(57)【要約】  光音響撮像システムは、予め定められた時間間隔で繰り返される時間波形を有する音響信号からなる超音波を被撮影物体４に照射するための超音波波源１と、被撮影物体４に照射された超音波２の散乱波を受けるように配置され、前記散乱波を平面波に変換する音響レンズ６と、音響レンズ６に対して被撮影物体４の反対側の領域であって、音響レンズ６の光軸７を含む領域に設けられた透光性音響媒質８と、単色光平面波を出射する光源であって、単色光平面波の進行方向と音響レンズ６の光軸７とが９０度および１８０度以外の角度で交差するように配置された光源１１と、透光性音響媒質８中で発生した、単色光平面波の回折光２０１を集光するように配置された結像レンズ１６と、結像レンズ１６によって結像された光学像１８を画像情報として取得する受像部１７と、光学像１８の歪み、または前記画像情報から生成される画像の歪みを補正する歪み補償部１５とを備えている。
2012172764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた時間間隔で繰り返される時間波形を有する音響信号からなる超音波を被撮影物体に照射するための超音波波源と、
前記被撮影物体に照射された前記超音波の散乱波を受けるように配置され、前記散乱波を平面波に変換する音響レンズと、
前記音響レンズに対して前記被撮影物体の反対側の領域であって、前記音響レンズの光軸を含む領域に設けられた透光性音響媒質と、
単色光平面波を出射する光源であって、前記単色光平面波の進行方向と前記音響レンズの光軸とが９０度および１８０度以外の角度で交差するように配置された光源と、
前記透光性音響媒質中で発生した、前記単色光平面波の回折光を集光するように配置された結像レンズと、
前記結像レンズによって形成された光学像を画像情報として取得する受像部と、
前記光学像の歪み、または前記画像情報から生成される画像の歪みを補正する歪み補償部と、
を備えている、光音響撮像システム。
【請求項２】
前記超音波は、正弦波を搬送波とする音響信号である、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項３】
前記超音波は、パルス状の時間波形を有し、前記時間波形の継続時間は、搬送波周波数の逆数以上である、請求項２に記載の光音響撮像システム。
【請求項４】
前記音響レンズは、焦点調整機構を有している、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項５】
前記音響レンズは、屈折型の音響レンズである、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項６】
前記音響レンズは、シリカナノ多孔体で構成されている、請求項５に記載の光音響撮像システム。
【請求項７】
前記音響レンズは、反射型の音響レンズである、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項８】
前記音響レンズは、カセグレン型の音響レンズである、請求項７に記載の光音響撮像システム。
【請求項９】
前記透光性音響媒質は、シリカナノ多孔体である、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項１０】
前記歪み補償部は、前記透光性音響媒質中で発生した、前記単色光平面波の回折光の光束の断面積を拡大または縮小させる光学系を有し、前記光学系によって前記光学像の歪みを補正する、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項１１】
前記光学系は、アナモルフィックプリズムを含む、請求項１０に記載の光音響撮像システム。
【請求項１２】
前記歪み補償部における前記光学系は、前記透光性音響媒質と前記結像レンズとの間に配置されている、請求項１０に記載の光音響撮像システム。
【請求項１３】
前記歪み補償部は、前記受像部によって取得された前記画像情報から生成される画像の歪みを、画像処理によって補正する、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項１４】
前記光源から出射された前記単色光平面波の進行方向が前記音響レンズの光軸に対してなす角度と、前記単色光平面波の回折光の進行方向が前記音響レンズの光軸に対してなす角度とを等しくするように、前記光源の位置を調整する角度調整部をさらに備えている、請求項１に記載の光音響撮像システム。
【請求項１５】
前記画像情報に基づいて、前記光学像の歪み、または、前記画像情報から生成される画像の歪みの補正を行う、請求項１０から１３のいずれかに記載の光音響撮像システム。
【請求項１６】
被撮影物体に照射された超音波の散乱波を受けるように配置された音響レンズと、
前記音響レンズに対して前記被撮影物体の反対側の領域であって、前記音響レンズの光軸を含む領域に設けられた透光性音響媒質と、
単色光平面波を出射する光源であって、前記単色光平面波の進行方向と前記音響レンズの光軸とが９０度および１８０度以外の角度で交差するように配置された光源と、
前記透光性音響媒質中で発生した、前記単色光平面波の回折光を集光するように配置された結像レンズと、
前記結像レンズによって形成された光学像を画像情報として取得する受像部と、
を備えている、光音響撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、超音波を被撮影物体に照射し、被撮影物体より散乱される超音波を光音響媒質に導入することによって光音響媒質中に屈折率分布を形成し、それにより生じるＢｒａｇｇ回折を用いて散乱超音波の強度・位相分布を単色光の強度・位相分布に転写することにより、超音波画像を光学画像として撮像する光音響撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を被撮影物体に照射し、被撮影物体からの散乱波によって光学画像を生成する装置として、超音波診断装置が知られている。例えば、特許文献１には、超音波診断装置の一例が開示されている。【０００３】
図１３は、特許文献１に記載された超音波診断装置の撮像原理を示す図である。図１３に示す超音波診断装置は、同一形状・同一特性の矩形振動子Ｔ１〜Ｔ１５を備えている。矩形振動子Ｔ１〜Ｔ１５は、振動によって超音波の送波および受波を行うことが可能に構成されている。図１３に示す例では、矩形振動子Ｔ１〜Ｔ１５は、１次元状に配列されている。【０００４】
矩形振動子Ｔ１〜Ｔ１５の各々が超音波を受波した時、各々から受信信号が出力される。これらの受信信号は、信号処理回路（不図示）によって遅延合成される。【０００５】
遅延合成とは、矩形振動子Ｔｉ（ｉ＝１，…，１５）から出力される受信信号をＳｉ（ｔ）（ｉ＝１，…，１５）とするとき、合成信号Ｓ＝Ａ１×Ｓ１（ｔ＋ｔ１）＋Ａ２×Ｓ２（ｔ＋ｔ２）＋…＋Ａ１５×Ｓ１５（ｔ＋ｔ１５）を生成することを言う。ここで、ｔは時間を表し、ｔｉ（ｉ＝１，…，１５）は時間のずれ（遅延時間）を表し、Ａｉ（ｉ＝１，…，１５）は重みを表す。遅延合成は、各矩形振動子から出力された受信信号を、時間をずらしながら適当な重みを付与して加算処理を行う信号合成法である。【０００６】
図１３に示す超音波診断装置は、被撮影物体の超音波画像を撮像することができる。以下、点ａ２でパルス状球面波が発生した場合を例に超音波画像の撮像原理を説明する。点ａ２で発生した球面波が矩形振動子Ｔ５（点ａ２に最も近い矩形振動子）に到達した時刻を基準にして、他の矩形振動子Ｔｉは、τｉ（τｉ＞０）だけ時間遅れをもってパルス状の時間信号を出力する。上記の遅延合成をｔｉ＝τｉ（ｉ＝１，…，１５）として行った場合、各矩形振動子の出力信号から生成される遅延信号Ｓｉ（ｔ＋ｔｉ）は、全て同時刻にパルス状の時間信号をもつ。その結果、遅延合成後の信号は大きなパルス状の時間信号となる。【０００７】
ここで、他の点ａ１からもパルス状球面波が到達する場合を考える。点ａ１で発生したパルス状球面波に対応する出力信号は、遅延合成の際、各矩形振動子からの遅延信号Ｓｉ（ｔ＋ｔｉ）において同時刻には出現しない。したがって、遅延合成された信号においては、点ａ１からの球面波信号の出力は相対的に小さくなる。【０００８】
すなわち、図１３に示す超音波診断装置は、遅延合成処理によって、点ａ２からの超音波信号にのみ高い感度を持ち、他点からの超音波信号は殆ど観測しない。この特性を応用して、図１３に示す所望の点からの球面波に対して高い感度をもつよう遅延時間ｔｉ（ｉ＝１，…，１５）を設定し、遅延時間を設定するごとに繰り返し遅延合成を行えば、各点からの球面波強度を捉えることができ、超音波画像を撮影できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５４−３４５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１３に示す超音波診断装置によれば、フレキシブルな撮像が可能である。しかし、この超音波診断装置では、１枚の超音波画像を撮像するために、多数回の信号処理（遅延合成）が必要となる。必要な信号処理の回数は、少なくとも画像の画素数に相当する。したがって、高速に超音波を撮像するためには、高速かつ大規模な演算回路をもつ信号処理回路が必要となる。また、画素数が多く空間分解能の高い画像を取得するためには、互いに送波・受波特性の揃った多数の超音波振動子が必要である。しかし、そのような振動子群の構築は困難を極める。【００１１】
