JP2007528028A - 異なる焦点に合わせられた画像を生成する光学システム - Google Patents

Abstract

異なるように焦点が合わせられた／デフォーカスされた画像を生成する方法とシステムが開示され、１つまたは２つ以上のビーム分割手段（１６、１８）を使用してビーム（１４）が複数の合成ビーム（２０、２６、２４）に分割され、複数の分離されたセンサ（３０、３４、３２）が使用されてビーム（２０、２６、２４）が検出される。それぞれのセンサ（３０、３４、３２）までの、合成ビーム（２０、２６、２４）の経路長は、各合成ビームに対して異なり、これは、ビーム分割手段（１６、１８）からの合成ビーム（２０、２６、２４）のそれぞれの出口点から異なる距離にセンサ（３０、３４、３２）を置くことにより、または、ビーム分割手段（１６、１８）とセンサ８３０、３４、および３２９の間に光学要素（例えば、移動可能な透明ウェッジ型部材のようなもの）を配置することにより達成できる。対照物の連続画像を捕捉することにより対象物の移動を決定する方法とシステムもまた開示されている。

Description

発明の分野
本発明は、対象物の異なる焦点に合わせられた画像を同時に生成する光学システムと方法に関する。本発明は、対象物の位相画像を生成するために要求される画像の形成に特別に適用される。本発明は、対象物の位相画像を生成するためのカメラにおいて具現化されてもよい。

発明の背景
対象物の位相画像は、対象物の、カメラにより捕捉された強度画像のシリーズに含まれる情報から計算できる。画像のこのシリーズは通常は、単に、対象物自身からの光の伝播の方向における対象物の焦点の合った画像からの種々の近距離における強度画像の配置ということで、「スルーフォーカルシリーズ」と呼ばれる。この計算が行われる処理は、メルボルン大学が所有する国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ９９／００９４９号（公開番号ＷＯ００／２６６２２号）および本出願人が所有する国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ０２／０００１３９８号に開示されている。これらの明細の内容は、この参照により本明細書に組み込まれたものとする。

上記の特許出願に記載されているように、このスルーフォーカルシリーズが形成される方法は、本質的に連続的である。つまり、カメラ機構は、シリーズの各画像を、各露光の間に起こる、対象物に関する画像センサの距離における微小変位を伴って次々に捕捉する。センサの変位は、典型的には機構手段により行われるので、画像の露光間には、測定可能な時間が経過する。対象物が静止している（または静止状態）と考えられる多くに適用例においては、この時間経過は完全に容認される。しかし、関心の対象物が移動し、または、連続的に画像化するアプローチを不可能にするのに十分なほど大きな速度でその物理的外見を変化する多数の適用例がある。これが起こり得るケースとしては、成長の観測時、または生体細胞における他の変化、製造ライン上の移動対象物の表面構造の分離、飛行機に起因する大気の変動、または戦場における、カモフラージュされた車両または戦闘員を識別して追尾することなどがある。

同時画像化カメラシステムは、良質なカラー画像化の適用例に一般的に利用できる。画像が捕捉される機構は、レンズアセンブリからの光の入力ビームを受け入れる２色ビーム分割プリズムを有する。入力ビームはその後、プリズムにより３つまたはそれ以上のビームに分割され、それぞれが異なる色を有し、プリズム内の３つまたはそれ以上の出力ウィンドウに向けられる。出力ウィンドウのそれぞれには、画像化センサ、典型的にはＣＣＤアレイが位置し、異なる色を有する個々の画像を生成する（図１）。

プリズムにより行われる分割は、典型的には数枚の薄膜コーティングにより達成され、その各々は選択的に、色の異なる範囲を反映している。このようなコーティングは２色反射器（図２）として知られている。画像センサの各々は、プリズムから正確な距離に位置して、すべての画像がお互いに関して横方向に整列され、同時に焦点が合わせられることを確実にしている。

発明の概要
第１の態様において、本発明は、対象物の少なくとも２つの異なる焦点に合わせられた画像を生成するシステムであって、
お互いに分離された少なくとも２個のセンサと、
対象物からの放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割するビーム分割手段と、を備え、２つの合成ビームの、それぞれのセンサまでの経路長は異なるシステムを提供する。
このように、本発明により、２つのセンサが既に記載したスルーフォーカルシリーズを生成することが可能になる。従ってこれにより、対象物の異なる焦点に合わせられた画像の同時捕捉が可能になる。

