(57)【要約】      （修正有）【課題】光学イメージングシステムの画質を改善するフィルタを提供する。【解決手段】第１波長範囲を通す中央フィルタ領域１０２と、第２波長範囲を遮る周辺フィルタ領域１０６と、中央フィルタ領域と周辺フィルタ領域との間の遷移フィルタ領域１０４と、を含み、遷移フィルタ領域は、中央フィルタ領域および周辺フィルタ領域において第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、第２波長範囲を通すかまたは遮るフィルタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長範囲を通す中央フィルタ領域と、
第２波長範囲を遮る周辺フィルタ領域と、
前記中央フィルタ領域と前記周辺フィルタ領域との間の遷移フィルタ領域と、を備え、
前記遷移フィルタ領域は、前記中央フィルタ領域および前記周辺フィルタ領域において前記第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、前記第２波長範囲を通すかまたは遮るフィルタ。
【請求項２】
前記中央フィルタ領域は前記第２波長範囲を遮り、前記遷移フィルタ領域は前記第２波長範囲を通す請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記中央フィルタ領域は前記第２波長範囲を通し、前記遷移フィルタ領域は前記第２波長範囲を前記周辺フィルタ領域よりも多くかつ前記中央フィルタ領域よりも少なく通す請求項１に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記遷移フィルタ領域は、前記中央フィルタ領域から前記周辺フィルタ領域へ、前記第２波長範囲の透過を徐々に変える請求項３に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記遷移フィルタ領域は、前記第２波長範囲を通す複数の第２部分の間に、前記第２波長範囲を遮る第１部分を含む請求項３に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記遷移フィルタ領域は、前記中央フィルタ領域から前記周辺フィルタ領域へ、前記第２波長範囲の阻止を徐々に増大させる請求項５に記載のフィルタ。
【請求項７】
前記遷移フィルタ領域の前記第１部分の材料は前記周辺フィルタ領域の材料と同じである請求項５に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記遷移フィルタ領域は前記第１波長範囲を通す請求項１に記載のフィルタ。
【請求項９】
前記フィルタは、前記第１波長範囲の点広がり関数と前記第２波長範囲の点広がり関数とを実質的に同等にする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１０】
前記第１波長範囲と前記第２波長範囲とは部分的に重なり合う請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１１】
前記第１波長範囲と前記第２波長範囲とは重なり合わない請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１２】
複数の波長範囲で用いられるシステムであって、
システム開口の第１共役の隣の第１波長依存フィルタと、
前記システム開口の第２共役にある第２波長依存フィルタと、を備え、
前記第１波長依存フィルタおよび前記第２波長依存フィルタは、前記複数の波長範囲の点広がり関数を実質的に同等にするシステム。
【請求項１３】
イメージングシステムで用いられるフィルタシステムであって、前記イメージングシステムはシステム開口とオブジェクトを像平面に結像させる光学システムとを有し、該フィルタシステムは前記システム開口と前記像平面との間に設けられ、前記フィルタシステムはフィルタを備え、前記フィルタは、
前記フィルタの中央に設けられた第１フィルタ領域であって第１波長範囲および第２波長範囲を通す第１フィルタ領域と、
前記第１波長範囲を通し、かつ前記第２波長範囲を遮る第２フィルタ領域と、
前記フィルタシステムにおける前記第１フィルタ領域の有効サイズを変えるアジャスタと、を有するフィルタシステム。
【請求項１４】
前記アジャスタは前記フィルタを軸空間において前記像平面に対して移動させる請求項１３に記載のフィルタシステム。
【請求項１５】
前記第２フィルタ領域は前記光軸の周りに設けられた複数のフィルタ部分を含み、
前記アジャスタは前記複数の部分を径空間において移動させる請求項１３に記載のフィルタシステム。
【請求項１６】
前記フィルタは、そのなかに複数の第１フィルタ領域を有する基板を含み、
前記アジャスタは前記基板を径空間において移動させる請求項１３に記載のフィルタシステム。
【請求項１７】
前記アジャスタは前記フィルタを回転させる請求項１６に記載のフィルタシステム。
【請求項１８】
少なくとも第１波長範囲および第２波長範囲をフィルタする方法であって、
前記第１波長範囲の中央部を通すことと、
前記第２波長範囲の周辺部を遮ることと、
前記中央部および前記周辺部において前記第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、前記第２波長範囲の遷移部であって中央部と前記周辺部との間の遷移部を通すかまたは遮ることと、を含む方法。
【請求項１９】
前記第２波長範囲の前記中央部を遮ることをさらに含み、
前記遷移部において前記第２波長範囲を通す請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２波長範囲の前記中央部を通すことをさらに含み、
前記遷移部は、前記第２波長範囲を前記周辺部よりも多くかつ前記中央部よりも少なく通す請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のフィルタと、
前記第１波長範囲と前記第２波長範囲とを分けるビームスプリッタと、を備えるキット。
【請求項２２】
複数のリレーをさらに備える請求項２１に記載のキット。
【請求項２３】
対物レンズをさらに備える請求項２１に記載のキット。
【請求項２４】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のフィルタを備える内視鏡。
【請求項２５】
前記フィルタは、前記内視鏡のシステム開口またはそのシステム開口の共役にまたはその近くに配置される請求項２４に記載の内視鏡。
【請求項２６】
前記フィルタは、前記内視鏡のシステム開口またはそのシステム開口の共役にまたはその近くに配置されるわけではない請求項２４に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
本願は、２０１４年３月４日に提出された米国特許仮出願番号６１／９４７７７４および２０１４年１１月１０日に提出された米国特許仮出願番号６２／０７７７３０に関連し、それらの仮出願の開示は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本開示は主にイメージングの分野に関する。本開示は特に光学イメージングシステムの画質を改善することに関する。
【背景技術】
【０００３】
光学システムを通る光線の経路は波長により変化するであろう。光学イメージングシステムは、異なる波長に対して異なる幾何収差、例えばコマ収差や球面収差など、示す。像平面において、各波長に関連する光線は収差変動を示す（スフェロクロマティズム（spherochromatism）は球面収差が波長で変わるという条件のことである）だけでなく、位置変動をも示す。例えば、望遠鏡などのイメージングシステムは星の像を形成するが、そこではその像の青部分、緑部分および赤部分はわずかに異なるスポットサイズおよびスポット位置を示す。横色収差（すなわち、異なる波長についての異なる倍率）は、ある波長のスポットが他の波長のスポット重心とは異なる像平面上の位置に形成される原因となる。軸上色収差（すなわち、異なる波長についての異なる焦平面）は、ある波長の最良の像が他の波長のそれの軸方向位置とは異なる軸方向位置に形成される原因となる。より概括的には、球面収差や非点収差やコマ収差や像面湾曲や歪みなどのすべての収差は波長により変わる。
