JP2007509554A

JP2007509554A - コンパクトな撮影装置

Info

Publication number: JP2007509554A
Application number: JP2006536083A
Authority: JP
Inventors: ブリソ、ルイ; ラメル、ロメン
Original assignee: Atmel Grenoble SA
Current assignee: Teledyne e2v Semiconductors SAS
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2007-04-12
Also published as: FR2861187A1; EP1676164A1; WO2005038503A1; US7639941B2; US20070035823A1; CA2539540A1; FR2861187B1

Abstract

本発明は大きさを減らすように意図された撮影装置に関する。本発明によれば、同装置により観察される対象物視野の恒久的分割が反射屈折構成と関係付けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は撮影装置に関する。撮影装置の大きさを減らす試みが益々なされて来ている。このニーズは例えば、カメラ又は撮影機能を電話機能に加えるため、携帯電話の中にそのような装置を組み込むことを望む場合に特に大きい。

このために、電子構成部品で製作され、光学的手段を搭載するセンサーを備えた撮影装置が実現される。例えば、そのような撮影装置は５０°の水平対象物視野と、ＶＧＡ（ビデオ・グラフィック・アレイ）センサーの名前によって良く知られる、一行あたり６４０点及び一列あたり４８０点を備えたマトリックス・センサーとを有する。光学的手段はそのとき３．８ｍｍの最小焦点距離をもつ必要がある。光学的手段を製作するために凸レンズのみを用いると、レンズの光軸に沿って測った該光学的手段の高さを焦点距離、すなわち３．８ｍｍ未満まで減らすことは不可能である。実際に、そのような光学的手段は６ｍｍ以上の高さを有する。これはレンズの厚さが光路を長くする傾向があるためである。光学的手段の厚さを減らすために、凹レンズが凸レンズとセンサーの間に配置されてもよい。実際には、そのような実施形態は光学的手段の厚さを５ｍｍ未満まで減少させることはできない。

更に、実際に５０°の水平対象物視野を持つＶＧＡ形式の撮影装置は、センサーの対角線に沿って測定した６６°の全体対象物視野を有する。この広い視野は開口が大きい程、相応に大きくなる収差をもたらす。視野の収差を修正するために、表面が非球面のレンズが用いられる。しかしながら、このタイプのレンズの使用は、レンズ相互間及びセンサーに対するレンズの厳しい位置決め公差を課す。例えば、全体対象物視野が６６°で最大開口が２．８の撮影装置について、レンズの位置決め精度は１５μｍ未満でなければならない。撮影装置を少額の生産コストで大量生産したい場合にそのような精度を得ることは極度に難しい。

本発明の目的は大きな視野を有するコンパクトな撮影装置を提供することにより、これらの問題を克服することにある。

このために、本発明はセンサー及び、それを通じて装置が対象物視野における光放射を受けて、それをセンサーへと向ける光学的手段を備え、該光学的手段が少なくとも一つのミラーと、各々が対象物視野の一部分を観察する複数の入射瞳とを含み、各々の瞳により観察される光放射が光学的手段によってセンサーの別個の部分へと向けられることを特徴とする撮影装置に関する。

本発明は例としての目的で与えられ、添付図により例示されている実施形態の説明を読むことによって、より明確に理解され、他の利点は明らかになろう。

本発明は５０°の水平対象物視野及び３８°の垂直対象物視野を有するＶＧＡ形式における撮影装置に関して説明される。本発明は勿論、他の撮影装置形式及び、対象物視野のあらゆる角度寸法に用いてもよい。本発明による装置はセンサーと、それを通じて該装置が対象物視野における光放射を受けて、それをセンサーへと向ける光学的手段１とを備える。該光学的手段１及び関連する対象物視野のみが図１に表わされている。光学的手段１により観察される対象物視野はｚ軸まわりに心合わせされている。光学的手段１はｚ軸まわりに心合わせされている対象物視野を観察する。対象物視野はｘ軸とｚ軸により形成される水平面内で、５０°にわたり延びる。対象物視野はｙ軸とｚ軸により形成される垂直面内で、３８°にわたり延びる。ｘ、ｙ、及びｚ軸は直交基準座標系を形成する。本発明によれば、対象物視野は複数の部分に分割される。図１に表わされている例において、対象物視野は各々がｘ及びｙ軸により定義される平面の象限内にある４等分の部分２〜５へと分割されている。各々の視野は２５°の水平視野と１９°の垂直視野を有する。各部分の光軸は図１において鎖線により表わされている。各部分の角度寸法は完全な視野の角度寸法よりも小さいため、光学的手段の製作はそれにより容易にされる。この利点は入射瞳の最大開口が大きい程、相応に大きい。

対象物視野の様々な部分２〜５は部分的に重なっていることが有利である。この重なりは対象物視野の完全な再構築を容易にすることが可能である。この再構築はここでは詳細に扱われない。それは各部分２〜５の重なり領域６を比較することによる計算手段で行なわれうる。

図２は光学的手段１による対象物視野と関係付けられた画像平面を表わしている。該画像平面は以下に記述されるセンサーにおいて形成される。画像平面は各々が対象物視野の部分２〜５の一つに対応する四つの部分１０〜１３へと分割されている。図１において鎖線で表わされている光軸の一つの上に心合わせされている入射瞳は、対象物視野の各部分と関係付けられる。入射瞳は例えば円形であり、それらの外周の画像は画像平面上に見出される。それにもかかわらず、円で囲まれた四角形内の面のみが対象物視野の完全な画像を再構築するために使用される。この四角面は画像平面の有効部分と呼ばれる。図２に表わされている例において、四つの有効部分１４〜１７はそれぞれ画像平面の四つの部分１０〜１３に対応する。本装置の実施形態において、様々な有効部分１４〜１７を分離し、画像平面の部分１０〜１３の一つが四つの有効部分１４〜１７の一つに重なることを防ぐスペース１８が設けられている。入射瞳が有効部分１４〜１７のものと類似した形状を有することは有利である。このような場合には、有効部分が四角の形状を有するとき、やはり四角の入射瞳が用いられるであろう。この四角の形状は単純化のため、図２と同じ参照番号が使われている図３に表わされる。入射瞳と有効部分の形状を合わせることにより、スペース１８の寸法を減らすことが可能であり、それゆえ光学的手段１により対象物視野において観察される光放射を受けるセンサーの寸法を減らすことが可能である。他の入射瞳の形状、例えば六角の形状は勿論可能である。

図４は入射瞳２０の一つを通過する放射がたどる光路を表わす。本装置は更にセンサー２３のみならず、入射瞳２０と関連する二つのミラー２１及び２２を備える。より一般的に、光学的手段１は２１及び２２の場合には、対象物視野の各部分と関連する少なくとも二つのミラーを備える。反射屈折と呼ばれるこの光学的構成は光路を折り返すことを可能にし、従って寸法２４が代表する装置の全体的大きさを著しく減少させる。反射屈折構成は実際には小さい視野でのみ実現可能であり、それは本発明が対象物視野の分割及び反射屈折構成に関連することに存する理由である。二つを超える数のミラー、例えば対象物視野の各部分に関係付けられた三つ、四つ、又は五つのミラーを活用して折り返される光路が想定されうる。このように光路を折り返すことによって、装置の大きさは更に減少する。

図５は図４を活用して説明される構成の、対象物視野の分割数と同じ数の反復を目に見えるようにすることを可能にしている。図５において、視野は各々が入射瞳２０と関係付けられている四つの部分へと分割されており、そして図４を活用して説明される反射屈折構成は四回反復されている。理解を容易にするために、図４の参照番号は四回与えられている。

図５において四つのセンサーが別々に現れている。それらを、例えばＣＭＯＳタイプのセンサーを備えた単一の電子構成部品にグループ化することは勿論可能である。そのとき、電子構成部品は例えばシリコンの単一基板上に作られる。基板の面積を失うことを避けるため、例えば行と列のアドレスを復号化する信号処理手段が、有効部分の間のスペース１８に置かれ得ることは有利である。

