JP2005518038A - 画像取得表示装置 - Google Patents

Abstract

画像取得表示のための装置および方法であって、スキャニングイメージキャプチャ手段とスキャニングイメージディスプレイ手段を同期的に制御するシステムを用い、ボアスコープやエンドスコープのような光学機器に関連して示される。装置（１０）は、物体から光を受けてその出力表現を作るスキャニングイメージキャプチャ手段（３２）を含む。増幅手段（４６）は、出力を増幅し、物体画像を生成可能なスキャニングイメージディスプレイシステム（５２）に光を供給する光源（４８）を駆動する。制御手段（５６）は、スキャニングイメージキャプチャ手段（３２）とスキャニングイメージディスプレイ手段（５２）の動作を同期させる。このようにして、本発明はリアルタイムで高画質な画像取得表示システムを提供する。

Description

本発明は、スキャニングシステム（scanning system）、特に、スキャニングイメージキャプチャ手段（scanninig image capture means）とスキャニングイメージディスプレイ手段（scanning image display means）を同期的に制御するシステムを用いて画像の取得と表示を行うための装置および方法に関する。実用的な応用として、ボアスコープ（borescope）やエンドスコープ（endscope）のような光学器械に関連して説明する。

ボアスコープのような従来の光学器械においては、画像は一列のレンズを介して、直接的に観察者の目や、スクリーン表示機器の接眼レンズに据え付けられたカメラに伝送される。一方、ＣＣＤのようなビデオ画像変換デバイスは、画像を直接取得して表示スクリーンに転送する機器の末端に組み込まれる。

このような従来のシステムの不利な点は、観察対象の物体（object）が充分に照明されなくてはならないがゆえに、この照明を行うための手段が追加的に必要とされることである。もし、画像取得のためにカメラやＣＣＤを使うのならば、モニタやＬＣＤスクリーンのような表示手段もまた必要である。

本発明は物体画像取得表示装置を提供する。この装置は、物体から光を受け、それの表現を出力可能なスキャニングイメージキャプチャ手段と、その出力を増幅する増幅手段と、その増幅された出力により駆動され、物体の画像を生成可能なスキャニングイメージディスプレイシステムに光を提供する光源と、スキャニングイメージキャプチャ手段とスキャニングイメージディスプレイ手段の制御を同期させる制御手段を含む。

この態様によれば、本発明はリアルタイムで高解像度の画像を取得表示するためのシステムを提供する。

より好ましくは、この装置は更に物体を照明する手段を含んでもよい。

照明手段は、少なくとも一つのＬＥＤまたはレーザーダイオードを含んでもよい。

このスキャニングイメージキャプチャ手段は、より好ましくは、物体を観察する方向に走査する手段と、物体から光を受けてそれを出力に変換する検出手段を含んでもよい。

観察する方向に走査する手段は、互いに垂直な二つの軸の周りを回転するように取り付けられた少なくとも一つのリフレクタ（reflector）を備えてもよい。

その、または、各リフレクタは照明手段から光を受けて、照明のため、物体上にその光を走査させると都合がよい。

照明手段は、赤、緑、青色光に分離されたビームを提供し、さらには、その分離されたビームを結合させる手段を含んでもよい。

より好ましくは、スキャニングイメージディスプレイ手段は、互いに垂直な二つの軸の周りを回転するように取り付けられた少なくとも一つのリフレクタと、その、または、各リフレクタへ光を提供する光源を含んでもよい。

スキャニングイメージディスプレイ手段の光源は、少なくとも一つのＬＥＤまたはレーザーダイオードを含んでもよい。

この光源は、赤、緑、青色光に分離されたビームを提供し、さらには、分離されたビームを結合させる手段を含んでもよい。

より好ましい実施形態では、スキャニングイメージディスプレイ手段は、観察者の目の網膜上を直接走査可能である。

この場合、スキャニングイメージディスプレイ手段は、さらに、フォーカス手段を含んでもよい。

本発明はまた、上記したような画像の取得および表示のための装置を含むボアスコープを提供する。

ボアスコープは、好ましくは、物体を照明するために光を伝送する少なくともひとつの光ファイバを含む。

ボアスコープは、好ましくはまた、物体から受けた光を検出手段に伝送する少なくとも一つの光ファイバを含む。

本発明は、また、物体の画像を取得して表示する方法を提供する。この方法は、スキャニングイメージキャプチャ手段と共に物体から光を検出してその検出された光の出力表現を行うステップと、その出力を増幅するステップと、増幅された出力を使ってスキャニングイメージ表示手段に物体画像を生成せしめるステップと、スキャニングイメージキャプチャ手段とスキャニングイメージディスプレイ手段を同期的に制御するステップと、を含む。

本発明は、付属する図面を参照しつつ、単なる例示としてその詳細が説明される。
図１は、本発明におけるイメージ取得表示システムを示すブロック図である。
図２は、本発明を具体化して組み込むボアスコープの概要図である。
図３は、図２のボアスコープ遠端の拡大図である。

