特許 6076970 ３次元画像情報を生成する方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6076970

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】３次元画像情報を生成する方法および装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 13/02 20060101AFI20170130BHJP

【ＦＩ】

   H04N13/02 100

   H04N13/02 570

【請求項の数】4

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2014-516140(P2014-516140)

(86)(22)【出願日】2011年12月22日

(65)【公表番号】特表2014-520459(P2014-520459A)

(43)【公表日】2014年8月21日

(86)【国際出願番号】CA2011001391

(87)【国際公開番号】WO2012174633

(87)【国際公開日】20121227

【審査請求日】2014年11月19日

(31)【優先権主張番号】PCT/CA2011/000739

(32)【優先日】2011年6月21日

(33)【優先権主張国】CA

(73)【特許権者】

【識別番号】512330949

【氏名又は名称】フロント、ストリート、インベストメント、マネジメント、インコーポレイテッド、アズ、マネジャー、フォー、フロント、ストリート、ダイバーシファイド、インカム、クラス

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＯＮＴ ＳＴＲＥＥＴ ＩＮＶＥＳＴＭＥＮＴ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＩＮＣ．， ＡＳ ＭＡＮＡＧＥＲ ＦＯＲ ＦＲＯＮＴ ＳＴＲＥＥＴ ＤＩＶＥＲＳＩＦＩＥＤ ＩＮＣＯＭＥ ＣＬＡＳＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100088889

【弁理士】

【氏名又は名称】橘谷 英俊

(72)【発明者】

【氏名】トーマス、エヌ．ミッチェル

(72)【発明者】

【氏名】新小田 一 郎

(72)【発明者】

【氏名】マーティン、ベケット

【審査官】 佐野 潤一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００４−５２４５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／００３２０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１１８３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３０６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１１４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２６７４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０６１１６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ １３／００ −１５／００

Ｈ０４Ｎ ５／２２２− ５／２５７

Ｈ０４Ｎ ５／３３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元画像情報を生成する装置であって、
レンズであって、前記レンズの開口面に前記レンズの視野内で捕捉された光を案内するように動作可能である単一の画像化経路を有するレンズと、
前記単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分、および前記単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を備えた、前記開口面に近接して配置された偏光子であって、前記単一の画像化経路の前記第１および第２の部分は、前記レンズの前記視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ与える偏光子と、
前記単一の画像化経路内に配置された変調器であって、前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１の画像を形成することと、前記単一の画像化経路の前記第２の部分を通して第２の画像を形成することの間で交番するように、前記変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能であり、前記第１の画像は前記第１の斜視視点からの前記視野内のオブジェクトを示しており、前記第２の画像は前記第２の斜視視点からの前記オブジェクトを示しており、前記第１および第２の画像は共に、前記オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能である変調器と、
第１および第２の画像を受け取るように単一の画像化経路中に配置された画像センサとを備え、
前記画像センサは、前記第１および第２の画像を別に記録するように動作可能に構成されており、
前記画像センサはその表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第１および第２の画像を受け取るように構成されており、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を有しており、
前記単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第１の赤フィルタ素子および第２の赤フィルタ素子を含み、前記第２の赤フィルタは酸素で処理していないヘモグロビンと比較した場合に、酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった範囲まで伝達される光の波長を伝達するように構成され、擬似カラーで表示されるべき前記第２の赤フィルタ素子に関連したセンサ素子に対応する前記第１および第２の画像の部分を発生させることをさらに備える、ことを特徴とする、
装置。

【請求項2】

単一の画像化経路および関連する視野を有するレンズを使用して、３次元画像情報を生成する方法であって、
前記レンズの開口面に前記レンズの前記視野内で捕捉された光を案内することと、
前記開口面に近接して配置された偏光子で前記捕捉された光を受けることであって、前記偏光子は、前記単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分、および前記単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を備えており、前記単一の画像化経路の前記第１および第２の部分は、前記レンズの前記視野内の第１および第２の斜視視点それぞれを与えることと、
前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１の画像を画像センサ上に形成することと、前記単一の画像化経路の前記第２の部分を通して第２の画像を前記画像センサ上に形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように前記単一の画像化経路に配置された前記変調器を制御することであって、
前記第１の画像は前記第１の斜視視点からの前記視野内のオブジェクトを示しており、前記第２の画像は前記第２の斜視視点からの前記オブジェクトを示しており、前記第１および第２の画像は共に、前記オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能であることを含み、
前記画像センサ上で前記第１および第２の画像を形成することは、第１および第２の画像をカラーフィルタアレイを通して受けることを含み、カラーフィルタアレイは、当該画像センサの表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有し、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を有し、
前記単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第１の赤フィルタ素子および第２の赤フィルタ素子を含み、前記第２の赤フィルタは酸素で処理していないヘモグロビンと比較した場合に、酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった範囲まで伝達される光の波長を伝達するように構成され、擬似カラーで表示されるべき前記第２の赤フィルタ素子に関連したセンサ素子に対応する前記第１および第２の画像の部分を発生させることをさらに備える、
ことを特徴とする方法。

【請求項3】

単一の画像化経路および関連する視野を有するレンズを使用して、３次元画像情報を生成する方法であって、
前記レンズの開口面に前記レンズの前記視野内で捕捉された光を案内することと、
前記開口面に近接して配置された偏光子で前記捕捉された光を受けることであって、前記偏光子は、前記単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分、および前記単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を備えており、前記単一の画像化経路の前記第１および第２の部分は、前記レンズの前記視野内の第１および第２の斜視視点それぞれを与えることと、
前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１の画像を画像センサ上に形成することと、前記単一の画像化経路の前記第２の部分を通して第２の画像を前記画像センサ上に形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように前記単一の画像化経路に配置された前記変調器を制御することであって、
前記第１の画像は前記第１の斜視視点からの前記視野内のオブジェクトを示しており、前記第２の画像は前記第２の斜視視点からの前記オブジェクトを示しており、前記第１および第２の画像は共に、前記オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能であることを含み、
前記画像センサ上で前記第１および第２の画像を形成することは、第１および第２の画像をカラーフィルタアレイを通して受けることを含み、カラーフィルタアレイは、当該画像センサの表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有し、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を有し、
前記単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第１の赤フィルタ素子および第２の赤フィルタ素子を含み、前記第２の赤フィルタは酸素で処理していないヘモグロビンと比較した場合に、酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった範囲まで伝達される光の波長を伝達するように構成され、
画像表示システムにおいて前記第１および第２の画像を受けること、および擬似カラーで表示されるべき第２の赤フィルタ素子に関連したセンサ素子に対応する前記第１および第２の画像の部分を発生させることをさらに備える、
方法。

【請求項4】

擬似カラーで表示されるべき前記第２の赤カラーフィルタ素子に関連するセンサ素子に対応する前記第１および第２の画像の部分を発生させることは、ユーザの選択に応答して擬似カラーで表示されるべき前記複数のカラーフィルタ素子の一つに関連するセンサ素子に対応する前記第１および第２の画像の部分を生じさせることであることを特徴とする請求項３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は概して、３次元画像情報を生成することに関し、より詳細には、単一の画像経路を使用して３次元画像情報を生成することに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の２次元（２Ｄ）画像化では、３次元（３Ｄ）シーン内のオブジェクトを描写する光線が、２Ｄ画像面上で捕捉およびマッピングされ、したがって深度情報は記録されない。立体視光学系は、異なる斜視視点から別の画像を生成することによって、深度情報を描写する画像を生成することが可能である。実際のシーンを見て、ユーザが描写された図内の深度を認識することが可能になる際に、人間の眼の動作を模倣するように、ユーザのそれぞれの右目および左目に別の画像は別に描写させることができる。別のまたは立体画像は普通、１対の空間的に分離された画像化経路のいずれかを有する光学系によって、または単一の画像化経路の異なる部分を使用して異なる斜視視野を有する画像を生成することによって生成される。画像はその後、別の画像がユーザのそれぞれの右目および左目に到達することを選択的に可能にすることができるアイウェアを使用して描写することができる。別の方法では、ユーザの左右の眼それぞれに向かって空間的に分離させた画像を投影するように特別なディスプレイを構成することができる。

【0003】

立体画像化の使用により、また３Ｄ内視鏡を使用して外科医に３Ｄ視野を与えることができる、外科手術の領域の応用例が発見された。立体画像化はまた、ロボット・アクチュエータの制御がアクチュエータから離れているオペレータに３Ｄ画像情報を提供することによって容易にされる場合、例えば海底探索などの遠隔操作で有用である可能性がある。
立体画像化の他の応用例は、身体測定システム、およびエンターテインメント業界で使用される３Ｄフィルム生成機器内で見ることができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の一態様によると、３次元画像情報を生成する装置が提供される。装置は、レンズの開口面にレンズの視野内で捕捉された光を案内するように動作可能である単一の画像化経路を有するレンズと、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分、および単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を備えた、開口面に近接して配置された偏光子であって、単一の画像化経路の第１および第２の部分は、レンズの視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ与える偏光子とを備えている。この装置はまた、単一の画像化経路内に配置された変調器を備えており、変調器は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の画像を形成することと、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の画像を形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能であり、第１の画像は第１の斜視視点からの視野内のオブジェクトを示しており、第２の画像は第２の斜視視点からのオブジェクトを示しており、第１および第２の画像は共に、オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能である。装置は第１および第２の画像受け取るように単一の画像化経路中に配置された画像センサを含んでいる。

