WO2004085978A2 - Procede et installation d'imagerie acousto-optique - Google Patents

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WO2004085978A2
WO2004085978A2 PCT/FR2004/000640 FR2004000640W WO2004085978A2 WO 2004085978 A2 WO2004085978 A2 WO 2004085978A2 FR 2004000640 W FR2004000640 W FR 2004000640W WO 2004085978 A2 WO2004085978 A2 WO 2004085978A2
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Michel Jean Gross
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for acousto-optical imaging.
  • acousto-optical imaging the beat of a local oscillator is detected with an acoustic component of a signal wave scattered by an object to be imaged, shifted in frequency by vibration to an acoustic frequency. From a point of said object to image from which we seek to obtain information of an optical nature.
  • a multi-pixel detection device can be used, by summing on the pixels of the detection device, rather than over time, as described in "Ultrasonic tagging of photon paths in scattering media: parallel speckle modulation processing ”, Optics Letters, Vol. 24, No. 3, February 1, 1999, page 181.
  • the local oscillator is of sufficiently low frequency to be detected by a multi detection device pixels, which generally has a low acquisition frequency. Nevertheless, a major problem remains, in that the weight of the local oscillator is generally too low. The heterodyne gain is then too low to be able to perform heterodyne detection with optimal noise.
  • the present invention aims in particular to overcome these drawbacks.
  • an acousto-optical imaging method of an object to be imaged comprising the steps consisting in:
  • (g) obtain the coordinates of a measurement point of the object to be imaged, to which the digital information is relative. This prevents the reference wave, which serves as a local oscillator, from passing through the object to be imaged. This makes it possible to have a sufficient level of local oscillator, and to extract, with a better signal / noise ratio, information relating to the measurement point for example for imaging purposes, in particular medical imaging. In addition, this imaging method makes it possible to obtain an exploitable signal even with low acoustic or optical powers, for example compatible with the security standards for imaged tissues associated with medical imaging.
  • step (f) an acoustic component of the part of the scattered signal wave applied to the detection device, this acoustic component being at a frequency corresponding to the sum of the frequency f of the incident wave and of a harmonic of the acoustic frequency f A (fi ⁇ Hf A , H non-zero integer); during step (a), said reference wave is generated at a frequency f R equal to or substantially equal to the sum of the frequency f ⁇ of the incident wave and said harmonic of the acoustic frequency f A (f R ⁇ f x ⁇ Hf A , H non-zero integer); during step (b), a focused acoustic wave is generated at a focal point located in the object to be imaged and during step (g), the coordinates of the measurement point are obtained, as being the coordinates of said focal point; repeating steps (a) to (g)
  • step (f ') at least one digital item of information is obtained by decoding said digital information obtained during steps (f) of each iteration as a function of the frequencies used, and, during step (g), the coordinates d are obtained '' at least one measurement point of the object to be imaged to which the digital information obtained during step (f ') is relative, by decoding said digital information obtained during steps (f) of each iteration as a function frequencies used; the following sequence of operations is carried out: the frequency of the acoustic wave is scanned, which is focused on an interval of coordinate points ([U-Dx, U + Dx], V, W) extended around the coordinate point (U, V, W) along the first direction of the object, a scan of the frequency f R of the reference wave is carried out jointly so as to maintain f R substantially equal to or equal to f ⁇ ⁇ Hf A , H being a non-zero integer, we record for each pixel r and for each frequency f A an interferogram I (f A ,
  • the complex amplitude E s (r) of the acoustic component is estimated from the interferogram I (r, t);
  • the detection device used is a mono-pixel detector and, during step (f), the digital information is obtained as being the intensity of the field of complex amplitude E s (r) scattered by the object ;
  • the detection device used is a multi-pixel detector, and during step (f), the digital information is extracted as being the sum over at least part of the pixels r of the intensity detection device the complex amplitude field E s (r) scattered by the object;
  • a spatial filtering device is used, so as to limit, in at least one direction, the angular extent of the part of the scattered signal wave which is seen by each pixel of the detection device (an average angular direction can thus be defined for the part of the scattered signal wave which is seen by each pixel of the detection device);
  • a spatial filtering device is used comprising a diaphragm, of dimensions X in a first diaphrag
  • step (f4) the digital information is extracted as being a linear combination of the sums thus obtained in each zone (this linear combination possibly comprising only one term);
  • the detection device comprises pixels arranged in a matrix comprising lines in a first detector direction and columns in a third detector direction, and step (f) comprises the following steps: (fl) a two-dimensional Fourier transform of the complex amplitude E s (r) is made, from the plane of the detection device to the space of the wave vectors, and a TF 2 E s field is thus obtained (k), 5 (f2) several summation zones are defined in the space of wave vectors,
  • a first summation zone called the central zone
  • a second summation zone called the left zone
  • a third summation zone called the right zone
  • a laser source of wavelength ⁇ emits '25 an emission wave, of frequency f L , means of amplitude modulation of the emission wave, generate a carrier wave of incident frequency fi, and at least one side band of amplitude modulation, which corresponds to a wave of frequency f R , 30.
  • a semi-reflecting mirror transmits part of the side band wave and part of the carrier wave forming the incident wave, and reflects part of the carrier wave and part of the side band wave forming the wave reference ;
  • a laser source of wavelength ⁇ emits an emission wave, of frequency f L
  • a first acousto-optical modulator transmits part of the emission wave to form the incident wave on the object to be imaged, and moreover generates a first frequency-offset wave, the frequency of which is offset by a value ⁇ fi, possibly negative, with respect to the emission wave, and.
  • a laser source of wavelength ⁇ emits an emission wave, of frequency f L
  • a semi-reflecting mirror transmits part of the emission wave to form l wave incident on the object to be imaged, and transmits a second part of the emission wave
  • a first acousto-optical modulator intercepts the second part of the emission wave and generates a first wave shifted in frequency, frequency offset by a value ⁇ fi, possibly negative, with respect to the emission wave
  • the object to be imaged is biological tissue; the vibration generating device is used to obtain acoustic information of the area of the object to be imaged, and the digital information extracted in step (f) is used in conjunction with said acoustic information.
  • the invention relates to an installation for acousto-optical imaging of an object to be imaged (OBJ) comprising:
  • a vibration generating means for vibrating in a first direction and an object at an acoustic frequency f a a zone of the object to be imaged, - means for applying said incident wave to the object to be imaged, thereby generating a wave broadcast signal, a detection device, means for applying at least part of this signal wave diffused on the detection device, means for applying the reference wave to the detection device without passing it through the object to be imaged, which generates at the point r of the detection device an interferogram I (r, t) varying over time t, and means for extracting from the interferogram digital information and the coordinates of a measurement point of the object to be imaged, at which l digital information is relative.
  • the installation also comprises the following elements: means for viewing said digital information relating to said measurement point of the object to be imaged, and means for moving the object to be imaged; the installation also includes a spatial filtering device, located downstream of the object to be imaged.
  • FIG. 1 describes a first example of implementation of the method according to the present invention
  • Figure 2 is a detailed diagram of an example of the device generation of two coherent waves according to the present invention
  • FIGS. 3 and 4 are graphs representing the phase difference between two coherent waves as a function of time, generally and in a particular case
  • FIG. 5 describes the first example of implementation of the method according to the present invention with the generation device of FIG. 2
  • FIG. 6 represents a map of the signal obtained
  • FIG. 7 represents a second example of implementation of the method according to the present invention
  • FIG. 8 is a detailed diagram of another example of the device for generating two coherent waves according to the present invention
  • - Figure 9 shows a detail of a third embodiment of the invention
  • Figure 10 shows the rear face of the diaphragm used in the third embodiment .
  • FIG. 1 shows a device for generating GEN waves, which generates: an incident optical wave INC, of wavelength ⁇ , of frequency fj, applied to an object to be imaged OBJ, and an optical reference wave REF of frequency f R.
  • the incident INC and REF reference waves are consistent with each other and have a known phase difference ⁇ (t). These optical waves can be emitted in the visible range, or possibly in the infrared or the ultraviolet.
  • the generation device GEN is adjusted so that the reference wave REF is offset in frequency with respect to the incident wave by a value equal to ⁇ f.
  • a generation device as shown in FIG. 2.
  • acousto-optical modulators MAOl and MA02 are for example made up of an acousto-optical cell of Tellurium dioxide (Te0 2 ), oriented at a given angle with the wave applied to it, namely the emission wave EMI and the shifted wave DEC respectively, and vibrating under the action of a high frequency generator, of frequency ⁇ fi and ⁇ f 2 respectively, and transmit at the same time a non-diffracted beam and a diffracted beam shifted in frequency.
  • Te0 2 acousto-optical cell of Tellurium dioxide
  • FIG. 5 represents the first embodiment of the invention with the generation device GEN of FIG. 2.
  • the object to be imaged OBJ on which the incident wave INC is applied is a scattering object for waves optical, for example a sample of biological tissue.
  • this sample can for example have a thickness of approximately 20 mm in the direction of propagation of the incident wave INC.
  • This sample can in particular be compressed between a front plate and a downstream plate, perpendicular to the direction of propagation of the incident wave INC, these two plates being part of a sample holder (not shown).
  • the upstream plate is for example entirely transparent and produced in particular from PMMA (Plexiglas®), while the downstream plate can for example be opaque and produced in particular from black bakelite.
  • the object to be imaged OBJ and its sample holder can be installed in the center of a tank 1, for example 180 mm in diameter and 150 mm in height.
  • This tank can be fitted with flat glass windows 50 mm in diameter, distant from
  • This vibration generating device is oriented along a first direction of the object x 0 , and emits an acoustic wave of frequency f A along this first direction of the object x 0 .
  • the vibration generator device TRANS then vibrates at the frequency f A a zone (Dx, Dy, Dz) of the object to be imaged, centered on a point of coordinates ( ⁇ , V, W) from which one seeks to obtain information.
  • the extent (Dy, Dz) of the vibrating object zone corresponds approximately to the dimension of the focal zone of the acoustic wave, in the transverse directions y and z, that is to say in the plane normal to the propagation direction x 0 of the acoustic wave emitted by the transducer.
  • the focal area is centered in (V, W).
  • U corresponds to the distance between the acoustic transducer and the focal point thereof along the direction of propagation of the acoustic wave.
  • the position and orientation of the transducer and the position of its focal point determine a measurement point of the object to be imaged OBJ, with coordinates (U, V, W).
  • the incident wave INC is applied to the object to be imaged OBJ, in a second direction of object z 0 , possibly identical to the first direction of object x 0 , to form a scattered signal wave DIF which is scattered by object in all directions.
  • part of the wave passes through the area (Dx, Dy, Dz) of the object to be imaged OBJ vibrating at the acoustic frequency f A.
  • the movement of the points of the object liable to scatter generates a modulation at the acoustic frequency f A of the phase of the scattered wave.
  • the vibration also produces a modulation of the optical index of the medium (also at the frequency f A ).
  • the principle of acousto-optical imaging then consists in detecting on a DET detection device this acoustic component of the signal wave scattered by the object, by making this acoustic component of the signal wave scattered interfere with a local oscillator of neighboring frequency. This is carried out according to the invention, using the reference wave REF not passing through the object to be imaged OBJ, as a local oscillator for the detection device.
  • the detection device has at least one detection cell in a plane x D , y D almost normal to the direction of observation z D (in the illustrative examples given in the figures, x D , y D , z D correspond to x 0 , ⁇ o, z 0 ).
  • the CCD camera is chosen to have a quantum yield sufficient for a wave at 850 nm, for example 5% or more.
  • a device is used to cause the diffused signal wave DIF coming from the object to be imaged OBJ and the reference wave REF to interfere on the detection device DET.
  • these two waves must be almost collinear (forming an angle of 5 ° at most). It is possible, for example, to use a semi-reflecting plate or a beam-splitting prism to guide the reference wave REF to the detection device DET.
  • the scattered signal wave DIF and the reference wave REF are made to interfere with the detection device, and an interferogram I (U, V, W, r, t) is recorded using this device, taken at time t, at point r of the detection device, and which corresponds to the measurement point of coordinates (U, V, W) of the object to be imaged, vibrating at the acoustic frequency f A.
  • a CALC processing device can be coupled to this installation, capable of extracting from the recorded temporal interferogram digital information relating to the measurement point, with coordinates (U, V, W), this information being able to be subsequently displayed in an image of the object.
  • This processing involves the calculation of the complex amplitude E s ( ⁇ , V, W, r) of the acoustic component of the scattered field, shifted in frequency by the acoustic vibration, on the detector.
  • the CALC processing unit processes the time-varying interferogram I (U, V, W, r, t) by a four-phase demodulation as follows:
  • N interferograms are then measured, each for a time T int , each interferogram corresponding to a distinct phase difference cpi known between the incident wave INC and the reference wave REF.
  • the total duration of the measurement is for example of the order of a second.
  • the 4-phase demodulation calculation can be carried out separately for each of the pixels r of the detection device.
  • N N average interferograms I ⁇ ( ⁇ , V, W, r ), a N-phase demodulation of the N interferograms measured in order to obtain information on the complex amplitude E s ( ⁇ , V, W, r) of the acoustic component of the DIF signal wave scattered by the object.
  • a second method for determining the complex amplitude E S (U, V, W, r) of the acoustic component consists, for example, in using the method known as "frequency chirping".