各々の入射瞳２０により観察される光放射は、光学的手段１によって常にセンサー２３の別個の部分へと向けられることが有利である。これは瞳とセンサーの間の光路における全ての一連の装置を避ける。そのような一連の装置はセンサーの感度及びセンサーの処理周波数の選定を制限するであろう。

入射瞳２０及びミラー２１と２２により形成される光学的手段１は、ミラー２１及び２２を形成するその表面が反射するように処理されている、単一の透明片の中に作られ得ることが有利である。該透明片は、例えばポリカーボネート又はポリメタクリル酸メチル製である。この単一片は次にセンサー２３を備える電子構成部品上に接着で固定される。

光学的手段１は負の屈折力を伴う少なくとも一つの要素を備えることが有利である。この要素は入射瞳２０とセンサー２３の間の光路の長さを減らすことを可能にする。これは図４に表わされている寸法２４を減少させることにより、装置の大きさを更に減らすことを可能にする。負の屈折力を伴う要素は、例えばミラー２１又は２２の一つか、あるいは代わりに入射瞳２０とミラー２１の間に置かれる凹レンズである。

対象物視野が分割されているという事実は多くの利点を与える。与えられた光学的手段１に関して、形状的な歪みが視野と共に増加することが示され得る。５０°の水平対象物視野に対し、例えば４％のオーダーの歪みが予期されてもよい。同じ光学的手段１に関して、対象物視野を二つに分割することにより形状的な歪みは１％よりも十分に小さく保たれる。視野の分割に関連する他の利点は、センサー２３におけるテレセントリック性の改善である。テレセントリック性は、センサー２３を照らす放射の入射と、この同じセンサー２３における法線入射との間の偏差を表わすことを想起されたい。テレセントリック性は視野と共に増加し、例えばＣＭＯＳセンサー等の或るタイプのセンサーは、それらが受ける放射の入射に対して感度が良い。それらのダイナミック・レンジは入射が法線入射から逸れるときに減少する。対象物視野の分割はセンサー２３に達する放射のテレセントリック性を減少させ、それは次に全面にわたってより良いダイナミック・レンジを保持する。視野の分割により放射の空間周波数に応じてコントラストは同様に改善される。前記のように、コントラストは対象物視野と共に減少する。従って対象物視野の分割により放射の空間周波数に応じてコントラストは改善される。

光学的手段の対象物視野の分割を表わす。光学的手段により対象物視野と関係付けられる画像平面を表わす。その入射瞳が四角い形状を有する、光学的手段により対象物視野と関係付けられる画像平面を表わす。入射瞳と関係付けられる反射屈折構成を表わす。四つの入射瞳に関する反射屈折構成の反復を表わす。

Claims

撮影装置であって、センサー（２３）及び、それを通じて装置が対象物視野における光放射を受けて、それを同センサー（２３）へと向ける光学的手段（１）を備えた撮影装置において、
該光学的手段（１）が少なくとも一つのミラー（２１、２２）と、各々が対象物視野の一部分（２〜５）を観察する複数の入射瞳（２０）とを含み、各々の瞳（２０）により観察される光放射が光学的手段（１）によってセンサー（２３）の別個の部分へと向けられることを特徴とする装置。
対象物視野の様々な部分（２〜５）が部分的に重なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
対象物視野の各部分（２〜５）が光学的手段（１）により、センサー（２３）において形成される画像平面の有効部分（１４〜１７）と関係付けられ、様々な有効部分（１４〜１７）がスペース（１８）により分離されることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の装置。
センサー（２３）が基板上に製作され、そして信号処理手段が基板上のスペース（１８）内に製作されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
対象物視野の各部分（２〜５）が光学的手段（１）により、センサー（２３）において形成される画像平面の有効部分（１４〜１７）と関係付けられ、入射瞳（２０）が有効部分（１４〜１７）のものと類似した形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
光学的手段（１）が負の屈折力を伴う少なくとも一つの要素（２１、２２）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
光学的手段（１）が単一の透明片において作られることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
光学的手段（１）が対象物視野の各部分と関係付けられている少なくとも二つのミラー（２１、２２）を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
各々の瞳（２０）により観察される光放射が、光学的手段（１）により常にセンサー（２３）の別個の部分へと向けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。