観察装置
【課題】信号取得レートが低い検波器を用いる場合であっても移動している対象物の像を高速に高感度で得ることができる観察装置を提供することを目的とする。
【解決手段】観察装置１は、信号発生部ＳＧ、回折波発生部１０、検出部２０、および演算部３０を備える。回折波発生部１０は、移動している対象物２に音波を照射して回折波を発生させる。検出部２０は、検波面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータのｖ方向についての総和を表すデータを、ｕ方向の各位置について各時刻に出力する。演算部３０は、検出部２０の出力に基づいて対象物２の像を得る。
【解決手段】観察装置１は、信号発生部ＳＧ、回折波発生部１０、検出部２０、および演算部３０を備える。回折波発生部１０は、移動している対象物２に音波を照射して回折波を発生させる。検出部２０は、検波面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータのｖ方向についての総和を表すデータを、ｕ方向の各位置について各時刻に出力する。演算部３０は、検出部２０の出力に基づいて対象物２の像を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の像を観察する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物に音波を照射して、対象物から生じる回折波に基づいて、対象物を観察する装置が知られている。例えば、対象物の音響インピーダンス像を観察する技術として、特許文献１には、複数のエレメント（振動子）を備える探触子から超音波を対象物に送信し、各エレメントで受信したエコー信号に、被検部位から各エレメントまでの到達時間差に応じた補正を加えた後、加算することにより、精度の高いエコー信号を得て、生体の内部組織の音響インピーダンスの差異を画像化する超音波診断装置が開示されている。この装置では、物理的に異なる位置のエレメントに到達する音波の時間差を補正することで、疑似的に複数エレメントが同一点に存在するようにした上で、受波した結果を得ている。また、特許文献１には、得られたエコー信号に疑似雑音信号を加味した後、エコー信号を加算手段により加算する方法が開示されている。特許文献１では，各エレメントの超音波発射時刻に僅かな時間差をつけることによって、一定方向に向かって収束する超音波ビームを走査することで２次元像を得る方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２および非特許文献１には、複数の角度から平面音波を対象物に全面照射し、その回折波を空間的に異なる位置において検波して得られた複数の回折分布または回折像からフーリエ回折定理（Fourier Diffraction Theorem）を用いることにより、３次元または２．５次元の対象物内の速度分布や減衰率分布を断層像として得る超音波ＣＴ（Computed Tomography）に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５６９４３公報
【特許文献２】特開２００４−１４１４４７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C. Pintavirooj, ”Ultrasonic Diffraction Tomography,” Internationaljournal of applied biomedical engineering, 1, 34, (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、遅延手段によりエコー信号に時間遅延を与えた後に加算することを特徴としている。しかし、一旦加算された信号を分離する手段は開示されていない。また、特許文献１では、疑似雑音信号の１周期の間におけるエコー信号が一定であることが必要である。すなわち、対象物の移動によるエコー信号の変化が十分小さいと見なせる時間内に、疑似雑音信号の１周期分をエコー信号に加算する必要がある。また、上記特許文献２および非特許文献１に記載された技術を用いた観察装置では、対象物は静止している状態か、静止していると見なせる時間内に複数の角度から平面波を照射して複数の回折像を得る必要がある。これらの装置で、ＳＮを向上させつつ、移動している対象物からの回折像を得るには、受信アレイエレメントからの信号の取得レートが高い検波器を用いて、対象物が静止していると見做し得る期間に複数枚の画像を得ることが必要である。しかし、対象物が十分静止していると見做し得る時間内に複数回撮影するには、高周波回路が必要となり、回路規模が大きくなるという問題がある。文献１，２および非特許文献１では、いずれも対象物が移動することによるドップラーシフト効果による信号変化が十分無視できる時間内に疑似雑音信号を加算するか、または信号取得を完了することが前提となっている。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信号取得レートが低い検波器を用いる場合であっても、移動している対象物の像（音響インピーダンス分布、減衰率分布、速度分布）を得ることができる観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の観察装置は、所定の周波数の信号を生成する信号発生部と、所定の周波数の信号を入力して音波を生成する音源を有し、移動している対象物へ音波を照射する回折波発生部と、音源による音波照射により対象物で生じた回折波のうち所定平面に到達した音波において対象物の移動に因るドップラーシフト効果が一定となる所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向に直交する所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に平行な方向を第２方向としたときに、所定平面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの、第２方向についての総和を表すデータを、第１方向の各位置について各時刻に出力する検出部と、検出部から出力された所定平面上の第１方向の位置および時刻を変数とするデータについて、時刻変数に関する１次元フーリエ変換、周波数に関する１次元フーリエ変換、および第１方向に関する１次元フーリエ変換を行って、これらの１次元フーリエ変換により得られたデータを対象物の像として得る演算部と、を備えることを特徴とする。ここで第１方向は、対象物の移動方向に垂直な方向であり、第２方向は対象物の移動方向に平行な方向である。
【０００９】
本発明の観察装置では、移動している対象物は、音源により音波が照射されて、回折波を発生させる。その回折波は、散乱方向に応じた量のドップラーシフトを受ける。その回折波は、検出部により検波される。所定平面に到達した音波において対象物の移動に因るドップラーシフト効果が一定となる所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向に直交する所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に平行な方向を第２方向とする。所定平面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの第２方向についての総和を表すデータが、第１方向の各位置について各時刻に検出部から出力される。演算部では、検出部から出力された所定平面上の第１方向の位置および時刻を変数とするデータについての時刻変数に関する１次元フーリエ変換と、周波数に関する１次元フーリエ変換と、第１方向に関する１次元フーリエ変換と、が行われて得られたデータが対象物の像として得られる。
【００１０】
本発明の観察装置では、検出部が、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、複数のマイクロフォンが、第１方向および第２方向に並設され、第２方向のマイクロフォンは、その出力側で電気的に接続されてもよい。
【００１１】
本発明の観察装置では、検出部が、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、複数のマイクロフォンが、第１方向および第２方向に並設され、演算部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和を得る各出力総和器を備えてもよい。
【００１２】
本発明の観察装置では、検出部が、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換するマイクロフォンを備え、マイクロフォンは、入力された音波により振動する振動板と、振動板と所定の間隔を有して配置される固定板と、レーザー光源と、ビームスプリッタと、光強度を電気信号に変換するフォトセルとを含み、フォトセルは、第１方向および第２方向に並設され、第２方向についての総和を表すデータを、第１方向の各位置について各時刻に出力することとしてもよい。
【００１３】
本発明の観察装置では、信号発生部から所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照音波を生成する第１参照音波発生部を更に備え、検出部が、検波面において、対象物で生じた回折波と第１参照音波とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１４】
本発明の観察装置では、信号発生部から所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照信号を生成する第１参照信号発生部を更に備え、検出部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第１参照信号とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１５】
本発明の観察装置では、対象物で生じた回折波のうち、対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照信号を生成する第２参照信号発生部を更に備え、検出部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第２参照信号とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１６】
本発明の観察装置では、対象物で生じた回折波のうち、対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照音波を生成する第２参照音波発生部を更に備え、検出部が、検波面において、対象物で生じた回折波と第２参照音波とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１７】
本発明の観察装置では、演算部が、時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、所定の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、周波数に関する１次元フーリエ変換、および第１方向に関する１次元フーリエ変換を行うこととしてもよい。
【００１８】
本発明の観察装置では、演算部が、時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、前記所定の周波数の信号を変調器で変調した信号の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、周波数に関する１次元フーリエ変換、および第１方向に関する１次元フーリエ変換を行うこととしてもよい。
【００１９】
本発明の観察装置では、対象物の移動速度を検出する速度検出部を更に備え、演算部が、速度検出部により検出された対象物の速度に基づいて、フーリエ変換の際に対象物の速度変化に関する補正を行うこととしてもよい。
【００２０】
本発明の観察装置では、回折波発生部が、広帯域の音波を生成する音源を有することとしてもよい。また、回折波発生部が、前記音波としてパルス波を生成することとしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、信号取得レートが低い検波器を用いる場合であっても、移動している対象物の像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の観察装置による対象物の像の取得の原理を説明する図である。
【図２】第１実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図９】第３実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図１０】第４実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図１１】乗算器を用いたヘテロダイン検波器の構成を示す図である。
【図１２】第５実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図１３】静電型マイクの原理を説明する図である。
【図１４】動電型マイクの原理を説明する図である。
【図１５】光学式マイクの原理を説明する図である。
【図１６】光学式マイクの原理を説明する図である。
【図１７】光学式マイクの原理を説明する図である。
【図１８】第６実施形態に係る観察装置に用いられる光学式マイクの構成を説明する図である。
【図１９】第７実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成を示す図である。
【図２０】第７実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
本実施形態の観察装置は、移動している対象物に音波が照射された際に生じるドップラーシフト効果を利用し、特に、対象物で生じた回折波の進行方向とドップラーシフト量との間に一定の関係が存在することを利用して、対象物の像を取得するものである。初めに、図１を用いて、本実施形態の観察装置による対象物の像の取得について原理的な事項について説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態の観察装置による対象物の像の取得の原理を説明する図である。この図には、ξη座標系およびｕｖ座標系が示されている。ξ軸およびｕ軸は、互いに平行である。η軸およびｖ軸は、互いに平行である。観察対象である対象物２はξη平面上に存在する。
【００２６】
対象物２はξη平面上で−η方向に移動しているものとする。ξη平面に垂直な方向に進む音波Ｌ０が対象物２に照射されるとする。この音波Ｌ０は例えば平面波である。対象物２に音波Ｌ０が照射されることにより生じる回折波Ｌ１〜Ｌ３は、様々な方向に進み、また、対象物２の移動によりドップラーシフトを受ける。対象物２の移動方向と同じ方向に散乱方向ベクトル成分を有する回折波Ｌ１は、周波数が高くなる。対象物２の移動方向に散乱方向ベクトル成分を有しない回折波Ｌ２は、周波数が変化しない。対象物２の移動方向と逆の方向に散乱方向ベクトル成分を有する回折波Ｌ３は、周波数が低くなる。これらの回折波Ｌ１〜Ｌ３は、ｕｖ平面に到達する。
【００２７】
速度ベクトルＶで移動する対象物２に周波数ω０をもつ音波を照射したときに、対象物２で生じる回折波を静止観測点で観測すると、ドップラー効果によるドップラーシフト周波数ωｄが加わった回折波の周波数は、下記（１）式で表される。（１）式では、対象物２への入射単位ベクトルをｓ０とし、対象物２で生じた回折波の散乱方向を示す散乱単位ベクトルをｓとしている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
例えば、音源が、静止している観測者に向かって速度Ｖで移動している場合を考える。この場合、移動物体自体から音波を発しているため、入射ベクトルｓ０は０としてよい。また散乱単位ベクトルｓと速度ベクトルＶとがなす角度は０度であるから、散乱単位ベクトルｓと速度ベクトルＶの内積は単に速さ｜Ｖ｜となる。したがって、この場合、（１）式は（２）式で表すことができ、観測者は、元の周波数ω０よりも（|Ｖ|／ｃ）ω０だけ高い周波数を観測することとなる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
また、（１）式において、音波の速さｃに比べて速さ|Ｖ|は十分小さい場合、（３）式が導かれる。（３）式において、λは音波の波長を表す。（３）式はドップラーシフト量ωｄは、（ｓ−ｓ０）と移動物体の速度ベクトルＶの内積に比例することを表している。
【００３２】
【数３】
【００３３】
（３）式より、速度Ｖと入射ベクトルｓ０が一定の場合、ある位置で観測される回折波のドップラーシフト周波数は散乱角と一対一で対応することがわかる。したがって、そのドップラーシフト周波数での波の複素振幅値は、回折波のその散乱角における複素振幅値を与える。回折波の最大検波角をθｍａｘとすれば、得られるドップラーシフト周波数の最大値は±ＢＷである。ＢＷを（４）式に示す。
【００３４】
【数４】
【００３５】
ところで、回折波の検波面を無限遠方においたときに得られる回折波パターンが対象物の角度スペクトルとして得られる。これは無限遠方での第１次ボルン近似式である（５）式により確かめられる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
上記（５）式において、ｆ１（ｓ，ｓ０）は散乱強度(scattering amplitude)であり、Ｆは散乱ポテンシャルである。ベクトルＫは２π(ｓ−ｓ０)／λである。λは音波の波長を表す。（５）式は散乱ポテンシャルＦをベクトルｒ空間でフーリエ変換された結果がＫ空間での散乱強度ｆ１になることを表している。Ｋ空間とは角度スペクトルまたは空間周波数Ｋそのものである。音波の場合、対象物外での音速をｃ０、対象物内の音速分布をｃ（ｒ）とすれば、散乱ポテンシャルＦは以下の（６）式で表される。
【００３８】
【数６】
【００３９】
すなわち物体の空間周波数Ｋが、フランフォーファー回折面に現れる。また空間周波数Ｋは、速度Ｖとの内積によりドップラーシフト周波数ωｄに変換される。以上、２つのことから、対象物の空間周波数スペクトルは、ドップラーシフト周波数スペクトルに現れることがわかる。
【００４０】
（第１実施形態）
本実施形態の観察装置１は、以上に説明した原理に基づいて、対象物２の像を取得するものである。図２は、第１実施形態の観察装置１の構成を示す図である。本実施形態の観察装置１は、図２に示すように、信号発生部ＳＧ、回折波発生部１０、検出部２０、および演算部３０を備える。
【００４１】
信号発生部ＳＧは、音波を発生させるための信号を生成する手段であり、周波数ω０の正弦波ｓｉｎ（ω０ｔ）の信号を回折波発生部１０に出力する。
【００４２】
回折波発生部１０は、信号発生部ＳＧから信号を入力して音波を生成し、対象物２へ音波を照射して回折波を発生させる手段である。回折波発生部１０は、トランスデューサ１２を備える。トランスデューサ１２は、信号発生部ＳＧから信号を入力して音波を生成し、移動している対象物へ音波を照射する。トランスデューサ１２は、複数のスピーカから構成され、各スピーカに信号発生部ＳＧからの信号が入力される。各スピーカに入力される信号は、対象物２に平面波が入射されるように位相関係が所定の量に保たれている。トランスデューサ１２は、複数のスピーカにより平面波を出力し、この平面波を対象物２へ照射する。本実施形態では、各スピーカに同一の位相を有する正弦波が入力される。このため、トランスデューサから出力される音波は、図２に示すＺ軸方向に進行する平面波となる。なお、隣り合うスピーカに入力される信号の位相差が一定量の場合、Ｚ軸に対して、位相差の量に応じた角度を有する平面波が出射される。なお、本明細書において、ξ軸方向、ｕ軸方向、Ｘ軸方向、第１方向は互いに平行な向きであり、η軸方向、ｖ軸方向、Ｙ軸方向、第２方向は、互いに平行な向きである。
