JPH07168125A - 三次元イメージング装置、カメラ、及び顕微鏡 - Google Patents
三次元イメージング装置、カメラ、及び顕微鏡Info
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- JPH07168125A JPH07168125A JP6228461A JP22846194A JPH07168125A JP H07168125 A JPH07168125 A JP H07168125A JP 6228461 A JP6228461 A JP 6228461A JP 22846194 A JP22846194 A JP 22846194A JP H07168125 A JPH07168125 A JP H07168125A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で実用的な三次元イメージング装置を提
供する。 【構成】 三次元イメージング装置は顕微鏡またはカメ
ラとして用いうる。この装置はレンズ4のアレイを備え
ており、各レンズはそれぞれ光検出器Eと整合してい
る。液晶空間光変調器3は、各光検出器Eとレンズ4と
の間に数個の画素a、b及びcを有する。制御回路CC
は変調器3を制御し、各光検出器の正面の画素a、b及
びcは移動するシャッターとして作用する。光検出器E
の出力は、処理回路及びメモリPCMによって処理、記
憶され、三次元イメージを形成する。
供する。 【構成】 三次元イメージング装置は顕微鏡またはカメ
ラとして用いうる。この装置はレンズ4のアレイを備え
ており、各レンズはそれぞれ光検出器Eと整合してい
る。液晶空間光変調器3は、各光検出器Eとレンズ4と
の間に数個の画素a、b及びcを有する。制御回路CC
は変調器3を制御し、各光検出器の正面の画素a、b及
びcは移動するシャッターとして作用する。光検出器E
の出力は、処理回路及びメモリPCMによって処理、記
憶され、三次元イメージを形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元イメージング装
置、並びにそのような装置を用いた顕微鏡及びカメラに
関する。
置、並びにそのような装置を用いた顕微鏡及びカメラに
関する。
【0002】
【従来の技術】欧州特許公開公報第0 335 282号は、三
次元カメラとして作用する構成を開示している。イメー
ジピックアップスクリーンが凸レンズの焦点面に配置さ
れる。可動式のピンホールが凸レンズの表面に設けら
れ、その表面を循環的に走査する。 また、欧州特許公
開公報第0 029 568号は、イメージング装置の解像度を
改善する構成を開示している。レンズは、光検出器アレ
イの上に物体のイメージを形成できるように配置され
る。液晶シャッターがレンズと光検出器との間に配置さ
れ、その構成を通る光路の領域のうち移動するセグメン
トを透過させるように制御される。
次元カメラとして作用する構成を開示している。イメー
ジピックアップスクリーンが凸レンズの焦点面に配置さ
れる。可動式のピンホールが凸レンズの表面に設けら
れ、その表面を循環的に走査する。 また、欧州特許公
開公報第0 029 568号は、イメージング装置の解像度を
改善する構成を開示している。レンズは、光検出器アレ
イの上に物体のイメージを形成できるように配置され
る。液晶シャッターがレンズと光検出器との間に配置さ
れ、その構成を通る光路の領域のうち移動するセグメン
トを透過させるように制御される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記欧州特許
公開公報第0 335 282号に示されている三次元カメラを
用いて十分納得できる三次元効果を提供するためには、
この三次元カメラは、角度的に十分に広い範囲でパララ
ックス(視差)情報を提供しなければならない。すると
今度は、凸レンズが大きな開口を有することが必要にな
る。そのような大きな凸レンズは、通常、この型のカメ
ラに用いるには余りにも高価で、重く、また光学的性能
も不十分なものであり、実用的・商業的に用いることは
できない。上記欧州特許公開公報第0 335 282号によれ
ば、この凸レンズを収束フレネルレンズで代用すること
が示唆されている。しかしながら、周知のように、フレ
ネルレンズはイメージング上の用途には不向きのもので
ある。従って、欧州特許公開公報第0 335 282号は、商
業的に実践できる構成を開示しているとは言えない。
公開公報第0 335 282号に示されている三次元カメラを
用いて十分納得できる三次元効果を提供するためには、
この三次元カメラは、角度的に十分に広い範囲でパララ
ックス(視差)情報を提供しなければならない。すると
今度は、凸レンズが大きな開口を有することが必要にな
る。そのような大きな凸レンズは、通常、この型のカメ
ラに用いるには余りにも高価で、重く、また光学的性能
も不十分なものであり、実用的・商業的に用いることは
できない。上記欧州特許公開公報第0 335 282号によれ
ば、この凸レンズを収束フレネルレンズで代用すること
が示唆されている。しかしながら、周知のように、フレ
ネルレンズはイメージング上の用途には不向きのもので
ある。従って、欧州特許公開公報第0 335 282号は、商
業的に実践できる構成を開示しているとは言えない。
【0004】また、上記欧州特許公開公報第0 029 568
号は三次元イメージングに関連するものではない。
号は三次元イメージングに関連するものではない。
【0005】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、大型、高価、あるいは非実
用的なレンズを用いることなく三次元イメージを記録す
ることが可能である小型の三次元イメージング装置、及
びこのようなイメージング装置を備えている顕微鏡及び
カメラを提供することである。
たものであり、その目的は、大型、高価、あるいは非実
用的なレンズを用いることなく三次元イメージを記録す
ることが可能である小型の三次元イメージング装置、及
びこのようなイメージング装置を備えている顕微鏡及び
