KR20200126999A - 분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치 - Google Patents
분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200126999A KR20200126999A KR1020207027277A KR20207027277A KR20200126999A KR 20200126999 A KR20200126999 A KR 20200126999A KR 1020207027277 A KR1020207027277 A KR 1020207027277A KR 20207027277 A KR20207027277 A KR 20207027277A KR 20200126999 A KR20200126999 A KR 20200126999A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- image
- transverse section
- color
- scene
- optical component
- Prior art date
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 111
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 61
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 53
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 21
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 9
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 57
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 5
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
- G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
- G06V20/50—Context or environment of the image
- G06V20/52—Surveillance or monitoring of activities, e.g. for recognising suspicious objects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
- G01J2003/466—Coded colour; Recognition of predetermined colour; Determining proximity to predetermined colour
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N7/00—Television systems
- H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
- H04N7/183—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast for receiving images from a single remote source
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
분광 정보를 이미지 및 제공하기 위한 장치가 대물렌즈(1), 이미지 센서(2), 및 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트(3)를 포함한다. 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 적어도 2 개의 컬러에 대해 상이한 방식으로 포인트의 이미지를 수정하며, 그 결과 포인트의 이미지의 형태가 이미지 센서에 의해 캡처되는 이미지로 직접 나타나는 분광 정보를 제공한다. 이러한 장치는 검출 및/또는 감시 시스템에서 사용될 수 있고, 그러면 더 낮은 오경보 값의 가능성을 갖는다.
Description
본 발명은 분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치에 관한 것이다.
광학적 검출 및/또는 감시 어플리케이션이 존재하고, 여기서는 이미지로부터 수집될 수 있는 정보가 불충분하여 낮은 및/또는 캡처된 이미지에 나타나는 대상물을 충분히 캐릭터라이징(characterising)할 수 없는 오경보의 가능성으로 이어진다. 실제로, 광학적 감시를 실현하기 위해, 모니터링되는 필드의 콘텐츠는 일반적으로, 예를 들면, 초당 10 개의 이미지의 속도로 반복적으로 이미지로 캡처되며, 각각의 이미지를 분석하거나, 연속 누적들 사이에 발생하는 변동을 분석하여 감시 필드 내에서 발생할 수 있는 이벤트를 검출한다. 일반적으로, 모니터링되는 필드는 넓거나 매우 넓기 때문에 큰 입사 광학 필드 대물렌즈가 사용되거나 경우에 따라 어안 유형이라고 하는 매우 넓은 입사 광학 필드 대물렌즈가 사용된다. 원하는 이벤트가 입사 광학 필드의 확장에 비해 작은 대상물로 구성된 경우, 상기 대상물은 이미징 장치의 공간 해상도 한계에 가까운 크기, 또는 상기 해상도 한계보다 작거나 훨씬 작은 크기로 캡처되는 이미지로 나타날 수 있다. 그러면, 오경보의 가능성을 줄이기 위해, 캡처된 이미지 내의 대상물의 겉보기 콘트라스트에 관련하여 및/또는 연속적으로 캡처된 이미지에 의해 드러나는 대상물의 궤적에 관련하여 필터를 적용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이렇게 획득된 오경보 가능성의 값은 너무 높을 수 있다.
오경보 가능성의 값을 줄이기 위해, 이미징 정보에 더하여 광학적으로 검출되는 대상물의 스펙트럼 정보를 수집하는 것이 또한 제안되었다. 따라서, 검출 또는 감시 어플리케이션용으로 멀티스펙트럼 또는 하이퍼스펙트럼 카메라가 제안되어 있다. 그러나, 이러한 멀티 또는 하이퍼스펙트럼 카메라는 복잡하고 고가이며, 복수의 컬러에 따라 동시에 캡처되는 이미지들을 상호관련시켜 이들 복수의 이미지로 나타나는 대상물을 캐릭터라이징하기 위해 상당한 계산 수단을 필요로 한다.
스펙트럼 정보를 생성하기 위해 간섭계 시스템도 제안되었으나, 이것도 구현하기 복잡하고 및/또는 고가이다.
이러한 검출 및 감시의 필요성은 많은 상황에서, 특히, 예를 들면, 위성 원격 검출, 즉, 지구 표면에 있는 대상물의 위성으로부터의 이미징에 의한 검출과 같은 민간 분야에서 발생한다.
그러나, 군사 용도는 미사일의 발사가 위협이 될 수 있는 고위험 영역 내의 미사일 발사 검출이다. 이미징에 의한 하나 이상의 감시용 장치는 고위험 영역을 향하고 있고, 각각은 상기 영역의 전부 또는 일부를 수용하는 입사 광학 필드를 가지며, 방금 발사된 적어도 하나의 미사일의 외관이 연속적으로 캡처되는 이미지로 구해진다. 그러면 대물렌즈는 미사일 발사의 발생을 확인할 수 있게 하는 광학적 정보를 가능한 한 신속하게 획득하여, 임의선택적으로 위협의 유형, 예를 들면, 발사된 미사일의 유형을 결정하여, 가능한 한 신속하게 적절한 대응을 취할 수 있게 한다. 이러한 미사일 발사 감시의 경우의 오경보의 원인은 구름의 일부, 민간 항공기 및 심지어 새에 의한 태양 반사를 포함하는 태양 반사일 수 있다.
본 발명의 목적은 검출 및/또는 감시 어플리케이션용으로 적합하고 오경보의 가능성의 값을 낮출 수 있는 새로운 광학적 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 입사 광학 필드 내에서의 이미징에 의해 검출되는 대상물에 대한 분광 정보를 제공하는 것이며, 상기 분광 정보는, 예를 들면, 검출된 대상물의 유형에 관하여 복수의 가능성을 구별함으로써 검출된 대상물을 캐릭터라이징하는 것을 돕는다.
본 발명의 다른 추가의 목적은 이러한 장치가 기존의 검출 및/또는 감시 시스템에 비해 구현이 간단하고, 견고하고, 신뢰할 수 있고, 검출된 대상물에 대한 정보의 제공이 신속하고, 상당히 저렴하거나 추가 비용이 제한되는 것이다.
이러한 목적 또는 기타 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음을 포함하는 분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치를 제안한다:
- 이미징 장치의 입사 광학 필드에 포함된 장면의 이미지를 초점면에 형성하도록 구성된 대물렌즈;
- 상기 장면의 이미지를 캡처하기 위해 상기 초점면에 배치된 이미지 센서; 및
- 상기 장면과 초점면 사이의 광선의 경로 상에 배치된 스펙트럼 미분 기능을 갖는 적어도 하나의 광학 컴포넌트.
본 발명에 따르면, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는, 대물렌즈가 이 광학 컴포넌트를 구비하는 경우에, 광학 컴포넌트가 없는 대물렌즈에 의해 형성되는 장면의 동일한 포인트의 이미지와 비교했을 때, 장면의 포인트의 이미지를 수정하도록 구성된다. 또한, 장면의 포인트의 이미지는 장면의 포인트로부터 발생하는 광선에 대해 적어도 2 개의 가능한 컬러에 대해 상이한 방식으로 수정된다. 따라서, 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지에 나타나는 장면의 포인트의 이미지의 형태는 장면의 포인트에 대한 분광 정보를 제공한다.
다시 말하면, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는, 캡처된 이미지에서, 대상물의 실제의 형태를 대상물로부터 발생하는 광 방사선(또는 전자기 방사선)에 대한 분광 정보를 출력하는 겉보기 형태로 치환한다. 이 분광 정보는 캡처된 이미지 중 하나에 나타나는 대상물의 특성이나 유형을 식별하는데 기여할 수 있다. 특히, 이것에 의해 대상물과 오경보의 원인을 구별할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 경우, 오경보의 가능성이 감소된다.
또한, 분광 정보는 캡처된 각각의 이미지에 직접 포함되므로 본 발명의 장치는 이미징 채널을 배가하거나 이미지 채널 외에 분광측광 획득 채널을 추가할 필요가 없다. 원하는 컬러를 포함하는 스펙트럼 범위 내에서 기능하는 이미징 장치는 본 발명을 구현하기 위한 광학 기기로서 충분하다. 분광 정보는 각각의 캡처된 이미지에 개별적으로 적용되는 이미지 분석 프로세스에 의해 획득될 수 있다. 특히, 이것은 캡처된 각각의 이미지의 콘텐츠에 적용되는, 예를 들면, 푸리에 변환 프로세스와 같은 간단하고 신속한 이미지 프로세스일 수 있다. 특히, 이미지에서 대상물의 겉보기 형태를 복원하기 위한 교정이 불필요하고, 이 겉보기 형태는 분광 정보를 제공한다. 이러한 이유로, 본 발명의 장치는 특히 간단하고, 구현이 신속하고, 주로 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트에 한정되는 제한된 추가의 비용이 발생할 수 있다.
검출 및/또는 감시 장치를 사용하는 많은 상황에서, 그리고 전술한 바와 같이, 검출되는 대상물은 입사 광학 필드에서 작을 수 있고, 이미징 장치의 공간 해상도 한계에 근접하거나, 상기 해상도 한계보다 작거나 훨씬 더 작을 수 있다. 그러면 실제 형태 또는 대상물은 각각의 이미지에서 불완전하게 렌더링되거나 심지어 나타나지 않으므로 캡처된 이미지에서 대상물의 이 실제 형태를 분광 정보용 형태로 치환해도 이미징 정보가 크게 손실되지 않고, 검출된 대상물의 더 우수한 캐릭터라이징을 가능하게 하여 오경보의 가능성을 감소시키는 스펙트럼 정보의 게인(gain)을 구성한다.
본 발명의 범위 내에서, 전자기 방사선 또는 광선의 컬러는 중심 파장의 주변에서 제한된 연속적인 파장 범위를 의미하며, 방사선은 0이 아닌 스펙트럼 에너지를 갖는다. 특히, 컬러라는 단어는 인간이 볼 수 있는 광의 스펙트럼 범위에 제한되지 않고 본 명세서의 전체에 걸쳐 사용된다. 따라서, 이것은 특히 가시 범위에, 그러나 또한 전체 적외선 범위에도, 그리고 임의선택적으로는 근자외선 범위에도 적용된다.