本願の、限定的ではない例示的な実施形態は、大規模な演算回路を備えなくても高速で画像を得ることのできる光音響撮像システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による光音響撮像システムは、予め定められた時間間隔で繰り返される時間波形を有する音響信号からなる超音波を被撮影物体に照射するための超音波波源と、前記被撮影物体に照射された前記超音波の散乱波を受けるように配置された音響レンズと、前記音響レンズに対して前記被撮影物体の反対側の領域であって、前記音響レンズの光軸を含む領域に設けられた透光性音響媒質と、単色光平面波を出射する光源であって、前記単色光平面波の進行方向と前記音響レンズの光軸とが９０度および１８０度以外の角度で交差するように配置された光源と、前記透光性音響媒質中で発生した、前記単色光平面波の回折光を集光するように配置された結像レンズと、前記結像レンズによって形成された光学像を画像情報として取得する受像部と、前記光学像の歪み、または前記画像情報から生成される画像の歪みを補正する歪み補償部とを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本願の一態様にかかる光音響撮像システムによれば、超音波を用いて、被撮影物体を高速で撮影することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１における光音響撮像システムの構成を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は実施形態１の光音響撮像システムにおいて平面波光束１４が平面波９によってＢｒａｇｇ回折される様子を示す説明図であり、（ｂ）は１次元回折格子におけるＢｒａｇｇ回折条件を説明するための模式図であり、（ｃ）はＢｒａｇｇ回折により超音波波面が回折光光束に転写されることを説明するための模式図である。
【図３】（ａ）は実施形態１の光音響撮像システムにおいて回折光２０１が１方向に歪んでいることを示す説明図であり、（ｂ）は実施形態１における光音響撮像システムの歪み補償部１５として適用されているアナモルフィックプリズムの作用を説明するための模式図である。
【図４】アナモルフィックプリズムを構成するくさび状プリズムの作用を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）は、光学分野における二重回折光学系の動作を説明するための概略構成図であり、（ｂ）は、実施形態１の光音響撮像システムにおける光音響混在型光学系としての二重回折光学系の構成を示す概略図である。
【図６】実施形態１の光音響撮像システムの具体的な構成を示す概略図である。
【図７】（ａ）は実施形態１の光音響撮像システムにおける平面波光束１４の入射方向を示す概略構成図であり、（ｂ）は実施形態１の光音響撮像システムにおける平面波光束１４の他の可能な入射方向を示す概略構成図である。
【図８】実施形態２の光音響撮像システムにおける音響レンズ６の構成を示す概略図である。
【図９】実施形態３の光音響撮像システムにおける歪み補償部１５の構成例を示す概略図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、実施形態４の光音響撮像システムにおける歪み補償部１５の構成例を示す概略図である。
【図１１】実施形態５における光音響撮像システムの構成を示す概略構成図である。
【図１２】（ａ）は、実施形態６の光音響撮像システム６００の歪み補償部１５の概略構成を示す図であり、（ｂ）は校正用試料を模式的に示している。（ｃ）は歪み補正前の撮影された校正用試料の画像を模式的に示しており、（ｄ）は、歪み補正後の校正用試料の画像を模式的に示している。
【図１３】特許文献１に記載された従来の超音波診断装置の撮像原理を示す模式図である。
【図１４】非特許文献１に記載された従来のＢｒａｇｇ  ｉｍａｇｉｎｇの装置構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本願発明者は、大規模な演算回路を備えなくても超音波を用い、高速で画像を得ることのできる撮像装置について検討した。その結果、超音波と光の相互作用である音響光学効果とを利用し、画像を取得することを想到した。具体的には、超音波散乱波がもつ被撮像物体の情報を光波に転写し、超音波画像を光学的画像として撮像することを想到した。このような目的に適用可能な従来技術として、Ｂｒａｇｇ  ｉｍａｇｉｎｇと呼ばれる技術がある（例えば、A. Korpel, “Visualization of the cross section of a sound beam by Bragg diffraction of light," Applied Physics Letters, vol.9. no.12, pp.425-427, 15 Dec. 1966.参照。以下、非特許文献１という）。
【００１６】
図１４は、非特許文献１に記載された従来のＢｒａｇｇ  ｉｍａｇｉｎｇを利用した撮像装置の装置構成を示す図である。図１４において、レーザー光源１１０１から出射した単色光光束は、ビームエクスパンダー１１０２、ならびに、アパーチャ１１０３により、太い平面波光束に変換される。光束の光路上には、３つのシリンドリカルレンズ１１０４（ａ）、１１０４（ｂ）、１１０４（ｃ）が配置されている。図１４に示す光学系は、図１４紙面水平・垂直方向に対して非対称な構造を有している。したがって、光学系は非点収差を持ち、図１４紙面に対し水平垂直両方向においてスクリーン１１０５上の１点で結像させるため、光学系はシリンドリカルレンズ１１０４（ａ）、１１０４（ｂ）、１１０４（ｃ）で構成されている。
【００１７】
シリンドリカルレンズ１１０４（ａ）は、平面波光束が紙面水平面において焦点面（焦点を含み、光軸を法線とする平面）１１０６上で焦点を結ぶよう、焦点距離が設定されている。焦点面１１０６を通過した光束は焦点面１１０６の後方で発散するが、その発散光束はシリンドリカルレンズ１１０４（ｂ）によって収束されスクリーン１１０５上で再度焦点を結ぶ。光軸を含み図１４紙面に垂直な面内においては、拡大光学系１１０２通過後の光束は平行光束のままシリンドリカルレンズ１１０４（ｃ）に入射する。そして、シリンドリカルレンズ１１０４（ｃ）の集光作用でスクリーン１１０５上に焦点を結ぶ。なお、各シリンドリカルレンズ１１０４の敷設位置や焦点距離は、図１４の水平垂直方向の光束がスクリーン１１０５上で結像することだけでなく、図１４の水平垂直方向の画像の拡大率（被撮影物体１１０９の大きさ／スクリーン１１０５上での像の大きさ）が等しくなるように設定される。
【００１８】
図１４に示す装置構成において、被撮影物体１１０９は、水１１０７で満たされた音響セル１１０８中に浸漬されている。被撮影物体１１０９には、水１１０７を介して、信号源１１１０によって駆動される超音波振動子１１１１から発生する単色の（単一周波数の）超音波平面波が照射される。その際、被撮影物体１１０９において超音波散乱波が生成される。散乱波は、レーザー光源１１０１から出射された単色光の水１１０７中における通過領域を伝播する。水中を伝播する超音波の主な導波モードは粗密波（縦波）であるので、水１１０７中の音圧分布、すなわち、超音波波面に一致した屈折率分布が水中に生成される。ここで、議論を簡単にするため、まず、被撮影物体１１０９からの超音波散乱波は、図１４において上方に向かう平面波であると仮定する。超音波散乱波は単色超音波であるから、ある瞬間においては、水１１０７中に生成される屈折率分布は超音波波長で繰り返される正弦波状の１次元格子となる。従って、その１次元格子により、回折光が生成される。なお、図１４では簡単のため、±１次回折光束のみを図示している。一般に、回折光はＢｒａｇｇ回折光とＲａｍａｎ−Ｎａｔｈ回折光よりなる。図１４に示した装置は、Ｂｒａｇｇ回折光が主要な回折光となる条件下で適用される。その場合、生成される回折光は０次、および±１次回折光のみとなる。回折光はスクリーン１１０５上で光点として現れる。光点の輝度は、１次元格子の屈折率の変化量、すなわち、超音波の音圧に比例する。
【００１９】
ここで、先ほど仮定した、「超音波散乱波は平面波である」という前提条件を緩和することを考える。すなわち、一般の超音波散乱波の場合（波面が平面ではない場合）を考察する。一般の超音波散乱波は、様々な方向から到来する平面波（上記の例では、全ての平面波は同一周波数をもつ）の重ね合わせとして表現することができる。このため、一般の超音波散乱波においても展開された各平面波による回折光の光点がスクリーン１１０５上に出現する。各光点の強度は各平面波の振幅の大きさに比例し、また、各光点のスクリーン１１０５上での出現位置は、各平面波の進行方向によって決定される。そのため、スクリーン１１０５上において１次回折像１１１２（ａ）、および、−１次回折像１１１２（ｂ）として、被撮影物体１１０９の像が現われる。
【００２０】
以上が、非特許文献１に記載された従来のＢｒａｇｇ  ｉｍａｇｉｎｇによる、超音波画像を光学的に撮像するための動作である。
【００２１】
Ｂｒａｇｇ  ｉｍａｇｉｎｇによる画像形成は、通常の光学式カメラと同様に集光光学系の光学像形成作用により行われるので、上で引用した特許文献１で適用されている受信機群や、受信機群から出力される受信信号群に対する信号処理手段を一切必要としない。従って、Ｂｒａｇｇ  ｉｍａｇｉｎｇは装置構成上、高速かつ大規模な演算回路や、互いに送波・受波特性の揃った多数の超音波振動子が必要とされないため、上記の特許文献１の課題を解決することができる。
