JP5658149B2 - 吸収を利用して画像形成を行うためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願への相互参照
本願は、２００８年７月２４日に提出された米国仮出願第61/083,394号、２００９年４月１日に提出された米国仮出願第61/165,708号について優先権を主張するものであり、これらの仮出願の各々は、参照によってそれの全体が本明細書に組み込まれるものとする。

発光再吸収レーザ誘導蛍光（ERLIF：Emission Reabsorption Laser Induced Fluorescence)を用いた厚さ測定（または膜厚測定）を行うための種々の技術が開示されている。そのような技術が記載された文献には、たとえば、「Excitation Non- Linearities in EmissionReabsorption Laser Induced Fluorescence (ERLIF) Techniques」（Hidrovo, C., Hart, D.P.著、Journal of Applied Optics, Vol. 43, No. 4,February 2004, pp. 894-913）、「2-D Thicknessand Temperature Mapping of Fluids by Means of a Two Dye Laser InducedFluorescence Ratiometric Scheme」（Hidrovo,C., Hart, D.P.著、Journal of Flow Visualization and ImageProcessing, Volume 9, Issue 2, June 2002）、「EmissionReabsorption Laser Induced Fluorescence for Film Thickness Measurement」（Hidrovo, C., Hart, D. P.著、Measurement Science and Technology, Vol. 12, No.4, 2001, pp. 467-477）、 「Dual Emission Laser Induced Fluorescence Technique(DELIF) for Oil Film Thickness and Temperature Measurement」（Hidrovo, C, Hart, D.P.著、 ASME/JSME Fluids Engineering Division SummerMeeting, July 23-28, 2000, Boston, MA）がある。これらの全ての文献は参照によりこれらの各々の全体が本明細書に組み込まれるものとする。

これらの既存の技術は、厚さ測定を行うための有用なアプローチを提供するが、それらの技術は、２つ以上の蛍光染料（または蛍光色素。以下同じ）の種々の混合物に頼っている。３次元画像形成のために厚さ測定を種々の物理的状況に適合させるための技術だけではく、複数の染料を使用する必要がない他の厚さ測定技術に対する要求がある。

媒体の減衰特性及び他の光学的特性を利用して、センサーとターゲット面（目標面）との間の該媒体の厚さを測定する。様々な画像形成状況においてそれらの厚さ測定値を取得して、ターゲット面の３次元画像を得るために使用することができる種々の媒体、ハードウェア構成、及び処理技術が本明細書において開示される。これには、外面／凸面だけでなく内面／凹面を画像化するための広範囲の技術、並びに、外耳道、人間の歯列（または歯の状態）などの画像化へのそれらの技術の具体的な適合化が含まれる。

１側面において、本明細書で開示される３次元データを取得するための方法は、ターゲット面とセンサーとの間に媒体を分布させるステップであって、ターゲット面は対象とする領域を覆う所定の色を有しており、媒体は、第１の波長において第１の減衰係数を有し、第２の波長において、第１の減衰係数とは異なる第２の減衰係数を有することによって特徴付けられる、ステップと、対象とする領域中のある位置を照明するステップと、センサーで、該位置のある方向における第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定するステップと、第１の波長の強度と第２の波長の強度との関数（または関係。以下同じ）に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを決定するステップを含む。媒体は、液体、ガス（気体）、固体、ゲルのうちの少なくとも１つを含むことができる。媒体がガスの場合は、この方法は、該ガスをターゲット面に対して保持するために、該ターゲット面と該センサーの間に光透過性のバリア（または透明な保護膜）を設けるステップをさらに含むことができる。媒体が液体の場合には、この方法は、該液体中にターゲット面を浸すステップと、該液体の上面の上にセンサーを配置するステップをさらに含むことができる。厚さを決定するステップは、第２の波長の強度に対する第１の波長の強度の比を計算するステップを含むことができる。センサーは、対象とする領域内の複数の位置からの第１の波長の強度及び第２の波長の強度を、該センサー内の該複数の位置に対応する複数のピクセル位置において測定し、これによって、厚さ測定値の２次元配列を提供することができる。この方法は、厚さ測定値の２次元配列を用いて該対象とする領域の３次元画像を構築するステップを含むことができる。この方法は、対象とする複数の領域の複数の３次元画像からターゲット面の３次元画像を構築するステップを含むことができる。上記所定の色を均一な色（または同じ一定の色。以下同じ）とすることができる。上記所定の色を特定の色とすることができる。上記所定の色はある色分布を有することができる。第１の減衰係数をゼロとすることができる。第１の減衰係数を第２の減衰係数よりも小さくすることができる。照明するステップは、広帯域光源で照明するステップを含むことができる。照明するステップは、化学発光（または化学ルミネセンス）物質、エレクトロルミネセンス（または電子発光）物質、ターゲット面内の光導波路のうちの１つ以上で照明するステップを含むことができる。３次元データを取得するための方法は、媒体とセンサー間の１つ以上の波長の光をフィルタリングするステップを含むことができる。この方法は、第１及び第２の波長以外の波長の光を減衰させるステップを含むことができる。

１側面において、本明細書で開示されるコンピュータプログラム製品は、ターゲット面上の対象とする領域を覆う色を特徴付けて所定の色を提供するステップと、ターゲット面とセンサー間に分布している媒体の第１の波長における第１の減衰係数及び第２の波長における第２の減衰係数を特徴付けるステップと、対象とする領域内のある位置のある方向における測定値をセンサーから受け取るステップであって、該測定値は、第１の波長における強度と第２の波長における強度を含む、ステップと、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するステップを実行する。

１側面において、本明細書で開示される装置は、対象とする領域を覆う所定の色を有するターゲット面と、対象とする領域内のある位置からの電磁放射の強度（この強度は、第１の波長における強度と第２の波長における強度を含む）を測定することができるセンサーと、ターゲット面とセンサーの間に分布する媒体であって、第１の波長における第１の減衰係数、及び、第２の波長における該第１の減衰係数とは異なる第２の減衰係数によって特徴付けられる媒体と、第１及び第２の波長で対象とする領域を照明することができる光源と、第１の波長における強度と第２の波長における強度をセンサーから受け取って、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置のある方向における媒体の厚さを計算するようにプログラムされたプロセッサを備える。

１側面において、本明細書で開示されるシステムは、ターゲット面とセンサーの間に媒体を分布させるための分布手段であって、ターゲット面は対象とする領域を覆う所定の色を有しており、媒体は、第１の波長において第１の減衰係数を有し、第２の波長において、第１の減衰係数とは異なる第２の減衰係数を有することによって特徴付けられる、分布手段と、対象とする領域中のある位置を照明するための照明手段と、センサーで該位置のある方向における第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定するためのセンサー手段と、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを決定するための処理手段を備える。

１側面において、本明細書で開示されるシステムは、表面を有する膨張性の膜（膨張性の膜とは膨らむことが可能な膜のこと。以下同じ）と、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する媒体の供給源であって、該供給源は、該膨張性の膜に結合されて該媒体を該膨張性の膜中に選択的に送り込むことが可能な供給源と、該膨張性の膜の表面を照明することができる光源と、該膨張性の膜内に配置されて、光源によって照明されたときに表面上のある位置における第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定するセンサーと、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置のある方向における媒体の厚さを決定するようにプログラムされたプロセッサを備える。該膨張性の膜を弾性膜とすることができる。該媒体は、第２の波長に対する減衰係数よりもかなり（または十分）大きな第１の波長に対する減衰係数を有することができる。該媒体は、ガス（気体）、液体、及びゲルのうちの１つ以上を含むことができる。該膨張性の膜は、光源に応答して蛍光を発する、該表面に配置された蛍光物質を含むことができる。センサーは、該膨張性の膜の外部にある電子撮像デバイスへの光結合を含むことができる。センサーは、プロセッサに電子的に結合された電子撮像デバイスを含むことができる。センサーは、該表面の画像を捕捉するためのレンズを具備するファイバースコープを含むことができる。プロセッサは、複数の厚さ測定値に基づいて該表面上の対象とする領域の３次元画像を構築するようにプログラムされることができる。プロセッサは、対象とする複数の領域の複数の３次元画像に基づいて該表面の３次元画像を構築するようにプログラムされることができる。該表面は、既知の均一の色を有することができる。人間の外耳道に挿入できるように（または挿入に適するように）、膨張性の膜の形状を整形し、及び該膜の大きさを調整することができる。媒体の供給源を、ポンプを介して膨張性の膜に結合することができる。このポンプは、制御された圧力でもって媒体を膨張性の膜中へと送り込むことができる。システムは、供給源からの１つ以上の媒体に、膨張性の膜の内部へのアクセス空間を提供するポート、光源用の電源、光源用の光供給器、センサーへの光結合、及び、センサーへの電気的結合を備えることができる。光源を膨張性の膜内に配置することができる。光源は、１つ以上の電磁波で照明することができるものとしてよい。光源は、広帯域の可視光源で照明することができるものとしてよい。

１側面において、本明細書で開示される方法は、キャビティ（空洞）に膨張性の膜を配置するステップと、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する媒体で該膨張性の膜を膨張させるステップと、該膨張性の膜の表面を照明するステップと、該表面が照明されたときに該表面のある位置のある方向における第１の波長及び第２の波長の強度を測定するステップと、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するステップを含む。キャビティは人間の外耳道とすることができる。

１側面において、本明細書で開示されるシステムは、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する媒体で膨張性の膜を膨張させるための膨張手段と、該膨張性の膜の表面を照明するための照明手段と、該表面が該照明手段によって照明されたときに該表面のある位置における第１の波長及び第２の波長の強度を測定するためのセンサー手段と、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置のある方向における媒体の厚さを計算するためのプロセッサ手段を備える。

１側面において、本明細書で開示される装置は、カメラとプロセッサを備え、該カメラは、ある視野の２次元カラー画像を取り込む（撮像する）ことができるレンズ及び１つ以上のセンサーを含み、該カラー画像は、２次元配列中の複数のピクセル位置の各々について第１の波長における強度及び第２の波長における強度を含み、該複数のピクセル位置の各々は該レンズから該視野に向かう方向に対応する。該プロセッサは、該複数のピクセル位置の各々における第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数として、該複数のピクセル位置の該各々に対応する方向における媒体の厚さを計算し、これによって、複数の厚さ測定値を提供するようにプログラムされ、該プロセッサは、さらに、複数の厚さ測定値に基づいて該視野内の物体の３次元画像を計算するようにプログラムされている。１つ以上のセンサーはＣＭＯＳセンサーを含むことができる。１つ以上のセンサーは、電荷結合素子を含むことができる。該装置は、複数のピクセル位置のそれぞれにおける異なる波長の強度を選択的に取り込むための複数のフィルターを備えることができる。１つ以上のセンサーは固体撮像素子（デバイス）を備えることができ、該複数のフィルターはさらに、該固体撮像素子に配置されたフィルターマスクを備える。該複数のフィルターは、該レンズ及び該１つ以上のセンサーとの間に選択的に配置された複数のフィルターを含むことができ、これによって、時間分離された一連の画像であって、第１の波長と第２の波長の各々において波長分離された一連の画像を生成することを可能にする。第１の波長の強度と第２の波長の強度を、３つの個別の波長測定値に基づいて複数のピクセル位置の各々において計算することができる。これらの３つの個別の波長測定値は、赤の波長、青の波長、及び緑の波長の各々における測定値を含むことができる。これらの３つの別個の波長測定値は、シアン波長、マゼンタ波長、イエロー（黄色）波長における測定値を含むことができる。媒体は、少なくとも１つの既知の表面を有することができ、該少なくとも１つの既知の表面は、複数の厚さ測定値から物体の３次元画像を復元するために使用される。この少なくとも１つの既知の表面はレンズの表面を含むことができる。該装置は、物体を照明することができる光源を備えることができる。光源を広帯域光源とすることができる。光源は、媒体内の蛍光物質を励起させるための励起光源を含むことができる。光源は、物体の外面に配置された蛍光物質を励起するための励起光源を含むことができる。該装値は、光源から発せられた光の形状を整形するフィルターを備えることができる。

１側面において、本明細書で開示される方法は、カメラからカラー画像を受け取るステップと、該カラー画像を処理して、カメラの複数のピクセルの各々について、第１の波長における強度と第２の波長における強度を決定するステップと、第１の波長における強度及び第２の波長における強度、並びに、第１の波長と第２の波長の各々についての媒体の既知の減衰係数に基づいて、該複数のピクセルの各々に対応する、カメラからの方向における媒体の厚さを計算するステップを含む。カメラは、赤の波長、緑の波長、及び青の波長における複数の強度測定値としてカラー画像を提供することができる。

１側面において、本明細書で開示されるコンピュータプログラム製品は、カメラからカラー画像を受け取るステップと、該カラー画像を処理して、カメラの複数のピクセルの各々について、第１の波長における強度と第２の波長における強度を決定するステップと、第１の波長における強度及び第２の波長における強度、並びに、第１の波長と第２の波長の各々についての媒体の既知の減衰係数に基づいて、該複数のピクセルの各々に対応する、カメラからの方向における媒体の厚さを計算するステップを実行する。カメラは、赤の波長、緑の波長、及び青の波長における複数の強度測定値としてカラー画像を提供することができる。

１側面において、本明細書で開示されるシステムは、カラー画像を取り込む（撮像する）ための撮像手段と、該カラー画像を処理して、該カラー画像内の複数のピクセルの各々について、第１の波長における強度と第２の波長における強度を決定し、及び、第１の波長における強度及び第２の波長における強度、並びに、第１の波長と第２の波長の各々についての媒体の既知の減衰係数に基づいて、該複数のピクセルの各々に対応する、該撮像手段からの方向における媒体の厚さを計算するための処理手段を備える。

１側面において、本明細書で開示される３次元データを取得するための方法は、ターゲット面とセンサーとの間に媒体を分布させるステップであって、該媒体は、該媒体の非ゼロ吸収スペクトルと波長がオーバーラップする蛍光発光スペクトルを有する単一の蛍光物質を備える、ステップと、該単一の蛍光物質を励起して蛍光発光をもたらすステップと、ターゲット面上のある位置のある方向における蛍光発光をセンサーで測定するステップであって、第１の波長における強度及び第２の波長における強度を測定するステップを含み、該媒体は、第１の波長と第２の波長では異なる減衰係数を有する、ステップと、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを決定するステップを含む。媒体は、第２の波長においてゼロの吸収を有することができる。該単一の蛍光物質をフルオレセインナトリウム（fluorescein sodium）とすることができる。第１の波長を約５１０ナノメートル、第２の波長を約５４０ナノメートルとすることができる。該単一の蛍光物質は、量子ドットを含むことができる。媒体は、液体、ガス（気体）、固体、及びゲルのうちの少なくとも１つを含むことができる。媒体がガスの場合は、該方法は、ターゲット面に対して該ガスを保持するために該ターゲット面とセンサーの間に光透過性のバリア（または透明な保護膜）を提供するステップをさらに含むことができる。媒体が液体の場合は、該方法は、ターゲット面を該液体に浸すステップ、及び、センサーを該液体の上面の上に配置するステップをさらに含むことができる。厚さを決定するステップは、第２の波長の強度に対する第１の波長の強度の比を計算するステップを含むことができる。センサーは、ターゲット面の複数の位置からの第１の波長の強度及び第２の波長の強度を、センサー内の対応する複数のピクセル位置において測定し、これによって、厚さ測定値の２次元配列を提供することができる。３次元データを取得するための方法は、センサーからの複数の測定値で対象とする領域の３次元画像を構築するステップを含むことができる。該方法は、複数の対象とする領域の複数の３次元画像からターゲット面の３次元画像を構築するステップを含むことができる。単一の蛍光物質を励起するステップは、広帯域光源（からの光）を該単一の蛍光物質に向けて送るステップを含むことができる。単一の蛍光物質を励起するステップは、発光ダイオード（からの光）を該単一の蛍光物質に向けて送るステップを含むことができる。

１側面において、本明細書で開示される装置は、対象とする領域を有するターゲット面、対象とする領域内のある位置のある方向における第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定するように配置（または位置決め）されたセンサー、ターゲット面とセンサーの間に分布する媒体であって、非ゼロ吸収スペクトルと波長がオーバーラップする蛍光発光スペクトルを有する単一の蛍光物質を含み、かつ、第１の波長と第２の波長とでは減衰係数が異なる媒体と、該単一の蛍光物質を励起して蛍光発光を提供するように配置（または位置決め）された光源と、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するようにプログラムされたプロセッサを備える。該単一の蛍光物質をフルオレセインナトリウムとすることができる。該単一の蛍光物質は量子ドットを含むことができる。

１側面において、本明細書で開示されるシステムは、ターゲット面とセンサーの間に媒体を分布させるための分布手段であって、該媒体は、非ゼロ吸収スペクトルと波長がオーバーラップする蛍光発光スペクトルを有する単一の蛍光物質を含むことからなる、分布手段と、該単一の蛍光物質を励起して蛍光発光を提供するための照明手段と、ターゲット面のある位置のある方向における蛍光発光をセンサーで測定するためのセンサー手段であって、該測定には、第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定することが含まれ、該媒体は、第１の波長と第２の波長とでは減衰係数が異なる、センサー手段と、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するための処理手段を備える。該単一の蛍光物質をフルオレセインナトリウムとすることができる。該単一の蛍光物質は量子ドットを含むことができる。

１側面において、本明細書で開示される３次元データを取得するための方法は、ターゲット面に発光層を付着させるステップであって、該発光層は、第１の波長と第２の波長の光を放出することからなる、ステップと、該発光層とセンサーの間に媒体を分布させるステップであって、該媒体は、第１の波長を第２の波長よりも多く吸収する、ステップと、ターゲット面のある位置のある方向における第１の波長の強度と第２の波長の強度をセンサーで測定するステップと、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを決定するステップを含む。該発光層は、励起光源に応答して第１の波長及び第２の波長の光を放出する蛍光（発光）層を含むことができ、該方法は、さらに、該励起光源で該蛍光層を励起して、該蛍光層から蛍光発光を提供するステップを含む。蛍光層を付着させる（または塗布する）ステップは、ターゲット面に、液体キャリア（liquid carrier）中の蛍光顔料として蛍光層を付着させるステップを含むことができる。蛍光層を付着させるステップは、蛍光層をターゲット面に吹き付ける（または噴霧する）ステップと、蛍光層をターゲット面に塗布するステップと、ターゲット面を液体キャリアに浸すステップのうちの１つ以上を含むことができる。蛍光層を付着させるステップは、ターゲット面の作製中に蛍光顔料を該ターゲット面に組み込む（または練り込む）ステップを含むことができる。該励起光源は、第１の波長及び第２の波長以外の１つ以上の波長の光を提供することができる。該励起光源は広帯域光源を含むことができる。該励起光源は発光ダイオードを含むことができる。該発光層は、ターゲット面内の光導波路を含むことができる。該発光層は、電子発光（エレクトロルミネセンス）層または化学発光層を含むことができる。媒体は、第２の波長においてゼロ吸収を有することができる。媒体は、液体、ガス（気体）、固体、ゲルのうちの少なくとも１つを含むことができる。媒体がガスの場合には、該方法は、該ガスをターゲット面に対して保持するために該ターゲット面とセンサーの間に光透過性のバリア（または透明な保護膜）を提供するステップをさらに含む。媒体が液体の場合には、該方法は、ターゲット面を該液体に浸すステップ、及び、該液体の上面の上にセンサーを配置するステップをさらに含む。厚さを決定するステップは、第２の波長の強度に対する第１の波長の強度の比を計算するステップを含むことができる。センサーは、対象とする領域内の複数の位置からの第１の波長の強度及び第２の波長の強度を、センサー内の対応する複数のピクセル位置において測定し、これによって、厚さ測定値の２次元配列を提供することができる。３次元データを取得するための方法は、センサーからの複数の測定値で対象とする領域の３次元画像を構築するステップを含むことができる。該方法は、対象とする複数の領域の複数の３次元画像からターゲット面の３次元画像を構築するステップを含むことができる。

１側面において、本明細書で開示されるシステムは、ターゲット面に発光層を付着させるための付着手段であって、該発光層は、第１の波長と第２の波長の光を放出することからなる、付着手段と、該発光層とセンサーの間に媒体を分布させるための分布手段であって、該媒体は、第１の波長を第２の波長よりも多く吸収する、分布手段と、ターゲット面のある位置のある方向における第１の波長の強度と第２の波長の強度をセンサーで測定するためのセンサー手段と、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを決定するための処理手段を備える。

１側面において、本明細書で開示される装置は、ターゲット面に付着させられる発光層であって、第１の波長と第２の波長の光を放出する発光層と、ターゲット面のある位置のある方向における第１の波長の強度と第２の波長の強度を取得するように配置（または位置決め）されたセンサーと、センサーとターゲット面の間に媒体を分布させるように構成された媒体の供給源であって、該媒体は、第１の波長を第２の波長よりも多く吸収することからなる、媒体の供給源と、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するようにプログラムされたプロセッサを備える。