【００４３】
トランスデューサ１２は、この平面波を対象物２へ照射する。平面波が対象物２に照射されると、対象物２において様々な方向に散乱する回折波が生じる。対象物２で生じた回折波は、検出部２０に到達する。
【００４４】
対象物２はξη平面上で−η方向（図２における−Ｙ方向）に移動しているものとすると、検出部２０に到達した回折波において対象物２の移動に因るドップラーシフト周波数が一定となる第１方向は、ξ軸に平行なｕ方向（図２におけるＸ方向）である。この第１方向に直交する第２方向は、η軸に平行なｖ方向（図２におけるＹ方向）である。検出部２０は、検波面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの第２方向（ｖ方向）についての総和を表すデータを、第１方向（ｕ方向）の各位置について各時刻に出力することができる。
【００４５】
検出部２０は、複数のＹ方向に延在するトランスデューサｄｎにより構成される。トランスデューサｄｎは、検出部２０に到達した音波を受波し、電気信号に変換する手段である。検出部２０では、Ｘ方向に向かってＮ個のトランスデューサｄｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）が並設されている。図２では、そのうち一つのトランスデューサｄｎを示している。各トランスデューサは、物理的にはＹ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)（ｍ＝１，２，…，Ｍ）により構成されている。すなわち、マイクロフォンｄｎ(ｍ)は、第１方向（Ｘ方向）および第２方向（Ｙ方向）に並設されている。各マイクロフォンｄｎ(ｍ)は、音波を受波して電気信号に変換する。各マイクロフォンｄｎ(ｍ)が検出部２０の１つの画素に相当し、各マイクロフォンｄｎ(ｍ)が検波面を形成する。本実施形態では、検出部２０の検波面は、対象物２のフランフォーファー回折像面または結像面のいずれでもないフレネル回折像面に配置されている。
【００４６】
Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されている。各トランスデューサｄｎは、各マイクロフォンｄｎ（ｍ）からの出力信号ｉｎ(ｍ)（ｔ）を電気的な接続により合波し、時刻毎に変数ｍについて１からＭまで総和された信号ｉｎ（ｔ）を出力する。すなわち、本実施形態では、マイクロフォンｄｎ(ｍ)が２次元に配置されているが、各マイクロフォンｄｎ（ｍ）のＹ軸方向の電気的接続により、Ｙ軸方向に長尺なトランスデューサｄｎが、Ｘ軸方向に並設された１次元トランスデューサと同様の構成を有する。各トランスデューサｄｎにおいて出力される信号ｉｎ（ｔ）を（７）式に示す。
【００４７】
【数７】
【００４８】
演算部３０は、検出部２０から出力された信号ｉｎ（ｔ）について所定の演算を行って対象物２の像を得る。この演算内容について以下に説明する。
【００４９】
演算部３０は、各トランスデューサｄｎから出力される信号ｉｎ（ｔ）を取得し、（８）式に示すように、この信号ｉｎ（ｔ）について時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換を行う。（８）式においてωは時間周波数を表す変数であり、ＦＴｔは、時刻変数ｔに関するフーリエ変換の演算を表す記号である。
【００５０】
【数８】
【００５１】
検出部２０の各トランスデューサｄｎには、種々の周波数を有する散乱波が入射する。したがって、検出部２０において検出される音波は、種々の周波数成分を含むものとなる。ここで、（８）式のように、信号ｉｎ（ｔ）を時刻変数ｔに関して１次元フーリエ変換すると、検出部２０の検波面がフラウンフォーファ回折像面に配置された場合に得られる周波数分布と同様の周波数分布が得られる。すなわち、フレネル面に配置される検出部２０により検出された不規則な周波数分布が、信号ｉｎ（ｔ）が時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換により、規則的な周波数分布に変換される。
【００５２】
以降、信号Ｉｎ（ω）をＩ（ｎ，ω）と表記する。変数ｎは、トランスデューサｄｎの第１方向の位置を表す。（８）式により得られた信号Ｉ（ｎ，ω）には、トランスデューサ１２から出射された音波の周波数ω０を中心にドップラースペクトルが含まれている。演算部３０は、信号Ｉ（ｎ，ω）から時間周波数ω０を中心に最大ドップラーシフト周波数ＢＷ（（４）式）を前後に含むように周波数領域を切り出し（（９）式）、位置ｎにおけるドップラーシフト周波数スペクトルI（ｎ，ωｄ）を得る。なお、（９）式は、右辺のＩ（ｎ，ω−ω０）を周波数［−ＢＷ〜ＢＷ］の範囲で切り出す操作を表している。
【００５３】
【数９】
【００５４】
ドップラーシフト周波数スペクトルI（ｎ，ωｄ）は、対象物２のＹ方向の空間周波数スペクトルを表す。対象物２のフランフォーファー回折像をＧと表記すると、（９）式は（１０）式のように表すことができる。
【００５５】
【数１０】
【００５６】
（１０）式において、ＦＴｎは変数ｎに関するフーリエ変換を表す。またＨ（ｘ）はＸ方向の２次位相（Quadratic phase）である。ここで、ｘは第１方向と平行な方向であり、フランフォーファー回折像面上の座標を表す。２次位相Ｈは、検出部２０の配置される位置により決まる値であり、検出部２０の検波面が対象物２のフランフォーファー回折像面（ｘ−ｙ面）に配置された場合には、２次位相Ｈ（ｘ）は１となる。本実施形態では、検出部２０の検波面は、フランフォーファー回折像面または結像面のいずれでもない位置に配置される。この場合、像のボケがこの２次位相Ｈ（ｘ）として現れる。この２次位相Ｈ（ｘ）は、対象物２を測定する前にあらかじめ測定して得ることができる値である。
【００５７】
演算部３０は、（１１）式に示すように、（１０）式の左辺を２次位相Ｈ（ｘ）で除算した後に、位置変数ｘ、および時間周波数変数ωｄにてフーリエ変換することにより、対象物２の複素振幅像ｇを得る。（１１）式において、ＦＴ（ｘ，ωｄ）は、位置変数ｘおよび時間周波数変数ωｄに関するフーリエ変換を表している。
【００５８】
【数１１】
【００５９】
図３は、以上のような演算処理を行う本実施形態における演算部３０の構成を示す図である。演算部３０は、第１フーリエ変換部３１と、特定領域切出部３４と、第２フーリエ変換部３２と、第３フーリエ変換部３３とを備える。第１フーリエ変換部３１は、ｕｖ平面上の位置ｕおよび時刻ｔを変数とする信号ｉｎ（ｔ）について時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換（上記（８）式）を行う。特定領域切出部３４は、この１次元フーリエ変換で得られた信号Ｉ（ｎ，ω）から時間周波数ω０を中心に最大ドップラーシフト周波数ＢＷ（上記（４）式）を前後に含むように周波数領域を切り出す（上記（９）式）。第２フーリエ変換部３２は、この切り出したデータについて時間周波数ωｄに関する１次元フーリエ変換（上記（１１）式の時間周波数ωｄに関するフーリエ変換）を行う。第３フーリエ変換部３３は、第１の第４フーリエ変換部３３Ａ、２次位相除算部３６、及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂを備えている。第１の第４フーリエ変換部３３Ａ及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂは、変数ｘに関するフーリエ変換（上記（１１）式の変数ｘに関するフーリエ変換）、又は変数ｘに関する逆フーリエ変換を行う。２次位相除算部３６は、（１１）式に示すように、第１の第４フーリエ変換部３３Ａから出力されるデータを２次位相Ｈ（ｘ）で除算する。フーリエ変換部に着目すると、本実施例では、演算部３０が時刻変数に関する１次元フーリエ変換を行う第１フーリエ変換部３１と、周波数に関する１次元フーリエ変換を行う第２フーリエ変換部３２と、第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う第３フーリエ変換部３３とを備えている。なお、第２フーリエ変換部３２、第１の第４フーリエ変換部３３Ａおよび第２の第４フーリエ変換部３３Ｂの位置は入れ替えても良い。第２フーリエ変換部３２と第３フーリエ変換部３３は、時間周波数ωｄおよび変数ｘに関する２次元フーリエ変換部を構成する。
【００６０】
以上のような構成により、本実施形態の観察装置１は、信号取得レートが低い検出部２０を用いる場合であっても移動している対象物２の像を高感度に得ることができる。たとえば、Ｙ方向にＭ個、Ｘ方向にＮ個の画素を有する２次元検出器に比べＭ倍の速度で高速に、移動している対象物２の像を得ることができる。また、本実施形態の観察装置１では、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンの出力側が電気的に接続されていても、個々のマイクロフォンが検波する信号を分離することができる。その結果、照射音波を走査することなく２次元回折像を得ることができる。
【００６１】
（第２実施形態）
第２実施形態の観察装置１Ａは、第１実施形態の観察装置１と比較しての検出部および演算部の構成が異なる。それ以外の点は第１実施形態と同じ構成を備える。
【００６２】
本実施形態に係る検出部は、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、複数のマイクロフォンが、第１方向および第２方向に並設される。具体的には、検出部は、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)がＹ方向（第２方向）に並んで構成される。第２方向に並んだｍ番目のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、各位置において検出されたデータを各時刻に出力する。本実施形態に係る検出部では、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されていない。
【００６３】
演算部３０Ａは、第１フーリエ変換部３１と、特定領域切出部３４と、第２フーリエ変換部３２と、第３フーリエ変換部３３とに加え、Ｙ方向にＭ個並んだ検出部の出力を入力し、第１から第Ｍまでの第２方向のマイクロフォンｄｎ(ｍ)の出力の総和を出力する演算器である各出力総和器３５を備える。各出力総和器３５は、様々な位置に配置することができる。演算部３０Ａの演算器構成の一例を図４に示す。図４に示すように、各出力総和器３５が、第１フーリエ変換部３１の前段に配置される場合、各出力総和器３５は、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)が出力するＭ個の信号を所定の時間間隔で取得し、所定の時間間隔毎にＭ個の信号の総和を算出し、結果を第１フーリエ変換部３１に出力する。その後段は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６４】
各出力総和器３５が第１フーリエ変換部３１と第２フーリエ変換部３２との間に配置される場合の演算部３０Ａの演算器構成を図５および図６に示す。図５に示すように各出力総和器３５が第１フーリエ変換部３１と特定領域切出部３４との間に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)からの出力について時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換を行うＭ個の第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍが配置され、第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍの後段に第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。その後段に配置される特定領域切出部３４以降は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６５】
図６に示すように各出力総和器３５が特定領域切出部３４と第２フーリエ変換部３２との間に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個の第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍからの出力について周波数の切り出しを行うＭ個の特定領域切出部３４１〜３４Ｍが配置され、特定領域切出部３４１〜３４Ｍの後段に特定領域切出部３４１〜３４Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。その後段に配置される第２フーリエ変換部３２以降は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６６】
各出力総和器３５が第２フーリエ変換部３２の後段に配置される場合の演算部３０Ａの演算器構成を図７および図８に示す。図７に示すように各出力総和器３５が第２フーリエ変換部３２と第３フーリエ変換部３３との間に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個の特定領域切出部３４１〜３４Ｍからの出力について時間周波数ωｄに関する１次元フーリエ変換を行うＭ個の第２フーリエ変換部３２１〜３２Ｍが配置され、第２フーリエ変換部３２１〜３２Ｍの後段に第２フーリエ変換部３２１〜３２Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。その後段に配置される第３フーリエ変換部３３は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６７】
図８に示すように各出力総和器３５が第３フーリエ変換部３３の後段に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個の第３フーリエ変換部３３１〜３３Ｍの後段に第３フーリエ変換部３３１〜３３Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。
【００６８】
次に、各出力総和器３５の出力について説明する。各出力総和器３５が第１フーリエ変換部３１と第２フーリエ変換部３２の間にある場合、各出力総和器３５は、（１２）式に示すように、時間周波数ω（＝ω０＋ωｄ）毎にＭ個の前段の演算器からの出力の総和を得る。ここでＩｎ（ｍ）（ω）は、第１フーリエ変換部３１のＹ方向にｍ番目に配置されたマイクロフォンｄｎ(ｍ)の出力データｉｎ（ｍ）（ｔ）を時刻変数ｔに関してフーリエ変換した第１フーリエ変換部３１の出力信号を表している。フーリエ変換の線形性により（１２）式中辺のフーリエ演算子ＦＴｔは、総和演算子Σと交換可能であることから、（１２）式最右辺を得る。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
（１２）式において、最右辺の時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換演算子ＦＴｔが作用する項は、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)が出力する波形ｉｎ（ｍ）（ｔ）の１〜Ｍまでの総和ｉｎ（ｔ）を表している。すなわち、演算部３０Ａが備える各出力総和器３５は、第１実施形態における検出部２０が出力する信号を時間変数ｔに関してフーリエ変換した信号を出力する。したがって、第２実施形態は、第１実施形態に示す、Ｙ方向の総和を各時刻に出力する検出部２０の一部を演算部３０Ａに含む構成であるといえる。
【００７１】
一方、各出力総和器３５が第２フーリエ変換部３２より後段にある場合、各出力総和器３５は、（１３）式に示すように、時刻毎にＭ個の前段の演算器からの出力の総和を得る。ここでiｎ（ｍ）（ｔ）は、第ｍの第２フーリエ変換部３２ｍの出力を表している。また、iｎ（ｍ）（ｔ）の時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換は、Iｎ（ｍ）（ωｄ）と表す。（１３）式の右辺の１次元フーリエ変換演算子ＦＴω−１が作用する項は、第２フーリエ変換部３２ｍの出力である。したがって、特定領域切出部３４の入力は（１４）式左辺に示される周波数ω０だけ周波数シフトした信号Ｉｎ（ｍ）（ω０＋ωｄ）である。さらに（１４）式の最右辺は、Ｍ個の検出部が出力する波形ｉｎ（ｍ）（ｔ）の１〜Ｍまでの時刻毎の総和を表している。すなわち、演算部３０Ａに設けた各出力総和器３５の出力は、第１実施形態における検出部２０が出力する信号と一致することから、第２実施形態は、第１実施形態の第２方向の総和を表すデータを各時刻に出力する検出部２０の一部を演算部３０Ａに含む構成であるといえる。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
【数１４】
【００７４】
また、各出力総和器３５が、第１フーリエ変換部３１の前段にある場合は、（１５）式に示すように、時刻毎にＭ個の前段の検出部２０Ａからの出力の総和を得る。ここで、ｉｎ（ｍ）（ｔ）は、Ｙ方向に並んだＭ個の検出部２０Ａのうち、Ｙ方向にｍ番目に並んだ出力を表している。（１５）式の右辺は、Ｍ個の検出部が出力する波形ｉｎ（ｍ）（ｔ）の１〜Ｍまでの総和を表している。すなわち、演算部３０Ａが備える各出力総和器３５の出力は、第１実施形態における検出部２０が出力する信号と一致することから、第２実施形態は、第１実施形態のＹ方向の総和を表すデータを各時刻に出力する検出部２０の一部を、演算部３０Ａに含む構成であるといえる。
【００７５】
【数１５】
【００７６】
（第３実施形態）
【００７７】
第１、２実施形態では、対象物２で生じた回折波を直接検出部２０、２０Ａで検波する構成を示した。第３実施形態は、ヘテロダイン計測を用いて、対象物２で生じた回折波を検波する構成について説明する。ヘテロダイン計測とは、対象物２の情報を含んだ回折波に既知の参照波を乗算器で乗算した信号を検波する方法である。特に、乗算後の出力に含まれる差周波数成分を用いることが多い。差周波数成分は、物体波と参照波との差の周波数成分である。このような、差周波数成分を用いることで、低周波数領域において演算を行うことができるので、アナログ的にもデジタル的にも信号処理が容易になるという利点がある。またヘテロダイン計測は、物体波と参照波との差信号を得ることから、対象物による変調成分のみを強調するという作用があり、微小信号変化の検波にも利用される計測方法である。
【００７８】
図９に、第３実施形態の観察装置１Ｂの構成を示す。観察装置１Ｂは、信号発生部ＳＧ、回折波発生部１０、検出部２０Ｂ、演算部３０Ｂ、および参照音波発生部４０（第１参照音波発生部）を備えている。信号発生部ＳＧ、および回折波発生部１０は、第１または第２実施形態で説明した構成と同じである。
【００７９】
検出部２０Ｂは、複数のＹ方向に延在するトランスデューサｄｎに加え、自乗検波器２１とローパスフィルタ２２を備えている。また、演算部３０Ｂの構成は、第１実施形態で説明した演算部３０とほぼ同様の構成であるが、特定領域切出部３４が切り出す中心周波数が、ω０でなくΩである点で演算部３０と異なる。