  • the complex interferogram I (U, V, W, r) thus decoded is directly proportional to the complex amplitude E s (U, V, W, r) of the acoustic component of the DIF scattered signal wave that one seeks to determine.
  • the size of the speckle grains is adapted to the size of the pixels of the camera.
  • This first condition corresponds to the so-called “anti-aliasing” condition.
  • this spatial filtering device will make it possible to isolate, according to the invention, the useful signal from the various noise components.
  • This filtering device is for example constituted by a rectangular diaphragm 2, positioned for example directly downstream of the object to be imaged OBJ, perpendicular to the direction of observation (and therefore almost parallel to the detection device), for example between the object to be imaged OBJ and the downstream plate of the sample holder, and elongated in a direction.
  • the observable zone upstream is thus of quasi-rectangular shape of approximately X mm and Y mm follow two directions perpendicular to the direction of observation. We can for example take z as the direction of observation, and x and y as axes for the diaphragm.
  • this device COL further comprises a lens 3 placed between the tank 1 and the detection device DET.
  • the focal point of lens 3 is located in the plane of the diaphragm
  • DIF passes through this liquid.
  • a focal lens L 250 mm is used, but other focal lengths may be suitable.
  • This spatial filtering device reduces the angular extent of the GIS part of the DIF scattered signal wave which reaches the DET detection device, which can be useful for adapting the size of the speckle grains to the dimension of the pixels of the camera.
  • the signal wave DIF scattered by the object to be imaged OBJ can occupy a wide solid angle, of the order of Tr steradants, and can be broken down into a superposition of plane waves very different K s wave vector elements.
  • Each Kg wave vector has, in the plane of the detector (x D , y D ) ⁇ two coordinates K x and K y .
  • SINC SINC (d x . ( X - K x0 )). SINC (d ⁇ . (K y - K y0 )) ⁇ 1 - Ea
  • Ea is a extinction factor quantifying the loss of contrast of the fringes linked to the spatial integration of the detector
  • d x and d ⁇ respectively represent the characteristic dimensions of the elementary detectors of the detection device in the directions x D and y D.
  • the measurement must be limited to an elementary angular field of the signal wave SIG, corresponding to a cone of angle (+ ⁇ x ; ⁇ ⁇ y ) around the direction of the wave vector Ko of the wave of REF reference, the dimensions ⁇ x and ⁇ y of this elementary angular field having to be appreciably less than or equal to ⁇ / 2d x and ⁇ / 2d ⁇ respectively to respect said condition of “anti-aliasing”, where ⁇ is the length d 'reference wave REF.
  • a judicious choice of the geometry of the COL spatial filtering device, and of the detection device allows furthermore to isolate the useful signal from the different terms which appear in the signal resulting inter alia from the analysis of the interferograms I (U, V, W, r, t).
  • the discussion is carried out in the case of 4-phase demodulation but a similar discussion could be made in the case of detection by “frequency chirping”, or other similar technique.
  • the interferogram I (U, V, W, r, t) corresponds to the total intensity I ⁇ seen by the detection device, ie the square of the module of the complex amplitude E (
  • E ⁇ + E R + E s ) * corresponds to the interference between the part of the signal wave diffused at the frequency f ⁇ and itself, that is to say the interference between the ordinary speckle and the ordinary speckle
  • E R .E R * corresponds to the interference between the reference wave and itself
  • E R .E ⁇ * corresponds to the interference between the reference wave and the ordinary speckle
  • E s * corresponds to the interference between the ordinary speckle and the acousto-optic speckle
  • E R .E S * corresponds to the interference between the reference wave and the acousto-optic speckle, which constitutes the term carrying relevant information.
  • the spatial filtering device COL makes it possible to reduce the angular extent of the wave coming from the object which can behave at the level of the detection device like a quasi-plane wave. This is in particular the case of the parts of the scattered signal wave having a complex amplitude Ei and E s .
  • the reference wave REF is, in the present embodiment, a plane wave.
  • Ei. E s * vary slowly in space along the x and y directions of the detection device. Furthermore, the term E R .E r * varies rapidly over time (at a frequency close to f) and is average at zero due to the low acquisition frequency of the detector. It is therefore easy to isolate by a suitable digital processing the relevant term E R .E S *, (which makes it possible to determine E s ) - If we choose an angular offset ⁇ ⁇ sufficient between the reference wave and the wave signal broadcast, this term is the only one to vary slowly in time, and rapidly in space along the y direction. This direction y corresponds to the direction of the width of the diaphragm, and to the direction y D of the plane of the detector.
  • One way of extracting the relevant information consists in carrying out a Fourier transformation of the complex amplitude E S (U, V, W, r) calculated above, along the directions x and y of the plane of the detector (or possibly the only direction y).
  • a signal TF E S (U, V, W, k) is then obtained, k being the space coordinate of the wave vectors.
  • a map of the signal TF E s (U, V, W, k) obtained after the Fourier transform is shown in FIG. 6, which is an angular representation in the space of the wave vectors.
  • N-phase demodulation should in theory make it possible to completely eliminate the interference term between the reference wave and the reference wave (E R .E R *), if the experience was perfectly stable over time. This is never perfectly the case, and there therefore remains a fairly large parasitic component. However, this term varies slowly along the x and y directions of the detector plane, which leads, in the space of wave vectors, due to the two-dimensional Fourier transform, to a narrow peak centered on the origin of the coordinates (zone 4 of figure 6).
  • the demodulation with N phases should make it possible to eliminate the term of interference between the ordinary speckle and the speckle - ordinary (E ⁇ .E ⁇ *)> if the experiment was perfectly stable over time, and if the speckle remained static without decorrelating. This is never perfectly the case, and there therefore remains a fairly large parasitic component (zone 2 of FIG. 6). This term is even the dominant noise term for certain objects to be imaged in which the speckle does not remain static (for example for certain biological tissues).
  • This interference term between the ordinary speckle and the ordinary speckle is, like the interference term between the reference wave and the reference wave, centered on the origin of the vector space. wave.
  • the amplitude of the ordinary speckle field has a finite angular extent, which corresponds to the interval [-Y / 2L; Y / 2L].
  • This noise thus presents an envelope of delimited pyramidal shape which is centered on the origin of the coordinates of the space of the wave vectors.
  • the interference between the acousto-optic speckle and the acousto-optic speckle (E S .E S *) is a diagonal second order term. Apart from its lower intensity, this term does not differ from the interference term between the ordinary speckle and the ordinary speckle described above.
  • the interference term between the reference wave and ' the ordinary speckle (E R .E ⁇ *) is at a frequency approximately f R - f ⁇ approximately equal to f A or approximately 2.2 MHz. This interference term is thus averaged at zero during the duration of acquisition of each image due to the low acquisition frequency of the detection device and can therefore be neglected.
  • the interference term between the ordinary speckle and the acousto-optic speckle (E T _.E S *), in addition to being a second order term, also has a frequency approximately equal to the frequency of l acoustic wave f A and can therefore average zero at the time of acquisition of each image. It can therefore be overlooked.
  • the relevant term to extract from the interference between the signal wave SIG and the reference wave REF is therefore the term of interference between the reference wave and the acousto-optic speckle (E R .E S *).
  • This term corresponds to zone 3 and to the interval [Y3-; Y3 + ] of Figure 6.
  • zone 3 being directly proportional to Y, we will be tempted to increase the width of the diaphragm so much. that we respect the condition of "aliasing" Y 3+ ⁇ / 2d ⁇ .
  • Y 3 we will be tempted to increase the width of the diaphragm so much. that we respect the condition of "aliasing" Y 3+ ⁇ / 2d ⁇ .
  • This efficiency corresponds to the loss of contrast of the interferograms due to the integration of the interferograms on pixels of finite size. For contiguous pixels, there is an efficiency factor following a sine law similar to that introduced previously for "aliasing".
  • Y 3+ being equal to 2Y / L, this makes it possible to adapt, according to the laser used and the detector used, the characteristics of the spatial filtering device.
  • FIG. 6 thus represents the cartography of the zones obtained in the space of the wave vectors by the present invention after the two-dimensional Fourier transform.
  • This map can be broken down into a central column or zone 2, of extent [-Y / L, Y / L], a left column or zone 1, and a right column or zone 3.
  • zone 4 represents the interference term between the reference wave and itself (E R .E R *).
  • zone 3 represents the region of the space of wave vectors where the useful signal according to the invention is detected.
  • zone 3 could of course be located on the left of FIG. 6.
  • the relevant information which makes it possible to calculate the complex amplitude E s of the acoustic component, corresponds to the interference between the reference wave and the acousto-optic speckle (E R .E S *).
  • Numerical information relating to the measurement point (U, V, W) of the object to be imaged is for example obtained by summing the intensities calculated on the pixels of the area 3 (.
  • the choice of the angle ⁇ ⁇ makes it possible to properly separate the signals obtained, but the adequate positioning of the device making it possible to use a given angle ⁇ ⁇ , may require a control step.
  • this control step an image is obtained, for example by suppressing the acoustic wave and by adjusting the frequency f R of the reference wave, so as to detect the component of the field scattered at the frequency f ⁇ .
  • the lens is positioned precisely so that a clear image of the area seen through the diaphragm 4 is obtained by Fourier transform of the signal detected in the plane of the detection device.
  • the edge of the calculation matrix corresponds to the “aliasing” condition.
  • the control step ensures, for example, that the outer edge of the area containing the useful signal is not too near the edge of the calculation matrix, and / or that the noise-containing area and the area containing the useful signal are in contact at the internal edge of this area, but do not overlap.
  • FIG. 7 represents a second example of implementation of the method according to the invention in which the spatial filtering device is not used. Indeed, for low laser intensities, and if the speckle decorrelation term is not too large, the “shot noise” becomes the dominant noise. This is the case when, with the first example of implementation (FIG. 5), the values of the sums, measured in zones 1 and 2, are close. This configuration is also useful for other applications where the acoustic wave is of sufficient power to achieve a sufficient acousto-optical conversion efficiency. The signal associated with the acoustic component can then be greater than the speckle decorrelation noise.
  • FIG. 8 represents another generation device used to implement the method according to the invention in the particular case of the second example of FIG. 7.
  • the EMI emission wave of wavelength ⁇ , emitted by the LAS laser, is intercepted by an AM amplitude modulation device.
  • This device generates a carrier wave POR, of frequency f ⁇ , and two lateral bands modulated in amplitude LATMOD and LATMOD ', of frequency f R.
  • These three waves are applied to a semi-transparent slide, which transmits part of each of these waves, applied to the object to be imaged OBJ.
  • the transmitted part of the carrier wave constitutes the incident wave INC.
  • the semi-transparent plate reflects a part of each of these waves towards the detection device, the reflected part of LATMOD constituting the reference wave REF.
  • This device is only suitable for the second embodiment, where no spatial filtering device is used, because in the case of a lateral intensity modulation band, spatial filtering does not allow the different terms d 'interference.
  • FIG. 9 describes a detail of a third embodiment of the present invention and of the spatial filtering device.
  • the reference wave REF is no longer a plane wave, but a spherical wave of frequency f R.
  • a spherical reference wave can for example be obtained from the reference wave plane generated by a GEN generation device previously described, by focusing the plane reference wave, using a lens 5, on a small mirror 4 situated for example in the plane of the diaphragm 2.
  • the reference wave REF can also arrive at the mirror 4 at an angle ⁇ ⁇ so that it is reflected and arrives at the detection device DET by forming an angle ⁇ ⁇ with the signal wave SIG.
  • a converging lens 3 is not necessarily used to collimate the signal wave in the direction of the DET detector, in fact, the divergent nature of the reference wave fulfills an analogous role.
  • the diaphragm 2 can be removed from the sample holder of the object to be imaged OBJ, and placed between the tank and the DET detection device, or possibly fix it on the downstream face of the tank 1.
  • This arrangement can be advantageous if the acoustic coupling between the transducer TRANS, of acoustic frequency f A , and the object to be imaged OBJ is produced by a tank filled with water 1, and this latter is located on the light path traveled by the REF reference wave before reaching the mirror 4. (This arrangement is also valid for the other embodiments where a diaphragm is used.)
  • FIG. 10 represents the diaphragm 2 provided with the mirror 4, viewed from the DET detection device.
  • the diaphragm 2 has a slot, for example central, of width Y and height X.
  • a mirror 4 for example circular, is placed at mid-height of the slot.
  • the mirror 4 is moreover laterally offset with respect to the slot of the diaphragm 2. This lateral offset is linked to the offset of zones 2 and 3 of FIG. 6 that one seeks to achieve, once the calculations have been made by the processing device CALC.
  • zones 2 are obtained. and 3 of Figure 6 juxtaposed, but not overlapping.
  • a mirror 4 of dimensions such that the mirror does not encroach on the slot of the diaphragm 2.
  • This embodiment also makes it easy to find an optimal position of the DET detector making it possible to obtain good quality information for the point studied (U, V, W) of the object to be imaged OBJ. Indeed, by increasing L, that is to say by moving the detection device DET away from the diaphragm 2, the angle between the signal wave SIG and the reference wave REF decreases, so that the condition of "Aliasing" is better respected.