１側面において、本明細書で開示される装置は、内部空間のまわりに形成された折りたたみ可能な膜（collapsible membrane。または、つぶれたり、へこんだり、収縮したりすることができる変形可能な膜。以下同じ）であって、外力がないと元の形状に戻る折りたたみ可能な膜と、第２の波長の光よりも第１の波長の光を多く吸収する流体形態の媒体の供給源と、該供給源を該折りたたみ可能な膜の内部空間に結合する流体ポートであって、該供給源と該内部空間との間を媒体が通過する速さ（または通過率）を制御する流体ポートと、該折りたたみ可能な膜の内部空間内、及び、該内部空間から物理的に離れたところに形成されたアクセス空間であって、少なくとも１つの光透過性領域（または透明領域）を含む剛性の（または硬質の）シェル（外板や外枠体など。以下同じ）によって画定されて、該折りたたみ可能な膜の外側から該アクセス空間にアクセスするためのアクセスポートを含むアクセス空間を備える。該流体ポートは多孔質膜を含むことができる。該流体ポートは、該供給源と該内部空間の間を媒体が通過する速さ（または通過率）を調整可能に制御するための調整可能な弁（または加減弁）を含むことができる。該装置は、折りたたみ可能な膜の端部に柔らかく曲げやすいキャップ（蓋など）を含むことができる。該装置は、アクセスポートを通じてアクセス空間に挿入できるような（または挿入に適した）形状及びサイズにされた光源を含むことができる。該装置は、アクセスポートを通じてアクセス空間に挿入できるような（または挿入に適した）形状及びサイズにされた撮像装置（または撮像素子）を含むことができ、該撮像装置は、第１の波長及び第２の波長において画像を取り込む（撮像する）ように構成されている。該装置は、該折りたたみ可能な膜を圧縮された形状に機械的に保持する保持装置（または固定装置）を備えることができる。この圧縮された形状を、人間の耳に挿入可能な（または挿入に適した）サイズとすることができる。媒体は単一の蛍光染料を含むことができる。媒体は２つ以上の蛍光染料を含むことができる。

１側面において、本明細書で開示される装置は、内部空間の周囲に形成された拡張可能な膜（または膨張可能な膜。以下同じ）と、第２の波長の光よりも第１の波長の光を多く吸収する流体形態の媒体の供給源であって、該媒体を圧力を加えた状態で送ることができる供給源と、該供給源を拡張可能な膜の内部空間に結合する流体ポートと、アクセス空間を拡張可能な膜の内部空間から分離する光透過性（または透明）で剛性（または硬質）のシェルによって画定される、該拡張可能な膜の内部空間内の該アクセス空間であって、該アクセス空間に外部からアクセスするためのアクセスポートを含むアクセス空間を備える。該供給源は、媒体を加圧された弾性容器から送り出すことができる。該供給源は、媒体を拡張可能な膜に送り出すために圧力を手動で加えるためのユーザー制御部を含むことができる。該流体ポートは、該内部空間中への媒体の送出を制御するための弁（バルブ）を含むことができる。該装置は、拡張可能な膜の端部に柔らかく曲げやすいキャップ（蓋など）を含むことができる。該装置は、アクセスポートを通じてアクセス空間に挿入できるような（または挿入に適した）形状及びサイズにされた光源を含むことができる。該装置は、アクセスポートを通じてアクセス空間に挿入できるような（または挿入に適した）形状及びサイズにされた撮像装置（または撮像素子）を含むことができ、該撮像装置は、第１の波長及び第２の波長において画像を取り込む（撮像する）ように構成されている。拡張可能な膜は、人間の耳に挿入できるような（または挿入に適した）形状及びサイズにされた圧縮された形状を有することができる。

１側面において、本明細書で開示される方法は、外力がないと元の形状に戻る折りたたみ可能な膜を提供するステップであって、該折りたたみ可能な膜は内部空間を有する、ステップと、折りたたみ可能な膜を人間の外耳道に適合する形状及びサイズに圧縮するステップと、保持装置（または固定装置）によって折りたたみ可能な膜をその形状及びサイズに保持するステップと、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する流体の形態の媒体の供給源に該内部空間を結合するステップであって、該内部空間は、該内部空間への媒体の流れを制限するポートを通じて該媒体に結合される、ステップを含む。該方法は、折りたたみ可能な膜から保持装置を取り外して、該折りたたみ可能な膜を人間の外耳道に挿入するステップを含むことができる。

１側面において、本明細書で開示される構成物（または合成物。以下同じ）は、光透過性の（または透明な）液状媒体で形成されたキャリアと、該キャリア内に均一に分布させられた複数の金ナノ粒子を含み、該複数の金ナノ粒子は、可視光波長の所定の帯域内の光エネルギーを吸収するように調整されている。該複数の金ナノ粒子を、該複数の金ナノ粒子の形状を用いて調整することができる。該複数の金ナノ粒子を、該複数の金ナノ粒子のサイズ（大きさ）を用いて調整することができる。該複数の金ナノ粒子は、該構成物が該所定の帯域外でゼロの吸収を有するように該キャリア内においてある濃度を有することができる。該所定の帯域は、４５０ナノメートルと５５０ナノメートルの間とすることができる。該キャリアを、油、ゲル、ガス（気体）、及び液体のうちの１つ以上とすることができる。該キャリアはシリコン油を含むことができる。該キャリアはグリセロール（glycerol）を含むことができる。該キャリアを硬化性のものとすることができる。該キャリアを生体適合性を有するものとすることができる。

１側面において、本明細書で開示する構成物（または合成物）は、光透過性の（または透明な）液状媒体で形成されたキャリアと、該キャリア内に均一に分布させられた染料を含む。該染料は、吸収スペクトルと発光スペクトルを有する単一の蛍光染料から成り、該染料は、該吸収スペクトルにわたって光を吸収し、該発光スペクトルで蛍光を発する。該吸収スペクトルと該発光スペクトルは少なくとも１つのオーバーラップする（重なり合う）非ゼロ領域を有する。該キャリアを、油、ゲル、ガス（気体）、及び液体のうちの１つ以上とすることができる。該キャリアはシリコン油を含むことができる。該キャリアはグリセロール（glycerol）を含むことができる。該染料をフルオレセインナトリウムとすることができる。該キャリアを硬化性のものとすることができる。該キャリアを生体適合性を有するものとすることができる。該染料をシリカナノ粒子中に封入することができる。該吸収スペクトルは、可視光（線）範囲においてピークを有することができる。該発光スペクトルは可視光（線）範囲においてピークを有することができる。

１側面において、本明細書で開示される装置は、既知の寸法の内面を形成する底部及び側壁を有する撮像トレイ（imaging tray。またはイメージングトレイ）と該内面内に配置された媒体を備え、該媒体は、撮像トレイに挿入された物体の印象（インプレッションともいう。押し付けられることによってできる型や圧こんなど）を形成するために（屈曲などの）変形可能であり、第１の光の波長を第２の波長の光よりも多く吸収する。撮像トレイを、歯科用咬合トレイ（dental bite tray。歯科用バイトトレイともいう）として使用可能な（または使用に適した）形状及びサイズにすることができる。媒体を、該物体が撮像トレイから取り出されたときに印象を保持するために硬化可能なもの（硬化性を有するもの）とすることができる。撮像トレイは、該撮像トレイ内の既知の位置にある複数の基準（点）を含むことができる。該複数の基準は、撮像システムに目に見える目印を提供することができる。側壁と底部の少なくとも一方を光透過性（または透明）とすることができる。該内面は蛍光面（蛍光を発する面）を有することができる。該内面は、既知の均一の色を有することができる。該装置は、媒体を照明するための光源を備えることができる。該装置は、第１の波長及び第２の波長で媒体の１つ以上の画像を取り込む（撮像する）ように構成されたカメラを備えることができる。該装置は、該内面の既知の寸法を考慮して、該１つ以上の画像を用いて該物体の形状を決定するようにプログラムされたプロセッサを備えることができる。該プロセッサを、１つ以上の方向における第１の波長の強度と第２の波長の強度の比を決定するようにプログラムすることができる。この比を用いて、該１つ以上の方向における媒体の厚さを決定することができる。媒体は、単一の蛍光染料を含むことができる。媒体は、複数の蛍光染料を含むことができる。

１側面において、本明細書で開示される方法は、寸法が既知の内面を有する撮像トレイ内に媒体を配置するステップであって、該媒体は、撮像トレイに挿入された物体の印象を形成するために（屈曲などの）変形可能であり、かつ、該媒体は、第１の光の波長を第２の波長の光よりも多く吸収する、ステップと、撮像トレイに物体を挿入するステップと、撮像トレイの内面を照明するステップと、第１の波長及び第２の波長で該内面の画像を取り込む（撮像する）ステップと、該画像を処理して該内面のある方向における媒体の厚さを決定するステップを含む。該方法は、該内面に向かう複数の方向における複数の厚さ測定値を取得するステップと、該内面の既知の寸法を考慮して、該複数の厚さ測定値を適用して物体の３次元形状を決定するステップを含むことができる。該方法は、撮像トレイ内に複数の基準（点）を設けるステップ、該複数の基準の基準画像を捕捉（撮像）するステップ、及び、該基準画像を用いて撮像トレイの３次元の位置及び向き（または幾何学的配置）を決定するステップを含むことができる。基準画像は、第１の波長及び第２の波長における該内面の画像である。該物体を撮像トレイに挿入するステップは、歯科用咬合トレイに人間の歯列を挿入するステップを含むことができる。

本発明、及び本発明の下記のいくつかの実施形態の詳細な説明は、添付の図面を参照することによって理解されることができる。

３次元画像形成システムを示す。 フルオレセインナトリウムの発光スペクトル及び吸収スペクトルを示す。 ある物体に付着させた発光面を用いた３次元画像形成システムを示す。 ある物体に付着させた受動表面（passive surface）を用いた３次元画像形成システムを示す。 ある物体のターゲット面に付着させた蛍光層を用いて３次元画像形成を行うための方法のフローチャートである。 単一の蛍光染料を用いた３次元画像形成方法のフローチャートである。 吸収に基づいた３次元画像形成方法のフローチャートである。 上述の技術を用いてコンピュータによって実施される３次元画像形成方法を示す。 単一のカメラを用いて厚さを測定する方法を示す。 本明細書に記載した技術を人間の外耳道などの内部空間の画像形成に適用した例を示す。 内部空間の３次元画像を取得するための方法のフローチャートである。 内部測定で使用するための自動膨張式の（空気袋などの）袋（ブラダー）を示す。 自動膨張式の袋を用いて内部空間の３次元画像を取り込む（撮像する）ための方法のフローチャートである。 人間の歯列などの物体の３次元画像を取り込む（撮像する）ために本明細書に記載した技術を適用した例を示す。 本明細書に記載した技術を使って人間の歯列などの物体の３次元画像を取り込む（撮像する）ための方法のフローチャートである。

本明細書では、２つ以上の異なる波長で測定された光の強度間の関係に基づいて、薄膜、液体、ゲル、ガス（気体）、または他の媒体から厚さ測定値を得るための種々の技術が開示される。本明細書ではまた、３次元再構築に使用される（外耳道などの）内部容積物、（歯などの）外部容積物などの厚さ測定値等を得るための種々の技術が開示される。一般に、後述するシステム及び方法は、媒体における光の吸収に関するランベルト・ベールの法則を利用し、より具体的には、媒体を通過するときに一方の波長の方が他方の波長よりも大きく減衰するというランベルト・ベールの法則から導出されるものを利用する。光源及び媒体の特性を制御することによって、この減衰の違いを利用して、光が媒体を通ってセンサーまで進む距離を決定することができる。この一般的な原理のより具体的な用途については後述するが、該用途は、種々の波長の光の減衰の違いに基づいて距離の測定を行うための新しい技術のいくつかのバリエーションを大まかに説明するのに役立つ。

本開示を通じて、「吸収」という用語は、媒体中を伝搬する電磁エネルギーなどのエネルギーの減衰を記述するために使用されている。この減衰は、媒体内の物理的吸収によって生じる場合もあれば、任意の他の物理現象（たとえば散乱）やそれらの現象の組み合わせによって生じる場合もあり、該減衰によって、信号が媒体を通過するときに該信号の強度が測定できる程度に（かなり）小さくなる。たとえば、本明細書で説明されている金ナノ粒子を含む実施形態などのいくつかの実施形態では、「吸収」は、多数の非弾性散乱事象の結果であることが理解されよう。したがって、本明細書で使用される吸収は、より具体的な意味が明示されているか、あるいは、文脈から明らかである場合を除いて、減衰（または不足）の任意の形態または原因を意味するものとして広義に解釈されるべきである。

以下の説明では、厚さ、厚さ計算、及び厚さ測定などの用語は、本明細書に開示された技術を使用して決定される厚さを記述するために同義に用いられている。一般に、特別な意味が用語「測定」及び「計算」にあるとするべきではなく、一方の用語または他の用語を使用すること、または、厚さ測定値を「決定する」、「計算する」、または「取得する」という類似の表現を使用することは、厚さを決定することができるやり方を区別することを示唆することを意図していない。厚さに関するそのような全ての表現は、より具体的な意味が明示されている場合を除いて、本明細書に記載された、媒体の厚さ、すなわち、媒体を通過する光路の長さを決定するための全ての技術を包含することが理解されるべきである。

本開示を通じて、定量的記述及び定性的記述に関する種々の用語が使用される。これらの用語は、記述した特徴に厳格な数値限界を表明することは意図しておらず、ある程度の変動性（または、ばらつき。以下同じ）を許容するものと解釈されるべきである。したがって、たとえば、媒体が特定の波長で光透過性（または透明）であると記述されている場合には、該記述は、測定限界または人間の知覚限界において絶対的に光透過性の（または透明）であることを意味するのではなく、測定によって正確な厚さ計算を得ることが可能な程度に実質的に光透過性（または透明）であるか、または、十分に光透過性（または透明）であることを意味するものと解すべきである。同様に、ターゲット面が均一の色を有している、または、染料が特定の波長で蛍光を発すると記載されている場合には、該記載は、従来の任意の材料または製造プロセス特有の変動性を排除するものと解するべきではない。したがって、以下の説明において、全ての記述用語及び数値は、別の意味が明示されているか、または、文脈から明らかである場合を除いて、本発明の性質が許容する限り広義に解釈されるべきであり、本明細書に開示されている本発明の概念の適正な動作と整合する変動性の範囲が考慮されていることが当業者には理解されよう。

以下の説明では、波長という用語は、光または他の電磁エネルギーの特性を記述するために使用されている。以下の説明において、中心波長、または、周波数範囲の限界または境界を指している場合などのように、波長という用語が特定の波長を意味している場合があることが理解されよう。波長がセンサー、ピクセルなどに対して指定されている場合などのように、これらに加えて、または、これらの代わりに、この用語は、ある範囲（または帯域）の波長を一般的に意味している場合がある。したがって、一般的に、本明細書で使用される波長という用語は、より具体的な意味が示されているかまたは文脈から明らかである場合を除いて、特定の波長とある範囲の波長のいずれかまたは両方を意味するものであることが理解されるべきである。

本明細書で言及されている全ての文書は参照によってそれらの全体が本明細書に組み込まれるものとする。明示されているかまたは文章から明らかである場合を除いて、単数形による用語の表現は、複数形の用語を含み、その逆も同様であることが理解されるべきである。別の意味が明示されているかまたは文脈から明らかである場合を除いて、文法上の接続詞は、結合された節、文、単語などの任意の及び全ての離接的（分離的）な組み合わせ及び結合的な組み合わせを表現することが意図されている。

以下の開示はいくつかの実施形態の例を含んでいるが、それらの例は、説明のためにのみ提供されるものであって、限定することを意図したものではない。当業者には明らかであろう全ての変形、修正、拡張、応用、コンポーネントの組み合わせなどは、本開示の範囲内のものであることが意図されている。

図１は、３次元画像形成システム（または３次元撮像システム。以下同じ）を示す。１実施形態では、システム１００は、物体とカメラの間に蛍光媒体（蛍光媒質）を用いることができるが、種々の媒体、センサー、及び他のコンポーネントを使用できることが容易に理解されよう。システム１００は、ソースフィルター（source filter）１０４を有する励起源１０２、媒体１０６、ターゲット面１１０を有する物体１０８、センサーフィルター１１４を有するセンサー１１２、及びコンピュータ１１６を備えることができる。通常の動作時には、励起源１０２は、媒体１０６を通る光照明路１１８に沿って物体１０８を照明し、センサー１１２は、媒体１０６を通る光帰還路１２０において物体１０８から反射された光を捕捉する。センサー１１２において結果として生じた信号をコンピュータ１１６によって処理して媒体１０６の厚さ測定値を得ることができ、該測定値をさらに処理して、物体１０８の３次元画像を得ることができる。多くの変形、追加、省略、及び修正が可能であることが理解されようが、それらは、後で詳述する種々の詳細な実施形態において説明されている。

励起源１０２は任意の適切な光源とすることができる。種々の実施形態において、これは、発光ダイオード、白熱電球もしくは白熱灯、レーザー光源、または、任意の他の広帯域光源、広帯域可視光源、狭帯域光源、または、所望の波長（複数の場合あり）で光子を放出するこれらの任意の組み合わせを含むことができる。（ソースフィルター１０４によって形状が調整される）励起源１０２は、媒体１０６内またはターゲット面１１０上の蛍光物質を励起する波長（複数の場合あり）、並びに、媒体１０６による既知の減衰を有する波長（複数の場合あり）を含む任意の適切な波長の光を提供することができるが、これらについてはより包括的に後述される。励起源１０２は、より一般的に、本明細書で説明する画像形成に適した任意の照明源を含むことができる。可視光は、１つの有効な波長範囲を含んでいるが、励起源１０２は、これに加えて、または、これに代えて、近赤外線照明または赤外線照明などの可視光範囲の近くまたはそれを超える光、より一般的には、媒体１０６による減衰を測定可能な任意の範囲の電磁波長にわたる光を有効に提供することができる。種々の他の実施形態についてもより詳細に後述するが、本明細書で使用される「励起源」という用語は、物体１０８を照明することができる任意のエネルギー源として広義に解されるべきであることが理解されよう。１実施形態では、励起源１０２を、物体１０８の周囲（たとえば、媒体１０６内）の単一の蛍光物質を励起して、蛍光発光を提供すべく配置された光源とすることができ、または、より一般的に、後述する厚さ計算のためにセンサー１１２において適切な強度測定値を得ることができるように媒体１０６及び／またはターゲット面１１０を照明すべく配置された光源とすることができる。

１つ以上のソースフィルター１０４を光学的に使用して、励起源１０２のスペクトルプロファイルの形状を調整すること、たとえば、広帯域光源から狭帯域照明を提供することや、対象とする波長以外のエネルギーを減衰させることができる。たとえば、センサー１１２が物体１０８から蛍光画像または他の発光画像を捕捉する場合には、該１つ以上のソースフィルター１０４は、蛍光画像の汚染を回避するために、励起源１０２から蛍光波長（複数の場合あり）を有効に除去しまたは減衰させることができる。

媒体１０６は、本明細書で説明する撮像システム及び方法に適した任意の物質、混合物、溶液、合成物などを含むことができる。一般的に、媒体１０６は、２つの異なる波長に対して既知の異なる減衰係数を有することができ、これによって、これらの波長における強度の比を取得して厚さ計算に使用することが可能になる。媒体１０６は、また、単一の蛍光物質、リン光物質、または、２つの異なる波長の一方における電磁エネルギーの強度に寄与するそれらに類似の発光物質を含むことができる。いくつかの実施形態では、減衰係数の１つはゼロである。いくつかの実施形態では、減衰係数の１つは、他方より大きいかまたは小さく、または、比を含む計算における区別を改善するために、他方よりも十分に大きいかまたは小さい。

１側面において、媒体１０６を、その機械的性質によって選択することができる。したがって、媒体１０６は、液体、ガス（気体）、固体、ゲル、または、他の物質のうちの１つ以上、または、それらの物質の組み合わせを含むことができる。物体１０８が小さくて、油の入ったタンク（バス）や他の容器に収めることができる場合には、たとえば、シリコン油などの液体を都合良く利用することができる。別の例として、種々の実施形態に関して後述するように、蛍光染料を有するガスを内部空間において有効に利用することができる。別の実施形態では、媒体１０６を、硬化性のゲルなどの成形媒体とすることができ、この場合、物体１０８を、該媒体１０６中に押し付け、媒体１０６内に該物体の凹状の印象を残した状態で除去することができる。種々の実施形態では、物体１０８が媒体１０６中にある間にそのような硬化性の材料を硬化させ、その後、物体１０８を媒体１０６、または、それらの何らかの組み合わせから取り出すことができる。媒体１０６を、時間の経過と共に硬化させることができ、または、熱、光、圧力などを加えることによって硬化させることができ、または、何らかの他の活性化媒体によって硬化させることができる。

別の側面において、媒体１０６を、ルミネセンス（たとえば蛍光）及び／または減衰などの光学的性質によって選択することができる。したがって、媒体１０６を一般に電磁スペクトルのある部分にわたって光透過性（または透明）とすることができ、これによって、いくつかの波長で媒体１０６を通過する光が減衰しないようにすることができる。媒体１０６は、また、いくつかの波長で非ゼロの減衰係数を有することができ、これによって、これらの波長における光が媒体１０６を通過する際に減衰するようにすることができる。これは、たとえば、金ナノ粒子（該粒子を、特定の狭帯域の波長において減衰するように非常に厳密に調整することができる）、または、所望の減衰スペクトルプロファイルを達成する任意の他の物質または物質の組み合わせなどの添加物を使用することによって達成されることができる。媒体１０６はまた、蛍光染料、リン光染料、量子ドット、または、他の波長または（印加される電界、化学反応などの）他の刺激に応答して光を放出する何らかの他の物質もしくは物質の組み合わせを含むことができる。かかる実施形態では、より詳細に後述するように、放出された光の強度を用いて、媒体１０６の厚さ計算を支援することができる。これらに加えて、または、これらの代わりに、媒体１０６は、任意の化学発光材料、電界（電場）発光材料、または、１つ以上の測定可能な波長の光を放出する他の材料を含むことができる。

したがって、媒体１０６は、波長が異なると発光特性及び／または減衰係数が異なる媒体１０６を提供するために、一般に、種々の染料、溶質、量子ドット、封入されたシリカナノ粒子、または、均質混合物などにおいて組み合わせることが可能な他の物質を含むことができる。添加物を含む媒体１０６を、生体適合性を有する材料から形成することができ、これによって、生きている組織（または生体）上で、または、該組織内で、または、該組織に近接して使用しても安全であるようにすることができる。１つの有用な生体適合性を有する染料は、フルオレセインナトリウムであるが、様々な生体適合性のある蛍光染料が既知であり、それらの染料を、本明細書で説明するシステム及び方法に有効に利用できることが理解されよう。

物体１０８を、ターゲット面１１０を有する任意の物体とすることができ、該ターゲット面１１０から３次元画像が得られる。これは、たとえば、歯（または、歯の型）、骨組織、手、指紋、または、より一般的に、任意の組織、骨、器官（臓器）、並びに、これらと類似の、外耳道、鼻腔、嚢（たとえば膀胱。以下同じ）などの内面（但しこれらには限定されない）を含むものなどの生物学的または生理学的対象物を含むことができる。該物体は、これらに加えて、または、これらに代えて、精密機械加工されたコンポーネント、精密な型（鋳造物）部分、燃料噴射部、タービン翼、シール（または充填材）、または、任意の他の３次元物体などの作製された要素（アイテム）を含むことができ、この場合、品質管理には、３次元形状の評価を有効に含めることができる。該物体は、これらに加えて、または、これらに代えて、コンピュータにより自動化された設計やコンピュータアニメーションなどの後続のコンピュータ化された処理のために有効にデジタル化されることができるモデルを含むことができる。さらに一般的には、物体１０８を、物体から３次元画像を有効に取り込む（撮像する）ことができるところの任意の該物体とすることができる。

センサー１１２は、１つ以上の波長における電磁放射の強度をデジタル形態または電子的形態で捕捉するのに適した任意のセンサーまたはセンサーのグループを含むことができる。これは、たとえば、フォトダイオード、電荷結合素子（ＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイス、または、本明細書で説明するシステム及び方法に使用するのに適した任意の他の光センサーまたはセンサーの組み合わせを含むことができる。一般に、センサー１１２を、ターゲット面１１０上の対象とする領域内のある位置のある方向における１つ以上の波長の光の強度を測定するように配置することができる。この位置は、たとえば、光帰還路１２０がセンサー１１２及びセンサーフィルター１１４に向かって物体から離れる位置として示される。

センサー１１２は、２次元画像を取り込むことができる２次元ピクセルアレイ（ピクセル配列）を含むことができ、この場合、各ピクセル位置における測定値は、センサー１１２の視野内のある方向における１つ以上の波長の光の強度に対応する。これは、たとえば、グレースケールアレイ、赤−緑−青（ＲＧＢ）アレイ、シアン−マゼンタ−イエロー（ＣＭＹ）アレイなどの従来のＣＣＤアレイを含むことができる。異なる波長を識別するための種々の技術が既知であり、該技術には、各ピクセル位置における特定範囲の波長を捕捉するために検出器を覆っているフィルターマスクや、一連のフィルターの各々によって時間分離された（及び波長分離された）画像を取り込むことができるフィルターホィールや、１つの光路を、各々が異なるそれぞれの波長を測定するために使用される３つの副路に分離するプリズムが含まれる。他の実施形態では、入れ子にされた半導体井戸または同種のものを利用して、半導体デバイス内の異なる深さにおいて異なる波長を測定することができる。別々には図示されていないが、センサー１１２は、集束レンズ、ズームレンズ、プリズム、ミラーなどの種々のカメラの光学部品、並びに、シャッター、口径制御部などのカメラの他のハードウェアを含むことができ、これらのうちの任意のものを、特定の撮像環境に合わせて特別に製作することができ、または、市販されているカメラに組み込むことができ、あるいは、それらの何らかの組み合わせを採用することができる。

一般に、本明細書で説明する技術は２つの測定波長を使用する。しかしながら、正確さを高めるために、または、ある範囲の異なる媒体１０６との使用に対応するために追加の波長を有効に利用できることが理解されるべきである。測定波長を、従来のカメラハードウェアによって検出された特定の波長または該特定の波長に近いものとすることができ、あるいは、他の波長とすることができ、及び、該測定波長は、一般的に、使用されるセンサーの感度、及び／または、励起源１０２及び媒体１０６の性質に応じて、所定の中心波長近辺の様々な大きさの範囲または帯域を含むことができる。いくつかの実施形態では、それらの測定波長は、それぞれ、５１０ナノメートルと５４０ナノメートルである。

センサーフィルター１１４を、１つ以上の波長の光をセンサー１１２に選択的に送るために有効な任意のフィルターまたはフィルターの組み合わせ（センサーで波長を識別するための上記フィルターマスクを含む）とすることができ、または、センサーフィルター１１４は、対象とする１以上の波長以外の光を減衰させるためなどに、到来する光信号を全体的にフィルタリングするためのセンサー１１２から分離した１以上のフィルターとすることができる。種々の実施形態では、センサーフィルター１１４は、切り替え可能な光帯域フィルター、光帯域フィルター、色フィルター、測定波長以外のすべての光を減衰させる迷光フィルター、励起帯域にわたって減衰させる励起フィルターなどを含むことができる。

コンピュータ１１６は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータを含む（但し、これらには限定されない）任意の適切なコンピューティング装置（複数の場合あり）、または、専用の処理装置（複数の場合あり）を含むことができる。コンピュータは、本明細書で説明するように、強度測定値を受け取って、減衰媒体の厚さを決定するための計算を実行し、及び、計算結果を出力するように構成及び／またはプログラムされた１つ以上の汎用プロセッサまたは専用プロセッサを含むことができる。これは、ソフトウェア、ファームウェア、マイクロコード、プログラム可能なゲートアレイ、特定用途向け回路などを使用することを含むことができる。一般に、コンピュータ１１６は、後述するように、１つ以上の高レベル機能を提供することができる。

１側面において、コンピュータ１１６は、励起源１０２及びセンサー１１２の動作を制御して、物体１０８のセンサー画像を取得することができる。これは、媒体１０６の供給源を制御するか、または、本明細書で説明するシステム及び方法のためのハードウェアをモニタ及び制御するといった補助的機能を含むことができる。別の側面において、コンピュータは、物体１０８及び媒体１０６を含む視野から捕捉された強度値の２次元配列などのデータをセンサー１１２から取得することができる。これは、センサー１１２の動作制御やセンサー１１２からのデータ供給などの中間処理、並びに、対象とする特定波長における強度値を取得するためにセンサー１１２からのデジタル測定値を処理することを含むことができる。したがって、たとえば、ＲＧＢカメラが使用される場合には、コンピュータ１１６は、該カメラの各ピクセル毎に３つの個別の波長（たとえば、赤の波長、緑の波長、青の波長）の測定値を受け取って、各ピクセル位置におけるこれらのＲＧＢ値を処理して、後続の計算で使用するために、これらの個別のＲＧＢ値間で１つ以上の波長における強度を決定または推定することができる。

別の側面において、コンピュータ１１６は、２つ以上の特定の波長における強度の関数に基づいて、物体１０８のある位置のある方向（たとえば、特定のセンサー／ピクセル位置に向かう光帰還路１２０に沿った方向）における媒体１０６の厚さを計算することができる。一般に、各センサー１１２（または、センサー１１２２内のピクセル位置）は、ターゲット面１１０のある位置の該方向における２つの異なる波長での強度の測定値を提供する。この位置は、センサー１１２の光学的分解能及び関連するハードウェアに依存して、対象とする領域全体（または広範囲の領域）、または、対象とする領域内の特定の位置に対応しうる。

媒体１０６が、２つの測定された波長の各々で異なる減衰係数を有し、媒体１０６が、これら２つの波長のうちの一方で蛍光を発するかまたは放射を行う場合には、これら２つの波長の各々における強度を、該位置の該方向における媒体１０６の厚さに関連付けることができる。たとえば、媒体１０６が励起源１０２によって励起される１つの蛍光染料を含むか、または、媒体１０６が励起源１０２によって励起される２つの蛍光染料を含むか、または、媒体１０６が既知の減衰係数を有し、かつ、ターゲット面１１０が既知の色パターンを有しているか、または、ターゲット面１１０が媒体１０６によって減衰させられる波長で光（または冷光）を発する発光面を有する場合に、適切な適合化を行うことができる。いくつかの実施形態では、ターゲット面１１０の（たとえば、媒体１０６が存在しない状態で取得された）ベースライン画像（または基準線画像）を使用して、該既知の色パターンを取得することができる。非吸収性媒体と媒体１０６が類似の屈折率を有し（すなわち、それらの屈折率が整合している）、これによって、該ベースライン画像と媒体１０６で撮像された任意の画像が可能な限り正確に整列するようにすることが好ましい。カメラまたは他のセンサーが、複合３次元画像を形成するために使用される種々の姿勢（ポーズ）から画像を取得する場合などには、平行移動（または変形）、回転、曲げ（またはねじり）、及びこれらに類するものを利用して、ベースライン画像を物体の種々の透視図（または斜視図）に適合させることもできる。どのようなやり方であれ適合されると、この一般概念を利用して、複数の厚さ測定値を、ターゲット面１１０上のそれに対応する数の位置の方向において得ることができる。

別の側面において、コンピュータ１１６は、厚さ測定値を処理して、ターゲット面１１０の３次元再構築を行うことができる。媒体１０６の物理的境界、ピクセルまたは他のセンサー測定に関連する方向性（または指向性）、及び、ユークリッド幾何学の直接適用に関する情報などのいくつかの単純な制約の下で、厚さ測定値を、ターゲット面１１０を表す３次元データセットに変換することができる。この３次元データを、保存すること、表示すること、別のコンピュータ処理へと出力することなどが可能である。図１において媒体１０６は、ほぼ長方形の断面を有するものとして描かれているが、これは厳密に要求されることではなく、厚さ測定値に基づくターゲット面に関する推測が可能な程度に媒体の表面に関する十分な情報が利用できる場合には、任意の形状の媒体１０６を利用できることが理解されよう。たとえば、センサー１１２のレンズを減衰媒体に浸して、厚さ測定をレンズの表面から物体１０８まで直接に行うことができる。別の側面において、物体１０８を媒体１０６のタンクに浸すことができ、この場合、タンクの上面が既知の位置を有するようにすることによって、厚さを該表面からターゲット面に（方向性に基づいて）投影することができる。

このプロセスを、いくつかのやり方で補うことができる。たとえば、一連の時間分離された測定値から３次元ビデオを生成することができる。別の側面において、対象とするより大きな領域または物体１０８全体を捕捉するために、または、物体１０８の閉塞面（閉塞された面）の測定値を得るために、または、任意の他の理由のために、センサー１１２または物体１０８を（平行移動や回転、または、これらの何らかの組み合わせでもって）移動させることができる。かかる動きベースの画像形成プロセスでは、センサー１１２、物体１０８、及び／または媒体１０６の相対位置を、モーションセンサー（運動センサー）やこれに類似のもので物理的に追跡することができ、または、該相対位置を、連続する３次元データセットを空間的に互いに関連付けるための３次元位置合わせ処理を用いて推測することができる。特定の方法論に関係なく、個々の空間測定値、または、空間測定値のグループを組み合わせてより大きな３次元モデルを形成することができることが容易に理解されよう。３次元再構築を生成するための当業者には明らかであろうかかる全ての技術は、本開示の範囲内のものであることが意図されている。

別の側面において、コンピュータ１１６は、システム１００を制御し動作させるためのユーザーインターフェイス、並びに、厚さ測定値を表示し、再構築された３次元モデルを表示または操作するためのツールを提供することができる。

コンピュータ１１６は、また、たとえば、センサー１１２、励起源１０２、及び関連する光学部品のばらつき、または、吸収や散乱や減衰や蛍光発光を行い、または媒体に種々の光学的性質を与える媒体への添加物の濃度のばらつきを補正するために、システム１００の較正をサポートすることができる。たとえば、限定しないが、システム１００内でセンサー１１２を使用する前に、較正器具またはこれの類似物を使用してセンサー１１２の特性を明らかにすることができることが理解されよう。さらに、媒体１０６の吸収スペクトルまたは発光スペクトルの制御された測定値を得ることによって、厚さ測定値及び関連する計算の正確さを改善できることが理解されよう。たとえば、較正は、既知の形状、及び、媒体１０６内の既知の位置を有する物体１０８を使用すること、または、既知の形状を有する媒体用の容器を使用することを含むことができる。既知の形状、寸法、表面パターンなどの使用に基づく様々な適切な較正技術が容易に理解されよう。これらのうちの任意のものを、本明細書で説明する画像形成システムで使用するために適合させることができる。

媒体１０６の供給源１２２を設けて、該供給源を、センサー１１２とターゲット面１１０の間に媒体１０６を分布させるように適合させることができる。供給源１２２は外部容器として図示されているが、該供給源は、本明細書で説明する使用のための媒体１０６の供給態様と整合する任意のポンプ、バルブ（弁）、容器、排水管、パイプ、及びこれらに類するものを含む、厚さ測定を可能にするやり方で物体１０８のまわりに媒体１０６を送り込み及び／または媒体１０６を保持する任意の構造としてより広義に解されるべきであることが理解されよう。

図２は、フルオレセインナトリウムの発光スペクトル及び吸収スペクトルを示す。一般に、上記画像形成技術は、２つの異なる蛍光染料を用いる既知のERLIF技術を使用することができる。しかしながら、１側面において、代わりに、発光スペクトル２０４とオーバーラップする吸収スペクトル２０２を有するフルオレセインナトリウムなどの単一の蛍光染料（または他の物質）を含む媒体を用いて画像形成システムを実施することができる。青色光でこの染料を励起して、非ゼロの吸収と減衰のオーバーラップスペクトル２０６（たとえば、約５１０ナノメートルと約５４０ナノメートルに中心がある）内の１０個のナノメートル帯における蛍光画像対を捕捉することによって、上記のERLIF技術と類似するやり方で厚さ計算のための強度値を得ることができる。したがって、１実施形態として、本明細書では、単一の蛍光染料（該染料は、オーバーラップする非ゼロ発光及び吸収スペクトルを有する）を有する媒体を使用する厚さ測定及び／または３次元画像形成システムが開示される。

図３は、物体に適用される（たとえば付着させられる）発光面を用いる３次元画像形成システムを示す。全体的には、システム３００は、図１を参照して説明したものと同様であるが、下記のようにいくつかの違いがある。発光層３２２を物体１０８のターゲット面１１０に付着させることができ、該発光層は、媒体１０６の厚さの計算を容易にするために、センサー１１２によって測定可能な第１の波長及び第２の波長の光を放出することができる。一般に、センサー１１２を、ターゲット面１１０のある位置のある方向における第１の波長及び第２の波長の強度を捕捉（測定）するように配置することができ、コンピュータ１１６などのプロセッサを、該第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するようにプログラムすることができる。

１側面において、発光層３２２は、ターゲット面１１０に付着させられるか、または、（たとえば、導波路やこれに類するものを用いて）物体１０８内に埋め込まれる。発光層３２２からの放射は、上述したように光帰還路１２０に沿って進むことができる。以下の説明では発光材料の層を明示的に参照するが、それに加えて、または、それの代わりに、物体１０８は、類似の効果を達成するために発光材料から作製されることができ、または、光（または冷光）を発する導波路またはこれに類するものを含むことができることが容易に理解されよう。したがって、本明細書で使用する「発光層」という用語は、物体１０８のターゲット面１１０上に発光材料の別個の層を要求するものとして解釈されるべきではない。該用語の異なる意味が、明示されているか、または、文脈から明らかである場合を除いて、該用語が本明細書で使用されているときには、物体１０８を発光状態にする（または該物体から発光させる）ための技術はいずれも、発光層３２２を形成するものと理解されるべきである。一般に、発光層３２２を、適切な機械的性質、光学的性質、及び、他の性質（特性）にしたがって選択された材料の任意の適切な組み合わせから形成することができる。

発光層３２２の機械的性質は、発光層３２２を付着させるやり方に依存しうる。たとえば、油または他の比較的粘性のある材料は、物体１０８を浸漬コーティングするのに適している場合があり、一方、比較的粘性の小さい流体は、ターゲット面１１０上に吹き付けるかまたは塗布するために有効に利用できる場合がある。他の実施形態では、薄膜または他の膜に発光材料を含浸させる（または、該薄膜または他の膜を、発光材料から作製し、または、発光材料でコーティングする）ことができ、及び、該薄膜または他の膜を用いて、後述するように、膨張性の膜内に発光層３２２を形成することができる。この膜を、弾性を有するもの、変形可能なもの、可撓性を有するもの、曲げやすいもの、または、これらの任意の組み合わせとすることができ、または、該膜は、物体１０８の上に適合する（たとえばぴったり合う）発光層を形成するのに有効な任意の他の特性を有することができる。

いくつかの実施形態では、発光層３２２を、物体１０８の部分または全てを包み込むことができる膜とすることができる。この場合、発光層３２２で囲まれた物体１０８を媒体１０６中に導入して、厚さ測定値を、媒体１０６内または該媒体の外部から任意の数の姿勢において得ることができる。したがって、たとえば、物体１０８が人間の足である場合には、ソックスを、該ソックスの外側に配置された発光層３２２を有する材料で作製することができる。この場合、足をソックスの中に入れることができ、次に、該ソックスを媒体１０６中に入れて、該足の３次元モデルを得ることができる。このアプローチをより一般的に利用して、ターゲット面の外部筐体として本明細書で説明する任意の弾性膜または非弾性膜などの膜を使用して３次元画像を得ることができる。したがって、１実施形態として、本明細書では、発光外面を有するソックス（または、その他の周囲を囲む膜）が開示され、該ソックスに挿入された物体の３次元画像を取り込む（撮像する）ために該ソックスを使用することができる。

発光層３２２の光学的性質を、適切な添加物を導入することによって制御することができる。発光層３２２は、蛍光染料、または、励起源１０２からの照明に応答する他の発光物質を含むことができる。１つの適切な蛍光物質は、（いくつかのプラスチックにおいて極めて良好に溶解及び／または拡散することができる粉末である）クマリン−１５３（coumarin-153）を含むことができ、適切な蛍光特性を有し、及び、無毒である。別の側面において、発光層３２２は、光の直接の供給源として機能する化学発光材料またはエレクトロルミネセンス（電子発光）材料を含むことができる。適切な化学発光材料は、触媒（たとえば鉄または銅）の存在下で過酸化水素を有する溶液、触媒（たとえば、サリチル酸ナトリウム）の存在下で過酸化水素を有する溶液中のサイリューム（cyalume）などを含むことができる。種々の液相及び気相化学発光構成物を利用できることが理解されよう。適切なエレクトロルミネセンス材料は、たとえば、銅または銀がドープされた粉末状の硫化亜鉛、マンガンがドープされた薄膜硫化亜鉛などを含むことができる。より一般的には、種々の化学発光物質及びエレクトロルミネセンス物質が、既知であり、これらの物質を、本明細書に記載されている発光層３２２として使用するために適合させることができる。したがって、発光層３２２は、化学発光層、エレクトロルミネセンス層、蛍光層、または、これらの何らかの組み合わせを含むことができる。