カメラを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の三次元イメージ
ング装置は、光検出器と、物体のイメージを該光検出器
の上に形成する光学イメージングシステムと、該物体と
該光検出器との間の位置において光路を遮る空間光変調
器と、該位置における該光路の領域の、あるセグメント
のみを該空間光変調器に選択的に透過させる制御回路で
あって、該空間光変調器がシャッター配置として作用す
るように該セグメントが該領域を横切って連続的に移動
する制御回路とを備えている三次元イメージング装置で
あって、該光学イメージングシステムはレンズアレイを
備えており、該光検出器は光検出エレメントアレイを備
えており、該アレイの各レンズは該光検出エレメントの
少なくとも1つと光学的に整合しており、かつ該空間光
変調器はシャッターアレイを備えており、各シャツター
は該光検出エレメントの対応する1つと光学的に整合し
ており、そのことにより上記目的を達成する。
ング装置は、光検出器と、物体のイメージを該光検出器
の上に形成する光学イメージングシステムと、該物体と
該光検出器との間の位置において光路を遮る空間光変調
器と、該位置における該光路の領域の、あるセグメント
のみを該空間光変調器に選択的に透過させる制御回路で
あって、該空間光変調器がシャッター配置として作用す
るように該セグメントが該領域を横切って連続的に移動
する制御回路とを備えている三次元イメージング装置で
あって、該光学イメージングシステムはレンズアレイを
備えており、該光検出器は光検出エレメントアレイを備
えており、該アレイの各レンズは該光検出エレメントの
少なくとも1つと光学的に整合しており、かつ該空間光
変調器はシャッターアレイを備えており、各シャツター
は該光検出エレメントの対応する1つと光学的に整合し
ており、そのことにより上記目的を達成する。
【0007】前記空間光変調器は、前記レンズアレイと
前記光検出器との間に配置されていてもよい。
前記光検出器との間に配置されていてもよい。
【0008】前記シャッターのそれぞれは、個別に独立
して制御可能な複数の変調エレメントを備えていてもよ
い。
して制御可能な複数の変調エレメントを備えていてもよ
い。
【0009】前記変調エレメントは、一次元のパララッ
クス(視差)ビューイングを提供するように単一の列に
配列されていてもよい。
クス(視差)ビューイングを提供するように単一の列に
配列されていてもよい。
【0010】前記変調エレメントは、二次元のパララッ
クスビューイングを提供するように二次元のアレイに配
列されていてもよい。
クスビューイングを提供するように二次元のアレイに配
列されていてもよい。
【0011】前記空間光変調器は、液晶素子であっても
よい。
よい。
【0012】前記空間光変調器及び光検出器は、電気光
学集積装置の一部として基板上に形成されていてもよ
い。
学集積装置の一部として基板上に形成されていてもよ
い。
【0013】前記制御回路は、前記電気光学集積装置の
一部であってもよい。
一部であってもよい。
【0014】前記三次元イメージング装置は、前記物体
と前記光学イメージングシステムとの間に配置されてい
る別の光学イメージングシステムをさらに備えていても
よい。
と前記光学イメージングシステムとの間に配置されてい
る別の光学イメージングシステムをさらに備えていても
よい。
【0015】前記三次元イメージング装置は、前記別の
光学イメージングシステムに隣接して配置されている別
のシャッター配置をさらに備えていてもよい。
光学イメージングシステムに隣接して配置されている別
のシャッター配置をさらに備えていてもよい。
【0016】前記別のシャッター配置は、液晶素子を有
していてもよい。
していてもよい。
【0017】前記空間光変調器は、第1の方向に沿って
変調エレメントアレイを規定し、かつ前記別のシャッタ
ー配置は、該第1の方向に垂直な第2の方向に沿ってシ
ャッターアレイを規定してもよい。
変調エレメントアレイを規定し、かつ前記別のシャッタ
ー配置は、該第1の方向に垂直な第2の方向に沿ってシ
ャッターアレイを規定してもよい。
【0018】本発明の顕微鏡は、前記三次元イメージン
グ装置と、前記光検出器からの1シーケンスの信号を処
理し、三次元イメージを記憶する回路とを備えており、
そのことにより上記目的を達成する。
グ装置と、前記光検出器からの1シーケンスの信号を処
理し、三次元イメージを記憶する回路とを備えており、
そのことにより上記目的を達成する。
【0019】本発明のカメラは、前記三次元イメージン
グ装置と、前記光検出器からの1シーケンスの信号を処
理し、三次元イメージを記憶する回路とを備えており、
そのことにより上記目的を達成する。
グ装置と、前記光検出器からの1シーケンスの信号を処
理し、三次元イメージを記憶する回路とを備えており、
そのことにより上記目的を達成する。
【0020】本発明の他のカメラは、複数の三次元イメ
ージング装置であって、それぞれが前記三次元イメージ
ング装置である複数の三次元イメージング装置と、前記
光検出器からの1シーケンスの信号を処理し、三次元イ
メージを記憶する回路とを備えており、そのことにより
上記目的を達成する。
ージング装置であって、それぞれが前記三次元イメージ
ング装置である複数の三次元イメージング装置と、前記
光検出器からの1シーケンスの信号を処理し、三次元イ
メージを記憶する回路とを備えており、そのことにより
上記目的を達成する。
【0021】本発明の他の顕微鏡は、光検出器アレイ
と、物体のイメージを該光検出器アレイの上に形成する
顕微鏡レンズと、該物体と該光検出器アレイとの間の光
路を遮る空間光変調器と、該空間光変調器において該光
路の領域の、あるセグメントのみを該空間光変調器に選
択的に透過させる制御回路であって、該空間光変調器が
シャッター配置として作用するように該セグメントが該
領域を横切って連続的に移動する制御回路とを備えてい
る三次元顕微鏡であって、該レンズの物体平面と像平面
とは該レンズから有限の距離にあり、そのことにより上
記目的を達成する。
と、物体のイメージを該光検出器アレイの上に形成する