【００２２】
上述のように、Ｂｒａｇｇ  ｉｍａｇｉｎｇは多くの点で利点を有しているものの、以下のような課題を有している。すなわち、良好な結像特性（波動光学的に期待される超音波波長で決まる分解能）の実現が困難であるという点、必然的に装置が大型化する点、および、撮影可能な被撮影物体に制限があるという点に課題を有している。
【００２３】
図１４において、被撮影物体１１０９の像は±１次回折像１１１２（ａ）、１１１２（ｂ）であるが、±１次回折像１１１２（ａ）、１１１２（ｂ）は、図１４における光学軸から大きく離れて形成される。一般に、結像光学系は、光学軸を離れる程大きな軸外収差をもつため、光軸を離れた像面（像が形成される平面）では、良好な像形成が困難になる。したがって、図１３に示す光学系構成では、軸外収差による像の悪化が生じる。
【００２４】
また、図１４に示す構成では、超音波の伝播媒質として水１１０７が使用されている。水中では超音波の伝播速度が比較的早いため（約１５００ｍ／ｓ）、非特許文献１に記載されている２２ＭＨｚという高い周波数の超音波を用いた場合、その波長は約６８μｍにもなる。そのため、レーザー光源１１０１として非特許文献１に記載されている波長６３３ｎｍのレーザーを適用した場合、±１次回折像１１１２（ａ）、１１１２（ｂ）の回折角は極めて小さくなる（約０．２７°）。したがって、図１４における水平および垂直方向の画像の拡大率が等しくなるようにするためには、水平・垂直のそれぞれに焦点距離および拡大率を調整するためのシリンドリカルレンズによる特殊な光学系が必要になる。また、スクリーン１１０５と音響セル１１０８との間の距離を大きく離す（数ｍ程度）ことが必要であり、装置が大型化するという課題もある。更に、図１４に示す構成では、被撮影物体１１０９を水１１０７で満たされた密閉容器中に封じ込める必要があるため、例えば特許文献１の超音波診断装置のような簡便な撮像は困難である。
【００２５】
本発明者は、これらの課題に鑑み、収差が少なく像面上で均一かつ高い分解能を有する光学像形成が可能で、被撮影物体を水で満たされた密閉容器に封じ込める必要がなく、小型の光音響撮像システムを実現し得る新規な光音響撮像システムを想到した。本発明の一態様の概要は以下の通りである。
【００２６】
本発明の一態様である光音響撮像システムは、予め定められた時間間隔で繰り返される時間波形を有する音響信号からなる超音波を被撮影物体に照射するための超音波波源と、前記被撮影物体に照射された前記超音波の散乱波を受けるように配置され、前記散乱波を平面波に変換する音響レンズと、前記音響レンズに対して前記被撮影物体の反対側の領域であって、前記音響レンズの光軸を含む領域に設けられた透光性音響媒質と、単色光平面波を出射する光源であって、前記単色光平面波の進行方向と前記音響レンズの光軸とが９０度および１８０度以外の角度で交差するように配置された光源と、前記透光性音響媒質中で発生した、前記単色光平面波の回折光を集光するように配置された結像レンズと、前記結像レンズによって形成された光学像を画像情報として取得する受像部と、前記光学像の歪み、または前記画像情報から生成される画像の歪みを補正する歪み補償部とを備えている。
【００２７】
前記超音波は、正弦波を搬送波とする音響信号である。
【００２８】
前記超音波は、パルス状の時間波形を有し、前記時間波形の継続時間は、搬送波周波数の逆数以上である。
【００２９】
ある実施形態において、前記音響レンズは、焦点調整機構を有している。
【００３０】
前記音響レンズは、屈折型の音響レンズである。
【００３１】
前記音響レンズは、シリカナノ多孔体で構成されている。
【００３２】
前記音響レンズは、反射型の音響レンズである。
【００３３】
前記音響レンズは、カセグレン型の音響レンズである。
【００３４】
前記透光性音響媒質は、シリカナノ多孔体である。
【００３５】
ある実施形態において、前記歪み補償部は、前記透光性音響媒質中で発生した、前記単色光平面波の回折光の光束の断面積を拡大または縮小させる光学系を有し、前記光学系によって前記光学像の歪みを補正する。
【００３６】
前記光学系は、アナモルフィックプリズムを含む。
【００３７】
前記歪み補償部における前記光学系は、前記透光性音響媒質と前記結像レンズとの間に配置されている。
【００３８】
前記歪み補償部は、前記受像部によって取得された前記画像情報から生成される画像の歪みを、画像処理によって補正する。
【００３９】
前記光音響撮像システムは、前記光源から出射された前記単色光平面波の進行方向が前記音響レンズの光軸に対してなす角度と、前記単色光平面波の回折光の進行方向が前記音響レンズの光軸に対してなす角度とを等しくするように、前記光源の位置を調整する角度調整部をさらに備えている。
【００４０】
前記画像情報に基づいて、前記光学像の歪み、または、前記画像情報から生成される画像の歪みの補正を行う。
【００４１】
また、本発明の一態様である光音響撮像装置は、被撮影物体に照射された超音波の散乱波を受けるように配置された音響レンズと、前記音響レンズに対して前記被撮影物体の反対側の領域であって、前記音響レンズの光軸を含む領域に設けられた透光性音響媒質と、単色光平面波を出射する光源であって、前記単色光平面波の進行方向と前記音響レンズの光軸とが９０度および１８０度以外の角度で交差するように配置された光源と、前記透光性音響媒質中で発生した、前記単色光平面波の回折光を集光するように配置された結像レンズと、前記結像レンズによって形成された光学像を画像情報として取得する受像部とを備えている。
【００４２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００４３】
（実施形態１）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施形態による光音響撮像システム１００の構成を模式的に示す図である。光音響撮像システム１００は、超音波波源１、光音響媒質８、光音響媒質８の被撮影物体４側の面に配置された音響レンズ６、光音響媒質８の音響レンズ６が配置された面と対向する面に配置された音波吸収端１０、単色光光源１１、ビームエクスパンダー１２、歪み補償部１５、結像レンズ１６、および受像部１７を備えている。なお、図１に示す被撮影物体４および像１８は、光音響撮像システム１００の構成要素ではなく、説明の便宜上図示している。
【００４５】
超音波波源１、音響レンズ６、光音響媒質８の一部、および被撮影物体４は、超音波が伝播することができる媒質３中に配置されている。媒質３は、例えば、空気、水などである。なお、体組織も超音波が伝播可能な媒質３の好適な例の１つである。体組織内を撮影する場合、従来の超音波診断装置に用いられるプローブと同様、超音波波源１および音響レンズ６は、媒質３に接触して配置される。
【００４６】
光音響撮像システム１００は、超音波を用いて、被撮影物体４の画像を撮像する。以下、光音響撮像システム１００の各構成要素を説明する。
【００４７】
＜超音波波源１＞
超音波波源１は、複数波の同一正弦波形からなるパルス状超音波２を、被撮影物体４に照射する。複数波の同一正弦波形からなるパルス状超音波２とは、振幅および周波数が一定の正弦波形が一定時間連続する時間波形をもつ超音波を意味する。このように、本実施形態で用いられる超音波波源は、正弦波を搬送波とする音響信号を出射する。ここで、パルス状超音波２の時間波形の継続時間は、搬送周波数の逆数（周期）以上に設定されることが好ましい。パルス状超音波２は、平面波でなくてもよい。
【００４８】
パルス状超音波２は、被撮影物体４の撮像したい領域を、概ね均一な照度で照射する。被撮影物体４を概ね均一な照度で照射するために、本実施形態におけるパルス状超音波２は、少なくとも光音響撮像システム１００の撮像可能領域よりも大きいビーム断面を有する超音波波束である。ここで、「概ね均一な照度で照射する」とは、光音響撮像システム１００の設計者が予め想定した撮像領域に一様な音圧が加わるように照射することを意味する。撮像領域とは、音響レンズ６の物体側焦点の近傍領域を指す。例えば、撮像領域が焦点近傍の半径１０ｍｍの領域である場合、焦点面近傍の半径１０ｍｍの領域が均一に照射されればよい。
【００４９】
パルス状超音波２が被撮影物体４に照射されると、パルス状超音波２と同一周波数をもつ散乱波５が生成される。なお、散乱波５もまた超音波であることは言うまでもない。
【００５０】
＜音響レンズ６＞
音響レンズ６は、超音波を集束するように構成されている。音響レンズ６は、媒質３中において焦点距離ｆを有している。音響レンズ６は、例えば、光学レンズ状に加工した超音波の伝播損失の少ない弾性体や、音響インピーダンスが媒質３とは大きく異なる物質（金属やガラス等）の表面を光学分野における反射鏡のように滑らかに加工し、超音波に対する複数の反射面を組み合わせて構成される。
【００５１】
議論を簡単にするため、被撮影物体４は、音響レンズ６の焦点近傍に位置すると仮定する。すなわち、音響レンズ６と被撮影物体４との距離は、おおよそ焦点距離ｆである。なお、実際の撮影シーンでは、被撮影物体４と音響レンズ６との距離は厳密に焦点距離ｆと一致していなくてよい。被撮影物体４と音響レンズ６との距離が焦点距離ｆに対してどの程度ずれていてもよいかは、撮像において要求される分解能に依存する。
