漫射介质的光学成像制造技术

本发明专利技术揭示一种显示器像素阵列(113)，其由一频带中的红外光(107)照明。红外全息成像信号(123、223、293)通过将全息图案驱动到所述显示器像素阵列(113)上生成。所述全息红外成像信号(123、223、293)的射出信号(143、243、273)的图像用图像像素阵列(170)捕获。所述图像像素阵列(170)经配置以捕获所述红外光且拒绝所述频带外的光。

Optical imaging of diffuse media

The invention discloses a display pixel array (113) illuminated by infrared light (107) in a frequency band. Infrared holographic imaging signals (123, 223, 293) are generated by driving holographic patterns onto the display pixel array (113). The images of the emitted signals (143, 243, 273) of the holographic infrared imaging signals (123, 223, 293) are captured by an image pixel array (170). The image pixel array (170) is configured to capture the infrared light and reject the light outside the frequency band.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】漫射介质的光学成像相关申请案的交叉参考此申请案主张2016年9月13日申请的第15/264,088号美国非临时申请案的优先权，所述案特此以引用方式并入。
本专利技术大体上涉及成像，且特定来说(但非排他地)，涉及使用红外光的医学成像。
技术介绍
不断上升的医疗保健成本给家庭及企业带来了经济压力，此外还限制了那些能够承担增加成本的人获得医疗保健的机会。一些医学成像模式是医疗费用中的大成本驱动因素，这是因为促进医学成像的系统及装置被估价为数百万美元。由于一些医学成像系统的高价格，替代测试及/或不太准确的医学成像模式是标准护理，即使更昂贵的医学成像系统是更好的诊断工具。在发展中国家，例如MRI(磁共振成像)的医学成像系统的高价格由于价格和实体可及性而限制了医学成像的可及性，这是因为医学成像系统的稀疏地理分布也给那些从其受益的人带来了旅行障碍。附图说明参考图式描述本专利技术非限制性及非穷尽性实施例，其中相似元件符号指代贯穿各种视图的相似部件，除非另外指定。图1说明根据本专利技术的实施例的包含显示器及图像像素阵列的实例成像系统。图2说明根据本专利技术的实施例的包含显示器及图像像素阵列的实例成像系统。图3说明根据本专利技术的实施例的与人类头部相关的成像系统的组件的实例放置。图4A及4B说明根据本专利技术的实施例的穿戴式成像系统的实例形状因子实施方案。图5说明根据本专利技术的实施例的柔性穿戴式成像系统的实例配置。图6说明根据本专利技术的实施例的与被戴在头上或戴在头周围的实例穿戴式成像系统通信的联网系统。图7A到7C说明根据本专利技术的实施例的定向超声发射器的实例实施例。图8A到8B说明根据本专利技术的实施例的用于生成全息红外成像信号的显示器的实例实施例。图9说明根据本专利技术的实施例的将全息图案与漫射介质中的位置联系起来的实例过程。图10说明根据本专利技术的实施例的包含显示器及图像像素阵列的实例成像系统。图11说明根据本专利技术的实施例的将全息图案与漫射介质中的位置联系起来的实例过程。具体实施方式本文描述用于漫射介质的光学成像的系统、装置及方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员应认识到，无需运用所述特定细节中的一或多者或运用其它方法、组件、材料等等而实践本文描述的技术。在其它例子中，未展示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。