  • the optimal positioning of the detector is achieved independently of the relative positioning of the zones 2 and 3 of FIG. 6, which is itself achieved by the adequate placement of the focal point of the reference wave (center of the mirror 4 on the diaphragm 2).
  • digital information has been obtained relating to the measurement point, of coordinates (U, V, W) of the object (in the case of demodulation with N phases) or relating to each point of the interval ([U-Dx, U + Dx], V, W) of the points of the object (in the case of "frequency chirping" or other analogous method), that is to say a point information or 1D.
  • the displacement of the position of the focal point can be obtained, either by moving the transducer (in the x, y or z direction considered) while maintaining the acoustic coupling between the transducer and the object to be imaged, or by using several transducers of different focal points, for example.
  • the spatial filtering device COL if one is used
  • the DET detector or even the device used to make the reference wave interfere with the detector, and all or part of the GEN generation device jointly to the displacement of the position of the focal point ie of the coordinate measuring point (U, V, W).
  • any device according to the invention can also be coupled to a conventional acoustic imaging device.
  • the coupling of these two devices thus makes it possible to obtain the object to imaging OBJ purely acoustic information supplied by the acoustic transducer by a conventional ultrasound imaging technique, and optical information supplied by the device according to the invention.

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Abstract

Un procédé d'imagerie acousto-optique d'un objet à imager (OBJ) comprend les étapes consistant à (a) générer une onde optique incidente (INC), et une onde optique de référence (REF), cohérente avec l'onde incidente (INC), (b) faire vibrer à une fréquence acoustique une zone de l'objet à imager (OBJ), (c) appliquer l'onde incidente (INC) sur l'objet à imager (OBJ), et générer ainsi une onde signal diffusée (DIF), (d) appliquer au moins une partie de l'onde signal diffusée sur un dispositif de détection (DET), (e) appliquer l'onde de référence (REF) sur le dispositif de détection (DET) sans la faire passer à travers l'objet à imager (OBJ), ce qui génère un interférogramme I (r, t), (f) extraire de l'interférogramme I (r, t) une information numérique, et (g) obtenir les coordonnées (U, V, W) d'un point de mesure de l'objet à imager (OBJ) auquel l'information numérique est relative.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION D' IMAGERIE ACOUSTO-OPTIQUE
La présente invention est relative à un procédé et à une installation d'imagerie acousto-optique. En imagerie acousto-optique, on détecte le battement d'un oscillateur local avec une composante acoustique d'une onde signal diffusée par un objet à imager, décalée en fréquence par la vibration à une fréquence acoustique ..d' un point dudit objet à imager dont on cherche à obtenir une information de nature optique.
En imagerie acousto-optique mono pixel, la mesure du battement entre la composante de l'onde signal diffusée sans décalage de fréquence, qui sert d'oscillateur local, et la composante acoustique de l'onde signal, qui porte l'information, présente un bruit important car la mesure dudit battement est effectuée en un seul point du plan de détection alors que ces deux composantes varient chacune de manière aléatoire dans ce plan. Il est nécessaire d' effectuer une sommation dans le temps du carré de l'amplitude dudit battement pour obtenir une information présentant un meilleur rapport signal/bruit.
Pour pallier cet inconvénient, on peut utiliser un dispositif de détection multi pixels, en effectuant une sommation sur les pixels du dispositif de détection, plutôt que dans le temps, tel que décrit dans « Ultrasonic tagging of photon paths in scattering média: parallel speckle modulation processing », Optics Letters, Vol. 24, No. 3, 1er février 1999, page 181. Dans ce cadre, il est nécessaire de moduler la puissance du laser à une fréquence proche de la fréquence acoustique, de manière à ce que le battement entre la composante acoustique de l'onde signal, portant l'information, et la bande latérale de modulation
(l'oscillateur local) soit de fréquence suffisamment basse pour être détecté par un dispositif de détection multi pixels, qui possède en général une faible fréquence d'acquisition. Néanmoins, un problème majeur demeure, en ce que le poids de l'oscillateur local est en général trop faible. Le gain hétérodyne est alors trop faible pour pouvoir effectuer une détection hétérodyne avec un bruit optimal.
La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients.
A cet effet, on prévoit selon l'invention, un procédé d'imagerie acousto-optique d'un objet à imager comprenant les étapes consistant à :
(a) générer une onde optique incidente, de fréquence fτ , et une onde optique de référence, de fréquence fR, cette onde de référence étant cohérente avec l'onde incidente, et présentant avec elle une différence de phase φι(t) connue,
(b) faire vibrer dans une première direction d'objet et à une fréquence acoustique fA, une zone de l'objet à imager à l'aide d'un dispositif générateur de vibrations,
(c) appliquer ladite onde incidente sur l'objet à imager, et générer ainsi une onde signal diffusée,
(d) appliquer au moins une partie de l'onde signal diffusée sur un dispositif de détection, (e) appliquer l'onde de référence sur le dispositif de détection sans la faire passer à travers l'objet à imager, ce qui génère au point r du dispositif de détection un interférogramme I (r , t) variant au cours du temps t,
(f) extraire de l' interférogramme I (r, t) une information numérique, et
(g) obtenir les coordonnées d'un point de mesure de l'objet à imager, auquel l'information numérique est relative. On évite ainsi que l'onde de référence, qui sert d'oscillateur local, traverse l'objet à imager. Ceci permet d'avoir un niveau suffisant d'oscillateur local, et d'extraire, avec un meilleur rapport signal/bruit, des informations
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relatives au point de mesure par exemple à des fins d'imagerie, en particulier d'imagerie médicale. De plus, ce procédé d'imagerie permet d'obtenir un signal exploitable même avec de faibles puissances acoustiques ou optiques, par exemple compatibles avec les normes de sécurité pour les tissus imagés associées à l'imagerie médicale.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - au cours de l'étape (f) , on détecte une composante acoustique de la partie de l'onde signal diffusée appliquée sur le dispositif de détection, cette composante acoustique étant à une fréquence correspondant à la somme de la fréquence f de l'onde incidente et d'un harmonique de la fréquence acoustique fA (fi ± H.fA, H entier non nul) ; au cours de l'étape (a), on génère ladite onde de référence à une fréquence fR égale ou sensiblement égale à la somme de la fréquence fτ de l'onde incidente et dudit harmonique de la fréquence acoustique fA (fR ≈ fx ± H.fA, H entier non nul) ; au cours de l'étape (b) , on génère une onde acoustique focalisée en un point focal situé dans l'objet à imager et au cours de l'étape (g), on obtient les coordonnées du point de mesure, comme étant les coordonnées dudit point focal ; on répète les étapes (a) à (g) pour différents points focaux de l'onde acoustique dans l'objet à imager, ces différents points focaux étant alignés suivant la première direction d'objet ; au cours d'une première itération, on effectue les étapes (a) à (f) pour une première fréquence fA de l'onde acoustique et une première fréquence fR de l'onde de référence, au cours d'au moins une deuxième itération, on répète les étapes (a) à (f) pour une deuxième fréquence f'A de l'onde acoustique et une deuxième fréquence f'R de l'onde de référence, ces deuxièmes fréquences étant codées respectivement avec les premières fréquences, le procédé comprenant en outre une étape au cours de laquelle :
(f' ) on obtient au moins une information numérique en décodant lesdites informations numériques obtenues au cours des étapes (f) de chaque itération en fonction des fréquences utilisées, et, au cours de l'étape (g), on obtient les coordonnées d'au moins un point de mesure de l'objet à imager auquel l'information numérique obtenue au cours de l'étape (f' ) est relative, en décodant lesdites informations numériques obtenues au cours des étapes (f) de chaque itération en fonction des fréquences utilisées ; on effectue la suite d' opérations suivantes : on effectue un balayage de la fréquence de l'onde acoustique, qui est focalisée sur un intervalle de points de coordonnées ( [U-Dx, U+Dx] , V, W) étendu autour du point de coordonnées (U, V, W) suivant la première direction d'objet, on effectue conjointement un balayage de la fréquence fR de l'onde de référence de manière à maintenir fR sensiblement égale ou égale à fτ ± H.fA, H étant un entier non nul, on enregistre pour chaque pixel r et pour chaque fréquence fA un interférogramme I (fA, V, W, r) associé à l'ensemble des points ( [U-Dx, ϋ+Dx] , V, W) de l'intervalle étendu, on effectue, pour chaque pixel r, une transformation de Fourier 1D fréquence → temps suivant la fréquence fA de l' interférogramme I(fA, V, W, r) , et on obtient au moins un interférogramme I (r) associé au moins à un point de mesure de coordonnées (U', V, W) en remplaçant le temps obtenu après la transformée de Fourier par la cote U' suivant la première direction d'objet à l'aide de la vitesse de propagation de l'onde acoustique dans l'objet à imager (U1 valant éventuellement U) ; on répète au moins les étapes (a) à (g) après avoir imposé - un déplacement du dispositif générateur de vibrations relativement à l'objet à imager selon une direction non parallèle à la première direction d'objet de
.l'objet à imager ;
- au cours de l'étape (f) , on estime l'amplitude complexe Es (r) de la composante acoustique à partir de l' interférogramme I (r, t) ; le dispositif de détection utilisé est un détecteur mono-pixel et, au cours de l'étape (f) , on obtient l'information numérique comme étant l'intensité du champ d'amplitude complexe Es (r) diffusé par l'objet ; - le dispositif de détection utilisé est un détecteur multi-pixels, et au cours de l'étape (f) , on extrait l'information numérique comme étant la somme sur au moins une partie des pixels r du dispositif de détection de l'intensité du champ d'amplitude complexe Es (r) diffusé par l'objet ; au cours de l'étape (d) on utilise un dispositif de filtrage spatial, de manière à limiter, suivant au moins une direction, l'étendue angulaire de la partie de l'onde signal diffusée qui est vue par chaque pixel du dispositif de détection (on peut définir ainsi une direction angulaire moyenne pour la partie de l'onde signal diffusée qui est vue par chaque pixel du dispositif de détection) ; on utilise un dispositif de filtrage spatial comprenant un diaphragme, de dimensions X selon une première direction de diaphragme et Y selon une troisième direction de diaphragme, et une lentille de focale L, de foyer objet situé directement en aval de l'objet à imager pour limiter l'étendue angulaire de la partie de l'onde signal diffusée qui est vue par chaque pixel du dispositif de détection, et l'onde de référence appliquée sur le dispositif de détection est globalement une onde plane (la direction d'application de l'onde acoustique, de l'onde incidente, et les directions du diaphragme ne sont pas nécessairement liées) ; on utilise un dispositif de filtrage spatial comprenant un diaphragme de dimensions X selon la première direction de diaphragme et Y selon la troisième direction de diaphragme, disposé entre l'objet à imager et le dispositif de détection à une distance L de celui-ci, pour limiter l'étendue angulaire de la partie de l'onde signal diffusée qui est vue par chaque pixel du dispositif de détection, et l'onde de référence appliquée sur le dispositif de détection est une onde spherique issue d'un point source situé dans le plan du diaphragme (la direction d'application de l'onde acoustique, de l'onde incidente, et les directions du diaphragme ne sont pas nécessairement liées) ; - l'onde de référence et l'onde signal diffusée interfèrent sur le dispositif de détection en formant un angle θγ non nul, θγ étant mesuré dans le plan d'incidence de ces deux ondes sur le dispositif de détection ; le dispositif de détection utilisé est un détecteur multi-pixels, et on isole la partie de la composante acoustique, d'amplitude complexe Es ( r) , qui varie rapidement dans l'espace dans le plan du dispositif de détection (le dispositif de détection est dans un plan quasi-orthogonal à la direction de l'onde de référence, et la partie qu'on cherche à isoler correspond aux composantes de l' interférogramme I (r) qui varient rapidement dans l'espace et lentement dans le temps) ; - le dispositif de détection comporte des pixels disposés en matrice comprenant des lignes selon une première direction de détecteur et des colonnes selon une troisième direction de détecteur, et l'étape (f) comprend les étapes suivantes : (fl) on fait pour au moins une ligne ou une colonne une transformée de Fourier à une dimension le long de cette ligne ou colonne du dispositif de détection vers l'espace des vecteurs d'onde, de l'amplitude complexe
Es (r) , et on obtient ainsi pour cette ligne ou colonne un champ TFi Es (k) ,
(f2) on définit plusieurs zones de sommation dans l'espace des vecteurs d'onde,
(f3) on somme dans au moins une zone les intensités du champ TFX Es (k) en chaque point k de cette zone, et
(f4) on extrait l'information numérique comme étant une combinaison linéaire des sommes ainsi obtenues en chaque zone (cette combinaison linéaire ne comprenant éventuellement qu'un seul terme) ; - le dispositif de détection comporte des pixels disposés en matrice comprenant des lignes selon une première direction de détecteur et des colonnes selon une troisième direction de détecteur, et l'étape (f) comprend les étapes suivantes : (fl) on fait une transformée de Fourier à deux dimensions de l'amplitude complexe Es (r) , depuis le plan du dispositif de détection vers l'espace des vecteurs d'onde, et on obtient ainsi un champ TF2 Es (k) , 5 (f2) on définit plusieurs zones de sommation dans l'espace des vecteurs d'onde,
(f3) on somme dans au moins une zone les intensités du champ TF2 Es ( k) en chaque point k de cette zone, et 10 (f4) on extrait l'information numérique comme étant une combinaison linéaire des sommes ainsi obtenues en chaque zone (cette combinaison linéaire ne comprenant éventuellement qu'un seul terme) ; l'angle θγ est environ égal à 3Y/2L, au cours
15 de l'étape (f2), on définit une première zone de sommation, dite zone centrale, une deuxième zone de sommation, dite zone de gauche, et une troisième zone de sommation dite zone de droite et, au cours de l'étape (f4), on extrait l'information numérique comme étant une combinaison
20 linéaire de la valeur de la somme de la zone de gauche et de la somme de la zone de droite (cette combinaison linéaire ne comprenant éventuellement qu'un seul terme) ; au cours de l'étape (a), une source laser de longueur d'onde λ, émet '25 une onde d'émission, de fréquence fL, des moyens de modulation d' amplitude de l'onde d'émission, génèrent une onde porteuse de fréquence incidente fi, et au moins une bande latérale de modulation d'amplitude, qui correspond à une onde de fréquence fR, 30 . un miroir semi réfléchissant, transmet une partie de l'onde bande latérale et une partie de l'onde porteuse formant l'onde incidente, et réfléchit une partie de l'onde porteuse et une partie de l'onde bande latérale formant l'onde de référence ; au cours de l'étape (a), une source laser de longueur d'onde λ, émet une onde d'émission, de fréquence fL, un premier modulateur acousto-optique transmet une partie de l'onde d'émission pour former l'onde incidente sur l'objet à imager, et génère de plus une première onde décalée en fréquence, dont la fréquence est décalée d'une valeur δfi, éventuellement négative, par rapport à l'onde d'émission, et . un deuxième modulateur acousto-optique intercepte la première onde décalée en fréquence et génère une deuxième onde décalée en fréquence, dont la fréquence est décalée d'une valeur δf2, éventuellement négative, par rapport à l'onde décalée, la deuxième onde décalée en fréquence formant l'onde de référence, dont la fréquence est ainsi décalée en fréquence par rapport à l'onde incidente d'une valeur δf=δfι+δf2, déterminant ainsi une différence de phase <pi(t) connue entre ces deux ondes ; (le plus souvent δfi et δf2 sont de signe opposé) - au cours de l'étape (a), deux sources laser indépendantes, verrouillées en phase par un asservissement électronique, génèrent les ondes incidente et de référence, présentant une différence de phase cpι(t) connue entre elles . - au cours de l'étape (a), une source laser de longueur d' onde λ, émet une onde d'émission, de fréquence fL, un miroir semi réfléchissant transmet une partie de l'onde d'émission pour former l'onde incidente sur l'objet à imager, et transmet une deuxième partie de l'onde d'émission, un premier modulateur acousto-optique intercepte la deuxième partie de l'onde d'émission et génère une première onde décalée en fréquence, de fréquence décalée d'une valeur δfi, éventuellement négative, par rapport à l'onde d'émission, et un deuxième modulateur acousto-optique intercepte la première onde décalée en fréquence et génère une deuxième onde décalée en fréquence, dont la fréquence est décalée d'une valeur δf2, éventuellement négative, par rapport à l'onde décalée, la deuxième onde décalée en fréquence formant l'onde de référence, dont la fréquence est ainsi décalée en fréquence par rapport à l'onde incidente d'une valeur δf=δfι+δf , déterminant ainsi une différence de phase φi(t) connue entre ces deux ondes ; (le plus souvent δfi et δf2 sont de signe opposé)
- l'objet à imager est un tissu biologique ; le dispositif générateur de vibrations est utilisé pour obtenir une information acoustique de la zone de l'objet à imager, et l'information numérique extraite à l'étape (f) est utilisée conjointement à ladite information acoustique.
Selon un autre aspect, l'invention concerne une installation d'imagerie acousto-optique d'un objet à imager (OBJ) comprenant :
- des moyens pour générer une onde optique incidente, de fréquence fl r et une onde optique de référence de fréquence fR, cette onde de référence étant cohérente avec l'onde incidente et présentant avec elle une différence de phase φι(t) connue, un dispositif générateur de vibration pour faire vibrer dans une première direction d'objet et à une fréquence acoustique fA une zone de l'objet à imager, - des moyens pour appliquer ladite onde incidente sur l'objet à imager, générant ainsi une onde signal diffusée, un dispositif de détection, des moyens pour appliquer au moins une partie de cette onde signal diffusée sur le dispositif de détection, des moyens pour appliquer l'onde de référence sur le dispositif de détection sans la faire passer à travers l'objet à imager, ce qui génère au point r du dispositif de détection un interférogramme I (r, t) variant au cours du temps t, et des moyens pour extraire de l' interférogramme une information numérique et les coordonnées d'un point de mesure de l'objet à imager, auquel l'information numérique est relative.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- l'installation comprend en outre les éléments suivants : des moyens pour visualiser ladite information numérique relative audit point de mesure de l'objet à imager, et des moyens pour déplacer l'objet à imager ; l'installation comprend en outre un dispositif de filtrage spatial, situé en aval de l'objet à imager.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs de ses modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs.
L'invention sera également mieux comprise à l'aide des dessins, sur lesquels : - la figure 1 décrit un premier exemple de mise en œuvre du procédé selon la présente invention, la figure 2 est un schéma détaillé d'un exemple du dispositif de génération de deux ondes cohérentes selon la présente invention, les - figures 3 et 4 sont des graphiques représentant la différence de phase entre deux ondes cohérentes en fonction du temps, de façon générale et dans un cas particulier, - la figure 5 décrit le premier exemple de mise en œuvre du procédé selon la présente invention avec le dispositif de génération de la figure 2, la figure 6 représente une cartographie du signal obtenu, - la figure 7 représente un deuxième exemple de mise en œuvre du procédé selon la présente invention, la figure 8 est un schéma détaillé d'un autre exemple du dispositif de génération de deux ondes cohérentes selon la présente invention, - la figure 9 représente un détail d'un troisième mode de réalisation de l'invention, et la figure 10 représente la face arrière du diaphragme utilisé dans le troisième mode de réalisation.
La figure 1 montre un dispositif de génération d'ondes GEN, qui génère : une onde optique incidente INC, de longueur d'onde λ, de fréquence fj, appliquée sur un objet à imager OBJ, et une onde optique de référence REF de fréquence fR.
Les ondes incidente INC et de référence REF sont cohérentes entre elles et présentent une différence de phase φι(t) connue. Ces ondes optiques peuvent être émises dans le domaine visible, ou éventuellement dans l'infrarouge ou l'ultraviolet.
Le dispositif de génération GEN est réglé de manière à ce que l'onde de référence REF soit décalée en fréquence par rapport à l'onde incidente d'une valeur égale à δf. Il existe de nombreuses possibilités pour réaliser un tel dispositif de génération, et on peut par exemple utiliser un dispositif de génération tel que représenté sur la figure 2. Ce dispositif de génération comprend : - une source laser LAS émettant une onde optique d'émission EMI à la fréquence fL, un premier modulateur acousto-optique MAOl transmettant une partie de l'onde d'émission EMI pour former l'onde incidente INC à la fréquence fl r et générant en outre une onde DEC décalée de δfi en fréquence, et un deuxième modulateur acousto-optique MA02 interceptant l'onde DEC décalée en fréquence, de fréquence fL + δfi, afin de décaler à nouveau cette onde d'une fréquence δf2 pour générer ainsi une onde de référence REF à la fréquence fR = f + δfx + δf2, δfi et/ou δf2 étant éventuellement négatif (δfx et δf2 sont le plus souvent de signe opposé) .
Ces modulateurs acousto-optiques MAOl et MA02 sont par exemples constitués d'une cellule acousto-optique de dioxyde de Tellurium (Te02) , orientée selon un angle donné avec l'onde qui lui est appliquée, à savoir l'onde d'émission EMI et l'onde décalée DEC respectivement, et vibrant sous l'action d'un générateur haute fréquence, de fréquence δfi et δf2 respectivement, et transmettent à la fois un faisceau non diffracté et un faisceau diffracté décalé en fréquence. Les deux modulateurs acousto-optiques
MAOl et MA02 effectuant le décalage en fréquence de l'onde de référence REF par rapport à l'onde laser ont par exemple des fréquences voisines de 80 MHz, de sorte que ces deux ondes peuvent être décalées entre elles par un décalage en fréquence δf = δfi + δf2, qui peut être fixé entre quelques hertz et quelques dizaines de mégahertz environ.
En variante, il est également possible d'utiliser un autre dispositif de génération (non représenté) où l'on extrait l'onde incidente INC de la source laser LAS à l'aide d'un miroir serai transparent (ou tout autre dispositif) placé en amont du premier modulateur acousto- optique MAOl, qui génère alors l'onde décalée DEC à partir de la partie de l'onde incidente transmise par le miroir se i transparent (ou tout autre dispositif analogue placé entre la source laser LAS et le premier modulateur acousto- optique) .
On peut éventuellement aussi utiliser deux sources laser indépendantes, verrouillées en phase par un asservissement électronique, et générant des ondes incidente INC et de référence REF présentant une différence de phase φ±(t) connue entre elles.
Dans ces modes de réalisation d'un dispositif de génération, la (ou les) source laser LAS peut par exemple comporter une diode laser stabilisée par une cavité externe avec réseau, émettant une onde laser EMI de longueur d'onde λ = 850 nm et délivrant une puissance maximum de 20 mW pour un courant de 65 mA. On peut éventuellement utiliser une puissance dudit laser d'environ 15 mW ce qui, en tenant compte des pertes optiques, donne dans cet exemple une puissance d'environ 7 mW de l'onde incidente INC sur l'objet à imager OBJ.
Les deux ondes obtenues ainsi, l'onde incidente INC à la fréquence fτ et l'onde de référence REF à la fréquence fR sont ainsi deux ondes cohérentes décalées en fréquence d'une valeur δf = δfi + δf2. Il est ainsi possible de contrôler la différence de phase cp (t) entre ces deux ondes . La figure 5 représente le premier mode de réalisation de l'invention avec le dispositif de génération GEN de la figure 2.
L'objet à imager OBJ sur lequel est appliquée l'onde incidente INC est un objet diffusant pour les ondes optiques, par exemple un échantillon de tissu biologique. Dans l'exemple considéré, cet échantillon peut par exemple présenter une épaisseur d'environ 20 mm dans la direction de propagation de l'onde incidente INC. Cet échantillon peut notamment être comprimé entre une plaque avant et une plaque aval, perpendiculaires à la direction de propagation de l'onde incidente INC, ces deux plaques faisant partie d'un porte-échantillon (non représenté) . La plaque amont est par exemple entièrement transparente et réalisée notamment en PMMA (Plexiglas ®) , tandis que la plaque aval peut être par exemple opaque et réalisée notamment en bakélite noire. Cette plaque arrière est percée par exemple d'un trou circulaire de diamètre environ X = 20 mm.
On réalise un couplage acoustique entre l'objet à imager OBJ et un dispositif générateur de vibrations TRANS situé à l'extérieur de l'objet. A cet effet, l'objet à imager OBJ et son porte-échantillon peuvent être installés au centre d'une cuve 1, par exemple de 180 mm de diamètre et de 150 mm de hauteur. Cette cuve peut être munie de fenêtres planes en verre de 50 mm de diamètre, distantes de
240 mm, et peut éventuellement être remplie de liquide servant à accomplir le couplage acoustique entre l'objet à imager OBJ et le dispositif générateur de vibrations TRANS.
Si l'objet à imager OBJ ne peut être immergé, ou pour tout autre raison, d'autres moyens, connus de l'homme de métier, peuvent être utilisés pour garantir le couplage acoustique. On peut par exemple monter le dispositif générateur de vibrations directement sur l'objet à imager
OBJ.
Le dispositif générateur de vibrations TRANS peut être un transducteur PZT possédant une fréquence de vibration acoustique fA = 2,2 MHz, et une focale variable fixée par exemple à 75 mm. Il est excité par exemple par un signal sinusoïdal produit à une puissance maximale de 22 dBm sur 50 Ω, soit 6,3 Vcc, inoffensive pour les tissus biologiques. On peut éventuellement utiliser une puissance maximale différente, par exemple de l'ordre de 34 dBm ou autre .
