TWI409452B - 一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法 - Google Patents

一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI409452B
TWI409452B TW099133772A TW99133772A TWI409452B TW I409452 B TWI409452 B TW I409452B TW 099133772 A TW099133772 A TW 099133772A TW 99133772 A TW99133772 A TW 99133772A TW I409452 B TWI409452 B TW I409452B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
parallel
coupled
lens
computer
light
Prior art date
Application number
TW099133772A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201219772A (en
Inventor
Hao Li Liu
Chung Cheng Kung
Ting Chia Chang
Original Assignee
Univ Chang Gung
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 Univ Chang Gung filed Critical Univ Chang Gung
Priority to TW099133772A priority Critical patent/TWI409452B/zh
Priority to US12/929,219 priority patent/US8462326B2/en
Publication of TW201219772A publication Critical patent/TW201219772A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI409452B publication Critical patent/TWI409452B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法
本發明係有關於一種可觀察紋影的觀測裝置，特別是一種可觀察紋影的光學式超音波觀測裝置。
紋影(Schlieren)現象最早由英國發明家羅伯特‧胡克(Robert Hooke)於西元1665年所發現，其後由德國科學家托普勒(August Joseph Ignaz Toepler)製造出世界第一個紋影攝影(Schlieren Photography)裝置。
而所謂紋影攝影裝置的技術原理，係因為當光線穿透密度不均勻之透明介質時，由於透明介質的折射指數會隨著密度而改變，進而可穿透其中的光束行進方向也因此而折曲，故紋影攝影裝置係利用流體對光波的擾動，以光學觀測的方式呈現密度不均勻處之幾何形狀與濃度，將無法被肉眼所看見的流場變化，轉化為可見的圖像，因而可以拍到一般肉眼所見不到的氣流(或是水流)的形態，且可透過不同的介質，例如液體、氣體或固體以觀察波動特性或是熱空氣傳導的變化。
一般於傳統紋影攝影裝置的光學架構系統中，通常會包含一個可調整的刀口，一個燈罩式光源和一組透鏡組所組成，以便可以直接觀察影像，如第1圖所示之傳統紋影攝影裝置的光學架構系統。但往往因為光學元件的繁多與透鏡聚焦深度的侷限，使得系統體積龐大不利攜帶性，光學元件又是非常昂貴的器材，且越大面積的透鏡往往越是昂貴，且由於訂製不易，故而價錢更非一般所能負擔，往往無法客製化更大的透鏡，因此會造成影像視野的限制，無法一次收集全程的超音波影像。
而如第2圖所示其為傳統的空間濾波器系統(如光學訊號處理或傅立葉光學轉換系統)，即所謂的4倍焦距(4f)系統，當其雷射經過擴束器所進行的擴束後，即變成平行光，再經過物平面後，此時坐標為(x1 ,y1 )，透過物平面的光波則為物函數f(x1 ,y1 )，該光波由透鏡1到達後焦距平面(頻譜面或刀口)即可得到物函數的頻譜，坐標為(u,v)；再經由透鏡2，在透鏡2的像平面上可以得到與物相等大小且完全相似，但坐標完全反轉的像，設其坐標為(x2 ,y2 )；而將坐標完全反轉後，可以得到與原物的完全相同的像。該系統僅有一道光場(約直徑5公分大小)，因此當觀察全程的超音波聲場時，需要進行兩次的平移拍攝，故而增加了拍攝的難度。
而在先前技術的資料中，如美國專利編號第4,681,437號專利文獻雖架構了一組光學紋影系統，且提出了架設紋影法的技術，但未針對視野光場的大、小及其應用有任何的先進建議。
又如於美國專利編號第3,847,484號專利文獻中，雖已使用雷射作為光學紋影系統的光源，比起其他的光源，雷射光源更適合應用於紋影系統上，且不需以水冷進行降溫，但仍未提及所形成的光場大小以及其實際應用。
如於美國專利編號第5,515,158號專利文獻中，雖已架構了單一鏡片式的反射聚焦式紋影系統，其係一種利用鏡片反射以將光源集中的紋影系統，而當該紋影系統之光源穿透過流場至反射光柵上，可產生一片反射光，且於反射回返後，穿透流場至第一片鏡片上，再成像於其後方，但仍並未提及控制端設計及擴束光場的應用。
而如於美國專利編號第3582185號專利文獻中，該發明係有關於紋影光學系統，包含控制光源照明的控制系統以及一個屏障系統，猶如西洋棋所排列的鏡面位於光路徑上，鏡片已架設於光路徑上，雖可於光路徑的影像上提供遮蔽系統，且可預防或允許光的通過，但仍未提及紋影系統的光學成像結構與其系統的擴束方式。
在光學系統成像的過程中，倘將一個平面的圖形置於一個理想透鏡(傅立葉轉換透鏡)的前焦距平面上，在透鏡的後焦距平面就可得到準確的傅立葉轉換，即可得到它的頻譜函數。但相反的，倘將一個平面圖形的頻譜放在一個理想透鏡的前焦距平面上，於透鏡的後焦距平面就可以得到該平面圖形(但若是圖形的坐標則需要進行反轉)。倘由電子學的通訊理論可得知，若對信號的頻譜進行濾波處理，再將信號還原後，便可以去除信號的雜訊等；因此可以將該通訊理論比擬在透鏡的後焦距平面上，當放置了各種形狀和大小的光欄而得以改變圖形的頻譜，再對圖形以第二個透鏡進行成像，所得到經過處理的圖形，便是光學訊號處理，而在透鏡的後焦距平面上所放置的光欄，便是所謂的空間濾波器。
故綜上所述，先前技術的缺失包括了下述的：
1.　傳統的光學紋影量測系統體積龐大，不具備可攜性，故不利商業化成品的發展。
2.　視野光場受到限制，故而無法一次觀察到所顯示的全程流場。
3.　擴大光場時須增購更大的透鏡，導致製作成本的增加且加上客製化不易，故不利於一般的商業化發展。
4.　無法進行時序同步且未具有可調整之微控單晶片核心技術。
故而為能夠提高光學紋影量測系統的量測效率，且為了能夠進行全程流場的觀察，進而產生更有效率的超音波量測，故極需要開發新式之光學紋影量測技術，藉以提高光學紋影量測系統的效率且能夠降低研發的時間與相關製造成本。
本發明的目的在於提供一種光學式超音波觀測裝置，藉以觀察紋影並提高超音波量測的性能。
本發明之光學式聲場量測裝置包含連續雷射光源、光學透鏡、水箱、空間濾波器及電荷耦合元件檢測器，電腦等元件所組合而成。
本發明在光路的設計上，係使用光場聚焦的透鏡以直接成像在電荷耦合元件檢測器上，故無須再經由鏡頭的二次成像，且可增強光學訊號，並使聲場的紋理比對更為明顯。
本發明在整體光學架構中，使用分光鏡與反射鏡的擺設角度與搭配，將以往受限的視野光場可以進行數倍的倍增，甚至能視實際需求增加分光鏡的數量而進行無限擴充視野光場。
本發明所使用的擴束光場，因採用了分光鏡與反射鏡，故可降低整體的成本，更可利於商業化之發展。
本發明在水箱內部裝置一個45度角的石英玻璃，可改變超音波的行徑路線而成為超音波軸方向，故可以觀察超音波的波長與焦點的準確位置。
本發明之光學單元與超音波控制單元係由單晶片微控器進行連結控制核心，並使用單晶片微控器調整延遲時間，以達到光速與聲速精準同步的效果。
本發明係用於觀察超音波波動傳播時，可觀察其超音波聲場紋理的聚焦動向，並進行影像資訊的輔助傳送。
本發明之特點在於，使用分光鏡及反射鏡之組合，以及單晶片之精確時間延遲控制，可在傳統的有限4倍焦距的光場長度限制下，而將視野大幅地提高數倍。
本發明於超音波軸方向的觀測上，可觀測出同心圓的紋影影像，並計算出波長與焦點位置。
本發明適合收集全程的超音波聚焦資訊，故有利觀察能量波於穿透異質物(如頭骨、肋骨、生物性組織等)後的聲場能量分佈情形，若能事先觀察超音波通過異質物聚焦的位置，則可提升熱治療位置的準確性。
故而，關於本發明之優點與精神可以藉由以下發明詳述及附圖式解說來得到進一步的瞭解。
本發明為一種光學式超音波觀測裝置及其使用方法，故可提高超音波的溫度與彈性效果，進而可提昇量測效能。
如第3圖所示係為本發明之3倍焦距(3F)系統的原理，即本系統以3倍焦距即可顯示出紋影的效果，甚至具有更強的影像對比。而如第3圖中，本發明將雷射光源經由空間濾波器使其光束發散成為一道平行光，該平行光透過物體平面後，此時為1倍焦距，經由一個平凸透鏡將該平行光路所收集到的影像聚焦收斂，此時為2倍焦距，最後聚焦後成像在屏障上顯示，此時為3倍焦距。
