JP4005915B2 - フラットパネルカメラ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、平坦なスクリーン上に向かう光からの画像を形成する方法に関する。
【０００２】
カメラは、従来では、レンズを備えた不透明な凹部と後ろ側に配置された感光性フィルムとからなり、該レンズは該凹部の開口部を覆っている。フィルムとレンズとの間の距離は、仮に画像をピントが合った状態とするためにはレンズの焦点距離より大きくする必要があり、それゆえにカメラは通常嵩高くなる。フォトコピー機において使用される場合、該フォトコピー機は平坦なカメラを備えることが望ましく、テレビ会議にて使用される場合、使用者が会議に参加する人を直接見ることができるように、カメラはフラットパネルディスプレイの中心にあり、かつ該ディスプレイに垂直な光学軸を更に備えるべきである。
【０００３】
最近、出願人による国際公開第ＷＯ０１／７２０３７号明細書において、ビデオプロジェクタと先細になったガラス製シートとからなるテーパ状ディスプレイが開示された。ビデオプロジェクタ自体は、ほぼコリメートな（collimated）照射源と、マイクロディスプレイと、集光レンズと、投射レンズとから構成される。光線は投射レンズから放出された時、狭い胴部（waist ）を形成する。この時点で、光線は、ガラス製テーパ状シートの幅厚側の端部へ進入し、少なくとも初めは、該シートの内において、その二つの内面を交互に反射しながら該シートに沿って進行する。光線が先細になったガラスシートの幅厚側の端部へ放たれた場合、テーパ部の一つの面に対して測定された面外角度は、該テーパ部の該一つの面と相対向する面を離れて光線が反射する時間ごとに変化する。最終的には、光線はテーパ部に沿って十分遠くまで伝播されると、面外角度は臨界角より大きくなり、この時点で光はテーパ部から離れて行く。従って、光線がテーパ部から離れて行くまでのガラス製テーパ状シート中での距離は、光線が入射される角度によって決定される。この様にして、マイクロディスプレイ上のピクセルの２次元配列は、テーパ状導波路の面上においてピクセルの２次元配列に対して１対１で写像される。光線が臨界角に達する場合、光の全てがスクリーンから確実に離れるために、反射防止コーティングが必要である。なぜならば、もしコーティングがされていなければ、画像の隣接する列間においてぼやけが生ずるからである。
【０００４】
本発明は、本質的にはこの過程を逆転させる。本発明に従ってフラットパネルカメラが提供され、該カメラは、テーパ状の透明な厚板と、該厚板の幅厚側の端部から出現する光を受承するために配置された小型カメラとからなり、該厚板は光を該厚板の一方の面へ視射角にて導入するための手段を備えていることが好ましい。
【０００５】
浅いテーパに対しては、視射角にて進入する光のみが厚板内に留まるであろう。即ち、ほぼ垂直に近い角度で入射する光は、テーパ状の形状に起因する幾らか大きな入射角のために該厚板の他方の側から逸れていくであろう。従って、テーパ状厚板又は導波路は、カメラへ表示するために視射角にて入射する光を選択する。入射する角度は、いわゆる垂直な（normal）角度にて入射する光のみが最終的にはカメラに到達するように適切な光導入手段により調整される。それ故、カメラは該カメラの前に存在する投影された画像を撮影すると言われる。
【０００６】
装置により導入された、画像に対する歪みを補正するために、画像プロセッサがカメラに備えられていると好ましい。光導入手段は厚板の一方の面上にあるプリズム状シート又はフィルムであり得、該プリズムは進入する光が部分的に垂直にカメラに指向するように配置され、それにより光が臨界角に近い角度にて厚板に進入する。これに代えて、同様の目的のために回折装置を使用することもできる。
【０００７】
本発明を更に理解するために、本発明の実施形態を、添付した図面を参照して実施例の様式にて以下に記載する。
【０００８】
図１を参照すると、カメラは、透明な、均一かつ一次元にテーパ状の厚板１と、厚板の一方の面上にあり、かつ該厚板と対向して配置される対応する一次元のプリズム状シート３と、テーパの幅厚側の端部であり、かつこの縁部に沿ったほぼ中央に配置される小型カメラ２と、画像プロセッサ７とを備え、該厚板のテーパは約０．１°である。入射する画像はプリズムシート３に向かう矢印にて示される。プリズムフィルム３に垂直に入射する光線はプリズムによりほぼ９０度曲げられ、それにより該光線は臨界角よりわずかに大きい角度にてテーパ状の透明厚板１に進入する。図１は、典型的な光線がその後、テーパ状厚板１を下ってどのように伝播するか示し、光線が幅厚側の端部から離れる場合、光線の進入する位置がテーパ状厚板１の幅厚側の端部から遠ければ遠いほど、該光線と厚板の面との間の角度は小さくなる。次いで、光線は小型カメラ２、即ち装置全体の大きさと比較してはるかに小さなカメラのレンズによって、テーパ状厚板１の前面に場面の画像又場面の投影された写真を形成するように感光面に集光される。できる限りの光を集めるために、テーパ状厚板１は、テーパ状フラットパネル投影ディスプレイと同様の様式にて設計された反射防止コーティング剤にてコーティングされていることが好ましい。
