JP2003163938A - 画像入力装置 - Google Patents

画像入力装置

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茂博 宮武
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勝 宮本
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耕一 石田
Takashi Morimoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で、より小型，高精細でしかもカラ
ー化を図った画像入力装置を提供する。 【解決手段】単一平面の光電変換素子と、複数の結像ユ
ニットが配列された結像ユニットアレイとを有し、その
結像ユニットアレイにより、前記光電変換素子上の異な
る位置にそれぞれ前記結像ユニット毎に光束を結像する
画像入力装置であって、前記結像ユニット毎に前記結像
する光束の光路を規制する隔壁を備え、略同一範囲から
の光束をその結像ユニット毎に異なる視点から見た状態
で結像させる画像入力装置において、前記各結像ユニッ
トに対応させてカラーフィルタを配置した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の微小結像光
学系により画像を形成する画像入力装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報伝達メディアの発達に伴う高
度情報社会の到来により、様々な情報を効率的且つ即時
に取得することが強く望まれてきている。その中で、画
像情報が占める割合は極めて大きく、その記録，保存が
高度な情報処理活動を行う上において重要な役割を果た
している。そうした記録，保存は、従来より写真カメ
ラ，ビデオカメラ等により行われているが、これらの各
構成要素を小型化することによるそれぞれの装置の小型
化には限界があるので、常時携帯を実現可能とするほど
小型化するためには、新たな構成に基づく小型の画像入
力装置の開発が必要であり、また期待されている。
【０００３】このような画像入力装置の小型化を図る構
成として、従来より、複数の微小レンズの集合によるレ
ンズアレイを用いる方法が知られている。これは、昆虫
の視覚系に見られるいわゆる複眼を応用した方式であ
り、単眼結像系に比べてより少ない占有体積で、広視野
で且つ明るい光学系を実現できるものである。
【０００４】このような従来の画像入力装置としては、
例えば特開２００１−６１１０９号公報に記載されてい
る如く、単一平面受光素子アレイを、各微小レンズに対
応させた領域に分割し、各領域には複数の受光素子が含
まれるようにして、更に各レンズからの光信号が混信し
ないように隔壁を設けた、薄型画像入力装置の構成のも
のが、本出願人らにより開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開２００１−６１１０９号公報に記載されている構成に
おいては、入力される画像の色再現（カラー化）までは
言及されていなかった。本発明は、このような点に鑑
み、簡単な構成で、より小型，高精細でしかもカラー化
を図った画像入力装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、単一平面の光電変換素子と、複数の結
像ユニットが配列された結像ユニットアレイとを有し、
その結像ユニットアレイにより、前記光電変換素子上の
異なる位置にそれぞれ前記結像ユニット毎に光束を結像
する画像入力装置であって、前記結像ユニット毎に前記
結像する光束の光路を規制する隔壁を備え、略同一範囲
からの光束をその結像ユニット毎に異なる視点から見た
状態で結像させる画像入力装置において、前記各結像ユ
ニットに対応させてカラーフィルタを配置したことを特
徴とする。また、前記カラーフィルタを前記隔壁に設け
たことを特徴とする。
【０００７】或いは、単一平面の光電変換素子と、複数
の結像ユニットが配列された結像ユニットアレイとを有
し、その結像ユニットアレイにより、前記光電変換素子
上の異なる位置にそれぞれ前記結像ユニット毎に光束を
結像する画像入力装置において、前記光電変換素子上の
連続する所定範囲に対応させて、同一特性のカラーフィ
ルタを配置したことを特徴とする。また、前記所定範囲
は前記各結像ユニットの結像範囲であることを特徴とす
る。
【０００８】そして、前記各結像ユニット周辺の光束を
遮光する遮光マスクを設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。本発明の画像入力装
