WO2000064146A2 - Flachbauendes bilderfassungssystem - Google Patents

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WO2000064146A2
WO2000064146A2 PCT/DE2000/001252 DE0001252W WO0064146A2 WO 2000064146 A2 WO2000064146 A2 WO 2000064146A2 DE 0001252 W DE0001252 W DE 0001252W WO 0064146 A2 WO0064146 A2 WO 0064146A2
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flat
flat image
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Reinhard VÖLKEL
Stefan Wallstab
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Infineon Technologies Ag
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Definitions

  • the invention relates to a flat imaging system that can be used in a variety of different applications.
  • miniaturization also opens up new technical fields of application, such as optical surveillance or authorization applications, for which conventional photo cameras are not suitable or are only suitable to a limited extent.
  • the object of the invention is to create an image acquisition system with a high miniaturization potential, in particular with regard to the dimension in the direction of the optical axis.
  • an image acquisition system with a small image width B is created.
  • the use of the optical image acquisition system according to the invention as an integral part of small flat devices such as for example, clocks, notebooks, organizers, cell phones.
  • an installation in glasses, clothing (eg hats) and the like or - as a particularly interesting application - in chip cards can be provided.
  • N> 10 in particular N> 1000, is therefore preferred, and image acquisition systems with N in the range of 1,000,000 and more can also be implemented within the scope of the invention.
  • microlenses are preferably used, the opening width of which is less than 2 mm, in particular less than 0.5 mm. Significantly smaller opening widths in the range from 150 ⁇ m to about 5 ⁇ m are also possible.
  • Microlenses lying off-center with respect to the optical axis of the lens matrix arrangement preferably have an essentially elliptical lens peripheral shape. This can correct the aberrations, in particular the astigmatism of the image acquisition system.
  • the lens matrix arrangement is expediently produced from an optically transparent plastic material by stamping, casting, in particular injection molding, compression molding or printing.
  • a pinhole matrix is arranged in front of and / or behind the lens matrix arrangement and is positioned with respect to the lens matrix arrangement such that each microlens has one or more transmitting areas, in particular one or more holes are assigned to the pinhole matrix.
  • the optical axes of the microlenses can run both parallel and - similarly to an insect eye - divergent towards the object.
  • the image acquisition system according to the invention has two or more lens matrix arrangements arranged one behind the other in the beam path. This enables the imaging quality of the system to be increased.
  • the inter-lens matrix arrangement can effectively suppress optical crosstalk between adjacent optical channels.
  • a liquid crystal layer is arranged in the beam path.
  • a suitable electrical control of the same enables variable image enlargement ("zooming") to be achieved.
  • a variability of the image enlargement can also be done electronically by a suitable evaluation of the image signals supplied by the photodetector arrangement can be effected.
  • a first preferred embodiment variant of the image acquisition system according to the invention is characterized in that each microlens produces an image of the entire object to be captured in the image plane, so that object images arranged next to one another in the image plane N are produced without overlap, and that a detector unit of the photodetector arrangement is assigned to each generated object image and that the relative positions of the object images to the assigned detector units vary, such that the detector units each capture different image sections of the N object images.
  • the entire object image is transmitted in each optical channel, but this is only recorded photometrically in sections.
  • the image information is obtained by "static" scanning the object image.
  • the image is built up electronically on the basis of the partial image information obtained in the individual scans.
  • a second embodiment variant of the image acquisition system according to the invention is characterized in that each microlens produces an image of a partial section of the entire object to be recorded in the image plane, the N partial sections generated (already) in the image plane in the correct position relative to the image of the entire object to be recorded assemble, and that the composite image is detected by a plurality of detector units of the photodetector arrangement arranged distributed over the image plane.
  • the composite image is detected by a plurality of detector units of the photodetector arrangement arranged distributed over the image plane.
  • only a single image of the object to be detected is created on the photodetector arrangement, which is combined by the microlenses by superimposing the partial image sections.
  • a special lateral positioning of the photodetector arrangement or of the detector units relative to the lens matrix arrangement is not necessary in the second embodiment variant.
  • a detector unit can be implemented by an individual detector (in this case the photodetector arrangement comprises N individual detectors) or can also be constructed from a detector group consisting of several individual detectors.
  • a thin CCD or a CMOS photosensor array is preferably used as the photodetector arrangement.
  • Such photodetector arrangements usually consist of Si and can be thinned down to thicknesses below 100 ⁇ m relatively easily.
  • a small thickness of the photodetector arrangement is not only of interest in view of the desired reduction in the overall thickness of the image acquisition system, but is also a prerequisite for applications in which a certain flexibility of the image acquisition system according to the invention is required - for example when integrating the same into a chip card or when attaching the same on non-even surfaces.
  • the Si which is brittle per se, already shows a certain flexibility at about 150 ⁇ m, which can be suitably increased by further thinning down.
  • Fig. 1 is a schematic representation for explaining the
  • FIG. 2 shows a detailed view of the detail X from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a top view of a photodetector arrangement with object images projected thereon
  • FIG. 4a shows a cell of the photodetector arrangement from FIG. 3 containing a single detector
  • FIG. 4b shows a cell containing a detector group of the photodetector arrangement from FIG. 3;
  • Fig. 6 is a schematic representation for explaining the
  • FIG. 7 shows the image acquisition system shown in FIG. 6 with the beam path shown
  • FIG. 8 shows a sectional illustration of an optic consisting of four lens matrix arrangements
  • FIG. 9 is a diagram to illustrate the beam path of the image acquisition system shown in FIGS. 6 to 8;
  • Fig. 10 is a schematic representation of two central areas of a lens matrix arrangement in plan view.
  • an object 1 lies in the spatial detection area of an image acquisition system 2.
  • the image acquisition system 2 has at least one lens matrix arrangement 3 as optics, in or on which a multiplicity (N) of microlenses 4 arranged side by side are formed .
  • the lens matrix arrangement 3 can be implemented, for example, in the form of a thin transparent plastic film in which the microlenses 4 are formed by embossing, printing or the like. Another possibility is to manufacture the lens matrix arrangement 3 as a plastic molded or injection molded part.
  • the (image-side) main planes of the individual microlenses 4 preferably lie in a common (image-side) lens matrix main plane 5, and the microlenses 4 usually have an identical focal length.
  • An image plane 6 then extends parallel to the lens matrix main plane 5 and is spaced apart from the latter by the image width B, which is determined by the focal length of the microlens 4 and the (desired) object distance (ie the distance of the object 1 from the lens matrix main plane 5). is determined.
  • the individual microlenses 4 can have different lens shapes and / or different focal lengths. In these cases, there is generally no common (image-side) lens matrix main plane 5. Furthermore, the lens matrix arrangement 3 does not necessarily have to be flat, but can also have a slightly curved shape, for example. Central lines 7 extend from the object 1 through the centers of the lenses 4 and represent the optical channels defined by the lens matrix arrangement 3.
  • a photodetector arrangement is arranged in the beam path behind the lens matrix arrangement 3 in a manner not shown.