【０００４】
カメラなどのイメージングデバイスによりオブジェクトの像が形成される場合、デバイスの光情報に対する影響は種々の手段にて記述可能である。例えば、点光源の像は、デバイスの点広がり関数（ＰＳＦ）にしたがって変化するであろう。ＰＳＦは、イメージシーンを構成するときに、オブジェクトシーンにおける細かい詳細をイメージングシステムがどのように変えるかを特徴付ける。像は、デバイスによってもたらされる収差であってそうでなければオブジェクトの一部ではない収差を示す。特に、像フィールドの解像度およびコントラストはイメージデバイスの変調伝達関数（ＭＴＦ）によって決定されるであろう。ＰＳＦおよびＭＴＦの両方は波長依存性、システム開口幾何依存性、および収差依存性を示すであろう。すなわち、ＭＴＦは波長が異なれば異なるで有ろうし、開口幾何が異なれば異なるであろうし、最終波面が回折制限的であるか収差制限的であるかの度合いに依存するであろう。
【０００５】
ＰＳＦやＭＴＦや現実のイメージングシステムの他のそのような特徴量は回折効果および収差効果を説明し、かつ含む。例えば、イメージングシステムに収差が導入されると、ＭＴＦおよびＰＳＦの両方が変化し、画質が低下する。視野全体に亘り収差制限的であるシステムは、開口が低減された場合に改善された性能を示すであろう。しかしながら、そのようなシステムでは、軸外性能低下がある波長に支配的に起因することが生じうる。
【０００６】
あるイメージングシステムは軸上よりも軸外でより大きな収差を示す。そのようなシステムは軸外収差を制御するための手段として口径食を用いるであろう。そうしなければ、軸外収差は画質に悪影響を与えうる。口径食は、周辺光線が像平面に到達するのを選択的に止めることを含む。例えば、軸外フィールド位置に関連付けられたある光線が像平面に到達するのを防ぐことにより、コマが低減されうる。これらの光線は、システム開口ストップの前か後で、領域において遮られうる。制限（口径食）開口を挿入することによって、またはシステム開口ストップに設けられていないレンズのサイズを小さくすることによって、光線を遮ることが可能である。しかしながら、複数の波長を結像するシステムであって異なる波長が異なる強度を有するシステムでは、そのような口径食は低強度波長で減光しすぎる可能性があり、その結果その低強度波長の像が認識できなくなる可能性がある。
【発明の概要】
【０００７】
ひとつ以上の実施の形態は、第１波長範囲を通す中央フィルタ領域と、第２波長範囲を遮る周辺フィルタ領域と、前記中央フィルタ領域と前記周辺フィルタ領域との間の遷移フィルタ領域と、を含み、前記遷移フィルタ領域は、前記中央フィルタ領域および前記周辺フィルタ領域において前記第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、前記第２波長範囲を通すかまたは遮るフィルタに向けられる。
【０００８】
前記中央フィルタ領域は前記第２波長範囲を遮り、前記遷移フィルタ領域は前記第２波長範囲を通してもよい。前記中央フィルタ領域は前記第２波長範囲を通してもよく、前記遷移フィルタ領域は前記第２波長範囲を前記周辺フィルタ領域よりも多くかつ前記中央フィルタ領域よりも少なく通してもよい。
【０００９】
前記遷移フィルタ領域は、前記中央フィルタ領域から前記周辺フィルタ領域へ、前記第２波長範囲の透過を徐々に変えてもよい。前記遷移フィルタ領域は、前記第２波長範囲を通す複数の第２部分の間に、前記第２波長範囲を遮る第１部分を含んでもよい。前記遷移フィルタ領域は、前記中央フィルタ領域から前記周辺フィルタ領域へ、前記第２波長範囲の阻止を徐々に増大させてもよい。
【００１０】
前記遷移フィルタ領域の前記第１部分の材料は前記周辺フィルタ領域の材料と同じであってもよい。遷移フィルタ領域は第１波長範囲を通してもよい。
【００１１】
前記フィルタは、前記第１波長範囲の点広がり関数と前記第２波長範囲の点広がり関数とを実質的に同等にしてもよい。第１波長範囲と第２波長範囲とは部分的に重なり合ってもよい。第１波長範囲と第２波長範囲とは重なり合わなくてもよい。
【００１２】
ひとつ以上の実施の形態は、複数の波長範囲で用いられるシステムであって、システム開口の第１共役の隣の第１波長依存フィルタと、前記システム開口の第２共役にある第２波長依存フィルタと、を備え、前記第１波長依存フィルタおよび前記第２波長依存フィルタは、前記複数の波長範囲の点広がり関数を実質的に同等にするシステムに向けられる。
【００１３】
ひとつ以上の実施の形態は、イメージングシステムで用いられるフィルタシステムであって、前記イメージングシステムはシステム開口とオブジェクトを像平面に結像させる光学システムとを有し、該フィルタシステムは前記システム開口と前記像平面との間に設けられ、前記フィルタシステムはフィルタを備え、前記フィルタは、前記フィルタの中央に設けられた第１フィルタ領域であって第１波長範囲および第２波長範囲を通す第１フィルタ領域と、前記第１波長範囲を通し、かつ前記第２波長範囲を遮る第２フィルタ領域と、前記フィルタシステムにおける前記第１フィルタ領域の有効サイズを変えるアジャスタと、を有するフィルタシステムに向けられる。前記アジャスタは前記フィルタを軸空間において前記像平面に対して移動させてもよい。
【００１４】
前記第２フィルタ領域は前記光軸の周りに設けられた複数のフィルタ部分を含んでもよく、前記アジャスタは前記複数の部分を径空間において移動させてもよい。
【００１５】
前記フィルタは、そのなかに複数の第１フィルタ領域を有する基板を含んでもよく、前記アジャスタは前記基板を径空間において移動させてもよい。アジャスタはフィルタを回転させてもよい。
【００１６】
ひとつ以上の実施の形態は、少なくとも第１波長範囲および第２波長範囲をフィルタする方法であって、前記第１波長範囲の中央部を通すことと、前記第２波長範囲の周辺部を遮ることと、前記中央部および前記周辺部において前記第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、前記第２波長範囲の遷移部であって中央部と前記周辺部との間の遷移部を通すかまたは遮ることと、を含む方法に向けられる。
【００１７】
方法は、前記第２波長範囲の前記中央部を遮ることをさらに含んでもよく、前記遷移部において前記第２波長範囲を通してもよい。方法は、前記第２波長範囲の前記中央部を通すことをさらに含んでもよく、前記遷移部は、前記第２波長範囲を前記周辺部よりも多くかつ前記中央部よりも少なく通す。
【００１８】
ひとつ以上の実施の形態は、フィルタと、第１波長範囲と第２波長範囲を分けるビームスプリッタと、を含むキットに向けられてもよい。キットは複数のリレーを含んでもよい。キットは対物レンズを含んでもよい。
【００１９】
ひとつ以上の実施の形態は、フィルタを含む内視鏡に向けられる。前記フィルタは、前記内視鏡のシステム開口またはそのシステム開口の共役にまたはその近くに配置されてもよいし、配置されなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
例示的な実施の形態を添付の図面を参照して詳細に説明することにより、特徴が当業者に明らかになるであろう。
【００２１】
【図１】実施の形態に係る例示的な波長依存開口フィルタの模式図である。
【図２】実施の形態に係る例示的な波長依存開口フィルタの模式図である。
【図３】図３Ａから３Ｆは、実施の形態に係る例示的な波長依存開口フィルタの模式図である。
【図４】図４Ａから４Ｆは、実施の形態に係る例示的な波長依存開口フィルタの模式図である。
【図５】実施の形態に係る例示的な波長依存開口フィルタの模式図である。