如第4圖所示，本發明之一種光學式超音波觀測裝置的光學裝置部分，其元件包括了連續雷射光源(Continuous Waveform,CW)401，衰減鏡片402，物鏡403，針孔404(物鏡403與針孔404可組合稱為空間濾波器)，擴束器405，水箱406，光學透鏡407，電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)檢測器408以及電腦409以組合而成。
仍如第4圖所示本發明之一種光學式超音波觀測裝置的光學裝置部分，其中相關位置由連續雷射光源401起，排列衰減鏡片402，再排列物鏡403，續排列針孔404，而排列擴束器405，再排列水箱406，續排列光學透鏡407，最後排列電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)檢測器408以及電腦409。
其中於第4圖中，所擷取的影像為叢集波，故在擷取影像時，必需以超音波、雷射、相機三方同步進行，因為超音波在水中聲速為1480米/秒，而光速為299,792,458米/秒，因此必須將雷射與相機拍攝時間進行延遲才能擷取到影像。而系統控制則是使用電腦軟體LabVIEW程式建立遠端控制系統(GUI)，且所有元件皆使用介面匯流排(GPIB)和RS-232(EIA-RS-232)序列資料通訊介面標準作為連線的機制，包含超音波探頭所需訊號之頻率設定，射頻放大器的放大倍率以及配合功率量測器對輸出功率的監控；故而其輸出結果可即時監控及擷取原始影像訊號。
仍如第4圖所示之本發明一種光學式超音波觀測裝置之光學裝置部分，其中連續式雷射(Continuous Wave Laser)光源401發出光束後，經由衰減鏡片402，並以平凸透鏡403使光束成為一道平行光，並由針孔404(即透過物鏡403與針孔404所組合之空間濾波器)，進入擴束器405，使用擴束器405將該平行光均勻且進行擴束以成為約5公分(cm)的平行光場，而經擴束後的平行光場通過擴束器405的分光鏡405A後，發散而分成穿透平行光束與反射平行光束等兩道光路。再將穿透平行光束以空間濾波器405的反射鏡405B進行反射，使穿透平行光束與前一道的反射平行光束平行，兩道光源相切但不重疊，形成倒8字型的光場於水箱406中，而該倒8字型的光場穿透水箱406，並經由平凸透鏡407，將所收集到的影像進行聚焦收斂，在完成聚焦收斂後進行成像在電荷耦合元件檢測器408上，並傳至電腦409顯示。而本發明除了可以使光場倍增外，更可使光路轉折，以達到縮小整體機體的設計。其設計是將一平行光穿過待測物後所投影的影像，經一平凸透鏡將其聚焦收斂，並直接成像至電荷耦合元件檢測器408光感應器上，擺放的位置為焦點後的虛像，經由電荷耦合元件檢測器408顯示於電腦409的螢幕上。
第5圖所示為擴束器405之工作原理，即可擴充視野光場進行倍增的示意圖，包含了前視角、上視角、右側視角以及45度視角等，係使用分光鏡405A與反射鏡405B的搭配與其角度的調整設置，而將所受限的光場視野進行倍增。由於分光鏡405A可將光均分成兩道能量幾近相同的光路，因此可利用該特性，將單光道的光場均勻分成兩道光路，擺設角度為45度(可視需求自行控制角度)，由於入射角等於出射角，因此當入射角度為45度角時，則會以45度角度進行出射，故可以達到光路90度的轉折，並使用擺設45度角的反射鏡405B，將光路轉成與前一道光路平行的相同光場，而將分光鏡405A與反射鏡405B的正投影相切，即可將兩分開的光場盡量逼近，即可形成一個倒8字型的倍增光場。且可以此增加複數個分光鏡，進行光場的無限擴充。
如第6A圖所示(參考第4圖中的擴束器405)之2倍數擴束器，當將分光鏡組擴至2片，即以1片反射鏡加上1片分光鏡，可以將光束擴充至2倍。而如第6B圖所示之3倍數擴束器，將分光鏡組擴至3片，即以1片反射鏡加上2片分光鏡，可以將光束擴充至3倍。又如第6C圖所示之多倍數(N倍數)擴束器，若將分光鏡組擴至N片，即以1片反射鏡加上N-1片分光鏡，即可以將光束擴充至N倍，而N倍為自然數倍。擴束器可於本發明之光學系統內進行擴束，而其具有擴充光場的功能，故可以減少二次平移的拍攝時間，以及減少成本的支出，並可一次觀察到全程的「超音波聲場紋影」影像。
