WO2005002213A1 - 開放孔を通過する波動として伝播する情報の中間結像および撮像装置並びに撮像方法 - Google Patents

開放孔を通過する波動として伝播する情報の中間結像および撮像装置並びに撮像方法 Download PDF

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imaging
wave
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Hirokazu Yoshimura
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Japan Science And Technology Agency
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/81—Camera processing pipelines; Components thereof for suppressing or minimising disturbance in the image signal generation

Definitions

  • the present invention relates to a device that forms an open hole in a surface that intercepts a wave propagating in space, forms an image of an object on an intermediate plane by the wave passing through the open hole, and captures the image. .
  • an image of a specific object is formed using electromagnetic waves such as light in various fields of science and technology.
  • Conceptual power of pinhole The developed imaging system with an open hole is the basis of such an imaging system.
  • light or electromagnetic waves which are examples of waves, there is a characteristic that spatial projection is not distorted.
  • the spatial resolution increases as the distance between the open hole and the image increases, and the diameter of the optimum open hole at that time increases.
  • the waves may differ from those that can be sensed by a suitable and feasible two-dimensional imager.
  • a wave conversion surface is placed in the middle, an image is formed on this wave conversion surface once, and it is converted into, for example, an inexpensive electromagnetic wave of light having a wavelength that can be sensed by an optical CCD camera, and the image is converted into an image.
  • the CCD camera forms an image using an optical lens or the like, distortion occurs. In this case, this distortion is characterized by the lens of the CCD camera and the like.
  • the intermediate wave conversion surface also has a role of increasing or decreasing the field of view of the object from the open hole.
  • the type of the wave is not limited, such as the electromagnetic wave, the quantum wave, or the wave as the motion of the object, such as a sound wave. Therefore, the intermediate wave conversion surface also has the role of converting the substance of the wave, not just the wave conversion.
  • the present invention is not limited to electromagnetic waves as photons without mass, and also uses particles having mass, such as electrons or neutrons, or waves containing the wave nature of -eutrinos, having both particle properties and wave properties as a medium.
  • An imaging system and an imaging system for propagating information are provided.
  • a wave conversion unit for performing wave conversion is provided between a single or a plurality of open holes and the two-dimensional imaging device.
  • the image of the open hole fluctuating wave is converted into a wave that can be sensed by a two-dimensional imaging device (hereinafter, referred to as a sensible wave), and the image of the sensible wave is captured by the two-dimensional imaging device and captured.
  • a wave conversion unit for performing wave conversion is provided between a single or a plurality of open holes and the two-dimensional imaging device.
  • the wave converter converts an image due to the wave from the open hole into a sensible wave, captures the image of the sensible wave with the two-dimensional imaging device, and causes the two-dimensional imaging device to capture the image. It is characterized in that the image captured in step (1) is calibrated by a computer and output.
  • the wave conversion unit includes a wave conversion surface having a calibration grid pattern, The distortion caused by the lens of the apparatus is calibrated using the information of the calibration grid pattern.
  • an imaging device in which an open hole and a two-dimensional imaging device are combined, a single or a plurality of open holes and a tube for integrally integrating the open hole and the two-dimensional imaging device for visible light are used. Then, a long cylinder having a long distance between the open hole and the imaging plane of the intermediate wave converter, and a wave (particularly, X-ray, ⁇ -ray, or quantum ray or sound wave having mass) from the open hole. And a two-dimensional imaging device for imaging the converted sensible wave.
  • an imaging device in which an open hole and a two-dimensional imaging device are combined, a single or a plurality of open holes and a tube for integrally integrating the open hole and the visible light two-dimensional imaging device are provided.
  • a short tube with a short distance between the open hole and the two-dimensional imaging device for visible light and a wave (particularly, X-ray, ⁇ -ray, or quantum ray or sound wave having mass) from the open hole are allowed. It is characterized by comprising a wave conversion unit for converting to a sensible wave, and a two-dimensional imaging device for imaging the converted sensible wave.
  • the wave conversion unit includes a wave conversion surface having a calibration grid pattern.
  • the image distortion of the imaging device is calibrated using the information of the calibration grid pattern.
  • the diameter of the open hole is increased, and the cylinder is moved between the open hole and the wave conversion surface. It is characterized by a long tube with a long space between the imaging planes.
  • the diameter of the open hole is determined by using X-rays or ⁇ -rays as the wave of the open hole. Is reduced, and the cylinder is a short cylinder in which the distance between the open hole and the imaging plane of the wave conversion surface is shortened.
  • a spatial imaging system using a calibration grid pattern of the wave conversion surface and an imaging system using a lens are further described.
  • the distortion of the image is automatically corrected by a computer, the image distortion caused by the spatial imaging system and the lens is removed, and the resulting signal is output to the two-dimensional imaging device.
  • FIG. 1 is an external view of an imaging optical device in which an open hole and a CCD according to the present invention are combined.
  • FIG. 2 is a schematic view of an image pickup optical device according to a first embodiment of the present invention, in which an open hole and a CCD are combined.
  • FIG. 3 is a schematic view of an imaging optical device according to a second embodiment of the present invention in which an open hole and a CCD are combined.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a spatial imaging system using a calibration grid pattern on a wave conversion surface of an imaging optical device in which an open hole and a CCD are combined according to a second embodiment of the present invention, and imaging distortion caused by a lens. It is.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an imaging optical device that combines an open hole, a wave conversion unit, and a CCD according to a third embodiment of the present invention.
  • the wave imaging system using an open hole has the feature that, in the case of light or electromagnetic waves, which are one example of waves, there is no distortion in spatial projection at all, but the image is blurred due to the diffraction phenomenon and the resolution is low. As mentioned above, it has a defect of dropping, but this resolution has the characteristic that the longer the distance from the open hole to the image plane, the higher the resolution, that is, the whole image becomes sharper.
  • an image is temporarily formed on a flat plate called an intermediate wave conversion surface, and this image is recorded by a CCD camera having a wide field of view.
  • This wave conversion surface converts the wave to be used into the wave that CCD senses, that is, the electromagnetic wave and its wavelength.
  • a camera with a wide field of view generally forms an image using an optical lens or the like, distortion occurs.
  • this distortion is characterized by a lens of a CCD camera, etc., this characteristic is first described, and a one-to-one correspondence between the coordinates on the intermediate wave conversion plane and the coordinates of the two-dimensional image sensor. It is expressed as a function, and by using this function to correct the distortion in real time, it is possible to create a numerical image in which a two-dimensional imaging element produces an image without distortion on a recording medium by a computer.
  • FIG. 1 is an external view of an imaging optical device in which an open hole and a CCD according to the present invention are combined.
  • 1 is an open hole having a large diameter
  • 2 is a long tube
  • 3 is an electromagnetic wave (short wavelength such as extreme ultraviolet, soft X-ray, hard X-ray, ⁇ -ray, etc.) incident from the open hole 1.
  • Light) 5 is a wave conversion surface as a wave conversion part for converting the light into visible light
  • 4 is a CCD camera for imaging the visible light whose wave is converted by the wave conversion surface 3.
  • FIG. 2 is a schematic view of an image pickup optical device according to a first embodiment of the present invention, in which an open hole and a CCD are combined.
  • an incident electromagnetic wave 5 is converted into visible light by a wave conversion surface 3A (for example, having a dot-shaped element that emits light by irradiation with the electromagnetic wave 5).
  • the converted visible light is picked up on the CCD image forming surface 12 via the lens image forming system 11, and is output as an image.
  • FIG. 3 is a schematic view of an image pickup optical device in which an open hole and a CCD are combined according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram showing a spatial image forming system using a calibration grid pattern of a wave conversion surface and a lens.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating distortion of an imaging system.
  • an incident electromagnetic wave 5 is converted into visible light by a wave conversion surface 3B having a calibration grid pattern 3B-1.
  • the converted visible light is applied to a CCD imaging plane 22 through a lens imaging system 21.
  • the image captured on the CCD imaging plane 22 is converted into a calibration grid pattern 3B-1.
  • the computer 23 is arranged so as to correctly correspond to the image on the wave conversion surface 3B and to calibrate the image distortion. That is, in this embodiment, the correspondence between the image 3B-2 of the calibration grid pattern by the lens imaging system 21 of the calibration grid pattern 3B-1 and the grid pattern on the CCD imaging plane 22, that is, the CCD
  • the calibration of the distortion of the output image from the imaging plane 22 is performed by the computer 23. For example, in FIG.
  • a large arrow 3-1 on the wave conversion surface 3B having the calibration grid pattern 3B-1 indicates that the electromagnetic wave (for example, ⁇ -ray) 5 from the open hole 1 is generated by the wave conversion surface 3B.
  • the arrow 3-1 on the wave conversion surface 3 ⁇ is distorted when the image is captured by the CCD imaging surface 22 in the CCD camera 4 ⁇ . Since the image is output as an image, an image distortion is calibrated by the computer 23 to output an accurate image.
  • the number of grids of the calibration grid pattern is set to a number corresponding to the required spatial resolution depending on the application.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an imaging optical device according to a third embodiment of the present invention, which is a combination of an open hole, a wave converter, and a CCD. This is an embodiment applied to medical radiography.
  • 31 is an open hole having a small diameter
  • 32 is a short cylinder
  • 33 is a wave conversion surface for converting X-rays into waves
  • 34 is a CCD camera.
  • the diameter of the open hole 31 is small, and the distance from the open hole 31 to the imaging plane may be short. It can be.
  • the image enlarged by the wave conversion surface 33 having the calibration grid pattern is received on the CCD imaging surface. Then, the computer can calibrate the distortion of the image to obtain an accurate image output.
  • the size of the imaging optical device can be reduced.
  • this embodiment when used for medical X-ray imaging, unlike an X-ray photo that is currently often used, the time and effort for development and the like are saved, and the X-ray image is converted into a normal X-ray image. It can be viewed in real time using a CCD camera.
  • This example is only one example, and ⁇ -rays having a shorter wavelength are used as electromagnetic waves with open holes. There may be.
  • the scope of application of the present invention covers a wide range of fields such as the medical field, astronomy field, and imaging in a nuclear reactor. It can also be applied to the control of atomic arrangement in the micro-field where precise structural pattern imaging is required. Furthermore, it can be applied to precise imaging and imaging of the inside of a body by ultrasonic waves.
  • a wave and a wavelength range that cannot be captured by a current CCD can be captured by a normal optical CCD.
  • the open hole even if the visual field force becomes larger than the imaging area of SCCD, a wide field of view can be secured by using the wave conversion surface, and the spatial distortion is corrected by using the calibration grid pattern, or Automatic correction can be performed.
  • the wave conversion surface has two roles, that is, a role of converting an electromagnetic wave into a wavelength region that can be imaged by a CCD camera and a role of imaging a wide field of view.
  • the image may be captured by a power MOS (meta 1 oxide semiconductor) camera, a vidicon camera, or the like, which shows a CCD camera as a two-dimensional imaging device.
  • MOS metal 1 oxide semiconductor
  • a two-dimensional imaging device having a rare earth phosphor and an amorphous Si sensor may be used.
  • lens system is shown as the imaging system in the present invention, a lens system combining a reflecting mirror may be used.
  • a high resolution imaging method and apparatus with a combined resolution can be obtained.
  • the imaging optical device for X-ray imaging can be downsized, and the time and effort for development and the like in conventional X-ray photography can be saved. X-ray images can be viewed in real time using
  • An intermediate imaging and imaging apparatus and an imaging method for information propagating as a wave passing through an open hole and an imaging method according to the present invention include a medical X-ray imaging apparatus, an ultrasonic imaging and imaging apparatus, and a nuclear reactor. Used for imaging and imaging devices using electromagnetic radiation such as X-rays and ⁇ -rays, or quantum waves as particle beams, and precise imaging for controlling the atomic arrangement used in nanotechnology It is possible.

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Abstract

　空間を伝播する波動をさえぎる面に開放孔をつくり、この開放孔を通過する波動によって、中間面に対象物を結像させ、波動変換、つまり波動の実体を２次元撮像できる波動に変換した後、２次元撮像装置でその像を撮像する。また、２次元撮像装置の歪は、中間面に設けた較正用格子パターンで補正する。中間面は、波動変換機能、歪較正機能、歪のない広視野の確保および波動の実体の変換の機能を提供する。

Description

明 細 書
開放孔を通過する波動として伝播する情報の中間結像および撮像装置 並びに撮像方法
技術分野
[0001] 本発明は、空間を伝播する波動をさえぎる面に開放孔をつくり、この開放孔を通過 する波動によって対象物の結像を中間面につくり、その像を撮像する装置に関する ものである。
背景技術
[0002] 従来、光を始めとする電磁波を使い、特定対象の像を結像することは、様々な科学 技術の分野にぉ 、て行われて 、る。ピンホールの概念力 発展した開放孔による結 像系は、このような結像系の基本であり、波動の一つの例である光あるいは電磁波の 場合、空間投影の歪みがないという特性がある。
発明の開示
[0003] 開放孔による結像系は、波動をさえぎるものさえあれば、そのさえぎるものに開放孔 をつくることにより、波面の直進性のため、幾何学的に単純に結像されるが、波動で あるから、波動の回折現象により、結ばれた像がぼやける。しかし、この回折現象は、 波動の波長が短いほど小さい。すなわち、電磁波の場合、可視光から極紫外線、軟 X—線、硬 X—線、 γ線と波長が短くなるにつれて、この回折現象によるぼやけは小さ くなる。質量のある粒子に伴う波動性を意味する波動である量子波の場合、さらにこ のぼやけは小さくなる。この開放孔による結像系の特徴として、空間解像度は開放孔 と結像間の距離が長いほど高くなり、そのときに最適となる開放孔の径は、大きくなる という性質がある。一般的に、波動は、適切で実現可能な 2次元撮像装置が感知でき る波動または波長と異なる場合がある。このため、中間に、波動変換面を置き、この 波動変換面の上にいったん結像させ、たとえば安価な、光学的 CCDカメラが感じ取 れる波長の光という電磁波に変換し、その像を、当該 CCDカメラで撮像する。このと き、当該 CCDカメラは、光学レンズ等を使って結像するから、歪が生じる。この歪は、 この場合、 CCDカメラのレンズ等によって、特徴付けられるから、この特徴をあらかじ め、中間の波動変換面上の座標と 2次元撮像素子の座標との 1対 1の対応関数とし て表現し、この関数を使い、歪をリアルタイムに補正することにより、歪のない像を 2次 元撮像素子がつくる数値画像を計算機によって記録媒体につくることができる。また 、この中間面は、開放孔からの対象物の視野を広くとったり、狭くとったりする役目も 持つ。このとき、当該の波動は、波動として伝播する限り、上記の電磁波、量子波、あ るいは、物体の運動としての波、たとえば音波等、その波動の種類を問わない。従つ て、中間の波動変換面は、単なる波動変換ばかりでなぐ波動の実体の変換の役目 をも持たせる。
[0004] 本発明は、質量がない光子としての電磁波に限らず、粒子性と波動性を兼ね備え た、質量がある粒子、たとえば電子あるいは中性子あるいは-ユートリノの波動性を含 めた波動を媒体として伝播する情報の結像系および撮像系を提供する。
[0005] 本発明は、上記した構成を実現するために、
〔1〕開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像方法において、単一あるいは複 数の開放孔と 2次元撮像装置の間に、波動変換するための波動変換部を有し、この 波動変換部において前記開放孔カ の波動による像を 2次元撮像装置が感知できる 波動（以下、可感波動と呼ぶ）に変換し、その可感波動の像を前記 2次元撮像装置 で捉えて撮像させることを特徴とする。
[0006] 〔2〕開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像方法にぉ 、て、単一のあるいは 複数の開放孔と 2次元撮像装置の間に、波動変換するための波動変換部を有し、こ の波動変換部にお ヽて前記開放孔からの波動による像を可感波動に変換し、その 可感波動の像を前記 2次元撮像装置で捉えて撮像させ、前記 2次元撮像装置で撮 像された像を計算機により較正処理し、出力することを特徴とする。
[0007] 〔3〕上記〔2〕記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像方法にぉ 、て、 前記波動変換部は、較正用格子パターンを有する波動変換面からなり、 2次元撮像 装置のレンズによる歪みを前記較正用格子パターンの情報を使って較正することを 特徴とする。
[0008] 〔4〕上記〔1〕又は〔2〕記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像方法に おいて、前記開放孔の径を大きくし、前記開放孔と中間波動変換部の結像面間の距 離を長くすることを特徴とする。
[0009] [5]上記〔1〕又は〔2〕記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像方法に おいて、前記開放孔カ の波動を用いて、前記開放孔の径を小さくし、前記開放孔と 中間波動変換部の結像面間の距離を短くすることを特徴とする。
[0010] 〔6〕開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像装置において、単一のあるいは 複数の開放孔と、この開放孔と可視光用 2次元撮像装置を一体ィヒするための筒であ つて、この開放孔と中間波動変換部の結像面間の距離が長い長尺の筒と、前記開放 孔からの波動（特に、 X線又は γ線あるいは質量をもった量子線あるいは音波）を可 感波動に変換する波動変換部と、前記変換された可感波動を撮像する 2次元撮像 装置とを具備することを特徴とする。
[0011] 〔7〕開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像装置において、単一のあるいは 複数の開放孔と、この開放孔と可視光用 2次元撮像装置を一体ィヒするための筒であ つて、この開放孔と可視光用 2次元撮像装置間の距離が短い短尺の筒と、前記開放 孔からの波動（特に、 X線又は γ線あるいは質量をもった量子線あるいは音波）を可 感波動に変換する波動変換部と、前記変換された可感波動を撮像する 2次元撮像 装置とを具備することを特徴とする。
[0012] 〔8〕開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像装置にぉ 、て、単一あるいは複 数の開放孔と、この開放孔が形成される筒と、前記開放孔からの波動を可感波動に 変換する波動変換部と、この変換された可感波動を撮像する 2次元撮像装置と、前 記 2次元撮像装置で撮像された像を計算機により較正処理する手段とを具備するこ とを特徴とする。
[0013] 〔9〕上記〔8〕記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像装置にぉ 、て、 前記波動変換部は、較正用格子パターンを有する波動変換面からなり、この 2次元 撮像装置の像歪みを前記較正用格子パターンの情報を使って較正することを特徴と する。
[0014] 〔10〕上記〔8〕記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像装置にぉ 、て 、前記開放孔の径を大きくし、前記筒を、前記開放孔と波動変換面の結像面の間を 長くした長尺の筒とすることを特徴とする。 [0015] 〔11〕上記〔8〕記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像装置にぉ 、て 、前記開放孔カもの波動として X線又は γ線を用いて、前記開放孔の径を小さくし、 前記筒を、前記開放孔と波動変換面の結像面の間を短くした短尺の筒とすることを 特徴とする。
[0016] 〔12〕上記〔8〕記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像装置にぉ 、て 、前記波動変換面の較正用格子パターンによる空間結像系とレンズによる結像系と の歪みを計算機で自動補正し、前記空間結像系とレンズによる結像歪みを取り除 、 た信号を 2次元撮像装置力 出力させることを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]本発明にかかる開放孔と CCDを組み合わせた撮像光学装置の外観図である。
[図 2]本発明の第 1実施例を示す開放孔と CCDを組み合わせた撮像光学装置の模 式図である。
[図 3]本発明の第 2実施例を示す開放孔と CCDを組み合わせた撮像光学装置の模 式図である。
[図 4]本発明の第 2実施例を示す開放孔と CCDを組み合わせた撮像光学装置の波 動変換面の較正用格子パターンによる空間結像系とレンズによる結像歪みを説明す る模式図である。
[図 5]本発明の第 3実施例を示す開放孔 ·波動変換部 · CCDを組み合わせた撮像光 学装置の構成図である。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[0019] 開放孔による波動の結像系は、波動の一つの例である光あるいは電磁波の場合、 空間投影の歪みが全くないという特長をもつ一方で、回折現象により像がぼやけ解 像度が落ちるという欠陥を持つことを上述したが、この解像度は、開放孔から結像面 までの距離を長くすればするほど高くなる、すなわち、全体の像が、シャープになると いう特徴を持っている。
[0020] しかし、上記したように開放孔力 結像面までの距離を長くすると、結像された全体 の像は大きくなるため、現在存在する CCDの撮像領域 (大きさ）を超える場合には、 直接 CCD上に結像させ、記録をとることはできな!、。
[0021] この問題点を克服するため、本発明では、一旦、中間波動変換面と称する平面板 上に結像させ、この像を広視野の CCDカメラで記録する。この波動変換面は使用す る波動を CCDが感じる波動、すなわち電磁波とその波長に変換する。このとき、一般 に広視野のカメラは、光学レンズ等を使って結像するから、歪が生じる。この歪は、こ の場合、 CCDカメラのレンズ等によって、特徴付けられるから、この特徴をあらカゝじめ 、中間波動変換面上の座標と 2次元撮像素子の座標との 1対 1の対応関数として表 現し、この関数を使い、歪をリアルタイムに補正することにより、歪のない像を 2次元撮 像素子がつくる数値画像を計算機によって記録媒体につくることができる。
[0022] 図 1は本発明にかかる開放孔と CCDを組み合わせた撮像光学装置の外観図であ る。この図において、 1は径の大きい開放孔部、 2は長尺の筒、 3は開放孔部 1から入 射された電磁波 (極紫外線、軟 X線、硬 X線、 γ線等の短波長光） 5を受けて可視光 に変換する波動変換部としての波動変換面、 4はその波動変換面 3によって波動が 変換された可視光を撮像する CCDカメラである。
[0023] 図 2は本発明の第 1実施例を示す開放孔と CCDを組み合わせた撮像光学装置の 模式図である。
[0024] この図において、入射された電磁波 5は波動変換面 3A (例えば、電磁波 5の照射 により発光するドット状エレメントを有する）により可視光に変換される。その変換され た可視光は、レンズ結像系 11を介して CCD結像面 12上で撮像され、画像として出 力される。
[0025] 図 3は本発明の第 2実施例を示す開放孔と CCDを組み合わせた撮像光学装置の 模式図、図 4はその波動変換面の較正用格子パターンによる空間結像系とレンズに よる結像系の歪みを説明する模式図である。
[0026] これらの図において、入射された電磁波 5は較正用格子パターン 3B— 1を有する波 動変換面 3Bにより可視光に変換される。その変換された可視光は、レンズ結像系 21 を介して CCD結像面 22上で撮像される力 その CCD結像面 22上で撮像された画 像を、較正用格子パターン 3B— 1を有する波動変換面 3B上での像と正しく対応させ 、像の歪みの較正を行うために、計算機 23を配置するようにしている。 [0027] すなわち、この実施例では、較正用格子パターン 3B— 1のレンズ結像系 21による較 正用格子パターンの像 3B— 2と CCD結像面 22の格子パターンの対応関係、つまり、 CCD結像面 22からの出力画像の歪みの較正を、計算機 23により行うようにしている 。例えば、図 3において、較正用格子パターン 3B— 1を有する波動変換面 3B上での 大きな矢印 3—1は、開放孔部 1からの電磁波（例えば、 γ線） 5が波動変換面 3Bによ り変換されて可視光化されたときの像 (イメージ)を示しているが、この波動変換面 3Β 上の矢印 3—1は、 CCDカメラ 4Βにおける CCD結像面 22で撮像されると、歪んだ像（ イメージ）として、出力されることになるので、計算機 23により像の歪みの較正を行い 、精確な像を出力するようにする。
[0028] なお、このとき、較正用格子パターンの格子数は、用途によって必要な空間解像度 に対応する数にする。
[0029] 図 5は本発明の第 3実施例を示す開放孔'波動変換部 'CCDを組み合わせた撮像 光学装置の構成図である。これは、医学用の X線撮影に応用した実施例である。
[0030] この図において、 31は径の小さい開放孔部、 32は短尺の筒、 33は X線をー且波 動変換する波動変換面、 34は CCDカメラである。
[0031] この実施例では、波長の短い X線を取り込むために、開放孔部 31の径は小さくてよ ぐ開放孔部 31から結像面までの距離も短くて済むため、短尺の筒 32とすることがで きる。
[0032] なお、図示していないが、この実施例においても、上記実施例と同様に、ー且、較 正用格子パターンを有する波動変換面 33で拡大された像を CCD結像面に受けて、 計算機でその像の歪みの較正を行って、精確な像の出力を得るようにすることもでき る。
[0033] 第 3実施例では、このように、第 1および第 2実施例の構成に加えて、撮像光学装 置を小型化することができる。
[0034] また、この実施例を医学用の X線撮像に使う場合は、現在よく使われている X線写 真と違って、現像等の手間と時間が省かれ、 X線像を通常の CCDカメラを使ってリア ルタイムで見ることができる。
[0035] この例は、ほんの 1例であり、開放孔カもの電磁波としては更に波長が短い γ線で あってもよい。本発明の応用範囲は広ぐその他の医療分野、天文学分野、原子炉 内の撮像など多岐にわたる。また、ミクロな分野の原子配列の制御分野でも、精確な 構造パターンの結像を必要とする場合などに応用できる。さらに、超音波による体内 の精確な結像および撮像にも応用できる。
[0036] 本発明により、波動変換する場合には、現在の CCDでは捉えることができない波動 と波長域を通常の光学 CCDで捕まえることができる。また、開放孔を使うことで、視野 力 SCCDの撮像領域より大きくなる場合でも、波動変換面を使用することで広視野が 確保でき、較正用格子パターンを使うことで空間歪みを補正、あるいは、自動補正で きる。更に、開放孔を使うことにより、空間歪みのない第 1次像を作ることができ、これ らの効果を組み合わせることが可能である。すなわち、波動変換面は、この場合、電 磁波を CCDカメラで撮像できる波長領域に変換する役目と、広視野を撮像する役目 の 2つの役目を持つことになる。
[0037] また、上記実施例では、 2次元撮像装置として CCDカメラを示した力 MOS (meta 1 oxide semiconductor)カメラやビジコンカメラなどによって撮像してもよい。
[0038] また、空間解像度が高ぐ像の歪みが少な!/、、希土類蛍光体とアモルファス Siセン サを有する 2次元撮像装置を用いるようにしてもょ 、。
[0039] 更に、本発明における結像系としては、レンズ系を示したが、反射鏡を組み合わせ たレンズ系とするようにしてもょ 、。
[0040] なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなぐ本発明の趣旨に基づいて 種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
[0041] 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができ る。
[0042] (A)径の大きい開放孔を用いた長尺の筒、また、 X線撮像用には径の小さい開放 孔を用いた短尺の筒を用いて、開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた解像度の 高 ヽ結像方法及び装置を得ることができる。
[0043] (B)波長を変換することで、現在の 2次元撮像装置では捉えることができな 、波長 域を通常の光学 2次元撮像装置で捉えることができる。
[0044] (C)開放孔を使うことで視野が 2次元撮像装置の撮像領域より大きくなる場合でも、 波動変換面を使用することで、広視野を確保することができる。
[0045] (D)較正用格子パターンを使うことで、空間歪みを補正、あるいは自動補正するこ とがでさる。
[0046] (E)開放孔を使うことにより、空間歪みのない第 1次像を作ることができる。
[0047] (F)X線撮像用の結像光学装置では、装置を小型化することができ、従来の X線写 真における現像等の手間と時間が省かれ、通常の 2次元撮像装置を用いてリアルタ ィムで X線像を見ることができる。
産業上の利用可能性
[0048] 本発明の開放孔を通過する波動として伝播する情報の中間結像および撮像装置 並びに撮像方法は、医学上の X線像の撮像装置、超音波による結像および撮像装 置、原子炉内の放射能である X線、 γ線等の電磁波あるいは、粒子線としての量子 波による結像および撮像装置、またナノテクノロジーで使われる原子配列の制御のた めの精確な結像などに利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 波動の伝播をさえぎる遮蔽物に開放孔を設け、該開放孔を通過することによって、 前記開放孔と 2次元撮像装置の間に目的の対象物の像を形成する、すなわち結像 する中間面を有する撮像装置。
[2] 請求項 1記載の撮像装置にお!、て、前記像は空間的歪のな 、像である撮像装置。
[3] 請求項 1又は 2記載の撮像装置において、前記波動は、波であるかぎり、質量のな い電磁波および質量のある粒子の波動性に伴う量子波ならびに物体の動きである音 波等の波である力否かを問わな 、撮像装置。
[4] 開放孔と 2次元撮像装置の間に、該 2次元撮像装置が感知できる波動 (可感波動） と波長に変換するための中間波動変換部を有し、該中間波動変換部にお 、て前記 開放孔からの波動による像を可感波動に変換し、その可感波動の像を前記 2次元撮 像装置で捉えて撮像させる開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮 像方法。
[5] 開放孔と 2次元撮像装置の間に、波動変換するための中間波動変換部を有し、該 中間波動変換部において前記開放孔からの波動による像を可感波動に変換し、そ の可感波動の像を前記 2次元撮像装置で捉えて撮像させ、前記 2次元撮像装置で 撮像された像を計算機により較正処理し、出力する開放孔と 2次元撮像装置を組み 合わせた結像および撮像方法。
[6] 請求項 4又は 5記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた撮像方法にぉ 、て 、前記中間波動変換部は、較正用格子パターンを有する波動変換面からなり、該波 動変換面上の像の歪みを前記較正用格子パターンの情報を使って較正をすることを 特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像方法。
[7] 請求項 6記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像方法に おいて、前記較正用格子パターンの格子数は、用途によって必要な空間解像度に 対応する数を有することを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像 および撮像方法。
[8] 請求項 4、 5又は 6記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像 方法において、前記開放孔の径を大きくし、前記開放孔と中間波動変換部の結像面 間の距離を長くすることを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像 および撮像方法。
[9] 請求項 4、 5又は 6記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像 方法において、前記開放孔の径を小さくし、前記開放孔と中間波動変換部の結像面 間の距離を短くすることを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像 および撮像方法。
[10] 請求項 6記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像方法に おいて、前記中間波動変換部の較正用格子パターンの格子点に波動感知素子を置 き、前記中間波動変換部自身が、 2次元撮像装置の役目を有することを特徴とする 開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像方法。