바람직하게는, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 장면의 포인트로부터 발생하는 제 1 컬러의 광선에 대한 제 1 이미지 패턴에 따라 장면의 포인트의 이미지를 수정하도록, 그리고 장면의 포인트로부터 발생하는 제 2 컬러의 광선에 대한 제 2 이미지 패턴에 따라 장면의 포인트의 이미지를 수정하도록 구성된다. 제 1 컬러 및 제 2 컬러는 스펙트럼적으로 분리되고, 제 1 이미지 패턴 및 제 2 이미지 패턴은 상이하다. 당업자의 전문용어로, 각각의 이미지 패턴은 약어 PSF에 대응하는 "점상 분포 함수(Point Spread Function)"나 "광학적 임펄스 응답(optical impulse response)"으로 불린다. 따라서, 장면의 대상물의 기하학적 이미지의 위치에 있는 이미지에서 분명한 패턴은 이 대상물의 컬러 구성을 나타낸다: 겉보기 패턴이 제 1 이미지 패턴에만 대응하는 경우, 대상물은 제 1 컬러의 방사선을 방출하고, 겉보기 패턴이 제 2 이미지 패턴에만 대응하는 경우, 대상물은 제 2 컬러의 방사선을 방출하고, 겉보기 패턴이 두 이미지 패턴의 중첩이면, 대상물은 2 개의 컬러를 동시에 포함하는 방사선을 방출한다. 명백하게, 광학 컴포넌트는 이것이 상이한 이미지 패턴을 3 개 이상의 컬러와 연관시키도록 설계된 경우에 3 개 이상의 컬러를 검출할 수 있다. 캡처된 이미지에서 미리 결정된 이미지 패턴의 검색은 특히 이미지 콘텐츠에 푸리에 변환 프로세스를 적용함으로써 생성될 수 있다.
특히, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는, 장면의 포인트로부터 발생하는 광선에 대한 2 개의 가능한 컬러들의 상이한 신장 방향(stretching direction), 상이한 편이 방향 또는 상이한 분할 방향에 따라, 이미지 센서에 의해 캡처되는 이미지에서, 장면의 포인트의 이미지를 신장, 편이 또는 분할하도록 구성된다.
일반적으로 본 발명에서, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 장면의 동일한 포인트로부터 발생하지만, 광선에 대해 가능한 제 1 컬러에 대하여 장치의 횡단 섹션의 2 개의 상이한 부분들 사이에서 유효한 제 1 위상 편이차에 따라, 그리고 광선에 대해 가능한 제 2 컬러에 대하여 동일한 2 개의 부분들 사이에서 또한 유효한 제 2 위상 편이차에 따라, 장치의 횡단 섹션의 2 개의 상이한 부분을 통과하는 위상 편이 광선에 적합되어 있고, 2 개의 컬러는 스펙트럼적으로 분리되어 있고, 2 개의 위상 편이차는 상이하다. 다시 말하면, 각각의 컬러의 광선은, 2 개의 컬러 중 적어도 하나에 대하여, 이것이 통과하는 장치의 횡단 섹션의 부분에 따라 위상 편이에 미치는 영향이 상이하며, 장치의 횡단 섹션의 2 개의 부분들 사이의 위상 편이차는 2 개의 컬러에 대해 동일하지 않다. 따라서, 본 발명에 따르면, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 적어도 2 개의 컬러 중 하나에 대한, 또는 2 개의 컬러의 각각에 대한, 또는 더 많은 수의 컬러에 대한 선택적 인디케이터일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 것과 같이, 장치의 횡단 섹션의 2 개의 부분들 사이에서 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트에 의해 생성되는 위상 편이차의 일부는 횡단 섹션의 2 개의 상이한 부분들 사이에서 적어도 하나의 컬러에 대해서는 임의선택적으로 0일 수 있는 반면에 적어도 하나의 다른 컬러에 대해서는 0이 아닐 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, 장치의 횡단 섹션은 장치의 광축 및 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 형성하는데 기여하는 모든 광선과 교차하는 표면의 부분을 의미한다. 이러한 횡단 섹션은 평평하거나 평평하지 않을 수 있고, 대물렌즈의 퓨필에 대응하거나 대응하지 않을 수 있고, 대물렌즈의 구성에 들어가거나 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트 전용의 지지체에 의해 구성되는 광학 렌즈 또는 미러 표면에 대응하거나 대응하지 않을 수 있다. 이러한 횡단 섹션은 대물렌즈의 가능한 길이방향의 광학 중심에 대해 제한이 없다.
본 발명의 간단한 실시형태에서, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 웨이브 플레이트(wave plate)일 수 있고, 적어도 하나의 컬러에 대한 위상 편이 특징은 장치의 횡단 섹션의 상이한 부분들 상이에서 변화한다. 바람직하게는, 이러한 웨이브 플레이트의 위상 편이 특징은 제 1 컬러와 제 2 컬러 사이에서 상이한 방식으로 장치의 횡단 섹션의 다양한 부분들 사이에서 변화한다. 이러한 웨이브 플레이트는 특히 유전체 재료의 하나의 필름으로 적어도 부분적으로 구성될 수 있고, 그 두께는 장치의 횡단 섹션 영역마다 변화한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 상기 광선의 컬러가 각각의 공진기의 공진 파장에 대해 변화할 때, 가변 방식으로 광선의 위상 편이 및/또는 감쇄에 대해 효율적인 동일한 전자기 공진기를 포함할 수 있다. 이러한 동일한 공진기는 이 횡단 섹션의 적어도 하나의 다른 부분을 제외하고, 장치의 횡단 섹션의 부분들 중 하나 내에 분포된다.
바람직하게는, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트의 전자기 공진기의 각각은 장치의 횡단 섹션에 평행하게 측정된 적어도 하나의 치수를 가질 수 있으며, 이 치수는 공진기의 공진 파장보다 작다. 당업자의 전문용어로, 이러한 전자기 공진기는 그 치수 중 하나 또는 각각이 수 나노미터 또는 수십 나노미터보다 클 수 있음에도 불구하고 나노 공진기로 불린다. 이것을 사용하면 공진기가 생성할 수 있는 광의 기생 확산을 제한 할 수 있다. 이렇게 하여, 스펙트럼 미분 기능을 생성하는데 사용되는 이미지 패턴을 보다 정확하게 형성할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 본 발명에 따른 장치는, 각각의 전자기 공진기가 장치의 횡단 섹션에 평행하게 측정된 1 μm(마이크로미터) 미만인 적어도 하나의 치수를 갖는 경우에, 가시 범위 및 근적외선 범위에서 유효한 이미징 및 분광 정보 기능에 특히 적합될 수 있다.
경우에 따라, 광학 컴포넌트는 상이한 유형의 공진기들 사이에서 상이한 공진 파장에 대응하는 복수의 상이한 유형의 전자기 공진기를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 상이한 유형의 전자기 공진기는 상이한 동일 파장에 대한 위상 편이 값에 대응할 수 있다. 다음에, 각각의 유형의 공진기는, 횡단 섹션 내에서, 다른 유형의 공진기를 포함하는 장치의 횡단 섹션의 각각의 다른 부분의 적어도 하나의 에지(edge)의 배향과 상이한 배향을 갖는 적어도 하나의 에지를 갖는 장치의 횡단 섹션의 부분 내에 포함된다. 이렇게 하여, 본 발명의 장치는 검출된 대상물에 의해 생성되는 방사선에서 복수의 컬러의 존재 또는 부재를 나타낼 수 있다. 따라서 특히 검출된 대상물의 특성 또는 유형을 식별하기 위해 보다 완전한 스펙트럼 정보를 이용할 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 광학 컴포넌트는 N 개의 유형의 전자기 공진기를 포함할 수 있고, N은 1 내지 33 사이의 정수이고, 즉 2 내지 25이다. 그러면 장치의 횡단 섹션의 부분은 N 개의 영역으로 분할될 수 있고, 각각의 영역은 횡단 섹션의 이 부분의 중심적으로부터 연장되는 각도 섹터(angular sector)일 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 유형들 중 하나의 유형의 모든 전자기 공진기를 수용하도록 된 장치의 횡단 섹션의 각각의 부분은 횡단 섹션의 부분 내에서 이 영역 중 하나 이상의 선택으로 구성될 수 있고, 이 선택은 다른 유형의 공진기에 관련하여 상기한 유형의 공진기를 특정한다. 그러나, 상기 유형들 중 하나의 유형의 모든 전자기 공진기를 수용하도록 된 횡단 섹션의 부분은 다른 유형의 공진의 일부를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들면, 검출된 대상물에서 발생하는 전자기 방사선에서 2 개의 컬러를 캐릭터라이징하기 위해, N은 3일 수 있으며, 장치의 횡단 섹션의 부분은 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역으로 분할될 수 있다. 예를 들면, 각각의 영역은 횡단 섹션의 부분의 중심으로부터 연장되는 각도 섹터일 수 있고, 3 개의 영역은 동일한 각각의 각도 폭을 가질 수 있다. 제 1 유형, 제 2 유형 및 제 3 유형의 전자기 공진기는 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역 내에 영역 당 단 하나의 유형의 전자기 공진기로 개별적으로 포함될 수 있다. 또한, 전자기 공진기는 횡단 섹션의 부분으로 배향된 루트를 따라 영역 중 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 통과할 때, 제 1 컬러에 대하여, 2·π/3 ±π/4, 즉 2·π/3 -π/4 내지 2·π/3 +π/4, 바람직하게는 2·π/3 -π/8 내지 2·π/3 +π/8인 위상 편이차를 생성하도록, 그리고 횡단 섹션의 부분으로 배향된 동일한 루트를 따라 영역 중 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 통과할 때, 제 2 컬러에 대하여, 4·π/3 ±π/4, 즉 4·π/3 -π/4 내지 4·π/3 +π/4, 바람직하게는 4·π/3 -π/8 내지 4·π/3 +π/8인 위상 편이차를 생성하도록 구성될 수 있고, 제 1 컬러와 제 2 컬러는 스펙트럼적으로 분리된다. 횡단 섹션의 부분 내의 영역의 동일한 구획에 따른 동일한 위상 편이차는 대안적으로는 전자기 공진기를 사용하는 대신 웨이브 플레이트에 의해 생성될 수 있다.
