(57)【要約】折り曲げられた光学系を有する機械加工されたハウジングから構成された音響ホログラムイメージングシステム。ハウジングの様々な表面は機械加工され、接続される光学部材（ミラー、レンズアセンブリー、光放出レーザーダイオード、カメラ等）に対する正確な配置を提供する。光の所望のフォーカスを提供するため、異なる屈折率を有する異なる材料を有する三部材のレンズが記載されている。さらに、様々な実施の形態にしたがって、ホログラムの光学イメージを記録するため、それを通過する全ての、いくつかの光を減衰し、または、全ての光を全く減衰しない光学的空間フィルターを開示する。
2014527167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプリング音波を、検査される対象物に伝播させるために配置された第１音響変換機と、
上記サンプリング音波が、検査される対象物に伝播した後、当該サンプリング音波を受けるように配置された音響受信タンクと、
上記サンプリング音波が、検査される対象物に伝播した後、当該サンプリング音波と組み合わされる参照音波を伝播させ、音響ホログラムを生成させるために配置された第２音響変換機と、
上記サンプリング音波と上記参照音波とが組み合わされたものを受信するために配置された音響ホログラム検出表面と、
上記ホログラム検出表面に近接して配置された一体成形鋳造ハウジングであって、光学レンズハウジングを受容するために配置された第１カップリング表面と、光学イメージングアセンブリーを受容するために配置された第２カップリング表面と、を備える一体成形鋳造ハウジングと、を具有する装置。
【請求項２】
上記ハウジングは、さらに、
第１の反射ミラーを受容するため上記ハウジングに配置された第３カップリング表面と、
第２の反射ミラーを受容するため上記ハウジングに配置された第４カップリング表面と、を備える請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記光学イメージングアセンブリーが、光発生源と、受光アセンブリーと、を備える請求項１記載の装置。
【請求項４】
上記受光アセンブリーと上記レンズとの間に配置された空間フィルターであって、第１の選択された位置において光の実質的に全てをブロックするために配置された領域と、第２の選択された位置において光の実質的に全てを通過させるために配置された領域と、を備える空間フィルターをさらに備える請求項１記載の装置。
【請求項５】
上記第１カップリング表面に接合されたレンズアセンブリーをさらに含み、
上記レンズアセンブリーは、第１カップリング表面を備えるハウジングを有し、上記一体成形鋳造ハウジングの第１カップリング表面、及び、上記ハウジング内の、上記ハウジングの第１カップリング表面から正確で且つ予め決定された距離に配置されたレンズに接合された請求項１記載の装置。
【請求項６】
上記レンズアセンブリーは、互いに近接して配置され、光がそれぞれ通過するように直列に整列して配置された３つの分離したレンズを含み、
各レンズは、異なる材料から成り、
それぞれ他のものと異なる屈折率を有する請求項５記載の装置。
【請求項７】
レーザー光を受光するように構成されたレンズアセンブリーであって、
第１端部及び第２端部を有するハウジングと、
上記ハウジング内に配置され、上記第１端部から選択された距離において固定され、１．４２〜１．５９の範囲にある屈折率を有する材料から構成された第１レンズと、
上記ハウジング内に配置され、上記第１レンズに接触し、１．００〜１．０１の範囲にある屈折率を有する第２レンズと、
上記ハウジング内に配置され、上記第２レンズに接触し、１．６２〜１．９の範囲にある屈折率を有する第３レンズと、を備えるレンズアセンブリー。
【請求項８】
上記第１レンズがフリントガラスの一種により構成され、第２レンズがガスにより構成され、第３レンズがクラウングラスの一種により構成された請求項７記載のレンズアセンブリー。
【請求項９】
上記第２レンズのガスが大気である請求項８記載のレンズアセンブリー。
【請求項１０】
９５％〜９９％の範囲の光学的不透明度を有する中央領域と、
上記中央領域を囲むドーナツ領域であって、４０％〜６０％の範囲の光学的不透明度を有するドーナツ領域と、
上記ドーナツ領域を囲む光透過領域であって、０％〜１０％の領域の光学的不透明度を有する光透過領域と、を備える光学的空間フィルター。
【請求項１１】
上記ドーナツ領域と上記光透過領域との間に配置された部分光透過領域であって、１０％〜３０％の不透明度を有する部分光透過領域をさらに備える請求項１０記載の光学的空間フィルター。
【請求項１２】
複数の半導体材料層から構成されるレーザーダイオードと、
上記レーザーダイオードに近接して配置され、円形の形状である光インプットレンズと、
丸い光学レンズに近接して配置された透過パスと、
上記透過パスに近接して配置され、円形の形状である光アウトプットレンズと、を備えるレーザー光アウトプットアセンブリー。
【請求項１３】
上記光アウトプットレンズと上記光アウトプットレンズとの間の光透過パスに配置され、上記レーザー光ビームの形状を円形パターンに修正するために配置された複数のプリズムをさらに備える請求項１２記載のレーザー光アウトプットアセンブリー。
【請求項１４】
光学イメージとして音響ホログラムを記録する方法であって、
検査される対象物に音波を通過させることと、
上記対象物を通過した音波と参照音波とを組み合わされた音響ホログラムパターンを検出表面に生成することと、
レーザーダイオードにより発生した光を、透過パスを介して、第１ミラー、第２ミラー、光学レンズに通過させ、上記ホログラム検出表面に衝突させることと、
上記ホログラム検出表面から反射される光を感知することと、
上記感知された光のイメージを記録することと、を備える方法。
【請求項１５】
第０次回折光の９０％より大きく９９％未満の光をブロックし、第１次回折光の４０％より大きく６０％未満の光をブロックし、第２次回折光、第３次回折光、及び第４次回折光のそれぞれの少なくとも８０％の光を通過させる空間フィルターに、反射光を通過させることをさらに含む請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、光学イメージ発生装置及び光学イメージ発生方法の分野に存し、さらに詳細には、超音波ホログラフィーパターンをもとに光学イメージを発生させる分野に存する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の記載
超音波ホログラフィーを用いてイメージを発生させることは、ジョージガーリックにより、数年前に開発された。当該技術分野において彼が取得した特許権の一つ、すなわち米国特許第５,２１２,５７１号において、彼の超音波ホログラフィーイメージングシステムについて説明されている。
【０００３】
ガーリックらに対して与えられた米国特許第５,２１２,５７１号からの複製物である図１には、従来技術である超音波ホログラフィーイメージングシステム１０の基本的構成要素が示されている。当該ホログラフィーイメージングシステム１０は、２つの主要なサブシステム、すなわち、音響ホログラムを生成させる超音波ホログラフィーサブシステム１４と、上記音響ホログラムを光学イメージに変換する光学サブシステム１６と、から構成されている。当該光学イメージは、医者によって視認され、ビデオディスプレイ上に表示され、画像ファイル（picture）等のイメージフォーマットで記録される。超音波ホログラフィーサブイメージ１４は、検査される対象物１２に音波を通過させる。ある態様では、当該検査される対象物１２は、人間の細胞（胸部ガン検診においては例えば胸部）である。他の態様では、検査される対象物１２は、フルーツ、木製品、商品、若しくは、内部が音波を用いて検査されるべきである他の対象物であってもよい。
【０００４】
超音波ホログラフィーサブシステム１４は、平面音波を発生させる変換機(transducer)１８を含む。当該音波は、変形可能な膜２２に含まれる接触媒体(coupling medium)２０を通過する。膜２２は、検査される対象物１２に直接接触し、そのため、音波を、低い減衰率で対象物１２に効率的に通過させることができる。音波が対象物１２を通過した後、それらは、対象物１２の他方のサイドに接触する変形可能な膜２４を介して液体の接触媒体３０内に進行し、再度音響信号の損失が低減される。音波は、レンズシステム３２を通過する。レンズシステム３２は、いくつかの実施の形態では、２つのレンズ３８、４０を含むが、異なる組み合わせのレンズを含んでいても良い。
【０００５】
レンズシステム３２は、検査される対象物１２内の焦点面３４に焦点が合っている。その後、当該音波は、選択された角度、この具体例においては９０°で超音波エネルギーを反射する音響ミラー４１へ進行し、検出皿(detection dish)４４内に含まれるホログラム検出媒体３６に進行する。超音波参照変換機４２は、音響ミラー４１から反射された感知波に対してある角度で、コヒーレントな平面超音波を発生させ、ホログラム検出皿４４及びホログラム検出媒体３６に対してこれらの音波を衝突させる。
【０００６】