本発明の好適な実施形態において、ビーム分割手段はプリズムを備える。
１つの実施形態において、プリズムは、ビームをそれぞれ色が異なる少なくとも２つのビームに分割する２色ビーム分割要素を含む。
しかし、別の実施形態において、プリズムは中性フィルタを含んでもよく、それによりビームは複数の合成ビームに分割され、それぞれは選択的な発色は呈示しない。

中性フィルタのそれぞれに対する光の透過レベルは、使用されているセンサ数に依存する。典型的には、３個のセンサに対して第１フィルタは、入射ビームの３３％を反射して６７％を透過し、第２フィルタは、第１フィルタからのビームの５０％を透過し反射する。このように、各センサは原入射ビームの３３％を受け取る。
好適には、センサはＣＣＤアレイを備える。しかし他の実施形態において、センサはフォトダイオードまたは類似のものを備えることができる。フォトダイオードは、光学システムが、画像を生成するために対象物を走査する共焦点顕微鏡において使用される環境において特別に適用される。

好適には、放射ビームは、赤外線、可視光線、紫外線、およびＸ線を含むいかなる所望の波長の電磁放射である。しかし、ビームはまた、電子ビームのような粒子放射、および音響波のような機械的放射であってもよい。
１つの実施形態において、センサは、ビーム分割手段からの合成ビームの個々の出口点から異なる距離に位置し、それにより異なる経路長を生成する。しかし、別の実施形態において、ビーム分割手段は、それぞれのセンサへの、それぞれの合成ビームの方向において長かったり短かったりし、センサはビーム分割手段に直接取り付けられることにより、異なる経路長を生成する。

更に別の実施形態において、異なる経路長は、光学要素がビーム分割手段とセンサの間に位置することにより提供され、それにより合成ビームの、ビーム分割手段からそれぞれのセンサまでの異なる経路長を生成する。
本発明の好適な実施形態において、要素は、合成ビームが通過するウェッジの量を変更するために、お互いに関して移動可能な透明ウェッジ型部材の対を備えており、それにより、合成ビームの経路長を変更して異なる経路長を生成する。本実施形態においては、センサはビーム分割手段から等距離に位置している。

本発明の１つの実施形態において、ビーム調整要素がビーム分割手段とそれぞれのセンサの間に位置する。
好適には、複数のビーム調整要素がビーム分割手段とセンサの間で位置することが可能で、移動手段が、要素の１つを、それぞれのセンサに関して順番に登録されるように要素を移動するために設けられ、それにより合成ビームは要素の１つを通過する。このように、移動手段により要素の何れをも整列するように移動でき、センサによる検出に先立ってビームの必要な調整が行われる。

調整要素は、カラー画像化フィルタ、１対の透明ウェッジ要素から構成されるデフォーカスウェッジシステム、および偏光器を含んでもよい。
本発明の１つの実施形態において、ビームは電子ビームを含み、ビーム分割手段は、電子ビームの経路の方向に沿って配置された複数のセンサを備え、電子ビームのある部分はセンサの第１番目により検出され、ビームのある部分はセンサの第１番目を通過して後続のセンサに到達し、そのセンサにより検出され、それにより異なる経路長を生成する。

第２態様において、本発明は対象物の異なる焦点に合わせられた画像を生成するシステムであるといってよく、システムは、
お互いに分離された少なくとも２個のセンサと、
対象物からの放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割するビーム分割手段と、センサの少なくとも１つとビーム分割手段の間であって、対応する合成ビームの経路に位置し、ビームの、ビーム分割手段からセンサまでの経路長を変更し、それによりそれぞれのセンサにより検出される２つの異なる経路長を有する合成ビームを生成する光学要素と、を含む。

本発明の好適な実施形態において、ビーム分割手段はプリズムを備える。１つの実施形態において、プリズムは、ビームをそれぞれ色が異なる少なくとも２つのビームに分割する２色ビーム分割要素を含む。
しかし、別の実施形態において、プリズムは中性フィルタを含んでもよく、それによりビームは複数の合成ビームに分割され、それぞれは選択的な発色は呈示しない。

中性フィルタのそれぞれに対する光の透過レベルは、使用されているセンサ数に依存する。典型的には、３個のセンサに対して第１フィルタは、入射ビームの３３％を反射して６７％を透過し、第２フィルタは、第１フィルタからのビームの５０％を透過し反射する。このように、各センサは原入射ビームの３３％を受け取る。