顕微鏡レンズと、該物体と該光検出器アレイとの間の光
路を遮る空間光変調器と、該空間光変調器において該光
路の領域の、あるセグメントのみを該空間光変調器に選
択的に透過させる制御回路であって、該空間光変調器が
シャッター配置として作用するように該セグメントが該
領域を横切って連続的に移動する制御回路とを備えてい
る三次元顕微鏡であって、該レンズの物体平面と像平面
とは該レンズから有限の距離にあり、そのことにより上
記目的を達成する。
【0022】前記空間光変調器は、個別に制御可能な変
調エレメントを備えていてもよい。前記空間光変調器
は、入射アパーチャまたは入射アパーチャのイメージと
実質的に一致してもよい。
調エレメントを備えていてもよい。前記空間光変調器
は、入射アパーチャまたは入射アパーチャのイメージと
実質的に一致してもよい。
【0023】前記空間光変調器は液晶素子であり、かつ
前記シャッターは、一次元のパララックスビューイング
を提供するように単一の列に配列されているか、あるい
は二次元のパララックスビューイングを提供するように
二次元のアレイに配列されていてもよい。
前記シャッターは、一次元のパララックスビューイング
を提供するように単一の列に配列されているか、あるい
は二次元のパララックスビューイングを提供するように
二次元のアレイに配列されていてもよい。
【0024】
【作用】本発明の三次元イメージング装置においては、
物体からの光は、まず光学イメージングシステムに入射
し、続いて、空間光変調器の透過状態となっている画素
を通過して光検出器に達する。空間光変調器の各画素
は、透過状態となっている画素に対応する領域、つまり
空間光変調器が置かれている位置での光路領域のセグメ
ントが、光路領域を横切って移動するように制御されて
いる。従って、セグメントを移動させることにより、物
体からの光を異なる方向から光検出器に入射させること
ができ、その結果、物体の二次元ビューを異なる方向か
ら記録することができる。このように、本発明の三次元
イメージング装置では、角度的なデマルチプレクシング
を行うことにより、三次元イメージを記録することがで
きる。
物体からの光は、まず光学イメージングシステムに入射
し、続いて、空間光変調器の透過状態となっている画素
を通過して光検出器に達する。空間光変調器の各画素
は、透過状態となっている画素に対応する領域、つまり
空間光変調器が置かれている位置での光路領域のセグメ
ントが、光路領域を横切って移動するように制御されて
いる。従って、セグメントを移動させることにより、物
体からの光を異なる方向から光検出器に入射させること
ができ、その結果、物体の二次元ビューを異なる方向か
ら記録することができる。このように、本発明の三次元
イメージング装置では、角度的なデマルチプレクシング
を行うことにより、三次元イメージを記録することがで
きる。
【0025】
【実施例】以下、本発明を、添付の図面を参照しなが
ら、実施例に基づき、さらに説明する。
ら、実施例に基づき、さらに説明する。
【0026】図面を参照して記述した光学イメージング
システムによれば、「角度デマルチプレクシング」を用
いることにより、つまりそれぞれ異なる角度からフレー
ムを記録することにより、三次元イメージを、センサま
たは検出器アレイの上に記録することができる。このよ
うにして、各二次元ビュー、または1サブセットの二次
元ビューは、好ましくは並列に、検出器アレイから取り
出された1フレームのイメージデータとして記録され
る。このようなデータのフレームは、従来の方法により
得られるので、その方法についてここで説明する必要は
ない。三次元効果が得られるのは、パララックスを与え
るように角度的に分離された2つ以上の二次元イメージ
により、ほぼ三次元イメージに近いものが生まれるから
である。
システムによれば、「角度デマルチプレクシング」を用
いることにより、つまりそれぞれ異なる角度からフレー
ムを記録することにより、三次元イメージを、センサま
たは検出器アレイの上に記録することができる。このよ
うにして、各二次元ビュー、または1サブセットの二次
元ビューは、好ましくは並列に、検出器アレイから取り
出された1フレームのイメージデータとして記録され
る。このようなデータのフレームは、従来の方法により
得られるので、その方法についてここで説明する必要は
ない。三次元効果が得られるのは、パララックスを与え
るように角度的に分離された2つ以上の二次元イメージ
により、ほぼ三次元イメージに近いものが生まれるから
である。
【0027】三次元イメージは、この三次元イメージを
構成する二次元イメージの時間マルチプレクシング、及
び/または空間マルチプレクシングにより記憶される。
つまり、それぞれ異なる二次元イメージを、それぞれ異
なる時間に、連続的フレームとして捉えることもできる
し、異なる二次元イメージを1つのフレーム内で空間的
に組み合わせることもできる。別個の、角度的に分離さ
れた二次元イメージを検出するために単一の検出器アレ
イを用いる場合、本発明を実施することができるのは、
三次元顕微鏡法のように、この光学系により集められた
光の角度的な発散性が高く、それゆえに視点の範囲が広
い状況に限られることになる。
構成する二次元イメージの時間マルチプレクシング、及
び/または空間マルチプレクシングにより記憶される。
つまり、それぞれ異なる二次元イメージを、それぞれ異
なる時間に、連続的フレームとして捉えることもできる
し、異なる二次元イメージを1つのフレーム内で空間的
に組み合わせることもできる。別個の、角度的に分離さ
れた二次元イメージを検出するために単一の検出器アレ
イを用いる場合、本発明を実施することができるのは、
三次元顕微鏡法のように、この光学系により集められた
光の角度的な発散性が高く、それゆえに視点の範囲が広
い状況に限られることになる。
【0028】図1〜図3を参照して示した三次元顕微鏡
法を表す実施例においては、角度デマルチプレクシング
は、検出器アレイにおいて起こる。図4及び図5の実施
例においては、さらに別の角度デマルチプレクシング
が、比較的空間解像度の低い光学的シャッタリングを伴
って顕微鏡(マイクロスコープ)レンズにおいて起こ
る。
法を表す実施例においては、角度デマルチプレクシング
は、検出器アレイにおいて起こる。図4及び図5の実施
例においては、さらに別の角度デマルチプレクシング
が、比較的空間解像度の低い光学的シャッタリングを伴
って顕微鏡(マイクロスコープ)レンズにおいて起こ
る。
【0029】さらに、図5に示すように、シングルパラ
ラックスを用いても、フルパララックスを用いても物体
は記録することができる。フルパララックスで記録する
場合には、適切なソフトウェアを用いることにより三次
元効果を維持しながら、シングルパララックスディスプ
レイを物体の回転用に用いることができる。記憶した三
次元イメージは従来の方法により表示されるので、その
方法についてここで説明する必要はない。
ラックスを用いても、フルパララックスを用いても物体
は記録することができる。フルパララックスで記録する
場合には、適切なソフトウェアを用いることにより三次
元効果を維持しながら、シングルパララックスディスプ
レイを物体の回転用に用いることができる。記憶した三
次元イメージは従来の方法により表示されるので、その
方法についてここで説明する必要はない。
【0030】次に、本発明の第1の実施例を図1〜図3
を参照しながら説明する。同時係属出願である英国特許
出願第9319614.5号『集積型電気光学液晶装置(Integra
tedElectro-Optical Liquid Crystal Device)』に記載
したように、図1にその断面を示した新規な装置は、半
導体基板2上に形成された検出面1を有する。検出面1
は、例えば電荷結合素子(CCD)などの検出エレメン
トEのアレイを備えており、これらの検出エレメント
は、従来の方法により列電極及び行電極によりアドレス
される。空間光変調器として制御される、画素化された
液晶セル3は、検出面1の上に重ねられており、その結
果、装置全体が集積化される。この液晶セル3は、その
対向する両面に列電極と行電極とを有する強誘電性液晶
(FLC)セルであってもよい。好ましくは、前述の同
時係属英国特許出願に記載したように、画素に対応する
液晶変調器パッドは、列電極及び行電極と同一の面にあ
る。また好ましくは、少なくとも1つの面の変調器パッ
ドは、透過される偏光の偏光状態を検光する付加的機能
を備えている。この偏光エレメントは、パッドを、細長
い導電性フィンガーの並んだ櫛状に形成することによっ
て設けることができる。あるいはまた、多色性色素を液
晶に加えることにより、偏光子を液晶層の一部分とする
ことができる。
を参照しながら説明する。同時係属出願である英国特許
出願第9319614.5号『集積型電気光学液晶装置(Integra
tedElectro-Optical Liquid Crystal Device)』に記載
したように、図1にその断面を示した新規な装置は、半
導体基板2上に形成された検出面1を有する。検出面1
は、例えば電荷結合素子(CCD)などの検出エレメン
トEのアレイを備えており、これらの検出エレメント
は、従来の方法により列電極及び行電極によりアドレス
される。空間光変調器として制御される、画素化された
液晶セル3は、検出面1の上に重ねられており、その結
果、装置全体が集積化される。この液晶セル3は、その
対向する両面に列電極と行電極とを有する強誘電性液晶
(FLC)セルであってもよい。好ましくは、前述の同
時係属英国特許出願に記載したように、画素に対応する
液晶変調器パッドは、列電極及び行電極と同一の面にあ
る。また好ましくは、少なくとも1つの面の変調器パッ
ドは、透過される偏光の偏光状態を検光する付加的機能
を備えている。この偏光エレメントは、パッドを、細長
い導電性フィンガーの並んだ櫛状に形成することによっ
て設けることができる。あるいはまた、多色性色素を液
晶に加えることにより、偏光子を液晶層の一部分とする
ことができる。
【0031】図1の装置の1画素、すなわち図1の円P
により囲った部分を、図2に拡大して示している。図2
にa、b及びcとして示したように、各検出エレメント
Eに対して、空間光変調器の3つの別個に制御可能な画
素がある。制御回路CCによって画素a、b及びcは制
御され、その結果、一度に1つの画素のみが、循環的に
反復されるパターンで透過状態になる。このパターン
は、それぞれの検出エレメントEの正面にある3つ一組
の画素の全ての組に共通である。
により囲った部分を、図2に拡大して示している。図2
にa、b及びcとして示したように、各検出エレメント
Eに対して、空間光変調器の3つの別個に制御可能な画
素がある。制御回路CCによって画素a、b及びcは制
御され、その結果、一度に1つの画素のみが、循環的に
反復されるパターンで透過状態になる。このパターン
は、それぞれの検出エレメントEの正面にある3つ一組
の画素の全ての組に共通である。
【0032】マイクロレンズアレイ4は、平凸球状収束
レンズLの二次元のアレイを有している。このマイクロ
レンズアレイ4は、その下にある検出エレメントEのア
レイの上に、各マイクロレンズの直径に等しい空間解像
度で、物体を写像する効果がある。角度デマルチプレク
シングは、図2に模式的な光線で表したように達成され
る。なぜなら、3つの別々の角度のバンドは、3つのそ
れぞれ異なる液晶画素a、b及びcを通って検出エレメ
ントに到達するからである。
レンズLの二次元のアレイを有している。このマイクロ
レンズアレイ4は、その下にある検出エレメントEのア
レイの上に、各マイクロレンズの直径に等しい空間解像
度で、物体を写像する効果がある。角度デマルチプレク
シングは、図2に模式的な光線で表したように達成され
る。なぜなら、3つの別々の角度のバンドは、3つのそ
れぞれ異なる液晶画素a、b及びcを通って検出エレメ
ントに到達するからである。
【0033】液晶層は、この層のそれぞれ異なる空間エ
レメントに適切な電圧を印加し、かつ集積型の偏光子を
組み込むことにより、入射してくる偏光を空間的に変調
する。集積型の偏光子は、液晶層内の多色性色素を用い
るか、あるいは金属のフィンガーからなる集積型の変調
器/偏光子パッドを用いることよって組み込むことがで