【００５２】
次に、パルス状超音波２が被撮影物体４に照射されることにより発生する散乱波５に着目する。散乱波５は、音響レンズ６の焦点位置（被撮影物体４の位置）で発生し、焦点を中心とする球面波である。散乱波５は、音響レンズ６により屈折し、光音響媒質８中を光軸７に平行な方向に伝播する平面波９に変換される。パルス状超音波２によって被撮影物体４が照射されているので、平面波９は、図１に示すようにパルス状の平面波の波束になる。本明細書では、上記のように屈折によって入射した超音波を平面波の波束に変換する音響レンズを「屈折型」と呼ぶ。また、音響レンズ６が散乱波５を受ける面を第１の面とし、その他の面を第２の面とも表記する。音響レンズ６は、複数の第２の面を有していてもよい。
【００５３】
＜光音響媒質８＞
光音響媒質８は、透光性の音響媒質である。光音響媒質８中に、平面波９が伝播する。光音響媒質８は、音響レンズ６の第２の面に接して配置される。すなわち、音響レンズ８が有する、散乱波８が入射する面以外の面に配置される。言い換えれば、光音響媒質８は、音響レンズ６に対して、被撮影物体４の反対側の領域に配置されている。また、光音響媒質８には、後述する平面波光束１４も入射する。光音響媒質８は、例えばシリカ乾燥ゲルで形成された多孔体、水、光学ガラス等で構成される。すなわち、粗密音響信号が伝播可能であり、かつ、単色光光源１１からの出射光が透過可能な等方的媒質であればよい。なお、光音響撮像システム１００によって高解像度の画像を取得する場合、光音響媒質８として、できる限り低音速な媒質を用いることが好ましい。
【００５４】
光音響媒質８の向かい合う端面には、音響レンズ６および音波吸収端１０が配置されている。音響レンズ６によって変換された平面波９は、光音響媒質８に入射し、その内部を伝播する。伝播する平面波９は、光音響媒質８の端面に配置された音波吸収端１０において反射することなく吸収される。なお、平面波９の反射を防止するため、本実施形態のように音波吸収端１０を設けることが好ましいが、音波吸収端１０を設けずに本システムを構成することも可能である。
【００５５】
光音響媒質８、音響レンズ６、および音波吸収端１０の構成要素間には、音響整合層を設け、これらの３つの構成要素を接触させることが好ましい。音響整合層を設けることにより、３つの構成要素の端面で発生する反射波の影響を抑制できる。音響レンズ６の屈折面で発生する反射波は、透過光の減少を招くため、像１８の輝度を低下させる要因になる。また、音響レンズ６の屈折面、音波吸収端１０と光音響媒質８との界面、および光音響媒質８の音波吸収端１０に接していない端面で発生する反射波は、像１８の画質を低下させる要因にもなる。これらの反射波は、光学分野における迷光に相当し、結像に関与しない。これらの反射波の増加は、画像のＳ／Ｎ比の低下、コントラストの低下や、被撮影物体４の像以外の像の重畳（ゴースト）を引き起こす。これらの反射波のうち、主要な成分は、音響レンズ６の屈折面で発生する成分、および光音響媒質８の音波吸収端１０に接している面で発生する成分である。従って、上記３つの構成要素間に音響整合層を設け、これら３つの構成要素による反射波の発生を抑制することが好ましい。
【００５６】
＜単色光光源１１＞
単色光光源１１は、干渉性の高い光束を生成する。ここで「干渉性の高い光束」とは、互いに波長、進行方向、および位相の揃った光子群よりなる光束を意味する。単色光光源１１は、光音響媒質８に向かって光束を照射する。
【００５７】
単色光光源１１と光音響媒質８との間には、ビームエクスパンダー１２が配置されている。単色光光源１１より出射した光束は、ビームエクスパンダー１２を通過することにより、平面波光束１４に整形される。ビームエクスパンダーは、平面波光束１４が光音響媒質８中の平面波９の伝播領域を十分均一に照射するよう、単色光光源１１から出射した光束を拡大する。被撮影物体４の全体を画像として捉えるために、ビームエクスパンダー１２は、図１に示す平面波９の１つの波面全体を均一に照射するように構成されていることが好ましい。
【００５８】
以上の構成により、平面波光束１４は、光音響媒質８に入射する。単色光光源１１の光軸１３は、光音響媒質８の光軸７と交差する。光軸７と光軸１３との交差角度は、（９０°−θ）である。ここで、θは、平面波光束１４の進行方向と平面波９の波面とのなす角度を表す。なお、θは、０度、９０度、１８０度、および２７０度を除く任意の角度をとることができる。これは、θが０度、９０度、１８０度、および２７０度以外の角度である限りにおいて、平面波光束１４にＢｒａｇｇ回折が生じ、回折光２０１が生成されるからである。
【００５９】
光音響媒質８は、上記のように、単色光光源１１の出射光束に対して透光性を有している。平面波光束１４は、光音響媒質８に入射した後、平面波９と接触する。平面波９と接触した平面波光束１４は、そのまま透過する光と回折光２０１とに分離する。
【００６０】
＜平面波光束１４の振る舞い＞
次に、図２を参照しながら、平面波光束１４が平面波９を照射したときの平面波光束１４の振る舞いを説明する。
【００６１】
図２（ａ）は、光音響撮像システム１００において、平面波光束１４が平面波９によってＢｒａｇｇ回折される様子を示す図である。図２（ａ）に、平面波９が平面波光束１４中を通過する瞬間の様子が示されている。超音波である平面波９は、光音響媒質８中を伝播する粗密波である。すなわち、光音響媒質８中には、平面波９の音圧分布に一致した屈折率分布が生成される。本実施形態では、平面波９は単一周波数をもつため、屈折率分布の周期は平面波９の波長に等しい。光音響媒質８は、光軸７の方向に正弦波状に変化し、かつ、光軸７を法線とする平面に平行な方向に一様な屈折率を有する１次元格子となる。この１次元格子は回折格子として働くため、平面波光束１４が光音響媒質８を伝播した場合、回折光２０１が生じる。なお、１次元格子の格子面が平面であり、かつ、平面波光束１４の波面が平面である場合、回折光２０１は平面波となる。図２（ａ）に示すように、平面波光束１４および回折光２０１が光軸７を法線とする平面に対してなす角度は等しく、ともに角度θである。角度θは、以下で述べるＢｒａｇｇ回折条件を満足する離散的な値である。
【００６２】
図２（ｂ）は、１次元回折格子におけるＢｒａｇｇ回折条件を説明するための模式図である。図２（ｂ）に示すように、平面波９により生成された回折格子２０２の格子間隔は、光音響媒質８中の超音波伝播波長λａに等しい。波長λｏをもつ単色光２０３が回折格子２０２に入射した場合、各格子において微弱な散乱光が生成される。隣り合う２つの格子面からの散乱光に着目すると、各格子で同方向に散乱された２光線の光路長差（２×λａ×ｓｉｎθ）が波長λｏの整数倍（ｍ×λ０，ｍ＝±１，±２，…）に等しいとき、２つの散乱光は強め合う。この強め合いが他の格子面でも生じるため、全体として高強度の散乱光、すなわち回折光が発生する。
【００６３】
この強め合いの条件より、回折光が出現する角度θは、以下の式１で表される。
（数１）
θ＝Arcsin（ｍλｏ／２λａ），  （ｍ＝±１，±２，  …）（式１）
ここで、Ａｒｃｓｉｎは逆正弦関数を表す。式１で表される条件がＢｒａｇｇ回折条件である。
【００６４】
次数ｍが小さいほど高強度の回折光２０１となるので、光音響撮像システム１００としては、ｍ＝±１の回折光２０１を用いることが好ましい。
【００６５】
図２（ｃ）は、Ｂｒａｇｇ回折により超音波波面が回折光光束に転写されることを説明するための模式図である。図２（ｃ）を参照しながら、平面波９が波面面内で音圧分布をもっている場合における、回折光２０１の振る舞いを説明する。ここで、平面波９の波面は平面であると仮定する。図２（ｃ）に示すように、平面波９は波面面内で非一様な音圧分布を有している。この非一様性は、被撮影物体４からの散乱超音波の強度分布の非一様性を反映している。平面波９の音圧は、光音響媒質８の屈折率変化に比例する。回折光２０１の振幅（光強度の１／２乗）は、屈折率変化の大きさに比例するので、回折光２０１の振幅分布は平面波９の音圧分布に比例する。従って、図２（ｃ）に示す状況においては、均一な光強度を有する平面波光束１４の回折光２０１は、平面波９の音圧分布が転写された平面波になる。ここで「転写」とは、回折光２０１が、平面波９の音圧分布に対応する光強度分布を有することを意味する。すなわち、平面波９のもつ波動光学的情報は、全て回折光２０１に引き継がれることになる。
【００６６】
＜歪み補償部１５＞
次に、本実施形態における歪み補償部１５を説明する。
【００６７】
図３（ａ）は、光音響撮像システム１００において回折光２０１が１方向に歪んでいることを模式的に示す図である。図３（ａ）に示すように、平面波光束１４は、平面波９に対して斜めに入射する。このため、回折光２０１は、図３（ａ）紙面に平行、かつ回折光２０１の伝播方向に対して垂直な方向に歪んでいる。すなわち、図３（ａ）に示すｘ−ｙ平面におけるｙ軸方向に、回折光２０１は歪んでいる。
【００６８】
ここで、平面波９のビーム形状を直径Ｌの円形とし、Ｂｒａｇｇ回折角をθとする。回折光２０１のビーム形状は、ｙ軸方向に短径Ｌ×ｓｉｎθ、ｘ軸方向に長径Ｌをもつ楕円形となる。
【００６９】
光音響撮像システム１００において、回折光２０１の歪みは、図１に示す像１８の歪みを引き起こす。そこで、本実施形態では、図１に示す歪み補償部１５により、回折光２０１の歪みを矯正する。本実施形態における歪み補償部１５は、アナモルフィックプリズム３０１によって構成される。