如第7圖所示之以超音波軸方向觀察波長與焦點之圖示。可於超音波聲場路徑中，即於水箱406內裝設安放一個45度角的石英玻璃，該使用原理為利用入射角等於出射角的物理定義，超音波的路徑會改變90度的轉折，進而與電荷耦合元件檢測器408的超音波軸方向平行，此時電荷耦合元件檢測器408所擷取到的影像為一同心圓(亮暗紋圓形分布)的紋影影像，中間的黑點為焦點位置，亮紋為波峰，暗紋為波谷，計算波峰至波峰之間的距離為3.75毫米(mm)，經量測圖片尺寸與實際尺寸的孔徑大小，並由比例關係計算得知，可得波長等於3.75毫米(即與400千赫茲之超音波波長相符)，因此說明本觀測法適合用於量測超音波聲波的波長。
第8圖示係在不同的時序暫態下，超音波軸方向的超音波同心圓紋影影像。
第9圖為本發明之一種光學式超音波觀測裝置的完整示意圖，亦請參考第4圖本發明之光學裝置部分的說明。於本第9圖中所示，包含了第4圖所示的光學裝置部分，以及由第4圖所示的電腦409連接單晶片微控器裝置911，續連接訊號產生器912，再連接放大器913，最後連接聚焦式超音波914，以作為產生一超音波源；其中單晶片微控器裝置911並連接連續式雷射光源401以直接啟動連續式雷射光源401。本發明由電腦409啟動單晶片微控器裝置911，而該單晶片微控器裝置911啟動訊號產生器912，傳送訊號至放大器913以進行放大而控制聚焦式超音波914。該單晶片微控器裝置911可傳送訊號至電腦409以控制電荷耦合元件檢測器408的拍攝時間。
而如第10圖為本發明一種光學式超音波觀測裝置之延遲同步控制的方法，係以單晶片微控器911之內部迴圈製造延遲訊號，藉以控制時序，再根據不同的複個儀器需要而給予不同的複數個該延遲訊號，傳送該複數個延遲訊號予電腦409以進行一參數化控制，使電腦409僅需選擇雷射401開啟時間(可發生明暗的效果)，訊號產生器912開啟時間(波前位置)以及電荷耦合元件檢測器408的拍攝時間(具有明暗的效果)。電腦409使用LabVIEW電腦軟體之圖形化介面進行控制，使用LabVIEW軟體以控制單晶片微控器的參數，進行訊號產生器912的功能選擇，以及進行選擇功率放大器913的增益值(Gain)，故本發明可以拍攝出「超音波聲場」的前進情況。而第10圖中之FG為訊號產生器，圖中之N係為所打出的第幾次訊號。故為了要抓到完整的波，以抓取某一次的訊號為起點，此時從電荷耦合元件檢測器408中仍無法看到波紋，藉由每次FG與電荷耦合元件檢測器408開啟間隔，會增加一小時間(4.125微秒)，由於FG關閉時間為固定，所以FG與電荷耦合元件檢測器408開啟間隔便可以決定波前位置，也可以設定為迴圈，如此便可以連續拍下波的行進。
本發明之測試結果，經選取豬隻腦腔室四周不同厚度的頭骨蓋作為實驗試驗材料，其約35毫米×35毫米的面積，試驗拍攝的厚度尺寸有2毫米、3.5毫米、6毫米及完全沒放頭骨的四種影像。經由訊號產生器供給500毫伏特(mV)峰對峰值電壓，經放大器將功率放大後由聚焦式超音波的400千赫茲(kHz)探頭進行放出叢集波，其實驗結果如下述。
如第11圖所示的紋影圖像(並未置放任何豬頭骨)，係為400千赫茲的叢集波影像，即以遞增時序所拍攝到的可見波傳遞的影像，其超音波由箭頭方向傳遞。訊號產生器參數設定為500毫伏特(mV)的峰對峰值，迴圈(cycles)數為10迴圈，而脈衝重複頻率(Pulse Repetition Frequency，PRF)為500赫茲。延遲電路則設定每隔1.8微秒(μS)觸發控制電荷耦合元件檢測器408以擷取影像；而雷射401則每隔1.8微秒，開啟5微秒的時間。
第12圖為放置2毫米厚度的豬頭骨後，其與第11圖進行比較的影像圖。
第13圖為放置3.5毫米厚度的豬頭骨後，其與第11圖進行比較的影像圖。
第14圖為放置6毫米厚度的豬頭骨後，其與第11圖進行比較的影像圖。
於前述第12圖至第14圖中，當探頭開啟後，可以累加方式，間隔1.8微秒觸發電荷耦合元件檢測器408和雷射401以擷取影像。故在圖上可以清楚比較出，隨著厚度的增厚，經穿透的能量聲場會隨之減弱，亦可看出超音波聲場的焦點位置及壓力分佈，且因為頭骨為不規則曲面，故於超音波穿透過後，其聚焦位置會有所改變，因此也可觀察穿過頭骨後的焦點位置改變的方向，視野光場範圍約為10公分(一個圓直徑為5公分)，故可觀察全程的聚焦式超音波前進動向。實驗結果可知，400千赫茲聚焦式超音波的「聲場」可證明光學紋影系統可以有效率的觀察超音波穿透異質物後的聚焦或發散狀況。
此外，第15圖為透過本發明之光學系統的工業用超音波的聲場分佈量測圖。本聲場之頻率為28千赫茲，由圖中所示之波場分佈可清楚觀測，亦可證實本發明於20千赫茲附近之頻率等級亦可成功觀測，因此本發明系統除可以應用在生物醫學超音波之觀測外，亦可以應用於工業級超音波系統之聲場觀測。