好適には、センサはＣＣＤアレイを備える。しかし他の実施形態において、センサはフォトダイオードまたは類似のものを備えることができる。フォトダイオードは、光学システムが、画像を生成するために対象物を走査する共焦点顕微鏡において使用される環境において特別に適用される。
好適には、放射ビームは、赤外線、可視光線、紫外線、およびＸ線を含むいかなる所望の波長の電磁放射である。しかし、ビームはまた、電子ビームのような粒子放射、および音響波のような機械的放射であってもよい。

本発明の好適な実施形態において、要素は、合成ビームが通過するウェッジの量を変更するために、お互いに関して移動可能な透明ウェッジ型部材の対を備えており、それにより、合成ビームの経路長を変更して異なる経路長を生成する。本実施形態においては、センサはビーム分割手段から等距離に位置している。
本発明の１つの実施形態において、ビーム調整要素がビーム分割手段とそれぞれのセンサの間に位置する。

好適には、複数のビーム調整要素がビーム分割手段とセンサの間で位置することが可能で、移動手段が、要素の１つを、それぞれのセンサに関して順番に登録されるように要素を移動するために設けられ、それにより合成ビームは要素の１つを通過する。このように、移動手段により要素の何れをも整列するように移動でき、センサによる検出に先立ってビームの必要な調整が行われる。
調整要素は、カラー画像化フィルタを含んでよい。

本発明の第３態様は、対象物の異なる焦点に合わせられた画像を生成するシステムであるといってよく、システムは、
お互いに分離された少なくとも２個のセンサと、
対象物からの入射放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割するビーム分割手段と、
ビーム調整部材であって、（ａ）複数の調整要素と、（ｂ）部材を移動して、要素の選択された１つを、それぞれのセンサに関して整列するための移動手段と、を有する部材と、を含む。

本発明の好適な実施形態において、ビーム分割手段はプリズムを備える。１つの実施形態において、プリズムは、ビームをそれぞれ色が異なる少なくとも２つのビームに分割する２色ビーム分割要素を含む。
しかし、別の実施形態において、プリズムは中性フィルタを含んでもよく、それによりビームは複数の合成ビームに分割され、それぞれは選択的な発色は呈示しない。

中性フィルタのそれぞれに対する光の透過レベルは、使用されているセンサ数に依存する。典型的には、３個のセンサに対して第１フィルタは、入射ビームの３３％を反射して６７％を透過し、第２フィルタは、第１フィルタからのビームの５０％を透過し反射する。このように、各センサは原入射ビームの３３％を受け取る。
好適には、センサはＣＣＤアレイを備える。しかし他の実施形態において、センサはフォトダイオードまたは類似のものを備えることができる。フォトダイオードは、光学システムが、画像を生成するために対象物を走査する共焦点顕微鏡において使用される環境において特別に適用される。

好適には、放射ビームは、赤外線、可視光線、紫外線、およびＸ線を含むいかなる所望の波長の電磁放射である。しかし、ビームはまた、電子ビームのような粒子放射、および音響波のような機械的放射であってもよい。

１つの実施形態において、センサは、ビーム分割手段からの合成ビームの個々の出口点から異なる距離に位置し、それにより異なる経路長を生成する。しかし、別の実施形態において、ビーム分割手段は、それぞれのセンサへの、それぞれの合成ビームの方向において長かったり短かったりし、センサはビーム分割手段に直接取り付けられることにより、異なる経路長を生成する。

更に別の実施形態において、異なる経路長は、光学要素がビーム分割手段とセンサの間に位置することにより提供され、それにより合成ビームの、ビーム分割手段からそれぞれのセンサまでの異なる経路長を生成する。
本発明の好適な実施形態において、要素は、合成ビームが通過するウェッジの量を変更するために、お互いに関して移動可能な透明ウェッジ型部材の対を備えており、それにより、合成ビームの経路長を変更して異なる経路長を生成する。
調整要素は、カラー画像化フィルタおよび偏光器を含んでもよい。

本発明は、対象物の異なる焦点に合わせられた画像を生成する方法であるといってよく、方法は、
お互いに分離された少なくとも２個のセンサを提供し、
対象物から発せられる放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割し、
２つの合成ビームの、それぞれのセンサまでの経路長が異なるようにすること、を含む。

上記に言及した本発明の好適な実施形態において、異なる焦点に合わせられた画像は、少なくとも１つの負に焦点を合わせられた画像と、焦点の合った画像と、少なくとも１つの正に焦点を合わせられた画像から構成される。本実施形態において、３個のセンサが提供され、ビーム分割手段は放射を３つの合成ビームに分割し、それぞれはセンサの１つにより検出される。
本発明の更なる態様において、運動または移動検出が考察される。

１つの実施形態において、システムは上記に記載したシステムの何れかを備えてよく、センサにより受け取られた画像は、お互いに関して時間遅延され、少なくとも２つの時間遅延された画像がセンサにより検出される。これらの画像はお互いに比較され、対象物の移動があったかどうかが決定され、対象物の運動が決定される。時間遅延は、上述のように同時にではなく、画像を連続して撮ることにより提供されるか、または１つのビームを相対的に長い経路に沿って進ませ、別のビームをもっと短い経路に沿って進ませることにより時間遅延を生成し、それにより画像は異なるセンサ上で同時に捕捉でき、一方では運動を決定する比較のために時間遅延された２つの画像が依然として提供される。時間遅延画像は、ビームの１つを、光学ファイバまたは類似の中を、かなりの距離を通すことにより提供することもできる。

本発明の本態様はまた、対象物の移動を決定するシステムであるといってよく、システムは、
対象物からの放射ビームを受け取り、お互いに関して時間遅延された対象物の少なくとも２つの連続画像を捕捉するための少なくとも１つのセンサと、
画像をお互いに関して比較し、画像間の差を決定する手段と、
画像の比較に基づいて、対象物が移動したかどうかを決定するための手段と、を含む。
好適には、画像は対象物の位相画像を備える。

好適には、比較は、画像間の差に基づく処理手段により行われる。
画像の比較と、対象物が移動したかどうかの決定は、単一の処理手段により行われてもよい。
本発明の本態様の好適な実施形態において、対象物が移動したかどうかの決定は、センサにより捕捉された画像から、対象物の位相画像を生成し、位相画像を調べて、画像中の詳細部における明暗の陰を観察して、対象物がセンサに向かってあるいは離れるように移動しているのかを決定することにより行われる。

本発明の本態様は、対象物の移動を決定する方法であるといってよく、方法は、
センサにより対象物からの放射ビームを検出し、
対象物の少なくとも２つの時間遅延された画像を生成し、
画像をお互いに関して比較し、
画像の比較に基づいて対象物が移動したかどうかを決定する、ことを含む。

好適な実施形態の詳細な説明
本発明の好適な実施形態は、例として、添付図を参照して説明される。
図３を参照して、本発明の好適な実施形態は、画像化される対象物からの白色光１４のビームを受け取るためのプリズム１２を含む。プリズム１２は第１中性フィルタ１６と第２中性フィルタ１８を含む。第１フィルタ１６は、ビーム１４を第１合成ビーム２０と第２ビーム２２に分割する。ビーム２０は、ビーム１４中の放射の１／３を含み、ビーム２２は、原ビーム１４における放射の２／３を含む。第２フィルタ１８はその後、ビーム２２を第２合成ビーム２４と第３合成ビーム２６に分割する。フィルタ１８は、ビーム２４がビーム２２における放射の５０％を含み、ビーム２６がビーム２２における放射の５０％を含むようにビーム２２を分割する。このように、合成ビーム２０、２４、および２６は原ビーム１４の１／３を含む。

好適な実施形態において、図３と図５に示された光学システムは、対象物の位相画像を生成するためのカメラにおいて具現化される。明白なことであるが、カメラは、図４におけるレンズ画像化システムにより概略的に表現されている対象物からのビーム１４の焦点を合わせるためのレンズシステムを含む。カメラはまた、対象物の位相画像を生成するための、上述の国際出願に開示されたアルゴリズムに従って計算を行うためのプロセッサを含むこともある。正確な高解像度位相画像を得るために、上記のデフォーカス（焦点ずらし）された画像は、図４に示すように画像化システムの被写界深度内にあるべきであり、また上述のように、好適な実施形態においては、システムの焦点面のどちらかの側０．０８ｍｍである。しかし、この距離は、レンズ画像化システムの焦点深度により変化する。

図５に示すように、３個のセンサ３０、３２、および３４は合成ビーム２０、２４、および２６の経路に位置しており、図５に示すようにこれらのビームを検出する。図５は、センサ３２が、原ビーム１４の焦点距離にあり、センサ３０は、ビーム２０から負にデフォーカスされた画像を生成するために０．０８ｍｍの量だけ焦点距離より少ない位置しており、センサ３４は、ビーム２６から正にデフォーカスされた画像を生成するために、焦点距離よりも最大０．０８ｍｍ多い距離に位置している。