代替の実施形態では、発光層３２２は、ターゲット面１１０に、または、物体１０８内に光導波路を含むことができる。光導波路のための種々の幾何学的形状または配置、モード構造、及び、材料が可能であること、及び、それらを、本明細書で説明するシステムに使用するために適合させることができることが理解されよう。

励起源１０２は、発光層３２２内の蛍光染料またはこれに類するものを励起するために１つ以上の波長の光を提供することができる。他の実施形態では、励起源１０２を完全に省くか、または、代替的に、該励起源を、発光層３２２ｌからの照明を生成するエネルギーの化学的なソース、電気的なソース、または、他のソースとして実現することができる。いくつかの実施形態では、励起源１０２は、物体１０８内の導波路に直接に電力を供給する電源を含むことができる。他の実施形態では、励起源１０２は、発光層３２２を照明するための電界、化学的前駆体（chemical precursor）、または、その他の手段を含むことができる。

したがって、発光層３２２を、種々の異なるキャリア及び添加物から形成できることが理解されよう。いくつかの実施形態では、発光層３２２は、物体１０８上に吹き付けること、または、塗布することが可能な液体キャリア中の蛍光染料などの任意の適切な発光顔料、または、蛍光材料でコーティングされ、または、蛍光材料を含浸された薄膜または膜を含むことができる。生体内の撮像の場合には、発光層３２２を、生体適合性を有する物質で形成することができる。いくつかの実施形態では、発光層３２２は、生体適合性を有する蛍光金属酸化物ナノ粒子（及び、該ナノ粒子を含むコーティング（被膜））、薄膜状の可撓性のエレクトロルミネセンスソース、または、化学発光分子の表面コーティングを有するナノ粒子を含むことができる。

発光層３２２を有するいくつかの実施形態では、蛍光媒体または発光媒体１０６を要することなく、適切な強度測定値を、異なる波長の相対減衰度に基づいて厚さ計算のために得ることができる。所望の減衰特性を達成するために、媒体１０６は、金ナノ粒子または金ナノロッドが均一に分布している光透過性の（または透明な）流体で形成されたキャリアを含むことができる。金ナノ粒子または金ナノロッドは、該ナノ粒子またはナノロッド自体のサイズ及び形状に基づいて調整されることができる吸収プロファイルを有する。いくつかの実施形態では、金ナノ粒子または金ナノロッドを、可視光波長の所定の帯域内において他の波長における場合よりも多くの光エネルギーを吸収するよう調整することができる。金ナノ粒子または金ナノロッドは、媒体１０６が所定の帯域以外では光透過性（または透明）である（すなわち、実質的にゼロの減衰を維持する）ように、該キャリア内である濃度を有することができる。

本明細書には、発光層３２２の使用に関連する機能を実行するための種々の手段が開示されていることが理解されよう。発光層３２２をターゲット面１１０に付着させるための付着手段は、たとえば、塗装用はけ、噴霧器、アトマイザー（霧吹き）、または、ターゲット面１１０を浸すことができる発光層３２２用の材料タンクを含むことができる。分布させる手段は、媒体の供給源、並びに、媒体を物体のまわりの所望の領域に保持するための、液体用の側壁を有する容器、または、媒体をガスの形態で保持するための気密性チャンバーなどの任意の構造を含むことができる。センサー手段は、本明細書に記載されている任意のセンサーを含むことができる。処理手段は、任意のコンピューティング装置、または、本明細書に記載されている他の処理ハードウェアを含むことができる。

図４は、物体に付着させられた受動光学層（passive optical layer）を用いる３次元画像形成システムを示す。全体的には、システム４００は上述したものと同様であるが、下記のようにいくつかの違いがある。種々の波長における強度の測定値に基づいて厚さを決定するために減衰媒体１０６と組み合わせて使用することが可能な既知の光学的性質を物体１０８に与えるために、受動層（passive layer）４２２を物体１０８のターゲット面１００に付着させることができる。

媒体１０６を、少なくとも２つの異なる波長についてそれぞれ異なる減衰係数を提供する上述の１つ以上の任意の減衰媒体とすることができる。励起源１０２を、厚さ計算に使用される該少なくとも２つの異なる波長を含むある範囲の波長（または波長の複数の範囲）にわたって物体１０８を照明する広帯域光源とすることができる。

一般的に、受動層４２２を、発光層３２２に関して上述した任意の技術を用いて構成することができる。これには、吹き付け、塗布、または、受動層４２２を物体１０８に付着させる他の手段、または、所望の特性を有する外面を有する物体１０８を作製することが含まれる。一般に、受動層４２２は、物体１０８が、対象とする領域上に所定の色を有するように、物体１０８上に既知の光学パターンを与える。この所定の色を、未知の均一の色または既知の均一の色（たとえば特定の色）とすることができ、または、既知の色分布を有するものとすることができる。

動作時、物体１０８を励起源１０２で照明することができ、少なくとも２つの波長における強度をセンサー１１２によって測定することができる。広帯域光源と物体１０８上の既知の色分布を使用することによって、反射された強度の比はターゲット面１１０全体で一定であると想定することができる。したがって、測定された強度の比のどのようなばらつきも減衰媒体１０６の厚さに関連付けることができ、厚さを計算することができる。比を使用することによって、厚さ計算に対する照明源の空間的非均一性または受動層の反射率の空間的非均一性の影響を低減することもできる。

１側面において、受動層４２２は変化する色を有することができる。これは、たとえば、ターゲット面１１０の高さが（媒体１０６の厚さの変動に対応して）大きく変動することが予期される場合に有用である。一般に、媒体１０６の厚さに対するセンサー１１２における光の測定された強度の感度は、受動層４２２用に選択された色を含むいくつかの要因に依存しうる。表面がほぼ平面であることが期待される場合には、より分解能の高い厚さ測定値を得るために、高い感度が好ましい場合がある。しかしながら、表面の平面度が非常に小さい（たとえば、でこぼこが多い）ことが予想される場合には、センサー１１２の飽和を回避するため、より一般的には、深さを捕捉するのに十分な被写界深度を提供するために、より低い感度が必要になる場合がある。測定される物体１０８の形状に関する何らかの情報が先験的（または演繹的）に利用できる場合には、ターゲット面１１０上の色が適切に対応して選択された状態で、この情報を用いて測定分解能を適宜調整することができる。

これらに加えて、または、これらの代わりに、受動層４２２は、正確な厚さ測定値を得るのを助けるように選択された他の特性を有することができる。たとえば、つや消し仕上げは、ある範囲の照明条件にわたってターゲット面１１０のより一貫した反射特性を提供することができる。同様に暗い色による仕上げは、この仕上げをしなければセンサー測定値に悪影響を与えることになる入射光のある波長を吸収することができる。

１側面において、既知の色分布を有するターゲット面から厚さ測定値を取得するための本明細書に記載されているシステムは、供給源１２２、または、ターゲット面とセンサーの間に媒体を分布させるための、または、この分布状態に媒体を保持するための上記の任意の他の手段とすることができる分布手段を含むことができる。該システムは、上記の任意の光源、または、他の励起源とすることができる照明手段を備えることができる。該システムは、照明手段によって提供される照明に対応する波長強度データを取得するのに適した上記の任意のセンサーを有することができるセンサー手段を備えることができる。最後に、該システムは、波長強度測定値に基づいて厚さを計算するようにプログラムされた（及び、必要に応じて、得られた厚さ（複数の場合あり）から３次元画像を再構築するようにさらにプログラムされた）、本明細書に記載されている任意のプロセッサまたはコンピューティング装置を有することができる処理手段を備えることができる。

１側面において、上述のシステムは、従来のカラーカメラなどの単一のカメラを用いて３次元画像形成を有利に可能にすることができる。上述の種々の実施形態にしたがって、媒体、照明源、及び／または、物体の表面処理を物理的に準備乃至実施することによって、厚さ測定値を、単一のカメラで得ることができ、及び、ターゲット面の３次元画像に幾何学的に変換することができる。したがって、本明細書で開示されている３次元画像形成装置は、その１側面においてカメラ及びプロセッサを備える。従来のカラーカメラとすることができるカメラは、視野内の２次元カラー画像を捕捉することができるレンズ及び１つ以上のセンサーを備えることができる。該画像には、第１の波長及び第２の波長における強度が含まれ、これらの波長を、上記の任意の波長または波長帯とすることができる。２次元画像の各ピクセル位置における強度は、レンズから視野への方向に対応し、これによって、３次元構築において、測定値の適切な方向性を推測して利用することができる。この場合、コンピュータ、または、上記の任意の他の処理装置とすることができるプロセッサは、複数のピクセル位置の各々に対応する方向における媒体の厚さを、該複数のピクセル位置の各々における第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数として計算し、これによって、複数の厚さ測定値を提供することができる。この複数の厚さ測定値、各ピクセルに関連する方向性などの関連する情報、及び、媒体の幾何学的境界に関する任意の先験的情報から、プロセッサは、視野内の物体の３次元画像を計算することができる。

３次元画像の取得に単一のカメラを上記のように使用することは、従来のERLIF技術の場合にも同様に適用できることが理解されよう。

センサー１１２に関しては、カメラは、固体デバイス（または半導体デバイス）の形態の１つ以上のCMOSセンサーを有する相補形金属酸化膜半導体（CMOS）チップカメラを備えることができ、または、固体デバイスの形態の電荷結合素子の配列を備えることができる。カメラは、複数のピクセル位置の各々において、第１の波長の強度と第２の波長の強度を選択的に捕捉するための任意の数のフィルターを備えることができる。これらのフィルターは、撮像デバイス上に配置されたフィルターマスクを有する（すなわち、該フィルターマスクは、カメラチップまたは他の固体撮像素子に一体化される）ことができる。たとえば、カメラは、複数のピクセル位置のそれぞれにおいて、それぞれの波長の強度を選択的に捕捉するための、従来のRGBまたはCMYフィルターマスクなどの複数のフィルター、または、厚さ計算に使用される特定の波長を選択的に捕捉するための複数のフィルターを備えることができる。これらに加えて、または、これらに代えて、フィルターは、外部フィルター装置またはシステムを備えることができ、及び、動作中にフィルター特性の調整を可能にするアクティブフィルター、または、カメラレンズの前に手動で配置されるダイクロイックミラー（２色ミラー）などの固定フィルターを備えることができる。

カメラは、典型的には市販されているハードウェアに見られるRGB（赤、緑、青）またはCMY（シアン、マゼンタ、イエロー）カラー画像を、または、任意の他の有用な狭帯域波長または広帯域波長を捕捉することができる。媒体がガスである１実施形態では、カメラをターゲット面と共にガス内に浸すことができ、厚さ測定を、カメラレンズから物体の表面のある位置までの全距離について行うことができる。これまでに概説した光源または他の励起源を設けることもでき、光源は、特定の媒体に適した任意のフィルターまたはフィルターの組み合わせを含むことができる。そのようなフィルターは、たとえば、１つ以上の波長を選択的に通過させて蛍光材料を励起するために、または、ターゲット面や他の介在する媒体からの蛍光発光との干渉を回避するために蛍光が放出される波長の光を減衰させるために有用な場合がある。

別の側面において、上述の画像形成システムで使用するための有用な媒体が開示される。一般に、これらの媒体は、上記のシステムで使用するために特別に考案された、及び、市販されていないかまたは当該技術分野で既知ではない（減衰または蛍光発光のための）キャリアと他の物質の任意の組み合わせを含む。

１側面において、たとえば、本明細書に記載されている物質の構成物は、光透過性の（または透明な）流体媒体から構成されたキャリアと、該キャリア内に均一に分布した複数の金ナノ粒子を含む。有利なことに、所定の帯域の可視光波長内の光エネルギーを吸収するようにこの金ナノ粒子を調整することができ、これによって、本明細書で説明される厚さ測定及び３次元画像形成を容易にすることができる。

複数の金ナノ粒子を、該複数の金ナノ粒子の形状を用いて調整することができ、及び／または、該複数の金ナノ粒子を、該複数の金ナノ粒子のサイズを用いて調整することができる。該複数の金ナノ粒子は、その構成物が該所定の帯域以外でゼロの減衰を有するようにキャリア内である濃度を有することができる。該所定の帯域を４５０ナノメートルと５５０ナノメートルの間とすることができる。このキャリアを、油、ゲル、ガス（気体）、及び液体のうちの１つ以上とすることができ、これらのいずれも、画像形成する対象物及び利用する画像形成技術にしたがって有効に選択することができる。１つの側面において、該キャリアはシリコン油を含むことができる。該対象物を鋳造物とすることができるか、または、ゲルが有効な媒体として機能しうる別の側面において、該キャリアは、グリセロール、または、より一般的に、任意のゼラチン、グリセロール、及び、種々の溶液、または、他の製剤、または、該製剤の調合液、または、類似の性質を有する任意の他の物質もしくは物質の組み合わせを含むことができる。他の実施形態では、キャリアを硬化性のものとすることができる。キャリアは、ポリマー、ポリマーの混合物、または、ターゲット面に適合する（またはフィットする）ことができて、適合させられた後、たとえば、化学硬化、熱硬化、光硬化、時間交硬化などを用いて硬化させられることができる任意の他の硬化性物質を含むことができる。キャリアは、また、人間の歯（または歯列）や人間の外耳道などの対象物の生体内撮像に安全に使用できるように生体適合性を有するものとすることができる。

別の側面において、媒体は、光透過性の（または透明な）流体媒体から形成されたキャリア、及び該キャリア内に均一に分布した染料を含むことができる。該染料を、該染料が光を吸収する吸収スペクトル、及び、該染料が蛍光を発する発光スペクトルを有する単一の蛍光染料からなるものとすることができ、この場合、該吸収スペクトルと該発光スペクトルは、少なくとも１つのオーバーラップする非ゼロ領域を有する。この単一染料構成（または製剤）は、媒体に必要とされる蛍光染料の数を１つに低減することによって、たとえば従来のERLIFで使用されるキャリアを改善する。撮像ハードウェアを適用し、及び適切な数学的アプローチを開発することによって、本出願人は、単一の蛍光染料を含む媒体で画像を取り込むための技術を開発した。したがって、本明細書の文脈において、単一の染料、単一の蛍光染料、単一の蛍光物質、またはこれらに類するものへの参照はいずれも、正確に１つの蛍光物質、すなわち、ただ１つの蛍光物質を意味することが意図されており、これは、従前のERLIF撮像技術に対する著しい相違及び進歩を示すものであることが理解されるべきである。

キャリアは、油、ゲル、ガス（気体）、及び液体のうちの１つ以上とすることができる。たとえば、キャリアは、シリコン油またはグリセロールを含むことができる。染料をフルオレセインナトリウムとすることができる。一般的に上記したように、キャリアを硬化性のものとすることができ、該キャリアを生体適合性を有するものとすることができる。１実施形態では、染料をシリカナノ粒子中に封入することができる。構成物は、可視光内にピークを含む吸収スペクトルを有することができ、該ピークは極大値の場合もあれば絶対最大値の場合もある。これと同様に、構成物は、可視光範囲内にピークを有する発光スペクトルを有することができる。

図５は、物体のターゲット面に付着させられた発光層を用いる３次元画像形成法のフローチャートである。

方法５０は、ステップ５０２に示すようにターゲット面に発光層を付着させるステップから開始することができる。蛍光層、化学発光層、エレクトロルミネセンス層などとすることができる発光層を、吹き付け、塗布、浸漬コーティングなどを含む上記した技術のうちの任意のものを使用して、または、該物体を蛍光材料から作製することによって、付着させることができる。たとえば、これは、液体キャリア中の蛍光顔料として蛍光層をターゲット面に付着させるステップを含むことができる。発光層は、上記の任意の励起源や他の刺激に応答するなどして、第１の波長及び第２の波長の光を放出することができる。他の実施形態では、発光層は、蛍光発光などによって第１の波長の光を放出することができ、並びに、第２の波長の光を反射することができる。この場合、第１の波長及び第２の波長は、周囲の媒体の厚さ測定値を得るために使用される。

ステップ５０４に示すように、方法５００は、発光層とセンサーの間に上記した媒体のうちの任意の媒体などの媒体を分布させるステップを含むことができる。これは、物体とセンサーの間に媒体を入れるための種々の技術、たとえば、液状の媒体を物体の入った容器に注ぐ、物体を媒体中に浸す、または、ガスを物体の入ったチャンバーに供給するなどの技術を含むことができることが理解されよう、別の側面において、これは、気球（またはゴム風船）、空気袋、または他の膨張性の膜を、蛍光染料を含むガスで膨らませて、次に、センサーを該膨張性の膜に挿入するステップを含むことができる。別の側面において、これは、上記のように媒体を分布させる前に、物体をソックスまたは他の筐体に挿入するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、媒体が入っている気球（またはゴム風船。以下同じ）またはこれに類するものを、物体に押し付け、または、物体上に配置し、または、物体と接触させることによって、該物体をターゲット面に適合させることができる。本明細書で説明する任意の技術を用いて、気球に対するターゲット面の３次元の印象を得るために、この体勢における該気球の内部を使用することができる。したがって、本明細書で説明する内部キャビティ（内部空洞）を測定するための技術を、それらに加えて、または、それらに代えて、任意の表面の測定に適用できることが理解されよう。１側面において、錐体（該錐体は、膜に沿った密封された内部を形成する場合もある）内で、または、膨張性の膜を物体に対して配置するのを容易にする支持ハンドルの端部において膜を膨らませることなどによって、膨張性の膜を配置する装置をこの目的のために特別に適合させることができる。

ステップ５０６に示すように、方法５００は、発光層を励起するステップを含み、これによって、該発光層が反射光及び／または放射光（または輻射光）の何らかの組み合わせを提供するようにすることができる。上述したように、これは、ターゲット面から反射される励起源からの１つ以上の波長の光、及び／または、蛍光発光、エレクトロルミネセンス、化学発光、または、任意の他の適切なメカニズム−これによって、ステップ５０２に関して述べたように発光層が光を放出可能である−に起因して発光層から放射する１つ以上の波長の光を含むことができる。発光層は、励起光源（からの光）に応答して第１の波長及び第２の波長における光を放出する蛍光層を含むことができ、これによって、本明細書で説明する発光層を励起するステップが、該励起光源（からの光）で該蛍光層を励起して、該蛍光層から蛍光発光を提供するステップを含むようにする。発光層を、広帯域光源や、該第１の波長及び該第２の波長以外の１つ以上の波長における光を提供する任意の他の光源などの励起源で励起することができる。励起光源は、これらに加えて、または、これらに代えて、１つ以上のレーザー、１つ以上の発光ダイオード、白熱灯などを含むこともできる。別の側面において、導波路を物体またはターゲット面に組み込んで、該導波路を発光層として直接機能させることができる。

ステップ５０８に示すように、方法５００は、ターゲット面のある位置の方向における第１の波長の強度及び第２の波長の強度をセンサーで測定するステップを含むことができる。尚、該センサを、たとえば、上記の任意のセンサーとすることができる。

ステップ５１０に示すように、方法５００は、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを決定するステップを含むことができる。波長強度と厚さの実際の関係は、発光層の性質、媒体による種々の波長の減衰の係数（減衰係数）、励起源の（光の）強度などの種々の要因に依存しうることが理解されよう。センサーが、（ターゲット面上の複数の位置に対応する）複数のピクセル位置から測定値を提供する場合には、そのような強度測定値の２次元配列を用いて、厚さ計算の２次元配列を取得することができる。

蛍光発光面を用いて厚さを計算または決定するより詳細な解析的展開をここで説明する。ターゲット面の蛍光特性及び吸収媒体の特性を、蛍光スペクトルのある部分が、該蛍光スペクトルの他の部分よりも多く吸収されるように選択することができる。たとえば、波長λ_１とλ_２に中心を有する２つの強度帯域（ここでは、単に強度と呼ぶ）が測定される場合は、媒体の吸収係数ελ_１とελ_２は異なるはずである。λ_１を中心とする帯域が優先的に吸収される帯域である場合には、ελ_１＞ελ_２である。蛍光発光面から、媒体内の距離ｄの位置（媒体外部のセンサーの場合にはｄは媒体を貫通する距離）にあって、該蛍光発光面から離れたところにあるイメージセンサーまで伝わる両方の波長帯の正規化された測定強度は、以下の式によって記述される。

蛍光発光面におけるこれらの帯域の強度である、

は、該発光面の蛍光特性、並びに、励起照明のスペクトル及び強度に完全に依存する。励起強度の変動によって、該発光面における蛍光の強度が変化しうるが、

の比の変化は無視してよいだろう。したがって、上記の式［式１］及び［式２］から正規化された強度の比を得て、媒体の深さ、濃度、及び、吸収係数のみに依存する次の式を得ることができる。

