(57)【要約】受信機群（１４４）のアレイ（１３０）からの信号群により形成される画像の解像度及び品質を改善するシステム及び方法。複数の受信機（１４４）は、到達時間を変化させることにより、該到達時間を動作信号の周期よりも短くし、更にサンプリング動作に関連する周期よりも短くする。従って、複数の受信機（１４４）によって、動作信号に関連する分解能以下の微細構造からの反射信号のサンプリングが可能になる。複数の受信機（１４４）を使用することによって更に、個々の受信機のサンプリングレートよりも高い実効サンプリングレートが実現される。同様の利点が複数の送信機（１４２）を使用しても得られる。このような有利な機能を使用することで、媒質（１３２）中のオブジェクトの高解像度画像を超音波撮像のような用途において得ることができる。
2008513763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波撮像装置であって、
前記音響エネルギーが散乱されるように前記音響エネルギーを媒質中の一つ以上のオブジェクトに送信するように構成された複数の送信機と、
前記散乱エネルギーを受信し、それに応答して複数の個別のアナログエコー信号を生成するように構成された複数の受信機と、
前記アナログエコー信号群を周波数Ｆでサンプリングするプロセッサであって、サンプリングされた前記アナログエコー信号群の各々は周波数Ｆ／２を十分に超えるスペクトル周波数成分を含み、前記サンプリングにより複数の個別のデジタルエコー信号が生成され、前記プロセッサは更に、前記デジタルエコー信号群の合成を行って合成デジタル信号を生成し、前記デジタルエコー信号群の各々は、前記合成デジタル信号が複数の異なる前記デジタルエコー信号群の合成から選択されたものとして生成されるように前記デジタルエコー信号群の他のデジタルエコー信号に対して時間オフセットされており、前記プロセッサは更に、前記オブジェクトの画像ピクセルを前記合成デジタル信号から生成する、プロセッサと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記プロセッサは更に、前記複数の異なる前記デジタルエコー信号群の合成から複数の画像ピクセルを生成し、前記複数の画像ピクセルは、前記媒質中での平均音速を４Ｆで除算した距離よりも短い距離で互いに近接する当該媒質中の２つのオブジェクトを判別可能に描出する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記媒質中の前記２つのオブジェクトは、前記音響エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に約１００マイクロメートルよりも短い距離で互いに近接する、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記周波数Ｆ／２を十分に超える前記スペクトル周波数成分は、所定の値よりも大きい強度を有する高い周波数を含む、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも５０ｄＢだけ小さい、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも４０ｄＢだけ小さい、請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも３０ｄＢだけ小さい、請求項４記載の装置。
【請求項８】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも２０ｄＢだけ小さい、請求項４記載の装置。
【請求項９】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも１０ｄＢだけ小さい、請求項４記載の装置。
【請求項１０】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも５ｄＢだけ小さい、請求項４記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、
プロセスであって、
第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号を選択すること、
前記第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を、前記第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウについて時間シフトにより行なうことであって、前記複数の合成の各々は前記合成の品質を表わす品質値を有する、複数の合成を時間シフトにより行なうこと、
を含むプロセスによって前記デジタルエコー信号群の合成を行う、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記プロセスは更に、前記複数の合成のうち特定の品質値を有する一つの合成を、前記第１受信機のスキャンラインに割り当てることを含む、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記選択時間ウィンドウは、前記スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の時間に対する振幅の移動平均の傾斜を含む、請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセスは更に、
親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割すること、
時間シフトによる合成を前記サブレイヤ群の各々に対して実行すること、
前記サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求めること、
前記親レイヤの最大品質値を前記サブレイヤ群の各々の最大品質値と比較すること、
前記親レイヤの最大品質値が前記サブレイヤ群の各々の最大品質値よりも実質的に低い場合、前記サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続すること、
を含み、
前記最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は、前記最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い、請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセスは更に、前記最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号を前記スキャンラインに割り当てることを含む、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記スキャンラインは複数のレイヤに分割され、前記複数の合成の前記特定の品質は、受信機に最も近いレイヤから開始される形で連続的に決定されている、請求項１３記載の装置。
【請求項１９】
超音波撮像装置であって、
複数の送信要素及び複数の受信要素を有するトランスデューサアセンブリであって、前記複数の送信要素は、超音波エネルギーの中心ピーク周波数に対応する波長λを有する該超音波エネルギーを媒質中の領域に向けて送信するように構成され、前記複数の受信要素は、前記領域からの散乱エネルギーに応答して複数の信号を生成し、当該トランスデューサアセンブリのアパーチャサイズＤは、当該トランスデューサアセンブリのいずれか２つの受信要素間の最大距離である、トランスデューサアセンブリと、
前記複数の信号をサンプリングして複数の対応するデジタルエコー信号を生成し、更に該デジタルエコー信号群を合成して、θを前記媒質中の２つのオブジェクトの分解可能な最小角度間隔とする場合に、θ＝（０．２５）λ／Ｄ以下の空間分解能限界を有する画像を生成するように構成されたプロセッサと、
を備える、装置。
【請求項２０】
前記空間分解能限界は、前記超音波エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に、約１００マイクロメートルよりも短い距離で互いに近接する前記媒質中の２つのオブジェクトを分解可能である、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記プロセッサは、
プロセスであって、
第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号を選択すること、
前記第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を、前記第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウについて時間シフトにより行なうことであって、前記複数の合成の各々は前記合成の品質を表わす品質値を有する、複数の合成を時間シフトにより行なうこと、
を含むプロセスによって前記デジタルエコー信号群の合成を行う、請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
前記プロセスは更に、前記複数の合成のうち特定の品質値を有する一つの合成を、前記第１受信機のスキャンラインに割り当てることを含む、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記選択時間ウィンドウは、前記スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の時間に対する振幅の移動平均の傾斜を含む、請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
前記プロセスは更に、
親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割すること、
時間シフトによる合成を前記サブレイヤ群の各々に対して実行すること、
前記サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求めること、
前記親レイヤの最大品質値を前記サブレイヤ群の各々の最大品質値と比較すること、
前記親レイヤの最大品質値が前記サブレイヤ群の各々の最大品質値よりも実質的に低い場合、前記サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続すること、
を含み、
前記最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は、前記最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い、請求項２３記載の装置。
【請求項２７】
前記プロセスは更に、前記最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号を前記スキャンラインに割り当てることを含む、請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記スキャンラインは複数のレイヤに分割され、前記複数の合成の前記特定の品質は、受信機に最も近いレイヤから開始される形で連続的に決定されている、請求項２３記載の装置。
【請求項２９】
媒質中のオブジェクトを超音波で撮像する方法であって、
前記音響エネルギーが散乱されるように前記音響エネルギーを送信機からオブジェクトに送信すること、
前記散乱エネルギーを複数の受信機で受信して複数の個別のアナログエコー信号を生成すること、
前記アナログエコー信号群を周波数Ｆでサンプリングすることであって、サンプリングされた前記アナログエコー信号群の各々は周波数Ｆ／２を十分に超えるスペクトル周波数成分を含み、前記サンプリングによって複数の個別のデジタルエコー信号が生成される、前記アナログエコー信号群を周波数Ｆでサンプリングすること、
前記デジタルエコー信号群を合成して合成デジタル信号を生成することであって、前記デジタルエコー信号群の各々は、前記合成デジタル信号が複数の異なる前記デジタルエコー信号群の合成の中から選択されたものとして生成されるように前記デジタルエコー信号群の他のデジタルエコー信号に対して時間オフセットされている、前記デジタルエコー信号群を合成すること、
前記オブジェクトの画像ピクセルを前記合成デジタル信号から生成すること、
を備える、方法。
【請求項３０】
前記複数の異なる前記デジタルエコー信号群の合成から複数の画像ピクセルを生成することを更に備えており、
前記複数の画像ピクセルは、前記媒質中での平均音速を４Ｆで除算した距離よりも短い距離で互いに近接する当該媒質中の２つのオブジェクトを判別可能に描出する、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記媒質中の前記２つのオブジェクトは、前記音響エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に約１００マイクロメートルよりも短い距離で互いに近接する、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記周波数Ｆ／２を十分に超える前記スペクトル周波数成分は、所定の値よりも大きい強度を有する高い周波数を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも５０ｄＢだけ小さい、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも４０ｄＢだけ小さい、請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも３０ｄＢだけ小さい、請求項３２記載の方法。
【請求項３６】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも２０ｄＢだけ小さい、請求項３２記載の方法。
【請求項３７】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも１０ｄＢだけ小さい、請求項３２記載の方法。
【請求項３８】
前記所定の値は、前記サンプリングされたアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも５ｄＢだけ小さい、請求項３２記載の方法。
【請求項３９】
前記デジタルエコー信号群を合成することは、
第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号を選択すること、
前記第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を、前記第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウについて時間シフトにより行なうことであって、前記複数の合成の各々は前記合成の品質を表わす品質値を有する、複数の合成を時間シフトにより行なうこと、
を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項４０】
前記複数の合成のうち特定の品質値を有する一つの合成を、前記第１受信機のスキャンラインに割り当てることを更に備える、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記選択時間ウィンドウは、前記スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む、請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の時間に対する振幅の移動平均の傾斜を含む、請求項４１記載の方法。
【請求項４４】
親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割すること、
時間シフトによる合成を前記サブレイヤ群の各々に対して実行すること、
前記サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求めること、
前記親レイヤの最大品質値を前記サブレイヤ群の各々の最大品質値と比較すること、
前記親レイヤの最大品質値が前記サブレイヤ群の各々の最大品質値よりも実質的に低い場合、前記サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続すること、
を更に備えており、
前記最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は、前記最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い、請求項４１記載の方法。
【請求項４５】
前記最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号を前記スキャンラインに割り当てることを更に備える、請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
前記スキャンラインは複数のレイヤに分割され、前記複数の合成の前記特定の品質は、受信機に最も近いレイヤから開始される形で連続的に決定される、請求項４１記載の方法。
【請求項４７】
オブジェクトを超音波で撮像する方法であって、
送信機群Ｔｘ（ｉ）のアレイを設けること（ｉは、１〜Ｎ（Ｎは２以上）の範囲の相対位置指標を表わす）、
受信機群Ｒｘ（ｉ）のアレイを設けることであって、前記受信機群Ｒｘ（ｉ）の各々は個別の送信機Ｔｘ（ｉ）に関連付けられている、受信機群Ｒｘ（ｉ）のアレイを設けること、
超音波エネルギーが散乱されるように前記超音波エネルギーを前記送信機群から前記オブジェクトに送信すること、
送信機Ｔｘ（ｉ）から送信された散乱エネルギーを全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｊ）で受信すること（ｊは、ｉからの相対位置オフセットを表わし、ゼロよりも大きい）、
前記全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｊ）で受信された散乱エネルギーに応じて第１の複数の信号を生成すること、
前記第１の複数の信号を合成して前記オブジェクトの画像を生成すること、
を備える、方法。
【請求項４８】
ｊ＝１である、請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記送信機Ｔｘ（ｉ）から送信された散乱エネルギーを全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｋ）で受信すること（ｋは、ｉからの相対位置オフセットを表わし、ゼロよりも大きく、かつｊとは等しくない）、
前記全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｊ）及びＲｘ（ｉ＋ｋ）で受信された散乱エネルギーに応じて第２の複数の信号を生成すること、
前記第１及び第２の複数の信号を合成して前記オブジェクトの画像を生成すること、