このように、図５の実施形態によれば、センサ３０と３４は、図５に示すプリズム出口面３１と３５から、０．０８ｍｍ以下だけ近づいた、または離れた距離に位置している。
図６に示す第２実施形態において、デフォーカスされた画像を生成するための合成ビーム２０と３６の異なる経路長は、センサ３０と３４へ向かう方向において、プリズムをより短くおよび長くすることにより達成される。図から明確に分かるように、プリズムは入射ビーム１４から出口面３１へはより薄く、入射ビーム１４から出口面３１へはより太くなっている。本実施形態において、センサ３０、３２、および３４は、プリズム１２に直接貼り付けられている。この配置により異なる経路長が提供され、センサ３０、３２、および３４が、プリズム１２のそれぞれの面に貼り付けられているのでより大きな安定性が得られる。しかし、この方法はまた、球面−色収差と呼ばれる収差の原因にもなり、ある適用例においては過剰と判断されかねない、最終位相画像における劣化という結果になる。

これらの実施形態において、個々の画像の捕捉中における時間の経過をなくすためには、画像センサのそれぞれは、正確に同時刻に作動されなければならない。この作動方法は、既存の商用化された三次元ＣＣＤカメラにおいては標準手順である。しかし、ある実施形態においては、後で詳細を示すように、画像間の短い遅延は有利となる場合がある。これらの実施形態としては、乱気流の強調表示、または対象物の移動を決定するために使用されるシステムなどがある。

図７は、本発明の、図５の実施形態に類似している別の実施形態を示しているが、本実施形態においては、ＣＣＤセンサ３０、３２、および３４は単一フォトダイオード型センサ３０ａ、３２ａ、および３４ａにより置き換えられている。この配置は、走査処理の間、顕微鏡が、画像を生成するために対象物を走査し、効率的に対象物上の離散点からデータ収集する、共焦点走査顕微鏡において特別に適用される。そのため、前述の実施形態におけるように、ＣＣＤアレイではなく、ただ１つの単一フォトダイオードが必要とされる。

本実施形態はまた、図６と同じである、ダイオードを図６に示すタイプのプリズム１２に直接貼り付ける方法で配置することもできることに留意されたい。
図８は本発明の更に別の実施形態を示し、プリズムとセンサは概略的に、図１を参照して記載した構成と同じように配置されており、センサ３０、３２、および３４はそれぞれ、プリズム１２のビーム分割フィルタのそれぞれから同じ距離にある。本実施形態においては、センサ３０と３４において、デフォーカスされた画像を生成するために、デフォーカスされたウェッジシステム５０が、プリズム１２とそれぞれのセンサ３０と３４の間に位置している。各ウェッジシステム５０は、ガラスのような透明材料から形成されたウェッジ５２を備える。ウェッジは、そのより長い傾斜表面（つまり、斜辺に沿う斜面）が相互に向き合うように配置される。一般的に、これらの表面はお互いが接触することもあり、ウェッジ５２はそれぞれ、お互いに関して移動できるように実装され、ウェッジを、ウェッジが完全に重なり長方形のブロックを効果的に形成できる場所から、ウェッジがほとんど完全に分離した場所に移動できるようになっている。このように、このことにより、ビーム２０と２６が、センサ３０と３４に到達する前に通過しなければならない材料の異なる量が提供される。光が各個々のガラスウェッジから出射する、またはそこに入射するときの光回折のため、この材料の異なる量により、合成ビーム２０と２６の経路長が変更され、これによりデフォーカスされた画像が生成される。従って、本実施形態もまた、実際の経路長であり、お互いに関してウェッジ５２の適切な位置を制御し、それにより、カメラのレンズシステムの異なる倍率が提供される。このように、本実施形態は、デフォーカスの連続的に調整可能な量を提供し、それゆえ、カメラシステムの適用の範囲により柔軟性が与えられる。対向するウェッジ５２もまた、お互いに関してのウェッジ５２の場所に関係なく、ビームが逸脱しないことを確実にする。

図９は、更に別の実施形態を示し、センサ３０、３２、および３４は、図５を参照して記載したのと同様な方法で配置されている。本実施形態において、フィルタ６０、６２、および６４はプリズムとそれぞれのセンサ３０、３２、および３４の間に配置されている。フィルタ６０、６２、および６４は、カメラの基本的な機能を変更するために使用できる。フィルタは、カラーフィルタが使用されるときはカラー画像化を可能にし、偏光器が設置されれば、画像化において偏光の検出も可能になる。カラー画像化に対して、フィルタは単純な赤、緑、および青しか必要としないが、偏光画像化器は、フィルタ６０に対して線形偏光器を使用し、フィルタ６４に対しては、類似ではあるが直交方向に方位付けられた偏光器を使用し、フィルタ６２は、他の別の方向に方位付けられた偏光器またはガラスのブランクシートとの何れかであってよく、それにより焦点がセンサ３２に維持することを確実にする。