【００７０】
図３（ｂ）は、本実施形態における歪み補償部１５として用いるアナモルフィックプリズム３０１の作用を模式的に示す図である。図３（ｂ）に示すように、アナモルフィックプリズム３０１は、２つのくさび状プリズムより構成される。
【００７１】
図４は、１つのくさび状プリズムの例を示す図である。このくさび状プリズムは、屈折率ｎの硝材より構成されている。くさび状プリズムの２つの屈折面の法線は、いずれも図４の紙面に平行である。２つの屈折面のなす角度をαとする。図４の紙面に平行な光束が、このくさび状プリズムに入射した場合、図４の紙面に平行な光束がくさび状プリズムから出射される。すなわち、図４は、くさび状プリズムの２つの屈折面の法線で決定される平面に沿って入射する光束の様子を示している。
【００７２】
このような光束の第１の屈折面への入射角をθ１、第１の屈折面からの出射角をθ２、第２の屈折面からの出射角をθ３とする。また、図４において、第１の屈折面へ入射する光束の幅をＬｉｎ、第２の屈折面から出射する光束の幅をＬｏｕｔとする。この時、θ２、θ３は、θ１、α、ｎを与えれば以下の式２より求められる。
（数２）
ｓｉｎθ１＝ｎ×ｓｉｎθ２
ｎ×ｓｉｎ（α−θ２）＝ｓｉｎθ３ （式２）
【００７３】
図４に示すように、入射光の光束径とくさび状プリズムからの出射光の光束径とは異なる。Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎで計算される光束拡大率は、以下の式３で表される。
【数３】
2012172764.tif 000003
【００７４】
式３より、所望の光束拡大率は、くさび状プリズムのα、ｎと、入射角θ１とを決定することにより実現されることがわかる。
【００７５】
再び図３（ｂ）を参照する。アナモルフィックプリズム３０１は、図４に示すくさび状プリズムを１個以上組み合わせることにより構成される。なお、図３（ｂ）に示すように、２つの同一のくさび状プリズムを用いれば、アナモルフィックプリズム３０１への入射光と出射光の方向を平行にすることができ、光学系の調整が容易に行えるという利点がある。また、各くさび状プリズムの屈折面の法線が図３（ｂ）の紙面に平行になるように配置した場合、アナモルフィックプリズム３０１による回折光２０１の歪みの矯正効果が高くなるという利点がある。歪み補償部１５は、上記の例に限らず、図１に示す光軸７と光軸１３とを含む平面に平行な方向にのみ回折光２０１の光束径を拡大する光学系であれば、どのような光学系であってもよい。
【００７６】
図３（ｂ）に示すように、回折光２０１の歪んだ方向に関して、アナモルフィックプリズム３０１により、光束径が１／ｓｉｎθ倍に拡大される。これにより、図３（ｂ）紙面に平行な方向に関する像の歪みを補償し、直径Ｌの円形状の光束断面を有する回折光３０２が得られる。歪み補償後の回折光３０２は単色光であり、波長が超音波である平面波９よりもかなり短いという相違点はあるが、平面波９の波面状況が全て歪み補償後の回折光３０２の波面上で再現される。
【００７７】
図１に示すように、歪み補償後の回折光３０２は、焦点距離Ｆをもつ結像レンズ１６により集光される。歪み補償後の回折光３０２は平行光束であるので、結像レンズ１６の焦点に集光される。結像レンズ１６の焦点位置には受像部１７が設けられている。受像部１７は、典型的にはＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子であり、結像レンズ１６の焦点近傍の光強度分布を、光学的画像として撮像し、電気信号に変換する。なお、受像部１７は、その撮像面に形成された光学像を画像情報として捉えることができれば固体撮像素子に限らず、例えば写真用フィルムであってもよい。
【００７８】
受像部１７として固体撮像素子を用いる場合には、光音響撮像システム１００は、受像部１７から出力される画像情報である電気信号を受け取り、画像処理を施す画像処理部２０と、画像処理部２によって画像処理がなされた画像信号を受け取り、撮影した画像を表示する表示部２１とをさらに備えていてもよい。
【００７９】
次に、図５を参照しながら、この結像レンズ１６の焦点近傍の光強度分布が、被撮影物体４に相似な像１８であることを説明する。
【００８０】
図５（ａ）は、光学分野における二重回折光学系の動作を説明するための概略構成を示す図である。図５（ａ）は、焦点距離ｆおよびＦをそれぞれ有する２つの光学レンズ４０３、４０４より構成された光学系を示している。２つのレンズは互いに間隔ｆ＋Ｆだけ離れており、両レンズの光軸は一致している。フーリエ光学によれば、１つの集光レンズの２つの焦点は互いにフーリエ変換の関係にある。従って、レンズ４０３による物体４０１のフーリエ変換像が、他方の焦点面（焦点を含み、光軸を法線とする平面）であるフーリエ変換面４０２に形成される。また、フーリエ変換面４０２はレンズ４０４の焦点面でもあることから、フーリエ変換面４０２上に形成された物体４０１のフーリエ変換像のフーリエ変換像が、レンズ４０４のもう一方の焦点面に形成される。すなわち、レンズ４０４のもう一方の焦点面に形成される光学像は、物体４０１に２回フーリエ変換を行ったものに相当する。ところが、物体４０１の２回フーリエ変換像（像４０５）は、物体４０１と相似な図形となる。より正確には、像４０５は物体４０１の反転像としてレンズ４０４の焦点面に表れ、その大きさは物体４０１のＦ／ｆ倍となる。すなわち、この光学系においては、物体４０１と相似な光学画像が像４０５として出現し、ＣＣＤなどの撮像素子をレンズ４０４の図５（ａ）右側の焦点面に設置すれば物体４０１の撮像が可能となる。
【００８１】
本実施形態における光音響撮像システム１００による光音響混在型光学系は、基本的には図５（ａ）に示す光学系と同じ機能を有する。図２および図３を参照しながらで説明したように、図１に示すＢｒａｇｇ回折による回折光２０１を生成する機構および歪み補償部１５は、平面波９の振幅分布を、歪み補償後の回折光３０２の振幅分布に変換していると見なすことができる。より具体的には、図１に示す光音響混在型光学系は、図５（ｂ）に示すように、波長λａの平面波９の波面上の振幅分布（音圧分布）を、波長λｏの平面波である歪み補償後の回折光３０２の振幅分布（光強度分布）に転写する音響光変換部４０６を有しているとみなすことができる。したがって、光音響撮像システム１００における光音響混在型光学系は、図５（ａ）の光学系に音響光変換部４０６が挿入された光学系と同様の機能を有する。
【００８２】
図５（ａ）と図５（ｂ）との相違点は、音響光変換部４０６の前後で平面波の波長がλａからλｏに変わる点のみである。以上のことから、光音響撮像システム１００における光音響混在型光学系は、図５（ａ）に示す構成と同様、二重回折光学系である。ゆえに、フーリエ光学より、像４０８は物体４０７と相似な光学像であり、結像レンズ１６の焦点面上に倒立反転して現われる。なお、音響変換部４０６の前後で波長がλａからλｏに変わるので、物体４０７に対する像４０８の大きさは（Ｆ×λｏ）／（ｆ×λａ）倍となる。なお、λｏ／λａが極端に小さい場合、すなわち、歪み補償後の回折光３０２の波長に比べ、超音波の波長が非常に長い場合は、Ｆ／ｆを大きくすることが好ましい。Ｆ／ｆを大きくすることにより、像４０８が極端に小さくなることを防ぎ、受像部１７で得られる光学画像の分解能の低下を抑えることができる。
【００８３】
＜具体的な構成例＞
次に、本実施形態による光音響撮像システム１００のより具体的な構成例を説明する。
【００８４】
図６は、光音響撮像システム１００のより具体的な構成例を示す図である。この構成例では、媒質３は水である。超音波波源１は、１３．８ＭＨｚの２０波バースト信号を出射する。２０波バースト信号は、信号継続時間が１．４μｓであり。水中での信号の長さは０．１ｍｍである。
【００８５】
光音響媒質８として、音速５０ｍ／ｓのシリカナノ多孔体が用いられる。音速が比較的低いシリカナノ多孔体は、超音波の伝播波長が短く、回折角を大きくすることができる。また、シリカナノ多孔体は、後述する波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光に対して透光性を有している。
【００８６】
単色光光源１１として、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーが用いられる。波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた場合、１次回折光の回折角は５°となる。１次回折光の回折角が５°の時、歪み補償部１５で実現しなければならないビーム拡大率は約５．７４となる。このビーム拡大率は、市販のアナモルフィックプリズムで実現可能である。
【００８７】
回折光強度は通常弱いため、受像部１７は、感度が高い方が良い。また、異なる時刻に被撮影物体４で散乱された散乱波が、像１８上に重畳されることを防ぐため、受像部１７は、高速に撮像できるほうが良い。すなわち、受像部１７は、比較的感度が高く、かつ、高速撮像が可能な撮像素子であることが好ましい。受像部１７として、例えばＣＣＤイメージセンサー（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）や、ＣＭＯＳイメージセンサー（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）が利用可能である。また、像１８の輝度が足りず撮像が困難な場合は、イメージ増倍管を上記イメージセンサーの直前に配置し、像１８の輝度を上昇させておくことが好ましい。