  • a sensitive surface of the photodetector arrangement is arranged with respect to the lens matrix arrangement 3 such that it coincides with the image plane 6 as precisely as possible.
  • a cell on the photodetector arrangement is assigned to each optical channel.
  • Each cell contains a photodetector unit arranged in the sensitive surface, which, as will be explained in more detail below, can have one or more light-sensitive areas.
  • the distance A between the front of the lens and the sensitive surface of the photodetector arrangement can essentially correspond to the image width B, is less than 1 cm and can be reduced to values in the range of 150 ⁇ m or possibly even less.
  • the images of the object 1 projected by the lens matrix arrangement 3 onto the sensitive surface of the photodetector arrangement are identified by the reference symbol 8.
  • Each microlens 4 generally produces a complete image 8 of the object 1 in the image plane 6. In this way, a total of N images 8 of the object 1 are generated in the image plane 6.
  • the individual microlenses 4 can be refractive, diffractive or refractive-diffractive (hybrid).
  • the size of a microlens 4 is typically in the range between approximately 2 mm to 5 ⁇ m.
  • the microlenses 4 can have a round, elliptical, triangular, square, hexagonal or generally polygonal circumferential shape.
  • FIG. 2 shows the detail X surrounded by a dotted line in FIG. 1.
  • the central line 7.1 coincides with the optical axis 9.1 of the lens 4.1.
  • the central line 7.2 in the lens 4.2 is inclined by a small angle ⁇ with respect to the optical axis 9.2.
  • the object image 8.1 generated by the lens 4.1 is centered on the optical axis 9.1
  • the object image 8.2 generated by the lens 4.2 is shifted by a small distance ⁇ x relative to the optical axis 9.2 (on the sensitive surface of the photodetector arrangement).
  • the detector unit (not shown) is arranged in the center of the cells ZI or Z2.
  • the mentioned offset ⁇ x between the relative positions of the object images 8.1 and 8.2 with respect to the cell division has the effect that the detector unit arranged in the cell Z2 detects a different section (or section) of the object image 8.2 than the detector unit arranged in the adjacent cell ZI.
  • This principle continues over all N cells of the photodetector arrangement and causes each detector unit to acquire a different section of the object images 8, 8.1, 8.2.
  • the object image as a whole is thus scanned simultaneously by the detector units of the cells. It lends itself to match the lens matrix arrangement 3 and the photodetector arrangement structurally and with respect to their adjustment so that the offset ⁇ x of the object images 8, 8.1, 8.2 from cell to cell corresponds to the size of the light-sensitive area of the detector unit.
  • the overall image is then obtained in a simple manner by “electronically joining” the image information output by the detector units of all cells ZI, Z2.
  • overlapping or incomplete image scanning is also possible, ie one and the same image section can be detected either by several or by no detector unit.
  • a resolution that is not constant via the object image can also be set up.
  • comparatively fewer cells ZI, Z2 can be provided for scanning the image periphery than the center of the image, ie an increasingly smaller number of image sections per image area are scanned towards the image edge (and subsequently electronically evaluated).
  • the relative position between the lens matrix arrangement 3 and the photodetector arrangement can be determined by detecting more suitable ones
  • Calibration images can be adjusted during the manufacturing process.
  • the assignment between the individual detector units and the image sections can be determined and the electronics connected downstream of the photodetector arrangement can be individually taught-in in the finished image acquisition system (i.e. when the relative position between the lens matrix arrangement 3 and the photodetector arrangement has already been determined), likewise by acquiring suitable calibration images.
  • FIG. 3 shows a plan view of the cell pattern of the photodetector arrangement and the positions of the object images generated in the cells ZI, Z2, ..., Z8. It is clear that the object images 8 show an offset ⁇ x in both dimensions of the image plane 6 from cell to cell.
  • FIG. 4a and 4b show different configurations of a cell Z1-Z8 of the photodetector arrangement.
  • the cell Z shown in FIG. 4a has a detector unit with a single photodetector 10 arranged in the cell center.
  • a cell Z 'can have a detector unit which is constructed from a detector group 10' (i.e. a plurality of individual detectors 10).
  • the space of the cell Z or Z 'not occupied by the detector unit can be used for an image preprocessing electronics 11.
  • 5 shows further possibilities for realizing a detector unit.
  • a single image point (pixel) is generated by a single detector 10 and several pixels by several individual detectors (ie a detector group 10 ').
  • a detector group 10 ' In the case of a color detection, at least 3 individual detectors with corresponding upstream filters are required to generate a (color) pixel, further individual detectors arranged, for example, arranged on a circular line around the color detectors can be provided to increase the resolution.
  • individual detectors of the group 10' can be electronically coupled to individual detectors of adjacent detector groups 10 ', in order to enable a quick evaluation of the position or the movement of the individual image sections.
  • Similar image processing is observed in insects (e.g. houseflies). In this way, for example, electronic control or correction against blurring of the image can be implemented.
  • the optics of the image acquisition system can comprise several (typically 3 or 4) lens matrix arrangements.
  • the optics of the image acquisition system 102 shown has an object-side lens matrix arrangement 103.1, an image-side lens matrix arrangement 103.3 and an intermediate lens matrix arrangement 103.2.
  • An object 101 is illustrated by the sequence of letters ABCDEFGHIJKI.
  • An image plane 106 is drawn in the beam path behind the lens matrix arrangement 103.3 on the image side.
  • the distance A is determined by the distance between the front side of the object-side lens matrix arrangement 103.1 facing the object 101 and that with the image plane 106. coincident sensitive surface of the photodetector arrangement (not shown) defined.
  • the image acquisition system 102 also comprises N optical channels, which are represented by the optical axes 109 of microlenses 104, 104 'assigned to one another. Furthermore, further optical elements, such as, for example, one or more pinhole matrixes, a liquid crystal layer, etc., which have already been described with regard to the first embodiment variant, can be arranged in the beam path in a manner not shown.
  • each optical channel transmits only a partial image section of the object 101.
  • the assembly of the individual partial image sections to the object image 108 takes place optically by superimposing the partial image sections transmitted in the individual channels in the image plane 106.
  • an upright image must be generated in the image plane 106. ie a non-inverting mapping (ß> 0) can be provided.
  • the object-side lens 104 of each optical channel generates an inverted ( ⁇ ⁇ 0) intermediate image.
  • the image-side lens 104 'of the optical channel under consideration depicts the inverted intermediate image in the image plane 106 as an upright image ( ⁇ > 0).
  • the second embodiment variant requires more lens matrix arrangements than the first embodiment variant, which is why the first embodiment variant has, at least conceptually, a greater miniaturization potential than the second embodiment variant.
  • FIG. 7 shows the image acquisition system 102 shown schematically in FIG. 6 with the beam path shown.
  • the image width B is defined by the distance between the main plane 105 of the lens matrix arrangements 103.1, 103.2 and 103.3 and the image plane 106.
  • FIG. 8 shows a possible practical structure of the optics of the image acquisition system 102 of the second embodiment variant shown in FIGS. 6 and 7.