[11] 単一のあるいは複数の開放孔と 2次元撮像装置の間に、該 2次元撮像装置が感じ ることのできる波動（可感波動）と波長に変換するための中間波動変換部を有し、該 中間波動変換部にお 、て前記開放孔カ の電磁波あるいは量子波あるいは音波に よる像を可感波動光に変換し、該可感波動光の像を前記 2次元撮像装置で捉えて 撮像させることを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮 像方法。
[12] 単一のあるいは複数の開放孔と 2次元撮像装置の間に、波動変換するための中間 波動変換部を有し、該中間波動変換部において前記開放孔カもの電磁波あるいは 量子波あるいは音波による像を可感波動光に変換し、該可感波動光の像を前記 2次 元撮像装置で捉えて撮像させ、前記 2次元撮像装置で撮像された像を計算機により 較正処理し、出力することを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結 像および撮像方法。
[13] 請求項 4、 5又は 7記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像 方法において、前記開放孔カ の電磁波として X線又は γ線を用いて、前記開放孔 の径を大きくし、前記開放孔と中間波動変換部の結像面間の距離を長くすることを特 徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像方法。
[14] 請求項 4、 5又は 7記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像 方法において、前記開放孔カ の電磁波として X線又は γ線を用いて、前記開放孔 の径を小さくし、前記開放孔と中間波動変換部の結像面間の距離を短くすることを特 徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像方法。
[15] (a)単一あるいは複数の開放孔と、
(b)該開放孔と可視光用 2次元撮像装置を一体ィ匕するための筒であって、この開放 孔と中間波動変換部の結像面間の距離が長い長尺の筒と、
(c)前記開放孔からの電磁波を可視光に変換する中間波動変換部と、
(d)前記変換された可視光を撮像する 2次元撮像装置とを具備することを特徴とする 開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置。
[16] (a)単一あるいは複数の開放孔と、
(b)該開放孔と可視光用 2次元撮像装置を一体ィ匕するための筒であって、この開放 孔と中間波動変換部の結像面間の距離が短い短尺の筒と、
(c)前記開放孔からの電磁波を可視光に変換する中間波動変換部と、
(d)前記変換された可視光を撮像する 2次元撮像装置とを具備することを特徴とする 開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置。
[17] (a)単一あるいは複数の開放孔と、
(b)該開放孔が形成される筒と、
(c)前記開放孔からの電磁波を可視光に変換する中間波動変換部と、
(d)該変換された可視光を撮像する 2次元撮像装置と、
(e)前記 2次元撮像装置で撮像された像を計算機により較正処理する手段とを具備 することを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置
[18] 請求項 17記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置に おいて、前記中間波動変換部は、較正用格子パターンを有する波動変換面からなり 、該波動変換面上の像の歪みを前記較正用格子パターンの情報を使って較正する ことを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置。
[19] 請求項 17記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置に おいて、前記開放孔の径を大きくし、前記筒を、前記開放孔と中間波動変換部の結 像面の間を長くした長尺の筒とすることを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み 合わせた結像および撮像装置。
[20] 請求項 17記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置に おいて、前記開放孔からの電磁波として X線又は γ線を用いて、前記開放孔の径を 小さくし、前記筒を、前記開放孔と中間波動変換部の結像面の間を短くした短尺の 筒とすることを特徴とする開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像 装置。
[21] 請求項 17記載の開放孔と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置に おいて、前記波動変換面の較正用格子パターンによる空間結像系とレンズによる結 像系との歪みを計算機で自動補正し、前記空間結像系とレンズによる結像系による 歪みを取り除いた信号を前記 2次元撮像装置力 出力させることを特徴とする開放孔 と 2次元撮像装置を組み合わせた結像および撮像装置。
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