故綜合以上所述，就光路元件系統而言，就傳統的4倍焦距(4F)系統與本發明的3倍焦距(3F)系統的比較，本發明的3倍焦距系統明顯體積縮小，且具有擴束功能，故無須做二次平移取像，且在體積與取像品質上，以及拍攝時間都大大提升。而本發明之特點在於精簡化，以超音波聲場與聚焦式超音波進行結合，將受侷限的觀測視野光場進行倍增擴大，並利用單晶片微控器進行光與聲的延遲同步控制，故可拍攝出超音波聲場的暫態影像，僅一次即可獲得全程超音波影像。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
401．．．連續式雷射光源
402．．．衰減鏡片
403．．．平凸透鏡
404．．．針孔
405．．．擴束器
405A．．．分光鏡
405B．．．反射鏡
406．．．水箱
407．．．平凸透鏡
408．．．電荷耦合元件檢測器
409．．．電腦
911．．．單晶片微控器裝置
912．．．訊號產生器
913．．．放大器
914．．．聚焦式超音波
第1圖所示為傳統紋影攝影裝置的光學架構系統。
第2圖所示為傳統的空間濾波器系統。
第3圖所示為本發明之3倍焦距系統的原理。
第4圖所示為本發明之光學式超音波觀測裝置的光學裝置部分。
第5圖所示為擴束器之工作原理。
第6A圖所示係2倍數擴束器之示意圖。
第6B圖所示係3倍數擴束器之示意圖。
第6C圖所示係多倍數擴束器之示意圖。
第7圖所示以超音波軸方向觀察波長與焦點之圖示。
第8圖示係在不同的時序暫態下，超音波軸方向的超音波同心圓紋影影像。
第9圖為本發明光學式超音波觀測裝置的完整示意圖。
第10圖為本發明之延遲同步控制的裝置。
第11圖所示為400千赫茲的叢集波影像。
第12圖為放置2毫米厚度的豬頭骨後，其與第11圖進行比較的影像圖。
第13圖為放置3.5毫米厚度的豬頭骨後，其與第11圖進行比較的影像圖。
第14圖為放置6毫米厚度的豬頭骨後，其與第11圖進行比較的影像圖。
第15圖為透過本發明之光學系統的工業用超音波的聲場分佈量測圖。
401．．．連續式雷射光源
402．．．衰減鏡片
403．．．平凸透鏡
404．．．針孔
405．．．擴束器
405A．．．分光鏡
405B．．．反射鏡
406．．．水箱
407．．．平凸透鏡
408．．．電荷耦合元件檢測器
409．．．電腦
911．．．單晶片微控器裝置
912．．．訊號產生器
913．．．放大器
914．．．聚焦式超音波

Claims (3)

  1. 一種具有二倍物鏡視野的光學式超音波觀測裝置，至少包含：一連續式雷射光源；一電腦；一單晶片微控器裝置；一訊號產生器；一放大器；一聚焦式超音波，其中該電腦連接該單晶片微控器裝置，連接該訊號產生器，連接該放大器，以及連接該聚焦式超音波以產生一超音波源，該單晶片微控器裝置連接該連續式雷射光源以直接啟動連續式雷射光源，該電腦啟動該單晶片微控器裝置，該單晶片微控器裝置啟動該訊號產生器，傳送一訊號至該放大器以進行放大而控制該聚焦式超音波；一衰減鏡片；一物鏡；一針孔；一片反射鏡以及一片分光鏡所形成的二倍物鏡視野擴束器；一水箱，該水箱內包含裝設一個具有45度角的石英玻璃；一光學透鏡；以及一電荷耦合元件檢測器； 其中在該連續式雷射光源激發一光束後，該單晶片微控器裝置傳送該訊號至該電腦以控制該電荷耦合元件檢測器的一拍攝時間，以一平凸透鏡使該光束成為一平行光，由一針孔進入該擴束器，使用該擴束器將該平行光均勻且進行擴束以成為約5公分的一平行光場，該平行光場通過該擴束器的一分光鏡，分成一穿透平行光束與一反射平行光束，該穿透平行光束以一反射鏡進行反射，使該穿透平行光束與該反射平行光束平行，該穿透平行光束與該反射平行光束相切但不重疊，形成一光場於該水箱中，該光場穿透該水箱，經由該光學透鏡成像在該電荷耦合元件檢測器上，並傳至該電腦。
  2. 一種具有三倍物鏡視野的光學式超音波觀測裝置，至少包含：一連續式雷射光源；一電腦；一單晶片微控器裝置；一訊號產生器；一放大器；一聚焦式超音波，其中該電腦連接該單晶片微控器裝置，連接該訊號產生器，連接該放大器，以及連接該聚焦式超音波以產生一超音波源，該單晶片微控器裝置連接該連續式雷射光源以直接啟動連續式雷射光源，該電腦啟動該單晶片微控器裝置，該單晶片微控器裝置啟動該訊號產生器，傳送一訊號至該放大器以進行放大而控制該聚焦式 超音波；一衰減鏡片；一物鏡；一針孔；一片反射鏡以及二片分光鏡所形成的三倍物鏡視野擴束器；一水箱，該水箱內包含裝設一個具有45度角的石英玻璃；一光學透鏡；以及一電荷耦合元件檢測器；其中在該連續式雷射光源激發一光束後，該單晶片微控器裝置傳送該訊號至該電腦以控制該電荷耦合元件檢測器的一拍攝時間，以一平凸透鏡使該光束成為一平行光，由一針孔進入該擴束器，使用該擴束器將該平行光均勻且進行擴束以成為約5公分的一平行光場，該平行光場通過該擴束器的一分光鏡，分成一穿透平行光束與一反射平行光束，該穿透平行光束以一反射鏡進行反射，使該穿透平行光束與該反射平行光束平行，該穿透平行光束與該反射平行光束相切但不重疊，形成一光場於該水箱中，該光場穿透該水箱，經由該光學透鏡成像在該電荷耦合元件檢測器上，並傳至該電腦。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該擴束器中分光鏡的數目係為N-1，即N-1分光鏡形成N倍數擴束器，N大於4。