그렇지 않으면, 검출된 대상물에서 발생하는 전자기 방사선에서 2 개의 컬러를 캐릭터라이징하기 위해, N은 4일 수 있고, 장치의 횡단 섹션의 부분은 제 1 영역, 제 2 영역, 제 3 영역 및 제 4 영역으로 분할될 수 있다. 특히, 각각의 영역은 횡단 섹션의 부분의 중심으로부터 연장되는 각도 섹터일 수 있고, 4 개의 영역은 동일한 각각의 각도 폭을 또한 가질 수 있다. 그러면, 제 1 유형, 제 2 유형, 제 3 유형 및 제 4 유형의 전자기 공진기는 영역 당 2 개의 유형의 전자기 공진기로 그리고 횡단 섹션의 부분 내에서 인접하는 2 개의 영역들 사이에서 하나의 유형의 전자기 공진기만을 변화시킴으로써 제 1 영역, 제 2 영역, 제 3 영역 및 제 4 영역에 포함될 수 있다. 또한, 전자기 공진기는 다음의 위상 편이차를 생성하도록 구성될 수 있다:
횡단 섹션의 부분 내에서 제 1 경계 방향을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 제 1 컬러에 대해 π ±π/4, 즉 3·π/4 내지 5·π/4, 바람직하게는 7·π/8 내지 9·π/8;
횡단 섹션의 부분 내에서 제 1 경계 방향과 상이한 제 2 경계 방향을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 동일한 제 1 컬러에 대해 0 ±π/4, 즉 -π/4 내지 +π/4, 바람직하게는 -π/8 내지 +π/8;
횡단 섹션의 부분 내에서 제 2 경계 방향을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 제 2 컬러에 대해 π ±π/4, 즉 3·π/4 내지 5·π/4, 바람직하게는 7·π/8 내지 9·π/8 - 제 1 컬러와 제 2 컬러는 스펙트럼적으로 분리됨 -; 및
횡단 섹션의 부분 내에서 제 1 경계 방향을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 제 2 컬러에 대해 0 ±π/4, 즉 -π/4 내지 +π/4, 바람직하게는 -π/8 내지 +π/8.
바람직하게는, 장치의 횡단 섹션의 부분에서 인접하는 영역들 사이에서 제 1 경계 방향 및 제 2 경계 방향은 수직일 수 있다.
특히 광각 유형 또는 어안 유형 대물렌즈에 적합할 수 있는 본 발명의 개선에 따르면, 이전에 구현된 바와 같은 장치의 횡단 섹션의 부분 내에 포함된 영역에 의해 형성되는 패턴은, 각각의 영역 내에 포함되는 전자기 공진기와 함께, 장치의 횡단 섹션 내에서 반복되어 이 횡단 섹션의 타일링(tiling)을 형성할 수 있다.
본 발명의 가능한 실시형태에서, 각각의 전자기 공진기는 다음 중 하나일 수 있다:
- 금속-절연체-금속 유형의 나노 안테나, 그러면 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 장치 내에서 광선을 반사하는데 사용된다;
- 투명 지지체 상에 배치된 금속 나노 로드, 이 경우에 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 장치 내에서 투명 지지체를 통해 광선을 투과시키는데 사용된다;
- 적어도 2 개의 전기 전도성 부분들 사이에 있는 공동 또는 유전체 재료의 부분, 공동 또는 유전체 재료의 부분은 이 공동 또는 유전체 재료의 부분 상에 충돌하는 전자기 방사선의 반사에 유효한 헬름홀츠 공진기를 형성하고, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 다시 장치 내에서 광선을 반사하는데 사용된다.
경우에 따라, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 대물렌즈의 렌즈의 광학면 상에 배치될 수 있거나, 대물렌즈의 반사 광학면을 형성할 수 있고, 두 경우에서 대물렌즈의 입력 광학면을 형성하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 본 발명의 장치는 이미지 센서에 의해 캡처된 장면의 이미지를 분석하기 위한 분석 수단을 더 포함하고, 분석 수단은 장면의 이미지에 푸리에 변환 프로세스를 적용하여 푸리에 변환 프로세스의 결과로부터 분광 정보를 생성하도록 구성된다.
넓은 필드, 즉 입사 광학 필드의 개구 각도가 120°를보다 큰 감시 어플리케이션의 경우, 대물렌즈는 광각 유형 또는 어안 유형일 수 있다.
마지막으로, 이 장치는 다음을 포함할 수 있다:
- 대물렌즈가 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트를 구비하는 경우에, 이미지 센서에 의한 연속적인 이미지 캡처를 제어하도록 구성된, 그리고 각각의 캡처된 이미지로부터 장면의 적어도 하나의 포인트에 대한 분광 정보를 제공하도록 분석 수단을 제어하도록 구성된 드라이버 수단;
- 적어도 하나의 분광 기준을 저장하도록 구성된 메모리 수단;
- 캡처된 이미지 중 적어도 하나로부터 장면의 포인트에 대해 제공된 분광 정보를 메모리에 저장된 기준과 비교하도록 구성된 비교 수단; 및
- 장면의 포인트에 대해 획득된 분광 정보가 메모리에 저장된 기준에 대응할 때, 긍정적 검출 메시지를 생성하도록 구성된 검출 수단.
본 발명의 기타 구체적인 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 이하의 실시형태의 비제한적인 실시례의 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치의 종단면도이고;
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 도 1에 따른 장치의 횡단 섹션의 분할(도 2a), 및 본 발명의 제 1 실시형태에 따라 2 개의 컬러를 검출하는 데 사용될 수 있는 결과적인 이미지 패턴(도 2b 및 도 2c)을 도시하고;
도 3a는 나노 안테나의 복수의 길이 값에 대하여 전자기 방사선의 파장의 함수로서 나노 안테나에 의해 생성되는 위상 편이 값의 다이어그램이고;
도 3b는 도 2a에 대응하는 도면으로서, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 4 가지 상이한 유형의 나노 안테나의 분포를 수반하는 도 1의 장치의 횡단 섹션의 다른 분할을 도시하고;
도 3c 내지 도 3f는 도 3b의 나노 안테나 분포에 대해 인접 영역들 사이에 존재하는 위상 편이차를 도시하는 각각 전자기 방사선의 파장의 함수로서의 다이어그램이고;
도 3g는 도 3b 내지 도 3f의 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 제 1 컬러에 대해 생성된 위상 편이차와 관련된 경계 방향을 도시하며, 제 1 컬러를 검출하기 위해 이로부터 생긴 제 1 이미지 패턴을 도시하고;
도 3h는 제 2 컬러 및 본 발명의 동일한 제 2 실시형태에 대한 도 3g에 대응하고, 제 2 컬러를 검출하기 위해 이로부터 생긴 제 2 이미지 패턴을 도시하고;
도 4는 특히 광각 유형 또는 어안 유형의 대물렌즈를 갖는 본 발명의 일 실시형태에 적합할 수 있는 본 발명의 개선을 도시하고;
도 5는 감시 시스템을 구성하는 본 발명에 따른 장치의 다양한 모듈을 도시하고;
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 실시형태에서 사용될 수 있는 3 가지 유형의 전자기 공진기의 사시도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 도 1에 따른 장치의 횡단 섹션의 분할(도 2a), 및 본 발명의 제 1 실시형태에 따라 2 개의 컬러를 검출하는 데 사용될 수 있는 결과적인 이미지 패턴(도 2b 및 도 2c)을 도시하고;
도 3a는 나노 안테나의 복수의 길이 값에 대하여 전자기 방사선의 파장의 함수로서 나노 안테나에 의해 생성되는 위상 편이 값의 다이어그램이고;
도 3b는 도 2a에 대응하는 도면으로서, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 4 가지 상이한 유형의 나노 안테나의 분포를 수반하는 도 1의 장치의 횡단 섹션의 다른 분할을 도시하고;
도 3c 내지 도 3f는 도 3b의 나노 안테나 분포에 대해 인접 영역들 사이에 존재하는 위상 편이차를 도시하는 각각 전자기 방사선의 파장의 함수로서의 다이어그램이고;
도 3g는 도 3b 내지 도 3f의 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 제 1 컬러에 대해 생성된 위상 편이차와 관련된 경계 방향을 도시하며, 제 1 컬러를 검출하기 위해 이로부터 생긴 제 1 이미지 패턴을 도시하고;
도 3h는 제 2 컬러 및 본 발명의 동일한 제 2 실시형태에 대한 도 3g에 대응하고, 제 2 컬러를 검출하기 위해 이로부터 생긴 제 2 이미지 패턴을 도시하고;
도 4는 특히 광각 유형 또는 어안 유형의 대물렌즈를 갖는 본 발명의 일 실시형태에 적합할 수 있는 본 발명의 개선을 도시하고;
도 5는 감시 시스템을 구성하는 본 발명에 따른 장치의 다양한 모듈을 도시하고;
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 실시형태에서 사용될 수 있는 3 가지 유형의 전자기 공진기의 사시도이다.
명확히 하기 위해, 도면에 도시된 요소의 치수는 실제 치수 또는 실제 치수의 비율에 대응하지 않는다. 또한, 상이한 도면에 표시된 동일한 참조부호는 동일한 기능을 갖는 동일한 요소 또는 요소들을 나타낸다.
도 1에 따르면, 이미징 장치는 복수의 렌즈, 예를 들면, 4 개의 렌즈(1a-1d)로 구성된 대물렌즈(1) 및 이미지 센서(2)를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 대물렌즈는 적어도 일부의 렌즈 대신에 비구면 미러와 같은 반사 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 대물렌즈(1)는 당업자에게 알려져 있는 특히 광각 및 초광각(어안) 유형 중 하나일 수 있고, 120°(도)보다 클 수 있는 입사 광학 필드의 각도 개구를 가질 수 있다. 이미지 센서(2)는 대물렌즈(1)의 초점면에 배치되고, 시판되는 모델 중 하나인 매트릭스 센서일 수 있다.