その後、音波は、光学サブシステム１６に進行する。光学サブシステム１６において、音波は、可視パターンに変換される。ホログラム検出皿４４は、ホログラム検出媒体３６を含む。ホログラム検出媒体３６は、当該技術分野において従前から使用されてきたタイプの媒体から構成されている。検査される対象物１２を通過する音波４１と、変換機４２からのコヒーレントな平面超音波との間で発生する干渉パターンは、光学的に視認されうるホログラム検出媒体３６においてパターン形成される。
【０００７】
このホログラム検出媒体３６において当該イメージを光学的に視認するために、レーザーからのコヒーレントな光ビームはレンズ４５を通過し、ミラー４６により反射されレンズ４７を通過する。イルミネートイメージは、ミラー４６から反射されたイメージを視認するためのピンホールフィルター４８を介して検出される。所望の回折次数を除いた次数が視認されることを完全に抑制し、フォトグラフフィルム若しくはデジタルカメラがリアルタイムで焦点平面３４において対象物１２を記録することを可能とするためにフィルター４８を使用する。フィルター４８におけるアパーチャーの位置決めは、第２次回折若しくは第０次回折を視認するために配置されうるけれども、レンズ４７から到来する第１次回折の視認を可能とするように通常規定される。本米国特許及び他の米国特許において記載された従来技術においてよく知られている全ての音響ホログラムの構造及び方法について数多くの付加的な詳細事項が存在し、そのため、これらはさらに詳細に説明することはしていない。
【０００８】
超音波ホログラフィーイメージングシステムが発明された後、ジョージガーリック及び彼の会社の他の者は、光学サブシステム１６の光学イメージング部に対する改良を続けた。その改良の一つが、米国特許第５,１７９,４５５号において示されている。ジョージガーリックが発明者である当該先行技術’４５５特許からの図面が、図２として本願に添付されている。当該’４５５特許からの光学サブシステム１６によれば、光学イメージの視認を改良するため、複数の特定構造が提供された。
【０００９】
本願の図２を見れば分かるように、光学サブシステム１６は、数多くの構成要素を含む。コンテナ８８は、図１に関連して前に述べた流体３０を含むタンクにおいて、ホログラム検出媒体３６を有する。流体３０は、図１に関して前に述べたものと同じであり、対象物１２からの特定の音波及び発生装置４２からのコヒーレントビーム音波は、コンテナ８８に含まれるホログラム検出媒体３６に衝突する。平行レンズ８６は、ホログラム検出媒体３６の表面において起こるホログラフィーイメージパターンを検出するため、コンテナ８８の底面８９に対して垂直に保持される。光学チューブ６２は、上部６４及び下部６６を有する。当該下部６６は、液体の表面９２から選択された距離においてブラケット８７に搭載された平行レンズを含む。光源７４は、固定用サポート７７に接続された並進ステージ９６上に搭載される。固定用サポート７７は充分な柔軟性を有し、それは、様々なノブ（不図示）により、Ｘ、Ｙ及びＺ方向についての正確な改善のため制御することができる。固定部７０は、サポート平面６８に接続されている。サポート平面６８は、光学チューブ６２と接続されている。全光学チューブ６２は、ピボットプレート５６によりサポートされている。当該ピボットプレート５６は、サポートフレーム５４に接続され水平軸５８を中心として旋回可能である。
【００１０】
並進ステージ(translation stage)９６は、アパーチャー７３（レンズ若しくはアパーチャー）を有し、平行レンズ８６を介してホログラム検出媒体９０の表面においてホログラム９４を視認するため、光にフィルターをかける。並進ステージ９６は、フィルタープレート７２を介して、適切な回折ビームの次数（回折されたビームの０次、＋１次、−１次、若しくは他の次数）がアパーチャー７３を通過するように調整される。光学ミラー１００は光を反射し、光はカメラ８０等の適切な視認装置により捕捉される。
【００１１】
カメラ８０は、サポートプレート６８に搭載されている。ミラー９９は、光学ミラー１００からの反射ビームを受光し、それをカメラ８０へ向け、光学イメージを記録する。若しくは、いくつかのケースでは、医者によるライブでの視認のため、ビデオディスプレイへ反射ビームを伝播させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
’４５５特許に記載されたホログラフィーイメージの光学再構築のための改良されたシステムは、’５７１特許において使用されたものに比していくつかの利点を提供するが、それは、なおも数多くの欠点を有していた。光学チューブ６２は、高さにおいて、比較的大きく、３’（フィート）〜４’（フィート）のオーダーであった。さらに、平行レンズ８６の品質により、適切にフォーカスされた最小の観測領域が提供された。例えば、平行レンズ８６は、およそ３”（インチ）〜４”（インチ）の直径範囲に含まれ、仮に極端に正確な配置及び光学特性が使用される場合、およそ５”（インチ）の最大直径を達成可能である。ジョージガーリック及び彼とともに働く他の者は、音響ホログラフィーシステムに対して様々な改良を続けてきた。そのいくつかが、米国特許第５,０８４,７７６号；第５,３２９,８１７号；第６,７０２,７４７号；第６,７５７,２１５号；第６,８３１,８７４号；及び、第６,８６０,８５５号に記載され明らかにされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書において記載された様々な実施の形態によれば、検査される対象物から構成された超音波ホログラムの視覚映像を提供する光学イメージングシステムである。
【００１４】
光学イメージングシステムはレンズを備え、当該レンズを光源からの光が通過し、イメージを浮き上がらせ(illuminate)、及び、上記レンズを介してイメージがカメラにより記録される。レンズ、光源及びカメラは、全て、共通のハウジングに固定されており、当該ハウジング内を光が通過する。光源及びカメラは、共通のプレートに搭載され、それらのポジションが調整されるように調和して動く。レンズは、カメラ及び光源から離れており且つ音響ホログラフィーイメージに近接して取り付けられている。これらが取り付けられるハウジングは、２つのミラーにより折り曲げられた光学パスを有する。２つのミラーはそれぞれ９０°の角度で光を反射させ、それにより、従来技術において可能であったものよりも、光学ハウジングの高さを実質的に減少させる。
【００１５】
光学ハウジングは、低コスト金属鋳造技術を用いて作製される。当該金属鋳造技術は、低コストで、ハウジングの大量生産を実現できるが、ホログラフの光学的要求のために必要とされる配置及びポジショニングを提供できる程には正確ではない。そのため、鋳造ハウジングは、厳しい精度範囲において、互いに非常に高い正確さで加工された３つの主面を有する。主要なハウジングが機械加工された後、第１ミラーアセンブリー及び第２ミラーアセンブリーは、上面においてハウジングと連結される。光学プレートは、底部に固定されている。レンズアセンブリー及び空間フィルターアセンブリーは、光学プレートに対して固定されており、それにより、光学アセンブリーは完成される。
【００１６】
光源からカメラへイメージを反射させる２つのミラーを用いて折り曲げられた光学系を用いることにより、距離をさらに追加することができる。当該距離においてイメージはフォーカスされる。これにより、先行技術において可能であったものより大きなレンズを使用することが可能となり、それにより、試験をしながら対象物の大きな領域をイメージングすることができるようになる。
【００１７】
通常、大きなレンズは、より小さなレンズと同じくらいの品質を有するものではないけれども、大きなシングルレンズを小さなレンズと同じくらい正確なものとすることは、より費用が掛かることである。そのため、新規のマルチパートレンズを使用することにより、折り曲げられた光学系を活用しうる大きなレンズを提供する。より大きなレンズを使用する能力とは、従来技術において可能であったものを超える能力を有する新規なレンズデザインが要求されることを意味する。
【００１８】
ある実施の形態では、レンズアセンブリーは、３つの異なるレンズを備える。これら全て互いに近接しており、それぞれ、異なる屈折率を有する。例えば、第１レンズは、約１．５の屈折率を有していてもよく、近接する隣のレンズは約１．０の屈折率を有し、その隣のレンズは約１．８の屈折率を有する。それらが組み合わされると、シングルレンズを用いることにより従来技術において可能であったものより大きな表面積を提供することができるシングルレンズが形成される。
【００１９】
ある実施の形態によれば、レンズとホログラムを記録するカメラとの間に光学的空間フィルターが設けられている。当該光学的空間フィルターは、ゼロ次回折を全てブロックし、＋１次回折だけをカメラへ通過させる。別の態様では、当該光学的空間フィルターは、＋１次と−１次回折をカメラへ通過させ、他の全ての次数のものをブロックする。別の態様では、空間フィルターは、それぞれの次数からの光のいくらかを通過させ、さらに、それぞれの次数の光を減衰させ、０次、１次、２次、３次の次数のそれぞれからカメラが受光した光の量をおおよそ正規化する(normalize)ために、不透明性を変化させた領域から構成されていてもよい。