単一検出器のレーザスキャニング法による画像取得は既知の技術である。この技術は多くのやり方で実現される。たとえば、予め照明された光景を見る場合、単一光学システムは検出器の前の小さなピンホールに物体光景（object scene）の画像を形成してもよい。ピンホールは、実際上、光景の小さな所定領域を選択したり、解像するために供される。それから、スキャニングシステムは、隣接する画素が検出器からの信号として継続的に取得されるように観察方向を走査するために供される。これらの信号は、後の使用のために蓄積されたり、標準ビデオ信号（standard video signal）を生成するために適切に処置される。もし物体が照明を必要とすれば、そのときには、物体を横断する強くフォーカスされたレーザビームで走査することによりこれがなされ、レーザスポット自体がピンホールの代わりに空間解像を成す。

別の既知概念は、たとえば、ビデオ出力信号から画像を表示するのためのスキャン表示のそれである。入力ビデオ信号は、スクリーンに画像を生成するためにラスタスキャンされるようにレーザービームの強度を調整するために処理されて使用される。これは電子ビームが同様に走査され画像表示のために燐光スクリーンを横切るように調整される従来の陰極線管と似ている。

これらの原理を結びつける本発明に関連するシステムの一般的なレイアウトは、図１に示される。スキャニングシステムは、単一の検出器を横切る光を走査することにより物体光景の画像を取得するために使われる。検出信号は増幅され、直接的に適切なスキャニングディスプレイシステムの光源、たとえばレーザーダイオードやＬＥＤに調整信号を送るために使用される。

スキャニングディスプレイシステムは、モニタやＬＣＤ画面に画像を提供する。一方、網膜スキャニングディスプレイシステムが使われて、別のモニタやスクリーンを不要としてもよい。この場合、スクリーンへレーザービームを走査する代わりに、調整されたビームが、画像を観察する感覚を与えるために目の網膜に対して直接に走査されてもよい。網膜スキャニングの有利な点は、大きくて明るくて高解像度の画像を、低い電力の照明しか必要としない比較的シンプルな光学システムで提供できることである。

このシステムの鍵は、スキャニングイメージシステムをスキャニングディスプレイシステムと同期するように駆動することにある。イメージスキャニングシステムの検出器からの信号は、増幅され、画像を走査するレーザーやＬＥＤの為の調整信号を提供する。

システムは、フルカラーでの画像生成が可能ではあっても、もしそれで充分であればモノクロ画像を提供してもよい。これを達成するために、一つの方法は、赤、緑、青の基本色に３分割された光のビームを使うことである。これらは、物体を横切って走査するために結合される。物体からの反射光は、適当なフィルタを通されて、走査された物体の基本色成分を検出するために分離された検出器に至る。３つの検出器からの出力は、スキャニングイメージシステムでの使用の為に再結合されるべき赤、緑、青の光を提供する３つの光源を調整するために使われる。図１の本発明におけるシステムのひとつの実践的な応用は、図２や図３に示すようなボアスコープである。ボアスコープ１０は、たとえば、ガスタービンエンジンのような調査すべき機械部品の中に挿入可能な延長挿入チューブ１２を含む。ハウジング１４は、挿入チューブ１２の近端に据え付けられる。ハウジングは、観察者が覗き込むための接眼レンズ１６を含む。挿入チューブ１２の遠端は、側方を見ることも可能であるが、この例では前方を見るためのビューウィンドウ（viewing window）１８を含む。

光源２０は、典型的には、ＬＥＤや、レーザダイオードが赤、緑、青の３つの光ビームを作って、カラーイメージングシステムに提供する形式にて、ハウジング１４内において提供される。ビームは、スペクトルに応じて分離されたミラーと、フィルタアセンブリ２１によって結合され、挿入チューブ１２の遠端へ伝送するための光学ファイバ２４の端の第１レンズ２２によりフォーカスされる。

挿入チューブ１２の遠端は、図３に最良の形態を示す。図のように、光ファイバ２４から放たれた光は、レンズ２６とビーム分光器２８を通り、スキャニングリフレクタ３２にビームを向ける第１反射器３０に至る。スキャニングリフレクタ３２は、互いに垂直な２つの軸周りを回転するように取り付けられる。第１の軸は、図面に直交し、矢印が示す方向に回転する。第２の軸は、図面に平行する。

スキャニングリフレクタ３２は、ビュウィンドウ１８の中の光を物体光景に向け、光景を横切ってビームを走査するために２つの軸を適当に回転する。物体光景から散乱された光の中には、ビュウィンドウ１８を通ってボアスコープ１０に戻り、スキャニングリフレクタ３２と第１リフレクタ３０によりビーム分光器２８へ戻るように向きを変えられるものもある。これは、帰ってきた光を第２リフレクタ３４に向ける。第２リフレクタ３４は、第２焦点レンズ３６に光を通過させ、ハウジング１４へ伝送するために光ファイバ３８に投入する。