도 1에서 참조부호 A-A 및 S는 이미징 장치의 광축 및 이 광축(A-A)과 교차하는 본 장치의 섹션을 나타낸다. 이 섹션(S)은 본 설명의 일반적인 부분에서 횡단 섹션으로 부른다. 이것은 대물렌즈(1)의 퓨필, 또는 대물렌즈(1)의 컴포넌트 중 하나의 굴절성 또는 반사성의 광학면일 수 있다. 일반적으로 본 발명의 경우, 횡단 섹션(S)은 특히 이것이 대물렌즈(1)의 컴포넌트 중 하나의 광학면에 대응하는 경우에 반드시 평평할 필요는 없다. 바람직하게는, 횡단 섹션(S)은 중간 이미지 평면에 대응하지 않는다. 본 발명의 가능한 실시형태에서, 특히 대물렌즈(1)가 광각 유형 또는 어안 유형인 경우, 횡단 섹션(S)은 대물렌즈(1)의 입력면, 예를 들면, 렌즈(1a)의 광학 정면(optical front face)(도 1)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 보조 컴포넌트가 대물렌즈(1)에 추가되며, 이것의 기능은 센서(2)에 의해 캡처된 각각의 이미지에 컬러 표시를 생성하는 것이다. 이러한 이유로, 이 보조 컴포넌트는 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트라고 부른다. 이것은 대물렌즈(1)의 이미징 기능을 구비한 컴포넌트 중 하나의 광학면 상에 적용되거나, 자가 지지형 또는 기타 광학 컴포넌트와는 다른 지지체를 소유하는 별개의 광학 컴포넌트를 형성할 수 있다. 더 설명되는 본 발명의 실시형태에서, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트는 위에서 소개한 바와 같이 장치의 횡단 섹션(S)과 중첩되고, 도면에서는 3으로 표시되어 있다. 따라서, 이미징 장치의 입사 광학 필드에 포함된 장면으로부터 발생하는 그리고 이 장면의 이미지를 이미지 센서(2) 상에 형성하는 광선이 이것을 통과한다.
특히, 대물렌즈(1)가 광각 유형 또는 어안 유형인 경우, 입사 광학 필드에 위치하는 제한된 치수를 갖는 대상물은 이미징 장치의 공간 해상도의 한계로 또는 이 해상도 한계보다 작은 한계로 이미지에 나타날 수 있다. 이 경우, 각각의 이미지 내에서 이 대상물의 대부분의 포인트 또는 포인트 외관을 다른 패턴으로 치환해도 대상물의 식별을 목적으로 한 정보의 손실이 발생하지 않는다. 이 상황으로부터, 각각의 캡처된 이미지 내에서 대상물의 외관을 대상물로부터 방출되는 전자기 방사선에 대한 분광 정보를 획득하는 이미지 패턴으로 치환하는 것으로 구성된 본 발명은 정보에 상당한 게인을 구성하여 대상물을 식별하는데 성공한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 분광 정보를 표현하는데 사용되는 각각의 이미지 패턴은 입사 광학 필드에 위치하는 최소의 다른 장면으로서 마스킹하기 위해 각각의 캡처된 이미지 내에서 축소되는 확장을 가질 수 있다. 특히, 분광 정보를 표현하는데 사용되는 각각의 이미지 패턴은 캡처된 이미지 내에서 이미징 장치의 공간 해상도 한계보다 크지 않은 치수를 가질 수 있다. 예를 들면, 사용되는 각각의 이미지 패턴은 캡처된 각각의 이미지 내에서 이미지 센서(2)의 수 픽셀 정도, 바람직하게는 3 또는 5 픽셀의 확장을 가질 수 있다.
이제 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명되는 본 발명의 가능한 제 1 실시형태에서, 광학 컴포넌트(3)는 두께가 고르지 않은 투명 재료로 제작된 웨이브 플레이트일 수 있다. 따라서 이러한 웨이브 플레이트는 횡단 섹션(S)과 일치하도록 대물렌즈(1) 내에 배치될 수 있다.
도 2a에 따르면, 이러한 광학 컴포넌트(3)는 횡단 섹션(S) 내에서 동일한 크기의 3 개의 인접한 영역(S1, S2, S3)으로 분할될 수 있다. 예를 들면, 이들 영역의 각각은 횡단 섹션(S)과 광축(A-A)의 교차점으로부터 연장하는 각 영역의 정점에서의 각도가 2·π/3인 각도 섹터일 수 있다. 광학 컴포넌트(3)는 영역 S1 내에서 평행한 면을 갖는 제 1 투명 플레이트로 구성될 수 있고, 760 nm(나노미터)에 가까운 파장 값에 대응하는 적색인 영역 S1을 통과하는 광선에 대해 이 영역 S1에서 약 2·π/3의 위상 지연을 생성하도록 조절된 두께를 갖는다. 동시에, 이 컴포넌트(3)는 영역 S2에서 평행한 면을 갖는 제 2 투명 플레이트로 구성되며, 적색이지만 영역 S2를 통과하는 광선에 대해 약 4·π/3의 위상 지연을 생성하도록 조절된 플레이트 두께를 갖는다. 마지막으로, 이것은 영역 S3에서 평행한 면을 갖는 제 3 투명 플레이트로 구성되며, 적색이지만 영역 S3을 통과하는 광선에 대해 이 영역 S3에서 실질적으로 0의 위상 지연에 상당하는 약 2·π의 위상 지연을 생성하도록 조절된 플레이트 두께를 갖는다. 이러한 위상 지연, 또는 위상 편이는 컴포넌트가 없는 경우에 이미징 장치에서 발생하는 것과 같은 적색의 광선의 전파에 관하여 고려될 수 있다. 그러면 이미징 장치의 입사 광학 필드에 존재하는 적색광의 점광원 또는 대체적인 점광원은 각각의 캡처된 이미지에서 이 캡처된 이미지에서 이 광원의 기하학적 이미지의 위치에서 서로 근접한 3 개의 스폿(spot)의 형태로 나타난다. 이 이미지 패턴 도 2b에서 M1로 표시되어 있다. 경우에 따라, 컴포넌트(3)은 이미지 패턴(M1)의 3 개의 스폿이 서로 더 가까워지도록, 그 결과 이미지 패턴(M1)이 이미징 장치의 공간 해상도 한계보다 크지 않은 변 길이, 예를 들면, 3 내지 5 픽셀의 변의 길이를 갖는 삼각형이 되도록 구성될 수 있다. 이렇게 하여, 적색 광선이 나오는 대상물에 대해 이미지 센서(2)에 의해 캡처되는 각각의 이미지 내에서 충분한 콘트라스트가 유지될 수 있다.
3 개의 영역(S1, S2, S3) 내의 컴포넌트의 투명 재료가 적색의 것과 실질적으로 동등한 380 nm에 가까운 파장 값에 대응하는 청색에 대한 굴절률 값을 갖는 경우, 컴포넌트(3)는 청색에 대해 영역 S1에서 약 4·π/3과 동일한, 그리고 영역 S2에서 약 8·π/3과 동일한 위상 지연(이것은 상기 영역 S2에서 2·π/3과 실질적으로 동일한 위상 지연과 동등함), 및 영역 S3에서 약 4·π과 동일한 위상 지연(이것은 또한 상기 영역 S3에서 실질적으로 0인 위상 지연과 동등함)을 생성한다. 청색광의 점광원에 대해 결과로서 생기는 이미지 패턴으로서 이 광원의 기하학적 이미지의 위치에서 각각의 캡처된 이미지에 표시되는 이미지 패턴은 도 2c에서 M2로 표시되어 있다. 이것도 또한 서로 근접한 3 개의 스폿으로 구성되지만, 대체적인 배향은 이미지 패턴 M1에 비해 각각의 캡처된 이미지에서 π/3만큼 회전되어 있다. 패턴 M1 및 M2는 각각 π/3의 각도만큼 떨어져 있는 3 개의 방향을 따라 포인트 기하학 이미지의 신장 및 편이로서 동시에 표시할 수도 있다.
따라서, 캡처된 이미지 내에서 이미지 패턴 M1이 식별되면 광원에 의해 방출되는 광 방사선이 적색의 성분을 가지고 있음을 나타내고, 이미지 패턴 M2가 식별되면 이것이 청색 성분을 가지고 있음을 나타낸다. 2 개의 이미지 패턴(M1, M2)이 6 개의 첨단을 갖는 별 모양 또는 6 개의 로브(lobe)를 갖는 스폿 형상으로의 중첩은 광원에 의해 방출되는 광 방사선이 적색 성분 및 청색 성분을 동시에 소유하고 있고, 중첩되어 있는 2 개의 이미지 패턴(M1, M2)의 각각의 광 강도와 상관된 각각의 스펙트럼 에너지를 가짐을 나타낸다.
전술한 실시형태는 투명 재료로 제작된 웨이브 플레이트에 기초하고 있으나, 당업자는 하기의 전자기 공진기를 기반으로 한 제 2 실시형태의 설명을 읽으면, 도 2b 및 도 2c의 이미지 패턴(M1, M2)이 적절히 선택된 이러한 전자기 공진기에 의해서도 생성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이를 위해, 영역 S1은 제 1 유형의 모든 전자기 공진기를 수용하도록 되어 있고, 이것은 적색의 전자기 방사선에 위상 편이 φ1을, 그리고 청색의 전자기 방사선에 위상 편이 φ2를 적용하도록 구성되어 있다. 다음에, 영역 S2는 제 2 유형의 모든 전자기 공진기를 수용하도록 되어 있고, 이것은 적색의 방사선에 위상 편이 φ1 +2π/3를, 그리고 청색의 방사선에 위상 편이 φ2 +4π/3를 적용하도록 구성되어 있다. 또한, 영역 S3은 제 3 유형의 모든 전자기 공진기를 수용하도록 되어 있고, 이것은 적색의 방사선에 위상 편이 φ1 +4π/3를, 그리고 청색의 방사선에 위상 편이 φ2 +8π/3를 또는 동등한 방식으로 φ2 +2π/3를 적용하도록 구성되어 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명된 본 발명의 제 1 실시형태의 모두에 대해, 본 발명의 일반적인 설명에서 언급된 횡단 섹션(S)의 부분들은 영역 S1-S3에 의해 하나씩 형성된다.