TW099133772A 2010-11-05 2010-11-05 一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法 TWI409452B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW099133772A TWI409452B (zh) 2010-11-05 2010-11-05 一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法
US12/929,219 US8462326B2 (en) 2010-11-05 2011-01-10 Schlieren type ultrasonic wave observer system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW099133772A TWI409452B (zh) 2010-11-05 2010-11-05 一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201219772A TW201219772A (en) 2012-05-16
TWI409452B true TWI409452B (zh) 2013-09-21

Family

ID=46019359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099133772A TWI409452B (zh) 2010-11-05 2010-11-05 一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8462326B2 (zh)
TW (1) TWI409452B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9140641B2 (en) 2013-08-13 2015-09-22 National Taiwan University Fluid analysis method and fluid analysis system
TWI613459B (zh) * 2014-12-29 2018-02-01 財團法人工業技術研究院 超音波波束成像系統與方法，及其波束合成電路

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9232117B2 (en) * 2013-03-12 2016-01-05 Metrolaser, Inc. Digital Schlieren imaging
TWI569776B (zh) * 2014-04-29 2017-02-11 佳世達科技股份有限公司 遠距超音波系統、超音波掃描裝置，及其超音波掃描方法
CN104759753B (zh) * 2015-03-30 2016-08-31 江苏大学 多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的方法
CN105043531B (zh) * 2015-05-21 2017-12-08 河海大学常州校区 声场测量装置及方法
JP6241897B2 (ja) * 2016-01-29 2017-12-06 株式会社アヤハエンジニアリング フィルム検査装置及びフィルム検査方法
CN106970157B (zh) * 2017-03-30 2019-04-05 河海大学常州校区 同时观测透明流体和透明固体内部声场的光学装置和方法
CN108508094B (zh) * 2018-03-19 2023-07-11 佛山科学技术学院 一种基于纹影法的材料吸声能力测试装置及测试方法
CN108593088B (zh) * 2018-04-25 2020-09-08 重庆医科大学 一种表征球形聚焦超声场的聚焦纹影系统
CN109870453B (zh) * 2019-03-08 2024-03-01 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种测量装置及系统
CN109974641B (zh) * 2019-04-15 2024-08-09 天津大学 一种声学探测装置、系统、方法、计算机设备及存储介质
CN110186885B (zh) * 2019-05-23 2020-09-01 中国科学院力学研究所 一种激光诱导荧光聚焦纹影系统
CN111579489A (zh) * 2020-07-01 2020-08-25 四川物科光学精密机械有限公司 一种谐振腔式高灵敏度纹影仪及其成像方法
CN112484954A (zh) * 2020-11-24 2021-03-12 中国航天空气动力技术研究院 一种判断流场状态信息的方法、系统及存储介质
CN113189012B (zh) * 2021-04-07 2022-12-30 山西大学 一种增强型光声传感装置及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151752A (en) * 1988-06-16 1992-09-29 Asahi Kogaku Kogyo K.K. Method of measuring refractive indices of lens and sample liquid

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2832214A (en) * 1954-08-05 1958-04-29 Zeiss Jena Veb Carl Arrangement for ultrasonic material testing
US3836950A (en) * 1970-03-05 1974-09-17 Trw Inc Acousto-optical multi-constituent flow monitoring method and apparatus
US3890829A (en) * 1973-04-11 1975-06-24 Zenith Radio Corp Method and apparatus for acoustical imaging
US4012951A (en) * 1976-03-08 1977-03-22 Kessler Lawrence W Acoustic examination methods and apparatus
FR2376419A1 (fr) * 1977-01-04 1978-07-28 Cgr Ultrasonic Dispositif de visualisation en temps reel pour appareil d'echographie ultrasonore, utilisant un milieu d'interaction acousto-optique
US4463608A (en) * 1979-05-07 1984-08-07 Yokogawa Hokushin Electric Corp. Ultrasound imaging system
US4426134A (en) * 1981-11-02 1984-01-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Three and four product surface-wave acousto-optic time integrating correlators
US4518992A (en) * 1982-11-17 1985-05-21 Sonoscan, Inc. Acoustic imaging system and method
US5463593A (en) * 1994-03-14 1995-10-31 Claudio I. Zanelli, Intec Research Company Apparatus for quantitative measurements of ultrasonic wave power distribution
KR101055475B1 (ko) * 2008-11-19 2011-08-08 삼성메디슨 주식회사 초음파 프로브의 음향 특성을 측정하는 시스템 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151752A (en) * 1988-06-16 1992-09-29 Asahi Kogaku Kogyo K.K. Method of measuring refractive indices of lens and sample liquid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陳聰瑛，以紋影法探討聚焦式超音波穿透柵狀異質物干擾之影響，長庚大學電機工程研究所，民國98年7月。 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9140641B2 (en) 2013-08-13 2015-09-22 National Taiwan University Fluid analysis method and fluid analysis system
TWI613459B (zh) * 2014-12-29 2018-02-01 財團法人工業技術研究院 超音波波束成像系統與方法，及其波束合成電路
US10048360B2 (en) 2014-12-29 2018-08-14 Industrial Technology Research Institute Ultrasound imaging system and method thereof, and beamforming circuit

Also Published As

Publication number Publication date
TW201219772A (en) 2012-05-16
US8462326B2 (en) 2013-06-11
US20120113430A1 (en) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI409452B (zh) 一種光學式超音波觀測裝置及其延遲同步控制的方法
CN107167929B (zh) 基于dmd的双模式光学超分辨显微成像装置及方法
CN1892676B (zh) 面部/虹膜组合光学成像的装置及方法
CN108801439A (zh) 一种声场测量装置及测量方法
CN103690141A (zh) 直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜及其成像方法
CN108169173A (zh) 一种大视场高分辨三维衍射层析显微成像方法
CN108037310A (zh) 一种用于显微粒子成像测速系统的图像采集装置及采集方法
WO2012172764A1 (ja) 光音響撮像システム、および光音響撮像装置
CN106970157B (zh) 同时观测透明流体和透明固体内部声场的光学装置和方法
CN103776548A (zh) 红外测温仪以及用于测量能量区域的温度的方法
CN211824967U (zh) 双目近眼显示器虚像距离测量的系统
CN105608738B (zh) 一种基于光场相机的火焰三维光度场重建方法
Pulkkinen et al. Ultrasound field characterization using synthetic schlieren tomography
CN101411607B (zh) 眼球结膜巩膜摄像装置
US11796469B2 (en) Real-time, reference-free background oriented schlieren imaging system
CN108154126A (zh) 虹膜成像系统及方法
CN109521580A (zh) 基于涡旋光子筛望远镜系统的多层成像装置和成像方法
CN108697321A (zh) 用于视线跟踪的系统和装置
CN206248212U (zh) 一种光源模块及应用其的线扫描多光谱成像系统
Bathel et al. Development of a self-aligned compact focusing Schlieren system for NASA test facilities
CN108801465B (zh) 一种激光偏振态测量装置及其测量方法
CN104048813A (zh) 一种激光损伤光学元件过程的记录方法及其装置
Pezzaniti et al. Four camera complete Stokes imaging polarimeter
CN105890575B (zh) 普通及特殊环境的人工智能机器视觉识别方法及装置
CN112903239A (zh) 一种单空泡流场中压缩波观测实验装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees