JP2015513113A - 可視光及び近可視光の大口径波頭を効率的に記録するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

光の波頭を記録するためのハイブリッドシステム及び方法が開示される。このシステムは、ホログラフィー及びインテグラルイメージングの２つのイメージングシステムの要素を結合していて、インテグラルイメージングより効率が良くて解像度が高く、且つホログラフィー記録より制約が少ないイメージングシステムを形成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的に、画像形成システム及び方法に関するもので、より詳細には、ホログラフィー及びインテグラルイメージングを使用して光の波頭を記録するためのシステム及び方法に関する。

優先権主張／関連出願：本願は、２０１１年１２月２９日に出願された“System and Method for the Efficient Recording of Large Aperture Wave Fronts of Visible and Near Visible Light”と題する米国プロビジョナル特許出願第６１／５８１，３８９号に対して３５ＵＳＣ１１９（ｅ）のもとでの優先権の利益を主張するもので、前記出願は、参考としてここにそのまま援用される。

光の波頭を記録する解決策は、多数ある。
１．光学システムにより発生された真の画像の振幅を記録媒体に記録する解決策。典型的に、これらのプロセスは、フォトグラフィーと称される。
２．信号波頭及び参照波頭により発生された干渉パターンの振幅を記録媒体に記録することにより光の波頭の位相を記録する解決策。典型的に、これらのプロセスは、ホログラフィーと称される。
３．多数のビューポイントの光振幅を記録媒体に同時に記録することにより光の波頭の位相を記録する解決策。これらのプロセスは、しばしば、インテグラルイメージングとして知られている。

以上の解決策は、各々、一長一短がある。

例えば、フォトグラフィーで発生される画像は、処理及び理解が容易であるが、単一のビューポイント及び単一の焦点面に限定される。フォトグラフを記録する技術は、充分に理解され、広く利用され、そしてその記録及び計算コンポーネントは、大量生産によるコスト効率から有益である。不都合なことに、フォトグラフィーは、光の入力波頭のエネルギーの使用効率が悪い。これは、フォトグラフィープロセスが最適な視界深度のために小さな口径(aperture)を使用して光を空間的にフィルタリングし且つ色を記録するために周波数でフィルタリングしなければならないからである。又、小さな口径の使用は、小さな口径を使用する光学的システムの回折限界により、フォトグラフで捕獲される情報の量も制限する。

ホログラフィーで発生される画像は、記録媒体の口径にわたり光の波頭の完全な再生となる。ホログラフィーは、光の入力波頭のエネルギーを非常に効率良く使用する。２つの波頭からの全入射光線が記録される。記録される波頭の回折限界に一致する干渉を使用してホログラムが記録される。記録口径が全記録面積であるから、ホログラムは、視覚情報を記録する理論的情報及び解像度限界に接近する。不都合なことに、ホログラムを記録するときを制限する厳しい制約があって、広範囲の種々の画像を記録する一般的な解決策としては実用的でない。例えば、ホログラムは、空間的及び周波数コヒレンスを有する光を使用して記録するしかない。

インテグラルイメージングは、多数のビューポイントを記録し、付加的な計算を使用することにより、焦点面の制約がなくなる。古典的な光学システムをインテグラルイメージングに使用すると、フォトグラフィーと同じ効率及び情報限界が課せられると共に、単一の記録装置又は表面にしばしば多数のビューポイントを画像形成するという付加的なリソース負担が生じる。

従って、既知の解決策に伴う上述した制限を克服するイメージングシステム及び方法を提供することが要望され、本発明は、この目的に向けられる。

ハイブリッドインテグラルイメージングシステムの実施例を示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムの実施例を示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムを詳細に示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムを詳細に示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムを詳細に示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムを詳細に示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムの方法を示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムの方法を示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムの方法を示す。 ハイブリッドインテグラルイメージングシステムの方法を示す。 赤／緑／青マッピングのためのホログラフィーマルチプレクサ要素の実施形態を示す。 三次元マッピングのためのホログラフィーマルチプレクサ要素の実施形態を示す。 システムの視界又は視界深度を調整するのに使用されるユーザインターフェイスの実施例を示す。 システムの視界又は視界深度を調整するのに使用されるユーザインターフェイスの実施例を示す。 システムの視界又は視界深度を調整するのに使用されるユーザインターフェイスの実施例を示す。 システムの視界又は視界深度を調整するのに使用されるユーザインターフェイスの実施例を示す。

本発明は、可視光及び近可視光の大口径波頭を効率的に記録するハイブリッドインテグラルイメージングシステム及び方法に特に適用され、これについて以下に説明する。しかしながら、このシステム及び方法は、広く利用できることが明らかである。例えば、以下に述べる実施形態は、可視光に使用されるが、ハイブリッドインテグラルイメージングシステム及び方法は、非可視光にも使用できる。より一般的には、ハイブリッドインテグラルイメージングシステム及び方法は、種々の形式の電磁放射に使用できる。

１つの実施形態において、このシステム及び方法は、電磁スペクトルの可視光領域及び近赤外線（ＩＲ）領域内に入る線スペクトルを有する電磁放射に使用される。例えば、線スペクトル（ある波長範囲の）は、３８０−４５０ｎｍの紫、４５０−４９５ｎｍの青、４９５−５７０ｎｍの緑、５７０−５９０ｎｍの黄、５９０−６２０ｎｍのオレンジ、６２０−７５０ｎｍの赤、及び２５００−７５０ｎｍの近赤外線、の１つ以上を含む。

図１及び２は、各々、ハイブリッドインテグラルイメージングシステム１００の実施例を示す。図１において、このシステムは、処理モジュール１０２を備え、これは、ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４に結合される。処理モジュール１０２は、以下に述べるようにハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４により発生されるデータを処理することのできる典型的なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、状態マシン、等である。ある実施形態では、処理モジュール１０２及びハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４は、両方とも単一のエンクロージャー内に収容することができる。図１の例では、処理モジュール１０２は、ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４からのデータを記憶及び処理できるストレージを含む。図２において、処理モジュール１０２は、コンピュータシステム１０６又はコンピュータシステムの一部分である。コンピュータシステムは、パーソナルコンピュータ、サーバーコンピュータ、クラウドコンピューティングリソース、ラップトップコンピュータ、スマートホン装置、等である。図２の例では、コンピュータシステムは、デスクトップコンピュータシステムで、ディスプレイ１０６ａ、シャーシ１０６ｂ（処理ユニット１０２及びメモリ又は持続的ストレージユニット１０６ｃを収容する）、及びユーザがコンピュータシステムと対話できるようにするキーボード１０６ｄ及びマウス１０６ｅのような１つ以上の入力／出力装置を有する。又、コンピュータシステムは、処理ユニット１０２がリモート装置とワイヤレス又はワイヤード形態で通信できるようにするインターフェイス及び回路１０６ｆも有する。図２に示すように、ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４は、コンピュータシステムに結合される。

図１−２に示す処理モジュール１０２の実施形態に加えて、処理モジュールは、１組の個々のマイクロプロセッサ要素を収容し、各マイクロプロセッサ要素は、画像記録要素の領域に入力としてマップされる。又、各マイクロプロセッサ要素は、要求されたビューの一部分へのマルチプレクスされた入力の並列計算を許す仕方で、処理画像の一部分を表わす多数のメモリ部分へ出力としてもマップされる。或いは又、処理モジュール１０２は、１組の個々のマイクロプロセッサ要素を収容し、各マイクロプロセッサ要素は、画像記録要素又は関連プロセッサの多数の領域に入力としてマップされると共に、要求されたビューの一部分へのマルチプレクスされた入力の並列計算を許す仕方で、要求された画像の単一部分へ出力としてマップされる。処理ユニット１０２及びハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４は、以下に詳細に述べる。

図３Ａ及び３Ｂは、ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４を詳細に示す。図３Ａに示すように、ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４は、図３Ｂに示すユニットに他のコンポーネントを収容するエンクロージャー１０４Ａを含む。ハイブリッドインテグラルイメージングは、写真及びインテグラルイメージングのコスト効果を有し、且つ写真又は一体的光フィールドイメージングの標準的な光学システムを、図３Ｂに示して以下に詳細に述べるホログラフィーマルチプレクシング要素２００に置き換えることにより、それらの制約を除去する。

ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、入力光の波頭における情報を個々の記録装置へ効率的にマルチプレクスする。より詳細には、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、波頭を、色、ビューポイント及び深度のための個別のチャンネルへ効率的にマルチプレクスする。

ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４は、図３に示すホログラフィーマルチプレクシング要素２００、１つ以上の画像記録要素２０２、サポートコンポーネント２０４、１つ以上の光路２０６を含む５つのコンポーネントで構成される。ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４は、更に、図１−２に示す処理モジュール１０２、図２のディスプレイ１０６ａ及び処理モジュールの他の部分のようなユーザインターフェイスモジュール、並びに図３Ａに示すエンクロージャー１０４Ａを備えている。

ホログラフィーマルチプレクシング要素２００
ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、リプマン・ブラグ(Lipmann-Bragg)形態で記録されるボリューム反射ホログラムである。このタイプのホログラムは、１／２波長層においてあるボリュームの記録媒体を通して薄く切られる記録された干渉縞を含む。この幾何学構成は、特定波長の光を反射しフィルタリングする。再構成の効率が非常に良い記録材料を入手でき、従って、このホログラムでは、狭い波長の光を効率的に反射し収束するミラーのような多数の垂直軸ずれ凹面パラボラ状（又は楕円体）収束サブ要素を記録することができる。各垂直ミラーサブ要素は、特定の垂直口径で特定の視界深度における特定のビューポイントからの特定周波数帯域の画像を個々の記録要素へ収束するように設計される。又、サブ要素は、画像記録要素の部分へマップされる。或いは又、各収束サブ要素は、画像記録要素とペアにされる。

１つの実施形態において、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、１組の個別のボリューム反射ホログラム要素として実施される。各ホログラフィー要素は、リプマン・ブラグ領域における構造的干渉を使用してカラースペクトルにより到来する光の波頭をフィルタリングする。各ホログラフィー要素は、フレネル領域における構造的干渉を使用して到来する光の波頭の一部分の真の画像を再構成することで、ビューポイント及び／又は深度に基づきフィルタリングを行う。

ホログラフィーマルチプレクシング要素２００を製造するために、コヒレント光の特定スペクトルを物体波及び参照波として使用して、各個別のホログラフィー要素の口径を到来する波頭の入力ポイント及び画像記録要素の出力ポイントへマッピングすることを記述する自動的プロセスを順次に使用して、各個別のボリュームホログラムが、ホログラフィー記録基板（例えば、光学ガラス上の重クロム酸ゼラチン）に書き込まれる。

ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、更に、特定の上塗りコーティングを施した１組の個別のレリーフ透過ホログラムとして実施される。各個別のホログラム要素は、フレネル領域の構造的干渉を使用して到来する光の波頭の一部分の真の画像を再構成することでビューポイント及び深度に基づいてフィルタリングを行う。各ホログラフィー要素は、上塗りコーティングの構造的干渉により到来する光の波頭のカラースペクトルをフィルタリングする。ホログラフィーマルチプレクシング要素２００のこの実施形態の製造においては、コヒレント光の特定スペクトルを物体波及び参照波として使用して、各個別のホログラフィー要素の口径を到来する波頭の入力ポイント及び画像記録要素の出力ポイントへ逆マッピングすることを記述する自動的プロセスを順次に使用して、各個別のレリーフホログラムが、ホログラフィー記録基板（例えば、光学ガラス上に施された感光プラスチック）に書き込まれる。各記録要素は、スペクトルフィルタリング作用を与えるためにマスクを通して一連のフィルムで覆われる。それにより得られるホログラフィー要素は、次いで、その共役（又はシュードスコピック）再構成幾何学を使用するようにマウントされる。又、前記方法は、当業者に知られた方法を使用して複写されるマスターホログラフィーマルチプレクシング要素２００を製造するのにも使用される。