【００２０】
これらの利点は、従来技術において可能であったものに比して改良された、音響ホログラムを視認可能とする光学アセンブリーを提供した。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、米国特許第５,２１２,５７１号からの、従来技術のシステムの操作の概略図である。
【図２】図２は、米国特許第５,１７９,４５５号からの、従来技術の光学システムの断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の特徴が組み込まれた光学セクションの等角投影図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの分解図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａの断面図である。当該断面図は、製造プロセスの後工程におけるものであり、３Ａ−３Ａラインに沿ったものである。
【図４】図４は、ある実施の形態に係る図３Ｃのレンズについてのマウンティングシステムのある実施の形態の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来技術に係る光照射システムの概略説明図である。
【図５Ｂ−５Ｃ】図５Ｂ及び図５Ｃは、本発明のいくつかの特徴を組み込んだ様々な実施の形態に係る光照射システムである。
【図６Ａ−６Ｄ】図６Ａ〜６Ｄは、本発明の様々な特徴の別の態様として使用されうる様々な光学フィルター技術を説明するものである。
【図７】図７は、本発明のある実施の形態に係るカメラ及び光のマウンティングシステムについてのある可能な実施の形態を説明するものである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図３Ａは、光学アセンブリー１１０の等角投影図である。光学アセンブリー１１０は、本発明の様々な具体例及び様々な特徴を含む。当該光学アセンブリー１１０は、ハウジング１１５を備える。当該ハウジング１１５は、精密に加工された表面１１７を有する（図３Ｂ参照）。精密に加工された表面（全体として１１７と称される）は、平行レンズアセンブリー１２５、第１光学ミラー１１８、及び、第２光学ミラー１１６のための配置場所を含む。
【００２３】
光学アセンブリー１１０は、折り曲げられた光学系の態様のものである。ハウジング１１５は、単一の金型鋳造ハウジングからなる密閉されたキャップシステムである。好ましい実施の形態において、ハウジング１１５は、一体成形の単一アルミニウム鋳造ハウジングである。勿論、当該ハウジングは、高密度合成樹脂、鋼鉄、光学装置の正確な取付けのための密閉されたハウジングを提供することができる他の材料を含む他の種類の材料から構成されていても良い。折り曲げられた光学ハウジング１１５は、図２に一つの具体例として示された従来技術の光学ハウジングよりかなり低い外形を有する。従来技術において、光学ハウジングの全高は、３’（フィート）〜４’（フィート）の高さの範囲にあり、全体として、当該システムの大部分に実質的に追加される。図３Ａに例示された折り曲げられた光学ハウジング１１５の使用により、高さが１５”（インチ）未満であり、好ましくは高さが１０”（インチ）〜１３”（インチ）の範囲にある全光学アセンブリー１１０を提供する。勿論、光学アセンブリー１１０の幅長は、従来の光学ハウジングの幅より実質的に大きい。音響タンク２８は、かなり広いので（図１参照）、幅広い光学ハウジングを有しても、より正確には、他の構成要素の幅と一致しており、当該システムの設置面積を増加されることはない。そのため、本発明のある実施の形態に係る折り曲げられた光学システムは、高さがおよそ１３”（インチ）であり、幅が２０”（インチ）である。
【００２４】
ハウジング１１５は、低コストのデュアルステッププロセスにより作製され、厳しい精度で全ての構成要素の高い正確性をもって大量生産することができる。第１工程において、ハウジング１１５は、鋳型で鋳造された一体成形品として作製される。低コストのための大量生産システムにおいて金型鋳造物を作製してもよい。したがって、ハウジング１１５を作製する際の第１工程について鋳造金型を使用することにより、低コストでハウジングを大量生産することができるという利点を提供することができる。鋳造ハウジング１１５の作製に続いて、各構成要素がハウジング１１５に搭載される精密加工された表面１１７は、コンピュータ駆動加工ツールを使用して正確に機械加工され、厳しい精度で非常に正確な特性を有する最終製品が得られる。
【００２５】
一体成形の鋳造ハウジングを有する光学アセンブリーの製造のための一つの技術を以下に説明する。
【００２６】
図３Ａから分かるように、光学アセンブリーは、一体成形された鋳造ハウジング１１５を備える。光学プレート１０１は、鋳造ハウジング１１５が機械加工された後、鋳造ハウジング１１５の底面に取り付けられる。ミラーアセンブリー１０６及び１０７は、鋳造ハウジング１１５が製造された後、鋳造ハウジング１１５に取り付けられる。特定の利点を提供する際立った特徴を強調して説明しつつ、光学アセンブリー１１０を作製する方法を以下に全体を見渡す観点から記載する。
【００２７】
生憎、標準的なアルミニウム鋳造は、本発明において使用されるレンズ及びミラーの配置のために必要とされる充分な正確性をもって製品を作製することができない。したがって、アルミニウム鋳造ハウジング１１５は、その後、さらに、正確なコンピュータ駆動加工ツールにより機械加工される。
【００２８】
コンピュータ駆動３軸ＣＮＣ切削装置を使用して、各構成要素を保持するために必要とされる精密加工された表面１１７が正確に切削される。当該技術分野において一般に利用可能なタイプの標準的な３軸ＣＮＣ切削装置を使用しても良い。アルミニウム鋳造ハウジング１１５が完成した後、正確な最終アセンブリーを作製するため、いくつかの材料が機械加工されたものについてのディメンジョンｄ１、ｄ２及びｄ３は僅かにより大きい。当該ハウジングは、ＣＮＣ切削装置に載置され、当該ＣＮＣ切削装置は、正確に機械加工され部材１１７ａ〜１１７ｆから開始される特定のブラケットとなるのに要求される適切なディメンジョンでプログラムされる。そのため、ＣＮＣ切削装置は、平行レンズアセンブリー１２５を受容するための表面を切削する。平行レンズアセンブリー１２５は、ホログラム検出媒体１２６及びミラー１１８から正確な距離の位置にある。ＣＮＣ切削装置は、また、ハウジング１１５を切削し、ミラー１１８を保持するためのサポート表面１１７ａ及び１１７ｂが形成される。ミラー１１８は、ハウジング１１５の残りの部分に対して正確な角度で、且つ、平行レンズアセンブリー１２５に対して距離ｄ１の位置において、ミラー１１８を保持するため、互いに対して正確な関係を有する。同様に、ＣＮＣ切削装置は、正確な角度、ミラー１１８からの正確な距離において第２光学ミラー１１６を保持するため、表面１１７ｃ及び１１７ｄを機械加工する。同様に、表面１１７ｅ及び１１７ｆは、正確な平面形状となるように、正確な位置及びサイズで機械加工される。
【００２９】
いくつかの重要な表面が切削されたコンビネーションアルミニウム鋳造ハウジングを使用することにより、光学的に正確なハウジング１１５を達成するための低コストで高容積の製造技術を提供する。異なるいくつかのハウジング表面、例えば１１７ａ〜１１７ｆだけが機械加工される必要がある。ほんのいくつかの表面だけが精密加工されるため、ＣＮＣ装置は、非常に迅速に動作することができ、短い期間で単一の正確な形状のハウジング１１５を生産することができる。当該ハウジングにおける他の構成要素は、本明細書において説明したように固定される。これらのディメンジョンは、光学アセンブリー１１０の高品質光学的機能を果たすに充分なものである。したがって、本発明者らは、ハウジング１１５の重要でわずかな構成要素だけが、他の構成要素に対して精密機械加工される必要があり、そのため、全ハウジング１１５ではなくそれらの必要な構成要素のみを機械加工することによりかなりの時間とお金が節約される。
【００３０】
ＣＮＣ切削装置により精密加工表面１１７が加工された後、標準的な取付け技術、例えばブラケット及び固定具を用いて光学構成要素１２５、１１８、１１６がそこに取り付けられる。精密加工のため、ミラー１１８、１１６及び光学プレート１０１は、それらを受容するために形成された精密加工表面１１７に接した状態で配置され、さらなる調整が必要とされない。アライメントはＣＮＣ切削と同じように充分に正確であり、当該アライメントが各構成要素の個々の調整若しくは操作の必要なく、受け入れ可能な許容範囲において正確であることを保証する。
【００３１】
そのため、組み立て技術を有する標準的な労働者は、光学分野における特別なスキル及びトレーニング、正確なアライメント技術の必要なく、且つ、非常に高価である精密アライメントツールの必要なく、ハウジングを組み立てることができる。従来技術においては、平行レンズ８６のためのマウンティングブラケット８７は、個々のシステムを特別に調整する必要があり、組み立てられた個々の光学イメージングシステムについて精密に調整するために多くの時間と多くの努力が必要であった。一方、本発明は、精密加工表面１１７に平行レンズアセンブリー１２５を配置することにより、正確なアライメントが自動的に保証される。したがって、以下、非常に速く且つ低コストである２ステッププロセスにおいて、高容積製造モードで光学ハウジングを作製することができる。
