(57)【要約】【課題】画像センサを変位させずに、画像センサよりも高解像度のシーンの画像を取得できる画像取得方法およびシステムを提供する。【解決手段】第１電磁波ビームで照明されたシーンの画像を、少なくとも２個の画素を含んだ画像センサによって取得する方法であり、（ａ）第１電磁波ビームとコヒーレントな第２電磁波ビームで画像センサが照明される第１期間中に画素が受容した電磁波の強度を表す第１出力値を画素ごとに得るステップと、（ｂ）画像センサが第２電磁波ビームで照明されない第２期間中に画素が受容した電磁波の強度を表す第２出力値を画素ごとに得るステップとを含み、ステップ（ａ）および（ｂ）は、第２電磁波ビームの入射角または位相パラメータを２つの連続する反復間で変更して複数回繰り返される。【選択図】図６
2014174171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電磁波ビームで照明されたシーンの画像を、電磁波を感知する少なくとも２個の画素を備えたセンサによって取得する方法であって、
（ａ）前記第１電磁波ビームにコヒーレントな第２電磁波ビームにて前記センサを照明する第１期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第１出力値を前記画素ごとに得るステップと、
（ｂ）前記センサが前記第２電磁波ビームで照明されない第２期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第２出力値を前記画素ごとに得るステップとを備え、
前記第２電磁波ビームの入射角または位相パラメータを前記ステップ（ａ）および（ｂ）の２つの連続した反復間で変更して、前記ステップ（ａ）および（ｂ）を複数回繰り返すことを特徴とする画像取得方法。
【請求項２】
各反復において、前記画素の前記第１出力値と第２出力値との差分を表す第３値を、前記画素ごとに計算することを特徴とする請求項１に記載の画像取得方法。
【請求項３】
前記センサは円形に配列された偶数個の画素を備えており、該画素は、円の中心に対して点対称の位置に対をなして分布していることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得方法。
【請求項４】
各反復において、対をなす画素について算出した前記第３値の和を表す第４値を、画素の対ごとに計算することを特徴とする請求項３に記載の画像取得方法。
【請求項５】
前記第２電磁波ビームは、第１方向に沿って偏光した第１波と、該第１方向と異なる第２方向に沿って偏光した第２波とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項６】
前記第１方向および第２方向は直交していることを特徴とする請求項５に記載の画像取得方法。
【請求項７】
各反復において、前記第１波および第２波の間の位相シフトの値を修正することを特徴とする請求項５または６に記載の画像取得方法。
【請求項８】
前記電磁波は１００ＧＨｚ〜１００ＴＨｚの範囲の周波数を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項９】
前記画素は非コヒーレント画素であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項１０】
前記第２電磁波ビームは、前記第１電磁波ビームを分岐させて生じさせることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項１１】
シーンの画像を取得するシステムであって、
前記シーンを照明できる第１電磁波ビームを放射する第１放射源と、
電磁波を感知する少なくとも２個の画素を備えたセンサと、
前記第１電磁波ビームとコヒーレントであって、前記センサを照明できる第２電磁波ビームを放射する第２放射源とを備えており、
（ａ）前記センサが前記第２電磁波ビームによって照明される第１期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第１出力値を前記画素ごとに得るステップ、および
（ｂ）前記センサが前記第２電磁波ビームによって照明されない第２期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第２出力値を前記画素ごとに得るステップを実行し、