置は、基本的に微小レンズアレイ，隔壁，及び受光素子
アレイで構成される。ここでの特徴は、微小レンズアレ
イの一つの微小レンズに対して、受光素子アレイの複数
の受光素子が対応し、また、隔壁の一格子部分が対応し
ていることである。そして、これらが信号処理単位（ユ
ニット）を形成している。各ユニット間は、互いに隣接
する微小レンズからの光信号の侵入を防ぐために、隔壁
で分離され、光路を規制されている。ここでは微小レン
ズアレイにより、複数の個眼像を取得し、これらを電子
的に後処理することで、解像度の高い再構成画像を得
る。
【００１０】図１は、ユニットの配置例を示す図であ
る。同図はユニット数が画面上で水平方向にＭ個、垂直
方向にＮ個の場合を示している。また図２は、各ユニッ
トにおける受光セルの配置例を示す図である。同図は受
光セル数が水平方向にｍ個、垂直方向にｎ個の場合を示
している。各図に示した構成から、水平方向Ｍ×ｍ画
素，垂直方向Ｎ×ｎ画素に相当する再構成画像を最も簡
単に得るためには、例えば画素信号を以下の式に示すよ
うに並べ替えればよい。
【００１１】即ち、再構成画像の座標を（ｘ，ｙ）とす
れば、ユニット（Ｉ，Ｊ）における（ｉ，ｊ）画素の信
号を、 ｘ＝Ｍ（ｉ−１）＋Ｉ ｙ＝Ｎ（ｊ−１）＋Ｊ に再配置すればよい。これについて以下に説明する。
【００１２】図３は、被写体上での各ユニット及びその
受光セルの対応関係を模式的に示す図である。同図では
水平方向をｘ方向として代表させて描いてある。また、
同図ではＭが４個即ちＩ＝１〜４までの場合を示してい
る。同図に示すように、Ｉ＝１〜４の各ユニットの被写
体における撮像範囲を、ピッチＤずつｘ方向にずらして
配置し、各ユニットにおけるｉ＝１の受光セルの被写体
上での対応位置をそれぞれｘ＝１〜４とする。ｘの値は
各マス目中に記入している。
【００１３】同様にして、各ユニットにおけるｉ＝２の
受光セルの被写体上での対応位置をそれぞれｘ＝５〜８
とする。このとき、ｘ＝４の受光セルの対応位置からｘ
方向にＤピッチ進んだ位置が、Ｉ＝１，ｉ＝２、即ちｘ
＝５となるように配置してある。以下、同様にして、ｘ
＝９〜１２，ｘ＝１３〜１６，ｘ＝１７〜２０，…とい
うように配置する。また、ｙ方向に関しても同様の配置
となる。以上のような配置方法を一般的に示したものが
上述の式である。これにより、最も簡単な信号処理で再
構成画像を得ることができる。
【００１４】ちなみに、ｘ或いはｙ方向における、ユニ
ット即ち微小レンズの個数をμ（上記の例では４）、装
置の倍率をｍ、画素ピッチをｓとおくと、以下の式が成
り立つ（図３参照）。 μＤ＝ｍｓ 実際は、以上のような配置方法に限定されるものではな
く、様々な画像再生アルゴリズムが使用可能である。
【００１５】図４は、本発明の一実施形態の画像入力装
置における、各ユニットに対応するカラーフィルタの配
置例を示す図である。本実施形態では、原色フィルタを
用いており、ユニットの半数が緑フィルタ（Ｇ）によっ
て占められている。そして、残りの半数が赤フィルタ
（Ｒ）と青フィルタ（Ｂ）に割り振られ、これらはいわ
ゆる市松模様状を成している。
【００１６】従来の単板カラーイメージセンサでは、各
受光セルにカラーフィルタが配置されるが、本発明を用
いたカラーイメージセンサでは、複数の受光セルからな
る各ユニットにカラーフィルタが配置される。このよう
に配置することによって、カラーフィルタの微細加工が
不要になるのみならず、上記のような信号処理の結果、
従来のカラーイメージセンサと同等の信号が得られるこ
とになる。従来では、カラーフィルタの大きさが画素ピ
ッチに相当していたが、本発明では、カラーフィルタの
大きさが微小レンズピッチに相当する。ちなみに、画素
ピッチは数ミクロン程度であり、微小レンズピッチは数
百ミクロン程度である。
【００１７】即ち、上述したような再配置を行えば、再
構成された画像では、いわゆるベイヤー配列を用いた原
色単板カラーイメージセンサと同等の信号が得られるこ
とになる。このベイヤー配列とは、緑フィルタを通過し
た信号が市松模様状に存在し、残りを青フィルタを通過
した信号と赤フィルタを通過した信号とが交互に水平に
並ぶものである。
【００１８】図５は、本発明の他の実施形態の画像入力
装置における、各ユニットに対応するカラーフィルタの
配置例を示す図である。本実施形態では、補色フィルタ
を用いており、各ユニットいずれかにシアン（Ｃｙ），
黄（Ｙｅ），緑（Ｇ），及び透明（Ｗ）のフィルタがそ
れぞれ割り振られている。この場合も上記原色フィルタ
を用いた場合と同様にして、補色単板カラーイメージセ
ンサと同等の信号が得られることになる。