【００３２】
ある実施の形態によれば、ハウジング１１５は、一体成形の金属ハウジングとして鋳造される。これは、好ましくはアルミニウムから構成されるが、他の金属も許容される。ハウジング１１５は、数多くの精密加工された表面を含む。これらは、全体として１１７と称される。精密加工された表面は、互いに特定の距離及び特定の角度の関係を有するように、構成される。
【００３３】
図３Ｂ及び図３Ｃに見られるように、ハウジング１１５は、数多くの表面を含む。当該表面は、互いに正確に形成されなければならない。精密表面１１７ａは、１１７ｂに対して正確な角度で設けられ、また、第１表面１１７ｅから正確な距離に配置される。図３Ｃに見られるように、表面１１７ａにおける開口部は、ハウジング１１５の底面１１７ｅから正確な距離ｄ１の位置に配置される。
【００３４】
生憎、鋳造プロセスによって、十分正確な単一鋳造部材の形成が、ホログラフィー光学アセンブリー１１０に必要とされる光学特性を与えることはない。この問題を低コストで解決するため、ハウジング１１５は、所望の最終形状とできるだけ近い形状を有する一体成形品として鋳造される。しかしながら、いくつかの付加的な加工が必要とされるであろうと認識される。ハウジング１１５は、最終ディメンジョンより僅かに大きく形成され、機械加工が生じることを許容している。これにより正確な表面が形成される。よって、最終形状において必要とされるであろうものより僅かに大きく、それにより、材料の加工及び除去後、距離は正確に所望の通りとなる。鋳造後、ハウジング１１５は精密加工され、底面１１７ｅから正確な距離ｄ１の位置において、表面１１７ａが形成される。さらに、正確な角度の表面１１７ａが形成され、正確に、ミラー１１８に接するのに必要な角度とされる。同様に、表面１１７ｂは機械加工されて、正確にフラットに形成され、１１７ａに対する正確な角度が、ミラー１１８を支持するため必要とされる角度と正確に一致し、これにより、ホログラム検出媒体１２６においてホログラムを浮き上がらせ記録する際に必要とされる光学特性及び反射角度が与えられる。同様に、第２ミラーアセンブリー１０７が取り付けられた表面１１７ｃ及び１１７ｄは精密加工され、ハウジング１１５の他の部分からの正確な距離ｄ２及びｄ３を有し、第２光学ミラー１１６が、光学特性のために要求されるように正確に載置されホログラムが検出されるように正確な角度を有する。また、底面１１７ｅ及び１１７ｆは精密加工され、図３Ｃに示すように、正確な距離ｄ１及びｄ３が得られ、また、光学プレート１０１に適切に接触するため、正確にフラットである。
【００３５】
光学アセンブリー１１０の他の部分は、ハウジング１１５のために記載されているものと同様の方法で作製される。つまり、光学アセンブリー１１０の他の重要な部分は、第１ミラーアセンブリー１０６、第２ミラーアセンブリー１０７、光学ミラー１００、レンズアセンブリー１０４、及び光及び記録アセンブリー１０５を含む。これらのそれぞれは、他の加工された部材と正確に一致しこれと結合するように最初鋳造され、その後精密加工されたハウジングの中にある。そのため、最終組み立てが実行されたとき、一体成形品のそれぞれが、互いに正確に配置され、個々の機械について各光学アセンブリー１１０のアライメントは必要ではない。
【００３６】
図３Ｂ及び３Ｃに示されているように、アセンブリーをさらに説明する。ハウジング１１５が、必要とされる正確なディメンジョン及び許容度で適切に機械加工された後、第１ミラーアセンブリー１０６は、ハウジング１１５の第１表面に取り付けられ機械加工された表面１１７ａ及び１１７ｂに接触する。アパーチャー１１１を様々な表面に形成し、図３Ｃに関して後で説明するように、ミラー１１８をサポートするブラケットを保持する。第２ミラーアセンブリー１０７は、また、ハウジング１１５に取り付けられ、第１ミラーアセンブリー１０６に関して述べたのと同様な方法で表面１１７ｃ及び１１７ｄと接触させる。光学プレート１０１は、アパーチャー１０２及び１０３を含み、本明細書において後述するように、レンズアセンブリー１０４及び光発生及び記録アセンブリー１０５を受容する。
【００３７】
図３Ｃは、レンズアセンブリー１０４及び光発生及び記録アセンブリー１０５が光学アセンブリー１１０に取り付けられているアセンブリーにおける、概して図３Ａの３Ｃ−３Ｃラインに沿った断面図である（後のステージ）。図３Ｃは、光学プレートがハウジング１１５に取り付けられた後、レンズアセンブリー１０４が、光学プレート１０１に固定されることを示している。分かりやすくするため、ハウジング１１５に固定するための正確な固定具及びアタッチメント機構が図３Ｃには示されていないが、当該技術分野において知られ、図３Ｂにおいて示された標準的な固定技術が用いられるであろう。同様に、光発生及び記録アセンブリー１０５が、適切な固定具を使用して光学プレート１０１に固定される。ミラーアセンブリー１０６及び１０７のそれぞれは、組み立てられる各ハウジングについて正確な位置に各ミラーを設けるために、様々なパーツから構成される。図３Ｂに見られるように、各ミラーアセンブリー１０６及び１０７は、ミラーアセンブリーの一部を受容するために、凹状のキャビティーを備える。凹状のキャビティー内において、第１ミラーアセンブリー１０６において支持発泡体１０８が設けられ、第２ミラーアセンブリー１０７に発泡体１０９が設けられている。発砲支持体は小さなスプリングを有し、アパーチャーより僅かに厚い。当該アパーチャーにおいて、発砲支持体が固定され、それにより、押し付けられていないときは、アパーチャーから僅かに突出している。組み立てプロセスの間、ミラー１１８は、発泡体１０８に対して押圧され、発泡体１０８は、ミラー１１８が、ミラーアセンブリー１０６のエッジの最外表面に対してぴったりと一致するように押圧されるまで圧縮される。その後、ミラー１１８を、ミラーアセンブリー１０６のエッジに対して一致して、適切な位置に強固に固定するため、リテーニングブラケットは、２つは上面に、２つは底面において、適切な位置に固定される。
【００３８】
ミラー１１８を適切な位置に保持するブラケットは、一つの具体例としては、写真をフレームに固定するための当該技術分野においてよく知られたタイプのものである。これらの一つの具体例は、例えばスクリュー等の固定具によって適切な位置に固定されたブラケットである。当該固定具は、ルーズであってもよく、それにより、ブラケットの保持部分がミラーから離れるように、ブラケットが適切な位置を外れて回転する。その後、ミラーは、適切な位置に配置され、発泡体１０８を圧縮するため押圧される。その後、ブラケットは、反対方向に回転し適切な位置に配置され、ミラーに対してタイトに装着され、発泡体が完全に圧縮された状態で保持され、ミラーがミラーアセンブリー１０６に対して同一平面上に保持される。ブラケットは、ミラーアセンブリー１０６から僅かに延びるため、アパーチャー１１１は、ハウジング１１５に形成され、ミラーを適切な位置に配置するブラケットを受容する。そのため、それらは、ミラーがハウジング１１５と正確にフィットすることを邪魔しない。ミラー１１８の裏面は、フランジエッジ１０６ａ及び１０６ｂに対して一致するように保持される。同様に、第２光学ミラー１１６は、ミラーアセンブリー１０７のフランジエッジに対して一致するように保持される。
【００３９】
ミラー１１８及び１１６が各ミラーアセンブリー１０６及び１０７の上に適切に固定され、それらの表面と一致するミラー１１８及び１１６を備える各ミラーアセンブリー１０６及び１０７が完成した後、それらは容易にハウジング１１５に固定される。その後、ミラーアセンブリー１０６は、加工表面１１７ａ及び１１７ｂに接触するようにミラー１１８を配置することにより、第１開口位置に固定される。ミラー自身が表面１１７ａ及び１１７ｂに対して直接接触するため、その角度、方向、距離を含めミラーの正確な位置が、ハウジングの機械加工に基づいて正確に分かるであろう。その後、図３Ｂに示すように第１ミラーアセンブリー１０６をハウジング１１５に対して保持するように適切な固定具が取り付けられる。同様の方法で、第２光学ミラー１１６が、ハウジング１１５に対して接触するように、且つ、行われる加工プロセスにしたがって正確な関係を保って保持されるように、第２ミラーアセンブリー１０７がハウジング１１５に取り付けられる。
【００４０】
図３Ｃに見られるように、ホログラム検出媒体１２６は、図１及び図２に示すように、ハウジングの底面に配置され、ホログラム検出媒体３６及び９０に対応する。音響ホログラムは、図１に示されたもの、若しくは背景技術において開示され引用することにより本明細書に援用された音響イメージを生成するための様々な技術を開示した任意の先行特許に示されたものと同様の許容可能な技術により発生する。視認される対象物１１２の音響ホログラフパターンが、ホログラム検出媒体１２６に存在すると、ダイオード１２３からのコヒーレント光１１９がアパーチャー１２７を通過し、反射されて、平行レンズ１２５を介して第２光学ミラー１１６〜１１８へ向けられる。そのため、ホログラム検出媒体１２６に光のコヒーレントビームが照射され、それにより、ホログラムとしてパターンが認識される。イメージが、並進ステージ１２２に搭載されたカメラ１２４により受け取られ、そして記録される。当該カメラ１２４は、光学イメージとして光学空間フィルター１２１を介してイメージを視認する。これは、それが、平行レンズ１２５を介して受容され、ミラー１１８及び第２光学ミラー１１６で反射され、アパーチャー１２８を通過するからである。並進ステージ１２２は、そのようなステージの正確な移動のため、当該技術分野において知られた技術を使用して３次元的に移動可能である。