이제 본 발명의 제 2 가능한 실시형태를 도 3a 내지 도 3h를 참조하여 설명한다. 이들 제 2 실시형태 중 하나에서, 광학 컴포넌트(3)는 횡단 섹션(S) 내의 금속-절연체-금속(MIM) 나노 안테나 유형의 전자기 공진기의 분포로 구성된다.
알려진 방식으로, 그리고 도 6a를 참조하면, MIM 나노 안테나는 연속적인 금속 표면(11)에 평행하게 배치되고 절연 재료의 중간 필름(12)에 의해 연속적인 금속 표면으로 분리된 금속 재료(10)의 세그먼트를 포함한다. 예를 들면, 세그먼트(10) 및 연속 표면(11)의 금속은 금일 수 있고, 중간 필름(12)은 실리카(SiO2) 또는 에폭시 폴리머로 제작될 수 있다. 이러한 나노 안테나는 나노 안테나 길이로 불리는 세그먼트(10)의 길이에 의존하는 공진 파장 값을 갖는 파브리-페로(Fabry-Pιrot) 유형의 전자기 공진기를 구성한다. 이하에서, 각각의 세그먼트(10)는 표면(11)에 평행한 400 nm의 폭 및 표면(11)에 수직인 50 nm의 두께를 가지며, 이 폭 및 두께는 고려되는 모든 MIM 나노 안테나에 대해 일정하다. 다음에, 연속적인 금속 표면(11), 그 위에 배치된 절연 재료(12)의 필름, 및 연속적인 금속 표면(11)의 반대측 상의 절연 재료(12)의 필름 상의 금속 세그먼트(10)의 충분히 밀도의 분포로 구성된 광학 컴포넌트(3)는 조절가능한 위상 편이를 갖는 전자기 방사선 반사기를 형성한다. 반사된 방사선과 입사 방사선 사이에서 유효한 이 위상 편이는 방사선의 파장의 함수로서 변화되며, 반사의 위치에 존재하는 금속 세그먼트(10)의 길이를 선택함으로써 조정될 수 있다. 도 3a는 길이 값이 500 nm, 600 nm, ..., 1400 nm 및 1500 nm인 나노 안테나에 대해 전자기 방사선의 파장의 함수로서 π 단위로 표현된 이 위상 편이의 변화를 보여준다. 도 3a의 경우, 절연 재료(12)의 필름은 실리카로 제조되고, 300 nm의 두께를 가지며, 금속 세그먼트(10)는 두 수직 방향에서 실질적으로 1.8 μm(마이크로미터)인 피치에 따라 분포되고, 전자기 방사선은 반사기에 수직으로 반사된다. 방사선의 편광 효과는 당업자에 의해 알려져 있고, 횡단 섹션(S)에서 두 수직 방향으로 배향된 금속 세그먼트(10)를 사용함으로써 처리될 수 있다고 가정하여 본 명세서에서 설명하지 않는다.
도 3a의 다이어그램에 따르면, 750 nm의 나노 안테나 길이를 갖는 제 1 나노 안테나 반사기 및 900 nm의 나노 안테나 길이를 갖는 제 2 나노 안테나 반사기는 실질적으로 0.75·π의 위상 편이차를 갖는 3 μm(마이크로미터) 파장을 갖는 전자기 방사선을 반사한다. 이들 동일한 제 1 반사기 및 제 2 반사기는 실질적으로 0인 위상 편이차를 갖는 5 μm 파장을 갖는 다른 전자기 방사선을 반사한다. 유사하게, 1200 nm의 나노 안테나 길이를 갖는 제 3 나노 안테나 반사기 및 1500 nm의 나노 안테나 길이를 갖는 제 4 나노 안테나 반사기는 실질적으로 0인 위상 편이차를 갖는 3 μm 파장의 전자기 방사선을 반사하고, 실질적으로 1.25·π인 위상 편이차를 갖는 5 μm 파장의 전자기 방사선을 반사한다.
다음에, 제 2 실시형태의 광학 컴포넌트(3)는 이미징 장치의 횡단 섹션(S)은 4 개의 영역 S1, S2, S3 및 S4로, 예를 들면, 광축(A-A)으로부터의 그 정점에서 각각 직각을 갖는 4 개의 각도 섹터로 분할함으로써 생성될 수 있다. 도 3b에 표시된 바와 같이, 광학 컴포넌트(3)는 횡단 섹션(S)의 전체에 걸쳐 연속적인 금속 표면 및 절연 필름으로, 그리고 영역 S1에서 길이 750 nm 및 1200 nm, 영역 S2에서 길이 750 nm 및 1500 nm, 영역 S3에서 길이 900 nm 및 1500 nm, 그리고 영역 S4에서 길이 900 nm 및 1200 nm인 나노 안테나를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 각각의 영역 S1, S2, S3 및 S4 내에서 이러한 유형의 나노 안테나 쌍의 조합은 각각의 나노 안테나가 횡단 섹션(S) 내에서 이 나노 안테나의 금속 세그먼트(10)가 점하는 영역보다 훨씬 큰 유효 섹션 값을 가지기 때문에 가능하다. 도 3b에서 다양한 유형의 나노 안테나가 상이한 길이의 대시(dash)에 의해 상징적으로 도시되어 있다: 대시 R1은 길이 750 nm의 나노 안테나, 대시 R12는 길이 900 nm의 나노 안테나, 대시 R3은 길이 1200 nm의 나노 안테나, 그리고 대시 R4는 길이 1500 nm의 나노 안테나.
본 발명의 제 2 실시형태의 설명과 본 발명의 일반적인 설명에서 사용된 용어 사이의 관계는 다음과 같다:
- 2 개의 영역 S1과 S2는 함께 750 nm 길이의 모든 나노 안테나를 수용하도록 된 횡단 섹션(S)의 제 1 부분을 형성하고;
- 유사하게, 2 개의 영역 S2와 S3은 함께 1500 nm 길이의 모든 나노 안테나를 수용하도록 된 횡단 섹션(S)의 제 2 부분을 형성하고;
- 2 개의 영역 S3과 S4는 함께 900 nm 길이의 모든 나노 안테나를 수용하도록 된 횡단 섹션(S)의 제 3 부분을 형성하고;
- 2 개의 영역 S4와 S1은 함께 1200 nm 길이의 모든 나노 안테나를 수용하도록 된 횡단 섹션(S)의 제 4 부분을 형성하고;
- 방향 D1은 횡단 섹션(S)의 제 2 부분과 제 4 부분을 분리하는 경계의 방향으로서 제 1 경계 방향이라고 부르고;
- 제 2 경계 방향이라고 부르는 방향 D2는 횡단 섹션(S)의 제 1 부분과 제 3 부분을 분리하는 경계의 방향이다.
도 3c의 다이어그램은 광학 컴포넌트(3)에 의해 반사되는 방사선의 파장의, 그리고 영역 S1에서 반사되는 방사선의 제 1 부분과 영역 S2에서 반사되는 방사선의 제 2 부분 사이에 존재하는 위상 편이차의 함수로서의 변화를 보여준다. 도 3c의 다이어그램에 따르면, 3 μm 파장의 방사선은 영역 S1과 S2 사이에서 실질적으로 0의 위상 편이차를 겪고, 5 μm 파장의 방사선은 이들 동일한 두 영역 S1과 S2 사이에서 실질적으로 (-)π의 위상 편이차를 겪는다. 인접 영역들 사이의 3 μm 및 5 μm 파장의 이러한 정밀한 위상 편이차는 각 영역에서 2 개의 상이한 유형의 나노 안테나가 결합되어 있기 때문에 얻어진다.
도 3d의 다이어그램은 광학 컴포넌트(3)에 의해 반사되는 방사선의 파장의, 그리고 영역 S4에서 반사되는 방사선의 제 4 부분과 영역 S3에서 반사되는 방사선의 제 3 부분 사이에 존재하는 위상 편이차의 함수로서의 변화를 보여준다. 도 3d의 다이어그램에 따르면, 3 μm 파장의 방사선은 영역 S3과 S4 사이에서 실질적으로 0의 위상 편이차를 겪고, 5 μm 파장의 방사선은 이들 두 영역 S3과 S4 사이에서 다시 실질적으로 (-)π의 위상 편이차를 겪는다.
도 3b, 도 3c 및 도 3d로부터 광학 컴포넌트(3)는, 영역 S3과 S4 사이에서 직선으로 연장하는 영역 S1과 S2 사이의 경계의 2 개의 측면 사이에서, 3 μm 파장의 방사선에 대해서는 실질적으로 0이고 5 μm 파장의 방사선에 대해서는 실질적으로 π인 위상 편이차를 유발한다는 결과를 얻는다. 결과적으로, 광학 컴포넌트(3)는, 5 μm 파장에 대응하는 제 1 방사선 컬러에 대해, 경계 방향 D1에 수직인 점광원 또는 대체적인 점광원의 이미지의 신장 또는 분할을 생성하지만, 3 μm 파장에 대응하는 제 2 방사선 컬러에 대해서는 생성하지 않는다. 따라서, 도 3g에서 M1'로 표시되고 제 1 이미지 패턴으로 불리는 이미지 패턴은 5 μm 파장에 대응하는 제 1 컬러와 관련된다.
도 3e의 다이어그램은 광학 컴포넌트(3)에 의해 반사되는 방사선의 파장의, 그리고 영역 S1에서 반사되는 방사선의 제 1 부분과 영역 S4에서 반사되는 방사선의 제 4 부분 사이에 존재하는 위상 편이차의 함수로서의 변화를 보여준다. 도 3e의 다이어그램에 따르면, 3 μm 파장의 방사선은 영역 S1과 S4 사이에서 실질적으로 (-)π의 위상 편이차를 겪고, 5 μm 파장의 방사선은 이들 두 영역 S1과 S4 사이에서 실질적으로 0의 위상 편이차를 겪는다.
