JP7525744B2 - コーデッドアパーチャイメージングシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
初期空間分布で空間的符号化光を生成するための空間符号化装置と、
空間的符号化光の初期空間分布に基づくマスクパターンを画定するコーデッドアパーチャと、
画像センサと、
を含み、
光学システムは、使用時、物体が空間的符号化光の少なくとも一部を反射させて反射光を形成するように、空間符号化装置が空間的符号化光を物体上へと導き、反射光がコーデッドアパーチャを通して導かれて空間的復号化光を形成し、空間的復号化光が画像センサ上へと導かれてその上に画像を形成し、そして画像センサが画像を検出するように構成されている。
空間的符号化光を初期空間分布で物体上へと導いて、物体が空間的符号化光の少なくとも一部を反射させて反射光を形成するようにするステップと、
コーデッドアパーチャを通して反射光を導いて空間的復号化光を形成するステップであって、コーデッドアパーチャは、空間的符号化光の初期空間分布に基づくマスクパターンを画定する、ステップと、
空間的復号化光を画像センサ上へと導くステップと、
を含み、
空間的復号化光は画像センサ上に画像を形成し、画像センサは画像を検出する。
IO=mtE(IE)*mtA(A)*bt 等式1
によって与えられ、ここでmtEは、ランバーシアン照明器30によって照明器30の平面40からコーデッドアパーチャ26によって画定されたマスクパターンを通して物体平面44上へと生成される放射発散度分布IEの投影に関連する拡大放射照度分布を表し、mtAは、コーデッドアパーチャ平面42から物体平面44上へのMURAマスクパターンの透過関数Aの透明領域またはアパーチャの1つの投影に関連する拡大関数を表し、btは、照明器30の平面40内の点源の物体平面44上への投影に関連するぼやけ関数を表し、そして「*」は畳み込み演算を表す。
同様に、
IO・RO=[mtE(IE)*mtA(A)*bt]・RO 等式9
によって与えられる。
IS=mrO(IO・RO)*mrA(A)*br 等式10
によって与えられ、ここでmrOは、物体12によって反射し、コーデッドアパーチャ26によって画定されたマスクパターンを通って画像センサ平面40上へと戻る反射放射照度IO・ROの投影に関連する拡大放射照度分布を表し、mrAは、コーデッドアパーチャ平面42から画像センサ平面40上へのマスクパターンの透過関数Aの透明領域またはアパーチャの1つの投影に関連する拡大関数を表し、brは、物体平面44内の点源の画像センサ平面40上への投影に関連するぼやけ関数を表し、そして「*」は畳み込み演算を表す。
IS=mrO{[mtE(IE)*mtA(A)*bt]・RO}*mrA(A)*br
={mrO[mtE(IE)]*mrO[mtA(A)]*mrO(bt)}・mrO(RO)*mrA(A)*br 等式18
によって与えられる。
IS≒[IE*mrO(bt)]・mrO(RO) 等式28
によって与えられる。
IS≒[δ*mrO(bt)]・mrO(RO)
≒mrO(bt)・mrO(RO) 等式30
によって与えられる。
IO≒mt[I・(1-A)] 等式31
によって与えられ、ここでランバーシアン照明器330のLED332のそれぞれが同じ放射発散度Iを生成すると仮定し、AはLED332によって画定されるコーデッドアパーチャ326のMURAマスクパターンの透過関数を表し、mtは、照明器330の平面342内の点源から物体平面344内のスポット上への光の発散を説明する拡大関数である。具体的には、図4Bを参照して、距離zの後、照明器330の平面342内の点源から、
IO・RO=mt[I・(1-A)]・RO 等式33
によって与えられる。
IS=mrO(IO・RO)*mrA(A)*br 等式34
によって与えられ、ここでmrOは、コーデッドアパーチャ326によって画定されたマスクパターンを通って画像センサ平面340上へと物体312によって反射する反射放射照度IO・ROの投影に関連する拡大放射照度分布を表し、mrAは、コーデッドアパーチャ平面342から画像センサ平面340上へのマスクパターンの透明領域またはアパーチャの1つの投影に関連する拡大関数を表し、brは、物体平面344内の点源の画像センサ平面340上への投影に関連するぼやけ関数を表し、そして「*」は畳み込み演算を表す。
IS=mrO{mt[I・(1-A)]・RO}*mrA(A)*br 等式41
によって与えられる。
IS≒I・(g-δ)・mrO(RO) 等式49
によって与えられ、ここでg=1*Aは、図4Cに示すようなピラミッド関数である。
IS≒[IE・A*A*mrO(bt)]・mrO(RO) 等式50
によって与えられるであろうことを、当業者は理解するであろう。
IS≒[IE*mrO(bt)]・mrO(RO) 等式51
によって与えられる。
IS≒mrO(bt)・mrO(RO) 等式52
によって与えられる。
10 光学システム
12 物体
20 空間符号化装置
22 空間的符号化光
24 空間的符号化光の初期空間分布
26 コーデッドアパーチャ
27 光学フィルタ
28 画像センサ
30 照明器
32 LED
40 照明器/画像センサ平面
42 コーデッドアパーチャ平面
44 物体平面
102 スマートフォン
110 光学システム
120 空間符号化装置
126 コーデッドアパーチャ
127 光学フィルタ
128 画像センサ
130 照明器
132 LED
150 タッチスクリーン
202 スマートフォン
210 光学システム
220 空間符号化装置
226a コーデッドアパーチャ
226b さらなるコーデッドアパーチャ
227 光学フィルタ
228 画像センサ
230 照明器
232 LED
302 スマートフォン
310 光学システム
312 物体
320 空間符号化装置
322 空間的符号化光
324 空間的符号化光の初期空間分布
326 コーデッドアパーチャ
327 光学フィルタ
328 画像センサ
330 照明器
332 LED
340 照明器/画像センサ平面
342 コーデッドアパーチャ平面
344 物体平面
360 レンズ要素
Claims (16)
- 物体(12)を撮像するための光学システム(10)であって、前記光学システム(10)は、
初期空間分布(24)で空間的符号化光(22)を生成するための空間符号化装置(20)と、
前記空間的符号化光(22)の前記初期空間分布(24)に基づくマスクパターンを画定するコーデッドアパーチャ(26)と、
画像センサ(28)と、
を含み、
前記光学システム(10)は、使用時、前記物体(12)が前記空間的符号化光(22)の少なくとも一部を反射させて反射光を形成するように、前記空間符号化装置(20)が前記空間的符号化光(22)を前記物体(12)上へと導き、前記反射光が前記コーデッドアパーチャ(26)を通して導かれて空間的復号化光を形成し、前記空間的復号化光が前記画像センサ(28)上へと導かれてその上に画像を形成し、そして前記画像センサ(28)が前記画像を検出するように構成され、
前記空間符号化装置(320)は複数の光学エミッタ(332)を含み、前記複数の光学エミッタ(332)は、前記空間的符号化光(322)の初期空間パターン(324)を画定するように空間的に配置され、前記コーデッドアパーチャ(326)によって画定される前記マスクパターンは、前記複数の光学エミッタ(332)の空間的配置によって画定される前記空間的符号化光(322)の前記初期空間パターン(324)の逆である、
光学システム(10)。 - 前記画像センサ(28)によって検出される前記画像は、
前記物体(12)の画像、
前記物体(12)の鮮明なまたは焦点の合った画像、
前記物体(12)のぼやけた画像、
前記物体(12)のスケールされた画像、または
前記コーデッドアパーチャ(26)によって画定される前記マスクパターンから独立している関数と前記物体(12)のスケールされた画像の積、
の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の光学システム(10)。 - 前記マスクパターンはバイナリマスクパターンを含み、および/または前記コーデッドアパーチャ(26)は、前記マスクパターンを一緒に画定する複数の不透明領域および複数の透明領域またはアパーチャを含む、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記コーデッドアパーチャ(26)は回折性であり、および/または前記コーデッドアパーチャ(26)は位相マスクを含む、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記マスクパターンは、前記マスクパターンの自己相関が、中心ピークまたはローブを含むが、二次ピークまたはサイドローブを含まない、または中心ピークまたはローブと、前記中心ピークまたはローブの振幅の1/10未満、前記中心ピークまたはローブの振幅の1/100未満、または前記中心ピークまたはローブの振幅の1/1000未満である振幅を有する1つまたは複数の二次ピークまたはサイドローブと、を含む、クロネッカーデルタ関数δに等しい、または類似するように構成されている、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記マスクパターンは均一冗長アレイ(URA)マスクパターンまたは修正均一冗長アレイ(MURA)マスクパターンである、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記コーデッドアパーチャ(26)は再構成可能であり、たとえば前記コーデッドアパーチャ(26)はLCDアレイから形成される、またはこれを含む、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記光学システム(10)は、前記物体(12)から反射した周囲光を拒絶または遮断するように構成されていること、
前記光学システム(10)は、前記物体(12)から反射した周囲光を拒絶または遮断するために前記画像センサ(28)の前に光学フィルタ(27)を含むこと、
前記画像センサ(28)は、赤外光を検出するように構成されていること、
前記画像センサ(28)は、可視光に対してはより低い感度、そして赤外光に対してはより高い感度を有するように構成されていること、または
前記空間的符号化光(22)および前記空間的復号化光は両方とも赤外光を含み、またはこれから形成され、前記画像センサ(28)は、赤外光を検出するように構成され、前記光学システム(10)は、可視光を拒絶または遮断するため、そして赤外光を透過するために、前記画像センサ(28)の前に光学フィルタ(27)を含むこと、
のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の光学システム(10)。 - 各光学エミッタ(32)はランバーシアン光学エミッタまたは非ランバーシアン光学エミッタを含むこと、
各光学エミッタ(32)はLED(32)を含むこと、または
各光学エミッタ(32)は、赤外光を発するように構成されていること、
のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の光学システム(10)。 - 前記複数の光学エミッタ(32)の各光学エミッタ(32)は、前記複数の光学エミッタ(32)の1つまたは複数の他の光学エミッタ(32)から独立して動作可能である、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記1つまたは複数の光学エミッタ(32)と前記画像センサ(28)は同一平面上にあり、たとえば前記1つまたは複数の光学エミッタ(32)と前記画像センサ(28)は同じ基板上に搭載または形成されている、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記複数の光学エミッタ(332)の各光学エミッタ(332)は、前記複数の光学エミッタ(332)の各光学エミッタ(332)が前記コーデッドアパーチャ(326)の対応する不透明または遮断領域を画定するように、前記反射光を吸収または遮断し、そして、任意選択で、前記複数の光学エミッタ(332)の各光学エミッタ(332)は、前記複数の光学エミッタ(332)によって発せられる光に対して透明である基板上に搭載、または形成されている、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 前記空間符号化装置(320)は複数のレンズ要素(360)を含み、各レンズ要素(360)は、対応する光学エミッタ(332)によって発せられた光を少なくとも部分的に集束またはコリメートするように、前記対応する光学エミッタ(332)の前に位置合わせされている、請求項1に記載の光学システム(10)。
- 請求項1から13のいずれか一項に記載の光学システム(10、110、210、310)を含む電子デバイス(2、102、202、302)であって、たとえば前記電子デバイス(2、102、202、302)は、移動電話、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、または電子時計もしくは電子リストバンドのようなウェアラブル電子デバイスのようなモバイル電子デバイスを含み、そして、任意選択で、前記電子デバイス(2、102、202、302)はディスプレイまたはタッチスクリーンのようなユーザインターフェイス(150)を含み、前記1つまたは複数の光学エミッタ(132)および前記画像センサ(128)は前記ユーザインターフェイス(150)の後ろに配置され、前記物体は前記ユーザインターフェイス(150)の前に配置されている、電子デバイス(2、102、202、302)。
- 物体(12)を撮像するための光学システム(10)であって、前記光学システム(10)は、
初期空間分布(24)で空間的符号化光(22)を生成するための空間符号化装置(20)と、
前記空間的符号化光(22)の前記初期空間分布(24)に基づくマスクパターンを画定するコーデッドアパーチャ(26)と、
画像センサ(28)と、
を含み、
前記光学システム(10)は、使用時、前記物体(12)が前記空間的符号化光(22)の少なくとも一部を反射させて反射光を形成するように、前記空間符号化装置(20)が前記空間的符号化光(22)を前記物体(12)上へと導き、前記反射光が前記コーデッドアパーチャ(26)を通して導かれて空間的復号化光を形成し、前記空間的復号化光が前記画像センサ(28)上へと導かれてその上に画像を形成し、そして前記画像センサ(28)が前記画像を検出するように構成され、
前記空間符号化装置(20)は前記コーデッドアパーチャ(26)を含み、前記光学システム(10)は、使用時、1つまたは複数の光学エミッタ(32)が、前記コーデッドアパーチャ(26)を通過する光を発して前記空間的符号化光(22)を形成し、そのため前記空間的符号化光(22)の初期空間パターン(24)が前記コーデッドアパーチャ(26)の前記マスクパターンによって画定されるように構成されている、
光学システム(10)。 - 物体を撮像するための方法であって、
空間的符号化光(22)を初期空間分布(24)で物体(12)上へと導いて、前記物体(12)が前記空間的符号化光(22)の少なくとも一部を反射させて反射光を形成するようにするステップと、
コーデッドアパーチャ(26)を通して前記反射光を導いて空間的復号化光を形成するステップであって、前記コーデッドアパーチャ(26)は、前記空間的符号化光(22)の前記初期空間分布(24)に基づくマスクパターンを画定する、ステップと、
前記空間的復号化光を画像センサ(28)上へと導くステップと、
を含み、
前記空間的復号化光は前記画像センサ(28)上に画像を形成し、前記画像センサ(28)は前記画像を検出し、
前記空間的符号化光(322)の初期空間パターン(324)は複数の光学エミッタ(332)の空間的配置によって画定され、前記コーデッドアパーチャ(326)によって画定される前記マスクパターンは、前記複数の光学エミッタ(332)の前記空間的配置によって画定される前記空間的符号化光(322)の前記初期空間パターン(324)の逆である、
方法。
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