明らかに、この強度比は、媒体を通過する距離が増加するにつれて指数関数的に小さくなる。この関係を用いて、媒体の厚さ（または媒体中の深さ）を計算することができる。実際には、動作システムから較正された厚さ測定値を提供するために、実際の測定値を得て、該測定値を、任意の適切な技術を用いてこの関係に当てはめることができることが理解されよう。

ステップ５１２に示すように、方法５００は、ターゲット面の３次元画像を再構築するステップを含むことができる。これは、たとえば、強度測定値から計算された媒体の厚さとともに種々の幾何学的制約（幾何学的束縛条件）のうちの任意ものを用いてセンサーからの複数の測定値で対象とする領域の３次元画像を構築するステップを含むことができる。この幾何学的制約は、１つ以上の厚さ測定値（及び、厚さ方向）と組み合わせて、ターゲット面上のある表面ポイントを得ることができる媒体の少なくとも１つの既知の表面などの媒体の境界に関する任意の空間情報などを含むことができる。この少なくとも１つの既知の表面を、本明細書で説明する種々の実施形態における任意の種々の表面（該表面、またはより詳しくは、表面−媒体境界、に関する空間情報は既知である）とすることができることが理解されよう。したがって、たとえば、既知の表面を、液状の媒体を含むタンクの露出した上面、または、媒体の光透過性（または透明）容器の内側の側面または底面とすることができる。この既知の表面は、それらに加えて、または、それらの代わりに、カメラレンズ、または、ガス状の媒体からセンサーを分離する他の光学要素を含むことができる。より一般的には、既知であるかまたは測定可能な媒体の任意の空間上の境界は、種々の方法及びシステムにおいて本明細書で説明する３次元再構築で使用される少なくとも１つの既知の表面として機能することができる。さらに、任意の数の３次元画像を、位置合わせ（レジストレーション）またはこれに類するものによって組み合わせて、ターゲット面のある部分または全ての複合３次元画像を形成することができる。

特定の画像形成技術に適合された種々の変形形態を含む、上記方法５００の多くの変形形態が可能であることが理解されよう。たとえば、ガス（気体）が媒体として使用される場合には、方法５００は、ターゲット面とセンサーの間に光透過性の（または透明な）バリアを設けて該ガスを該ターゲット面に対して保持するステップを含むことができる。たとえば、物体を光透過性の（または透明な）気密性チャンバー内に配置して、蛍光発光ガスで充填することができる。概説したように、該チャンバーの内部寸法に関する情報と共に該チャンバーの外部から取得した厚さ測定値を用いて、物体上のターゲット面の３次元再構築を行うことができる。別の側面において、方法５００は、ターゲット面を液体中に浸すステップと、光強度測定値を得るために該液体の上面の上にセンサーを配置するステップを含むことができる。かかる実施形態では、該液体の上面の位置を容易に決定することができ、該位置を、厚さ測定値を３次元再構築物に変換するための基準として使用することができる。

より一般的には、上述の方法５００は例示であってそれに限定されるものではないことが理解されよう。当業者には、多くの変形、追加、削除、及び他の変更が明らかであろうし、そのような全ての変更は本開示の範囲内であることが意図されている。さらに、本明細書及び図面におけるそれらのステップの順番及び提示は、特定の順番が要求されていることが明示されているか文脈から明らかである場合を除いて、記載されているステップをその順番で実行することを要することを意図したものではない。

したがって、たとえば、媒体をターゲットとセンサーの間に分布させる前または後−前か後かは、発光層を付着させるやり方に依存する−に、該発光層をターゲットに付着させることができる。別の例では、媒体をターゲットとセンサーの間に分布させること、または、ターゲットを液状の媒体のタンクに浸すことができ、これによって、正確な厚さ測定値を得るために媒体を該表面に配置するという同じ目的が達成される。別の例では、これは、カメラをターゲットが入っている液体の容器に挿入するステップを含むことができる。この場合は、厚さ測定を該カメラのレンズにおいて開始することができる。別の例では、これは、液体表面位置、光透過性（または透明な）バリアの位置（これらの位置を介して媒体を測定することができる）などの媒体の他の境界情報を提供するステップを含むことができる。別の例では、発光層を励起するステップは、蛍光、リン光、エレクトロルミネセンス、化学発光などによって該表面上の発光層を活性化するステップを含むことができる。

図６は、単一の蛍光染料を用いる３次元画像形成法のフローチャートである。

方法６００は、ステップ６０２に示すように、ターゲット面とセンサーの間に媒体を分布させるステップを含むことができる。該媒体は、媒体の非ゼロ吸収スペクトルと波長がオーバーラップする蛍光発光スペクトルを有する単一の蛍光物質を含む。該媒体は、たとえば、第２の波長においてゼロ吸収を有することができる。この単一の蛍光物質を、上記した発光及び吸収スペクトルを有するフルオレセインナトリウムとすることができる。この蛍光物質または類似の蛍光物質を用いて、第１の波長を約５１０ナノメートルとすることができ、第２の波長を約５４０ナノメートルとすることができる。別の実施形態では、該単一の蛍光物質は、量子ドット、または、入射電磁放射に応答して放射を行う他の発光体を含むことができる。種々の実施形態では、媒体は、関連するハードウェアに適切に適合させた液体、ガス（気体）、固体、及び／またはゲルを含むことができる。たとえば、媒体がガスの場合には、方法６００は、上述した光透過性の（または透明な）バリアまたは他の筐体を提供するステップを含むことができる。媒体が液体の場合には、方法６００は、ターゲット面を該液体に浸して該液体の上にセンサーを配置するステップを含むことができる。

ステップ６０４に示すように、方法６００は、広帯域光源や発光ダイオード（複数の場合あり）（からの光）を、蛍光染料に向けて送り、及び／または、ターゲット面の方向に送ることなどによって、該単一の蛍光物質を励起して蛍光発光を提供するステップを含むことができる。

ステップ６０６に示すように、方法６００は、ターゲット面上のある位置のある方向における蛍光発光をセンサーで測定するステップを含むことができ、該ステップは、第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定するステップを含む。この場合、媒体は、該第１の波長と該第２の波長とでは異なる吸収係数を有する。２次元ピクセル配列を有する従来のカメラまたは他のセンサー装置が使用される場合には、蛍光発光を測定する該ステップは、ターゲット面上の複数の位置からの該第１の波長の強度及び該第２の波長の強度を、センサー内の対応する複数のピクセル位置で測定し、これによって、厚さ測定値の２次元配列を提供するステップを含むことができる。

ステップ６０８に示すように、方法６００は、該第１の波長の強度と該第２の波長の強度の関数に基づいて、該位置の該方向における媒体の厚さを決定するステップを含むことができる。これは、たとえば、該第２の波長の強度に対する該第１の波長の強度の比を計算するステップを含むことができる。

３次元撮像が吸収スペクトルと発光ステップがオーバーラップする蛍光物質を含む媒体を用いて実施される場合には、波長λ_１とλ_２を中心とする２つの蛍光帯域の強度比を取ることによって−該媒体が該蛍光帯域の一方を他方よりも優先的に自己再吸収（self-reabsorption）する場合には−厚さを測定することができる。波長λ_１を中心とする帯域だけが自己再吸収される場合には、ελ_１は何らかの有限の正の値であり、

である。

センサーからある距離χだけ離れた（または、媒体中を進む距離がχである）任意のポイントにおいて、励起照明強度（励起照度）I_B（χ）は、

で与えられる。
ここで、I_０＝I_B（０）は、センサー位置における励起強度であり、ελ_ｅは、励起波長λ_ｅにおける媒体の吸収係数である。

媒体内の微分要素によって与えられる波長λ_１とλ_２を中心とする２つの帯域における蛍光発光は、

で与えられる。ここで、φは、媒体の量子効率、すなわち、吸収されるエネルギーに対する放出されるエネルギーの比であり、η_１とη_２は、２つの波長λ_１とλ_２における媒体の相対放射である。

の場合は、該第１の波長帯域は吸収されることになるが、該第２の波長帯域は吸収されない。励起照明強度がどの蛍光発光よりもはるかに大きい場合には、再吸収される波長帯域及び再吸収されない波長帯域の両方における強度の増加を無視することができる。したがって、λ_１帯域の再吸収を含む微分蛍光強度方程式を次のように書くことができる。

センサーから距離ｄ（または、センサーから特定の方向において媒体を貫通する距離ｄ）の位置における蛍光強度を計算するために、次のようにこれらの方程式をｘ＝０からｘ＝ｄまで積分することができる。

次のように、２つの蛍光測定値の比をとって、深さと測定された波長の間の関係を得ることができる。

この関係から媒体全体の厚さ（または媒体を通過する方向の該媒体の厚さ）を計算することができる。実際には、動作システムから較正された厚さ測定値を提供するために、実際の測定値を得て、該測定値を、任意の適切な技術を用いてこの関係に当てはめることができることが理解されよう。

ステップ６１０に示すように、方６００は、媒体の既知の境界または該媒体の容器などの任意の種々の幾何学的制約並びに強度測定値から計算された媒体の厚さを用いてセンサーからの複数の測定値から対象とする領域の３次元画像を構築するステップを含むことができる。さらに、いくつかのかかる３次元画像を、位置合わせまたはこれに類する手段によって組み合わせて、ターゲット面のある部分または全ての３次元画像を形成することができる。

上述の方法６００は例示であってこれに限定することを意図したものではないことが理解されよう。当業者には、種々の変形、追加、削除、及び他の変更が明らかであろう。さらに、本明細書及び図面におけるこれらのステップの順番または提示は、特定の順番が明示的に要求されているか文脈から明らかである場合を除いて、記載されているステップをその順番で実行することを要することを意図したものではない。したがって、たとえば、媒体をターゲットとセンサーの間に分布させる前に、蛍光面または他の発光面を励起することができ、または、蛍光物質の代わりにリン光物質を容易に用いることができる。かかる全ての変更は本開示の範囲に含まれることが意図されており、制限しない意味に解釈されるべきである。

図７は、吸収に基づく３次元画像形成法のフローチャートである。この方法７００では、ターゲット面上の所定の色を広帯域光源と組み合わせて用いて、２つの異なる波長における反射を得る。この２つの波長の一方の波長は、間にある媒体によって、他方の波長よりもより多く減衰される。種々の所定の色を使用することができる。たとえば、該色は特定の色（たとえば青）であってもよく、または、ターゲット面上の色が均一の場合には該色は未知のもの（事前には知られていない色）であってもよい。他の実施形態では、異なる測定値のスケーリング（拡大及び／または縮小）または利得を提供するなどのために、既知の色分布を使用することができる。

ステップ７０２に示すように、方法７００は、ターゲット面とセンサーの間に媒体を分布させるステップから開始することができ、該ターゲット面は、物体のターゲット面内の任意の領域とすることができる対象とする領域の上に所定の色を有する。媒体は、第１の波長における第１の減衰係数、及び、第２の波長における、第１の減衰係数とは異なる第２の減衰係数によって特徴付けられることができる。第１の減衰係数をゼロとすることができ、または、より一般的には、第２の減衰係数よりも小さな任意の値とすることができる。

センサーは、第１の波長及び第２の波長における強度を取得するのに適した上述のセンサーのうちの任意のものとすることができる。１側面において、センサーを、対象とする領域内の複数の位置からの第１の波長の強度及び第２の波長の強度をセンサー内の対応する複数のピクセル位置において測定し、これによって、厚さ測定値の２次元配列を提供するCCDアレイまたはこれに類するものとすることができる。

１側面において、媒体は、固体、液体、ゲル、またはガスなどの上記の媒体のうちの任意のものとすることができる。媒体は、第１の波長と第２の波長において異なる減衰係数を生ずる任意の物質または物質の任意の組み合わせを含むことができる。媒体がガスの場合には、方法７００は、ターゲット面とセンサーの間に光透過性の（または透明な）バリアを設けてガスをターゲット面に保持するステップを含むことができる。媒体が液体の場合には、方法７００は、ターゲット面を該液体中に浸して、該センサーを該液体の上面の上に配置するステップを含むことができる。

ステップ７０４に示すように、方法７００は、対象とする領域内のある位置を、広帯域光源、レーザー、１つ以上の発光ダイオードなどで、または、より一般的には、反射された波長をセンサーにおいて取得できるようにするやり方で該位置を照明できる任意の励起光源で照明するステップを含むことができる。別の側面において、該位置を照明するステップは、化学発光物質、エレクトロルミネセンス物質、及び、ターゲット面内の光導波路の１つ以上で照明するステップを含むことができる。照明源がターゲット面上または物体内に配置される場合には、この照明源はそれ自体が所定の色（この所定の色に基づいて厚さ計算が行われる）を与えることができることが理解されよう。

ステップ７０６に示すように、方法７００は、該位置のある方向における第１の波長の強度と第２の波長の強度をセンサーで測定するステップを含むことができる。方法７００は、上記の任意のセンサーフィルターを用いることなどによって、媒体とセンサー間で１つ以上の波長の光をフィルタリングするステップを含むことができる。方法７００は、これらに加えてまたはこれらに代えて、ピクセル位置における追加の厚さ測定値を提供することによって全体の正確さを改善するために使用することができる他の波長における追加の測定を可能にするために、広帯域光源（からの光）をフィルタリングし、もしくはその形状を調整し、または、媒体内で減衰させるなどの任意の種々の目的のために１つ以上の他の波長における光を減衰させるステップを含むことができる。

ステップ７０８に示すように、方法７００は、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて、該第２の波長の強度に対する該第１の波長の強度の比を計算し、及び、この関係を用いて厚さを決定することなどによって、該位置の該方向における媒体の厚さを決定するステップを含むことができる。この文脈における厚さ計算のためのより詳細な解析的展開を以下で説明する。

本明細書で説明する吸収ベースの方法では、波長λ_１とλ_２に中心を有する２つの強度帯域を選択することができ、この場合、媒体の吸収係数ελ_１とελ_２は異なり、一方の帯域が他方の帯域よりも優先的に吸収される（換言すれば、所望の波長において異なる吸収率を有するように媒体を選択することができる）。照明源は波長λ_１とλ_２を含むことができ、該表面の特性を、これら２つの帯域がセンサーに向かって容易に反射して戻されるようなものとすることができる。該表面が既知の均一の色、または、既知の色パターンを有している場合には、強度の比は、媒体の厚さとともに予測されるように変化するであろう。

かかる状況下で３次元の幾何学的形状及び／または配置を計算するときには、センサー及び照明源の幾何学的形状及び／または配置を考慮する必要がある。なぜなら、該照明源の光線が吸収媒体中を伝搬し始めるやいなや波長が吸収されるからである。最も単純なケースでは、同軸撮像光学縦列と照明源が含まれる。ここで、（光線が）進行した吸収距離（光線が吸収媒体中を伝搬した距離）は、センサーと該表面（または、媒体境界とターゲット面）の距離の単純に２倍であり、それゆえ、上記［式３］は次のようになる。

ここで、

は、それぞれ、波長λ_１とλ_２における該表面の反射率である。強度比は媒体を通る距離が長くなるにつれて指数関数的に減少するので、この関係を用いて、媒体の厚さ（または、媒体を通過する方向における該媒体の厚さ）を計算することができる。実際には、動作システムから較正された厚さ測定値を提供するために、実際の測定値を得て、該測定値を、任意の適切な技術を用いてこの関係に当てはめることができることが理解されよう。

ステップ７１０に示すように、方法７００は、ターゲット面の３次元画像を再構築するステップを含むことができる。これは、たとえば、（センサー測定値の２次元配列などから得られる）厚さ測定値の２次元配列を用いて対象とする領域の３次元画像を構築するステップを含むことができる。これは、位置合わせや複数の３次元画像を結合することなどによって、複数の対象とする領域の複数の３次元画像からターゲット面の３次元画像を構築するステップをさらに含むことができる。

上述の方法７００は例示であってそれに限定することを意図したものではないことが理解されよう。当業者には、多くの変形、追加、削除、及び他の変更が明らかであろう。さらに、本明細書及び図面におけるそれらのステップの順番及び提示は、特定の順番が要求されていることが明示されているか文脈から明らかである場合を除いて、記載されているステップをその順番で実行することを要することを意図したものではない。したがって、たとえば、システムは、正確さを改善するために、３以上の異なる波長で媒体を通過する強度を測定することができる。別の例では、３次元再構築は、媒体を保持する撮像チャンバー内の任意の数の基準を用いて該媒体の１つ以上の境界面の位置を特定することを含むことができる。別の例では、ターゲット面の色または色パターンを、特定の波長を選択的に吸収する介在する媒体がない状態で、ターゲット面のカラー画像を取り込む（撮像する）ことによって予め決定することができる。このベースライン画像は、選択的吸収媒体がターゲット面とセンサーの間に導入されると、後続の厚さ計算に必要なその予め決定された色パターンを提供することができる。カラー画像を、たとえば、該厚さ計算のための強度データを取得するために使用されるのと同じセンサー（複数の場合あり）から、または、別個のカラーカメラもしくはこれに類するものから取り込むことができる。かかる全ての変更は本開示の範囲に含まれることが意図されており、制限しない意味に解釈されるべきである。

図８は、上述の技術を用いるコンピュータにより実施される３次元画像形成法を示す。方法８００を、たとえば、１つ以上のコンピューティング装置で実行されるときに記載されているステップを実行する、コンピュータ読み取り可能媒体において具現化されるコンピュータプログラム製品として実施することができる。

ステップ８０２に示すように、方法８００は、ターゲット面上の対象とする領域を覆う色を特徴付けて（即ち、該色の特徴を明らかにして）、該対象とする領域に所定の色を提供するステップから開始することができる。この実施形態で説明する厚さ計算を実行するために、計算は、ターゲット面の既知の色（または、より具体的には、２つ以上の特定の波長における既知の反射率。但し、これら２つの幾分異なる概念は、この説明の目的のために同じものとして取り扱われる）を利用する。ターゲット面が既知の均一の色を有する場合には、該予め決定された色を、（たとえば、測定された色の特定の波長またはRGB成分で）ターゲット面全体の色を記述するか、または、測定値が得られた２つ以上の波長における該表面の反射率を記述する１つ以上のスカラー値として特徴付けてコンピュータメモリに格納することができる。可変のパターンまたはこれに類するものが使用される場合には、該予め決定された色を、ターゲット面上の色パターンの空間分布を特徴付ける配列として格納することができる。

ステップ８０４に示すように、方法８００は、ターゲット面とセンサーの間に分布している媒体の第１の波長における第１の吸収係数及び第２の波長における第２の吸収係数を特徴付けるステップをさらに含むことができる。これらの値は、ターゲット面からセンサーに向かって反射された光の（予測される）減衰率を評価して厚さを計算できるようにするために使用される。一般に、減衰係数を、媒体、及び、該媒体に混合されているか、または、該媒体全体に分布させられている任意の物質に基づいて予測することができ、あるいは、減衰係数を、較正プロセスやこれに類するものなどの任意の適切な技術を用いて測定することができる。

ステップ８０６に示すように、測定値をセンサーから受け取ることができる。該センサーは、対象とする領域内のある位置のある方向における強度を取得する光センサー、ピクセルアレイ、または、上述の他のセンサーのうちの任意のものとすることができる。第１の波長における強度及び第２の波長おける強度の測定値を、後続の計算で使用するために、プロセッサ（またはプロセッサに関連付けられたメモリ）に信号として提供することができる。

ステップ８０８に示すように、方法８００は、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するステップを含むことができる。適切な計算法は上述されている。

ステップ８１０に示し、及び、より一般的に上述したように、ターゲット面の３次元再構築を得ることができる。この再構築プロセスにおいて、厚さ測定値を、たとえば、厚さ測定値と関連する方向性（どの方向か）の組み合わせ、並びに、媒体（該媒体全体の厚さ測定値、または、該媒体を通る方向における該媒体の厚さ測定値が取得される）の幾何学的形状及び／または配置に関する情報を用いて、ターゲット面の３次元画像に変換することができる。任意の適切な位置合わせ技術を用いて、個々の３次元画像を１つの複合３次元画像に統合することもできる。

上述の方法８００は、例示であり、これに限定することを意図したものではないことが理解されよう。当業者には、多くの変形、追加、削除、及び他の変更が明らかであろう。さらに、本明細書及び図面におけるそれらのステップの順番及び提示は、特定の順番が要求されていることが明示されているか文脈から明らかである場合を除いて、記載されているステップをその順番で実行することを要することを意図したものではない。したがって、たとえば、ターゲット面の色を特徴付けるステップは、減衰に基づく厚さ測定を可能にするために、（介在する減衰媒体がない状態で）表面の特徴に関する十分な情報を提供する３次元画像化（または立体化）ハードウェアでターゲット面を画像化するステップを含むことができる。さらに、色並びに減衰係数の特徴付け（特性評価）を、波長固有の強度情報を取得する前または取得中または取得後に実行することができる。かかる全ての変更は本開示の範囲に含まれることが意図されており、制限しない意味に解釈されるべきである。