きる。この液晶アレイは制御回路CCにより電気的に制
御され、各マイクロレンズエレメントの副画素をa、
b、c;a、b、cのシーケンスで連続的にシャッタリ
ングする。これは図2に表したとおりである。図2にお
いてエレメントcは光を透過する状態であり、エレメン
トa及びbは吸収状態である。また、光束Aのみが検出
エレメントEへと透過される。
レメントに適切な電圧を印加し、かつ集積型の偏光子を
組み込むことにより、入射してくる偏光を空間的に変調
する。集積型の偏光子は、液晶層内の多色性色素を用い
るか、あるいは金属のフィンガーからなる集積型の変調
器/偏光子パッドを用いることよって組み込むことがで
きる。この液晶アレイは制御回路CCにより電気的に制
御され、各マイクロレンズエレメントの副画素をa、
b、c;a、b、cのシーケンスで連続的にシャッタリ
ングする。これは図2に表したとおりである。図2にお
いてエレメントcは光を透過する状態であり、エレメン
トa及びbは吸収状態である。また、光束Aのみが検出
エレメントEへと透過される。
【0034】このような連続的なシャッタリングによ
り、それぞれ異なるパララックスビューが検出面1へと
伝えられる。このようにして角度を時間に変換する角度
デマルチプレクシングは、三次元カメラまたは顕微鏡シ
ステムの基礎を成す。このイメージングシステムから得
られる利点は、入力される情報の角度の範囲、すなわち
検出器アレイにおける、物体上の各点からの半角の大き
さに左右される。確かに、検出面における角度は、図3
に模式的に示したように、三次元顕微鏡法には十分であ
るべきである。
り、それぞれ異なるパララックスビューが検出面1へと
伝えられる。このようにして角度を時間に変換する角度
デマルチプレクシングは、三次元カメラまたは顕微鏡シ
ステムの基礎を成す。このイメージングシステムから得
られる利点は、入力される情報の角度の範囲、すなわち
検出器アレイにおける、物体上の各点からの半角の大き
さに左右される。確かに、検出面における角度は、図3
に模式的に示したように、三次元顕微鏡法には十分であ
るべきである。
【0035】処理及び記憶回路PCMは、検出面1に接
続されている。回路PCMは、検出器エレメントEから
連続的に生成された二次元イメージを任意の所望の方法
によって処理し、その結果を三次元イメージを表すデー
タとして記憶する。
続されている。回路PCMは、検出器エレメントEから
連続的に生成された二次元イメージを任意の所望の方法
によって処理し、その結果を三次元イメージを表すデー
タとして記憶する。
【0036】図1及び図2の実施例においては、検出面
の各画素に対して空間光変調器の3つの画素が対応し、
シングルパララックスを有する3つの二次元ビューを提
供するが、明らかに、シングルパララックスの場合もフ
ルパララックスの場合も、他の比率であってもよい。用
いられる液晶のタイプは、一つにはイメージ捕捉の必要
とされるビデオレートにより決定され、図1及び図2に
示した三次元顕微鏡法の例においては、通常のツイステ
ッドネマティック液晶(TN−LC)またはネマティツ
クπセルなどの他の液晶配向を用いることができる。ビ
デオレートをより早めるためには、強誘電性液晶(FL
C)が必要とされよう。
の各画素に対して空間光変調器の3つの画素が対応し、
シングルパララックスを有する3つの二次元ビューを提
供するが、明らかに、シングルパララックスの場合もフ
ルパララックスの場合も、他の比率であってもよい。用
いられる液晶のタイプは、一つにはイメージ捕捉の必要
とされるビデオレートにより決定され、図1及び図2に
示した三次元顕微鏡法の例においては、通常のツイステ
ッドネマティック液晶(TN−LC)またはネマティツ
クπセルなどの他の液晶配向を用いることができる。ビ
デオレートをより早めるためには、強誘電性液晶(FL
C)が必要とされよう。
【0037】D.White及びG.TaylorによりJ. Appl. Phy
s. Vol. 45 第4718〜4723頁(1974)に開示されたWhite
-Taylorモードで動作するネマティック液晶に基づく装
置を用いても、偏光していない入射光について同じ効果
を得ることができる。0電圧の状態は、ネマティックを
キラル添加剤とともにドープすることにより導かれる非
常に大きくねじれた構造である。液晶材料のピッチ及び
複屈折に応じて、この層は偏光していない光を吸収で
き、従ってシャッターとして作用しうる。正の単軸液晶
に対して電圧を印加すると、吸収が最小限度まで低減さ
れるように液晶層は再配向される。
s. Vol. 45 第4718〜4723頁(1974)に開示されたWhite
-Taylorモードで動作するネマティック液晶に基づく装
置を用いても、偏光していない入射光について同じ効果
を得ることができる。0電圧の状態は、ネマティックを
キラル添加剤とともにドープすることにより導かれる非
常に大きくねじれた構造である。液晶材料のピッチ及び
複屈折に応じて、この層は偏光していない光を吸収で
き、従ってシャッターとして作用しうる。正の単軸液晶
に対して電圧を印加すると、吸収が最小限度まで低減さ
れるように液晶層は再配向される。
【0038】各レンズの後ろに1つより多くの検出器を
配置することにより、センサの空間解像度を犠牲にし
て、より多数の二次元ビューを得ることができる。ある
いは、同数のビューを得るために、時間的にマルチプレ
クスされたフレームの数を、1つよりも多くのビューを
同時に捕捉することにより減らすことができる。
配置することにより、センサの空間解像度を犠牲にし
て、より多数の二次元ビューを得ることができる。ある
いは、同数のビューを得るために、時間的にマルチプレ
クスされたフレームの数を、1つよりも多くのビューを
同時に捕捉することにより減らすことができる。
【0039】マイクロレンズアレイ4は、二次元パララ
ックスを提供する。しかしながら、一次元パララックス
のみが必要とされる場合には、マイクロレンズアレイの
代わりに、一定の間隔を設けて互いに平行に配置された
円筒型集光エレメントを備えたレンティキュラースクリ
ーンを用いることができる。
ックスを提供する。しかしながら、一次元パララックス