  • the optics of the image acquisition system 2 of the first embodiment can be constructed accordingly.
  • An object-side plastic film 12 realizes the lenses 104 of the object-side lens matrix arrangement 103.1 on its surface facing the object
  • an image-side plastic film 13 realizes the lenses 104 'of the image-side lens matrix arrangement 103.3 on its surface facing the image plane 106.
  • the intermediate lens array 103.2 is formed here by lens pairs which are formed on the mutually facing surfaces of the foils 12, 13.
  • FIG. 9 shows a representation of the beam path through the image acquisition system 102 shown in FIGS. 6 to 8.
  • the length specifications of both the z-axis (direction of the optical axis) and the x-axis (vertical direction) are mm in the unit specified.
  • FIG. 10 shows central areas of two different lens matrix arrangements 3, 103.1, 103.2, 103.3 in plan view. While in the lens matrix arrangement shown in the left part of the image all the lenses 4 have a spherical circumferential shape, in the lens matrix arrangement shown in the right part of the image only one lens 4a which is central with respect to the optical axis of the image acquisition system 2 or 102 shows a spherical circumferential shape during which they surrounding lenses 4b each have an elliptical circumferential shape.
  • the image acquisition system 2, 102 Due to the small axial dimension A of the image acquisition system 2, 102 according to the invention, it is extremely versatile.
  • the image acquisition system can be integrated, for example, into the steering wheel or dashboard of a motor vehicle in order to control the driver's fatigue state by detecting the eyelid movement or the head posture.
  • biometric methods such as face or iris recognition to check the authorization of the driver sitting at the wheel, i.e. to enable theft protection.
  • One or more of the image acquisition systems 2, 102 described can be located at a suitable location in the Interior of the motor vehicle (for example, steering wheel, sun visor, interior trim, etc.) can be arranged and control the triggering of occupant protection devices such as airbags or other passenger restraint systems there. In particular, it is possible in this way to protect small children from the front passenger airbag.
  • Another safety-related application in the motor vehicle sector relates to monitoring the vehicle environment.
  • one or more image acquisition systems according to the invention can be attached or integrated in the exterior of the vehicle (for example on the body, the exterior lighting, in particular the indicator, the bumper, the antenna, etc.).
  • a (further) application in the field of personal authorization checking includes the integration of the image acquisition system according to the invention into an object whose use should be reserved for a specific person or a specific group of people, for example in a chip card (ie credit, money, telephone -, access card and the like).
  • the person-specific or group-specific authorization to use such a chip card can be carried out, for example, on the basis of photometric recording and recognition of the fingerprint.
  • Another possibility is the already mentioned face and / or iris detection / recognition of the person who wants to use the chip card by the chip card itself. So that the image detection system integrated in the chip card sees the correct object (face or iris), a structure can be in the chip card be installed, which gives a characteristic appearance when viewed vertically or almost vertically. This could be, for example, a double target on the front and back of the card, which the viewer has to overlap by tilting the chip card.
  • Another feature detection system integrated in the chip card sees the correct object (face or iris)
  • One possibility is to equip the chip card with a reflective surface in which the viewer correctly recognized chip card itself.
  • the image capture / recognition function of the chip card can then be triggered, for example, using a film pressure switch.
  • Another application of the image acquisition system according to the invention is to implement a photo camera in chip card format - i.e. a camera that can be transported in the card compartment of the wallet.
  • a flexible liquid crystal display (LCD) applied to the back of the card can be provided as the viewfinder.
  • LCD liquid crystal display
  • a (parallax-free) detection of the desired image section can also be achieved by directly viewing the object image which is translucent on the back of the card.
  • the viewfinder of such a flat photo camera will be implemented as an additional, independent system.
  • This can in turn be designed according to the invention.
  • the viewfinder can thus be implemented, for example, in the form of the second embodiment variant of the invention and - if the actual image acquisition system of the photo camera is constructed according to the first embodiment variant - can be arranged additionally and adjacent to it on the "photo camera card".

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Abstract

Ein flachbauendes Bilderfassungssystem weist eine Linsenmatrixanordnung (3) auf, die eine Vielzahl von nebeneinanderliegend angeordneten Mikrolinsen (4) enthält. Ferner umfaßt das System eine in einer Bildebene (6) im Strahlengang hinter den Mikrolinsen (4) liegende flächige Photodetektoranordnung. Der Abstand (A) zwischen der Front der Linsenmatrixanordnung (3) und der sensitiven Fläche der Photodetektoranordnung ist kleiner als 1 cm, insbesondere kleiner als 0,5 cm.

Description

Beschreibung
Flachbauendes Bilderfassungssystem
Die Erfindung betrifft ein flachbauendes Bilderfassungssystem, das in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz kommen kann.
In den letzten Jahren haben sich die Abmessungen von Photoka- meras und anderen optischen Abbildungsgeräten ständig verkleinert, wobei der Trend zur Miniaturisierung anhält. Dies liegt zum einen daran, daß die fortschreitende Miniaturisierung die Attraktivität derartiger Kameras für den täglichen Gebrauch erhöht, da sie bequem fast überall hin mitgenommen werden können. Zum anderen werden durch die Miniaturisierung aber auch neue technische Einsatzgebiete wie beispielsweise optische Überwachungs- oder Autorisierungsanwendungen erschlossen, für die herkömmliche Photokameras nicht oder nur bedingt geeignet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bilderfassungs- syste mit einem hohen Miniaturisierungspotential insbesondere bezüglich der Dimension in Richtung der optischen Achse zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung einer Linsenmatrixanordnung bestehend aus einer Vielzahl N von nebeneinanderliegend angeordneten Mikrolinsen wird ein Bilderfassungssystem mit einer kleinen Bildweite B geschaffen. Dies ermöglicht es, den Abstand A zwischen der Front der Linsenmatrixanordnung und der sensitiven Fläche der Photodetektoranordnung so einzustellen, daß dieser maximal 1 cm beträgt, aber auch um Größenordnungen kleiner ausgelegt sein kann. Dadurch wird der Einsatz des erfindungsgemäßen optischen Bilderfassungssystems als integraler Bestandteil von flachbauenden Kleingeräten wie bei- spielsweise Uhren, Notebooks, Organizer, Mobiltelefone ermöglicht. Ferner kann ein Einbau in Brillen, Kleidungsstücken (z.B. Hüte) und dergleichen oder - als besonders interessante Anwendungsmöglichkeit - in Chipkarten vorgesehen sein.
Generell gilt, daß durch eine Erhöhung der Anzahl N der Mikrolinsen eine weitere Reduzierung der Bildweite B und damit des Abstands A ermöglicht wird. Vorzugsweise ist daher N > 10, insbesondere N > 1000, und es können im Rahmen der Erfin- d ng auch Bilderfassungssysteme mit N im Bereich von 1.000.000 und mehr realisiert werden.
Zur Erzielung eines kleinen Abstands A werden vorzugsweise Mikrolinsen eingesetzt, deren Öffnungsweite kleiner als 2 mm, insbesondere kleiner als 0,5 mm ist. Auch wesentlich kleinere Öffnungsweiten im Bereich von 150 μm bis zu etwa 5 μm sind möglich.
Vorzugsweise weisen in bezug auf die optische Achse der Lin- senmatrixanordnung außermittig liegende Mikrolinsen eine im wesentlichen elliptische Linsenumfangsform auf. Dadurch kann eine Korrektur der Aberrationen, insbesondere des Astigmatismus des Bilderfassungssystems erreicht werden.
Zweckmäßigerweise wird die Linsenmatrixanordnung durch Prägen, Gießen, insbesondere Spritzgießen, Formpressen oder Drucken aus einem optisch transparenten Kunststoffmaterial hergestellt .
Zur Begrenzung des Strahlengangs in den einzelnen, durch die N Mikrolinsen definierten optischen Kanälen wird gemäß einer vorteilhaften Maßnahme im Strahlengang vor und/oder hinter der Linsenmatrixanordnung eine Lochblendenmatrix angeordnet und in bezug auf die Linsenmatrixanordnung so positioniert, daß jeder Mikrolinse ein oder mehrere transmittierende Bereiche, insbesondere ein oder mehrere Löcher der Lochblendenmatrix zugeordnet sind. Durch die Lochblendenmatrix kann eine Erhöhung der Tiefenschärfe (und damit eine Vergrößerung des nutzbaren Objekt-Abstandsbereichs) sowie eine Reduzierung des Übersprechens zwischen benachbarten optischen Kanälen erreicht werden. Eine Lochblendenmatrix, die für jede Mikro- linse drei für verschiedene Wellenlängen transmittierende Folienbereiche umfaßt, kann (gleichzeitig) als Filtermaske bei einer Farbdetektion dienen.
Bei dem erfindungsgemäßen Bilderfassungssystem können die op- tischen Achsen der Mikrolinsen sowohl parallel als auch - ähnlich wie bei einem Insektenauge - in Richtung zum Objekt divergent verlaufen. Dabei gilt für den Abbildungsmaßstab ß zumeist -1 < ß < 1 (d.h. die Abbildung ist verkleinernd), es sind jedoch auch erfindungsgemäße optische 1: 1-Abbildungs- Systeme (ß = ± 1) oder vergrößernde Abbildungssysteme (ß < -1 oder ß > 1) möglich.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Bilderfassungssystem zwei oder mehr im Strahlengang hintereinander angeordnete Linsenmatrixanordnungen auf. Dies ermöglicht, die Abbildungsqualität des Systems zu erhöhen.
Gute Abbildungseigenschaften werden insbesondere mit einem System aus drei Linsenmatrixanordnungen (objektseitige Lin- senmatrixanordnung, Zwischenlinsenmatrixanordnung, bildseiti- ge Linsenmatrixanordnung) erhalten. Durch die Zwischenlinsenmatrixanordnung kann in wirkungsvoller Weise ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten optischen Kanälen unterdrückt werden.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kennzeichnet sich dadurch, daß eine Flüssigkristallschicht im Strahlengang angeordnet ist. Durch eine geeignete elektrische Ansteuerung derselben kann eine variable Bildvergrößerung ("Zoomen") erreicht wer- den. Alternativ oder zusätzlich kann eine Variabilität der Bildvergrößerung auch auf elektronischem Wege durch eine ge- eignete Auswertung der von der Photodetektoranordnung gelieferten Bildsignale bewirkt werden.
Eine erste bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemä- ßen Bilderfassungssystems kennzeichnet sich dadurch, daß jede Mikrolinse ein Bild des gesamten zu erfassenden Objekts in der Bildebene erzeugt, so daß in der Bildebene N überschneidungsfrei nebeneinander angeordnete Objektbilder erzeugt werden, daß jedem erzeugten Objektbild eine Detektoreinheit der Photodetektoranordnung zugeordnet ist, und daß die Relativlagen der Objektbilder zu den zugeordneten Detektoreinheiten variieren, derart, daß die Detektoreinheiten jeweils unterschiedliche Bildabschnitte der N Objektbilder erfassen.
Bei dieser ersten Ausführungsvariante wird in jedem optischen Kanal zwar das gesamte Objektbild übertragen, dieses jedoch nur abschnittsweise photometrisch erfaßt. Im Ergebnis wird die Bildinformation durch eine "statische" Abtastung des Objektbilds erhalten. Der Bildaufbau erfolgt auf elektroni- schem Wege auf der Basis der bei den einzelnen Abtastungen erhaltenen Teilbildinformationen .
Eine überlappungsfreie aber lückenlose (und somit vollständige) Bilderfassung und -auswertung wird erreicht, wenn bezüg- lieh benachbarter Objektbilder der Versatz der Relativlagen gerade der Abmessung der lichtempfindlichen Fläche einer Detektoreinheit entspricht.
Eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bilder- fassungssystems kennzeichnet sich dadurch, daß jede Mikrolinse ein Bild eines Teilabschnitts des gesamten zu erfassenden Objekts in der Bildebene erzeugt, wobei sich die erzeugten N Teilabschnitte (bereits) in der Bildebene lagerichtig zu dem Bild des gesamten zu erfassenden Objekts zusammensetzen, und daß das zusammengesetzte Bild durch eine Vielzahl von über die Bildebene verteilt angeordneten Detektoreinheiten der Photodetektoranordnung erfaßt wird. Bei dieser Variante entsteht auf der Photodetektoranordnung lediglich ein einziges Bild des zu erfassenden Objekts, das von den Mikrolinsen durch Überlagerung der Bildteilabschnitte zusammengefügt wird. Anders als bei der ersten Ausführungsvariante ist bei der zweiten Ausführungsvariante eine besondere laterale Positionierung der Photodetektoranordnung bzw. der Detektoreinheiten relativ zu der Linsenmatrixanordnung nicht erforderlich.
Eine Detektoreinheit kann durch einen Einzeldetektor realisiert sein (in diesem Fall umfaßt die Photodetektoranordnung N Einzeldetektoren) oder auch aus einer Detektorgruppe bestehend aus mehreren Einzeldetektoren aufgebaut sein.
Als Photodetektoranordnung wird vorzugsweise ein dünnes CCD oder ein CMOS-Photosensorarray eingesetzt. Solche Photodetektoranordnungen bestehen üblicherweise aus Si und können relativ problemlos auf Dicken unter 100 μm heruntergedünnt werden. Eine geringe Dicke der Photodetektoranordnung ist nicht nur in Hinblick auf die angestrebte Reduzierung der Gesamtdicke des Bilderfassungssystems von Interesse, sondern ist auch Voraussetzung für Anwendungen, bei denen eine gewisse Biegsamkeit des erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems benötigt wird - beispielsweise bei Integration desselben in eine Chipkarte oder bei Anbringung desselben auf nicht ebenen Oberflächen. Das an sich spröde Si zeigt bei etwa 150 μm bereits eine gewisse Biegsamkeit, die sich durch weiteres Herunterdünnen geeignet erhöhen läßt.
Insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Biegeflexibilität des erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems erforderlich machen, ist es bevorzugt, ein photoempfindliches, elektrisch leitfähiges Polymermaterial für die Photodetektoranordnung zu verwenden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des
Funktionsprinzips der ersten erfindungsgemäßen Aus- führungsVariante;
Fig. 2 eine Detailansicht der Einzelheit X aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Photodetektoranordnung mit darauf projizierten Objektbildern in Draufsicht;
Fig. 4a eine einen Einzeldetektor enthaltende Zelle der Photodetektoranordnung aus Fig. 3;
Fig. 4b eine eine Detektorgruppe enthaltende Zelle der Photodetektoranordnung aus Fig. 3;
Fig. 5 verschiedene Realisierungen einer Detektoreinheit in Form eines Einzeldetektors oder einer Detektorgruppe in Draufsicht;
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des
Funktionsprinzips der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante;
Fig. 7 das in Fig. 6 gezeigte Bilderfassungssystem mit eingezeichnetem Strahlengang;
Fig. 8 eine Schnittdarstellung einer aus vier Linsenma- trixanordnungen bestehenden Optik; Fig. 9 ein Schaubild zur Verdeutlichung des Strahlengangs des in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Bilderfassungssystems; und
Fig. 10 eine schematische Darstellung von zwei Mittenbereichen einer Linsenmatrixanordnung in Draufsicht.
Nach Fig. 1 liegt ein Objekt 1 (Haus mit Baum) im räumlichen Erfassungsbereich eines Bilderfassungssystems 2. Das Bilder- fassungssystem 2 weist als Optik wenigstens eine Linsenmatrixanordnung 3 auf, in oder auf der eine Vielzahl (N) von nebeneinanderliegend angeordneten Mikrolinsen 4 ausgebildet sind. Die Linsenmatrixanordnung 3 kann beispielsweise in Form einer dünnen transparenten Kunststoffolie realisiert sein, in der die Mikrolinsen 4 durch Prägen, Drucken oder dergleichen herausgebildet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Linsenmatrixanordnung 3 als Kunststoff- Formpreß- oder Spritzgußteil zu fertigen.
Die (bildseitigen) Hauptebenen der einzelnen Mikrolinsen 4 liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen (bildseitigen) Linsenmatrix-Hauptebene 5, und die Mikrolinsen 4 weisen üblicherweise eine identische Brennweite auf. Eine Bildebene 6 erstreckt sich dann parallel zu der Linsenmatrix-Hauptebene 5 und ist von letzterer unter der Bildweite B beabstandet, welche durch die Brennweite der Mikrolinse 4 und den (gewünschten) Objektabstand (d.h. der Entfernung des Objektes 1 von der Linsenmatrix-Hauptebene 5) bestimmt ist.
Allgemein können die einzelnen Mikrolinsen 4 allerdings unterschiedliche Linsenformen und/oder unterschiedliche Brennweiten aufweisen. In diesen Fällen existiert in der Regel keine gemeinsame (bildseitige) Linsenmatrix-Hauptebene 5. Ferner muß die Linsenmatrixanordnung 3 nicht notwendigerweise plan sein, sondern kann beispielsweise auch eine leicht gewölbte Formgebung zeigen. Zentrallinien 7 erstrecken sich von dem Objekt 1 durch die Mitten der Linsen 4 und repräsentieren die von der Linsenmatrixanordnung 3 definierten optischen Kanäle.
Im Strahlengang hinter der Linsenmatrixanordnung 3 ist in nicht dargestellter Weise eine Photodetektoranordnung angebracht. Eine sensitive Oberfläche der Photodetektoranordnung ist bezüglich der Linsenmatrixanordnung 3 so angeordnet, daß sie mit der Bildebene 6 möglichst genau zusammenfällt. Jedem optischen Kanal ist eine Zelle auf der Photodetektoranordnung zugeordnet. Jede Zelle enthält eine in der sensitiven Oberfläche angeordnete Photodetektoreinheit, die, wie im folgenden noch näher erläutert, einen oder mehrere lichtempfindliche Bereiche aufweisen kann.
Der Abstand A zwischen der Linsenvorderfront und der sensitiven Oberfläche der Photodetektoranordnung kann im wesentlichen der Bildweite B entsprechen, ist kleiner als 1 cm und kann auf Werte im Bereich von 150 μm oder ggf. noch darunter reduziert werden.
Die von der Linsenmatrixanordnung 3 auf die sensitive Oberfläche der Photodetektoranordnung projizierten Bilder des Objekts 1 sind mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet. Jede Mikrolinse 4 erzeugt in der Regel ein vollständiges Bild 8 des Objekts 1 in der Bildebene 6. Insgesamt werden auf diese Weise in der Bildebene 6 N Bilder 8 des Objekts 1 erzeugt.
Die einzelnen Mikrolinsen 4 können refraktiv, diffraktiv oder refraktiv-diffraktiv (hybrid) sein. Die Größe einer Mikrolinse 4 liegt typischerweise im Bereich zwischen etwa 2 mm bis 5 μm. Die Mikrolinsen 4 können eine runde, elliptische, dreieckige, quadratische, hexagonale oder allgemein polygonale Umfangsform aufweisen.
In Fig. 2 ist die in Fig. 1 von einer punktierten Linie umrandete Einzelheit X wiedergegeben. Bei der Linse 4.1 fällt die Zentrallinie 7.1 mit der optischen Achse 9.1 der Linse 4.1 zusammen. Demgegenüber ist bei der Linse 4.2 die Zentrallinie 7.2 gegenüber der optischen Achse 9.2 um einen kleinen Winkel α geneigt. Während also das von der Linse 4.1 erzeugte Objektbild 8.1 zentrisch zu der optischen Achse 9.1 liegt, ist das von der Linse 4.2 erzeugte Objektbild 8.2 um einen kleinen Abstand Δx gegenüber der optischen Achse 9.2 (auf der sensitiven Oberfläche der Photodetektoranordnung) verschoben.
Die Detektoreinheit (nicht dargestellt) ist jeweils im Zentrum der Zellen ZI bzw. Z2 angeordnet. Der erwähnte Versatz Δx zwischen den relativen Lagen der Objektbilder 8.1 und 8.2 bezogen auf die Zellteilung bewirkt, daß die in der Zelle Z2 angeordnete Detektoreinheit einen anderen Abschnitt (oder Ausschnitt) des Objektbildes 8.2 erfaßt als die in der benachbarten Zelle ZI angeordnete Detektoreinheit.
Dieses Prinzip setzt sich über sämtliche N Zellen der Photodetektoranordnung fort und bewirkt, daß jede Detektoreinheit einen anderen Abschnitt der Objektbilder 8, 8.1, 8.2 erfaßt. Somit wird das Objektbild als Ganzes von den Detektoreinheiten der Zellen zeitgleich abgetastet. Es bietet sich an, die Linsenmatrixanordnung 3 und die Photodetektoranordnung baulich und in bezug auf ihre Justage so aufeinander abzustimmen, daß der Versatz Δx der Objektbilder 8, 8.1, 8.2 von Zelle zu Zelle der Größe des lichtempfindlichen Bereichs der Detektoreinheit entspricht. Das Gesamtbild ergibt sich dann in einfacher Weise durch "elektronisches Aneinanderfügen" der von den Detektoreinheiten sämtlicher Zellen ZI, Z2 ausgegebenen Bildinformationen. Es ist jedoch auch eine überlappende oder eine unvollständige Bildabtastung möglich, d.h. ein und derselbe Bildausschnitt kann entweder von mehreren oder von keiner Detektoreinheit erfaßt werden. Ferner kann auch eine über das Objektbild nicht konstante Auflösung eingerichtet werden. Beispielsweise können vergleichsweise weniger Zellen ZI, Z2 zur Abtastung der Bildperipherie als der Bildmitte vorgesehen sein, d.h. daß zum Bildrand hin eine zunehmend kleinere Anzahl von Bildausschnitten pro Bildfläche abgetastet (und nachfolgend elektronisch ausgewertet) wird.
Die Relativlage zwischen der Linsenmatrixanordnung 3 und der Photodetektoranordnung kann durch das Erfassen geeigneter
Eichbilder beim Herstellungsprozeß justiert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann bei dem fertiggestellten Bilderfassungssystem (d.h. bei bereits festgelegter Relativlage zwischen Linsenmatrixanordnung 3 und Photodetektoranordnung) - ebenfalls durch das Erfassen geeigneter Eichbilder - die Zuordnung zwischen den einzelnen Detektoreinheiten und den Bildabschnitten bestimmt und der der Photodetektoranordnung nachgeschalteten Elektronik individuell eingelernt werden.
Fig. 3 zeigt in Draufsicht das Zellenmuster der Photodetektoranordnung sowie die Lagen der in den Zellen ZI, Z2, ..., Z8 erzeugten Objektbilder. Es wird deutlich, daß die Objektbilder 8 in beiden Dimensionen der Bildebene 6 von Zelle zu Zelle einen Versatz Δx zeigen.
Fig. 4a und Fig. 4b zeigen unterschiedliche Ausbildungen einer Zelle Z1-Z8 der Photodetektoranordnung. Die in Fig. 4a gezeigte Zelle Z weist eine Detektoreinheit mit einem einzigen, zellenmittig angeordneten Photodetektor 10 auf. Alter- nativ dazu kann gemäß Fig. 4b eine Zelle Z' eine Detektoreinheit aufweisen, die aus einer Detektorgruppe 10' (d.h. mehreren Einzeldetektoren 10) aufgebaut ist.
Bei beiden Ausführungen kann der nicht von der Detektorein- heit (einzelner Photodetektor 10 oder Detektorgruppe 10') beanspruchte Platz der Zelle Z bzw. Z' für eine Bildvorverar- beitungselektronik 11 genutzt werden. Fig. 5 zeigt weitere Möglichkeiten zur Realisierung einer Detektoreinheit. Bei einer Schwarz/Weiß-Detektion (S/W) wird ein einzelner Bildpunkt (Pixel) durch einen Einzeldetektor 10 und mehrere Pixel durch mehrere Einzeldetektoren (d.h. eine Detektorgruppe 10') erzeugt. Bei einer Farbdetektion sind zur Erzeugung eines (Färb-) Pixels mindestens 3 Einzeldetektoren mit entsprechenden vorgeschalteten Filtern erforderlich, wobei zur Erhöhung der Auflösung beispielsweise auf einer Kreislinie um die Farbdetektoren angeordnete weitere Einzeldetektoren vorgesehen sein können.
Bei einer Detektion mit einer Detektorgruppe 10' (Fig. 4b) können einzelne Detektoren der Gruppe 10' mit einzelnen De- tektoren benachbarter Detektorgruppen 10' elektronisch gekoppelt sein, um dadurch eine schnelle Auswertung der Lage oder der Bewegung der einzelnen Bildabschnitte zu ermöglichen. Eine ähnliche Bildverarbeitung wird bei Insekten (z.B. Stubenfliege) beobachtet. Auf diese Weise läßt sich beispiels- weise eine elektronische Steuerung oder Korrektur gegen Verwackeln des Bildes realisieren.
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung. Auch hier kann die Optik des Bilderfassungssystems mehrere (typischerweise 3 oder 4) Linsenmatrixanordnungen umfassen. Die Optik des dargestellten Bilderfassungssystems 102 weist eine objektseitige Linsenmatrixanordnung 103.1, eine bildsei- tige Linsenmatrixanordnung 103.3 und eine dazwischen liegende Linsenmatrixanordnung 103.2 auf.
Ein Objekt 101 wird durch die Buchstabenfolge ABCDEFGHIJKI veranschaulicht. Im Strahlengang hinter der bildseitigen Linsenmatrixanordnung 103.3 ist eine Bildebene 106 eingezeichnet. Der Abstand A wird durch die Entfernung zwischen der dem Objekt 101 zugewandten Frontseite der objektseitigen Linsenmatrixanordnung 103.1 und der mit der Bildebene 106 zu- sammenfallenden sensitiven Oberfläche der Photodetektoranordnung (nicht dargestellt) definiert.
Das Bilderfassungssystem 102 gemäß der zweiten Ausführungsva- riante der Erfindung umfaßt ebenfalls N optische Kanäle, die durch die optischen Achsen 109 einander zugeordneter Mikrolinsen 104, 104' dargestellt sind. Es können ferner in nicht dargestellter Weise weitere, bereits bezüglich der ersten Ausführungsvariante beschriebene optische Elemente wie bei- spielsweise eine oder mehrere Lochblendenmatrizen, eine Flüssigkristallschicht usw. im Strahlengang angeordnet sein.
Anders als bei der ersten Ausführungsvariante überträgt bei der zweiten Ausführungsvariante jeder optische Kanal nur ei- nen Teilbildabschnitt des Objektes 101. Veranschaulicht ist dies in Fig. 6 dadurch, daß der links dargestellte optische Kanal im wesentlichen den Teilbildabschnitt ABC, der benachbarte Kanal im wesentlichen den Teilbildabschnitt DEF, usw., überträgt. Das Zusammenfügen der einzelnen Teilbildabschnit- te zu dem Objektbild 108 erfolgt hier auf optischem Wege durch Überlagern der in den einzelnen Kanälen übertragenen Teilbildabschnitte in der Bildebene 106. Damit die einzelnen Teilbildabschnitte dort seitenrichtig aneinandergefügt werden, muß in der Bildebene 106 ein aufrechtes Bild erzeugt werden, d.h. eine nichtinvertierende Abbildung (ß > 0) vorgesehen sein.
Diese kann folgendermaßen realisiert werden: Die objektsei- tige Linse 104 eines jeden optischen Kanals erzeugt ein in- vertiertes (ß < 0) Zwischenbild. Die bildseitige Linse 104' des betrachteten optischen Kanals bildet das invertierte Zwischenbild in die Bildebene 106 als aufrechtes Bild (ß > 0) ab. Zwischen der objektseitigen Linse 104 und der bildseitigen Linse 104' befindet sich eine oder mehrere zusätzliche Linse (n) einer oder mehrerer Zwischenlinsenmatrixanordnung (en), welche in Art einer Feldlinse das Übersprechen zwischen benachbarten optischen Kanälen reduziert (reduzieren) . In der Regel benötigt die zweite Ausführungsvariante mehr Linsenmatrixanordnungen als die erste Ausführungsvariante, weshalb die erste Ausführungsvariante zumindest konzeptionell ein größeres Miniaturisierungspotential als die zweite Ausführungsvariante aufweist.
Fig. 7 zeigt das in Fig. 6 schematisch dargestellte Bilderfassungssystem 102 mit eingezeichnetem Strahlengang. Wie bei der ersten Ausführungsvariante ist die Bildweite B durch den Abstand zwischen der Hauptebene 105 der Linsenmatrixanordnungen 103.1, 103.2 und 103.3 und der Bildebene 106 definiert.
Fig. 8 zeigt einen möglichen praktischen Aufbau der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Optik des Bilderfassungssystems 102 der zweiten Ausführungsvariante. Die Optik des Bilderfassungssystems 2 der ersten Ausführungsvariante kann entsprechend aufgebaut sein. Eine objektseitige Kunststoffolie 12 realisiert auf ihrer dem Objekt zugewandten Oberfläche die Linsen 104 der objektseitigen Linsenmatrixanordnung 103.1 und eine bildseitige Kunststoffolie 13 realisiert auf ihrer der Bildebene 106 zugewandten Oberfläche die Linsen 104' der bildseitigen Linsenmatrixanordnung 103.3. Die Zwischenlinsenmatrixanordnung 103.2 wird hier durch Linsenpaare gebil- det, die an den einander zugewandten Oberflächen der Folien 12, 13 ausgebildet sind.
Zur lagegenauen lateralen und axialen Positionierung der Folien 12, 13 sind an diesen im peripheren Bereich über eine gedachte Kreislinie verteilt mehrere komplementär ausgebildete Strukturen 14a, 14b angeordnet, die bei Eingriff eine Selbstjustage der Folien 12, 13 herbeiführen. Die Struktur 14a, 14b kann beispielsweise in Form eines an einer der Folien 12; 13 angeformten Justierrings 14a und eines an der ande- ren Folie 13; 12 angeformten Kugelkappenabschnitts 14b realisiert sein. Fig. 9 zeigt eine Darstellung des Strahlengangs durch das in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Bilderfassungssystem 102. Die Längenangaben sowohl der z-Achse (Richtung der optischen Achse) als auch der x-Achse (Vertikalrichtung) sind in der Ein- heit mm angegeben.
Die Abbildung ist nichtinvertierend und verkleinernd (0 < ß < 1) , die Objektweite beträgt 1 cm, der Abstand A zwischen der Linsenfront (bei x = 0) und der Bildebene 106 beträgt etwa 4,7 mm und die Bildweite B beträgt ungefähr 3 mm.
Fig. 10 zeigt mittige Bereiche von zwei verschiedenen Linsenmatrixanordnungen 3, 103.1, 103.2, 103.3 in Draufsicht. Während bei der im linken Bildteil dargestellten Linsenmatrix- anordnung sämtliche Linsen 4 eine sphärische Umfangsform aufweisen, zeigt bei der im rechten Bildteil dargestellten Linsenmatrixanordnung lediglich eine in bezug auf die optische Achse des Bilderfassungssystems 2 bzw. 102 zentrale Linse 4a eine sphärische Umfangsform, während die sie umgebenden Lin- sen 4b jeweils eine elliptische Umfangsform aufweisen.
Aufgrund der geringen axialen Dimension A des erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems 2, 102 ist dieses ausgesprochen vielseitig einsetzbar. Im Bereich von Überwachungsanwendun- gen kann das Bilderfassungssystem beispielsweise in das Lenkrad oder Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs integriert werden, um über eine Erfassung der Lidbewegung oder der Kopfhaltung den Ermüdungszustand des Fahrers zu kontrollieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, durch biometrische Verfah- ren wie Gesichts- oder Iriserkennung die Berechtigung des am Steuer sitzenden Fahrers zu kontrollieren, d.h. einen Diebstahlschutz zu ermöglichen.
Weitere Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Bilderfassungs- Systems in bzw. an einem Kraftfahrzeug betreffen sicherheitstechnische Anwendungen. Ein oder mehrere der beschriebenen Bilderfassungssysteme 2, 102 können an geeigneter Stelle im Innenraum des Kraftfahrzeugs (beispielsweise Lenkrad, Sonnenblende, Innenverkleidung usw.) angeordnet sein und dort die Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen wie beispielsweise Airbags oder andere Personenrückhaltesysteme steuern. Insbe- sondere ist auf diese Weise ein Schutz von Kleinkindern vor dem Beifahrer-Airbag realisierbar. Eine weitere sicherheitstechnische Anwendung im Kraftfahrzeugbereich bezieht sich auf die Überwachung der Fahrzeugumgebung. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere erfindungsgemäße Bilderfas- sungssysteme im Außenbereich des Fahrzeugs (beispielsweise an der Karosserie, der Außenbeleuchtung, insbesondere Blinker, dem Stoßfänger, der Antenne usw.) angebracht bzw. integriert sein.
Eine (weitere) Anwendung im Bereich der personenbezogenen Au- torisierungsüberprüfung umfaßt die Integration des erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems in einen Gegenstand, dessen Nutzung einer bestimmten Person oder einem bestimmten Personenkreis vorbehalten bleiben soll, beispielsweise in ei- ne Chipkarte (d.h. Kredit-, Geld-, Telefon-, Zugangskarte und dergleichen) . Die personen- oder personengruppenbezogene Berechtigung zur Nutzung einer solchen Chipkarte kann beispielsweise anhand einer photometrischen Erfassung und Erkennung des Fingerabdrucks durchgeführt werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der bereits angesprochenen Gesichtsund/oder Iriserfassung/-erkennung der die Chipkarte verwenden wollenden Person durch die Chipkarte selbst. Damit das in der Chipkarte integrierte erfindungsgemäße Bilderfassungssystem das richtige Objekt (Gesicht oder Iris) sieht, kann in der Chipkarte eine Struktur eingebaut sein, die bei senkrechter oder nahezu senkrechter Betrachtung ein charakteristisches Erscheinungsbild abgibt. Dies könnte beispielsweise ein auf der Vorder- und Rückseite der Karte angebrachtes doppeltes Zielkreuz sein, das von dem Betrachter durch Verkippen der Chipkarte übereinandergelegt werden muß. Eine andere
Möglichkeit besteht darin, die Chipkarte mit einer spiegelnden Fläche auszustatten, in der sich der Betrachter bei läge- richtig gehaltener Chipkarte selbst erkennt. Die Bilderfassungs/-erkennungsfunktion der Chipkarte kann anschließend z.B. über einen Foliendruckschalter ausgelöst werden.
Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems besteht in der Realisierung einer Photokamera im Chipkartenformat - d.h. einer Kamera, die im Kartenfach des Geldbeutels transportiert werden kann.
Bei einer solchen "Photokamera-Karte" kann als Sucher ein auf der Rückseite der Karte aufgebrachtes, flexibles Flüssigkristall-Display (LCD) vorgesehen sein. Bei der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung sowie einer transparenten Ausführung der Photodetektoranordnung (z.B. durch Verwendung eines geeigneten photoelektrischen Polymermaterials) kann auch durch direkte Betrachtung des auf der Kartenrückseite durchscheinenden Objektbildes eine (parallaxenfreie) Erfassung des gewünschten Bildausschnitts erreicht werden.
In der Regel wird jedoch der Sucher einer derartigen flachen Photokamera als zusätzliches, eigenständiges System realisiert sein. Dieses kann wiederum gemäß der Erfindung konzipiert sein. Der Sucher kann also beispielsweise in Form der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung realisiert sein und - sofern das eigentliche Bilderfassungssystem der Photokamera gemäß der ersten Ausführungsvariante aufgebaut ist - zusätzlich und benachbart zu diesem auf der "Photokamera-Karte" angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Flachbauendes Bilderfassungssystem, mit
- einer Linsenmatrixanordnung (3; 103.1, 103.2, 103.3), die eine Vielzahl N von nebeneinanderliegend angeordneten Mikrolinsen (4; 104) enthält, und
- einer in einer Bildebene (6; 106) im Strahlengang hinter den Mikrolinsen (4; 104) liegenden flächigen Photodetektoranordnung, wobei - der Abstand (A) zwischen der Front der Linsenmatrixanordnung (3; 103.1, 103.2, 103.3) und der sensitiven Fläche der Photodetektoranordnung kleiner als 1 cm, insbesondere kleiner als 0,5 cm ist.
2. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß N > 10, insbesondere N > 1000 ist.
3. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Öffnungsweite einer Mikrolinse (4; 104) kleiner als 2 mm, insbesondere kleiner als 0,5 mm ist.
4. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bezüglich der optischen Achse der Linsenmatrixanordnung (3; 103.1, 103.2, 103.3) außermittig liegende Mikrolinsen (4b) eine im wesentlichen elliptische Linsenumfangsform auf- weisen.
5. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Linsenmatrixanordnung (3; 103.1, 103.2, 103.3) durch Prägen, Gießen, insbesondere Spritzgießen, Formpressen oder Drucken aus einem optisch transparenten Kunststoffmaterial hergestellt ist.
6. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Strahlengang vor und/oder hinter der Linsenmatrixanordnung (3; 103.1, 103.2, 103.3) eine Lochblendenmatrix angeordnet und in bezug auf die Linsenmatrixanordnung (3; 103.1, 103.2, 103.3) so positioniert ist, daß jeder Mikrolinse (4; 104) ein oder mehrere transmittierende Bereiche, insbesondere ein oder mehrere Löcher der Lochblendenmatrix zugeordnet sind.
7. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lochblendenmatrix aus einer bezüglich der Linsenmatrixanordnung (3; 103.1, 103.2, 103.3) lagefest gehalterten perforierten Folie oder Folie mit transmittierenden Folienbe- reichen besteht.
8. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die optischen Achsen (9.1, 9.2) der Mikrolinsen (4; 104) parallel verlaufen.
9. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die optischen Achsen (109) der Mikrolinsen (4; 104) zum Objekt (1, 101) hin divergieren.
10. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei oder mehr im Strahlengang hintereinander angeordnete Linsenmatrixanordnungen (103.1, 103.2, 103.3) vorgesehen sind.
11. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen einer objektseitigen Linsenmatrixanordnung (103.1) und einer bildseitigen Linsenmatrixanordnung (103.3) mindestens eine Zwischenlinsenmatrixanordnung (103.2) ange- ordnet ist, die ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten optischen Kanälen, jeweils definiert durch ein Mikro- linsenpaar (104, 104') der objekt- und bildseitigen Linsenmatrixanordnungen (103.1, 103.3), unterdrückt.
12. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ferner eine Flüssigkristallschicht im Strahlengang angeordnet ist.
13. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- daß jede Mikrolinse (4; 4.1, 4.2) ein Bild (8; 8.1, 8.2) des gesamten zu erfassenden Objekts (1) in der Bildebene
(6) erzeugt, so daß in der Bildebene (6) N überschneidungsfrei nebeneinander angeordnete Objektbilder (8; 8.1, 8.2) erzeugt werden,
- daß jedem erzeugten Objektbild (8; 8.1, 8.2) eine Detek- toreinheit (10, 10') der Photodetektoranordnung zugeordnet ist, und
- daß die Relativlagen der Objektbilder (8; 8.1, 8.2) zu den zugeordneten Detektoreinheiten (10, 10') variieren, derart, daß die Detektoreinheiten (10, 10') unterschiedliche Bild- abschnitte der Objektbilder (8; 8.1, 8.2) erfassen.
14. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bezüglich benachbarter Objektbilder (8; 8.1, 8.2) der Versatz (Δx) der Relativlagen gerade der Abmessung der lichtempfindlichen Fläche einer Detektoreinheit (10, 10') entspricht.
15. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - daß jede Mikrolinse (104) ein Bild eines Teilabschnitts (ABC; DEF; ...; IJK) des gesamten zu erfassenden Objekts (101) in der Bildebene (106) erzeugt, wobei sich die erzeugten N Teilabschnitte in der Bildebene (106) lagerichtig zu dem Bild des gesamten zu erfassenden Objekts (101) zu- sammensetzen, und
- daß das zusammengesetzte Bild durch eine Vielzahl von über die Bildebene (106) verteilt angeordneten Detektoreinheiten (10, 10') der Photodetektoranordnung erfaßt wird.
16. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jede Detektoreinheit durch einen Einzeldetektor (10) realisiert ist.
17. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jede Detektoreinheit durch eine aus mehreren Einzeldetek- toren bestehende Detektorgruppe (10') realisiert ist.
18. Flachbauendes Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Photodetektoranordnung ein CCD, ein CMOS-Photo- sensorarray oder ein aus Polymeren bestehendes Photosensor- array ist.
19. Chipkarte, enthaltend ein flachbauendes Bilderfassungssystem (2, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
20. Armband- oder Taschenuhr, enthaltend ein flachbauendes Bilderfassungssystem (2, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
21. Mobiles Kommunikationsendgerät, enthaltend ein flachbau- endes Bilderfassungssystem (2, 102) nach einem der Ansprüche
1 bis 18.
22. Tragbarer Computer, enthaltend ein flachbauendes Bilderfassungssystem (2, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
23. Brille, enthaltend ein flachbauendes Bilderfassungssystem (2, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
24. Kleidungsstück, enthaltend ein flachbauendes Bilderfas- sungssystem (2, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
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