【００８０】
参照音波発生部４０は、信号発生部ＳＧから所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号を変調器で変調した後に、当該変調後の信号から参照音波（第１参照音波）を生成する。参照音波発生部４０は、信号発生部ＳＧが出力する正弦波を信号ｒ（ｔ）として取得する。参照音波発生部４０は、周波数シフター４１とトランスデューサ４２とを備える。周波数シフター４１は周波数ω０のサイン波を周波数ω０＋Ωへと遷移させる。
【００８１】
トランスデューサ４２は、周波数シフター４１から出力される周波数ω０＋Ωの正弦波を取得し、音波を発生させる。トランスデューサ４２は、回折波発生部１０が備えるトランスデューサ１２と同様なものであり、複数のスピーカから構成され、対象物２に平面波が入射するように各スピーカへの入力信号の位相関係が所定の量に保たれている。本実施形態では、各スピーカに同一の位相を有する正弦波が入力されている。このため、トランスデューサ４２から出力される音波は、平面波となる。なお、各スピーカに入力される信号の位相差が一定量の場合、Ｚ軸に対して位相差の量に応じた角度を有する平面波が出射される。
【００８２】
以上のように構成された観察装置１Ｂでは、検出部２０Ｂが、回折波発生部１０において対象物２から生じた回折音波と、参照音波発生部４０からの参照音波を受波する。回折音波は、ドップラー効果の影響を受けることにより、ドップラーシフト周波数ωｄだけ遷移し、周波数ω０＋ωｄを有する。この回折音波の信号はｓｉｎ（ω０＋ωｄ）ｔとする。これを第１の波と呼ぶ。一方、参照音波発生部４０から発せられる音波は、周波数ω０＋Ωを有する。この参照音波の信号を、ｓｉｎ（ω０＋Ω）ｔとする。これを第２の波と呼ぶ。このような第１の波と第２の波とが検出部２０Ｂに入力されることにより、これらの波の重ね合わせた信号が検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎから出力される。
【００８３】
検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎの後段には自乗検波器２１と、ローパスフィルタ２２が設けられている。自乗検波器２１は、（１６）式のように、第１の波と第２の波の和を自乗して、出力する。（１６）式右辺の第３項は、（１７）式のように分解することができる。よって、自乗検波器２１の出力は、第１の波および第２の波の和周波差２ω０＋Ω＋ωｄと、第１の波および第２の波の差周波数Ω−ωｄを含む項に分解することができる。ローパスフィルタ２２は、自乗検波器２１の出力のうち、差周波成分のみを抜き出して演算部３０Ｂへ出力する。ローパスフィルタ２２から出力される信号ｉｎ（ｔ）は、周波数Ωを中心としてドップラーシフト周波数ωｄを前後に含む。このようにして、検出部２０Ｂが、検波面において、対象物２で生じた回折波と参照音波とをヘテロダイン干渉させる。
【００８４】
【数１６】
【００８５】
【数１７】
【００８６】
演算部３０Ｂは、検出部２０Ｂの出力に対して、所定の演算を行うことにより対象物２の像を得る。すなわち、演算部３０Ｂは、第１フーリエ変換部３１により時間波形ｉｎ（ｔ）を時刻変数ｔに関してフーリエ変換してＩｎ（ω）を出力する。特定領域切出部３４は、周波数Ωを中心に最大ドップラーシフト周波数ＢＷ（上記（４）式）を前後に含む周波数領域を切り出す。この処理を数学的に表すと、（１８）式のようになる。
【００８７】
【数１８】
【００８８】
特定領域切出部３４の後段において行われる演算、および演算器構成は、上記第１、第２実施形態と同様であるため、説明は省略する。以上のような演算を行うことにより、対象物２の像を得ることができる。
【００８９】
なお、本実施形態では、検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎは、第１実施形態と同様のものを用いた。すなわち、検出部２０Ｂは、Ｙ方向に延在するトランスデューサｄｎがＸ軸方向に並設された１次元トランスデューサを備えるものとして説明した。ただし、検出部２０Ｂは、このような構成に限定されるものではない。例えば、検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎは、第２実施形態で説明したＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)がＹ方向（第２方向）に並んで構成され、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されていないものであってもよい。この場合、演算部３０Ｂは、第２実施形態で説明した演算部３０Ａ（図４〜８）のように、１〜Ｍまでの総和を得る各出力総和器３５を備える必要がある。
【００９０】
（第４実施形態）
第３実施形態では、参照音波発生部４０で生成された参照音波を第２の波として検出部２０Ｂに入力した。本実施形態は、音波とは異なる波を検出部に入力するものである。
【００９１】
図１０に、第４実施形態の観察装置１Ｃの構成を示す。本実施形態の観察装置１Ｃは、第３実施形態の観察装置１Ｂが備える検出部２０Ｂ、参照音波発生部４０に代えて、検出部２０Ｃ、第１参照信号発生部４０Ｃを備えている。検出部２０Ｃは、入力信号の和を計算する和算器２３をトランスデューサｄｎと自乗検波器２１の間に備えている。検出部２０Ｃおよび第１参照信号発生部４０Ｃ以外の構成は、第３実施形態の観察装置１Ｂと同じである。
【００９２】
第１参照信号発生部４０Ｃは、周波数シフター４１を備えるが、トランスデューサ４２を備えていない点で、第３実施形態の参照音波発生部４０と異なる。第１参照信号発生部４０Ｃは、信号発生部ＳＧが出力する正弦波を信号ｒ（ｔ）として入力し、入力した信号を周波数シフター４１で変調して第１参照信号を生成する。周波数シフター４１は周波数ω０の正弦波を周波数ω０＋Ωへと遷移させる。周波数ω０＋Ωをもつ第１参照信号ｒ’（ｔ）を第２の波として生成し、検出部２０Ｃに出力する。
【００９３】
回折波発生部１０において対象物から生じた回折波は、第１の波として検出部２０Ｃに出力される。一方、第１参照信号ｒ’（ｔ）は、第２の波として検出部２０Ｃの和算器２３に出力される。和算器２３は、第１の波と第２の波を時刻毎に和算し、その結果を時刻毎に自乗検波器２１に出力する。すなわち、和算器２３は、第３実施形態において、マイクロフォンｄｎで第１の波と第２の波が合波することと同等の作用を有する。検出部２０Ｃにおいて、和算器２３の後段に配置される自乗検波器２１以降の処理は、第３実施形態と同じである。このように、検出部２０Ｃは、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第１参照信号ｒ’（ｔ）とをヘテロダイン干渉させている。
【００９４】
なお、和算器２３、自乗検波器２１およびローパスフィルタ２２をまとめてヘテロダイン検波器２４と称する。ヘテロダイン検波器２４は、図１１に示すように乗算器２１Ａおよびローパスフィルタ２２から構成でもよい。この構成の場合、第１の波および第２の波ｒ’（ｔ）が乗算器２１Ａに入力される。乗算器において、（１７）式に示す第１と第２の波の和周波数および差周波数が現れる。すなわち乗算器２１Ａは、和算器２３と自乗検波器２１をあわせたものと同等の役割を果たす。その結果、乗算器２１Ａおよびローパスフィルタ２２から構成されるヘテロダイン検波器２４（図１１）は、和算器２３、自乗検波器２１およびローパスフィルタ２２から構成されるヘテロダイン検波器２４（図１０）と、同じ信号を出力する。
【００９５】
なお、本実施形態では、検出部２０Ｃのトランスデューサｄｎは、第１実施形態と同様のものを用いた。すなわち、検出部２０Ｃは、複数のＹ方向に延在するトランスデューサｄｎとして説明した。ただし、検出部２０Ｃは、このような構成に限定されるものではない。例えば、検出部２０Ｃのトランスデューサｄｎは、第２実施形態で説明したＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)がＹ方向（第２方向）に並んで構成され、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されていないものであってもよい。この場合、演算部３０Ｃは、第２実施形態で説明した演算部３０Ａ（図４〜８）のように、１〜Ｍまでの総和を得る各出力総和器３５を備える必要がある。
【００９６】
（第５実施形態）
第３、４実施形態では、信号発生部ＳＧが生成する正弦波を参照信号源として、参照音波発生部４０、参照信号発生部４０Ｃがそれぞれ参照音波、参照信号を生成し、出力する構成を示した。第５実施形態の観察装置１Ｄは、回折波を参照信号の信号発生源とする点で、第３、４実施形態と異なる。それ以外の点は、第３、４実施形態と同じである。
【００９７】
対象物２の無限遠方または無限遠方とみなされるほど十分離れた位置で対象物２から生じる回折波を観察すれば、対象物２のフランフォーファー回折像を得る。フランフォーファー回折像における像の中心の波は、０次回折波と呼ばれる。フランフォーファー回折像の中心には散乱の影響を受けなかった波または散乱の影響が少ない波が現れる。したがって０次回折波および０次回折波とみなされる回折波は、対象物２による散乱の影響を受けなかった波または散乱の影響が少ない波である。このような、対象物２による散乱の影響を受けなかった波または散乱の影響が少ない波を略０次回折波と呼ぶこととする。
【００９８】
略０次回折波とは、散乱方向の単位ベクトルｓと対象物２の速度ベクトルＶが略直交するとき、（３）式に示すドップラーシフト周波数ωｄが略０となる散乱単位ベクトルｓを持つ回折波のことである。上記第３実施形態および第４実施形態で説明した第２の波は、対象物２に照射されていない波であるため、ドップラーシフト周波数ωｄが０の波であるといえる。したがって、略０次回折波は、参照波である第２の波として利用できる。
【００９９】
図１２に、第５実施形態の観察装置１Ｄの構成を示す。観察装置１Ｄでは、回折波発生部１０および検出部２０との間にマイクロフォンｄｒを備えている。第４実施形態では、参照音波発生部４０Ｃが信号発生部ＳＧからの信号を入力しているのに対し、本実施形態では、第２参照信号発生部４０Ｄがマイクロフォンｄｒからの信号を入力する点で、第４実施形態と異なる。それ以外の点は、第４実施形態と同じである。
【０１００】
つまり、第２参照信号発生部４０Ｄは、対象物２のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに周波数シフター４１で変調した信号である第２参照信号を生成する。そして、検出部２０において、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第２参照信号とをヘテロダイン干渉させる。以下、具体的に説明する。
【０１０１】
マイクロフォンｄｒは、対象物２から十分離れた面に配置される。マイクロフォンｄｒは、回折波発生部１０から出力された回折音波を受信し、電気信号に変換した出力信号ｒ（ｔ）を出力する。マイクロフォンｄｒは、対象物２の音波によるフランフォーファー回折像またはフランフォーファー回折像面とみなせる位置であって、その像の中心に配置されているため、マイクロフォンｄｒが検波する波は略０次回折波とみなすことができる。したがって、マイクロフォンｄｒが出力する波形ｒ（ｔ）は、第２の波として利用可能である。マイクロフォンｄｒは、出力信号ｒ（ｔ）を第２参照信号発生部４０Ｄに出力する。第２参照信号発生部４０Ｄは、周波数シフター４１により周波数ω-０の正弦波を周波数ω０＋Ωへと遷移させたうえで、周波数ω０＋Ωをもつ第２参照信号ｒ’（ｔ）を第２の波として、検出部２０に出力する。検出部２０以降の処理は、第４実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１０２】
上記のように、本実施形態では、マイクロフォンｄｒで受信した回折音波を電気信号に変換し、検出部２０へ第２の波として出力している。ここで、マイクロフォンｄｒで受信した回折音波を周波数シフター（第２参照音波発生部）により周波数ω-０の正弦波を周波数ω０＋Ωへと遷移させたうえで、マイクロフォンにより音波（第２参照音波）に変換し、音波として第２の波を検出部２０のトランスデューサｄｎに出力してもよい。この場合、第３実施形態と同様に、第１の波と第２の波とが検出部２０に入力されることにより、これらの波の重ね合わせた信号が検出部２０のトランスデューサｄｎから出力される。この場合、検出部２０以降の処理は、第３実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１０３】
以上のように、本実施形態に係る観察装置１Ｄでは、ヘテロダイン計測において参照信号源を信号発生部ＳＧから得るのでなく、物体からの回折波のうちドップラー周波数偏移を受けていない略０次回折波を信号ｒ（ｔ）として利用している。このように、略０次回折波を参照波として用いることにより、第３および第４実施形態と同様にヘテロダイン計測を行うことができる。
【０１０４】
（第６実施形態）
以上では、検出部２０は、Ｘ方向およびＹ方向に並設される２次元のマイクロフォンｄｎ(ｍ)を備えた構成について説明した。また、音波を電気信号に変換するトランスデューサをマイクロフォンという一般名称で述べた。本実施形態の観察装置では、マイクロフォンｄｎ(ｍ)の構成が異なる。まず、音波を電気信号に変換するマイクロフォンの原理について説明する。
【０１０５】
マイクロフォンには種々の原理により音圧変化を電気信号に変換する方法が存在する。例えば、マイクロフォンとしては、静電型マイク、動電型マイク、光学式マイク等が知られている。静電型マイクの原理を図１３を参照して説明する。図１３に示す静電型マイクＭ１は振動板５１、固定板５２、および電圧計５３を備えている。振動板５１および固定板５２は、所定の間隔ｄを有して平行に配置されており、コンデンサーを構成する。コンデンサーを構成する振動板５１と固定板５２（固定電極）の間にあらかじめ電荷を蓄えておき、音圧が振動板５１に当たることで、振動板５１と固定板５２の距離が変化する。これにより、コンデンサーの静電容量が変化することで、電圧計５３で検出される電圧値変化が音圧変化として得られるものである。
【０１０６】
次に、動電型マイクの原理を図１４を参照して説明する。図１４に示す動電型マイクＭ２は、永久磁石棒６１、コイル６２、および振動板６３とを備えている。動電型マイクＭ２は、固定された永久磁石棒６１にコイル６２を巻きつけて構成される。ここで、永久磁石棒６１は静電型マイクＭ１でいう固定板に相当し、コイル６２は静電型マイクＭ１でいう振動板に相当する。音波が入力されると、コイルと振動板６３が連結されているため、振動板６３の振動がコイル６２を左右に振動させる。その結果、電磁誘導が生じ、コイル間の電圧変化が出力され、音圧変化として得られるものである。
【０１０７】
次に、光学式マイクの原理を図１５〜１７を参照して説明する。光学式マイクは、音圧によるにより生じる振動板と固定板との間隙ｄの微少変動を光干渉計測で計測するものである。
【０１０８】
以下に、光学式マイクの構造を静電型マイクと比較して説明する。図１５は、光学式マイクの構成の一例である。図１５に示す光学式マイクＭ３は、ミラー７１、ハーフミラー７２、レーザー光源７４、ビームスプリッタ７５、およびフォトダイオード（フォトセル）７６を備えている。光学式マイクＭ３において、ミラー７１は振動板に相当し、ハーフミラー７２は固定板に相当する。光学式マイクＭ３では、レーザー光源７４からレーザービームを出力し、このレーザービームがビームスプリッタ７５を介してミラー７１およびハーフミラー７２に入射する。その入射光は、ハーフミラー７２により一部が透過してミラー７１に到達する。残りの一部は、ハーフミラー７２で反射して、ビームスプリッタ７５に到達する。ミラー７１に到達した光は反射してビームスプリッタ７５に到達する。これらビームスプリッタ７５に到達した光のうち、一部はフォトダイオード７６に到達し、光強度が電気信号へと変換される。このとき、音波がミラーに当たり、ミラー７１の位置が変わることにより、ミラー７１とハーフミラー７２との間隙ｄが変化する。この間隙ｄとフォトダイオード７６が出力する電気信号Ｉには、その変化量に所定の関係が存在する。したがって、入射した音波の音圧が光学式マイクＭ３で計測できる。
【０１０９】
図１６は、光学式マイクの構成の別の一例である。図１６に示す光学式マイクＭ４は、光学式マイクＭ３において固定板であるハーフミラー７２を９０度折り返して配置し、ハーフミラー７２をミラー７２Ａに置き換えた構造である。光学式マイクＭ４において、ミラー７１は振動板に相当し、ミラー７２Ａは固定板に相当する。光学式マイクＭ４では、レーザー光源７４からレーザービームを出力し、このレーザービームがビームスプリッタ７５を介してミラー７１およびミラー７２Ａに入射する。ミラー７１、７２Ａから反射された光は、ふたたびビームスプリッタ７５に到達する。これらの光の一部はフォトダイオード７６に到達し、光強度が電気信号へと変換される。このとき、振動板に相当するミラー７１の位置が音圧により光軸方向に変位することにより、ミラー７１とビームスプリッタ７５との距離ｌ１とミラー７２Ａとビームスプリッタとの距離ｌ２との差ｄ＝｜ｌ１−ｌ２｜が変化する。この差ｄとフォトダイード７６が出力する電気信号Ｉには所定の関係が存在する。したがって、入射した音波の音圧が光学式マイクＭ４で計測できる。
【０１１０】
図１７は、光学式マイクの構成の別の一例である。図１７に示す光学式マイクＭ５は、光学式マイクＭ３と比較してミラーの反射率が異なる。光学式マイクＭ３では、ハーフミラー７２の反射率が５０％程度であるのに対し、光学式マイクＭ５のミラー７１およびミラー７２Ｂは、いずれも９５％以上の反射率を有する。ここで、ミラー７１とミラー７２Ｂとの間隙ｄと波長との間に、（１９）式の関係があるときに、透過強度が最大になることが知られている。（１９）式において、ｍは任意の整数であり、λは波長である。ミラー７１とミラー７２Ｂから構成される光学素子はファブリペロー干渉計として知られている。
【０１１１】
【数１９】
【０１１２】
光学式マイクＭ５では、上記以外の条件のときには反射光が強くなる。このような干渉計を用いれば、音圧によりミラー７１が光軸方向に変位することでミラー７１およびミラー７２Ｂの間隙ｄが変位することで反射光強度が変化する。その強度変化をフォトダイオード７６でとらえ、電気信号に変換する。すなわち間隙ｄとフォトダイオード７６が出力する電気信号Ｉには所定の関係が存在する。したがって、入射した音波の音圧が光学式マイクＭ５で計測できる。
【０１１３】
上記の３種類の光学式マイクを、基本画素として２次元アレイ化するには、振動板、固定板、ビームスプリッタ、レーザー光源、およびフォトダイオードを単純に並列して２次元アレイ配置すればよい。一方、図１８に示すように、振動板７１、固定板７２、レーザー光源７４、ビームスプリッタ７５は１つだけ配置し、フォトダイオード７６のみを２次元アレイ化するように配置してもよい。図１８に示すような構成にすることで、効率的な２次元画素化ができる。
【０１１４】