前記第２ビームの入射角または位相パラメータを前記ステップ（ａ）および（ｂ）の２つの連続した反復間で変更して、前記ステップ（ａ）、（ｂ）を複数回繰り返すように構成してあることを特徴とする画像取得システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像取得方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる「能動的」な画像取得システムが周知であり、この画像取得システムは、被観察シーンを照明する、または被観察シーンに照射されるように配列された電磁波放射源と、画像センサとを備えている。この画像センサは、電磁波放射源から放射された電磁波を感知する検出器または画素のアレイを備え、電磁波放射源からの放射後に、シーンによって反射される、または前記シーンによる透明性によって透過される電磁波を受波するように配置されている。
【０００３】
画像取得段階では、シーンが電磁波放射源からの電磁波で照明され、各センサ画素が受容した放射電磁波の強度が測定される。ここでは、例えば１００ギガヘルツ（ＧＨｚ）〜１００テラヘルツ（ＴＨｚ）の周波数範囲というような、テラヘルツまたは遠赤外周波数範囲での放射を行う電磁波放射源を使用した能動的な画像取得方法およびシステムが特に考慮される。テラヘルツ範囲で動作するレーザ分光計の例が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許第２４５８８０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テラヘルツ波または赤外線波を感知する検出器、画素では、比較的寸法が大きくなるという問題が生じる。もちろん、テラヘルツ波および赤外線波は数マイクロメートルから数ミリメートルまでの範囲の波長を特徴とするので、画素もこれに合わせた寸法のものにしなければならない。このため、一般にテラヘルツまたは赤外線画像センサは、コストを抑制し、および／または大きさの制約を重視する目的で、解像度を比較的低く抑えてあるので、高精細画像の取得が望ましい場合に問題が生じる。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、画像センサを変位させずに、画像センサよりも高解像度のシーンの画像を取得できる画像取得方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る画像取得方法は、第１電磁波ビームで照明されたシーンの画像を、電磁波を感知する少なくとも２個の画素を備えたセンサによって取得する方法であって、（ａ）前記第１電磁波ビームにコヒーレントな第２電磁波ビームにて前記センサを照明する第１期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第１出力値を前記画素ごとに得るステップと、（ｂ）前記センサが前記第２電磁波ビームで照明されない第２期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第２出力値を前記画素ごとに得るステップとを備え、前記第２電磁波ビームの入射角または位相パラメータを前記ステップ（ａ）および（ｂ）の２つの連続した反復間で変更して、前記ステップ（ａ）および（ｂ）を複数回繰り返すことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る画像取得方法は、各反復において、前記画素の前記第１出力値と第２出力値との差分を表す第３値を、前記画素ごとに計算することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る画像取得方法は、前記センサは円形に配列された偶数個の画素を備えており、該画素は、円の中心に対して点対称の位置に対をなして分布していることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る画像取得方法は、各反復において、対をなす画素について算出した前記第３値の和を表す第４値を、画素の対ごとに計算することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る画像取得方法は、前記第２電磁波ビームは、第１方向に沿って偏光した第１波と、該第１方向と異なる第２方向に沿って偏光した第２波とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る画像取得方法は、前記第１方向および第２方向は直交していることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る画像取得方法は、各反復において、前記第１波および第２波の間の位相シフトの値を修正することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る画像取得方法は、前記電磁波は１００ＧＨｚ〜１００ＴＨｚの範囲の周波数を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る画像取得方法は、前記画素は非コヒーレント画素であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る画像取得方法は、前記第２電磁波ビームは、前記第１電磁波ビームを分岐させて生じさせることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る画像取得システムは、シーンの画像を取得するシステムであって、前記シーンを照明できる第１電磁波ビームを放射する第１放射源と、電磁波を感知する少なくとも２個の画素を備えたセンサと、前記第１電磁波ビームとコヒーレントであって、前記センサを照明できる第２電磁波ビームを放射する第２放射源とを備えており、（ａ）前記センサが前記第２電磁波ビームによって照明される第１期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第１出力値を前記画素ごとに得るステップ、および（ｂ）前記センサが前記第２電磁波ビームによって照明されない第２期間中に前記画素が受容した電磁波の強度を表す第２出力値を前記画素ごとに得るステップを実行し、前記第２ビームの入射角または位相パラメータを前記ステップ（ａ）および（ｂ）の２つの連続した反復間で変更して、前記ステップ（ａ）、（ｂ）を複数回繰り返すように構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、小型の構成であっても、画像センサを変位させることなく、画像センサよりも高解像度のシーンの画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】能動的な画像取得システムの一例の構成を示す概略図である。
【図２】画像センサにおける画素配列を概略的に示す図である。
【図３】画像取得システムの一部の拡大図である。
【図４Ａ】画像取得システムの動作原理を示す図である。
【図４Ｂ】画像取得システムの動作原理を示す図である。
【図４Ｃ】画像取得システムの動作原理を示す図である。
【図４Ｄ】画像取得システムの動作原理を示す図である。
【図４Ｅ】画像取得システムの動作原理を示す図である。
【図４Ｆ】画像取得システムの動作原理を示す図である。
【図５】画像取得システムの動作原理を示す図である。
【図６】能動的な画像取得システムの一例の構成を示す概略図である。
【図７】図６の画像取得システムの代替実施形態の動作原理を示す図である。
【図８】図６の画像取得システムの画像センサの画素の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。なお、明瞭化の目的から、複数の図面中で同一の要素は同一の参照符号で示され、さらに、一部の図面は必ずしも正確な縮尺で描かれていない。
【００２１】
能動的なテラヘルツまたは赤外線画像システムでは、画像センサよりも解像度が高いシーンの画像を取得するために、画像センサをそのシーンに対し機械的に変位させ、シーンの複数部分を連続走査するようにすることが可能である。その一例として、画像センサと同等の解像度であるシーンの部分画像を各走査ステップにて取得し、複数の部分画像を組み合わせることで、画像センサよりも高解像度のシーンの全体画像を復元することができる。しかし、このような画像取得法では、画像センサを機械的に作動させることが必要であるため、方法が比較的複雑になりかねない。
【００２２】
図１は、能動的な画像取得システムの一例の構成を示す概略図であり、図１に示す画像取得システムでは、画像センサを変位させずに、画像センサよりも高解像度のシーンの画像を取得することができる。
【００２３】
図１の画像取得システムは、例えば周波数範囲が１００ＧＨｚ〜１００ＴＨｚであるコヒーレントな電磁波を放射する電磁波放射源１０１を備える。この例では、電磁波放射源１０１は、被観察シーンまたは物体であるシーン１０７への照明が可能な平面コヒーレント波の平行な第１ビーム１０５を生成できる。図１の画像取得システムは、電磁波放射源１０１から放射された電磁波を感知する複数の検出器または画素１１１を装備した画像センサ１０９をさらに備えている。
【００２４】
図示の例では、シーン１０７が電磁波放射源１０１と画像センサ１０９との間に位置し、画像センサ１０９によって受波される電磁波はこのシーン１０７を通って透過している。この例では、画像取得システムは、シーン１０７と画像センサ１０９との間に配置されて、シーン１０７により透過された電磁波を画像センサ１０９に集束させることが可能な光学系１１３を備えている。光学系１１３は、シーン１０７の各点を起点とする電磁波を、画像センサ１０９の全ての画素１１１を照明しながら、平行ビーム、平面波にて伝導させるようになっており、ビーム伝搬方向は、シーン１０７の点の位置に応じて異なる。
【００２５】
