特許ウォッチ

公開番号2024165221
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023081172
出願日2023-05-17
発明の名称高速3次元撮影装置及び方法
出願人国立大学法人東京大学
代理人個人
主分類G01J 3/36 20060101AFI20241121BHJP(測定;試験)
要約【課題】高速現象の3次元プロファイルを連続撮影可能な手法を提供する。
【解決手段】波長の異なる複数の部分からなる伸長パルスを異なる角度から対象に入射させることで、異なる角度から入射された各伸長パルスの各部分に、波長に対応した時間において角度に依存した対象の像情報を保持させること;前記像情報を保持した伸長パルスを、波長毎かつ角度毎に空間的に分離して、波長毎かつ角度毎の複数の2次元画像情報として検出すること;各波長において、複数角度における複数の2次元画像情報から3次元画像を再構成すること;からなる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
光源と、
光源から出射されたパルスを伸長して、波長の異なる複数の部分からなる伸長パルスを生成する遅延生成器と、
前記伸長パルスを分割して、異なる角度から対象に入射させる多角度照明器と、
各部分に波長に対応した時間において角度に依存した対象の像情報が保持された各伸長パルスを、像情報が保持された状態で波長毎かつ角度毎に空間的に分離して分離要素を生成する空間分離器と、
像情報が保持された各分離要素を、複数の２次元画像情報として検出するイメージセンサと、
各波長において、複数角度における複数の２次元画像情報から３次元画像を再構成する３次元再構成手段と、
からなる高速３次元撮影装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記光源は、超短パルス光源である、
請求項１に記載の高速３次元撮影装置。
【請求項３】
前記伸長パルスは、10 ns 以下のフレーム間隔で像情報が取得可能な波長分散を有している、
請求項１または２に記載の高速３次元撮影装置。
【請求項４】
前記多角度照明器は、前記遅延生成器から入射された伸長パルスを複数の伸長パルスに分割する回折光学素子を備えている、
請求項１に記載の高速３次元撮影装置。
【請求項５】
前記空間分離器は、各伸長パルスを、像情報が保持された状態で、角度に応じて空間的に分離する第１光学系と、波長に応じて空間的に分離する第２光学系と、を含んでいる、請求項１に記載の高速３次元撮影装置。
【請求項６】
前記第１光学系は、レンズと、レンズアレイを含む、
請求項５に記載の高速３次元撮影装置。
【請求項７】
前記第２光学系は、回折光学素子と、バンドパスフィルタを含む、
請求項５または６に記載の高速３次元撮影装置。
【請求項８】
前記空間分離器は、前記複数の２次元画像情報がイメージセンサ上で分離して結像されるように、各伸長パルスを空間的に分離して前記分離要素を生成する、
請求項１に記載の高速３次元撮影装置。
【請求項９】
光源と、
光源から出射されたパルスを伸長して、波長の異なる複数の部分からなる伸長パルスを生成する遅延生成器と、
前記伸長パルスを分割して、異なる角度から対象に入射させる多角度照明器と、
各部分に波長に対応した時間において角度に依存した対象の像情報が保持された各伸長パルスを、像情報が保持された状態で波長毎かつ角度毎に空間的に分離して分離要素を生成する空間分離器と、
像情報が保持された各分離要素を、複数の２次元画像情報として検出するイメージセンサと、
からなる高速撮影装置。
【請求項１０】
波長の異なる複数の部分からなる伸長パルスを異なる角度から対象に入射させることで、異なる角度から入射された各伸長パルスの各部分に、波長に対応した時間において角度に依存した対象の像情報を保持させること、
前記像情報を保持した伸長パルスを、波長毎かつ角度毎に空間的に分離して、波長毎かつ角度毎の複数の２次元画像情報として検出すること、
各波長において、複数角度における複数の２次元画像情報から３次元画像を再構成すること、
を含む、高速３次元撮影方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速３次元撮影装置及び方法に関するものである。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
超高速イメージングは、プラズマや衝撃波など、フェムト秒からナノ秒の時間領域で生じる高速現象の詳細を理解するために強力なツールである。機械的・電気的な動作を一切排除することで、高速度カメラの撮影速度の制限を解決し、高速度カメラでは捉えられない現象を連続撮影するため、これまでに超短パルスを用いたナノ秒以下の時間分解能の光学的高速撮影手法が開発されてきた（特許文献１、非特許文献１）。
【０００３】
対象（高速現象）の３次元形状は、対象の光学特性の３次元分布、すなわち、３次元プロファイルとして規定される。ここで、既存のナノ秒以下の時間分解能の高速撮影手法（特許文献１及び非特許文献１）は、取得可能な空間が２次元に制限される。そのため、高速現象の解析には、現象の軸対称性などを考慮して３次元プロファイルを仮定する必要がある。
【０００４】
しかしながら、本来計測を必要とする複雑現象では、電磁波や材料の不均一性や確率的事象により、３次元プロファイルを仮定することは困難であり、従来の手法では、３次元的に複雑な高速現象の正確な３次元プロファイルを取得できない。非特許文献２には、複数角度からの現象の情報を、レンズアレイを用いて空間的に分離して取得し、３次元分布を再構成する手法が開示されているが、ナノ秒以下の分解能での連写撮影はできない。したがって、対象の３次元プロファイルを計測可能な、超高速シングルショット撮影技術が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第6120280号
【非特許文献】
【０００６】
K. Nakagawa, A. Iwasaki, Y. Oishi, R. Horisaki, A. Tsukamoto, A. Nakamura, K. Hirosawa, H. Liao, T. Ushida, K. Goda, F. Kannari and I. Sakuma, “Sequentially timed all-optical mapping photography (STAMP)” Nature Photonics 8, 695-700 (2014).
K. L. Baker, “Tomographic reconstruction of high-energy-density plasmas with picosecond temporal resolution” Optics Letters 31(6), 730-732 (2006).
H. Kudo et al., “Image reconstruction for sparse-view CT and interior CT-introduction to compressed sensing and differentiated” Quantitative imaging in medicine and surgery (2013)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高速現象の３次元プロファイルを連続撮影可能な手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が採用した第１の技術手段は、
光源と、
光源から出射されたパルスを伸長して、波長の異なる複数の部分からなる伸長パルスを生成する遅延生成器と、
前記伸長パルスを分割して、異なる角度から対象に入射させる多角度照明器と、
各部分に波長に対応した時間において角度に依存した対象の像情報が保持された各伸長パルスを、像情報が保持された状態で波長毎かつ角度毎に空間的に分離して分離要素を生成する空間分離器と、
像情報が保持された各分離要素を、複数の２次元画像情報として検出するイメージセンサと、
各波長において、複数角度における複数の２次元画像情報から３次元画像を再構成する３次元再構成手段と、
からなる高速３次元撮影装置、である。
【０００９】
１つの態様では、前記光源は、超短パルス光源である。
１つの態様では、前記伸長パルスは、10 ns 以下のフレーム間隔で像情報が取得可能な波長分散（波長に応じた時間遅延）を有している。
１つの態様では、伸長パルスはパルス列である。
１つの態様では、異なるフレーム間隔の像情報を提供可能な複数種類の伸長パルスを生成可能な複数の遅延生成器を備えており、これらの遅延生成器を選択可能としてもよい。
【００１０】
１つの態様では、前記多角度照明器は、前記遅延生成器から入射された伸長パルスを複数の伸長パルスに分割する回折光学素子を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許