を更に備える、請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
超音波で撮像する方法であって、
超音波エネルギーの中心ピーク周波数に対応する波長λを有する該超音波エネルギーをトランスデューサアセンブリの複数の送信機から媒質に送信して送信エネルギーを散乱させることであって、前記トランスデューサアセンブリのアパーチャサイズＤは、当該トランスデューサアセンブリのいずれか２つの送信機間の最大距離である、送信エネルギーを散乱させること、
前記媒質から散乱された散乱エネルギーを複数の受信機で受信すること、
前記散乱エネルギーから生成される信号群をデジタル合成して、θを前記媒質中の２つのオブジェクトの分解可能な最小角度間隔とする場合に、θ＝（０．２５）λ／Ｄ以下の空間分解能限界を有する画像を生成すること、
を備える、方法。
【請求項５１】
前記空間分解能限界は、前記超音波エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に、約１００マイクロメートルよりも短い距離で互いに近接する前記媒質中の２つのオブジェクトを分解可能である、請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
前記信号群をデジタル合成することは、
前記信号群をデジタルサンプリングしてデジタルエコー信号群を生成すること、
第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号を選択すること、
前記第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を、前記第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウについて時間シフトにより行なうことであって、前記複数の合成の各々は前記合成の品質を表わす品質値を有する、複数の合成を時間シフトにより行なうこと、
を含む、請求項５０記載の方法。
【請求項５３】
前記複数の合成のうち特定の品質値を有する一つの合成を、前記第１受信機のスキャンラインに割り当てることを更に備える、請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
前記選択時間ウィンドウは、前記スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する、請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む、請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
前記特定の品質値は、前記複数の合成のうちの一つの合成の時間に対する振幅の移動平均の傾斜を含む、請求項５４記載の方法。
【請求項５７】
親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割すること、
時間をシフトした合成を前記サブレイヤ群の各々に対して実行すること、
前記サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求めること、
前記親レイヤの最大品質値を前記サブレイヤ群の各々の最大品質値と比較すること、
前記親レイヤの最大品質値が前記サブレイヤ群の各々の最大品質値よりも比較的に低い場合、前記サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続すること、
を更に備えており、
前記最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は、前記最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い、請求項５４記載の方法。
【請求項５８】
前記最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号を前記スキャンラインに割り当てることを更に備える、請求項５７記載の方法。
【請求項５９】
前記スキャンラインは複数のレイヤに分割され、前記複数の合成の前記特定の品質は、受信機に最も近いレイヤから開始される形で連続的に決定される、請求項５４記載の方法。
【請求項６０】
オブジェクトから経時的に放出される波形エネルギーに基づいて情報を複製する方法であって、前記情報は周波数Ｆ／２を超える周波数成分を含むスペクトル周波数分布を含み、当該方法は、
前記波形エネルギーをＦ未満の時間周波数でデジタルサンプリングしてサンプリングデータを得ること、
前記サンプリングデータに基づいて前記情報の複製を生成することであって、当該複製は、前記周波数Ｆ／２よりも低い範囲の前記スペクトル周波数分布にほぼ一致するスペクトル周波数分布を含む、前記情報の複製を生成すること、
を備え、
前記波形エネルギーは複数の放出装置から放出され、前記オブジェクトによって反射される、方法。
【請求項６１】
前記波形エネルギーは複数の検出器でサンプリングされる、請求項６０記載の方法。
【請求項６２】
前記波形エネルギーは音響エネルギーである、請求項６０記載の方法。
【請求項６３】
前記波形エネルギーは電磁エネルギーである、請求項６０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、波を利用する撮像の分野に関し、特に送信機及び受信機のアレイにより取得される画像の解像度を高くするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波装置のような撮像装置は信号を媒質内に送信し、媒質の中の種々の構造による反射を測定する。所定の構造の画像は、構造からの反射信号の強度及び周波数のような量に基づいて再現することができる。画像を形成するために、撮像装置に対する構造の相対位置、特に装置の受信要素の位置を何らかの手段によって求める必要がある。
【０００３】
従来の超音波装置は通常、送信機−受信機のペア群のアレイを有する。動作状態では、各ペアは、当該ペアから媒質に向かって延びる、通常スキャンラインと呼ばれる一つのラインに沿って「観察を行なう」だけである。このような前提の下で、当該スキャンラインに沿った構造には、構造に向かって送信され、構造によって反射される信号の伝播時間を求めることにより「フォーカスする」ことができる。伝播時間ｔは、νを信号の媒質中の速度とし、ｄを注目距離（例えば、構造から受信機までの）とする場合にｔ＝ｄ／νとして計算することができる。距離ｄは、スキャンラインを離散要素群に所定の方法により分割して各要素の位置が判明するようにすることにより求めることができる。速度νは、媒質中で一定と仮定することができる、またはこの技術分野では広く知られている方法によって計算することができる。
【０００４】
このような操作に基づく場合、形成画像の解像度及び品質は、スキャンライン要素のサイズによって制限されることが分かる。スキャンライン要素を任意に小さくすることができる場合でも、画像を装置から取得するための効果的な操作が、送信機−受信機のペアの固有分解能だけでなく、有用な結果を生成するためのサンプリング基準によって制約を受ける傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
検出器の固有分解能は、検出器の実効寸法に対する信号の動作波長の比によって変わるように表現することができる（一般的に、レイリー基準またはスパロー基準と呼ばれる）。検出器のこのような分解能は、検出器の波長及び／又は実効寸法を変えることにより変更することができる。例えば、検出器の波長を短くする（周波数を高くする）、及び／又は検出器の実効寸法を大きくすることにより分解能を高くすることができる。しかしながら、このような変更は不所望の効果を伴なう。例えば、周波数を高くした信号は超音波用途において到達深度が浅くなる。
【０００６】
更に、動作周波数を高くすることによって更に、最低サンプリング周波数を使用せざるを得なくなる。ナイキストサンプリング定理として広く知られているように、信号は、有用な結果を生成するためには、動作信号の周波数の少なくとも約２倍の周波数でサンプリングする必要がある。
【０００７】
前述の課題及び制約があるために、撮像装置を設計し、動作させる方法を継続的に改善する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の要求は、受信機群のアレイからの信号群により形成される画像の解像度及び品質を高くするシステム及び方法によって満たすことができる。複数の受信機は、到達時間を変化させるように作用し、到達時間は動作信号の周期よりも短く、更にサンプリング動作に関連する周期よりも短い。従って、複数の受信機によって、動作信号に関連する分解能よりも高い反射信号を発する微細構造をサンプリングすることができる。複数の受信機を使用することによって更に、実効サンプリングレートを個々の受信機のサンプリングレートよりも高くすることができる。同様の利点が、複数の送信機を使用して得られる。このような有利な構造を使用して、超音波撮像のような用途において媒質中のオブジェクトの高解像度画像を取得することができる。
【０００９】
或る実施形態では、本発明は媒質中のオブジェクトを超音波で撮像する方法に関する。本方法では、音響エネルギーを送信機からオブジェクトに送信して音響エネルギーが散乱されるようにする。本方法では更に、散乱エネルギーを複数の受信機で受信して、複数の個別のアナログエコー信号を生成する。本方法では更に、アナログエコー信号群を周波数Ｆでサンプリングし、サンプリングされたアナログエコー信号群の各々は周波数Ｆ／２を十分に超えるスペクトル周波数成分を含む。このようなサンプリングによって複数の個別のデジタルエコー信号が生成される。本方法では更に、デジタルエコー信号群を合成して合成デジタル信号を生成する。デジタルエコー信号群の各々は、デジタルエコー信号群の他のデジタルエコー信号に対して時間オフセットされている。従って、前記合成デジタル信号は、複数の異なる前記デジタルエコー信号群の合成から選択されたものとして生成される。本方法では更に、オブジェクトの画像ピクセルを前記合成デジタル信号に基づいて生成する。
【００１０】
本方法の一つの実施形態では更に、複数の画像ピクセルを、複数の異なるデジタルエコー信号群の合成から生成する。複数のピクセルは、媒質中での平均音速を４Ｆで除算した距離よりも短い距離で互いに近接する該媒質中の２つのオブジェクトを判別可能に描出する。一つの実施形態では、このような方法によって、音響エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に約１００マイクロメートル未満の距離で互いに近接する媒質中の２つのオブジェクトを判別可能に描出することができる。
【００１１】
本方法の一つの実施形態では、周波数Ｆ／２を十分に超えるスペクトル周波数成分は、所定の値よりも大きい強度を有する高い周波数を含む。このような所定の値は、サンプリングアナログエコー信号群のうちの一つのスペクトル周波数成分の最大強度よりも５０ｄＢ，４０ｄＢ，３０ｄＢ，２０ｄＢ，１０ｄＢ，または５ｄＢだけ小さい、というような異なる値を有することができる。
【００１２】
本方法の一つの実施形態においては、デジタルエコー信号群を合成するステップでは、第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号を選択する。本ステップでは更に、第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウの周囲で時間をシフトして行なう。複数の合成の各々は、前記合成の品質を表わす品質値を有する。
【００１３】
本方法の一つの実施形態においては、複数のデジタルエコー信号を合成するステップでは更に、複数の合成のうち特定の品質値を有する一つの合成を、第１受信機のスキャンラインに対して割り当てる。一つの実施形態では、選択時間ウィンドウは、前記スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の時間対振幅の移動平均の傾斜を含む。
【００１４】
本方法の一つの実施形態においては、デジタルエコー信号群を合成するステップでは更に、親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割し、サブレイヤ群の各々に対して時間シフトによる合成を実行する。本ステップでは更に、サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求める。本ステップでは更に、親レイヤの最大品質値をサブレイヤ群の各々の最大品質値と比較する。親レイヤの最大品質値がサブレイヤ群の各々の最大品質値よりも実質的に低い場合、本ステップでは更に、サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続する。最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は、最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い。一つの実施形態においては、本ステップでは更に、最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号をスキャンラインに割り当てる。
【００１５】
本方法の一つの実施形態では、スキャンラインは複数のレイヤに分割され、前記複数の合成の前記特定の品質は、受信機に最も近いレイヤから開始される形で連続的に決定される。
【００１６】
或る実施形態では、本発明はオブジェクトを超音波で撮像する方法に関する。本方法では、送信機群Ｔｘ（ｉ）のアレイを設ける。ここで、ｉは、１〜Ｎ（Ｎは２以上）の範囲の相対位置指標を表わす。本方法では更に、受信機群Ｒｘ（ｉ）のアレイを設ける。受信機群Ｒｘ（ｉ）の各々は、個別の送信機Ｔｘ（ｉ）に関連付けられる。本方法では更に、超音波エネルギーを送信機群からオブジェクトに送信して、超音波エネルギーが散乱されるようにする。本方法では更に、送信機Ｔｘ（ｉ）から送信された散乱エネルギーを全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｊ）で受信する。ここで、ｊは、ｉからの相対位置オフセットを表わし、かつゼロよりも大きい。本方法では更に、全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｊ）で受信された散乱エネルギーに応じて、第１の複数の信号を生成する。本方法では更に、第１の複数の信号を合成してオブジェクトの画像を生成する。
【００１７】
本方法の一つの実施形態では、ｊ＝１である。一つの実施形態においては、本方法では更に、送信機Ｔｘ（ｉ）から送信された散乱エネルギーを全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｋ）で受信する。ここで、ｋは、ｉからの相対位置オフセットを表わし、ゼロよりも大きく、かつｊとは等しくない。本方法では更に、全ての受信機Ｒｘ（ｉ＋ｊ）及びＲｘ（ｉ＋ｋ）で受信された散乱エネルギーに応じて、第２の複数の信号を生成する。本方法では更に、第１及び第２の複数の信号を合成してオブジェクトの画像を生成する。
【００１８】
或る実施形態では、本発明は超音波撮像装置に関するものであり、超音波撮像装置は、音響エネルギーを媒質中の一つ以上のオブジェクトに送信して音響エネルギーが散乱されるように構成される複数の送信機を含む。本装置は更に、散乱エネルギーを受信し、それに応答して複数の個別のアナログエコー信号を生成するように構成された複数の受信機を含む。本装置は更にプロセッサを含み、このプロセッサによってアナログエコー信号群が周波数Ｆでサンプリングされる。サンプリングされたアナログエコー信号群の各々は周波数Ｆ／２を十分に超えるスペクトル周波数成分を含む。前記サンプリングによって複数の個別のデジタルエコー信号が生成される。プロセッサは更に、前記デジタルエコー信号群の合成を行って合成デジタル信号を生成する。デジタルエコー信号群の各々は、デジタルエコー信号群の他のデジタルエコー信号に対して時間オフセットされている。その結果、前記合成デジタル信号は、複数の異なるデジタルエコー信号群の合成から選択されたものとして生成される。プロセッサは更に、オブジェクトの画像ピクセルを前記合成デジタル信号に基づいて生成する。
【００１９】
本装置の一つの実施形態では、プロセッサは更に、複数の画像ピクセルを、複数の異なるデジタルエコー信号群の合成に基づいて生成する。複数の画像ピクセルは、媒質中の平均音速を４Ｆで除算した距離よりも短い距離で互いに近接する該媒質中の２つのオブジェクトを判別可能に描出する。一つの実施形態では、このような装置は、音響エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に約１００マイクロメートル未満の距離で互いに近接する媒質中の前記２つのオブジェクトを判別可能に描出することができる。
【００２０】
本装置の一つの実施形態では、周波数Ｆ／２を十分に超えるスペクトル周波数成分は、所定の値よりも大きい強度を有する高い周波数を含む。このような所定の値は、サンプリングアナログエコー信号群のうちの一つのアナログエコー信号のスペクトル周波数成分の最大強度よりも５０ｄＢ，４０ｄＢ，３０ｄＢ，２０ｄＢ，１０ｄＢ，または５ｄＢだけ小さい、といった異なる値を有することができる。
【００２１】
本装置の一つの実施形態では、プロセッサはデジタルエコー信号群を一つのプロセスによって合成する。本プロセスでは、第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号が選択される。本プロセスでは更に、第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を、第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウの周囲で時間をシフトして行なう。複数の合成の各々は、前記合成の品質を表わす品質値を有する。
【００２２】
本装置の一つの実施形態においては、本プロセスでは更に、複数の合成のうち、特定の品質値を有する一つの合成を、第１受信機のスキャンラインに対して割り当てる。一つの実施形態では、選択時間ウィンドウは、スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の時間対振幅の移動平均の傾斜を含む。
【００２３】
本装置の一つの実施形態においては、本プロセスでは更に、親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割し、サブレイヤ群の各々に対して時間シフトによる合成を実行する。本プロセスでは更に、サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求める。本プロセスでは更に、親レイヤの最大品質値を、サブレイヤ群の各々の最大品質値と比較する。親レイヤの最大品質値がサブレイヤ群の各々の最大品質値よりも実質的に低い場合、サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続する。最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い。
【００２４】
本装置の一つの実施形態においては、本プロセスでは更に、最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号をスキャンラインに割り当てる。一つの実施形態では、スキャンラインは複数のレイヤに分割され、複数の合成の前記特定の品質を求める動作を、受信機に最も近いレイヤから開始する形で連続的に行なう。
【００２５】
或る実施形態では、本発明はトランスデューサアセンブリを含む超音波撮像装置に関するものであり、トランスデューサアセンブリは複数の送信要素及び複数の受信要素を有する。複数の送信要素は、超音波エネルギーの中心ピーク周波数に対応する波長λを有する該超音波エネルギーを媒質中の或る領域に向けて送信するように構成される。複数の受信要素は複数の信号を当該領域からの散乱エネルギーに応じて生成する。トランスデューサアセンブリのアパーチャサイズＤは、トランスデューサアセンブリのいずれか２つの受信要素の間の最大距離である。本装置は更にプロセッサを含み、当該プロセッサは、複数の信号をサンプリングして複数の個別のデジタルエコー信号を生成するように構成される。プロセッサは更に、デジタルエコー信号群を合成して、θを媒質中の２つのオブジェクトの分解可能な最小角度間隔とする場合に、θ＝（０．２５）λ／Ｄ以下の空間分解能限界を有する画像を生成するように構成される。
【００２６】
本装置の一つの実施形態では、空間分解能限界は、超音波エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に、媒質中で約１００マイクロメートル未満の距離で互いに近接する２つのオブジェクトを分解することができる。一つの実施形態では、プロセッサはデジタルエコー信号群を一つのプロセスによって合成する。本プロセスでは、第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号を選択し、第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を、第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウの周囲で時間をシフトして行なう。複数の合成の各々は合成の品質を表わす品質値を有する。
【００２７】
本装置の一つの実施形態においては、本プロセスでは更に、複数の合成のうち、特定の品質値を有する一つの合成を、第１受信機のスキャンラインに対して割り当てる。一つの実施形態では、選択時間ウィンドウは、スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の時間対振幅の移動平均の傾斜を含む。
【００２８】
本装置の一つの実施形態においては、本プロセスでは更に、親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割し、サブレイヤ群の各々に対して時間シフトによる合成を実行する。本プロセスでは更に、サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求める。本プロセスでは更に、親レイヤの最大品質値を、サブレイヤ群の各々の最大品質値と比較する。親レイヤの最大品質値がサブレイヤ群の各々の最大品質値よりも実質的に低い場合、本プロセスでは更に、サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続する。最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い。
【００２９】
本装置の一つの実施形態においては、本プロセスでは更に、最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号をスキャンラインに割り当てる。一つの実施形態では、スキャンラインは複数のレイヤに分割され、複数の合成の前記特定の品質を求める動作は、受信機に最も近いレイヤから開始する形で連続的に行なわれる。
【００３０】
或る実施形態では、本発明は超音波で撮像する方法に関するものである。本方法では、超音波エネルギーの中心ピーク周波数に対応する波長λを有する該超音波エネルギーを、トランスデューサアセンブリの複数の送信機から媒質に伝達して伝達エネルギーが散乱するようにする。トランスデューサアセンブリのアパーチャサイズＤは、トランスデューサアセンブリのいずれか２つの送信機の間の最大距離である。本方法では更に、媒質からの散乱エネルギーを複数の受信機で受信する。本方法では更に、散乱エネルギーから生成された信号群をデジタル合成して、θを媒質中の２つのオブジェクトの分解可能な最小角度間隔とする場合に、θ＝（０．２５）λ／Ｄ以下の空間分解能限界を有する画像を生成する。
【００３１】
本方法の一つの実施形態では、空間分解能限界は、超音波エネルギーが約３．５ＭＨｚの中心ピーク周波数を有する場合に、媒質中で約１００マイクロメートル未満の距離で互いに近接する２つのオブジェクトを分解することができる。一つの実施形態では、信号群をデジタル合成するステップでは、信号群をデジタルサンプリングしてデジタルエコー信号群を生成する。本ステップでは更に、第１受信機に関連する第１デジタルエコー信号を選択する。本ステップでは更に、第１デジタルエコー信号と一つ以上の他の受信機に関連する一つ以上のデジタルエコー信号との複数の合成を、第１デジタルエコー信号の選択時間ウィンドウの周囲で時間をシフトして行なう。複数の合成の各々は合成の品質を表わす品質値を有する。
【００３２】
本方法の一つの実施形態では、信号群をデジタル合成するステップでは更に、複数の合成のうち、特定の品質値を有する一つの合成を、第１受信機のスキャンラインに対して割り当てる。一つの実施形態では、選択時間ウィンドウは、スキャンラインに沿って第１の厚さを有するレイヤに対応する。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の振幅の移動平均を含む。一つの実施形態では、特定の品質値は、複数の合成のうちの一つの合成の時間対振幅の移動平均の傾斜を含む。
【００３３】
一つの実施形態においては、本方法では更に、親レイヤを２つ以上のサブレイヤに分割し、サブレイヤ群の各々に対して時間シフトによる合成を実行する。本方法では更に、サブレイヤ群の各々に関する最大品質値を求める。本方法では更に、親レイヤの最大品質値を、サブレイヤ群の各々の最大品質値と比較する。親レイヤの最大品質値がサブレイヤ群の各々の最大品質値よりも実質的に低い場合、本方法では更に、サブレイヤ群の各々に対する最終サブレイヤ群への分割を継続する。最終サブレイヤ群の各々の最大品質値は最終サブレイヤ群の親レイヤの最大品質値よりも低い。本方法の一つの実施形態では更に、最終サブレイヤ群の親レイヤの合成デジタル信号をスキャンラインに割り当てる。
【００３４】
本方法の一つの実施形態では、スキャンラインは複数のレイヤに分割され、複数の合成の前記特定の品質を求める動作は、受信機に最も近いレイヤから開始する形で連続的に行なわれる。
【００３５】
或る実施形態では、本発明は、オブジェクトから経時的に放出される波形エネルギーに基づいて情報を複製する方法に関するものであり、情報は周波数Ｆ／２を超える周波数成分を含むスペクトル周波数分布を含む。本方法では、波形エネルギーをＦ未満の時間周波数でデジタルサンプリングしてサンプリングデータを取得する。本方法では更に、情報の複製をサンプリングデータに基づいて生成し、複製情報は、周波数Ｆ／２よりも低い範囲のスペクトル周波数分布にほぼ一致するスペクトル周波数分布を含む。エネルギーは複数の放出装置から放出され、前記オブジェクトによって反射される。
【００３６】
本方法の一つの実施形態では、エネルギーを複数の検出器でサンプリングする。一つの実施形態では、エネルギーは音響エネルギーである。一つの実施形態では、エネルギーは電磁エネルギーである。
【００３７】
本発明の他の態様、利点、及び新規の特徴については、次の詳細な説明及び添付の図面に記載される。図面は、同様の構成要素には同様の参照番号が付される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は概して、媒質の一部分の画像を形成するシステム及び方法に関する。図１は、トランスデューサ群のアレイ１１０を含む一実施形態の撮像装置１００のブロック図を示す。一つのトランスデューサは送信機または受信機を表わすことができる。公知のように、或るトランスデューサは送信機として、かつ受信機として動作することができる。従って、説明を分かり易くするために、一つのトランスデューサは一つの送信機、一つの受信機、または送信機及び受信機の複合体を表わすことができるものとする。
【００３９】
図１に示すように、撮像装置１００は更にアレイインターフェース１１２を備え、このアレイインターフェース１１２によって、トランスデューサ群のアレイ１１０の動作が容易になる。アレイインターフェース１１２は、例えば送信機群及び／又は受信機群への、及び／又は、送信機群及び／又は受信機群からの複数の信号を多重化する、及び／又は逆多重化することができる。トランスデューサアレイ１１０にはインターフェース１１２を通して信号を信号発生器１１４から供給することができる。信号をアレイ１１０に供給する、及び／又は受信機からの受信信号を読み出すためのインターフェース１１２の動作は、プロセッサ１１６によって実現することができる。以下に更に詳細に説明するように、プロセッサ１１６は撮像装置１００を、取得画像の解像度が高くなるような方法で動作させることができる。
【００４０】
図１に示すように、撮像装置１００は更に記憶装置１１８を含み、この記憶装置１１８によって、種々の動作パラメータを以下に説明する方法により読み出し可能に格納することができる。撮像装置１００は更にユーザインターフェース１２０を含むことができ、このユーザインターフェース１２０はユーザに出力を供給する、及び／又は撮像装置１００を動作させる方法のかなりの部分をユーザにより制御可能とする。
【００４１】
図１に示すように、撮像装置１００は一つ以上の信号を媒質１０４内に送信し、このような送信信号に対する応答を当該媒質から検出する。測定をこのような方法で可能にする領域１０２を画像ボリューム（ｉｍａｇｅ  ｖｏｌｕｍｅ）１０２と定義する。本明細書における説明では、画像ボリュームは２次元平面として表現される場合がある。多くの用途において、画像「平面」が画像ボリュームを正確に表わす。しかしながら、このような表現は決して本発明の技術範囲を制限するものではないことを理解し得る。また、画像ボリューム１０２の形状及びサイズは、媒質のような要素、使用する信号のタイプ、及び撮像装置の特性によって変り得るものであることを理解し得る。
【００４２】
また、図１の装置１００のような撮像装置は縦波造波装置（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｗａｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）及び横波造波装置（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｗａｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）の両方を含むことができることを理解し得る。縦波造波装置は、これらには制限されないが、超音波装置、音波探知装置、または地下の地質的特徴（ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ  ｆｅａｔｕｒｅｓ）を探索する装置を含むことができる。横波造波装置は、これらには制限されないが、光学装置またはレーダ装置のような電磁波を捉えて動作する装置を含むことができる。
【００４３】
次に、図２は、ボリューム１３２を撮像する例示としてのトランスデューサアレイ１３０の一つの実施形態を示している。例示としてのボリューム１３２は、複数の隅位置１３４ａ〜１３４ｈによって定義することができる。ボリューム１３２内部には、例示としての単位ボリューム１３６（本明細書ではピクセル及び／又はボクセルとも表記される）が示される。複数のこのようなピクセル１３６がボリューム１３２を構成する。ここで、ピクセル（ｐｉｃｔｕｒｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ：画像要素）及びボクセル（ｖｏｌｕｍｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ：ボリューム要素）という用語は、本説明全体を通じて同じ意味に使用される。
【００４４】
一つの実施形態では、アレイ１３０の一つ以上のトランスデューサは一つ以上の信号をボリューム１３２に送信して、信号が当該ボリューム内のピクセル群の各々に到達するようにする。一つのピクセルに衝突する波はピクセルを透過するか、ピクセルによって反射されるか、またはこれらの挙動のいずれかの複合運動を行なう。例えば、或るオブジェクトがピクセルの位置の空間を占有している場合、当該オブジェクトによって部分反射及び部分透過が起こり得る。反射波が測定されるか、または反射波が無いことが測定されることによってピクセルの画像を生成することができる。
【００４５】
従って、図２に示すように、例示としてのピクセル１３６は、例示としての送信機１４２からの送信信号１３８によって探索されるものとして描かれている。当該信号１３８に対するピクセルの応答を、例示としての受信機１４４が測定する様子が破線矢印１４０によって示される。
【００４６】
ボリュームの画像の解像度はピクセル群のサイズ、及びこのようなピクセル群を分解する撮像装置の性能によって変わることが分かる。ここに説明するように、本発明の一つの態様は、ピクセル群を、これらのピクセルによって形成される画像の解像度が高くなるように探索し、測定するシステム及び方法に関する。
【００４７】
図３は、ターゲットオブジェクト１６０を探索するトランスデューサ１５４ａ〜１５４ｅのアレイの一つの実施形態の例示としての波面表示を示している。この例では、トランスデューサ群１５４は、送信機群及び受信機群として動作するものとして示され、一つの受信機１５２が信号１５６を送信するものとして示されている。波面１５８がターゲット１６０に衝突し、当該ターゲットによって反射されて反射波１６６になる。伝播波１６４はまず、トランスデューサ１５４ｃが受信するものとして示されている。同じ波面１６４を次に、他のトランスデューサ１５４ａ，ｂ，ｄ，ｅが後の時点で受信する。反射波がトランスデューサ１５４ａ〜ｅに向かって伝播する様子を表わす放射波は破線矢印１６２ａ〜ｅによって示される。
【００４８】
反射波（例示としての波１６４）の測定値を種々のトランスデューサによって同期処理し、合成することにより、品質の高いターゲット画像を形成することができる。図３は、単一の送信機及び複数の受信機を含む場合の動作を示しているが、送信機群及び受信機群の他のいずれかの組み合わせを使用することができることを理解し得る。一例として、撮像装置は、複数の送信機が複数の信号を送信し、これらの信号を単一の受信機が測定するように動作させることができる。別の例では、複数の送信機及び複数の受信機を種々の組み合わせで使用することができる。本発明の一つの態様は、送信機群及び／又は受信機群を同期させ、組み合わせて撮像装置の性能を向上させる方法に関する。
【００４９】
撮像装置は、媒質の内、一つ以上のターゲットを含む部分の画像を、当該部分を複数のピクセルとして定義することにより形成することができる。従って、この例では、図３のターゲットは一つ以上のピクセルを占有することができる。これらのピクセルを他のピクセル群と共に探索することにより、媒質中のターゲットの画像を生成することができる。
【００５０】
図４は、画像平面１７０に関して定義されるこのようなピクセル群のアレイの一つの実施形態を示している。画像平面１７０は、Ｍ行Ｎ列のアレイ状のピクセル群に分割されるものとして示されている。図４は説明を分かり易くするために、ピクセル群を方形状に描いているが、これらのピクセルはどのような定義可能な形状とすることもできることを理解し得る。更に、画像平面１７０の全体形状は矩形である必要はない。更に、説明を分かり易くするために、画像平面１７０は「平面」と表記されるが、画像平面１７０によって本発明が制限されるものではない。
【００５１】
画像平面１７０のピクセル群の幾つか、または全てをトランスデューサ要素群のアレイ１７２によって探索することができる。ピクセル群に対するこのような探索の様子は複数の矢印１７４によって示される。
【００５２】
図４は、或るラインに沿って配置されてアレイ１７２を形成するＬ個の要素を示している。トランスデューサ要素群をライン状に配置しているのは、画像平面１７０に関する説明を分かり易くするためであることを理解し得る。トランスデューサ要素群のアレイ１７２は２次元アレイとして、すなわち平面状に、または或る屈曲表面に沿って配置することができる。
【００５３】
次に、図５はピクセル１８６をどのようにして送信機１８２及び受信機１８４に関連付けることができるのかを示している。このような関連付けを、全ての考え得る送信機−ピクセル及び受信機−ピクセルの組み合わせに関して行なうことにより、一つのピクセルアレイに関する空間及び／又は時間配列セット（本明細書では「配列セット」とも表記される）が、送信機群及び受信機群のアレイに関して得られる。本発明の一つの態様は、受信機−ピクセルに関するマッピングとは別に、ピクセル群を送信機群に対してマッピングする方法に関するものである。以下に説明するように、このような機能は、所定のタイプの高分解能撮像動作の間に大きな利点をもたらす。
【００５４】
図５に示すように、ピクセル１８６は送信機１８２に対して距離ｄＴｘ（矢印１８８で示すように）だけ離れて配置される。同様に、ピクセル１８６は受信機１８４に対して距離ｄＲｘ（矢印１９０で示すように）だけ離れて配置される。距離ｄＴｘを使用して、送信機１８２からの信号がピクセル１８６に到達すると予測される時間を求めることができる。同様に、距離ｄＲｘを使用して、ピクセル１８６によって反射され得る信号が受信機１８４に到達すると予測される時間を求めることができる。このような予測情報を使用して、異なる送信機−ピクセル及び／又は受信機−ピクセルの組み合わせに関連付けられる信号群を効果的に合成することができる。
【００５５】
送信機−ピクセルの組み合わせに関する予測到達情報は距離ｄＴｘによって変わり、或る形の指標として表現することができる。このような指標は、信号の到達に影響する距離以外の要素を表わすこともできる。一例として、送信機に接続される電子回路によって信号を或る開始時間から或る遅延時間だけ遅らせた後に送信することができる。従って、距離ｄＴｘに対応する指標データ１９４はこのような他の要素を含むこともできる。
【００５６】
同様に、受信機−ピクセルの組み合わせに関する予測到達情報は距離ｄＲｘによって変わり、或る形の指標として表現することができる。このような指標は、信号の到達に影響する距離以外の要素を表わすこともできる。一例として、受信機に関連する読み出しプロセスによって、信号が受信機に衝突する時間から或る遅延時間だけ遅らせた後に信号をサンプリングすることができる。従って、距離ｄＲｘに対応する指標データ１９２はこのような他の要素を含むこともできる。
【００５７】
図５に示すように、指標１９４及び１９２は読み取り可能な記憶媒体１９６に個別に保存することができる。従って、送信機−ピクセル及び受信機−ピクセルの全ての考えられる組み合わせに関するこのような収集指標によって、ピクセルアレイの配列セットが定義される。
【００５８】
次に、図６はピクセル１８６に関する配列セットを使用して、選択的にサンプリングされる信号２１０を受信機１８４の出力から取得することができる様子を示している。送信機１８２から送信され、ピクセル１８６に向かって伝播する信号を矢印２０２として示す。信号２０２はピクセル１８６によって反射される可能性があるし、または反射されない可能性もある。従って、矢印２０４は反射信号がピクセル１８６から受信機１８４に向かって伝播する場合の信号の様子を表わす。
【００５９】
図６に更に示すように、送信機−ピクセルの指標、及び受信機−ピクセルの指標を有するデータ２０８は記憶媒体１９６から取り出すことができ、このデータを使用して受信機１８４の出力２０６を選択的にサンプリングすることができる。一つの実施形態では、このように選択的にサンプリングされた信号２１０は、出力２０６を、送信機−ピクセルの指標と受信機−ピクセルの指標との合計に対応する指標に基づいてサンプリングすることにより得られる。これらの指標に関する種々の形態については後で更に詳細に説明する。
【００６０】
図７及び８は、トランスデューサアレイに関する指標の決定、及びそれに続く当該指標の使用を実施するプロセスをそれぞれ示している。プロセス２２０は、所定のトランスデューサアレイに関する所定のピクセルアレイの指標を求める。プロセス２２０は開始状態２２２から始まり、プロセスブロック２２４では、プロセス２２０は検出器パラメータ及びマップパラメータを取得する。検出器パラメータは送信機の数、及び受信機の数を含むことができる。マップパラメータはピクセルの数、ピクセル群の所望サイズ、及びピクセル群の配列を含むことができる。
【００６１】
プロセス２２０はプロセスブロック２２６において、送信機群及び受信機群のアレイを定義する。一つの実施形態では、各送信機及び各受信機は、選択された座標系に対するこれらの送信機及び受信機の位置によって定義される。送信機及び受信機の機能を一つの共通のトランスデューサが実行する実施形態では、アレイ定義はトランスデューサアレイに対して行なうだけで済む。例示としてのアレイ定義については後で更に詳細に説明する。
【００６２】
プロセス２２０はプロセスブロック２２８において、マップパラメータによって決まるピクセル群のアレイを定義する。一つの実施形態では、各ピクセルは送信機／受信機アレイに対する当該ピクセルの位置によって定義される。例示としてのアレイ定義については後で更に詳細に説明する。
【００６３】
プロセス２２０はプロセスブロック２３０において、送信機−ピクセルの各組み合わせに対応する伝播指標を求める。例示としての伝播指標を求める操作については後で更に詳細に説明する。
【００６４】
プロセス２２０はプロセスブロック２３２において、受信機−ピクセル各組み合わせに対応するサンプリング指標を求める。例示としてのサンプリング指標を求める操作については後で更に詳細に説明する。
【００６５】
プロセス２２０はプロセスブロック２３４において、伝播指標及びサンプリング指標を保存する。これらの指標の保存の例については後で更に詳細に説明する。プロセス２２０は停止状態２３６で終了する。一つの実施形態では、配列セット生成プロセス２２０は、所定のトランスデューサアレイ及び所定のピクセルアレイに関して１度だけ実行し、撮像動作の間に再度実行する必要はない。
【００６６】
図８に示すように、画像生成プロセス２４０はピクセル群の幾つか、または全てに関連する測定信号を、トランスデューサ−ピクセルの構成に関して既に求めている配列セットを使用して求める。プロセス２４０は開始状態２４２から始まり、プロセスブロック２４４において、プロセス２４０は撮像パラメータを取得する。一つの実施形態では、撮像パラメータは送信機及び受信機の数、並びに送信機−ピクセルの組み合わせ及び受信機−ピクセルの組み合わせに関する配列セットを含む。
【００６７】
プロセス２４０はプロセスブロック２４６において、分析対象のピクセル群の各々に関する初期値を設定する。このような初期化の例については後で更に詳細に説明する。
プロセス２４０はプロセスブロック２４８において、信号（群）をピクセルアレイに送信し、その信号群を、選択された送信機−ピクセル−受信機の組み合わせに対応する指標に基づいてサンプリングする。選択的に送信し、サンプリングする例については後で更に詳細に説明する。
【００６８】
プロセス２４０はプロセスブロック２５０において、選択されたピクセル群の各々の強度をサンプリング信号（群）に基づいて求める。強度を求めるこのような操作の例について以下に更に詳細に説明する。
【００６９】
プロセス２４０はプロセスブロック２５２において、ピクセル強度を処理して、ピクセルアレイに関連する画像を形成する。プロセス２４０は停止状態２５４で終了する。
次に、図９〜１１は、トランスデューサ及びピクセルアレイを構成することができる更に特殊な方法を示し、更にマッピング動作及び撮像動作をどのようにしてこのような構成に対して実行することができるかについて示している。図９は、トランスデューサ群２６２のアレイに対するピクセル群２６４のアレイの例示としての構成２６０を示している。ここで、トランスデューサ２６２を例示として４つ使用しているのは単に説明を分かり易くするためであり、決して本発明の技術範囲を制限するためのものではないことを理解し得る。同様に、５行６列のアレイ状のピクセル群２６４を使用しているのは単に説明を分かり易くするためであり、決して本発明の技術範囲を制限するためのものではない。
【００７０】
一つの実施形態では、トランスデューサ群２６２の位置は座標系２６６に対して定義される。デカルト座標系を使用するが、どのような座標系もこのような定義に使用することができることを理解し得る。
【００７１】
一つの実施形態では、ピクセル群２６４のアレイは、画像平面をグリッド状（この例では５行６列）のピクセル領域群に分割することにより形成される。このようなグリッドを定義する一つの方法では、１セットの対角ピクセル群、例えば、（１，１）及び（５，６）、または（１，６）及び（５，１）のピクセル群の位置を座標系２６６に対して定義する。次に、行の数（この例では５行）、及び列の数（この例では６列）を指定することができる。グリッドをこのように定義することにより、ピクセル群の各々のサイズ及び位置を定義するために十分な情報を提供することができる。ピクセルグリッドはどのような種類の方法によっても定義することができる。従って、本明細書に開示する例示としての方法は本発明の技術範囲を制限するものではない。
【００７２】
一旦、ピクセルグリッド２６４が、選択された座標系２６６に対して設定されると、各ピクセルの位置を各トランスデューサに対する基準とすることができる。一例として、ピクセル（２，３）は、矢印２６８ａ〜２６８ｄで示すようにトランスデューサ１〜４に対する基準として示される。トランスデューサ群に対する当該ピクセルのこのような相対位置を使用して送信指標及びサンプリング指標を取得することができる。
【００７３】
所定のトランスデューサ−ピクセルの組み合わせに関連する指標を取得する一つの方法ではまず、トランスデューサとピクセルとの間の距離を求める。このような決定処理は、簡単な幾何学計算を、選択された座標系に基づいて実行することにより行なわれる。一例として、ピクセル及びトランスデューサの座標を（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）及び（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）とそれぞれ表わすことができる場合、２つのポイントの間の距離ｄは量（ｘｔ−ｘｐ）２＋（ｙｔ−ｙｐ）２＋（ｚｔ−ｚｐ）２の平方根として計算することができる。
【００７４】
次に、前述の方法により得られる距離ｄを使用して、νを媒質中の注目信号の伝播速度の絶対値とする場合に、トランスデューサとピクセルとの間の伝播時間をｔ＝ｄ／νとして求めることができる。サンプリングを行なう場合、伝播時間ｔを更に、受信信号を或るサンプリングレートでサンプリングする状態におけるサンプル数ｉｓａｍｐｌｅとして表現することができる。一つの実施形態では、サンプル数はｉｓａｍｐｌｅ＝（ｔ）（サンプルレート）として表わすことができる。前に説明したように、或る「開始」時間とサンプリング時間との間の実際の時間は伝播時間に追加される時間を含むことができる。このような追加時間は、あるとすれば、サンプリングレートベース量（ｓａｍｐｌｅ−ｒａｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｑｕａｎｔｉｔｙ）として表わすこともでき、かつ伝播時間に関連する量に加算することができる。
【００７５】
サンプル数を求める操作に関するこれまでの説明から、同様の情報はどのような種類の方法によっても取得することができることが分かる。従って、どのような種類の他の方法を使用しても、または開示の方法の変形版を使用しても、送信機−ピクセルの組み合わせ、及び受信機−ピクセルの組み合わせに関連する指標を取得し、保存することができる。
【００７６】
図１０は、所定の送信機及び受信機のアレイに対する所定のピクセルアレイの配列セットを求める詳細プロセス２７０の一つの実施形態を示している。プロセス２７０は開始状態２７２で始まり、プロセスブロック２７４において、送信機の数を求める。プロセスブロック２７６では、受信機の数を求める。プロセスブロック２７８では、各送信機の位置を求める。プロセスブロック２８０では、各受信機の位置を求める。
【００７７】
プロセスブロック２８２では、プロセス２７０は画像平面を、画像平面の２つの対角の位置を求めることにより定義する。プロセスブロック２８６では、画像平面を、所定数の行及び列のピクセル群によって定義されるグリッドに分割する。
【００７８】
プロセスブロック２８８では、プロセス２７０は、撮像する媒質を通過する信号の速度を求める。プロセスブロック２９０では、サンプリングレートを求める。
ループ２９２（エンドループ３０８を有する）で示すように、プロセス２７０は送信機群をループスルーする。各送信機に関して、プロセス２７０はピクセル群をループスルーする（エンドループ３０６を有するループ２９４）。従って、送信機及びピクセルの各組み合わせに関して、プロセス２７０はピクセル位置をプロセスブロック２９６において求める。プロセスブロック２９８では、送信機とピクセルとの間の距離を求める。プロセスブロック３００では、送信機とピクセルとの間の伝播時間を、距離及び信号速度（ｔ＝ｄ／ν）に基づいて求める。プロセスブロック３０２では、伝播時間に対応する指標を求める。一つの実施形態では、指標は、伝播時間と撮像装置のサンプリングレートとの積として表わすことができる。プロセスブロック３０４では、送信機−ピクセルの組み合わせに対応する指標を、後の時点での読み出し、及び使用のために保存する。ループ２９４及び２９２はエンドループ３０６及び３０８でそれぞれ終了する。
【００７９】
ループ３１０（エンドループ３２６を有する）で示すように、プロセス２７０は受信機群をループスルーする。各受信機に関して、プロセス２７０はピクセル群をループスルーする（エンドループ３２４を有するループ３１２）。従って、受信機及びピクセルの各組み合わせに関して、プロセス２７０はピクセル位置をプロセスブロック３１４において求める。プロセスブロック３１６では、受信機とピクセルとの間の距離を求める。プロセスブロック３１８では、ピクセルと受信機との間の伝播時間を、距離及び信号速度（ｔ＝ｄ／ν）に基づいて求める。プロセスブロック３２０では、伝播時間に対応する指標を求める。一つの実施形態では、指標は、伝播時間と撮像装置のサンプリングレートとの積として表わすことができる。プロセスブロック３２２では、受信機−ピクセルの組み合わせに対応する指標を、後の時点での読み出し、及び使用のために保存する。ループ３１２及び３１０はエンドループ３２４及び３２６でそれぞれ終了する。プロセス２７０は停止状態３２８で終了する。
【００８０】
上記で説明したように、プロセス２７０のような配列セット生成は通常、１回だけ行なわれ、後続の撮像動作の間に繰り返す必要はない。送信機−ピクセルの組み合わせ及び受信機−ピクセルの組み合わせに対応する保存指標によって、このような後続の高分解能撮像を効率良く行なうことができる。
【００８１】
図１１は、撮像動作を、既に取得している配列セットを利用して行なう詳細プロセス３３０の一つの実施形態を示している。プロセス３３０は開始状態３３２から始まり、プロセスブロック３３４では、送信機群、受信機群、及びピクセル群の動作構成を求める。一つの実施形態では、このような動作構成によって、送信機群、受信機群、及びピクセル群の数及び位置が、配列セットを求めるプロセスに使用される方法と同様の方法により定義される。従って、一つ以上の動作構成を保存することができ、一つの構成をユーザが選択する、またはデフォルトとして使用することができる。
【００８２】
プロセスブロック３３６では、プロセス３３０は、動作構成の送信機−ピクセルの組み合わせに対応する１セットの指標を取得する。プロセスブロック３３８では、動作構成の受信機−ピクセルの組み合わせに対応する１セットの指標を取得する。
【００８３】
プロセスブロック３４０では、プロセス３３０は撮像検出器を初期化する。一つの実施形態においては、このような初期化では、複数のピクセル強度の値を初期化する。
プロセスブロック３４２では、プロセス３３０は信号を選択送信機（群）から送信し、ピクセルアレイからの戻り信号のサンプリングを、選択受信機（群）を使用して開始する。一つの実施形態では、サンプリングの「開始」を、信号が送信機から送出される時間の近傍の或る所定時間に指示する。このような共通開始時間から始まるサンプリングを基準にすることにより、全ての送信機−ピクセル−受信機の組み合わせの相関サンプリングを行なうことができる。個々のセットの送信機−ピクセル指標、及び受信機−ピクセル指標を取得することにより、このような相関サンプリングだけでなく、撮像装置の他の変形動作を更に効率的に行なうことができる。
【００８４】
一つの実施形態では、プロセス３３０は、複数の送信機−ピクセル−受信機の組み合わせの各々に関連する信号群をサンプリングすることにより、ピクセルアレイを測定する。全ての組み合わせを処理するための一つの方法では、ネストループ結合（ｎｅｓｔｅｄ  ｌｏｏｐ）を送信機群、ピクセル群、及び受信機群に対して実行する。従って、プロセス３３０は、選択ピクセル群をループスルーするものとして示される（ループ３４４、エンドループ３６４）。ピクセルループ３４４の各ピクセルに関して、当該ピクセルの強度値をプロセスブロック３４６において初期化する。初期化された各ピクセルに関して、プロセス３３０は選択送信機群をループスルーする（ループ３４８、エンドループ３６２）。各ピクセル−送信機の組み合わせに関して、プロセス３３０は、選択受信機群をループスルーする（ループ３５０、エンドループ３６０）。従って、ネストループ３４４，３４８，３５０のピクセル−送信機−受信機の各組み合わせに関して、プロセス３３０はプロセスブロック３５２において、信号を現在の受信機から取得する。プロセスブロック３５４では、現在の送信機−ピクセルの組み合わせに関する指標を取得する。プロセスブロック３５６では、現在の受信機−ピクセルの組み合わせに関する指標を取得する。プロセスブロック３５８では、ピクセル強度を、現在の送信機−ピクセルの指標と受信機−ピクセルの指標との合計に対応する受信機信号の値によって調整する。
【００８５】
図１１に示すように、前述の方法によって取得したピクセル強度値はプロセスブロック３６６において更に解析または保存される（後の時点で解析するために）。プロセス３３０は停止状態３６８で終了する。
【００８６】
図１２及び１３は、選択送信機（群）及び選択受信機（群）を使用して画質の向上を達成する２つの特定の例を示している。図１２には、単一の選択送信機及び複数の選択受信機を使用する例示としてのプロセス３７０を示す。図１３には、複数の選択送信機及び単一の選択受信機を使用する例示としてのプロセス４００を示す。
【００８７】
図１２に示すように、例示としてのプロセス３７０はプロセスブロック３７２において、信号を選択送信機から送信し、サンプリングを開始する。このようなサンプリングは、送信信号が送信機から伝播し始める時間を基準として所定の時間に開始することができる。次に、プロセス３７０は、ピクセル群の全てをループ３７４（エンドループ３９０を有する）においてループスルーする。各ピクセルに関して、プロセス３７０は、プロセスブロック３７６において、当該ピクセルの初期値をゼロに設定する。更に、当該ピクセルに関して、プロセス３７０は、プロセスブロック３７８において、現在の送信機−ピクセルの組み合わせの指標ｉＴｘを取得する。
【００８８】
次に、現在のピクセルに関して、プロセス３７０は選択受信機群の全てをループ３８０（エンドループ３８８を有する）においてループオーバする。プロセス３７０はプロセスブロック３８２において信号Ｓを現在の受信機から取得する。プロセスブロック３８４では、現在のピクセル−受信機の組み合わせの指標ｉＲｘを取得する。プロセスブロック３８６では、現在のピクセルの強度値をＩ＝Ｉ＋Ｓ（ｉＴｘ＋ｉＲｘ）として調整する。
【００８９】
図１３に示すように、例示としてのプロセス４００はプロセスブロック４０２において、信号群を選択送信機群の全てから送信し、サンプリングを一つの選択受信機から開始する。信号群の選択送信機群からの送信は同時に行なうか、または所定の順番で行なう。選択送信機の数が相対的に少ない実施形態では、信号群はほぼ同時に送信することができ、サンプリングでは、複数の送信機−ピクセル−受信機の組み合わせを時間的に区別することができる。選択送信機の数が相対的に多い実施形態では、信号群を同時に送信することによって、複数の送信機−ピクセル−受信機の組み合わせに対する選択サンプリングを効果的に行なうことができなくなる。
【００９０】
信号群を同時に送信する実施形態では、サンプリングは、送信信号群が送信機群から送信される時間を基準として所定の時間に開始することができる。信号群を或る順番で送信する実施形態では、サンプリングの開始は種々の方法により定義することができる。一つの方法では、共通の開始時間を設定し、異なる送信機に対応する異なる送信時間を、送信機−ピクセル組み合わせの指標に対する調整手段として考慮に入れる。
【００９１】
次に、プロセス４００はピクセル群の全てをループ４０４（エンドループ４２０を有する）においてループスルーする。各ピクセルに関して、プロセス４００は、プロセスブロック４０６において、当該ピクセルの初期値をゼロに設定する。更に、当該ピクセルに関して、プロセス４００は、現在の受信機−ピクセルの組み合わせの指標ｉＲｘをプロセスブロック４０８において取得する。
【００９２】
次に、現在のピクセルに関して、プロセス４００は選択送信機群の全てをループ４１０（エンドループ４１８を有する）においてループオーバする。プロセス４００はプロセスブロック４１２において信号Ｓを現在の受信機から取得する。プロセスブロック４１４では、現在の送信機−受信機の組み合わせの指標ｉＴｘを取得する。プロセスブロック４１６では、現在のピクセルの強度値をＩ＝Ｉ＋Ｓ（ｉＴｘ＋ｉＲｘ）として調整する。
【００９３】
図１４に示す一つの実施形態では、撮像装置は３２個の要素を含む。詳細には、図１４は、一つの送信機（送信機１６）が信号５０６をオブジェクト５０４に送信して、３２個の受信機（１〜３２）が検出する反射波５１０が生成される構成の実施形態の放射図５００を示している。受信機群５０２に向かって伝播する反射波５１０は反射放射波５０８によって表わされ、波面５１０が放射波５０８と交差する交点は放射波５０８の同相部分を表わす。
【００９４】
例示としての実施形態５００では、送信信号５０６を表わす指標ｉＴｘは３２個の受信機群が使用するサンプリング指標の全てに共通する。オブジェクトがアレイ５０２の中間の高さに位置する特定の例では、反射波５１０は受信機１６に最初に到達する。従って、オブジェクト５０４が位置するピクセルに関連するサンプリング指標は或る値を有し、この値によって受信機１６からの信号が最初にサンプリングされる。その後、受信機１５及び１７からの信号がサンプリングされ、次に受信機１４及び１８からの信号がサンプリングされ、残りの信号も同様にサンプリングされることになる。受信機３２からの信号は、波面５１０の余分の伝播距離に対応する時間に、最後にサンプリングされることになる。
【００９５】
図１５に示す一つの実施形態では、撮像装置は３２個の要素を含む。詳細には、図１５は、３２個全ての送信機が信号群５２６をオブジェクト５２４に送信して受信機１６が検出する反射信号５２８が生成される構成の実施形態の放射図５２０を示している。例示としての実施形態５２０では、反射信号５２８を表わす指標ｉＲｘは３２個の受信機に関連するサンプリング指標の全てに共通する。
【００９６】
オブジェクトがアレイ５０２の中間の高さに位置する特定の例では、送信機１６からの送信信号がオブジェクト５２４に最初に到達する（全ての信号が同時に送信されると仮定する）。従って、オブジェクト５２４が位置するピクセルに関連するサンプリング指標は或る値を有し、この値によって最初のサンプリング信号が送信機１６に関連付けられる。次のセットのサンプリング信号が送信機１５及び１７に関連付けられ、残りのセットのサンプリング信号も同様に関連付けられる。最後のセットのサンプリング信号は送信機３２に関連付けられることになる。
【００９７】
図１３を参照しながら前に説明したように、複数の信号を送信機群から異なる方法によって送信することができる。信号群を複数の送信機から順番に送信することにより、信号群のオブジェクト５２４への到達だけでなく、その後の反射信号群の受信機への到達を時間的に分離することができる。信号送信を順番に行なう一つの方法では、送信を送信機１６から始め、次に所定時間が経過したときに送信を送信機１５及び１７から行ない、残りの送信も同様に行なう。このように送信を順番に行なうことにより、受信機群５２２のアレイに関連するサンプリングの時間間隔を長くすることができる。
【００９８】
図１６は、複数のトランスデューサによるサンプリングによってどのようにして、これらのトランスデューサの各々に関連するサンプリングレートよりも高い実効サンプリングレートが得られるかについて示している。例示としての動作構成６００では、送信機６０２が、送信信号６０６に従って送信エネルギー６０４を媒質（図示せず）に伝達するものとして描かれている。送信信号６０６は周期信号として描かれているが、このような特徴は必須ではない。送信信号６０６は、或る時間特性パターンを有する波形であればどのような波形とすることもできる。例えば、送信信号６０６がシングルパルスである場合、当該信号を当該パルスの時間幅として特徴化することができる。
【００９９】
例示としての動作構成６００は更に複数の受信機６１０を含み、これらの受信機は対応する反射エネルギー６１２を受信する。反射エネルギー６１２に従って、これらの受信機６１０はサンプリングされた個別の信号群６１４を出力する。この例では、複数の受信機６１０に対するサンプリングは、説明を分かり易くするために同時に行なわれるものとして示される。受信機信号群を同時にサンプリングする操作は必須ではないことを理解し得る。
【０１００】
同様に、説明を分かり易くするために、共通サンプリングが、送信信号周期Ｔｓｉｇｎａｌのほぼ半分である周期Ｔｓａｍｐｌｉｎｇで行なわれるものとして示される。従って、このような状態におけるサンプリング周波数は送信信号周波数の約２倍となる。一般的に、サンプリング周波数は解析対象の信号の周波数の少なくとも２倍にして、当該信号の特性化が可能になるようにする必要があり、「２倍」という最低限界はナイキスト限界と呼ばれることが多い。
【０１０１】
図１６に示すように、受信機群６１０が出力する例示としての信号群６１４は、基礎となる「キャリア」信号波形（図を分かり易くするために重ねている破線曲線）を有するものとして示され、この信号波形は送信信号６０６と同様の波形を有することができる。信号群６１４は、キャリア信号波形の周りに複数の摂動（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ）を含む。このような摂動は送信信号６０６が媒質中の或る注目構造と相互作用する結果として現われるか、またはバックグランドノイズに起因する。原因が何であるにせよ、このような摂動は、キャリア信号波形またはサンプリング周期と比較すると、波長以下のパターンサイズを有する（かつ有するものとして描かれる）。従って、個々の受信機に対するサンプリングだけでは、ノイズまたは正規の信号に関連する微細なパターン波形を分解することができない。
【０１０２】
複数の受信機を使用する場合、これらの受信機は反射エネルギーが受信機群に異なる時間に到達するように配置することができる。このような到達時間の差は、媒質の異方性によって生じる経路長差及び／又は速度差に起因する伝播時間の差によって発生させることができる。図１６では、このような到達時間の差は、受信機６１０ａ及び６１０ｂに関してΔＴと表わされる。所定の受信機ペアでは、到達時間差ΔＴはサンプリング周期Ｔｓａｍｐｌｉｎｇまたは送信信号周期Ｔｓｉｇｎａｌよりもずっと短くすることができる。
【０１０３】
受信機群をアレイ状に配列することにより、連続的な到達時間差を受信機群に生じさせることができる。従って、受信機群に対して同時にサンプリングすることにより、個々の受信機群に関して、受信信号群の異なる時間部分をサンプリングすることができるという効果が得られる。従って、例示としての構成６００では、同時サンプリングを時間ｔ１で同時に行なうことによって、例示としての信号６１４ｃ（遅れて到達する）がキャリア波形の所定の時間部分（この例ではサイクルの最初の部分）でサンプリングされる。サンプリングを時間ｔ１で行なうことによって、例示としての信号６１４ｂがキャリア波形の内、受信機６１０ｂと６１０ｃとの間の到達時間差にほぼ等しい時間の時間部分でサンプリングされる。同様に、サンプリングを時間ｔ１で行なうことによって、例示としての信号６１４ａがキャリア波形の内、受信機６１０ａと６１０ｂとの間の到達時間差にほぼ等しい時間の時間部分でサンプリングされる。受信機６１０ａ，ｂ，及びｃに対するサンプリングを組み合わせる場合、結果として得られる測定値は、共通サンプリング間隔Ｔｓａｍｐｌｉｎｇよりもずっと短い到達時間差ΔＴの間隔で行なわれるサンプリングと等価な測定値とすることができる。
【０１０４】
受信機の数、及び／又は到達時間差は、実効サンプリング間隔が２つの共通サンプリング区間の間に（例えば、図１６の同時サンプリング時間ｔ１とｔ２との間に）分布するように選択することができることが分かる。従って、構成を適正に行なうことにより、受信機アレイを使用して受信信号群を共通サンプリング周波数よりもずっと高い周波数でサンプリングすることができるので、キャリア信号波形に「乗る」高い周波数（送信信号周波数よりも）の摂動信号成分を分解することができる。
【０１０５】
高い周波数の摂動パターンの抽出を可能にするために、一つの実施形態では、受信信号群をフィルタリングしないことが好ましい。或る従来のシステムでは、フィルタリングを使用して高い周波数の摂動を除去する。しかしながら、このようなフィルタリングを行なうと、注目する相互作用によって引き起こされる摂動がノイズ摂動とともに除去されてしまう。
【０１０６】
受信信号群を上述のような実質的に高い周波数でサンプリングすることが、撮像法を改善する一つの態様であることが分かる。このようなサンプリングによって、注目する摂動及びノイズの両方をサンプリングする。従って、撮像法を改善する別の態様は、異なる受信機に対するサンプリングを組み合わせて、サンプリングされる摂動の信号対雑音比が大きくなるような方法である。
【０１０７】
図１７は、複数の受信機に対するサンプリングを組み合わせて、媒質による注目反射によって生成される比較的弱い信号をどのようにして強くするかについての例を示している。複数の例示としての信号セグメント群６２０がキャリア信号（破線曲線６２２）に重なるように示される。例示としての信号セグメント群６２０の各々は、当該セグメント固有セットのノイズ波形の中に、比較的弱い注目信号６２６を含むものとして示される。各信号は異なるノイズ波形を有することができる。その理由は、信号は他の信号群とは異なる経路を表わすからである。信号内部の摂動が、複数の信号６２０の少なくともかなり広い部分に渡って観察される場合には必ず、このような摂動は、或る注目相互作用が媒質の中で生じることに起因して生じ得るのであり、かつこれらの信号に関連付けることができる。
【０１０８】
図１６を参照しながら説明したように、このような比較的微細なパターンの摂動は、正規の信号またはノイズであるかどうかに関係なく、共通サンプリング周波数のサンプリングレートよりもずっと高くすることができる実効サンプリングレートでサンプリングされる可能性が高くなる。従って、複数のこのような実効サンプリングの例を、破線６２４により示す。ここで、図１７の実効サンプリングライン６２４は、正しい相関が行なわれる場合には、複数の信号６２０によって、注目摂動を周囲ノイズ摂動に対して強調することができることを明示するためにのみ示されていることを理解し得る。このような信号サンプリングの相関を作り出す方法については後で更に詳細に説明する。
【０１０９】
また、図１７の注目摂動６２６は、説明を分かり易くするためにピーク近傍でサンプリングされるものとして描かれていることを理解し得る。受信機群における到達時間差（ΔＴ）は均一ではない可能性があるので、効果的な増加サンプリングの間の間隔は均一ではない可能性がある。その結果、摂動６２６に対するサンプリングは摂動ピーク波形の異なる部分で行なわれる可能性がある。一つの実施形態では、このような現象が、効果的な増加サンプリングによって実現する分解能を制限することになる。
【０１１０】
一つの実施形態では、選択受信機群からの正しく相関させたアナログ信号は、互いに干渉させることができる。このような実施形態では、種々のアナログ信号に遅延を、信号群を相関させる方法に従って付加することができる。
【０１１１】
一つの実施形態では、選択受信機群からの生の信号群を同時サンプリングの間にデジタル化する。従って、複数の受信機、及びこれらの受信機に接続されるサンプリング電子機器は、これらの機器の個別の信号の時間部分を効果的にサンプリングし、デジタル化している。図１７には、デジタル化の結果を相関させ、合成して合成データ列６２８を生成する様子が示される。信号群に対するデジタル化の結果が正しく合成される場合、注目摂動６２６の個々のデジタル値が合成されて、強調されたデジタル値が生成される。これとは異なり、サンプリングされ、かつデジタル化されたノイズは合成されて互いに平均的にほぼ相殺される、または相関摂動値６３０よりも小さくなるように合成される。
【０１１２】
基本的に、信号群の合成は、アレイのいずれの受信機群に対しても行なうことができる。しかしながら、本出願人の経験から、送信機群及び受信機群の或る組み合わせからの信号群を相関させ、合成することによって画質に関して更に良好な結果が得られることが分かっている。
【０１１３】
図１８Ａ及び１８Ｂは、このような送信機−受信機の組み合わせの２つの例を示している。図１８Ａでは、例示としての動作構成６４０において、ｉ番目の送信機６４２ａがエネルギー６４６を送信し、１要素に相当する間隔だけオフセットして位置する受信機（ｉ＋１）６４４ｂが反射信号６４８を（媒質中の任意のポイント６５８から）受信し、信号を生成する。従って、送信機（ｉ＋１）６４２ｂからのエネルギー６５０はエネルギー６５２として反射され、受信機（ｉ＋２）６４４ｃが受信する。同様に、送信機（ｉ＋２）６４２ｃからのエネルギー６５４はエネルギー６５６として反射され、受信機（ｉ＋３）６４４ｄが受信する。一つの実施形態では、トランスデューサ間のこのような送信機−受信機の組み合わせを１単位だけオフセットすることにより、媒質中の任意のポイント６５８に対するほぼ「真正面（ｈｅａｄ−ｏｎ）」タイプの探索が可能になる。
【０１１４】
図１８Ｂでは、例示としての動作構成６４０において、ｉ番目の送信機６４２ａがエネルギー６６２を送信し、２要素に相当する間隔だけオフセットして位置する受信機（ｉ＋３）６４４ｃが反射信号６６４を（媒質中の任意のポイント６５８から）受信し、信号を生成する。従って、送信機（ｉ＋１）６４２ｂからのエネルギー６６６はエネルギー６６８として反射され、受信機（ｉ＋３）６４４ｄが受信する。このようにオフセットすることによって、媒質中のポイント６５８に対して更に大きい角度で探索することができる。
【０１１５】
送信機及び受信機に関するこのようなオフセットペアは３，４，またはそれ以上のオフセット単位に拡張することができることが分かる。基本的に、アレイではどのようなオフセットも使用することができる。或る用途においては、このような機能を使用して所定のオブジェクトから隣接角度方向に向かう反射及び／又は放射を分析することができる。
【０１１６】
図１９〜２１は、サンプリング及び合成を、異なる送信機−受信機のオフセットからの信号群に対して行なう種々のプロセスを示している。図１９は、送信を選択送信機群から順番に行なうプロセス６８０の一つの実施形態を示している。一つの実施形態では、マスター時間基準をプロセスブロック６８２において指定する。このようなマスター時間を使用して後続の時間関連動作の基準とすることができる。次に、プロセス６８０は選択送信機群をループスルーする（開始ループ６８４及び終了ループ６９４）。プロセスブロック６８６では、プロセス６８０は現在の送信機にエネルギーを媒質に伝達させる。プロセスブロック６８８では、戻り信号群を選択受信機群が受信する。一つの実施形態では、受信機群の全てが、これらの受信機に衝突する戻り信号群を受信する。プロセスブロック６９０では、プロセス６８０は選択受信機群からの結果データをサンプリングし、保存する。一つの実施形態では、プロセス６８０は、次の送信機から送信する前に選択期間に渡って待機する。
【０１１７】
図２０は、サンプリングデータを異なる送信機−受信機のオフセットグループに従って合成するプロセス７００の一つの実施形態を示している。プロセス７００は、注目する送信機と受信機との間のオフセットＮの異なる値をループスルーする（開始ループ７０２及び終了ループ７０８）。一つの実施形態では、オフセットＮの値は０（ゼロ）〜Ｎｍａｘの範囲であり、Ｎ＝０は、受信機が送信機と同じアセンブリに含まれる場合を表わす。プロセスブロック７０４では、プロセス７００は、選択送信機群から、現在値Ｎだけオフセットする受信機群からのデータを合成することによりデータ「ページ」を作成する。プロセスブロック７０６では、プロセスは、現オフセット値Ｎに対応するデータページを保存する。
【０１１８】
図２１は、データページ（群）を使用して媒質を特徴付けるプロセス７１０の一つの実施形態を示している。プロセスブロック７１２では、プロセス７１０は、送信機−受信機のオフセット値（群）Ｎに対応する選択データページ（群）を取り出す。プロセスブロック７１４では、プロセス７１０は、選択データページ（群）を合成して媒質を特徴付ける。一つの実施形態では、媒質を特徴付けにより、媒質の画像が形成される。
【０１１９】
図２２〜２５は、送信機−受信機のペア群のオフセットに基づくデータページ作成の特定の例を示している。例示による説明を分かり易くするために、６セットの送信機−受信機のアセンブリ７３２を有する例示としての動作構成７３０を図２２に示す。このような構成は単に説明を分かり易くするためのものであり、決して本発明の技術範囲を制限するためのものではないことを理解し得る。
【０１２０】
一つの実施形態では、送信機−受信機の各アセンブリは送信機（Ｔｘ）、及び当該送信機に近接して位置する受信機（Ｒ）を含む。矢印７３４で示すように、６個の例示としての送信機（Ｔｘ１〜Ｔｘ６）は、第１送信機Ｔｘ１から順番に「送信を行なう」。
【０１２１】
更に図２２に示すのは、媒質中の任意のポイント７３６である。一つの実施形態では、所定の送信機は、ポイント７３６を含む媒質からの戻り信号が受信機群の全てに戻る時間が経過してしまうまで送信を行なわない。任意のポイント７３６は、説明を分かり易くするために示され、アレイ７３２に対する当該ポイントの位置についての先験的な認識または仮定は必要ではないことを理解し得る。
【０１２２】
図２３Ａ及び２３Ｂは、図２２の６個の例示としての受信機群が、所定の送信機に起因する反射信号群の受信に応答するときに生成される生の簡易アナログトレースの例を示している。特定の摂動ピークが異なるトレースの異なる時間部分で生じる様子を説明するために、これらのトレースはピークを示すためにのみ描かれている。ここで、図１６及び１７を参照しながら上に説明したように、これらのトレースには他の摂動パターンが生じ得ることを理解し得る。
【０１２３】
図２３Ａは、Ｔｘ１からの送信に関連する例示としてのトレース群７５０を示している。一つの実施形態では、これらのトレース７５０の各々は、マスター時間基準を基準にしながら「開始」時間と「停止」時間との間でサンプリングされる。従って、摂動ピークが図２２のポイント７３６によって生じるものであると仮定すると、第２受信機Ｒ２への到達が、当該受信機が他の受信機群よりもＴｘ１に近いので可能になる。他の受信機群は同じポイント７３６による摂動を後続の連続する時点で、ポイント７３６に対するこれらの受信機の配置に起因して受けることになる。到達時間の差はまた、媒質中の音の速度の変化によって影響され得る。原因が何であるにせよ、到達時間は、注目受信機群の各々に関して補正される必要があり、この場合、これらの注目受信機群からの信号群（またはデジタルデータ）が合成される。このような補正を行なう一つの方法については後で更に詳細に説明する。