【０００９】
図１の面の上方又は下方の位置から（即ち、真正面又は中央ではなくやや側方から）厚板に進入する光線は、該光線の図１の面に対する角度が既にカメラ２に向かって進行しているような場合のみカメラ２に到達するであろう。結果として歪んだ画像が得られる。この歪みは、図２に示すように、プリズムフィルム３の底部であり、かつ厚板１の底部に配置された円筒状レンズ４、及び光をテーパ状厚板１に閉じ込めるとともに該レンズを介して隣接する出力用厚板１２へ案内するための一対の前面が銀で覆われたミラー５ａ及び５ｂにより低減することが可能であり、該出力用厚板１２は画像用厚板１のテーパ部が続いた形状であるか、又はフラットである。円筒状レンズ４の焦点は、出力用厚板１２の遠位末端となるように選択され、それによりプリズムフィルム３に垂直に入射する全ての光線であって、カメラを含む垂直な面で離れる光線も含む全ての光線が、小型カメラ２へ案内される。
【００１０】
この配置の代替案は、円筒レンズの軸がテーパ状厚板１が先細になる方向と平行な状態にしてプリズムフィルム３の全体に大きな円筒レンズを配置することである。更なる代替案はレンズ４に変えて円筒状ミラーを使用することであり、この場合、出力用厚板が画像用厚板と平行となり、かつ該画像用厚板の頂部が該出力用厚板と隣接するように、該装置を“折り返す”必要がある。
【００１１】
テーパ状厚板１を介する光線を追跡するために、図１と光学的に同等である、積み重ねられた楔形の画像６を介する光線の追跡を考慮することが手助けとなる。図３は、光線がテーパ状厚板１に進入する位置が、該光線が幅厚側の端部に到達する前に該スタック６における楔形画像を奇数個通過するか、又は偶数個通過するかを決定するための方法を示す。仮に光線が奇数個の楔形画像６を通過する場合、光線が偶数個の楔形画像６を通過する場合に得られる方向とは反対の方向において該光線はテーパ状厚板１から離れる。従って、小型カメラ２は、暗い間隙（仮にテーパ状厚板１の背後に光が進入しない場合）を備えた状態、又はいかなる帯状の画像をもテーパ状厚板１の背後に位置する状態、のいずれかが散在した状態にて、テーパ状厚板１の前面へ、帯状の画像から構成される画像を形成するであろう。従って、テーパ状厚板１の前面への画像を背面への画像と分けるために画像プロセッサ７が必要であり、画像プロセッサ７に対する適切なアルゴリズムは幾何光学を習得した者により設計され得る。仮に照度レベルが低い場合、図４に示すように、テーパ状厚板１の幅厚側の端部に向けて第２の小型カメラ８を追加することができる。これは、第１の小型カメラ２を外れた画像の部分を回収する。これに代えて、厚板およびそれに続くシート３に隣接する面に鏡を挿入することもでき、それによりカメラ２に向かい“間違った”角度にて現れるこの光、主として、第１のカメラにより受承された光よりも多い回数、又は少ない回数にて反射された後に現れた全内反射された光、を反射する。
【００１２】
テーパ状厚板１を通過する光は色収差を受け、これは画像プロセッサ７により補正されるか、又はテーパ状フラットパネルディスプレイに関する英国出願００２８８００．１号（国際出願公開第０２／４３３８１号）に記載された様式と同様な様式により、その収差が、小型カメラ２と楔部の幅厚側の端部との間に配置されたテーパ状厚板１の収差と正反対であるプリズムにより補正される。同様に、テーパ状厚板１の下方部１２をプリズムスクリーン３の後ろ側に折りたたむと好都合であり、これは、テーパ状フラットパネル投影ディスプレイに対して使用された様式と同様の様式にてなされる。これに代えて、プリズムスクリーンは、光線が一度はテーパ状厚板１内に留まるように該光線が該厚板へ臨界角にできるだけ近い角度にて進入する角度に該光線を曲げるための回折格子又はその他のフィルムであり得る。
【００１３】
場面上のある地点からの一組の光線がテーパ状厚板１へ進入する場合、それらの方向が臨界角に非常に近いために歪められ、これは行のぼけを招来する。この歪みはスネルの法則によって決定され、表面に対して角度δθ_１でテーパ状厚板へ進入する光線は、進入後、臨界角に対して角度δθ_２を有し、
【数１】

で示される。
【００１４】
ｎは厚板の材料の屈折率であり、例えばガラスの場合、約１．５となる。例えば小型カメラ２が、厚板への進入後において臨界角から０°乃至０．０５°の範囲にある角度の光線を集める場合、該厚板に進入する前は、これらの光線は２．７°の範囲までに変化する角度を有するであろう（無論、式はラジアンで測定されたθに当てはまる）。図５に示すように、第１の厚板と合同である第２のテーパ状厚板９を、２つの厚板１及び９が互いに隣接し、かつ平行とはならないように、わずかな空隙を備えた状態で配置することにより、この歪みを除くことができる。
【００１５】
フラットパネルカメラはテーパ状厚板１の前面の場面の光景を、異なった地点の光景から回収するために使用可能であり、これらの光景をあわせて該場面の三次元画像が構成される。これらの光景は、図６に示すように、各々がテーパ状厚板１の幅厚側の端部に沿った一つのカメラにより回収される。
