JP4027994B2 - 撮像デバイス - Google Patents

Description

本発明は、撮像デバイスに関する。
ドイツ特許ＤＥ １９５ ４５ ４８４ Ａ１において、本発明の主要な請求項に属する撮像デバイスが記載されている。特にこの撮像デバイスは、１つの構成単位から組み立てられるように意図されている。本発明の主要な請求項に属する撮像デバイスに関しては、数多くの応用例が見られるが、スクリーンは、すでにブラウン管またはＬＣＤディスプレイの形態で存在している。
故に、本発明の課題は、公知の撮像デバイスをスクリーンの前面に置いて組み立て、好適に使用できるようにすることである。
この課題は、本発明により、画素ごとに、少なくとも１つの光検出器を有する撮像デバイスによって解決されるが、画素の前面に、１つ１つの集束素子が、それぞれの画素を光検出器の上に結像させるために配置され、ここで撮像デバイスは、薄いプレートとして設置されるが、撮像面の背面にあたる側にさらに他の集束素子を取り付けることによって、撮像デバイスが付いているスクリーンから放出された光が、１つの平面内に焦点を結ぶ。この平面は、撮像デバイスの内部にあるか、または撮像デバイスの直ぐ前に存在している。ここでプレートは、好ましくは、可撓性を有する。
本発明による撮像デバイスが示す長所は、撮像に必要とされる集束素子（収束レンズ）を、スクリーン上にできた画像を観察するときに、差し障りが出ないように配置していることにある。
本発明による撮像デバイスに与えられた優れた形態は、スクリーンから放出された光が、集束素子の平面内に焦点を結ぶことにある。このような形態を取らせると、スクリーンから放出された光は、撮像に必要とされるレンズによって影響されない。しかしながら、スクリーンが、ガラス板の背後にあり、場合によっては、ガラス板が、撮像デバイスに較べて著しく厚いために、長所になることがあるが、それは、上記撮像に必要とされる集束素子に対して他に付けた集束素子が、それぞれの集束素子より大きな面積を示すときに、すなわち、他に付けた集束素子によって形成されるラスタが、実質的に粗くなるときである。このように他に取り付けた集束素子が、それぞれの集束素子より大きな面積を有するようにして、他に付けた集束素子によって、それぞれの集束素子に相当する面積に対するよりも大きな放出角が捉えられる。
ここで個々の例によって見ることができるように、その他の集束素子は、それぞれ収束レンズによって形成されるか、または他の集束素子は、互いに離れた位置に置かれた２つの収束レンズによって形成される。このような実施形態は、特にガラス板の厚いスクリーンの場合に適している。
このような関係については、他の実施形態でも適合できるが、それぞれ別の集束素子は、それぞれ１つの光検出器と１つの集束素子とが同軸上に配置され、ここでスクリーンから放出された光が、１つの平面内に焦点を結ぶことを優先するが、この平面は、光検出器と集束素子の間に配置されている。
スクリーンから放出される光による光検出器への露光は、本発明による撮像デバイスの別の形において、次のようにして阻害されるが、それは撮像面に背を向けた光検出器の側に、光を透過しない層が置かれて、そのためにスクリーンから放出された光による影響を光検出器が受けないからである。
本発明のさらに他の実施形態は、カラー画像の受像としての使用にあるが、その特徴は、光検出器の前にカラーフィルタを置いて、種々の色光が混色されている光を分離することができることにある。
本発明による撮像デバイスのさらに他の実施形態は、スクリーンから放出される光が、撮像デバイスに接近する物体に関して、少なくとも１つの光検出器で反射されること、光検出器で反射される光を受光して情報が得られることにある。このようにして本発明による撮像デバイスは、スクリーンと共に、例えば、コンピュータ用の出力機器として使用されるが、ここで操作者の指または適切な物体を用いて、定められた項目上で指示を与えることだけによって出力の操作を行うことができる（本出願人によるドイツ特許ＤＥ １９６ ２１ ３６２ Ａ１参照）。
図１は第１の実施形態についての断面図、および第１の実施形態の説明図である。
図２は受像管の前面部における断面図および三つ組カラー要素の拡大図である。
図３はスクリーンに取付けられた図１による実施形態における光学関係を示す図である。
図４は第２の実施形態の概略図である。
図５は第３の実施形態である。
本発明の実施形態については、ここに挙げるいくつかの図の中に示され、そして以下に詳しく説明される。
図１ａの断面図、図１ｂで縮尺した平面図として表わした実施形態において、この実施形態は、それ自体がスクリーンのサイズをもつ長方形のプレート形状として表わされているが、受像する対象物に向けられた平面１の上に収束レンズ２が、ラスタの形状をして配置されている。収束レンズ２の焦点面３に光検出器４が置かれ、光検出器の表面は、それぞれのレンズ２の表面よりも小さいために、レンズ２に平行に入射した光だけが電気信号に変換される。撮像デバイスとして、それ自体が知られているように、光検出器４からの出力信号は、増幅されて次の処理を受ける。そのために、特に図１に示されてはいないが、光検出器は、ストリップコンダクタと連結している。
その先にある平面５において、さらに収束レンズ６が設置されて、後に図２および図３で説明するように、平面１のスクリーンからの光を収束するために、以下では再生レンズとも呼ばれる。次のように受像レンズとも呼ばれる収束レンズ２は、この光に対して実質的な影響を及ぼさなくなる。
堅牢なプレートまたは箔としての、本発明による撮像デバイスは、いくつもの層を重ね合わせることによって実現させることができるが、これらの層は、レンズが形成する層の間に間隔を置くことを確実にするために使用され、レンズ自体よりも低い誘電率を示すことが望ましい。これらの層を、図１ａにおいて中間層７および８と表す。これらの中間層７および８に加えて撮像デバイスの外側に層９、１０を付け加えることによって、表面を平滑に保ち、容易に清浄できるようにする。一見して理解し易くするために、図１ｂには比較的少数の再生レンズを示してある。受像レンズと光検出器の数は、撮像における通常の解像力に順応するようにして決められる。
図２は、受像管１２のフロント板１１を表わし、その内側に蛍光体が、赤、緑および青の基本色からなる三つ組カラー要素の形で装着されており、スクリーンが形成されている。強度の観点から、受像管１２のフロント板１１には、著しい強さが必要であり、これは本発明の撮像デバイスを開示するときに個々に考慮されなければならない。
図３は、図１による実施形態における光線の経路を、スクリーン１４との関係において図示するものである。スクリーンを、比較的広い視角から差し支えなく観察できるようにして、スクリーン１４から放出される光を、十分に使用するためには、再生レンズ６のサイズを、受像レンズ２のサイズよりも大きくとる。それぞれの三つ組カラー要素１３は、受像レンズ２の平面１の上に画像を結像するので、その結果、例えば、光検出器４の平面３にある三つ組カラー要素とは対照的に、外側の観察者の方向には画像を形成しない。
図４の実施形態においては、再生レンズが、２つの平面５、２１に設けられている。この実施形態では、三つ組カラー要素１３の画像が、先ず平面２２に形成される。ここに生じた画像は、平面２１にある収束レンズ２３の補助によって受像レンズ２がある平面１に結像する。スクリーンのアパーチャ角は、このとき保持されている。
図５の実施形態においては、ここでもまた受像レンズ２５の平面と再生レンズ２６だけが設けられている。この実施形態では、それぞれ１つのレンズ２５に対して１つのレンズ２６が、同軸上に配置されているために、この実施形態の場合には、受像レンズの数と再生レンズの数が一致している。
再生レンズ２６は、受像レンズ２５と光検出器４の平面３の間にある平面２７の上に三つ組カラー要素１３の実像を結像させる。この縮小された実像は、次にレンズ２５により拡大された虚像を結ばせる。光検出器４は、ここでもまた受像レンズ２５の焦点面に配置されている。層の厚さ、スクリーン上の焦点距離の分布および平面３の中に散在する光検出器の位置を適宜に選ぶことによって、画像角度、それに伴い拡大率を調節することができる。