このような構成では、振動板７１および固定板７２の大きさを、例えば１０ｘ１０ｍｍ四方とする。レーザー光源７４から出力するレーザービームの断面大きさは、振動板７１および固定板７２の全体を覆う程度の大きさであるようにしても良い。ビームスプリッタ７５は、レーザービームの大きさを２つに分波できる程度の大きさであるようにしても良い。レンズ８１およびレンズ８２は４ｆ光学系をなしており、振動板７１からの反射光を２次元アレイ化したフォトダイオード７６の受光面に結像する。なお、４ｆ光学系とは、レンズ８１の後焦点面とレンズ８２の前焦点面が一致し、かつレンズ８１の前焦点面が振動板７１の面に一致し、レンズ８２の後焦点面が２次元フォトダイオード７６の受光面と一致する構成のことをいう。図１８に示す光学式マイクＭ６では、Ｙ−Ｚ平面に存在する複数のフォトダイオード７６が配列されている様子を示している。実際にはＸ軸方向にも、これらのフォトダイオード７６が並んでいる。光学式マイクＭ６は、複数のフォトダイオード７６のＹ方向の総和を表すデータを各時刻に出力する。
【０１１５】
以上のように、本実施形態では、振動板７１、固定板７２、レーザー光源７４、ビームスプリッタ７５は１つだけ配置し、フォトダイオード７６のみを２次元アレイ化して配置し、複数のフォトダイオード７６のＹ方向の総和を表すデータを各時刻に出力するマイクロフォンについて説明した。つまり、本実施形態のマイクロフォンは、入力された音波により振動する振動板７１と、振動板と所定の間隔を有して配置される固定板７２と、レーザー光源７４と、ビームスプリッタ７５と、光強度を電気信号に変換するフォトダイオード７６とを含み、フォトダイオード７６は、第１方向および第２方向に並設され、第２方向についての総和を表すデータを、第１方向の各位置について各時刻に出力する。第１〜第５実施形態に係る検出部２０では、Ｘ方向およびＹ方向に並設される２次元のマイクロフォンｄｎ(ｍ)を備えたが、このような複数のマイクロフォンｄｎ(ｍ)に代えて、本実施形態で説明したマイクロフォンを第１〜第５実施形態の検出部２０に適用してもよい。また光学式マイクＭ１〜Ｍ６の場合，光ヘテロダイン干渉法により検出感度を向上させてもよい。
【０１１６】
（第７実施形態）
上記第１〜第６実施形態では、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面に配置されている場合について説明した。本実施形態では、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合の演算器構成を、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面に配置されている第１実施形態の演算器３０と比較して説明する。なお、音波を反射する反射板を用いた反射レンズ（ミラーレンズ）を用いることにより、検出部の検波面に形成される対象物２の像を、フレネル回折像、フランフォーファー回折像、物体像に相互に変換することが可能である。
【０１１７】
検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合には、上記第１〜第６実施形態と比較して演算器の構成が異なる。図１９は、検出部の検波面が、対象物２のフランフォーファー回折像面に配置されている場合の演算器構成を示している。この場合の演算器３０Ｆは、図１９に示すように、第１実施形態における演算器３０と比較して、第３フーリエ変換部３３が、第１の第４フーリエ変換部３３Ａのみにより構成される点で異なり、その他の構成は同じである。この第１の第４フーリエ変換部３３Ａは、変数ｘに関するフーリエ変換（上記（１１）式の変数ｘに関するフーリエ変換）を行う。
【０１１８】
図２０は、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されている場合の演算器構成を示している。この場合の演算器３０Ｇは、図２０に示すように、第３フーリエ変換部３３が、第１の第４フーリエ変換部３３Ａ、２次位相除算部３６、及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂを備えている。すなわち、この演算器３０Ｇの構成は、第１実施形態における演算器３０と等しい。第１の第４フーリエ変換部３３Ａ及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂは、変数ｘに関するフーリエ変換（上記（１１）式の変数ｘに関するフーリエ変換）、又は変数ｘに関する逆フーリエ変換を行う。２次位相除算部３６は、（１０）式に示すように、第１の第４フーリエ変換部３３Ａから出力されるデータを２次位相Ｈ（ｘ）で除算する。
【０１１９】
フーリエ変換部に着目すると、演算部３０Ｆ，３０Ｇのいずれにおいても、時刻変数に関する１次元フーリエ変換を行う第１フーリエ変換部３１と、周波数に関する１次元フーリエ変換を行う第２フーリエ変換部３２と、第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う第３フーリエ変換部３３とを備えている。なお、第２フーリエ変換部３２と第３フーリエ変換部３３の位置は入れ替えても良い。対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合には、本実施形態の演算器構成を、第２〜６実施形態に適用することができる。例えば、検出部の検波面が、対象物２のフランフォーファー回折像面に配置されている場合、第２実施形態の演算部３０Ａの第３フーリエ変換部３３（図４〜８）に代えて、本実施形態の演算部３０Ｆの第３フーリエ変換部３３（図１９）を用いることとしてもよい。同様に、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されている場合、第２実施形態の演算部３０Ａの第３フーリエ変換部３３（図４〜８）に代えて、本実施形態の演算部３０Ｇの第３フーリエ変換部３３（図２０）を用いることとしても良い。
【０１２０】
なお、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されている場合、式（１１）中の２次位相Ｈ（ｘ）は実質１と見なすことができる。また、第１の第４フーリエ変換部３３Ａ及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂが互いに打ち消しあう演算を行うことから、実質的には、演算部３０Ｇの第３フーリエ変換部３３では演算が行われていないこととなる。しかしながら、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されていることにより、検出部において得られる像は、空間的に第１方向に関する１次元フーリエ変換が行われたものである。観察装置全体としてみれば第１方向に関する１次元フーリエ変換が行われているといえる。
【０１２１】
このような構成により、本実施形態の観察装置においても、信号取得レートが低い検出部を用いる場合であっても移動している対象物２の像を高感度に得ることができる。また、本実施形態の観察装置では、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンの出力側が電気的に接続されていても、個々のマイクロフォンが検波する信号を分離することができる。その結果、照射音波を走査することなく２次元回折像を得ることができる。たとえば、Ｙ方向にＭ個、Ｘ方向にＮ個の画素を有する２次元検出器に比べＭ倍の速度で高速に、移動している対象物２の像を得ることができる。更に、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合においても、対象物２の像を適切に得ることができる。
【０１２２】
（変形例）
以上説明した、第１〜第７実施形態の観察装置では、検出部の検波面が、第１方向と第２方向とで同じ種類の回折像面に配置される実施形態について説明した。しかし、検出部の検波面は、第１方向と第２方向に作用の異なる反射板を用いた反射レンズ（ミラーレンズ）により、第１方向と第２方向とで異なる種類の回折像面が形成された面に配置されてもよい。この場合、観察装置では、第１方向に形成される回折像面に対応した演算器が用いられる。
【０１２３】
例えば、検出部の検波面が、第１方向において対象物２のフレネル回折像が形成される面であって、第２方向において対象物のフランフォーファー回折像が形成される面に配置された場合、第１実施形態の演算器３０を用いることで、対象部２の像を得ることができる。また、検出部の検波面が、第１方向において対象物２のフランフォーファー回折像が形成される面であって、第２方向において対象物のフレネル回折像が形成される面に配置された場合、第７実施形態の演算器３０Ｆを用いることで、対象部２の像を得ることができる。したがって、検出部の検波面が、第１方向と第２方向に作用の異なる反射板を用いた反射レンズ（ミラーレンズ）により、第１方向と第２方向とで異なる種類の回折像面が形成された面に配置された場合であっても、以上で説明した、演算部３０，３０Ｆ，３０Ｇにより、対象部２の像を得ることができる。
【０１２４】
以上説明した、第１〜第７実施形態の観察装置では、対象物２の速度が変化するとドップラー信号に周波数変調が生じて、最終的に得られる対象物２の像が流れ方向に伸縮する。このような伸縮を補正するために、本実施形態の観察装置は、対象物２の移動速度を検出する速度検出部を更に備えることとしても良い。そして、演算部は、速度検出部により検出された対象物２の速度に基づいて、時間方向の１次元フーリエ変換または２次元フーリエ変換の際に対象物２の速度変化に関する補正を行うこととしても良い。または、速度検出部より検出された対象物２の速度に基づいて、検出部の撮影タイミングを図ってもよい。
【０１２５】
この速度検出部は、任意のものが用いられ得るが、移動速度とドップラーシフト量との間の関係を利用して、検波面の回折波到達位置における信号の周波数を検出することでも対象物２の移動速度を求めることができる。この場合、速度検出部は、例えば、検出部の検波面の一部に対象物２の移動速度を求めるためのマイクロフォンが独立して設けられていてもよい。
【０１２６】
以上の説明では、ξη平面上で対象物２が一方向に移動する場合について説明した。本発明は、ξη平面に垂直なζ方向に対象物２が往復移動する場合にも適用可能である。この場合、検波面において径方向にドップラーシフトが生じるので、周方向に画素構造を有し各画素が放射状に延在する検出器が用いられる。
【０１２７】
以上の説明では、対象物の像を、入射波と同じ方向に回折する透過波を検出部で取得する実施形態を主に示したが、入射波の方向と反対方向に回折する波である反射波で取得してもよいことは、明らかである。音源として、ドップラーシフト量を感度よく検出する上では、単一周波数を有する音波の利用が考えられるが、これに限定されない。例えば、広帯域周波数を含む音波を用いることで、位相物体の深さに関する情報も取得可能となる。各周波数成分のドップラーシフトを計測するためには、広帯域の音波として、各周波数成分間の位相関係が一定であるものを用いることが考えられる。このような音源として、例えばパルス波を用いることができる。
【０１２８】
上記第１〜第７実施形態では、入射波ベクトルｓ０は、Ｚ軸に平行であり、速度Ｖとの内積が０であるから、（８）式はωｄ＝ｋ・Ｖと表した。ただし、入射波ベクトルｓ０はＺ軸に平行ではなくてもよい。この場合、種々の入射方向ｓ０にて波を入力し、その回折波を検出部で取得し、演算部にて入射方向ｓ０毎のI（ｎ，ωｄ）を得て、フーリエ回折定理（Fourier diffraction theorem）やフーリエ断層定理（Fourier slice theorem）により３次元像複素振幅を復元することもできる。入射波ｓ０の入射角の制御は回折波発生部のトランスデューサを構成する複数のスピーカからの位相を制御することで、平面波の入射角を変化させることができる。
【０１２９】
上記実施形態の観察装置によれば、信号取得レートが低い検出部を用いる場合であっても移動している対象物２の像を高感度に得ることができる。たとえば、Ｙ方向にＭ個、Ｘ方向にＮ個の画素を有する２次元検出器に比べＭ倍の速度で高速に、移動している対象物２の像を得ることができる。またY方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンの出力側が電気的に接続されていても，個々のマイクロフォンが検波する信号を分離することができ、照射音波を走査することなく結果２次元回折像を得ることができる。
このとき、変調周波数に対応した画像が直接得られるため、画像を実時間表示することも可能となる。さらに、チップ内演算機能カメラを用いれば、速度の再構成画像を検出器から直接出力することも可能である。
【０１３０】
上記実施形態の観察装置によれば、対象物２の移動方向のセンサーアレイ数を減らすことができ、システムの安価小型化が実現するのと同時に、受音後のアナログ−デジタル変換の際の量子化ノイズ、オペアンプ等のノイズ重畳の低減が図ることができる。そのため、精度のよくイメージングを行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１３１】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…観察装置、１０…回折波発生部、１２…トランスデューサ、２０，２０Ｂ，２０Ｃ…検出部、２１…自乗検波器、２１Ａ…乗算器、２２…ローパスフィルタ、２３…和算器、２４…ヘテロダイン検波器、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…演算部、３１…第１フーリエ変換部、３２…第２フーリエ変換部、３３…第３フーリエ変換部、３３Ａ，３３Ｂ…第４フーリエ変換部、３４…特定領域切出部、３５…各出力総和器、３６…２次位相除算部、４０…参照音波発生部、４０Ｃ…第１参照信号発生部、４０Ｄ…第２参照信号発生部、４１…周波数シフター、４２…トランスデューサ、７１…振動板、７２…固定板、７４…レーザー光源、７５…ビームスプリッタ、７６…フォトダイード、８１，８２…レンズ、Ｍ６…光学式マイク、ＳＧ…信号発生部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の像を観察する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物に音波を照射して、対象物から生じる回折波に基づいて、対象物を観察する装置が知られている。例えば、対象物の音響インピーダンス像を観察する技術として、特許文献１には、複数のエレメント（振動子）を備える探触子から超音波を対象物に送信し、各エレメントで受信したエコー信号に、被検部位から各エレメントまでの到達時間差に応じた補正を加えた後、加算することにより、精度の高いエコー信号を得て、生体の内部組織の音響インピーダンスの差異を画像化する超音波診断装置が開示されている。この装置では、物理的に異なる位置のエレメントに到達する音波の時間差を補正することで、疑似的に複数エレメントが同一点に存在するようにした上で、受波した結果を得ている。また、特許文献１には、得られたエコー信号に疑似雑音信号を加味した後、エコー信号を加算手段により加算する方法が開示されている。特許文献１では，各エレメントの超音波発射時刻に僅かな時間差をつけることによって、一定方向に向かって収束する超音波ビームを走査することで２次元像を得る方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２および非特許文献１には、複数の角度から平面音波を対象物に全面照射し、その回折波を空間的に異なる位置において検波して得られた複数の回折分布または回折像からフーリエ回折定理（Fourier Diffraction Theorem）を用いることにより、３次元または２．５次元の対象物内の速度分布や減衰率分布を断層像として得る超音波ＣＴ（Computed Tomography）に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５６９４３公報
【特許文献２】特開２００４−１４１４４７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C. Pintavirooj, ”Ultrasonic Diffraction Tomography,” Internationaljournal of applied biomedical engineering, 1, 34, (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、遅延手段によりエコー信号に時間遅延を与えた後に加算することを特徴としている。しかし、一旦加算された信号を分離する手段は開示されていない。また、特許文献１では、疑似雑音信号の１周期の間におけるエコー信号が一定であることが必要である。すなわち、対象物の移動によるエコー信号の変化が十分小さいと見なせる時間内に、疑似雑音信号の１周期分をエコー信号に加算する必要がある。また、上記特許文献２および非特許文献１に記載された技術を用いた観察装置では、対象物は静止している状態か、静止していると見なせる時間内に複数の角度から平面波を照射して複数の回折像を得る必要がある。これらの装置で、ＳＮを向上させつつ、移動している対象物からの回折像を得るには、受信アレイエレメントからの信号の取得レートが高い検波器を用いて、対象物が静止していると見做し得る期間に複数枚の画像を得ることが必要である。しかし、対象物が十分静止していると見做し得る時間内に複数回撮影するには、高周波回路が必要となり、回路規模が大きくなるという問題がある。文献１，２および非特許文献１では、いずれも対象物が移動することによるドップラーシフト効果による信号変化が十分無視できる時間内に疑似雑音信号を加算するか、または信号取得を完了することが前提となっている。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信号取得レートが低い検波器を用いる場合であっても、移動している対象物の像（音響インピーダンス分布、減衰率分布、速度分布）を得ることができる観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の観察装置は、所定の周波数の信号を生成する信号発生部と、所定の周波数の信号を入力して音波を生成する音源を有し、移動している対象物へ音波を照射する回折波発生部と、音源による音波照射により対象物で生じた回折波のうち所定平面に到達した音波において対象物の移動に因るドップラーシフト効果が一定となる所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向に直交する所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に平行な方向を第２方向としたときに、所定平面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの、第２方向についての総和を表すデータを、第１方向の各位置について各時刻に出力する検出部と、検出部から出力された所定平面上の第１方向の位置および時刻を変数とするデータについて、時刻変数に関する１次元フーリエ変換、周波数に関する１次元フーリエ変換、および第１方向に関する１次元フーリエ変換を行って、これらの１次元フーリエ変換により得られたデータを対象物の像として得る演算部と、を備えることを特徴とする。ここで第１方向は、対象物の移動方向に垂直な方向であり、第２方向は対象物の移動方向に平行な方向である。
【０００９】