【００４１】
光学アセンブリー１１０において、同じ並進ステージ１２２は、光源１２３及びカメラ１２４の両方を保持する。したがって、光がステージ１２２から出射される角度及び位置におけるあらゆる変更は、カメラ１２４における変更に伴って起こり、２つの光学デバイス、すなわち、レーザーダイオード１２３及び集光器１２４は、互いに正確な位置を常に有するであろう。これにより、記録されたイメージの品質が大きく改善される。これは、ステージ１２２が、精密マイクロメーター調節装置により異なる方向に移動するためである。
【００４２】
光発生及び記録アセンブリー１０５は、２つの光装置、すなわち、レーザーダイオード１２３及びカメラ１２４を備える。レーザーダイオード１２３及びカメラ１２４の両方は、正確で、且つ互いに知られた関係で同じステージ１２２に取り付けられる。これは、従来技術において与えられたものを超える大きな利点を提供する。図２の従来技術に示すように、カメラ８０は、サポートプレート６８に取り付けられる。サポートプレート６８は、光学チューブ６２を保持する。そして、光源７４は、並進ステージ９６に載置される。並進ステージ９６は、平行レンズ８６から到来する所望の光ビームパターンにアパーチャー７３を一致させるため、３次元的に移動可能である。本発明のある実施の形態によれば、ステージ１２２は、レーザーダイオード１２３により放出される光が同じミラーで反射され、常にカメラ１２４に対してフィックスされた関係を保って通過することを実現する。つまり、ステージ１２２が、カメラが光を受光する角度を調整するよう移動する場合、レーザーダイオード１２３は、光の受光を修正するために僅かに移動する。これは、組み立てを非常に簡単にし、当該技術分野において可能であったものを超えて、ホログラム検出媒体１２６においてホログラムを一貫してイルミネートすることを確実なものとする。
【００４３】
ステージ１２２は、当該技術分野において、並進ステージ９６を移動させるために使用された同じ技術及びアセンブリーを用いて移動可能である。一般的に、移動量は非常に小さく、ミリメートル未満の範囲にある。ステージ１２２は、精密マイクロメーター調整により、異なる方向に移動することができる。市販されているマイクロメーターが良く知られており、ミリメートル及び数ミリメートルの範囲で精密に位置決めするためのステージに取り付けることができる。様々な所望の位置においてカメラを適切に配置するために、およそ１０〜１２ミリメートルの可動範囲が許容される。
【００４４】
ある実施の形態において、平行レンズアセンブリー１２５における平行レンズは、当該技術分野において使用されるタイプの単一のレンズであり、当該レンズは、ホログラム検出媒体１２６（例えば米国特許第５,１７９,４５５号参照）、平行レンズ８６、及び、取付ブラケット８７から正確な距離のところに取り付けられる。
【００４５】
図４は、本発明のさらに別の原理に係るレンズの別の態様を示している。本発明に係るレンズの好ましい実施の形態において、平行レンズアセンブリー１２５は、コヒーレント光１１９及び光学ビーム１２０をフォーカスするための機能を果たす２又は３以上のレンズ層を含む。
【００４６】
図４に示された実施の形態において、平行レンズアセンブリー１２５は、３つの区別可能なレンズ層を有する。第１層１３０は、好ましくは、概して１．８のオーダーの屈折率を有するフリントガラスのタイプの透明体である。この第１レンズ１３０の曲率及び形状は、カメラ１２４により観測されたイメージについて必要とされる最終形状及びフォーカスを提供するように選択される。層１３１は、実質的にフリントガラスより低い屈折率を有する透明体、例えば、空気、真空、アルゴン等の希ガス、およそ１．０に等しい低屈折率を有する他の媒体である。層１３１の曲率は、レンズ１３０の裏面の曲率と一致する。これは、それは、レンズ１３０の表面に接触し、レンズ１３２は、入射ビームの曲げをさらに増加させるからである。
【００４７】
第３レンズ１３２は、好ましくは、概して、１．５のオーダーの屈折率を有するクラウンガラスのタイプの透明体として与えられる。第３透明体１３２の形状及び位置は、ホログラム検出媒体１２６にイメージを最初に形成するように選択される。
【００４８】
平行レンズアセンブリー１２５におけるレンズの正確な屈折率及び特定の形状は、ホログラム検出媒体１２６までの距離、レンズからカメラ１２４までの全光路長、及び、他のファクターを含む数多くのファクターに基づくであろう。そのため、第１レンズ１３０は、およそ１．８の屈折率を有するが、様々な実施の形態によれば、屈折率は、１．６２〜１．９にあるか若しくは１．６２〜１．９に及ぶであろう。好ましくは、１．７〜１．８５の範囲にある。大抵の場合、屈折率は、概して、１．００１以下の範囲に含まれる傾向があるけれども、第２レンズは、１．００００〜１．０５の範囲に及ぶ屈折率を有するであろう。第３レンズ１３２は、概して、１．４２〜１．５９の範囲に及ぶ屈折率を有するが、好ましくは、１．４８〜１．５２の範囲の屈折率である。
【００４９】
これらの３つの分離して形成された層は、精密ハウジングアセンブリー１０４のホログラム検出媒体１２６からの精密に規定された距離を有する突出した表面(registered surface)１３３を提供する精密レンズ搭載アセンブリー１２９に搭載される。これらの３つの分離された層は、精密レンズ搭載アセンブリー１２９に搭載される。精密レンズ搭載アセンブリー１２９には、突出した表面１３３、精密スペーサー１３４、及び最終周辺シール１３５が設けられている。最終周辺シール１３５は、それを所望の位置に保持するため、シール１３５に装着される精密固定リングにより適所に取り付けられる。
【００５０】
平行レンズアセンブリー１２５は、空気若しくは真空を有する一つのレンズの代わりに、３つのタイプのガラスから構成されていても良い。別の態様では、それは、４つのレンズ層、３つのレンズ及び１つの空気、ガラス若しくは空気の様々なコンビネーションからなる５つの層であってもよい。
【００５１】
この精密レンズ搭載アセンブリー１２９は、ハウジング１１５を形成することに関して前述したタイプの精密３軸ＣＮＣ切削装置を使用して加工された鋳造アルミニウムの一体成形品から構成される。特に、精密レンズ搭載アセンブリー１２９は、金属鋳造枠を使用してアルミニウム若しくは他の金属ハウジングとして最初に鋳造される。それは、概して、アルミニウム鋳型鋳造法を使用して得られるものと同様の許容度を有する環状アセンブリーとして鋳造されうる。その後、精密レンズ搭載アセンブリー１２９が、ＣＮＣ切削装置に配置され、様々な表面が互いに精密に切削されうる。リテーニングブラケット１３３は、精密な形状に切削され、精密レンズ搭載アセンブリー１２９の底面１３７から特定の距離を有することとなる。アパーチャー１３６は、また、ブラケット１３３に対して正確な距離の位置において形成される。
【００５２】
切削工程が完了した後、レンズ１３２は、アパーチャー１２８に配置され、突出した表面に沿ってブラケット１３３に密に接触するように固定される。その後、精密スペーサーが挿入される。好ましくは、精密スペーサー１３４は環状の形状を有し、光学レンズ１３２の正確な環状のディメンジョンと形状が一致する。それは、ねじ山１３７に固定されるか、若しくは許容可能な任意の技術により配置されても良い。それは、正確な形状及びカウント数を有するねじ山を含み、既知の位置においてレンズ１３２を固定し、また、レンズ１３１及び１３０のための精密スペーシングを提供する。精密スペーサー１３４が配置された後、光学レンズ１３０は、突出した表面に沿って精密スペーサー１３４に接触するように配置され、正確な位置に固定される。精密スペーサー１３４は、光学レンズ１３２、１３０が、所望のディメンジョン、位置、及び形状の空気レンズ１３１を形成するように互いに正確な距離離れて、そして、互いに正確な関係性をもって、正確に配置されることを確実なものとする。
【００５３】