【００８８】
媒質３から音響レンズ６に、超音波が高効率に入射できるように、音響レンズ６と媒質３との界面には反射防止膜を設けることが好ましい。反射防止膜は、超音波の音響レンズ６の屈折面から媒質３への反射減衰を防止する。例えば、音響レンズ６に音速５０ｍ／ｓ、密度０．１１ｇ／ｃｍ＾３を有するシリカナノ多孔体を用いる場合、音速３４０ｍ／ｓ、密度０．２７ｇ／ｃｍ＾３のシリカナノ多孔体からなる厚さ６．２μｍの薄膜を界面に形成することにより反射防止膜とすることができる。音響レンズ６の音速に基づいて、反射防止膜の音速とその厚さを決めるのは、反射防止膜は、音響レンズ６を構成する音響媒質の音響インピーダンス（音速と密度との積で定義される）と媒質３の音響インピーダンスとの相乗平均で表される音響インピーダンスを有する媒質からなる１／４波長の厚さを有する膜であるからである。
【００８９】
受像部１７上で、被撮影物体４に比べて大きさが１／５の像１８を得る場合、Ｆ／ｆ＝１．１４に設定される。この理由は、以下のとおりである。すなわち、図６に示すように、物体４０７に対する像４０８の大きさの比は（Ｆ×λｏ）／（ｆ×λａ）倍であるので、この例の場合、（Ｆ×λｏ）／（ｆ×λａ）＝１／５の関係式が成立する。したがって、Ｆ／ｆ＝λａ／５λｏとなり、光の波長λｏ＝６３３ｎｍと、音速５０ｍ／ｓのシリカナノ多孔体における１３．８ＭＨｚの超音波の波長λａ＝３．６μｍとを上式に代入すれば、Ｆ／ｆ＝１．１４が得られる。
【００９０】
焦点距離５０ｍｍを有する音響レンズ６を用いる場合、焦点距離５７ｍｍの結像レンズ１６を用いればよい。この理由は以下のとおりである。すなわち、上で求めたように、Ｆ／ｆ＝１．１４であるので、Ｆ＝１．１４×ｆである。この例では、ｆ＝５０ｍｍであるため、Ｆ＝１．１４×５０ｍｍ＝５７ｍｍとなる。
【００９１】
図５（ｂ）において、物体４０７に対する像４０８の大きさを大きくしたい場合、結像レンズ１６の焦点距離が長くなるため、光音響撮像システム１００が大型化する。結像レンズ１６の焦点距離が長くなる場合、光音響撮像システム１００を小型に構成するため、結像レンズ１６の光学系として、例えばカセグレン光学系に代表される折り返し型光学系を用いることができる。音響レンズ６と結像レンズ１６との距離を、ｆ＋Ｆよりも近づけて配置することにより、光音響撮像システム１００を小型することができる。音響レンズ６と結像レンズ１６との距離をｆ＋Ｆよりも近づけて配置すると、完全な二重回折光学系ではなくなる。しかし、被撮影物体４に相似な光学像を像１８として出現させる点においては、完全な二重回折光学系と同様に機能する。
【００９２】
本実施形態においては、音響レンズ６の焦点距離は固定しているものとしたが、音響レンズ６は通常の写真レンズのような合焦機構（焦点距離の調節機構）を有していても良い。音響レンズ６の焦点が固定されている場合、シャープな像１８が得られるのは、音響レンズ６の焦点面近傍領域（正確には被写界深度で定まる領域）に含まれる被撮影物体４の一部分のみである。そこで、音響レンズ６の焦点距離調整を可能にする機構を音響レンズ６に統合することにより、被撮影物体４におけるより広い領域の撮影が可能となる。
【００９３】
図７は、平面波光束１４の入射方向のバリエーションを示す図である。図７（ａ）は、本実施形態における光音響撮像システム１００における平面波光束１４の入射方向を示している。図７（ｂ）は、光音響撮像システム１００における平面波光束１４の他の可能な入射方向を示している。本実施形態においては、図７（ａ）に示すように、音波吸収端１０の側から被撮影物体４の側に向けて超音波の伝播方向に対して傾斜する方向に平面波光束１４が照射される。平面波光束１４は、このような方向に限らず、図７（ｂ）に示すように、被撮影物体４の側から音波吸収端１０の側に向けて超音波の伝搬方向に対して傾斜する方向に平面波光束１４を照射してもよい。ただし、図７（ｂ）に示す構成では、図７（ａ）の構成において得られる像に対して、図７（ｂ）紙面を対称面とした鏡像関係にある像が得られる。そのため、被測定物体４の正しい像１８を得るためには、画像処理などによって撮影された画像を鏡像反転させればよい。
【００９４】
以上のように、本実施形態の光音響撮像システム１００は、Ｂｒａｇｇ回折を適用することによって超音波の平面波の波面情報を単色光の波面に転写する。また、Ｂｒａｇｇ回折光に残存する歪みを除去することにより、超音波に対する光学系（音響レンズ）と単色光に対する光学系とを１つの二重回折光学系として結合することができる。以上の構成により、小型で簡便な光学系構成でありながら、被撮影物体の音響像を、収差が良好に補正された光学像として取得することができる。
【００９５】
また、本実施形態では、被撮影物体４からの散乱波を音響レンズ６で受波するため、被撮影物体を密閉容器に封じ込めなくてもよい。このため、体内中の臓器など密閉容器等への封入が不可能な被撮影物体４の光学像を画像情報として取得することができる。
【００９６】
なお、図１において、超音波波源１から出射される超音波２の伝播方向と被撮影物体４から発生する散乱波５の伝播方向とは直交しているように描かれているが、両者は直交していなくてもよい。両者がどのような角度で交差していても、被撮影物体４から散乱波５が音響レンズ６に入射し、光音響媒質８中を伝播するように構成されていれば、本実施形態の効果を得ることができる。
【００９７】
また、超音波波源１は、複数波の同一正弦波形からなるパルス状超音波２を被撮影物体４に照射するものとしたが、照射される超音波は、パルス状の時間波形を有しない音響信号であってもよい。さらに、正弦波を搬送波とする音響信号に限らず、方形波やノコギリ波などの正弦波ではない波形の繰り返し信号からなる高周波の弾性波を発生させる波源であっても超音波波源１として用いることが可能である。
【００９８】
本実施形態は、超音波波源１、光音響媒質８、音響レンズ６、音波吸収端１０、単色光光源１１、ビームエクスパンダー１２、歪み補償部１５、結像レンズ１６、および受像部１７を備える光音響撮像システム１００に関しているが、これらの一部は、独立した装置として構成され得る。例えば、光音響撮像システムから、超音波波源１および歪み補償部１５を除いた構成要素を、光音響撮像装置として構成してもよい。また、超音波波源１は、例えば超音波診断装置のプローブに組み込まれて利用され得る。さらに、音響レンズ６、光音響媒質８、音波吸収端１０、単色光光源１１、ビームエクスパンダー１２の組み合わせを、光音響変換装置として構成してもよい。このように、各装置はシステムとは別個独立に製造・流通され得る。
【００９９】
（実施形態２）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。
【０１００】
図８は、本実施形態の光音響撮像システム２００における音響レンズ６０の構成を示す図である。本実施形態の光音響撮像システム２００と実施形態１の光音響撮像システム１００との差異は、音響レンズの構成のみである。よって、光音響撮像システム２００の音響レンズ６０以外の構成要素の説明は省略する。
【０１０１】
実施形態１の光音響撮像システム１００において、音響レンズ６および光音響媒質８は、全てシリカナノ多孔体で構成されていた。シリカナノ多孔体の作成条件を調整することにより、シリカ多孔体の音速を広範囲に変えることができることを説明した。従って、シリカナノ多孔体を音響レンズ６として用いることにより、フレキシブルな音響媒質選択が可能となる。通常の多群構成の光学レンズと同様に、各収差を良好に補正し、イメージサークル（良好な結像特性が得られる焦点面上の領域）の広い音響レンズ６を構成することができる。しかしながら、シリカナノ多孔体とシリカ多孔体とを接合する際に、空気層を挟まないようにすることは困難である。よって、シリカ多孔体のみでは、音響レンズ６の構築が難しいという課題を有する。
【０１０２】
本実施形態では、上記の課題を解決するために、図８に示す音響レンズ６０を用いる。図８は、音響レンズ６０の光軸７０６および平面波光束１４の光軸１３を含む面についての音響レンズ６０の断面図である。すなわち、図８紙面は、光軸７０６と光軸１３で決定される平面である。
【０１０３】
音響レンズ６０は、図８紙面を対称面とした鏡像対称な構造を有している。音響レンズ６０は、以下のようにして作製される。まず、光軸７０６を回転対称軸とした回転対称な構造体を、光軸７０６を含み図８紙面に垂直な面で分断し、その片方を残す。そして、残された構造体を図８紙面に平行で図８紙面から等距離にある２面で分割する。この２面に挟まれた構造体が、音響レンズ６０の立体構造である。
【０１０４】
図８に示すように、音響レンズ６０は、反射型光学系を構成する。例えば、切削加工等により、反射面をもった金属製の音響導波路７０５を作製した後、作成した音響導波路中に１種類の均一なシリカナノ多孔体を封入して、収差補正の良好な音響レンズ６０を得ることができる。
【０１０５】
図８に示すように、本実施形態に好適な反射型光学系の例としては、２つの反射面（凹面鏡である主鏡７０２と凸面鏡である副鏡７０１）をもったカセグレン型光学系がある。主鏡７０２および副鏡７０１の面形状としてリッチー・クレチアン光学系を適用すれば、短焦点化した際のカセグレン型光学系の収差を良好に補正することができる。なお、リッチー・クレチアン光学系には焦点７０４に像面湾曲が残るが、シリカナノ多孔体の焦点側の界面（反射防止膜７０３を施してある面）に曲面加工を施して補正レンズとして機能させることにより、この像面湾曲を補正することができる。