【図６】図６Ａから６Ｆは、実施の形態に係る例示的なオブスキュレーション構成を示す図である。
【図７】イメージングシステムにおける可変幾何口径食の軸方向位置の模式図である。
【図８】イメージングシステムにおけるひとみの後の可変幾何口径食の軸方向位置の模式図である。
【図９】実施の形態に係る可変幾何口径食の軸方向位置の模式図である。
【図１０】実施の形態に係る可変幾何口径食の模式図である。
【図１１】実施の形態に係る可変幾何口径食の模式図である。
【図１２Ａ】図１２Ａおよび１２Ｂは、マルチチャネル可視および蛍光イメージングシステムにおけるを有する実施の形態に係る波長依存口径食を説明する図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび１２Ｂは、マルチチャネル可視および蛍光イメージングシステムにおけるを有する実施の形態に係る波長依存口径食を説明する図である。
【図１３】可視およびレーザスペックルイメージングシステムにおける波長依存アポダイゼーションを説明する図である。
【図１４Ａ】複数のシステム開口共役面を伴う内視鏡および２つの波長の点広がり関数を説明する図である。
【図１４Ｂ】複数のシステム開口共役面を伴う内視鏡および２つの波長の点広がり関数を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付の図面を参照して例示的な実施の形態をより十分に説明するが、例示的な実施の形態は異なる態様で実現されうるものであり、本明細書で説明されるものに限定されるとみなされるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、本開示が完全であり、当業者に例示的な実装を十分に伝えるように提供される。総じて、対応するかまたは同様な参照符号が、図面を通じて、同じまたは対応する部材を参照するために可能な場面で使用されるであろう。
【００２３】
人間の目のために設計された光学システムは可視スペクトルに対して最適化されてもよく、該スペクトルの中間部分または緑部分に特定の重みが与えられる。しかしながら、イメージングシステムでは電子イメージセンサが像平面に配置され、該イメージングシステムは、可視領域や紫外領域や近赤外領域を含みうるより広いスペクトル領域に亘って動作しうる。イメージングシステムの設計は、その動作帯域が増大するにつれてより複雑になる。
【００２４】
特に、異なる光源を有する帯域幅、例えば照明源から直接的に得られるものやオブジェクトから反射されるかまたはオブジェクトを透過したものや直接観測によるものなど、に亘って動作するイメージングシステムは、波長範囲が異なると大きく変わる照明強度を有しうる。例えば、比較的大きな強度を有する波長範囲は像を改善するためのあるビーム補正による恩恵を得ることができるが、比較的低い強度を有する波長範囲は光損失を許容することができないかもしれない。イメージングシステムが少なくとも部分的な共通光路を含み、かつそのイメージングシステムにおいて波長範囲に亘って倍率が維持されるべきである場合、これらのトレードオフは増幅される。
【００２５】
したがって、実施の形態にしたがい、光学イメージングシステムにおいて（ａ）口径食を用いて像平面における収差を低減することおよび（ｂ）像平面における収差は検出可能な波長依存性を示す可能性があること、を認識することによって、異なる波長に対して口径食および／またはオブスキュレーションを異なる態様で適用し、もって比較的高い強度の波長範囲の像の明瞭さを改善しつつ比較的低い強度の他の波長範囲に影響が及ばないようにしてもよい。これは、高速で（低いｆ値、例えばｆ／２）動作するおよび／または広い画角で動作する光学イメージングシステムにおいて特に便利でありうる。そのようなシステムでは、軸外収差の補正は困難である。
【００２６】
システムが収差を示さない場合、または収差を認識できない場合、その性能は「回折制限的（diffraction limited）」であると言われる。その場合、ＰＳＦおよびＭＴＦの両方が回折効果だけによって決定される。回折効果はシステム開口の形状、サイズおよび構成により決定される。カメラなどのいくつかのデバイスでは、ストップまたはｆストップと称される単一のシステム開口が存在してもよい。リレーを伴う内視鏡などの他のデバイスでは、共役面が生じ、その結果システム開口として動作可能な複数の場所が生じうる。
【００２７】
回折制限的な性能は、ｆ値が減少すると改善される。これは、特定の焦点距離について、大きな回折制限的開口は、小さな回折制限的開口よりも良い画質を生成するであろうことを意味する。回折パターンの形状および構成は、システム開口のサイズおよび構成、ならびに開口を通過するビームの波長に直接的にリンクする。
【００２８】
回折制限的な性能は波長で変わる。所与の開口は、より短い波長においてより高い性能を示すであろう。例えば、第１波長（例えば、６５０ｎｍの赤）が第２波長（例えば、４６０ｎｍの青）よりも１．４倍長い場合、長い方の波長の回折制限的点広がり関数のサイズは、短い方の波長の回折制限的点広がり関数のサイズよりも１．４倍大きくなるであろう。
【００２９】
回折制限的イメージングシステムでは、いくつかまたは全ての波長における回折制限的性能は全体的な画質を改善するために調整されてもよい。例えば、システム開口（またはそれの共役）にまたはその近くに置かれたアポダイズド波長依存開口は、ある波長に関連付けられた回折パターンのサイズを変更し、同パターンの構成を変えるのに役立ってもよく、その結果像平面におけるその強度プロファイルの幅が他の波長のそれとより密接にマッチするようになるであろう。
【００３０】
実際のシステムにおける画質は、光学系の伝達特性だけでなく像平面にあるセンサのサンプリング特性によっても決定される。
【００３１】
回折制限的イメージングシステムでは、いくつかまたは全ての波長における回折制限的性能はセンサの空間サンプリング特性により密接にマッチするよう調整されてもよい。例えば、センサがある波長を他の波長の空間周波数よりも高い空間周波数でサンプルした場合、より頻度高くサンプルされた波長のＰＳＦは、より頻度低くサンプルされた波長のそれよりも小さい形態をとりうる。
【００３２】
ひとつ以上の実施の形態は、システム開口に設けられた、または内視鏡のリレーレンズにおいて生じうるようなシステム開口の共役面に設けられた、またはイメージングシステムのｆストップ面（システム開口位置）に設けられた、波長依存開口フィルタを用いて、少なくともひとつの波長範囲すなわち結像されるべき波長の部分集合についての光学システムの回折パターン（または点広がり関数）を変えることに向けられる。
【００３３】
ひとつ以上の実施の形態は、口径食開口を通過する波長の部分集合について軸外像位置に至るであろう光線の部分を止めるか遮ることを含む、可変幾何波長依存口径食を用いることに向けられ、ならびに（ａ）非口径食から口径食への遷移の像平面位置および（ｂ）非口径食光学系から口径食光学系への像平面上の遷移領域の幅の両方に対するある制御を伴う。
【００３４】
ひとつ以上の実施の形態は、システム開口またはその共役に設けられているか設けられていない開口を用いて、波長の部分集合についてビームの一部を止めることに向けられる。
【００３５】
ひとつ以上の実施の形態は、システム開口と共役であってもなくてもよい平面に設けられてもよいソフトまたは勾配アポダイズド波長依存開口に向けられ、それにより、ひとつ以上のフィールド位置におけるひとつ以上の波長範囲の選択的阻止が可能となる。
【００３６】
システム開口またはその共役にまたはその近くにある後述の波長依存フィルタを用いることにより、フィルタにより影響を受ける波長についての波長依存回折制限的または収差制限的性能を変えることができる。例えば、全てのフィールドについてすなわち軸上像位置および軸外像位置の両方について回折および収差が制御されうる。システム開口またはその共役にない後述の波長依存フィルタを用いることにより、フィルタにより影響を受ける波長についての波長依存収差制限的性能を変えることができる。例えば、軸外像位置について回折および収差が制御されうる。
【００３７】
上述の種々の実施の形態の詳細が以下に詳述される。波長依存フィルタ開口の領域のだいたいの輪郭は以下では丸として描かれるが、これらの領域は正方形や楕円形や直線的形状や他の任意の形状をとってもよい。加えて、領域が異なれば形状も異なってもよく、および／またはある領域は不連続であってもよい。さらに、図面は種々の実施の形態を示すものの、図面は代表的であることを意図しており、正確であることは意図されていない。したがって、図面は構成要素の正確な比率やそれらの間の距離を表すわけではない。最後に、波長依存開口フィルタを用いた応用の説明は、実施の形態のさらなる理解の助けにならない追加的要素や特定要素の詳細を省略することにより、明瞭性のために簡単化されている。その説明は当業者には理解される。
【００３８】
遷移領域を有する波長依存開口フィルタ
図１は、波長依存開口フィルタ１００の全体的な特性を説明する。該フィルタ１００は例えば内視鏡やボアスコープやカメラなどのイメージングデバイスに組み入れられてもよい。波長依存開口フィルタ１００はイメージングデバイスのメインレンズ上に形成されてもよいし、イメージングデバイスに対して取り外し可能（すなわち着脱可能）な基板１１０上に形成されてもよい。
【００３９】
図１に示されるように、波長依存開口フィルタ１００は、第１または中央領域１０２と、第１領域１０２を囲む（および典型的には接する）第２または遷移領域１０４と、第２領域１０４を囲む（および典型的には接する）第３または周辺領域１０６と、を含む。第２領域１０４は、第１領域１０２と第３領域１０６との間の遷移領域として作用してもよい。例えば、第１領域１０２は第１波長範囲の全ておよび第２波長範囲の全てを通過させ、第３領域１０６は第１波長範囲の全てを通過させかつ第２波長範囲の全てを遮り、第２領域１０４は第２波長範囲を、第１領域１０２および第３領域１０６とは異なるように扱ってもよい。
【００４０】
後述するように、波長依存開口フィルタ１００の異なる領域は異なる光透過特性を有する。図１および他の図面に示されるシェーディングは種々の要素の視認性を高めるためだけに提供されるものであり、実施の形態やその任意の部分の要請や色付けや物性を表すことを意図するものではない。同様に、領域のだいたいの輪郭は図１では丸として描かれるが、これらの領域は正方形や楕円形や直線的形状や他の任意の形状をとってもよい。加えて、領域が異なれば形状も異なってもよく（例えば、図４Ａから４Ｃ、６Ａから６Ｃ参照）、および／またはある領域は不連続であってもよい（例えば、図２参照）。同様に、種々の実施の形態を示す図１および他の図面について、図面は代表的であることを意図しており、正確であることは意図されていない。したがって、図面は構成要素の正確な比率やそれらの間の距離を表すわけではない。
【００４１】
例えば、波長依存開口フィルタ１００の第１領域１０２はコーティングされていなくてもよい、すなわち全ての光の通過を許してもよい。第２領域１０４は例えば二色または薄膜コーティングなどの波長選択的コーティングで選択的にコーティングされてもよい。例えば、波長選択的コーティングは第２領域１０４にパターンを形成してもよい（例えば図２、４Ａから４Ｃ、５参照）。第３領域１０６は波長選択的コーティングでコーティングされてもよい。例えば、第３領域１０６は、第２領域１０４に使用された波長選択的コーティングで完全にコーティングされてもよい。波長選択的コーティングは、特定の波長範囲の光の透過のためのバンドパスフィルタを形成してもよく、一方で他の波長範囲の光を実質的または完全に遮ってもよい。例えば、波長選択的コーティングは第２波長範囲についてのバンドパスフィルタを形成してもよい。その場合、第２領域１０４の波長選択的コーティングのパターンは、第２波長範囲の光の全てが通過する第１領域１０２と、第２波長範囲の光の全てが遮られる第３領域１０６と、の間の遷移領域を形成する。３つの領域１０２から１０６の全ては第１波長範囲の光を通してもよい。例えば、波長依存開口フィルタ１００は第１波長範囲に対して透明であってもよく、その場合第１波長範囲は止められない。第１波長範囲と第２波長範囲とは部分的に重なり合ってもよい。
【００４２】
したがって、例えば第２波長範囲の波長の強い信号が周辺で遮られる一方で例えば第１波長範囲の波長の他の弱い信号が遮られないことにより、イメージングシステムは薄膜開口の恩恵を受けることができる。
【００４３】
したがって、波長依存開口フィルタ１００は、ある波長範囲が強い強度を有し他の波長範囲が弱い強度を有するイメージングデバイスにおける改善を提供することができる。特に蛍光イメージングの例において、可視光は強い強度を有し、蛍光は弱い強度を有する。
【００４４】
波長依存開口フィルタ１００は単一の基板の単一の表面上にあるものとして説明されたが、波長依存開口フィルタ１００は単一の基板の対向する面上に実現されてもよく、または複数の基板に分散してもよい。
【００４５】
ある態様では、第２領域１０４は、第２波長範囲についての光学システムのＰＳＦとＭＴＦとをさらに区別するための波長依存アポダイゼーション構成を含んでもよい。アポダイゼーション効果は、開口の境界のアポダイゼーションを通じて達成可能である。例えば、図１の第１領域１０２と第３領域１０６との間の第２領域１０４は、第１領域１０２で使用された第１波長依存フィルタ（もしあれば）および第３領域１０６で使用された第２波長依存フィルタのパターン形成された領域を含んでもよい。これは図２を参照して以下に詳述される。
【００４６】
図２は、実施の形態に係る波長依存開口フィルタ２００の特定の例を示す。波長依存開口フィルタ２００は、第１または中央領域２０２と、第２または遷移領域２０４と、第３または周辺領域２０６と、を含む。
【００４７】
遷移領域２０４は、第１部分２０４ａと第２部分２０４ｂとを含んでもよい。第１部分２０４ａは、第１波長範囲および第２波長範囲が通過するように、第１領域２０２で使用された第１波長依存フィルタ（もしあれば）を含んでもよい。第２部分２０４ｂは、第１波長範囲のみが通過するように、第３領域２０６で使用された第２波長依存フィルタなどの波長依存フィルタを含む。
【００４８】
この特定の実施の形態では、波長依存開口フィルタ２００は典型的なセンサの画素の幾何形状と互換性のある幾何形状を有し、例えば図１に示されるような円ではなくむしろ四角形に基づくものである。この幾何形状のため、第２または遷移領域２０４は不連続であってもよく、例えば四角形の辺に平行に延在するだけでよく、この場合第３領域２０６は波長依存開口フィルタ２００のうち第１領域２０２の外側の残りの部分を埋めることとなる。
【００４９】
図３Ａから３Ｃは、実施の形態に係る波長依存開口フィルタ３００ａから３００ｃの特定の例を示す。波長依存開口フィルタ３００ａから３００ｃはそれぞれ、第１または中央領域３０２ａから３０２ｃと、第２または遷移領域３０４ａから３０４ｃと、第３または周辺領域３０６と、を含む。ここで、波長依存開口フィルタ３００ａから３００ｃは、円形の幾何形状に基づく。
【００５０】
この特定の実施の形態では、第２領域３０４ａから３０４ｃはソフトまたは勾配遷移を有する。すなわち、図２のバイナリタイプのパターンでは第２波長範囲は遮られるか通されるかであったが、そうではなく、第２領域３０４ａから３０４ｃは、第１領域３０２の遮断なしから第３領域３０６の完全遮断まで、遮られる第２波長範囲の量を徐々に低減させる。システム開口（またはその共役）にて用いられる場合、この実施の形態を用いて中央コアから逸れた光の部分を低減することができる。第１領域３０２ａから３０２ｃの直径（例えば、図３Ａ−３Ｃのそれぞれで０．０７、０．１５、０．２５）に対する遷移領域３０４ａから３０４ｃのサイズを増やすことによる、第２波長範囲のファーフィールド像に対する影響は、対応する図３Ｄ−３Ｆに示される。
【００５１】
図４Ａから４Ｃは、実施の形態に係る波長依存開口フィルタ４００ａから４００ｃをそれぞれ示す。波長依存開口フィルタ４００ａから４００ｃはそれぞれ、第１領域４０２ａから４０２ｃと、第２領域４０４ａから４０４ｃと、第３領域４０６ａから４０６ｃと、を含んでもよい。ここで、波長依存開口フィルタ４００ａから４００ｃは、円形の幾何形状に基づく。
【００５２】
図４Ａ−４Ｃに示されるように、第１領域４０２ａから４０２ｃと第３領域４０６ａから４０６ｃとの間の第２領域４０４ａから４０４ｃは、鋸刃状の遷移を含んでもよい。鋸刃状の遷移は、アポダイズド開口がシステム開口にまたはその近くに配置された場合またはそれがシステム開口と共役な平面にまたはその近くに配置された場合、ファーフィールドの回折パターンを変えるように構成される。第２領域４０４ａから４０４ｃのの鋸刃のサイズを増やすことによる、第２波長範囲のファーフィールド像に対する影響は、対応する図４Ｄ−４Ｆに示される。Ｖ字状の鋸刃のそれぞれは、反対方向から互いに近づき最終的には第３領域４０６ａから４０６ｃの境界で互いに出会う一連の段で置き換えられてもよい。
【００５３】
図５は、三つの波長範囲での使用のための波長依存開口フィルタ５００を示す。波長依存開口フィルタ５００は、第１または中央領域５０２と、第２領域５０４と、第３または周辺領域５０６と、を含んでもよい。波長依存開口フィルタ５００は二つの遷移領域を有する。すなわち、５０２と５０４との間で遷移する遷移領域５０３と、５０４と５０６との間で遷移する遷移領域５０５と、である。図５の破線５０３ａｉ、５０３ａｏ、５０５ａｉ、５０５ａｏは波長依存開口フィルタ５００の概括的な円形幾何形状を示すためのものである。破線５０３ａｉおよび５０３ａｏは、遷移領域５０３の径方向の境界を示すためのものである。破線５０５ａｉおよび５０５ａｏは、遷移領域５０５の径方向の境界を示すためのものである。破線は波長依存開口フィルタ５００の物理的な部分ではない。図２では遷移領域２０４の部分２０４ａおよび２０４ｂのパターンは遷移領域２０４のなかで同じであったが、それとは対照的に、図５の鋸刃部は通る光の量を徐々に変える。特徴２０４、５０３および５０５の全ては、領域の一方の側で通過し他方の側で止められる波長領域の回折パターンを変える。
【００５４】
再び、第１領域５０２はコーティングされていなくても、すなわち全ての光の通過を許してもよい。第２領域５０４は第１波長領域および第２波長領域の通過を許し、一方で第３波長領域を遮ってもよい。第３領域５０６は、第１波長領域のみの通過を許し、一方で第２波長領域および第３波長領域を遮ってもよい。第２領域５０４は二つの環状遷移（またはアポダイゼーション）領域５０３および５０５によって囲まれている。５０３ａｉと５０３ａｏとのなかに囲まれている内側遷移領域５０３は、第３波長領域にアポダイゼーション関数を課す。第３波長領域の回折パターンは、５０３ａｉと５０３ａｏとによって囲まれている領域５０３内の特徴５０３ｓ１の幾何形状によって影響を受ける。境界５０３ｓ１の内側では全ての波長が通過する。境界５０３ｓ１の外側では第３波長領域は遮られる。領域５０３内を通過する第３波長領域の光の量は５０３ａｉから５０３ａｏへと徐々に減少し、第３波長領域の回折パターンは境界５０３ｓ１の幾何形状によって変わる。第３波長領域のみが、内側遷移領域５０３内の特徴によって影響を受ける。５０５ａｉと５０５ａｏとのなかに囲まれている外側遷移領域５０５は、第２波長領域にアポダイゼーション関数を課す。第２波長領域の回折パターンは、５０５ａｉと５０５ａｏとによって囲まれている領域５０５内の特徴５０５ｓ１の幾何形状によって影響を受ける。境界５０５ｓ１の内側では、第１波長領域および第２波長領域の両方が通過する。境界５０５ｓ１の外側では第２波長領域は遮られる。領域５０４内を通過する第２波長領域の光の量は５０５ａｉから５０５ａｏへと徐々に減少し、第２波長領域の回折パターンは境界５０５ｓ１の幾何形状によって変わる。第２波長領域のみが、領域５０５内の特徴によって影響を受ける。
【００５５】
図５に示される場合では、第３波長範囲は境界５０３ｓ１に従うファーフィールド回折パターンを有し、第２波長範囲は境界５０５ｓ１に従うファーフィールド回折パターンを有し、第１波長範囲はディスクそのものの限界および形状に従うファーフィールド回折パターンを有する。
【００５６】
例えば、収差限定的なシステムにおいて、光学システムの開口ストップまたはその共役にまたはその近くに置かれた場合、図５の第２領域５０４などの開口境界で生じるアポダイゼーション構成は、円形セグメントおよび環状セグメントの両方を通過する阻止されない光の光度に影響を与えることなく、円形セグメント（その通過光が環状領域によって阻止される場合）または環状領域（その通過光が円形領域によって阻止される場合）のいずれか一方を通過する光から形成される像の解像度を向上させることができる。
【００５７】
種々の態様によると、遷移領域の作成は、マスクコーティング技術を用いて達成されうる。「マスクコーティング」は、対象の表面のある領域がコーティング処理中にコーティングされるのを防ぐためにマスクが用いられる処理を指す。最終製品の基板上にマスクは残らない。マスクコーティングは二色フォームを含む。
【００５８】
中央オブスキュレーション波長依存開口フィルタ
図６Ａから６Ｃは、実施の形態に係る波長依存開口フィルタ６００ａから６００ｃをそれぞれ示す。波長依存開口フィルタ６００ａから６００ｃはそれぞれ、第１領域６０２ａから６０２ｃと、第２領域６０４ａから６０４ｃと、第３領域６０６と、を含んでもよい。ここで、波長依存開口フィルタ６００ａから６００ｃは、円形の幾何形状に基づく。
【００５９】
図６Ａから６Ｃでは、全ての光を通過させる代わりに、第１領域６０２ａから６０２ｃは第２波長範囲を遮り、一方で第１波長範囲を通過させる。第２領域６０４ａから６０４ｃは第１波長範囲および第２波長範囲の両方を通し、例えばコーティングされていなくてもよい。第３領域６０６は第２波長範囲を遮るが第１波長範囲を通してもよく、例えば第１領域６０２ａから６０２ｃと同じフィルタであってもよい。したがって、図６Ａから６Ｃの第１領域６０２ａから６０２ｃは第２波長範囲に対する中央オブスキュレーションとして作用する。オブスキュレーションは上述の遷移領域の代わりであってもよいし、それに追加されるものであってもよい。そのような遷移領域は第２領域６０４ａから６０４ｃと第３領域６０６との間、および６０４ａから６０４ｃと６０２ａから６０２ｃとの間にあってもよい。
【００６０】
例えばＮＩＲ蛍光などの低強度の長波長および例えば青い光などの高強度の短波長が単一のシステムを通じて結像されるような場合、図６Ａから６Ｃの開口構成は、蛍光の全て（これは「第１」波長範囲である）を弱めずに通し、かつさらにより明るい短波長（これは「第２」波長範囲である）を開口の薄暗い部分を通じて通すよう作用してもよい。青い光についての環状パススルーゾーンのサイズを用いて、より弱いＮＩＲ光のスループットを減らすこと無く、点広がり関数をＮＩＲ光のそれと同様にすることができる。
【００６１】
可変幾何波長依存開口フィルタ
ある波長範囲を他のものと異なるように扱うための他のアプローチは、可変幾何波長依存フィルタリングを含む。フィールドに亘る波長依存点広がり関数制御を達成することが望まれる場合、これはシステム開口にて行われてもよい。あるいはまた、波長依存口径食を達成することが望まれる場合、それはシステム開口（またはその共役）から離れたところでなされてもよい。そこでは、軸外像位置に至るであろう光線の部分が遮られるか止められ、これは口径食開口を通過する波長の部分集合についてのみ行われる。可変幾何波長依存システム開口が要求する技術的実装は可変幾何波長依存口径食が要求するそれと、より単純になることを除いて同様であることは理解されるであろう。すなわち、システム開口はひとつの共役面に生じ、その可変部品はこの面内で動作するであろうし、その一方で口径食開口は他の面へと移動可能である必要があるであろう。これらの理由から、議論は二つのうちのより複雑な方を追う。すなわち、可変幾何波長依存口径食開口である。ある実施の形態によると、これは、（ａ）像平面に現れる非口径食から口径食への遷移の位置および（ｂ）像平面に現れる非口径食から口径食への遷移領域の幅の両方を制御することにより、実現可能である。口径食は、ひとみ（またはｆストップ）やその共役や像平面やその共役にはない任意の位置に実装されてもよい。
【００６２】
図７は、イメージングシステム一般における可変幾何波長依存口径食の軸方向位置を示す。その図に示されるように、口径食はａからｅの位置に導入されてもよいが、ひとみ面や像平面やその共役には導入されない。それらでは、そのようなビームストップの役割が変わる。位置（ａからｅ）は、像やひとみやその共役が除かれる限り連続的であって離散的ではない。図７に示されるように、これらの位置はひとみの前および後ろの両方であってもよい。
【００６３】
図８は、イメージングシステムにおける可変幾何波長依存口径食の軸方向位置を示す。そのイメージングシステムでは、物理的なひとみもｆストップアイリスもない。すなわち、ひとみまたはｆストップはイメージングシステムの前の方にあり、例えばある内視鏡カメラ（または「ビデオカプラ」）におけるものである。そうであるから、口径食はひとみの後ろにのみ導入可能である。再び、位置は、像やその共役が除かれる限り連続的であって離散的ではない。可変幾何波長依存口径食をこの位置で用いることにより、内視鏡から出力される収差のあるビームを、可変幾何口径食制御を有するカメラによって改善することができる。
【００６４】
可変幾何波長依存口径食を用いることで、軸外性能を改善することができる。例として、カメラがマシンビジョンアプリケーションでの使用のために設計されている場合を考える。そこでは、青色チャネルは、内視鏡の設計上の青色波長（例えばＦ光、または４８６ｎｍ）よりも短い波長（例えば、４６０ｎｍ）のものである。さらに、動作波長が設計波長よりも短くシステムが横色収差を示すため、青色チャネルの悪いスポットサイズが軸外イメージ性能に悪影響を与えるとする。ユーザが軸外ビームについて青色光をストップダウンする（青を口径食する）ことを可能にするカメラは、改善された軸外性能を示すであろうし、システムの性能はフィールドに亘ってより均一になるであろう。システムの軸外性能をトリミングした後、全フィールドホワイトバランスが行われ、その後システムは利用可能になる。
【００６５】
図９は、ストップの後ろの（または「像空間の」）ビームに適用される可変幾何口径食の追加的断面図詳細を示す。口径食はａからｅの軸方向位置のうちの任意の位置に導入されてもよい。位置「ａ」により近い位置にある口径食は、開口サイズが与えられた場合に像平面により近いところに置かれた開口の場合よりも多くのイメージ形成コーンが影響を受けるので、広い遷移領域（像平面におけるゆるい勾配）を有する。位置「ｃ」（ｃ１、ｃ２、ｃ３で示される）において、変数は開口サイズそのものである。位置ｃ３に示される挿入深さは口径食を、位置ｃ１に示される挿入深さがするよりも大きなフィールド部分に適用する。
【００６６】
「可変幾何」に関連付けられた変数は、開口サイズ、開口位置、および開口の数である。例えば、イメージングシステムは関心のある波長範囲ごとにひとつの可変開口を有してもよい。システム開口に配置された場合、「開口位置」はもはや変数ではない。単一のアーキテクチャにおいて口径食の役割からシステム開口の役割へ遷移する可変幾何波長依存開口フィルタが実現されてもよい。
【００６７】
可変幾何波長依存口径食の例に加えて、ユーザは、開口を像平面により近い位置（ａよりもｅにより近い位置）で動作させることにより、理想的なフィールドカットオフ位置（口径食関数の限界）を見出し、次いで像平面から離れるように動かすことで好適な遷移領域を見出すことができる。この処理は繰り返されてもよく、自動化されてもよい。次いで、所望の設定を見つけた後、カメラは全フィールドについてホワイトバランスされる。例えば内視鏡およびカメラなどのシステムは利用可能となる。
【００６８】
図１０はフィルタ１０００を示す。フィルタ１０００では、四つのベーンまたは部分１００１−１００４が下流の検出器１０５０のレクチリニア空間に対して揃えられている。下流の検出器１０５０は入射像によって完全に満たされている。ベーンは、開口のサイズを調整するためにＸ−Ｙ平面内で（光軸に向けてまたは光軸から）移動する。ベーンは、開口の位置を調整するためにＺと軸方向で平行に（光軸と平行に）移動する。二つの調整は合わせて、口径食が生じるであろう口径食度合いを始めるフィールド位置（破線１０５０ｂで示される）およびこの度合いが完全に実現されるフィールド位置（破線１０５０ｄで示される）の両方に影響を与える。そのような調整はアジャスタ１０３０を用いて実現されてもよく、そのようなアジャスタ１０３０は当業者に知られており、画質に基づいて手動または自動で動作してもよい。１０５０ａで特定される領域は全く口径食されていない。１０５０ｅで特定される領域は選択された口径食の最大度合いを経験する。
【００６９】
図１１はフィルタ１１００を示す。フィルタ１１００では、異なるサイズを有する複数の開口１１０１−１１０６が基板１１２０、例えばホイール上に提供され、基板１１２０はアジャスタ１１３０によって手動でまたは自動で調整されて、例えば回転されて、異なる開口サイズを提供する。基板１１２０は光軸に沿った種々の位置に置かれてもよい。
【００７０】
アプリケーション＃１
マルチチャネルオープンフィールド蛍光イメージングシステム
図１２Ａおよび１２Ｂは、マルチチャネルオープンフィールド蛍光イメージングシステム１２００の模式図である。システム１２００は、同じ視野および同じ対象フィールドパースペクティブを有する二つ以上のイメージングチャネル１２１０、１２２０を有する。システム１２００は、対象フィールドを通る共通軸を有するイメージセンサ１２１２、１２２２を有する。チャネル１２１０、１２２０は共通対物レンズ１２０２を共有し、例えばビームスプリッタ１２０４によって対物レンズ１２０２と像平面Ｉとの間のどこかで分離される。システム１２００は波長依存フィルタ開口１２３０と開口１２４０とを含んでもよい。
【００７１】
図１２Ａはシステムに入来する二つの波長範囲を示す。第１波長範囲λ１は、例えば蛍光信号などの弱い信号を含む。第１波長範囲は第２波長範囲λ２よりも数桁弱いものでありうる。第２波長範囲は明るい光を含み、この場合可視光、およびレーザ励起光の反射部分を含む。可視光およびレーザ反射光の両方は、他のシステム要求に関連する理由により結像される。したがって、第２波長範囲λ２は、少なくとも二つの隣接しない波長サブ範囲を含むか、または部分的に重なり合う波長サブ範囲を有しうる。
【００７２】
システム１２００では、弱強度光λ１（蛍光）は開口全体において、制限やアポダイゼーションやオブスキュレーションや口径食なしで通過する。したがって、第１波長依存フィルタ開口１２３０は第１波長範囲λ１に対して透明であり、一方、波長依存フィルタ開口１２３０および開口１２４０の両方は第２波長範囲λ２の部分をトリミングする。
【００７３】
図１２Ｂに示されるように、第２波長範囲λ２の軸外ビームの下縁光線は開口１２４０によって止められる。これは、よく用いられる波長非依存の方法により実現可能である。第１波長範囲λ１は分離され、チャネル１２２０に存在しないからである。第２波長範囲λ２の上縁軸外光線を止めるためには、ストップ位置の前に波長依存フィルタ開口１２３０を用いる。この波長依存フィルタ開口１２３０は第１波長範囲λ１をも受けるので、上述の実施の形態に係る波長依存フィルタ開口１２３０を用いてもよい。
【００７４】