レンズ１３２、１３０が載置された後、それらの間の内部スペースを、空気、アルゴン、他の許容可能なガス等の適切なガスにより充填しても良い。ある実施の形態では、平行レンズアセンブリー１２５の組み立ては、アセンブリーに存在する特定位置の外気がレンズチャンバー１３１内にあるように、十分クリーンでかつダストフリーである外気において実行される。いくつかの実施の形態において、レンズ間の内部領域は、非常に低いトール、例えば、１〜５トールの範囲の真空まで真空引きされる。レンズ間における真空引きにより、それらの間に存在するダスト若しくは不純物についての全てのポテンシャルを排除するという利点、若しくは、２つのレンズが、スペーサー１３４により決定される互いに関して特定の関係が保持されることを確認できるという利点を提供する。これは、真空によりレンズを互いに引きつけ、スペーサー１３４に関して精密に配置させるからである。適切なガス若しくは真空がレンズスペース１３０に配置された後、気密シール１３５が適用され、全光学アセンブリーの周りにおいて気密シールを保持する。もし望まれるならば、同様の気密シールブラケット１３５をまたより低い突出表面１３３に適用しても良い。しかしながら、これは、大抵の実施の形態において必要とされることではない。これは、精密形成表面１３３は、レンズ１３２との気密シールを確実なものとするために充分であるからである。シーリングカラー１３５が適用された後、不図示のリテーニングリングが、加工されたねじ山１３７に搭載される。加工されたねじ山１３７は、予め設定された方向にレンズを保持するため、精密レンズ搭載アセンブリー１２９に設けられる。
【００５４】
平行レンズアセンブリー１２５が完全に組み付けられた後、それは、アパーチャー１３６を使用して事前加工されたハウジング１０４に配置され、ハウジング１０４において正確に配置されたロッドと一致する。当該ロッドは、底面ブラケットから上方向に延びるタイプであり、上述したのと同様にして、１０４のフォーメーションの一部として形成されるであろう。
【００５５】
レンズを搭載するための図４に示した当該別の態様に係るレンズ及び技術は、レンズアセンブリーが、ハウジングアセンブリーから分離して精密に形成されてもよく、ハウジング１０４を表面１１７ｆの下の精密表面光学プレート１０１に固定することにより２つが非常に単純なプロセスで正確に配列されて組み立てられる。
【００５６】
３パート光学レンズアセンブリーは、従来技術において以前使用されたシングル平行レンズ８６により可能とされるものを大きく超える利点を与える。メディカルイメージングにおいて成果を向上させるキーの一つは、視野を広げることである。例えば、人間の細胞が医療診断のため検査されるとき、より広い視野により、一度に検査される細胞の量は実質的に多くなる。そのため、検査しつつ対象１２を観察するとき、全領域の単一の大きなイメージは、医者の理解を大きく向上させる。さらに、より広い視野は、医者が結論を読み解くのに掛かる時間並びに検査回数を劇的に減少させる。これは、従来技術により、多重イメージが同時に観測されることが要求される場合、シングルイメージが視認されうるからである。従来技術において、３”（インチ）の直径範囲におけるレンズは、非常に一般的であった。充分な光学特性を有するより大きいシングルレンズは作製するのが難しく、非常に高価であるからである。かなりの費用、時間、及び努力を払って、従来技術は、４”（インチ）の範囲のシングルレンズを使用することができた。当該範囲は、超音波ホログラフィーイメージを視認するため充分な品質を有していた。しかしながら、５”（インチ）は、最大の限界点であった。当該限界点により、レンズは、形成された対象物の特徴を視認するため、充分な正確性をもって作製されうる。より大きなレンズは、過剰の歪みを有し、光学特性において充分な正確性を与えなかった。これは、光のビームが、その最外端から中心側へ一つのレンズにより曲げられるからである。しかしながら、本発明の原則に従って作製されたレンズは、８”（インチ）の直径範囲で作製され、全ホログラムのクリアーな光学イメージを提供し、それにより、検査される細胞の視野を大幅に増加させる。
【００５７】
図４の実施の形態によれば、レンズ表面のそれぞれは、光の最初の曲げを実行する第１レンズ１３０、第２の曲げを実行する第２のレンズ１３１、第３の曲げを実行する最後のレンズ１３２を備える曲げ機能のマイナーな部分を実行し、各レンズは、従来技術においてされたよりも少ない光の曲げ量に貢献するが、全体として、レンズアセンブリーは、従来技術であるシングル平行レンズにより可能であったものよりさらに正確に、光ビームを曲げることができる。
【００５８】
直径６”（インチ）〜８”（インチ）の範囲のより広い視野は、特に人間細胞のより多くの部分、例えば、全腹部領域、肺、心臓若しくは他の領域等が可視化される場合、対象物１２のより効率的な検査を可能とする。
【００５９】
図５Ａ〜５Ｃは、本発明の原則に係る他の実施の形態を示す。好ましくは、本発明において使用される光源は、従来技術において利用可能なものを超えてイメージ品質を大幅に改良する新規でユニークなビームコンディショニングシステムを有する。図５Ａは、一般に使用されるタイプの従来型光源を示している。従来技術において知られているように、レーザーダイオードは、２以上の半導体材料の層から構成される。高輝度ビームについて、複数の層の対が積層され、光が、多くの積層された層の端部から出射される。これにより、形状が矩形で有り、いくつかの実施の形態においては、ビーム内に、僅かに異なる光強度のバンドを有する光源となる。それにより、標準的なレーザーダイオードは、レーザーダイオード１２３の光形成表面の矩形形状のため、矩形のビームプロファイル１４０を放出する。さらに、また、矩形形状は、光源のコヒーレント特性により実行される様々な回折パターンを有していてもよい。また、これらの回折パターンにより、全ビームの幅に亘って光の強度が僅かに異なることとなっていてもよい。イメージングアプリケーションにおいて使用されるとき、これらの回折パターンは、イメージにおいて、僅かにより暗く及びより明るいバンドとして現れる。これにより、いくつかの領域が過剰に露光され、他の領域が露光不足となる。これにより、しばしば、イメージを解釈するとき、矛盾が生じる。したがって、本発明者は、光源をより均一にするため、音波により生成されたホログラフィーパターンの形状と一致させるため、いくつかの改良を光源に対して行っても良いことを理解している。
【００６０】
図５Ｂは、本発明の原則に係る改良された光源１４１の第１の態様を示している。第１の態様において、レーザーダイオード源２３は、円形状を有するマイクロアパーチャー１４９を有するプレート１４３を使用するダイオードから放出されるポイントにおいて調節される。アパーチャー１４９は、光学レンズを含んでいてもよく、若しくは、それは、成形プレート１４３において正確な円状の穴であってもよい。プレート１４３を介して光を放出した後、２つの対向するマイクロプリズム１４４は、さらに光を円形にし、矩形のビームを、平行レンズアセンブリー１２５の丸い形状に一致する円形光学形状に変換する。２つの対向するマイクロプリズム１４４は、互いに様々な軸１４５ａ及び１４５ｂに沿って調整され、それが、円形光ビームとしてプリズム１４４から放出されるように、概して矩形のビームから光を変換する。光がマイクロプリズム１４４から出射されるため、さらなる成形プレート１４６は、光をさらにフィルターし、円形のビームを形成するのを助力するため、円形のパターンの、そこに形成されたマイクロアパーチャー１４９を有する。マイクロアパーチャー１４９は、特定の実施の形態では、光の所望のデザイン及びフォーカスに依存して、そこにマウントされたマイクロレンズを有していても良いし、もしくは、有していなくても良い。レーザーダイオードビームパターンの形状を矩形から円形に変換するためにプレート間にビーム成形構造１４４を有する２つの成形プレート１４３、１４６を使用することにより、平行レンズアセンブリー１２５を介して結像された音響ホログラムの全表面にわたって光源の円形カバーを提供することができ、全円形パターンに亘って均一な光強度を提供することができるという大きな利点を提供することができる。
【００６１】
図５Ｃは、レーザーダイオード１２３から放出された光の円形パターンを形成する別の態様を示している。図５Ｃに係る別の態様によれば、レーザーダイオード１２３から放出される矩形の光パターンは、円形である高品質ファイバー光ケーブル１４７まで直接インプットされる。高品質ファイバー光ケーブル１４７は、光を調節して、光が形成された矩形形状プロファイルよりも円形のプロファイルに光を変換する。ファイバー光ケーブル１４７の終端部において、光は、円形アパーチャー１４９を有する成形プレート１４８を通過する。アパーチャー１４９は、そこに配置されたマイクロレンズを有しても良いし、もしくは、有していなくても良い。円形のアパーチャー１４９は、さらに、ビームを調整して、回折効果を排除し、円形パターンの光強度の均一な分布を提供するであろう。
【００６２】
いくつかの実施の形態において、製造が容易でありコストが安いため、図５Ｃのデザインが好ましい。他の実施の形態では、概してファイバー光学ケーブル１４７により得られるであろうものより大きな最終強度、より高い均一性、より高い真円性を有するより高品質の光源が提供されるため、図５Ｂのデザインが好ましい。
【００６３】
図６Ａ〜６Ｄは、カメラ１２４を介して光学イメージを観察およびそれを記録するための様々な実施の形態を例示する。光学的空間フィルター１２１は、光学ハウジング並進ステージ１２２に配置され、レーザーダイオード１２３に近接している。光学空間フィルター１２１は、１００％光学的透過性、部分的光学的透過性、完全光学的ブロック性の様々な領域を含む様々な相互交換可能ディスクを備える。可能な光学的フィルターの様々な態様を以下に記載する。
【００６４】