図２にもどると、帰ってきた光ビームは第３レンズ４０を通り、検出器４４により検出される赤、緑、青成分にビームを分離すべきスペクトルに応じた選択フィルタとミラーアセンブリ４２を通り抜ける。検出された信号は増幅器４６により増幅され、ＬＥＤやレーザダイオードが赤、緑、青のビームを作って、再びスキャニングディスプレイシステムに提供する形式で光源４８を制御するために使われる。スキャニングディスプレイビームは、それらを結合させるスペクトルに応じた選択ミラーとフィルタアセンブリ５０を経由して、互いに直交する２軸の周りを回転可能に取り付けられたスキャニングリフレクタ５２に至る。スキャニングリフレクタ５２は、フォーカス目的のレンズシステム５４を通って、直接観察者の目の網膜に至るディスプレイビームを走査するように操作される。

それぞれ、画像取得および表示のためのスキャニングリフレクタ３２および５２は、制御手段５６により同期的に制御される。これにより、観察者はリアルタイム同様にカラーかつ高解像度にて大きくて明るい画像を見ることができる。物体光景を外部から照明する必要が無く、比較的単純な電子制御だけが必要とされるに過ぎない。

このシステムは、画素解像度を落とすことなくズームする機能をもつ。これは、単に、機器の遠端にあるリフレクタ３２のスキャニング増幅を変えるだけでできる。

賢明な読者であれば、請求項の範囲から外れることなく、上記したシステムに対して多くの調整やバリエーションが可能であると理解するであろう。たとえば、１以上の回転可能なリフレクタがスキャニングイメージキャプチャシステムやスキャニングイメージディスプレイシステムに用いられてもよい。照明光源および検出増幅器の双方または一方と、ディスプレイ光源が、ハウジング側の近端ではなくスコープの遠端にて設置されれば、１、２の光ファイバの必要性をなくすこともできる。先述の実施例は１つの接眼レンズをもつが、システムはステレオ視のために２つの接眼レンズが設置されるようにされてもよい。網膜スキャニングシステムは自己内蔵システムとして提供されるから好適な実施例であるといえるが、ボアスコープはまた、カメラのアタッチメントであってもよいし、従来的なスクリーンへの画像表示のためのＣＣＤを組み込んでもよい。

本発明におけるイメージ取得表示システムを示すブロック図である。 本発明を具体化して組み込むボアスコープの概要図である。 図２のボアスコープ遠端の拡大図である。

Claims (16)

1. 物体から光を受けて、それの表現を出力可能なスキャニングイメージキャプチャ手段と、
   その出力を増幅する増幅手段と、
   その増幅された出力によって駆動され、物体画像を生成可能なスキャニングイメージディスプレイシステムに光を提供する光源と、
   前記スキャニングイメージキャプチャ手段と前記スキャニングイメージディスプレイ手段の制御を同期させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする物体画像取得表示装置。
2. 物体を照明する照明手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の物体画像取得表示装置。
3. 前記照明手段は、少なくとも一つのＬＥＤかレーザーダイオードを含むことを特徴とする請求項２に記載の物体画像取得表示装置。
4. 前記スキャニングイメージキャプチャ手段は、
   物体上を観察方向に走査する手段と、
   物体から光を受けて、出力に変換する検出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の物体画像取得表示装置。
5. 前記観察方向に走査する手段は、互いに直交する２軸の周りを回転可能に取り付けられた少なくとも一つのリフレクタを含むことを特徴とする請求項４に記載の物体画像取得表示装置。
6. その一つの、または、各リフレクタは、前記照明手段から光を受けて、照明のため、物体上にそれを走査させることを特徴とする請求項５に記載の物体画像取得表示装置。
7. 前記照明手段は、赤、緑、青の光に分離されるビームを提供し、
   更に、その分離されたビームを結合させる手段を備えることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の物体画像取得表示装置。
8. 前記スキャニングイメージディスプレイ手段は、
   互いに直交する２軸を回転可能に取り付けられた少なくとも一つのリフレクタと、
   その一つの、または、各リフレクタに光を提供する光源と、
   を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の物体画像取得表示装置。
9. 前記スキャニングイメージディスプレイ手段の前記光源は、少なくとも一つのＬＥＤかレーザーダイオードを含むことを特徴とする請求項８に記載の物体画像取得表示装置。
10. 前記光源は、赤、緑、青の光に分離されるビームを提供し、
    更に、その分離されたビームを結合させる手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の物体画像取得表示装置。
11. 前記スキャニングイメージディスプレイ手段は、観察者の目の網膜の上を直接的に走査するよう制御可能であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の物体画像取得表示装置。
12. 前記スキャニングイメージディスプレイ手段は、更にフォーカス手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の画像取得表示装置。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の画像取得表示のための装置を含むボアスコープ。
14. 物体を照明するための光を伝送する少なくとも一つの光ファイバを含むことを特徴とする請求項１３に記載のボアスコープ。
15. 物体から受けた光を前記検出手段に伝送する少なくとも一つの光ファイバを含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載のボアスコープ。
16. スキャニングイメージキャプチャ手段と共に物体からの光を検出して、その検出された光の出力表現を行うステップと、
    その出力を増幅するステップと、
    増幅された出力を用いてスキャニングイメージディスプレイ手段に物体画像を生成せしめるステップと、
    スキャニングイメージキャプチャ手段とスキャニングイメージディスプレイ手段を同期的に制御するステップと、
    を備えることを特徴とする物体画像取得表示方法。

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