図１０は、本発明の更に別な実施形態を示している。図１０は、説明の簡略化のためにセンサ３２のみを示していることに留意されたい。本実施形態においては、複数の光学調整要素７２、７４、および７６を備える光学部材７０が提供される。要素７２、７４、および７６は、８０として概略的に表現される移動機構上に位置しており、この移動機構は、結果としてフィルタ要素７２、７４、および７６を、センサ３２に対して整列させ、要素７２、７４、および７６のうちから選択された１つをビーム２４が通過するように移動するための移動器のいかなる形状であってもよい。本発明の好適な実施形態においては、上述したように、要素７２はカラーフィルタを備えることができ、要素７６は偏光器を、そして要素７４は２つのウェッジ５２から形成されたウェッジ対を備えることができる。このように、本実施形態においては、上述したカラーフィルタと偏光器の効果が、単に移動器８０を移動して適切なフィルタをセンサ３２に対して整列させるだけで得ることができる。ビーム２４の経路長においてある変更が必要なときは、ウェッジシステム７４を、センサ３２に対して整列することができる。移動器は単純な機構的滑走運搬装置または回転可能な車輪の形状であってよい。これは、カメラ内に容易に含むことができる。しかし、適切な要素をセンサ３２に対して整列させるように移動する他の移動機構もまた使用できる。

図１１は本発明の更に別の実施形態を示し、この実施形態においては、電磁放射ではなく、電子ビームが画像の位置決めに使用されている。図１１において、電子１４の入射ビームはまずセンサ３０により受け取られる。センサ３２と３４は、センサ３０の後ろに位置している。電子ビームのある部分は、センサ３０により検出され、ビームの他の部分は単にセンサ３０を通過して、センサ３２により検出される。同様に、電子のある部分はセンサ３２を通過して、センサ３４により受け取られる。このように、センサはそれ自身、ビーム分割要素として動作して合成ビームを生成し、センサ３０、３２、および３４間の間隔により異なる経路長が生成され、焦点の合った、およびデフォーカスされた画像が生成される。

図１１に示す構成はまた、センサがビームの一部をセンサ３０と３２を通過するように構成されれば、電磁放射にも使用できる。典型的なセンサは、画像が現像されるフィルム型センサの性質を有する。センサ３２と３４上の画像の強度は、明白にその前のセンサ上の強度よりも小さく、これは、処理において考慮される必要がある。フィルムセンサにより捕捉された画像は、デジタル化でき、上述したＣＣＤセンサまたはフォトダイオードからの信号と同様に使用して、位相画像を生成することができる。

音響波を使用する実施形態においては、ビーム分割器は、部材の形状をしていても、または、振幅を分割する屈折不整合に基づくビーム分割器の形状であってもよく、センサは超音波トランスデューサであってもよい。

図１２は、本発明の更に別の実施形態を示しており、この実施形態は対象物の移動または運動の検出に関連している。本実施形態においては、たった１個のセンサしか必要としない。しかし、下記の説明から明白になるように、図１から図１１を参照して記述した配置もまた、運動の検出に使用できる。

図１２を参照して、対象物からの放射９８のビームは、少なくとも１つのセンサ１００により検出される。センサ１００は、位相画像を生成できる、対象物の焦点の合った画像およびデフォーカスされた画像の第１セットを捕捉する。対象物の焦点の合った、およびデフォーカスされた画像は、同時画像ではなく、連続画像であり、それによりセンサにより捕捉された画像は、お互いに時間遅延されることになる、つまり、異なる時間における対象物を示すことになる。このように、捕捉された画像は、対象物の移動のため、お互いに関してわずかに異なっており、捕捉された画像の少なくとも２つを比較して、対象物が移動したかどうかを決定できる。決定は画像間の差に基づいて行うことができる。しかし、本発明の好適な実施形態においては、捕捉された画像は位相画像を生成するために使用され、位相画像に対して、センサに対しての対象物の移動を示す画像の形状上の明暗の陰が調べられる。このように、画像における詳細部上の陰を生成することにより、センサに関して対象物が移動したかどうか、およびセンサに関して何れの方向かについての決定をすることが可能になる。位相画像は当然、上記の国際出願に記述されたアルゴリズムに従って生成される。図１２から分かることであるが、センサ１００はプロセッサ１０２に接続され、そこにおいてセンサ１００により捕捉されたデータから位相画像が生成される。対象物の移動を決定する処理もまた、センサ１００により捕捉された２つの画像の単純な比較、あるいは、上述のように、位相画像を生成して、位相画像の明暗の陰領域を調べることの何れかに基づいて、プロセッサ１０２において行われる。