言い換えれば、図１の画像取得システムでは、画像センサ１０９が受ける放射された電磁波の入射角によって、シーン１０７の各点を起点とする電磁波を区別することができる。シーン１０７の画像を取得するには、画像センサ１０９が受信した信号を入射角ごとに画像取得システムに区別させることが可能な角度フィルタリングを使用する。
【００２６】
図２は、画像センサ１０９における画素配列を概略的に示す図であり、画像センサ１０９の正面を表している。図示の例では、画像センサ１０９は同一平面に配列された９個の画素１１１を備え、その内の８個の画素（以降、外周画素と呼ぶ）１１１は円形状に配列され、残りの１個の画素（以降、中心画素と呼ぶ）１１１は円の中心（外周画素の中心）に位置している。この例では、外周画素は対で分布しており、同じ対の画素同士は外周画素の円上で正反対の位置（円の中心に対して点対称の位置）にある。
【００２７】
図１の例において、画像センサ１０９は、画像センサ１０９の中心画素が実質的に光学系１１３の焦点Ｆに位置するように配列されている。
【００２８】
図３は、画像取得システムの一部の拡大図であり、画像取得システムの動作をさらに詳細に示している。図３は、画像センサ１０９の３個の画素１１１の直径画素線を示しており、この直径画素線は、画像センサ１０９の中心画素と、２個の正反対（点対称）に位置した外周画素とを備えている。電磁波の放射線ｒθが直径画素線に対して入射角θで画像センサ１０９に到達するとだけ考えた場合には、図３の３個の画素１１１が受信する信号の和は次式と等しくなる。
【００２９】
【数１】
2014174171.tif 000003
【００３０】
ここでＥ0 、θ、λ、ωは、それぞれ放射線ｒθの振幅、入射角、波長、パルスを表し、ｄは外周画素からなる円の半径、ｊは虚数単位、ｔは時間を表す。
【００３１】
下記の項の絶対値は、入射角θの値に応じて変化する。
【００３２】
【数２】
2014174171.tif 000004
【００３３】
したがって、図３の３個の画素１１１が、該３個の画素１１１が受信する信号の和と等しい出力信号を提供する基本の検出アセンブリを形成していると考えると、この検出アセンブリは、本質的に特定の角度選択性を持っている、つまり他の入射角に対してよりも特定の入射角θに対する感度が高いということになる。このような角度選択性は、放射電磁波の波長と、配列にあって隣り合った画素間の間隔ｄとに特に依存する。
【００３４】
図４Ａ−Ｆは、画像取得システムの動作原理を示す図である。図４Ａ〜Ｆは、図３の画素配列における画素間の異なる距離ｄの値ごとに、３００ＧＨｚ（λ＝真空中での１ｍｍ）と等しい周波数を持つ電磁波についての入射角θに応じたＫ項の絶対値を示す線図を示している。
【００３５】
図４Ａは、距離ｄが２１０μｍと等しいケースを示す。この場合、Ｋ項の絶対値は実質的に角度θから独立している、つまり、画素配列の本質的な角度選択性は比較的低いことが観察できる。
【００３６】
図４Ｂ−Ｆは、距離ｄがそれぞれ４２０μｍ、６３０μｍ、８４０μｍ、１０５０μｍ、１２６０μｍと等しいケースを示す。これらの例の中でも、距離ｄが長いほど、角度θに応じたＫ項の絶対値の変化が大きく、画素配列の本質的な角度選択性が高い。この一例として、図４Ｆでは、距離ｄが１２６０μｍと等しい場合に、９０°に近い角度θではＫ項の絶対値が比較的高く、０〜６０°および１２０〜１８０°の角度θではＫ項の絶対値が実質的にゼロとなることが観察できる。その結果、図３の直径画素線で形成された検出アセンブリは、９０°の入射角θにて到達する電磁波に対して比較的感度が高く、０°〜６０°および１２０°〜１８０°の入射角θにて到達する電磁波に対しては若干の感度があるか、または感度なしとなる。
【００３７】
図４Ａ−Ｆでは、配列した画素同士がどれだけの距離ｄで離隔していようと、検出アセンブリの本質的な角度選択性円錐は、常に９０°と等しい入射角θを中心としていることがわかる。つまり、画素配列で最良に見られる電磁波放射線は、画素配列に対し９０°と等しい入射角θで、すなわち垂直入射下で到達する放射線である。
【００３８】
図３の画素配列で最良に見られる入射角θを修正するためには、配列した３個の画素が提供する信号を合算する前に、画素配列内の１個または複数の画素が提供する信号を、同じ画素配列内の他の画素が提供する信号に対して位相シフトさせることができる。その一例として、画素配列で正反対（点対称）に位置した２個の外周画素が提供する信号を、中心画素が提供する信号に対して、それぞれ位相シフト値φおよび−φだけ位相シフトさせることができる。
【００３９】
このために、図１〜図３の画像像取得システムでは、画素１１１が提供した信号の位相を可変値だけシフトさせることが可能な位相シフト回路３０１（図３参照）に、画像センサ１０９の各々の外周画素を接続することができる。さらに、各々の直径画素線に関連した統合回路３０３を設けることができる。