図６Ａに見られるように、並進ステージ１２２は、ホログラム検出媒体１２６及び記録カメラ１２４をイルミネートする光源との間に配置された光学空間フィルター１２１を有する。図６Ａは、イメージを記録するための光学空間フィルター１２１についての第１の態様を示している。この第１の態様によれば、フィルターは、イメージの選択された部分の光をブロックするためのダーク領域１５０と、光が選択された部分を通過しうるアパーチャー１５１と、を含む。
【００６５】
光学的空間フィルター１２１は、光学的ハウジング並進ステージ１２２に配置され、レーザーダイオード１２３に近接している。光学的空間フィルター１２１は、１００％光学的透過性、部分的光学的透過性、完全光学的ブロック性の様々な領域を含む様々な相互交換可能ディスクを備える。可能な光学的フィルターの様々な態様を以下に記載する。
【００６６】
第１の態様によれば、領域１５１は、完全に光学的に透過性であり、領域１５１において受光した光の１００％を透過し、ダーク領域１５０は、完全に不透明である。ユーザーは、アパーチャー１５１を、受容されるイメージの所望の回折オーダーに調節するために、適切な機構を用いて並進ステージ１２２を移動させても良い。ホログラム検出媒体１２６に現れる超音波ホログラムの光学イメージは、様々な次数の成分を含んでいるであろう。これは、０次成分、＋１次成分、−１次成分、＋２次成分、−２次成分、＋３次成分、−３次成分等を含む。０次回折は、遥かに最も強く、最も多くの光の量を含む。最も多くの場合、０次は、非常に明るく、他の次数を圧倒し、＋１次及び−１次を観測することを困難とする。
【００６７】
図６Ａにおいて、唯一つの次数、例えば＋１次が通過を可能とされ、０次成分及び−１次成分を含む他の全ての成分がブロックされる具体例が提供されている。この実施の形態において、アパーチャー１５１は、光学ビーム１２０の＋１次成分の位置と正確に一致し、且つ、他の全ての次数の成分をブロックするように、配置される。
【００６８】
ユーザーは、異なる回数だけ、イメージの他の次数成分を受容及び記録するため、並進ステージ１２２を移動させることができる。例えば、アパーチャーは、第１期間の間、０次成分を受容及び記録するように、第２期間の間、−１次成分を受容及び記録するように、＋２次成分を受容及び記録するように配置されてもよい。図６Ａに示されたタイプのフィルターは、特定の所望の成分が特別検査され、イメージとしてブロックされた他の特定の成分がカメラ１２４により記録される。
【００６９】
図６Ｂは、光学的空間フィルター１２１についての本発明の他の実施の形態を示している。この実施の形態によれば、２つのアパーチャー１５１ａ、１５１ｂが与えられ、ダーク領域１５０の残りの部分は、存在する不透明ブロック部材を有する。２つのアパーチャー１５１ａ、１５１ｂを使用することにより、当該実施の形態が、フィルターを通過する光のより高い品質を有するより高いダイナミックレンジを効果的に倍にするという主要な利点を有するカメラ１２４を使用した記録のため、２つの次数の成分を同時に通過させることができる。例えば、アパーチャー１５１ａ、１５１ｂのスペーシングを選択し、＋１次及び−１次の成分を同時にフィルターに通過させることができる。回折の両次数が記録され、それにより、より多くの情報を記録し、ホログラム検出媒体１２６の最初の音響イメージを生成するためより少ない超音波パワーしか要求しない。ある実施の形態では、２つのアパーチャーのうち１つにマイクロレンズを使用して、回折の異なる２つの次数からの光を調節して、カメラ１２４により記録された両方の次数からの情報として１つの次数の複合体を提供する。
【００７０】
図６Ｃは、光学的空間フィルター１２１についての他の実施の形態を示す。当該他の実施の形態によれば、０次回折成分は、完全にブロックされ、全ての他の次数を通過させる。当該実施の形態に係るフィルターは、不透明部材１５３を光学的空間フィルター１２１の中央に配置し、フィルター１５２の他の全ての部分は光に対して透明である。不透明部材を備える中央部分は、０次の回折に含まれる全ての光を安全にブロックするように選択される。この実施の形態において、並進ステージ１２２は、０次成分に含まれる全ての光をブロックするため、受光ビームの０次回折に不透明部材１５３を一致させるように配置される。＋１次、−１次；＋２次、−２次；及び＋３次、−３次等を含む他の全ての次数からの全ての光をカメラ１２４で受光し記録する。
【００７１】
図６Ｃの構成の主要な利点は、実効ホログラムパターン情報を捕捉する能力である。そのようなフィルターは、かなり低い強度を有するけれども、全ての他の回折次数を記録するに十分なように、０次の最も明るい強度をブロックする。０次回折ビームをブロックするフィルターがなければ、カメラ１２４は、イメージの記録を困難なものとし、他のより弱い回折されたイメージの記録を困難もしくは不可能とする過剰露光若しくはブルーミングを有しうる。ホログラムパターンが、図６Ｃに示されているタイプのフィルターを使用して記録されると、イメージは、コンピュータ的に再構築してもよく、イメージアーティファクトを除去し、生成された音響ホログラムをより正確に反映するイメージを生成するために適用されるソフトウェアフィルターを選択しても良い。
【００７２】
図６Ｄは、独創的な特徴の一つに係るさらに別の実施の形態を示している。図６Ｄは、ブロッキングパターンが完全には不透明でない光学的空間フィルター１２１を利用する。むしろ、ブロッキングパターンのそれぞれは、ある程度の光がそこを通過することを可能にする。レンズは、回折の各次数（０次；＋１次、−１次；＋２次、−２次等）の光の量をより厳密に等しくするために、光の一部を減衰させるであろう。ビームの０次成分に含まれる光は、幅広い範囲に亘って変化し、第２光学ミラー１１６によりカメラ１２４へ反射される、平行レンズアセンブリー１２５を通過する全光の５０％〜９９％の範囲内で変化してもよい。０次における光の量は、レーザーダイオードの輝度、イメージされる対象物のタイプ、他のファクター等の数多くのファクターに依存する。最も一般的な状況において、８５％〜９５％の範囲における量は極めて一般的であるけれども、０次における光の割合は、全光の９０％〜９８％である。統合された第１次回折＋１次及び−１次回折における光は、大抵、平行レンズアセンブリー１２５を通過する全光のおよそ７％〜１２％に等しく、８％〜１０％の範囲の量が最も一般的である。回折の次の次数、＋２次、−２次回折の光の量は、通常、第１次回折の量の約半分である。そのため、もし第１次回折が、１０％の範囲にある場合、第２次回折は５％の範囲にあるであろう。もし、第１次回折が６％〜８％の範囲にある場合、第２次回折は３％〜４％の範囲にあるであろう。通常、＋３次回折、−３次回折の光の量は、第２次回折の約半分である。そのため、もし第２次回折が４％〜５％の範囲にある場合は、第３次回折は、２％〜２．５％の範囲にある光量を有するであろう。光の多くの量、例えば９５％の光が０次回折に含まれる場合においては、第１次回折における光の量は、３％の範囲に含まれ、通常、第３次回折は、平行レンズアセンブリー１２５を通過する全光の１％未満の範囲にある。
【００７３】
したがって、独創的なフィルター１５５は、全ての次数が、選択された次数、例えば、所望の＋２次、−２次、もしくは、＋３次、−３次とおよそ等しくなるように、その次数の最初の強度に基づいて、回折の各次数を減衰させる。
【００７４】
図６Ｄに示された実施の形態において、第２次のものについて受光した０次及び１次の光を正規化する空間フィルターを示す。この具体例において、光の９０％は０次であり、光の約５．５％は第１次であり、光の約２．７％は第２次である。中央領域１５６は、０次ビームと一致しており、０次における光のおよそ９７％を吸収するように選択された不透明さを有し、そのため、０次の光の量の２．６％〜２．７％が通過しカメラ１２４により受光されるように光が減衰される。フィルター１５７の次の範囲は、＋１次及び−１次と一致しており、＋１次、−１次における光の５０％を通過させ、光の５０％を吸収するように、約５０％の不透明さ、すなわち、およそ５０％の透明性及び５０％の不透明性を有するように設計されている。隣のフィルター部分１５８は、回折ビームの＋２次、−２次と概して一致しており、当該領域において光のイメージを減衰しないであろう。そのため、＋１次、−１次については、全光の約２．６％〜２．７％が通過するであろう。＋２次、−２次の光の全てが回折の当該次数について減衰させることなく通過することを可能とするであろう。また、フィルター１５５の残りは、残りの次数、＋３次、−３次；＋４次、−４次の全ての光を減衰しないように通過させるために、完全に透明である。したがって、回折の全ての次数からの光は、カメラ１２４により記録されることが可能であり、ビジュアルセクションにおいて完全なホログラムを達成することができる。そのため、イメージ情報は、全ホログラムが記録されるように、回折の各次数、０次から少なくとも４次により得られるであろう。そのため、ホログラム自身の写真のイメージは、カメラ１２４に記録される。カメラ１２４により記録するため、カメラ１２４は第２次と等しくされた２次より大きい全ての回折次数を含む。
【００７５】