도 3f의 다이어그램은 광학 컴포넌트(3)에 의해 반사되는 방사선의 파장의, 그리고 영역 S2에서 반사되는 방사선의 제 2 부분과 영역 S3에서 반사되는 방사선의 제 3 부분 사이에 존재하는 위상 편이차의 함수로서의 변화를 보여준다. 도 3f의 다이어그램에 따르면, 3 μm 파장의 방사선은 영역 S2와 S3 사이에서 실질적으로 (-)π의 위상 편이차를 겪고, 5 μm 파장의 방사선은 이들 두 영역 S2와 S3 사이에서 실질적으로 0의 위상 편이차를 겪는다.
도 3b, 도 3e 및 도 3f로부터 광학 컴포넌트(3)는, 영역 S2와 S3 사이에서 직선으로 연장하는 영역 S1과 S4 사이의 경계의 2 개의 측면 사이에서, 3 μm 파장의 방사선에 대해서는 실질적으로 π이고 5 μm 파장의 방사선에 대해서는 실질적으로 0인 위상 편이차를 유발한다는 결과를 얻는다. 결과적으로, 광학 컴포넌트(3)는, 3 μm 파장에 대응하는 제 2 방사선 컬러에 대해, 경계 방향 D2에 수직인 점광원 또는 대체적인 점광원의 이미지의 신장 또는 분할을 생성하지만, 5 μm 파장에 대응하는 제 1 방사선 컬러에 대해서는 생성하지 않는다. 따라서, 도 3h에서 M2'로 표시되고 제 2 이미지 패턴으로 불리는 이미지 패턴은 3 μm 파장에 대응하는 제 제 2 컬러와 관련된다.
본 발명의 다른 실시형태는, 특히 도 3b 내지 도 3h의 모델 상에서, MIM 나노 안테나 전자기 공진기를 절연성의 투명 지지체 상에 배치된 금속 나노 로드를 포함하는 전자기 공진기로 치환함으로써 설계될 수 있다. 예를 들면, 도 6b에 따르면, 실리카(21)로 제조된 지지체 상에 배치된 금속 나노 로드(20)를 사용하여 각각의 전자기 공진기를 형성할 수 있다. 이러한 금속 나노 로드 공진기의 경우, 공진은 입사 방사선의 파장이 나노 로드의 치수의 조합에 대응할 때 표면 플라즈몬의 출현에 기인된다. 이렇게 얻어진 광학 컴포넌트(3)는 센서(2)에 의해 캡처된 이미지를 형성하는 광선의 투과를 위해 기능한다. 컴포넌트(3)에 의해 전달되는 전자기 방사선에 대해 생성되는 위상 편이는 영역 S1-S4의 각각 내의 각각의 나노 로드의 치수에 따라 그리고 또한 방사선의 파장에 따라 달라진다. 그러면 당업자는 이러한 전자기 공진기의 주제에 관해 이용가능한 과학 논물을 참조하여 절연성의 투명 지지체 상의 나노 로드 공진기와 관련된 도 3c 내지 도 3f의 다이어그램의 변형을 얻을 수 있다. 이러한 다이어그램에서, MIM 나노 안테나 공진기의 경우, 공진기의 파라미터의 값을 적절히 선택함으로써 2 가지 컬러를 나타낼 수 있는 광학 컴포넌트를 설계하기 위해 제안된 방법은 나노 로드 공진기에 쉽게 치환될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 또한 MIM 나노 안테나 대신 헬름홀츠 공진기 유형의 전자기 공진기를 사용함으로써 설계될 수도 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 이러한 헬름홀츠 공진기는 공통의 금속 표면(31)에 배치된 나노 공동(30)과 이 공통의 금속 표면(31)으로부터 전기적으로 절연되면서 나노 공동(30)을 부분적으로 실링하는 추가의 금속 부분(32)를 조합함으로써 각각 형성된다. 예를 들면, 절연 재료(33)의 필름, 예를 들면, 실리카 필름이 각각의 추가의 금속 부분(32)과 공통의 금속 표면(31) 사이에 개재될 수 있다. 공통의 금속 표면(31)은 기본 반사기의 역할을 하며, 헬름홀츠 공진기는 입사 방사선의 파장에 따라 반사 특성을 수정한다. 금속 표면(31)과 절연 재료(33)의 필름은 모든 헬름홀츠 공진기에 공통일 수 있고, 각각은 다른 공진기와 별도로 나노 공동(30) 및 추가의 금속 부분(32)을 갖는다. 각각의 헬름홀츠 공진기 내에서, 나노 공동(30)은 유도성 거동을 가지며, 추가의 금속 부분(32)은 나노 공동의 주위의 금속 표면(31)과 함께 커패시터를 형성한다. 공지된 방식으로, 이렇게 형성된 각각의 헬름홀츠 공진기는 입사하는 전자기 방사선에 대하여 추가의 금속 부분의 나노 공동의 치수에 의존하는 입사 방사선의 파장의 함수로서의 위상 편이 및 공진 특징을 갖는 반사 공진을 가지며, 또한 추가의 금속 부분(32)과 나노 공동(30)의 주연부 사이의 절연 필름(33)의 두께에 의존한다. 이전과 동일한 방식으로, 당업자는 도 3b 내지 도 3h를 참조하여 설명한 MIM 나노 안테나를 기반으로 하는 제 2 실시형태를 헬름홀츠 공진기를 기반으로 하는 본 발명의 실시형태로 변환할 수 있다.
당업자에게 또한 공지된 방식으로, 방금 인용한 것과 같은 전자기 공진기(MIM 나노 안테나, 나노 로드, 헬름홀츠 공진기)의 공진 특성은 입사 전자기 방사선의 편광의 함수로서 변화한다. 그러면, 고정된 방향에 따라 편광되는 입사 방사선에만 효과적인 광학 컴포넌트(3)를 얻을 수 있으며, 이는 횡단 섹션(S) 내의 공진기의 형상 및 배향에 의해 결정된다. 대안적으로, 동일한 유형이지만 일부는 입사 방사선의 편광 방향 중 하나에 대해 배향되고 다른 것들은 수직 편광 방향에 대해 배향된 공진기를 횡단 섹션(S)의 각각의 영역에서 관련시킴으로써 2 개의 수직 편광에 대하여 동일한 방식으로 효과적인 광학 컴포넌트(3)를 얻을 수도 있다.
또한, 이미징 장치의 횡단 섹션(S)의 파티션(partition) 내의 영역의 수를 증가시킴으로써 입사 방사선(53)의 컬러 인디케이터로서 M1(도 2b), M2(도 2c), M1'(도 3g) 및 M2'(도 3h)와 상이한 이미지 패턴을 생성할 수도 있다. 특히, 4 개를 초과하는 각도 섹터를 채택하면 캡처되는 이미지에서 보다 상이한 방향에 따라 점광원의 이미지의 신장 또는 분할을 생성할 수도 있고, 따라서 스펙트럼적으로 분리되는 더 많은 컬러를 드러낼 수 있다. 또한 영역에 대해 각도 섹터 이외의 형상을 채택하여 인접 영역들 사이에서 0 및 π 이외의 위상 편이차의 값을 선택할 수 있다. 따라서, 당업자는 이미징 장치의 횡단 섹션(S)을 통해 해당 컬러의 방사선에 대해 유효한 적절한 위상 편이 분포를 생성함으로써 모든 이미지 패턴을 점광원 또는 대체적인 점광원에 의해 방출되는 방사선에서 구하고자 하는 컬러와 관련시킬 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 추가의 가능한 실시형태에서, 광학 컴포넌트(3)는 상기 컴포넌트(3)를 투과하거나 상기 컴포넌트(3)에 의해 반사되는 방사선에 대한 위상 편이 와류를 생성하도록 설계될 수 있다. 그러면, 캡처된 각각의 이미지에서 이미지 패턴은 라이트 링(light ring)이고, 이것의 반경은 점광원 또는 대체적인 점광원을 형성하는 대상물이 방출하는 방사선의 파장에 의존하며, 와류는 연속적이다.
전술한 본 발명의 실시형태의 경우, 본 발명의 일반적인 설명에서 소개한 것과 같은 횡단 섹션(S)의 부분은 이미징 장치의 전체 횡단 섹션에 대응한다. 그러나 일부의 상황에서, 특히 대물렌즈(1)가 광각 유형 또는 어안 유형인 경우, 입사 광학 필드 내의 임의의 방향으로부터 와서 이미지 센서(2) 상에 대상물의 이미지를 형성하는 광빔이 전체 위상 편이 패턴에 의해 영향을 받도록 횡단 섹션(S) 내에서 위상 편이 패턴을 반복하는 것이 유리할 수 있다. 도 4에서, 4 개의 영역(S1-S4)의 경우의 위상 편이 패턴은 전체 횡단 섹션(S)보다 작은 정사각형(P) 내에 제한되며, 이 4 개의 영역(S1-S4)의 경우의 정사각형 패턴은 반복되어 횡단 섹션(S)의 타일링을 형성한다. 본 발명의 이러한 대안적인 실시형태의 경우, 위상 편이 패턴의 반복을 구성하는 각각의 정사각형(P)은 본 발명의 일반적인 설명의 의미 내에서 횡단 섹션(S)의 부분이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치로부터 형성되는 검출 및/또는 감시 시스템은 이미지를 분석하고 입사 광학 필드 내에 존재하는 대상물을 검출하기 위한 드라이버 수단을 더 포함할 수 있다. 참조번호 10의 이미지 분석 수단은 광학 컴포넌트(3)의 존재 하에서 센서(2)에 의해 캡처되는 각각의 이미지의 푸리에 변환을 생성하도록 구성될 수 있다. 실제로, 푸리에 변환에 의한 이러한 분석은 특히 각각의 캡처된 이미지에서 이 이미지를 형성한 방사선에서 추구되는 컬러와 관련된 이미지 패턴의 존재를 드러내는 데 효과적일 수 있다. 이 분석 수단(10)의 출력은 입사 광학 필드의 전부 또는 일부에서 추구되는 각각의 컬러의 존재 또는 부재의 표시일 수 있으며, 임의선택적으로 이 컬러의 방사선에 대한 강도 표시를 수반할 수 있다. 다음에 비교 수단(13)이 제공되어, 캡처된 이미지 또는 그 샘플에 대해, 분석 수단(10)에 의해 제공되는 분광 표시를 메모리 모듈(12) 내에 저장된 분광 기준과 비교할 수 있다. 모듈(12) 내에 저장된 기준이 위협을 캐릭터라이징하는 경우, 예를 들면, 이것이 미사일의 리액터(reactor)에 의해 생성될 가능성이 있는 열 방사선에 대응하는 경우에, 적절한 경보 신호를 생성하기 위해 검출 모듈(14)이 제공될 수 있다. 이미지화 및 분광 정보의 제공에 의해 동작하는 이러한 감시 시스템의 오경보의 가능성을 줄이기 위해, 적어도 하나의 이미지 내에서, 또한 메모리에 저장된 분광 기준을 만족시키는 대상물의 검출을 연속적으로 캡처된 이미지들 사이에 나타나는 이 대상물의 이동의 특성과 관련시킬 수 있다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같은 시스템이 미사일 발사 검출기, 또는 MLD일 수 있다.