【０１２４】
図２３Ｂは、ｉ番目の送信機Ｔｘ（ｉ）からの送信に関連する例示としてのトレース群７６０を示している。同様に、サンプリングされるこれらのトレース７６０の各々は、時間基準を基準にしながら「開始」時間と「停止」時間との間でサンプリングすることができる。時間基準は、図２３Ａを参照しながら上に説明したマスター時間基準と同じとすることもできるが、必ずしも同じとする必要はない。例示としてのポイント７３６が第２受信機Ｒ２に近接しているので、摂動信号はＲ２に最初に到達することができ、その後連続してＲ２から離れた他の受信機群に到達することが分かる。トレース群７６０内での到達時間も、以下に説明する方法によって補正することができる。
【０１２５】
図２３Ａ及び２３Ｂから、異なる送信機に関連する、異なる「セット」から得られる信号トレース群（生の、またはデジタル化された）は合成することができることが分かる。従って、受信機群の対応する送信機群から１単位だけオフセットする位置の受信機群が受信する戻り信号を解析しようとする場合、トレース群７５０のうちのＲ２トレースはトレース群７６０のうちのトレース（ｉ＋１）と合成することができる（例えば、ｉ＝３の場合、Ｒ２及び／又はＲ４のトレースを選択する）。これらの信号をこのような方法で合成することにより、送信機群に関する同様の「見通し（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）」をほぼ維持しながら摂動信号を強調することができる。
【０１２６】
図２４及び２５は、図２２の例示としての動作構成に関連する、オフセット１のデータ及びオフセット２のデータの特定の可能な組み合わせの例を示している。異なる送信機に関連するトレース群の合成について説明するために、これらのトレースを既にデジタル化されているものとして簡易化した形で描いている。従って、これらのトレースのスパイクはサンプリングされた摂動信号群（図２３Ａ及び２３Ｂの）のデジタル値を表わす。
【０１２７】
図２４Ａ〜２４Ｆは、６個の例示としての送信機の各々に関連する受信機群から得られるサンプリングデータトレース群を示している。図２５Ａ〜２５Ｆは、同じサンプリングデータトレース群を示している。
【０１２８】
図２４Ａ〜２４Ｆ及び２４Ｇは、オフセット１のデータの可能な合成結果を示し、図２５Ａ〜２５Ｆ及び２５Ｇは、オフセット２のデータの可能な合成結果を示している。従って、送信機群の各々に関連する受信機群から得られる同じセットのデータトレース群を異なるオフセット組み合わせに使用することができることが分かる。更に、オフセット３、オフセット４、または他のいずれかの番号Ｘが付されるオフセットＸは、図２４及び２５を参照しながら説明される方法と同様の方法により実現することができる。
【０１２９】
送信機Ｔｘ１を使用する場合、図２４Ａに示すように、Ｒ２がオフセット１の受信機である。送信機Ｔｘ２を使用する場合、図２４Ｂに示すように、Ｒ１及びＲ３がオフセット１の受信機であるので、受信機群のいずれか、または両方からのデータを使用することができる。同様に、他の送信機群に対応するオフセット１の受信機群を図２４Ｃ〜２４Ｆに示す。
【０１３０】
図２４Ｇは合成データ７７２を示し、この合成データはオフセット１の受信機群に関するデータ７７０ａ〜ｆを合成した結果である。これらのデータが正しく合成される場合、合成データ７７２は注目構造に対応する強調ピーク７７４を含むことができる。このような合成を行なう方法については後で更に詳細に説明する。
【０１３１】
図２５Ａ〜２５Ｆ及び２５Ｇは、オフセット２のデータの可能な合成方法を示している。送信機Ｔｘ１を使用する場合、図２５Ａに示すように、Ｒ３がオフセット２の受信機である。送信機Ｔｘ２を使用する場合、図２５Ｂに示すように、Ｒ４がオフセット２の受信機である。送信機Ｔｘ３を使用する場合、図２５Ｃに示すように、Ｒ１及びＲ５がオフセット２の受信機である。従って、受信機群のいずれか、または両方からのデータを使用することができる。同様に、他の送信機群に対応するオフセット２の受信機群を図２５Ｄ〜２５Ｆに示す。
【０１３２】
図２５Ｇは合成データ７８２を示し、この合成データはオフセット２の受信機群に関するデータ７８０ａ〜ｆを合成した結果である。これらのデータが正しく合成される場合、合成データ７８２は注目構造に対応する強調ピーク７８４を含むことができる。このような合成を行なう方法については後で更に詳細に説明する。
【０１３３】
他の受信機オフセット（３，４など）のデータを同様の方法によって合成することもできることが分かる。従って、オフセット１の構成及びオフセット２の構成に関する例示としての説明は決して本発明の技術範囲を制限するものではないことを理解し得る。
【０１３４】
次に、図２６〜３３は、異なる受信機からの信号群をどのようにして合成すれば注目する強調信号を生成することができるかについて示している。異なる受信機はオフセット受信機（ｏｆｆｓｅｔ  ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ）とすることもできるし、または単に複数の受信機の一部分とすることもできることを理解し得る。
【０１３５】
図２６は、所定の受信機７９２が、図１６及び１７を参照しながら上に説明した微弱な摂動を有する例示としての信号７９６を出力する様子を示している。受信機信号７９６のような受信機信号は、受信機７９２に、当該受信機のほぼ真正面の方向を含む複数の方向から衝突する戻り信号群８０２から生じ得る。受信機のほぼ真正面の方向に延びる仮想ライン７９０を図２６に示す。説明を分かり易くするために、ライン７９０はレイヤ７９４と交差するように描かれている。ライン７９０及びレイヤ７９４は直交するように描かれているが、向きのこのような関係は必須ではないことを理解し得る。一つのラインを当該レイヤに対して或る角度で傾けることができる。更に、一つのレイヤは平板状である必要はなく、当該レイヤを屈曲させ、貝殻様（ｓｈｅｌｌ−ｌｉｋｅ）構造の一部分を受信機の近傍で構成することができる。
【０１３６】
一つの実施形態では、受信機信号群を合成してほぼライン７９０に沿って、レイヤ７９４の内部に位置する摂動構造を強調するか、または摂動構造に「フォーカス」を設定する。複数の受信機からの信号群に対するこのような「フォーカス」合成（“ｆｏｃｕｓｅｄ”  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）は、受信機７９２に関連する一つのスキャンラインと考えることができる。従って、複数の受信機に関連する複数のこのようなスキャンラインはスキャンライン群に沿った一つの画像を形成することができる。
【０１３７】
図２７は、複数の受信機８１０ａ〜ｃに関連する複数の例示としてのスキャンライン８１２ａ〜ｃが例示としてのレイヤ８１４と交差する様子を示している。このような交差部分によって定義される領域群は必ずしも一つの「ピクセル」と等価ではないことを理解し得る。或る用途では、一つのピクセルのサイズによって或る制限が当該ピクセルから生成される画像の解像度に、検出器が更に高い分解能を備えるかどうかに関係なく課される。
【０１３８】
図２７では、例示としての領域８１８はスキャンライン８１２ｂ及びレイヤ８１４によって定義される交差領域として定義される。一つの実施形態では、このような領域によって、フォーカスが行なわれる一つの窓（または、スキャンラインのフィールド深度）が定義される。一つの実施形態では、領域がこれ以上分割されることがない場合、当該領域は撮像を行なうための一つのピクセルと見なすことができる。
【０１３９】
一つの実施形態では、前述の方法によって定義されるフォーカス領域のサイズは固定する必要はない。以下に更に詳細に説明するように、レイヤ８１４をまず、相対的に大きくなるように選択することができる。一旦、「粗フォーカス」がこのような一つのレイヤに関して行なわれると、当該レイヤを更に薄いレイヤに分割することができる。従って、スキャンライン（群）を必要に応じて、及び／又は可能な場合に「微細フォーカス」を行なうことができる。従って、図２７に示すように、レイヤ８１４は、例示としてのレイヤ８１６のような更に薄いレイヤ群に分割することができ、フォーカス領域８２０が相対的に薄い当該レイヤに関連付けられることになる。
【０１４０】
図２８〜３０は、例示としての３個の受信機に関連するスキャンラインをどのようにして異なるレイヤにフォーカスを設定することができるかについて例を挙げて示している。説明を分かり易くするために、３個の受信機８１０ａ〜ｃの例示としてのアレイを図２８Ａ，２９Ａ，及び３０Ａに示す。受信機８１０ａ〜ｃに関連付けられるのは、これらの受信機からそれぞれ延びる仮想ライン８１２ａ〜ｃである。説明を分かり易くするために、ライン８１２ａ〜ｃを３つの例示としてのレイヤ８２２ａ〜ｃに分割する。説明を分かり易くするために更に、第１注目構造８２４が、ライン８１２ａ及びレイヤ８２２ｂによって定義される領域にほぼ位置するものとして示される。第２注目構造８２６は、ライン８１２ｂ及びレイヤ８２２ａによって定義される領域にほぼ位置するものとして示される。第３注目構造８２８は、ライン８１２ｃ及びレイヤ８２２ｃによって定義される領域にほぼ位置するものとして示される。異なる注目構造をどのようにしてサンプリング時間に関してシフトさせることができるかについて示すために、３つの注目構造を三角形８２４、円形８２６、及び方形８２８として描いている。
【０１４１】
図２８Ｂ，２９Ｂ，及び３０Ｂも同じであり、それぞれの受信機８１０ａ〜ｃに関連するデータトレース８３０ａ〜ｃに基づいて、３つの例示としての注目構造８２４，８２６，及び８２８が相対的に異なる時間に「どのように見える」かについて示している。例えば、三角形８２４は受信機８１０ａのほぼ真正面に、かつ最も近くに位置する。従って、受信機８１０ａに関連するデータトレース８３０ａが示すように、受信機８１０ａが戻り信号を三角形８２４から最初に受信することができ、次に受信機８１０ｂが受信し、今度は受信機８１０ｃが受信する。同様に、円形８２６は受信機８１０ｂのほぼ真正面に、かつ最も近くに位置する。従って、データトレース８３０ｂが示すように、受信機８１０ｂが戻り信号を円形８２６から最初に受信することができ、その後、受信機８１０ａ及び８１０ｃが受信する。
【０１４２】
図２８Ａ，２９Ａ，及び３０Ａに示すように、受信機８１０ａ〜ｃは順番に配置される構成で表示されている。このような表示は、戻り信号が異なる受信機に到達する相対到着時間の概念、及びこのような信号を合成してフォーカススキャンライン（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｓｃａｎｌｉｎｅ）を形成することができる様子を示すためにのみ行なわれていることを理解し得る。詳細には、例示としての受信機８１０ａ〜ｃが順番に並ぶように示されているが、これらの受信機は必ずしもこのように物理的に並んでいる必要はないことを理解し得る。例えば、異なる受信機オフセットデータを上に説明したように合成することができ、このような状態においては、合成される信号を有する受信機群は互いに隣り合うか、または非常に近接している必要はない。従って、受信機８１０ａ〜ｃの配置は、説明を分かり易くするために論理的配置を表していると解釈され得る。
【０１４３】
図２８Ｃは、受信機８１０ａに関連するスキャンライン８３４の例示としてのフォーカスレイヤ８３８ａを示している。スキャンライン８３４と共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さ８３６である。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフトは、１セット８３２のシフトトレースとして示される。なお、フォーカスを行なうために、一つのトレースを別のトレースに対して予めどれだけシフトすべきかについて求めておく必要はない。シフト動作を異なる形で組み合わせることにより、フォーカス設定されている状態を決定する方法については以下に更に詳細に説明する。このようなフォーカス設定を所定のスキャンラインに対して行なった結果を図２８〜３０を参照しながら説明するために、複数のスキャンラインにフォーカスが設定される様子が描かれている。
【０１４４】
同様に、図２８Ｄは、受信機８１０ａに関連するスキャンライン８３４の例示としてのフォーカスレイヤ８３８ｂを示している。スキャンライン８３４と共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さ８３６である。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８４０のシフトトレースとして示される。
【０１４５】
同様に、図２８Ｅは、受信機８１０ａに関連するスキャンライン８３４の例示としてのフォーカスレイヤ８３８ｃを示している。スキャンライン８３４と共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さ８３６である。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８４４のシフトトレースとして示される。
【０１４６】
図２８Ｄでは、フォーカスレイヤ８３８ｂによって、三角形８２４の位置合わせ（データトレース群を正しくシフトさせることにより）に対応する強調ピーク８４２が生成されることが分かる。このような強調ピークを利用して、スキャンラインにフォーカスが所定のレイヤにおいて設定されているかどうかを判断することができる。このような判断について以下に更に詳細に説明する。
【０１４７】
受信機８１０ａに関連するライン８１２ａに関して、第１レイヤ８２２ａ及び第３レイヤ８２２ｃは、いかなる構造も含まない。従って、スキャンラインに正しくフォーカスを設定することにより得られる画像には、２つのレイヤ８２２ａ及び８２２ｃの構造群が表示されてはならない。一つの実施形態では、このような結果は、閾値カット（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｃｕｔ）を所定のフォーカスレイヤのピーク（群）に対して行なって、当該閾値を下回るピーク群が画像情報として処理されることがないようにすることにより得られる。例えば、強調ピーク８４２を取り込み、それよりも小さいピークを排除するように閾値を設定した場合、第１フォーカスレイヤ８３８ａ及び第３フォーカスレイヤ８３８ｃはほとんど画像の無いフォーカス領域を形成する。
【０１４８】
図２９Ｃは、受信機８１０ｂに関連するスキャンラインに関する例示としてのフォーカスレイヤ８４８ａを示している。スキャンラインと共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さである。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８４６のシフトトレースとして示される。
【０１４９】
同様に、図２９Ｄは、受信機８１０ｂに関連するスキャンラインに関する例示としてのフォーカスレイヤ８４８ｂを示している。スキャンラインと共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さである。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８５２のシフトトレースとして示される。
【０１５０】
同様に、図２９Ｅは、受信機８１０ｂに関連するスキャンラインに関する例示としてのフォーカスレイヤ８４８ｃを示している。スキャンラインと共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さである。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８５４のシフトトレースとして示される。
【０１５１】
図２９Ｃでは、フォーカスレイヤ８４８ａによって、円形８２６の位置合わせ（データトレース群を正しくシフトさせることにより）に対応する強調ピーク８５０が生成されることが分かる。このような強調ピークを使用して、ライン８１２ｂ及びレイヤ８４８ａに関連する領域の画像を形成することができる。
【０１５２】
図３０Ｃは、受信機８１０ｃに関連するスキャンラインに関する例示としてのフォーカスレイヤ８５８ａを示している。スキャンラインと共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さである。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８５６のシフトトレースとして示される。
【０１５３】
同様に、図３０Ｄは、受信機８１０ｃに関連するスキャンラインに関する例示としてのフォーカスレイヤ８５８ｂを示している。スキャンラインと共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さである。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８６２のシフトトレースとして示される。
【０１５４】
同様に、図３０Ｅは、受信機８１０ｃに関連するスキャンラインに関する例示としてのフォーカスレイヤ８５８ｃを示している。スキャンラインと共に表示されるのは、スキャンラインにフォーカスが設定されているときの３つの構造８２４，８２６，８２８からの合成戻り信号に関連する相対ピーク高さである。フォーカスを行なうための戻り信号トレース群に対する相対シフト動作は、１セット８６４のシフトトレースとして示される。
【０１５５】
図３０Ｅでは、フォーカスレイヤ８５８ｃによって、方形８２８の位置合わせ（データトレース群を正しくシフトさせることにより）に対応する強調ピーク８６０が生成されることが分かる。このような強調ピークを使用して、ライン８１２ｃ及びレイヤ８５８ｃに関連する領域の画像を形成することができる。
【０１５６】
一つの実施形態では、所定の受信機に最も近いレイヤにまず、フォーカスを設定し、次に当該レイヤに続くレイヤにフォーカスを設定する。所定のレイヤにフォーカスを設定することにより、当該レイヤ内部の伝播時間を求めることができる。その理由は、種々のデータトレースのシフト量は複数の伝播時間に生じる差の大きさによって変わるからである。従って、正しいシフト量が適用される場合（すなわち、正しい伝播時間が当該レイヤに関して求められる場合）に所定のレイヤにフォーカスが設定される。
【０１５７】
一つの実施形態では、これまでに説明したフォーカスプロセス、及び／又は当該プロセスから得られるフォーカス結果は、一つ以上のトランスデューサ要素を物理的に移動することにより利用することができる。例えば、適応光学系の要素と同様の可動要素を有するアレイ群を調整してフォーカスプロセスを支援する、または要素群を配置し直して次のフォーカスプロセスを更に効率的に実行することができるようにすることができる。一つの特定の例では、一つのスキャンラインの或るセクションにフォーカスを、一つ以上の受信機からのデータトレースを、これらのトレースの限界近くまでシフトさせることにより設定することができると仮定する。このような場合においては、対応する受信機群を移動させてこれらの受信機までの伝播時間を変化させ、対応するデータトレース群の「フォーカス」可能なセクションがこの時点で更に中心の近くに位置するようにして、データトレース群をシフトさせるための「操作」余地を大きくする。
【０１５８】
最も近いレイヤにフォーカスを設定することにより、当該レイヤに関する伝播時間を求める。従って、次のレイヤにフォーカスを設定する動作は、第１レイヤに関する情報が明らかになっていることによって容易になる。伝播時間情報を求める動作は、受信機から離れて外に向かう方向に連続的に行なうことができる。
【０１５９】
データトレースを合成するために説明したデータトレース群のシフト動作は時間シフトと表記される。各データトレースが一連のデジタルサンプリング表示を含む実施形態においては、各サンプリングには、時間が関連付けられる。従って、時間シフトは、データトレースを、サンプリングのこのような「タイムスタンプ」に基づいてシフトさせる形で行なうことができる。これまでの説明に基づいて、「時間シフト合成」動作では、複数のデータトレースの一部分に関連する時間または位相を互いにシフトさせる。例えば、一つのスキャンラインに対してフォーカスが所定のレイヤにおいて設定されている場合、合成対象のデータトレース群の時間範囲は特定することができる（例えば、初期推定を幾何学的配置に基づいて行なうことにより）。従って、これらの範囲に含まれるデジタルデータを互いにシフトさせるとともに、合成して当該合成に関する品質値を生成することができる。
【０１６０】
図３１Ａ〜Ｃは、このような連続したレイヤの特徴化方法を示している。図３１Ａでは、受信機から離れる向きの矢印８７２はレイヤを特徴付ける順番を示す。更に図３１Ａでは、例示としてのレイヤ８６６を示す。当該レイヤを、例えば図３１Ｂのレイヤ８６８ａ及び８６８ｂに分割して更に微細なフォーカスを行なう場合、これらのサブレイヤは、受信機に最も近いサブレイヤから始める形で連続的に特徴付けることができる（矢印８７４で示す）。同様に、これらのサブレイヤ８６８の各々を更に分割して８７０ａ〜ｂ、及び８７０ｃ〜ｄとすることができる。ここでも同じように、このようなレイヤは、受信機に最も近いサブレイヤから始める形で連続的に特徴化することができる（矢印８７６で示す）。
【０１６１】
上記説明した連続するレイヤを特徴付ける動作（受信機に最も近いレイヤから始める）は、複数のレイヤにフォーカスを設定するための単なる一例に過ぎないことを理解し得る。本明細書において説明するように、所定のレイヤにフォーカスを設定する動作は、別のレイヤに関する情報が明らかになっている状態に必ずしも依存する訳ではない。従って、フォーカス設定は、本発明の技術範囲から逸脱しない範囲において、媒質中のどのレイヤから始めることもできる。
【０１６２】
図３２〜３３は、スキャンラインに所定のレイヤで、どのようにしてフォーカスを設定することができるか、すなわち異なる受信機からの信号トレース群をどのように合成して注目摂動構造を最適に強調することができるようになるかについて示している。フォーカス動作について説明するために、「速度」（時間にほぼ反比例する）を使用して所定のレイヤ内での伝播時間を特徴付ける。なお、図３２〜３３のフォーカス動作では、速度が事前に明らかになっている必要は必ずしもない。
【０１６３】
図３２は、異なるレイヤでフォーカスが設定されている、一つ以上の受信機に関するスキャンラインを求めるプロセス８８０を示している。一つの実施形態においては、プロセス８８０では所定のレイヤを分割する更に細かいフォーカス動作が、当該分割によってスキャンラインフォーカスの精度が高くなる場合に可能になる。プロセス８８０は通常、プロセスブロック８８２を含み、このブロックでは、入力パラメータ群を取得する。これらの入力パラメータのうちの幾つかについては、図３３を参照しながら更に特殊なプロセスの中で説明する。
【０１６４】
次に、プロセス８８０は受信機群をループスルーする（エンドループ９１４）。プロセスブロック８８６では、プロセス８８０は現在の受信機に対応するスキャンラインの位置を求める。現在の受信機に関して、プロセス８８０はＺ個のレイヤの各々をループスルーする（エンドループ９１２）。一つの実施形態では、これらのレイヤを、受信機に最も近いレイヤ１からレイヤＺまで連続的にループスルーする。
【０１６５】
現在の受信機及び現在のレイヤに関して、プロセス８８０はプロセスブロック８９０において、現在のレイヤにおける現在のスキャンラインに関する最大フォーカス度を実現する速度値を求める。フォーカス度を求めて、そのフォーカス度から「最大」フォーカス度を選択する種々の方法については後で更に詳細に説明する。上記で説明したように、速度値が事前に明らかになっている必要はない。しかしながら、速度値の取り得る範囲を提供することにより、更に効率的な組み合わせ計算が可能になって、フォーカス度を合成して求めることができる。
【０１６６】
次に、プロセス８８０はプロセスブロック８９０において、現在のスキャンライン及びレイヤに対応する速度データを更新する。このようなデータはテーブルとして保存するか、または読み出して後の時点での使用が可能になるような任意の方法により保存することができる。
【０１６７】
一つの実施形態では、プロセスブロック８９４において、現在のレイヤをまず、複数のサブレイヤに分割し、新規に生成される複数のサブレイヤの各々において、サブレイヤループ８９６（エンドループ９００）でフォーカス動作を行なう。これらのサブレイヤの各々を更に分割することができ、これらの新規に生成されるレイヤの各々に対して同様のループを実行することもできる。この連続分割プロセスを更に継続することができる。従って、説明を分かり易くするために、サブレイヤループ８９６はモジュールとして表示され、このモジュールには、１セットのサブレイヤをループスルーするときには必ずアクセスすることができる。
【０１６８】
サブレイヤループ８９６の内部では、プロセス８８０はプロセスブロック８９８において、フォーカス度が現在のサブレイヤに関して最大になる速度値を求める。当該速度を、現在のサブレイヤに重なる領域に関する既存の速度値の代わりに使用するかどうかは、現在のサブレイヤフォーカスが改善されるかどうかによって変わる。一つの実施形態では、速度値を求めるこのような操作は、サブレイヤごとに行なうこともできるし、または１セットのサブレイヤに関して一括して行なうこともできる。一例として、サブレイヤ群に関する複数のフォーカス度の平均値を親レイヤのフォーカス度と比較することができる。説明を分かり易くするために、プロセス８８０はプロセスブロック９０２において、フォーカス度が分割によって合計として大きくなったかどうかを判断するものとして示される。
【０１６９】
一旦、このような判断が行われると、プロセス８８０は決定ブロック９０４において、フォーカスが分割によって改善されたかどうかを判断する。処理結果が「ｙｅｓ」の場合、プロセス８８０はプロセスブロック９０６において、現在のレイヤ群のサブレイヤ群に関する速度テーブルを更新する。フォーカスを更に細かく設定して分解能を高くすることができるかどうかを確認するために、現在のサブレイヤ群の各々をプロセスブロック９０８において更に分割し、フォーカス動作を新規に生成されるサブレイヤ群の各々に対して、サブレイヤループ８９６を実行することにより行なう。決定ブロック９０４において、処理結果が「ｎｏ」の場合、プロセス８８０はプロセスブロック９１０において、以前の分割を無効にする。その理由は、更に細かい「フォーカス」は更に良好な結果をもたらすことがないからである。
【０１７０】
次に、図３３は、図３２のプロセス８８０をどのようにして実行することができるかについて示す更に特殊な例示としてのプロセス９２０を示している。説明を簡単にするために、プロセス９２０に関する説明は、一つの所定の受信機に関して行なわれる。しかしながら、図３２に示すように、このようなプロセスは、複数の受信機をループオーバするように実行することができる。
【０１７１】
プロセス８８０はプロセスブロック９２２において、解析対象の受信機に関連するスキャンラインの位置を求める。プロセスブロック９２４では、所定のレイヤ内部のサブレイヤの最大数を取得する。一つの実施形態では、当該最大数によって制限が、更に細かいフォーカスを行なうための分割度に課される。プロセスブロック９２６では、プロセス９２０は、更に分割を行なってフォーカスを更に細かく設定するために、フォーカス精度向上度を取得する。プロセスブロック９２８では、プロセス９２０は、利用可能な場合、及び／又は望ましい場合に、レイヤ群に関する現在の速度テーブルを取得する。プロセスブロック９３０では、利用可能な場合、及び／又は望ましい場合に、シードポイント（最低予測速度を表わす値のような）を取得する。プロセスブロック９３２では、プロセス９２０は、最大フォーカス度に関連する速度を求めるための速度範囲及び速度増分を取得する。
【０１７２】
次に、プロセス９２０はレイヤ１〜Ｚまでループ９３６（エンドループ９６０）においてループスルーする。現在の各レイヤに関して、プロセス９２０は速度値の範囲をループ９３６（エンドループ９４２）においてループスルーする。現在の速度値に関して、プロセス９２０はスキャンラインを現在のレイヤでプロセスブロック９３８において生成する。次に、プロセス９２０は現在の速度に関するスキャンラインのフォーカス度をプロセスブロック９４０において求める。
【０１７３】
一旦、プロセスループ９３６が完了すると、プロセス９２０はプロセスブロック９４４において、フォーカス度を現在のレイヤに関して最大にする速度を求める。プロセスブロック９４６において、プロセス９２０は、サブレイヤの現在の数がサブレイヤの選択最大数（プロセスブロック９２４において取得される）よりも少ない場合に、現在のレイヤを２つのサブレイヤに分割する。プロセスブロック９４８において、速度テーブルを、フォーカス度を現在のレイヤに関して最大にした速度値に更新する。
【０１７４】
次に、プロセス９２０は、新規に生成されたサブレイヤ群（新規に生成される場合の）を、ループ９５０（エンドループ９５４）のプロセスブロック９４６においてループスルーする。各サブレイヤに関して、プロセス９２０はプロセスブロック９５２において、速度範囲をループスルーし、フォーカス度を当該サブレイヤに関して最大にする速度値を、ループ９３６による方法と同様の方法で求める。次に、プロセス９２０は、サブレイヤ群に関連するフォーカス度が親レイヤのフォーカス度よりも大きいかどうかをプロセスブロック９５６において判断する。一つの実施形態では、新規のフォーカス度は、当該フォーカス度がプロセスブロック９２６において取得されるフォーカス精度向上度を超える場合に、親レイヤのフォーカス度よりも大きいと見なされる。
【０１７５】
サブレイヤのフォーカス度が親レイヤのフォーカス度よりも大きい場合、プロセス９２０はプロセスブロック９５８において、速度テーブルを更新し、現在のサブレイヤ群の各々を２つのサブレイヤに分割する。ここでも同じように、この分割は、プロセスブロック９２４において求められるサブレイヤの最大数によって制限することができる。サブレイヤのフォーカス度が親レイヤのフォーカス度よりも大きくない場合、プロセス９２０は以前の分割を無効にし、親レイヤのフォーカス度を維持する。
【０１７６】
図２６〜３３に関する本明細書における説明では、フォーカス動作、フォーカス度などについて種々の説明を行なっている。図３４Ａ及び３４Ｂは、最大のフォーカス度を表わすパラメータを求めることによってフォーカスをどのようにして行なうことができるかについて例を通して示している。信号値群のアレイに関連する「フォーカス」は種々の方法により判断することができる。例えば、幾つかのオートフォーカスカメラは、隣接する、または近接する信号値の相対コントラストを比較する。このような動作を行なうのは、鮮明にフォーカスされた画像は、コントラストの急激な変化が相対的に大きくなるからである。同様の方法を適用して、注目スキャンラインに関するフォーカス度を判断することができる。
【０１７７】
一つの実施形態では、レイヤ群を分割することによって、所定のボリュームをどのようにして効率的に撮像することができるかという点で大きな利点が得られる。一例として、ボリュームが、比較的小さい領域に局所配置される比較的小さなグループの注目構造を含むと仮定する。ボリュームの残りの部分は信号を伝播するためにほぼ均質である。このような均質部分は分割する必要がない場合がある。その理由は、この部分の内部での速度は、どの位置でもほぼ同じであるからである。小さな非均質領域に達する場合、この領域を更に小さなレイヤに分割して、サブ領域群を異なる速度値で特徴付けることができるようにする。従って、合成プロセスでは、均質部分を分割しようとするために無駄な時間を費やす必要がないことが分かる。更に、非均質領域は、分割方法によって更に正確に特徴付けることができるので、ボリュームを更に正確に特徴付けることができる。
【０１７８】
図３４Ａは、図２８Ｄを参照しながら上に説明した「ピントが合っている（ｉｎ  ｆｏｃｕｓ）」構成に対応するシフトデータトレースセット８４０を示している。図３４Ａは更に、トレース組み合わせセット８４０に関するフォーカス度を判断する多数の可能な方法のうちの一つを示している。一つの実施形態では、合成スキャンラインの移動平均を選択ウィンドウに関して行なう。一つの実施形態では、このようなウィンドウはフォーカスレイヤ８３８ｂに重なり、かつ当該レイヤを超えて延びることができる。一つの実施形態では、当該ウィンドウは、フォーカスレイヤ８３８ｂに対応する境界群と時間的にほぼ同様の境界群を持つように定義することができる。
【０１７９】
一つの実施形態では、移動平均は、複数の部分重畳平均区間９７０によって求めることができる。区間群９７０に関連する平均値９７２は区間群９７０の適切な中心に表示される。
【０１８０】
図３４Ｂは、「ほぼピントが合っている」構成に対応するシフトデータトレースセット９８０を示している。詳細には、当該組み合わせ９８０は、図３４Ａのトレースほど大きくはシフトしていない第２トレース（図３４Ｂの９９０）を含む。移動平均区間に関連する平均値９８２も示す。
【０１８１】
一つの実施形態では、最大のフォーカス度は、移動平均値の最大変化を求めることにより判断することができる。従って、図３４Ａ及び３４Ｂに示す例示としてのスキャンラインでは、９７４として示す平均の変化は、ウィンドウ内の最大傾斜（すなわち、最大「コントラスト」）である。データトレース組み合わせ８４０は最大傾斜９７４に対応するので、最大のフォーカス度値を有する「ピントが合っている」スキャンラインを表わす。
【０１８２】
別の実施形態では、最大のフォーカス度は、ウィンドウ内の平均値の最大合計を求めることにより判断することができる。図３４Ａ及び３４Ｂでは、平均値９７２を合計すると、平均値９８２の合計よりも大きくなることが分かる。従って、データトレース組み合わせ８４０は、最大のフォーカス度値（この例では、平均値の合計）を有する「ピントが合っている」スキャンラインであると言える。
【０１８３】
最大のフォーカス度を判断するためには多くの他の方法があることが分かる。従って、図３４Ａ及び３４Ｂを参照しながら上に説明した２つの例によって本発明の技術的範囲が制限されるものと解釈されるべきではないことが理解し得る。更に、「品質値」は本明細書に記載する種々のフォーカス度を表わすことができ、「最大品質値」は該当する「最大のフォーカス度」を表わすことができる。「最大の」という用語は、最大値を有する値を必ずしも指す訳ではないことが理解し得る。当該用語は、最小値を有する値を指すことができる、またはスキャンラインに割り当てるために所望の特性を有する特定の組み合わせを表わすいずれかの値を指すことができる。
【０１８４】
図３５Ａ及び３５Ｂは、信号処理アセンブリ１１００の一つの実施形態のブロック図を示し、信号処理アセンブリは本明細書に記載する種々の機能を実行することができる（例えば、受信機群からのデータトレースを取得し、デジタルサンプリングを行ない、デジタルサンプリングされたデータを合成する）。図３５Ａに示すように、アセンブリ１１００の一つの実施形態は複数のデータチャネル１１０４を含み、これらのチャネルはデータコンバイナ１１０６に入力される。各データチャネル１１０４は一つ以上の受信機からのデータトレースに対応するデジタルデータストリームを、以下に更に詳細に説明するように形成する。従って、一つの実施形態では、このようなデジタルデータは、振幅を有するデジタルエコー信号群、及びデータトレース群に対するサンプリングに関する時間情報を表わす。
【０１８５】
図３５Ａに示すように、データチャネル群１１０４からのこのようなデジタルデータは、データコンバイナ１１０６によって合成される。一つの実施形態では、データコンバイナ１１０６はデジタルデータを送信機群に対する受信機群の相対配置に従って合成する。例えば、オフセット１の受信機群に対応するデータは１データセットとして合成することができる。一つの実施形態では、このようなデータ合成を並列処理によって行なって（図３５Ａに示すように）、比較的大きな量のデータを時間効率の高い形で処理することができるようにする。
【０１８６】
一つの実施形態では、チャネル１１０４の各データストリームを一つの受信機、及び一つの送信機に関連付ける。従って、フォーカス情報をこのような受信機及び／又は送信機に関連付けることができ、チャネル１１０４にフォーカスパラメータデータベース１１２２によって供給することができる。例えば、ピクセルを撮像する場合、送信機及び受信機配列セットを含むフォーカス情報を供給することができる。一つのレイヤにスキャンラインに沿ってフォーカスを設定する場合、フォーカス情報は受信機群に関するデフォルト速度情報を含むことができる。
【０１８７】
従って、一つの実施形態では、データコンバイナ１１０６からの出力は、異なる受信機−送信機組み合わせに対応するデータグループ（群）を表わす。図３５Ａに示すように、このような合成データはデータ「ページ」を形成することができ、このようなデータページ群は、ページコンバイナ１１０８によって更に合成することができる。例えば、選択グループ群の送信機−受信機の組み合わせ（ページ群）によって決まるピクセル強度を更に合成して当該ピクセルからの実信号を、送信機−ピクセルの配置及びピクセル−受信機の配置を使用することにより強調することができる。別の例では、データページ群は一つの受信機のスキャンラインに関して所定のレイヤで合成することができるので、各合成によってフォーカス度または品質値が生成される。上に説明したように、最大の「フォーカス度」または品質値を多数の方法によって求めて、「最良の」スキャンラインを受信機に関して選択することができる。
【０１８８】
図３５Ａに示すように、ページコンバイナ１１０８の出力はページメモリ１１１０に保存することができる。このような保存ページ合成は図示のように更に高精度に行なうことができる。例えば、上記で説明したようにレイヤ分割によって更に細かくするフォーカス動作は、このような構成によって容易になる。