【００１９】図６は、カラーフィルタの配置状態を具体
的に示した図である。同図（ａ）は、それぞれ円形をし
た原色フィルタを、市松模様状にベイヤー配列で配置し
た例である。また、同図（ｂ）は、同じくそれぞれ円形
をした補色フィルタを、縦横に正方に配置した例であ
る。さらに、同図（ｃ）は、原色フィルタを各行或いは
各列を半ピッチずつずらした千鳥状に配置した例であ
る。この場合は、各受光セルの配列も千鳥状にすること
が望ましい。
【００２０】図７は、カラーフィルタの組み付け例を模
式的に示す断面図である。同図において、１は微小レン
ズアレイであり、その下に配置された２は、微小レンズ
アレイ１の各微小レンズ１ａ間下方に、格子状に隔壁２
ａを施す隔壁層である。また、最も下に配置された３は
受光素子アレイ、そして４はカラーフィルタである。同
図（ａ）は、微小レンズアレイ１上にカラーフィルタ４
を形成した状態である。また、同図（ｂ）は、カラーフ
ィルタ４が形成されたガラス板を隔壁層２に貼り付けた
状態である。また、同図（ｃ）は、受光素子アレイ３の
画素（受光セル）上にカラーフィルタ４を形成した状態
である。これらのようにして、本発明の画像入力装置を
構成することができる。
【００２１】図８は、微小レンズ周辺を遮光する遮光板
について模式的に説明する図であり、同図（ａ）は遮光
板の平面図、同図（ｂ）は遮光板を組み付けた状態の断
面図、同図（ｃ）は隔壁と微小レンズアレイの関係を示
す平面図である。同図（ａ）に示すように、遮光板５の
微小レンズに対応する部分のみ、円形のヌキ部５ａとし
て配列し、それ以外の微小レンズ周辺を遮光すること
で、微小レンズ以外の部分を光が透過するのを防ぐこと
ができる。これにより、余計な光の入射を防止すること
ができ、画面上のフレアを無くすことができる。
【００２２】具体的には、同図（ｂ）に示すように、遮
光板５は例えば微小レンズアレイ１上に配設され、その
下に隔壁層２が配置される。なお、同図（ｃ）に示すよ
うに、遮光板を設けずに、微小レンズアレイ１に隔壁層
２を対応させただけの場合は、各微小レンズ１ａと隔壁
層２の各隔壁２ａとの隙間１ｂから、余計な光が入射す
ることとなる。
【００２３】また、図９は、微小レンズを一つおきに使
用する状態を示す断面図である。ここでは同図に示すよ
うに、微小レンズアレイ１の微小レンズ１ａを一つおき
（飛び飛び）に使用する。そして、使用しない微小レン
ズ１ａを上面より遮光板５にて遮光し、また下面には隔
壁層２を配置する。さらに、隔壁層２の下側に受光素子
アレイ３を配置する。
【００２４】このような構成によれば、隔壁２ａの高さ
ｈを低く、即ち隔壁層２の厚さを薄くすることができ、
隔壁２ａ下端と受光素子アレイ３の距離を長くすること
ができるので、これら各部品の実装を簡単に行うことが
可能となる。また、隔壁２ａの厚さｔを厚くすることが
できるので、隔壁層２の製作加工が簡単となる。一方、
使用する微小レンズ１ａは４個の内１個の割合となる
が、１ユニットにおける受光素子アレイ３上の、その微
小レンズ１ａからの光Ｌを受光する受光領域Ａの面積が
４倍程度、即ち画素数が４倍程度に増えるので、解像度
は殆ど変化しない。
【００２５】図１０は、遮光板の組み付け例を具体的に
示す断面図である。なお、断面の斜線は省略している。
同図（ａ）は遮光板５が微小レンズアレイ１の真上にあ
る場合、同図（ｂ）は遮光板５が微小レンズアレイ１の
真下にある場合、同図（ｃ）は遮光板５が隔壁層２の真
上にある場合をそれぞれ示している。各微小レンズ１ａ
による像は、例えば厚さ１ｍｍの隔壁層２の先にある、
受光素子アレイ３上の撮像面に形成される。
【００２６】隔壁層２は、例えば、厚さ０．０５ｍｍの
ステンレス板をエッチング処理して、一辺０．４８ｍｍ
の矩形孔を０．５ｍｍピッチで開けたものを、２０枚積
層したものである。また、迷光対策として、隔壁層２の
表面には黒化処理を施している。さらに、隔壁２ａはエ
ッチングによりその表面に凹凸が形成されており、また
積層構造と相俟って乱反射するので、これが迷光防止に
有効となる。一方、遮光板５には円形開口孔が多数開い
た板部材を用いる。これも例えばステンレス板をエッチ
ングにより孔加工するので、孔の内面には凹凸が形成さ
れており、これにより乱反射するので、これが迷光防止
に有効となる。また、遮光板５の表面にも黒化処理を施
している。
【００２７】なお、各部品の組立時の位置決めは以下の
ように行う。まず、隔壁層２と受光素子アレイ３との位
置合わせは、相対位置を計測しつつ物理的に行う。そし
て、微小レンズアレイ１と受光素子アレイ３との位置合
わせは、各微小レンズ１ａからの光が集光する受光素子
アレイ上の画素による、出力のピークを検出することで
焦点合わせを行った後、集光した画素の位置に基づいて
位置決めを行う。なお、遮光板は精密な位置合わせを、
特に必要としない。
【００２８】ところで、同図（ａ）及び（ｂ）の構成に
おいては、微小レンズアレイ１の下側或いは上側に上記
カラーフィルタ４を形成することにより、微小レンズア
レイ１，遮光板５，及びカラーフィルタ４を一体化する
ことが可能である。また、同図（ｃ）の構成において
は、カラーフィルタ４が形成されたガラス板を隔壁層２
の下面に貼り付けることにより、隔壁層２，遮光板５，
及びカラーフィルタ４を一体化することが可能である。
【００２９】図１１は、隔壁層の具体的な形状の一例を
示す図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は右側
面図を示している。ここでは、平面視略正方形の台板の
中央に小さい略正方形の板を重ねた形状の二段構造とな
っている。本例では矩形孔２ｂを中央付近に所定のピッ
チで縦横に正方に配列し、格子状の隔壁２ａを形成して
いる。この隔壁層２の全体の厚さ即ち矩形孔２ｂの長さ
は１ｍｍとなっている。
【００３０】図１２は、隔壁層の具体的な形状の他の例
を示す図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は右
側面図を示している。ここでも、平面視略正方形の台板
の中央に小さい略正方形の板を重ねた形状の二段構造と
なっている。本例では矩形孔２ｂを、各行を半ピッチず
つずらした千鳥状に配列している。これにより、隔壁２
ａを上述したカラーフィルタの千鳥状配置に対応させて
いる。
【００３１】図１３は、隔壁層の具体的な形状の別の例
を示す平面図である。ここでは小さい略正方形の板部分
のみ描いてある。本例では六角形孔２ｃを密接させて配
列している。これにより、隔壁２ａをいわゆるハニカム
構造とし、上述したカラーフィルタの千鳥状配置に対応
させている。
【００３２】図１４は、遮光板の具体的な形状の一例を
示す平面図である。本例の遮光板５では、円形のヌキ部
５ａを所定のピッチで縦横に正方に配列している。図１
５は、遮光板の具体的な形状の他の例を示す平面図であ
る。本例の遮光板５では、円形のヌキ部５ａを、各行を
半ピッチずつずらした千鳥状に配列している。これによ
り、上述したカラーフィルタの千鳥状配置に対応させて
いる。図１６は、遮光板の具体的な形状の別の例を示す
平面図である。本例の遮光板５では、六角形のヌキ部５
ｂを密接させて配列している。これにより、遮光板５を
いわゆるハニカム構造とし、上述したカラーフィルタの
千鳥状配置に対応させている。
【００３３】なお、上述した具体的実施形態には、以下
の構成を有する発明が含まれている。 （１）単一平面の光電変換素子と、複数の結像ユニット
が配列された結像ユニットアレイとを有し、該結像ユニ
ットアレイにより、前記光電変換素子上の異なる位置に
それぞれ前記結像ユニット毎に光束を結像する画像入力
装置であって、前記結像ユニット毎に前記結像する光束
の光路を規制する隔壁を備え、略同一範囲からの光束を
該結像ユニット毎に異なる視点から見た状態で結像させ
る画像入力装置において、前記各結像ユニットに対応さ
せてカラーフィルタを配置したことを特徴とする画像入
力装置。 （２）前記カラーフィルタを前記隔壁に設けたことを特
徴とする前記（１）に記載の画像入力装置。 （３）前記カラーフィルタを前記結像ユニットアレイに
設けたことを特徴とする前記（１）に記載の画像入力装
置。 （４）前記カラーフィルタを前記光電変換素子に設けた
ことを特徴とする前記（１）に記載の画像入力装置。 （５）単一平面の光電変換素子と、複数の結像ユニット
が配列された結像ユニットアレイとを有し、該結像ユニ
ットアレイにより、前記光電変換素子上の異なる位置に
それぞれ前記結像ユニット毎に光束を結像する画像入力
装置において、前記光電変換素子上の連続する所定範囲
に対応させて、同一特性のカラーフィルタを配置したこ
とを特徴とする画像入力装置。 （６）前記所定範囲は前記各結像ユニットの結像範囲で
あることを特徴とする前記（５）に記載の画像入力装
置。 （７）前記各結像ユニット周辺の光束を遮光する遮光マ
スクを設けたことを特徴とする前記（１）又は（５）に
記載の画像入力装置。 （８）前記カラーフィルタを前記遮光マスクに設けたこ
とを特徴とする前記（７）に記載の画像入力装置。
【００３４】なお、特許請求の範囲で言う光電変換素子
は、実施形態における受光素子アレイに対応している。
また、結像ユニットアレイは微小レンズアレイに、遮光