ホログラフィーマルチプレクシング要素は、処理モジュール１０２により読み取られるデータをエンコードしている。例えば、ホログラフィーマルチプレクシング要素の未使用の部分に、既知のグレーコードを使用してバイナリーデータをエンコードし、線又はドットのパターンを形成することができる。このように、デジタルデータは、特定のホログラフィーマルチプレクシング要素に関連付けられる。デジタルデータは、ホログラフィーマルチプレクシング要素が到来する光の波頭を１つ以上の画像記録要素の部分にどのようにマップするかの情報を含む。例えば、デジタルデータは、ホログラフィーマルチプレクシング要素の第１の要素が特定位置で第１の画像記録要素にマップされることを指示する。

ホログラフィーマルチプレクシング要素２００の特性は、特定の用途に対してイメージング装置を最適化するように変更されてもよい。例えば、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、種々様々なスペクトルフィルタ及び若干のスペクトルポイントのみを備える個別の要素を備えたものが製造され、これは分光学に有用である。或いは又、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、赤、緑、及び青のスペクトルフィルタのみをエンコードすると共に種々のスペクトルビューポイントが水平面上に配置されて三次元画像形成に有用なものが製造されてもよい。図３Ｂの例では、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、単一の要素であるが、単一のホログラフィーマルチプレクシング要素２００と同じ作用を有するように一緒に結合されるときには、１つ以上の個別の要素として実施されてもよい。

図５は、赤／緑／青マッピングのためのホログラフィーマルチプレクサ要素２００及び画像記録要素２０２の実施形態を示す。図５に示すように、ホログラフィーマルチプレクサ要素２００は、１つ以上のホログラフィーサブ要素２００₁を有し、それらのホログラフィーサブ要素２００₁は、入力空間ポイント５００からの赤波長の電磁放射を反射する赤の構造的フィルタリング２００₂を伴うホログラフィー要素と、入力空間ポイント５００からの青波長の電磁放射を反射する青の構造的フィルタリング２００₃を伴うホログラフィー要素と、入力空間ポイント５００からの緑波長の電磁放射を反射する緑の構造的フィルタリング２００₄を伴うホログラフィー要素とを含む。図５に示すように、赤、緑及び青の波長の電磁放射は、１つ以上の画像記録要素２０２へ反射される（図５の例では単一の画像記録要素が示されているが、このシステムは、単一の画像記録要素のみに限定されない）。図５の実施形態では、画像記録要素２０２は、各ホログラフィー要素が異なる波長の電磁放射を向けるところの１つ以上の出力サブ要素を有する。例えば、画像記録要素は、記録要素青出力２０２₁、記録要素緑出力２０２₂、及び記録要素赤出力２０２₃を有する。従って、この実施形態を使用すると、赤、緑及び青の波長の電磁放射が画像記録要素の異なる部分へマップされる。

図６は、三次元マッピングのためのホログラフィーマルチプレクサ要素２００及び画像記録要素２０２の実施形態を示す。図６に示すように、ホログラフィーマルチプレクサ要素２００は、１つ以上のホログラフィーサブ要素２００₁を有し、それらのホログラフィーサブ要素２００₁は、この例では緑のような特定波長の構造的フィルタリング２００₄を伴う１つ以上のホログラフィー要素を含み、これは、１つ以上の入力空間的ポイント５００、５０２、５０４からのこの例では緑の波長の電磁放射のような電磁放射を反射して、１つ以上の入力空間的ポイントにより三次元マッピングが生じるようにする。図６に示すように、図６の例の緑のような単一波長の電磁放射が、１つ以上の画像記録要素２０２へ反射される（単一の画像記録要素は、図５の例に示されているが、このシステムは、単一の画像記録要素のみに限定されない）。図６の実施形態では、画像記録要素２０２は、各ホログラフィー要素が異なる入力空間的ポイントから電磁放射を向けるところの１つ以上の出力サブ要素を有する。例えば、画像記録要素は、記録要素空間的ポイント１の出力２０２₄、記録要素空間的ポイント２の出力２０２₅、及び記録要素空間的ポイント３の出力２０２₆を有する。従って、この実施形態を使用すると、１つの波長の電磁放射が、３つの異なる入力空間ポイントにおいて、画像記録要素の異なる部分へマップされ、三次元マッピングを発生する。