Claims (11)

1. 画素ごとに、少なくとも１つの光検出器を有し、それぞれの前記光検出器の撮像面の側に、１つの集束素子（２）が、それぞれの画素を前記光検出器の上に結像させるために配置される撮像デバイスは、薄いプレートとして組み立てられ、そして光検出器の撮像面と背面にある側にさらに他の集束素子（６）を取り付けることによって前記撮像デバイスが付いているスクリーン（１４）から放出された光が、前記撮像デバイスの内部にある前記集束素子（２）の平面内に焦点を結ぶことを特徴とする撮像デバイス。
2. 前記プレートが、可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像デバイス。
3. 他の集束素子（６）の集光のために有効な面積が、それぞれ前記集束素子（２）の集光のために有効な面積より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像デバイス。
4. 前記他の集束素子（６）が、それぞれ収束レンズによって構成されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の撮像デバイス。
5. 前記他の集束素子が、それぞれ互いに離れた位置に置かれた２つの収束レンズ（６、２３）によって構成されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の撮像デバイス。
6. 画素ごとに、少なくとも１つの光検出器を有し、それぞれの前記光検出器の撮像面の側に、１つの集束素子（２５）が、それぞれの画素を前記光検出器の上に結像させるために配置される撮像デバイスは、薄いプレートとして組み立てられ、そして光検出器の撮像面と背面にある側にさらに他の集束素子（２６）を取り付けることによって前記撮像デバイスが付いているスクリーン（１４）から放出された光が、前記撮像デバイスのスクリーン（１４）側の面に存在する１つの平面内に焦点を結ぶことを特徴とする撮像デバイス。
7. 前記他の集束素子（２６）が、それぞれ１つの光検出器（４）および１つの集束素子（２５）と同軸上に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像デバイス。
8. 前記スクリーン（１４）から放出された光が、前記光検出器（４）と前記集束素子（２５）の平面との間にある１つの平面（２７）に焦点を結ぶことを特徴とする請求項７に記載の撮像デバイス。
9. 前記光検出器の撮像面と背面にある側に、光を透過しない層が置かれて、そのために前記スクリーンから放出された光が、前記光検出器に悪影響を与えないことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の撮像デバイス。
10. 前記光検出器の前にカラーフィルタを置いて、これによって種々の色光を含有する光の分離が可能になることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の撮像デバイス。
11. 前記スクリーンから放出される光が、前記撮像デバイスに接近する物体に関して、少なくとも１つの前記光検出器で反射されること、前記光検出器で反射される光を受光して情報が得られることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の撮像デバイス。

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