【0005】

開口面の位置は、レンズの物理的開口の位置、または物理的開口の複合体の位置の一方によって画定することができる。

【0006】

偏光子の第１の部分は、第１の直線偏光配向を有する直線偏光子を備えることができ、偏光子の第２の部分は、第２の直線偏光配向を有する直線偏光子を備えることができ、第１の直線偏光配向は、第２の直線偏光配向と垂直である。

【0007】

第１の直線偏光配向は、４５度に配向させることができる。

【0008】

変調器は、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、第１の直線偏光状態を有する光を伝達することと、第２の直線偏光状態を有する光を伝達することの間で交番するように動作可能に構成することができる。

【0009】

４分の１波長板が、変調器の後に単一の画像化経路内に配置可能である。

【0010】

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、伝達のために第１および第２の直線偏光状態の一方を選択し、選択した直線偏光状態を伝達することと、選択した直線偏光状態の偏光配向の９０°の変化を生じさせることの間で交番するように動作可能に構成されている。

【0011】

４分の１波長板が、変調器の前に単一の画像化経路内に配置可能である。

【0012】

偏光子の第１の部分は、左手側の楕円形偏光配向を有する偏光子を備えることができ、偏光子の第２の部分は、右手側の楕円形偏光配向を有する偏光子を備えることができる。

【0013】

変調器を、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、左手側の楕円形偏光配向を有する光を伝達することと、右手側の楕円形偏光配向を有する光を伝達することの間で交番するように動作可能に構成することができる。

【0014】

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、伝達するために左手側および右手側の楕円形偏光配向の一方を選択し、選択した偏光配向を伝達することと、選択した偏光配向に左手側の偏光配向と右手側の偏光配向の間の変更をさせることの間で交番するように動作可能に構成することができる。

【0015】

左手側の楕円形偏光配向は、左手側の円形偏光配向を含むことができ、右手側の楕円形偏光配向は、右手側の円形偏光配向を含むことができる。

【0016】

変調器は、レンズの前に配置することができる。

【0017】

画像センサは、第１および第２の画像を別に記録するように動作可能に構成されている。

【0018】

変調器は、レンズと画像センサの間に配置することができる。

【0019】

変調器は、液晶材料を含むことができる。

【0020】

変調器は、ファラデー回転子を含むことができる。

【0021】

変調器は、単一の画像経路内に第１の偏光配向を有する変調器の第１の領域を案内することと、単一の画像経路内に第２の偏光配向を有する変調器の第２の領域を案内することの間で交番するように移動するために動作可能な空間変調器を備えることができる。

【0022】

変調器は、捕捉された光の収束または発散角が変調器に関連する許容基準の角度より小さい、単一の画像化経路内の位置に配置することができる。

【0023】

偏光子は、開口面に近接して配置されたレンズ要素の表面に塗布された偏光コーディングを含むことができる。

【0024】

偏光子と開口面の間の変位は、偏光子の第１および第２の部分による口径食による第１および第２の画像の強度変化が、人間の眼によって検出可能な閾値より小さくなり得るように十分小さい可能性がある。

【0025】

変位は、第１および第２の画像に関連する画像面にわたって３０％より下に強度変化を小さくするように十分小さい可能性がある。

【0026】

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、偏光子は左半分および右半分を備えることができ、偏光子の左右半分はそれぞれ、単一の画像化経路の左右半円部をそれぞれ画定する。

【0027】

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、偏光子は左側セクタおよび右側セクタを備えることができ、偏光子の左右側セクタはそれぞれ、レンズの垂直中心線の周りに配置された単一の画像化経路の左右側セクタそれぞれを画定することができる。

【0028】

偏光子の第１および第２の部分は、第１および第２の画像を形成しながら、第１および第２の斜視視点に位置を変えさせる範囲で変わるように動作可能であってもよく、それぞれの視点位置の変更は、３次元空間属性の表示の対応する変化を与える。

【0029】

装置は偏光子に結合されたアクチュエータを備えることができ、アクチュエータは、風景配向および肖像画配向の一方に画像を生成するように装置を選択的に構成することを容易にするために、偏光子の配向を９０度だけ回転させるように動作可能に構成されている。

【0030】

装置は、偏光子に近接して単一の画像化経路の第１の部分内に配置された第１の可変式絞りと、偏光子に近接して単一の画像化経路の第２の部分内に配置された第２の可変式絞りとをさらに備えることができる。

【0031】

絞りは、虹彩とすることができ、偏光子の前方に配置可能である。

【0032】

画像センサはその表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第１および第２の画像を受け取るように構成されていると良く、単位セルは、複数の赤フィルタ素子を有し、各ユニットにおける少なくとも一つの赤フィルタ素子はｓＲＧＢ色空間の外に帰着する異なる伝達スペクトルを有している。

【0033】

単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第１の赤フィルタ素子および第２の赤フィルタ素子を含むことができ、第２の赤フィルタ素子はある波長範囲の赤色光を伝達し、その波長範囲は第１の赤フィルタの周波数範囲とは大きく異なり、約６６０ｎｍの波長を含む。

【0034】

装置は緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第１の赤フィルタ素子および第２の赤フィルタ素子を含むことができ、この第２の赤フィルタは酸素で処理しないヘモグロビンと比較し酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった程度まで伝達された光の波長を伝達する。

【0035】

装置は、青光または緑光を伝達するフィルタ素子以外の単位セル中のフィルタ素子の少なくとも一つによりフィルタリングされたセンサ画素からの信号に基づいた擬似カラー信号を発生するようにユーザ選択により構成可能な画像表示システムを含むことができる。

【0036】

画像センサは、当該画像センサの表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第１および第２の画像を受け取るように構成されており、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数のカラーフィルタ素子を有し、前記複数のフィルタ素子の少なくとも第１番目のフィルタ素子は、約７００から１０００ｎｍの範囲にわたる不可視波長を有することができる。

【0037】

複数のカラーフィルタ素子のうち少なくともその第１番目のカラーフィルタは約７００ｎｍから約８００ｎの間、および約８００ｎｍから約１０００ｎｍの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有することができる。

【0038】

複数のカラーフィルタ素子の他のカラーフィルタ素子は約７００ｎｍから約８００ｎの間、および約８００ｎｍから約１０００ｎｍの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有することができる。

【0039】

本発明の他の態様によると、単一の画像化経路および関連する視野を有するレンズを使用して、３次元画像情報を生成する方法が提供される。この方法は、
前記レンズの開口面に前記レンズの前記視野内で捕捉された光を案内すること、
前記開口面に近接して配置された偏光子で前記捕捉された光を受けることであって、前記偏光子は、前記単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分、および前記単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を備えており、前記単一の画像化経路の前記第１および第２の部分は、前記レンズの前記視野内の第１および第２の斜視視点それぞれを与えることを含んでいる。この方法は、また、前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１の画像を画像センサ上に形成することと、前記単一の画像化経路の前記第２の部分を通して第２の画像を前記画像センサ上に形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように前記単一の画像化経路に配置された前記変調器を制御することであって、前記第１の画像は前記第１の斜視視点からの前記視野内のオブジェクトを示しており、前記第２の画像は前記第２の斜視視点からの前記オブジェクトを示しており、前記第１および第２の画像は共に、前記オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能であることを含んでいる。

【0040】

レンズの開口面に光を案内することは、レンズの物理的開口の位置、または物理的開口の複合体の位置の一方に配置されたレンズの開口面にレンズの視野内で捕捉された光を案内することを含むことができる。

【0041】

捕捉された光を受けることは、偏光子の第１の部分を通して第１の直線偏光配向を有する光を受けることと、偏光子の第２の部分を通して第２の直線偏光配向を有する光を受けることを含むことができ、第１の直線偏光配向は、第２の直線偏光配向と垂直に配向されている。

【0042】

第１の直線偏光配向は、４５度に配向させることができる。

【0043】

変調器は、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、第１の直線偏光状態を有する光を伝達することと、第２の直線偏光状態を有する光を伝達することの間で交番することを含むことができる。

【0044】

変調器によって伝達された直線的に偏光した光は、４分の１波長板を通して案内され、それによって、４分の１波長板によって伝達された光を円形に偏光させることができる。

【0045】

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、伝達するために第１および第２の直線偏光状態の一方を選択すること、および選択された直線偏光された状態を送信することと選択された直線偏光状態の偏光配向を９０°変化させることとの間で交番することを選択することを含むことができる。レンズの開口面に光を案内することは、変調器の前方に配置された４分の１波長板を通してレンズの視野内で補捉された光を案内し、それによって、オブジェクトからの円形に偏光した光および楕円形に偏光した光のうちの少なくとも一方を直線的に偏光させることを含むことができる。

【0046】

直線的に偏光させることは、円形に偏光した光および楕円形に偏光した光のうちの一方を第１の偏光状態および第２の偏光状態のうちの一方に偏光させることを含むことができる。

【0047】

捕捉された光を受けることは、偏光子の第１の部分を通して左手側の楕円形偏光状態を有する光を受けること、および偏光子の第２の部分を通して右手側の楕円形偏光状態を有する光を受けることを含むことができる。

【0048】

変調器は、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、左手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達することと、右手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達することの間で交番することを含むことができる。

【0049】

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、伝達するために左手側および右手側の楕円形偏光状態の一方を選択し、選択した偏光状態を伝達することと、選択した偏光状態に左手側の偏光状態と右手側の偏光状態の間の変更をさせることの間で交番することを含むことができる。