画像記録要素２０２
ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、入力光波頭を、図３Ｂに示す位置のようなサポートコンポーネント２０４上の所定位置に配置された１つ以上の画像記録要素２０２へマルチプレクスする。各画像記録要素は、電磁放射を受け取りそしてその受け取った電磁放射を電気信号へと変換／記憶する画像記録装置である。１つの実施形態では、各画像記録装置は、安価な高収率生産プロセスに一致する適度な個数のピクセル素子を有するＣＣＤ画像形成装置であるが、これに限定されない。全体的なシステム解像度は全ての画像記録要素の集計に基づくので、画像記録装置は、高解像度の装置を選択するのではなく、ピクセル当たりのコストが最良の装置が選択される。更に、ホログラフィーマルチプレクシング要素は、非常に大きな口径から画像記録要素の各々へ光を収束するので、感知エリアの小さい低コスト装置を選択することができる。例えば、センサのサイズの理論的限界は、センサが記録しなければならない波長の２倍である。

各画像記録要素は、電気的信号を処理モジュール１０２へ転送するためにワイヤ又はケーブルのようなメカニズムを有する。

サポートコンポーネント２０４
サポートコンポーネント２０４は、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００及び１つ以上の画像記録要素２０２をサポートし、そしてそのホログラフィーマルチプレクシング要素２００と１つ以上の画像記録要素２０２との間で軸ずれマルチプレクシング関係を一致させる。より詳細には、図３Ｂに示すように、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００に垂直な軸がある場合には、１つ以上の画像記録要素２０２が軸ずれする。サポートコンポーネントは、要求される温度及び湿度の範囲にわたって幾何学的関係を設計公差内に維持するように、プラスチック又は金属のような材料で作られる。或いは又、サポートコンポーネント２０４は、大きな口径のカメラが広い温度範囲にわたって校正状態に保たれる（鮮明な真の画像を与える）ように、アルミニウムではなく炭素繊維組成物であってもよい。ホログラフィーマルチプレクシング要素２００と１つ以上の画像記録要素２０２との間の幾何学的関係の一例が図３Ｂに示されているが、他の幾何学的関係が使用されてもよい。

光路２０６
光路２０６は、各々、周囲又は反射電磁エネルギーを抑制するために、ある特性のプラスチック又は金属のような材料の断片であり、図３Ｂに示す構成では、サポートコンポーネント２０４に接続される。光路２０６の他の構成も使用できる。第１組の光路２０６₁は、ハイブリッドインテグラルイメージングユニット１０４の入力に位置され、光線２０８（その一例が図３Ｃに点線で示されている）の信号波頭がホログラフィーマルチプレクシング要素２００に当たるのを許す。１つの実施形態では各画像記録要素２０２に対して２つである第２組の光路２０６₂は、１組のマルチプレクスされた光コンポーネント２１０（その一例が図３Ｄに点線で示されている）が画像記録要素２０２に当たるのを許す。両組の光路２０６は、他の全ての周囲光及び反射光を抑制する。

単純な幾何学構成では、光路は、ハニカム形状を使用して構成され、ここでは、ハニカム要素の巾対深度の割合は、カメラの視野角に一致するように選択され、そしてハニカムの巾は、電磁放射の波頭のスループットを最適化し且つ光路からの影又はアーチファクトを減少するようにハニカム壁の厚みに対してある割合として選択される。より複雑な光路については、所与の個別のホログラフィーサブ要素に対する各入力及び出力光線の経路を軽量で堅牢な発泡ブロックへとレーザ切断してもよい。

処理モジュール１０２
処理モジュール１０２は、ハイブリッドインテグラルイメージングユニットに関連した種々のプロセスを遂行するためにソフトウェアの断片（又はコンピュータコードの複数の行）を実行する処理ユニット又は処理ユニットベースの装置（図１及び２に示すような）である。それらのプロセスを使用するハイブリッドインテグラルイメージングの方法４００が図４Ａ及び４Ｂに詳細に開示されている。それらのプロセスは、ホログラフィーマルチプレクシング要素から反射された各画像記録要素からのデータを受け取り、そしてそのデータを入力光波頭へマップする。従って、処理モジュールは、画像記録要素をコントロールする（４０２）。１つ以上の画像記録要素のコントロール中に、処理モジュールは、ホログラフィーマルチプレクシング要素内でエンコードされたデータを読み取り、このデータは、とりわけ、特定のホログラフィーマルチプレクシング要素がどのように構成されたかに関するデータを含み、処理モジュールは、１つ以上の画像記録要素からのデータを処理し、そのデータを入力光波頭へマップし、そしてその波頭を再構成することができる。コントロール中に、処理モジュールは、特定時間中に記録を開始し及び／又は停止し、１つ以上の画像記録要素が波頭データを記録するようにする（４０４）。