図９は、単一のカメラを使用して厚さを測定するための方法を示す。図９を参照して説明する方法９００を、互いに結合されて上記のように動作するカメラ及びプロセッサにおいて具現化できる（またはこれらに組み込むことができる）こと、または、方法９００を、１つ以上のコンピューティング装置で実行されるときに記載されているステップを実行するコンピュータ実行可能コードを含むコンピュータプログラム製品において具現化できることが理解されよう。

ステップ９０２に示すように、方法９００は、カメラからカラー画像を受け取るステップから開始することができる。該カメラを、たとえば、赤の波長、緑の波長、及び青の波長における強度測定値を含む２次元画像を提供する任意の市販のカラーカメラなどとすることができる。これらの代わりに、該カメラを、シアン波長、マゼンタ波長、及びイエロー波長における強度測定値を含む２次元画像を提供する市販のカラーカメラとすることができる。実際には、そのような強度測定値の各々は、対応するセンサーによって検出されるある範囲の波長にわたる強度を表し、該強度を、フィルター、センサー感度、及び、該カメラの他のハードウェア及び処理特性に応じて、赤、緑、青のそれぞれの中心周波数の周りの比較的広いかまたは狭い帯域測定値としうることが理解されよう。２次元画像は、赤、緑、青の画像の各々について、ピクセル値の３つの配列などの任意の数の形態を取ることができる。

ステップ９０４に示すように、方法９００は、カメラの複数のピクセルの各々について、該カラー画像を処理して第１の波長における強度及び第２の波長における強度を決定するステップを含むことができる。カメラが、対応するフィルターの使用などを通じて対象とする波長における直接の測定値を提供する場合には、それらの値を後続の厚さ計算に直接使用することができる。カメラがRGBまたはCMYデータを提供する場合には、画像に含まれている個別のカラー値（色値）から対象とする波長を推測することができる。

ステップ９０６に示すように、方法９００は、第１の波長と第２の波長の各々に対する媒体の既知の減衰係数、並びに第１の波長の強度及び第２の波長の強度に基づいて、該複数のピクセルの各々に対応するカメラからの方向における媒体の厚さを計算するステップを含むことができる。より一般的には、上述の任意の技術を従来のカラーカメラ及び適切な対応する処理と共に用いて、本明細書に記載されている厚さ測定値を得ることができる。

ステップ９０８に示すように、方法９００は、上述の任意の技術などを用いて、ターゲット面の３次元再構築を提供するステップを含むことができる。ステップ９０８を、厚さ計算を提供するのと同じプロセッサによって実行することができ、または、厚さデータを、（媒体の境界情報などの）他の幾何学的情報と共に厚さデータを取得し、及び、ターゲット面の３次元画像を再構築する別のプロセス、プロセッサ、または、機械装置（コンピュータなど）に伝送することができる。１実施形態では、厚さ計算を、カメラ及びプロセッサを含む単一の装置であって、後続の３次元再構築を実行するデスクトップコンピュータなどで使用するための一群の厚さ計算値を出力として提供する単一の装置、に有効に組み込むことができる。

上述の方法９００は、例示であってそれに限定されるものではないことが理解されよう。当業者には、多くの変形、追加、削除、及び他の変更が明らかであろう。さらに、本明細書及び図面におけるそれらのステップの順番及び提示は、特定の順番が要求されていることが明示されているか文脈から明らかである場合を除いて、記載されているステップをその順番で実行することを要することを意図したものではない。かかる全ての変更は本開示の範囲に含まれることが意図されており、制限しない意味に解釈されるべきである。

別の側面において、本明細書に記載されているシステムは、カラー画像を撮像するための上述したカメラ、または任意の類似のセンサー、またはセンサーの集合などの画像形成（撮像）手段、並びに、上記のデータ処理ステップを実行するようにプログラムされている本明細書に記載されている任意のプロセッサまたはこれに類するものを含む処理手段を含むことができる。

図１０は、本明細書に記載されている技術を人間の外耳道などの内部空間の画像形成に適合させた場合の構成を示す。図１０に示すように、システム１０００は、内部空間１００４の周りに形成された、内面１００６及び外面１００８を有する膨張性の膜１００２、第１のポート１０１２及び第２のポート１０１４を有するシール（密封材）１０１０、媒体１０１８の供給源（供給器）１０１６、ポンプ１０２０、光源１０２２、センサー１０２４、プロセッサ１０２６及び他のハードウェア１０２８を備えるコンピュータ１０２５を含むことができる。システム１０００を本明細書に記載されている独創的な任意の画像形成技術と共に使用することができるが、システム１０００をそれらに加えて、または、それらの代わりに、ERLIFや任意の他の類似の技術などの既知の薄膜厚さ測定技術で使用するように適合させることができることが理解されよう。

通常の動作時には、供給源１０１６は、膨張性の膜１００２が膨らんで（不図示の）内部測定体積を充填するように、圧力をかけた状態で膨張性の膜１００２の内部空間１００４に媒体１０１８を送り込む。膨張性の膜１００２が膨らんで内部測定体積に接触して、該測定体積の何らかの部分の形状を成したときに、光源１０２２は膨張性の膜１００２の内面１００６を照明することができ、センサー１０２４は、一般的に上記した任意の技術を用いて２つ以上の波長における強度測定値を取得することができる。取得された測定値をプロセッサ１０２６によって受け取ることができ、該プロセッサは、膨張性の膜１００２の内面１００６上の１つ以上の位置における内部空間１００４内の媒体１０１８の厚さを決定することができ、これらの厚さ測定値は、内面１００６の一部分の３次元画像を得るためにさらに処理されることができる。

膨張性の膜１００２を、内部空間１００４の周りに形成された気球（またはゴム風船）またはこれに類するものとすることができる。一般に、膨張性の膜１００２を、加圧されたガスまたは他の材料で充填されると膨張するように伸長させることができる任意のゴム、弾性体、または他の材料から形成された弾性膜とすることができる。いくつかの実施形態では、これらに加えて、または、これらに代えて、膨張性の膜１００２を、加圧されてまたは材料で充填されて内部（及び／または外部）容積を増加させることが可能な任意の拡張可能な膜、弾性体、または非弾性体とすることができる。したがって、たとえば、膨張性の膜１００２を、上述の任意の膜とすることができ、または、MYLARフィルム（マイラーフィルム）やこれに類するものなどの非多孔性（または無孔性）かつ非弾性の複数のパネルから形成された拡張可能な膜などの非弾性膜とすることができる。このアプローチによって、膨張性の膜１００２の膨張した形状を予期されるキャビティ（空洞）の形状またはサイズに合致させることができる。別の側面において、膨張性の膜１００２は、ほぼ球形または卵形の形状を有することができ、膨張性の膜１００２がキャビティを充填するために伸長及び拡張できるようにする材料から該膜を作製することができる。異なるキャビティには、異なるサイズの気球（またはゴム風船）及び他の膨張性の膜を使用できることが容易に理解されよう。

膨張性の膜１００２は、非多孔性のもの、または、その内部に加圧されたガスまたは他の材料を保持することができるものとすることができ、これによって、該膜を内部体積の範囲で膨らませることができ、及び、加圧下で、該膜が該内部体積の形態をとることが可能となる。１側面において、膨張性の膜１００２が内部体積内で膨らむと、該内部体積のどのような輪郭にもぴったりと追従するように該膜は十分な可撓性及び弾性を有することができ、かつ、膨張性の膜１００２が膨張してそのような内部体積の壁に接触する（または接触した）ときに、内面１００６の測定値を用いて外面１００８の形状を正確に推測できるように該膜を十分に薄くすることができる。より一般的には、その内部空間に材料を保持することができ、かつ、内部体積の表面輪郭にぴったりと追従するように該内部体積いっぱいまで拡張（膨張）することができる任意の膜を、膨張性の膜１００２として利用することができる。

多くの変形形態が可能であること、及び、膨張性の膜１００２の任意の表面を撮像（画像形成）のために使用できることが理解されよう。たとえば、膨張性の膜１００２を光透過性の（または透明な）材料から作製することができ、外面１００８を、蛍光層または発光層でコーティングすることができる。そのような実施形態では、３次元再構築は、ターゲット面を再構築するときに膨張性の膜１００２の厚さを考慮（または計上）することができる。別の側面において、内面１００６などの表面は、上述のいくつかの画像形成技術の使用を可能にするために、既知の均一の色または所定の色分布などの所定の色を有することができる。別の実施形態では、撮像されるキャビティは該キャビティ自体が既知の色を有するか、または、該キャビティに塗布される蛍光塗料（または蛍光コーティング）または発光塗料（または発光コーティング）を有することができる。かかるキャビティを、光透過性（または透明）で、上記の撮像媒体の１つを含む膨張性の膜１００２を用いて、（該媒体と該キャビティの表面の間の膨張性の膜１００２の厚さを考慮するための適切な調整が施された状態で）撮像（画像形成）することができる。

シール１０１０を用いて、大気圧下の空気などの周囲環境から内部空間１００４を隔離することができる。シール１０１０は、内部空間１００４にアクセスするための第１のポート１０１２及び第２のポート１０１４などの任意の数のポートを有することができる。いくつかの実施形態では、シール１０１０は、Ｏリングまたはこれに類するものを有することによって、スリーブ１０１５を省くことができる。そのような実施形態では、Ｏリングと、該リングを通して挿入される光学部品及び電子部品などとをぴったりとはめ合わせる（またはしまりばめする）ことによって、内部空間１００４内に加圧ガス（または液状媒体もしくはこれに類するもの）を保持することができる。

第１のポート１０１２を、たとえば、内部空間１００４内に開口端を有する流体ポートとすることができ、該ポート１０１２は、上記のガスまたは任意の他の媒体などの媒体を加圧した状態で内部空間１００４中に送り込むための供給ポートとして機能することができ、これによって、厚さ測定を容易にするために使用される媒体でもって膨張性の膜１００２を膨らませることができる。第１のポート１０１２は、内部空間１００４中への媒体１０１８の送り込みを制御するためのバルブ（弁）１０１３またはこれに類するもの有することができる。

第２のポート１０１４は、内部空間１００４中に挿入されて厚さ測定のためのデータを取得することが可能な光学部品、光源、及びこれらに類するものに対するアクセスポートとして機能することができる。第２のポート１０１４を、内部空間１００４に挿入し及び該内部空間１００４から取り出されるときにそのようなハードウェア（機器）を物理的に収容するスリーブ１０１５に結合することができる。１側面において、スリーブ１０１５を、光源１０２２及び／またはセンサー１０２４に結合されて、光源１０２２及び／またはセンサー１０２４が、膨張性の膜１００２が膨らむときに該膜の内部空間１００４内を動くことができるようにする弾性のまたは拡張（または伸長）可能なスリーブとすることができる。別の側面において、スリーブ１０１５を、膨張性の膜１００２内にアクセス空間１０１７を画定し、かつ、加圧されて媒体が充填された内部空間１００４の残りの部分から物理的に隔離された光透過性の（または透明な）剛性のシェル（外郭）またはこれに類似のものとすることができる。このようにして、光ファイバー束またはこれに類似のものなどの光供給器、レンズ、フィルター、または他の光学要素、センサー、光源、（たとえば、センサー及び／または光源を動作させるための）電子機器、電線、または、電力を供給するための他の電気的結合要素などを内部空間１００４（またはより正確には、内部空間１００４内のアクセス空間１０１７）に自由に挿入したり該内部空間１００４から自由に取り出したりする一方で、シール１０１０を膨張性の膜１００２上に維持して、たとえば、加圧ガスまたはこれに類するものを保持することができる。別の側面において、スリーブ１０１５（または、スリーブ１０１５内の窓、のぞき窓（ビューポート）、またはこれらに類するもの）を、媒体に屈折率整合させることができ、これによって、該スリーブが該媒体と実質的に同じ屈折率を有するようにすることができる。これは、媒体が充填された内部空間１００４への実質的に歪みのない光路を提供することができる。

供給源１０１６を、媒体１０１８の供給を維持する任意の貯蔵槽、タンク、または他の容器とすることができ、該媒体は、ガス、液体、ゲル、またはこれらに類するものなどの上記の任意の媒体とすることができる。一般的に供給源１０１６を、媒体１０１８を加圧した状態で送り込むことができる任意の供給源とすることができる。いくつかの実施形態では、供給源１０１６は、媒体１０１８を加圧した状態で第１のポート１０１２を通じて内部空間１００４へと送り込み、及び、同様にして媒体１０１８を内部空間１００４から排出するためのポンプ１０２０または他の装置を含むことができる。ポンプ１０２０を、媒体１０１８を加圧した状態で送り込むことができる任意の電気機械装置とことができ、かかるポンプには、回転式ポンプ、蠕動ポンプ、往復動（式）ポンプ、遠心ポンプ、エダクターポンプ（eductor-jet pump）、水撃ポンプなどがある。供給源１０１６はユーザ制御部を含むことができ、該制御部を、コンピュータ１０２５によって遠隔から作動させることができ、または、ポンプ１０２０を電気的に制御する、スイッチ、ノブ、ダイヤル、またはこれらに類するものとして供給源１０１６に設けることができる。いくつかの実施形態では、供給源１０１６は、媒体１０１８に圧力を手動で加えるか、または、他のやり方で媒体１０１８を機械的に送り込む（この場合も圧力が加えられた状態で）ためのプランジャー、レバー、ノブ、または、これらに類似の装置を含むことができ、それらのいずれも、本明細書で使用されている用語であるポンプ１０２０として機能することができる。より一般的には、媒体１０１８を内部空間１００４に選択的に送り込むことを可能にする任意のやり方で供給源１０１６を内部空間１００４に結合することができる。ポンプ１０２０は、たとえば、媒体１０１８を制御された圧力でもって送り込むことができ、または、体積が制御された媒体１０１８を送り込むことができ、または、任意の他の適切な基準にしたがって動作することができる。他の側面では、供給源１０１６を、媒体１０１８を送り込むために収縮する加圧式弾性容器とすることができる。

光源１０２２は上記の任意の光源を含むことができる。膨張性の膜１００２が発光状態にされる１側面では、アクセス空間１０１７内の光源１０２２を省くことができる。１側面において、光源１０２２を、アクセス空間１０１７に（第２のポート１０１４を通じて）挿入可能な（または挿入に適した）形状及びサイズにすることができ、または、内部空間１００４内に配置することができる。別の側面において、光源１０２２を、たとえば、内面１００６に分布させられているか、または、内部キャビティのターゲット面に直に分布させられた発光層とすることができ、または、光源１０２２を、上記の測定技術に適した膨張性の膜１００２のターゲット面上のある位置を照明するために、シール１０１０上または任意の他の位置に配置することができる。

センサー１０２４は上記の任意のセンサーを含むことができる。センサー１０２４を、第２のポート１０１４を通じてアクセス空間１０１７に挿入可能（または挿入に適した）な形状及びサイズとすることができ、または、他のやり方で膨張性の膜１００２の内部空間１００４に挿入することができる。１側面において、（アクセス空間１０１７内において、または、それに取り付けられたスリーブ１０１５と共に）ファイバースコープまたはボロスコープを、オプションである、プリズムなどの任意の適したレンズ、または、円錐形のもしくは放物線状のもしくは角のある（またはある角度をなす）もしくはその他のチップ（先端部分など）を有する鏡面（これらもまた、媒体１０１８と屈折率整合させることができる）と共に用いることができる。かかる実施形態では、センサー１０２４は、内部空間の円筒形の断面から測定値を取得する視野（視界）を有することができることが理解されよう。これは、従来のカメラ及びレンズとは大きく異なる、強度測定のための幾何学的形状（及び／または配置）及び方向性を提供することができ、一群の空間測定値及び後続の任意の３次元再構築に対する適した調整が望ましい場合がある。

いくつかの実施形態では、媒体１０１８を通過する光路を改善するために、既知のサイズを有する光透過性の（または透明な）屈折率整合されたチップをファイバースコープに付加することができる。これによって、より吸収性の高い媒体を使用することができ、したがって、該チップからより離れたところにあるシステムの深さ分解能を高めることができる。換言すれば、そのようなチップは、比を深さに関係付ける指数関数曲線をシフトさせる（ずらす）ことができ、かかる関係によってより優れた深さ測定を可能にする。

コンピュータ１０２５は、上記の任意のプロセッサまたは他のコンピューティング装置などのプロセッサ１０２６を含むことができる。コンピュータ１０２５は、また、入力／出力インターフェース、メモリなどの他のハードウェア１０２８を含むことができる。該他のハードウェア１０２８は、一般に、センサー１０２４、光源１０２２、及び、供給源１０１６に動作可能に結合する任意のハードウェアを含むことができる。１側面では、該他のハードウェア１０２８は、入力が光ファイバーによってセンサー１０２４に結合された光変換器（光トランスジューサ）またはピクセルアレイなどの電子撮像装置を含むことができる。別の側面では、該他のハードウェア１０２８は、光ファイバーによって光源１０２２に結合された照明源を含むことができる。別の側面では、センサー１０２４及び／または光源１０２２を、電線またはこれに類するものでコンピュータ１０２５に電子的に結合された電子装置とすることができる。別の側面では、光源１０２２及びセンサー１０２４を、自家動力式（すなわち電源内蔵式）のものとすることができ、かつ、これら自体を制御及び動作させるためのコンピュータ１０２５に無線で結合することができる。コンピュータ１０２５を供給源１０１６に結合することもでき、該コンピュータは、ポンプ１０２０の動作を制御して、膨張性の膜１００２の内部空間１００４に媒体１０１８を送りこむ（及び／または、該内部空間から媒体１０１８を取り除く）ことができる。

膨張性の膜１００２は、軟質フォーム（または柔らかい発泡樹脂）または類似の物質から形成された柔らかく曲げやすいキャップとすることができるキャップ１０３０を含むことができる。キャップ１０３０は、（スリーブ１０１５が、該キャップがない場合には不快感や物理的損傷を生ずる可能性がある硬い材料で形成されている場合などに）膨張性の膜１００２を挿入している間、人間の外耳道などの挿入場所を保護することができる。

システム１０００は、該システム１０００の動作を制御し、該システムの状態を監視するためにコンピュータ１０２５と協働することができる任意の種々の他の状態センサーや空間センサーなどを含むことができることが理解されよう。

一般に、システム１０００を、上述の任意の画像形成技術に使用するために適合させることができる。たとえば、画像形成技術がターゲット面に付着させられた蛍光層を用いる場合には、内面１００６、外面１００８、または、膨張性の膜１００２が蛍光材料（クマリン−１５３など。但し、これには限定されない）またはこれに類するものを含むように、膨張性の膜１００２を適合させることができる。したがって、１側面において本明細書で開示されるのは、蛍光性の（すなわち蛍光を発する）内面を有する膨張性の膜であって、該膜を内部体積（該内部体積中で該膜が膨張させられる）の３次元画像を取り込むために利用できるところの該膨張性の膜である。同様に、一般的に上記したように、（たとえば、気球が膨らむにつれて該気球の色が変わる場合には、処理に対する追加の修正措置が必要になりうるが）所定のまたは既知の色を該内面に用いることができ、または、該所定の色をキャビティ中のターゲット面に配置または塗布することができる。

内部測定用のシステム１０００を、特定の画像形成状況に対してより特別に適合させることができる。たとえば、膨張性の膜１００２を人間の外耳道に挿入するのに適した（及び、該外耳道内で膨張させるのに適した）形状及びサイズにすることができ、またはより具体的には、人間の耳に挿入するのに適した形状及びサイズにされた圧縮された（たとえば、膨張していない）形態を有することができ、これによって、膨張性の膜１００２を、外耳道に挿入して膨らませることができ、その後、該外耳道の３次元画像を撮像するために使用することができる。より一般的には、嚢、胃、外耳道などの生物学的空洞（生体空洞）を撮像するために、または、ピストン・チャンバー、タンク、及び他の容器などの機械部品を撮像するために、システム１０００を有効に利用することができる。

１側面において、本明細書に開示されているのは、膨張手段、照明手段、センサー手段、及びプロセッサ手段を含むシステムである。膨張手段を、供給源１０１６、または、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する媒体で膨張性の膜を膨らませるための任意の他の手段とすることができる。照明手段は、上記の光源１０２２、または、該膨張性の膜の表面を照明するか、または、該表面を他のやり方で励起するための本明細書に記載されている任意の他の手段を含むことができる。センサー手段は、センサー１０２４、または、該照明手段によって照明されたときに該表面のある位置における第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定するための本明細書に記載されている任意の他の手段を含むことができる。プロセッサ手段は、該プロセッサ、または、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置のある方向における媒体の厚さを計算するようにプログラムされた本明細書に記載されている任意の他の手段を含むことができる。

いくつかの実施形態では、システム１０００を、内部測定や外耳道だけでなく、より一般的なターゲット（目標物）を測定するために適合させることができる。かかる実施形態では、膨張性の膜１００２を、遠隔の対象物の表面に合致させるために該対象物に接触するように移動させることができる。この場合、膨張性の膜１００２は、該媒体を収容することができ、または、該媒体を収容するために膨張することができる。たとえば、膨張性の膜１００２は、媒体を収容する柔軟な袋、または、非常に変形しやすい袋を含むことができる。そのような膨張性の膜１００２は、３次元画像を取得できるように対象物（の形状）に適合することができる。これを、たとえば、タービン翼や他の寸法の影響を受けやすい部品などに対する品質管理または部品検査に有効に利用することができる。このアプローチは、ターゲットとなる対象物に変更を加えることなく、かつ、該対象物を媒体にさらすことなく３次元測定を可能にする。様々な他の用途が容易に理解されようが、それらの用途は、本開示の範囲に含まれることが意図されている。

いくつかの実施形態では、システム１０００を、膨張性の膜１００２が２つ以上のチャンバーを含むように適合させることができる。これらのチャンバーの各々をそれ自体の供給源１０１６に動作可能に結合することができ、該チャンバーの各々は、膨張性の膜１００２が最終的に配置されることになる管（または外耳道）の一部の予期された寸法に基づいて適合される特性を有する媒体を含む。限定しない例として、たとえば、外耳道の外側部分は同じ外耳道の内側部分よりも広いことを予期することができる。したがって、外耳道を伴う用途では、外耳道の外側部分に対応する第１のチャンバーを、外耳道の内側部分に対応する第２のチャンバーよりも吸収性（吸収率）が低い光媒体で充填することができる。かかる適合化によれば、同じ照明源からの照明光が第１のチャンバーを通って伝搬する距離（この距離はより長いことが予期されている）の方が、該照明光が第２のチャンバーを通って伝搬する距離（この距離はより短いことが予期されている）よりも長くなるようにすることができる。いくつかの実施形態では、媒体の光学特性を、チャンバー毎に蛍光塗料を異ならせるだけでなく、染料構成物及び／または染料濃度によって調整することができる。スリーブ１０１５は、各チャンバー中へと入るか、または、各チャンバーを通過することができ、好ましくは、媒体の各々に屈折率整合し、または、個別のスリーブをチャンバーの各々に設けることができる。

図１１は、内部空間の３次元画像を取得するための方法のフローチャートである。一般に、方法１１００は、キャビティ内の上記の任意の膨張性の膜などの膨張性の膜を配置するステップと、上記の任意の媒体などの媒体で該膜を膨張させるステップを含むことができる。この場合、適切な照明源及び画像取り込みハードウェアを用いて、該キャビティの内壁の３次元再構築で使用するために、厚さ測定値を取得することができる。方法１１００を、たとえば、上述のシステムを用いて実施することができる。

ステップ１１０２に示すように、該方法は、キャビティ内に膨張性の膜を配置するステップから開始することができる。このステップを、多数の内部キャビティに適合させることができることが理解されよう。たとえば、胃や嚢などの生物学的空洞を撮像する場合には、該膜を、（のどなどの）手が加えられていない孔部を通して、または、内視鏡またはこれに類するものなどの手術道具の穴を通して挿入することができる形状及びサイズに圧縮することができる。したがって、該キャビティを、人間の外耳道、胃、嚢、または、任意の他の生物学的空洞、または、より一般的に、上記の任意のキャビティ（空洞）とすることができる。膨張したとき及び圧縮されたときの嚢のサイズ並びに特定の画像の所望の分解能を、該膜の適切な材料を選択する際に考慮でき、該材料は、弾性材料から箔（または金属薄片）及び種々の複合物などの非常に薄く可撓性のある非弾性の膜（または被膜）までの多岐にわたるものとすることができることが容易に理解されよう。たとえば、人間の外耳道の撮像（画像形成）に使用する場合には、挿入場所の直径は、撮像（画像形成）されるキャビティに比べて大きく、及び、種々の弾性材料を適切に使用することができる。

膜を使用する種々の技術において、該膜用に選択された材料は、予期される表面のタイプ（種類）及び撮像に望ましい表面精度に部分的に依存しうることもまた理解されよう。いくつかの用途では、細部が重要な場合があり、表面の細部を改善するために、非常に薄くて弾性に富む材料を利用することが好ましい場合がある。他の用途では、高い膨張圧が望ましい場合があり、適切に丈夫な材料が、詳細な表面輪郭（または表面の等高線）を撮像する忠実度には関係なく好ましい場合がある。一般に、多種多様な適切な膜が既知であって、それらの膜を異なる撮像用途に適合させることができる。そのような全てのバリエーションは、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

ステップ１１０４に示すように、方法１１００は、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する媒体で膨張性の膜を膨張させるステップを含むことができる。この媒体を、たとえば、上記の任意の媒体とすることができる。膨張を、たとえば、ポンプ、または、一般的に上述したその他の手動式のもしくは自動化された送り込み機構で行うことができる。膨張性の膜が膨張すると、該膜はキャビティの形態をとることができ、該膜は該キャビティ内で拡張し続ける。該膜内の該媒体は、キャビティ内部の３次元画像を再構築するために使用することができる厚さ測定を容易にすることができる。

ステップ１１０６に示すように、方法１１００は、膨張性の膜の表面を照明するステップを含むことができる。このステップは、たとえば、上記の任意の光源などの光源を活性化させるステップ、または、膨張性の膜内の（または該膜の表面に配置された）発光物質を化学的もしくは電気的に活性化するステップを含むことができる。上述の種々の実施形態において、この照明を、撮像する（たとえば、光透過性の（または透明な）膜及び蛍光性のキャビティ壁（中空壁）を有する）キャビティの壁などの別の表面に向けることができることが理解されよう。かかる実施形態では、膨張性の膜の表面を照明源の位置に関係なく照明することもでき、そのような全ての変形形態は、本明細書に記載されている「照明するステップ」の範囲内に含まれることが意図されている。

ステップ１１０８に示すように、方法１１００は、該表面が照明されるときに該表面のある位置のある方向における第１の波長の強度及び第２の波長の強度を測定するステップを含むことができる。これは、上記の任意のセンサーを用いて波長強度を測定するステップ（該ステップは、たとえば、先端部が円錐形のファイバースコープ（conical-tipped fiberscope）またはこれに類するものを用いて、光ファイバーを介して該膜外の電子撮像装置に光信号を送信することを含む）を含むことができる。１側面において、これは、ファイバースコープの円柱形の視野内で測定値を取得するステップを含むことができる。

ステップ１１１０に示すように、方法１１００は、たとえば、該表面及び該媒体などの性質に応じて上述した任意の技術を用いて、第１の波長の強度と第２の波長の強度の関数に基づいて該位置の該方向における媒体の厚さを計算するステップを含むことができる。ステップ１１１０を、任意の適切なプロセッサ、または、任意の他のコンピューティング装置、または、コンピューティング装置の任意の組み合わせによって実行することができる。

ステップ１１１２に示すように、方法１１００は、厚さ測定値、及び、該媒体の利用可能な境界情報に基づいて、該表面の３次元画像を再構築するステップを含むことができる。そこで、たとえば、光透過性の（または透明な）プラスチックチューブまたは他の光透過性（または透明）で剛性のスリーブがセンサー及びこれに類するものに使用される場合には、厚さ測定値を、媒体とのスリーブの物理的境界面から得ることができる。ステップ１１１２を、任意の適切なプロセッサ、または、任意の他のコンピューティング装置、または、装置の任意の組み合わせによって実行することができる。

いくつかの実施形態では、方法１１００は、上述にように、膨張性の膜を第１の圧力になるまで膨張させ、計算によって媒体の第１の厚さを決定することを繰り返すことを含む。この場合、上述のように、膨張性の膜は、今度は第２の圧力になるまで再び膨張し、計算によって媒体の第２の厚さが決定される。第１の測定と第２の測定が対象物の同じ対象ポイントに対応し、かつ、そのような複数の測定が該対象物の複数の対象ポイントについてなされるときには、方法１１００は、その対象ポイントにおける該対象物の相対的な硬度、または、キャビティが圧力によってどのように変形するか（すなわち膨張または収縮するか）を示すコンプライアンスマップを生成するステップを含むことができる。たとえば、第１の測定と第２の測定の間で厚さがより大きく変化した（たとえば、より大きな圧力によって動いた）ことを示す対象ポイントは、それらの測定の間で厚さがそれほど変化しなかったことを示す対象ポイントよりもより高い「弾性」を有する。したがって、ステップ１１１２は、該コンプライアンスマップを計算するステップを含むこと、または、該計算するステップから構成されることができ、方法１１００の論理フローは、異なる加圧状態における任意の数の測定について、ステップ１１１０からステップ１１０４まで戻るループを含むことができる。

図１２は、内部測定に使用するための自己膨張式の袋（空気袋やゴム製の袋など。以下、自己膨張式袋という）を示す。一般に、自己膨張式袋１２００は、上述のシステム１０００の多くの要素を含む折りたたみ可能な膜などの膜１２０２（但し、システム１０００の場合とは後述のような相違点がある）を含むことができる。

膜１２０２を、内部空間１００４のまわりに形成することができ、及び、外力がない状態では元の形状に戻る材料から構成することができる。たとえば、膜１２０２を、元の形状に戻る、形状記憶合金、粘弾性固体または粘弾性発泡体、光誘起形状記憶ポリマー、形状記憶ゴム、または任意の他の薄膜、フレーム（または枠組み構造体）、格子、各種の要素からなる外部及び／内部構造物、構造物の組み合わせから形成することができる。膜１２０２を（該膜が膨張した形態において）、１つ以上の体積（または寸法）で撮像されることになるキャビティよりも大きくなるような形状及びサイズにすることができ、これによって、該膜１２０２が圧縮された膜へと圧縮されたときに該膜を該キャビティに挿入し、その後、該キャビティの内壁に接触するまで膨張させることができる。より一般的には、動作時に、力を加えることによって膜１２０２を圧縮し、その後、撮像のためにキャビティを充填するなどのために、該膜の元の形状まで膨張するように解放することができる。１側面では、膜１２０２を、熱、水蒸気、電界などの印加などのユーザーによって制御された条件の下で元の形状に戻る材料から作製することができる。かかる実施形態では、膜１２０２は、適切な形態の活性作用を加えることの他には、物理的な外力がなくても元の形状に戻る傾向があることが理解されよう。そのような全ての変形形態も、本明細書で使用されている表現である、外力がない状態で元の形状に戻る膜、という範囲に含まれることが意図されている。

圧縮された膜は、本明細書で使用されている表現である、「圧縮された」状態になるために、体積が小さくなる必要はないことが理解されるべきである。たとえば、全体的に弾性のある膜が粘質物で充填される場合には、力を印加することによって該膜を伸長させて、該膜の長さをより長くし、かつ、該膜の厚さをより薄くすることができる。この圧縮された状態では、該膜を（外耳道などの）狭い通路に挿入することができ、次に、該膜は、その元のより厚い形状に戻るときに該通路の壁に接するように膨張することができる。したがって、本明細書で説明する種々の実施形態は、媒体を膜の中へ及び該膜の外へと移動させることを含むが、他の実施形態では、折りたたみ可能な膜を、該膜の体積を全体的に変えることなく該媒体を該膜内で移動させることによって圧縮することができる。かかる実施形態では、該膜内で該媒体を操作するための任意の流体ポートまたはこれに類するものを要することなく、該膜を密閉された形態に有利に作製することができる。

内部空間１００４を、（この場合は、流体ポートとすることができる）第１のポート１０１２を介して媒体１０１８の供給源１０１６（これらは、上記の任意の供給源（または供給器）及び媒体とすることができる）に結合することができる。該第１のポートは、供給源１０１６を内部空間１００４に結合し、及び、供給源１０１６と内部空間１００４の間を媒体１０１８が通過する速度（または量の割合）を制御する流量制限器１２１３またはこれに類するものを備える。これは、たとえば、多孔質膜、ノズル、狭い流体通路、（流量（または流速）を可変制御するための）調整可能な弁、または、膜１２０２が膨張しているときに内部空間１００４中への媒体１０１８の通過速度を遅くするための任意の他の物質または構造（またはこれらの組み合わせ）を含むことができる。一般に、流量制限器１２１３は、媒体１０１８の流れを制限することによって、外力がない状態で膜１２０２が膨張する速度を制限する。これは、膜１２０２を、力を加えることによって圧縮して、その後解放することを有効に可能にする。膜１２０２は、この解放された時点で、該膜が完全に膨張する前に、該膜をキャビティに挿入できるように十分にゆっくりと膨張することになる。

上記の任意の剛性のシェルなどのシェルとすることができるスリーブ１０１５を、内部空間１００４内に配置して、光強度（または光度または光量）測定を容易にするために光源１０２２、センサー１０２４、及びこれらに類するものを挿入するためのアクセス空間１０１７を画定することができる。スリーブ１０１５を光透過性の（または透明な）材料から作製することができ、または、該スリーブは、そのような測定のための少なくとも１つの光透過性（または透明）領域を含む。スリーブ１０１５は、シール１０１０からキャップ１０３０（該キャップは、上記の任意のキャップなどの柔らかく曲げやすいキャップとすることができる）まで延びることができる。１側面では、スリーブ１０１５を、キャップ１０３０及びシール１０１０に直接にまたは追加の構造を介して物理的に接続して、供給源１０１６及び第１のポート１０１２と共に、挿入可能な撮像装置として使用できる固体または全体的に剛性の構造を形成することができる。自己膨張式袋１２００が、たとえば、人間の外耳道に使用するのに適した形状及びサイズとされている場合は、該装置を挿入する間外耳道を保護するために、キャップ１０３０を柔らかく及び／または曲げやすいものとすることができる。

キャップ１０３０は光透過性（または透明な）窓を含むことができる。自己膨張式袋１２００（または、本明細書に記載された内部撮像のための任意の他の装置）を、たとえば、外耳道または他の開口に挿入する間、ファイバースコープが該窓を通じた光学的視野を有するように、該ファイバースコープをアクセス空間１０１７に挿入でき、及び、センサー１０２４は、外耳道の長さだけ先のところの画像を取得することができる。この視野を使って、ユーザーは、自己膨張式袋１２００（または他の装置）を外耳道に誘導することができ、さらに、たとえば、鼓膜または他の障害物や敏感な領域にぶつかる前に、ユーザーは挿入を停止させることが可能になる。自己膨張式空気袋１２２０（または他の装置）は、挿入の間外耳道を照明するための補足的な照明装置を含むことができ、または、光源１０２２をこの目的を達成するように適合させることができる。

１側面において、折りたたみ可能な膜を圧縮された形状で機械的に保持する保持装置（または保持具。以下同じ）１２１６を設けることができる。したがって、使用時には、膜１２０１を、たとえば円柱形のスリーブまたはこれに類するものとすることができる保持装置１２１６の内径より小さなサイズに圧縮することができ、保持装置１２１６を、該圧縮された形状にぴったり適合させて膜１２０２を保持することができる。３次元画像を取得するときに、保持装置１２１６を移動させる（または取り外す）ことができ、自己膨張式袋１２００を対象とするキャビティに挿入して、該対象とするキャビティの形状になるようにゆっくりと膨張させることができる。この膨張速度は、たとえば媒体１０１８の粘性（または粘度）、流路に配置された流量制限器１２１３、及び、膜１２０２がそれの完全に膨張した形状に向かって膨張するときに該膜によって加えられる機械的な力（機械力）によって決まる。保持装置１２１６を、剛性の材料（または材料の組み合わせ）、または、膜１２０２を圧縮された状態に保持するのに適した任意の他の材料で有効に形成できることが理解されよう。保持装置１２１６を、キャップ１０３０上を摺動して膜１２０２からはずれるような形状及びサイズとされた単一の構造とすることができ、または、保持装置１２１６を、たとえば、互いにかみ合わされて、膜１２０２のまわりに隔置されることができる複数の構成要素からなるアセンブリ（組立体）、または、膜１２０２を蝶番動作可能に囲む複数の構成要素からなるアセンブリ（組立体）、あるいは、他のやり方で膜１２０２を圧縮された形状に取り外し可能に保持する複数の構成要素からなるアセンブリ（組立体）で形成することができる。該圧縮された形状を、３次元画像が所望される人間の耳や任意の他のキャビティへの挿入に適した形状及び／またはサイズにすることができる。

図１２は、圧縮された状態において単純な円柱状をなす膜１２０２を示しており、特定の撮像用途に適した任意の形状を同様に使用できること、及び、該形状は、挿入場所の形状及びサイズ、または、撮像されるキャビティの形状及びサイズ、または、これらの何らかの組み合わせに適応できることが理解されよう。たとえば、人間の外耳道の内側部分及び外側部分は大きく異なる内径を有する。したがって、１側面において、自己膨張式袋１２００、膜１２０２及び該膜の保持装置１２１６は、先細り形状（テーバー状）または２段階形状を有することができる。これらの形状の直径は、外側の外耳道を撮像するために外側部分において比較的大きく、内側の外耳道のより深い部分を撮像するために内側部分において比較的小さい。異なる撮像用途のために任意の数の類似の適合化を行うことができるが、それらは全て当業者には容易に理解されるであろう。

図１３は、上記の自己膨張式袋などの自己膨張式袋を使用して、内部空間の３次元画像を取得する、より具体的には、人間の外耳道の３次元画像を取得するための１方法のフローチャートである。

方法１３００は、ステップ１３０２に示すように、外力がない状態で元の形状に戻る折りたたみ可能な膜を提供するステップから開始することができる。ここで、該折りたたみ可能な膜は内部空間を有する。該膜を、たとえば、上記の任意の膜とすることができる。上記したように、外力がない状態で元の形状に戻る膜は、抑圧する物理的力（たとえば、上記の保持装置）が解除されているときでも、活性化の何らかの形態（光、熱、電気など）が加えられているときでも、またはこれらの何らかの組み合わせにおいても、ある形状に戻る傾向がある任意の構造または構造の組み合わせを含むことが意図されている。

ステップ１３０４に示すように、方法１３００は、折りたたみ可能な膜を人間の外耳道に適合する（フィットする）形状及びサイズに圧縮するステップを含むことができる。これは、たとえば、該膜を、外耳道に適合させるのに十分に狭い概ね円柱形状に圧縮するステップを含むことができる。１側面では、ある時間マージンを設けることができ、これによって、保持装置が取り外されて、該膜が（上記のように）膨張を開始するときに、（該膜の）操作及び外耳道への挿入を可能にするために、該膜が、ある時間の間外耳道の予測されたサイズを超えて膨張しないようにすることができる。この時間マージンを、たとえば、１０秒、または、ユーザーの選択、あるいは取り扱い制約などに応じた任意の他の時間期間とすることができる。

ステップ１３０６に示すように、方法１３００は、上記の任意の保持装置などの保持装置によって該折りたたみ可能な膜を該形状及びサイズに保持するステップを含むことができる。１側面では、該折りたたみ可能な膜を、使い捨ての保持装置を有する使い捨ての膜とすることができる。別の側面では、該折りたたみ可能な膜を再使用可能な膜とすることができ、保持装置は、脱着可能及び交換可能であって、これによって、該折りたたみ可能な膜を何度も再配置することができる。

ステップ１３０８に示すように、方法１３００は、該内部空間を、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する液状の媒体の供給源に結合するステップを含むことができる。ここで、該内部空間は、該内部空間への媒体の流れを制限する（上記の流体ポート及び流量制限器などの）ポートを通じて媒体に結合される。種々の実施形態において、この結合を、折りたたみ可能な膜が圧縮される前または後、及び、保持装置が該圧縮された膜に適合される前または後に行うことができることが理解されよう。

ステップ１３１０に示すように、方法１３００は、保持装置を折りたたみ可能な膜から取り外して、該折りたたみ可能な膜を人間の外耳道に挿入するステップを含むことができる。この時点で、該膜は、膨張し始めて、該媒体を該内部空間に引き込むことができる。上記したように、この膨張の速度は、該媒体の粘性、流量制限の量、膨張している該膜によって生成される圧力、及び、（もしあれば）該供給源の加圧状態などの複数の要因の任意のものに依存しうる。これらの要因を、該折りたたみ可能な膜の設計中に概ね制御することができ、該設計は、流量制限用の調整可能な弁（または加減弁）を設けることなどによって配置するときに手動で調整することを可能にすることもできる。

ステップ１３１２に示すように、方法１３００は、上記の任意の技術を用いた測定及び３次元再構築を含むことができる。

上記の方法１３００は例示であってこれに限定されないことが理解されよう。当業者には、多くの変形、追加、削除、及び他の変更が明らかであろう。さらに、本明細書及び図面におけるそれらのステップの順番及び提示は、特定の順番が要求されていることが明示されているか文脈から明らかである場合を除いて、記載されているステップをその順番で実行することを要することを意図したものではない。したがって、たとえば、膜を圧縮する前または後に媒体を該膜に結合してもよい。媒体が膜を圧縮する前に結合される場合には、逆の圧力（たとえば、吸い込み）を用いて該膜を圧縮して該内部空間から材料を取り出すために、該供給源を使用することができる。同様に、１つの外耳道を具体例として述べたが、本アプローチを、任意の数の生物学的空洞（生体の空洞）や他のキャビティに適応させることができる。かかる全ての変更形態は、本開示の範囲内に含まれることが意図されており、制限しない意味に解釈されるべきである。

図１４は、人間の歯列（または歯や歯並びの状態）などの物体の３次元画像を取得するために本明細書に記載されている技術を適用した構成を示す。１実施形態では、歯列を撮像する際に使用される装置１４００は、底部１４０６及び１つ以上の側壁１４０８から形成された内面１４０４、任意の数の基準（点）１４１０、並びに、上記の任意の媒体などの媒体１４１２を有する撮像トレイ１４０２を備えることができる。図示されていないが、装置１４００を、上記のセンサー、光源、及びプロセッサなどの任意の適切な組み合わせと共に使用できることが理解されよう。装置１４００を、本明細書に記載された独創的な撮像技術（画像形成技術）のうちの任意のものと共に使用することができるが、一方で、それらに加えて、または、それらに代えて、装置１４００を、ERLIFや任意の他の類似の技術などの既知の薄膜厚さ測定技術で使用するために適応させることができることがさらに理解されよう。

撮像トレイ１４０２を、物体の印象（インプレッション）を受容するのに適した任意の容器とすることができる。歯に適用する場合には、画像トレイ１４０２を、歯科用咬合トレイとして使用するのに適した形状及びサイズとすることができる。多くの使い捨て咬合トレイ及び／または再使用可能な咬合トレイ、印象トレイ、フッ化物トレイなどを含む種々のそのような容器が歯に関する技術分野で知られており、これらの任意のものを、本明細書に記載されている技術で使用するために適応させることができる。さらに、完全なアーチ状の咬合トレイ（または全歯列にわたる咬合トレイ：full-arch dental tray）が図示されているが、これに代えて、該トレイは、四分円状などのアーチ（または歯列）の任意の一部分または一方の歯列をカバーするものであってもよいことが理解されよう。他の実施形態では、該咬合トレイは、上側の歯列と下側の歯列を同時に捕捉することができ、これによって、上側と下側の歯列の位置あわせに関する咬合位置決め（または、バイトレジストレーション：bite registration）情報を有利に取得できる。歯科用咬合トレイが図示されているが、撮像トレイ１４０２は、より一般的に、撮像されることになる物体に適した任意の形状及びサイズを有することができることが理解されよう。さらに、撮像トレイ１４０２を上記の任意の種々の撮像技術（画像形成技術）に適応させることができる。該適応は、たとえば、撮像トレイ１４０２を通じて厚さ測定値を取得できるように、撮像トレイ１４０２を、光透過性（または透明な）材料から作製すること、または、撮像トレイ１４０２が上記のような光源として機能することができるように、撮像トレイ１４０２を、蛍光材料または他の発光材料から作製することを含むことができる。該適応は、撮像トレイ１４０２を、上記したような減衰測定で使用することができる既知の色または既知の色分布を有する材料から作製することを含むことができる。これらに加えて、または、これらの代わりに、該適応は、蛍光層、発光層、または、既知のカラー層などの層を内面１４０４に付着させる（または塗布する）ことを含むことができる。

内面１４０４は、媒体１４１２に押し付けられた（または型をとられた）物体の３次元画像を幾何学的に再構築するために厚さ測定値と組み合わせて使用できる既知の寸法を有することができる。１実施形態では、該既知の寸法は、媒体１４１２に歯科印象（歯科用インプレッションともいう）を収容できる。より一般的には、内面１４０４に関する幾何学的情報または空間情報は、撮像トレイ１４０２内の媒体１４１２に関する境界情報を提供し、これによって、媒体１４１２の厚さ測定値を、共通座標系の印象（インプレッション）の空間測定値に変換することができ、それゆえ、３次元再構築が可能になる。したがって、撮像トレイ１４０２は２つの側壁１４０８及び底部（底面）１４０６から形成された内面１４０４を有するものとして図示されているが、３次元再構築のために境界位置が必要とされる領域において該内面１４０４の形状が既知である場合には、該内面１４０４は、より一般的には、撮像されることになる特定の物体に適した任意の直線形状の（または直線で囲まれた）表面、曲線形状の（または曲線で囲まれた）表面、または他の表面（複数の場合あり）を含むことができることが理解されよう。

底部１４０６及び側壁１４０８は、媒体１４１２を撮像トレイ１４０２内に保持し、及び、媒体１４１２の１つ以上の表面の既知の物理的境界を提供し、これによって、厚さ測定値を３次元画像に変換できるようにする。媒体１４１２が、操作及び／または押し付け（または圧入など）中に撮像トレイ１４０２内に完全にまたは部分的に留まるのに十分な粘性を有する場合には、図示のように、側壁１４０８を開いた（すなわち閉じていない）ものとすることができることが理解されよう。たとえば、媒体１４１２が非粘性液体の場合には、該液体を撮像トレイ１４０２内に保持する周囲が完全に閉じた側壁を形成するために、側壁１４０８を有効につなぎ合わせることができる。別の側面では、たとえば、厚さ測定値が取得されることが予期される方向に依存して、底部１４０６と側壁１４０８の１つ以上を光透過性の（または透明な）ものとすることができる。

オプションとして、任意の数の基準（または基準点）１４１０を、撮像トレイ１４０２にまたは該トレイ内に含めることができる。これらの基準を既知の位置に配置することができ、及び／または、これらの基準は既知の形状を有することができる。各基準１４１０は、撮像トレイ１４０２の測定値から得られた画像または他のデータにおいて該各基準を識別できるように、１つ以上の固有の識別特性を有することができる。これらの基準は、一般に、複数の独立した３次元測定値及び／または画像の全体的な位置合わせを容易にすることによって３次元再構築における有用な目印として機能することができる。これらの基準１４１０は、たとえば、撮像トレイ１４０２上の３次元位置に対して相互に関連付けることができるか、または、空間情報を符号化することができる可視の目印を撮像システムに提供することができる。当業者には、より一般的に、３次元位置合わせにおける基準のいくつかのタイプ及び使用が容易に理解されるであろうが、本明細書に記載されている３次元撮像技術（３次元画像形成技術）と共に使用するように適合させることができるそのような全ての基準は本開示の範囲内に含まれることが意図されている。同様に、ランダムパターンもしくは規則的なパターン、または、他の表面処理を、位置合わせに役立てるために利用することができ、並びに、撮像トレイ１４０２、及び本明細書に記載されている他の装置及び測定技術と共に使用するために適合させることができる。

媒体１４１２を内面１４０４内に配置することができ、及び、該媒体は、一般に、上記の任意の媒体を含むことができる。１実施形態では、媒体１０４０は、撮像トレイに挿入された物体の印象（インプレッション）を形成するために変形する（たとえば屈曲したりへこんだりする）ことができ、及び、たとえば、第１の光の波長を第２の光の波長よりも多く吸収することができる。媒体１４１２は、単一の蛍光染料または複数の蛍光染料を含むことができる。媒体１４１２は任意の数のキャリアを使用することができる。

たとえば、媒体１４１２は、該媒体内に印象（インプレッション）を正確に保持できるか、または、該媒体内に該印象を正確に保持するために硬化することができるゲル、液体、または、他の物質を含むことができる。熱硬化性材料、圧力硬化性材料、時間硬化性材料、光硬化性材料、化学硬化性材料、またはこれらに類するもの、並びにこれらの任意の組み合わせを含む（適切な光学特性を有する）任意のタイプの硬化性材料をキャリアとして使用することができる。媒体１４１２を、患者が歯科用咬合トレイを咬んでいる間などのように物体が該媒体内に押し付けられている間に硬化させることができ、または、媒体１４１２を、該物体を引き出した後に硬化させることができる。後者の場合は、媒体１４１２は、媒体１４１２を硬化させることができるまで該物体の有用な印象を保持するのに十分な粘性を有することが望ましい。他の実施形態では、媒体１４１２は、硬化性のものでない場合があるが、物体が除去された後、永久的または半永久的、または、少なくとも厚さ計算のための光強度測定値を得るのに十分な長い時間、正確な印象を保持するのに十分な粘性を有するかもしくは可塑性を有するものとすることができる。他の実施形態では、媒体１４１２及び撮像トレイ１４０２を、該物体が該媒体に埋め込まれている間に撮像（画像形成）することができる。該物体が撮像トレイ１４０２中に完全にフィットする（ぴったり合う）場合には、撮像トレイ１４０２を液体またはこれに類するもので充填された単純な卓上トレイ（またはデスクトップトレイ）とすることができる。該物体が（人間の歯列などの）より大きな物体に物理的に結合されている場合には、厚さ計算用の測定値を底部１４０６または側壁（複数の場合あり）１４０８を通じて得ることができるように、撮像トレイ１４０２を光透過性（または透明なもの）とすることができる。

図１５は、本明細書に記載されている技術を用いて、人間の歯列などの物体の３次元画像を撮像するための１方法のフローチャートである。方法１５００を、たとえば、上記の撮像トレイ１４０２及び媒体１４１２と共に使用することができる。

ステップ１５０２に示すように、方法１５００は、寸法が既知の内面を有する撮像トレイ内に媒体を配置するステップから開始することができる。ここで、該媒体は、該撮像トレイに挿入された物体の印象（インプレッション）を形成するために変形する（たとえば屈曲したりへこんだりする）ことができ、該媒体は、第１の波長の光を第２の波長の光よりも多く吸収する。一般的に、これは、上記の任意の撮像トレイ及び媒体を含むことができる。媒体を撮像トレイ内に配置するために、媒体の粘性及び他の物理的特性に適した任意の適切な道具（ツール）及び／または技術を用いて、該媒体を、該内部空間に流し込み、または、注入し、または散布し（もしくは拡散させ）、または、他のやり方で分布（または分散）させることができる。予めパッケージングされた実施形態では、作製中に、該媒体を、撮像トレイ内に配置して、すぐに使用できる形態で出荷するためにパッケージングすることができる。他の実施形態では、使用する前に、該媒体を、該媒体の管（チューブ）や他の容器などから手操作で撮像トレイ内に配置することができる。いずれの場合も、該撮像トレイを再使用可能または使い捨てのものとすることができる。

ステップ１５０４に示すように、方法１５００は、物体を撮像トレイに挿入するステップを含むことができる。これは、（媒体が液体である場合などに）物体を撮像トレイに配置するステップ、または、該物体を該撮像トレイ内の媒体に挿入するための力を加えるステップを含むことができる。たとえば、撮像トレイが歯科用咬合トレイの場合は、これは、印象（インプレッション）の対象物（すなわち、型などをとる対象物）である歯及びその他の歯列で該媒体をかむことによりユーザーに力を加えさせることなどによって、該歯科用咬合トレイに人間の歯列を挿入する（またははめ込む）ステップを含むことができる。該物体は挿入されると、通常、該媒体を変位させて該媒体内に該物体の印象（インプレッション）を形成することができる。

ステップ１５０６に示すように、方法１５００は、撮像トレイの内面を照明するステップを含むことができる。これは、上記の任意の照明技術を含むことができる。

ステップ１５０８に示すように、方法１５００は、第１の波長及び第２の波長で該内面の画像を取り込むステップを含むことができる。これは、一般に、上記の任意の撮像技術を含むことができる。この文脈では画像を取り込むことは、該表面自体ではなく該表面の方向（向き）に注目することが意図されていることが理解されよう。したがって、たとえば、光透過性の（または透明な）撮像トレイが使用される場合には、取り込まれた画像を、該内面自体ではなく、該内面の背後にある媒体からの光の強度とすることができる。したがって、多くの実施形態では、該画像を、光が反射される実際の位置ではなく、光強度が測定される方向に関連付けることができる。

それらに加えて、または、それらに代えて、該内面の画像を取り込むステップは、該撮像トレイ内に設けられている複数の基準の基準画像を取り込むステップを含むことができる。任意の種々の既知の技術を用いて撮像トレイの３次元の（すなわち３次元空間における）位置及び向き（または方位）を決定するためにこれらの基準を使用することができる。これは、厚さを計算するのに使用されるのと同じ画像（たとえば、第１の波長及び第２の波長における該内面の画像）を処理するステップ（これは、そのような画像内の基準の位置を特定して解釈することなどによって行われる）、または、これは、それらの基準を処理するのと同じカメラまたはセンサー（複数の場合あり）で補足的な画像を取り込むステップを含むことができる。別の側面では、それらの基準の基準画像を取り込むために補足的なカメラまたは他の撮像装置を設けることができる。そのような実施形態では、該補足的なカメラは、厚さ測定に使用されるカメラまたはセンサーに対して既知の空間関係を有すべきである。

ステップ１５１０に示すように、方法１５００は、該画像を処理して該内面のある方向における媒体の厚さを決定するステップを含むことができる。これは、２つの異なる波長の光の強度の比に基づく上記の任意の処理技術、または、任意の他の類似の技術もしくはアプローチを含むことができる。これは、カメラもしくはこれに類するものによって取得された強度測定値の２次元配列などから、該内部空間に向かう複数の方向に関する複数の厚さ測定値を取得するステップを含むことができる。

ステップ１５１２に示すように、方法１５００は、厚さ測定値（複数の場合あり）から該物体の３次元再構築を得るステップを含むことができる。これは、たとえば、該内面の既知の寸法を考慮して、複数の厚さ測定値を、該物体の３次元形状、または、該媒体中の該物体の印象（インプレッション）の境界を決定するために適用するステップを含むことができる。様々な理由により、該物体の実際の形状と該物体の実際の印象（インプレッション）との間にはわずかなまたは大きなずれ（差異）が存在しうることが理解されよう。これらの(概念的に)鏡像をなす表面の一方または両方は、本明細書で使用されている用語である、物体の３次元形状、の範囲内に含まれることが意図されている。

上記の方法１５００は例示であってこれに限定されないことが理解されよう。多くの変形、追加、削除、及び他の変更が当業者には明らかであろう。さらに、本明細書及び図面におけるそれらのステップの順番及び提示は、特定の順番が要求されていることが明示されているか文脈から明らかである場合を除いて、記載されているステップをその順番で実行することを要することを意図したものではない。したがって、たとえば、媒体を撮像トレイに配置する前に物体を該撮像トレイに挿入することができる。または、種々のタイプの基準を使用して、厚さ測定値を撮像トレイ内の複数の位置に関連付けることができる。同様に、人間の歯列を具体的にとりあげたが、該アプローチを、様々な生体物質や他の対象物に適応させることができ、そのような全ての変形形態も本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

上記の任意のシステム、装置、方法、処理、及びこれに類するものを、本明細書に記載されている制御、データ収集、及びデータ処理に適したハードウェア、ソフトウェア、または、これらの任意の組み合わせによって実現できることが理解されよう。これは、内部及び／または外部メモリとともに、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、内蔵マイクロコントローラ、プログラム可能デジタル信号プロセッサまたは他のプログラム可能な装置（デバイス）による実現を含む。これらに加えて、または、これらに代えて、電子信号を処理するように構成されることができる１つ以上の特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジックコンポーネント、または、任意の他の装置（複数の場合あり）を用いて実現することもできる。上記の処理（プロセス）または装置の実現には、Cなどの構造化プログラミング言語、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、または、（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、及び、データベースプログラミング言語及び技術を含む）任意の他の高レベルまたは低レベルプログラミング言語を用いて生成されるコンピュータ実行可能コードを含めることができることがさらに理解されよう。これらの言語は、上記の装置のうちの１つ、並びに、異種のプロセッサの組み合わせ、プロセッサアーキテクチャ、または、異なるハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実行されるために格納され、コンパイルまたは翻訳（解釈）されることができる。同時に、処理を、多くのやり方で、カメラ及び／またはコンピュータ及び／またはサーバー、または、他の遠隔処理リソースなどの装置間に分散させることができ、または、全ての機能を専用の独立型装置に組み込むことができる。かかる全ての置換及び組み合わせは、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

他の実施形態において、本明細書で開示されるのは、１つ以上のコンピュータ装置で実行されるときに、上記の任意のステップ及び／または全てのステップを実行するコンピュータ実行可能コードまたはコンピュータ使用可能コード（コンピュータが使用可能なコード）を含むコンピュータプログラム製品である。該コードをコンピュータメモリに格納することができ、該コンピュータメモリを、プログラムが実行される（ために読み出される）メモリ（たとえば、プロセッサに関連付けられたランダムアクセスメモリ）、または、ディスクドライブなどの記憶装置、フラッシュメモリ、または任意の他の光学装置、電磁気装置、磁気装置、赤外線装置または他の装置、または、それらの装置の組み合わせとすることができる。他の側面では、上記の任意の処理を、上記のコンピュータ実行可能コード、及び／または該コードへの任意の入力または該コードからの任意の出力を伝送する任意の適切な伝送媒体または伝搬媒体で具現化することができる。

本発明を、図示し詳細に説明された好適な実施形態に関連して開示したが、当業者にはそれらに対する種々の変更及び改良が容易に理解されよう。したがって、本発明の思想及び範囲は、上記の例によっては限定されず、法律によって許容される最も広い意味において把握されるべきである。

Claims (14)

1. 表面を有する膨張性の膜であって、ある波長範囲にわたって蛍光を発する蛍光物質を含む膨張性の膜と、
   前記波長範囲内の第１の波長の光を前記波長範囲内の第２の波長の光よりも多く吸収する媒体の供給源であって、前記媒体を前記膨張性の膜に選択的に送り込んで、前記媒体で前記膨張性の膜が膨らんで内部測定体積を充填できるように、前記膨張性の膜に結合される供給源と、
   前記膨張性の膜内に配置されて、前記蛍光物質の励起波長で前記膨張性の膜の表面を照明可能な光源と、
   前記膨張性の膜内に配置されて、前記表面上のある位置が前記光源によって照明されたときに該位置のある方向における前記第１の波長の強度及び前記第２の波長の強度を測定するセンサーと、
   前記第１の波長の強度と前記第２の波長の強度の比に基づいて、前記方向における前記媒体の厚さを決定するようにプログラムされ、かつ、複数の厚さ測定値に基づいて、前記表面の対象領域の３次元画像を構築するようにプログラムされたプロセッサ
   を備えるシステム。
   
2. 前記膨張性の膜が弾性膜である、請求項１のシステム。
3. 前記媒体の減衰係数は、前記第２の波長に対するものよりも前記第１の波長に対するものの方が十分に大きい、請求項１のシステム。
4. 前記媒体は、ガス、液体、ゲルのうちの１つ以上を含む、請求項１のシステム。
5. 前記センサーは、前記膨張性の膜の外部にある電子撮像装置への光結合を有する、請求項１のシステム。
6. 前記センサーは、前記プロセッサに電子的に結合された電子撮像装置を備える、請求項１のシステム。
7. 前記センサーは、前記表面の画像を取り込むためのレンズを有するファイバースコープを備える、請求項１のシステム。
8. 前記膨張性の膜が、人間の外耳道への挿入に適した形状及びサイズとされる、請求項１のシステム。
9. 前記媒体の供給源が、制御された圧力で前記媒体を前記膨張性の膜に送りこむポンプを通じて、前記膨張性の膜に結合される、請求項１のシステム。
10. 前記供給源から前記膨張性の膜の内部へと前記媒体を供給する流体ポートをさらに備える、請求項１のシステム。
11. 前記光源は、広帯域の可視光光源を含む、請求項１のシステム。
12. キャビティ内に膨張性の膜を配置するステップであって、該膨張性の膜は、表面とある波長範囲にわたって蛍光を発する蛍光物質とを含む、ステップと、
    前記波長範囲内の第１の波長の光を前記波長範囲内の第２の波長の光よりも多く吸収する媒体で前記膨張性の膜を膨張させるステップと、
    前記膨張性の膜内に配置された光源からの前記蛍光物質の励起波長で前記膨張性の膜の表面を照明するステップと、
    前記表面上のある位置が照明されたときに、前記膨張性の膜内において、該位置のある方向における前記第１の波長の強度及び前記第２の波長の強度を測定するステップと、
    前記第１の波長の強度と前記第２の波長の強度の比に基づいて、前記位置の前記方向における前記媒体の厚さを計算するステップと、
    前記膨張性の膜の３次元画像を得るために、前記膨張性の膜の表面に向かう複数の方向における前記媒体の同様に計算された複数の厚さ測定値を組み合わせるステップ
    を含む方法。
13. 前記キャビティが人間の外耳道である、請求項１２の方法。
14. 前記光源用の電力源の少なくとも１つを挿入するための前記膨張性の膜の内部へのアクセスポート、前記光源用の光供給器、前記センサーに対する光結合部、及び、前記センサーに対する電気的結合部をさらに備える、請求項１のシステム。

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