本発明の観察装置では、移動している対象物は、音源により音波が照射されて、回折波を発生させる。その回折波は、散乱方向に応じた量のドップラーシフトを受ける。その回折波は、検出部により検波される。所定平面に到達した音波において対象物の移動に因るドップラーシフト効果が一定となる所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向に直交する所定平面上の方向であって、対象物の移動方向に平行な方向を第２方向とする。所定平面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの第２方向についての総和を表すデータが、第１方向の各位置について各時刻に検出部から出力される。演算部では、検出部から出力された所定平面上の第１方向の位置および時刻を変数とするデータについての時刻変数に関する１次元フーリエ変換と、周波数に関する１次元フーリエ変換と、第１方向に関する１次元フーリエ変換と、が行われて得られたデータが対象物の像として得られる。
【００１０】
本発明の観察装置では、検出部が、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、複数のマイクロフォンが、第１方向および第２方向に並設され、第２方向のマイクロフォンは、その出力側で電気的に接続されてもよい。
【００１１】
本発明の観察装置では、検出部が、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、複数のマイクロフォンが、第１方向および第２方向に並設され、演算部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和を得る各出力総和器を備えてもよい。
【００１２】
本発明の観察装置では、検出部が、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換するマイクロフォンを備え、マイクロフォンは、入力された音波により振動する振動板と、振動板と所定の間隔を有して配置される固定板と、レーザー光源と、ビームスプリッタと、光強度を電気信号に変換するフォトセルとを含み、フォトセルは、第１方向および第２方向に並設され、第２方向についての総和を表すデータを、第１方向の各位置について各時刻に出力することとしてもよい。
【００１３】
本発明の観察装置では、信号発生部から所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照音波を生成する第１参照音波発生部を更に備え、検出部が、検波面において、対象物で生じた回折波と第１参照音波とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１４】
本発明の観察装置では、信号発生部から所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照信号を生成する第１参照信号発生部を更に備え、検出部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第１参照信号とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１５】
本発明の観察装置では、対象物で生じた回折波のうち、対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照信号を生成する第２参照信号発生部を更に備え、検出部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第２参照信号とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１６】
本発明の観察装置では、対象物で生じた回折波のうち、対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照音波を生成する第２参照音波発生部を更に備え、検出部が、検波面において、対象物で生じた回折波と第２参照音波とをヘテロダイン干渉させてもよい。
【００１７】
本発明の観察装置では、演算部が、時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、所定の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、周波数に関する１次元フーリエ変換、および第１方向に関する１次元フーリエ変換を行うこととしてもよい。
【００１８】
本発明の観察装置では、演算部が、時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、前記所定の周波数の信号を変調器で変調した信号の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、周波数に関する１次元フーリエ変換、および第１方向に関する１次元フーリエ変換を行うこととしてもよい。
【００１９】
本発明の観察装置では、対象物の移動速度を検出する速度検出部を更に備え、演算部が、速度検出部により検出された対象物の速度に基づいて、フーリエ変換の際に対象物の速度変化に関する補正を行うこととしてもよい。
【００２０】
本発明の観察装置では、回折波発生部が、広帯域の音波を生成する音源を有することとしてもよい。また、回折波発生部が、前記音波としてパルス波を生成することとしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、信号取得レートが低い検波器を用いる場合であっても、移動している対象物の像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の観察装置による対象物の像の取得の原理を説明する図である。
【図２】第１実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成の別の一例を示す図である。
【図９】第３実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図１０】第４実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図１１】乗算器を用いたヘテロダイン検波器の構成を示す図である。
【図１２】第５実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図１３】静電型マイクの原理を説明する図である。
【図１４】動電型マイクの原理を説明する図である。
【図１５】光学式マイクの原理を説明する図である。
【図１６】光学式マイクの原理を説明する図である。
【図１７】光学式マイクの原理を説明する図である。
【図１８】第６実施形態に係る観察装置に用いられる光学式マイクの構成を説明する図である。
【図１９】第７実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成を示す図である。
【図２０】第７実施形態に係る観察装置の演算部の演算器構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
本実施形態の観察装置は、移動している対象物に音波が照射された際に生じるドップラーシフト効果を利用し、特に、対象物で生じた回折波の進行方向とドップラーシフト量との間に一定の関係が存在することを利用して、対象物の像を取得するものである。初めに、図１を用いて、本実施形態の観察装置による対象物の像の取得について原理的な事項について説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態の観察装置による対象物の像の取得の原理を説明する図である。この図には、ξη座標系およびｕｖ座標系が示されている。ξ軸およびｕ軸は、互いに平行である。η軸およびｖ軸は、互いに平行である。観察対象である対象物２はξη平面上に存在する。
【００２６】
対象物２はξη平面上で−η方向に移動しているものとする。ξη平面に垂直な方向に進む音波Ｌ０が対象物２に照射されるとする。この音波Ｌ０は例えば平面波である。対象物２に音波Ｌ０が照射されることにより生じる回折波Ｌ１〜Ｌ３は、様々な方向に進み、また、対象物２の移動によりドップラーシフトを受ける。対象物２の移動方向と同じ方向に散乱方向ベクトル成分を有する回折波Ｌ１は、周波数が高くなる。対象物２の移動方向に散乱方向ベクトル成分を有しない回折波Ｌ２は、周波数が変化しない。対象物２の移動方向と逆の方向に散乱方向ベクトル成分を有する回折波Ｌ３は、周波数が低くなる。これらの回折波Ｌ１〜Ｌ３は、ｕｖ平面に到達する。
【００２７】
速度ベクトルＶで移動する対象物２に周波数ω０をもつ音波を照射したときに、対象物２で生じる回折波を静止観測点で観測すると、ドップラー効果によるドップラーシフト周波数ωｄが加わった回折波の周波数は、下記（１）式で表される。（１）式では、対象物２への入射単位ベクトルをｓ０とし、対象物２で生じた回折波の散乱方向を示す散乱単位ベクトルをｓとしている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
例えば、音源が、静止している観測者に向かって速度Ｖで移動している場合を考える。この場合、移動物体自体から音波を発しているため、入射ベクトルｓ０は０としてよい。また散乱単位ベクトルｓと速度ベクトルＶとがなす角度は０度であるから、散乱単位ベクトルｓと速度ベクトルＶの内積は単に速さ｜Ｖ｜となる。したがって、この場合、（１）式は（２）式で表すことができ、観測者は、元の周波数ω０よりも（|Ｖ|／ｃ）ω０だけ高い周波数を観測することとなる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
また、（１）式において、音波の速さｃに比べて速さ|Ｖ|は十分小さい場合、（３）式が導かれる。（３）式において、λは音波の波長を表す。（３）式はドップラーシフト量ωｄは、（ｓ−ｓ０）と移動物体の速度ベクトルＶの内積に比例することを表している。
【００３２】
【数３】
【００３３】
（３）式より、速度Ｖと入射ベクトルｓ０が一定の場合、ある位置で観測される回折波のドップラーシフト周波数は散乱角と一対一で対応することがわかる。したがって、そのドップラーシフト周波数での波の複素振幅値は、回折波のその散乱角における複素振幅値を与える。回折波の最大検波角をθｍａｘとすれば、得られるドップラーシフト周波数の最大値は±ＢＷである。ＢＷを（４）式に示す。
【００３４】
【数４】
【００３５】
ところで、回折波の検波面を無限遠方においたときに得られる回折波パターンが対象物の角度スペクトルとして得られる。これは無限遠方での第１次ボルン近似式である（５）式により確かめられる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
上記（５）式において、ｆ１（ｓ，ｓ０）は散乱強度(scattering amplitude)であり、Ｆは散乱ポテンシャルである。ベクトルＫは２π(ｓ−ｓ０)／λである。λは音波の波長を表す。（５）式は散乱ポテンシャルＦをベクトルｒ空間でフーリエ変換された結果がＫ空間での散乱強度ｆ１になることを表している。Ｋ空間とは角度スペクトルまたは空間周波数Ｋそのものである。音波の場合、対象物外での音速をｃ０、対象物内の音速分布をｃ（ｒ）とすれば、散乱ポテンシャルＦは以下の（６）式で表される。
【００３８】
【数６】
【００３９】
すなわち物体の空間周波数Ｋが、フランフォーファー回折面に現れる。また空間周波数Ｋは、速度Ｖとの内積によりドップラーシフト周波数ωｄに変換される。以上、２つのことから、対象物の空間周波数スペクトルは、ドップラーシフト周波数スペクトルに現れることがわかる。
【００４０】
（第１実施形態）
本実施形態の観察装置１は、以上に説明した原理に基づいて、対象物２の像を取得するものである。図２は、第１実施形態の観察装置１の構成を示す図である。本実施形態の観察装置１は、図２に示すように、信号発生部ＳＧ、回折波発生部１０、検出部２０、および演算部３０を備える。
【００４１】
信号発生部ＳＧは、音波を発生させるための信号を生成する手段であり、周波数ω０の正弦波ｓｉｎ（ω０ｔ）の信号を回折波発生部１０に出力する。
【００４２】
回折波発生部１０は、信号発生部ＳＧから信号を入力して音波を生成し、対象物２へ音波を照射して回折波を発生させる手段である。回折波発生部１０は、トランスデューサ１２を備える。トランスデューサ１２は、信号発生部ＳＧから信号を入力して音波を生成し、移動している対象物へ音波を照射する。トランスデューサ１２は、複数のスピーカから構成され、各スピーカに信号発生部ＳＧからの信号が入力される。各スピーカに入力される信号は、対象物２に平面波が入射されるように位相関係が所定の量に保たれている。トランスデューサ１２は、複数のスピーカにより平面波を出力し、この平面波を対象物２へ照射する。本実施形態では、各スピーカに同一の位相を有する正弦波が入力される。このため、トランスデューサから出力される音波は、図２に示すＺ軸方向に進行する平面波となる。なお、隣り合うスピーカに入力される信号の位相差が一定量の場合、Ｚ軸に対して、位相差の量に応じた角度を有する平面波が出射される。なお、本明細書において、ξ軸方向、ｕ軸方向、Ｘ軸方向、第１方向は互いに平行な向きであり、η軸方向、ｖ軸方向、Ｙ軸方向、第２方向は、互いに平行な向きである。
【００４３】
トランスデューサ１２は、この平面波を対象物２へ照射する。平面波が対象物２に照射されると、対象物２において様々な方向に散乱する回折波が生じる。対象物２で生じた回折波は、検出部２０に到達する。
【００４４】
対象物２はξη平面上で−η方向（図２における−Ｙ方向）に移動しているものとすると、検出部２０に到達した回折波において対象物２の移動に因るドップラーシフト周波数が一定となる第１方向は、ξ軸に平行なｕ方向（図２におけるＸ方向）である。この第１方向に直交する第２方向は、η軸に平行なｖ方向（図２におけるＹ方向）である。検出部２０は、検波面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの第２方向（ｖ方向）についての総和を表すデータを、第１方向（ｕ方向）の各位置について各時刻に出力することができる。
【００４５】
検出部２０は、複数のＹ方向に延在するトランスデューサｄｎにより構成される。トランスデューサｄｎは、検出部２０に到達した音波を受波し、電気信号に変換する手段である。検出部２０では、Ｘ方向に向かってＮ個のトランスデューサｄｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）が並設されている。図２では、そのうち一つのトランスデューサｄｎを示している。各トランスデューサは、物理的にはＹ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)（ｍ＝１，２，…，Ｍ）により構成されている。すなわち、マイクロフォンｄｎ(ｍ)は、第１方向（Ｘ方向）および第２方向（Ｙ方向）に並設されている。各マイクロフォンｄｎ(ｍ)は、音波を受波して電気信号に変換する。各マイクロフォンｄｎ(ｍ)が検出部２０の１つの画素に相当し、各マイクロフォンｄｎ(ｍ)が検波面を形成する。本実施形態では、検出部２０の検波面は、対象物２のフランフォーファー回折像面または結像面のいずれでもないフレネル回折像面に配置されている。
【００４６】
Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されている。各トランスデューサｄｎは、各マイクロフォンｄｎ（ｍ）からの出力信号ｉｎ(ｍ)（ｔ）を電気的な接続により合波し、時刻毎に変数ｍについて１からＭまで総和された信号ｉｎ（ｔ）を出力する。すなわち、本実施形態では、マイクロフォンｄｎ(ｍ)が２次元に配置されているが、各マイクロフォンｄｎ（ｍ）のＹ軸方向の電気的接続により、Ｙ軸方向に長尺なトランスデューサｄｎが、Ｘ軸方向に並設された１次元トランスデューサと同様の構成を有する。各トランスデューサｄｎにおいて出力される信号ｉｎ（ｔ）を（７）式に示す。
【００４７】
【数７】
【００４８】
演算部３０は、検出部２０から出力された信号ｉｎ（ｔ）について所定の演算を行って対象物２の像を得る。この演算内容について以下に説明する。
【００４９】
演算部３０は、各トランスデューサｄｎから出力される信号ｉｎ（ｔ）を取得し、（８）式に示すように、この信号ｉｎ（ｔ）について時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換を行う。（８）式においてωは時間周波数を表す変数であり、ＦＴｔは、時刻変数ｔに関するフーリエ変換の演算を表す記号である。
【００５０】
【数８】
【００５１】
検出部２０の各トランスデューサｄｎには、種々の周波数を有する散乱波が入射する。したがって、検出部２０において検出される音波は、種々の周波数成分を含むものとなる。ここで、（８）式のように、信号ｉｎ（ｔ）を時刻変数ｔに関して１次元フーリエ変換すると、検出部２０の検波面がフラウンフォーファ回折像面に配置された場合に得られる周波数分布と同様の周波数分布が得られる。すなわち、フレネル面に配置される検出部２０により検出された不規則な周波数分布が、信号ｉｎ（ｔ）が時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換により、規則的な周波数分布に変換される。
【００５２】
以降、信号Ｉｎ（ω）をＩ（ｎ，ω）と表記する。変数ｎは、トランスデューサｄｎの第１方向の位置を表す。（８）式により得られた信号Ｉ（ｎ，ω）には、トランスデューサ１２から出射された音波の周波数ω０を中心にドップラースペクトルが含まれている。演算部３０は、信号Ｉ（ｎ，ω）から時間周波数ω０を中心に最大ドップラーシフト周波数ＢＷ（（４）式）を前後に含むように周波数領域を切り出し（（９）式）、位置ｎにおけるドップラーシフト周波数スペクトルI（ｎ，ωｄ）を得る。なお、（９）式は、右辺のＩ（ｎ，ω−ω０）を周波数［−ＢＷ〜ＢＷ］の範囲で切り出す操作を表している。
【００５３】
【数９】
【００５４】
ドップラーシフト周波数スペクトルI（ｎ，ωｄ）は、対象物２のＹ方向の空間周波数スペクトルを表す。対象物２のフランフォーファー回折像をＧと表記すると、（９）式は（１０）式のように表すことができる。
【００５５】
【数１０】
【００５６】
（１０）式において、ＦＴｎは変数ｎに関するフーリエ変換を表す。またＨ（ｘ）はＸ方向の２次位相（Quadratic phase）である。ここで、ｘは第１方向と平行な方向であり、フランフォーファー回折像面上の座標を表す。２次位相Ｈは、検出部２０の配置される位置により決まる値であり、検出部２０の検波面が対象物２のフランフォーファー回折像面（ｘ−ｙ面）に配置された場合には、２次位相Ｈ（ｘ）は１となる。本実施形態では、検出部２０の検波面は、フランフォーファー回折像面または結像面のいずれでもない位置に配置される。この場合、像のボケがこの２次位相Ｈ（ｘ）として現れる。この２次位相Ｈ（ｘ）は、対象物２を測定する前にあらかじめ測定して得ることができる値である。
【００５７】
演算部３０は、（１１）式に示すように、（１０）式の左辺を２次位相Ｈ（ｘ）で除算した後に、位置変数ｘ、および時間周波数変数ωｄにてフーリエ変換することにより、対象物２の複素振幅像ｇを得る。（１１）式において、ＦＴ（ｘ，ωｄ）は、位置変数ｘおよび時間周波数変数ωｄに関するフーリエ変換を表している。
【００５８】
【数１１】
【００５９】