マスクは遮光板にそれぞれ対応している。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で、より小型，高精細でしかもカラー化を図
った画像入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像入力装置におけるユニットの配置
例を示す図。
【図２】各ユニットにおける受光セルの配置例を示す
図。
【図３】被写体上での各ユニット及びその受光セルの対
応関係を示す図。
【図４】各ユニットに対応するカラーフィルタの一配置
例を示す図。
【図５】各ユニットに対応するカラーフィルタの他の配
置例を示す図。
【図６】カラーフィルタの配置状態を具体的に示した
図。
【図７】カラーフィルタの組み付け例を模式的に示す断
面図。
【図８】微小レンズ周辺を遮光する遮光板について模式
的に説明する図。
【図９】微小レンズを一つおきに使用する状態を示す断
面図。
【図１０】遮光板の組み付け例を具体的に示す断面図。
【図１１】隔壁層の具体的な形状の一例を示す図。
【図１２】隔壁層の具体的な形状の他の例を示す図。
【図１３】隔壁層の具体的な形状の別の例を示す平面
図。
【図１４】遮光板の具体的な形状の一例を示す平面図。
【図１５】遮光板の具体的な形状の他の例を示す平面
図。
【図１６】遮光板の具体的な形状の別の例を示す平面
図。
【符号の説明】
１ 微小レンズアレイ ２ 隔壁層 ３ 受光素子アレイ ４ カラーフィルタ ５ 遮光板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮武 茂博 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 宮本 勝 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 石田 耕一 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 森本 隆史 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 4M118 GB03 GC07 GC08 GC09 GD04 5B047 AB04 BB04 BC01 BC05 BC07 5C024 CX39 CY49 DX01 DX02 EX43 EX52 HX01 5C051 AA01 BA02 DA06 DB01 DB22 DB23 DC04 DC07 EA01 5C065 BB43 CC07 EE06 EE07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単一平面の光電変換素子と、複数の結像
    ユニットが配列された結像ユニットアレイとを有し、該
    結像ユニットアレイにより、前記光電変換素子上の異な
    る位置にそれぞれ前記結像ユニット毎に光束を結像する
    画像入力装置であって、 前記結像ユニット毎に前記結像する光束の光路を規制す
    る隔壁を備え、略同一範囲からの光束を該結像ユニット
    毎に異なる視点から見た状態で結像させる画像入力装置
    において、 前記各結像ユニットに対応させてカラーフィルタを配置
    したことを特徴とする画像入力装置。
  2. 【請求項２】前記カラーフィルタを前記隔壁に設けたこ
    とを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
  3. 【請求項３】単一平面の光電変換素子と、複数の結像ユ
    ニットが配列された結像ユニットアレイとを有し、該結
    像ユニットアレイにより、前記光電変換素子上の異なる
    位置にそれぞれ前記結像ユニット毎に光束を結像する画
    像入力装置において、 前記光電変換素子上の連続する所定範囲に対応させて、
    同一特性のカラーフィルタを配置したことを特徴とする
    画像入力装置。
  4. 【請求項４】前記所定範囲は前記各結像ユニットの結像
    範囲であることを特徴とする請求項３に記載の画像入力
    装置。
  5. 【請求項５】前記各結像ユニット周辺の光束を遮光する
    遮光マスクを設けたことを特徴とする請求項１又は請求
    項３に記載の画像入力装置。
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Cited By (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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