この技術は、時間に関して同時ではなく、時間に関して連続する画像の捕捉を必要としているので、図１２に示すように、たった１個のセンサしか使用する必要がない。しかし、図１から図１１に示された配置もまた、分離したセンサのそれぞれが、時間に関して同時ではなく、時間に関して連続する対象物の画像を捕捉することができるのであれば、使用することができる。これは、単に、同時ではなく、異なる時間において各センサにより画像を捕捉するか、または、センサの１つに向かって進む光ビームの、別のセンサに向かって進む光ビームに比較しての効果的な時間遅延を導入し、異なる時間において対象物に関しての情報を光ビームが効果的に含むようにすることにより達成できる。本実施形態においては、画像の捕捉は連続的であってよく、光ビームがお互いに関して遅延され、異なる時間において画像を効果的に示すという事実により、上述と同様な方法で、運動の決定を行うことができる。

本発明の精神および範囲内における変形例は、この技術に精通した者には容易に実現できるので、本発明は、上記に例として記述した特別な実施形態に制限されるのではないということは理解されたい。

対象物のカラー画像生成のための従来のカメラを使用する光学システムの図である。 図１の実施形態において使用される２色フィルタの透過曲線を示している。 本発明の第１実施形態の図である。 本発明の好適な実施形態による、システムの被写界深度を示す図である。 センサを含む、図３の実施形態を示す。 本発明の更なる実施形態を示す。 本発明の更なる実施形態を示す。 本発明の更なる実施形態を示す。 本発明の更なる実施形態の図である。 本発明の更なる実施形態を示す。 本発明の更なる実施形態の図である。 本発明の更なる実施形態の図である。

Claims (30)