図３は、以上のような演算処理を行う本実施形態における演算部３０の構成を示す図である。演算部３０は、第１フーリエ変換部３１と、特定領域切出部３４と、第２フーリエ変換部３２と、第３フーリエ変換部３３とを備える。第１フーリエ変換部３１は、ｕｖ平面上の位置ｕおよび時刻ｔを変数とする信号ｉｎ（ｔ）について時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換（上記（８）式）を行う。特定領域切出部３４は、この１次元フーリエ変換で得られた信号Ｉ（ｎ，ω）から時間周波数ω０を中心に最大ドップラーシフト周波数ＢＷ（上記（４）式）を前後に含むように周波数領域を切り出す（上記（９）式）。第２フーリエ変換部３２は、この切り出したデータについて時間周波数ωｄに関する１次元フーリエ変換（上記（１１）式の時間周波数ωｄに関するフーリエ変換）を行う。第３フーリエ変換部３３は、第１の第４フーリエ変換部３３Ａ、２次位相除算部３６、及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂを備えている。第１の第４フーリエ変換部３３Ａ及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂは、変数ｘに関するフーリエ変換（上記（１１）式の変数ｘに関するフーリエ変換）、又は変数ｘに関する逆フーリエ変換を行う。２次位相除算部３６は、（１１）式に示すように、第１の第４フーリエ変換部３３Ａから出力されるデータを２次位相Ｈ（ｘ）で除算する。フーリエ変換部に着目すると、本実施例では、演算部３０が時刻変数に関する１次元フーリエ変換を行う第１フーリエ変換部３１と、周波数に関する１次元フーリエ変換を行う第２フーリエ変換部３２と、第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う第３フーリエ変換部３３とを備えている。なお、第２フーリエ変換部３２、第１の第４フーリエ変換部３３Ａおよび第２の第４フーリエ変換部３３Ｂの位置は入れ替えても良い。第２フーリエ変換部３２と第３フーリエ変換部３３は、時間周波数ωｄおよび変数ｘに関する２次元フーリエ変換部を構成する。
【００６０】
以上のような構成により、本実施形態の観察装置１は、信号取得レートが低い検出部２０を用いる場合であっても移動している対象物２の像を高感度に得ることができる。たとえば、Ｙ方向にＭ個、Ｘ方向にＮ個の画素を有する２次元検出器に比べＭ倍の速度で高速に、移動している対象物２の像を得ることができる。また、本実施形態の観察装置１では、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンの出力側が電気的に接続されていても、個々のマイクロフォンが検波する信号を分離することができる。その結果、照射音波を走査することなく２次元回折像を得ることができる。
【００６１】
（第２実施形態）
第２実施形態の観察装置１Ａは、第１実施形態の観察装置１と比較しての検出部および演算部の構成が異なる。それ以外の点は第１実施形態と同じ構成を備える。
【００６２】
本実施形態に係る検出部は、所定平面に検波面を有し、該検波面において音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、複数のマイクロフォンが、第１方向および第２方向に並設される。具体的には、検出部は、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)がＹ方向（第２方向）に並んで構成される。第２方向に並んだｍ番目のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、各位置において検出されたデータを各時刻に出力する。本実施形態に係る検出部では、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されていない。
【００６３】
演算部３０Ａは、第１フーリエ変換部３１と、特定領域切出部３４と、第２フーリエ変換部３２と、第３フーリエ変換部３３とに加え、Ｙ方向にＭ個並んだ検出部の出力を入力し、第１から第Ｍまでの第２方向のマイクロフォンｄｎ(ｍ)の出力の総和を出力する演算器である各出力総和器３５を備える。各出力総和器３５は、様々な位置に配置することができる。演算部３０Ａの演算器構成の一例を図４に示す。図４に示すように、各出力総和器３５が、第１フーリエ変換部３１の前段に配置される場合、各出力総和器３５は、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)が出力するＭ個の信号を所定の時間間隔で取得し、所定の時間間隔毎にＭ個の信号の総和を算出し、結果を第１フーリエ変換部３１に出力する。その後段は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６４】
各出力総和器３５が第１フーリエ変換部３１と第２フーリエ変換部３２との間に配置される場合の演算部３０Ａの演算器構成を図５および図６に示す。図５に示すように各出力総和器３５が第１フーリエ変換部３１と特定領域切出部３４との間に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)からの出力について時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換を行うＭ個の第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍが配置され、第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍの後段に第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。その後段に配置される特定領域切出部３４以降は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６５】
図６に示すように各出力総和器３５が特定領域切出部３４と第２フーリエ変換部３２との間に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個の第１フーリエ変換部３１１〜３１Ｍからの出力について周波数の切り出しを行うＭ個の特定領域切出部３４１〜３４Ｍが配置され、特定領域切出部３４１〜３４Ｍの後段に特定領域切出部３４１〜３４Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。その後段に配置される第２フーリエ変換部３２以降は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６６】
各出力総和器３５が第２フーリエ変換部３２の後段に配置される場合の演算部３０Ａの演算器構成を図７および図８に示す。図７に示すように各出力総和器３５が第２フーリエ変換部３２と第３フーリエ変換部３３との間に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個の特定領域切出部３４１〜３４Ｍからの出力について時間周波数ωｄに関する１次元フーリエ変換を行うＭ個の第２フーリエ変換部３２１〜３２Ｍが配置され、第２フーリエ変換部３２１〜３２Ｍの後段に第２フーリエ変換部３２１〜３２Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。その後段に配置される第３フーリエ変換部３３は、第１実施形態の演算部３０と同じ演算器構成となるため、説明は省略する。
【００６７】
図８に示すように各出力総和器３５が第３フーリエ変換部３３の後段に配置される場合、演算部３０Ａでは、Ｍ個の第３フーリエ変換部３３１〜３３Ｍの後段に第３フーリエ変換部３３１〜３３Ｍからの出力の総和を出力する各出力総和器３５が配置される。
【００６８】
次に、各出力総和器３５の出力について説明する。各出力総和器３５が第１フーリエ変換部３１と第２フーリエ変換部３２の間にある場合、各出力総和器３５は、（１２）式に示すように、時間周波数ω（＝ω０＋ωｄ）毎にＭ個の前段の演算器からの出力の総和を得る。ここでＩｎ（ｍ）（ω）は、第１フーリエ変換部３１のＹ方向にｍ番目に配置されたマイクロフォンｄｎ(ｍ)の出力データｉｎ（ｍ）（ｔ）を時刻変数ｔに関してフーリエ変換した第１フーリエ変換部３１の出力信号を表している。フーリエ変換の線形性により（１２）式中辺のフーリエ演算子ＦＴｔは、総和演算子Σと交換可能であることから、（１２）式最右辺を得る。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
（１２）式において、最右辺の時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換演算子ＦＴｔが作用する項は、Ｍ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)が出力する波形ｉｎ（ｍ）（ｔ）の１〜Ｍまでの総和ｉｎ（ｔ）を表している。すなわち、演算部３０Ａが備える各出力総和器３５は、第１実施形態における検出部２０が出力する信号を時間変数ｔに関してフーリエ変換した信号を出力する。したがって、第２実施形態は、第１実施形態に示す、Ｙ方向の総和を各時刻に出力する検出部２０の一部を演算部３０Ａに含む構成であるといえる。
【００７１】
一方、各出力総和器３５が第２フーリエ変換部３２より後段にある場合、各出力総和器３５は、（１３）式に示すように、時刻毎にＭ個の前段の演算器からの出力の総和を得る。ここでiｎ（ｍ）（ｔ）は、第ｍの第２フーリエ変換部３２ｍの出力を表している。また、iｎ（ｍ）（ｔ）の時刻変数ｔに関する１次元フーリエ変換は、Iｎ（ｍ）（ωｄ）と表す。（１３）式の右辺の１次元フーリエ変換演算子ＦＴω−１が作用する項は、第２フーリエ変換部３２ｍの出力である。したがって、特定領域切出部３４の入力は（１４）式左辺に示される周波数ω０だけ周波数シフトした信号Ｉｎ（ｍ）（ω０＋ωｄ）である。さらに（１４）式の最右辺は、Ｍ個の検出部が出力する波形ｉｎ（ｍ）（ｔ）の１〜Ｍまでの時刻毎の総和を表している。すなわち、演算部３０Ａに設けた各出力総和器３５の出力は、第１実施形態における検出部２０が出力する信号と一致することから、第２実施形態は、第１実施形態の第２方向の総和を表すデータを各時刻に出力する検出部２０の一部を演算部３０Ａに含む構成であるといえる。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
【数１４】
【００７４】
また、各出力総和器３５が、第１フーリエ変換部３１の前段にある場合は、（１５）式に示すように、時刻毎にＭ個の前段の検出部２０Ａからの出力の総和を得る。ここで、ｉｎ（ｍ）（ｔ）は、Ｙ方向に並んだＭ個の検出部２０Ａのうち、Ｙ方向にｍ番目に並んだ出力を表している。（１５）式の右辺は、Ｍ個の検出部が出力する波形ｉｎ（ｍ）（ｔ）の１〜Ｍまでの総和を表している。すなわち、演算部３０Ａが備える各出力総和器３５の出力は、第１実施形態における検出部２０が出力する信号と一致することから、第２実施形態は、第１実施形態のＹ方向の総和を表すデータを各時刻に出力する検出部２０の一部を、演算部３０Ａに含む構成であるといえる。
【００７５】
【数１５】
【００７６】
（第３実施形態）
【００７７】
第１、２実施形態では、対象物２で生じた回折波を直接検出部２０、２０Ａで検波する構成を示した。第３実施形態は、ヘテロダイン計測を用いて、対象物２で生じた回折波を検波する構成について説明する。ヘテロダイン計測とは、対象物２の情報を含んだ回折波に既知の参照波を乗算器で乗算した信号を検波する方法である。特に、乗算後の出力に含まれる差周波数成分を用いることが多い。差周波数成分は、物体波と参照波との差の周波数成分である。このような、差周波数成分を用いることで、低周波数領域において演算を行うことができるので、アナログ的にもデジタル的にも信号処理が容易になるという利点がある。またヘテロダイン計測は、物体波と参照波との差信号を得ることから、対象物による変調成分のみを強調するという作用があり、微小信号変化の検波にも利用される計測方法である。
【００７８】
図９に、第３実施形態の観察装置１Ｂの構成を示す。観察装置１Ｂは、信号発生部ＳＧ、回折波発生部１０、検出部２０Ｂ、演算部３０Ｂ、および参照音波発生部４０（第１参照音波発生部）を備えている。信号発生部ＳＧ、および回折波発生部１０は、第１または第２実施形態で説明した構成と同じである。
【００７９】
検出部２０Ｂは、複数のＹ方向に延在するトランスデューサｄｎに加え、自乗検波器２１とローパスフィルタ２２を備えている。また、演算部３０Ｂの構成は、第１実施形態で説明した演算部３０とほぼ同様の構成であるが、特定領域切出部３４が切り出す中心周波数が、ω０でなくΩである点で演算部３０と異なる。
【００８０】
参照音波発生部４０は、信号発生部ＳＧから所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号を変調器で変調した後に、当該変調後の信号から参照音波（第１参照音波）を生成する。参照音波発生部４０は、信号発生部ＳＧが出力する正弦波を信号ｒ（ｔ）として取得する。参照音波発生部４０は、周波数シフター４１とトランスデューサ４２とを備える。周波数シフター４１は周波数ω０のサイン波を周波数ω０＋Ωへと遷移させる。
【００８１】
トランスデューサ４２は、周波数シフター４１から出力される周波数ω０＋Ωの正弦波を取得し、音波を発生させる。トランスデューサ４２は、回折波発生部１０が備えるトランスデューサ１２と同様なものであり、複数のスピーカから構成され、対象物２に平面波が入射するように各スピーカへの入力信号の位相関係が所定の量に保たれている。本実施形態では、各スピーカに同一の位相を有する正弦波が入力されている。このため、トランスデューサ４２から出力される音波は、平面波となる。なお、各スピーカに入力される信号の位相差が一定量の場合、Ｚ軸に対して位相差の量に応じた角度を有する平面波が出射される。
【００８２】
以上のように構成された観察装置１Ｂでは、検出部２０Ｂが、回折波発生部１０において対象物２から生じた回折音波と、参照音波発生部４０からの参照音波を受波する。回折音波は、ドップラー効果の影響を受けることにより、ドップラーシフト周波数ωｄだけ遷移し、周波数ω０＋ωｄを有する。この回折音波の信号はｓｉｎ（ω０＋ωｄ）ｔとする。これを第１の波と呼ぶ。一方、参照音波発生部４０から発せられる音波は、周波数ω０＋Ωを有する。この参照音波の信号を、ｓｉｎ（ω０＋Ω）ｔとする。これを第２の波と呼ぶ。このような第１の波と第２の波とが検出部２０Ｂに入力されることにより、これらの波の重ね合わせた信号が検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎから出力される。
【００８３】
検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎの後段には自乗検波器２１と、ローパスフィルタ２２が設けられている。自乗検波器２１は、（１６）式のように、第１の波と第２の波の和を自乗して、出力する。（１６）式右辺の第３項は、（１７）式のように分解することができる。よって、自乗検波器２１の出力は、第１の波および第２の波の和周波差２ω０＋Ω＋ωｄと、第１の波および第２の波の差周波数Ω−ωｄを含む項に分解することができる。ローパスフィルタ２２は、自乗検波器２１の出力のうち、差周波成分のみを抜き出して演算部３０Ｂへ出力する。ローパスフィルタ２２から出力される信号ｉｎ（ｔ）は、周波数Ωを中心としてドップラーシフト周波数ωｄを前後に含む。このようにして、検出部２０Ｂが、検波面において、対象物２で生じた回折波と参照音波とをヘテロダイン干渉させる。
【００８４】
【数１６】
【００８５】
【数１７】
【００８６】
演算部３０Ｂは、検出部２０Ｂの出力に対して、所定の演算を行うことにより対象物２の像を得る。すなわち、演算部３０Ｂは、第１フーリエ変換部３１により時間波形ｉｎ（ｔ）を時刻変数ｔに関してフーリエ変換してＩｎ（ω）を出力する。特定領域切出部３４は、周波数Ωを中心に最大ドップラーシフト周波数ＢＷ（上記（４）式）を前後に含む周波数領域を切り出す。この処理を数学的に表すと、（１８）式のようになる。
【００８７】
【数１８】
【００８８】
特定領域切出部３４の後段において行われる演算、および演算器構成は、上記第１、第２実施形態と同様であるため、説明は省略する。以上のような演算を行うことにより、対象物２の像を得ることができる。
【００８９】
なお、本実施形態では、検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎは、第１実施形態と同様のものを用いた。すなわち、検出部２０Ｂは、Ｙ方向に延在するトランスデューサｄｎがＸ軸方向に並設された１次元トランスデューサを備えるものとして説明した。ただし、検出部２０Ｂは、このような構成に限定されるものではない。例えば、検出部２０Ｂのトランスデューサｄｎは、第２実施形態で説明したＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)がＹ方向（第２方向）に並んで構成され、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されていないものであってもよい。この場合、演算部３０Ｂは、第２実施形態で説明した演算部３０Ａ（図４〜８）のように、１〜Ｍまでの総和を得る各出力総和器３５を備える必要がある。
【００９０】
（第４実施形態）
第３実施形態では、参照音波発生部４０で生成された参照音波を第２の波として検出部２０Ｂに入力した。本実施形態は、音波とは異なる波を検出部に入力するものである。
【００９１】
図１０に、第４実施形態の観察装置１Ｃの構成を示す。本実施形態の観察装置１Ｃは、第３実施形態の観察装置１Ｂが備える検出部２０Ｂ、参照音波発生部４０に代えて、検出部２０Ｃ、第１参照信号発生部４０Ｃを備えている。検出部２０Ｃは、入力信号の和を計算する和算器２３をトランスデューサｄｎと自乗検波器２１の間に備えている。検出部２０Ｃおよび第１参照信号発生部４０Ｃ以外の構成は、第３実施形態の観察装置１Ｂと同じである。
【００９２】
第１参照信号発生部４０Ｃは、周波数シフター４１を備えるが、トランスデューサ４２を備えていない点で、第３実施形態の参照音波発生部４０と異なる。第１参照信号発生部４０Ｃは、信号発生部ＳＧが出力する正弦波を信号ｒ（ｔ）として入力し、入力した信号を周波数シフター４１で変調して第１参照信号を生成する。周波数シフター４１は周波数ω０の正弦波を周波数ω０＋Ωへと遷移させる。周波数ω０＋Ωをもつ第１参照信号ｒ’（ｔ）を第２の波として生成し、検出部２０Ｃに出力する。
【００９３】
回折波発生部１０において対象物から生じた回折波は、第１の波として検出部２０Ｃに出力される。一方、第１参照信号ｒ’（ｔ）は、第２の波として検出部２０Ｃの和算器２３に出力される。和算器２３は、第１の波と第２の波を時刻毎に和算し、その結果を時刻毎に自乗検波器２１に出力する。すなわち、和算器２３は、第３実施形態において、マイクロフォンｄｎで第１の波と第２の波が合波することと同等の作用を有する。検出部２０Ｃにおいて、和算器２３の後段に配置される自乗検波器２１以降の処理は、第３実施形態と同じである。このように、検出部２０Ｃは、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第１参照信号ｒ’（ｔ）とをヘテロダイン干渉させている。
【００９４】
なお、和算器２３、自乗検波器２１およびローパスフィルタ２２をまとめてヘテロダイン検波器２４と称する。ヘテロダイン検波器２４は、図１１に示すように乗算器２１Ａおよびローパスフィルタ２２から構成でもよい。この構成の場合、第１の波および第２の波ｒ’（ｔ）が乗算器２１Ａに入力される。乗算器において、（１７）式に示す第１と第２の波の和周波数および差周波数が現れる。すなわち乗算器２１Ａは、和算器２３と自乗検波器２１をあわせたものと同等の役割を果たす。その結果、乗算器２１Ａおよびローパスフィルタ２２から構成されるヘテロダイン検波器２４（図１１）は、和算器２３、自乗検波器２１およびローパスフィルタ２２から構成されるヘテロダイン検波器２４（図１０）と、同じ信号を出力する。