【０１０６】
以上のように、音響レンズ６０として上記のような反射型光学系を適用することにより、作成が困難な複数種類のシリカナノ多孔体の接合を行うことなく、単一のシリカナノ多孔体のみで、収差が良好に補正された音響レンズ６０を構成することができる。
【０１０７】
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
【０１０８】
図９は、本実施形態の光音響撮像システムにおける歪み補償部１５の構成例を示す図である。本実施形態と、実施形態１、２との差異は、歪み補償部１５の構成のみである。そのため、歪み補償部１５以外の構成要素の説明は省略する。
【０１０９】
図３に示すように、回折角をθとするとき、Ｂｒａｇｇ回折によって生成された回折光２０１は、図３紙面に平行な方向（ｙ軸方向）にｓｉｎθ倍に収縮している。そのため、結像レンズ６により、回折光２０１をそのまま結像させると、像１８は歪み、被撮影物体４と相似な画像を得ることができない。歪み補償部１５の機能は、この課題を解決するために、回折光２０１を図３紙面に平行な方向（ｙ軸方向）に１／ｓｉｎθ倍して、光束の歪みを補償することであった。そして、実施形態１、および実施形態２では、歪み補償部１５を光学素子であるアナモルフィックプリズムを用いて実現した。
【０１１０】
しかしながら、本実施形態においては、歪み補償部１５を光学的手段以外の手段で実現する。図９に示すように、結像レンズ１６で歪んだまま回折光２０１の像８０１を受像部１７で撮像し、歪みを画像処理により取り除く。これにより、被撮影物体４と相似な画像を実現する。
【０１１１】
以上のように、歪み補償部１５として、歪んだままの回折光２０１の像８０１を撮影し、画像処理により像８０１の歪みを取り除く装置構成を適用することによって、全体としての光学素子点数を削減することができる。
【０１１２】
なお、回折角θが小さい場合、結像レンズ１６の焦点面上では、図９に示す座標系において、被撮影物体４がｘ方向に大きく縮小された画像となり、画像処理後の画像解像度がｘ方向、ｙ方向で異なるという課題がある。そこで、この課題を緩和するために、図３に示す歪み補償部１５と図９に示す歪み補償部１５を併用する構成も可能である。
【０１１３】
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
【０１１４】
図１０は、本実施形態の光音響撮像システムにおける歪み補償部１５の構成例を示す図である。本実施形態と、実施形態１〜３との差異は、歪み補償部１５の構成のみである。このため、歪み補償部１５以外の構成要素の説明は省略する。
【０１１５】
本実施形態における歪み補償部１５は、図１０に示す座標系におけるｘ方向に回折光２０１の光束幅をｓｉｎθ（＜１）倍する縮小光学系９０２によって実現される。ここで、θは、回折光２０１の回折角である。平面波９の音束の断面形状が直径Ｌの円形であると仮定すると、回折光２０１の光束の断面形状は、ｘ方向にＬ、ｙ方向にＬ×ｓｉｎθの楕円となる。縮小光学系９０２は、回折光２０１の光束の断面形状をｘ方向にｓｉｎθ倍する。これにより、歪み補償後の回折光９０１の光束の断面形状は、直径Ｌ×ｓｉｎθの円形となる。実施形態１および実施形態２においては、歪み補償部１５は回折光２０１を直径Ｌの光束に矯正することを目的としていたが、本実施形態では直径Ｌ×ｓｉｎθの光束に矯正することが特徴である。
【０１１６】
ここで、音響レンズ６の焦点距離をｆ、結像レンズ１６の焦点距離をＦ、超音波である平面波９の波長をλａ、単色光である平面波光束１４の波長をλｏ、回折角をθとする。このとき、歪み補償後の回折光９０１の像１８は被撮影物体４と相似となる。フーリエ光学によればその相似比は（λａ×ｆ）／（λｏ×Ｆ）×ｓｉｎθとなる。ところが、式１の関係により、回折光２０１が±１次回折光である場合、相似比は１／２×（ｆ／Ｆ）となる。このように、縮小光学系９０１の効果によって、相似比が超音波と単色光の波長に依存しなくなるため、例えば、ｆ／Ｆ＝２となるように音響レンズ６と結像レンズ１６の焦点距離比を設定すれば、被撮影物体４と同じ大きさの像１８が得られことになり、高分解能の画像取得が可能となる。しかも、ｆを短焦点とすれば必然的にＦも短焦点となるため、光音響撮像システムの小型化も同時に実現される。更に、歪み補償後の回折光９０１の光束が細くなることから、結像レンズ１６の開口径が小さくなり小型化されると共に、結像レンズ１６が高い面精度を有していなくてもよい。
【０１１７】
実施形態１および実施形態２では、被撮影物体４に対する像１８の相似比は（λａ×ｆ）／（λｏ×Ｆ）であった。図６を参照しながら具体的に説明したように、単色光波長に比べ超音波波長がかなり長いため、大きな像１８を得るためには非常に焦点距離の長い結像レンズ１６を用いる。このため、光音響撮像システムの大型化を招くか、あるいは、特殊な光学系構成の結像レンズ１６（図６に示す例ではカセグレン型の折り返し光学系）の適用が好ましい。本実施形態では、歪み補償部１５として縮小光学系９０２を適用することにより、小開口径で短い焦点距離を有する結像レンズ１６を用いながらも、大型の像１８についての高解像度の画像取得、およびシステムの小型化が可能となる。
【０１１８】
なお、図１０に示す構成例では、縮小光学系９０２はアナモルフィックプリズムで構成されているが、同様の作用を有する光学系であれば、他のいずれの縮小光学系も適用可能である。また、図１０に示す構成例では、平面波９の音束断面形状が直径Ｌの円形である場合、光束断面形状が直径Ｌ×ｓｉｎθの円形状の歪み補償後の回折光９０１が生成される。歪み補償後の回折光９０１の光束断面の直径は、Ｌ×ｓｉｎθに限らず、Ｃ×Ｌ（ただし、Ｃ＜１）で表される円形になるように矯正されれば、音響レンズ１６の長焦点化・高解像度化を緩和することができる。この手段を実現する構成としては、例えば、図１０におけるｘ方向に対しては縮小光学系を、ｙ方向に対しては拡大光学系を適用する。そして、ｘ方向のビーム縮小率、ｙ方向のビーム拡大率を適切に選択し、歪み補償後の回折光９０１の光束断面形状が直径Ｃ×Ｌ（ただし、Ｃ＜１）の円形になるようにすればよい。
【０１１９】
さらに、本実施形態における縮小光学系９０２と図９（実施形態３）に示す装置構成とを併用した構成も、歪み補償部１５として有用である。ただし、この場合、歪み補償後の回折光９０１の光束断面形状が図１０に示す座標系において、ｘ方向にはＣ×Ｌ（ただし、Ｃ＜１）、ｙ方向にはＬ×ｓｉｎθの楕円形状となるよう縮小光学系９０１のビーム縮小率が設定される。このような装置構成を適用することにより、撮影された画像の分解能が結像レンズ１６の焦点面上の方向によって異なるという実施形態３の課題を緩和することができる。
【０１２０】
（実施形態５）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。
【０１２１】
図１１は、本実施形態の光音響撮像システム５００の概略構成を示す図である。本実施形態と、実施形態１〜４との差異は、角度調整部１３０２、１３０３をさらに有している点のみである。このため、角度調整部１３０２、１３０３以外の構成要素の説明は省略する。
【０１２２】
図１１において、単色光光源１１およびビームエクスパンダー１２により構成される系を、光束生成部１３０４と呼ぶことにする。また、歪み補償部１５、結像レンズ１６、および、受像部１７より構成される系を、回折光結像部１３０５と呼ぶことにする。また、光軸１９は、回折光２０１の光束中央を通り、回折光２０１の進行方向に平行な直線である。実施形態１におけるＢｒａｇｇ回折の説明より分かるように、図１１紙面は光軸７、光軸１３、および、光軸１９により決定される平面に等しい。
【０１２３】
本実施形態の光音響撮像システム５００の特徴は、光軸７に対する光束生成部１３０４の光軸１３のなす角度を調整する角度調整部１３０２と、光軸７に対する回折光結像部１３０５の光軸１９のなす角度を調整する角度調整部１３０３を有する点である。角度調整部１３０２と角度調整部１３０３とは連動しており、常に、光軸７と光軸１３とのなす角度と、光軸７と光軸１９とのなす角度が等しくなるよう角度調整される。
【０１２４】
実施形態１で述べたように、パルス状超音波２の周波数と、単色光光源１１からの出射光の波長とから、光軸７に対する回折光２０１の回折角９０°−θが決定される。そこで、本実施形態の光音響撮像システム５００は、パルス状超音波２の周波数が変わっても、角度調整部１３０２および角度調整部１３０３の角度を調整することにより、撮像できるという機能を有している。
【０１２５】
本実施形態における光音響撮像システム５００の、パルス状超音波２の周波数を自由に設定できるという特長には、以下のような利点がある。異なる超音波波長で被撮影物体４を観測できるということは、撮像分解能を可変にできるということと同義である。この特長により、まず低周波超音波で大まかに被撮影物体４を観測しておいて、次に高周波超音波を用いて細部を見てゆくという撮像方式が実現できる。これにより、撮像時間を短縮できるという利点がある。
【０１２６】