のみが必要とされる場合には、マイクロレンズアレイの
代わりに、一定の間隔を設けて互いに平行に配置された
円筒型集光エレメントを備えたレンティキュラースクリ
ーンを用いることができる。
【0040】図4は、本発明の別の実施例を示してい
る。この実施例においては、図1及び図2に示した型の
センサ12は、比較的解像度の低いシャッターエレメン
ト5とともに用いられる。すなわち、薄い顕微鏡レンズ
6のすぐ隣に配置された空間光変調器がシャッターエレ
メントとして用いられる。シャッターエレメント5は、
レンズ6の入射アパーチャを数個のバンドまたは領域に
分割する。このような領域を図5に例示する。シングル
パララックスの場合、これらの領域は単一列に配置され
たストリップ状である。フルパララックスの場合、これ
らの領域は二次元アレイ状に配置される。この結果、光
ビームを横切ってシャッターを移動させ、かつCCDア
レイまたは他の検出器アレイ上に得られたイメージのフ
レームを連続的に記録することにより、物体のそれぞれ
異なる多数のビューを異なるパララックスで連続的に得
ることができる。その後、出力光は三次元ディスプレイ
へと処理される。
る。この実施例においては、図1及び図2に示した型の
センサ12は、比較的解像度の低いシャッターエレメン
ト5とともに用いられる。すなわち、薄い顕微鏡レンズ
6のすぐ隣に配置された空間光変調器がシャッターエレ
メントとして用いられる。シャッターエレメント5は、
レンズ6の入射アパーチャを数個のバンドまたは領域に
分割する。このような領域を図5に例示する。シングル
パララックスの場合、これらの領域は単一列に配置され
たストリップ状である。フルパララックスの場合、これ
らの領域は二次元アレイ状に配置される。この結果、光
ビームを横切ってシャッターを移動させ、かつCCDア
レイまたは他の検出器アレイ上に得られたイメージのフ
レームを連続的に記録することにより、物体のそれぞれ
異なる多数のビューを異なるパララックスで連続的に得
ることができる。その後、出力光は三次元ディスプレイ
へと処理される。
【0041】図4に示したように、シャッターエレメン
ト5は、薄いレンズの場合にはレンズ表面に配置される
が、十分に補正された複合レンズの場合には、光学系よ
り先の、アパーチャのイメージが位置する点に配置され
る。これは既に開口絞りが設けられている点であっても
よい。
ト5は、薄いレンズの場合にはレンズ表面に配置される
が、十分に補正された複合レンズの場合には、光学系よ
り先の、アパーチャのイメージが位置する点に配置され
る。これは既に開口絞りが設けられている点であっても
よい。
【0042】シャッターエレメント5とセンサ12との
組合せにより、コントラスト比の改善を達成できる。な
ぜなら、不要の光も2つのシャッタリングエレメント
(エレメント5及びセンサ12内の液晶セル3)を通過
しなければならないからである。さらにまた、シャッタ
ーエレメント5が第1の方向に沿ってシャッターを規定
し、液晶セル3が第1の方向に垂直な第2の方向に沿っ
てシャッターを規定する場合、二次元シャッター5を製
造する必要もなく二次元パララックス、すなわちフルパ
ララックスを達成できる。
組合せにより、コントラスト比の改善を達成できる。な
ぜなら、不要の光も2つのシャッタリングエレメント
(エレメント5及びセンサ12内の液晶セル3)を通過
しなければならないからである。さらにまた、シャッタ
ーエレメント5が第1の方向に沿ってシャッターを規定
し、液晶セル3が第1の方向に垂直な第2の方向に沿っ
てシャッターを規定する場合、二次元シャッター5を製
造する必要もなく二次元パララックス、すなわちフルパ
ララックスを達成できる。
【0043】本発明の第3の実施例は、三次元カメラ7
に角度の範囲が広いイメージを有効に得ることができる
ものであって、複数の、この場合は3つの類似したシス
テム8〜10が、図6に示したように空間的に離されて
設けられている。各システムは、図4に示したシステム
と同様であり、それ自身の対物レンズ、シャッターエレ
メント、並びに図1及び図2に例示したタイプの検出器
アレイを有し、それぞれが同じ物体の異なるビューを同
時に生成する。各システムは、図4及び図5を参照しな
がら述べたように、連続的にシャッタリングされる。こ
の結果、限られた視野にわたって多数のビューを得るこ
とができる三次元カメラが提供され、各ビューに対して
個別のカメラ及び検出器を用いる必要がなくなる。ま
た、このようなカメラは、角度によってパースペクティ
ブ(遠近)が急速に変化するシーンには特に適切であ
り、例えば、カメラ7に対して複数の物体が一列に並ぶ
シーンに用いられる。
に角度の範囲が広いイメージを有効に得ることができる
ものであって、複数の、この場合は3つの類似したシス
テム8〜10が、図6に示したように空間的に離されて
設けられている。各システムは、図4に示したシステム
と同様であり、それ自身の対物レンズ、シャッターエレ
メント、並びに図1及び図2に例示したタイプの検出器
アレイを有し、それぞれが同じ物体の異なるビューを同
時に生成する。各システムは、図4及び図5を参照しな
がら述べたように、連続的にシャッタリングされる。こ
の結果、限られた視野にわたって多数のビューを得るこ
とができる三次元カメラが提供され、各ビューに対して
個別のカメラ及び検出器を用いる必要がなくなる。ま
た、このようなカメラは、角度によってパースペクティ
ブ(遠近)が急速に変化するシーンには特に適切であ
り、例えば、カメラ7に対して複数の物体が一列に並ぶ
シーンに用いられる。
【0044】空間光変調器は、新規なフィルターとして
用いることができ、イメージの中の変化のみを記録する
ことができる。従って、異なるパララックスを有するそ
れぞれ異なる二次元ビューに対するイメージデータを、
これらのビューの間の相違のみを決定することにより圧
縮できる。この電気光学装置を新規なフィルターとして
用いることは、前述の同時係属出願に記載されている。
簡潔に言えば、空間光変調器は第1のイメージで変調さ
れ、第2のイメージはこの空間光変調器を透過する。そ
の結果、第1及び第2のイメージ間の相違のみが検出器