【００９５】
なお、本実施形態では、検出部２０Ｃのトランスデューサｄｎは、第１実施形態と同様のものを用いた。すなわち、検出部２０Ｃは、複数のＹ方向に延在するトランスデューサｄｎとして説明した。ただし、検出部２０Ｃは、このような構成に限定されるものではない。例えば、検出部２０Ｃのトランスデューサｄｎは、第２実施形態で説明したＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)がＹ方向（第２方向）に並んで構成され、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンｄｎ(ｍ)は、出力側で電気的に接続されていないものであってもよい。この場合、演算部３０Ｃは、第２実施形態で説明した演算部３０Ａ（図４〜８）のように、１〜Ｍまでの総和を得る各出力総和器３５を備える必要がある。
【００９６】
（第５実施形態）
第３、４実施形態では、信号発生部ＳＧが生成する正弦波を参照信号源として、参照音波発生部４０、参照信号発生部４０Ｃがそれぞれ参照音波、参照信号を生成し、出力する構成を示した。第５実施形態の観察装置１Ｄは、回折波を参照信号の信号発生源とする点で、第３、４実施形態と異なる。それ以外の点は、第３、４実施形態と同じである。
【００９７】
対象物２の無限遠方または無限遠方とみなされるほど十分離れた位置で対象物２から生じる回折波を観察すれば、対象物２のフランフォーファー回折像を得る。フランフォーファー回折像における像の中心の波は、０次回折波と呼ばれる。フランフォーファー回折像の中心には散乱の影響を受けなかった波または散乱の影響が少ない波が現れる。したがって０次回折波および０次回折波とみなされる回折波は、対象物２による散乱の影響を受けなかった波または散乱の影響が少ない波である。このような、対象物２による散乱の影響を受けなかった波または散乱の影響が少ない波を略０次回折波と呼ぶこととする。
【００９８】
略０次回折波とは、散乱方向の単位ベクトルｓと対象物２の速度ベクトルＶが略直交するとき、（３）式に示すドップラーシフト周波数ωｄが略０となる散乱単位ベクトルｓを持つ回折波のことである。上記第３実施形態および第４実施形態で説明した第２の波は、対象物２に照射されていない波であるため、ドップラーシフト周波数ωｄが０の波であるといえる。したがって、略０次回折波は、参照波である第２の波として利用できる。
【００９９】
図１２に、第５実施形態の観察装置１Ｄの構成を示す。観察装置１Ｄでは、回折波発生部１０および検出部２０との間にマイクロフォンｄｒを備えている。第４実施形態では、参照音波発生部４０Ｃが信号発生部ＳＧからの信号を入力しているのに対し、本実施形態では、第２参照信号発生部４０Ｄがマイクロフォンｄｒからの信号を入力する点で、第４実施形態と異なる。それ以外の点は、第４実施形態と同じである。
【０１００】
つまり、第２参照信号発生部４０Ｄは、対象物２のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに周波数シフター４１で変調した信号である第２参照信号を生成する。そして、検出部２０において、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と第２参照信号とをヘテロダイン干渉させる。以下、具体的に説明する。
【０１０１】
マイクロフォンｄｒは、対象物２から十分離れた面に配置される。マイクロフォンｄｒは、回折波発生部１０から出力された回折音波を受信し、電気信号に変換した出力信号ｒ（ｔ）を出力する。マイクロフォンｄｒは、対象物２の音波によるフランフォーファー回折像またはフランフォーファー回折像面とみなせる位置であって、その像の中心に配置されているため、マイクロフォンｄｒが検波する波は略０次回折波とみなすことができる。したがって、マイクロフォンｄｒが出力する波形ｒ（ｔ）は、第２の波として利用可能である。マイクロフォンｄｒは、出力信号ｒ（ｔ）を第２参照信号発生部４０Ｄに出力する。第２参照信号発生部４０Ｄは、周波数シフター４１により周波数ω-０の正弦波を周波数ω０＋Ωへと遷移させたうえで、周波数ω０＋Ωをもつ第２参照信号ｒ’（ｔ）を第２の波として、検出部２０に出力する。検出部２０以降の処理は、第４実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１０２】
上記のように、本実施形態では、マイクロフォンｄｒで受信した回折音波を電気信号に変換し、検出部２０へ第２の波として出力している。ここで、マイクロフォンｄｒで受信した回折音波を周波数シフター（第２参照音波発生部）により周波数ω-０の正弦波を周波数ω０＋Ωへと遷移させたうえで、マイクロフォンにより音波（第２参照音波）に変換し、音波として第２の波を検出部２０のトランスデューサｄｎに出力してもよい。この場合、第３実施形態と同様に、第１の波と第２の波とが検出部２０に入力されることにより、これらの波の重ね合わせた信号が検出部２０のトランスデューサｄｎから出力される。この場合、検出部２０以降の処理は、第３実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１０３】
以上のように、本実施形態に係る観察装置１Ｄでは、ヘテロダイン計測において参照信号源を信号発生部ＳＧから得るのでなく、物体からの回折波のうちドップラー周波数偏移を受けていない略０次回折波を信号ｒ（ｔ）として利用している。このように、略０次回折波を参照波として用いることにより、第３および第４実施形態と同様にヘテロダイン計測を行うことができる。
【０１０４】
（第６実施形態）
以上では、検出部２０は、Ｘ方向およびＹ方向に並設される２次元のマイクロフォンｄｎ(ｍ)を備えた構成について説明した。また、音波を電気信号に変換するトランスデューサをマイクロフォンという一般名称で述べた。本実施形態の観察装置では、マイクロフォンｄｎ(ｍ)の構成が異なる。まず、音波を電気信号に変換するマイクロフォンの原理について説明する。
【０１０５】
マイクロフォンには種々の原理により音圧変化を電気信号に変換する方法が存在する。例えば、マイクロフォンとしては、静電型マイク、動電型マイク、光学式マイク等が知られている。静電型マイクの原理を図１３を参照して説明する。図１３に示す静電型マイクＭ１は振動板５１、固定板５２、および電圧計５３を備えている。振動板５１および固定板５２は、所定の間隔ｄを有して平行に配置されており、コンデンサーを構成する。コンデンサーを構成する振動板５１と固定板５２（固定電極）の間にあらかじめ電荷を蓄えておき、音圧が振動板５１に当たることで、振動板５１と固定板５２の距離が変化する。これにより、コンデンサーの静電容量が変化することで、電圧計５３で検出される電圧値変化が音圧変化として得られるものである。
【０１０６】
次に、動電型マイクの原理を図１４を参照して説明する。図１４に示す動電型マイクＭ２は、永久磁石棒６１、コイル６２、および振動板６３とを備えている。動電型マイクＭ２は、固定された永久磁石棒６１にコイル６２を巻きつけて構成される。ここで、永久磁石棒６１は静電型マイクＭ１でいう固定板に相当し、コイル６２は静電型マイクＭ１でいう振動板に相当する。音波が入力されると、コイルと振動板６３が連結されているため、振動板６３の振動がコイル６２を左右に振動させる。その結果、電磁誘導が生じ、コイル間の電圧変化が出力され、音圧変化として得られるものである。
【０１０７】
次に、光学式マイクの原理を図１５〜１７を参照して説明する。光学式マイクは、音圧によるにより生じる振動板と固定板との間隙ｄの微少変動を光干渉計測で計測するものである。
【０１０８】
以下に、光学式マイクの構造を静電型マイクと比較して説明する。図１５は、光学式マイクの構成の一例である。図１５に示す光学式マイクＭ３は、ミラー７１、ハーフミラー７２、レーザー光源７４、ビームスプリッタ７５、およびフォトダイオード（フォトセル）７６を備えている。光学式マイクＭ３において、ミラー７１は振動板に相当し、ハーフミラー７２は固定板に相当する。光学式マイクＭ３では、レーザー光源７４からレーザービームを出力し、このレーザービームがビームスプリッタ７５を介してミラー７１およびハーフミラー７２に入射する。その入射光は、ハーフミラー７２により一部が透過してミラー７１に到達する。残りの一部は、ハーフミラー７２で反射して、ビームスプリッタ７５に到達する。ミラー７１に到達した光は反射してビームスプリッタ７５に到達する。これらビームスプリッタ７５に到達した光のうち、一部はフォトダイオード７６に到達し、光強度が電気信号へと変換される。このとき、音波がミラーに当たり、ミラー７１の位置が変わることにより、ミラー７１とハーフミラー７２との間隙ｄが変化する。この間隙ｄとフォトダイオード７６が出力する電気信号Ｉには、その変化量に所定の関係が存在する。したがって、入射した音波の音圧が光学式マイクＭ３で計測できる。
【０１０９】
図１６は、光学式マイクの構成の別の一例である。図１６に示す光学式マイクＭ４は、光学式マイクＭ３において固定板であるハーフミラー７２を９０度折り返して配置し、ハーフミラー７２をミラー７２Ａに置き換えた構造である。光学式マイクＭ４において、ミラー７１は振動板に相当し、ミラー７２Ａは固定板に相当する。光学式マイクＭ４では、レーザー光源７４からレーザービームを出力し、このレーザービームがビームスプリッタ７５を介してミラー７１およびミラー７２Ａに入射する。ミラー７１、７２Ａから反射された光は、ふたたびビームスプリッタ７５に到達する。これらの光の一部はフォトダイオード７６に到達し、光強度が電気信号へと変換される。このとき、振動板に相当するミラー７１の位置が音圧により光軸方向に変位することにより、ミラー７１とビームスプリッタ７５との距離ｌ１とミラー７２Ａとビームスプリッタとの距離ｌ２との差ｄ＝｜ｌ１−ｌ２｜が変化する。この差ｄとフォトダイード７６が出力する電気信号Ｉには所定の関係が存在する。したがって、入射した音波の音圧が光学式マイクＭ４で計測できる。
【０１１０】
図１７は、光学式マイクの構成の別の一例である。図１７に示す光学式マイクＭ５は、光学式マイクＭ３と比較してミラーの反射率が異なる。光学式マイクＭ３では、ハーフミラー７２の反射率が５０％程度であるのに対し、光学式マイクＭ５のミラー７１およびミラー７２Ｂは、いずれも９５％以上の反射率を有する。ここで、ミラー７１とミラー７２Ｂとの間隙ｄと波長との間に、（１９）式の関係があるときに、透過強度が最大になることが知られている。（１９）式において、ｍは任意の整数であり、λは波長である。ミラー７１とミラー７２Ｂから構成される光学素子はファブリペロー干渉計として知られている。
【０１１１】
【数１９】
【０１１２】
光学式マイクＭ５では、上記以外の条件のときには反射光が強くなる。このような干渉計を用いれば、音圧によりミラー７１が光軸方向に変位することでミラー７１およびミラー７２Ｂの間隙ｄが変位することで反射光強度が変化する。その強度変化をフォトダイオード７６でとらえ、電気信号に変換する。すなわち間隙ｄとフォトダイオード７６が出力する電気信号Ｉには所定の関係が存在する。したがって、入射した音波の音圧が光学式マイクＭ５で計測できる。
【０１１３】
上記の３種類の光学式マイクを、基本画素として２次元アレイ化するには、振動板、固定板、ビームスプリッタ、レーザー光源、およびフォトダイオードを単純に並列して２次元アレイ配置すればよい。一方、図１８に示すように、振動板７１、固定板７２、レーザー光源７４、ビームスプリッタ７５は１つだけ配置し、フォトダイオード７６のみを２次元アレイ化するように配置してもよい。図１８に示すような構成にすることで、効率的な２次元画素化ができる。
【０１１４】
このような構成では、振動板７１および固定板７２の大きさを、例えば１０ｘ１０ｍｍ四方とする。レーザー光源７４から出力するレーザービームの断面大きさは、振動板７１および固定板７２の全体を覆う程度の大きさであるようにしても良い。ビームスプリッタ７５は、レーザービームの大きさを２つに分波できる程度の大きさであるようにしても良い。レンズ８１およびレンズ８２は４ｆ光学系をなしており、振動板７１からの反射光を２次元アレイ化したフォトダイオード７６の受光面に結像する。なお、４ｆ光学系とは、レンズ８１の後焦点面とレンズ８２の前焦点面が一致し、かつレンズ８１の前焦点面が振動板７１の面に一致し、レンズ８２の後焦点面が２次元フォトダイオード７６の受光面と一致する構成のことをいう。図１８に示す光学式マイクＭ６では、Ｙ−Ｚ平面に存在する複数のフォトダイオード７６が配列されている様子を示している。実際にはＸ軸方向にも、これらのフォトダイオード７６が並んでいる。光学式マイクＭ６は、複数のフォトダイオード７６のＹ方向の総和を表すデータを各時刻に出力する。
【０１１５】
以上のように、本実施形態では、振動板７１、固定板７２、レーザー光源７４、ビームスプリッタ７５は１つだけ配置し、フォトダイオード７６のみを２次元アレイ化して配置し、複数のフォトダイオード７６のＹ方向の総和を表すデータを各時刻に出力するマイクロフォンについて説明した。つまり、本実施形態のマイクロフォンは、入力された音波により振動する振動板７１と、振動板と所定の間隔を有して配置される固定板７２と、レーザー光源７４と、ビームスプリッタ７５と、光強度を電気信号に変換するフォトダイオード７６とを含み、フォトダイオード７６は、第１方向および第２方向に並設され、第２方向についての総和を表すデータを、第１方向の各位置について各時刻に出力する。第１〜第５実施形態に係る検出部２０では、Ｘ方向およびＹ方向に並設される２次元のマイクロフォンｄｎ(ｍ)を備えたが、このような複数のマイクロフォンｄｎ(ｍ)に代えて、本実施形態で説明したマイクロフォンを第１〜第５実施形態の検出部２０に適用してもよい。また光学式マイクＭ１〜Ｍ６の場合，光ヘテロダイン干渉法により検出感度を向上させてもよい。
【０１１６】
（第７実施形態）
上記第１〜第６実施形態では、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面に配置されている場合について説明した。本実施形態では、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合の演算器構成を、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面に配置されている第１実施形態の演算器３０と比較して説明する。なお、音波を反射する反射板を用いた反射レンズ（ミラーレンズ）を用いることにより、検出部の検波面に形成される対象物２の像を、フレネル回折像、フランフォーファー回折像、物体像に相互に変換することが可能である。
【０１１７】
検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合には、上記第１〜第６実施形態と比較して演算器の構成が異なる。図１９は、検出部の検波面が、対象物２のフランフォーファー回折像面に配置されている場合の演算器構成を示している。この場合の演算器３０Ｆは、図１９に示すように、第１実施形態における演算器３０と比較して、第３フーリエ変換部３３が、第１の第４フーリエ変換部３３Ａのみにより構成される点で異なり、その他の構成は同じである。この第１の第４フーリエ変換部３３Ａは、変数ｘに関するフーリエ変換（上記（１１）式の変数ｘに関するフーリエ変換）を行う。
【０１１８】
図２０は、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されている場合の演算器構成を示している。この場合の演算器３０Ｇは、図２０に示すように、第３フーリエ変換部３３が、第１の第４フーリエ変換部３３Ａ、２次位相除算部３６、及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂを備えている。すなわち、この演算器３０Ｇの構成は、第１実施形態における演算器３０と等しい。第１の第４フーリエ変換部３３Ａ及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂは、変数ｘに関するフーリエ変換（上記（１１）式の変数ｘに関するフーリエ変換）、又は変数ｘに関する逆フーリエ変換を行う。２次位相除算部３６は、（１０）式に示すように、第１の第４フーリエ変換部３３Ａから出力されるデータを２次位相Ｈ（ｘ）で除算する。
【０１１９】
フーリエ変換部に着目すると、演算部３０Ｆ，３０Ｇのいずれにおいても、時刻変数に関する１次元フーリエ変換を行う第１フーリエ変換部３１と、周波数に関する１次元フーリエ変換を行う第２フーリエ変換部３２と、第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う第３フーリエ変換部３３とを備えている。なお、第２フーリエ変換部３２と第３フーリエ変換部３３の位置は入れ替えても良い。対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合には、本実施形態の演算器構成を、第２〜６実施形態に適用することができる。例えば、検出部の検波面が、対象物２のフランフォーファー回折像面に配置されている場合、第２実施形態の演算部３０Ａの第３フーリエ変換部３３（図４〜８）に代えて、本実施形態の演算部３０Ｆの第３フーリエ変換部３３（図１９）を用いることとしてもよい。同様に、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されている場合、第２実施形態の演算部３０Ａの第３フーリエ変換部３３（図４〜８）に代えて、本実施形態の演算部３０Ｇの第３フーリエ変換部３３（図２０）を用いることとしても良い。
【０１２０】
なお、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されている場合、式（１１）中の２次位相Ｈ（ｘ）は実質１と見なすことができる。また、第１の第４フーリエ変換部３３Ａ及び第２の第４フーリエ変換部３３Ｂが互いに打ち消しあう演算を行うことから、実質的には、演算部３０Ｇの第３フーリエ変換部３３では演算が行われていないこととなる。しかしながら、検出部の検波面が、対象物２の結像面に配置されていることにより、検出部において得られる像は、空間的に第１方向に関する１次元フーリエ変換が行われたものである。観察装置全体としてみれば第１方向に関する１次元フーリエ変換が行われているといえる。
【０１２１】
このような構成により、本実施形態の観察装置においても、信号取得レートが低い検出部を用いる場合であっても移動している対象物２の像を高感度に得ることができる。また、本実施形態の観察装置では、Ｙ方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンの出力側が電気的に接続されていても、個々のマイクロフォンが検波する信号を分離することができる。その結果、照射音波を走査することなく２次元回折像を得ることができる。たとえば、Ｙ方向にＭ個、Ｘ方向にＮ個の画素を有する２次元検出器に比べＭ倍の速度で高速に、移動している対象物２の像を得ることができる。更に、検出部の検波面が、対象物２のフレネル回折像面とは異なる面に配置されている場合においても、対象物２の像を適切に得ることができる。
【０１２２】
（変形例）