【００４０】
統合回路３０３は、外周画素が提供する信号を位相シフト回路３０１で位相シフトした後に、中心画素と、直径画素線において正反対（点対称）位置にある外周画素とが提供する信号の和を表す信号Ｓを提供することができる。正反対（点対称）位置にある画素が提供する信号を位相シフトした後に、配列した３個の画素１１１が提供する信号の和Ｓは次の方程式から得られる。
【００４１】
【数３】
2014174171.tif 000005
【００４２】
項φを変更することにより、図３の画素配列によって形成された検出アセンブリの角度選択性円錐の方位と、さらにその最も見易い角度（図５に示す）とを制御することができる。これにより、図３の画素配列に到達する電磁波放射線の角度フィルタリングの達成が可能になる。
【００４３】
図５は、画像取得システムの動作原理を示す図である。図５は、３００ＧＨｚと等しい周波数を持つ電磁波を用い、２個の隣り合った画素同士を離隔している距離ｄが１２６０μｍと等しい場合に、５種類の異なる位相シフトφの値について、下記項の絶対値の入射角θに応じた変化を表す線図（または角度選択性の線図）を示している。
【００４４】
【数４】
2014174171.tif 000006
【００４５】
ゼロ位相シフトφでは、角度選択性の線図は図４Ｆのものと同一である。つまり図３の画素配列で最良に見られる電磁波は、９０°と等しい入射角θで到達する電磁波である。位相シフトφが変化すると、画素配列の角度選択性円錐の主方向も変化することが観察できる。この例では、位相シフトφはそれぞれ−０．５ｒａｄ、−０．２５ｒａｄ、０．２５ｒａｄ、０．５ｒａｄと等しく、画素配列によって最良に見える入射角θはそれぞれ１．９５ｒａｄ（約１１１．７°）、１．７６ｒａｄ（約１００．８°）、１．３８ｒａｄ（約７９．１°）、１．１８ｒａｄ（約６７．６°）と等しい。
【００４６】
シーン１０７の画像を取得するには、シーン１０７を第１ビーム１０５で照明し、このシーン１０７への照明中に以下のステップを実施する。
【００４７】
（１）画像センサ１０９の各々の直径画素線について、センサ統合期間中に、加算回路によって伝送された信号Ｓの電力を表す出力値を読み出す。センサ統合期間中、直径画素線の正反対（点対称）位置にある外周画素に適用された位相シフトφ、−φは一定に保たれる。これは例えば画像センサ１０９の全ての直径画素線について同様である。画像センサ１０９の各直径画素線の出力値の読み出しを、例えば同時に行う。
【００４８】
（２）ステップ（１）を、画像センサ１０９の各直径画素線の正反対（点対称）に位置した外周画素に適応された位相シフトφおよび−φの値を、２つの連続する反復間で変更させて繰り返す。
【００４９】
こうしてシーン１０７の複数部分の角度走査が実行され、画像センサ１０９よりも高解像度のシーン１０７の画像の取得が可能になる。最終画像の解像度を、位相シフトφの増分または減分ステップによって、また画像センサ１０９が備える直径画素線の本数分だけ調整する。
【００５０】
図１〜図５に関連して説明した画像取得システムの欠点は、画素１１１が、入射放射位相に関する情報を含有した出力信号を提供できるコヒーレント画素でなければならないという事実により生じる。このため、電磁波放射源１０１とコヒーレントな基準信号を提供する局部発振器（各センサ画素専用のもの、または全てのセンサ画素に共通で、相互接続ワイヤによって全てのセンサ画素に接続されたもの）を各センサ画素と連結する必要がある。これにより、電力消費量が非常に大きい比較的複雑な画像センサ１０９になる。
【００５１】
これらの欠点の全てまたは一部を克服することが望ましい。また、画像センサを変位させずに、画像センサよりも高解像度を有するシーンの画像を得ることを可能にし、入射放射位相情報を含有しない出力信号を提供する画素または検出器と互換性を有する、テラヘルツまたは赤外線周波数画像取得システムおよび方法を得ることが特に望ましい。
【００５２】
これ以降、入射放射位相情報を含有した出力信号を提供できる画素をコヒーレント画素と呼び、入射放射位相情報を含有しない出力信号を提供する画素（例えばフォトダイオード）を非コヒーレント画素と呼ぶ。
【００５３】
図６は、能動的な画像取得システムの一例の構成を示す概略図である。図６の画像取得システムは、図１〜図３に関連して説明した画像取得システムと共通する要素を備えている。このような共通の要素は図６に表示されず、以降で詳細に説明されることもない。特に、コヒーレントな電磁波放射源１０１（以降、主要電磁波放射源と呼ぶ）と光学系１１３とは両画像取得システムに共通であるため、図６に表示されていない。
【００５４】
