(57)【要約】  カメラを１つだけ使用して、遠隔物体の画像を、異なる複数のスペクトル領域において取得する光学的画像化システム及び関連する方法を提供する。このシステム及び方法は、利用可能な、又は装備されるカメラが１つだけでありながら、複数のスペクトル領域からの（同時又は連続する）情報が関心対象である用途に適応可能である。
2018514802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一画像化レンズを有する単一カメラを含み、前記単一カメラは、前記単一カメラセンサを使用する同じ視野からの２つ以上のスペクトルチャネルにおいて２つ以上の画像をキャプチャするように構成されている、
多波長ビームスプリッタ光学システム。
【請求項２】
近接場画像化及び遠距離場画像化の両方を行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
１ｃｍ×１ｃｍ以上の視野での遠距離場画像化を行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記単一カメラで撮影される前記２つ以上の画像は、互いの厳密な複製である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記２つ以上の画像は、前記試料からの空間解像度が同じであり、画素ごとに同一である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
画像取得中又は画像取得後に画像の位置合わせ及び／又は位置決めを必要とせずに動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
結果画像がぼやけないように前記軸外光線の発散を低減することが可能な、それぞれ複数の凸レンズ、ダイクロイックミラー、４５度反射器、及び干渉フィルタが組み込まれたレンズシステムを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
固定作動距離と調節可能な視野とを有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムの前記視野は、異なる複数の正方形アパーチャ及び／又は異なる複数の凸レンズを前記システムに組み込むことにより調節される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
正方形アパーチャを更に含み、前記正方形アパーチャのｚ軸位置及び向きは、光学的機械的マウント装置を使用して調節される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記光学的機械的マウント装置は、前記調節ステップを減らすことによって前記ビームスプリッタシステムの位置合わせを容易にするように構成されたＵ字形の三要素レンズマウントアセンブリを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
リアルタイム画像化を行うように構成されており、画像化手順において位置合わせを必要としない、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記２つ以上のスペクトルチャネルは、反射率画像化、レーザスペックル画像化、レーザドップラ画像化、近赤外蛍光画像化、及びこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記単一カメラは、複数の画像を同時にキャプチャすることにより、カメラの同期及び／又はトリガの可能性を下げる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
多波長ビームスプリッタ光学システムにおいて使用されるカメラであって、
単一画像化レンズを含み、前記カメラを使用する同じ視野からの２つ以上のスペクトルチャネルにおいて２つ以上の画像をキャプチャするように構成されている、前記カメラ。
【請求項１６】
前記カメラで撮影される前記２つ以上の画像は、互いの厳密な複製である、請求項１５に記載のカメラ。
【請求項１７】
前記２つ以上の画像は、前記試料からの空間解像度が同じであり、画素ごとに同一である、請求項１６に記載のカメラ。
【請求項１８】
前記２つ以上のスペクトルチャネルは、反射率画像化、レーザスペックル画像化、レーザドップラ画像化、近赤外蛍光画像化、及びこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１５に記載のカメラ。
【請求項１９】
複数の画像を同時にキャプチャすることにより、カメラの同期及び／又はトリガの可能性を下げるように更に構成された、請求項１５に記載のカメラ。
【請求項２０】
多波長ビームスプリッタ光学システムの動作方法であって、単一画像化レンズを有する単一カメラを使用する同じ視野からの２つ以上のスペクトルチャネルにおいて２つ以上の画像をキャプチャするステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によってその全開示内容が説明されているかのように本明細書に組み込まれている、２０１５年３月２３日に出願された米国特許仮出願第６２／１３６，８１５号、発明の名称「単一カメラを使用して遠隔物体を２つ以上のスペクトルチャネルで同時に画像化する為の多波長ビームスプリッタシステム（Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ａ  Ｄｉｓｔａｎｔ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｉｎ  Ｔｗｏ  Ｏｒ  Ｍｏｒｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃａｍｅｒａ）」の優先権を主張するものである。
【０００２】
著作権留保
本特許文書の開示の一部分は、著作権保護の対象となる素材を含む。著作権所有者のイーストカロライナ大学（Ｅａｓｔ  Ｃａｒｏｌｉｎａ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）（ノースカロライナ州グリーンヴィル）は、特許商標庁の特許ファイル又は記録に現れる限り、特許文書又は特許開示の何人による複製にも異議を唱えないが、それ以外では、全ての著作権を留保する。
【０００３】
本発明概念は、全般的には画像化に関し、特に、様々な画像化技術を用いて遠隔物体を画像化することに関する。
【背景技術】
【０００４】
光学的画像化用途によっては、同じ試料から得られる複数の画像を、それぞれのスペクトル特性に応じて、異なる波長領域において位置合わせしなければならない。これは、例えば、蛍光画像化用途や反射率画像化用途において必要になる場合がある。
【０００５】
典型的には、このような複数波長状況では、複数のカメラ及び／又はレンズアレイが使用され、各カメラ／レンズアレイは、離散的なスペクトル波長領域、即ち、波長範囲に対して構成される。しかしながら、２つのカメラ／レンズアレイを使用することは、幾つかの固有の不利点を有する場合がある。例えば、単一カメラでの画像化に複数のカメラレンズを使用する場合、試料（関心領域）は、各レンズから同じ角度から見られない場合がある。従って、１つのレンズを通して得られる空間情報は、それ以外のレンズから得られる空間情報の複製にならず、これら２つの画像の間には、画素対画素の空間相関が存在しない。更に、複数のレンズシステムを使用する場合、異なるカメラレンズを通る画像が同期オーバラップしない為、共通視野を見つける為にソフトウェア補正が必要な場合がある。一般に、ソフトウェア補正を行うと、画像処理や結果画像の表示が遅くなる。
【０００６】
同様に、光学設計において複数のカメラを使用しても、上述の角度及び角度補正の問題は残る。更に、これらのカメラは、データ収集の為に同期していなければならない場合があり、画素ごとに、異なる複数のスペクトルチャネルからの画像分析を実施しなければならない場合がある。この同期は、典型的には、データキャプチャの為の高度なトリガ機構を必要とし、これは、技術的に難題であるとともに、システム設計のコストを上昇させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明概念の幾つかの実施形態は、単一画像化レンズを有する単一カメラを含む多波長ビームスプリッタ光学システムを提供する。単一カメラは、その単一カメラを使用する同じ視野からの２つ以上のスペクトルチャネルにおいて２つ以上の画像をキャプチャするように構成されている。
【０００９】
別の実施形態では、本システムは、顕微鏡画像化及び遠距離場画像化の両方を行うように構成されてよい。
【００１０】
更に別の実施形態では、本システムは、１ｃｍ×１ｃｍ以上の視野での遠距離場画像化を行うように構成されてよい。
【００１１】
実施形態によっては、単一カメラで撮影される２つ以上の画像は、互いの厳密な複製であってよい。実施形態によっては、２つ以上の画像は、試料からの空間解像度が同じであってよく、画素ごとに同一であってよい。
【００１２】
別の実施形態では、本システムは、画像取得中又は画像取得後に画像の位置合わせ及び／又は位置決めを必要とせずに動作してよい。
【００１３】
更に別の実施形態では、本システムは更に、結果画像がぼやけないように軸外光線の発散を低減することが可能な、それぞれ複数の凸レンズ、ダイクロイックミラー、４５度反射器、及び干渉フィルタが組み込まれたレンズシステムを含んでよい。
【００１４】
実施形態によっては、本システムは、固定作動距離と調節可能な視野とを有してよい。
【００１５】
別の実施形態では、本システムの視野は、異なる複数の正方形アパーチャ及び／又は異なる複数の凸レンズを本システムに組み込むことにより調節されてよい。
【００１６】
実施形態によっては、本システムは更に、正方形アパーチャを含んでよい。正方形アパーチャのｚ軸位置及び向きが、光学的機械的マウント装置を使用して調節されてよい。
【００１７】
更に別の実施形態では、光学的機械的マウント装置は、ビームスプリッタシステムの位置合わせを容易にするように構成されたＵ字形の三要素レンズマウントアセンブリを含んでよい。
【００１８】
実施形態によっては、本システムは、リアルタイム画像化を行うように構成されてよく、画像化手順において位置合わせを必要としなくてよい。
【００１９】
別の実施形態では、２つ以上のスペクトルチャネルは、反射率画像化、レーザスペックル画像化、レーザドップラ画像化、近赤外蛍光画像化、及びこれらの任意の組み合わせを含んでよい。
【００２０】
更に別の実施形態では、単一カメラは、複数の画像を同時にキャプチャすることにより、カメラの同期及び／又はトリガを向上させることが可能である。
【００２１】
本発明概念の幾つかの実施形態は、多波長ビームスプリッタ光学システムにおいて使用されるカメラを提供し、このカメラは単一画像化レンズを含む。カメラは、そのカメラを使用する同じ視野からの２つ以上のスペクトルチャネルにおいて２つ以上の画像をキャプチャするように構成されてよい。
【００２２】
本発明概念の別の実施形態は、多波長ビームスプリッタ光学システムの動作方法であって、単一画像化レンズを有する単一カメラを使用する同じ視野からの２つ以上のスペクトルチャネルにおいて２つ以上の画像をキャプチャするステップを含む方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明概念の幾つかの実施形態による、単一カメラを使用して画像化を行うシステムを示す図である。
【図２】本発明概念の幾つかの実施形態による、単一デジタルカメラにより画像を同時にキャプチャする為の２波長光学ビームスプリッタを有する画像化システムの詳細図である。
【図３】本発明概念の幾つかの実施形態による、カメラレンズ及び正方形アパーチャアセンブリの為の光学的機械的マウントホルダを示す図である。
【図４Ａ】図２のビームスプリッタ及び電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラによりキャプチャされた検査試料の２つの同等の画像を示す図である。
【図４Ｂ】図２のビームスプリッタ及び電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラによりキャプチャされた検査試料の２つの同等の画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では、本発明概念の好ましい実施形態が示されている添付図面を参照しながら、本発明概念の実施形態をより詳細に説明する。しかしながら、本発明概念は、多様な形態で実施されてよく、本明細書において説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。全体を通して、類似の参照符号は類似の要素を参照する。図面では、階層、領域、要素、又は構成要素は、明確さの為に誇張されている場合がある。
【００２５】
本明細書において使用される術語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明概念の限定を意図していない。本明細書において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに矛盾する場合を除き、複数形も同様に包含するものとする。更に、当然のことながら、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」という語は、本明細書で使用された際には、述べられた特徴、整数、手順、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明記するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、手順、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらの集まりの存在又は追加を排除するものではない。本明細書では、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連付けられて列挙されたアイテムのうちの１つ以上のアイテムのあらゆる組み合わせを包含するものである。本明細書では、「ＸとＹとの間（ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｘ  ａｎｄ  Ｙ）」及び「およそＸとＹとの間（ｂｅｔｗｅｅｎ  ａｂｏｕｔ  Ｘ  ａｎｄ  Ｙ）」などの語句は、Ｘ及びＹを含むものとして解釈されたい。本明細書では、「およそＸとＹとの間（ｂｅｔｗｅｅｎ  ａｂｏｕｔ  Ｘ  ａｎｄ  Ｙ）」などの語句は、「およそＸとおよそＹとの間（ｂｅｔｗｅｅｎ  ａｂｏｕｔ  Ｘ  ａｎｄ  ａｂｏｕｔ  Ｙ）」を意味する。本明細書では、「およそＸからＹまで（ｆｒｏｍ  ａｂｏｕｔ  Ｘ  ｔｏ  Ｙ）」などの語句は、「およそＸからおよそＹまで（ｆｒｏｍ  ａｂｏｕｔ  Ｘ  ｔｏ  ａｂｏｕｔ  Ｙ）」を意味する。
【００２６】
特に定義されない限り、本明細書で使用されるあらゆる用語（技術用語及び科学用語を含む）の意味は、本発明概念が帰属する当該技術分野の当業者によって一般的に理解される意味と同じである。更に当然のことながら、語句、例えば、一般的に利用されている辞書において定義されている語句は、本明細書及び関連技術分野の文脈におけるそれらの語句の意味と整合性がある意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示的にそのように定義されない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味として解釈されるべきではない。よく知られている機能や構造については、簡潔さ及び／又は明確さの為に、詳細には説明されない場合がある。
【００２７】
当然のことながら、ある要素が別の要素に「接している」、「取り付けられている」、「接続されている」、「結合されている」、「接触している」などと言及された場合、その要素は、直接その別の要素に接しているか、接続されているか、結合されているか、接触していてよく、或いは、介在要素が存在してもよい。これに対し、ある要素が別の要素に、例えば、「直接接している」、「直接取り付けられている」、「直接接続されている」、「直接結合されている」、「直接接触している」と言及された場合、介在要素は存在しない。又、当業者であれば理解されるように、ある構造又は特徴が別の特徴に「隣接して」配置されていて、その構造又は特徴が言及された場合、その言及は、隣接する特徴と部分的に重なり合うか、隣接する特徴の下層となる部分を有してよい。
【００２８】
本明細書では、様々な要素、構成要素、領域、階層、及び／又は区画を説明する為に、第１の、第２の、などの用語を用いる場合があるが、当然のことながら、これらの要素、構成要素、領域、階層、及び／又は区画は、これらの語句によって限定されるものではない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、階層、又は区画を、別の要素、構成要素、領域、階層、又は区画と区別する為にのみ用いられる。従って、以下で説明される第１の要素、構成要素、領域、階層、又は区画は、本発明概念の教示から逸脱しない限り、第２の要素、構成要素、領域、階層、又は区画と呼ばれてよい。操作（又はステップ）の順序は、特に別の順序が示されない限り、特許請求の範囲又は図面に示された順序に限定されない。
【００２９】
「下に（ｕｎｄｅｒ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「下方の（ｌｏｗｅｒ）」、「上方の（ｏｖｅｒ）」、「上方の（ｕｐｐｅｒ）」などのような空間的相対的な語句は、本明細書では、図面に示されるような、１つの要素又は特徴と別の要素又は特徴との関係を説明する場合に説明を簡単にする為に使用している場合がある。当然のことながら、この空間的相対的な語句は、使用時又は操作時の器具の、図面で描かれる向きに加えて、それ以外の向きも包含するものとする。例えば、図面内の器具が反転された場合、別の要素又は特徴の「下に（ｕｎｄｅｒ）」又は「真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」あると記載された要素は、その別の要素又は特徴の「上に（ｏｖｅｒ）」方向づけられることになる。従って、例えば、「下に（ｕｎｄｅｒ）」という語句は、「上に（ｏｖｅｒ）」及び「下に（ｕｎｄｅｒ）」の両方の向きを包含しうる。本装置は、他の方向づけ（９０度回転又は他の方向づけ）が行われてよく、それに応じて、本明細書で使用された空間的相対的な記述子が解釈されてよい。同様に、「上方に（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」、「下方に（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「垂直方向の（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平方向の（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」などの用語は、本明細書では、特に断らない限り、説明のみを目的として使用される。
【００３０】
上述のように、２つ以上の波長を使用して試料を画像化する従来の方法及びシステムは、一般に、複数のカメラ及び／又はレンズアレイを使用するが、これによって、画像化プロセスは、より複雑になり、コストが上がる可能性がある。そこで、本発明概念の幾つかの実施形態は、カメラを１つだけ使用して、遠隔物体の画像を、異なる複数のスペクトル領域において取得する光学的画像化システム及び関連する方法を提供する。本発明概念の実施形態は、利用可能な、又は装備されるカメラが１つだけでありながら、複数のスペクトル領域からの（同時又は連続する）情報が関心対象である用途に適応可能である。従って、本発明概念の実施形態は、２つのカメラ／レンズアレイによるシステムで発生する、例えば、角度補正、データ取得の同期化などに関連する問題を回避できる。
【００３１】
後で図面を参照して詳述するように、本発明概念の幾つかの実施形態は、単一カメラレンズを使用して、遠隔試料からの画像をキャプチャする。単一レンズは、単一カメラと結合される。同じ画像化された試料のスペクトル情報は、同じカメラセンサの中の隣接する複数の領域に投影され、２つ以上の異なるスペクトルチャネルに分離／分割され、これは、本明細書において詳述するように、２つ以上の光路と、幾つかの光学素子とを含む。
【００３２】
次に図１を参照して、本発明概念の幾つかの実施形態による、単一カメラを含む画像化システムについて説明する。図１に示されるように、システム１００は、対象／試料１１０とカメラ１２０とを含み、カメラ１２０は、カメラレンズ１３０と、アパーチャ１４０と、レンズシステム１５０と、センサ１６０とを含む。カメラ１２０は、長方形のセンシング領域（アパーチャ）１４０を備える任意のデジタルカメラであってよい。実施形態によっては、アパーチャ１４０は、長さ対幅の比が１：１であり、これによって、２つの色チャネルからのほぼ同様（理想的には同一）の画像が、同じカメラセンサ１６０（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ）に隣り合って投影されることが可能である。図１は、本明細書に記載の実施形態によるシステムのハイレベルブロック図である。レンズシステム１５０は、単一カメラセンサを使用する多波長システムを可能にしており、これによって、２つのカメラ又は複数のレンズアレイシステムで発生する上述の問題は緩和される。以下では、図２を参照して、レンズシステム１５０について詳述する。
【００３３】
次に図２を参照して、本発明概念の幾つかの実施形態による、単一カメラセンサを使用する２波長画像化の為のビームスプリッタシステムの幾つかの実施形態を示す詳細ブロック図について説明する。図２に示されるように、システム２００は、対象／試料２１０とカメラ２２０とを含み、カメラ２２０は、カメラレンズ２３０と、アパーチャ２４０と、センサ２６０とを含む。図２に示されたシステム２００は更に、図１のレンズシステム１５０の詳細を示している。レンズシステムは、第１及び第２の凸レンズ、それぞれ２５１及び２５２と、第１及び第２のダイクロイックフィルタ、それぞれ２５３及び２５４と、第１及び第２の反射鏡、それぞれ２５５及び２５６と、凹レンズ２５９と、第１及び第２のバンドパス（ＢＰ）フィルタ、それぞれ２５５及び２５８と、を含む。以下では、レンズシステム２５０の動作について詳述する。
【００３４】
カメラ２２０はカメラレンズ２３０を含み、カメラレンズ２３０は、固定焦点距離が例えば８．５ｍｍである市販のカメラレンズであってよい。カメラレンズ２３０は、約３０ｃｍの距離Ｄにある試料からの光を収集する一次画像化素子として使用される。試料から発生する入射光は、ちょうどアパーチャ２４０の位置にある仮想画像面２４１に合焦する。この合焦光は、第１の画像面２４０から、焦点距離が例えば３０ｍｍである第１の凸光学レンズ２５１に中継される。実施形態によっては、第１の凸光学レンズ２５１は、光路に沿って第１の画像面２４１からちょうど３０ｍｍの距離に配置され、これによって、第１の画像面から出た光は、第１の凸光学レンズ２５１を通り抜けたところで平行になる。平行になった光は第１のダイクロイックフィルタ２５３を通り抜けるが、ここでは、図２に示されるように、スペクトル範囲が異なる光線同士が最初に分離されて、別々の色チャネルに入る。第１のダイクロイックフィルタ２５３は、光路に対して４５度の角度で配置されており、これによって、ダイクロイックのカットオフ波長より波長が長い光子は、入射ビームの直接路に沿って伝搬し、ダイクロイックのカットオフ波長より波長が短い光子は、入射光の元の方向に垂直な方向に曲がる。
【００３５】