アレイにより検出される。
用いることができ、イメージの中の変化のみを記録する
ことができる。従って、異なるパララックスを有するそ
れぞれ異なる二次元ビューに対するイメージデータを、
これらのビューの間の相違のみを決定することにより圧
縮できる。この電気光学装置を新規なフィルターとして
用いることは、前述の同時係属出願に記載されている。
簡潔に言えば、空間光変調器は第1のイメージで変調さ
れ、第2のイメージはこの空間光変調器を透過する。そ
の結果、第1及び第2のイメージ間の相違のみが検出器
アレイにより検出される。
【0045】図4に示した顕微鏡をさらに変形して、セ
ンサ12を光検出器アレイで代用することもできる(す
なわち、マイクロレンズアレイ4及び画素化された液晶
層3は省略される)。従って、角度デマルチプレクシン
グは、シャッターエレメント5により行われる。このよ
うな顕微鏡においては、レンズ6の像平面及び物体平面
の両方とも、レンズ6から有限の距離に位置しており、
レンズ6と検出器アレイとの間の距離はレンズ6の焦点
距離よりも大きい。
ンサ12を光検出器アレイで代用することもできる(す
なわち、マイクロレンズアレイ4及び画素化された液晶
層3は省略される)。従って、角度デマルチプレクシン
グは、シャッターエレメント5により行われる。このよ
うな顕微鏡においては、レンズ6の像平面及び物体平面
の両方とも、レンズ6から有限の距離に位置しており、
レンズ6と検出器アレイとの間の距離はレンズ6の焦点
距離よりも大きい。
【0046】
【発明の効果】以上の説明から分かるように、本発明に
よると、二次元ビューのシーケンスをそれぞれ異なる方
向から記録することにより、即ち角度デマルチプレクシ
ングを用いることにより、三次元イメージの記録が可能
になる小型の装置を実現することができる。このような
角度デマルチプレクシングは、大型で、高価で、非実用
的なレンズを用いる必要なく達成できる。このため、小
型で実用的な三次元イメージング装置を提供することが
可能となる。また、本発明によると、三次元イメージを
記録することができるカメラや顕微鏡を実用的・商業的
に実践することが可能になる。
よると、二次元ビューのシーケンスをそれぞれ異なる方
向から記録することにより、即ち角度デマルチプレクシ
ングを用いることにより、三次元イメージの記録が可能
になる小型の装置を実現することができる。このような
角度デマルチプレクシングは、大型で、高価で、非実用
的なレンズを用いる必要なく達成できる。このため、小
型で実用的な三次元イメージング装置を提供することが
可能となる。また、本発明によると、三次元イメージを
記録することができるカメラや顕微鏡を実用的・商業的
に実践することが可能になる。
【図1】本発明を具体化する電気光学集積装置の断面図
である。
である。
【図2】検出器アレイの1画素に対応する、図1の装置
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図3】三次元顕微鏡法を例示する図である。
【図4】本発明を具体化する三次元顕微鏡法のための光
学的構成図である。
学的構成図である。
【図5】イメージをシャッタリングする2つの異なる構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図6】本発明を具体化する、高ビュー解像度を有する
三次元カメラを表す図である。
三次元カメラを表す図である。
1 検出面 2 半導体基板 3 画素化された液晶セル 4 マイクロレンズアレイ 5 シャッターエレメント 6 顕微鏡レンズ 7 三次元カメラ 8、9、10 光学系 12 センサ CC 制御回路 PCM 処理回路及びメモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレイグ トンブリング イギリス国 オーエックス44 7ユーアー ル,オックスフォードシア,スタッドハン プトン,ベア レーン,ベイクハウス ヤ ード,ジャスミン コテージ(番地なし) (72)発明者 ポール メイ イギリス国 シービ−3 0エヌエス,ケ ンブリッジ,ガートン,ソーントン コー ト 21 (72)発明者 デイビッド エズラ イギリス国 オーエックス10 0アールエ ル,オックスフォードシア,ウォーリング フォード,ブライトウェル カム ソット ウェル,モンクス ミード 19 (72)発明者 グラハム ジョン ウッドゲイト イギリス国 アールジー9 1ティーディ ー,オックスフォードシア,ヘンリー−オ ン−テムズ,グレイズ ロード 77
Claims (19)
- 【請求項1】 光検出器と、 物体のイメージを該光検出器の上に形成する光学イメー
ジングシステムと、 該物体と該光検出器との間の位置において光路を遮る空
間光変調器と、 該位置における該光路の領域の、あるセグメントのみを
該空間光変調器に選択的に透過させる制御回路であっ
て、該空間光変調器がシャッター配置として作用するよ
うに該セグメントが該領域を横切って連続的に移動する
制御回路と、を備えている三次元イメージング装置であ
って、該光学イメージングシステムはレンズアレイを備
えており、該光検出器は光検出エレメントアレイを備え
ており、該アレイの各レンズは該光検出エレメントの少
なくとも1つと光学的に整合しており、かつ該空間光変
調器はシャッターアレイを備えており、各シャツターは
該光検出エレメントの対応する1つと光学的に整合して
いる三次元イメージング装置。 - 【請求項2】 前記空間光変調器は、前記レンズアレイ
と前記光検出器との間に配置されている、請求項1に記
載の三次元イメージング装置。 - 【請求項3】 前記シャッターのそれぞれは、個別に独
立して制御可能な複数の変調エレメントを備えている、
請求項1または2に記載の三次元イメージング装置。 - 【請求項4】 前記変調エレメントは、一次元のパララ
ックス(視差)ビューイングを提供するように単一の列
に配列されている、請求項3に記載の三次元イメージン
グ装置。 - 【請求項5】 前記変調エレメントは、二次元のパララ
ックスビューイングを提供するように二次元のアレイに