【００１６】
フォトコピーの目的において、プリズムフィルム３は不要であり、紙のフォトコピーされるべき印刷面はテーパ状厚板１の表面に対向して配置されるべきである。光は、紙の背面から、又はテーパ状厚板１の反対の側部から紙に当てられる。
【００１７】
テレビ会議の目的において、テーパ状厚板は、ディスプレイとカメラと両方の目的にて機能する。透光性スクリーン又は蛍光スクリーンは、プリズムフィルム３と相対向するテーパ状厚板１の表面に対して配置され、ビデオプロジェクタは、ビームスプリッタを使用して小型カメラ２と光学的に連結され得る。プロジェクタとカメラ２は、同等の画素がテーパ状厚板１の共有する光路に沿って光線を伝播又は受承するように整列される。伝播された光線は、プリズムフィルム３を介して視認可能な透光性スクリーン又は蛍光スクリーン上に画像を形成し、受承された光線は、既に述べたように、小型カメラ２へ戻るように案内される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従うフラットパネルカメラの側面図を示す。
【図２】 歪みを低減するために加えられた円筒状レンズを備えたフラットパネルカメラの斜視図を示す。
【図３】 テーパ状厚板を介する光線の経路が、テーパ状厚板の鏡像を介した直進する光線を追跡することにより見出される方法を示す。
【図４】 第１のカメラを外れた光を回収するために第２の小型カメラを追加する方法を示す。
【図５】 歪みを低減するために第２のテーパ状厚板を追加する方法を示す。
【図６】 三次元画像を捕捉するフラットパネルカメラを示す。

Claims (11)

1. フラットパネルカメラにおいて、
   テーパ状の透明な厚板（１）と、前記厚板は該厚板の一方の面へ視射角にて光を受承することと、
   小型カメラ（２）と、前記小型カメラは、光が該厚板に進入した位置から該厚板を上昇する距離に依存した角度にて、前記厚板内を全内反射した後に該厚板の幅厚側の端部から現れる光を受承することと、
   を備えるフラットパネルカメラ。
2. 請求項１に記載のフラットパネルカメラにおいて、
   前記厚板へ光が進入する角度を調整するために該厚板の一方の面上に配置される光導入手段を更に含むフラットパネルカメラ。
3. 請求項２に記載のフラットパネルカメラにおいて、
   前記光導入手段は、光の入射する角度を所定の角度から前記視射角に変更するためのプリズムシート（３）のような光再指向手段であるフラットパネルカメラ。
4. 請求項２または３に記載のフラットパネルカメラにおいて、 前記光導入手段と前記導波用厚板との間に配置される補償用テーパ状厚板（９）を更に含むフラットパネルカメラ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフラットパネルカメラにおいて、
   前記テーパ状厚板（１）の幅厚側の端部から続く出力用厚板（１２）と、前記テーパ状厚板からの光を該出力用厚板を介してカメラへと指向させるための円筒状コリメート手段（４）とを更に含むフラットパネルカメラ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のフラットパネルカメラにおいて、
   前記小型カメラに接続されるとともに、前記画像を完成させるか、又は補正するための画像プロセッサ（７）を更に含むフラットパネルカメラ。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフラットパネルカメラであって、
   前記第１のカメラと同じ角度にてテーパ状厚板の端部に対面するが、平面にて反射される第２の小型カメラを含み、該第２の小型カメラは、前記第１のカメラにより受承された光よりも多い回数、又は、少ない回数にて反射された後に現れた全内反射された光を受承するフラットパネルカメラ。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフラットパネルカメラであって、
   前記厚板の幅厚側の端部において該厚板とほぼ平行なミラーを含み、前記ミラーは前記第１のカメラにより直接受承された光よりも多い回数、又は、少ない回数にて反射された後に現れた全内反射された光をカメラに向かって反射するフラットパネルカメラ。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のカメラと、前記厚板の幅厚側の端部に沿った一組の小型カメラ（２１−２３）とを有する三次元カメラ。
10. 請求項１に記載のフラットパネルカメラを含むフォトコピー機において、
    対象物が前記厚板自身に置かれるフォトコピー機。
11. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のフラットパネルカメラを含むテレビ会議用装置であって、
    前記テーパ状厚板は、例えば蛍光体又は透光性スクリーンのようなスクリーンを介してディスプレイとしても機能するテレビ会議用装置。

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