なお、本実施形態では、平面波光束の入射角と回折角とが常に等しくなるように光束生成部１３０４および回折光結像部１３０５の位置が調整されるが、上記２つの角度は、異なる角度に調整されてもよい。また、角度調整部１３０２、１３０３のいずれか一方のみが設けられていてもよい。例えば、パルス状超音波２のパルス幅が短く、回折光２０１の主要な成分がＲａｍａｎ−Ｎａｔｈ回折になるような場合に、この構成は優位に機能する。Ｂｒａｇｇ回折では、図２（ｂ）を参照して説明したように、超音波波面に対する平面波光束１４の入射角度と回折光２０１の回折角度は常に等しくなるが、Ｒａｍａｎ−Ｎａｔｈ回折においては一般に両角度は等しくない。したがって、上述の装置構成により、Ｒａｍａｎ−Ｎａｔｈ回折光を用いた撮像が可能となる。また、上記構成により、パルス状超音波２の周波数を変化させてＲａｍａｎ−Ｎａｔｈ回折光を用いた撮像を行うことができる。これは、光軸１３の方向を一定の方向に固定し、パルス状超音波２の周波数が変化したとき、回折角の変化に応じて光軸１９の方向を調整するように角度調整部１３０３のみを設けることによっても実現できる。
【０１２７】
（実施形態６）
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。
【０１２８】
図１２（ａ）は、本実施形態の光音響撮像システム６００の歪み補償部１５の構成を概略的に示している。本実施形態は、歪み補償部１５が画像処理部２０、測長部１４０５、角度調整部１４０３を含む点で第１から第５の実施形態と異なる。このため、画像処理部２０、測長部１４０５、角度調整部１４０３以外の構成要素の説明は省略する。
【０１２９】
本実施形態の歪み補償部１５は、受像部１７で得られた画像情報に基づいて、光学像の歪み、または、画像情報から生成される画像の歪みの補正を行う。このために、画像処理部２０は、受像部１７によって光学画像から変換された電気信号、つまり画像情報を受け取り、画像表示に適した信号処理を行い、表示部２１に処理した画像を表示する。測長部１４０５は、画像中の対象物の長さを測定する。また、測定結果を角度調整部１４０３および画像処理２０へ出力する。角度制御部１４０３は、受け取った測定結果に基づきアナモルフィックプリズム３０１を回転させる。
【０１３０】
次に、本実施形態の歪み補償部１５による光学像の歪みを調整する手順を説明する。本実施形態の光音響撮像システム６００では、被撮影物体を撮影する際にまず、校正用試料を撮影し、光学画像の歪みを調整する。図１２（ｂ）に示すように、校正用試料１４０１は、音速や音響インピーダンスが予め分かっている等方的な媒質３中に、予め形状や大きさが分かっている弾性体を浸漬したものである。校正用試料１４０１に用いる媒質３は、実際に撮像したい被撮影物体４が浸される媒質３と同じ音速を持つことが望ましい。例えば、実際に撮像したい被撮影物体４が体組織である場合、校正用試料１４０１に用いる媒質３は体組織と同じ音速を持つ湿潤ゲルや湿潤ウレタンゴムなどを用いることができる。また、浸漬させる弾性体としては、図１２（ｂ）に示すように直径ｄの球状弾性体などを用いることができる。なお、鮮明な画像を取得するために、弾性体および媒質３の音響インピーダンスは互いに大きく異なることが好ましい。
【０１３１】
図１２（ｃ）は、表示部２１に表示された校正用試料１４０１の画像１４０２を示している。測長部１４０５は、画像１４０２から弾性体の寸法を計測する。図１２（ｃ）の例では、直径ｄの球状弾性体が、短径ｄ１、長径ｄ２の回転楕円体として撮影されている。測長部１４０５は、測定した短径ｄ１および、長径ｄ２がｄ１=ｄ２でなければ、測定結果を角度調整部１４０３へ出力する。
【０１３２】
角度調整部１４０３は、測長部から受け取った短径ｄ１、長径ｄ２に基づき、ｄ１＝ｄ２となるようアナモルフィックプリズム３０１の角度を回転させる。これにより、図４を参照して説明したように、角度θ１、θ２が変化し、式（３）で求められる光束拡大率が変化し、光学像の歪みが補正される。その後、再度校正用試料１４０１を撮影し、ｄ１＝ｄ２となるまで、上述の手順を繰り返す。これにより、図１２（ｄ）に示すように、歪みが補正された画像１４０４が表示部２１に表示される。
【０１３３】
ｄ１＝ｄ２となった場合、測長部１４０５は、測長部１４０５で計測された直径ｄ２（あるいは、ｄ１）がｄ＝ｄ２となるよう、測長部１４０５のスケールを校正する。これにより、図１２（ｄ）に示される画像において、表示された画像における弾性体の直径ｄ’が直径ｄの値として表示される。この場合、スケールは、校正する球状弾性体の直径ｄ２と、実際の球状弾性体の直径ｄの比、すなわちｄ／ｄ２で定義される。
【０１３４】
測長部１４０５は、校正されたスケールを用い、表示された画像の任意の部分の長さを測定するように構成されていてもよい。例えば、画像処理部２０は移動可能な一対のカーソルが表示部２１上に表示されるようにカーソルの画像データを生成してもよい。操作者が表示部２１に表示されたカーソルをマウスなどのユーザーインターフェースを用いて任意の場所に移動させ、測長部１４０５が一対のカーソル間の距離を校正されたスケールを用いて算出してもよい。これにより、撮影した画像上において、被撮影物体の寸法を測定環境の変動によらず高い精度で測定することができる。
【０１３５】
このように本実形態の光音響撮像システムによれば、測定環境に応じて高い精度で光学像の歪みを補正することができる。例えば、被撮影物体が被験者の体組織である場合、被検者の体温変化は実像１８の大きさに影響を与え、光音響媒質８の温度変化は、像の歪みに影響する。このような被験者を撮影する環境においては、被験者の体温を調整したり、撮影を行う場所の気温を調整するのは困難な場合がある。本実施形態によれば、この２つの温度を調整することなく、校正用試料を撮影することによって、撮影された光学像の歪みを補正することできる。このため、例えば、被検者の体内にある腫瘍やポリープ、結石などを正しい形状で表示することができる。また、これらの正確な大きさを計測することも可能である。
【０１３６】
なお、校正用試料１４０１中に浸漬する弾性体は同一サイズの球状でなくてもよく、多数個でなくてもよい。大きさや形状が既知である弾性体であれば球形状の弾性体でなくてもよい。また、本実施形態では測長部１４０５の計測結果に基づき、角度調整部１４０３がアナモルフィックプリズム３０１の角度を調整しているが、第３の実施形態のように、像の歪み補正を撮像後に画像処理で行ってもよい。この場合、測長部１４０５の測定結果を画像処理部２０が受け取り、ｄ１＝ｄ２となるように取得した画像１４０２のｘ方向およびｙ方向（図９）の長さを調整すればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本願に開示された光音響撮像システムは、超音波画像を光学画像として取得することができるため、超音波診断装置用のプローブ等として有用である。また、振動物体から放射される超音波を光学画像として観察できるので非破壊振動測定装置等の用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  超音波波源
２  パルス状超音波
３  媒質
４、１１０９  被撮影物体
５  散乱波
６  音響レンズ
７、１３、１９  光軸
８  光音響媒質
９  平面波
１０  音波吸収端
１１  単色光光源
１２、１１０２  ビームエクスパンダー
１４  平面波光束
１５  歪み補償部
１６  結像レンズ
１７  受像部
１８、４０５、４０８、８０１  像
１００、２００、５００  光音響撮像システム
２０１  回折光
２０２  回折格子
２０３  単色光
３０１  アナモルフィックプリズム
３０２、９０１  歪み補償後の回折光
４０１、４０７  物体
４０２  フーリエ変換面
４０３、４０４  レンズ
４０６  音響光変換部
７０１  副鏡
７０２  主鏡
７０３  反射防止膜
７０４  焦点
７０５  音響導波路
９０２  縮小光学系
１１０１  レーザー光源
１１０３  アパーチャ
１１０４（ａ）、１１０４（ｂ）、１１０４（ｃ）  シリンドリカルレンズ
１１０５  スクリーン
１１０６  焦点面
１１０７  水
１１０８  音響セル
１１１０  信号源
１１１１  超音波振動子
１１１２（ａ）  １次回折光
１１１２（ｂ）  −１次回折光
１３０２、１３０３  角度調整部
１３０４  光束生成部
１３０５  回折光結像部
１４０１  校正用試料
１４０２  画像
１４０３  角度調整部
１４０４  校正後画像
１４０５  測長部
【図１】
2012172764.tif 000004
【図２】
2012172764.tif 000005
【図３】
2012172764.tif 000006
【図４】
2012172764.tif 000007
【図５】
2012172764.tif 000008
【図６】
2012172764.tif 000009
【図７】
2012172764.tif 000010
【図８】
2012172764.tif 000011
【図９】
2012172764.tif 000012
【図１０】
2012172764.tif 000013
【図１１】
2012172764.tif 000014
【図１２】
2012172764.tif 000015
【図１３】
2012172764.tif 000016
【図１４】
2012172764.tif 000017
【国際調査報告】
2012172764.tif 000018
2012172764.tif 000019
2012172764.tif 000020