【０１８９】
一つの実施形態では、ページメモリ１１１０は、撮像に使用することができる複数の「最終」データページを格納することができる。図３５Ａに示すように、再マップ／フィルタブロック１１１２において、このようなデータページ群を更に処理してデータ及び／又はマップを整理し、ディスプレイ表示にすることができる。ブロック１１１２の出力をフレームバッファ１１１４において画像フレームとして生成し、ディスプレイ１１１６により表示することができる。
【０１９０】
図３５Ｂは、図３５Ａを参照しながら上に説明したデータチャネル群１１０４の各々の一つの実施形態を示している。データチャネル１１０４は、設けるかどうかが任意のマルチプレクサ１１３２を含むものとして示され、このマルチプレクサは入力１１３０としてアナログデータトレース群を複数の受信機（図示せず）から受信する。一つの実施形態では、マルチプレクサを使用せず、一つの受信機からのデータトレースを一つのデータチャネルに入力する。
【０１９１】
図３５Ｂに示すように、マルチプレクサ出力（または受信機からの信号）は、プリアンプ１１３４によって増幅することができ、当該マルチプレクサの時間ゲインをＴＧＣ１１３６によって補正することができる。ＴＧＣ１１３６の出力はＡＤＣ１１３８（アナログ−デジタル変換器）によってデジタルサンプリングされるものとして示される。一つの実施形態では、ＡＤＣ１１３８は１２ビットまたは１６ビット振幅ＡＤＣであり、このＡＤＣはデータトレースの振幅をサンプリング周波数でサンプリングする。
【０１９２】
図３５Ｂに示すように、ＡＤＣ１１４０の出力を整理し、及び／又はフォーマットし、設けるかどうかが任意の相関器／フィルタ１１４０によって後の時点で処理することができるようにする。相関器／フィルタ１１４０の出力はデータメモリ１１４２に入力して、図３５Ａを参照しながら上に説明したように、フォーカスデータベース１１４４からのフォーカス情報と合成する。次に、データメモリ１１４２の出力がデータコンバイナ（図３５Ａの１１０６）に送信される。
【０１９３】
異なるデータページを合成して所定の受信機に関する最良のスキャンラインを求めるといった、前述の例示としての信号及びデータ処理には、比較的大量の計算が必要になることが分かる。このようなタスクは、一つの実施形態では、並列処理によって時間効率の高い形で計算することができる。
【０１９４】
また、データ合成のための計算量は、合成を選択時間ウィンドウに限定することによって減らすことができる。例えば、各デジタルエコーデータがＮ個のサンプルを含んでサンプリング期間Ｔを示すと仮定する。上に説明したように、スキャンラインの画像を形成する一つの方法では、当該スキャンラインと交差するレイヤにフォーカスを設定する。所定の厚さを持つこのようなレイヤは既知の方法により、受信機から離れて位置させる。従って、当該レイヤに関連する近似時間値は、当該レイヤの相対位置及び厚さに基づいて、エコー信号の媒質中における平均伝播速度を求めることにより推定することができることが分かる。従って、当該レイヤのスキャンラインを撮像するために、デジタルエコーデータを、レイヤ厚さに対応する範囲に限定することができる。
【０１９５】
図３６Ａ及び３６Ｂは、本明細書において説明する撮像方法の幾つかを使用して得られる例示としての画像を示している。図３６Ａは、画像の白黒写真を示している。図３６Ｂは、図３６Ａの写真のネガ像を示している。複数のワイヤ１２００の断面は、ワイヤ群が配置される媒質１２０２の中で連続するスライスを撮像することにより形成される。各ワイヤは約１００マイクロメートルの直径（１２０４で示す）を有し、２つの最も近接する隣接ワイヤの間の間隔（エッジからエッジまでの間隔であり、１２０６で示す）は約１００マイクロメートルである。媒質１２０２は約３５０ｃｍ３の容積に相当する水であり、ワイヤ群は受信機群（図示せず）のアレイから約６．７ｃｍ離れた位置に配置される。
【０１９６】
このような画像を得るために、３２個の受信機を使用して、３２個の送信機から順番に放出される送信エネルギーから生じるエコー信号を受信した。送信エネルギーは約３．５ＭＨｚで送信し、受信機群が検出するエコー信号は約２０ＭＨｚのレートでサンプリングした。
【０１９７】
図３６Ａ及び３６Ｂから、結果として得られる高品質、高コントラスト画像が、１００マイクロメートル以下として現われる空間分解能を示していることが容易に分かる。３．５ＭＨｚで送信される例示としての信号に関して、水中の該当する波長は約４４０マイクロメートルである（１５４０ｍ／ｓの平均速度に対して）。従って、１００マイクロメートル構造を３．５ＭＨｚの送信エネルギー周波数で解像することは、動作波長の４分の１以下の分解能に相当するものであることが分かる。
【０１９８】
ナイキストサンプリング定理によれば、例示としての３．５ＭＨｚ信号は、従来の機器では、約７ＭＨｚ（信号周波数の２倍）以上のレートでサンプリングする必要があることになる。同様の理論として、１００マイクロメートルの例示としての構造サイズの測定には、従来の機器では、約３０．８ＭＨｚ（１００マイクロメートルの構造サイズに割り当てることができる周波数−すなわち、１５４０［ｍ／ｓ］／１００［マイクロメートル］＝１５．４ＭＨｚ−の２倍）のサンプリングレートが必要になる。従って、サンプリングを複数の受信機で行ない、これらの受信機からのデータを合成することにより、サンプリングレートが従来のナイキスト限界（例えば、３０．８ＭＨｚ）よりも低い（例えば、２０ＭＨｚ）場合でも高品質の結果が得られることが分かる。
【０１９９】
本明細書において使用される例示としての画像及び方法に関する説明から、動作送信エネルギーに関連する波長以下の空間分解能が得られることが明らかである。検出器の固有分解能は多くの場合、検出器の実効アパーチャサイズＤに対する動作波長λの比であるλ／Ｄの形で表わされる。このような比に関連する定数因子は特定の検出器の構成によって変わり得る。本明細書における説明を分かり易くするために、固有の角度分解能をθ＝λ／Ｄと表わすこととする。
【０２００】
θの値は、波長を短くするか、及び／又は検出器サイズＤを大きくする、のいずれかにより小さくすることができる（すなわち、分解能を更に「高くする」）。検出器の実効サイズＤは、個々の検出器サイズを大きくするか、または各検出器のサイズよりも十分に大きくすることができる合計サイズを有するアレイを形成する、のいずれかにより大きくすることができる。このような方法は種々の分野で使用されている。超音波撮像の分野では、本出願人は、現時点では、本明細書に開示する画像の品質及び解像度は従来のシステム及び方法を使用して達成されてはいないと考える。例えば、撮像システム及び方法の一つの実施形態によって、所定の検出器サイズＤに対応する動作波長の４分の１未満の波長を使用することと等価な角度分解能が実現する。すなわち、分解能は一つの実施形態ではθ＝（０．２５）λ／Ｄ以下である。
【０２０１】
本明細書における説明から、サンプリング周波数は、送信エネルギーの「搬送波」に「乗る」摂動パターンに関連する周波数よりも低くすることができることも明らかである。このような性能を特徴付ける一つの方法はナイキスト基準を満たすことであり、ナイキスト基準は基本的に、或る信号は、有用な情報を得るためには当該信号の周波数の少なくとも２倍の周波数Ｆでサンプリンリングする必要があると定義している。従って、例えば、或る信号が１ＭＨｚの周波数を持つ場合、当該信号は２ＭＨｚ以上の周波数でサンプリングする必要がある。
【０２０２】
サンプリング周波数が信号周波数の２倍未満である場合、「エイリアシング」として知られる現象が発生し、この現象では、ナイキスト周波数（Ｆ／２）を超える周波数が「折り返って」当該周波数よりも低い周波数の偽の信号を作る。公知のように、Ｆ／２〜Ｆの範囲の偽の周波数ｆは、｜ｆ−Ｆ｜として表わすことができるｆ’となる。
【０２０３】
本明細書における説明から、一つの実施形態（当該実施形態によって、例えば図３６Ａ及び３６Ｂの例示としての画像が生成される）では、サンプリング周波数は注目サイズ構造に関連する周波数の２倍未満とすることができることが明らかである。例えば、図３６Ａ及び３６Ｂにおけるワイヤ群の構造サイズは約１００マイクロメートルであり、当該構造サイズに対応する「周波数」は約（１５４０ｍ／ｓ）／（１００マイクロメートル）＝１５．４ＭＨｚと表わすことができる。約２０ＭＨｚ（構造サイズに対応する周波数の２倍未満）でサンプリングすることにより得られる結果から、このように比較的小さい摂動パターンを極めて高い画質及び分解能で撮像することができることが分かる。
【０２０４】
ここで、説明を分かり易くするために、「周波数」という用語は、信号に関連する中心ピークに関連する頻度を指す。従って、信号が正弦波である場合、当該信号の周波数は標準的な意味に対応する。信号がパルス（例えば、ガウス分布形）である場合、周波数はパルスの中心ピークに対応する。信号がピーク構造を持つ摂動パターンである場合、周波数は当該ピークに対応する。
【０２０５】
このように周波数を例示として定義することにより、本発明の特徴を、エコー信号から画像をスペクトル周波数成分の形で生成する機能として特徴付けることができる。所定のエコー信号が最大強度値を有する場合、ナイキスト周波数Ｆ／２よりも高く、かつ分解することができるスペクトル周波数成分は、所定の値を上回る強度を有する高い周波数成分を含むことができる。このような所定の値はエコー信号の最大強度値よりも５０ｄＢ，４０ｄＢ，３０ｄＢ，２０ｄＢ，１０ｄＢ、または５ｄＢだけ小さい値のような異なる値に設定することができる。
【０２０６】
上記実施形態では、上記実施形態に適用される本発明の基本的な新規の特徴について示し、記載し、説明してきたが、当業者であれば、ここに示す装置、システム、及び／又は方法の詳細形態に種々の省略、置き換え、及び変更を本発明の技術範囲から逸脱しない範囲において加え得るものであることを理解し得る。従って、本発明の技術範囲はこれまでの説明に制限されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によって規定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【０２０７】
【図１】媒質中の定義ボリュームを撮像する撮像システムの一つの実施形態のブロック図を示す。
【図２】画像ボリュームの例示としてのピクセルに関連する画像を形成するアレイの一つの実施形態における例示としての送信機、及び例示としての受信機を示す。
【図３】トランスデューサ群の例示としてのアレイを波として示し、一つの例示としてのトランスデューサから送信される信号は、例示としてのターゲットオブジェクトによって反射されて、反射波が複数の受信機によって検出されるものとして示される。
【図４】画像ボリュームをどのようにして、複数のトランスデューサを基準とする複数のピクセルにマッピングすることができるかを示す。
【図５】一つの送信機及び一つの受信機に対する一つのピクセルの位置をどのようにして個々に時間軸指標として、これらの要素間の該当する距離、及び波伝播速度に基づいて保存することができるかについての例を示す。
【図６】指標をどのように使用して、受信機が受信する信号を選択的にサンプリングすることができるかを示す。
【図７】１セットの指標を、ピクセル群の所定のアレイに対応する送信機群及び受信機群に関して別々に取得するプロセスを示す。
【図８】指標を使用して、一つ以上の受信機によって取得される信号群を選択的にサンプリングするプロセスを示す。
【図９】ピクセルアレイをどのようにしてトランスデューサアレイに関して定義して、トランスデューサ群とピクセル群との間の距離を求めることができるかについての例を示す。
【図１０】位置が定義される種々の送信機−ピクセル及び受信機−ピクセルの組み合わせに対応する指標を個別に求めるプロセスを示す。
【図１１】送信機−ピクセルの組み合わせの指標及び受信機−ピクセルの組み合わせの指標を使用して、選択ピクセル群を選択送信機群及び選択受信機群を使用して撮像するプロセスを示す。
【図１２】ピクセルアレイを、一つの選択送信機から送信を行ない、ほぼ全ての受信機に基づいてサンプリングを行なうことにより撮像する例示としてのプロセスを示す。
【図１３】ピクセルアレイを、ほぼ全ての送信機から送信を行ない、そして一つの受信機に基づいてサンプリングを行なうことにより撮像する例示としてのプロセスを示す。
【図１４】単一送信機／全受信機モードで動作している例示としての３２個のトランスデューサデバイスの放射図を示す。
【図１５】全送信機／単一受信機モードで動作している３２個のトランスデューサデバイスの放射図を示す。
【図１６】キャリア信号の摂動パターンよりもずっと小さい微小摂動パターンのサンプリングを可能にする複数の受信機の使用方法を示す。
【図１７】複数の受信機からの信号群をどのようにして合成して、注目する微小摂動パターンを強調することができるかを示す。
【図１８Ａ】個別の送信機群から一つだけオフセットした受信機群からの複数の信号をどのようにして合成することができるかの一例を示す。
【図１８Ｂ】個別の送信機群から２つだけオフセットした受信機群からの複数の信号をどのようにして合成することができるかの一例を示す。
【図１９】一つ以上の送信機からの送信を行ない、複数の受信機からの受信を行なって、結果として得られる信号群の合成を可能にするプロセスを示す。
【図２０】複数の受信機からの受信信号をどのようにして、送信機群からのこれらの受信機の対応するオフセットに従ってグループ化することができるかを示す。
【図２１】受信機のオフセットに基づいて選択される複数グループのデータをどのようにして合成することができるかを示す。
【図２２】送信機−受信機ペア群から成り、かつ送信機群が順番に起動する構成のアレイの一つの実施形態の例を示す。
【図２３Ａ】図２２の例示としてのアレイから得られる例示としての信号トレース群の簡易図を示す。
【図２３Ｂ】図２２の例示としてのアレイから得られる例示としての信号トレース群の簡易図を示す。
【図２４】図Ａ〜Ｆは、図２３Ａ及びＢの例示としての信号トレース群に基づく例示としてのデジタルデータトレースの簡易図を示し、図Ｇは、該当する送信機群から一つだけオフセットした受信機群に関連するデジタルデータの合成の例を示す。
【図２５】図Ａ〜Ｆは、図２３Ａ及びＢの例示としての信号トレース群に基づく例示としてのデジタルデータトレースの簡易図を示し、図Ｇは、該当する送信機群から２つだけオフセットした受信機群に関連するデジタルデータの合成の例を示す。
【図２６】所定の受信機からの信号をどのようにして他の受信機（群）からの信号（群）と合成して所定の受信機に関するスキャンラインを形成し、これによって当該スキャンラインが、所定のレイヤを撮像する性能を高めるように作用することができるかを示す。
【図２７】複数のスキャンラインが一つのレイヤと交差して、複数のスキャンラインが当該レイヤにフォーカスするようになる様子を示し、この場合、当該レイヤを一つ以上の幅の狭いレイヤに分割して複数のスキャンラインが細かくフォーカスすることができるようにする。
【図２８】図Ａは、異なるスキャンラインに沿って、かつ異なるレイヤに位置する構造群の例を示し、図Ｂは、図Ａの例示としての構造群に関連する成分を有する測定信号トレース群の例を示し、図Ｃ〜Ｅは一例として、信号トレース群の種々のレイヤにおける「フォーカスが合った」組み合わせを示し、これらの組み合わせが、例示としての第１受信機に関連するスキャンラインを形成する。
【図２９】図Ａは、異なるスキャンラインに沿って、かつ異なるレイヤに位置する構造群の例を示し、図Ｂは、図Ａの例示としての構造群に関連する成分を有する測定信号トレース群の例を示し、図Ｃ〜Ｅは一例として、信号トレース群の種々のレイヤにおける「フォーカスが合った」組み合わせを示し、これらの組み合わせが、例示としての第２受信機に関連するスキャンラインを形成する。
【図３０】図Ａは、異なるスキャンラインに沿って、かつ異なるレイヤに位置する構造群の例を示し、図Ｂは、図Ａの例示としての構造群に関連する成分を有する測定信号トレース群の例を示し、図Ｃ〜Ｅは一例として、信号トレース群の種々のレイヤにおける「フォーカスが合った」組み合わせを示し、これらの組み合わせが、例示としての第３受信機に関連するスキャンラインを形成する。
【図３１Ａ】一つの実施形態において、一つのスキャンラインを、受信機に最も近いレイヤからフォーカスすることができ、かつ所定のレイヤを小レイヤ群に分割して細かなフォーカスが可能になる様子を示す。
【図３１Ｂ】一つの実施形態において、一つのスキャンラインを、受信機に最も近いレイヤからフォーカスすることができ、かつ所定のレイヤを小レイヤ群に分割して細かなフォーカスが可能になる様子を示す。
【図３１Ｃ】一つの実施形態において、一つのスキャンラインを、受信機に最も近いレイヤからフォーカスすることができ、かつ所定のレイヤを小レイヤ群に分割して細かなフォーカスが可能になる様子を示す。
【図３２】複数のスキャンラインを複数のレイヤにフォーカスし、有利となる場合には、所定のレイヤを小レイヤ群に分割することができるようにするプロセスを示す。
【図３３】図３２のプロセスの更に特殊な例を示す。
【図３４】図Ａ及びＢは、種々の信号トレースを合成して、スキャンラインが所定のレイヤで最もフォーカスするようにする多くの使用可能な方法のうちの幾つかを示す。
【図３５Ａ】複数の受信機からの信号群を合成する信号処理システムの一つの実施形態の一例を示す。
【図３５Ｂ】複数の受信機からの信号群を合成する信号処理システムの一つの実施形態の一例を示す。
【図３６】図Ａは、本明細書に記載する方法で複数の受信機を使用し、これらの受信機からの信号群を合成して得られる実画像の例の写真を示し、図Ｂは、図Ａの写真のネガ画像を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２８Ｅ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
2008513763.tif 000039
【図２９Ｄ】
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【図２９Ｅ】
2008513763.tif 000041
【図３０Ａ】
2008513763.tif 000042
【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３０Ｅ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
2008513763.tif 000048
【図３１Ｃ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
2008513763.tif 000052
【図３４Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【国際調査報告】
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