次いで、処理モジュールは、特定の方法及び属性を使用して画像記録要素からデータを取得する（４０６）。例えば、画像データは、同様のビューポイントを含む多数の光学的要素から取得され、そして画像記録要素の部分へマップされた複数の処理要素を使用して、それらのビューポイントを合成して、より鮮明な、より高解像度の画像データを構成する。更に、種々のビューからの入力画像データが分析されて、波頭のコンポーネント分岐点を表わすバイナリースペースパーティション又は八分木(Octree)のような三次元表現へ変換される。又、画像データは、１つ以上の空間又はカラースペースにおける差に基づいてエントロピーエンコーディングのような既知の方法を使用して圧縮されてもよい。

次いで、処理モジュールは、画像記録要素から取得したデータを記憶し及び／又は画像記録要素から既に記憶されたデータをロードする（４０８）。処理モジュール（上述した図２のコンピュータシステムのような）は、インターフェイス及び回路１０６ｆを有し、処理モジュールが、取得した画像記録要素データを、ネットワークを経て別の装置へ通信できるようにする。従って、処理モジュールは、画像記録データを別の装置へ送信すべきかどうか決定し（４１０）、次いで、データを送信することができる（４１２）。次いで、処理モジュール（又は同様のリソースを有する他の装置）は、取得したデータを、特定の方法及び属性で画像へと再構成する（４１４）。

例えば、再構成プロセス中に、処理モジュールは、複数のプロセッサを使用して、３ｄ形態で記憶された情報をデコードし、そして入力データを、所与のビューポイント、合成口径又はカラースペースを表わすように変換する。又、処理モジュールは、容易にタイル化及び再構成される仕方でホログラフィーマルチプレクシング要素においてエンコードされて画像記録要素へマップされた特定のビューポイントからの画像を直接アッセンブルすることにより、画像を構成することもできる。次いで、処理モジュールは、同様の又は隣接するビューで見つかった縁又は高周波数を使用して、再構成画像のような画像を洗練化する。

又、処理モジュール（又は他の装置）は、ユーザインターフェイスコンポーネントからの又はネットワークを経て別の装置からの構成オプションに基づいてその再構成プロセスを調整することもできる。

ユーザインターフェイスコンポーネント／モジュール
ユーザインターフェイスコンポーネントは、ユーザが属性及び方法をセットしそしてそれを処理モジュール１０２へ通信するための装置／メカニズム／プロセスを有する。例えば、１つの属性は、処理モジュールが記録要素からデータをどのように取得するかの特定の方法である。更に、これらの属性の１つは、処理モジュールが画像記録要素からの光の波頭の記録をいつ開始し及び／又は停止するかである。又、これら属性は、取得したデータの再構成を画像として表示する方法も含む。更に、ユーザによりセットされて処理モジュールへ通信される属性の１つは、どんなビューポイントをどんな深度で再構成するかである。図７Ａ及び７Ｂは、ユーザインターフェイスからのユーザによる視点変化左及び視点変化右の選択を示し、一方、図８Ａ及び８Ｂは、ユーザインターフェイスからのユーザによる視界深度遠及び視界深度近の選択を示す。

エンクロージャー
エンクロージャーは、他の全てのシステムコンポーネントを、光、埃及び／又は物理的ダメージから保護するように保持する。これは、ユーザが心地よく保持し、タッチし及び見るように行われる。エンクロージャーは、堅牢で且つ軽量の炭素複合材料で形成され、装飾的なテクスチャが表面に施されて表面を持ち易くしている。

ハイブリッドインテグラルイメージング幾何学構成の実施
ハイブリッドインテグラルイメージング幾何学構成は、リプマン・ブラグ形態におけるホログラフィーマルチプレクシング要素の効率を最大にする一方、種々のシステム要素からの内部反射を減少するように設計される。１つの構成例は、ホログラフィーマルチプレクシング要素の平面を装置の後部で到来する光の波頭に対して配置し、そして図３Ａ−３Ｄに示すように、記録要素を装置口径部の下に軸ずれして配置することである。ハイブリッドインテグラルイメージングシステムは、他の幾何学構成も使用でき、その開示は、図３Ａ−３Ｄに示す幾何学構成に限定されない。

ホログラフィーマルチプレクシング要素は、必要に応じて、装置から除去したり交換したりすることができる。ハイブリッドインテグラルイメージング幾何学構成が決定されると、ホログラフィーマルチプレクシング要素と画像記録要素との間の幾何学構成は、固定のままとなる。しかしながら、マルチプレクシングの形態は、ホログラフィーマルチプレクシング要素を交換して変更されてもよい。例えば、ハイブリッドインテグラルイメージングシステムが３２００×２４００の画像記録要素を６４個有する場合に、考えられるマルチプレクシング構成（ホログラフィーマルチプレクシング要素の変更を要求する）は、次の通りである。
１．５３０(６４０×４８０)ビューポイント、３色、総計４９１メガピクセル
２．２１３０(３２０×２４０)ビューポイント、３色
３．１６(３２００×２４００)ビューポイント、１２深度、単色
４．１(３２００×２４００)ビュー、８深度、８色サンプル、全スペクトル画像

前記例では、各構成について同じ数の画像記録要素ピクセル（又は感知エリア）が使用され、そして例(２)で示された大口径３ｄ光視界カメラ、及び例(４)で示された高解像度スペクトル深度造影カメラから変更する必要のあるものは、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００である。例(２)のケースでは、ホログラフィーマルチプレクシング要素２００は、多数の入力波頭空間ポイントを画像記録要素の小さな区分へマップするように製造される。例(４)のケースでは、より多くの周波数フィルタリング及びより少ない入力空間ポイントを使用して、入力光波頭が画像記録要素の大きなエリアへマップされる。システムの具現化の幾何学構成の一例が図３Ａ−３Ｄに示されている。

ハイブリッドインテグラルイメージングシステムは、光の波頭を受け取り、光の構造的干渉を使用して、光の波頭を、１つ以上の画像記録要素に収束された多数の振幅画像へと分布させる（ホログラフィーマルチプレクシング要素により）。このシステムでは、収束される各画像記録要素は、波長、ビューポジション、及び／又は焦点深度によって分布される。

以上、本発明の特定の実施形態を参照して述べたが、当業者であれば、特許請求の範囲で規定された本発明の原理及び精神から逸脱せずにこの実施形態に変更がなされ得ることが明らかであろう。

１００：ハイブリッドインテグラルイメージングシステム
１０２：処理モジュール
１０４：ハイブリッドインテグラルイメージングユニット
１０６：コンピュータシステム
１０６ａ：ディスプレイ
１０６ｂ：シャーシ
１０６ｃ：ストレージユニット
１０６ｄ：キーボード
１０６ｅ：マウス
１０６ｆ：インターフェイス及び回路
２００：ホログラフィーマルチプレクシング要素
２０２：画像記録要素
２０４：サポートコンポーネント
２０６：光路
２０８：光
５００、５０２、５０４：入力空間ポイント

Claims (25)