本专利技术的内容可应用于医学成像，也可应用于其它领域。人类组织对红外光是透明的，尽管人体的不同部分(例如，皮肤、血液、骨骼)展现不同的吸收系数。研究者已尝试将红外光性质用于医学成像目的，但尺寸及成本约束因大规模采用而受到限制。出于成像目的用近红外光照明组织有时称之为漫射光学断层成像。在一种漫射光学断层成像技术中，飞行时间(TOF)成像可在理论上通过测量“弹道”光子(非散射的那些光子)穿过组织所花费的时间而采用。因为弹道光子最快地到达传感器，所以其受阻最小(具有最短光学路径)，且因此可得出一些结论来创建由红外光照明的组织的图像。然而，TOF成像通常需要专门的硬件(例如，皮秒脉冲激光器及单光子检测器)来促进能够以光速成像的传感器上的超快快门，且所述系统总体上非常昂贵且笨重。TOF成像还需要输入大约10到100倍(或比在检测器处使用的光强度更多)的光强度到身体中，因此，功效及功率限制以及输入强度的安全限制限制了TOF成像分辨率及效用。与TOF成像相比，本专利技术的实施例利用全息光束将红外光引导到漫射介质(例如，大脑或组织)的体素。光检测器(例如，图像像素阵列)测量所述全息光束的射出信号。所述射出信号是从体素发射及/或传输通过体素的全息光束的红外光。所述光检测器可包含像素阵列，其测量入射在像素上的射出信号的振幅且确定所述射出信号的相位。通过捕获漫射介质中的一体素或体素群组处的射出信号变化的图像(例如，红血细胞中的氧耗、由激活的神经元中的潜在差异引起的散射变化、荧光造影剂及其它光学变化)，随着时间的推移，可记录那个体素或体素群组的变化，因为全息光束的吸收、散射相位随组织的变化而变化。可通过改变显示器上的全息图案以操纵全息光束朝向不同体素或体素群组来对多个体素成像。通过光栅扫描通过许多体素(及记录射出信号)，可构造漫射介质的三维图像。贯穿此说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书在多个地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合于一或多个实施例中。贯穿此说明书，使用所属领域的若干术语。这些术语具有其所来自的领域中的其普通含义，除非本文具体定义或其使用的上下文将另外明确暗示。图1说明根据本专利技术的实施例的实例成像系统100。成像系统100包含处理逻辑101、显示器110及图像像素阵列170。在图1中，成像系统100还包含定向超声发射器115，其经耦合由处理逻辑101驱动。在图1中，显示器110包含红外发射器105、红外导向器103及显示器像素阵列113。举例来说，显示器像素阵列113可为LCD(液晶显示器)。所述LCD显示器可为有源矩阵(使用薄膜晶体管)或无源矩阵LCD。在一个实施例中，所述LCD显示器具有小于7微米的像素。在一个实施例中，显示器110是全息显示器。出于本专利技术的目的，全息显示器包含一显示器，其中所述显示器中的每一像素可独立地调制照明像素的光的相位及强度。像素阵列可利用透射架构(例如，通过液晶调制透射)或反射架构(例如，硅上液晶)。处理逻辑101可包含处理器、微处理器、处理核心集群、FPGA(场可编程门阵列)及/或其它合适的逻辑硬件组合。尽管未说明，但系统100可包含耦合到处理逻辑101的无线收发器。所述无线收发器经配置以无线地发送及接收数据。所述无线收发器可利用任何合适的无线协议，例如蜂窝、WiFi、BlueToothTM或其它。在图1中，将显示器像素阵列113说明为由红外波前107照明的透射LCD。在说明的实施例中，红外(IR)发射器105经耦合由处理逻辑101的输出X3驱动。当处理逻辑101打开IR发射器105时，红外光传播到IR导向器103中。IR导向器103可为导光板，其类似于常规边缘照明LCD中发现的导光板。IR导向器103可为利用TIR(全内反射)的细长棱镜。IR导向器103重新引导红外光朝向显示器像素阵列113。IR导向器103可包含将红外光重新引导朝向IR显示器113的锯齿光栅。在一个实施例中，IR发射器105是发射单色红外光的红外激光二极管。举例来说，单色光可被定义为4nm频带内的光。在一个实施例中，IR发射器105是脉冲式的，且在另一实施例中，是CW(连续波)。IR发射器105发射的红外光可以700到1000nm范围内的频率为中心。