図６の画像取得システムは、図１〜図３の画像取得システムのコヒーレントな画像センサ１０９の代わりに、非コヒーレントな画像センサ６０９を備える。画像センサ６０９は、主要電磁波放射源１０１が放射した電磁波を感知する複数の非コヒーレント検出器または画素６１１を備えている。この例では、画像センサ６０９は、光学系１１３の焦点を中心とする円に沿って同一平面に配列された８個の画素６１１を備え、これらの画素６１１は正反対位置にある対に配列されている。この例では、画素６１１は、画素統合期間中に受波した電磁波の和のモジュールの平方と比例する出力値を提供することが可能である。
【００５５】
画素６１１は、例えば、Schuster他による論文「A broadband THz imager in a low-cost CMOS technology」、またはPfeiffer他による論文「A CMOS focal plane array for terahertz imaging」に記載されたタイプの画素である。以降で、図６の画像取得システムとの互換性を有する非コヒーレントテラヘルツ画素の別の実施形態を、図８に関連して記載する。より一般的には、図６の画像取得システムは、例えば主要電磁波放射源１０１が赤外線波を放射するケースでは単純な赤外線フォトダイオードというように、あらゆるタイプの非コヒーレント画素との互換性を有する。
【００５６】
図６の画像取得システムは、主要電磁波放射源１０１が放出した電磁波とコヒーレントな電磁波を放射する第２電磁波放射源６１３をさらに備える。この例では、第２電磁波放射源６１３は、平行な第２ビーム６１５、つまり主要電磁波放射源１０１が放出する電磁波とコヒーレントな平面波を放射することが可能である。第２電磁波放射源６１３は、放射した第２ビーム６１５が画像センサ６０９の全ての画素６１１を直接、つまりシーン１０７を通過せずに、照明できるように配列されている。好ましい実施形態では、主要電磁波放射源１０１と第２電磁波放射源６１３とが混同され、主要電磁波放射源１０１が放射した電磁波の（図示にない光学系を介した）分岐部分によって第２ビーム６１５が生成される。
【００５７】
これにより、特に画像取得システムの電力消費量を制限でき、さらに、第１ビーム１０５の電磁波と第２ビーム６１５の電磁波との間のコヒーレンスをより簡単に確保できるようになる。しかし、上述した実施形態はこの特定のケースに限定されるものではない。応用例として、主要電磁波放射源１０１と第２電磁波放射源６１３とを別々に設けた画像取得システムを提供することができる。
【００５８】
単純化の目的で、画像センサ６０９の画素６１１は、シーン１０７のｎ個の異なる点を起点とし異なる入射角で画素に到達する、同一パルスωを有する１よりも大きい整数ｎの平面波を受波すると考えた場合、これらｎ個の点が受波する電磁波の合計は次式のとおり表すことができる。ここで、ｉは１〜ｎの整数であり、Ｕi およびφi はそれぞれ画素によって見られる電磁波の振幅および位相を表す。
【００５９】
【数５】
2014174171.tif 000007
【００６０】
画素の出力信号は、受波した電磁波の和のモジュールの平方と比例し、つまり展開後に次式と比例する。ここでｋは１〜ｎの整数であって、ｉとは異なる。
【００６１】
【数６】
2014174171.tif 000008
【００６２】
図６の画像取得システムの第２ビーム６１５が存在する時には、画素は、振幅Ｕ0 および位相φ0 の追加の平面波をさらに受波する。画素によって伝送された信号は、次式と比例する。
【００６３】
【数７】
2014174171.tif 000009
【００６４】
第２ビーム６１５の存在時に画素が検出した信号Ｉ１と、第２ビーム６１５の不在時に画素が検出した信号Ｉ２との間の差分Δは次の項と比例する。
【００６５】
【数８】
2014174171.tif 000010
【００６６】
画像センサ６０９の２つの正反対位置にある画素ｐ１、ｐ２を考慮し、それぞれ画素ｐ１およびｐ２によって見られる上述の電磁波Ｕi の位相をφi p1、φi p2（ｉは１〜ｎの間で異なる）と呼び、それぞれ画素ｐ１、ｐ２によって見られる上述の電磁波Ｕ0 の位相をφ0 p1、φ0 p2と呼び、第２ビーム６１５の存在時に画素ｐ１が検出した信号Ｉ１（ｐ１）と第２ビーム６１５の不在時に画素ｐ１が検出した信号Ｉ２（ｐ１）との間の差分、および、第２ビーム６１５の存在時に画素ｐ２が検出した信号Ｉ１（ｐ２）と第２ビーム６１５の不在時に画素ｐ２が検出した信号Ｉ２（ｐ２）との間の差分を、それぞれΔ（ｐ１）、Δ（ｐ２）と呼ぶ場合、値Δ（ｐ１）および値Δ（ｐ２）の和Ｉout は次の項に比例する。
【００６７】
【数９】
2014174171.tif 000011
【００６８】
上述の電磁波Ｕi の、画素ｐ１とｐ２とで形成された線に対する入射角をθi （ｉは１〜ｎの間で異なる）と呼ぶ場合、項φi p1、φi p2をそれぞれ次式で表すことができる。ここで、Φは光学系１１３の焦平面に入射する全ての電磁波の位相に対応する定数項、ｄはセンサ画素円の半径である。
【００６９】
【数１０】
2014174171.tif 000012
【００７０】
放射線が焦点軸を持った小さい角を形成するガウスの点対点結合条件下で動作する場合には、中間値Δ（ｐ１）とΔ（ｐ２）との和Ｉout は次の項と比例することを観察できる。
【００７１】
【数１１】
2014174171.tif 000013
【００７２】
したがって、図６の画素ｐ１、ｐ２が、Δ（ｐ１）とΔ（ｐ２）との和に等しい出力信号Ｉout を提供する基本の検出アセンブリを形成すると考えた場合、この検出アセンブリは本質的に特定の角度選択性を有する、つまり、他の入射角よりも特定の入射角に対してより高い感度を持つ。このような角度選択性は、考慮される放射線の距離ｄおよび波長λのみでなく、第２ビーム６１５の入射角θ0 にも依存する。特に、角度選択性円錐の主方向、つまり検出アセンブリの最も見易い角度は、第２ビーム６１５の入射角θ0 に応じて変化する。より具体的には、この例において、検出アセンブリの最も見易い角度は第２ビーム６１５の入射角θ0 に等しい。
【００７３】
この例では、画像取得システムは、第２ビーム６１５の画像センサ６０９上への入射角θ0 を機械的に変更させる装置（図示せず）を備えている。その一例として、この装置は旋回ミラーおよび／または旋回レンズと、これに関連した、例えばモータを装備した、関連する作動システムとを備えてよい。
【００７４】
シーン１０７の画像を取得するには、シーン１０７を第１ビーム１０５で照明し、このシーン照明中に、制御装置（図示せず）の手段によって以下のステップを実施する。
【００７５】
（１）画像センサ６０９の各々の直径画素線について、第２ビーム６１５が存在する第１画素統合期間の最後に、ライン画素ごとに第１画素の出力値Ｉ１を読み出す。各画素について読み出した出力値Ｉ１は、例えばマルチプレクサ６１９を介して、例えばその画素に対応したメモリ６１７に記憶される。全てのセンサ画素の出力値Ｉ１は例えば同時に読み出される。
【００７６】
（２）画像センサ６０９の各々の直径画素線について、第２ビーム６１５が不在である第２画素統合期間の最後に、ライン画素ごとの第２画素の出力値Ｉ２を（例えば、図示しないシャッタの手段によって）読み出す。各画素について読み出された出力値Ｉ２は、例えばマルチプレクサ６１９を介して、例えばその画素に対応したメモリ６２１に記憶される。一例として、全てのセンサ画素の値Ｉ２は例えば同時に読み出される。
【００７７】
（３）画像センサ６０９の各々の直径画素線について、ステップ（１）、（２）で読み出した画素の出力値Ｉ１とＩ２との間の差分に等しい中間値Δを、ライン画素ごとに計算する。一例として、減算回路６２３が全てのセンサ画素に対応しており、この減算回路６２３は画素のメモリ６１７、６２１に記憶された出力値Ｉ１およびＩ２を受信して、中間値Δを伝送する。
【００７８】
（４）画像センサ６０９の各々の直径画素線について、直線上の画素ごとに算出した中間値Δの和に等しい出力値Ｉout を計算する。一例として、加算回路６２５を画像センサ６０９の直径画素線の各々に関連付ける。この加算回路６２５は、直径画素線の減算回路６２３が算出した中間値Δを受信し、出力値Ｉout を伝送する。センサ画素の直径画素線ごとに計算された出力値Ｉout は、シーン１０７の点を透過した放射線の強度を表し、最終画像の点の値を決定するために使用できる。
【００７９】
（５）各反復において、画像センサ６０９への第２ビーム６１５の入射角θ0 を変更することで、ステップ（１）〜（４）を繰り返す。
【００８０】
これによりシーン１０７の角度走査を特に容易に実行し、画像センサ６０９よりも高い解像度を有するシーン１０７の画像を取得できるようになる。最終画像の解像度を、２つの連続する反復間で第２ビーム６１５の入射角θ0 の増分または減分ステップを行うことによって、および画像センサ６０９が備える直径画素線の本数分だけ調整する。
【００８１】
図７は、図６の画像取得システムの代替実施形態の動作原理を示す図である。この代替実施形態では、画像センサ６０９への第２ビーム６１５の入射角θ0 が固定されているため、特に第２ビーム６１５を機械的に作動させるシステムを省略することができる。
【００８２】
図７の例では、第２ビーム６１５は、異なる方向に沿って偏光された、同一パルスωのコヒーレント平行平面波６１５ａ、６１５ｂを備えている。図示の例では、コヒーレント平行平面波６１５ａ、６１５ｂは交差した極性、つまり直交する偏光方向を有する。各センサ画素の正面に偏光子（図示せず）が配置されている。偏光子は、画像センサ６０９上の正反対位置にある画素の対のそれぞれにおいて、一方の画素が第２ビーム６１５からコヒーレント平行平面波６１５ａのみを、また他方の画素がコヒーレント平行平面波６１５ｂのみを受波するように選択される。
【００８３】
コヒーレント平行平面波６１５ａ、６１５ｂ間の位相シフトを変更することで、図６に関連して記載した画像取得システムにて第２ビーム６１５の入射角θ0 を変更することで得られる効果と類似したまたは同一の効果が得られる。したがって、第２ビーム６１５の入射角θ0 を修正することなく、画像センサ６０９より高解像度のシーン１０７の画像の取得を可能にするシーン角度走査を実行することができる。一例として、シーン１０７の画像を取得するために、図６に関連して記載した方法のステップ（１）〜（４）を備える方法を実施できる。ただし、図６に関連して記載した方法のステップ（５）の代わりに次のステップを用いる。
【００８４】
（５´）第２ビーム６１５のコヒーレント平行平面波６１５ａ、６１５ｂ間の位相シフトを各反復ごとに変更することで、ステップ（１）〜（４）を繰り返す。
【００８５】
最終画像の解像度を、第２ビーム６１５のコヒーレント平行平面波６１５ａ、６１５ｂ間の位相シフトの増分または減分ステップによって、および画像センサ６０９が備える直径画素線の本数分だけ調整する。
【００８６】
図８は、図６の画像取得システムの画像センサの画素の実施形態を示す図であり、図６、図７に関連して記載したタイプの画像取得システムに使用できる非コヒーレントテラヘルツの画素８００の実施形態を示している。この例では、画素８００はＭＯＳトランジスタ８０１と、図面中にテラヘルツ信号生成器の記号で示すアンテナ８０３とを備えている。アンテナ８０３は、ＭＯＳトランジスタ８０１のゲート（Ｇ）とソース（Ｓ）との間に接続されている。画素８００がテラヘルツ信号を受信すると、この信号がゲート・ソース電圧の形でＭＯＳトランジスタ８０１に適用され、ＭＯＳトランジスタ８０１がそのドレインとソースとの間に、入射テラヘルツ放射線の包絡線または振幅と比例する直流出力電圧Ｖを提供する。
【００８７】
図６〜図８に関連して記載した能動的な画像取得方法およびシステムの利点は、画素数が少ない画像センサ６０９を使用し、画像センサ６０９をシーン１０７に対して変位させる必要がなくても、被観察シーンの高精細画像を取得できることである。これにより、従来の能動的な画像取得システムに伴う取得の複雑性、コスト、電力消費量を大幅に抑えることが可能になる。
【００８８】
図６〜図８に関連して記載した能動的な画像取得方法およびシステムの別の利点は、非コヒーレントな画素または検出器との互換性があることであり、これは、図１〜図５に関連して記載したタイプの画像取得システムで使用されるコヒーレント画素よりも単純で安価であるという点で有利である。
【００８９】
ここまで特定の実施形態を説明してきたが、当業者には様々な変更、修正、改良が容易に想到され得る。
【００９０】
特に、説明した実施形態は、上述した画像センサ上の画素配列の例に限定されるものではない。別の画素配列を画像センサに提供しつつ望ましい動作を実施することは、当業者が容易に行い得る。一例として、画像センサは、光学系の焦点を中心とする複数の同心円形の画素を備えてもよい。さらに、説明した実施形態は、図６、図７に関連して記載された、画像センサが８個の画素を備える例に限定されるものではない。
【００９１】
さらに、説明した実施形態は、被観察シーンを照明する電磁波が透過によって画像センサに感知される上述の例に限定されない。説明した実施形態は、電磁波放射源から放射された電磁波がシーンで反射されることで画像センサにより感知される画像取得システムとの互換性を持つ。
【００９２】
さらに、説明した実施形態は、上述の周波数範囲が１００ＧＨｚ〜１００ＴＨｚのテラヘルツまたは赤外線画像取得システムに限定されない。これ以外の動作周波数の提供も可能である。
【００９３】
こうした変更、修正、改良は本開示の一部であり、本発明の趣旨および範囲に含まれるものとする。したがって、先行の説明は例証の方法のみによるものであり、限定と見なされるものではない。本発明は後述の特許請求の範囲で定義されたとおり、およびその等価物のみに限定される。
【符号の説明】
【００９４】
１０１  電磁波放射源（主要電磁波放射源）
１０５  第１ビーム
１０７  シーン
１０９，６０９  画像センサ
１１１，６１１  画素
６１３  第２電磁波放射源
６１５  第２ビーム
６１５ａ，６１５ｂ  コヒーレント平行平面波
【図１】
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【図２】
2014174171.tif 000015
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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