フィルター１５５は、光が均等化される次数に応じて、１、２、３、４もしくはそれ以上の減衰フィルターを有していても良い。そのため、フィルターは、＋３次、−３次の強度、＋４次、−４次の強度と等しい全ての光を減衰しうる。グラジュエーション減衰フィラー１５５の使用により、当該技術分野における如何なる試みにおいて以前から利用可能なものより多くのホログラム情報をカメラ１２４により記録することができるという利点を与える。
【００７６】
図７は、並進ステージ１２２の構造についてのある別の実施の形態を示す。図３Ｃに示す第１実施の形態において、ステージ１２２はフラットである。図７に示す第２の実施の形態において、並進ステージ１２２、光源１２３、及びカメラ１２４は、角度が傾斜した並進ステージ上に搭載されている。これは、光源及びカメラが一体として移動し、それらのいずれかを配置するために成される移動が他方を移動させ、当該２つは互いに正確な関係の下、正確な距離のままである。当該技術分野において、米国特許第５,１７９,４５５号において最も良く例示されているように、光源７４が並進ステージ９６に直接搭載されていた。しかしながら、カメラは異なる位置に載置され、ステージの移動はカメラの移動を引き起こさなかった。そのため、克服すべきマルチキャリブレーション及び調整を要求する記録されたイメージをわずかに歪める。そのため、カメラと光源の両方を同じ並進ステージ１２２上に有することにより、利点が得られる。
【００７７】
カメラ及び光源を同じ並進ステージ１２２上に有することにより、それらのそれぞれが中央軸からわずかにずれ、どれもそれらが面する平行レンズアセンブリー１２５に正確に垂直とはならないであろう。
【００７８】
図７は、平行レンズアセンブリー１２５に対する光学角度を調整するために、並進ステージが、傾いたアパーチャーを有し、それにより、それらのそれぞれが平行レンズアセンブリー１２５から到来する光に関してそれぞれの位置において正確に垂直である実施の形態を示している。特に、当該実施の形態における並進ステージ１２２は、光源１２３を受けるため、微小角度θ１で傾いた第１アパーチャー１６２を含み、光学的空間フィルター１２１（カメラアパーチャーとして機能する）を受けるため、微小角度θ２で傾いた他のアパーチャー１６３を含む。両方の凹状ホールは、レーザーダイオード１２３については、角度θ１で通常位置から角度が付けられ、光学的空間フィルター１２１については、角度θ２で角度が付けられている。
【００７９】
まず、光源１２３を見てみると、角度θ１は、レーザー光ビーム１６４を放出するように特に選択される。レーザー光ビーム１６４は、プレート１２２の中央ラインから光源までの距離に依存して、平行レンズアセンブリー１２５の面に正確に垂直であろう。レーザーダイオード発生構造１２３の詳細は説明を簡単にするため図７には示されていない。しかしながら、レーザー光ビーム１６４は、好ましくは、図５Ｂ及び図５Ｃに示されたタイプの調整フィルターを通過した後においては円形状である。しかしながら、これは要求されるものではなく、図５Ａのタイプのビームを使用しても良い。
【００８０】
好ましい実施の形態において、プレート１２２は、およそ１／２”（インチ）の厚さを有し、７”（インチ）〜８”（インチ）の範囲における直径を有する。したがって、レーザーダイオード１２３の、プレート１２２の中心からの距離は０．５”（インチ）〜２．５”（インチ）の範囲にあってもよい。そのため、角度θ１は、プレートのサイズと比較した実際の距離に基づいて、及び、平行レンズアセンブリー１２５までの相対距離及びサイズに基づいて選択されるであろう。角度θ１は、０．５°〜３°の範囲にあってもよいが、しかしながら、この値は、ハウジング１１５及びその中の様々な構成要素のディメンジョンに基づいて変動するであろう。
【００８１】
同様に、アパーチャー１６３は、並進ステージ１２２の前面において、正確な水平に対する微小角度で光学的空間フィルター１２１を配置するように僅かに傾けられている。角度θ２は、光学的空間フィルター１２１に入射された光が、フィルター自身に対して正確に垂直に調整されるように、変換プレート１２２の中心軸から光学的空間フィルター１２１までの距離に基づいて選択される。この調整により、全ての角度において光学的空間フィルター１２１を通過する光の強度を均一にするという利点が得られ、カメラ１２４により記録される様々な次数のそれぞれについてフィルターを通過する光の量を正規化する助力をする。カメラのサイズ及びプレートのサイズに依存する距離は、図７に示された実施の形態のように、光源のものと正確に同じであり、それにより互いに２つのアパーチャーが対称であってもよい。別の態様では、当該距離は同じである必要はなく、当該角度も互いに同じである必要はない。これは、それらは、中心プレート１６１からのそれぞれの距離に依存するからである。したがって、いくつかの実施の形態において、角度θ２は、０．５°〜３°の範囲に含まれていても良い。それぞれのアパーチャー１６２、１６３は、ホログラムの光学的イメージをより正確に記録するため、平行レンズアセンブリー１２５を通過する入射ビームの垂直方向に厳密に一致するように傾いている。
【００８２】
傾いたアパーチャーを作製する一つの態様は、所望の角度でプレート１２２にホールを穿設し、アパーチャー１６２、１６３に対して挿入されうるそれぞれのレーザーダイオード１２３及び光学的空間フィルター１２１を保持するブラケットアセンブリーが挿入されるねじ山を形成するように、プレート１２２の丁度途中のある距離まで、穿設された穴を形成することである。光源１２３及び光学的空間フィルター１２１を保持するアパーチャー１６２及び１６３は、プレート１２２においてアパーチャーのねじ山と接触する外端部にフランジを備える。光学的ツール１２３及び１２１は、ブラケットに搭載しても良く、プレート１２２にねじ山が形成され、各アパーチャー１６２及び１６３上でストップさせる。
【００８３】
カメラ１２４がプレート１２２に搭載されると、プレートは適当な次数で空間フィラー１２１を調整するため移動させてもよい。図７に示すように、空間フィルター１２１は、−１次のビーム１６７で調整される。０次ビーム１６６に含まれる光は、他の全ての次数の光ビームと同じように、ブロックされるであろう。ステージ１２２は、０次ビーム１６６若しくは＋１次ビーム１６５で空間フィルター１２１を調節するため、移動させてもよい。説明を簡単にするため、ビーム１６５、１６６及び１６７の間隔は図７においては縮尺通りには示されていないが、実際は、当該ビームは、全てが同時に空間フィルター１２１に衝突するように互いにより近い。図７は、３つの分離したビームの存在を示すことを改善するため、大きく離間してそれらを示している。勿論、レンズアセンブリー１２５から到来する光は、多くの他の次数（＋２次、−２次；＋３次、−３次等）を含み、これらは簡単のため示されていない。そのため、並進ステージ１２２の必要とされる動きは、光の所望の光学的次数で空間フィルター１２１を調整するため、非常に小さいであろう。
【００８４】
使用される特定の空間フィルター１２１は、図６Ａ〜６Ｄに示されたもの、及び、本明細書に記載された他のものから選択されたフィルターのいずれかであってもよい。ある実施の形態において、図６Ａ〜６Ｄにおいて示されたフィルターのそれぞれが設けられ、それぞれによりイメージが記録される。ディスクの各４分の１に一つのフィルターを有する、回転ディスク等の変化可能機構に４つのフィルターを配置する。ある実施の形態によれば、第１セットのイメージが図６Ａのフィルターにより適所に記録され、その後、図６Ｂのフィルターにより配置変換され、その後、図６Ｃのフィルターにより配置変換され、その後、図６Ｄのフィルターにより配置変換される。このため、４セットのイメージが記録され、医者は、医療診断を実施するため、全てのセットのイメージにアクセスすることができる。そのため、変化可能な光学的空間フィルターの当該実施の形態は、短い期間に大きなアレイのイメージを得ることができるという大きな利点が得られ、患者の処置において助力するため検討される大量のデータを医療専門家に提供する。
【００８５】
上述した様々な実施の形態は、別の実施の形態を提供するため、組み合わせてもよい。当該明細書に参照され及び／又は出願データシートに挙げられた米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許公開は、全体として、本明細書に引用して援用する。実施の形態の態様を修正しても良く、必要であれば、さらに別の実施の形態を提供するため、様々な特許、出願及び出願公開のコンセプトを採用してもよい。
【００８６】
これらの及び他の変更を上記詳細に説明した記載に照らして実施の形態に対して行っても良い。一般的には、以下のクレームにおいて、使用される用語は、本明細書及びクレームにおいて開示された特定の態様にクレームを限定するものと解釈すべきではなく、当該クレームが権利を与えられた完全に等価の範囲と同様に全ての可能性として考えられる実施の形態を含むと解釈すべきである。したがって、クレームは本開示によって制限されない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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