JP5840834B2 - 調節可能なマルチモードの光照射野撮像システム - Google Patents

Description

この発明は、一般に、フィルターモジュールを使用するマルチモードの撮像（イメージング）システムに、及び、より詳しくは、そのようなシステムに関するが、ここでマルチモードの特性を、フィルターモジュールの相対的な動きによって変化させることができる。

マルチモードの撮像システムは、従来の撮像システム（例．ＲＧＢのＢａｙｅｒパターンに基づいたもの）によって獲得された通常の空間的な情報を超える情報を取得することができる撮像システムである。例えば、マルチモードの撮像システムは、物質のスペクトル分析又は識別に使用される追加的なスペクトルの情報（マルチスペクトルの及びハイパースペクトルのシステム）を獲得するかもしれない。マルチモードの撮像システムは、シーンの偏光についての情報をもまた取得する、又は、検出器アレイの固有の性能によって提供されるものよりも高いダイナミックレンジを提供することさえもあるかもしれない。

この追加的な情報を獲得することは、大抵の商業的に入手可能な検出器アレイが、入ってくる像を二次元の像の信号へと空間的に区分するので、困難なことであり得る。伝統的に、スペクトル、偏光、又は他のモードの追加的な情報は、時分割多重化によって獲得された。例えば、スペクトルの撮像の用途において、関心のある異なる波長で物体からの放射を獲得することが望ましいことがある。関心のある波長帯域の数は、マルチスペクトルのイメージャーについては５個と２０個との間にあると共にハイパースペクトルのイメージャーについては２０個よりも多いこともある。伝統的なマルチスペクトルの又はハイパースペクトルのイメージャーは、関心のある波長帯域に対応する波長フィルターを含有するフィルターホイール又はプリズム若しくはグレーティングのような分散素子のいずれかに基づいたものである。フィルターホイールが使用される場合には、その時点においても、波長フィルターの一つのみが、撮像の経路の中に位置決めされる。フィルターホイールは、一つの波長フィルターから次のものへ切り替わるために、回転する。このように、マルチスペクトルの又はハイパースペクトルの撮像は、時分割多重化された様式において実施される。しかしながら、結果として生じるシステムは、大きい且つ複雑なものであり得る。異なる波長を空間的に分離するために分散素子が使用される場合には、光は、典型的には、検出器アレイの一方の次元に沿って分散させられる。他方の次元は、物体の一つの空間次元を取得するために使用される。しかしながら、物体の第二の空間次元をもまた取得することは、困難なことである。時々、時分割多重化は、例えば走査によって、第二の空間次元を取得するために導入される。

最近では、同時に、又は“単一のスナップ写真”において、シーンのマルチモードの情報を獲得することについての注目が増加してきている。これらの単一のスナップ写真のシステムは、異なるモードの信号を検出器アレイにおける異なる検出器のピクセルへと多重化する。すなわち、マルチモードの情報は、時分割多重化されるというよりもむしろ空間的に多重化される。

一般に、単一のスナップ写真のマルチスペクトル撮像の体系を二つの部類へと分類することができる。一方の部類は、何らかのビームスプリッティング素子、例．プリズム又はマスク、との組み合わせにおいて異なる波長を空間的に分離するために、プリズム又はグレーティングのような分散素子を使用する。この体系は、分散素子が典型的にはコリメートされたビームへ、又は、中間の像平面で、のいずれかで適用されるという不都合を有する。結果として、これらのシステムの多数は、４−ｆシステム（光学的なシステムの有効焦点距離の四倍）であるが、それは、相当に大きいものであると共に限定された視野を有する光学的なシステムに帰着する。

単一のスナップ写真のイメージャーの他方の部類においては、別個のフィルターが、従来のカラー撮像システムにおいて見出されたＲＧＢのＢａｙｅｒパターンと類似の様式で、各々の検出器に取り付けられる。すなわち、カラーフィルターアレイが、個々のフィルター（それらをマイクロフィルターと呼ぶことにする）が、各々、個々の検出器へ方向付けられた光をフィルター処理するように、検出器アレイの上部にレイアウトされる。個々のマイクロフィルターは、マルチモード撮像を実施するように設計される。例えば、フィルターアレイは、マルチスペクトル撮像を実施するために２０個の異なる波長の応答を備えたマイクロフィルターを含むかもしれない。この部類のシステムの一つの不都合は、製造する際の増加したコスト及び複雑さである。マイクロフィルターと検出器との間の一対一の対応があるため、及び、マイクロフィルターが、検出器へ取り付けられるため、マイクロフィルターは、検出器と同じサイズであるが、それは、小さいものである。そして、多数の異なる小さいマイクロフィルターを、アレイへと配置すると共に下にある検出器と整列させることをしなければならない。別の不都合は、柔軟性の欠如である。一度マイクロフィルターアレイが、検出器アレイへ取り付けられると、マイクロフィルターアレイを変化させることは、困難なことである。

このように、改善されたマルトモード撮像システムに対する要望がある。

本発明は、調節可能なマルチモードの光照射野撮像システムを提供することによって先行技術の限界を克服する。不均質なフィルターモジュールが、光照射野撮像システムの開口面に又はその近くに位置決めされると共にマルチモード能力を提供する。フィルターモジュールを撮像システムに対して相対的に移動させることができることで、マルチモード能力の調節を可能にする。

一つの実施形態において、調節可能なマルチモードの光照射野撮像システムは、像を形成する光学的なモジュール、不均質なフィルターモジュール、マイクロ結像素子のアレイ、検出器アレイ、及びアクチュエーターを含む。光学的なモジュールは、物体の光学的な像を形成する。不均質なフィルターモジュールは、開口面に位置決めされる。光学的なモジュールに対して相対的にフィルターモジュールを移動させることによって、フィルターモジュールの異なる部分は、物体によって照明される。マイクロ結像素子のアレイは、像平面に位置決めされると共に、検出器アレイは、開口面に共役な平面において位置決めされる。マイクロ結像素子は、フィルターモジュールの照明された部分を検出器アレイへと結像させる。検出器は、フィルターモジュールの対応する場所によってフィルター処理されたもののような、マイクロ結像素子によって集められた光を受ける。アクチュエーターは、光学的なモジュールに対して相対的にフィルターモジュールを移動させると共に、このようにマルチモードのフィルター処理を変化させる。

システムの一つの部類において、不均質なフィルターモジュールは、フィルターアレイであるが、ここでフィルターは、必ずしも全て同じものであるとは限らない。異なるタイプのフィルターは、マルチモードの情報を取得する。例えば、フィルターは、一つ以上の異なる波長のフィルター、偏光フィルター、輝度フィルター、及び／又は濃度フィルターを含むこともある。いくつかの用途において、フィルターアレイは、マルチスペクトルの若しくはハイパースペクトルの撮像を実施するように、又は異なる物質を検出するように、設計される。

本発明の他の態様は、上述したデバイス及びシステムに対応する方法及び前述のものについての用途を含む。

本発明は、他の利点及び特徴を有するが、それらは、以下の付随する図面と併せて考慮されるとき、後に続く発明の詳細な説明及び添付した特許請求の範囲からより容易に明白なものであると思われる。
図１Ａは、本発明に従った調節可能なマルチモードの光照射野撮像システムの図である。 図１Ｂは、開口面への検出器の投射を例示する。 図１Ｃは、図１Ａの詳細である。 図２Ａは、図１のシステムの動作をさらに例示する図である。 図２Ｂは、図１のシステムの動作をさらに例示する図である。 図３は、フィルターモジュールと光学的なモジュールとの間における異なるタイプの相対的な移動を示す図である。 図４Ａは、開口面において並進させられたフィルターアレイに基づいた例を示す。 図４Bは、開口面において並進させられたフィルターアレイに基づいた例を示す。 図４Ｃは、開口面において並進させられたフィルターアレイに基づいた例を示す。 図５Ａは、開口面において並進させられたアレイにされたものではないフィルターモジュールに基づいた別の例を示す。 図５Bは、開口面において並進させられたアレイにされたものではないフィルターモジュールに基づいた別の例を示す。 図６Ａは、開口面において回転させられたフィルターアレイに基づいた例を示す。 図６Ｂは、開口面において回転させられたフィルターアレイに基づいた例を示す。 図７Ａは、光軸に沿った移動に基づいた例を示す。 図７Ｂは、光軸に沿った移動に基づいた例を示す。 図８Ａは、トウモロコシ及び米の両方について、乾燥した及び新鮮な草木の間で区別をするための例を示す。 図８Ｂは、トウモロコシ及び米の両方について、乾燥した及び新鮮な草木の間で区別をするための例を示す。 図は、例示のみの目的で本発明の実施形態を描く。当業者は、ここに例示された構造及び方法の代替の実施形態が、ここに記載された本発明の原理から逸脱することなく用いられることもあることを、後に続く議論から容易に認識すると思われる。

図１Ａ〜１Ｃは、本発明に従った調節可能なマルチモードの光照射野撮像システムの図である。システムは、物体１５０のマルチモードの像を取得する。マルチモードの光照射野撮像システムは、像を形成する光学的なモジュール１０５を含むが、光学的なモジュール１０５が、複数の素子及び／又は非レンズ素子（例．ミラー）を含有することができるであろうということが、理解されるとはいえ、それは、図１において、単一のレンズ素子によって表わされる。光学的なモジュール１０５は、物体１５０の光学的な像１６０を形成する。光学的な像１６０は、光学的なモジュール１０５の像平面１２５に形成される。光学的なモジュール１０５は、開口１１７及び開口面１１５を有するが、それは、図１においては、単一のレンズ素子と共同で配置された開口絞りによって表される。より複雑な光学的なモジュール１０５においては、開口１１７及び開口面１１５は、光学的なモジュール内の光学的な素子のいずれのものとも共同で配置される必要はない。

従来の撮像システムにおいては、検出器アレイは、光学的な像１６０を取得するために像平面１２５に位置させられるであろう。従来のカラー撮像システムにおいては、マイクロフィルターのアレイ（例．Ｒ−Ｇ−ＢのＢａｙｅｒパターンに配置されたもの）は、像平面１２５において検出器アレイへ取り付けられるであろうし、そのため、各々の個々の検出器が、赤色の、緑色の、又は青色のチャネルのデータを取得するであろう。

しかしながら、これは、図１における場合ではない。第一に、不均質なフィルターモジュール１１０が、開口面１１５に位置決めされる。フィルターモジュールは、それのフィルター処理の特性が、場所の関数として変化するという点で、不均質なものである。後に続く例において、フィルターモジュール１１０は、異なるフィルター１１１を含むフィルターアレイである。例えば、フィルター１１１は、異なる波長の応答、異なる偏光の応答、又は異なる輝度の応答を有することもある。しかしながら、フィルターモジュールは、フィルターアレイであることが要求されるものではない。それは、例えば、連続的に変動する応答を備えたフィルターであることができるであろう。フィルターアレイは、この例においては例示の目的で使用される。典型的には、フィルターモジュールは、フィルターモジュールの一部分のみが、照明されることになるように、開口１１７よりも大きいものであることになる。

第二に、マイクロ結像素子１２１のアレイ１２０が、像平面１２５に位置させられる。図１において、マイクロ結像素子１２１は、マイクロレンズとして示される。他の素子、例えば、ピンホールのアレイをもまた使用することができる。検出器アレイ１３０は、マイクロ結像素子のアレイ１２０の後方に（即ち、それの光学的に下流に）位置させられる。より具体的には、検出器アレイ１３０は、開口面１１５に共役な平面１３５に位置決めされる。すなわち、各々のマイクロ結像素子１２１は、開口面１１５からの光を、共役な平面１３５における検出器アレイ１３０へ方向付ける。

マイクロレンズの場合には、各々のマイクロレンズ１２１は、共役な平面１３５に開口（及びフィルターモジュール）の像１７０を形成する。検出器アレイ１３０の対応するセクションは、単一の検出器１３１又は複数の検出器１３１（好ましくは、複数の検出器）を含有することができ、“サブアレイ”１３３と称されることになる。このように、図１の例においては、検出器アレイ１３０は、サブアレイ１３３へとさらに分けられると共に、各々のマイクロレンズ１２１は、開口及びフィルターモジュールを、対応するサブアレイ１３３へと結像させる。各々のサブアレイ１３３は、一つ以上の検出器１３１を含有する。

逆に、図１Ｂを参照すると、各々の個々の検出器１３１を、マイクロレンズ１２１を通じて開口面１１５における且つフィルターモジュール１１０における対応する場所１１９へ投射することができる。その特定の検出器１３１について、マイクロレンズ１２１は、対応する場所１１９からの光を集める。図１Ｂは、中央のマイクロレンズを通じた場所１１９Ａへの検出器１３１Ａの投射及び場所１１９Ｂへの検出器１３１Ｂの投射を示す。検出器の投射１１９は、好ましくは、現実の検出器のサイズ１３１に対して相対的に少なくとも１０倍だけ拡大される。

より細部についての図１Ｃを参照すると、各々のマイクロレンズ１２１は、（開口内に収まる）フィルターアレイ１１０の全体をサブアレイ１３３へと結像させる。各々のフィルター１１１は、フィルターアレイ１１０の一部分のみをカバーするが、そのようなわけで、各々のフィルター１１１の像１７１は、サブアレイ１３３の一部分のみをカバーすることになる。その部分は、図１Ｃの細部に示されたような、サブピクセル１３２と称されることになる。すなわち、各々のマイクロレンズ１２１は、フィルター１１１からの光を、対応するサブピクセル１３２へ方向付ける。各々のサブピクセル１３２は、一つ以上の検出器を含有することもあるが、しかし好ましくは、一つの検出器１３１を含有する。

各々の検出器１３１は、一つのマイクロレンズ１２１を通じて伝わる一つのフィルター１１１からの光を集める。マイクロレンズアレイ１２０は、物体１５０に共役な平面に位置させられるが、そのようなわけで、また、物体１５０とマイクロレンズアレイ１２０との間に結像関係がある。従って、マイクロレンズに入射する光は、物体の全体からではなく、物体の一部分を起源とする光である。このように、各々の検出器１３１は、対応するフィルター１１１によってフィルター処理されたような、（マイクロレンズの範囲によって決定されたような）物体の対応する部分からの光を集める。

図２Ａは、より詳細にこの概念を例示する。明りょうさのために、主要なレンズ１０５は、省略される。この例において、物体１５０は、三つのサブ物体１５１Ａ、Ｂ、Ｃへと分割される。同様に、フィルターアレイ１１０の照明された部分は、四つのフィルター１１１ｗ、ｘ、ｙ、ｚを含む。図２Ａにおいては照明されるものではないフィルター１１１ｖもまた含有する、フィルターモジュール１１０は、より大きいものである。物体１５０は、マイクロレンズアレイ１２０へと結像させられる。より具体的には、サブ物体１５１Ｂは、マイクロレンズ１２１Ｂへと結像させられる。これは、サブ物体１５１Ｂを離れるあらゆる光線が、開口を通じて（及び、開口におけるどの場所かということに依存して、異なるフィルター１１１を通じて）伝わると共にマイクロレンズ１２１Ｂに到着することになることを意味する。同様に、サブ物体１５１Ａは、マイクロレンズ１２１Ａへと結像させられると共に、サブ物体１５１Ｃは、マイクロレンズ１２１Ｃへと結像させられる。

類似で、マイクロレンズ１２１Ｂは、フィルターアレイ１１０の全体（少なくとも照明された部分）をサブアレイ１３３Ｂへと結像させることになる。このように、フィルター１１１ｗは、マイクロレンズ１２１Ｂによってサブピクセル１３２Ｂ（ｗ）へと、フィルター１１１ｘは、サブピクセル１３２Ｂ（ｘ）へと、並びに、他のフィルター／サブピクセルの対について及び他のマイクロレンズ１２１についてもそのようにして、結像させられることになる。サブピクセル１３２Ｂ（ｗ）内にすっかり収まる検出器１３１について、それらの検出器は、フィルター１１１ｗを通過するサブ物体１５１Ｂから来る光を検出することになる。同じことが、他のサブピクセル１３２Ａ（ｗ）〜１３２Ｃ（ｚ）についても当てはまる。

この撮像システムは、検出器によって集められた光線が、（従来の撮像システムにおける場合であるような）物体平面における位置の関数のみならず開口面における位置の関数でもまたあるため、“光照射野”撮像システムである。この撮像システムは、フィルターモジュール１１０が、マルチモードの情報を取得するため、マルチモードの撮像システムである。

再度図１を参照すると、ディジタル処理ユニット１８０は、検出器アレイ１３０からのデータを集めると共にそれを然るべく処理する。単純な例として、ディジタル処理ユニット１８０は、データを並べ替えて、フィルター１１１ｗによってフィルター処理されたような像を形成する為に、サブピクセル１３２Ａ（ｗ）、１３２Ｂ（ｗ）、及び１３２Ｃ（ｗ）からのデータを一緒に集める。同じことを、フィルター１１１ｘ、ｙ、ｚについてすることができる。

また、システムは、光学的なモジュール１０５に対して相対的にフィルターモジュール１１０の位置を変化させることができるアクチュエーター１４０を含む。この方式においては、どのフィルター１１１がどのサブピクセル１３２へ方向付けられるかということを変化させることができると共に、それによって有効なフィルター処理を変化させる。例えば、図２Ｂにおいては、フィルターアレイ１１０は、フィルター１１１ｖ、ｗ、ｘ、ｙが今照明されるように、下方へ並進されている。

異なるタイプの移動を、フィルター処理を変化させるために使用することができる。図３は、フィルターモジュール１１０と光学的なモジュールとの間における異なるタイプの相対的な移動を示す図である。この例においては、光学的なモジュールは、二つのレンズ群Ｇ１及びＧ２を含んでおり、これら二つのレンズ群の間に開口面及びフィルターモジュール１１０が位置している。一つの例として、アクチュエーター１４０は、光軸に平行な方向３１０に沿って、開口面内にある方向３２０に沿って、又は、他の方向に沿って、光学的なモジュール１０５に対して相対的にフィルターモジュール１１０を並進させてもよい。あるいは、アクチュエーター１４０は、開口面内でフィルターモジュール１１０を回転３３０させてもよい。別の例として、アクチュエーター１４０は、光学的なモジュール１０５に対して相対的にフィルターモジュール１１０をチルト３４０させてもよい。フィルターモジュールと光学的なモジュールとの間における相対的な動きがある限り、アクチュエーターが、フィルターモジュールを移動させるのでなく、光学的なモジュール（又は光学的なモジュール内の光学的な素子）を移動させてもよいことに留意されたい。移動３５０は、光学的なモジュール内の光学的な素子の移動、例えば、ズームの作用、を示す。

図４〜７は、いくつかの追加的な例を示す。

図４Ａ〜４Ｃは、フィルターアレイ１１０の照明を、それが開口面内にある方向に沿って並進させられるときについて、示す。この例においては、フィルターアレイは、実線の輪郭によって示されたような、六つのフィルター１〜６を含有する。一つのサブアレイからの検出器（即ち、一つのマイクロレンズに対応する検出器）の投射は、点線の輪郭で重ねわせられたもので、示される。この例においては、四つの検出器１３１Ａ〜Ｄがある。図４Ａ〜Ｃの各々は、異なる位置におけるフィルターアレイに対応する。図４Ａの位置において、光は、アレイのフィルター１、２、４、５を照明する。フィルター１を通過する光は、信号が、フィルター１によってフィルター処理された光に対応するように、検出器１３１Ａへと集められる。同様に、検出器１３１Ｂは、フィルター２を通過する光を集めることに加えて、検出器１３１Ｃは、フィルター４を通過する光を集めると共に検出器１３１Ｄは、フィルター５を通過する光を集める。この光の全ては、すべてが同じマイクロレンズを通過するものであるので、同じサブ物体を起源とする。このように、検出器１３１Ａ〜Ｄは、全部の物体の一つのサブ物体の領域についてのスペクトルの（又は他のマルチモードの）情報を取得する。

図４Ｂにおいて、フィルターアレイは、移動されている。この位置において、光は、アレイのフィルター２、３、５、６を照明する。検出器１３１Ａは、フィルター２を通過する光を集めると共に、検出器１３１Ｂは、フィルター３を通過する光を集めることに加えて、検出器１３１Ｃは、フィルター５を通過する光を集めると共に、検出器１３１Ｄは、フィルター６を通過する光を集める。

多くの場合に、システムは、各々の検出器が、一つのフィルターのみを通過する光を集めるように、設計されることになる。しかしながら、これは、要求されることではない。図４Ｃの位置において、検出器１３１Ａは、５０％がフィルター１、５０％がフィルター２を“経験する”し、検出器１３１Ｂは、５０％がフィルター２、５０％がフィルター３を経験する、などである。図４は、単なる例である。フィルターアレイは、様々なマルチモード撮像を実施する為に、フィルターの異なる組み合わせのみならず代替の幾何学的なレイアウト及び形状を有することもある。

この体系は、従来のアプローチを超える数個の利点を有する。従来のアプローチは、二つのフィルターホイール、そのスペクトルの分析が望まれるときフィルター１、２、４、５を含有する一つのもの、及び、代替のスペクトルの分析についてのフィルター２、３、５、６を含有する別のもの、を使用するかもしれない。１、２、４、５のフィルターホイールが使用されるとき、フィルター１、２、４、５の各々は、順々に照明の経路を通じて回転する。これは、（スペクトルの情報の単一のスナップ写真の取得よりもむしろ）スペクトルの情報の時分割多重化に帰着する。さらには、２、３、５、６の分析が、望まれるとすれば、フィルターホイールは、図４におけるもののようにフィルターモジュールを単純にシフトさせるというよりもむしろ、取り換えられなければならない。

図５Ａ〜５Ｂは、フィルターモジュールが、アレイであるものではなく、連続的に変化する不均質なフィルターである、例を示す。この例においては、フィルターモジュール１１０は、ｘ及びｙの両方において変化する。例えば、フィルターモジュールは、ｘ方向に沿って異なる中心波長及びｙ方向に沿って異なるフィルターの帯域幅を有する波長フィルターであるかもしれない。フィルターモジュールが、位置５Ａから５Ｂまで移動させられるとき、各々の検出器１３１は、フィルターモジュールのどの部分がその検出器に対応するかということに依存して異なる情報を取得することになる。

別の例として、図５におけるフィルターモジュールは、ｘの関数として変化する波長の応答及びｙの関数として変化する偏光の応答を有するかもしれない。さらには、これは、相互に独立に移動させられる二つのフィルター、波長フィルター及び偏光フィルター、として実施されてもよい。

図６Ａ〜６Ｂは、開口面において回転させられるフィルターモジュールに基づいた例を示す。この例において、フィルターモジュールは、異なるフィルターの応答を有する四つの象限Ｑ１〜Ｑ４を有する。点線の輪郭１３０は、開口面へと投射された検出器アレイの輪郭である。図６Ａにおいて、象限１が照明される。図６Ｂにおいて、フィルターモジュールは、九十度だけ時計回りに回転させられて、象限２が照明されるが、異なるフィルター処理に帰着する。

図７Ａ〜７Ｂは、光軸に沿った移動に基づいた例を示す。この例において、フィルターモジュールは、同心のフィルター１〜３のセットである。図７Ａの位置においては、三つのフィルターの全てが（点線の円によって示されたように）照明される。図７Ｂにおいて、中央のフィルター１のみが、照明される。これは、例えば、ズームレンズと共に達成されるかもしれない。図３を参照すると、レンズ群Ｇ１及びＧ２の両方は、光軸に沿って移動するかもしれない。フィルターモジュールが、二つのレンズ群の間に位置決めされるとすれば、そのときには、レンズをズームすることは、光がフィルターモジュールのより大きい又はより小さい部分のみを通過するという結果を伴って、フィルターモジュールにおける光学的なビームのフットプリントを変化させることができる。フィルターモジュールが、図７におけるもののように区分されるとすれば、ズームアウトの構成においては、より外側のリングのフィルターもまた使用され得るに対して、ズームインの構成においては、より内側のリングにおける少数のフィルターのみが、有効に使用され得る。

このアプローチは、空間的な及びスペクトルの分解能がトレードオフにされる用途において使用されるかもしれない。ズームインされたとき、物体の詳細な像（即ち、高い空間的な分解能）が、しかし、より低いスペクトルの分解能又はより少ないスペクトルの情報を伴って、形成され得る。ズームアウトされたとき、増加させられたスペクトルの分解能が、空間的な分解能の犠牲の下で達成され得る。

他のタイプの移動をもまた、どのフィルターが照明されるかということを変化させるために使用することができる。

最後の例として、異なるタイプのスペクトルの信号を検出することを伴うマルチスペクトル撮像のタスクを考察する。例えば、乾燥したもの又は新鮮なもののいずれかのような植物の事項の分類は、米、トウモロコシ、小麦のような異なる作物のタイプについて異なるスペクトルの特徴を要求する。好ましくは、単一のマルチスペクトル撮像システムが、各々の作物のタイプについて別個のフィルターホイールを要求するのでなく、異なる作物のタイプを扱うように調節され得る。

図８Ａ〜８Ｂは、開口面におけるフィルターモジュールの単一のシフトを使用することで乾燥した及び新鮮な草木の間で区別をするための例のフィルターアレイを示す。フィルターｆ１〜ｆ４及びｃ５、ｃ６、ｒ５、ｒ６は、表１〜３において指定される。

表１：新鮮な／乾燥した米／トウモロコシの葉を検出するために使用される共通のフィルターについてのフィルターの仕様

表２：トウモロコシに特有のフィルターについてのフィルターの仕様

表３：米に特有のフィルターについてのフィルターの仕様

フィルターｆ１〜ｆ４及びｃ５、ｃ６は、トウモロコシを識別するために、及び、新鮮な及び乾燥したトウモロコシの葉の間で区別をするために、使用される。フィルターｆ１〜ｆ４及びｒ５、ｒ６は、米を識別するために、及び、新鮮な及び乾燥した米の葉の間で区別をするために、使用される。フィルターｆ１〜ｆ４が、トウモロコシ及び米の両方に共通なものである共有されたフィルターであることに留意されたい。表１〜３におけるフィルターの仕様は、商業的に入手可能なフィルターの辞典から選んだものである。

トウモロコシを検出するとき、フィルターアレイは、図８Ａに示されたもののように、検出器アレイ１３０に対して相対的に、位置決めされると共に、このようにフィルターｆ１〜ｆ４及びｃ５、ｃ６を照明する。米を検出するとき、フィルターアレイは、図８Ｂに示されたもののように位置決めされて、フィルターｆ１〜ｆ４及びｒ５、ｒ６を使用する。このように、単一のシステムを、トウモロコシ及び米の両方について使用することができる。

詳細な説明が、多数の具体的なものを含有するとはいえ、これらは、本発明の範囲を限定するものとしてではなく、本発明の異なる例及び態様を単に例示するものとして、解釈されるべきものである。本発明の範囲が、上で詳細に議論されない他の実施形態を含むことは、認識されるべきことである。

例えば、多数のタイプのフィルターアレイを実施することができる。フィルターは、異なる波長の応答を有することができる。フィルターの全てが異なるものであることができ、又は、いくつかが異なるものであると共にいくつかが同じものであることができる。複数のフィルター又はフィルターアレイをもまた使用することができる。例えば、複数のフィルターアレイ又はフィルターモジュールを使用することができると共に、それらの各々は、他のものと独立に移動させられる（又はそうではない）。波長の応答の数及びタイプもまた、用途に依存して、変えられることができる。いくつかの用途は、多数の異なる波長フィルター：１０個、２０個、２５個、又はより多いもの、を使用することになる。いくつかの場合には、特定の波長線は、検出されるものであるが、そのようなわけで、狭帯域の干渉フィルターが、使用されることもある。波長フィルター以外のフィルター、例えば、偏光、輝度、及び濃度フィルター、をもまた使用することができる。

フィルター処理はまた、システムにおける他の点で実施することができる。例えば、本発明は、検出器アレイとともに伝統的なマイクロフィルターを使用することを防げるものではない。反射性の及び反射屈折性のシステムを含む、様々なタイプの光学的なモジュールをもまた使用することができる。いくつかの用途において、光学的なモジュールは、好ましくは、テレセントリックなものである。最後に、“光”及び“光学的な”のような用語は、電磁気的なスペクトルの可視の又は純粋に光学的な領域に限定されることが意味されるものではなく、紫外及び赤外のような領域をもまた含む（しかし、これらに限定されるものではない）ことが意味されるものである。

当業者に明白なものであると思われる様々な他の変更、変化、及び変形は、添付された特許請求の範囲に定義されたような発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、ここに開示された本発明の方法及び装置の配置、動作、及び細部においてなされることもある。従って、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲及びそれらの法的な均等物によって決定されるべきものである。

１０ フィルターモジュール
１０５ 光学的なモジュール
１１０ フィルターモジュール，フィルターアレイ
１１１，１１１ｖ，１１１ｗ，１１１ｘ，１１１ｙ フィルター
１１５ 開口面
１１７ 開口
１１９，１１９Ｂ 投射，場所
１２０ マイクロ結像素子のアレイ，マイクロレンズアレイ
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ マイクロ結像素子，マイクロレンズ
１２５ 像平面
１３０ 検出器アレイ
１３１，１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄ 検出器
１３２，１３２Ａ（ ），１３２Ｂ（ ），１３２Ｃ（ ） サブピクセル
１３３，１３３Ｂ サブアレイ
１３５ 共役な平面
１４０ アクチュエーター
１５０ 物体
１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ サブ物体
１６０ 光学的な像，
１７０，１７１ 像
１８０ ディジタル処理ユニット
３１０，３２０ 方向
３４０ チルト
３５０ 移動
ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｃ５，ｃ６，ｒ５，ｒ６ フィルター
Ｇ１，Ｇ２ レンズ群
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 象限

Claims (19)

1. 調節可能なマルチモードの光照射野撮像システムであって、
   物体の光学的な像を形成する像形成光学モジュールであり、前記光学的な像は像平面に形成され、当該像形成光学モジュールは開口面を有する、像形成光学モジュールと、
   おおよそ前記開口面に位置決めされた、マルチモード撮像を提供する不均質なフィルターモジュールであり、当該フィルターモジュールの一部分が選択されて前記物体に照明され、当該フィルターモジュールはフィルターアレイを有し、当該フィルターモジュールの前記選択される部分は、少なくとも２つの異なる応答を有する前記フィルターアレイ内の複数のフィルターを含む、フィルターモジュールと、
   前記像平面に位置決めされたマイクロ結像素子のアレイと、
   前記開口面に共役な平面に位置決めされた検出器アレイであり、前記マイクロ結像素子が、前記フィルターモジュールの照明された部分を当該検出器アレイ上に結像させ、前記マイクロ結像素子によって前記フィルターモジュールの対応する位置から集められた光を検出器が受ける、検出器アレイと、
   前記検出器が前記マイクロ結像素子によって前記フィルターモジュールの異なる位置から集められた光を受けることになるよう、前記像形成光学モジュールに対する前記フィルターモジュールの位置を変化させることが可能なアクチュエーターと、
   を有する光照射野撮像システム。
2. 前記検出器アレイは、検出器のサブアレイへとさらに分けられ、
   前記マイクロ結像素子は、照明されたフィルターを対応するサブアレイ上に結像させ、且つ
   前記像形成光学モジュールに対する前記フィルターモジュールの位置を変化させることは、どのフィルターがどのサブアレイ上に結像されるかを変化させる、
   請求項１に記載の光照射野撮像システム。
3. 前記アクチュエーターは、前記開口面内におけるある方向に沿って、前記像形成光学モジュールに対して相対的に前記フィルターモジュールを並進させる、請求項２に記載の光照射野撮像システム。
4. 前記アクチュエーターは、前記像形成光学モジュールに対して相対的に前記開口面内で前記フィルターモジュールを回転させる、請求項２又は３に記載の光照射野撮像システム。
5. 前記フィルターアレイは、少なくとも１０個の異なる波長応答を有するフィルターを含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
6. 前記フィルターアレイは、異なる波長応答を有する狭帯域干渉フィルターを含む、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
7. 前記フィルターアレイは、異なる波長の応答を有する狭帯域干渉フィルター及び広帯域波長フィルターを含む、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
8. 前記フィルターアレイは、マルチスペクトル撮像を実施する、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
9. 前記フィルターアレイは、異なる偏光応答を有するフィルターを含む、請求項２乃至８のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
10. 前記フィルターアレイは、異なる輝度フィルターを含む、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
11. 前記フィルターアレイは、異なる濃度フィルターを含む、請求項２乃至１０のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
12. 第一の位置における前記フィルターモジュールは、第一の物質を分析するためのフィルターを照明し、且つ
    第二の位置における前記フィルターモジュールは、第二の物質を分析するためのフィルターを照明する、
    請求項２乃至１１のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
13. 前記第一の位置において照明されるフィルターの大部分は、前記第二の位置においてもまた照明される、請求項１２に記載の光照射野撮像システム。
14. 前記フィルターアレイは、複数の物質を分析し、
    前記フィルターアレイの中央の領域におけるフィルターは、全ての物質を分析することに共通のものであり、且つ
    前記フィルターアレイの周辺付近のフィルターは、個々の物質に特有のものである、
    請求項２乃至１３のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
15. 前記マイクロ結像素子のアレイは、マイクロレンズアレイを含む、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
16. 前記マイクロ結像素子のアレイは、ピンホールのアレイを含む、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
17. 前記像形成光学モジュールは、テレセントリックなものである、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
18. 前記開口面は、前記検出器アレイに対して相対的に少なくとも１０：１の倍率を有する、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。
19. 当該光照射野撮像システムは、前記検出器アレイの上に位置決めされたマイクロフィルターアレイをさらに有し、
    各々の検出器に方向付けられた光が、前記マイクロフィルターアレイ内のマイクロフィルターによってフィルター処理される、
    請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光照射野撮像システム。

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