당업자에게 공지된 방식으로, 검출 및/또는 감시 시스템의 모든 컴포넌트는 드라이버 수단을 구성하는 제어기(11)에 의해 제어 및 동기된다.
일반적으로, 본 발명을 구현하기 위해, 이미징 장치에 의한 대상물의 이미지는 이 장치의 공간 해상도 한계보다 작을 필요는 없다. 실제로, 장치의 공간 해상도 한계보다 크거나 훨씬 큰 대상물의 이미지로부터 포인트 점상 분포 함수(PSF) 또는 이 함수의 충분한 특징을 제공하는 이미지 프로세스가 사용될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명을 사용하여 하나의 컬러의 특징적인 이미지 패턴은 이 대상물이 공간적으로 해상되는 경우에도 대상물의 이미지로부터 추출될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 장치는 비색분석 필터링 없이 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트에 의해 추가되는 컬러 검출 기능을 구비한 통상의 이미지 기능을 축적한다. 다시 말하면, 컬러 이미징 기능은 장치 내의 복수의 스펙트럼 채널 내로의 광학 경로의 분리 또는 컬러 필터를 사용하지 않고 본 발명에 의해 얻어진다.
본 발명은 또한 위에서 상세히 설명한 실시형태에 대해 많은 2 차 특징을 수정함으로써 재현될 수도 있다. 예를 들면, 횡단 섹션(S) 내의 영역은 반드시 각도 섹터이거나 각도 섹터의 결합일 필요는 없다. 이것은 임의의 기하학적 형상, 대칭 형상 또는 비대칭 형상일 수 있고, 이들의 각각의 표면은 스펙트럼 미분 기능을 갖는 광학 컴포넌트에 의해 생성되는 각각의 위상 편이 값을 받는 입사 방사선의 분율을 제한하는 것으로 이해된다.
마지막으로, 본 발명은 감시 필드 내에서 나타날 수 있는 위협의 검출에 한정되지 않고, 본 발명은 위성 원격 검출, 공항 지역 내의 새의 검출 등을 포함하는 많은 다른 용도에 적용될 수 있다.
Claims (12)
- 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치로서,
- 이미징 장치의 입사 광학 필드에 포함된 장면의 이미지를 초점면에 형성하도록 구성된 대물렌즈(1);
- 상기 장면의 이미지를 캡처하기 위해 상기 초점면에 배치된 이미지 센서(2); 및
- 상기 장면과 상기 초점면 사이의 광선 경로 상에 배치된 스펙트럼 미분 기능을 갖는 적어도 하나의 광학 컴포넌트(3)를 포함하고,
상기 광학 컴포넌트는, 상기 대물렌즈(1)가 상기 광학 컴포넌트를 구비하는 경우에, 상기 광학 컴포넌트가 없는 대물렌즈에 의해 형성되는 장면의 동일한 포인트의 이미지와 비교했을 때, 상기 장면의 포인트로부터 발생하는 광선에 대한 적어도 2 가지 가능한 컬러에 대해 상이한 방식으로, 상기 장면의 포인트의 이미지를 수정하도록 구성되고, 그 결과 상기 이미지 센서(2)에 의해 캡처되는 이미지로 나타나는 상기 장면의 포인트의 이미지의 형태가 상기 장면의 포인트에 대한 분광 정보를 제공하고,
스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는 상기 장면의 동일한 포인트로부터 나오지만, 상기 광선에 대해 가능한 제 1 컬러에 대하여 상기 장치의 횡단 섹션(S)의 2 개의 상이한 부분들 사이에서 유효한 제 1 위상 편이차에 따라, 그리고 상기 광선에 대해 가능한 제 2 컬러에 대하여 동일한 2 개의 부분들 사이에서 또한 유효한 제 2 위상 편이차에 따라, 상기 장치의 횡단 섹션(S)의 2 개의 상이한 부분을 통과하는 위상 편이 광선에 적합되어 있고, 상기 제 1 컬러 및 상기 제 2 컬러는 스펙트럼적으로 분리되어 있고, 상기 제 1 위상 편이차 및 상기 제 2 위상 편이차는 상이하고,
스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는, 상기 광선의 컬러가 각각의 공진기의 공진 파장과 관련하여 변화하는 경우에, 가변 방식으로 광선의 위상 편이 및/또는 감쇄에 효율적인 동일한 전자기 공진기(R1-R4) 를 포함하고, 상기 동일한 공진기는, 상기 장치의 횡단 섹션의 부분들 중 적어도 다른 하나를 제외하고, 상기 장치의 횡단 섹션(S)의 부분들 중 하나 내에 분포된, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는 상기 장면의 포인트로부터 발생하는 제 1 컬러의 광선에 대한 제 1 이미지 패턴(M1; M1')에 따라 상기 장면의 포인트의 이미지를 수정하도록, 그리고 상기 장면의 포인트로부터 발생하는 제 2 컬러의 광선에 대한 제 2 이미지 패턴(M2; M2')에 따라 상기 장면의 포인트의 이미지를 수정하도록 구성되고, 상기 제 1 컬러 및 상기 제 2 컬러는 스펙트럼적으로 분리되고, 상기 제 1 이미지 패턴과 상기 제 2 이미지 패턴은 상이한, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는, 상기 장면의 포인트로부터 발생하는 광선에 대한 2 개의 가능한 컬러들의 상이한 신장 방향, 상이한 편이 방향 또는 상이한 분할 방향에 따라, 상기 이미지 센서(2)에 의해 캡처되는 이미지에서, 상기 장면의 포인트의 이미지를 신장, 편이 또는 분할하도록 구성된, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는 상이한 유형의 공진기들 사이의 상이한 공진 파장에 대응하거나, 또는 상이한 유형의 공진기들 사이의 상이한 동일 공진 파장에 대한 위상 편이 값에 대응하는 복수의 상이한 유형의 전자기 공진기(R1-R4)를 포함하고,
각각의 유형의 상기 공진기는, 상기 장치의 횡단 섹션(S) 내에서, 다른 유형의 공진기를 포함하는 상기 장치의 횡단 섹션의 각각의 다른 부분의 적어도 하나의 에지(edge)의 배향과 상이한 배향을 갖는 적어도 하나의 에지를 갖는 상기 장치의 횡단 섹션의 부분 내에 포함되는, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 광학 컴포넌트(3)는 N 개의 유형의 전자기 공진기(R1-R4)을 포함하고, N은 1 내지 33 사이의 정수이고, 상기 장치의 횡단 섹션(S)의 부분은 상기 횡단 섹션의 부분의 중심점으로부터 N 개의 영역으로 분할되고, 상기 유형 중 하나의 유형의 모든 전자기 공진기를 수용하도록 된 상기 장치의 횡단 섹션의 각각의 부분은 영역들 중 하나 이상을 선택함으로써 상기 횡단 섹션의 부분 내에 형성되고, 상기 선택은 다른 유형의 공진기와 관련하여 상기 유형의 공진기를 특정하는, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 5 항에 있어서,
N은 3이고, 상기 장치의 횡단 섹션(S)의 부분은 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역으로 분할되고,
제 1 유형, 제 2 유형 및 제 3 유형의 전자기 공진기는 상기 제 1 영역, 상기 제 2 영역 및 상기 제 3 영역 내에 영역 당 단 하나의 유형의 전자기 공진기로 개별적으로 포함되고,
상기 전자기 공진기는 횡단 섹션(S)의 부분으로 배향된 루트를 따라 상기 영역 중 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 통과할 때 제 1 컬러에 대하여 2·π/3 ±π/4인 위상 편이차를 생성하도록, 그리고 횡단 섹션의 부분으로 배향된 동일한 루트를 따라 상기 영역 중 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 통과할 때 제 2 컬러에 대하여 4·π/3 ±π/4인 위상 편이차를 생성하도록 구성되고, 상기 제 1 컬러 및 상기 제 2 컬러는 스펙트럼적으로 분리된, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 5 항에 있어서,
N은 4이고, 상기 장치의 횡단 섹션(S)의 부분은 제 1 영역(S1), 제 2 영역(S2), 제 3 영역(S3) 및 제 4 영역(S4)으로 분할되고,
제 1 유형(R1), 제 2 유형(R2), 제 3 유형(R3) 및 제 4 유형(R4)의 상기 전자기 공진기는, 영역 당 2 개의 유형의 전자기 공진기로 그리고 상기 횡단 섹션(S)의 부분 내에서 인접하는 2 개의 영역들 사이에서 하나의 유형의 전자기 공진기만을 변화시킴으로써, 상기 제 1 영역, 상기 제 2 영역, 상기 제 3 영역 및 상기 제 4 영역 내에 포함되고,
상기 전자기 공진기는:
상기 횡단 섹션(S)의 부분 내에서 제 1 경계 방향(D1)을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 제 1 컬러에 대해 π ±π/4이고;
상기 횡단 섹션(S)의 부분 내에서 상기 제 1 경계 방향(D1)과 상이한 제 2 경계 방향(D2)을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 상기 제 1 컬러에 대해 0 ±π/4이고;
상기 횡단 섹션(S)의 부분 내에서 상기 제 2 경계 방향(D2)을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 제 2 컬러에 대해 π ±π/4 이고 - 상기 제 1 컬러 및 상기 제 2 컬러는 스펙트럼적으로 분리됨 -;
상기 횡단 섹션(S)의 부분 내에서 제 1 경계 방향(D1)을 따라 분리된 영역의 컬러들 중 제 2 컬러에 대해 0 ±π/4인 위상 편이차를 생성하도록 구성된, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치의 횡단 섹션(S)의 부분 내에 포함된 영역에 의해 형성되는 패턴(P)은, 상기 영역의 각각 내에 포함되는 전자기 공진기와 함께, 상기 장치의 횡단 섹션 내에서 반복되어 상기 횡단 섹션의 타일링(tiling)을 형성하는, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 전자기 공진기(R1-R4)는:
금속-절연체-금속(10, 11, 12) 유형의 나노 안테나이고, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는 상기 장치 내에서 광선을 반사하는데 사용되고, 또는
투명 지지체(21) 상에 배치된 금속 나노 로드(20)이고, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는 상기 장치 내에서 상기 투명 지지체를 통해 광선을 투과시키는데 사용되고, 또는
적어도 2 개의 전기 전도성 부분들(31, 32) 사이에 있는 공동(30) 또는 유전체 재료의 부분이며, 상기 공동 또는 유전체 재료의 부분은 상기 공동 또는 유전체 재료의 부분 상에 충돌하는 전자기 방사선의 반사에 유효한 헬름홀츠 공진기를 형성하고, 스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는 상기 장치 내에서 광선을 반사하는데 사용되는, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)는 대물렌즈(1)의 렌즈의 광학면(1a) 상에 배치되거나, 상기 대물렌즈의 반사 광학면을 형성하고, 두 경우에서 바람직하게는 상기 대물렌즈의 입력 광학면을 형성하는, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 이미지 센서(2)에 의해 캡처된 상기 장면의 이미지를 분석하기 위한 분석 수단(10)을 더 포함하고, 상기 분석 수단은 상기 장면의 이미지에 푸리에 변환 프로세스를 적용하여 상기 푸리에 변환 프로세스의 결과로부터 분광 정보를 생성하도록 구성된, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 장치는 광학적 감시 시스템 내에 포함되고, 상기 대물렌즈(1)는 광각 유형 또는 어안 유형이며, 즉 120°를 초과하는 입사 광학 필드의 개구 각도를 가지며, 상기 장치는:
- 상기 대물렌즈(1)가 스펙트럼 미분 기능을 갖는 상기 광학 컴포넌트(3)를 구비하는 경우에, 상기 이미지 센서(2)에 의한 연속적인 이미지 캡처를 제어하도록 구성된, 그리고 각각의 캡처된 이미지로부터 상기 장면의 적어도 하나의 포인트에 대한 분광 정보를 제공하도록 상기 분석 수단(10)을 제어하도록 구성된 드라이버 수단(11);
- 적어도 하나의 분광 기준을 저장하도록 구성된 메모리 수단(12);
- 상기 캡처된 이미지 중 적어도 하나로부터 상기 장면의 포인트에 대해 제공된 분광 정보를 메모리에 저장된 상기 기준과 비교하도록 구성된 비교 수단(13); 및
- 상기 장면의 포인트에 대해 획득된 분광 정보가 메모리에 저장된 기준에 대응할 때, 긍정적 검출 메시지를 생성하도록 구성된 검출 수단(14)을 더 포함하는, 분광 정보를 이미징하고 제공하기 위한 장치.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1851550 | 2018-02-22 | ||
| FR1851550A FR3078172B1 (fr) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Dispositif d'imagerie et d'information spectroscopique |
| PCT/EP2019/054425 WO2019162431A1 (fr) | 2018-02-22 | 2019-02-22 | Dispositif d'imagerie et d'information spectroscopique |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200126999A true KR20200126999A (ko) | 2020-11-09 |
Family
ID=63014623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207027277A KR20200126999A (ko) | 2018-02-22 | 2019-02-22 | 분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11175181B2 (ko) |
| EP (1) | EP3756039B1 (ko) |
| JP (1) | JP7287973B2 (ko) |
| KR (1) | KR20200126999A (ko) |
| CN (1) | CN112020666B (ko) |
| FR (1) | FR3078172B1 (ko) |
| WO (1) | WO2019162431A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220063575A (ko) * | 2020-11-10 | 2022-05-17 | 삼성전자주식회사 | 색분리 렌즈 어레이를 적용한 영상 획득 장치 및 방법 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW444133B (en) * | 1999-08-30 | 2001-07-01 | Ind Tech Res Inst | Image-splitting spectrometric colorimeter |
| DE102008049886B4 (de) * | 2008-09-30 | 2021-11-04 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Vorrichtung, insbesondere ein Mikroskop, zur Untersuchung von Proben |
| US8558873B2 (en) * | 2010-06-16 | 2013-10-15 | Microsoft Corporation | Use of wavefront coding to create a depth image |
| CN103261868B (zh) * | 2010-10-18 | 2015-08-19 | 株式会社藤仓 | 波长色散测定装置以及使用了该波长色散测定装置的波长色散测定方法 |
| WO2013033591A1 (en) * | 2011-08-31 | 2013-03-07 | President And Fellows Of Harvard College | Amplitude, phase and polarization plate for photonics |
| JP6224354B2 (ja) * | 2013-05-31 | 2017-11-01 | 株式会社トプコン | スペクトル画像取得装置及びスペクトル画像取得方法 |
| FR3010836B1 (fr) * | 2013-09-18 | 2016-12-09 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de reflexion d'une onde, dispositif mobile, et systeme |
| EP2942618B1 (en) * | 2014-05-09 | 2017-07-12 | Samsung Electronics Co., Ltd | Spectro-sensor and spectrometer employing the same |
| US10267956B2 (en) | 2015-04-14 | 2019-04-23 | California Institute Of Technology | Multi-wavelength optical dielectric metasurfaces |
| US10642056B2 (en) * | 2016-10-19 | 2020-05-05 | CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA—Recherche et Développement | Multispectral or hyperspectral imaging and imaging system based on birefringent subwavelength resonating structure |
| WO2019005922A1 (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | North Carolina State University | PHOTONIC PROHIBITED BAND RESONATOR FOR MAGNETIC RESONANCE APPLICATIONS |
-
2018
- 2018-02-22 FR FR1851550A patent/FR3078172B1/fr active Active
-
2019
- 2019-02-22 CN CN201980017616.0A patent/CN112020666B/zh active Active
- 2019-02-22 US US16/970,747 patent/US11175181B2/en active Active
- 2019-02-22 EP EP19705770.6A patent/EP3756039B1/fr active Active
- 2019-02-22 WO PCT/EP2019/054425 patent/WO2019162431A1/fr active Search and Examination
- 2019-02-22 JP JP2020544186A patent/JP7287973B2/ja active Active
- 2019-02-22 KR KR1020207027277A patent/KR20200126999A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021514467A (ja) | 2021-06-10 |
| JP7287973B2 (ja) | 2023-06-06 |
| EP3756039A1 (fr) | 2020-12-30 |
| EP3756039B1 (fr) | 2022-03-30 |
| CN112020666A (zh) | 2020-12-01 |
| FR3078172B1 (fr) | 2020-06-05 |
| FR3078172A1 (fr) | 2019-08-23 |
| CN112020666B (zh) | 2022-10-04 |
| WO2019162431A1 (fr) | 2019-08-29 |
| US20210010858A1 (en) | 2021-01-14 |
| US11175181B2 (en) | 2021-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI728157B (zh) | 同時捕捉來自多個目標之重疊信號 | |
| AU731476B2 (en) | Multi-spectral two-dimensional imaging spectrometer | |
| US2748659A (en) | Light source, searchlight or the like for polarized light | |
| US9880094B2 (en) | Infrared detection and imaging device with no moving parts | |
| US5801831A (en) | Fabry-Perot spectrometer for detecting a spatially varying spectral signature of an extended source | |
| JP6765743B2 (ja) | 宇宙飛行体内に用いられる望遠鏡及び望遠鏡アレイ | |
| JP6836321B2 (ja) | 移動物体からのスペクトル情報の取得 | |
| JPH09502812A (ja) | マルチイメージ検出器組立体 | |
| Mu et al. | Demonstration of a snapshot full-Stokes division-of-aperture imaging polarimeter using Wollaston prism array | |
| US8860942B1 (en) | Apparatus for multi-spectral imaging of point event detection | |
| Weisberger et al. | Single source/cutoff grid, self-aligned focusing schlieren system | |
| Xu et al. | Optical schemes of super-angular AOTF-based imagers and system response analysis | |
| KR20200126999A (ko) | 분광 정보를 이미징 및 제공하기 위한 장치 | |
| CN109556716A (zh) | 一种基于衍射效应的成像光谱仪及其超光谱成像方法 | |
| CN107144348A (zh) | 一种用于实时探测的偏振差分多光谱成像装置及方法 | |
| Du et al. | Optical design and fabrication of a three-channel common-aperture multispectral polarization camera | |
| US9683893B2 (en) | System for detection and imaging by spectral analysis in several wavelength bands | |
| US10578488B1 (en) | Compact light dispersion system | |
| O'connor et al. | The Manchester occulting mask imager (MOMI): first results on the environment of P Cygni | |
| Wong et al. | A novel snapshot polarimetric imager | |
| Rahmlow Jr et al. | Hyperspectral imaging using a Linear Variable Filter (LVF) based ultra-compact camera | |
| RU2397457C1 (ru) | Отображающий фокальный спектрометр (варианты) | |
| Xuan et al. | A two-dimensional multi-band spectroheliograph | |
| CN116183024B (zh) | 一种基于视场分割与谱段分割融合成像的光谱成像仪 | |
| CN106568509A (zh) | 一种双光路大孔径静态干涉光谱仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |