JP4709814B2 - クロストークを抑制する光学絞り構造体を備えたレンズアレイ撮像 - Google Patents
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Description
本願は、Tong Xieにより2005年3月21日に出願された「Compact and Low Profile Optical Navigation Device」という名称の同時係属の米国特許出願第11/085,282号に関係する。この特許出願は、参照することによって本願に組み込まれる。
A.序論
図1は、レンズ系12、光学絞り(optical stop)システム14、及び光センサ16を備える撮像装置10の実施形態を示す。レンズ系12は、レンズ17、18、20、22のアレイを含む。光センサ16はフォトセルのアレイを有し、各フォトセルは、捕捉面24内においてそれぞれのフォトセル活性領域を有している。光学絞りシステム14は、開口システム26、28、30、32のアレイを備えている。
一般に、レンズ系12は、シーン42の少なくとも2つのサブフィールドからの光を、光センサ16の捕捉面24と一致する焦点面上に集束させる。それぞれのサブフィールドは、シーン42の様々な部分に対応する。代表的な実施形態では、レンズ系12はレンズの平面アレイを含み、各レンズは、サブフィールドのそれぞれの1つからの光を捕捉面24内の1つ以上のフォトセル活性領域のそれぞれの組に集束させる。このレンズ系12は、さらに別のレンズや光ファイバーなどの付加的な光学部品を備えることもできる。
光学絞りシステム14の開口システム26〜32は、捕捉面24内の照射領域を照射する集束された光ビーム44〜50の一部を制御する。一般に、各開口システム26〜32は、それぞれの入力開口60とそれぞれの出力開口62とを備えている。
光センサ16は、レンズ系12によって捕捉面24上に集束されたサブフィールドの光から連続した画像を取り込むことができる任意の種類の撮像装置とすることができる。光センサ16は、電荷結合素子(CCD)イメージセンサ技術又は相補型金属酸化膜半導体(CMOS)イメージセンサ技術を含む任意の種類のイメージセンサ技術を用いて実現することができる。光センサ16は、取り込んだ画像データ上で1つ以上のフロントエンド動作を実行する、静止画像処理パイプライン又はビデオ処理パイプラインなどの別の構成要素も備えることができる(例えば、ダウン・サンプリング、デモザイク処理、及び色補正)。
A.第1の例示的な撮像装置の実施形態
図3は、レンズ系12の例示的な実施形態72、光学絞りシステム14の例示的な実施形態74、及び光センサ16の例示的な実施形態76を含む撮像装置10の例示的な実施形態70を示す。
図7は、撮像装置10の第2の例示的な実施形態140の断面図である。この撮像装置140は、レンズ系12の例示的な実施形態142、光学絞りシステム14の例示的な実施形態144及び光センサ16の例示的な実施形態146を含む。撮像装置140は、レンズ系142、光学絞りシステム144及び光センサ146が単一のモノリシック構造体の中に組み込まれ、かつ開口システム148のそれぞれが複数(例えば、4×4=16)のフォトセル活性領域のそれぞれのグループ152を照射するそれぞれの照射領域150を規定することを除いて、図3に示された撮像装置70に対応する。
図8は、光学絞りシステム162がレンズ系12の前方(すなわち、被写体側)に配置された前方絞りシステム164と、レンズ系12の後方に配置された後方絞りシステム166とを備えていることを除いて、図1に示した撮像装置に対応する撮像装置160の実施形態の概略図である。前方絞りシステム164は、光学絞りシステム14内の入力装置60の機能と類似した機能を実行する入力開口168のアレイを備えている。後方絞りシステム166は、光学絞りシステム14内の出力装置62の機能と類似した機能を実行する出力開口170のアレイを備えている。
前述したように、本願で説明される撮像装置の実施形態は、比較的小さくかつ安価な部品を用いて実現できるため、任意の種類の装置の中に組み込むのに極めて好適にすることができる。これらの装置において、画像のボケを除くこと、運動の安定化、及びグラフィカルユーザーインターフェースの制御信号を発生することなどの運動感知用途を含む、シーンのサブフィールドに関する画像情報を都合よく使用することができる。幾つかの実施形態では、これらの撮像装置は、携帯電話、コードレス電話、ポータブル・メモリ装置(例えば、スマートカード)、携帯情報端末(PDA)、半導体のディジタル・オーディオプレーヤ、CDプレーヤ、MCDプレーヤ、静止画像、ビデオカメラ、PCカメラ、ゲーム・コントローラ、ページャ、ラップトップコンピュータ、及び他の内蔵環境などのモバイル装置の中に組み込まれる。
本願で詳細に説明された実施形態により、小形の撮像用途環境における寸法に対する著しい制約を満足することができる改良された撮像装置及び方法が提供された。
12:レンズ系
14:光学絞りシステム
16:光センサ
17、18、20、22:レンズ
24:捕捉面
26、28、30、32:開口システム
42:シーン
44、46、48、50:集束ビーム
56:光データ
Claims (19)
- 捕捉面内にフォトセル活性領域をそれぞれ有する複数のフォトセルを含む光センサと、
シーン内の各サブフィールドからの光を対応する集束ビームに集束するようそれぞれ動作可能な複数のレンズを含むレンズ系と、
前記集束ビームのうちの対応する1つを前記捕捉面内の対応する照射領域にそれぞれ限定する複数の開口システムを有する光学絞りシステムと、
を備え、
前記レンズの各々は、それぞれの光軸に沿って前記開口システムのうちの対応する1つと整列され、
前記照射領域の各々は、前記光軸のうちの対応する1つに中心が配置され、
前記開口システムの各々は、入力開口と出力開口とを有するキャビティによって画定され、前記出力開口の大きさは、前記入力開口の大きさより大きく、前記出力開口および前記入力開口の各々の形状は多角形であり、前記出力開口は、前記入力開口の配置に対して、該出力開口および該入力開口によって画定されるキャビティを含む当該開口システムの照射領域を、該照射領域が、隣接する開口システムの照射領域に重なり合わないよう限定するように配置される、装置。 - 前記レンズ系が正面及び裏面を含み、前記正面が前記レンズの各々にそれぞれ対応する湾曲した面のアレイを含み、かつ前記裏面が前記光学絞りシステムに隣接した平面を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記照射領域が、1つ以上の前記フォトセル活性領域をそれぞれ有する互いに排他的な組をそれぞれ取り囲む、請求項1に記載の装置。
- 前記光学絞りシステムが、前記集束ビームを、前記捕捉面内の対応する重なり合わない照射領域に限定する、請求項1に記載の装置。
- 前記光学絞りシステムが、前記レンズ系と前記光センサとの間の光学絞り構造体の中に組み込まれる、請求項1に記載の装置。
- 前記光学絞り構造体が、指定された波長範囲内の光に対しては不透明な基板を含み、前記開口システムのうちの対応する1つをそれぞれ規定する複数のキャビティを前記基板が含む、請求項5に記載の装置。
- 前記キャビティの各々が入力開口と出力開口とを有し、前記入力開口が前記集束ビームのうちの対応する1つの少なくとも一部を通過させ、かつ前記出力開口がそれぞれの照射領域と、前記対応する集束ビームの通過した部分からの光のないそれぞれのシャドーゾーンとの間の前記捕捉面内の境界を規定する、請求項6に記載の装置。
- 前記キャビティの各々がピラミッド形の錐台の形状の側壁を有する、請求項6に記載の装置。
- 前記開口システムの各々が前記レンズ系の被写体側に入力開口を含み、かつ前記レンズ系と前記光センサとの間に出力開口を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記開口システムの各々が入力開口と出力開口とを有し、前記入力開口が集束ビームのうちの対応する1つの少なくとも一部を通過させ、かつ前記出力開口がそれぞれの照射領域の外側の前記捕捉面の領域に向けられた前記対応する集束ビームの通過された一部の光を遮断する、請求項1に記載の装置。
- 前記入力開口の各々が長方形であり、かつ前記出力開口の各々が長方形である、請求項10に記載の装置。
- 前記レンズの各々が、それぞれの前方焦点面と、前記捕捉面と一致するそれぞれの後方焦点面とを有し、各前方焦点面と前記捕捉面との間の距離が5ミリメートル未満である、請求項1に記載の装置。
- 前記光センサ、前記レンズ系、及び前記光学絞り構造体が単一の構造体に一体化される、請求項1に記載の装置。
- 前記光センサが前記レンズによって前記照射領域上に集束された光から光データを発生するように動作可能であることと、前記光データから前記シーンに対する動きを示す運動測定値を生成するように動作可能な処理システムをさらに備えている、請求項1に記載の装置。
- 前記光センサが前記照射領域の前記フォトセル活性領域上に集束されたサブフィールドの画像から構成された連続した画像を取り込むように動作可能であり、かつ前記処理システムが前記取り込まれた画像のうちの複数の画像の比較により運動測定値を生成する、請求項14に記載の装置。
- シーン内の各サブフィールドからの光を対応する集束ビームに集束する手段と、
前記集束ビームのうちの対応する1つを捕捉面内の対応する重なり合わない照射領域に限定する手段と、
前記照射領域を照射する前記集束ビームの光から光データを発生する手段と、
前記光データから前記シーンに対する動きを示す運動測定値を生成する手段と、
を備え、
前記限定する手段は、入力開口と出力開口とを有するキャビティによって画定される各開口システムを含み、
前記出力開口の大きさは、前記入力開口の大きさより大きく、
前記出力開口および前記入力開口の各々の形状は多角形であり、
前記出力開口は、前記入力開口の配置に対して、該出力開口および該入力開口によって画定されるキャビティを含む当該開口システムの照射領域を、該照射領域が、隣接する開口システムの照射領域に重なり合わないよう限定するように配置される、システム。 - シーン内の各サブフィールドからの光を対応する集束ビームに集束するステップと、
前記集束ビームのうちの対応する1つを、対応する開口システムを通して、捕捉面内の対応する重なり合わない照射領域に限定するステップと、
前記照射領域を照射する前記集束ビームの光から光データを発生するステップと、
前記光データから前記シーンに対する動きを示す運動測定値を生成するステップと、
を含み、
各前記対応する開口システムは、入力開口と出力開口とによって画定されるキャビティを有し、前記出力開口の大きさは、前記入力開口の大きさより大きく、前記出力開口および前記入力開口の各々の形状は多角形であり、前記出力開口は、前記入力開口の配置に対して、該出力開口および該入力開口によって画定されるキャビティを含む前記対応する開口システムの照射領域を、該照射領域が、隣接する開口システムの照射領域に重なり合わないよう限定するように配置される、方法。 - 前記限定するステップが、前記集束ビームのうちの対応する1つの少なくとも一部を通過させるステップと、対応する照射領域の外側の前記捕捉面の領域に向けられた前記対応する集束ビームの通過された一部の光を遮断するステップと、を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記発生するステップが、前記照射領域上に集束されたサブフィールドの画像から構成される連続した画像を取り込むステップを含み、前記生成するステップが、前記取り込まれた画像のうちの複数の画像の比較により運動測定値を生成するステップを含む、請求項17に記載の方法。
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