配列されている、請求項3に記載の三次元イメージング
装置。 - 【請求項6】 前記空間光変調器は液晶素子である、請
求項1〜5のいずれか1つに記載の三次元イメージング
装置。 - 【請求項7】 前記空間光変調器及び光検出器は、電気
光学集積装置の一部として基板上に形成されている、請
求項1〜6のいずれか1つに記載の三次元イメージング
装置。 - 【請求項8】 前記制御回路は前記電気光学集積装置の
一部である、請求項7に記載の三次元イメージング装
置。 - 【請求項9】 前記三次元イメージング装置は、前記物
体と前記光学イメージングシステムとの間に配置されて
いる別の光学イメージングシステムをさらに備えてい
る、請求項1〜8のいずれか1つに記載の三次元イメー
ジング装置。 - 【請求項10】 前記三次元イメージング装置は、前記
別の光学イメージングシステムに隣接して配置されてい
る別のシャッター配置をさらに備えている、請求項9に
記載の三次元イメージング装置。 - 【請求項11】 前記別のシャッター配置は、液晶素子
を有している、請求項10に記載の三次元イメージング
装置。 - 【請求項12】 前記空間光変調器は、第1の方向に沿
って変調エレメントアレイを規定し、かつ前記別のシャ
ッター配置は、該第1の方向に垂直な第2の方向に沿っ
てシャッターアレイを規定する、請求項10または11
に記載の三次元イメージング装置。 - 【請求項13】 請求項1〜12のいずれか1つに記載
の三次元イメージング装置と、前記光検出器からの1シ
ーケンスの信号を処理し、三次元イメージを記憶する回
路とを備えている、顕微鏡。 - 【請求項14】 請求項1〜12のいずれか1つに記載
の三次元イメージング装置と、前記光検出器からの1シ
ーケンスの信号を処理し、三次元イメージを記憶する回
路とを備えている、カメラ。 - 【請求項15】 複数の三次元イメージング装置であっ
て、それぞれが請求項1〜12のいずれか1つに記載さ
れている三次元イメージング装置である複数の三次元イ
メージング装置と、前記光検出器からの1シーケンスの
信号を処理し、三次元イメージを記憶する回路とを備え
ている、カメラ。 - 【請求項16】 光検出器アレイと、 物体のイメージを該光検出器アレイの上に形成する顕微
鏡レンズと、 該物体と該光検出器アレイとの間の光路を遮る空間光変
調器と、 該空間光変調器において該光路の領域の、あるセグメン
トのみを該空間光変調器に選択的に透過させる制御回路
であって、該空間光変調器がシャッター配置として作用
するように該セグメントが該領域を横切って連続的に移
動する制御回路と、を備えている三次元顕微鏡であっ
て、該レンズの物体平面と像平面とは該レンズから有限
の距離にある、顕微鏡。 - 【請求項17】 前記空間光変調器は、個別に制御可能
な変調エレメントを備えている、請求項16に記載の顕
微鏡。 - 【請求項18】 前記空間光変調器は、入射アパーチャ
または入射アパーチャのイメージと実質的に一致する、
請求項16または17に記載の顕微鏡。 - 【請求項19】 前記空間光変調器は液晶素子であり、
かつ前記シャッターは、一次元のパララックスビューイ
ングを提供するように単一の列に配列されているか、あ
るいは二次元のパララックスビューイングを提供するよ
うに二次元のアレイに配列されている、請求項16〜1
8のいずれか1つに記載の顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9319619A GB2282505A (en) | 1993-09-23 | 1993-09-23 | Three dimensional imaging apparatus |
GB9319619.4 | 1993-09-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07168125A true JPH07168125A (ja) | 1995-07-04 |
JP3184409B2 JP3184409B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=10742390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22846194A Expired - Fee Related JP3184409B2 (ja) | 1993-09-23 | 1994-09-22 | 三次元イメージング装置、カメラ、及び顕微鏡 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5616912A (ja) |
EP (1) | EP0645659B1 (ja) |
JP (1) | JP3184409B2 (ja) |
DE (1) | DE69429054T2 (ja) |
GB (1) | GB2282505A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7233359B2 (en) | 2002-12-13 | 2007-06-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing apparatus having image signals generated from light between optical elements of an optical element array |
JP2008060906A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 撮像装置 |
WO2015041496A1 (ko) * | 2013-09-23 | 2015-03-26 | 엘지이노텍 주식회사 | 카메라 모듈 및 그 제작 방법 |
KR20150033095A (ko) * | 2013-09-23 | 2015-04-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 카메라 모듈 |
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