【0050】

左手側の楕円形偏光状態は、左手側の円形偏光配向状態を含むことができ、右手側の楕円形偏光状態は、右手側の円形偏光配向状態を含むことができる。

【0051】

変調器の偏光状態を制御することは、レンズの前に配置された変調器の偏光状態を制御することを含むことができる。

【0052】

変調器の偏光状態を制御することは、液晶材料の状態を制御することを含むことができる。

【0053】

変調器の偏光状態を制御することは、ファラデー回転子の状態を制御することを含むことができる。

【0054】

変調器の偏光状態を制御することは、単一の画像経路内に第１の偏光状態を有する変調器の第１の領域を案内することと、単一の画像経路内に第２の偏光状態を有する変調器の第２の領域を案内することの間で交番するように変調器を移動させることを含むことができる。

【0055】

変調器の偏光状態を制御することは、捕捉された光の収束角または発散角が変調器に関連する許容基準の角度より小さい、単一の画像化経路内の位置、に配置された変調器の偏光状態を制御することを含むことができる。

【0056】

偏光子で捕捉された光を受けることは、開口面に近接して配置されたレンズ要素の表面に塗布された偏光コーディングで捕捉された光を受けることを含むことができる。

【0057】

偏光子で捕捉された光を受けることは、偏光子の第１および第２の部分による口径食による第１および第２の画像の強度変化が、人間の眼によって検出可能な閾値より小さくなり得るように十分小さい変位によって開口面から変位された偏光子で捕捉された光を受けることを含むことができる。

【0058】

変位は、第１および第２の画像に関連する画像面にわたって３０％より下に強度変化を小さくするように十分小さい可能性がある。

【0059】

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、捕捉された光を受けることは、偏光子の左半分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達すること、および偏光子の右半分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達することを含むことができ、偏光子の左右半分はそれぞれ、単一の画像化経路の左右半円部をそれぞれ画定する。

【0060】

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、捕捉された光を受けることは、偏光子の左側セクタ部を通して第１の偏光状態を有する光を伝達すること、および偏光子の右側セクタ部を通して第２の偏光状態を有する光を伝達することを含むことができ、偏光子の左右側セクタ部は、レンズの垂直中心線周りに配置されている。

【0061】

この方法は、第１および第２の画像を形成しながら、第１および第２の斜視視点に位置を変えさせるように、画像経路の第１および第２の部分の範囲を変更することを含むことができ、斜視視点位置の変更は、３次元空間属性の表示の対応する変化を与える。

【0062】

この方法は、風景配向および肖像画配向の一方に画像を生成するように、９０度だけ偏光子を選択的に回転させることを含むことができる。

【0063】

偏光子を通して補捉された光を受けることは、第１の可変式絞りを通して単一の画像化経路の第１の部分に関連する補捉された光を受けることと、第２の可変式絞りを通して単一の画像化経路の第２の部分に関連する補捉された光を受けることとを含むことができる。

【0064】

可変式絞りは、虹彩とすることができる。

【0065】

単一の画像化経路の第１の部分に関連する補捉された光は、第１の可変式絞りを通して偏光子に案内可能であり、単一の画像化経路の第２の部分に関連する補捉された光は、第２の可変式絞りを通して偏光子に案内可能である。

【0066】

方法は、第１の可変式絞りを調節することによって画像化経路の第１の部分に沿って装置の焦点の深さを調節することと、第２の可変式絞りを調節することによって画像化経路の第２の部分に沿って装置の焦点の深さを調節することとを含むことができる。

【0067】

画像上に第１および第２の画像を形成することは、カラーフィルタアレイを通して第１および第２の画像を受け取ることを含むことができ、カラーフィルタアレイは画像センサのセンサの表面上を碁盤目上に横切る単位セルを有し、その単位セルは異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を含んでいる。

【0068】

各単位セル中の少なくとも一つの赤フィルタ素子はｓＲＧＢカラー空間の外に位置する伝達スペクトルを有することができる。

【0069】

単位セルは、緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第１の赤フィルタ素子および第２の赤フィルタ素子を含むことができ、第２の赤フィルタ素子は、第１の赤フィルタ素子の波長範囲と大きく異なるとともに約６６０ｎｍ波長を含む波長範囲の光を伝達するように構成されている。

【0070】

単位セルは、緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第１の赤フィルタ素子および第２の赤フィルタ素子を含むことができ、第２の赤フィルタ素子は、酸素で処理しないヘモグロビンと比較し酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった程度まで伝達された光の波長を伝達するように構成されている。

【0071】

その方法は、画像表示システムの表面で第１および第２の画像を受け取ること、および、画像表示システムによって擬似カラー複数の赤色フィルタ素子の一つと関連するセンサ素子に、第１および第２の画像の部分を生じさせることを含む。

【0072】

複数の赤色フィルタ素子の一つと関連するセンサ素子に対応する第１および第２の画像の部分を擬似カラーで生じさせることは、ユーザの選択に応答して複数の赤色フィルタ素子の一つと関連するセンサ素子に対応する第１および第２の画像の部分を生じさせることを含む

【0073】

画像センサ上に第１および第２の画像を形成することは、画像センサの表面に碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第１および第２の画像を受け取ることを含み、単位セルは異なる透過スペクトルを有する複数のカラー複数のカラーフィルタ要素を含み、複数の複数のフィルタ素子の少なくとも一つは約７００ｎｍから約１０００ｎｍの範囲の不可視波長範囲を有している。

【0074】

複数のフィルタ素子の少なくともその第１番目のカラーフィルタ素子は約７００ｎｍから約８００ｎの間、および約８００ｎｍから約１０００ｎｍの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有することを特徴とする。

【0075】

複数のフィルタ素子の他のものは他の約７００ｎｍから約８００ｎの間、および約８００ｎｍから約１０００ｎｍの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有する

【0076】

本発明の別の態様によると、単一の画像化経路および関連する視野を有するレンズを使用して、３次元画像情報を生成する装置が提供される。この装置は、レンズの開口面にレンズの視野内で捕捉された光を案内すること、単一の画像経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達すること、および単一の画像経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達することを含んでおり、単一の画像化経路の第１および第２の部分は、レンズの視野内の第１および第２の斜視視点それぞれを与える。この装置はまた、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の画像を形成することと、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の画像を形成することの間で交番するように、単一の画像経路を通過する光の偏光状態を選択的に変更することを含んでおり、第１の画像は第１の斜視視点からの視野内のオブジェクトを示しており、第２の画像は第２の斜視視点からのオブジェクトを示しており、第１および第２の画像は共に、オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能である。この装置は、第１および第２の画像のディジタル表現を発生させる画像センス手段をさらに含む。

【0077】

本発明の別の態様によると、３次元画像情報を生成する装置が提供される。装置は、レンズの開口面にレンズの視野内で捕捉された光を案内するように動作可能である単一の画像化経路を有するレンズと、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分、および単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を備えた、開口面に近接して配置された光学要素であって、単一の画像化経路の第１および第２の部分は、レンズの視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ与える光学要素とを備えている。この装置はまた、単一の画像化経路内に配置された変調器を備えており、変調器は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の画像を形成することと、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の画像を形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の状態を選択的に変更するように動作可能であり、第１の画像は第１の斜視視点からの視野内のオブジェクトを示しており、第２の画像は第２の斜視視点からのオブジェクトを示しており、第１および第２の画像は共に、オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能である。この装置は、単一の画像化経路内に配置された画像センサをも含む。

【0078】

光学要素の第１の部分は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された偏光子を備えることができ、光学要素の第２の部分は、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された偏光子を備えることができ、変調器は、第１の偏光状態と第２の偏光状態の間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能である。

【0079】

本発明の他の態様および特性は、添付の図面と合わせて、本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討すれば当業者には明らかになるであろう。

【0080】

以下の図では、本発明の実施形態が示されている。

【図面の簡単な説明】

【0081】

【図1】本発明の第１の実施形態による３次元画像情報を生成する装置の斜視図である。

【図2】液晶画像変調器の部分切り取り斜視図である。

【図3】図１に示す装置の動作状態を示す上面図である。

【図4】図１に示す装置を実施するための空間変調器の実施形態の上面図である。

【図5】図４に示す空間変調器を制御するための電流波形を示す一連のグラフである。

【図6】図４に示す空間変調器のための代替アクチュエータの斜視図である。

【図7】図１に示す装置で使用される偏光子の代替実施形態を示す図である。

【図8】図１に示す装置で使用される偏光子の代替実施形態を示す図である。

【図9】図１に示す装置で使用される偏光子の代替実施形態を示す図である。

【図10】本発明の他の実施形態による３次元画像情報を生成する装置の上面図である。

【図11】本発明のさらなる他の実施形態において使用される干渉フィルタについての伝達スペクトルのグラフィカルな描写である。

【図12】本発明のさらなる実施形態による、３次元画像情報を生成する装置の上面図である。

【図13】本発明のさらにさらなる実施形態による、３次元画像情報を生成する装置の上面図である。

【図14】本発明の他の代替実施形態による３次元画像情報を生成する装置の上面図である。

【図15】改良された赤および近赤外線画像生成のための本発明のさらなる実施例による３次元画像情報を生成する装置の略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0082】

図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による３次元画像情報を生成する装置全体が、１００で示されている。装置１００は、普通は中心軸１０３に沿って配向された単一の画像化経路を有するレンズ１０２を備えている。レンズ１０２は、レンズの開口面１０４にレンズの視野内で捕捉された光を案内するように動作可能である。

【0083】

装置１００はまた、開口面１０４に近接して配置された偏光子１０８を備えている。開口面１０４は、レンズ１０２の物理的開口面であってもよく、または開口面の複合体であってもよい。偏光子１０８は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分１１０、および単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分１１２を備えている。単一の画像化経路の第１および第２の部分は、レンズ１０２の視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ与える。

【0084】

装置１００はさらに、単一の画像化経路内に配置された変調器１０６を備えている。変調器１０６は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の画像を形成することと、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の画像を形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能である。第１の画像は第１の斜視視点からの視野内のオブジェクト（オブジェクト１１６など）を示しており、第２の画像は第２の斜視視点からのオブジェクトを示している。第１および第２の画像は共に、オブジェクト１１６の３次元空間属性を示すように動作可能である。

【0085】

図１に示す実施形態では、レンズ１０２は、ズーム・レンズ群１２４を作り、開口面１０４の位置を画定するレンズ要素１１８、１２０および１２２を含む複数のレンズ要素を備えている。ズーム・レンズ群１２４の焦点長さは、レンズ要素１１８および１２０を移動することによって変更することができる。レンズ１０２はまた、画像面１１４で画像を集束させるための焦点レンズ１２６を備えている。他の実施形態では、レンズ１０２は、より多くのまたは少ない数のレンズ要素で作ることができ、画像化で使用されるプライム、電送または他のタイプのレンズであってもよい。

【0086】

変調器１０６は、選択的に変調器に変調器を通過する光の偏光状態を変えさせる制御信号を受信する入力１２８を備えている。装置１００はまた、制御信号を生成する出力１３２を有するコントローラ１３０を備えている。コントローラ１３０はまた、第１および第２の画像を記録するために画像面１１４に配置された電荷結合素子（図示せず）などの画像記憶素子に関連する制御回路から受信することができる、同期信号（ＳＹＮＣＨ）を受信する入力１３４を備えている。変調器１０６は、液晶デバイス、ファラデー回転子、または制御信号または駆動信号を受信することに応じて、デバイスを通過する光の偏光状態を変更するように動作可能な他の電気光学デバイスを使用して実施することができる。別の方法では、変調器１０６は、本明細書で以下に詳細に記載するように、偏光素子を機械的に移動することによって実施することができる。

【0087】

一実施形態では、偏光子１０８の第１の部分１１０は、第１の直線偏光配向を有する直線偏光子を使用して実施することができ、偏光子１０８の第２の部分１１２は、第２の直線偏光配向を有する直線偏光子を使用して実施することができ、第１の直線偏光配向は第２の直線偏光配向と垂直である。図１に示す実施形態では、第１および第２の偏光配向はそれぞれ、垂直に対して＋４５°および−４５°であるが、他の実施形態では、偏光は別に（例えば、垂直および水平に）配向させることができる。有利には、±４５°で第１および第２の偏光配向を配向させることにより、光が例えば車道または水域などの表面に反射する場合に起こるように、部分的に偏光されているレンズ１０２の視野から受ける光による第１と第２の画像間の差を防ぐ。

【0088】

別の実施形態では、偏光子１０８の第１の部分１１０は、左手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な偏光子を備えることができ、偏光子１０８の第２の部分１１２は、右手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な偏光子を備えることができる。別の方法では、偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２は、それぞれ左手側の円形偏光状態および右手側の円形偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な材料を含むことができる。

【0089】

図１に示すように配向された場合、装置１００は、普通「風景配向」と呼ばれるもの（すなわち、画像の最長寸法が水平に配向されている）画像を生成するように構成されている。得られる第１および第２の画像は、左右の画像に分離され、これにより有利には、第１および第２の画像を、ユーザの水平に分離された左右の眼によって普通に見られる画像に対応させる。しかし、特に静止画像写真では、カメラのユーザが風景配向および肖像画配向の両方（すなわち、画像の長い方の寸法が垂直に配向している場合）の画像を撮ることは普通である。装置１００の代替実施形態では、装置は、風景モードまたは肖像画モードのいずれかの構成を可能にするように構成することができる。特に、偏光子１０８は、矢印１３６によって示される方向に９０度だけ回転させることができ、それによって第１および第２の画像は、図１に示すような装置の配向で垂直に分離されている。この構成では、装置１００が肖像画モードで画像を撮るように配向されている場合、第１および第２の画像は水平に分離されたままであり、それによってそれぞれ左右の斜視視点を有する第１および第２の画像が与えられる。偏光子１０８の９０度の回転は、ユーザによって手動で動作されるアクチュエータを有する機械回転子を使用して実施することができる。別の方法では、機械回転子は、肖像画モードのユーザ選択に応じて、または加速度計または重力センサ（図示せず）などの配向センサによって生成される配向信号に応じて自動的に、のいずれかで、電気モータによって作動させることができる。

【0090】

変調器
一実施形態では、変調器１０６は、光の偏光状態を変調させるために液晶を使用して実施することができる。図２を参照すると、液晶画像変調器が全体的に２００で示されている。変調器２００は、第１のガラス・プレート２０４と第２のガラス・プレート２０６の間に配置された液晶材料層２０２を備えている。第１のガラス・プレート２０４は、第１のガラス・プレートの表面にわたって延びる、第１の透明電極２０８を備えている。第２のガラス・プレート２０６は、第２のガラス・プレートの表面にわたって延びる、第２の透明電極２１２を備えている。液晶変調器２００はまた、第１の電極２０８への電気接続を行なうためのコネクタ２１０、および第２の透明電極２１２への電気接続を行なうためにコネクタ２１４を備えている。コネクタ２１０および２１４は、液晶材料の偏光性状を変えるように、液晶層２０２内に電界を生じさせるために、電極２０８と２１２の間に駆動電圧を加えることを容易にする。

【0091】

変調器２００はまた、第１の直線偏光配向を有する光を伝達することを可能にする偏光層２１６を備えている。この場合、第１の直線偏光配向は垂直に対して−４５°の角度である。他の実施形態では、第１の直線配向偏光は、本明細書で前に開示したように別に配向させることができる。図２では、様々な層の厚さは等尺度で示されていない。

【0092】

液晶層２０２は、コネクタ２１０と２１４の間に加えられた駆動電圧がない緩和状態で、層を通過する光の偏光配向の回転を生じさせる捩れネマチック液晶材料であってもよい。例えば、液晶は、直線に偏光された光に緩和状態で偏光配向の９０°の回転を受けさせるように構成することができる。駆動信号がコネクタ２１０と２１４の間に加えられると、捩れネマチック液晶材料は、光が偏光配向を変えることなく層２０２を通過することが可能になるように再配向する。一実施形態では、液晶層２０２は、電圧Ｖ^＋とＶ⁻の間で変化する５０％負荷サイクル方形波を有する駆動信号の付加によって作動させることができ、ここで電圧は光の偏光配向に対する（偏光層２１６を通る伝達後に受けられるような）−４５°偏光配向から＋４５°偏光配向への９０°の変化を与えるように、安全動作電圧の範囲内で選択される。コントローラ１３０（図１に示す）は、光を通過させることを可能にするように液晶層１０２を作動させることが望ましい場合に、駆動信号を選択的に生成するように構成することができる。液晶の非作動状態では、駆動ポテンシャルはコネクタ２１０と２１４の間に加えられない。別の方法では、コントローラ１３０は、駆動電圧信号を選択的に生成するように変調器ドライバ（図示せず）を制御する、低レベル作動信号を与えることができる。

【0093】

画像化経路内で偏光子１０８の前に（図１に示すように）変調器２００が配置されている実施形態での使用では、光は偏光層２１６に衝突し、−４５°偏光配向を有する光だけは、液晶層２０２に伝達される。コネクタ２１０と２１４の間に加えられる駆動電圧がない状態で、垂直に偏光された光は、偏光配向の回転を受け、＋４５°偏光配向を有する光として液晶層から出る。駆動電圧がコネクタ２１０と２１４の間に加えられる場合、−４５°偏光配向を有する光は、偏光配向に対する偏光なしで伝達される。偏光器２００は、この動作モードではしたがって、駆動電圧の付加に応じて、−４５°と＋４５°の間で伝達された−４５°の偏光の偏光状態を選択的に変える。

【0094】

動作
図２に示す変調器２００の動作は、上面図に装置１００を示す、図３をさらに参照して説明されている。図示する実施形態では、偏光子１０８の第１の部分１１０は、＋４５°で偏光された光を伝達し、−４５°で偏光された光を遮断するように動作可能な直線偏光子を備えている。偏光子１０８の第２の部分１１２は、−４５°で偏光された光を伝達し、＋４５°で偏光された光を遮断するように動作可能な直線偏光子を備えている。液晶画像変調器２００は、入射光が偏光層２１６に衝突するように構成されており、これは液晶層２０２を通過する前に−４５°で偏光された光を伝達するように構成されている。

【0095】

図３を参照すると、第１の点１４０から出る光線１５０は、ランダムに偏光された光を含むことができ、−４５°で偏光された光成分は偏光層２１６によって伝達される、あるいは偏光された光成分が遮断される。図３に示す操作実施形態では、（図１に示すコントロール１３０によって生成される）制御信号ＰＣは、変調器２００を緩和状態にさせる信号状態ＰＣ１を有し、これにより液晶層に−４５°から＋４５°まで９０°だけ光の偏光配向を変化させ、それによって光線１４４及び１５２は＋４５°で偏光される。光線１５２は、レンズ１０２によって捕捉され、開口面１０４に案内され、ここで光線は偏光子１０８の第１の部分１１０を通過し、画像面１１４上に衝突する。第２の点１４０から出る光線１４２はまた、ランダムに偏光された光を含むことができ、前のように、−４５°で偏光された光成分のみが偏光層２１６を通して伝達される。変調器２００から出る光線１４４はしたがって、＋４５°で偏光され、偏光子１０８の第２の部分１１２によって遮断され、したがって画像面１１４には到達しない。偏光子１０８の第１の部分１１０はしたがって、第１の画像を形成する際に必要とされるレンズ１０２の単一の画像化経路の第１の部分を画定する。

【0096】

制御信号ＰＣが信号状態ＰＣ２に状態を変えると、変調器２００は活性または非捩れネマチック状態に置かれ、偏光層２１６を通過する−４５°で偏光された光は、偏光配向の変化を受けることなく液晶層２０２を通して伝達され、それによって−４５°偏光状態で配向されたままになる。光線１４４は、レンズ１０２によって撮られ、開口面１０４に案内され、ここで光線１４４は偏光子１０８の第２の部分１１２を通して伝達され、画像面１１４上に衝突する。光線１５２は、偏光子１０８の第１の点１１０で遮断され、画像面１１４に到達しない。偏光子１０８の第２の部分１１２はしたがって、第２の画像を形成する際に必要とされる、レンズ１０２の単一の画像化経路の第２の部分を画定する。

【0097】

第１および第２の画像がユーザのそれぞれ左右の眼に選択的に案内された場合、ユーザは実際のオブジェクト１１６を見ている場合に３Ｄ情報を識別することが可能であるのとほぼ同じ方法で、画像から３Ｄ情報を識別することが可能になる。

【0098】

別の実施形態では、第１および第２の画像は、ビデオ表示モニタ上に別のビデオ領域として交互に表示することができる。様々なタイプの能動および受動メガネ類は、このように表示した第１および第２の画像をユーザの眼に案内するために利用可能である。受動タイプのメガネ類は普通、メガネ類内の受動フィルタ素子が画像を分離することを可能にするための、表示した画像の追加の波長または偏光処理によるものである。動的タイプのメガネ類は普通、別の方法ではそれぞれの左右の眼への第１および第２の画像の伝達を可能にするように、ディスプレイから同期信号を受信する受信機を備えている。別の方法では、第１および第２の画像は、それぞれの画像内の識別可能な特徴を調和させ、識別された特徴間の横方向シフトを判断するように処理することができる。判断した横方向シフトは、装置１００の画像化パラメータの知識と共に、オブジェクト上の点の間、または異なる深度でのオブジェクトの間の深度の差を算出するために使用することができる。

【0099】

有利には、偏光子１０８は、吸収性偏光フィルムまたは薄膜偏光子などの比較的薄い材料の使用を可能にする、受動的偏光素子であってもよい。このような材料により、偏光子１０８を、レンズ要素間に限られた空間を有するレンズ１０２内であっても、開口面１０４に極めて近接させて、またはそこに配置することが可能になる。単一の画像化経路の第１または第２の部分を通る光の選択的伝達による画像の口径食を少なくするまたはなくすように、レンズ１０２の開口面に少なくとも近接して起こる第１および第２の画像を生成するように、光の選択的伝達／遮断を行なうことが有利である。いくつかの実施形態では、偏光子は、システム開口を画定し、レンズ１０２によって捕捉される光量を制御するレンズの虹彩（図示せず）に近接して配置することができる。別の方法では、偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２は、レンズの開口面を画定するレンズ要素、またはレンズの開口面に近接して配置されたレンズ要素にコーティングとして直接塗布することができる。

【0100】

特定のレンズを使用して所望の画像化品質または性能を達成するために、開口面１０４からの偏光子１０８の最大変位を示す距離許容範囲を作り出すように、光感度分析を行なうことができる。このような分析は、偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２による口径食による第１および第２の画像の幾何的ずれを考慮することができ、距離許容範囲は、許容可能な３Ｄ情報品質の基準を満たすように開口面からの最大距離を与える。偏光子１０８を開口面から離すように移動させることによって画像化品質が影響を受ける程度は、レンズ１０２を作るレンズ要素の構成、およびシステムの所望の画像化性能によるものである。極めて高性能の画像化システムでは、偏光子１０８は、口径食を最小限に抑え、したがって画像にわたってほぼ均一の画像強度を有する第１および第２の画像を与えるように、開口面１０４に極めて近接して配置させなければならない可能性がある。より低い性能の画像化システムでは、画像の縁部でのかなり明らかな画像強度減退を可能にすることが許容可能である可能性がある。というのは、人間の眼はこのような減退にそれほど敏感ではないからである。重要ではない画像化応用例では、画像の外縁部での３０％から５０％までの画像減退が許容可能である可能性がある。

【0101】

液晶変調器２００などの変調器は普通、光伝達方向により厚く、したがって開口面で容易に対応することができない。有利には、変調器２００は、レンズ１０２内の任意の数の位置に配置することができる。本実施形態では、変調器１０６はレンズ１０２の前に配置されているが、他の実施形態では、適切に構成された変調器は、例えば任意のレンズ要素間、または集束レンズ１２６と画像面１１４の間に十分均等に配置することができる。

【0102】

能動偏光要素として作動する変調器は、それぞれの第１および第２の偏光状態を有する光の間に強度比率の表現で特徴とすることができる。実際の問題として、多くの能動偏光要素では、偏光子に衝突する光の収束または発散角が前記変調器に関連する許容可能な基準の角度より大きい場合、偏光比率が減退する。このような実施形態では、捕捉された光の収束または発散角が前記変調器に関連する許容可能な基準の角度より小さい単一の画像化経路内の点に変調器２００を配置することが望ましい可能性がある。いくつかの実施形態では、レンズ１０２は、光が平行に近づける領域を有することができ、これにより、特定のレンズに関連する他の間隙および設計制約を受ける、変調器２００にほぼ最適な位置を与える。図１および３に示す実施形態では、オブジェクト１１６がレンズ１０２からかなり離れて置かれる限り、変調器２００に入る光は、ほぼ低い角度入射を有する。

【0103】

別の方法では、液晶変調器２００が画像化経路内で偏光子１０８の後に逆向きの配向で配置されている実施形態での使用では、＋４５°偏光配向を有する光は、偏光子１０８の第１の部分１１０を通して伝達され、−４５°偏光配向を有する光は、偏光子の第２の部分１１２を通して伝達される。制御信号ＰＣが第１の状態ＰＣ１にある場合、液晶層は緩和ネマチック状態にあり、−４５°および＋４５°偏光配向の両方の光は、偏光配向の回転を受ける。偏光子１０８の第１の部分１１０から＋４５°の偏光配向を有する光は、−４５°の偏光配向を有するように回転されるが、画像面１１４に偏光層２１６を通して伝達されて、第１の画像が形成される。偏光子１０８の第２の部分１１２から−４５°の偏光配向を有する光は、＋４５°の偏光配向を有するように回転され、偏光層２１６によって遮断される。制御信号ＰＣが状態をＰＣ２に変えると、非捩れネマチック状態にある液晶は、偏光配向への変化なしで−４５°または＋４５°偏光配向のいずれかを有する光を通過させ、−４５°に偏光された光は、画像面１１４に偏光層２１６を通して伝達されて、第２の画像が形成される。偏光子１０８の第１の部分１１０からの＋４５°に偏光された光は、偏光層２１６によって遮断される。

【0104】

空間変調器実施形態
代替実施形態では、図１に示す変調器１０６は、図４に全体が３８０で示された空間変調器を使用して実施することができる。図４を参照すると、空間変調器３８０は、＋４５°偏光配向を有する光を伝達するように動作可能な第１の領域３８４、および−４５°偏光配向を有する光を伝達するように動作可能な第２の領域３８６を有する偏光子３８２を備えている。偏光子３８２はアーム３８８上に取り付けられ、次に、旋回軸３９０上に取り付けられて、空間変調器３８０の横移動を行なう。アーム３８８はまた、部分的にアームに沿って取り付けられた磁石３９２を備えている。磁石３９２は、コイル４１０および４１２をそれぞれ有する第１および第２の電磁石３９４および３９６の間に配置されている。偏光子３８２、アーム３８８、旋回軸３９０、ならびに電磁石３９４および３９６は共に、第１のアーム位置（実線で示す）と第２の位置（４０４に破線で示す）の間で矢印４０２の方向に横に偏光子３８２を移動させる力を生成するように動作可能な機械的アクチュエータを作る。本実施形態では、第１および第２のアーム位置は、アームおよび偏光子３８２の第１および第２の位置をそれぞれ画定する、１対の止め具４１４および４１６によって画定されている。止め具４１４および４１６はそれぞれ、アーム３８８および偏光子３８２の移動の調節を行なうように、相補的ねじ込み部４２２に係合するねじ込み部４２０を備えている。

【0105】

レンズ（図１に示すレンズ１０２など）の単一の画像化経路の範囲が、４０６に破線で示されている。第１のアーム位置では、第１の偏光領域３８４は、＋４５°偏光配向を有する光が、−４５°偏光配向を有する光を遮断しながら単一の画像化経路を通過することを可能にするように配置されている。第２のアーム位置４０４では、第２の偏光領域３８６は、−４５°偏光配向を有する光が、＋４５°偏光配向を有する光を遮断しながら単一の画像化経路を通過することを可能にするように配置されている。

【0106】

空間変調器３８０を駆動するために、図１に示す変調器ドライバ１３０は、図４に示す変調器ドライバ４３０と置換することができる。変調器ドライバ４３０は、第１の電磁石３９４のコイル４１０を駆動するための第１の対の出力４３２と、第２の電磁石３９６のコイル４１２を駆動するための第２の対の出力４３４とを備えている。

【0107】

変調器ドライバ４３０はまた、第１および第２の画像を捕捉するために、画像センサの動作を同期するように同期信号（ＳＹＮＣ）を生成する出力４３６を備えている。別の方法では、出力４３６は、画像センサの所定の画像捕捉率でアーム３８８の動作の同期を容易にするように、画像センサによって生成される同期信号を受信する入力として構成することができる。実際、変調器ドライバ４３０は、ＳＹＮＣＨ信号を内部に生成する、または入力４３６でＳＹＮＣ信号を受信するいずれかである。ＳＹＮＣＨ信号に応じて、コントローラは、それぞれのコイル４１０および４１２を駆動するように、出力４３２および４３４で電力波形を生成する。それぞれのコイル４１０および４１２を通した電流は、所望の止め具４１４または４１６に向かって移動するように、アーム３８８上に力を加えさせる。有利には、変調器ドライバ４３０はプッシュプル式コントローラとして実施することができ、電磁石３９４および３９６の一方は磁石３９２に引力に与え、電磁石のもう一方は磁石に反発力を与え、それによって止め具４１６と４１４の間で移動しながら、アームへの力を大きくする。

【0108】

アーム３８８を第１の電磁石３９４に向かって移動させるように、コイル４１０および４１２に与えられる電流駆動の例示的な波形が、図５にグラフで示されている。コイル４１０を通る電流波形が４４０で示されており、コイル４１２を通る電流波形が４４２で示されている。ＳＹＮＣＨ信号パルス波形は、４４６で示されている。ＳＹＮＣＨ信号４４６の立ち上がりは、第１の期間４４４の開始時間を規定し、そこで電流４４０はアーム３８８上の引力を生成するように急速に上昇する。引力は、アーム３８８の慣性を超え、アームを止め具４１４および第２の電磁石３９６から離れるように加速させる。第１の期間４４４中、電流４４２は最初ゼロであり、アーム３８８が加速し始めると、電流４２２はアームが止め具４１６に近づいたときに減速力を与えるように迅速に大きくなり、それによってアームの動作を減衰させて、止め具と係合する場合にアームの揺れを防ぐ。

【0109】

アーム３８８は、止め具４１６で停止し、電流４４０および４４２は、止め具４１６でアームを保持するように、各コイル４１０および４１２内の小さな保持電流まで小さくなる。アーム３８８が止め具４１６に保持される第２の期間４４８は、第１の画像の完全な捕捉に十分な時間を与える。

【0110】

同様に、ＳＹＮＣＨ信号４４６のその後の立ち上がりは、第３の期間４５０の開始時間を規定し、電流４４２は、引力および電流４４０を生じさせ、アーム３８８上の反発力がアームを止め具４１４に向かって移動させる。アーム３８８が止め具４１４に静止している期間４５２は、第４の期間４５２を規定し、これにより第２の画像の完全な捕捉のために十分な時間を与える。

【0111】

図６を参照すると、空間変調器３８０（図４に示す）のアクチュエータ部の代替実施形態が、全体として５００で示されている。アクチュエータ５００は、モータを通して延びる回転子シャフト５０６を有するモータ５０２を備えている。アーム３８８は、全体が図４で示されるように、横移動のためにシャフト５０６に取り付けられている。本実施形態では、モータ５０２は、１対の磁石５０８および５１０を使用して実施され、シャフト５０６は磁石の間にアクチュエータ・コイル５１６を支持する。アクチュエータ・コイル５１６は、駆動電流を受けるように変調器出力４３２に結合され、それによりトルクをシャフト５０６上に生成させる。普通、アクチュエータ５００は、アナログ計測動作と同様の方法で作動し、止め具４１４と４１６の間で移動を行なう。他の実施形態では、モータ部５０２は、シャフト５０６が磁化され、コイルが電極片（すなわち、５０８および５１０）の周りに巻かれるように構成することができる。

【0112】

可変立体視
図１に示す実施形態では、単一の画像化経路は円形の形状をしており、偏光子１０８の第１の部分１１０は、画像化経路の第１の半円部を覆うように延びており、第２の部分１１２は、画像化経路の第２の半円部を覆うように延びている。

【0113】

代替実施形態では、第１および第２の部分１１０および１１２はそれぞれ、図７、図８および図９に示すように、半円面積より小さい単一の画像化経路のセクタを覆うように延びることができる。図７を参照すると、偏光子１０８は、第１および第２の部分１１０および１１２が画像化経路４０６を越えて外側に延びるような寸法をしている。第１の部分１１０によって覆われた（破線４０６によって示された）単一の画像化経路の領域の重心が、５５０で示されており、第２の部分１１２によって覆われた単一の画像化経路の領域の重心が５５２で示されている。重心５５０および５５２は、図１に示すレンズ１０２などの、レンズを通して形成される第１および第２の画像それぞれに対する斜視中心を画定するものとして見ることができる。２つの重心５５０と５５２の間の距離Ｄは、画像間の立体視分離を示しており、これは装置によって生成される「３Ｄ量」に大まかに等しい。

【0114】

図８を参照すると、偏光子１０８の第１の部分１１０を矢印５５４の方向に内向きに、第２の部分１１２を矢印５５６の方向に内向きに移動することによって、重なり合った領域５５８は２つの偏光子部分の間に形成される。重なり合った領域５５８を通過する光は、−４５°偏光配向を有する偏光子１０８の部分、および＋４５°偏光配向を有する部分の両方を通過し、したがって、偏光配向とは関係なく遮断される。このような状態では、重心５５０および５５２はそれぞれ外向きにシフトされ、したがって、斜視視点はまた外向きにシフトされて、第１と第２の画像の間のより大きな立体視分離を行なう。

【0115】

図９を参照すると、矢印５６０の方向への内向きへの偏光子１０８の第１の部分１１０の、および矢印５６２の方向への内向きへの第２の部分１１２のさらなる移動により、２つの偏光子部分間の重なり合った領域５６４が、ある程度大きくなる。重なり合った領域５６４を通過する光は再び、偏光子１０８の−４５°および＋４５°偏光部分の両方を通過し、それによって遮断される。このような状態では、重心５５０および５５２は再び、外向きにシフトされ、それにより斜視視点をさらに変える。

【0116】

一実施形態では、本明細書に全体を参照として援用する、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＲＥＥ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＩＭＡＧＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ Ａ ＳＩＮＧＬＥ ＩＭＡＧＩＮＧ ＰＡＴＨ」という名称の２００９年７月１０日出願の同一出願人のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＣＡ２００９／００９５７号に開示されているように、偏光子１０８の部分１１０および１１２の移動は、小型ステッパ・モータなどのアクチュエータによって行なうことができ、第１および第２の画像を可変立体視を提供するように形成しながら、重心の分離の程度を変更することができる。

【0117】

円形偏光実施形態
上記実施形態を直線偏光配向に関連して説明したが、上記変調器２００はまた、楕円形または円形に偏光させた光に影響があるように構成することができる。図１０を参照すると、円形偏光実施形態は全体が６００で示されている。本実施形態では、変調器６０２はレンズ要素１１８の前に配置されており、−４５°の偏光配向を有する光を伝達する直線偏光層６０４を備えている。液晶６０２はまた、右手側の円形偏光または左手側の円形偏光のいずれかを生成するために、＋９０°位相遅延と−９０°位相遅延の間で選択的に切り換わるように構成された液晶層６０６を含んでいる。

【0118】

偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２は、＋４５°および−４５°偏光配向を有する光をそれぞれ伝達するように動作可能な直線偏光子である。偏光子１０８はさらに、右手側の円形偏光を有する光を偏光子１０８の部分１１０を通して伝達される＋４５°の配向で直線に偏光させた光に変換させるように配向された、第１の方形波プレート６０８を備えている。偏光子１０８はまた、左手側の円形偏光を有する光を偏光子１０８の部分１１２を通して伝達される−４５°の配向で直線に偏光させた光に変換させるように配向された、第２の方形波プレート６１０を備えている。偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２はしたがって、本明細書で前に記載したように、第１および第２の画像を画像面１１４に形成させる。

【0119】

非偏光実施形態
他の実施形態では、図２の偏光子１０８の偏光子部分１１０および１１２は、第１および第２の画像を生成するように光の別の性状に影響を与えるフィルタ部と置き換えることができる。例えば、部分１１０および１１２は、青色、緑色、および赤色光などの特定の狭い帯域の光波長を伝達する干渉フィルタであってもよい。このような干渉フィルタの伝達スペクトルが、図１１に７００および７０２にグラフで示されている。図１１を参照すると、フィルタ１１０は７００で示すように、第１の複数の光波長λ_Ｂ１、λ_Ｇ１およびλ_Ｒ１を伝達するように構成することができ、フィルタ１１２は７０２で示すように、第２の複数の光波長λ_Ｂ２、λ_Ｇ２およびλ_Ｒ２を通過するように構成することができる。図４に示す変調器などの空間変調器は、第１の領域３８４が第１の複数の波長７００を伝達し、第２の領域３８６が第２の複数の波長７０２を伝達するように構成することができる。実際、空間変調器は、第１および第２の波長範囲を単一の画像化経路を通して選択的に受けることを可能にすることを交互にさせる。第２の複数の波長７０２が単一の画像化経路を通して受けられる場合、干渉フィルタ部分１１０はこれらの波長を遮断し、干渉フィルタ部分１１２は第２の複数の波長を伝達し、これは画像面１１４で第１の画像を形成するように画像化される。第１の複数の波長７００が単一の画像化経路を通して受けられる場合、干渉フィルタ部分１１２はこれらの波長を遮断し、干渉フィルタ部分１１０は第１の複数の波長を伝達し、これは画像面１１４で第２の画像を形成するように画像化される。人間の眼は、波長の僅かなずれにあまり敏感でない受容体を含んでいるので、左右の眼によって識別される画像は、スペクトルまたは色概観はあまり違わないが、単一の画像化経路の第１および第２の部分によって与えられる異なる斜視視点を有する。第１および第２の複数の波長は、それぞれの伝達帯域が僅かな重なりを有するように十分異なっている。例えば、１０ナノメートルの領域内の波長の差は、波長にかなりの強度視差がない限り、人間の眼で視覚的に識別することはできない。人間の眼の中の受容体はこのような小さなずれに敏感でないので、眼によって受けられる第１および第２の画像は、異なるスペクトルまたは色コンテンツを有するものとして認識されない。

【0120】

円形偏光入力実施形態
上記実施形態が直線偏光配向に関連して説明されたが、他の実施形態では、装置は、楕円形または円形に偏光した光に動作するように構成可能である。図１２を参照すると、装置の円形偏光入力実施形態が、全体を８００で示されている。本実施形態では、変調器２００は、装置８００の入力端において、レンズ１０２の視野内のレンズ要素１１８と、ポイント１４０との間に配置される。変調器２００は、−４５°の偏光配向を有する光を伝達する直線偏光層２１６を備えている。４分の１波長板２１７が、偏光層２１６とポイント１４０との間に配置され、それにより、入射する円形および楕円形に偏光した光は、４分の１波長板２１７による伝達によって直線的に偏光させられる。その伝達された直線的偏光光の−４５°の成分のみが偏光層２１６によってさらに伝達される。変調器２００は、前述したように動作し、交互に、それが制御信号ＰＣの制御の下でそのＰＣ１緩和状態にあるときは、伝達光を＋４５°偏光させ、それが制御信号ＰＣの制御の下でそのＰＣ２活性状態にあるときは、伝達光を−４５°偏光させる。

【0121】

本実施形態では、偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２は、＋４５°および−４５°偏光配向を有する光をそれぞれ伝達するように動作可能な直線偏光子である。偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２はしたがって、本明細書で前に記載したように、第１および第２の画像を交互に画像面１１４に形成させる。装置８００の単一の画像化経路の第１の部分１１０を通して伝達される第１の偏光状態を有する光は、レンズ１０２の視野内に第１の斜視視点を与える。装置８００の単一の画像化経路の第２の部分１１２を通して伝達される第２の偏光状態を有する光は、レンズ１０２の視野内に第２の斜視視点を与える。偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２はしたがって、本明細書で前に記載したように、第１および第２の画像を交互に画像面１１４に形成させる。第１の画像は、第１の斜視視点からレンズ１０２の視野内にオブジェクトを表し、第２の画像は、第２の斜視視点からオブジェクトを表し、第１および第２の画像はともに、オブジェクトの３次元空間属性を表すように動作可能である。

【0122】

円形偏光出力実施形態
図１３において全体を９００で示されている本発明の代替実施形態では、変調器２００は、装置９００の出力端において、レンズ１２６と、画像面１１４との間に配置され、偏光層２１６が画像面１１４に面している。４分の１波長板２１７が、偏光層２１６と、画像面１１４との間に配置される。本実施形態では、偏光子１０８の部分１１０を通過する光線１５０は、偏光子から出るときの直線偏光が＋４５°であり、偏光子の部分１１２を通過する光線１４２は、偏光子から出るときの直線偏光が−４５°である。

【0123】

変調器２００は、ＰＣ１緩和状態にあるとき、光線１５０の偏光を９０°変えて＋１３５°に、光線１４２の偏光を９０°変えて＋４５°にする。＋１３５°の偏光は、操作上、−４５°に平行な偏光の光のみを伝達する偏光層２１６の働きを基準にして−４５°と等価である。そのため、光線１５０および１４２が偏光層２１６に衝突する場合、光線１５０しか４分の１波長板２１７に伝達されず、光線１４２は、妨げられる。４分の１波長板２１７は、光線１５０を円形に偏光させる。

【0124】

変調器２００は、そのＰＣ２活性状態にあるとき、光線１５０の偏光を変えず、＋４５°直線偏光のままにし、光線１４２の偏光を−４５°のままにする。光線１５０および１４２が偏光層２１６に衝突する場合、光線１４２のみ４分の１波長板２１７に伝達される。次いで、４分の１波長板２１７は、変調器２００がＰＣ１緩和状態にあるときの光線１５０と同じ円形状態に、円形に偏光させる。

【0125】

この機構によって、光線１５０および１４２は、交互に画像面に画像を形成し、偏光子１０８の部分１１０および部分１１２をそれぞれ通って進む光を表す。装置９００の単一の画像化経路の第１の部分１１０を通して第１の偏光状態を有する光は、レンズ１０２の視野内に第１の斜視視点を与える。装置９００の単一の画像化経路の第２の部分１１２を通して第２の偏光状態を有する光は、レンズ１０２の視野内に第２の斜視視点を与える。偏光子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２はしたがって、本明細書で前に記載したように、第１および第２の画像を画像面１１４に形成させる。第１の画像は、第１の斜視視点からレンズ１０２の視野内にオブジェクトを表し、第２の画像は、第２の斜視視点からオブジェクトを表し、第１および第２の画像はともに、オブジェクトの３次元の空間属性を表すように動作可能である。両方の場合において、画像は、円形に偏光した光を使用して形成される。このことは、特にまたは優先的に、入射する円形に偏光した光を使用する、距離計などのデバイス、および最新のＳＬＲカメラなどのある種の画像化デバイスには有利であり得る。これにより、装置９００は、そのような画像化デバイスおよび距離計に入力フロントエンドとして結合されることが可能になる。

【0126】

可変絞り
前述の実施形態すべてにおいて実装可能な本発明のさらなる実施形態は、１対の可変式絞りの追加を含む。図１４を参照すると、図１２において説明された実施形態に基づく例示的な実施形態が、全体を１０００で示されている。装置１０００は、レンズの一部として偏光子１０８に近接して配置された１対の可変式絞り９９６および９９８を有するレンズ９０２を含む。本実施形態では、可変式絞り９９６および９９８は、単一の画像化経路内の偏光子１０８の前方に配置される。有利には、可変式絞り９９６および９９８は、開口面１０４上のレンズ９０２の物理的開口に、または物理的開口の共役部の場所に配置可能であり、偏光子１０８は、可変式絞りを通して伝達される光を受けるように配置可能である。一実施形態では、可変式絞り９９６および９９８は、虹彩として実装可能である。概して、可変式絞り９９６および９９８は、絞り９９６および９９８の開口が調節されることを可能にする任意の構成体とすることができ、開口は、楕円形、長方形、正方形、または他の形状を有することができる。個々の絞りから連続的な絞りへ形態を変化させるように可変絞りの対が構成されても良い。レンズ９０２の他の要素すべては、図１２に示されるレンズ１０２について上述した通りであり、変調器２００は、図１２に関連して説明されたようにレンズ９０２の前方に配置される。４分の１波長板２１７は、本明細書で前に記載したように、変調器２００の前方に配置される。

【0127】

動作に際しては、可変式絞り９９６および９９８は、装置１０００の焦点の深さを変えるように調節可能である。一実施形態では、可変式絞り９９６および９９８は、互いとは無関係に調節可能であり、それにより、単一の画像化経路の第１の部分に対しておよび単一の画像化経路の第２の部分に対して、装置１０００の焦点の深さを独立して調節することが容易になる。他の実施形態は、画像経路の第１および第２の部分のそれぞれに対して焦点の深さが実質的に一致するように、対応する絞り調節を可能にすることができる。

【0128】

複数の赤センス素子を備えた画像化アレイ
3次元画像化の主要な応用分野の一つは、この技術から非侵襲手術が特に利点をもちらす、医学分野である。例として、医療関係者は手術中に酸素が飽和した血液と酸素が非常に欠乏した血液を区別することの容易さを必要としている。血液のこの二つの状態は熟練された目には血液自体ばかりでなく、血液が浸透した生体組織（ｔｉｓｓｕｅ）についても赤の異なった色調を呈する。残念なことに、多く画像化装置やモニタで用いられるｓＲＧＢカラー空間は、可視スペクトルの赤の最端においてｓＲＧＢカラー空間において異なる赤の色調を適切に表現できないという限界を有している。しかも、これは医療関係者が興味を持っている領域である。ｓＲＧＢカラー空間は、標準の赤、緑および青の色空間であり、モニタ、プリンタおよびインターネットに使用するために、ヒューレットパッカード社およびマイクロソフト社の共同で創造されたものである。

【0129】

図１５を参照すると、３Ｄ画像化用画像センサ１６０が、図１、３、１０、１２、１３、または１４による装置１００、６００、８００、９００および１０００のいずれか一つに関して配置されている。図１、３、１０、１２、１３、または１４を参照すれば、画像センサ１６０は画像平面１１４において中心軸１１３に沿った単一の画像化経路内に配置され、第１および第２の画像のディジタル表現を生成するための画像センサとして機能する。画像センサ１６０は、複数のセンサ素子すなわち画素１６６および対応するフィルタ素子１６８のアレイを有する色フィルタアレイ１６５を備えた光感応アレイ１６２を含む。この実施例においては、センサ素子１６６はフィルタ素子１６８と同じ大きさ、形、配置を有している。

【0130】

市場で入手可能な画像センサにおいては、色フィルタアレイはしばしばバイヤー(Ｂａｙｅｒ)型であり、各２×２単位セルが赤フィルタ、青フィルタ、２つの緑フィルタを含む単位セルのアレイを含んでいる。単位セルは、一般的に画像センサのほぼすべての画素を覆うように、画像センサの表面にわたって格子状にされる。いくつかの他のフィルタ配置が従来知られており、ここにとどまるべきではない。

【0131】

上述した医療従事者の要望を述べると、一つの実施例では、画像センサ１６０は、４つのフィルタ素子１６８を含む単位セル１７２を有する色フィルタアレイ１６５、および４つの対応して下に位置するセンサ素子１６６を含む。各単位セル１７２については、一つのセンサ素子は緑フィルタで、一つのセンサ素子は青フィルタで、残りのセンサ素子は赤フィルタ（図１５における赤１および赤２として表示されている）によりフィルタリングされる。各単位セルの第１番目の赤フィルタ(赤１)は例えばセンサ素子に対応した第１の波長範囲内の光を透過するように選択され、単位セルの第２の赤フィルタ（赤２）はセンサ素子に対応した第２の波長範囲内の光を透過するように選択される。第２の波長範囲は第１の赤フィルタの波長範囲とはかなり異なっている。第１の波長範囲は市場で入手可能な画像センサのための従来の赤フィルタの波長範囲と同じでも良い。第２の波長範囲は、例えば約６６０ｎｍを中心とするものでも良い。この実施例におけるこの特定の波長は、可視スペクトルにおいて、酸素飽和した血液と酸素が非常に欠乏した血液間で生ずる光吸収の最大の差が生じるところである。可視スペクトルの赤端での他の波長範囲は２つの赤フィルタ素子のために選択される。一般に、第２の赤フィルタ素子は、酸素非飽和ヘモグロビンと比べて酸素飽和ヘモグロビンによって測定上異なる程度まで光の波長を透過するように構成される。いろいろなセンサ要素１６６からの信号は、センサ要素からの信号を処理するための処理回路を含む画像表示制御回路１７０に供給される。結果としての画像は画像表示システム１７５上に表示されてもよい。

【0132】

市販の２×２単位セルあたり単一の赤フィルタを用いる画像センサは一般的に赤の色調のレンダリングが可能である。しかしながら、図１５の実施例では、センサ１６０の単位セル１７２内の複数の赤フィルタを含むことは、赤の色調を高い忠実度で表現できることを可能にする。代替実施例では、例えば、しかし限定されない、 ４×４素子アレイのように、４素子を超えるものを画像センサ１６０内に用いることができる。このような、より多くの、２つの赤フィルタ素子より多い複数の赤フィルタを有する単位セルセンサを採用することができ、赤色波長の２つよりも多い波長範囲がモニタされ、センサ１６０により受け取ることができる。

【0133】

複数の赤フィルタ素子を採用するという概念のさらなる拡張において、センサ１６０から３Ｄ画像データを受け取り、処理するために画像表示制御器１７０が構成され、赤色光の異なる色調のための異なる偽色を発生し、それによって酸素飽和および酸素欠乏血液間の差を強調し、このような２つの状態の血液が供給された組織間の差異を強調する。この実施例においては、赤色は、第１の波長範囲の赤フィルタを有するセンサ素子１６６からの情報に関連させることができ、偽色は第２の波長範囲の赤フィルタを有するセンサ素子からの情報に関連させることができる。２つの赤フィルタ素子より多くが用いられると、適切な偽色が赤画像情報のさらなる波長範囲と関連させることができる。

【0134】

さらなる実施例は、約６００ｎｍから約１０００ｎｍまでの最も有用なヘモグロビン光吸収スペクトル範囲を持ち、この大部分は人間の可視領域外の近赤外範囲におよんでいる、という事実に依存している。酸素を除去されたヘモグロビンは、波長約８００ｎｍでいわゆる等吸収点を有する。この等吸収点より下の光波長（すなわち、波長約８００ｎｍ未満）については、血液中の酸素飽和ヘモグロビンは酸素飽和でないヘモグロビンよりもより強く光を吸収する。この等吸収点より上の光波長（すなわち、波長約８００ｎｍ超）については、吸収作用は反対となり、血液中の酸素不飽和ヘモグロビンはより強く光を吸収する。結果として、熟練した外科医の目が検出するのに慣れている、酸素飽和および酸素不飽和血液間の光透過の差は、もし近赤外領域が適当なセンサとともに用いられるならば、より強調される。

【0135】

フィルタのないシリコンを基礎とする画像センサアレイは一般的に全領域にわたって感応性がある。標準的な市販および消費者向け可視光応用においては、これらのセンサは、センサが飽和するのを避けるべくその範囲を制限するために、適当な赤外フィルタによりフィルタリングされなければならない。色を見るのに貢献しないがセンサに過負荷を与え得る近赤外領域で、過大な信号から問題が生ずる。血液の酸素飽和の特別な場合では、シリコンセンサ固有の波長領域はそれでも血液の酸素飽和が光吸収において最大の差を生じる遠赤外および近赤外波長領域を検知するのに良く適している。

【0136】

一つの実施例においては、カラーフィルタアレイ１６５の青、緑及び可視の（第１の）赤に対応するフィルタ素子１６８を有する第１から第３のセンサ素子１６６に、市販のセンサと同様に、従来知られているセンサとともに、赤外フィルタが望まない遠赤外あるいは近赤外の青、緑、および赤のフィルタの伝送スペクトルの肩部を除くために、追加的に設けられても良い。各単位セル１７２の第２の赤フィルタ（Ｒｅｄ２）の実現において、第４のセンサ素子を提供するため、約７００ｎｍから約１０００ｎｍの範囲を超える距離の伝送範囲を有する近赤外の伝送フィルタ素子により置き換えられても良い。より詳細に述べれば、波長範囲は等吸収点よりも下あるいは上に延びるように選択されてよい。画像センサ１６０上の単位セル１７２におけるこれらの４つのセンサ素子からの信号は、酸素飽和した血液や組織と相対的に酸素が欠乏したそれらとの差を明確にするために、ユーザが選択可能な擬似カラー中で３次元画像を描画するのに用いられる。第４の近赤外センサ素子の使用はユーザによるモード選択可能なものである。このようにして、本発明の装置は、第４の（近赤外の）画素が撮像のために活性化されない場合、可視光の３次元画像システムとして機能し、第４の（近赤外の）画素が撮像のために活性化されるとき、酸素飽和３Ｄ撮像装置として機能する。

【0137】

画像表示装置１７５は、第１および第２の画像を表示するのに用いられ、ユーザ選択により、青や緑の光を伝送するのでない単位セル１７２中の少なくとも一つのフィルタ素子１６８によりフィルタリングされるセンサ素子１６６からの信号に基づいて擬似カラーを発生するように構成される。第２の赤フィルタによりフィルタリングされ、酸素飽和ヘモグロビンと酸素不飽和ヘモグロビン間の差を検出するのに適した波長において動作するセンサ素子を用いるある実施例においては、可視擬似カラーにおいてヘモグロビン酸素飽和感応画素からの信号を処理するのに特別なメリットがある。画像表示制御装置１７０および/または表示システム１７５はユーザがそのような酸素飽和感応情報を偽色で一時的に表示させること、およびさもなければ標準的な青、緑、赤を検出するセンサ画素からの信号のみを用いることを許可する。例えば、これは外科医が彼の仕事を、通常の青、緑、赤情報に基づいた可視光中で見ながら進めることを可能にするが、擬似カラー中で酸素感応画像情報を得るために、すべてのフィルタ単位セル中の第２の赤画素でフィルタされたセンサ画素からの信号を一時的に選択して用いることを可能とする。

【0138】

有利には、本明細書に記載された実施形態は、単一の画像化経路を通る３Ｄ画像情報の生成を容易にし、開口面が開口面での厚い変調要素の使用を除外するように配置されている画像化システムにおいて特に有用である。記載した実施形態はまた、口径食に敏感であり、開口面に近接した変調器要素の正確な配置を必要とする画像化システムにおいて有用である。

【0139】

本発明の特定の実施形態が記載および図示されているが、このような実施形態は添付の特許請求の範囲により解釈されるように、本発明を例示するだけのものであり、本発明を限定するものではない。

【図1】

【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】