Ce dispositif générateur de vibrations est orienté le long d'une première direction de l'objet x0, et émet une onde acoustique de fréquence fA le long de cette première direction de l'objet x0. Le dispositif générateur de vibrations TRANS fait alors vibrer à la fréquence fA une zone (Dx, Dy, Dz) de l'objet à imager, centrée sur un point de coordonnées (ϋ, V, W) dont on cherche à obtenir une information. L'étendue (Dy, Dz) de la zone d'objet vibrant correspond environ à la dimension de la zone focale de l'onde acoustique, suivant les directions transverses y et z, c'est à-dire dans le plan normal à la direction de propagation x0 de l'onde acoustique émise par le transducteur. Dans ce plan, la zone focale est centrée en (V, W) . U correspond à la distance entre le transducteur acoustique et le point focal de celui-ci le long de la direction de propagation de l'onde acoustique. Autour de ce point focal, une certaine zone, d'étendue Dx variable en fonction du type de transducteur utilisé et de la nature de l'objet à imager, entre autres, vibre à la fréquence acoustique fA. Ainsi, la position et l'orientation du transducteur et la position de son point focal déterminent un point de mesure de l'objet à imager OBJ, de coordonnées (U, V, W) . L'onde incidente INC est appliquée sur l'objet à imager OBJ, selon une deuxième direction d'objet z0, éventuellement identique à la première direction d'objet x0, pour former une onde signal diffusée DIF qui est diffusée par l'objet dans toutes les directions. A l'intérieur de l'objet à imager OBJ, une partie de l'onde traverse la zone (Dx, Dy, Dz) de l'objet à imager OBJ vibrant à la fréquence acoustique fA. Le mouvement des points de l'objet susceptibles de diffuser génère une modulation à la fréquence acoustique fA de la phase de l'onde diffusée. La vibration produit en outre une modulation de l'indice optique du milieu (également à la fréquence fA) . Ces deux effets se traduisent par la génération d'une bande latérale acoustique décalée en fréquence de fA vis-à-vis de l'onde incidente de fréquence fτ qui traverse le milieu. L'onde signal diffusée DIF possède donc une composante acoustique décalée en fréquence de fréquence f0A = fi ± H.fA (où H = 1, 2, ... est le rang harmonique, en général H = 1) . Le principe de l'imagerie acousto-optique consiste alors à détecter sur un dispositif de détection DET cette composante acoustique de l'onde signal diffusée par l'objet, en faisant interférer cette composante acoustique de l'onde signal diffusée avec un oscillateur local de fréquence voisine. Ceci est effectué selon l'invention, en utilisant l'onde de référence REF ne passant pas à travers l'objet à imager OBJ, comme oscillateur local pour le dispositif de détection.
Le dispositif de détection présente au moins une cellule de détection dans un plan xD, yD quasiment normal à la direction d'observation zD (dans les exemples illustratifs donnés sur les figures, xD, yD, zD correspondent à x0, γo, z0) .
On peut utiliser un dispositif de détection DET multi pixel, par exemple une caméra CCD numérique (12 bits) constituée de 1 280 x 1 024 pixels carrés de taille dx = dγ = 6,7 μm. La caméra CCD est choisie pour avoir un rendement quantique suffisant pour une onde à 850 nm, par exemple de 5 % ou plus. La caméra peut être de type « full frame » (non entrelacé) ou à transfert de trame, avec une fréquence de détection par exemple de fc = 12,5 Hz.
Un dispositif est utilisé pour faire interférer sur le dispositif de détection DET l'onde signal diffusée DIF issue de l'objet à imager OBJ et l'onde de référence REF. Pour effectuer une détection efficace sur des pixels de dimension finie il faut que ces deux ondes soient quasiment colinéaires (formant un angle de 5° au maximum) . On peut utiliser par exemple une lame semi réfléchissante ou un prisme séparateur de faisceaux pour guider l'onde de référence REF vers le dispositif de détection DET.
Nous verrons qu'il peut être utile de décaler angulairement la direction de l'onde de référence REF de la direction moyenne de l'onde signal diffusée DIF, d'un angle θy. Pour la description qui suivra et sur les figures 1, 5, 7 et 9, le décalage angulaire est effectué suivant la direction y, la direction' de l'onde acoustique est x, la direction d'observation est la même que celle de l'onde incidente INC (direction z) et la matrice du détecteur CCD est orientée suivant x et y, mais ces orientations ne sont définies qu'à titre d'exemple.
On fait interférer l'onde signal diffusée DIF et l'onde de référence REF sur le dispositif de détection, et l'on enregistre à l'aide de celui-ci un interférogramme I(U, V, W, r, t) , pris à l'instant t, au point r du dispositif de détection, et qui correspond au point de mesure de coordonnées (U, V, W) de l'objet à imager, vibrant à la fréquence acoustique fA.
On peut coupler à cette installation un dispositif de traitement CALC, capable d'extraire de l' interférogramme temporel enregistré une information numérique relative au point de mesure, de coordonnées (U, V, W) , cette information pouvant par la suite être affichée dans une image de l'objet. Ce traitement passe par le calcul de l'amplitude complexe Es(ϋ, V, W, r) de la composante acoustique du champ diffusé, décalée en fréquence par la vibration acoustique, sur le détecteur.
Dans un premier mode de réalisation non limitatif de la détermination de l'amplitude complexe Es(ϋ, V, W, r) , l'onde acoustique, de fréquence fixe fA, est focalisée au point de mesure, de coordonnées (U, V, W) , et la fréquence fR de l'onde de référence REF est choisie de manière à effectuer une démodulation à N phases, notamment à 4 phases (N = 4), comme explicité par la suite.
Le point de mesure, de coordonnées (U, V, W) , de l'objet à imager OBJ vibrant à la fréquence acoustique" fA, l'onde signal diffusée DIF contient une composante acoustique de fréquence fr+fA. L'unité de traitement CALC traite l' interférogramme I (U, V, W, r, t) variable dans le temps par une démodulation à quatre phases de la manière suivante. Le décalage en fréquence δf est tout d'abord choisi entre l'onde incidente INC et l'onde de référence REF tel que δf = fa+fc/4 = fA+3,125 Hz. La détection pourrait cependant aussi être effectuée pour un nombre N quelconque au moins égal à 2 de phases, et la fréquence de l'onde de référence adaptée en prenant δf = fA + fc/N.
On mesure alors N interférogrammes, chacun pendant un temps Tint, chaque interférogramme correspondant à une différence de phase distincte cpi connue entre l'onde incidente INC et l'onde de référence REF. L'onde de référence étant à la fréquence fR = fι+fA+fc/N, et la composante acoustique de l'onde signal étant à la fréquence i+fAr la différence de phase entre l'onde de référence REF et la composante acoustique de l'onde signal est, comme représenté sur la figure 3 de manière générale et sur la figure 4 pour N égal 4, linéaire par intervalle en fonction du temps et passe de zéro à 2τr sur un intervalle de temps égal à N/fc. On détecte ainsi N interférogrammes Iι1(ϋ, V, W, r, t), ..., I ^U, V, W, r, t), ..., IN^U, V, W, r, t) correspondant à N valeurs distinctes cpi de la différence de phase, N étant au moins égal à 2, et dans le cas de la figure 4 étant égal à 4.
Cette opération peut être effectuée un nombre n au moins égal à 1 de fois, et par exemple pour n=3, afin d'obtenir, pour chaque différence de phase (pi connue, n interférogrammes Iιk(ϋ, V, W, r, t) (i=l...N, k=l...n). Pour 12 interférogrammes, soit 3 cycles de 4 phases
(N=4, n=3), la durée totale de la mesure est par exemple de l'ordre de la seconde.
Le calcul de démodulation à 4 phases peut être effectué séparément pour chacun des pixels r du dispositif de détection. Le dispositif de traitement CALC réalise en effet pour chaque pixel r du dispositif de détection, les opérations suivantes : l'intégration de l'intensité mesurée par le détecteur pendant la durée d' une trame de la caméra CCD (1/12.5 s) : Iik(U, V, W, r) ≈ (1/Tint)r I (U, V, W, r, t) dt prise entre des instants t = tik et t = tik +Tint. pour chaque phase φ donnée, un moyennage des n interférogrammes Iik(U, V, W, r) (avec k=l...n) détectés pour cette phase pour obtenir N interférogrammes moyennes Iι(ϋ, V, W, r), une démodulation à N phases des N interférogrammes mesurés afin d'obtenir l'information de l'amplitude complexe Es(ϋ, V, W, r) de la composante acoustique de l'onde signal DIF diffusée par l'objet. Par exemple, pour n égal à 1, et dans le cas particulier de la figure 4 où N est égal à 4 et où φx = τr/2, φ2 = TT, φ3 = 3TT/2, φ = 2ττ, l'amplitude complexe ES(U, V, W, r) de la composante acoustique est proportionnelle à (I4 - I2) + j (Ii - I3) (où j est le nombre complexe tel que j2=-l) , et l'intensité associée à l'objet à imager OBJ aussi, car on considère que l'onde de référence présente une amplitude complexe constante dans l'espace et dans le temps.
Pour déterminer l'amplitude complexe Es(ϋ, V, W, r) de la composante acoustique de l'onde signal diffusée DIF, on dispose communément d'un certain nombre d'autres techniques, connues de l'homme du métier.
Un deuxième mode de détermination de l'amplitude complexe ES(U, V, W, r) de la composante acoustique consiste par exemple à utiliser la méthode dite de « frequency chirping ». Dans ce cas, au lieu de focaliser à la cote U suivant la direction x une onde acoustique de fréquence fixe fA, on peut effectuer la suite d'opérations suivantes : - on effectue un balayage de la fréquence fA de l'onde acoustique, qui est focalisée sur un intervalle en [U-Dx, U+Dx] étendu autour de U ; on effectue conjointement au premier balayage un balayage de la fréquence fR de l'onde de référence de manière à maintenir la condition fR = fχ ± H.fA (où H est le rang harmonique, en général 1) (on notera que l'onde de référence a ici la même fréquence que la composante acoustique que l'on cherche à détecter) ; on enregistre pour chaque pixel de cote r et pour chaque fréquence fA l' interférogramme I(fA, V, W, r) associé à l'ensemble des points ([U-Dx, U+Dx], V, W) de l'intervalle étendu ; on effectue, pour chaque pixel de cote r, une transformation de Fourier 1D fréquence —> temps, suivant la fréquence fA, de l' interférogramme I(fA, V, W, r) , et on obtient les interférogrammes I (U, V, W, r) complexes associés aux différentes valeurs de la cote U suivant la direction x en remplaçant le temps obtenu après la transformée de Fourier par la cote U suivant x à l'aide de la vitesse de propagation de l'onde acoustique dans l'objet à imager.
L'onde de référence étant approximativement une onde plane d'amplitude constante, l' interférogramme complexe I (U, V, W, r) ainsi décodé est directement proportionnel à l'amplitude complexe Es (U, V, W, r) de la composante acoustique de l'onde signal diffusée DIF que l'on cherche à déterminer.
Il existe de nombreuses variantes de la technique de « frequency chirping » qui consistent à remplacer le codage suivant la direction x, par un codage en fréquence suivant f et fR. Ces techniques, ou d'autres, peuvent aussi bien être utilisées pour déterminer EΞ(U, V, W, r) dans le cadre de cette invention. On peut disposer en outre dans ce premier mode de réalisation d'un dispositif de filtrage spatial COL
(figures 1 et 5), qui permet de limiter l'étendue angulaire de la partie de l'onde signal vue par chaque pixel du dispositif de détection. Nous verrons que ce dispositif est utile pour contrôler la dimension des grains de speckle associée à l'onde signal diffusée DIF, dans le plan du dispositif de détection.
Pour effectuer la détection il peut être intéressant de s'assurer que la dimension des grains de speckle soit adaptée à la taille des pixels de la caméra.
Cette première condition correspond à la condition dite d'« anti-aliasing ».
En outre, le choix judicieux de la géométrie de ce dispositif de filtrage spatial permettra d'isoler, selon l'invention, le signal utile des différentes composantes de bruit .
Ce dispositif de filtrage est par exemple constitué par un diaphragme 2 rectangulaire, positionné par exemple directement en aval de l'objet à imager OBJ, perpendiculairement à la direction d'observation (et donc quasi parallèlement au dispositif de détection) , par exemple entre l'objet à imager OBJ et la plaque aval du porte-échantillon, et allongé suivant une direction. Ce diaphragme 2 peut par exemple être constitué de deux fines plaques de tôle d'aluminium de 0,5 mm d'épaisseur séparées d'environ Y=4 mm. La zone observable en amont est ainsi de forme quasi-rectangulaire d'environ X mm et Y mm suiva.nt deux directions perpendiculaires à la direction d'observation. On peut par exemple prendre z comme direction d'observation, et x et y comme axes pour le diaphragme.
Dans le mode de réalisation du dispositif de filtrage spatial COL représenté sur la figure 5, ce dispositif COL comporte en outre une lentille 3 placée entre la cuve 1 et le dispositif de détection DET. Le foyer objet de la lentille 3 se situe dans le plan du diaphragme
(en tenant éventuellement compte de l'indice optique du liquide servant au couplage acoustique du dispositif générateur de vibrations TRANS, si l'onde signal diffusée
DIF traverse ce liquide) . Dans le mode de réalisation présenté, on utilise une lentille de focale L=250 mm mais d'autres longueurs de focale peuvent convenir.
Ce dispositif de filtrage spatial réduit l'étendue angulaire de la partie SIG de l'onde signal diffusée DIF qui atteint le dispositif de détection DET ce qui peut être utile pour adapter la taille des grains de speckle à la dimension des pixels de la caméra.
En effet, en absence de dispositif de filtrage spatial, l'onde signal DIF diffusée par l'objet à imager OBJ peut occuper un large angle solide, de l'ordre de Tr stéradiants, et peut être décomposée en une superposition d'ondes planes élémentaires de vecteur d'onde Ks très différents. Chaque vecteur d'onde Kg a, dans le plan du détecteur (xD, yD) ι deux coordonnées Kx et Ky. Pour obtenir une information exploitable, il est nécessaire que la densité des franges correspondant à la modulation spatiale du signal d'interférence de l'onde signal diffusée avec l'onde de référence ne dépasse pas la résolution du détecteur matriciel constitué de détecteurs élémentaires
(condition dite d' « anti-aliasing ») . En particulier, pour une onde de référence REF plane, de vecteur d'onde Ko, de coordonnées dans le plan du détecteur Kx0, Kyo, cette condition de densité des franges se traduit par la condition d' « anti-aliasing » définie par :
SKO = SINC (dx. ( x - Kx0) ) . SINC (dγ. (Ky - Ky0) ) ~ 1 - Ea où la fonction SINC d'une variable muette xx est définie comme étant égale à 1 pour xx = 0 et à sin xx / xx sinon, où Ea est un facteur d'extinction quantifiant la perte de contraste des franges lié à l'intégration spatiale du détecteur, et où dx et dγ représentent respectivement les dimensions caractéristiques des détecteurs élémentaires du dispositif de détection suivant les directions xD et yD. Ainsi, la mesure doit être limitée à un champ angulaire élémentaire de l'onde signal SIG, correspondant à un cône d'angle (+ αx ; ± αy) autour de la direction du vecteur d'onde Ko de l'onde de référence REF, les dimensions αx et αy de ce champ angulaire élémentaire devant être sensiblement inférieures ou égales à λ/2dx et λ/2dγ respectivement pour respecter ladite condition d' « anti- aliasing », où λ est la longueur d'onde de référence REF.
L'utilisation du diaphragme en aval de l'objet à imager OBJ, permet entre autres d'éliminer les composantes de l'onde signal ne respectant pas cette condition d'« anti-aliasing ».
Un choix judicieux de la géométrie du dispositif de filtrage spatial COL, et du dispositif de détection permet en outre d'isoler le signal utile des différents termes qui apparaissent dans le signal résultant entre autres de l'analyse des interférogrammes I (U, V, W, r, t) . La discussion est effectuée dans le cas de la démodulation à 4 phases mais une discussion similaire pourrait être faite dans le cas d'une détection par « frequency chirping », ou autre technique analogue.
L' interférogramme I(U, V, W, r, t) correspond à l'intensité totale Iτ vue par le dispositif de détection, soit au carré du module de l'amplitude complexe E (
IT=|E|2=E.E* où E* est le complexe conjugué de E) . Pour simplifier la discussion nous ne considérerons qu'une seule composante acoustique de fréquence fA0 = fi + H . fA (avec
H = 1) . L'amplitude complexe E résulte de la somme de l'amplitude ER de l'onde de référence REF, de l'amplitude Ei de la partie de l'onde signal diffusée SIG à la fréquence de l'onde incidente flΛ et de l'amplitude Es de la composante acoustique de l'onde signal de fréquence fA0. On a donc E=Eτ+ER+Es. L'intensité totale Iτ, qui est utilisée pour extraire l'information cherchée correspond à la somme de 6 termes (I = E.E* = (EÏ+ER+ES) . (Eτ+ER+Es) *) : le terme EÏ.EI* correspond à l'interférence entre la partie de l'onde signal diffusée à la fréquence fτ et elle-même, c'est-à-dire à l'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle ordinaire, le terme ES.ES* correspond à l'interférence entre la composante acoustique de l'onde signal diffusée à la fréquence acousto-optique fA0 = fι+f et elle-même, c'est-à-dire à l'interférence entre le speckle acousto- optique et le speckle acousto-optique, le terme ER.ER* correspond à l'interférence entre l'onde de référence et elle même, le terme ER.Eι* correspond à l'interférence entre l'onde de référence et le speckle ordinaire, le terme Eτ..Es* correspond à l'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle acousto-optique, et le terme ER.ES* correspond à l'interférence entre l'onde de référence et le speckle acousto-optique, qui constitue le terme porteur d'information pertinente.
Le dispositif de filtrage spatial COL permet de réduire l'étendue angulaire de l'onde issue de l'objet qui peut se comporter au niveau du dispositif de détection comme une onde quasi-plane. C'est en particulier le cas des parties de l'onde signal diffusée ayant pour amplitude complexe Ei et Es . Par ailleurs, l'onde de référence REF est, dans le présent mode de réalisation, une onde plane.
Du fait du dispositif de filtrage spatial les 3 termes diagonaux ER.ER*, Ei.Ej.* et ES.EΞ* (ainsi que le terme
Ei. Es*) varient lentement dans l'espace suivant les directions x et y du dispositif de détection. Par ailleurs le terme ER.Er* varie rapidement dans le temps (à une fréquence voisine de f ) et se moyenne à zéro du fait de la faible fréquence d'acquisition du détecteur. Il est donc facile d'isoler par un traitement numérique adapté le terme pertinent ER.ES*, (qui permet de déterminer Es) - Si on choisit un décalage angulaire θγ suffisant entre l'onde de référence et l'onde signal diffusée, ce terme est le seul à varier lentement dans le temps, et rapidement dans l'espace suivant la direction y. Cette direction y correspond à la direction de la largeur du diaphragme, et à la direction yD du plan du détecteur.
Une manière d'extraire l'information pertinente consiste à effectuer une transformation de Fourier de l'amplitude complexe ES(U, V, W, r) calculée plus haut, suivant les directions x et y du plan du détecteur (ou éventuellement la seule direction y) . On obtient alors un signal TF ES(U, V, W, k) , k étant la coordonnée dans l'espace des vecteurs d'onde. Une cartographie du signal TF Es (U, V, W, k) obtenu après transformée de Fourier est représentée sur la figure 6, qui est une représentation angulaire dans l'espace des vecteurs d'onde. Les différents termes contribuant à 1 ' interférogramme qui y sont représentés, sont discutés ci-après.
La démodulation à N phases (ou le « frequency chirping ») devrait en théorie permettre d'éliminer totalement le terme d'interférence entre l'onde de référence et l'onde de référence (ER.ER*), si l'expérience était parfaitement stable dans le temps. Cela n'est jamais parfaitement le cas, et il reste donc une composante parasite assez importante. Cependant, ce terme varie lentement suivant les directions x et y du plan de détecteur, ce qui conduit, dans l'espace des vecteurs d'onde, du fait de la transformée de Fourier bidimensionnelle, à un pic étroit centré sur l'origine des coordonnées (zone 4 de la figure 6) .
La démodulation à N phases (ou le « frequency chirping ») devrait permettre d'éliminer le terme d'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle - ordinaire (Eι.Eι*)> si l'expérience était parfaitement stable dans le temps, et si le speckle restait statique sans se décorréler. Cela n'est jamais parfaitement le cas, et il reste donc une composante parasite assez importante (zone 2 de la figure 6) . Ce terme est même le terme de bruit dominant pour certains objets à imager dans lesquels le speckle ne reste pas statique (par exemple pour certains tissus biologiques). Ce terme d'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle ordinaire est, tout comme le terme d'interférence entre l'onde de référence et l'onde de référence, centré sur l'origine de l'espace des vecteurs d'onde. Du fait de l'utilisation du dispositif de filtrage spatial précédemment défini, l'amplitude du champ de speckle ordinaire a une étendue angulaire finie, qui correspond à l'intervalle [-Y/2L ; Y/2L] . Comme le terme d'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle ordinaire correspond à l'intensité du champ, c'est-à-dire au produit de l'amplitude complexe avec l'amplitude complexe conjuguée, il faut, pour en évaluer l'étendue dans l'espace des vecteurs d'onde, convoluer dans l'espace des vecteurs d'onde le champ de speckle avec lui-même. Ce terme d' interférence a donc une étendue angulaire deux fois plus large que le champ lui-même (intervalle [-Y2 =-Y/L; Y2 =Y/L] ) . De même, en hauteur dans l'espace des vecteurs d'onde, ce terme correspond à l'intervalle [-X2 =-X/L ; X2=+X/L] , si celui-ci satisfait la condition d' aliasing dans le cas optimum (X/L = λ/2dx) . Ce bruit présente ainsi une enveloppe de forme pyramidale délimitée qui est centrée sur l'origine des coordonnées de l'espace des vecteurs d' onde. L'interférence entre le speckle acousto-optique et le speckle acousto-optique (ES.ES*) est un terme diagonal du second ordre. Mise à part sa plus faible intensité, ce terme ne se distingue pas du terme d'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle ordinaire décrit plus haut. L'onde de référence REF étant à la fréquence fR et le speckle ordinaire étant à la fréquence fτ , le terme d'interférence entre l'onde de référence et' le speckle ordinaire (ER.Eι*) est à une fréquence d'environ fR - fτ environ égale à fA soit environ 2,2 MHz. Ce terme d'interférence se moyenne ainsi à zéro pendant la durée d'acquisition de chaque image du fait de la faible fréquence d'acquisition du dispositif de détection et peut donc être négligé. De même, le terme d'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle acousto-optique (ET_.ES*), en plus d'être un terme du deuxième ordre, possède aussi une fréquence environ égale à la fréquence de l'onde acoustique fA et peut donc se moyenner à zéro pendant la durée d'acquisition de chaque image. Il peut donc être négligé.
Le terme pertinent à extraire de l'interférence entre l'onde signal SIG et l'onde de référence REF est donc le terme d'interférence entre l'onde de référence et le speckle acousto-optique (ER.ES*). Ce terme correspond à la zone 3 et à l'intervalle [Y3- ; Y3+] de la figure 6. Comme ce terme correspond à l'interférence d'un speckle issu du diaphragme 2 et d'une onde plane, l'intervalle [Y3_ ; Y3+] a la même largeur angulaire que l'angle de vue du diaphragme soit Y3- - Y3+ = Y/L. Ce terme évolue dans le temps à la fréquence de détection fR-fAo (= fc/4 dans le cas de la démodulation à 4 phases, et = 0 dans le cas du « frequency chirping ») . Il peut donc être mesuré par le dispositif de détection électronique. Par ailleurs, comme 1 ' onde de référence est décalée angulairement, le centre de la zone 3 est décalé angulairement de θγ (où l'angle θγ est, comme défini précédemment, l'angle entre l'onde de référence REF et l'onde signal SIG). Le choix de l'angle θγ définit la position du centre de la zone 3, qui est de toute façon d'étendue Y/L, lorsqu'on utilise un diaphragme de largeur Y. Il convient donc de faire en sorte que les zones 2 et 3 ne se recouvrent pas afin de n' obtenir, sur les pixels de la zone 3, qu'une information utile.
Par exemple, on peut choisir θγ = 3Y/2L, ce qui donne Y3+ = 2Y/L, et Y3- = Y/L = Y2. Ainsi, le bord externe de la zone 2 et le bord interne de la zone 3 se superposent sans que les deux zones se recouvrent. Il n'y a alors pas non plus de partie vierge entre les zones 2 et 3 de la figure 6. On a ainsi séparé dans l'espace des vecteurs d'onde le signal d'interférence de l'onde de référence avec le speckle acousto-optique des termes de l'intensité de la référence et de l'intensité du speckle, qui sont situés au centre (zones 4 et 2 de la figure 6) de l'espace des vecteurs d'onde.
L'étendue de la zone 3 étant directement proportionnelle à Y, on sera tenté d'augmenter la largeur du diaphragme tant. qu'on respecte la condition d'« aliasing » Y3+<λ/2dγ. Il y a cependant un compromis à faire entre d'une part maximiser la surface de la zone 3 en augmentant la largeur Y du diaphragme, et d'autre part maximiser l'intégrale du produit entre surface et efficacité sur cette zone. Cette efficacité correspond à la perte de contraste des interférogrammes du fait de l'intégration des interférogrammes sur des pixels de taille finie. Pour des pixels jointifs, on trouve un facteur d'efficacité suivant une loi sine similaire à celui introduit précédemment pour l'« aliasing ». Dans ce cas, l'efficacité s'annule quand l'angle d'« aliasing » λ/2dγ est atteint. Par exemple, Y3+ pourra être choisi notablement inférieur à la limite d'« aliasing », par exemple Y3+ = (2/3) .λ/2dγ environ, pour laisser environ un sixième de la surface du dispositif de détection inactif de chaque côté, afin que l'efficacité soit suffisante. Y3+ étant égal à 2Y/L, ceci permet d'adapter, en fonction du laser utilisé et du détecteur utilisé, les caractéristiques du dispositif de filtrage spatial.
La figure 6 représente ainsi la cartographie des zones obtenues dans l'espace des vecteurs d'onde par la présente invention après la transformée de Fourier bidimensionnelle . Cette carte peut être décomposée en une colonne centrale ou zone 2, d'étendue [-Y/L, Y/L], une colonne de gauche ou zone 1, et une colonne de droite ou zone 3. A l'intérieur de la zone 2, la zone 4 représente le terme d'interférence entre l'onde de la référence et elle- même (ER.ER*) . Au premier ordre, s'il n'y a pas de signal acoustique, le bruit observé sur l'image en dehors des zones 2 et 4 correspond au bruit de « shot-noise » associé à l'onde de référence. En présence de signal acoustique, la zone 3 représente la région de l'espace des vecteurs d'onde où est détecté le signal utile selon l'invention. Selon le signe de l'angle d'incidence θγ, la zone 3 pourrait bien sûr se situer sur la gauche de la figure 6. • L'information pertinente, qui permet de calculer l'amplitude complexe Es de la composante acoustique, correspond à l'interférence entre l'onde de référence et le speckle acousto-optique (ER.ES*). Une information numérique relative au point de mesure (U, V, W) de l'objet à imager est par exemple obtenue en sommant les intensités calculées sur les pixels de la zone 3 (. | TF Es|2) . La' somme des intensités des pixels de la zone 1 symétrique de la zone 3 par rapport à l'axe vertical de la figure 6 peut servir de contrôle. On peut aussi soustraire à la somme des intensités des pixels de la zone 3 la somme des intensités des' pixels de la zone 1, ce qui permet de réduire d'éventuelles erreurs systématiques de mesure. La somme des intensités mesurées sur la zone 2 est également porteuse d'informations, car elle caractérise le niveau de bruit associé à la décorrélation du speckle.
Il est également possible d'utiliser des moyens de traitement d'image classiques, pour moyenner, après démodulation à 4 phases, transformée de Fourier et calcul de l'intensité, les intensités des pixels par exemple 8 à 8, 16 à 16, ou 32 à 32, afin d'afficher une cartographie de contrôle du signal obtenu pour le point de mesure, de coordonnées (U, V, W) (pour vérifier par exemple le positionnement des différentes zones). On peut aussi se contenter de réaliser pour chaque ligne du dispositif de détection, une transformée de Fourier unidimensionnelle (suivant y pour les exemples considérés), auquel cas le signal Fi Es (U, V, W, k) n'est pas exactement celui représenté sur la figure 6, mais la zone 4 s'étend sur toute l'étendue en X de cette figure. Le reste du traitement reste valable.
On obtient ainsi l'information numérique cherchée, relative au point de mesure, de coordonnées (U, V, W) de l'objet à imager OBJ, dans le cas de la démodulation à 4 phases. Pour le « frequency chirping », ou analogue, l'information numérique ainsi obtenue est relative à la fréquence acoustique fA utilisée, et on obtient les coordonnées et les informations numériques relatives à différents points de l'intervalle [U-Dx ;U+Dx] par les moyens décrits plus haut.
Le choix de l'angle θγ permet de bien séparer les signaux obtenus, mais le positionnement adéquat du dispositif permettant d'utiliser un angle θγ donné, peut nécessiter une étape de contrôle. Dans cette étape de contrôle, on obtient une image, par exemple en supprimant l'onde acoustique et en ajustant la fréquence fR de l'onde de référence, de manière à détecter la composante du champ diffusé à la fréquence fτ . On choisit par exemple fR ≈ fx + fc/4 et on effectue une démodulation à 4 phases. On positionne la lentille précisément de manière à ce qu'une image nette de la zone vue à travers le diaphragme 4 soit obtenue par transformée de Fourier du signal détecté dans le plan du dispositif de détection. Comme vu précédemment, dans un calcul de transformée de Fourier, le bord de la matrice de calcul correspond à la condition d'« aliasing ». L'étape de contrôle permet de s'assurer, par exemple, que le bord externe de la zone contenant le signal utile n'est pas trop près du bord de la matrice de calcul, et/ou que la zone contenant du bruit et la zone contenant le signal utile sont au contact au niveau du bord interne de cette zone, mais ne se recouvrent pas. La figure 7 représente un deuxième exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention dans lequel le dispositif de filtrage spatial n'est pas utilisé. En effet, pour de faibles intensités de laser, et si le terme de décorrélation du speckle n'est pas trop grand, le « shot- noise » devient le bruit dominant. C'est le cas lorsque avec le premier exemple de mise en oeuvre (figure 5) , les valeurs des sommes, mesurées sur les zones 1 et 2, sont voisines. Cette configuration est aussi utile pour d'autres applications où l'onde acoustique est de puissance suffisante pour atteindre un rendement de conversion acousto-optique suffisant. Le signal associé à la composante acoustique peut alors être plus grand que le bruit de décorrélation de speckle.
On peut s'affranchir du dispositif de filtrage spatial car, même si le terme d'interférence entre le speckle ordinaire et le speckle ordinaire (EI.EI*) ne peut alors plus être séparé spatialement du terme pertinent
(ER.ES*), il reste très inférieur au « shot-noise » de l'onde de référence. Il est également possible de choisir dans ce cas un angle θγ nul, par exemple à l'aide d'une lame semi-réfléchissante. Seul le terme d'interférence entre l'onde de référence et elle même (ER.ER*), qui est très centré sur les quelques pixels de la zone 4 de la figure 6, constitue un terme de bruit à filtrer. Ce filtrage est réalisé simplement en éliminant numériquement les composantes de l'espace des vecteurs d'onde voisines de
(0,0) en excluant la zone 4 de la sommation sur les pixels des intensités du signal. Il se peut même que ce terme de bruit soit négligeable, et l'on peut alors effectuer la somme des intensités sur les pixels non plus dans l'espace des vecteurs d'onde, mais dans l'espace réel (et il n'est plus nécessaire dans ce cas d'effectuer une transformation de Fourier) . La figure 8 représente un autre dispositif de génération utilisé pour mettre en oeuvre le procédé selon 1 ' invention dans le cas particulier du deuxième exemple de la figure 7. L'onde d'émission EMI, de longueur d'onde λ, émise par le laser LAS, est interceptée par un dispositif de modulation d'amplitude MA. Ce dispositif génère une onde porteuse POR, de fréquence fτ, et deux bandes latérales modulées en amplitude LATMOD et LATMOD ' , de fréquence fR. Ces trois ondes sont appliquées sur une lame semi transparente, qui transmet une partie de chacune de ces ondes, appliquées sur l'objet à imager OBJ. La partie transmise de l'onde porteuse constitue l'onde incidente INC. En outre, la lame semi transparente réfléchit une partie de chacune de ces ondes vers le dispositif de détection, la partie réfléchie de LATMOD constituant l'onde de référence REF.
Ce dispositif est uniquement adapté au deuxième mode de réalisation, où on n'utilise pas de dispositif de filtrage spatial, car dans le cas d'une bande latérale de modulation d'intensité, le filtrage spatial ne permet pas de séparer les différents termes d'interférence.
La figure 9 décrit un détail d'un troisième mode de réalisation de la présente invention et du dispositif de filtrage spatial. De nombreuses caractéristiques ont déjà été décrites lors de la présentation du premier mode de réalisation, et ne seront donc pas à nouveau décrites. Dans ce troisième mode de réalisation, l'onde de référence REF n'est plus une onde plane, mais une onde spherique de fréquence fR. Une telle onde de référence spherique peut par exemple être obtenue, à partir de l'onde de référence plane générée par un dispositif de génération GEN précédemment décrit, en focalisant l'onde de référence plane, à l'aide d'une lentille 5, sur un petit miroir 4 situé par exemple dans le plan du diaphragme 2. L'onde de référence REF peut de plus arriver sur le miroir 4 selon un angle θγ de sorte qu'elle soit réfléchie et arrive sur le dispositif de détection DET en formant un angle θγ avec l'onde signal SIG. Dans ce mode de réalisation, on n'utilise pas nécessairement une lentille convergente 3 pour collimater l'onde signal en direction du détecteur DET, en effet, le caractère divergent de l'onde de référence remplit un rôle analogue.
En outre, on peut sortir le diaphragme 2 du porte- échantillon de l'objet à imager OBJ, et le placer entre la cuve et le dispositif de détection DET, ou éventuellement le fixer sur la face aval de la cuve 1. Cette disposition peut être intéressante si le couplage acoustique entre le transducteur TRANS, de fréquence acoustique fA, et l'objet à imager OBJ est réalisé par une cuve remplie d'eau 1, et que celle-ci se situe sur le trajet lumineux parcouru par l'onde de référence REF avant d'atteindre le miroir 4. (Cette disposition est également valable pour les autres modes de réalisation où un diaphragme est utilisé.)
Le traitement des interférogrammes mesurés est alors identique au traitement explicité précédemment, où L représente maintenant la distance entre le diaphragme 2 et le dispositif de détection DET.
La figure 10 représente le diaphragme 2 muni du miroir 4, visualisé depuis le dispositif de détection DET. Le diaphragme 2 présente une fente, par exemple centrale, de largeur Y et de hauteur X. Pour obtenir une image telle que représentée sur la figure 6, on place à mi-hauteur de la fente un miroir 4, par exemple circulaire. Le miroir 4 est de plus décalé latéralement par rapport à la fente du diaphragme 2. Ce décalage latéral est lié au décalage des zones 2 et 3 de la figure 6 que l'on cherche à réaliser, une fois les calculs effectués par le dispositif de traitement CALC. En choisissant par exemple un débattement latéral angulaire égal à θγ entre le point source de l'onde de référence réfléchie et le bord le plus proche du miroir de la fente du diaphragme 2, vu depuis le dispositif de détection, on obtient des zones 2 et 3 de la figure 6 juxtaposées, mais ne se superposant pas. Dans ce cas, on sera bien sûr attentif à choisir un miroir 4 de dimensions telles que le miroir n'empiète pas sur la fente du diaphragme 2. Ainsi, il est aisé de séparer les zones 2 et
3 de la figure 6.
Ce mode de réalisation permet de plus de trouver facilement une position optimale du détecteur DET permettant d'obtenir une information de bonne qualité pour le point étudié (U, V, W) de l'objet à imager OBJ. En effet, en augmentant L, c'est-à-dire en éloignant le dispositif de détection DET du diaphragme 2, l'angle entre l'onde signal SIG et l'onde de référence REF diminue, de sorte que la condition d'« aliasing » est mieux respectée.
Par contre, l'intensité du signal diminue avec cette distance L. Le compromis à faire entre l'efficacité de la détection et la taille de la zone 3 de la figure 6, déjà évoquée, est simplement réalisé par le positionnement du dispositif de détection DET par rapport au diaphragme 2.
Dans ce mode de réalisation, le positionnement optimal du détecteur est réalisé indépendamment du positionnement relatif des zones 2 et 3 de la figure 6, qui, lui, est réalisé par le placement adéquat du point de focalisation de l'onde de référence (centre du miroir 4 sur le diaphragme 2) .
En mettant en œuvre le procédé précédemment décrit, selon l'un quelconque de ses modes de réalisation représentés sur les figures 1 à 10, on a obtenu une information numérique relative au point de mesure, de coordonnées (U, V, W) de l'objet (dans le cas de la démodulation à N phases) ou relative à chaque point de l'intervalle ( [U-Dx, U+Dx] , V, W) des points de l'objet (dans le cas du « frequency chirping » ou autre méthode analogue), c'est-à-dire une information ponctuelle ou 1D.
Pour obtenir une image de l'objet 2D ou 3D, il convient de répéter l'ensemble des opérations décrites plus haut après avoir déplacé la position du point focal de l'onde acoustique suivant les autres directions (x ou y ou z pour la démodulation à N phases) (y ou z pour le « frequency chirping ») . Le déplacement de la position du point focal peut être obtenu, soit en déplaçant le transducteur (suivant la direction x, y ou z considérée) tout en conservant le couplage acoustique entre le transducteur et l'objet à imager, soit en utilisant plusieurs transducteurs de points focaux différents, par exemple . II peut être intéressant de déplacer le dispositif de filtrage spatial COL (si on en utilise un) , le détecteur DET, voire le dispositif utilisé pour faire interférer l'onde de référence sur le détecteur, et tout ou partie du dispositif de génération GEN conjointement au déplacement de la position du point focal i.e. du point de mesure de coordonnées (U, V, W) . Alternativement, il peut éventuellement être préférable de déplacer uniquement l'objet à imager dans la direction opposée afin de ne pas avoir à effectuer un mouvement similaire à tout le reste de l'installation.
Comme on utilise un transducteur acoustique, tout dispositif selon l'invention peut en outre être couplé à un dispositif classique d'imagerie acoustique. Le couplage de ces deux dispositifs permet ainsi d'obtenir de l'objet à imager OBJ une information purement acoustique fournie par le transducteur acoustique par une technique classique d'imagerie par ultrasons, et une information optique fournie par le dispositif selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'imagerie acousto-optique d'un objet à imager (OBJ) comprenant les étapes consistant à : (a) générer une onde optique incidente
(INC) , de fréquence fτ, et une onde optique de référence (REF) , de fréquence _ fR, cette onde de référence étant cohérente avec l'onde incidente (INC), et présentant avec elle une différence de phase φi(t) connue, (b) faire vibrer dans une première direction d'objet (x0) et à une fréquence acoustique fA, une zone (Dx, Dy, Dz) de l'objet à imager (OBJ) à l'aide d'un dispositif générateur de vibrations (TRANS),
(c) appliquer ladite onde incidente (INC) sur l'objet à imager (OBJ), et générer ainsi une onde signal diffusée (DIF) ,
(d) appliquer au moins une partie de l'onde signal diffusée sur un dispositif de détection (DET) ,
(e) appliquer l'onde de référence (REF) sur le dispositif de détection (DET) sans la faire passer à travers l'objet à imager (OBJ), ce qui génère au point r du dispositif de détection (DET) un interférogramme I (r, t) variant au cours du temps t,
(f) extraire de l' interférogramme I (r, t) une information numérique, et
(g) obtenir les coordonnées (U, V, W) d'un point de mesure de l'objet à imager (OBJ), auquel l'information numérique est relative.
2. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 1, dans lequel au cours de l'étape (f ) , on détecte une composante acoustique de la partie de l'onde signal diffusée appliquée sur le dispositif de détection (DET), cette composante acoustique étant à une fréquence correspondant à la somme de la fréquence fx de l'onde incidente (INC) et d'un harmonique de la fréquence acoustique fA.
3. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 2, dans lequel, au cours de l'étape (a), on génère ladite onde de référence (REF) à une fréquence fR égale ou sensiblement égale à la somme de la fréquence fi de l'onde incidente (INC) et dudit harmonique de la fréquence acoustique fA.
4. Procédé d' imagerie acousto-optique selon la revendication 3, dans lequel au cours de l'étape (b) , on génère une onde acoustique focalisée en un point focal situé dans l'objet à imager (OBJ), et dans lequel, au cours de l'étape (g), on obtient les coordonnées (U, V, W) du point . de mesure, comme étant les coordonnées dudit point focal.
.
5. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 4 dans lequel on répète les étapes (a) à (g) pour différents points focaux de l'onde acoustique dans l'objet à imager (OBJ), ces différents points focaux étant alignés suivant la première direction d'objet (x0) .
6. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, au cours d'une première itération, on effectue les étapes (a) à (f) pour une première fréquence fA de l'onde acoustique et une première fréquence fR de l'onde de référence (REF), au cours d'au moins une deuxième itération, on répète les étapes (a) à (f) pour une deuxième fréquence f'A de l'onde acoustique et une deuxième fréquence f'R de l'onde de référence (REF) , ces deuxièmes fréquences étant codées respectivement avec les premières fréquences, le procédé comprenant en outre une étape au cours de laquelle :
(f' ) on obtient au moins une information numérique en décodant lesdites informations numériques obtenues au cours des étapes (f) de chaque itération en fonction des fréquences utilisées, et dans lequel, au cours de l'étape (g), on obtient les coordonnées (U, V, W) d'au moins un point 'de ' mesure de l'objet à imager (OBJ) auquel l'information numérique obtenue au cours de l'étape (f' ) est relative, en décodant lesdites informations numériques obtenues au cours des étapes (f) de chaque itération en fonction des fréquences utilisées.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on effectue la suite d' opérations suivantes :
- on effectue un balayage de la fréquence de l'onde acoustique, qui est focalisée sur un intervalle de points de coordonnées ( [U-Dx, U+Dx] , V, W) étendu autour du point de coordonnées (U, V, W) suivant la première direction d' objet (x0) , on effectue conjointement un balayage de • la fréquence fR de l'onde de référence (REF) de manière à maintenir fR sensiblement égale ou égale à fi ± H.fA, H étant un entier non nul,
- on enregistre pour chaque pixel r et pour chaque fréquence fA un interférogramme I(fA, V, W, r) associé à l'ensemble des points ([U-Dx, U+Dx], V, W) de l'intervalle étendu ; - on effectue, pour chaque pixel r, une transformation de Fourier 1D fréquence — temps suivant la fréquence fA de l' interférogramme I (fA, V, W, r) , et on obtient au moins un interférogramme I(r) associé au moins à un point de mesure de coordonnées (U' , V, W) en remplaçant le temps obtenu après la transformée de Fourier par la cote U' suivant la première direction d'objet (x0) à l'aide de la vitesse de propagation de l'onde acoustique dans l'objet à imager.
8. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on répète au moins les étapes (a) à (g) après avoir imposé un déplacement, du dispositif générateur de vibrations relativement à l'objet à imager (OBJ) selon une direction non parallèle à la première direction d'objet (x0) de l'objet à imager (OBJ).
9. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel au cours de l'étape (f) , on estime l'amplitude complexe Es (r) de la composante acoustique à partir de l' interférogramme I(r, t) .
10. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de détection (DET) utilisé est un détecteur mono-pixel, et dans lequel, au cours de l'étape (f) , on obtient l'information numérique comme étant l' intensité du champ d'amplitude complexe Es (r) diffusé par l'objet.
11. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de détection utilisé est un détecteur multi-pixels, et dans lequel au cours de l'étape (f) , on extrait l'information numérique comme étant la somme sur au moins une partie des pixels r du dispositif de détection de l'intensité du champ d'amplitude complexe Es(r) diffusé par l'objet.
12. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 9, dans lequel, au cours de l'étape (d) on utilise un dispositif de filtrage spatial (COL) , de manière à limiter, suivant au moins une direction, l'étendue angulaire de la partie de l'onde signal diffusée (DIF) qui est vue par chaque pixel du dispositif de détection.
13. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 12, dans lequel on utilise un dispositif de filtrage spatial (COL) comprenant un diaphragme, de dimensions X selon une première direction de diaphragme et Y selon une troisième direction de diaphragme, et une lentille de focale L, de foyer objet situé directement en aval de l'objet à imager (OBJ) pour limiter l'étendue angulaire de la partie de l'onde signal diffusée (DIF) qui est vue par chaque pixel du dispositif de détection, et dans lequel l'onde de référence (REF) appliquée sur le dispositif de détection (DET) est globalement une onde plane.
14. Procédé d'imagerie acousto-optique 'selon la revendication 12, dans lequel on utilise un dispositif de filtrage spatial (COL) comprenant un diaphragme de dimensions X selon la première direction de diaphragme et Y selon la troisième direction de diaphragme, disposé entre l'objet à imager (OBJ) et le dispositif de détection (DET) à une distance L de celui-ci, pour limiter l'étendue angulaire de la partie de l'onde signal diffusée qui est vue par chaque pixel du dispositif de détection, et dans lequel l'onde de référence (REF) appliquée sur le dispositif de détection (DET) est une onde spherique issue d'un point source situé dans le plan du diaphragme.
15. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel l'onde de référence (REF) et l'onde signal diffusée (DIF) interfèrent sur le dispositif de détection (DET) en formant un angle θγ non nul, θγ étant mesuré dans le plan d'incidence de ces deux ondes sur le dispositif de détection.
16. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel le dispositif de détection utilisé est un détecteur multi- pixels, et dans lequel on isole la partie de la composante acoustique, d'amplitude complexe Es(r), qui varie rapidement dans l'espace dans le plan du dispositif de détection.
17. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel le .dispositif de détection (DET) comporte des pixels disposés en matrice comprenant des lignes selon une première direction de détecteur (xD) et des colonnes selon une troisième direction de détecteur (yD) , et dans lequel l'étape (f) comprend les étapes suivantes : (fl). on fait pour au moins une ligne (1) ou une colonne (c) une transformée de Fourier à une dimension le long de cette ligne (1) ou colonne (c) du dispositif de détection (DET.) vers l'espace des vecteurs d'onde, de l'amplitude complexe du champ Es (r) , et on obtient ainsi pour cette ligne ou colonne un champ TFi Es (k) ,
(f2) on définit plusieurs zones de sommation dans l'espace des vecteurs d'onde,
(f3) on somme dans au moins une zone les intensités du champ TFi Es ( k) en chaque point k de cette zone, et
(f4) on extrait l'information numérique comme étant une combinaison linéaire des sommes ainsi obtenues en chaque zone.
18. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel le dispositif de détection (DET) comporte des pixels disposés en matrice comprenant des lignes selon une première direction de détecteur (xD) et des colonnes selon une troisième direction de détecteur (yD) , et dans lequel l'étape (f) comprend les étapes suivantes :
(fl) on fait une transformée de Fourier à deux dimensions de l'amplitude complexe Es (r) , depuis le plan du dispositif de détection (DET) vers l'espace des vecteurs d'onde, et on obtient ainsi un champ TF2 Es ( k) , (f2) on définit plusieurs zones de sommation dans l'espace des vecteurs d'onde,
(f3) on somme dans au moins une zone les intensités du champ TF2 Es ( k) en chaque point k de cette zone, et
(f4) on extrait l'information numérique comme étant une combinaison linéaire des sommes ainsi obtenues en chaque zone.
19. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, dans lequel l'angle θγ est environ égal à 3Y/2L, dans lequel, au cours de l'étape (f2), on définit une première zone de sommation, dite zone centrale, une deuxième zone de sommation, dite zone de gauche, et une troisième zone de sommation dite zone de droite, et dans lequel, au cours de l'étape (f4), on extrait l'information numérique comme étant une combinaison linéaire de la valeur de la somme de la zone de gauche et de la somme de la zone de droite.
20. Procédé d'imagerie optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel au cours de l' étape (a) , une source laser de longueur d'onde λ, émet une onde d'émission (EMI), de fréquence f , des moyens de modulation d'amplitude (MA) de l'onde d'émission (EMI), génèrent une onde porteuse (POR) de fréquence incidente fI r et au moins une bande latérale de modulation d'amplitude (LATMOD), qui correspond à une onde de fréquence fR, un miroir semi réfléchissant, transmet une partie de l'onde bande latérale (LATMOD) et une partie de l'onde porteuse (POR) formant l'onde incidente (INC), et réfléchit une partie de l'onde porteuse (POR) et une partie de l'onde bande latérale (LATMOD) formant l'onde de référence (REF) .
21. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel au cours de l' étape (a) ,
- une source laser de longueur d'onde λ, émet une onde d'émission (EMI), de fréquence fL un premier modulateur acousto-optique (MAOl) transmet une partie de l'onde d'émission (EMI) pour former l'onde incidente (INC) sur l'objet à imager (OBJ), et génère de plus une première onde décalée en fréquence (DEC), dont la fréquence est décalée d'une valeur δfi, éventuellement négative, par rapport à l'onde d'émission, et
- un deuxième modulateur acousto-optique (MA02) intercepte la première onde décalée en fréquence (DEC) et génère une deuxième onde décalée en fréquence, dont la fréquence est décalée d'une valeur δf2, éventuellement négative, par rapport à l'onde décalée (DEC), la deuxième onde décalée en fréquence formant l'onde de référence (REF) , dont la fréquence est ainsi décalée en fréquence par rapport à l'onde incidente (INC) d'une valeur δf=δfι+δf2, déterminant ainsi une différence de phase cpi(t) connue entre ces deux ondes.
22. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel, au cours de l'étape (a), deux sources laser indépendantes, verrouillées en phase par un asservissement électronique, génèrent les ondes incidente (INC) et de référence (REF), présentant une différence de phase φi(t) connue entre elles .
23. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel au cours de l' étape (a) , une source laser de longueur d' onde λ, émet une onde d'émission (EMI), de fréquence fL, un miroir semi réfléchissant transmet une partie de l'onde d'émission (EMI) pour former l'onde incidente (INC) sur l'objet à imager (OBJ), et transmet une deuxième partie de l'onde d'émission (EMI), - un premier modulateur acousto-optique
(MAOl), intercepte la deuxième partie de l'onde d'émission et génère une première onde décalée en fréquence (DEC) , de fréquence décalée d'une valeur δfi, éventuellement négative, par rapport à l'onde d'émission, et - un deuxième modulateur acousto-optique
(MA02) intercepte la première onde décalée en fréquence (DEC) et génère une deuxième onde décalée en fréquence, dont la fréquence est décalée d'une valeur δf2, éventuellement négative, par rapport à l'onde décalée (DEC), la deuxième onde décalée en fréquence formant l'onde de référence (REF) , dont la fréquence est ainsi décalée en fréquence par rapport à l'onde incidente (INC) d'une valeur δf=δfι+δf2, déterminant ainsi une différence de phase φ±(t) connue entre ces deux ondes.
24. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'objet à imager (OBJ) est un tissu biologique.
25. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif générateur de vibrations (TRANS) est utilisé pour obtenir une information acoustique de la zone (Dx, Dy, Dz) de l'objet à imager (OBJ), et dans lequel l'information numérique extraite à l'étape (f) est utilisée conjointement à ladite information acoustique.
26. Installation d'imagerie acousto-optique d'un objet à imager (OBJ) comprenant : des moyens pour générer une onde optique incidente (INC) , de fréquence fi, et une onde optique de référence (REF) de fréquence fR, cette onde de référence étant cohérente avec l'onde incidente (INC) et présentant avec elle une différence de phase φ±(t) connue, un dispositif générateur de vibration pour faire vibrer dans une première direction d'objet (x0) et à une fréquence acoustique fA une zone (Dx, Dy, Dz) de l'objet à imager (OBJ), des moyens pour appliquer ladite onde incidente (INC) sur l'objet à imager (OBJ), générant ainsi une onde signal diffusée (DIF) , - un dispositif de détection (DET) , des moyens pour appliquer au moins une partie (SIG) de cette onde signal diffusée (DIF) sur le dispositif de détection (DET) , des moyens pour appliquer l'onde de référence (REF) sur le dispositif de détection (DET) sans la faire passer à travers l'objet à imager (OBJ), ce qui génère au point r du dispositif de détection (DET) ' un interférogramme I (r, t) variant au cours du temps t, et des moyens (CALC) pour extraire de l' interférogramme une information numérique et les coordonnées (U, V, W) d'un point de mesure de l'objet à imager, auquel l'information numérique est relative.
27. Installation d'imagerie acousto-optique selon la revendication 26 comprenant en outre les éléments suivants : des moyens pour visualiser ladite information numérique relative audit point de mesure de l'objet à imager, et des moyens pour déplacer l'objet à imager (OBJ) .
28. Installation d'imagerie acousto-optique selon la revendication 26 ou 27, comprenant en outre un dispositif de filtrage spatial situé en aval de l'objet à imager.
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