波長が長い光ビームは、第２のダイクロイックフィルタ２５４に向かって曲がる。第２のダイクロイックフィルタ２５４は、スペクトル範囲が異なる光ビーム同士のコンバイナとして動作する。第２のダイクロイックフィルタ２５４は、スペクトル特性が第１のダイクロイックフィルタ２５３の逆である。その為、第２のダイクロイックフィルタ２５４は、そのカットオフバンドより波長が短い光を通過させ、波長が長い光を反射する。従って、波長が長い光ビームは、カメラセンサ２６０に向かうように方向を変えられる。第１のダイクロイックフィルタ２５３によって曲げられた、波長が短い光ビームは、入射光路に対して大まかに４５度の角度で配置された反射鏡２５７によって、第２のダイクロイックフィルタ２５４に向かうように方向を変えられる。光ビームの色収差補正を調節する為に、２５７と２５４との間に特注の凹レンズ２５９が配置されている。この光ビームは、第２のダイクロイックフィルタ２５４を通り抜けて、カメラセンサ２６０に投影される。第２のダイクロイックフィルタ２５４の後の光路に、固定焦点距離が例えば６０ｃｍである第２の凸レンズ２５２が配置されており、第２の凸レンズ２５２は、異なる波長の入射光をカメラセンサ２６０に再合焦させる。関心対象スペクトル内の光を通し、他の光ノイズをブロックする為に、波長が長いビームの光路に第１のバンドパスフィルタ２５８が配置されており、波長が短いビームの光路に第２のバンドパスフィルタ２５５が配置されている。
【００３６】
当然のことながら、本発明概念の実施形態によっては、このビームスプリッタシステムは、適切な光学素子を慎重に選択することにより、例えば広視野画像化や顕微鏡画像化を含む、任意の光学的画像化セットアップに適応可能である。更に、本発明概念の実施形態は、２波長チャネルのみの光学的画像化に限定されない。例えば、本発明概念の実施形態は、本発明概念の範囲から逸脱しない限り、追加のダイクロイックフィルタ、反射器、及び適切な色補正レンズをセットアップに組み込むことにより、任意の数の波長チャネルに拡張可能である。
【００３７】
実施形態によっては、鏡、フィルタ、ダイクロイックフィルタ、及びレンズの位置や角度を調節することにより、２つの視野のよりよい並び、及びよりよい画質を達成して、異なる波長の異なる光学特性を吸収することが可能である。
【００３８】
実施形態によっては、試料の最適物体距離が３０ｃｍであってよい。これらの実施形態では、画質を顕著に悪化させないように試料を３０ｃｍ±５ｃｍの範囲で動かすことにより、大きな対象に対応すること（対象をカメラレンズから遠ざけること（物体距離＞３０ｃｍ））又は小さな対象に対応すること（対象をカメラレンズに近づけること（物体距離＜３０ｃｍ））が可能である。
【００３９】
当然のことながら、本発明概念の実施形態は、図２に示されたレンズシステム２５０の構成に限定されない。本明細書に記載の範囲から逸脱しない限り、本発明概念の実施形態を促進する為に他の構成が用いられてよい。
【００４０】
次に図３を参照して、本発明概念の幾つかの実施形態による２波長ビームスプリッタの配列について説明する。図３に示されるように、幾つかの実施形態によるカメラシステムは、カメラレンズ１３０、２３０のマウントを容易にするカメラレンズマウント固定具３８０と、正方形アパーチャ１４０、２４０と、合焦レンズ（凸レンズ２５２）とを含んでよい。図示されるように、カメラレンズマウント３８０は、カメラレンズマウント（Ａ）と、アパーチャマウント（Ｂ）と、合焦レンズマウント（Ｃ）とを含む。実施形態によっては、レンズマウント３８０（光学的機械的マウント装置）は、図３に示されたようにＵ字形であってよいが、当然のことながら、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されない。
【００４１】
この光学システムにおいて遠隔物体の２つの同一画像を生成する為には、光学素子群を正しく位置合わせしなければならない。この位置合わせ方法では、最初に正方形アパーチャ１４０、２４０を位置合わせしなければならない。有効焦点距離（ＥＦＬ）が６０ｍｍである第２の凸レンズ２５２は、カメラセンサ２６０がちょうどその焦点距離にあるように配置され、これは、１０ｍ以上離れている遠隔物体にカメラを向けて明瞭且つ鮮鋭な画像を形成することによって行われる。その後、正方形アパーチャ１４０、２４０は、光軸に沿って動かされ、（例えば、ＥＦＬが３０ｍｍであってよい）第１の凸レンズの焦点にちょうど位置したときにカメラセンサ２６０に鮮鋭な画像が形成される。
【００４２】
図３に示されるように、カメラレンズ１３０、２３０は、「Ａ」にマウントされ、約３０ｃｍ離れている検査試料の鮮鋭な画像がカメラセンサ２６０に形成されるまで、光軸に沿って動かされる。カメラレンズマウント「Ａ」と凸レンズマウント「Ｃ」とがＵ字形ホルダに固定されており、アパーチャマウントは、「Ａ」及び「Ｃ」に接続されていて、その厳密な位置を見つける為に、光軸に沿って自由にずらすことが可能であり、その際、マウントアセンブリ全体の向きを変える必要はない。
【００４３】
次に図４Ａ及び図４Ｂを参照して、図３のビームスプリッタ及びカメラでキャプチャされた検査試料の２つの同等の画像について説明する。図４Ａ及び図４Ｂに示された、本発明概念の実施形態では、各図面単独（４Ａ及び４Ｂ）の視野（ＦＯＶ）が８ｃｍ×８ｃｍであり、物体距離は３０ｃｍである。動作時には、１つの画像が最初に生成され、この画像は、両反射鏡２５６及び２５７のノブを調整することにより、カメラセンサ２６０の中心に投影される。第１の反射鏡２５６の向きは、波長が長いチャネルからの画像がカメラセンサ２６０の左半分に正確に投影されるように、慎重に調整される。その後、波長が短いチャネルからの画像がカメラセンサ２６０の右半分に正確に投影されるように、第２の反射鏡２５７の向きが慎重に調整される。これら２つの画像は更に、本発明概念の幾つかの実施形態による位置合わせアルゴリズムにより、画素レベルまで位置合わせされることが可能である。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、最後の２つの画像は、空間的に互いの厳密なコピーであり、画素ごとに分析可能である。
【００４４】
既に簡単に述べたように、本発明概念の幾つかの実施形態はビームスプリッタシステムを提供し、ビームスプリッタシステムは、単一光軸を有する画像化レンズアセンブリと、入射光を異なる複数のスペクトルチャネルに分離するダイクロイックミラーと、幾つかの、角度が付いた反射面と、幾つかの干渉フィルタとを含み、これらは、周囲光を遮断する光学ケージに封入される。画像化センサに投影される所望の視野を定義する為に、画像化レンズと第１の凸レンズとの間に、固有の正方形光学アパーチャが配置される。
【００４５】
本明細書に記載の、本発明概念の実施形態は、定義された光学ビームスプリッタが、長方形のセンシング領域と（顕微鏡対物を含む）単一画像化レンズとを有する標準的なデジタルカメラとともに使用されることを可能にする。実施形態によっては、画像化レンズは、カメラに到達可能な光量を調節する為の、調整可能な絞りを有し、この光量がキャプチャ画像の輝度を決定する。
【００４６】
本明細書に記載のビームスプリッタ装置は、市販のビームスプリッタが様々に改造されて、近接場画像化の為に顕微鏡対物とともに使用可能であり、又、広視野画像化の為に一般カメラレンズとともに使用可能である。従来のビームスプリッタが顕微鏡用途向けに設計される場合には、調査する対象物からの入射光線を収集する為に顕微鏡対物が使用され、視野がわずか数ミリメートルである。試料は、顕微鏡対物の焦点面に配置され、これにより、対物距離は１ミリも離れておらず、顕微鏡対物の後の光線群は光軸にほぼ平行である（軸上光線）。従って、従来のビームスプリッタでは、光線の総経路長は考慮されず、光学素子は大まかに配置されてよい。
【００４７】
遠距離場画像化の為に従来のビームスプリッタ設計が一般カメラレンズとともに適用される場合は、入射光線の大部分がもはや光軸に平行ではなく（軸外光線）、結果として得られる画像は、軸外光線に起因して、ぼやけやすい。そこで、上述のように、本発明概念の実施形態は、従来のシステムとは本質的に異なる、同時多波長画像化の為のビームスプリッタ設計を提供する。本発明概念の実施形態によっては、総光路長は設計における最大の関心事であり、凸レンズ、ダイクロイックミラー、反射器、及び発光フィルタは、全てが隙間なく慎重に設計及び最適化され、これにより、軸外光線の伝搬方向の、軸外光線の総経路長が短縮されるか、場合によっては最小化される。軸外光線は、第２の凸レンズによってカメラに再合焦し、その後、カメラセンサの隣接する２つの領域に明瞭な画像を形成することが可能であるように、光学レンズの周辺部に発散する。更に、別の反射器ではなく第２のダイクロイックミラーを使用することにより、両波長の光が結合され、軸外光線の総経路長が更に短縮されるか、場合によっては最小化されて、画像がより明瞭になる。
【００４８】
対象物の波長依存の光学的形状を調査する場合、カメラのセンシング領域は、２つ以上のスペクトル領域にまたがって感光性でなければならない。同じ対象のｎ個の同等画像を最大視野でキャプチャできるように、センサは、幾何比ｎ：１を満たす。但し、ｎは取得するスペクトル波長の数である。
【００４９】
図面及び明細書において、本発明概念の例示的実施形態を開示してきた。具体的な用語を使用したが、それらは、限定目的ではなく、一般的且つ説明的な意味でのみ使用しており、本発明概念の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。
【図１】
2018514802.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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