以上説明した、第１〜第７実施形態の観察装置では、検出部の検波面が、第１方向と第２方向とで同じ種類の回折像面に配置される実施形態について説明した。しかし、検出部の検波面は、第１方向と第２方向に作用の異なる反射板を用いた反射レンズ（ミラーレンズ）により、第１方向と第２方向とで異なる種類の回折像面が形成された面に配置されてもよい。この場合、観察装置では、第１方向に形成される回折像面に対応した演算器が用いられる。
【０１２３】
例えば、検出部の検波面が、第１方向において対象物２のフレネル回折像が形成される面であって、第２方向において対象物のフランフォーファー回折像が形成される面に配置された場合、第１実施形態の演算器３０を用いることで、対象部２の像を得ることができる。また、検出部の検波面が、第１方向において対象物２のフランフォーファー回折像が形成される面であって、第２方向において対象物のフレネル回折像が形成される面に配置された場合、第７実施形態の演算器３０Ｆを用いることで、対象部２の像を得ることができる。したがって、検出部の検波面が、第１方向と第２方向に作用の異なる反射板を用いた反射レンズ（ミラーレンズ）により、第１方向と第２方向とで異なる種類の回折像面が形成された面に配置された場合であっても、以上で説明した、演算部３０，３０Ｆ，３０Ｇにより、対象部２の像を得ることができる。
【０１２４】
以上説明した、第１〜第７実施形態の観察装置では、対象物２の速度が変化するとドップラー信号に周波数変調が生じて、最終的に得られる対象物２の像が流れ方向に伸縮する。このような伸縮を補正するために、本実施形態の観察装置は、対象物２の移動速度を検出する速度検出部を更に備えることとしても良い。そして、演算部は、速度検出部により検出された対象物２の速度に基づいて、時間方向の１次元フーリエ変換または２次元フーリエ変換の際に対象物２の速度変化に関する補正を行うこととしても良い。または、速度検出部より検出された対象物２の速度に基づいて、検出部の撮影タイミングを図ってもよい。
【０１２５】
この速度検出部は、任意のものが用いられ得るが、移動速度とドップラーシフト量との間の関係を利用して、検波面の回折波到達位置における信号の周波数を検出することでも対象物２の移動速度を求めることができる。この場合、速度検出部は、例えば、検出部の検波面の一部に対象物２の移動速度を求めるためのマイクロフォンが独立して設けられていてもよい。
【０１２６】
以上の説明では、ξη平面上で対象物２が一方向に移動する場合について説明した。本発明は、ξη平面に垂直なζ方向に対象物２が往復移動する場合にも適用可能である。この場合、検波面において径方向にドップラーシフトが生じるので、周方向に画素構造を有し各画素が放射状に延在する検出器が用いられる。
【０１２７】
以上の説明では、対象物の像を、入射波と同じ方向に回折する透過波を検出部で取得する実施形態を主に示したが、入射波の方向と反対方向に回折する波である反射波で取得してもよいことは、明らかである。音源として、ドップラーシフト量を感度よく検出する上では、単一周波数を有する音波の利用が考えられるが、これに限定されない。例えば、広帯域周波数を含む音波を用いることで、位相物体の深さに関する情報も取得可能となる。各周波数成分のドップラーシフトを計測するためには、広帯域の音波として、各周波数成分間の位相関係が一定であるものを用いることが考えられる。このような音源として、例えばパルス波を用いることができる。
【０１２８】
上記第１〜第７実施形態では、入射波ベクトルｓ０は、Ｚ軸に平行であり、速度Ｖとの内積が０であるから、（８）式はωｄ＝ｋ・Ｖと表した。ただし、入射波ベクトルｓ０はＺ軸に平行ではなくてもよい。この場合、種々の入射方向ｓ０にて波を入力し、その回折波を検出部で取得し、演算部にて入射方向ｓ０毎のI（ｎ，ωｄ）を得て、フーリエ回折定理（Fourier diffraction theorem）やフーリエ断層定理（Fourier slice theorem）により３次元像複素振幅を復元することもできる。入射波ｓ０の入射角の制御は回折波発生部のトランスデューサを構成する複数のスピーカからの位相を制御することで、平面波の入射角を変化させることができる。
【０１２９】
上記実施形態の観察装置によれば、信号取得レートが低い検出部を用いる場合であっても移動している対象物２の像を高感度に得ることができる。たとえば、Ｙ方向にＭ個、Ｘ方向にＮ個の画素を有する２次元検出器に比べＭ倍の速度で高速に、移動している対象物２の像を得ることができる。またY方向に向かって並設されるＭ個のマイクロフォンの出力側が電気的に接続されていても，個々のマイクロフォンが検波する信号を分離することができ、照射音波を走査することなく結果２次元回折像を得ることができる。
このとき、変調周波数に対応した画像が直接得られるため、画像を実時間表示することも可能となる。さらに、チップ内演算機能カメラを用いれば、速度の再構成画像を検出器から直接出力することも可能である。
【０１３０】
上記実施形態の観察装置によれば、対象物２の移動方向のセンサーアレイ数を減らすことができ、システムの安価小型化が実現するのと同時に、受音後のアナログ−デジタル変換の際の量子化ノイズ、オペアンプ等のノイズ重畳の低減が図ることができる。そのため、精度のよくイメージングを行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１３１】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…観察装置、１０…回折波発生部、１２…トランスデューサ、２０，２０Ｂ，２０Ｃ…検出部、２１…自乗検波器、２１Ａ…乗算器、２２…ローパスフィルタ、２３…和算器、２４…ヘテロダイン検波器、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…演算部、３１…第１フーリエ変換部、３２…第２フーリエ変換部、３３…第３フーリエ変換部、３３Ａ，３３Ｂ…第４フーリエ変換部、３４…特定領域切出部、３５…各出力総和器、３６…２次位相除算部、４０…参照音波発生部、４０Ｃ…第１参照信号発生部、４０Ｄ…第２参照信号発生部、４１…周波数シフター、４２…トランスデューサ、７１…振動板、７２…固定板、７４…レーザー光源、７５…ビームスプリッタ、７６…フォトダイード、８１，８２…レンズ、Ｍ６…光学式マイク、ＳＧ…信号発生部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の信号を生成する信号発生部と、
前記所定の周波数の信号を入力して音波を生成する音源を有し、移動している対象物へ前記音波を照射する回折波発生部と、
前記音源による音波照射により前記対象物で生じた回折波のうち所定平面に到達した音波において前記対象物の移動に因るドップラーシフト効果が一定となる前記所定平面上の方向であって、前記対象物の移動方向に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向に直交する前記所定平面上の方向であって、前記対象物の移動方向に平行な方向を第２方向としたときに、前記所定平面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの、前記第２方向についての総和を表すデータを、前記第１方向の各位置について各時刻に出力する検出部と、
前記検出部から出力された前記所定平面上の前記第１方向の位置および時刻を変数とするデータについて、時刻変数に関する１次元フーリエ変換、周波数に関する１次元フーリエ変換、および前記第１方向に関する１次元フーリエ変換を行って、これらの１次元フーリエ変換により得られたデータを前記対象物の像として得る演算部と、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記検出部が、前記所定平面に検波面を有し、該検波面において前記音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、
前記複数のマイクロフォンが、前記第１方向および前記第２方向に並設され、前記第２方向のマイクロフォンは、その出力側で電気的に接続されている
請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記検出部が、前記所定平面に検波面を有し、該検波面において前記音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、
前記複数のマイクロフォンが、前記第１方向および前記第２方向に並設され、
前記演算部が、前記第２方向のマイクロフォンの出力の総和を得る各出力総和器を備える
請求項１に記載の観察装置。
【請求項４】
前記検出部が、前記所定平面に検波面を有し、該検波面において前記音波を受波して電気信号に変換するマイクロフォンを備え、
前記マイクロフォンは、入力された音波により振動する振動板と、前記振動板と所定の間隔を有して配置される固定板と、レーザー光源と、ビームスプリッタと、前記レーザー光源からの光の強度を電気信号に変換するフォトセルとを含み、
前記フォトセルは、前記第１方向および前記第２方向に並設され、前記第２方向についての総和を表すデータを、前記第１方向の各位置について各時刻に出力する
請求項１に記載の観察装置。
【請求項５】
前記信号発生部から前記所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照音波を生成する第１参照音波発生部を更に備え、
前記検出部が、前記検波面において、前記対象物で生じた回折波と前記第１参照音波とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記信号発生部から前記所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照信号を生成する第１参照信号発生部を更に備え、
前記検出部が、前記第２方向のマイクロフォンの出力の総和と前記第１参照信号とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記対象物で生じた回折波のうち、前記対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照信号を生成する第２参照信号発生部を更に備え、
前記検出部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と前記第２参照信号とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項８】
前記対象物で生じた回折波のうち、前記対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照音波を生成する第２参照音波発生部を更に備え、
前記検出部が、前記検波面において、前記対象物で生じた回折波と前記第２参照音波とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項９】
前記演算部が、前記時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、前記所定の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、前記周波数に関する１次元フーリエ変換、および前記第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う、
請求項１〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記演算部が、前記時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、前記所定の周波数の信号を変調器で変調した信号の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、前記周波数に関する１次元フーリエ変換、および前記第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う、
請求項５〜８の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記対象物の移動速度を検出する速度検出部を更に備え、
前記演算部が、前記速度検出部により検出された前記対象物の速度に基づいて、前記フーリエ変換の際に前記対象物の速度変化に関する補正を行う、
請求項１〜１０の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記回折波発生部が、広帯域の音波を生成する音源を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１３】
前記回折波発生部が、前記音波としてパルス波を生成することを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１】
所定の周波数の信号を生成する信号発生部と、
前記所定の周波数の信号を入力して音波を生成する音源を有し、移動している対象物へ前記音波を照射する回折波発生部と、
前記音源による音波照射により前記対象物で生じた回折波のうち所定平面に到達した音波において前記対象物の移動に因るドップラーシフト効果が一定となる前記所定平面上の方向であって、前記対象物の移動方向に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向に直交する前記所定平面上の方向であって、前記対象物の移動方向に平行な方向を第２方向としたときに、前記所定平面上の各位置に到達した音波のドップラーシフト量に応じた周波数で時間的に変化するデータの、前記第２方向についての総和を表すデータを、前記第１方向の各位置について各時刻に出力する検出部と、
前記検出部から出力された前記所定平面上の前記第１方向の位置および時刻を変数とするデータについて、時刻変数に関する１次元フーリエ変換、周波数に関する１次元フーリエ変換、および前記第１方向に関する１次元フーリエ変換を行って、これらの１次元フーリエ変換により得られたデータを前記対象物の像として得る演算部と、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記検出部が、前記所定平面に検波面を有し、該検波面において前記音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、
前記複数のマイクロフォンが、前記第１方向および前記第２方向に並設され、前記第２方向のマイクロフォンは、その出力側で電気的に接続されている
請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記検出部が、前記所定平面に検波面を有し、該検波面において前記音波を受波して電気信号に変換する複数のマイクロフォンを備え、
前記複数のマイクロフォンが、前記第１方向および前記第２方向に並設され、
前記演算部が、前記第２方向のマイクロフォンの出力の総和を得る各出力総和器を備える
請求項１に記載の観察装置。
【請求項４】
前記検出部が、前記所定平面に検波面を有し、該検波面において前記音波を受波して電気信号に変換するマイクロフォンを備え、
前記マイクロフォンは、入力された音波により振動する振動板と、前記振動板と所定の間隔を有して配置される固定板と、レーザー光源と、ビームスプリッタと、前記レーザー光源からの光の強度を電気信号に変換するフォトセルとを含み、
前記フォトセルは、前記第１方向および前記第２方向に並設され、前記第２方向についての総和を表すデータを、前記第１方向の各位置について各時刻に出力する
請求項１に記載の観察装置。
【請求項５】
前記信号発生部から前記所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照音波を生成する第１参照音波発生部を更に備え、
前記検出部が、前記検波面において、前記対象物で生じた回折波と前記第１参照音波とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記信号発生部から前記所定の周波数の信号を入力して、その入力した信号から第１参照信号を生成する第１参照信号発生部を更に備え、
前記検出部が、前記第２方向のマイクロフォンの出力の総和と前記第１参照信号とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記対象物で生じた回折波のうち、前記対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照信号を生成する第２参照信号発生部を更に備え、
前記検出部が、第２方向のマイクロフォンの出力の総和と前記第２参照信号とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項８】
前記対象物で生じた回折波のうち、前記対象物のフランフォーファー回折像の中心に現れる音波を入力して、その入力した音波を電気信号に変換したのちに、該電気信号から第２参照音波を生成する第２参照音波発生部を更に備え、
前記検出部が、前記検波面において、前記対象物で生じた回折波と前記第２参照音波とをヘテロダイン干渉させる
請求項２〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項９】
前記演算部が、前記時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、前記所定の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、前記周波数に関する１次元フーリエ変換、および前記第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う、
請求項１〜４の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記演算部が、前記時刻変数に関する１次元フーリエ変換により得られたデータのうち、前記所定の周波数の信号を変調器で変調した信号の周波数を中心として最大ドップラーシフト周波数を前後に含む領域のデータについて、前記周波数に関する１次元フーリエ変換、および前記第１方向に関する１次元フーリエ変換を行う、
請求項５〜８の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記対象物の移動速度を検出する速度検出部を更に備え、
前記演算部が、前記速度検出部により検出された前記対象物の速度に基づいて、前記フーリエ変換の際に前記対象物の速度変化に関する補正を行う、
請求項１〜１０の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記回折波発生部が、広帯域の音波を生成する音源を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１３】
前記回折波発生部が、前記音波としてパルス波を生成することを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の観察装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１】
【公開番号】特開２０１３−９４４９８（Ｐ２０１３−９４４９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１５２９（Ｐ２０１１−２４１５２９）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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