単一の撮像経路を使用して三次元画像情報を生成するための方法および装置
単一の撮像経路を使用して三次元画像情報を生成するための方法と装置を開示する。当該方法は、当該方法は、前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するステップを有し、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものである。当該方法は、また、前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるステップを有し、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものである。当該方法は、さらに、前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するステップを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概しては、三次元画像情報の生成に関し、特に、単一の撮像経路を用いる三次元画像情報の生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像(imaging)は、一般に、光景(scene)内の物体(object)によって放射または反射された放射線を適切な画像センサーによって受信することによって、該光景の表示像(representation)を生成することを有する。撮像され得る放射線のいくつかの例として、可視光、赤外光または熱、高周波、音波、ならびに超音波を挙げることができる。
【０００３】
三次元（３Ｄ）の光景は、奥行き情報を含んでいるが、奥行き情報は、多くの撮像システムにおいて二次元（２Ｄ）の画像平面へと写像され、したがって保存されることがない。従来のカメラが、奥行き情報が保存されず、結果として光景の２Ｄ画像表現がもたらされる光学的な撮像システムの例である。立体視光学系(stereoscopic optical systems)が、異なる透視点からの別々の画像を生成することによって奥行き情報を表わす画像を生成することができる。奥行き情報を、例えば光景内の地点間の３Ｄ測定を生成するために使用することができる。あるいは、ユーザが少なくとも画像において或る程度の奥行きが表現された画像ビューを知覚できるよう、別々の画像をユーザの左および右のそれぞれの眼へと提示することができる。このように、立体視システムは、実際の光景を眺める人間の眼の働きを模擬する空間的に別々の透視点を有する画像を生成する。画像を、或る種の能動的な眼鏡類を使用して眺めることができ、あるいはユーザの左および右のそれぞれの眼に向かって空間的に別々の画像を投影するように表示装置を動作させることによって眺めることができる。
【０００４】
立体視撮像(stereoscopic imaging)の使用は、外科手術における応用が見出されており、そこでは、外科医に３Ｄの視界を提供するために３Ｄ内視鏡が使用され得る。立体視撮像は、海底探索といった遠隔作業においても有用となり得、そこではロボットアクチュエータから離れた場所に位置する作業者へと３Ｄ画像情報を提供することによって、該アクチュエータの制御の助けになる。立体視撮像の他の用途を、身体計測システムおよび娯楽産業においても見出すことができる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、関連する視野(associated field of view)を持った単一の撮像経路を用いて三次元画像情報を生成する方法が提供される。当該方法は、前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するステップを有し、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものである。当該方法は、また、前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるステップを有し、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものである。当該方法は、さらに、前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するステップを有する。
【０００６】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップは、画像センサーにおいて前記第１および第２の画像を受信するステップを含んでいてもよく、かつ、前記透過の変化を補償するステップは、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーと関係する露出を増加させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーと関係する利得を減少させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させるステップ、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させるステップ
のうちの１つを含んでいてもよい。
【０００７】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップは、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮るステップと、
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮るステップとを、
交互に含んでいてもよい。
【０００８】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップは、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるステップを含んでいてもよい。
【０００９】
前記遮断素子を移動させるステップは、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するステップ、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を受信するステップ、および
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するステップ
を含んでいてもよい。
【００１０】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップは、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１１】
前記光学素子は、複数の素子を含んでいてもよく、かつ、前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、前記複数の素子のうちの第１の複数の素子、および
前記複数の素子のうちの第２の複数の素子のうちの一方を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１２】
前記複数の素子の各々の素子は、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができものであってよく、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップは、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させて前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように駆動信号を生成するステップを含んでいてもよい。
【００１３】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１４】
前記透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、液晶素子および光バルブのうちの一方の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１５】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通る光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１６】
前記反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、複数の可動ミラー素子を有する光バルブの第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１７】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップは、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信するステップ、および
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成するステップ
を含んでいてもよい。
【００１８】
前記第１の画像の受信は、第１の偏光状態を有する第１の画像の受信を含んでいてもよく、前記第２の画像の受信は、第２の偏光状態を有する第２の画像の受信を含んでいてもよく、
前記第１および第２の画像の分離が、第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と、第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイにおいて、前記第１および第２の画像を受信することを含んでいてもよい。
【００１９】
当該方法は、前記第１の偏光状態を有する前記第１の画像を生成すること、および、前記第２の偏光状態を有する前記第２の画像を生成することをさらに含んでいてもよい。
【００２０】
前記範囲を変化させるステップは、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップを含んでいてもよい。
【００２１】
前記制御信号を生成するステップをさらに含んでいてもよい。
【００２２】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められてもよく、前記第２の透視点の位置は、第２の図心の位置によって定められてもよく、
前記制御信号を生成するステップは、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成するステップを含んでいてもよい。
【００２３】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められてもよく、前記第２の透視点の位置は、第２の図心の位置によって定められてもよく、
前記範囲を変化させるステップは、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるステップを含んでいてもよい。
【００２４】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップは、前記範囲を、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
のうちの一方をもたらすように変化させるステップを含んでいてもよい。
【００２５】
前記第１および第２の画像を受信するステップは、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信するステップを含んでいてもよい。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、関連する視野を持った単一の撮像経路を使用して三次元画像情報を生成するための装置が提供される。当該装置は、前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するための手段を有し、該手段は、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものである。当該装置は、また、前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるための手段を有し、該手段は、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものである。当該装置は、さらに、前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するための手段を有するものである。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、三次元画像情報を生成するための装置が提供される。当該装置は、関連する視野を持った単一の撮像経路を有する。当該装置は、また、第１および第２の画像を前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して選択的に受信させるよう作動可能に構成された画像モジュレータを有し、該画像モジュレータは、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有している。前記第１および第２の画像は協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものである。当該装置は、前記モジュレータと通信するコントローラを有し、該コントローラは、前記第１および第２の画像を受信しつつ前記モジュレータによって前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させる信号を生成するよう作動可能に構成され、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものである。当該装置は、前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するよう作動可能に構成された補償部をさらに有する。
【００２８】
前記単一の撮像経路は、画像センサーに前記第１および第２の画像を生成するよう作動可能に構成されていてもよく、
前記補償部は、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーに関係する露出を増加させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーに関係する露出を減少させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させること、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させること
のうちの１つによって前記透過の前記変化を補償するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００２９】
前記モジュレータは、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮ること、および
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮ること
を交互に実行するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３０】
前記モジュレータは、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３１】
前記モジュレータは、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するためのアクチュエータを有していてもよく、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を生成するよう作動可能に構成された位置センサーを有していてもよく、かつ、
前記コントローラは、前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３２】
前記モジュレータは、第１および第２の領域を有する光学素子を備えていてもよく、該第１および第２の領域は、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るべく選択的に作動させられるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３３】
前記光学素子は、複数の素子を含んでいてもよく、
前記第１の領域は、第１の複数の素子を含んでいてもよく、前記第２の領域は、第２の複数の素子を含んでいてもよく、前記第１および第２の複数が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるべく選択されてもよい。
【００３４】
前記複数の素子の各々の素子は、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができるものであってよく、
当該装置は、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるために、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させるべく前記駆動信号を生成するよう作動可能に構成されたモジュレータ駆動部をさらに備えていてもよい。
【００３５】
前記モジュレータは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３６】
前記モジュレータは、液晶素子および光バルブのうちの一方を備えていてもよい。
【００３７】
前記モジュレータは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通って受信される光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３８】
前記モジュレータは、複数の可動ミラー素子を有する光バルブを備えていてもよい。
【００３９】
前記モジュレータは、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信すること、および、
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成すること、
を行うよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４０】
前記モジュレータは、第１の偏光状態を有する第１の画像と第２の偏光状態を有する前記第２の画像とを生成するよう作動可能に構成された第１および第２の偏光領域を有する偏光板を備えていてもよく、
当該装置は、前記第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と前記第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイをさらに備えていてもよく、該センサーアレイは、前記第１および第２の画像を分離すべく動作することができるようになっていてもよい。
【００４１】
前記モジュレータは、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４２】
前記コントローラは、前記制御信号を生成すべく動作可能に構成されていてもよい。
【００４３】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記コントローラが、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成することによって、前記制御信号を生成するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４４】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置は、第２の図心の位置によって定められ、
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４５】
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように動作可能に構成されていてもよく、それは、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
の一方をもたらすように前記範囲を変化させることによってなされるものであってよい。
【００４６】
前記撮像経路は、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信することによって前記第１および第２の画像を受信するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４７】
本発明の他の態様と特徴は、添付の図面と関連させた本発明の具体的な実施形態についての以下の説明を検討することによって、当業者に明らかになるであろう。
図面には、本発明の実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、三次元画像情報を生成するための本発明の第１の実施形態による装置の上面概略図である。
【図２】図２は、図１に示した装置の撮像経路の正面概略図である。
【図３】図３は、三次元画像情報を生成するための本発明の別の実施形態による光学撮像装置の斜視図である。
【図４】図４は、図３に示した光学撮像装置の線４−４に沿って得た断面図である。
【図５】図５は、図３に示した光学撮像装置によって生成された第１および第２の画像を示している。
【図６】図６は、図３に示した光学撮像装置の動作を制御するためのコントローラのブロック図である。
【図７】図７は、図６に示したコントローラによって実行される制御プロセスを説明するプロセスフロー図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｄは、図３に示した光学撮像装置によって生成される一連の第１および第２の画像を示している。
【図９】図９は、図３に示した光学撮像装置において使用される液晶モジュレータの斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態による空間モジュレータの概略図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した空間モジュレータを制御するための制御信号のグラフ表示である。
【図１２】図１２は、図１０に示した空間モジュレータにおいて使用されるアクチュエータの別の実施形態の斜視図である。
【図１３】図１３は、三次元画像情報を生成するための光学撮像装置の別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１を参照すると、三次元画像情報を生成するための本発明の第１の実施形態による装置が、概略の上面図にて、全体として１００で示されている。当該装置１００は、視野１０４(field of view)を有する単一の撮像経路(imaging path)１０２を備えており、この実施形態においては、視野１０４が物体１０６を含んでいる。さらに装置１００は、単一の撮像経路１０２の第１および第２のそれぞれの部位１１２および１１４を介して選択的に受信される第１および第２の画像（図１において、「Ａ」および「Ｂ」として概念的に示されている）を生成するように作動可能に構成された画像モジュレータ１０８を備えている。
【００５０】
図２を参照すると、この実施形態においては、撮像経路が円形であり、第１および第２の部位１１２および１１４の各々が、概して円の一部分を含んでいる。第１の部位１１２は、視野１０４内に第１の図心(centroid)１１６によって表わされる第１の透視点(perspective viewpoint)を定めている。第２の部位１１４は、視野１０４内に第２の図心１１８によって表わされる第２の透視点を定めている。他の実施形態においては、撮像経路は円形でなくてもよい。
【００５１】
さらに、当該装置１００は、モジュレータ１０８と通信するコントローラ１２０を備えている。該コントローラ１２０は、制御信号を生成するための出力部１２２を備えており、該制御信号は、第１および第２の透視点１１６および１１８の位置を変化させるように機能することができ、それによって、第１および第２の画像を受信しつつ、モジュレータ１０８によって撮像経路の第１および第２の部位１１２および１１４の広がりを変化させてるものである。透視点１１６および１１８の位置の変化は、視野１０４内の物体１０６の三次元空間属性の表現に、それに対応する変化をもたらす。
【００５２】
さらに、当該装置１００は、補償部１２４を備えている。補償部１２４は、第１および第２の部位の広がりを変化させるときに第１および第２の画像ＡおよびＢの各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、撮像経路１０２の第１および第２の部位１１２および１１４の透過の変化を補償するように作用可能に構成されている。
【００５３】
第１および第２の画像ＡおよびＢは、画像平面１２６に形成され、第１および第２の画像が協働して、物体１０６および視野１０４内の他の物体の三次元空間属性(three dimensional attributes)を表わすように機能することができる。この実施形態においては、さらにコントローラ１２０が、透視(perspective)の所望の変更についてのユーザの入力を受信するための入力部１２８を備えており、コントローラが、ユーザの入力に応答して出力部１２２に制御信号を生成するように作動可能に構成されている。
【００５４】
一実施形態においては、撮像経路１０２は、画像を生成するために光放射を受信すべく動作することができる光学撮像経路であってよい。光放射は、赤外、可視、および紫外の波長範囲にある波長範囲を有することができる。他の実施形態においては、撮像経路１０２は、音響、超音波、または高周波信号の受信に応答して画像を生成するよう作動可能であってよい。画像平面１２６における画像を、種々の記録方法および／または媒体のいずれかを使用する任意の適切な撮像装置によって取得することができる。例えば、撮像装置は、画像の記録のために感光フィルムまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイを有しているスチルカメラまたはムービーカメラであってよい。あるいは、例えば音響または超音波による撮像に、圧電性結晶のアレイを使用することができ、高周波による撮像に、アンテナまたはアンテナアレイを使用することができる。
【００５５】
好都合には、単一の撮像経路１０２が、撮像経路の組み立てに通常必要とされる位置合わせ(alignments)以外の特別な位置合わせを必要とせずに、３Ｄ情報を知覚および／または抽出することができるＡおよびＢ画像を生成する。対照的に、別々の撮像経路または２つの離間した撮像経路へと光学的に分割される撮像経路を使用する場合、位置合わせにかなりの困難が存在し、小さな位置合わせのずれが存在するだけで、ユーザにとって眼の疲れまたは他の不快な影響が生じる可能性がある。
【００５６】
光学的撮像の実施形態
図３を参照すると、三次元画像情報を生成するための光学撮像装置の実施形態が、全体として１５０で示されている。光学撮像装置１５０は、第１のレンズ１５４と第２のレンズ１５６とを有する単一の撮像経路１５２を備えており、第１のレンズ１５４および第２のレンズ１５６が、これら第１および第２のレンズの視野内の物体１５８からの光線を受信するように配置されている。
【００５７】
光学撮像装置１５０は、複数の素子１６２を有する液晶装置（ＬＣＤ）モジュレータ１６０をさらに備えている。各々の素子１６２が、第１の画像を受信している撮像経路１５２の第１の部分１６５と第２の画像を受信している撮像経路の第２の部分１６７とを交互に遮るように選択的に制御することができるモジュレータ１６０の前面領域１６４の柱状部分を定めている。モジュレータ１６０は、複数の制御入力１６６をさらに備えており、各々の素子１６２に、素子を選択的に動作させるための操作信号を受信するための制御入力が組み合わせられている。
【００５８】
光学撮像装置１５０は、第３のレンズ１７２とＣＣＤ画像センサー１７４とを有するカメラ１７０をさらに備えており、ＣＣＤ画像センサー１７４が、カメラ１７０の画像平面に位置している。カメラは、スチルカメラまたはビデオカメラであってよく、可視または不可視の光に対して感度を有することができる。第３のレンズ１７２が、モジュレータ１６０を透過した光を集め、画像センサー１７４上に画像を形成する。画像センサー１７４は、感光領域１７６と、１つ以上の制御入力１７８とを備えており、該制御入力は、画像の取得（キャプチャ）に関するセンサーの動作を制御するように動作することができる種々の制御信号を受信するためのものである。全般的には、画像センサー１７４は、感光素子の空間アレイを有しており、各素子が、素子への入射光に比例した電荷を蓄積する。蓄積した電荷を、隣に接続された素子を通って電荷を電荷増幅器へと順次移すことによって画像センサー１７４から読み出すことができ、電荷増幅器が、電荷を該当の素子に入射した光を表わす電圧信号に変換する。他の実施形態においては、画像センサー１７４は、相補型−金属酸化物−半導体（ＣＭＯＳ）アクティブ画素センサーまたは他の電子画像センサーであってよい。あるいは、画像センサー１７４は、例えば３５ｍｍフィルムなどの感光フィルム乳剤であってよい。
【００５９】
画像センサー１７４、第３のレンズ１７２、液晶モジュレータ１６０、第１のレンズ１５４、第２のレンズ１５６、およびカメラ１７０は、すべて光軸１８０に沿って位置合わせされている。
【００６０】
当該装置１５０が、図４に断面にて示されており、撮像経路１５２が、物体１５８上の軸外の点から生じる束または円錐状の放射線(rays)１９０によって照らされている。一般に、図３および図４に示したような光学系においては、いずれか１つの光学素子の直径が、束１９０のうちのどの放射線が光学系を通過できるかを制限し、この直径が、系の開口を定める。開口と物体１５８との間に位置する光学面による系の開口の画像が、系のための入射瞳(entrance pupil)の位置と広がりとを定める。次いで、該入射瞳が、撮像経路を通過することができる放射線の束を定める。この場合、第１のレンズ１５４が、系の開口(system aperture、系のアパーチャ）であり、したがって入射瞳でもあると仮定され、第１のレンズに衝突する放射線が、撮像経路１５２を通って伝えられる。他の実施形態においては、入射瞳が、レンズの構成に応じて、第１のレンズ１５４の前または後ろに位置してもよい。
【００６１】
このようにして、第１のレンズ１５４に進入する束１９０の放射線は、第２のレンズ１５６によって集光され、モジュレータ１６０の前面領域１６４に衝突する。部分的遮蔽（モジュレータ１６０の第１の部位１６５の作動など）が、撮像経路１５２の系の開口の後ろに位置する場合、画像の口径食(vignetting)が生じる。この場合、放射線の束１９０のうちの放射線１９２が、モジュレータ１６０の前面領域１６４の第１の部位１６５によって遮られ、センサー１７４の感光領域１７６に達しない。放射線の束１９０のうちの放射線１９４は、モジュレータ１６０を通過し、レンズ１７２によって感光領域１７６へと集光される。口径食により、センサー１７４の感光領域１７６に形成される画像の全体的な照明が減少する。しかしながら、放射線１９４が、センサー１７４の感光領域１７６に交わるため、真の画像がセンサーに形成される。さらに、モジュレータによって引き起こされる口径食は、入射瞳における視界の角度を変化させない。
【００６２】
物体１５８上の他の点も、同様に撮像され、センサー１７４の感光領域１７６に物体１５８の第１の画像が生み出される。図４に示した口径食の状態のもとで光学撮像装置１５０によって生成される第１の画像が、図５において、全体として２００で示されている。画像２００が、図心１８２（図１に示されている）によって表わされる右の透視点に対応する。同様に、第１の部位１６５が光を通す一方で、モジュレータ１６０の反対側の複数の素子１６２を光を遮るように制御すべく、モジュレータ１６０へと制御信号を供給することで、第２の画像２０２（図５に示されている）が、装置１５０によって生成される。第２の画像２０２が、図心１８４（図１に示されている）によって表わされる左の透視点に対応する。
【００６３】
第１および第２の画像２００および２０２が協働し、視野内の物体の三次元空間属性を表わす情報を含んでいる。例えば、画像２００および画像２０２を別々に（右眼を使用して画像２００を、左眼を使用して画像２０２を）眺めるユーザが、ユーザが物体を直接眺める場合に知覚されると考えられるものと同様の奥行きの効果を知覚することができる。一実施形態においては、画像を、例えば立体視眼鏡を使用することによってユーザの左および右のそれぞれの眼へと別々に案内することができる。
【００６４】
コントローラ
光学撮像装置１５０（図３に示されている）の動作を制御するためのコントローラが、図６において２２０で示されている。コントローラ２２０は、典型的にはパルス列を備えている同期信号（ＳＹＮＣ）を生成するための出力部２２２を備えている。出力部２２２は、画像センサー１７４における画像の取得を同期させるために、画像センサーの入力部１７８に連絡している。さらにコントローラ２２０は、画像強度の補償を制御するための補償信号（ＣＯＭＰ）を生成するための出力部２２４を備えている。図示の実施形態においては、出力部２２４が、画像センサーの入力部１７８に連絡し、画像センサーが、図１に示した補償部１２４として機能する。他の実施形態においては、出力部２２４に生成されるＣＯＭＰ信号を、撮像経路が受け取る放射線の束を減少または増加させるために、光学系の調節式の虹彩などの開口絞り補償部を制御するために使用することができる。電子制御の自動虹彩ダイアフラムが、正しい画像の露出を保証するために開口サイズおよび露出を自動的に選択するカメラにおいて一般的に使用されている。
【００６５】
コントローラ２２０は、モジュレータ１６０の制御入力部１６６を駆動するための出力部２２８を有しているモジュレータ駆動部２２６をさらに備えている。図示の実施形態においては、出力部２２８が、モジュレータ１６０の素子１６２の数に一致する「ｎ」個の出力チャネルを有している。さらにコントローラ２２０は、視点変更（ＣＰ）のユーザ入力を受信するための入力部２３０を備えている。例えば、ＣＰの入力２３０は、入力部に変化する電位をもたらすように構成された、バイアスが加えられた単極双投スイッチ(single-pole-double-throw switch)から得ることができる。
【００６６】
一実施形態においては、コントローラ２２０を、例えばマイクロコントローラなどのプロセッサ回路を使用して実現することができる。
【００６７】
コントローラの動作
光学撮像装置１５０の動作の制御におけるコントローラ２２０の動作を、図３、図６、および図７を参照してさらに説明する。図７を参照すると、コントローラ２２０によって実行される制御プロセスの一実施形態が、全体として２５０で示されている。
【００６８】
２５２に示されているように、このプロセスは、コントローラ２２０が入力部２３０のＣＰ信号に関係する信号状態を検出することで始まる。２５４に示されるように、ＣＰ信号の状態が変化しており、すなわちユーザが画像の視点の変更を望んでいることを示している場合、プロセスは２５６に続く。
【００６９】
その場合、２５６に示されるように、補償部が、ＣＰ信号に応答して光の損失または増加の予測を生成する。コントローラ２２０がマイクロコントローラを使用して実現される実施形態においては、光の損失または増加の予測を、入力部２３０において検出されたＣＰ信号の状態の変化について計算することができる。あるいは、光の損失または増加の予測が、あらかじめ計算されて参照表としてプロセッサ回路のメモリに保存されていてもよい。次いで、光の損失または増加の予測が、個々の画像センサー１７４を駆動するために適したフォーマットの補償信号（ＣＯＭＰ）をコントローラの出力部２２４に生成するために使用される。例えば、画像センサー１７４がフルフレームＣＣＤアーキテクチャを備える実施形態においては、ＣＣＤアレイによって取得される光の量を、焦点面の近傍の機械式のシャッター（図示せず）によって制御することができ、その場合には、ＣＯＭＰ信号が、所望の画像強度を生成するための適切なシャッター速度で機械式のシャッターを作動させるように構成されると考えられる。あるいは、フレーム転送またはインターライン転送ＣＣＤデバイスにおいては、ＣＯＭＰ信号が、ＣＣＤ素子が連続する画像の取得の間の時間の一部においてのみ光を受け取るように設定されるよう、画像の取得の光蓄積段階をゲーティングするためのゲート信号であってよい。いくつかのＣＣＤセンサーも、アナログの電荷増幅および／または電荷信号のアナログ−デジタル変換に関係する利得の調節を可能にしており、この利得を、第１および第２の画像の強度を補償するためにＣＯＭＰ信号によって制御することもできる。次いで、プロセスは、２５８に続く。
【００７０】
２５４において、ＣＰ信号の状態が変化していない場合、補償すべき光の損失／増加は存在せず、プロセスは、直接２５８に続く。
【００７１】
２５８に示されるように、モジュレータ１６０が、ＣＰ信号の状態に従って第１の画像の取得に合わせて設定され、そのような設定は、モジュレータ１６０の第１の複数の素子１６２を光を遮るように制御すべく第１の複数のｎ個のチャネル２２８を駆動するようにモジュレータを設定することを含む。２６０において、第１の画像の取得が、コントローラが出力部２２２にＳＹＮＣパルスを生成するときに開始される。取得された第１の画像を、例えば磁気テープ、メモリ、ハードドライブ、または感光乳剤などの画像記憶媒体（図示せず）にアナログまたはデジタルフォーマットで記録することができる。
【００７２】
次いで、２６２に示されるように、モジュレータ１６０が、モジュレータ１６０の第２の複数の素子１６２を光を遮るように制御すべく出力部２２８の第２の複数のｎ個のチャネル２２８を駆動するようにモジュレータを設定することによって、第２の画像の取得に合わせて設定される。２６４において、第２の画像の取得が、コントローラが出力部２２２に第２のＳＹＮＣパルスを生成するときに開始される。
【００７３】
静止画の取得においては、第１および第２の透視点１８２および１８４の各々から単一の画像だけが必要であり、この場合には、ＳＹＮＣ信号が、第１および第２の時間に関して隔てられた同期パルスを生成すると考えられる。パルス間の時間間隔は、画像センサー１７４に画像を生成するために充分な光子を蓄積するために充分な時間が与えられるように選択される。順次的なビデオ画像の形態で景色の変化を取得するためには、選択される映像フォーマットによってフレームレートが決まる可能性があり（例えば、ＮＴＳＣビデオにおいては毎秒２９．９７フレーム）、その場合には、ＳＹＮＣＨ信号が、ノンインターレースの画像の取得については約３３．３ミリ秒の時間間隔の複数のパルスを含むことができる。特定のカメラの画像取得レートが充分に高速である場合、ユーザの各々の眼が完全なＮＴＳＣのフレームレートでそれぞれの画像を受け取るよう、第１および第２の画像を１６．７ミリ秒の時間間隔で取得することができる。連続するビデオフレームを取得する場合、プロセスは、ブロック２６４の後でブロック２５２に続き、プロセス２５０が繰り返される。
【００７４】
視点の変化を示す撮像経路１５２の一連の図が、図８に示されている。図８Ａを参照すると、撮像経路１５２が端面図にて示されており、図心１８２および１８４が、撮像経路の中心軸に位置している。これらの状況下で、モジュレータ１６０の第１および第２の部位のどちらも、光を遮るようには制御されておらず、第１の画像（Ａ）および第２の画像（Ｂ）は同一である。左および右のそれぞれの眼を使用してそれぞれのＡおよびＢ画像を眺めるユーザは、標準的な二次元（２Ｄ）画像だけを知覚し、三次元（３Ｄ）の奥行きの知覚は不可能である。
【００７５】
図８Ｂを参照すると、今や図心１８２および１８４が外側へと移動しており、これらの状況のもとで、モジュレータ１６０の第１および第２の部位１６５および１６７が、透過が撮像経路１５２の部位３００および３０２を交互に通って生じるよう、光を遮るように交互に制御される。得られるＡおよびＢ画像は、わずかに異なる透視点を有しており、それぞれのＡおよびＢ画像を眺めるユーザが、各々の眼へと提示される画像の異なる視点ゆえに、少なくとも或る程度の３Ｄの奥行きを知覚することができる。
【００７６】
図８Ｃを参照すると、図心１８２および１８４が、透過が撮像経路１５２の部位３００および３０２を交互に通って生じるように、さらに外側へと再び移動している。得られるＡおよびＢ画像は、図８Ｂよりもさらに大きく異なる透視点を有しており、それぞれのＡおよびＢ画像を眺めるユーザが、さらに大きな程度の３Ｄの奥行きを知覚することができる。
【００７７】
図８Ｄを参照すると、図心１８２および１８４が、撮像経路１５２の領域３０４がモジュレータ１６０の第１の部位１６５およびモジュレータの第２の部位１６７のどちらによっても遮られるような程度にまで離間している。透過が、撮像経路１５２の部位３００および３０２を交互に通って生じる。得られるＡおよびＢ画像は、図８Ｃよりもさらに大きく異なる透視点を有しており、さらに大きな程度の３Ｄの奥行きの知覚をもたらす。
【００７８】
明らかに、図８Ａおよび図８Ｄの間で、モジュレータ１６０を透過する光の量が、順に減少している。しかしながら、光の減少に、ＣＯＭＰ信号に応答しての対応する露出の増加が付随することで、概して一定な画像強度レベルの知覚が生み出される。好都合には、装置１５０が、得られる画像における２Ｄから３Ｄ画像表現への知覚の滑らかな変化を促進する。取得されたＡおよびＢ画像を、ユーザの左眼および右眼へと異なるＡおよびＢ画像を提示するために特別な眼鏡類またはヘッドギアを使用する特別に構成された３Ｄ表示システムを使用して眺めることができる。あるいは、画像を、特別な眼鏡またはヘッドギアを使用せずに眺めることができる３Ｄ画像情報を表示することができる自動立体表示装置を使用して表示してもよい。
【００７９】
一般に、モジュレータ１６０が矩形の断面を有する場合、図心１８２および１８４の位置の変化の速度は、第１および第２の部位１６５および１６７の面積の変化の速度につれて線形に変化するわけではない。したがって、図８Ａ〜図８Ｄに示した画像間の滑らかな移行をもたらすために、コントローラを、三次元空間属性の表現の滑らかな変化をもたらすために、第１および第２の図心１８２および１８４をお互いに対して概して一定の速度で移動させるように構成することができる。図心１８２および１８４の位置と第１および第２の部位１６５および１６７の面積との間の非線形関係(non-linear relation)を、例えば参照表としてコントローラに保存することができる。
【００８０】
ＬＣＤモジュレータ
ＬＣＤモジュレータ１６０が、図９にさらに詳しく示されている。図９を参照すると、モジュレータ１６０は、第１のガラス板３５２と第２のガラス板３５４との間に配置された液晶材料層３５０を備えている。第１のガラス板３５２は、柱状に配置された複数の透明電極３５６を備えている。電極３５６が、図３に示した複数の素子１６２の各々の範囲を定めている。各々の電極３５６に、例えばワイヤボンディングまたはフレキシブル回路による接続であってよいコネクタ３５８が組み合わせられている。コネクタ３５８は、図６に示したコントローラ２２０の出力部２２８への接続を容易にするヘッダ３６０につながっている。第２のガラス板３５４は、すべての素子１６２のための共通電極として機能する透明な面電極（図示せず）を備えている。さらにモジュレータ１６０は、第１の直線偏光特性（この場合には、垂直偏光）を有する第１の偏光板３６２を備えている。第１の偏光板３６２は、第１の電極３５６を覆っている。さらにモジュレータ１６０は、第２の電極を覆っており、第２の直線偏光特性（この場合には、水平偏光）を有している第２の偏光板３６４を備えている。図９において、各層は比例尺で示されているわけではない。
【００８１】
モジュレータ駆動部２２６が、ヘッダ３６０およびコネクタ３５８を介して各々の電極３５６へと駆動電圧をもたらし、共通電極が、接地への接続として機能する。一実施形態においては、駆動電圧が、電圧Ｖ＋およびＶ−の間を変化する５０％のデューティサイクルの矩形波であってよく、電圧は、ＬＣＤモジュレータ１６０に衝突する光の透過と遮断との間に充分なコントラストをもたらすように安全な動作電圧の範囲において選択される。
【００８２】
第１の偏光板３６２が、垂直偏光を有する光を通す。この実施形態においては、液晶材料３５０が、弛緩した状態（駆動されていない）にあるときには液晶を通過する光の偏光に影響を及ぼさず、したがって光が第２の偏光板３６４によって遮られるように選択されている。電極３５６のいずれかへと印加される駆動電圧によって駆動されると、液晶材料のうちの電極の下方に位置する部分が、光に偏光の９０°の変化を生じさせ、結果として光がモジュレータ１６０を通過する。第１および第２の複数の電極３５６のために駆動信号を交互に生成することによって、モジュレータ１６０は、第１および第２の部位１６５および１６７のそれぞれにおいて光を交互に遮る。その後に駆動信号を受け取る電極３５６の数を変化させることによって、撮像経路１５２の第１および第２の部位の範囲を変化させ、図３に図心１８２および１８４によって表わされている第１および第２の透視点の位置を変化させることができる。好都合には、充分な数の電極３５６を設けることによって、視点の概して滑らかな変化を促進することで、２Ｄから３Ｄ撮像への視覚的に当惑するような移行が防止される。
【００８３】
別の実施形態においては、ＬＣＤモジュレータが駆動電圧が印加されていないときに透過性であるよう、偏光板３６２および３６４がどちらも垂直偏光であってよい。駆動電圧によって駆動されたとき、液晶材料が光に９０°の偏光の変化を生じさせ、結果として素子３５６が光の通過を阻止する。
【００８４】
空間モジュレータの実施形態
図１０を参照すると、別の実施形態においては、図３に示したモジュレータ１６０を、全体として３８０で示されている空間モジュレータ(spatial modulator)を使用して実現することができる。空間モジュレータ３８０は、アーム３８４に取り付けられた不透明なシャッターブレード(shutter blade)３８２を備えている。アーム３８４は、横から横への運動をもたらすためにピボット(pivot、旋回軸部)３８６に取り付けられている。アーム３８４は、アームの途中に取り付けられた磁石３９０をさらに備えている。磁石３９０は、第１および第２の電磁石３９２および３９４の間に配置されている。シャッターブレード３８２、アーム３８４、ピボット３８６、ならびに電磁石３９２および３９４が協働し、シャッターブレード３８２を３８２に示されている第１の位置と３８３に破線の輪郭で示されている第２の位置との間で矢印３８８の方向に横から横へと動かすための力を生み出すように動作することができる機械式のアクチュエータを構成している。第１および第２の位置３８２および３８３が、図３に示した単一の撮像経路１５２の変化する第１および第２の部位の範囲を定める。
【００８５】
空間モジュレータは、アーム３８４の背後に位置する位置センサー３９６をさらに備えている。位置センサー３９６は、位置センサーに対するアーム３８４の位置を表わす位置信号を生成するための出力３９８を備えている。一実施形態においては、位置センサー３９６を直線フォトダイオードアレイを使用して実現することができ、背景迷光または発光ダイオードなどの光源からの照明（図示せず）が、アレイ上に影を投じる。影となったアレイの素子の位置を、出力３９８においてフォトダイオードアレイから読み出すことができ、種々の補間方法が、アーム３８４の中心位置を割り出すために使用される。
【００８６】
空間モジュレータ３８０を駆動するために、図６に示したモジュレータ駆動部２２６を、図１０に示されるモジュレータ駆動部４００によって置き換えることができる。モジュレータ駆動部４００は、第１の電磁石３９２のコイル４０４を駆動するための第１の１対の出力４０２と、第２の電磁石３９４のコイル４０８を駆動するための第２の１対の出力４０６とを備えている。モジュレータ駆動部４００は、位置センサー３９６から位置信号を受信するための入力４１０をさらに備えている。モジュレータ駆動部４００は、アーム３８４の所望の交互の位置を表わす基準信号を受信するための入力４１２をさらに備えている。基準信号は、アーム３８４およびシャッターブレード３８２の交互の目標位置を定めており、ＣＰ信号に応答してコントローラ２２０によって生成することができる。
【００８７】
空間モジュレータ３８０およびモジュレータ駆動部４００が協働し、撮像経路（１５２に破線の輪郭で示されている）の遮光の範囲を変化させるべくアーム３８４およびシャッターブレード３８２の交互の運動を生成するためのフィードバック制御ループを実現する。動作時、モジュレータ駆動部４００の入力４１２において受信される基準信号が、アーム３８４の目標位置をもたらす一方で、入力４１０において受信される位置信号が、アームの実際の位置を表わし、モジュレータ駆動部４００を駆動するための誤差信号を生成するために使用することができる。このようにして、フィードバック制御ループが、電磁石３９２および３９４によってアーム３８４に対して駆動力を作用させて所望の位置に向かって移動させるために、出力４０２および４０６に駆動信号を生成する。好都合には、駆動部を、電磁石３９２および３９４のうちの一方が磁石３９０に引力をもたらす一方で、他方の電磁石が反発力をもたらす押し引き式の駆動部として実現することができる。
【００８８】
アーム３８４を第１の電磁石３９２に向かって移動させるべくコイル４０４および４０８へと供給される電流駆動の典型的な波形が、図１１に概略的に示されている。コイル４０４を通過する電流波形が４４０で示されており、コイル４０８を通過する電流波形が４４２で示されている。入力４１２に基準信号ＲＥＦによってもたらされる交互の目標位置が、それぞれｓ１およびｓ２である。
【００８９】
第１の時間期間４４４においては、目標位置と現在位置との間の差から導出される誤差信号が大きく、アーム３８４に引力を生じさせるべく位置電流４４０を急激に増加させる。引力がアーム３８４の慣性に打ち勝ち、アームを第２の電磁石３９４から離れるように加速させる。位置センサーの出力３９８に生成されるアーム３８４の瞬時位置ｓが、図１１に４４６でグラフ表示されており、図１１においては、電磁石３９２および３９４の間の中間の位置が、グラフ上のｓ＝０に示されており、目標位置がｓ２である。時間期間４４４においては、最初は電流４４２がゼロであり、ひとたびアーム３８４が加速を始めると、電流４４２が、所望のアーム位置ｓ２に近付くにつれて減速力をもたらすために急激に増加する。アーム３８４が位置ｓ２に停止し、アーム３８４を第２の時間期間４４８のあいだ位置ｓ２に維持するようにフィードバック制御ループによって継続的に調節されるコイル４０４および４０８の各々の保持電流によってこの位置に保持される。第２の時間期間４４８が、第１の画像の取得を完了するために充分な時間を提供する。
【００９０】
次いで、入力４１２の基準信号が、目標位置ｓ１を新たな目標位置として定めるように変化する。第３の時間期間４５０において、電流４４２は、極性を変化させ、アーム３８４をアーム３８４の慣性に打ち勝って第１の電磁石３９２から遠ざかるように加速させる引力を生じさせるために急激に増加する。第３の時間期間４５０において、電流４４０は、最初にゼロへと低下でき、ひとたびアーム３８４が加速を始めると、目標位置ｓ１に近付くにつれて減速力をもたらすために急激に増加する。アーム３８４が位置ｓ１に停止し、アーム３８４を第４の時間期間４５２のあいだ位置ｓ１に維持するようにフィードバック制御ループによって継続的に調節されるコイル４０４および４０８の各々の保持電流によってこの位置に保持される。第４の時間期間４５２が、第２の画像の取得を完了するために充分な時間を提供する。
【００９１】
図１２を参照すると、空間モジュレータ３８０（図１１に示されている）のアクチュエータ部分の別の実施形態が、全体として５００で示されている。アクチュエータ５００は、モータ部５０２および回転位置センサー部５０４を備えている。共通のロータシャフト５０６が、モータ部５０２および位置センサー部５０４を貫いて延びている。アーム３８４が、横から横への移動のためにシャフトへと取り付けられている。一般に、モータ部５０２が、アーム３８４を動かすための駆動力をもたらす一方で、位置センサー部５０４が、位置信号をもたらす。
【００９２】
一実施形態においては、モータ部５０２が、１対の磁石５０８および５１０を使用して実現され、センサー部５０４が、１対の磁石５１２および５１４を使用して実現される。シャフト５０６が、磁石５０８および５１０の間にアクチュエータコイル５１６を支持する。アクチュエータコイル５１６が、駆動電流を受け取るためにモジュレータの出力４０２へと接続され、この駆動電流が、コイルにおいてトルクを生じさせ、このトルクがシャフト５０６へと加えられる。センサー部５０４は、磁石５１２および５１４の間に位置するピックアップコイル（図示せず）をさらに備えている。ピックアップコイルが、回転変位に比例した電流信号を生成し、この信号を、入力４１０における位置信号として使用することができる。一般に、アクチュエータ５００は、アナログメータの動きと同様に動作する。
【００９３】
他の実施形態においては、モータ部５０２を、シャフト５０６が磁化され、コイルが磁極片（すなわち、５０８および５１０）の周囲に巻き付けられるように、構成することができる。同様に、センサー部５０４のピックアップコイルを、磁極片（すなわち、５１２および５１４）の周囲に巻き付けることができる。
【００９４】
光バルブの実施形態
図１３を参照すると、光学撮像装置（図３に示されている）の別の実施形態が、全体として５５０で示されている。装置５５０は、第１のレンズ５５４と第２のレンズ５５６とを有する単一の撮像経路５５２を備えており、第１のレンズ５５４および第２のレンズ５５６は、これら第１および第２のレンズの視野内の物体５５８からの光線を受信するように配置されている。装置５５０は、駆動されたときにレンズ５６８を通って光のビームを案内するように配置された複数の個別に駆動されるミラー素子５６２を有している光バルブモジュレータ５６０を備えている。非駆動の状態においては、ミラー素子５６２は、レンズ５６８から遠ざかるように光のビームを案内する。ミラー素子１６２の第１および第２のグループを駆動するようにモジュレータ５６０へと駆動信号を供給することによって、モジュレータを、図３に示したモジュレータ１６０に関してすでに説明した交互の様相で駆動することができる。
【００９５】
他の実施形態
別の実施形態においては、図９に示したＬＣＤモジュレータ１６０において、第２の偏光板３６４を省略し、モジュレータを透過光の偏光を選択的に変化させるように構成することができる。図９を参照すると、第１の偏光板３６２は、垂直偏光を有する光だけを通す。したがって、液晶材料３５０のうちの非駆動の電極３５６の下方の部分は、垂直偏光の光として通過する光の偏光にいかなる影響も与えない。液晶材料３５０のうちの被駆動の電極３５６の下方の部分は、光に偏光の９０°の変化を生じさせ、結果として透過光が水平偏光を有する。
【００９６】
このように交互に構成されるモジュレータを図３に示した光学撮像装置１５０において使用することで、結果として、第１の画像が垂直偏光を有し、第２の画像が水平偏光を有する。あるいは、ＬＣＤモジュレータ１６０の液晶材料３５０を、右円偏光の光を有する第１の画像および左円偏光の光を有する第２の画像を生成するように構成することができる。
【００９７】
センサー１７４を、個々のセンサーアレイ素子の前面に偏光素子を追加することによって第１および第２のそれぞれの画像を同時に受け取るように構成することができる。例えば、単一の偏光の向きについてのみ感度を有する偏光に関して選択的なピクセルをもたらすために、隣接するセンサーピクセルを交互に水平偏光および垂直偏光にすることができる。このようにして、センサーが、第１および第２の両方の画像を同時に受け取ることを可能にすると考えられる。第１および第２の画像を、アレイの読み出しの際または別途の処理工程において分離することができる。
【００９８】
本発明の特定の実施形態を説明および図示したが、そのような実施形態は、あくまでも本発明の例示にすぎないと理解されるべきであり、添付の特許請求の範囲に従って解釈される本発明を限定するものと考えるべきではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概しては、三次元画像情報の生成に関し、特に、単一の撮像経路を用いる三次元画像情報の生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像(imaging)は、一般に、光景(scene)内の物体(object)によって放射または反射された放射線を適切な画像センサーによって受信することによって、該光景の表示像(representation)を生成することを有する。撮像され得る放射線のいくつかの例として、可視光、赤外光または熱、高周波、音波、ならびに超音波を挙げることができる。
【０００３】
三次元（３Ｄ）の光景は、奥行き情報を含んでいるが、奥行き情報は、多くの撮像システムにおいて二次元（２Ｄ）の画像平面へと写像され、したがって保存されることがない。従来のカメラが、奥行き情報が保存されず、結果として光景の２Ｄ画像表現がもたらされる光学的な撮像システムの例である。立体視光学系(stereoscopic optical systems)が、異なる透視点からの別々の画像を生成することによって奥行き情報を表わす画像を生成することができる。奥行き情報を、例えば光景内の地点間の３Ｄ測定を生成するために使用することができる。あるいは、ユーザが少なくとも画像において或る程度の奥行きが表現された画像ビューを知覚できるよう、別々の画像をユーザの左および右のそれぞれの眼へと提示することができる。このように、立体視システムは、実際の光景を眺める人間の眼の働きを模擬する空間的に別々の透視点を有する画像を生成する。画像を、或る種の能動的な眼鏡類を使用して眺めることができ、あるいはユーザの左および右のそれぞれの眼に向かって空間的に別々の画像を投影するように表示装置を動作させることによって眺めることができる。
【０００４】
立体視撮像(stereoscopic imaging)の使用は、外科手術における応用が見出されており、そこでは、外科医に３Ｄの視界を提供するために３Ｄ内視鏡が使用され得る。立体視撮像は、海底探索といった遠隔作業においても有用となり得、そこではロボットアクチュエータから離れた場所に位置する作業者へと３Ｄ画像情報を提供することによって、該アクチュエータの制御の助けになる。立体視撮像の他の用途を、身体計測システムおよび娯楽産業においても見出すことができる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、関連する視野(associated field of view)を持った単一の撮像経路を用いて三次元画像情報を生成する方法が提供される。当該方法は、前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するステップを有し、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものである。当該方法は、また、前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるステップを有し、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものである。当該方法は、さらに、前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するステップを有する。
【０００６】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップは、画像センサーにおいて前記第１および第２の画像を受信するステップを含んでいてもよく、かつ、前記透過の変化を補償するステップは、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーと関係する露出を増加させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーと関係する利得を減少させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させるステップ、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させるステップ
のうちの１つを含んでいてもよい。
【０００７】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップは、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮るステップと、
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮るステップとを、
交互に含んでいてもよい。
【０００８】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップは、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるステップを含んでいてもよい。
【０００９】
前記遮断素子を移動させるステップは、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するステップ、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を受信するステップ、および
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するステップ
を含んでいてもよい。
【００１０】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップは、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１１】
前記光学素子は、複数の素子を含んでいてもよく、かつ、前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、前記複数の素子のうちの第１の複数の素子、および
前記複数の素子のうちの第２の複数の素子のうちの一方を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１２】
前記複数の素子の各々の素子は、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができものであってよく、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップは、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させて前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように駆動信号を生成するステップを含んでいてもよい。
【００１３】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１４】
前記透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、液晶素子および光バルブのうちの一方の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１５】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通る光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１６】
前記反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップは、複数の可動ミラー素子を有する光バルブの第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいてもよい。
【００１７】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップは、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信するステップ、および
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成するステップ
を含んでいてもよい。
【００１８】
前記第１の画像の受信は、第１の偏光状態を有する第１の画像の受信を含んでいてもよく、前記第２の画像の受信は、第２の偏光状態を有する第２の画像の受信を含んでいてもよく、
前記第１および第２の画像の分離が、第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と、第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイにおいて、前記第１および第２の画像を受信することを含んでいてもよい。
【００１９】
当該方法は、前記第１の偏光状態を有する前記第１の画像を生成すること、および、前記第２の偏光状態を有する前記第２の画像を生成することをさらに含んでいてもよい。
【００２０】
前記範囲を変化させるステップは、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップを含んでいてもよい。
【００２１】
前記制御信号を生成するステップをさらに含んでいてもよい。
【００２２】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められてもよく、前記第２の透視点の位置は、第２の図心の位置によって定められてもよく、
前記制御信号を生成するステップは、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成するステップを含んでいてもよい。
【００２３】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められてもよく、前記第２の透視点の位置は、第２の図心の位置によって定められてもよく、
前記範囲を変化させるステップは、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるステップを含んでいてもよい。
【００２４】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップは、前記範囲を、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
のうちの一方をもたらすように変化させるステップを含んでいてもよい。
【００２５】
前記第１および第２の画像を受信するステップは、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信するステップを含んでいてもよい。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、関連する視野を持った単一の撮像経路を使用して三次元画像情報を生成するための装置が提供される。当該装置は、前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するための手段を有し、該手段は、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものである。当該装置は、また、前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるための手段を有し、該手段は、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものである。当該装置は、さらに、前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するための手段を有するものである。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、三次元画像情報を生成するための装置が提供される。当該装置は、関連する視野を持った単一の撮像経路を有する。当該装置は、また、第１および第２の画像を前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して選択的に受信させるよう作動可能に構成された画像モジュレータを有し、該画像モジュレータは、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有している。前記第１および第２の画像は協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものである。当該装置は、前記モジュレータと通信するコントローラを有し、該コントローラは、前記第１および第２の画像を受信しつつ前記モジュレータによって前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させる信号を生成するよう作動可能に構成され、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものである。当該装置は、前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するよう作動可能に構成された補償部をさらに有する。
【００２８】
前記単一の撮像経路は、画像センサーに前記第１および第２の画像を生成するよう作動可能に構成されていてもよく、
前記補償部は、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーに関係する露出を増加させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーに関係する露出を減少させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させること、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させること
のうちの１つによって前記透過の前記変化を補償するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００２９】
前記モジュレータは、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮ること、および
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮ること
を交互に実行するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３０】
前記モジュレータは、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３１】
前記モジュレータは、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するためのアクチュエータを有していてもよく、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を生成するよう作動可能に構成された位置センサーを有していてもよく、かつ、
前記コントローラは、前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３２】
前記モジュレータは、第１および第２の領域を有する光学素子を備えていてもよく、該第１および第２の領域は、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るべく選択的に作動させられるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３３】
前記光学素子は、複数の素子を含んでいてもよく、
前記第１の領域は、第１の複数の素子を含んでいてもよく、前記第２の領域は、第２の複数の素子を含んでいてもよく、前記第１および第２の複数が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるべく選択されてもよい。
【００３４】
前記複数の素子の各々の素子は、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができるものであってよく、
当該装置は、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるために、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させるべく前記駆動信号を生成するよう作動可能に構成されたモジュレータ駆動部をさらに備えていてもよい。
【００３５】
前記モジュレータは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３６】
前記モジュレータは、液晶素子および光バルブのうちの一方を備えていてもよい。
【００３７】
前記モジュレータは、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通って受信される光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００３８】
前記モジュレータは、複数の可動ミラー素子を有する光バルブを備えていてもよい。
【００３９】
前記モジュレータは、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信すること、および、
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成すること、
を行うよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４０】
前記モジュレータは、第１の偏光状態を有する第１の画像と第２の偏光状態を有する前記第２の画像とを生成するよう作動可能に構成された第１および第２の偏光領域を有する偏光板を備えていてもよく、
当該装置は、前記第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と前記第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイをさらに備えていてもよく、該センサーアレイは、前記第１および第２の画像を分離すべく動作することができるようになっていてもよい。
【００４１】
前記モジュレータは、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４２】
前記コントローラは、前記制御信号を生成すべく動作可能に構成されていてもよい。
【００４３】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記コントローラが、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成することによって、前記制御信号を生成するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４４】
前記第１の透視点の位置は、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置は、第２の図心の位置によって定められ、
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４５】
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように動作可能に構成されていてもよく、それは、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
の一方をもたらすように前記範囲を変化させることによってなされるものであってよい。
【００４６】
前記撮像経路は、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信することによって前記第１および第２の画像を受信するよう作動可能に構成されていてもよい。
【００４７】
本発明の他の態様と特徴は、添付の図面と関連させた本発明の具体的な実施形態についての以下の説明を検討することによって、当業者に明らかになるであろう。
図面には、本発明の実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、三次元画像情報を生成するための本発明の第１の実施形態による装置の上面概略図である。
【図２】図２は、図１に示した装置の撮像経路の正面概略図である。
【図３】図３は、三次元画像情報を生成するための本発明の別の実施形態による光学撮像装置の斜視図である。
【図４】図４は、図３に示した光学撮像装置の線４−４に沿って得た断面図である。
【図５】図５は、図３に示した光学撮像装置によって生成された第１および第２の画像を示している。
【図６】図６は、図３に示した光学撮像装置の動作を制御するためのコントローラのブロック図である。
【図７】図７は、図６に示したコントローラによって実行される制御プロセスを説明するプロセスフロー図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｄは、図３に示した光学撮像装置によって生成される一連の第１および第２の画像を示している。
【図９】図９は、図３に示した光学撮像装置において使用される液晶モジュレータの斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態による空間モジュレータの概略図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した空間モジュレータを制御するための制御信号のグラフ表示である。
【図１２】図１２は、図１０に示した空間モジュレータにおいて使用されるアクチュエータの別の実施形態の斜視図である。
【図１３】図１３は、三次元画像情報を生成するための光学撮像装置の別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１を参照すると、三次元画像情報を生成するための本発明の第１の実施形態による装置が、概略の上面図にて、全体として１００で示されている。当該装置１００は、視野１０４(field of view)を有する単一の撮像経路(imaging path)１０２を備えており、この実施形態においては、視野１０４が物体１０６を含んでいる。さらに装置１００は、単一の撮像経路１０２の第１および第２のそれぞれの部位１１２および１１４を介して選択的に受信される第１および第２の画像（図１において、「Ａ」および「Ｂ」として概念的に示されている）を生成するように作動可能に構成された画像モジュレータ１０８を備えている。
【００５０】
図２を参照すると、この実施形態においては、撮像経路が円形であり、第１および第２の部位１１２および１１４の各々が、概して円の一部分を含んでいる。第１の部位１１２は、視野１０４内に第１の図心(centroid)１１６によって表わされる第１の透視点(perspective viewpoint)を定めている。第２の部位１１４は、視野１０４内に第２の図心１１８によって表わされる第２の透視点を定めている。他の実施形態においては、撮像経路は円形でなくてもよい。
【００５１】
さらに、当該装置１００は、モジュレータ１０８と通信するコントローラ１２０を備えている。該コントローラ１２０は、制御信号を生成するための出力部１２２を備えており、該制御信号は、第１および第２の透視点１１６および１１８の位置を変化させるように機能することができ、それによって、第１および第２の画像を受信しつつ、モジュレータ１０８によって撮像経路の第１および第２の部位１１２および１１４の広がりを変化させてるものである。透視点１１６および１１８の位置の変化は、視野１０４内の物体１０６の三次元空間属性の表現に、それに対応する変化をもたらす。
【００５２】
さらに、当該装置１００は、補償部１２４を備えている。補償部１２４は、第１および第２の部位の広がりを変化させるときに第１および第２の画像ＡおよびＢの各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、撮像経路１０２の第１および第２の部位１１２および１１４の透過の変化を補償するように作用可能に構成されている。
【００５３】
第１および第２の画像ＡおよびＢは、画像平面１２６に形成され、第１および第２の画像が協働して、物体１０６および視野１０４内の他の物体の三次元空間属性(three dimensional attributes)を表わすように機能することができる。この実施形態においては、さらにコントローラ１２０が、透視(perspective)の所望の変更についてのユーザの入力を受信するための入力部１２８を備えており、コントローラが、ユーザの入力に応答して出力部１２２に制御信号を生成するように作動可能に構成されている。
【００５４】
一実施形態においては、撮像経路１０２は、画像を生成するために光放射を受信すべく動作することができる光学撮像経路であってよい。光放射は、赤外、可視、および紫外の波長範囲にある波長範囲を有することができる。他の実施形態においては、撮像経路１０２は、音響、超音波、または高周波信号の受信に応答して画像を生成するよう作動可能であってよい。画像平面１２６における画像を、種々の記録方法および／または媒体のいずれかを使用する任意の適切な撮像装置によって取得することができる。例えば、撮像装置は、画像の記録のために感光フィルムまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイを有しているスチルカメラまたはムービーカメラであってよい。あるいは、例えば音響または超音波による撮像に、圧電性結晶のアレイを使用することができ、高周波による撮像に、アンテナまたはアンテナアレイを使用することができる。
【００５５】
好都合には、単一の撮像経路１０２が、撮像経路の組み立てに通常必要とされる位置合わせ(alignments)以外の特別な位置合わせを必要とせずに、３Ｄ情報を知覚および／または抽出することができるＡおよびＢ画像を生成する。対照的に、別々の撮像経路または２つの離間した撮像経路へと光学的に分割される撮像経路を使用する場合、位置合わせにかなりの困難が存在し、小さな位置合わせのずれが存在するだけで、ユーザにとって眼の疲れまたは他の不快な影響が生じる可能性がある。
【００５６】
光学的撮像の実施形態
図３を参照すると、三次元画像情報を生成するための光学撮像装置の実施形態が、全体として１５０で示されている。光学撮像装置１５０は、第１のレンズ１５４と第２のレンズ１５６とを有する単一の撮像経路１５２を備えており、第１のレンズ１５４および第２のレンズ１５６が、これら第１および第２のレンズの視野内の物体１５８からの光線を受信するように配置されている。
【００５７】
光学撮像装置１５０は、複数の素子１６２を有する液晶装置（ＬＣＤ）モジュレータ１６０をさらに備えている。各々の素子１６２が、第１の画像を受信している撮像経路１５２の第１の部分１６５と第２の画像を受信している撮像経路の第２の部分１６７とを交互に遮るように選択的に制御することができるモジュレータ１６０の前面領域１６４の柱状部分を定めている。モジュレータ１６０は、複数の制御入力１６６をさらに備えており、各々の素子１６２に、素子を選択的に動作させるための操作信号を受信するための制御入力が組み合わせられている。
【００５８】
光学撮像装置１５０は、第３のレンズ１７２とＣＣＤ画像センサー１７４とを有するカメラ１７０をさらに備えており、ＣＣＤ画像センサー１７４が、カメラ１７０の画像平面に位置している。カメラは、スチルカメラまたはビデオカメラであってよく、可視または不可視の光に対して感度を有することができる。第３のレンズ１７２が、モジュレータ１６０を透過した光を集め、画像センサー１７４上に画像を形成する。画像センサー１７４は、感光領域１７６と、１つ以上の制御入力１７８とを備えており、該制御入力は、画像の取得（キャプチャ）に関するセンサーの動作を制御するように動作することができる種々の制御信号を受信するためのものである。全般的には、画像センサー１７４は、感光素子の空間アレイを有しており、各素子が、素子への入射光に比例した電荷を蓄積する。蓄積した電荷を、隣に接続された素子を通って電荷を電荷増幅器へと順次移すことによって画像センサー１７４から読み出すことができ、電荷増幅器が、電荷を該当の素子に入射した光を表わす電圧信号に変換する。他の実施形態においては、画像センサー１７４は、相補型−金属酸化物−半導体（ＣＭＯＳ）アクティブ画素センサーまたは他の電子画像センサーであってよい。あるいは、画像センサー１７４は、例えば３５ｍｍフィルムなどの感光フィルム乳剤であってよい。
【００５９】
画像センサー１７４、第３のレンズ１７２、液晶モジュレータ１６０、第１のレンズ１５４、第２のレンズ１５６、およびカメラ１７０は、すべて光軸１８０に沿って位置合わせされている。
【００６０】
当該装置１５０が、図４に断面にて示されており、撮像経路１５２が、物体１５８上の軸外の点から生じる束または円錐状の放射線(rays)１９０によって照らされている。一般に、図３および図４に示したような光学系においては、いずれか１つの光学素子の直径が、束１９０のうちのどの放射線が光学系を通過できるかを制限し、この直径が、系の開口を定める。開口と物体１５８との間に位置する光学面による系の開口の画像が、系のための入射瞳(entrance pupil)の位置と広がりとを定める。次いで、該入射瞳が、撮像経路を通過することができる放射線の束を定める。この場合、第１のレンズ１５４が、系の開口(system aperture、系のアパーチャ）であり、したがって入射瞳でもあると仮定され、第１のレンズに衝突する放射線が、撮像経路１５２を通って伝えられる。他の実施形態においては、入射瞳が、レンズの構成に応じて、第１のレンズ１５４の前または後ろに位置してもよい。
【００６１】
このようにして、第１のレンズ１５４に進入する束１９０の放射線は、第２のレンズ１５６によって集光され、モジュレータ１６０の前面領域１６４に衝突する。部分的遮蔽（モジュレータ１６０の第１の部位１６５の作動など）が、撮像経路１５２の系の開口の後ろに位置する場合、画像の口径食(vignetting)が生じる。この場合、放射線の束１９０のうちの放射線１９２が、モジュレータ１６０の前面領域１６４の第１の部位１６５によって遮られ、センサー１７４の感光領域１７６に達しない。放射線の束１９０のうちの放射線１９４は、モジュレータ１６０を通過し、レンズ１７２によって感光領域１７６へと集光される。口径食により、センサー１７４の感光領域１７６に形成される画像の全体的な照明が減少する。しかしながら、放射線１９４が、センサー１７４の感光領域１７６に交わるため、真の画像がセンサーに形成される。さらに、モジュレータによって引き起こされる口径食は、入射瞳における視界の角度を変化させない。
【００６２】
物体１５８上の他の点も、同様に撮像され、センサー１７４の感光領域１７６に物体１５８の第１の画像が生み出される。図４に示した口径食の状態のもとで光学撮像装置１５０によって生成される第１の画像が、図５において、全体として２００で示されている。画像２００が、図心１８２（図１に示されている）によって表わされる右の透視点に対応する。同様に、第１の部位１６５が光を通す一方で、モジュレータ１６０の反対側の複数の素子１６２を光を遮るように制御すべく、モジュレータ１６０へと制御信号を供給することで、第２の画像２０２（図５に示されている）が、装置１５０によって生成される。第２の画像２０２が、図心１８４（図１に示されている）によって表わされる左の透視点に対応する。
【００６３】
第１および第２の画像２００および２０２が協働し、視野内の物体の三次元空間属性を表わす情報を含んでいる。例えば、画像２００および画像２０２を別々に（右眼を使用して画像２００を、左眼を使用して画像２０２を）眺めるユーザが、ユーザが物体を直接眺める場合に知覚されると考えられるものと同様の奥行きの効果を知覚することができる。一実施形態においては、画像を、例えば立体視眼鏡を使用することによってユーザの左および右のそれぞれの眼へと別々に案内することができる。
【００６４】
コントローラ
光学撮像装置１５０（図３に示されている）の動作を制御するためのコントローラが、図６において２２０で示されている。コントローラ２２０は、典型的にはパルス列を備えている同期信号（ＳＹＮＣ）を生成するための出力部２２２を備えている。出力部２２２は、画像センサー１７４における画像の取得を同期させるために、画像センサーの入力部１７８に連絡している。さらにコントローラ２２０は、画像強度の補償を制御するための補償信号（ＣＯＭＰ）を生成するための出力部２２４を備えている。図示の実施形態においては、出力部２２４が、画像センサーの入力部１７８に連絡し、画像センサーが、図１に示した補償部１２４として機能する。他の実施形態においては、出力部２２４に生成されるＣＯＭＰ信号を、撮像経路が受け取る放射線の束を減少または増加させるために、光学系の調節式の虹彩などの開口絞り補償部を制御するために使用することができる。電子制御の自動虹彩ダイアフラムが、正しい画像の露出を保証するために開口サイズおよび露出を自動的に選択するカメラにおいて一般的に使用されている。
【００６５】
コントローラ２２０は、モジュレータ１６０の制御入力部１６６を駆動するための出力部２２８を有しているモジュレータ駆動部２２６をさらに備えている。図示の実施形態においては、出力部２２８が、モジュレータ１６０の素子１６２の数に一致する「ｎ」個の出力チャネルを有している。さらにコントローラ２２０は、視点変更（ＣＰ）のユーザ入力を受信するための入力部２３０を備えている。例えば、ＣＰの入力２３０は、入力部に変化する電位をもたらすように構成された、バイアスが加えられた単極双投スイッチ(single-pole-double-throw switch)から得ることができる。
【００６６】
一実施形態においては、コントローラ２２０を、例えばマイクロコントローラなどのプロセッサ回路を使用して実現することができる。
【００６７】
コントローラの動作
光学撮像装置１５０の動作の制御におけるコントローラ２２０の動作を、図３、図６、および図７を参照してさらに説明する。図７を参照すると、コントローラ２２０によって実行される制御プロセスの一実施形態が、全体として２５０で示されている。
【００６８】
２５２に示されているように、このプロセスは、コントローラ２２０が入力部２３０のＣＰ信号に関係する信号状態を検出することで始まる。２５４に示されるように、ＣＰ信号の状態が変化しており、すなわちユーザが画像の視点の変更を望んでいることを示している場合、プロセスは２５６に続く。
【００６９】
その場合、２５６に示されるように、補償部が、ＣＰ信号に応答して光の損失または増加の予測を生成する。コントローラ２２０がマイクロコントローラを使用して実現される実施形態においては、光の損失または増加の予測を、入力部２３０において検出されたＣＰ信号の状態の変化について計算することができる。あるいは、光の損失または増加の予測が、あらかじめ計算されて参照表としてプロセッサ回路のメモリに保存されていてもよい。次いで、光の損失または増加の予測が、個々の画像センサー１７４を駆動するために適したフォーマットの補償信号（ＣＯＭＰ）をコントローラの出力部２２４に生成するために使用される。例えば、画像センサー１７４がフルフレームＣＣＤアーキテクチャを備える実施形態においては、ＣＣＤアレイによって取得される光の量を、焦点面の近傍の機械式のシャッター（図示せず）によって制御することができ、その場合には、ＣＯＭＰ信号が、所望の画像強度を生成するための適切なシャッター速度で機械式のシャッターを作動させるように構成されると考えられる。あるいは、フレーム転送またはインターライン転送ＣＣＤデバイスにおいては、ＣＯＭＰ信号が、ＣＣＤ素子が連続する画像の取得の間の時間の一部においてのみ光を受け取るように設定されるよう、画像の取得の光蓄積段階をゲーティングするためのゲート信号であってよい。いくつかのＣＣＤセンサーも、アナログの電荷増幅および／または電荷信号のアナログ−デジタル変換に関係する利得の調節を可能にしており、この利得を、第１および第２の画像の強度を補償するためにＣＯＭＰ信号によって制御することもできる。次いで、プロセスは、２５８に続く。
【００７０】
２５４において、ＣＰ信号の状態が変化していない場合、補償すべき光の損失／増加は存在せず、プロセスは、直接２５８に続く。
【００７１】
２５８に示されるように、モジュレータ１６０が、ＣＰ信号の状態に従って第１の画像の取得に合わせて設定され、そのような設定は、モジュレータ１６０の第１の複数の素子１６２を光を遮るように制御すべく第１の複数のｎ個のチャネル２２８を駆動するようにモジュレータを設定することを含む。２６０において、第１の画像の取得が、コントローラが出力部２２２にＳＹＮＣパルスを生成するときに開始される。取得された第１の画像を、例えば磁気テープ、メモリ、ハードドライブ、または感光乳剤などの画像記憶媒体（図示せず）にアナログまたはデジタルフォーマットで記録することができる。
【００７２】
次いで、２６２に示されるように、モジュレータ１６０が、モジュレータ１６０の第２の複数の素子１６２を光を遮るように制御すべく出力部２２８の第２の複数のｎ個のチャネル２２８を駆動するようにモジュレータを設定することによって、第２の画像の取得に合わせて設定される。２６４において、第２の画像の取得が、コントローラが出力部２２２に第２のＳＹＮＣパルスを生成するときに開始される。
【００７３】
静止画の取得においては、第１および第２の透視点１８２および１８４の各々から単一の画像だけが必要であり、この場合には、ＳＹＮＣ信号が、第１および第２の時間に関して隔てられた同期パルスを生成すると考えられる。パルス間の時間間隔は、画像センサー１７４に画像を生成するために充分な光子を蓄積するために充分な時間が与えられるように選択される。順次的なビデオ画像の形態で景色の変化を取得するためには、選択される映像フォーマットによってフレームレートが決まる可能性があり（例えば、ＮＴＳＣビデオにおいては毎秒２９．９７フレーム）、その場合には、ＳＹＮＣＨ信号が、ノンインターレースの画像の取得については約３３．３ミリ秒の時間間隔の複数のパルスを含むことができる。特定のカメラの画像取得レートが充分に高速である場合、ユーザの各々の眼が完全なＮＴＳＣのフレームレートでそれぞれの画像を受け取るよう、第１および第２の画像を１６．７ミリ秒の時間間隔で取得することができる。連続するビデオフレームを取得する場合、プロセスは、ブロック２６４の後でブロック２５２に続き、プロセス２５０が繰り返される。
【００７４】
視点の変化を示す撮像経路１５２の一連の図が、図８に示されている。図８Ａを参照すると、撮像経路１５２が端面図にて示されており、図心１８２および１８４が、撮像経路の中心軸に位置している。これらの状況下で、モジュレータ１６０の第１および第２の部位のどちらも、光を遮るようには制御されておらず、第１の画像（Ａ）および第２の画像（Ｂ）は同一である。左および右のそれぞれの眼を使用してそれぞれのＡおよびＢ画像を眺めるユーザは、標準的な二次元（２Ｄ）画像だけを知覚し、三次元（３Ｄ）の奥行きの知覚は不可能である。
【００７５】
図８Ｂを参照すると、今や図心１８２および１８４が外側へと移動しており、これらの状況のもとで、モジュレータ１６０の第１および第２の部位１６５および１６７が、透過が撮像経路１５２の部位３００および３０２を交互に通って生じるよう、光を遮るように交互に制御される。得られるＡおよびＢ画像は、わずかに異なる透視点を有しており、それぞれのＡおよびＢ画像を眺めるユーザが、各々の眼へと提示される画像の異なる視点ゆえに、少なくとも或る程度の３Ｄの奥行きを知覚することができる。
【００７６】
図８Ｃを参照すると、図心１８２および１８４が、透過が撮像経路１５２の部位３００および３０２を交互に通って生じるように、さらに外側へと再び移動している。得られるＡおよびＢ画像は、図８Ｂよりもさらに大きく異なる透視点を有しており、それぞれのＡおよびＢ画像を眺めるユーザが、さらに大きな程度の３Ｄの奥行きを知覚することができる。
【００７７】
図８Ｄを参照すると、図心１８２および１８４が、撮像経路１５２の領域３０４がモジュレータ１６０の第１の部位１６５およびモジュレータの第２の部位１６７のどちらによっても遮られるような程度にまで離間している。透過が、撮像経路１５２の部位３００および３０２を交互に通って生じる。得られるＡおよびＢ画像は、図８Ｃよりもさらに大きく異なる透視点を有しており、さらに大きな程度の３Ｄの奥行きの知覚をもたらす。
【００７８】
明らかに、図８Ａおよび図８Ｄの間で、モジュレータ１６０を透過する光の量が、順に減少している。しかしながら、光の減少に、ＣＯＭＰ信号に応答しての対応する露出の増加が付随することで、概して一定な画像強度レベルの知覚が生み出される。好都合には、装置１５０が、得られる画像における２Ｄから３Ｄ画像表現への知覚の滑らかな変化を促進する。取得されたＡおよびＢ画像を、ユーザの左眼および右眼へと異なるＡおよびＢ画像を提示するために特別な眼鏡類またはヘッドギアを使用する特別に構成された３Ｄ表示システムを使用して眺めることができる。あるいは、画像を、特別な眼鏡またはヘッドギアを使用せずに眺めることができる３Ｄ画像情報を表示することができる自動立体表示装置を使用して表示してもよい。
【００７９】
一般に、モジュレータ１６０が矩形の断面を有する場合、図心１８２および１８４の位置の変化の速度は、第１および第２の部位１６５および１６７の面積の変化の速度につれて線形に変化するわけではない。したがって、図８Ａ〜図８Ｄに示した画像間の滑らかな移行をもたらすために、コントローラを、三次元空間属性の表現の滑らかな変化をもたらすために、第１および第２の図心１８２および１８４をお互いに対して概して一定の速度で移動させるように構成することができる。図心１８２および１８４の位置と第１および第２の部位１６５および１６７の面積との間の非線形関係(non-linear relation)を、例えば参照表としてコントローラに保存することができる。
【００８０】
ＬＣＤモジュレータ
ＬＣＤモジュレータ１６０が、図９にさらに詳しく示されている。図９を参照すると、モジュレータ１６０は、第１のガラス板３５２と第２のガラス板３５４との間に配置された液晶材料層３５０を備えている。第１のガラス板３５２は、柱状に配置された複数の透明電極３５６を備えている。電極３５６が、図３に示した複数の素子１６２の各々の範囲を定めている。各々の電極３５６に、例えばワイヤボンディングまたはフレキシブル回路による接続であってよいコネクタ３５８が組み合わせられている。コネクタ３５８は、図６に示したコントローラ２２０の出力部２２８への接続を容易にするヘッダ３６０につながっている。第２のガラス板３５４は、すべての素子１６２のための共通電極として機能する透明な面電極（図示せず）を備えている。さらにモジュレータ１６０は、第１の直線偏光特性（この場合には、垂直偏光）を有する第１の偏光板３６２を備えている。第１の偏光板３６２は、第１の電極３５６を覆っている。さらにモジュレータ１６０は、第２の電極を覆っており、第２の直線偏光特性（この場合には、水平偏光）を有している第２の偏光板３６４を備えている。図９において、各層は比例尺で示されているわけではない。
【００８１】
モジュレータ駆動部２２６が、ヘッダ３６０およびコネクタ３５８を介して各々の電極３５６へと駆動電圧をもたらし、共通電極が、接地への接続として機能する。一実施形態においては、駆動電圧が、電圧Ｖ＋およびＶ−の間を変化する５０％のデューティサイクルの矩形波であってよく、電圧は、ＬＣＤモジュレータ１６０に衝突する光の透過と遮断との間に充分なコントラストをもたらすように安全な動作電圧の範囲において選択される。
【００８２】
第１の偏光板３６２が、垂直偏光を有する光を通す。この実施形態においては、液晶材料３５０が、弛緩した状態（駆動されていない）にあるときには液晶を通過する光の偏光に影響を及ぼさず、したがって光が第２の偏光板３６４によって遮られるように選択されている。電極３５６のいずれかへと印加される駆動電圧によって駆動されると、液晶材料のうちの電極の下方に位置する部分が、光に偏光の９０°の変化を生じさせ、結果として光がモジュレータ１６０を通過する。第１および第２の複数の電極３５６のために駆動信号を交互に生成することによって、モジュレータ１６０は、第１および第２の部位１６５および１６７のそれぞれにおいて光を交互に遮る。その後に駆動信号を受け取る電極３５６の数を変化させることによって、撮像経路１５２の第１および第２の部位の範囲を変化させ、図３に図心１８２および１８４によって表わされている第１および第２の透視点の位置を変化させることができる。好都合には、充分な数の電極３５６を設けることによって、視点の概して滑らかな変化を促進することで、２Ｄから３Ｄ撮像への視覚的に当惑するような移行が防止される。
【００８３】
別の実施形態においては、ＬＣＤモジュレータが駆動電圧が印加されていないときに透過性であるよう、偏光板３６２および３６４がどちらも垂直偏光であってよい。駆動電圧によって駆動されたとき、液晶材料が光に９０°の偏光の変化を生じさせ、結果として素子３５６が光の通過を阻止する。
【００８４】
空間モジュレータの実施形態
図１０を参照すると、別の実施形態においては、図３に示したモジュレータ１６０を、全体として３８０で示されている空間モジュレータ(spatial modulator)を使用して実現することができる。空間モジュレータ３８０は、アーム３８４に取り付けられた不透明なシャッターブレード(shutter blade)３８２を備えている。アーム３８４は、横から横への運動をもたらすためにピボット(pivot、旋回軸部)３８６に取り付けられている。アーム３８４は、アームの途中に取り付けられた磁石３９０をさらに備えている。磁石３９０は、第１および第２の電磁石３９２および３９４の間に配置されている。シャッターブレード３８２、アーム３８４、ピボット３８６、ならびに電磁石３９２および３９４が協働し、シャッターブレード３８２を３８２に示されている第１の位置と３８３に破線の輪郭で示されている第２の位置との間で矢印３８８の方向に横から横へと動かすための力を生み出すように動作することができる機械式のアクチュエータを構成している。第１および第２の位置３８２および３８３が、図３に示した単一の撮像経路１５２の変化する第１および第２の部位の範囲を定める。
【００８５】
空間モジュレータは、アーム３８４の背後に位置する位置センサー３９６をさらに備えている。位置センサー３９６は、位置センサーに対するアーム３８４の位置を表わす位置信号を生成するための出力３９８を備えている。一実施形態においては、位置センサー３９６を直線フォトダイオードアレイを使用して実現することができ、背景迷光または発光ダイオードなどの光源からの照明（図示せず）が、アレイ上に影を投じる。影となったアレイの素子の位置を、出力３９８においてフォトダイオードアレイから読み出すことができ、種々の補間方法が、アーム３８４の中心位置を割り出すために使用される。
【００８６】
空間モジュレータ３８０を駆動するために、図６に示したモジュレータ駆動部２２６を、図１０に示されるモジュレータ駆動部４００によって置き換えることができる。モジュレータ駆動部４００は、第１の電磁石３９２のコイル４０４を駆動するための第１の１対の出力４０２と、第２の電磁石３９４のコイル４０８を駆動するための第２の１対の出力４０６とを備えている。モジュレータ駆動部４００は、位置センサー３９６から位置信号を受信するための入力４１０をさらに備えている。モジュレータ駆動部４００は、アーム３８４の所望の交互の位置を表わす基準信号を受信するための入力４１２をさらに備えている。基準信号は、アーム３８４およびシャッターブレード３８２の交互の目標位置を定めており、ＣＰ信号に応答してコントローラ２２０によって生成することができる。
【００８７】
空間モジュレータ３８０およびモジュレータ駆動部４００が協働し、撮像経路（１５２に破線の輪郭で示されている）の遮光の範囲を変化させるべくアーム３８４およびシャッターブレード３８２の交互の運動を生成するためのフィードバック制御ループを実現する。動作時、モジュレータ駆動部４００の入力４１２において受信される基準信号が、アーム３８４の目標位置をもたらす一方で、入力４１０において受信される位置信号が、アームの実際の位置を表わし、モジュレータ駆動部４００を駆動するための誤差信号を生成するために使用することができる。このようにして、フィードバック制御ループが、電磁石３９２および３９４によってアーム３８４に対して駆動力を作用させて所望の位置に向かって移動させるために、出力４０２および４０６に駆動信号を生成する。好都合には、駆動部を、電磁石３９２および３９４のうちの一方が磁石３９０に引力をもたらす一方で、他方の電磁石が反発力をもたらす押し引き式の駆動部として実現することができる。
【００８８】
アーム３８４を第１の電磁石３９２に向かって移動させるべくコイル４０４および４０８へと供給される電流駆動の典型的な波形が、図１１に概略的に示されている。コイル４０４を通過する電流波形が４４０で示されており、コイル４０８を通過する電流波形が４４２で示されている。入力４１２に基準信号ＲＥＦによってもたらされる交互の目標位置が、それぞれｓ１およびｓ２である。
【００８９】
第１の時間期間４４４においては、目標位置と現在位置との間の差から導出される誤差信号が大きく、アーム３８４に引力を生じさせるべく位置電流４４０を急激に増加させる。引力がアーム３８４の慣性に打ち勝ち、アームを第２の電磁石３９４から離れるように加速させる。位置センサーの出力３９８に生成されるアーム３８４の瞬時位置ｓが、図１１に４４６でグラフ表示されており、図１１においては、電磁石３９２および３９４の間の中間の位置が、グラフ上のｓ＝０に示されており、目標位置がｓ２である。時間期間４４４においては、最初は電流４４２がゼロであり、ひとたびアーム３８４が加速を始めると、電流４４２が、所望のアーム位置ｓ２に近付くにつれて減速力をもたらすために急激に増加する。アーム３８４が位置ｓ２に停止し、アーム３８４を第２の時間期間４４８のあいだ位置ｓ２に維持するようにフィードバック制御ループによって継続的に調節されるコイル４０４および４０８の各々の保持電流によってこの位置に保持される。第２の時間期間４４８が、第１の画像の取得を完了するために充分な時間を提供する。
【００９０】
次いで、入力４１２の基準信号が、目標位置ｓ１を新たな目標位置として定めるように変化する。第３の時間期間４５０において、電流４４２は、極性を変化させ、アーム３８４をアーム３８４の慣性に打ち勝って第１の電磁石３９２から遠ざかるように加速させる引力を生じさせるために急激に増加する。第３の時間期間４５０において、電流４４０は、最初にゼロへと低下でき、ひとたびアーム３８４が加速を始めると、目標位置ｓ１に近付くにつれて減速力をもたらすために急激に増加する。アーム３８４が位置ｓ１に停止し、アーム３８４を第４の時間期間４５２のあいだ位置ｓ１に維持するようにフィードバック制御ループによって継続的に調節されるコイル４０４および４０８の各々の保持電流によってこの位置に保持される。第４の時間期間４５２が、第２の画像の取得を完了するために充分な時間を提供する。
【００９１】
図１２を参照すると、空間モジュレータ３８０（図１１に示されている）のアクチュエータ部分の別の実施形態が、全体として５００で示されている。アクチュエータ５００は、モータ部５０２および回転位置センサー部５０４を備えている。共通のロータシャフト５０６が、モータ部５０２および位置センサー部５０４を貫いて延びている。アーム３８４が、横から横への移動のためにシャフトへと取り付けられている。一般に、モータ部５０２が、アーム３８４を動かすための駆動力をもたらす一方で、位置センサー部５０４が、位置信号をもたらす。
【００９２】
一実施形態においては、モータ部５０２が、１対の磁石５０８および５１０を使用して実現され、センサー部５０４が、１対の磁石５１２および５１４を使用して実現される。シャフト５０６が、磁石５０８および５１０の間にアクチュエータコイル５１６を支持する。アクチュエータコイル５１６が、駆動電流を受け取るためにモジュレータの出力４０２へと接続され、この駆動電流が、コイルにおいてトルクを生じさせ、このトルクがシャフト５０６へと加えられる。センサー部５０４は、磁石５１２および５１４の間に位置するピックアップコイル（図示せず）をさらに備えている。ピックアップコイルが、回転変位に比例した電流信号を生成し、この信号を、入力４１０における位置信号として使用することができる。一般に、アクチュエータ５００は、アナログメータの動きと同様に動作する。
【００９３】
他の実施形態においては、モータ部５０２を、シャフト５０６が磁化され、コイルが磁極片（すなわち、５０８および５１０）の周囲に巻き付けられるように、構成することができる。同様に、センサー部５０４のピックアップコイルを、磁極片（すなわち、５１２および５１４）の周囲に巻き付けることができる。
【００９４】
光バルブの実施形態
図１３を参照すると、光学撮像装置（図３に示されている）の別の実施形態が、全体として５５０で示されている。装置５５０は、第１のレンズ５５４と第２のレンズ５５６とを有する単一の撮像経路５５２を備えており、第１のレンズ５５４および第２のレンズ５５６は、これら第１および第２のレンズの視野内の物体５５８からの光線を受信するように配置されている。装置５５０は、駆動されたときにレンズ５６８を通って光のビームを案内するように配置された複数の個別に駆動されるミラー素子５６２を有している光バルブモジュレータ５６０を備えている。非駆動の状態においては、ミラー素子５６２は、レンズ５６８から遠ざかるように光のビームを案内する。ミラー素子１６２の第１および第２のグループを駆動するようにモジュレータ５６０へと駆動信号を供給することによって、モジュレータを、図３に示したモジュレータ１６０に関してすでに説明した交互の様相で駆動することができる。
【００９５】
他の実施形態
別の実施形態においては、図９に示したＬＣＤモジュレータ１６０において、第２の偏光板３６４を省略し、モジュレータを透過光の偏光を選択的に変化させるように構成することができる。図９を参照すると、第１の偏光板３６２は、垂直偏光を有する光だけを通す。したがって、液晶材料３５０のうちの非駆動の電極３５６の下方の部分は、垂直偏光の光として通過する光の偏光にいかなる影響も与えない。液晶材料３５０のうちの被駆動の電極３５６の下方の部分は、光に偏光の９０°の変化を生じさせ、結果として透過光が水平偏光を有する。
【００９６】
このように交互に構成されるモジュレータを図３に示した光学撮像装置１５０において使用することで、結果として、第１の画像が垂直偏光を有し、第２の画像が水平偏光を有する。あるいは、ＬＣＤモジュレータ１６０の液晶材料３５０を、右円偏光の光を有する第１の画像および左円偏光の光を有する第２の画像を生成するように構成することができる。
【００９７】
センサー１７４を、個々のセンサーアレイ素子の前面に偏光素子を追加することによって第１および第２のそれぞれの画像を同時に受け取るように構成することができる。例えば、単一の偏光の向きについてのみ感度を有する偏光に関して選択的なピクセルをもたらすために、隣接するセンサーピクセルを交互に水平偏光および垂直偏光にすることができる。このようにして、センサーが、第１および第２の両方の画像を同時に受け取ることを可能にすると考えられる。第１および第２の画像を、アレイの読み出しの際または別途の処理工程において分離することができる。
【００９８】
本発明の特定の実施形態を説明および図示したが、そのような実施形態は、あくまでも本発明の例示にすぎないと理解されるべきであり、添付の特許請求の範囲に従って解釈される本発明を限定するものと考えるべきではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関連する視野を持った単一の撮像経路を用いて三次元画像情報を生成する方法であって、当該方法は、
前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するステップを有し、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものであり、
前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるステップを有し、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものであり、かつ、
前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するステップを有する、
前記方法。
【請求項２】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップが、画像センサーにおいて前記第１および第２の画像を受信するステップを含んでおり、
前記透過の変化を補償するステップが、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーと関係する露出を増加させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーと関係する利得を減少させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させるステップ、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させるステップ
のうちの１つを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップが、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮るステップと、
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮るステップとを、
交互に含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるステップを含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記遮断素子を移動させるステップが、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するステップ、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を受信するステップ、および
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するステップ
を含んでいる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記光学素子が、複数の素子を含んでおり、
前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、
前記複数の素子のうちの第１の複数の素子、および
前記複数の素子のうちの第２の複数の素子
のうちの一方を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の素子の各々の素子が、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップが、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させて前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように駆動信号を生成するステップを含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、液晶素子および光バルブのうちの一方の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通る光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、複数の可動ミラー素子を有する光バルブの第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップが、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信するステップ、および
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成するステップ
を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の画像の受信が、第１の偏光状態を有する第１の画像の受信を含んでおり、前記第２の画像の受信が、第２の偏光状態を有する第２の画像の受信を含んでおり、
前記第１および第２の画像の分離が、第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と、第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイにおいて、前記第１および第２の画像を受信することを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の偏光状態を有する前記第１の画像を生成すること、および、前記第２の偏光状態を有する前記第２の画像を生成することをさらに含んでいる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記範囲を変化させるステップが、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御信号を生成するステップをさらに含んでいる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記制御信号を生成するステップが、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成するステップを含んでいる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記範囲を変化させるステップが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップが、前記範囲を、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
のうちの一方をもたらすように変化させるステップを含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の画像を受信するステップが、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
関連する視野を持った単一の撮像経路を使用して三次元画像情報を生成するための装置であって、当該装置は、
前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するための手段を有し、該手段は、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものであり、
前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるための手段を有し、該手段は、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものであり、かつ、
前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するための手段を有するものである、
前記装置。
【請求項２３】
三次元画像情報を生成するための装置であって、当該装置は、
関連する視野を持った単一の撮像経路を有し、
第１および第２の画像を前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して選択的に受信させるよう作動可能に構成された画像モジュレータを有し、該画像モジュレータは、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものであり、
前記モジュレータと通信するコントローラを有し、該コントローラは、前記第１および第２の画像を受信しつつ前記モジュレータによって前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させる信号を生成するよう作動可能に構成され、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものであり、かつ、
前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するよう作動可能に構成された補償部を有する、
前記装置。
【請求項２４】
前記単一の撮像経路が、画像センサーに前記第１および第２の画像を生成するよう作動可能に構成されており、
前記補償部が、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーに関係する露出を増加させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーに関係する露出を減少させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させること、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させること
のうちの１つによって前記透過の前記変化を補償するよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記モジュレータが、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮ること、および
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮ること
を交互に実行するよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるよう作動可能に構成されている、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記モジュレータが、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するためのアクチュエータを有し、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を生成するよう作動可能に構成された位置センサーを有し、かつ、
前記コントローラが、前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するよう作動可能に構成されている、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記モジュレータが、第１および第２の領域を有する光学素子を備えており、該第１および第２の領域が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るべく選択的に作動させられるよう作動可能に構成されている、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記光学素子が、複数の素子を含んでおり、
前記第１の領域が、第１の複数の素子を含んでおり、前記第２の領域が、第２の複数の素子を含んでおり、前記第１および第２の複数が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるべく選択される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記複数の素子の各々の素子が、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができ、
当該装置が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるために、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させるべく前記駆動信号を生成するよう作動可能に構成されたモジュレータ駆動部をさらに備えている、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記モジュレータが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
前記モジュレータが、液晶素子および光バルブのうちの一方を備えている、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記モジュレータが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通って受信される光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３４】
前記モジュレータが、複数の可動ミラー素子を有する光バルブを備えている、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記モジュレータが、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信すること、および、
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成すること
を行うよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３６】
前記モジュレータが、第１の偏光状態を有する第１の画像と第２の偏光状態を有する前記第２の画像とを生成するよう作動可能に構成された第１および第２の偏光領域を有する偏光板を備えており、
当該装置が、前記第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と前記第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイをさらに備えており、該センサーアレイが、前記第１および第２の画像を分離すべく動作することができる、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記モジュレータが、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３８】
前記コントローラが、前記制御信号を生成すべく動作可能に構成されている、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、かつ、
前記コントローラが、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成することによって、上記の制御信号を生成するよう作動可能に構成されている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項４１】
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように動作可能に構成されており、それは、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
の一方をもたらすように前記範囲を変化させることによってなされるものである、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記撮像経路が、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信することによって前記第１および第２の画像を受信するよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項１】
関連する視野を持った単一の撮像経路を用いて三次元画像情報を生成する方法であって、当該方法は、
前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するステップを有し、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものであり、
前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるステップを有し、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものであり、かつ、
前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するステップを有する、
前記方法。
【請求項２】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップが、画像センサーにおいて前記第１および第２の画像を受信するステップを含んでおり、
前記透過の変化を補償するステップが、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーと関係する露出を増加させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーと関係する利得を減少させるステップ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させるステップ、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させるステップ
のうちの１つを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップが、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮るステップと、
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮るステップとを、
交互に含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるステップを含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記遮断素子を移動させるステップが、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するステップ、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を受信するステップ、および
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するステップ
を含んでいる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位を交互に遮るステップが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記光学素子が、複数の素子を含んでおり、
前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、
前記複数の素子のうちの第１の複数の素子、および
前記複数の素子のうちの第２の複数の素子
のうちの一方を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の素子の各々の素子が、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができ、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップが、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させて前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように駆動信号を生成するステップを含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、液晶素子および光バルブのうちの一方の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光学素子の前記第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通る光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるステップが、複数の可動ミラー素子を有する光バルブの第１および第２の領域を選択的に作動させるステップを含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の画像を選択的に受信するステップが、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信するステップ、および
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成するステップ
を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の画像の受信が、第１の偏光状態を有する第１の画像の受信を含んでおり、前記第２の画像の受信が、第２の偏光状態を有する第２の画像の受信を含んでおり、
前記第１および第２の画像の分離が、第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と、第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイにおいて、前記第１および第２の画像を受信することを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の偏光状態を有する前記第１の画像を生成すること、および、前記第２の偏光状態を有する前記第２の画像を生成することをさらに含んでいる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記範囲を変化させるステップが、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御信号を生成するステップをさらに含んでいる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記制御信号を生成するステップが、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成するステップを含んでいる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記範囲を変化させるステップが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるステップが、前記範囲を、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
のうちの一方をもたらすように変化させるステップを含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の画像を受信するステップが、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
関連する視野を持った単一の撮像経路を使用して三次元画像情報を生成するための装置であって、当該装置は、
前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して第１および第２の画像を選択的に受信するための手段を有し、該手段は、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものであり、
前記第１および第２の画像を受信しつつ、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させるための手段を有し、該手段は、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものであり、かつ、
前記第１および第２の部位の範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するための手段を有するものである、
前記装置。
【請求項２３】
三次元画像情報を生成するための装置であって、当該装置は、
関連する視野を持った単一の撮像経路を有し、
第１および第２の画像を前記単一の撮像経路の第１および第２のそれぞれの部位を通して選択的に受信させるよう作動可能に構成された画像モジュレータを有し、該画像モジュレータは、前記第１の部位が、前記視野内の第１の透視点を有しており、前記第２の部位が、前記視野内の第２の透視点を有しており、前記第１および第２の画像が協働して、前記視野内の物体の三次元空間属性を表現するように働くことができるものであり、
前記モジュレータと通信するコントローラを有し、該コントローラは、前記第１および第２の画像を受信しつつ前記モジュレータによって前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲を変化させて前記第１および第２の透視点の位置を変化させる信号を生成するよう作動可能に構成され、前記透視点の位置の変化により、前記三次元空間属性の前記表現に対応する変化がもたらされるものであり、かつ、
前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるときに、前記第１および第２の画像の各々に関係する画像強度が概して一定の画像強度レベルに維持されるように、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を通過する透過の変化を補償するよう作動可能に構成された補償部を有する、
前記装置。
【請求項２４】
前記単一の撮像経路が、画像センサーに前記第１および第２の画像を生成するよう作動可能に構成されており、
前記補償部が、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記画像センサーに関係する露出を増加させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記画像センサーに関係する露出を減少させること、
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の減少に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を増大させること、および
前記撮像経路の前記第１および第２の部位の範囲の増大に応答して、前記撮像経路を通過する全体としての透過を減少させること
のうちの１つによって前記透過の前記変化を補償するよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記モジュレータが、
前記第２の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第１の部位を遮ること、および
前記第１の画像を受信しつつ前記撮像経路の前記第２の部位を遮ること
を交互に実行するよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記変化する範囲を定めるために、前記撮像経路の開口面の付近に位置する遮断素子を、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させるよう作動可能に構成されている、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記モジュレータが、
前記遮断素子を前記第１および第２の位置の一方に向かって交互に移動させるべく働くことができる力を生成するためのアクチュエータを有し、
前記遮断素子の位置を表わす位置信号を生成するよう作動可能に構成された位置センサーを有し、かつ、
前記コントローラが、前記遮断素子を前記第１および第２の位置の前記一方に停止させるために、前記位置信号に応答して前記力の大きさを制御するよう作動可能に構成されている、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記モジュレータが、第１および第２の領域を有する光学素子を備えており、該第１および第２の領域が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位を選択的に遮るべく選択的に作動させられるよう作動可能に構成されている、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記光学素子が、複数の素子を含んでおり、
前記第１の領域が、第１の複数の素子を含んでおり、前記第２の領域が、第２の複数の素子を含んでおり、前記第１および第２の複数が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるべく選択される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記複数の素子の各々の素子が、駆動信号の受信に応答して作動させられるように動作することができ、
当該装置が、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるために、前記第１および第２の複数の素子の素子数を選択的に変化させるべく前記駆動信号を生成するよう作動可能に構成されたモジュレータ駆動部をさらに備えている、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記モジュレータが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位に光を通すように配置された透過性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
前記モジュレータが、液晶素子および光バルブのうちの一方を備えている、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記モジュレータが、前記単一の撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部位を通って受信される光を反射させるように配置された反射性の光学素子の第１および第２の領域を選択的に作動させるよう作動可能に構成されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３４】
前記モジュレータが、複数の可動ミラー素子を有する光バルブを備えている、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記モジュレータが、
第１の画像属性を有する第１の画像および第２の画像属性を有する第２の画像を同時に受信すること、および、
前記第１および第２の画像を前記第１および第２の画像属性に従って分離し、第１および第２のそれぞれの画像の表現を生成すること
を行うよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３６】
前記モジュレータが、第１の偏光状態を有する第１の画像と第２の偏光状態を有する前記第２の画像とを生成するよう作動可能に構成された第１および第２の偏光領域を有する偏光板を備えており、
当該装置が、前記第１の偏光状態の放射線に応答する第１の複数の素子と前記第２の偏光状態の放射線に応答する第２の複数の素子とを有するセンサーアレイをさらに備えており、該センサーアレイが、前記第１および第２の画像を分離すべく動作することができる、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記モジュレータが、制御信号に応答して前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３８】
前記コントローラが、前記制御信号を生成すべく動作可能に構成されている、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、かつ、
前記コントローラが、前記三次元空間属性の前記表現に滑らかな変化をもたらすように前記第１および第２の図心を概して一定の速度でお互いに対して移動させるように働くことができる制御信号を生成することによって、上記の制御信号を生成するよう作動可能に構成されている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記第１の透視点の位置が、第１の図心の位置によって定められ、前記第２の透視点の位置が、第２の図心の位置によって定められ、
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を、
前記第１および第２の図心の位置が近くに位置することで、前記第１および第２の画像がもっぱら前記視野の範囲内の二次元空間属性を含む第１の範囲と、
前記第１および第２の図心の位置が離れることで、前記第１および第２の画像が三次元空間属性情報をより高い度合いで含む第２の範囲と
の間で変化させるよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項４１】
前記モジュレータが、前記撮像経路の前記第１および第２の部位の前記範囲を変化させるように動作可能に構成されており、それは、
二次元から三次元への移行の効果を生み出すための前記第１の範囲から前記第２の範囲への滑らかな移行、および
三次元から二次元への移行の効果を生み出すための前記第２の範囲から前記第１の範囲への滑らかな移行
の一方をもたらすように前記範囲を変化させることによってなされるものである、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記撮像経路が、前記視野内の主題の時間変化を表わす複数の第１および第２の画像を順次に受信することによって前記第１および第２の画像を受信するよう作動可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５３２３４７（Ｐ２０１２−５３２３４７Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１８７０１（Ｐ２０１２−５１８７０１）
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／０００９５７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００３１６８
【国際公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（５１２００６１９２）アイエスイーイースリーディー インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／０００９５７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００３１６８
【国際公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（５１２００６１９２）アイエスイーイースリーディー インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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