路長差145は光源11の光束の波長λoに換算して3/2波長である。このような1/2波長の奇数倍の光路長差145を持つ球面波は互いに逆相にあるために干渉により弱め合う。従って、光束144が光量を決定する重畳後の像146上の像点148の輝度は低下する。   On the other hand, the light beam 144 includes first and second diffracted beams 201a and 202b, and the optical path length difference 145 measured in the z-axis direction of the first and second diffracted beams 201a and 202b2 is equal to the wavelength λo of the light beam of the light source 11. It is 3/2 wavelength in terms of conversion. Such spherical waves having an optical path length difference 145 that is an odd multiple of ½ wavelength are in phase with each other and are weakened by interference. Therefore, the brightness of the image point 148 on the image 146 after superimposition, in which the light beam 144 determines the amount of light, decreases.

このように、重畳後の像146には、対象物4に相似な光学像上に、対象物4の時間τにおける音軸7方向の変位または移動が、その変位量または移動量に応じた輝度によって重畳されている。図6では、y軸方向においては光路長差145が一定でありy軸方向のみ変化するため、重畳後の像146は平面状の実像にx軸に平行な干渉縞が重畳された光学像となる。   As described above, in the superimposed image 146, the displacement or movement of the object 4 in the direction of the sound axis 7 at the time τ on the optical image similar to the object 4 is a luminance corresponding to the amount of displacement or movement. Is superimposed. In FIG. 6, since the optical path length difference 145 is constant in the y-axis direction and changes only in the y-axis direction, the superimposed image 146 is an optical image in which interference fringes parallel to the x-axis are superimposed on a planar real image. Become.

重畳後の像146の濃淡より、時間τにおける対象物4の変位量の絶対値の分布や、変位量を時間τで割ることにより得られる対象物4の速度の絶対値の分布を求めることができる。図6においては、像点147と像点148の間を結ぶ直線と交差する干渉縞は1.5周期分である。したがって、像点147と像点148における像141と像142の光路長差は1.5λoである。光音響振動計101において、像18上における長さ1.5λoは対象物4上で1.5×f/F×λaに相当する。このことより、時間τにおける像点147と像点148に対応する対象物4上の2点の変位量の差の絶対値を読み取ることが可能であり、1.5×f/F×λaで求められる。   The distribution of the absolute value of the displacement amount of the object 4 at the time τ and the distribution of the absolute value of the velocity of the object 4 obtained by dividing the displacement amount by the time τ are obtained from the density of the image 146 after superimposition. it can. In FIG. 6, the number of interference fringes intersecting with a straight line connecting the image point 147 and the image point 148 is 1.5 periods. Therefore, the optical path length difference between the image 141 and the image 142 at the image point 147 and the image point 148 is 1.5λo. In the photoacoustic vibrometer 101, the length 1.5λo on the image 18 corresponds to 1.5 × f / F × λa on the object 4. From this, it is possible to read the absolute value of the difference between the displacement amounts of the two points on the object 4 corresponding to the image point 147 and the image point 148 at time τ, and 1.5 × f / F × λa. Desired.

なお、像142および像141が頂点において接しない場合、頂点において第1及び第2の回折光201a、201bの位相差はゼロではない。しかし、この場合、像142を構成する第2の回折光201aの位相が全体として同じ位相差で、像141を構成する第1の回折光201bに対してシフトいるだけである。このため、像点147と像点148における像141と像142の光路長差は同様に1.5λoとなる。   When the image 142 and the image 141 do not touch at the vertex, the phase difference between the first and second diffracted lights 201a and 201b is not zero at the vertex. However, in this case, the phase of the second diffracted light 201a composing the image 142 is only shifted with respect to the first diffracted light 201b composing the image 141 with the same phase difference as a whole. For this reason, the optical path length difference between the image 141 and the image 142 at the image point 147 and the image point 148 is similarly 1.5λo.

このように本実施形態の光音響振動計によれば、時間τだけ異なる2つの時刻における対象物の像が重畳された光学像が得られる。この時間τの間に対象物の形状(正確には、弾性係数の空間分布)が変化している場合、重畳される2つのBragg回折光は、形状の変化量(音響波の伝播波長で換算した変化量)に応じた位相差を有している。従って、重畳された光学像は、Bragg回折光の干渉現象により、この位相差に応じた強度変化を伴った像として受像部で検出される。例えば、対象物のある位置における変位量が1/2波長の奇数倍に相当する場合、像上のその位置における光強度は減少し、変位量が1/2波長の偶数倍に相当する場合、像上のその位置における光強度は増大する。このように、受像部で取得される光学像は、対象物の像に対象物の形状の変化量に応じた干渉縞が重畳された画像となる。取得された1つの画像に記録された干渉縞の本数を数えることにより、対象物の形状変化量分布、ならびに、変化速度分布を知ることが可能となる。   As described above, according to the photoacoustic vibrometer of the present embodiment, an optical image in which images of an object at two times different by time τ are superimposed is obtained. When the shape of the object (more precisely, the spatial distribution of the elastic modulus) changes during this time τ, the two Bragg diffracted lights that are superimposed are converted in the amount of change in shape (acoustic wave propagation wavelength). Phase difference corresponding to the amount of change). Accordingly, the superimposed optical image is detected by the image receiving unit as an image accompanied by an intensity change corresponding to the phase difference due to the interference phenomenon of Bragg diffracted light. For example, when the amount of displacement at a certain position of the object corresponds to an odd multiple of 1/2 wavelength, the light intensity at that position on the image decreases, and when the amount of displacement corresponds to an even multiple of 1/2 wavelength, The light intensity at that position on the image increases. Thus, the optical image acquired by the image receiving unit is an image in which interference fringes corresponding to the amount of change in the shape of the object are superimposed on the image of the object. By counting the number of interference fringes recorded in one acquired image, it is possible to know the shape change amount distribution and the change speed distribution of the object.

したがって、本実施形態の光音響振動計は、1回の撮影で、音響波の伝播波長程度の空間分解能で対象物の形状情報を取得し、かつ、形状変化量分布および変化速度分布を取得することができる。このような画像は、2つの回折光を重畳し、撮像素子などどの受像部によって重畳した光を検出することによって得られ、時間τだけ異なる2つの時刻における対象物の像を個別に取得したり、信号処理する必要がない。したがって、本実施形態の光音響振動計は、簡単な構成によって、高速で運動する対象物の変位や移動を、高い空間分解能で計測することが可能である。   Therefore, the photoacoustic vibrometer of the present embodiment acquires the shape information of the object with a spatial resolution about the propagation wavelength of the acoustic wave, and acquires the shape variation distribution and the change velocity distribution in one imaging. be able to. Such an image is obtained by superimposing two diffracted lights and detecting the light superimposed by any image receiving unit such as an image sensor, and individually acquiring images of objects at two times different by time τ. There is no need for signal processing. Therefore, the photoacoustic vibrometer of this embodiment can measure the displacement and movement of an object moving at high speed with a high spatial resolution with a simple configuration.

光音響振動計101により撮影される像18の具体例を説明する。図7に示すように、対象物4として共振している正方形の太鼓の皮191に、スピーカ192送信される単色音波193を照射し、反射する散乱波を、矢印194で示すように太鼓の皮191に対して垂直な方向から検出する。単色音波193の周波数は太鼓の皮191の共振周波数に一致している。したがって、太鼓の皮191は共振し、単色音波193の周波数と同一周波数で単振動を繰り返す。その結果、太鼓の皮191は図19に示したような振幅分布を示す。   A specific example of the image 18 photographed by the photoacoustic vibrometer 101 will be described. As shown in FIG. 7, a monochromatic sound wave 193 transmitted from a speaker 192 is applied to a square drum skin 191 that resonates as an object 4, and the reflected scattered wave is reflected by a drum skin as indicated by an arrow 194. Detection is performed from a direction perpendicular to 191. The frequency of the monochromatic sound wave 193 matches the resonance frequency of the drum skin 191. Therefore, the drum skin 191 resonates and repeats a single vibration at the same frequency as the frequency of the monochromatic sound wave 193. As a result, the drum skin 191 shows an amplitude distribution as shown in FIG.

太鼓の皮191の最大振幅は2.5×f/F×λaであるとする。太鼓の皮191の変位量が全領域でゼロとなる時、および、最大振幅を示す時の2つ時刻において単色音波193を照射する。この時、光音響振動計101により撮影される太鼓の皮191の像18を図8に示す。像18は、正方形の太鼓の皮191に対して縞模様が重畳された実像18となる。   It is assumed that the maximum amplitude of the drum skin 191 is 2.5 × f / F × λa. The monochromatic sound wave 193 is irradiated at two times when the amount of displacement of the drum skin 191 becomes zero in all regions and when the maximum amplitude is shown. At this time, an image 18 of the drum skin 191 photographed by the photoacoustic vibrometer 101 is shown in FIG. The image 18 becomes a real image 18 in which a striped pattern is superimposed on a square drum skin 191.

なお、光音響振動計101は、音響レンズ系6の音軸7と平行な方向における時間τにおける対象物4の変位や移動に対して高い検出感度を示すが、音軸7に垂直な平面における対象物4の変位や移動を検出感度は低下する。   The photoacoustic vibrometer 101 exhibits high detection sensitivity to the displacement and movement of the object 4 at time τ in a direction parallel to the sound axis 7 of the acoustic lens system 6, but in a plane perpendicular to the sound axis 7. The detection sensitivity of the displacement and movement of the object 4 decreases.

図9に示すように用いられる対象物4が球であり、球の半径および、球の中心位置が時間的に変化して場合を考える。具体的には、点線で示すように、座標の原点に中心が位置し、半径11.11×(f/Fλa)の対象物4が、時間τ後、(−0.56,−0.56,−0.56)×(f/Fλa)の位置に中心が位置し、半径12.07×(f/Fλa)の対象物4’になった場合を考える。   Consider the case where the object 4 used as shown in FIG. 9 is a sphere, and the radius of the sphere and the center position of the sphere change over time. Specifically, as indicated by a dotted line, the object 4 whose center is located at the origin of coordinates and whose radius is 11.11 × (f / Fλa) is (−0.56, −0.56) after time τ. , −0.56) × (f / Fλa), the center is located, and the object 4 ′ having a radius of 12.07 × (f / Fλa) is considered.