第２波長範囲λ２が少なくとも二つの波長サブ範囲、例えば明るい可視範囲および非常に明るいレーザ反射範囲を含む場合、これらの二つの波長サブ範囲が同じ検出器１２２２を共有するにしても、追加的な波長依存口径食が実現されてもよい。例えば、波長依存フィルタ開口１２３０は図５に示されるように三つの領域を有してもよく、および／または開口１２４０は波長依存フィルタ開口であってもよく、そのフィルタ開口では、レーザ反射波長サブ範囲よりも可視波長サブ範囲のほうが透過量が多いものであってもよく、そして検出器１２２２に入射するビームはレーザ反射光または可視光のいずれが結像されるべきかによらず、同様のまたは同じカメラエレクトロニクス設定を必要とするであろう。
【００７５】
したがって、システム１２００で実施の形態に係る波長依存フィルタ開口を用いることで、光学的設計が制御できる限界まで、弱い光を集めて通過させることができ、また明るい光の軸外性能を高めることができ、また検出器１２２２のはるか上流で明るい光の口径食を可能とすることで迷光制御を単純化することができる。
【００７６】
例示的アプリケーション＃２
二つのチャネルのレーザスペックルイメージングシステム
図１３は、二つのチャネルのオープンフィールドレーザスペックルイメージングシステム１３００の模式的形態を示す。システム１３００は、同じ視野および同じ対象フィールドパースペクティブを有する少なくとも二つのイメージングチャネル１３１０、１３２０を含む。システムは共通対物レンズ１３０２とシステム開口に設けられた波長依存開口フィルタ１３３０とを含んでもよい。開口１３３０の後に他の像形成光学系が存在すること、およびビームスプリッタ１３０４の前後にそのような光学系が存在してもよいことは理解されるべきである。
【００７７】
システム１２００と同様に、システム１３００は、対象フィールドを通る共通軸を有するセンサ１３１２、１３２２を有する。この理由で、チャネルは共通対物レンズを共有し、例えばビームスプリッタ１３０４によって対物レンズと像平面との間のどこかで分離される。ビームスプリッタ１３０４は、第２波長範囲λ２を、可視光の第１波長サブ範囲λ２−１と反射レーザ光の第２波長サブ範囲λ２−２とに分離する。
【００７８】
本例では、波長範囲λ２の反射レーザ光λ２−２はコヒーレントであり、スペックルパターンまたは干渉フィールドが検出器１３２２に形成される。図１３に示されるように、波長依存開口フィルタ１３３０はシステム開口またはｆストップ面に設けられる。波長依存開口フィルタ１３３０は複数のバンドパス領域を含む。特に、第１または中央領域１３３２と、第２または遷移領域１３３４と、第３または周辺領域１３３６と、である。第１領域１３３２は全ての光を通過させるが、円環により囲まれ、その円環はストップ形状または可視光λ２−１のためのシステム開口を規定する。可視光の点広がり関数は検出器１３１２において通常のエアリディスクを形成する。反射レーザ光λ２−２もまた第２領域１３３４を通過し、第２領域１３３４は正方形に沿った鋸刃状のエッジにより囲まれるより大きな開口を含む。反射レーザ光λ２−２のシステム開口は可視光λ２−１のそれよりも大きいので、反射レーザ光λ２−２は検出器１３２２においてより小さな点広がり関数を形成する。回折パターンの中央コアの外側のリンギングのほとんどをゼロにするよう設計された特徴で開口がアポダイズされるので、検出器１３２２における点広がり関数が生成するスペックル特徴間のクロストークは低減され、したがって、コントラストをより高めることができる。本例では、１３３４を囲む鋸刃状開口は、可変幾何を有するように製作されてもよい。これは検出器に入射するスペックルのサイズの制御を可能にするからである。
【００７９】
例示的アプリケーション＃３
高解像度可視およびＮＩＲ内視鏡
図１４Ａは、波長依存フィルタ開口を備えないシステム１４００ａの模式図を示し、図１４Ｂは、複数のシステム開口共役面に複数の波長依存フィルタ開口１４３０、１４４０を備えると共に複数の口径食面に複数の波長依存フィルタ開口１４５０、１４６０を備えるシステム１４００ｂの模式図を示す。例えば内視鏡などのシステムが、システム開口の複数の共役および像平面の複数の共役を生成するアーキテクチャを有する場合、複数の波長依存フィルタ開口を用いてもよい。システム開口共役においてこれらを用いることで、フィールド全体に亘って異なる波長の点広がり関数に影響を与えることができる。口径食面においてこれらを用いることによっても、軸外フィールドの一部に亘って異なる波長の点広がり関数に影響を与えることができる。
【００８０】
蛍光内視鏡システムでは、二つの競合する利益が同じ光路に制限を課す。すなわち、より弱い蛍光信号は、スループットにインピーダンスや制限が無い場合に最も良く制御される。一方、可視光像はシステムアーキテクチャがより大きく高解像度のディスプレイを追求する場合により高い解像度へと押し上げられる。可視光の画質に対してなされる強化は、蛍光信号のスループット損失を生むべきでは無い。
【００８１】
図１４Ａを参照すると、波長範囲λ１を有する可視光の部分の点広がり関数は、波長範囲λ２を有する可視光の他の部分のそれよりも広い。点広がりの差はフィールドのいずれの場所においても生じうるものであってもよく、またはそれは軸外フィールド位置でより高い割合で生じてもよい。広がり差の原因は重要ではないが、例示として、設計に生来的なものであってもよいし、既存の設計を元々意図していなかった態様で使用しようとする（例えば、既存のＦ、ｄ、Ｃ光に最適化された製品をマシンビジョンアプリケーションで使用すると、内視鏡が耐えられる以上の広いスペクトル範囲が導入されうる）アプリケーションの結果であってもよいし、より多くのレンズ要素の使用を通じて実現されうるよりも波長依存開口がよりコスト効率的な解を提供することであってもよい。点広がり関数の差の原因は重要ではない。ここで、アプリケーションは、波長の第１集合のＰＳＦと波長の第２集合（すなわち、可視波長のなか）のＰＳＦとの間の差を、波長の第３集合（すなわち、蛍光波長）へのインピーダンスなしで低減することを望んでいると仮定する。
【００８２】
図１４Ｂでは、ひとつ以上の波長の点広がり関数は、それらがシステム開口共役において波長依存アポダイゼーションフィルタを通じて変更される場合により似たものにすることができ、視野に亘る点広がり関数はそれらが口径食面において波長依存フィルタを通じて変更される場合により似たものにすることができる。特に、実施の形態に係る波長依存フィルタ開口１４３０、１４４０をシステム開口の共役に置くことで、第３波長範囲λ３に影響を与えること無く、第２波長範囲λ２の点広がり関数を第１波長範囲λ１のそれと等しくすることができる。図１４Ａおよび１４Ｂはシステム１４００ａ、１４００ｂの光路のみを示すが、システム全体はカメラを含み、したがって他のシステム開口共役を含むことは理解されるべきである。
【００８３】
まとめおよび検討として、ひとつ以上の実施の形態はより弱い信号に対して最大のまたはフル開口スループットを提供してもよい。アポダイズド波長依存システム開口をより強い信号の波長の部分に適用することにより、アポダイズド波長依存システム開口なしで動作するシステムの場合よりも、細かいライン詳細を解像する（より高い空間周波数でのより高いコントラスト）ことができる。さらに、波長依存口径食により、軸外性能の強化を実現できる。特に、フィルタは、第１波長範囲を通す中央フィルタ領域と、第２波長範囲を遮る周辺フィルタ領域と、前記中央フィルタ領域と前記周辺フィルタ領域との間の遷移フィルタ領域と、を含み、前記遷移フィルタ領域は、前記中央フィルタ領域および前記周辺フィルタ領域において前記第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、前記第２波長範囲を通すかまたは遮る。より概括的には、「Ｎ」個の領域および「Ｎ−１」個までの遷移領域、例えば「Ｎ−２」個の遷移領域、がありうる。
【００８４】
他の実施の形態によると、少なくとも第１波長範囲および第２波長範囲をフィルタする方法が提供される。その方法は、前記第１波長範囲の中央部を通すことと、前記第２波長範囲の周辺部を遮ることと、前記中央部および前記周辺部において前記第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、前記第２波長範囲の遷移部であって中央部と前記周辺部との間の遷移部を通すかまたは遮ることと、を含む。
【００８５】
ある実施の形態では、方法はさらに、前記第２波長範囲の前記中央部を遮ることをさらに含んでもよく、前記遷移部において前記第２波長範囲を通してもよい。さらに別の実施の形態では、方法は、前記第２波長範囲の前記中央部を通すことをさらに含んでもよく、前記遷移部は、前記第２波長範囲を前記周辺部よりも多くかつ前記中央部よりも少なく通す。
【００８６】
さらに別の実施の形態では、キットが提供され、該キットは種々の実施の形態との関連で上述されたフィルタと、前記第１波長範囲と前記第２波長範囲とを分けるビームスプリッタと、を備える。ある実施の形態では、キットはさらに複数のリレーまたは対物レンズを備えてもよい。
【００８７】
例示的な実施の形態が本明細書で開示され、具体的な用語が用いられたが、それらは概括的なものおよび説明的なものとしてのみ使用され、かつそのようなものとして解釈されるべきであって、限定を目的としていない。ある例では、本願の出願時点の当業者には明らかであるように、特定の実施の形態との関連で説明された特徴、特性、および／または要素は単体で用いられてもよく、またはそうでないと特に断らない限り、他の実施の形態との関連で説明された特徴、特性、および／または要素との組み合わせで用いられてもよい。したがって、以下の請求の範囲で規定される本発明の精神および範囲から逸脱すること無く、形態や詳細の種々の変更がなされうることは、当業者には理解されるであろう。例えば、特定の例は内視鏡に向けられたが、同様の波長範囲および単一検出器要件を伴う他のイメージングシステム、例えばボアスコープと共に実施の形態を用いてもよい。
【図１】
2019113850.tif 000003
【図２】
2019113850.tif 000004
【図３】
2019113850.tif 000005
【図４】
2019113850.tif 000006
【図５】
2019113850.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019113850.tif 000009
【図８】
2019113850.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019113850.tif 000012
【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月25日(2019.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージングシステムで用いられるフィルタシステムであって、前記イメージングシステムはシステム開口とオブジェクトを像平面に結像させる光学システムとを有し、前記フィルタシステムはフィルタを備え、前記フィルタは、
前記フィルタの中央に設けられた第１フィルタ領域であって光の第１波長範囲および光の第２波長範囲を通す第１フィルタ領域と、
前記第１波長範囲を通し、かつ前記第２波長範囲を遮る第２フィルタ領域と、
前記フィルタシステムにおける前記第１フィルタ領域の有効サイズを変えるアジャスタと、を有するフィルタシステム。
【請求項２】
前記アジャスタは前記フィルタを軸空間において前記像平面に対して移動させる請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項３】
前記第２フィルタ領域は光軸の周りに設けられた複数のフィルタ部分を含み、
前記アジャスタは前記複数のフィルタ部分を径空間において移動させる請求項１または２に記載のフィルタシステム。
【請求項４】
前記フィルタは、そのなかに複数の第１フィルタ領域を有する基板を含み、
前記アジャスタは前記基板を径空間において移動させる請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項５】
前記アジャスタは前記フィルタを回転させる請求項４に記載のフィルタシステム。
【請求項６】
前記アジャスタは、画質に基づいて自動的に操作される請求項１から５のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項７】
前記アジャスタは手動で操作される請求項１から５のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項８】
前記第２フィルタ領域は周辺フィルタ領域である請求項１から７のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項９】
前記フィルタは、前記第１フィルタ領域と前記第２フィルタ領域との間の第３フィルタ領域を含み、
前記第３フィルタ領域は、前記第１フィルタ領域および前記第２フィルタ領域において前記第２波長範囲が通されるかまたは遮られるのとは異なるように、前記第２波長範囲を通すかまたは遮る請求項１から８のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項１０】
前記第３フィルタ領域は、前記第２波長範囲を前記第２フィルタ領域よりも多くかつ前記第１フィルタ領域よりも少なく通す請求項９に記載のフィルタシステム。
【請求項１１】
前記第３フィルタ領域は、前記第１フィルタ領域から前記第２フィルタ領域へ、前記第２波長範囲の透過を徐々に変える請求項９または１０に記載のフィルタシステム。
【請求項１２】
前記第３フィルタ領域は、前記第１フィルタ領域から前記第２フィルタ領域へ、前記第２波長範囲の阻止を増大させる請求項９から１１のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項１３】
前記第３フィルタ領域は、前記第２波長範囲を遮る第１部分と、前記第２波長範囲を通す複数の第２部分と、を含む請求項９から１２のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項１４】
前記第３フィルタ領域の前記第１部分の材料は前記第２フィルタ領域の材料と同じである請求項１３に記載のフィルタシステム。
【請求項１５】
前記第３フィルタ領域は前記第１波長範囲を通す請求項９から１４のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項１６】
前記フィルタは、前記第１波長範囲の点広がり関数と前記第２波長範囲の点広がり関数とを実質的に同等にする請求項１から１５のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項１７】
前記第１波長範囲と前記第２波長範囲とは部分的に重なり合う請求項１から１６のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項１８】
前記第１波長範囲と前記第２波長範囲とは重なり合わない請求項１から１６のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項１９】
前記フィルタは、前記イメージングシステムのシステム開口またはそのシステム開口の共役にまたはその近くに配置される請求項１から１８のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項２０】
前記フィルタは、前記イメージングシステムのシステム開口またはそのシステム開口の共役にまたはその近くに配置されるわけではない請求項１から１８のいずれか一項に記載のフィルタシステム。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載のフィルタシステムを備えるイメージングシステム。
【請求項２２】
請求項１から２０のいずれか一項に記載のフィルタシステムを備える内視鏡。
【外国語明細書】
2019113850000001.pdf