1. サポートコンポーネントと、
   電磁放射の波頭を反射して周波数及び空間的位置でフィルタリングするホログラフィーマルチプレクシング要素と、
   前記ホログラフィーマルチプレクシング要素からの前記電磁放射の前記反射された波頭を各々受け取って、前記反射された波頭を表わす１組の電気的信号を発生する１つ以上の画像記録要素と、
   各画像記録要素からの前記反射された波頭を表わす前記１組の電気的信号を受信して、各画像記録要素からの前記反射された波頭を表わす前記１組の電気的信号を、ビューポイント及び深度の一方を有する再構成画像へと再構成する処理モジュールと、
   を備えたハイブリッドインテグラルイメージング装置。
2. 前記ホログラフィーマルチプレクシング要素は、更に、リプマン・ブラグ形態で記録されたボリューム反射ホログラムを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記記録されたホログラムは、更に、１／２波長層においてあるボリュームの記録媒体を通して薄く切られる１組の記録された干渉縞を含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記ホログラフィーマルチプレクシング要素は、更に、複数の個別のホログラフィー光学的部分を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記ホログラフィーマルチプレクシング要素は、更に、狭い波長の電磁放射を各々収束する複数の垂直軸ずれ凹面反射サブ要素を含む、請求項１に記載の装置。
6. 各反射サブ要素は、更に、パラボラ状反射サブ要素及び楕円体反射サブ要素の一方を含む、請求項５に記載の装置。
7. 各反射サブ要素は、ミラーサブ要素である、請求項６に記載の装置。
8. 各垂直軸ずれ凹面反射サブ要素は、特定の垂直口径で特定の視界深度における特定のビューポイントからの特定周波数帯域の画像を特定の画像記録要素へ収束する、請求項５に記載の装置。
9. 前記サポートコンポーネントは、前記ホログラフィーマルチプレクシング要素と、前記１つ以上の画像記録要素との間に固定の幾何学構成を維持する、請求項１に記載の装置。
10. 前記ホログラフィーマルチプレクシング要素は、長軸が到来する電磁放射に垂直となるように位置され、前記１つ以上の画像記録要素は、その到来する電磁放射から軸ずれして位置される、請求項９に記載の装置。
11. 周囲の電磁放射及び反射された電磁放射を抑制する１つ以上の光路を更に備えた、請求項１に記載の装置。
12. 前記１つ以上の光路は、更に、到来する電磁放射を前記ホログラフィーマルチプレクシング要素に向ける第１組の光路を含む、請求項１１に記載の装置。
13. 前記１つ以上の光路は、更に、反射された電磁放射を抑制する第２組の光路を各画像記録要素に含む、請求項１１に記載の装置。
14. 前記電磁放射は、光線及び近可視光の一方である、請求項１に記載の装置。
15. 前記電磁放射は、電磁スペクトルの可視領域及び近ＩＲ領域内に入る線スペクトルである、請求項１４に記載の装置。
16. 各画像記録要素は、電荷結合デバイスである、請求項１に記載の装置。
17. 前記サポートコンポーネント、ホログラフィーマルチプレクシング要素、及び１つ以上の画像記録要素を包囲するエンクロージャーを更に備えた、請求項１に記載の装置。
18. 前記処理モジュールは、前記エンクロージャー内にある、請求項１７に記載の装置。
19. 前記処理モジュールは、コンピュータシステムである、請求項１に記載の装置。
20. ホログラフィーマルチプレクシング要素から電磁放射の反射された波頭を受け取って、各画像記録要素に前記反射された波頭を表わす１組の電気的信号を発生するように、１つ以上の画像記録要素をコントロールし、
    各画像記録要素から前記反射された波頭を表わす１組の電気的信号を処理モジュールにより取得し、及び
    各画像記録要素からの前記反射された波頭を表わす前記１組の電気的信号を、ビューポイント及び深度の一方を有する再構成画像へと再構成する、
    ことを含むハイブリッドインテグラルイメージング方法。
21. 前記１組の電気的信号を再構成することは、更に、前記処理モジュール上で前記１組の電気的信号を再構成することを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 各画像記録要素からの前記反射された波頭を表わす前記１組の電気的信号を記憶することを更に含む、請求項２０に記載の方法。
23. 前記１組の電気的信号を取得することは、更に、各画像記録要素からの前記反射された波頭を表わす前記１組の電気的信号を記憶媒体からロードすることを含む、請求項２０に記載の方法。
24. 各画像記録要素からの前記反射された波頭を表わす前記１組の電気的信号を第２の装置へ送信することを更に含む、請求項２０に記載の方法。
25. 前記１組の電気的信号を再構成することは、更に、前記１組の電気的信号を前記第２の装置で再構成することを含む、請求項２４に記載の方法。

Images