在一个实施例中，IR发射器105发射的红外光可以1600到1700nm范围内的频率为中心。在一个实例中，发射器105生成以850nm为中心的单色光。可操纵红外光束可通过将不同全息图案驱动到显示器110上而由显示器110生成。每一不同全息图案可使红外光在不同方向上转向(聚焦)。红外光束的定向性质受从显示器110的像素发射的红外光的相干及相消干涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医学成像装置，其包括：处理逻辑；发射器，其用于发射一频带内的红外光；显示器像素阵列，其包含多个像素，所述多个像素中的每一像素个别地可配置以调制从所述发射器接收到的所述红外光的振幅以根据通过所述处理逻辑驱动到所述显示器像素阵列上的全息图案生成红外全息成像信号；及图像像素阵列，其包含多个成像像素，经配置以接收所述频带内的入射光且拒绝所述频带外的光，所述处理逻辑耦合到所述图像像素阵列以启动红外图像的捕获，其中所述处理逻辑进一步经耦合以从所述图像像素阵列接收所述捕获到的红外图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.13 US 15/264,0881.一种医学成像装置，其包括：处理逻辑；发射器，其用于发射一频带内的红外光；显示器像素阵列，其包含多个像素，所述多个像素中的每一像素个别地可配置以调制从所述发射器接收到的所述红外光的振幅以根据通过所述处理逻辑驱动到所述显示器像素阵列上的全息图案生成红外全息成像信号；及图像像素阵列，其包含多个成像像素，经配置以接收所述频带内的入射光且拒绝所述频带外的光，所述处理逻辑耦合到所述图像像素阵列以启动红外图像的捕获，其中所述处理逻辑进一步经耦合以从所述图像像素阵列接收所述捕获到的红外图像。2.根据权利要求1所述的医学成像装置，其进一步包括：参考波前发生器，其经配置以响应于接收到由所述处理逻辑生成的激活信号用参考波前照明所述图像像素阵列，所述处理逻辑导致所述参考波前发生器在与所述由所述图像像素阵列捕获所述红外图像重叠的时间周期期间照明所述图像像素阵列，其中所述参考波前在所述频带内。3.根据权利要求2所述的医学成像装置，其中所述参考波前发生器从所述发射器接收所述红外光，且其中所述发射器是激光器且所述频带是单色红外光。4.根据权利要求1所述的医学成像装置，其进一步包括：定向超声发射器，其经配置以动态地将超声信号聚焦到三维空间中的给定体素，其中所述处理逻辑经配置以驱动所述定向超声发射器将所述超声信号聚焦到三维空间中的第一体素，同时还将所述全息图案驱动到所述显示器像素阵列上且同时启动所述用所述图像像素阵列捕获所述红外图像。5.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中所述图像像素阵列经定位以对通过所述红外全息成像信号传播通过漫射介质生成的射出信号成像。6.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中由所述图像像素阵列接收到的所述入射光在入射在所述图像像素阵列上之前穿过所述显示器像素阵列。7.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中所述显示器像素阵列的像素间距小于或等于所述红外全息成像信号的波长的五倍。8.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中所述显示器像素阵列包含于全息显示器中且所述显示器像素阵列中的每一像素独立地可配置以调制从所述发射器接收到的所述红外光的相位。9.根据权利要求8所述的医学成像装置，其中调制用于所述多个像素中的所述像素中的每一者的所述红外光的相位包含驱动跨所述像素的两个电极的电压以使所述两个电极之间的液晶对准以改变传播通过所述像素的所述红外光的光学路径的长度以便在所述红外光离开所述像素时实现所述红外光的指定相位。10.一种对组织成像的方法，所述方法包括：用一频带内的红外波前照明显示器像素阵列；通过在所述像素阵列由所述红外波前照明时将全息图案驱动到所述显示器像素阵列上形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·L·杰普森，
申请(专利权)人：开放水域互联网公司，
类型：发明
国别省市：美国,US