第1及び第2の音響波193a、193bの波長をλa、とし、音響レンズ系6および結像レンズ系16の焦点距離をfおよびFとする。第1及び第2の音響波193a、193bは、球の表面でのみ反射し、球内部での反射を考慮しない。また、反射波をx軸の正方向から検出する。   The wavelength of the first and second acoustic waves 193a and 193b is λa, and the focal lengths of the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 are f and F. The first and second acoustic waves 193a and 193b are reflected only on the surface of the sphere, and do not consider reflection inside the sphere. The reflected wave is detected from the positive direction of the x axis.

図10は、光音響振動計101により撮影される像18を示している。図10に示すように、像18は、対象物4および4’の像と縞模様とを含んでいる。縞模様は、球の右上を中心とし、周囲に向かうに従って間隔が狭くなっている。これは、図9に示すように(1,1,1)方向において、対象物4および対象物4’の表面が最も接近しているためである。また、縞模様は図20中、点線示した対象物4’内のみに現われている。これは、2つの対象物4、4’の像がx軸方向において重なり合う領域においてのみ干渉が起こるためである。つまり、縞模様は、対象物4と対象物4’とx軸方向への変位量を示しており、y方向およびz方向への変位は縞模様として現れない。なお、本計算においては、音響レンズ系6と結像レンズ系16の分解能などの結像特性は考慮していない。従って、実際に得られる像18は、両レンズ系の分解能による影響があるために、図10に示した画像よりも球の輪郭がぼやける。   FIG. 10 shows an image 18 photographed by the photoacoustic vibrometer 101. As shown in FIG. 10, the image 18 includes images of the objects 4 and 4 ′ and a stripe pattern. The striped pattern is centered on the upper right of the sphere, and the intervals are narrowed toward the periphery. This is because the surfaces of the object 4 and the object 4 'are closest to each other in the (1, 1, 1) direction as shown in FIG. Further, the stripe pattern appears only in the object 4 ′ shown by the dotted line in FIG. 20. This is because interference occurs only in a region where the images of the two objects 4, 4 'overlap in the x-axis direction. That is, the striped pattern indicates the displacement amount in the x-axis direction with respect to the object 4 and the object 4 ′, and the displacement in the y direction and the z direction does not appear as a striped pattern. In this calculation, imaging characteristics such as the resolution of the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 are not considered. Therefore, the image 18 actually obtained has an influence due to the resolution of both lens systems, so that the outline of the sphere is blurred compared to the image shown in FIG.

このように本実施形態の光音響振動計によれば、所定の時間間隔で送信される第1及び第2の音響波を対象物に照射することによって、異なる時刻における散乱波を生成し、散乱波による平面音波によって光音響媒質部中に生じた屈折率分布による回折光をそれぞれ生成する。生成した2つの回折光を重ね合わせることによって、干渉が得られるため、所定の時間における対象物の変位や移動を検出することができる。   As described above, according to the photoacoustic vibrometer of the present embodiment, the object is irradiated with the first and second acoustic waves transmitted at predetermined time intervals, thereby generating scattered waves at different times and scattering. Diffracted light is generated by the refractive index distribution generated in the photoacoustic medium part by the plane sound wave by the wave. Since the interference is obtained by superimposing the two generated diffracted lights, the displacement and movement of the object at a predetermined time can be detected.

本実施形態では、光音響振動計101の音響レンズ系6の焦点距離は固定されているが、上述したように音響レンズ系6は通常の写真レンズのような合焦機構(焦点調節機構)を有していても良い。音響レンズ系6の焦点が固定されている場合、シャープな像18が得られるのは、音響レンズ系6の焦点面近傍領域(正確には音響レンズ系6の光学特性と受像部17の画素サイズより決定される被写界深度内)に位置する対象物4のみである。そこで、音響レンズ系6の焦点位置を調整し得る機構を音響レンズ系6に設けることにより、対象物4を光軸方向に撮像することが可能となる。このように、合焦機構を設けることにより、三次元領域の撮影が可能となる。   In this embodiment, the focal length of the acoustic lens system 6 of the photoacoustic vibrometer 101 is fixed. However, as described above, the acoustic lens system 6 has a focusing mechanism (focus adjustment mechanism) like a normal photographic lens. You may have. When the focal point of the acoustic lens system 6 is fixed, a sharp image 18 is obtained in the vicinity of the focal plane of the acoustic lens system 6 (more precisely, the optical characteristics of the acoustic lens system 6 and the pixel size of the image receiving unit 17). It is only the object 4 located within the determined depth of field. Therefore, by providing the acoustic lens system 6 with a mechanism that can adjust the focal position of the acoustic lens system 6, the object 4 can be imaged in the optical axis direction. As described above, by providing the focusing mechanism, it is possible to capture a three-dimensional region.

また、本実施形態においては、図11(a)に示すように、音波吸収部10から対象物4の方向に傾けて、第1及び第2の平面波光束14a、14bを照射している。しかしながら、図11(b)に示すように、対象物4側から音波吸収部10方向に傾けて第1及び第2の平面波光束14a、14bを照射してもよい。ただし、図11(b)に示すように第1及び第2の平面波光束14a、14bを照射する場合、図11(a)の構成で生成される実像に対して、図11の紙面を鏡像対称面にとした鏡像関係にある実像が得られる。そのため、対象物4の正しい向きの実像18を得るためには、撮影された画像に対して、平面鏡などで1回反射させて光学的に鏡像反転させたり、画像処理部205によって鏡像反転を行う必要がある。   Moreover, in this embodiment, as shown to Fig.11 (a), it inclines in the direction of the target object 4 from the sound wave absorption part 10, and irradiates the 1st and 2nd plane wave light beams 14a and 14b. However, as shown in FIG. 11B, the first and second plane wave light beams 14a and 14b may be irradiated while being inclined from the object 4 side toward the sound wave absorption unit 10. However, when the first and second plane wave light beams 14a and 14b are irradiated as shown in FIG. 11B, the paper surface of FIG. 11 is mirror-symmetric with respect to the real image generated by the configuration of FIG. A real image having a mirror image relationship with the surface is obtained. Therefore, in order to obtain the real image 18 of the correct direction of the object 4, the captured image is reflected once by a plane mirror or the like and optically mirror-inverted, or the image processing unit 205 performs mirror-image inversion. There is a need.

また、本実施形態では、像歪み補正部15としてアナモルフィックプリズム301を用いたが、同様の光学的作用を有する他の光学系を用いてもよい。例えば、例えば、2枚の集光型シリンドリカルレンズを用いて像歪み補正部15を構成してもよい。図12に示すように、シリンドリカルレンズ151は、図中に設定した座標系のyz面に平行な面内においては集光レンズとして機能するが、xz平面に平行な平面においては集光作用をもたない光学素子である。図13に示すように、集光作用のある平面が互いに直交した2枚のシリンドリカルレンズ161、162を組み合わせた光学系は、像歪み補正部15と結像レンズ系16の作用を兼ね備えた光学系として機能する。図13に示すように、シリンドリカルレンズ161は、xy平面の光をy軸に平行な直線上に集光し、シリンドリカルレンズ162はyz平面の光をx軸に平行な直線上に集光する。シリンドリカルレンズ161の方がシリンドリカルレンズ162よりも長い焦点距離を有することによって、yz平面とxz平面で異なる比率で結像する光学系として機能する。この光学系を図7(a)に示す座標において、同じ方向に配置すれば、光音響振動計101の像歪み補正部15として好適に機能する。具体的には、図3における光束の扁平率sinθを補正するように、y軸方向とx軸方向の像の比率が1/sinθとなるように、両レンズの焦点距離を選ぶ。より具体的には、シリンドリカルレンズ162の焦点距離が、シリンドリカルレンズ161の焦点距離のsinθ倍になるように選択する。この場合、シリンドリカルレンズ161の焦点距離は、対象物4と実像18の相似比より決定される。   In this embodiment, the anamorphic prism 301 is used as the image distortion correction unit 15, but another optical system having the same optical action may be used. For example, the image distortion correction unit 15 may be configured using two condensing cylindrical lenses, for example. As shown in FIG. 12, the cylindrical lens 151 functions as a condensing lens in a plane parallel to the yz plane of the coordinate system set in the figure, but has a condensing function in a plane parallel to the xz plane. Optical element. As shown in FIG. 13, an optical system in which two cylindrical lenses 161 and 162 whose planes having a condensing action are orthogonal to each other is an optical system having both the functions of the image distortion correction unit 15 and the imaging lens system 16. Function as. As shown in FIG. 13, the cylindrical lens 161 condenses the light in the xy plane on a straight line parallel to the y axis, and the cylindrical lens 162 condenses the light in the yz plane on a straight line parallel to the x axis. Since the cylindrical lens 161 has a longer focal length than the cylindrical lens 162, it functions as an optical system that forms an image at different ratios in the yz plane and the xz plane. If this optical system is arranged in the same direction in the coordinates shown in FIG. 7A, it suitably functions as the image distortion correction unit 15 of the photoacoustic vibrometer 101. Specifically, the focal lengths of both lenses are selected so that the ratio of the images in the y-axis direction and the x-axis direction is 1 / sin θ so as to correct the flattening ratio sin θ of the light beam in FIG. More specifically, the focal length of the cylindrical lens 162 is selected to be sin θ times the focal length of the cylindrical lens 161. In this case, the focal length of the cylindrical lens 161 is determined by the similarity ratio between the object 4 and the real image 18.

(第2の実施形態)
以下、本発明による光音響振動計の第2の実施形態を説明する。図14は、本実施形態の光音響振動計102を模式的に示している。光音響振動計102は、第1及び第2の音響波2a、2bとして超音波を用い、非侵襲的に人や動物等の体内器官を撮像する。図14に示すように、光音響振動計102は、第1の実施形態の光音響振動計101と同じ構成を備えているが、従来の超音波プローブと同様に図1に示した光音響振動計101の全て、あるいは、光源11を除く構成をプローブ213内に備えている。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the photoacoustic vibrometer according to the present invention will be described. FIG. 14 schematically shows the photoacoustic vibrometer 102 of the present embodiment. The photoacoustic vibrometer 102 uses ultrasonic waves as the first and second acoustic waves 2a and 2b and images body organs such as humans and animals non-invasively. As shown in FIG. 14, the photoacoustic vibrometer 102 has the same configuration as the photoacoustic vibrometer 101 of the first embodiment, but the photoacoustic vibration shown in FIG. 1 is the same as that of the conventional ultrasonic probe. All of the total 101 or a configuration excluding the light source 11 is provided in the probe 213.

図14に示すようにプローブ213の探触面213aに、音響波源1および音響レンズ系6が配置されている。図14に示すように、撮像時、プローブ213の探触面213aを被検者210の体表面に接触させ、体内から音響波源1から発生した第1及び第2の音響波2a、2bを体内中に送波する。この時、体表面での反射減衰を低減させるために、探触面213aと体表面との間に整合用ジェルやクリーム、音響インピーダンス整合層を介在させ、音響インピーダンスの整合を取ることが好ましい。   As shown in FIG. 14, the acoustic wave source 1 and the acoustic lens system 6 are disposed on the probe surface 213 a of the probe 213. As shown in FIG. 14, at the time of imaging, the probe surface 213a of the probe 213 is brought into contact with the body surface of the subject 210, and the first and second acoustic waves 2a and 2b generated from the acoustic wave source 1 from within the body Wave inside. At this time, in order to reduce reflection attenuation on the body surface, it is preferable to match the acoustic impedance by interposing a matching gel, cream, or acoustic impedance matching layer between the probe surface 213a and the body surface.

第1及び第2の音響波2a、2bは、体組織212を伝搬し、器官211において、反射、散乱され、第1及び第2の散乱波5a、5bとなる。第1及び第2の散乱波5a、5bは、音響レンズ系6に到達し、音響レンズ系6により平面波に変換され、第1の実施形態で説明したように器官211の画像を得ることができる。光音響振動計102の音軸7(不図示)に垂直な面内にあり撮像領域外にある器官211の撮像は、従来の超音波プローブと同様に光音響振動計100を体表面で移動させることにより行うことができる。また、体内の異なる深さにある器官は、第1の実施形態で説明したように音響レンズ系6の焦点調整機構によって、焦点距離を調整し、撮影することができる。   The first and second acoustic waves 2a and 2b propagate through the body tissue 212, are reflected and scattered by the organ 211, and become first and second scattered waves 5a and 5b. The first and second scattered waves 5a and 5b reach the acoustic lens system 6 and are converted into plane waves by the acoustic lens system 6, and an image of the organ 211 can be obtained as described in the first embodiment. . Imaging of the organ 211 that is in a plane perpendicular to the sound axis 7 (not shown) of the photoacoustic vibrometer 102 and is outside the imaging region is performed by moving the photoacoustic vibrometer 100 on the body surface in the same manner as a conventional ultrasonic probe. Can be done. In addition, organs at different depths in the body can be photographed by adjusting the focal length by the focus adjustment mechanism of the acoustic lens system 6 as described in the first embodiment.

光音響振動計102を実現し得る具体的な構成例を、図15を参照しながら説明する。
音響波源1から、例えば周波数13.8MHzの正弦波20波により構成されるバースト信号を出射する。このバースト信号の信号継続時間は1.4μsecである。また、体組織212中での音速は約1500m/sであるので、体組織212中における超音波正弦波の波長は約110μmであり、超音波の進行方向に平行に測ったバースト信号の物理的な信号長は約2.2mmである。したがって、この場合、最大で数100kHzの振動数で振動している器官211を数100μmの空間分解能で撮影することができる。
A specific configuration example capable of realizing the photoacoustic vibrometer 102 will be described with reference to FIG.
For example, a burst signal composed of 20 sine waves having a frequency of 13.8 MHz is emitted from the acoustic wave source 1. The signal duration of this burst signal is 1.4 μsec. Further, since the speed of sound in the body tissue 212 is about 1500 m / s, the wavelength of the ultrasonic sine wave in the body tissue 212 is about 110 μm, and the physicality of the burst signal measured in parallel with the traveling direction of the ultrasonic waves. The long signal length is about 2.2 mm. Therefore, in this case, the organ 211 oscillating at a frequency of several hundred kHz at maximum can be imaged with a spatial resolution of several hundred μm.

光音響媒質部8として、音速50m/sのシリカナノ多孔体を用いる。シリカナノ多孔体は、低音速であり、超音波の伝播波長が短いので大きな回折角が得られる。また、シリカナノ多孔体は、波長633nmのHe−Neレーザー光に対して十分な透光性を有している。このほか、フロリナートも波長633nmのHe−Neレーザー光に対して十分な透光性を有して十分な透光性を有し、フロリナートの音速は約500m/sであるため、光音響媒質部8として適している。   As the photoacoustic medium portion 8, a silica nanoporous material having a sound velocity of 50 m / s is used. The silica nanoporous material has a low sound velocity and a short propagation wavelength of ultrasonic waves, so that a large diffraction angle can be obtained. The silica nanoporous material has sufficient translucency with respect to a He—Ne laser beam having a wavelength of 633 nm. In addition, since the fluorinate also has sufficient translucency with respect to the He—Ne laser beam having a wavelength of 633 nm and has sufficient translucency, and the sound velocity of florinate is about 500 m / s, the photoacoustic medium portion 8 is suitable.

光源11として波長633nmのHe−Neレーザーを用いる場合、1次回折光の回折角は5°となる。また、この場合、像歪み補正部15で実現しなければならないビーム拡大率は約5.74で、これは市販のアナモルフィックプリズムで補正可能な値である。   When a He—Ne laser having a wavelength of 633 nm is used as the light source 11, the diffraction angle of the first-order diffracted light is 5 °. In this case, the beam expansion ratio that must be realized by the image distortion correction unit 15 is about 5.74, which is a value that can be corrected by a commercially available anamorphic prism.

体内に照射可能な音響波の音圧には、安全性のため、上限が設けられている。そのため、生成される回折光の光強度が弱く、受像部17としては感度の高いものが望ましい。また、画質や光量の観点から、第1及び第2の平面音波9a、9bが第1及び第2の平面波光束14a、14bをよぎる瞬間の像18を捉えるため、更には、連写によって対象物4の動きを観測するため、受像部17としては高速に撮像できる撮像素子を用いることが好ましい。例えば、受像部17としては、高速のCCDイメージセンサー(Charge Coupled Device Image Sensor)を用いる。実像18の輝度が足りず撮像が困難な場合は、イメージ増倍管を上記イメージセンサーの直前に配置し、像18の輝度を高めるか、または、より高出力の光源11を用いることが好ましい。   An upper limit is set for the sound pressure of the acoustic wave that can be irradiated into the body for safety. Therefore, the light intensity of the generated diffracted light is weak, and it is desirable that the image receiving unit 17 has high sensitivity. Further, from the viewpoint of image quality and light quantity, the first and second plane sound waves 9a and 9b capture the image 18 at the moment when the first and second plane wave light beams 14a and 14b are crossed. In order to observe the movement of No. 4, it is preferable to use an image sensor capable of imaging at high speed as the image receiving unit 17. For example, a high-speed CCD image sensor (Charge Coupled Device Image Sensor) is used as the image receiving unit 17. When the brightness of the real image 18 is insufficient and it is difficult to capture an image, it is preferable to place an image intensifier immediately in front of the image sensor to increase the brightness of the image 18 or use a light source 11 with higher output.

音響レンズ系6の説明で述べたように、音響インピーダンスの異なる音響媒質間の界面では音響波の反射が生じ、像18の輝度や像質の低下を招く。界面における音響インピーダンス差が大きいほど、反射も大きくなる。このため、図15に示すように、音響レンズ系6と媒質3との界面に反射防止膜を設けことが好ましい。例えば、音響レンズ系6の媒質3(体組織212)に接触するレンズを、音速50m/s、密度0.11g/cm3のシリカナノ多孔体によって構成する場合、6.2μmの厚さを有し、音速340m/s、密度0.2/cm3のシリカナノ多孔体からなる、1/4波長反射防止膜をレンズの表面に形成することが好ましい。 As described in the description of the acoustic lens system 6, acoustic waves are reflected at the interface between acoustic media having different acoustic impedances, and the brightness and image quality of the image 18 are degraded. The greater the acoustic impedance difference at the interface, the greater the reflection. For this reason, it is preferable to provide an antireflection film at the interface between the acoustic lens system 6 and the medium 3 as shown in FIG. For example, when the lens in contact with the medium 3 (body tissue 212) of the acoustic lens system 6 is composed of a silica nanoporous material having a sound velocity of 50 m / s and a density of 0.11 g / cm 3 , the lens has a thickness of 6.2 μm. It is preferable to form a quarter-wave antireflection film made of a silica nanoporous material having a sound velocity of 340 m / s and a density of 0.2 / cm 3 on the surface of the lens.

受像部17上で、対象物4に比べて1/5の大きさの像18を得る場合、F/f=1.14となる。第1の実施形態で説明したように、対象物4に対する実像18の大きさは(F×λo)/(f×λa)倍であるので、(F×λo)/(f×λa)=1/5の関係式が成立する。そのため、F/f=λa/λo/5となり、光の波長λo=633nmと、音速50m/sのシリカナノ多孔体の13.8MHz超音波の光音響媒質部8中の波長λa=3.6μmを代入すれば、F/f=1.14が得られる。したがって、焦点距離50mmを有する音響レンズ系6を用いる場合、焦点距離57mmの結像レンズ系16を用いることになる(F=1.14×f=1.14×50mm)。   When an image 18 having a size 1/5 that of the object 4 is obtained on the image receiving unit 17, F / f = 1.14. As described in the first embodiment, since the size of the real image 18 with respect to the object 4 is (F × λo) / (f × λa) times, (F × λo) / (f × λa) = 1. The relational expression of / 5 is established. Therefore, F / f = λa / λo / 5, where the wavelength of light λo = 633 nm and the wavelength λa = 3.6 μm in the photoacoustic medium part 8 of the 13.8 MHz ultrasonic wave of the silica nanoporous material with a sound velocity of 50 m / s. If substituted, F / f = 1.14 is obtained. Therefore, when the acoustic lens system 6 having a focal length of 50 mm is used, the imaging lens system 16 having a focal length of 57 mm is used (F = 1.14 × f = 1.14 × 50 mm).

図4を参照して説明したように、対象物4に対する実像18の相似比(F×λo)/(f×λa)を大きくする場合、結像レンズ系16の焦点距離が長くする必要があり、光音響振動計102が大型化する。この場合、結像レンズ系16として、例えば、カセグレン光学系に代表される折り返し型反射光学系を用いることによって、この課題を解決することができる。折り返し型反射光学系の適用により、結像レンズ系16と実像18の距離を実際の焦点距離Fよりも近づけて配置することが可能となり、光音響振動計102を小型化することができる。   As described with reference to FIG. 4, when the similarity ratio (F × λo) / (f × λa) of the real image 18 to the object 4 is increased, it is necessary to increase the focal length of the imaging lens system 16. The photoacoustic vibrometer 102 is increased in size. In this case, this problem can be solved by using, for example, a folded reflection optical system typified by a Cassegrain optical system as the imaging lens system 16. By applying the folded reflection optical system, the distance between the imaging lens system 16 and the real image 18 can be arranged closer than the actual focal length F, and the photoacoustic vibrometer 102 can be downsized.

また、音響レンズ系6と結像レンズ系16との距離をf+Fよりも近づけて配置することによっても、光音響振動計102の小型化を図ることができる。図4を参照しながら、光音響振動計101の光音響混在型光学系は、光学分野における二重回折光学系とみなせることを説明した。二重回折光学系の基本構成は、音響レンズ系6と結像レンズ系16を各々レンズの焦点距離の和f+Fだけ離して配置する。しかしながら、音響レンズ系6と結像レンズ系16間の距離をf+F以外の値に設定しても、実像18の光学像形成には影響しない。すなわち、実像18の光学像を光強度分布として取得する限り(あるいは、実像18の位相分布情報を観測しない限り)、音響レンズ系6と結像レンズ系16との距離をf+Fより短縮しても良く、光音響振動計102を更に小型化することができる。   The photoacoustic vibrometer 102 can also be reduced in size by arranging the distance between the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 closer than f + F. With reference to FIG. 4, it has been explained that the photoacoustic mixed optical system of the photoacoustic vibrometer 101 can be regarded as a double diffractive optical system in the optical field. In the basic configuration of the double diffractive optical system, the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 are arranged apart from each other by the sum f + F of the focal lengths of the lenses. However, setting the distance between the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 to a value other than f + F does not affect the optical image formation of the real image 18. That is, as long as the optical image of the real image 18 is acquired as a light intensity distribution (or as long as the phase distribution information of the real image 18 is not observed), the distance between the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 can be shortened below f + F. The photoacoustic vibrometer 102 can be further reduced in size.

本実施形態では、体内から人や動物等の体内器官を撮像する光音響振動計102の例を説明したが、本発明の光音響振動計は、カテーテルや内視鏡、および、腹腔鏡等を通じて体内から器官や血管壁を撮像する光音響撮像として実現してもよい。   In the present embodiment, an example of the photoacoustic vibrometer 102 that images a body organ such as a human or an animal from the body has been described. However, the photoacoustic vibrometer of the present invention can be transmitted through a catheter, an endoscope, a laparoscope, and the like. You may implement | achieve as photoacoustic imaging which images an organ and the blood vessel wall from a body.

(第3の実施形態)
本発明による光音響振動計の第3の実施形態を説明する。第3の実施形態の光音響振動計は、音響レンズ系6の構成が異なることを除き第1の実施形態の光音響振動計101と同じである。このため、音響レンズ系6の構成のみを説明する。図16は、本実施形態における音響レンズ系6の構成を示している。
(Third embodiment)
A third embodiment of the photoacoustic vibrometer according to the present invention will be described. The photoacoustic vibrometer of the third embodiment is the same as the photoacoustic vibrometer 101 of the first embodiment except that the configuration of the acoustic lens system 6 is different. Therefore, only the configuration of the acoustic lens system 6 will be described. FIG. 16 shows a configuration of the acoustic lens system 6 in the present embodiment.

第1の実施形態では、音響レンズ系6は全てシリカナノ多孔体で構成されていた。シリカナノ多孔体は、作製条件を調整することにより、シリカナノ多孔体中の超音波などの音響波の音速を広範囲に変えることができるという利点がある。媒質3の音速に対するシリカナノ多孔体の音速の比は、光学系における屈折率に相当する。つまり、シリカナノ多孔体は、様々な(超音波に対する)屈折率を実現しやすいフレキシブルな音響媒質である。そのため、シリカナノ多孔体を音響レンズ系6の構成部材として適用すると、音響波に対する屈折率の広範な選択性のため、音響レンズ系6の設計自由度が広がり、通常の多群構成の光学レンズと同様に各収差を良好に補正し、イメージサークルの広い音響レンズ系6を構成することができる。なお、イメージサークルとは、良好な結像特性が得られる焦点面上の領域を意味する。   In the first embodiment, the acoustic lens system 6 is entirely composed of a silica nanoporous material. The silica nanoporous material has an advantage that the sound velocity of an acoustic wave such as an ultrasonic wave in the silica nanoporous material can be changed in a wide range by adjusting the production conditions. The ratio of the sound speed of the silica nanoporous material to the sound speed of the medium 3 corresponds to the refractive index in the optical system. That is, the silica nanoporous material is a flexible acoustic medium that can easily realize various refractive indexes (for ultrasonic waves). Therefore, when the silica nanoporous material is applied as a constituent member of the acoustic lens system 6, the design flexibility of the acoustic lens system 6 is widened due to the wide selectivity of the refractive index with respect to the acoustic wave. Similarly, each aberration can be corrected well, and the acoustic lens system 6 having a wide image circle can be configured. The image circle means an area on the focal plane where good imaging characteristics can be obtained.

第1の実施形態の音響レンズ系6はこのような利点を有するが、シリカナノ多孔体同士を接合する必要があり、それに付随した以下に述べる課題が生じる。例えば、音響レンズ系6が単レンズ構成であったとしても、図15に示した具体例のように光音響媒質部8にシリカナノ多孔体を適用する場合には、シリカナノ多孔体同士の接合が必要となる。また、音響レンズ系6が多群レンズ構成であり、光学分野のアクロマートレンズのように張り合わせレンズが必要となる場合にも、シリカナノ多孔体同士の接合が必要となる。   Although the acoustic lens system 6 of the first embodiment has such advantages, it is necessary to join the silica nanoporous materials to each other, and the following problems associated therewith arise. For example, even if the acoustic lens system 6 has a single lens configuration, when the silica nanoporous material is applied to the photoacoustic medium portion 8 as in the specific example shown in FIG. It becomes. In addition, when the acoustic lens system 6 has a multi-group lens configuration and a laminated lens is required like an achromatic lens in the optical field, the silica nanoporous materials need to be joined to each other.

シリカナノ多孔体と空気の音響インピーダンスは大きく異なる。したがって、接合面における反射波の生成を抑圧するためには、シリカナノ多孔体同士の接合面間に空気層が挟まれないように作成することが重要である。しかしながら、シリカナノ多孔体の作成プロセス上、空気層を挟まないように接合することは極めて難しい。したがって、第1の実施形態における音響レンズ系6では、接合面における反射波発生を抑圧することが困難である。   The acoustic impedance of silica nanoporous material and air is greatly different. Therefore, in order to suppress the generation of the reflected wave on the joint surface, it is important to make the air layer so as not to be sandwiched between the joint surfaces of the silica nanoporous materials. However, it is extremely difficult to join so as not to sandwich the air layer in the process of producing the silica nanoporous material. Therefore, in the acoustic lens system 6 in the first embodiment, it is difficult to suppress the generation of reflected waves on the cemented surface.

本実施形態の音響レンズ系6は、このような課題を解決するために、反射型音響系で構成されている。図16は、音軸706を含む平面における音響レンズ系6の断面図である。音響レンズ系6は、音響導波路705と、音響導波路705の内部に設けられた反射面である主鏡702および副鏡701を有する。また、音響導波路705内部に光音響媒質部が形成されている。音響導波路705は、図16の紙面を鏡像対称面とした鏡像対称の構造を有する。図16に示す断面構造を、音軸706を軸として180度回転させる。得られた回転体を、音軸706を含む平面を鏡像対称面として、鏡像対称面を挟み、これに平行な2平面で切断する。これにより、音響導波路705の立体形状が得られる。このような音響導波路705は、例えば、切削加工等で反射面を持った金属製の音響導波路705を作成し、作成した音響導波路中に等方的なシリカナノ多孔体を封入して、光音響媒質部8と音響レンズ系6を一体整形する。このようなプロセスによってシリカナノ多孔体同士の接合部位を全て排除しながらも、収差補正の良好な音響レンズ系6を得ることができる。   In order to solve such a problem, the acoustic lens system 6 of the present embodiment is configured by a reflective acoustic system. FIG. 16 is a cross-sectional view of the acoustic lens system 6 in a plane including the sound axis 706. The acoustic lens system 6 includes an acoustic waveguide 705 and a primary mirror 702 and a secondary mirror 701 that are reflection surfaces provided inside the acoustic waveguide 705. Further, a photoacoustic medium portion is formed inside the acoustic waveguide 705. The acoustic waveguide 705 has a mirror image symmetric structure with the plane of FIG. 16 as a mirror image symmetry plane. The cross-sectional structure shown in FIG. 16 is rotated 180 degrees around the sound axis 706. The obtained rotating body is cut along two planes parallel to the plane including the sound axis 706, with the plane of mirror symmetry as the plane of mirror symmetry. Thereby, the three-dimensional shape of the acoustic waveguide 705 is obtained. Such an acoustic waveguide 705 is made of, for example, a metal acoustic waveguide 705 having a reflective surface by cutting or the like, and isotropic silica nanoporous material is enclosed in the created acoustic waveguide, The photoacoustic medium unit 8 and the acoustic lens system 6 are integrally shaped. With such a process, it is possible to obtain the acoustic lens system 6 with good aberration correction while eliminating all the joint portions between the silica nanoporous materials.

本発明に好適な反射型光学系の例としては、図16に示しように、凹面鏡である主鏡702と凸面鏡である副鏡701により構成されるカセグレン型光学系がある。更に主鏡702と副鏡701の面形状としてリッチー・クレチアン光学系を適用すれば、短焦点化した際のカセグレン型光学系の残存収差を良好に補正することができ、広いイメージサークルを実現することができる。リッチー・クレチアン光学系には焦点704に像面湾曲が残るので、シリカナノ多孔体の焦点側の界面(反射防止膜703を施してある面)に曲面加工を施して補正レンズとして機能させ、この像面湾曲を補正することができる。反射型光学系として、副鏡701に凹面鏡を使うグレゴリー型光学系や、シュミット・カセグレン型光学系などの他のカタディオプトリック型光学系を用いてもよい。   As an example of a reflective optical system suitable for the present invention, there is a Cassegrain type optical system constituted by a primary mirror 702 which is a concave mirror and a secondary mirror 701 which is a convex mirror, as shown in FIG. Furthermore, if a Ritchie-Cretian optical system is applied as the surface shape of the primary mirror 702 and the secondary mirror 701, the residual aberration of the Cassegrain type optical system when the focal length is shortened can be corrected well, and a wide image circle is realized. be able to. Since the curvature of field remains at the focal point 704 in the Ritchie-Cretian optical system, the surface of the silica nanoporous material on the focal side (the surface on which the antireflection film 703 is applied) is subjected to curved surface processing to function as a correction lens. Surface curvature can be corrected. As the reflective optical system, other catadioptric optical systems such as a Gregory optical system using a concave mirror as the secondary mirror 701 and a Schmitt-Cassegrain optical system may be used.

音響レンズ系6として反射型光学系を適用することにより、作成が困難な複数種類のシリカナノ多孔体の接合を行うことなく、単一のシリカナノ多孔体のみで収差が良好に補正された音響レンズ系6を構成できる。音響レンズ系6近傍における反射波発生がないため、高輝度で像質の良い実像18の取得が可能となる。このため本実施形態によれば、より高輝度で高画質な画像を得ることのできる光音響振動計を実現することができる。   By applying a reflective optical system as the acoustic lens system 6, an acoustic lens system in which aberrations are corrected satisfactorily with only a single silica nanoporous body without joining a plurality of types of silica nanoporous bodies that are difficult to produce. 6 can be configured. Since no reflected wave is generated in the vicinity of the acoustic lens system 6, it is possible to obtain a real image 18 with high brightness and good image quality. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a photoacoustic vibrometer that can obtain an image with higher brightness and higher image quality.

(第4の実施形態)
本発明による光音響振動計の第4の実施形態を説明する。第4の実施形態の光音響振動計は、像歪み補正部15の構成が異なることを除き、第1の実施形態の光音響振動計101と同じである。このため、像歪み補正部15の構成のみを説明する。図17は、本実施形態における像歪み補正部15の構成を模式的に示している。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of a photoacoustic vibrometer according to the present invention will be described. The photoacoustic vibrometer of the fourth embodiment is the same as the photoacoustic vibrometer 101 of the first embodiment except that the configuration of the image distortion correction unit 15 is different. Therefore, only the configuration of the image distortion correction unit 15 will be described. FIG. 17 schematically illustrates the configuration of the image distortion correction unit 15 in the present embodiment.

第1の実施形態では、像歪み補正部15はアナモルフィックプリズムやシリンドリカルレンズを用いた光学系を備えていた。これに対し、本実施形態の像歪み補正部15は、受像部17により得られる実像801の信号に所定の処理を行い、画像処理によって実像801の補正を行う。   In the first embodiment, the image distortion correction unit 15 includes an optical system using an anamorphic prism or a cylindrical lens. On the other hand, the image distortion correction unit 15 of the present embodiment performs predetermined processing on the signal of the real image 801 obtained by the image receiving unit 17 and corrects the real image 801 by image processing.

図17に示すように、本実施形態では、アナモルフィックプリズムやシリンドリカルレンズを用いることなく、歪んだままの回折光201を結像レンズ系16で結像させる。この場合、実像801はy軸方向に歪んでいるが、この状態のまま実像801を受像部17で取得する。画像処理部205は、受像部17から実像801を示す電気信号を受け取り、画像処理により実像801の像歪みを取り除く。例えば、図17に示す座標系において、実像801をy方向に1/sinθ倍する画像処理を行うことによって、対象物4と相似な画像を生成する。   As shown in FIG. 17, in the present embodiment, the distorted diffracted light 201 is imaged by the imaging lens system 16 without using an anamorphic prism or a cylindrical lens. In this case, the real image 801 is distorted in the y-axis direction, but the real image 801 is acquired by the image receiving unit 17 in this state. The image processing unit 205 receives an electrical signal indicating the real image 801 from the image receiving unit 17 and removes image distortion of the real image 801 by image processing. For example, in the coordinate system shown in FIG. 17, an image similar to the object 4 is generated by performing image processing for multiplying the real image 801 by 1 / sin θ in the y direction.

本実施形態の像歪み補正部15を用いれば、光音響振動計の構成に必要な光学素子の数を減らすことができるため、音響撮像装置を小型で低コストに提供することが可能となる。   If the image distortion correction part 15 of this embodiment is used, since the number of optical elements required for the structure of a photoacoustic vibrometer can be reduced, it becomes possible to provide an acoustic imaging device small in size and at low cost.

なお、回折角θが小さい場合、受像部17の撮像面上では、対象物4が、図7で設定した座標のy軸方向に大きく伸張して撮影される。このため、画像処理後の画像解像度がx軸方向、y軸方向で異なる。この場合、図8に示す、光学的な像歪み補正部15と、本実施形態の画像処理による像歪み補正部15との両方を光音響振動計が備えることにより、x方向およびy方向における画素解像度をほぼ等しくすることが可能となる。   Note that when the diffraction angle θ is small, the object 4 is photographed on the imaging surface of the image receiving unit 17 while being greatly expanded in the y-axis direction of the coordinates set in FIG. For this reason, the image resolution after image processing differs between the x-axis direction and the y-axis direction. In this case, the photoacoustic vibrometer includes both the optical image distortion correction unit 15 and the image distortion correction unit 15 by the image processing of the present embodiment illustrated in FIG. The resolution can be made almost equal.

また、図7に示した光学的な像歪み補正部15としてアナモルフィックプリズム301を用い、さらに本実施形態の画像処理による像歪み補正部15を用いる場合、多数の回折光201のアナモルフィックプリズム301への入射角度が異なることに起因する像面歪曲が発生するので、その収差補正も本実施形態の画像処理を行うことが好ましい。   Further, when the anamorphic prism 301 is used as the optical image distortion correction unit 15 shown in FIG. 7 and the image distortion correction unit 15 based on image processing according to the present embodiment is used, the anamorphic of a large number of diffracted lights 201 is used. Since image plane distortion caused by different angles of incidence on the prism 301 occurs, it is preferable to perform the image processing of this embodiment for correcting the aberration.

(第5の実施形態)
本発明による光音響振動計の第5の実施形態を説明する。第5の実施形態の光音響振動計は、像歪み補正部15の構成が異なることを除き、第1の実施形態の光音響振動計101と同じである。このため、像歪み補正部15の構成のみを説明する。図18は、本実施形態における像歪み補正部15の構成を模式的に示している。回折光の回折角をθ(θの定義はこれまでの説明と同一である)とした場合、本実施形態の像歪み補正部15は、図18に示す座標のx軸方向に回折光201の光束幅をsinθ倍する縮小光学系901を含む。平面音波9の音束の断面形状が直径Lの円形であるとすると、回折光201の光束の断面形状は、x軸方向にL、y軸方向にL×sinθの楕円となる。縮小光学系901により、回折光201はx軸方向にsinθ倍されるため、歪み補正後の回折光902の光束の断面形状は、直径L×sinθの円形となる。第1及び第2の実施形態では、像歪み補正部15は回折光201を直径Lの光束に補正していたが、本実施形態では直径L×sinθの光束に補正する。
(Fifth embodiment)
5th Embodiment of the photoacoustic vibrometer by this invention is described. The photoacoustic vibrometer of the fifth embodiment is the same as the photoacoustic vibrometer 101 of the first embodiment except that the configuration of the image distortion correction unit 15 is different. Therefore, only the configuration of the image distortion correction unit 15 will be described. FIG. 18 schematically shows the configuration of the image distortion correction unit 15 in the present embodiment. When the diffraction angle of the diffracted light is θ (the definition of θ is the same as described above), the image distortion correction unit 15 of the present embodiment has the diffracted light 201 in the x-axis direction of the coordinates shown in FIG. A reduction optical system 901 that multiplies the beam width by sin θ is included. If the cross-sectional shape of the sound bundle of the plane sound wave 9 is a circle having a diameter L, the cross-sectional shape of the light beam of the diffracted light 201 is an ellipse of L in the x-axis direction and L × sin θ in the y-axis direction. Since the diffracted light 201 is multiplied by sin θ in the x-axis direction by the reduction optical system 901, the cross-sectional shape of the light beam of the diffracted light 902 after distortion correction is a circle having a diameter L × sin θ. In the first and second embodiments, the image distortion correction unit 15 corrects the diffracted light 201 to a light beam having a diameter L. In this embodiment, the image distortion correction unit 15 corrects the light beam to a light beam having a diameter L × sin θ.

第1の実施形態と同様に、本実施形態においても、音響レンズ系6の焦点距離をf、結像レンズ系16の焦点距離をF、超音波である平面音波9の波長をλa、単色光である平面波光束14の波長をλo、そして、回折角をθとする。このとき、歪み補正後の回折光902の光束断面形状は円形になるため、実像18は対象物4と相似となる。また、フーリエ光学によれば、その相似比は(λa×f)/(λo×F)×sinθとなる。ところが、(式1)の関係があるので、回折光201が+1次回折光である場合、相似比は1/2×(f/F)となる。   Similarly to the first embodiment, in this embodiment, the focal length of the acoustic lens system 6 is f, the focal length of the imaging lens system 16 is F, the wavelength of the plane sound wave 9 that is an ultrasonic wave is λa, and monochromatic light. The wavelength of the plane wave light beam 14 is λo, and the diffraction angle is θ. At this time, since the cross-sectional shape of the diffracted light 902 after distortion correction is circular, the real image 18 is similar to the object 4. According to Fourier optics, the similarity ratio is (λa × f) / (λo × F) × sin θ. However, because of the relationship of (Equation 1), when the diffracted light 201 is + 1st order diffracted light, the similarity ratio is 1/2 × (f / F).

このように、縮小光学系901によって、相似比が超音波と単色光の波長に依存しなくなるため、例えば、f/F=2となるよう音響レンズ系6および結像レンズ系16の焦点距離比を選べば、対象物4と同じ大きさの実像18が得られ、高分解能で対象物4の画像を取得することが可能となる。さらに、fを短くすればFも短くなるため、光音響振動計の小型化もはかることが可能となる。更に、歪み補正後の回折光902の光束が細くなることから、結像レンズ系16の開口径が小さくなり、装置全体が小型化されると共に、結像レンズ系16に高い面精度が必要ではなくなる。   As described above, the reduction optical system 901 makes the similarity ratio independent of the wavelengths of the ultrasonic wave and the monochromatic light. For example, the focal length ratio of the acoustic lens system 6 and the imaging lens system 16 is set so that f / F = 2. Is selected, a real image 18 having the same size as the object 4 can be obtained, and an image of the object 4 can be obtained with high resolution. Further, if f is shortened, F is also shortened, so that the photoacoustic vibrometer can be miniaturized. Further, since the light beam of the diffracted light 902 after distortion correction becomes thin, the aperture diameter of the imaging lens system 16 is reduced, the entire apparatus is downsized, and the imaging lens system 16 does not require high surface accuracy. Disappear.

第1および第2の実施形態では、対象物4に対する実像18の相似比は(F×λo)/(f×λa)であった。図15に示した具体例で述べたように、実際には単色光波長λoに比べ超音波波長λaがかなり長いため、大きな実像18を得るためには焦点距離の非常に長い結像レンズ系16が必要となる。このため、光音響振動計100が大型化するか、あるいは、特殊な光学系構成の結像レンズ系16を用いる必要がある。これに対し、本実施形態によれば、像歪み補正部15として縮小光学系901を用いることによって、小開口径で短い焦点距離の結像レンズ系16を用いなが、実像18を高解像度で撮影することが可能となり、かつ、光音響振動計の小型化が可能となる。   In the first and second embodiments, the similarity ratio of the real image 18 to the object 4 is (F × λo) / (f × λa). As described in the specific example shown in FIG. 15, since the ultrasonic wavelength λa is actually considerably longer than the monochromatic light wavelength λo, the imaging lens system 16 having a very long focal length is required to obtain a large real image 18. Is required. For this reason, it is necessary to enlarge the photoacoustic vibrometer 100 or use the imaging lens system 16 having a special optical system configuration. In contrast, according to the present embodiment, by using the reduction optical system 901 as the image distortion correction unit 15, the imaging lens system 16 having a small aperture diameter and a short focal length is not used, but the real image 18 can be displayed with high resolution. It is possible to take a picture, and the photoacoustic vibrometer can be miniaturized.

なお、本実施形態では、縮小光学系901がアナモルフィックプリズムで構成されているが、同様な作用を有する他の縮小光学系を用いてもよい。   In the present embodiment, the reduction optical system 901 is composed of an anamorphic prism, but other reduction optical systems having the same action may be used.

また、本実施形態では、平面音波9の音束断面形状が直径Lの円形である場合、光束断面形状が直径L×sinθの円形状の歪み補正後の回折光902を得ている。しかし、歪み補正後の回折光902の光束断面形状がC×L(ただし、C<1)の円形になるように矯正しても、結像レンズ系16の焦点を短くし、撮影の解像度を高められる。例えば、2つの像歪み補正部15を設け、図18に示す座標において、x軸方向に対しては縮小光学系を、y軸方向に対しては拡大光学系を用いてもよい。具体的には、x軸方向のビーム縮小率、y方向のビーム拡大率を選び、歪み補正後の回折光902の光束断面形状がC×L(ただし、C<1)の円形になるようにすればよい。   Further, in this embodiment, when the sound bundle cross-sectional shape of the plane sound wave 9 is a circle having a diameter L, the diffracted light 902 after distortion correction having a circular shape having a light beam cross-sectional shape of L × sin θ is obtained. However, even if the cross-sectional shape of the diffracted light 902 after distortion correction is corrected so as to be a circle of C × L (where C <1), the focal point of the imaging lens system 16 is shortened, and the imaging resolution is reduced. Enhanced. For example, two image distortion correction units 15 may be provided, and in the coordinates shown in FIG. 18, a reduction optical system may be used for the x-axis direction, and a magnification optical system may be used for the y-axis direction. Specifically, the beam reduction rate in the x-axis direction and the beam expansion rate in the y-direction are selected so that the sectional shape of the diffracted light 902 after distortion correction is a circle of C × L (where C <1). do it.

また、本実施形態の像歪み補正部15と第4の実施形態の像歪み補正部15とを備えた光音響振動計を実現してもよい。歪み補正後の回折光902の光束断面形状が図17で設定した座標系において、x軸方向にはC×L(ただし、C<1)、y軸方向にはL×sinθの楕円形状となるよう縮小光学系901のビーム縮小率を設定する。これにより、撮影された画像の分解能を結像レンズ系16の焦点面上によらずほぼ等しくすることができる。   Moreover, you may implement | achieve the photoacoustic vibrometer provided with the image distortion correction part 15 of this embodiment, and the image distortion correction part 15 of 4th Embodiment. In the coordinate system in which the light beam cross-sectional shape of the diffracted light 902 after distortion correction is set in FIG. 17, the elliptical shape is C × L (where C <1) in the x-axis direction and L × sin θ in the y-axis direction. Thus, the beam reduction ratio of the reduction optical system 901 is set. As a result, the resolution of the captured image can be made substantially equal regardless of the focal plane of the imaging lens system 16.

(第6の実施形態)
図19を参照しながら、本発明による光音響振動計の第6の実施形態を説明する。図19に示す第6の実施形態の光音響振動計106は、角度調整部1302および角度調整部1303をさらに備えている点で第1の実施形態の光音響振動計101と異なる。このため、本実施の形態の説明において、第1の実施形態と同一の構成要素には同じ参照符号を付し、他の構成要素の説明は省略する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the photoacoustic vibrometer according to the present invention will be described with reference to FIG. The photoacoustic vibrometer 106 of the sixth embodiment shown in FIG. 19 is different from the photoacoustic vibrometer 101 of the first embodiment in that it further includes an angle adjusting unit 1302 and an angle adjusting unit 1303. For this reason, in the description of the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the other components are omitted.

図19に示すように、光源11、ビームエクスパンダー12、ビームスプリッター19、および、平面鏡21より構成される光学系を、光束生成光学系1304とする。また、ビームスプリッター20、平面鏡22、像歪み補正部15、結像レンズ16、および、受像部17より構成される光学系を、回折光結像光学系1305とする。光軸1301は、第2の回折光201bの光束の中央を通り、進行方向に平行な直線である。   As illustrated in FIG. 19, an optical system including the light source 11, the beam expander 12, the beam splitter 19, and the plane mirror 21 is referred to as a light beam generation optical system 1304. An optical system composed of the beam splitter 20, the plane mirror 22, the image distortion correction unit 15, the imaging lens 16, and the image receiving unit 17 is referred to as a diffracted light imaging optical system 1305. The optical axis 1301 is a straight line that passes through the center of the light beam of the second diffracted light 201b and is parallel to the traveling direction.

光音響振動計106は、音軸7に対して光束生成光学系1304の光軸13のなす角度を調整する角度調整部1302と、音軸7に対して回折光結像光学系1305の光軸1301のなす角度を調整する角度調整部1303とを備える。角度調整部1302および角度調整部1303は連動しており、音軸7と光軸13の成す角度と、音軸7と光軸1301の成す角度が等しくなるよう角度調整される。   The photoacoustic vibrometer 106 includes an angle adjustment unit 1302 that adjusts an angle formed by the optical axis 13 of the light beam generation optical system 1304 with respect to the sound axis 7, and an optical axis of the diffracted light imaging optical system 1305 with respect to the sound axis 7. And an angle adjusting unit 1303 that adjusts an angle formed by 1301. The angle adjusting unit 1302 and the angle adjusting unit 1303 are interlocked, and the angle is adjusted so that the angle formed by the sound axis 7 and the optical axis 13 is equal to the angle formed by the sound axis 7 and the optical axis 1301.

第1の実施形態で説明したように、第1及び第2の音響波2a、2bを構成する正弦波の周波数と、光源11の光束の波長から、音軸7に対する回折光201の回折角90°−θが決定される。光音響振動計102は、第1及び第2の音響波2a、2bの周波数が変わっても、角度調整部1302および角度調整部1303によって回折角に一致するように光軸13、1303の音軸7に対する角度を調整できる。これにより、これにより、まず低周波音響波で大まかに対象物4を撮影し、次に高周波音響波を用いて細部まで高精細に対象物4を撮影することができる。これにより、撮像時間の短縮を図ることができる。   As described in the first embodiment, the diffraction angle 90 of the diffracted light 201 with respect to the sound axis 7 is calculated from the frequency of the sine wave constituting the first and second acoustic waves 2 a and 2 b and the wavelength of the light beam of the light source 11. ° -θ is determined. The photoacoustic vibrometer 102 has the sound axes of the optical axes 13 and 1303 so that the angle adjustment unit 1302 and the angle adjustment unit 1303 match the diffraction angles even when the frequencies of the first and second acoustic waves 2a and 2b change. The angle with respect to 7 can be adjusted. Thereby, first, the object 4 can be imaged roughly with a low-frequency acoustic wave, and then the object 4 can be imaged with fine details using a high-frequency acoustic wave. Thereby, the imaging time can be shortened.

(第7の実施形態)
図20を参照しながら、本発明による光音響振動計の第7の実施形態を説明する。図20に示す第7の実施形態の光音響振動計107は、平行移動部1703および平行移動部1704をさらに備えている点で第1の実施形態の光音響振動計101と異なる。このため、本実施の形態の説明において、第1の実施形態と同一の構成要素には同じ参照符号を付し、他の構成要素の説明は省略する。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment of the photoacoustic vibrometer according to the present invention will be described with reference to FIG. The photoacoustic vibrometer 107 of the seventh embodiment shown in FIG. 20 is different from the photoacoustic vibrometer 101 of the first embodiment in that it further includes a translation unit 1703 and a translation unit 1704. For this reason, in the description of the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the other components are omitted.

本発明の光音響振動計を用いて、対象物4の正確な変位量の計測するためには、対象物4の形状や変位を正しく反映した像18を生成し、取得することが好ましい。第1〜第6の実施形態では、第1及び第2の平面音波9a、9bが、同時かつ正確に、第1及び第2の平面波光束14a、14bが照射している領域に位置するよう、第1及び第2の音響波2a、2bの生成時刻を制御していた。   In order to measure an accurate displacement amount of the object 4 using the photoacoustic vibrometer of the present invention, it is preferable to generate and acquire an image 18 that correctly reflects the shape and displacement of the object 4. In the first to sixth embodiments, the first and second plane sound waves 9a and 9b are simultaneously and accurately positioned in the region irradiated with the first and second plane wave light beams 14a and 14b. The generation times of the first and second acoustic waves 2a and 2b were controlled.

しかし、対象物4の変位や移動が周期的であり、その周期の整数倍が第1及び第2の音響波2a、2bの送信時間間隔に一致する場合、第1及び第2の音響波2a、2bが対象物4に到達するときの対象物4の変位または移動位置は等しくなり、生成した像18には変位状態を示す干渉縞は現れない。つまり、対象物4の変位量分布や速度分布を観測することはできない。   However, when the displacement or movement of the object 4 is periodic and an integral multiple of the period matches the transmission time interval of the first and second acoustic waves 2a, 2b, the first and second acoustic waves 2a The displacement or movement position of the object 4 when 2b reaches the object 4 is equal, and the generated image 18 does not have interference fringes indicating the displacement state. That is, the displacement distribution and the velocity distribution of the object 4 cannot be observed.

本実施形態の光音響振動計107は、このような場合でも、対象物4の変位量分布や速度分布を観測することができる。このために、光音響振動計107は、平行移動部1703および平行移動部1704を備える。平行移動部1703は、ビームスプリッター19を平面波光束14の光軸1701に平行に移動させることにより、第1の平面波光束14aの照射位置を調整する。また、平行移動部1704は、平面鏡22からビームスプリッター20へ向かう第1の回折光201aの光軸1702に平行に平面鏡22を移動させることにより、第1の回折光201aの生成位置がシフトしても、第1の回折光201aを正しくビームスプリッター20へ入射させることができる。   Even in such a case, the photoacoustic vibrometer 107 of the present embodiment can observe the displacement amount distribution and the velocity distribution of the object 4. For this purpose, the photoacoustic vibrometer 107 includes a translation unit 1703 and a translation unit 1704. The parallel moving unit 1703 adjusts the irradiation position of the first plane wave light beam 14 a by moving the beam splitter 19 in parallel with the optical axis 1701 of the plane wave light beam 14. Further, the translation unit 1704 moves the plane mirror 22 in parallel with the optical axis 1702 of the first diffracted light 201a traveling from the plane mirror 22 toward the beam splitter 20, thereby shifting the generation position of the first diffracted light 201a. In addition, the first diffracted light 201 a can be correctly incident on the beam splitter 20.

これにより、第1及び第2の音響波2a、2bの送信間隔τが対象物4の変位や移動の周期の整数倍と一致しないように、送信間隔τを決定し、決定したτに応じて、第1の平面波光束14aの光音響媒質部8への入射位置を変える。これにより、対象物4の変位量分布や速度分布を正しく観測することができる。   Thereby, the transmission interval τ is determined so that the transmission interval τ of the first and second acoustic waves 2a, 2b does not coincide with an integral multiple of the displacement or movement period of the object 4, and according to the determined τ. The incident position of the first plane wave light beam 14a on the photoacoustic medium unit 8 is changed. Thereby, the displacement amount distribution and the velocity distribution of the object 4 can be correctly observed.

(第8の実施形態)
図21を参照しながら、本発明による光音響振動計の第8の実施形態を説明する。図21に示す第8の実施形態の光音響振動計108は、第1及び第2の平面波光束14a、14bに代えて1つの平面波光束14を光音響媒質部8に入射させる点で第1の実施形態の光音響振動計101と異なる。このため、本実施の形態の説明において、第1の実施形態と同一の構成要素には同じ参照符号を付し、他の構成要素の説明は省略する。
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment of the photoacoustic vibrometer according to the present invention will be described with reference to FIG. The photoacoustic vibrometer 108 of the eighth embodiment shown in FIG. 21 is the first in that one plane wave beam 14 is made incident on the photoacoustic medium unit 8 instead of the first and second plane wave beams 14a and 14b. Different from the photoacoustic vibrometer 101 of the embodiment. For this reason, in the description of the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the other components are omitted.

第1の実施形態では、第1及び第2の平面波光束14a、14bを光音響媒質部8に入射させていたが、上述したように、τ×νに一致する間隔で位置する2点P1、P2に到達した第1及び第2の平面音波9a、9bを同時に照射する光源11であればよい。   In the first embodiment, the first and second plane wave light beams 14a and 14b are made incident on the photoacoustic medium unit 8. However, as described above, the two points P1 positioned at intervals corresponding to τ × ν, What is necessary is just the light source 11 which irradiates the 1st and 2nd plane sound waves 9a and 9b which reached | attained P2 simultaneously.

このために、光音響振動計108は、大きなビーム拡大率を持ったビームエクスパンダー12を用いて太いビーム径を有する平面波光束14を生成する。生成した平面波光束14を例えば、平面鏡21で反射させ、2点P1、P2に到達した第1及び第2の平面音波9a、9bを同時に照射する。平面鏡21を用いず、直接平面波光束14を光音響媒質部8に入射させてもよい。   For this purpose, the photoacoustic vibrometer 108 generates a plane wave light beam 14 having a thick beam diameter using the beam expander 12 having a large beam expansion ratio. The generated plane wave light beam 14 is reflected by, for example, the plane mirror 21, and the first and second plane sound waves 9a and 9b reaching the two points P1 and P2 are simultaneously irradiated. The plane wave light beam 14 may be directly incident on the photoacoustic medium unit 8 without using the plane mirror 21.

光音響媒質部8中において、第1及び第2の平面音波9a、9b平面音波9の存在する領域でのみ回折光が生じるので、このような光束を用いても、第1の実施形態と同様、第1及び第2の回折光201a、201bを生成することができる。よって、第1の実施形態と同様、対象物4の変位量分布や速度分布を正しく観測することができる。   In the photoacoustic medium unit 8, diffracted light is generated only in the region where the first and second plane sound waves 9a and 9b are present, so even if such a light beam is used, it is the same as in the first embodiment. The 1st and 2nd diffracted lights 201a and 201b can be generated. Therefore, similarly to the first embodiment, the displacement amount distribution and the velocity distribution of the object 4 can be correctly observed.

本実施形態によれば、ビームスプリッター19が不要であるため、ビームスプリッター19の位置を調整しなくてもよい。また、2点P1、P2に到達した第1及び第2の平面音波9a、9bを同時に照射することができれば、2点P1、P2の位置が正確にわかっていなくても、第1及び第2の回折光201a、201bを生成することができる。こんため、本実施形態によれば、光音響振動計101の構成を簡単にすることができ、また、光学系の調整を簡単にすることができる。   According to this embodiment, since the beam splitter 19 is unnecessary, it is not necessary to adjust the position of the beam splitter 19. If the first and second plane sound waves 9a and 9b that have reached the two points P1 and P2 can be simultaneously irradiated, the first and second points can be obtained even if the positions of the two points P1 and P2 are not accurately known. Diffracted light 201a, 201b can be generated. Therefore, according to this embodiment, the configuration of the photoacoustic vibrometer 101 can be simplified, and the adjustment of the optical system can be simplified.

本発明の光音響振動計は、音響波による像を光学画像として取得することができるため、超音波診断装置用のプローブ等として有用である。また、振動物体から放射される音響波を光学画像として観察できるので非破壊振動測定装置等の用途にも応用できる。さらに、微小な周期運動を非接触で測定する非接触振動計や、振動の面内分布を測定する振動モード解析装置としても利用できる。   The photoacoustic vibrometer of the present invention is useful as a probe for an ultrasonic diagnostic apparatus and the like because an image by an acoustic wave can be acquired as an optical image. Further, since the acoustic wave radiated from the vibrating object can be observed as an optical image, it can be applied to uses such as a nondestructive vibration measuring apparatus. Furthermore, it can also be used as a non-contact vibrometer that measures minute periodic movements in a non-contact manner or a vibration mode analysis device that measures the in-plane distribution of vibrations.

1 超音波波源
2a 第1の音響波
2b 第2の音響波
3 媒質
4 対象物
5a 第1の散乱波
5b 第2の散乱波
6 音響レンズ系
7 音軸
13、23、706、1301、1701、1702 光軸
8 光音響媒質部
9a 第1の平面音波
9b 第2の平面音波
10 音波吸収部
11 光光源
12 ビームエクスパンダー
14a 第1の平面波光束
14b 第2の平面波光束
204 平面波光束
15 像歪み補正部
16 結像レンズ系
17 受像部
18、141、142、405、408、801 像
19、20 ビームスプリッター
21、22 平面鏡
101、400 光音響振動計
143、144 光束
145 光路長差
146 重畳後の実像
147、148 像点
151、161、162 シリンドリカルレンズ
191 太鼓の皮
192 スピーカ
193 単色音波
194 撮影方向
201a 第1の回折光
201b 第2の回折光
202 回折格子
203 単色光
301 アナモルフィックプリズム
302、902 歪み補償後の回折光
303 くさび状プリズム
401、407 物体
402 フーリエ変換面
403、404 レンズ
406 音響光変換部
701 副鏡
702 主鏡
703 反射防止膜
704 焦点
705 音響導波路
901 縮小光学系
1302、1303 角度調整部
1304 光束生成光学系
1305 回折光結像光学系
1703、1704 平行移動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic wave source 2a 1st acoustic wave 2b 2nd acoustic wave 3 Medium 4 Object 5a 1st scattered wave 5b 2nd scattered wave 6 Acoustic lens system 7 Sound axis 13, 23, 706, 1301, 1701, 1702 Optical axis 8 Photoacoustic medium part 9a First plane sound wave 9b Second plane sound wave 10 Sound wave absorbing part 11 Light source 12 Beam expander 14a First plane wave light beam 14b Second plane wave light beam 204 Plane wave light beam 15 Image distortion correction Unit 16 Imaging lens system 17 Image receiving unit 18, 141, 142, 405, 408, 801 Image 19, 20 Beam splitter 21, 22 Planar mirror 101, 400 Photoacoustic vibration meter 143, 144 Light flux 145 Optical path length difference 146 Real image after superposition 147, 148 image points 151, 161, 162 Cylindrical lens 191 Taiko skin 192 Speaker 193 Monochromatic sound wave 194 Imaging direction 201a First diffracted light 201b Second diffracted light 202 Diffraction grating 203 Monochromatic light 301 Anamorphic prism 302, 902 Diffraction light after distortion compensation 303 Wedge prism 401, 407 Object 402 Fourier transform surface 403 , 404 Lens 406 Acoustic light conversion unit 701 Sub mirror 702 Primary mirror 703 Antireflection film 704 Focus 705 Acoustic waveguide 901 Reduction optical system 1302, 1303 Angle adjustment unit 1304 Beam generation optical system 1305 Diffracted light imaging optical system 1703, 1704 Parallel Moving part

Claims (21)

第1及び第2の音響波を所定の時間間隔で送信する音響波源と、
前記第1及び第2の音響波が対象物を照射することにより生じた第1及び第2の散乱波をそれぞれ所定の収束状態の第1及び第2の平面音波に変換する音響レンズ系と、
音響レンズ系の音軸を含むように配置され、前記第1及び第2の平面音波が伝搬する光音響媒質部と、
前記光音響媒質部中の前記音軸上において、前記第1の平面音波が前記所定の時間に前記光音響媒質部を伝搬する距離に一致する間隔で位置する2点を、前記音軸に対して、非垂直かつ非平行な角度で照射する少なくとも1つの平面波光束を出射する光源と、
前記少なくとも1つの平面波光束が、前記第1及び第2の平面音波によって回折することにより、前記光音響媒質部においてそれぞれ生成する第1及び第2の回折光を重ね合わせ、重畳した回折光を生成する光重畳部と、
前記重畳した回折光を集光する結像レンズ系と、
前記集光された回折光を検出し、電気信号を出力する受像部と、
を備える光音響振動計。
An acoustic wave source that transmits the first and second acoustic waves at predetermined time intervals;
An acoustic lens system for converting the first and second scattered waves generated by irradiating the object with the first and second acoustic waves into first and second plane acoustic waves in a predetermined convergence state, respectively;
A photoacoustic medium portion disposed so as to include a sound axis of an acoustic lens system, through which the first and second plane sound waves propagate;
On the sound axis in the photoacoustic medium part, two points located at an interval that coincides with the distance that the first plane sound wave propagates through the photoacoustic medium part at the predetermined time with respect to the sound axis. A light source that emits at least one plane wave beam that irradiates at a non-vertical and non-parallel angle;
The at least one plane wave light beam is diffracted by the first and second plane sound waves, thereby superimposing the first and second diffracted lights generated in the photoacoustic medium part, and generating a superimposed diffracted light. A light superimposing unit,
An imaging lens system for condensing the superimposed diffracted light; and
An image receiving unit that detects the collected diffracted light and outputs an electrical signal;
A photoacoustic vibrometer.
前記重畳した回折光および前記電気信号によって表される前記対象物の像の少なくとも一方の歪みを補正する像歪み補正部をさらに備える請求項1に記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 1, further comprising an image distortion correction unit that corrects distortion of at least one of the image of the object represented by the superimposed diffracted light and the electrical signal. 各単色光のスペクトル幅は10nm未満である請求項2に記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 2, wherein the spectral width of each monochromatic light is less than 10 nm. 前記音響レンズ系は屈折型音響系である、請求項1から3のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to any one of claims 1 to 3, wherein the acoustic lens system is a refractive acoustic system. 前記音響レンズ系は、シリカナノ多孔体またはフロリナートによって構成されている請求項4に記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 4, wherein the acoustic lens system is composed of a silica nanoporous material or fluorinate. 前記音響レンズ系は、少なくとも1つの屈折面と、少なくとも1つの屈折面に設けられた音響波の反射を防止する反射防止膜とを備える請求項5に規定の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer as defined in claim 5, wherein the acoustic lens system includes at least one refracting surface and an antireflection film for preventing reflection of an acoustic wave provided on the at least one refracting surface. 前記音響レンズ系は反射型音響系である請求項1から3のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 1, wherein the acoustic lens system is a reflective acoustic system. 前記音響レンズ系は2以上の反射面を含む請求項6に記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 6, wherein the acoustic lens system includes two or more reflecting surfaces. 前記音響レンズ系は、焦点調整機構を含む、請求項1から8のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 1, wherein the acoustic lens system includes a focus adjustment mechanism. 前記光源は、前記2点を、前記音軸に対して、非垂直かつ非平行な角度でそれぞれ照射する第1及び第2の平面波光束を出射する請求項1から9のいずれかに記載の光音響振動計。   10. The light according to claim 1, wherein the light source emits first and second plane wave light beams that irradiate the two points at angles that are non-perpendicular and non-parallel to the sound axis, respectively. Acoustic vibration meter. 前記光源は、前記2点を、前記音軸に対して、非垂直かつ非平行な角度でそれぞれ照射する1つの平面波光束を出射する請求項1から9のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to any one of claims 1 to 9, wherein the light source emits one plane wave light beam that irradiates the two points at an angle that is non-perpendicular and non-parallel to the sound axis. 前記光重畳部は、無偏光ビームスプリッターを含む請求項1から11のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 1, wherein the light superimposing unit includes a non-polarizing beam splitter. 前記像歪み補正部は、前記重畳した回折光の断面を拡大する光学部材を含む請求項1から12のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 1, wherein the image distortion correction unit includes an optical member that enlarges a cross section of the superimposed diffracted light. 前記像歪み補正部は、前記重畳した回折光の断面を縮小する光学部材を含む請求項1から12のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to any one of claims 1 to 12, wherein the image distortion correction unit includes an optical member that reduces a cross section of the superimposed diffracted light. 前記光学部材はアナモルフィックプリズムによって構成される請求項13または14に記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 13 or 14, wherein the optical member is constituted by an anamorphic prism. 前記結像レンズ系および前記光学部材の少なくとも一方は、少なくとも1つのシリンドリカルレンズを含む請求項13から15のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 13, wherein at least one of the imaging lens system and the optical member includes at least one cylindrical lens. 前記像歪み補正部は、前記電気信号に基づき画像処理を行う請求項1から15のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to claim 1, wherein the image distortion correction unit performs image processing based on the electrical signal. 前記光音響媒質部は、シリカナノ多孔体、フロリナートおよび水の少なくとも1つを含む請求項1から17のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to any one of claims 1 to 17, wherein the photoacoustic medium part includes at least one of a silica nanoporous material, fluorinate, and water. 前記第1及び第2の回折光は、強度比で1/2以上のBragg回折光による成分を含む請求項1から請求項18のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to any one of claims 1 to 18, wherein the first and second diffracted lights include a component of Bragg diffracted light having an intensity ratio of 1/2 or more. 前記光源から出射する前記少なくとも1つの平面波光束の光軸は前記音響レンズ系の音軸に対して調整可能である請求項1から18のいずれかに記載の光音響振動計。   19. The photoacoustic vibrometer according to claim 1, wherein an optical axis of the at least one plane wave light beam emitted from the light source is adjustable with respect to a sound axis of the acoustic lens system. 前記第1及び第2の音響波の送信時刻を制御するトリガ回路をさらに含む請求項1から20のいずれかに記載の光音響振動計。   The photoacoustic vibrometer according to any one of claims 1 to 20, further comprising a trigger circuit that controls transmission times of the first and second acoustic waves.
JP2011245766A 2011-11-09 2011-11-09 Photoacoustic vibrometer Pending JP2013101079A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011245766A JP2013101079A (en) 2011-11-09 2011-11-09 Photoacoustic vibrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011245766A JP2013101079A (en) 2011-11-09 2011-11-09 Photoacoustic vibrometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013101079A true JP2013101079A (en) 2013-05-23

Family

ID=48621810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011245766A Pending JP2013101079A (en) 2011-11-09 2011-11-09 Photoacoustic vibrometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013101079A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5308597B1 (en) * 2011-10-24 2013-10-09 パナソニック株式会社 Photoacoustic imaging device
WO2014196150A1 (en) * 2013-06-03 2014-12-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Acousto-optic image pickup device
JP2015012923A (en) * 2013-07-03 2015-01-22 株式会社東芝 Elastic modulus measuring device and elastic modulus measuring method
WO2020004389A1 (en) * 2018-06-27 2020-01-02 ピクシーダストテクノロジーズ株式会社 Ultrasonic speaker

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5308597B1 (en) * 2011-10-24 2013-10-09 パナソニック株式会社 Photoacoustic imaging device
WO2014196150A1 (en) * 2013-06-03 2014-12-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Acousto-optic image pickup device
JP2015012923A (en) * 2013-07-03 2015-01-22 株式会社東芝 Elastic modulus measuring device and elastic modulus measuring method
WO2020004389A1 (en) * 2018-06-27 2020-01-02 ピクシーダストテクノロジーズ株式会社 Ultrasonic speaker

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013183302A1 (en) Acoustooptic imaging device
JP5308597B1 (en) Photoacoustic imaging device
JP5144842B1 (en) Photoacoustic imaging system and photoacoustic imaging apparatus
WO2013157228A1 (en) Photoacoustic imaging apparatus
JP5448918B2 (en) Biological information processing device
WO2013172020A1 (en) Photoacoustic vibration meter
JPWO2011093108A1 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic inspection apparatus using the same
JP2013208423A (en) Acoustic wave detection probe and photoacoustic measurement device
JPS606860A (en) Ultrasonic flaw detecting method
US11986344B2 (en) Portable probe for photoacoustic tomography and real-time photoacoustic tomography device
JP2013101079A (en) Photoacoustic vibrometer
JP2017003587A (en) Device and method for hybrid optoacoustic tomography and ultrasonography
WO2013183247A1 (en) Acoustooptic imaging device
JP2007071584A (en) Method and device measuring displacement distribution using digital holography
JP6929684B2 (en) Ophthalmologic imaging device and its control method
JP3934131B2 (en) Coaxial spatial optical coherence tomographic image measurement device
JP6832593B2 (en) Optical interference unit for optical coherence tomography equipment
JP7389487B2 (en) Interferometric imaging device and its applications
CN113518909A (en) Cost-effective linear scanning optical coherence tomography device
WO2021048951A1 (en) Photoacoustic probe
CN118129627B (en) High-sensitivity mirror deformation measurement system and method based on speckle interference
JP2017127781A (en) Acoustic wave detection probe and photoacoustic measurement device
WO2016103374A1 (en) Photoacoustic device
JP2017093503A (en) Information acquiring device and information acquiring method