1. 対象物の少なくとも２つの異なる焦点に合わせられた画像を生成するシステムであって、お互いに分離された少なくとも２個のセンサと、前記対象物からの放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割するビーム分割手段と、を備え、前記２つの合成ビームの、それぞれのセンサまでの経路長が異なるシステム。
2. 前記ビーム分割手段はプリズムを備える請求項１に記載のシステム。
3. 前記プリズムは、前記ビームをそれぞれ色が異なる少なくとも２つのビームに分割する２色ビーム分割要素を含む請求項２に記載のシステム。
4. 前記センサはＣＣＤアレイを備える請求項１に記載のシステム。
5. 前記センサは、前記ビーム分割手段からの前記合成ビームのそれぞれの出口点から異なる距離に位置し、それにより異なる経路長を生成する請求項１に記載のシステム。
6. 前記異なる経路長は、光学要素が前記ビーム分割手段と前記センサの間に位置することにより提供され、それにより前記合成ビームの、前記ビーム分割手段から前記それぞれのセンサまでの異なる経路長を生成する請求項１に記載のシステム。
7. 前記要素は、前記合成ビームが通過するウェッジの量を変更するために、お互いに関して移動可能な透明ウェッジ型部材の対を備えており、それにより、前記合成ビームの経路長を変更して異なる経路長を生成する請求項６に記載のシステム。本実施形態においては、前記センサは前記ビーム分割手段から等距離に位置している。
8. ビーム調整要素が前記ビーム分割手段と前記それぞれのセンサの間に位置する請求項１に記載のシステム。
9. 複数のビーム調整要素が前記ビーム分割手段と前記センサの間で位置することが可能で、移動手段が、前記要素の１つを、前記それぞれのセンサに関して順番に登録されるように前記要素を移動するために設けられ、それにより前記合成ビームは前記要素の前記１つを通過する請求項８に記載のシステム。
10. 前記ビームは電子ビームを含み、前記ビーム分割手段は、前記電子ビームの経路の方向に沿って配置された複数のセンサを備え、前記電子ビームのある部分は前記センサの第１番目により検出され、前記ビームのある部分は前記センサの前記第１番目を通過して後続のセンサに到達し、そのセンサにより検出され、それにより異なる経路長を生成する請求項１に記載のシステム。
11. 対象物の異なる焦点に合わせられた画像を生成するシステムであって、
    お互いに分離された少なくとも２個のセンサと、
    前記対象物からの放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割するビーム分割手段と、
    前記センサの少なくとも１つと前記ビーム分割手段の間であって、対応する合成ビームの経路に位置し、前記ビームの、前記ビーム分割手段から前記センサまでの経路長を変更し、それにより前記それぞれのセンサにより検出される２つの異なる経路長を有する合成ビームを生成する光学要素と、を備えるシステム。
12. 前記ビーム分割手段はプリズムを備える請求項１１に記載のシステム。
13. 前記センサはＣＣＤアレイを備える請求項１１に記載のシステム。
14. 前記要素は、前記合成ビームが通過するウェッジの量を変更するために、お互いに関して移動可能な透明ウェッジ型部材の対を備えており、それにより、前記合成ビームの経路長を変更して異なる経路長を生成する請求項１１に記載のシステム。
15. ビーム調整要素が前記ビーム分割手段と前記それぞれのセンサの間に位置する請求項１４に記載のシステム。
16. 複数のビーム調整要素が前記ビーム分割手段と前記センサの間で位置することが可能で、移動手段が、前記要素の１つを、前記それぞれのセンサに関して順番に登録されるように前記要素を移動するために設けられ、それにより前記合成ビームは前記要素の前記１つを通過する請求項１５に記載のシステム。
17. 調整要素はカラー画像化フィルタを含んでもよい請求項１６に記載のシステム。
18. 対象物の異なる焦点に合わせられた画像を生成するシステムであって、
    お互いに分離された少なくとも２個のセンサと、
    前記対象物からの入射放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割するビーム分割手段と、
    （ｃ）複数の調整要素と、（ｂ）前記部材を移動して、前記要素の選択された１つを、前記それぞれのセンサに関して整列するための移動手段と、を有するビーム調整部材と、を備えるシステム。
19. 前記ビーム分割手段はプリズムを備える請求項１８に記載のシステム。
20. 前記センサは、前記ビーム分割手段からの前記合成ビームのそれぞれの出口点から異なる距離に位置し、それにより異なる経路長を生成する請求項１８に記載のシステム。
21. 前記異なる経路長は、光学要素が前記ビーム分割手段と前記センサの間に位置することにより提供され、それにより前記ビームの、前記ビーム分割手段から前記それぞれのセンサまでの異なる経路長を生成する請求項１８に記載のシステム。
22. 前記要素は、前記合成ビームが通過するウェッジの量を変更するために、お互いに関して移動可能な透明ウェッジ型部材の対を含んでおり、それにより、前記合成ビームの経路長を変更して異なる経路長を生成する請求項２１に記載のシステム。
23. 対象物の異なる焦点に合わせられた画像を生成する方法であって、
    お互いに分離された少なくとも２個のセンサを提供し、
    前記対象物から発せられる放射ビームを、少なくとも２つの合成ビームに分割し、
    前記２つの合成ビームの、前記それぞれのセンサまでの経路長が異なるようにする、ことを含む方法。
24. 前記異なる焦点に合わせられた画像は、少なくとも１つの負に焦点を合わせられた画像と、焦点の合った画像と、少なくとも１つの正に焦点を合わせられた画像から構成される請求項２３に記載の方法。
25. 対象物の移動を決定するシステムであり、
    前記対象物からの放射ビームを受け取り、お互いに関して時間遅延された前記対象物の少なくとも２つの連続画像を捕捉するための少なくとも１つのセンサと、
    前記画像をお互いに関して比較し、前記画像間の差を決定する手段と、
    前記画像の前記比較に基づいて、前記対象物が移動したかどうかを決定するための手段と、を含むシステム。
26. 前記画像は、前記対象物の位相画像を備える請求項２５に記載のシステム。
27. 前記比較は、前記画像間の差に基づく処理手段により行われる請求項２５に記載のシステム。
28. 前記画像の比較と、前記対象物が移動したかどうかの決定は、単一の処理手段により行われてもよい請求項２５に記載のシステム。
29. 前記対象物が移動したかどうかの決定は、前記センサにより捕捉された前記画像から、前記対象物の位相画像を生成し、前記位相画像を調べて、前記画像中の詳細部における明暗の陰を観察して、前記対象物が前記センサに向かってあるいは離れるように移動しているのかを決定することにより行われる請求項２８に記載のシステム。
30. 対象物の移動を決定する方法であって、
    センサにより前記対象物からの放射ビームを検出し、
    前記対象物の少なくとも２つの時間遅延された画像を生成し、
    前記画像をお互いに関して比較し、
    前記画像の比較に基づいて前記対象物が移動したかどうかを決定する、ことを含む方法。

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