(57)【要約】本発明によれば、画像検出システムが開示され、この画像検出システムは、開口絞り付きのマイクロレンズが割り当てられ、かつ少なくとも１つの検出器が画像平面にある各ケース内で、互いに隣り合わせに配列された複数の光学チャンネルを含み、前記検出器は、各ケースにおいてレンズ先端と前記検出器の中心との間を結ぶ線を形成する複数の光軸方向が、前記複数の光学チャンネルの位置のそれぞれの関数を表すように配列され、少なくとも１つの絞り装置（４）が前記開口絞り（２’）付きの前記マイクロレンズ（１’）と前記検出器（６’、８）の間に設けられ、チャンネルの位置に応じて絞り（４’）が前記マイクロレンズ（１’）及び前記検出器（６’、８）に対して異なってオフセットされて配列されるように、前記絞り（４’）の中心間距離が前記マイクロレンズ（１’）の先端距離と前記検出器（６’、８）の中心間距離の間に、各ケース内で前記マイクロレンズ（１’）と前記検出器（６’、８）が直線上で対になるように置かれる。【選択図】図１
2009524263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口絞り付きのマイクロレンズが割り当てられ、かつ少なくとも１つの検出器が画像平面にある各ケース内で、互いに隣り合わせに配列された複数の光学チャンネルの画像検出システムであって、前記検出器は、各ケースにおいてレンズ先端と前記検出器の中心との間を結ぶ線を形成する複数の光軸方向が、前記複数の光学チャンネルの位置のそれぞれの関数を表すように配列され、
少なくとも１つの絞り装置（４）が前記開口絞り（２’）付きの前記マイクロレンズ（１’）と前記検出器（６’、８）の間に設けられ、チャンネルの位置に応じて絞り（４’）が前記マイクロレンズ（１’）及び前記検出器（６’、８）に対して異なってオフセットされて配列されるように、前記絞り（４’）の中心間距離が前記マイクロレンズ（１’）の先端距離と前記検出器（６’、８）の中心間距離の間に、各ケース内で前記マイクロレンズ（１’）と前記検出器（６’、８）が直線上で対になるように置かれることを特徴とする画像検出システム。
【請求項２】
各チャンネルに割り当てられた前記検出器（６’、８）は、各ケース内で隣接するチャンネルまたは側面方向にさらに離れたチャンネルの前記マイクロレンズの射影内に置かれるように、少なくとも部分的に配列されることを特徴とする請求項１に記載の画像検出システム。
【請求項３】
前記検出器は、基板（７）上の検出器ピクセル（８）として、またはピンホール絞り（６’）が前方に設定された検出器ピクセルとして直接的に設計されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像検出システム。
【請求項４】
各光学チャンネルが、検出器装置上の伝達される像点が全体として被写体の再構築を可能にするように、少なくとも１つの特定の立体角セグメントを、対応する像点として検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項５】
前記マイクロレンズが球面、楕円形、非球面等の異なる形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項６】
マイクロプリズムが前記マイクロレンズの中に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項７】
前記マイクロレンズが凸状または凹状の形をしたベース面上に配列され、前記検出器（６’、８）がアーチ形の基板面上に配列されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項８】
前記マイクロレンズ（１’）または前記検出器（６’、８）に対する、ゴースト画像抑制用の前記絞りのオフセットが、それぞれの前記光学チャンネルを使って撮像される入射角に応じて調節されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項９】
光源が前記光学チャンネル間、または光学チャンネルの集合間、あるいは前記光学チャンネルの周辺に配列されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項１０】
前記マイクロレンズ（１’）の画像平面において、前記マイクロレンズ（１’）を介した前記画像平面からの光を、観察対象の被写体に向け、束ね、及び／または分散させる光源によって、少なくとも１つの検出器（６’、８）が置き換えられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項１１】
前記光源がＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ、またはＬＡＳＥＲダイオードとして設計されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の画像検出システム。
【請求項１２】
前記検出器が、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサとして、あるいはポリマー材から構成されるフォトダイオードアレイとして設計されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項１３】
色記録のために、前記検出器が、互いの重なり合う３つのピクセル層の中で直接的に別々に異なる色を受け取る画像センサとして設計されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項１４】
隣接する光学チャンネルの視野が部分的に相互に重複することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項１５】
それぞれの光軸の間の角距離によって示される隣接する光学チャンネル間の視野角の差が、１つのチャンネルの視野の幅の半分より小さいことを特徴とする請求項１４に記載の画像検出システム。
【請求項１６】
数個の絞り装置（４）がマイクロレンズと検出器の間の異なる面上に配列されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項１７】
前記絞り装置（４）が、互いに異なる中心間距離を有し、及び／または異なる距離層により、お互いに、及び前記検出器またはマイクロレンズに対して間隔を有することを特徴とする請求項１６に記載の画像検出システム。
【請求項１８】
前記光学チャンネル及び前記マイクロレンズ（１’）が略１の倍率に対応するように設計され、撮像システムの被写体距離において、前記立体角と一致する被写体の側面方向の長さがチャンネルの距離と全く同一となるように、各チャンネルに像点として割り当てられた被写体側の立体角が、前記立体角のサイズに従って設定されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項１９】
前記マイクロレンズに割り当てられた第１の開口絞りアレイ（２）と、第２の絞りアレイ（４）を、コーティングによって、透明な対物レンズ本体（３）の前面と背面に付着させ、マイクロレンズアレイが前記第１開口絞りアレイ（２）に配置され、透明な距離層（５）が前記第２開口絞りアレイに配置され、検出器ピクセル（８）のアレイを備えた基板（７）が距離層の下方にあり、場合によってはピンホール絞りアレイ（６）が前記距離層（５）または前記検出器ピクセルを備えた前記基板上に置かれることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の画像検出システム。
【請求項２０】
対物レンズ本体（３）は、ガラスから成り、レンズアレイおよび距離層は構成されたポリマーから成り、絞りアレイ（２、４）は吸収ポリマーまたは吸収金属から成り、ピンホール絞りアレイ（６）は金属層またはポリマー層から成ることを特徴とする請求項１９に記載の画像検出システム。
【請求項２１】
コーティング及びリソグラフィによって、薄い吸収ポリマーまたは金属の第１の絞りアレイ及び第２の絞りアレイを前面と背面に付着させる透明な対物レンズ本体を備えた少なくとも１つの画像検出システムを製造する方法であって、マイクロレンズアレイがＵＶ複製によって前面に製造され、距離層が背面に製造され、フォトリソグラフィによって構成され得るポリマーと、前記距離層の、両者が検出器ピクセルアレイを具備した基板に接続される方法。
【請求項２２】
光ウェハを形成するために、互いに距離をおいて配列される数個の第１絞りアレイと第２絞りアレイ、数個のマイクロレンズアレイ、及び数個の距離層は、連続対物レンズ本体上に付着され、距離層の間で解放された状態にある空間がボンディングパッド上に置かれるように、複数の検出器ピクセルアレイのある検出器ウェハと、前記ウェハ上の前記検出器ピクセルアレイ間に配置される前記ボンディングパッドに接続され、このようにして接続される前記光ウェハと前記検出器ウェハは、検出器チップ上の前記ボンディングパッドが前記ボンディングパッド以外の配置を越えて側面方向に突出しているカメラチップが製造されるように、鋸によって、互いに隣り合わせとなる数個の異なる深さの切断部に単数化されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記検出器によって検出される隣接光学チャンネルの強度の関係を活用しながら、点状の被写体の位置検出用の測定装置を備える請求項１４乃至２０のいずれかに記載の画像検出システムの使用。
【請求項２４】
前記検出器によって検出される強度値またはコントラスト値を測定し、隣接光学チャンネルの強度の関係を使用することによるエッジの配向検出及び位置検出用の測定装置を備える請求項１４乃至２０のいずれかに記載の画像検出システムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は独立請求項のプリアンブルに係る画像検出システム、及び少なくとも一つの画像検出システムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズを備えた各ケース内で規則正しく配列された光学チャンネルと、画像平面に配置された少なくとも１つの検出器とを備え、少なくとも１の像点をマイクロレンズの後方の縮小映像から抽出する画像検出システムとして、特許文献１に記載のシステムが知られている。個々の光学チャンネル各々の光軸は異なる傾きを有し、該傾きは、画像検出システムの中心から画像に対向する側面までの光学チャンネルの距離の関数を表す。これにより、視野のサイズの画像フィールドサイズに対する比率を、所望の方法で求めることができる。適用される検出器は高感度を有するため、その小さな活性表面に比して比較的大きな中心間距離すなわちピッチを有する。
【特許文献１】国際公開第２００５／０６９６０７Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、この既知の画像検出システムを用いると、例えば中心間差異、すなわちマイクロレンズの中心間距離および検出器の中心間距離、の差異を利用して、チャンネル間において各光軸の傾きを直線的に増加させることができる。各光学チャンネルには、マイクロレンズ、マイクロレンズに割り当てられた開口絞り、及び検出器（場合によっては、ホール絞り付きの検出器）が割り当てられ、各光学チャンネルはこれらを介して、当該光学チャンネル自身につながるチャンネルの隣接方向を「見る」。マトリクス状の検出器の信号（場合によっては、マトリクス内において検出器の信号は行または列で入力される）を読み出すことにより、検出器の信号をさらに並べ替えることなく観察された被写体の画像が得られる。従って、アレイ内のチャンネルの座標から、カメラまたは画像検出システムの視野全体の中でのチャンネルの視線方向を決定することが可能であり、これにより、視野が限定された二次元画像が得られる。
【０００４】
対物レンズの視野外の領域からの入射角が大きい場合、光絶縁体がないと、チャンネルのレンズの光のクロストークが隣接チャンネルの検出器（場合によっては、ホール絞り付きの検出器）上に発生し、これによりゴースト画像が形成される。これを防ぐため、様々な装置、特に様々なチャンネル間の吸収分離壁が、特許文献１において示唆されている。しかしながら、この装置は、特に複写ツールの製造を伴う多大な技術的な取り組み、すなわち高アスペクト比のフォトリソグラフィックプロセスを必要とする。さらに、割り当てられた検出器ピクセルがマイクロレンズの射影内に収まらなければならないため、画像フィールドは限られる。
【０００５】
特許文献１に記載の画像検出システムにおいて、解像可能な最小角距離、すなわち被写体距離が既知の場合の解像可能な最小構造サイズは、視野角差異、すなわち隣接チャンネル間の光軸の傾きの差の２倍である。とりわけ所望の視野に対する超薄カメラシステムの角度分解能は、検出器アレイの寸法、及びこれによって決まる主対称軸におけるチャンネル数の最大値によって制限される。光学チャンネル数の増加によって角度分解能を高めるには、多大な費用をかけて検出器アレイのシリコン表面を拡大することが必要になる。例えば、車線区分線の認識またはエッジ位置の検出等の多くの単純な撮像作業は、大きな視野にわたって適度な分解能を必要とする。同時に撮像するチャンネルをほとんど有しないこれらの仕様を適用する撮像システムは、高解像度メガピクセルカメラと比較すると、高速画像処理だけではなく複雑度が低い点においても、そして大事なことに製造費用が低い点でも群を抜いている。大きな視野を歪みなく撮像する従来のマクロスコープ対物レンズは非常に複雑且つ高価である。これらの対物レンズで得られる画像は、視野の端に向かっていくに従って画質が低下し、歪みが生じるため、被写体を鮮明に識別することが不可能になる場合がある。これらの問題は、上記の文献に記載された、チャンネル関連の設定におけるシステムの撮像自由度によって、各チャンネルをそれぞれの視線方向に対して個々に補正することにより、部分的に補正される。さらに、この平面構成には、省スペースの点でもメリットがある。
【０００６】
本発明の目的は、最新技術を考慮に入れつつ、ゴースト画像の抑制を可能にし、拡大走査画像フィールドを備えた、独立請求項のプリアンブルに係る画像検出システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的はプリアンブルに記載の特徴と組み合わせて独立請求項を規定する特徴によって達成される。
【０００８】
更なる有利な追加の形成及び改善策は、従属項に指定される手段により可能になる。
【０００９】
本発明による画像検出システムは、マイクロレンズとこれらのマイクロレンズに割り当てられた開口絞りの間にさらに加えられたホール絞りと、検出器ピクセル単独として、またはピンホール絞りが接続される検出器ピクセルとして定義される検出器によってゴースト画像抑制の問題を解決する。これにより、１または複数の追加の開口絞りアレイをマイクロレンズアレイと検出器アレイの間に設けることが可能であり、その中心距離はマイクロレンズの中心距離と検出器の中心距離の間となるため、実際には全ての絞り開口部がこのために予想されるチャンネル内に、直線上の対になったレンズと検出器とともに特定の入射角度の光のためにおかれ、この光が、レンズによってそれに割り当てられた検出器上に焦点を合わせられ、他の全ての入射角はマイクロレンズの画像平面のすぐ手前で遮断される。すなわち追加の開口絞りによって、または数個の追加の開口絞りによって吸収または反射される。
【００１０】
これによって、説明されている超薄画像検出システムの全体的な概念のために、最新技術によるチャンネル間の吸収分離壁の導入とは対照的に、光のクロストークによるゴースト画像を発生することなくさらに大きな視野角を達成するために、レンズまたはチャンネルに割り当てられた検出器が必ずしも「設置面積」（アレイ法線に垂直な射影）内に直接的に、これらのマイクロレンズのすぐ後方に位置する必要がなく、隣接レンズの後方に、または隣接レンズまたは追加レンズの次に大きくオフセットされ、配列されてもよいという重要な優位点が生じる。これにより、マイクロレンズの走査可能画像フィールドは実質的にさらに拡大し、撮像システムの分解能、視野サイズ及び光感度に関して有利な効果を有するさらに大きな空間帯域幅の製品が生まれる。さらに分離壁を備える必要がないため、遮られることなく連続して対物レンズ本体を使用することが可能となり、とりわけ光電子画像センサの熱膨張率に応じて調節された対物レンズ本体の熱膨張率によって、対物レンズ装置の安定性が向上する。
【００１１】
さらに割り当てられた開口絞りによって、各レンズは割り当てられた検出器上に排他的に焦点を合わせることができるが、全ての開口絞り開口部はチャンネルに備えられたそれぞれの入射角のための軸上にのみ置かれるため、隣接レンズの検出器上に焦点を合わせることができない。異なる層の中で重なり合う数個の開口絞りアレイの開口絞り開口部のサイズは、各ケース内で、マイクロレンズ後方のそれぞれの距離での焦点光円錐の直径に応じて調節され、レンズまたは検出器に対するそれぞれの開口絞りのオフセットは、それぞれのチャンネルで撮像される入射角に応じて調節される。
【００１２】
有利なことに、マイクロレンズの型、形状及びパラメータは、それぞれの視界方向に対するチャンネルに応じた調節によって軸外画像収差の補正に使用できる。球面レンズのアレイの標準的な使用とは別に、非点収差及び像面湾曲の補正用の可変楕円形（アナモルフィック）レンズ、及びそれぞれの視界方向に対する完全な収差補正により視野及び分解能を大きくするための非球面軸外レンズセグメントのアレイを使用してもよい。
【００１３】
異なる要素間、すなわち異なる平面間のピッチグレーディングの異なる変形があるため、マイクロレンズの開口絞りはこれらのすぐ下で中心に置かれてよいが、これらに対するピッチ差を有することもある。レンズと検出器ピクセルまたはホール絞り間のピッチ差（すなわち、それぞれの中心間距離の差異）は正または負であってよく、従って光軸は内側または外側のどちらかに向けられ、生じる画像は直立しているか、あるいは倒立しているかのどちらかである。
【００１４】
基本的に、光学チャンネル間に分離壁を設けることを除き、特許文献１の全ての方策及び優位点を、本出願と共に使用することが可能であるため、当該文献の開示は本願に含まれるべきである。
【００１５】
有利なことに、光の放射、集光、及び光成形に関する照明は、光源を組み込むために、例えば光学チャンネル間に空間を入れることによって画像検出システムにまたはカメラに組み込むことが可能、あるいは照明はチャンネルのグループ間の特定の距離で、またはカメラの回りのリングとして設けることが可能である。さらに、レンズ平面上に、例えば四角に詰め込まれた球面レンズの間の、すなわちデッドゾーンの中に、光源を取り付けることが考えられる。同様に、検出器上に焦点を合わせるためには本発明に係る装置の数個のレンズだけを適用することが可能であり、それに隣接する他のレンズは、マイクロレンズの画像平面内に位置する光源からの光を観察対象の被写体上にまとめたり、被写体に向けたり、及び／または分散したりすることができる。レーザダイオード、ＬＥＤまたはＯＬＥＤ、またはＶＣＳＥＬ等が光源として使用できる。
【００１６】
ＣＭＯＳ−センサまたはＣＣＤ−センサは、検出器ピクセルアレイとして使用されてよいが、ポリマーフォトダイオードアレイとしてでもよい。なぜなら大型センサフォーマットは半導体検出器アレイのようにコストが高くないため、ポリマーフォトダイオードは有利であるからである。これらの検出器は、レンズアレイやさまざまな開口絞りアレイと同様の印刷技術を用いて製造できるため、長期的には、完全なカメラの印刷が製造技術に関して検討されることになると考えられる。
【００１７】
有利なことは、検出器アレイとしてのグレイスケール画像取得用の従来のＣＭＯＳ−センサまたはＣＣＤ−センサの代わりに、互いに重なり合う３つのピクセル層の中で直接的にさまざまな色を取得する画像センサが設けられるのであれば、説明した撮像システムでは、修正することなくカラー画像取得に応じて調節させることができることである。このような画像センサは、カラーフィルタはそれ以外の場合類似したピクセル上に配列されるのであるが、互いに隣り合わせに配列される従来のカラーＣＭＯＳ−センサまたはＣＣＤ−センサと対照的である。
【００１８】
本発明に係る画像検出システムを用いると、画像平面内の検出器ピクセルの必要とされる充填率が低いため、検出器ピクセルは、デカルトラスタで可能な限り密に詰め込まれるために、必ずしも正方形または矩形である必要はない。実際に、検出器ピクセルの設計とともに、低い暗電流を生じさせ、信号対雑音比に有利な影響を与えるＰＮ遷移のジオメトリ等の他の観点も考慮に入れてもよい。従って、例えば円形のピクセルまたはＰＮ遷移の円形境界があるピクセルを適用することができる。
【００１９】
本発明に係る画像検出システムはまた、１以下の倍率で近い（数センチ）または非常に近い（数ミリメートル）被写体の撮像に適用することもできる。従って、要素間のピッチの差異、すなわちマイクロレンズアレイ、開口絞りアレイ、検出器アレイ等の多様な層の中心間距離の差はゼロであるか、または非常に小さいが、撮像される被写体のサイズによってはさらに大きな画像センサフォーマットが必要となる。
【００２０】
略１対１で撮像される、この構成での光学設計の場合、撮像システムまでの被写体距離では、立体角に一致する側面方向の被写体の拡張がチャンネルのピッチと同程度の大きさとなるように正確に像点として各チャンネルに割り当てられた被写体側のこの立体角のサイズを設定することが有利である。このようなシステムは、例えば光学マウスとしてまたは適度な分解能を有する薄型顕微鏡代替物として、または平面被写体用の接写撮像システムとして相関アルゴリズムを介して適用されてよい。
【００２１】
有利なことに、チャンネルの光軸の異なる傾きはさまざまな方法で達成することができる。従って、個々のマイクロレンズを、検出器毎の分散、焦点距離毎の分散及び円錐及び／または非球面パラメータ毎の分散によって区別化できる。マイクロプリズムも個々のマイクロレンズの中に組み込まれてもよく、最終的には個々のマイクロレンズは凸状または凹状をしたベース面上に配列してよい。
【００２２】
検出器は、視野のサイズに影響を与えるために凸状のベース面または凹状のベース面に配列してよい。
【００２３】
本発明の有利な適用の一例は、点光源のきわめて正確な位置検出、エッジの位置及び配向の検出であり、２Ｄマイクロレンズに基づいた二次元画像検出用の超薄カメラシステムは、隣接する光学チャンネルの視野が少なくとも部分的に重複するように修正される。これは、例えば、レンズアレイと検出器の間の中心距離を選択することにより、あるいはピンホール開口の直径が感光性の検出器ピクセルよりも小さい直径を有するまで拡大することにより達成される。どちらの方策とも、隣接光学チャンネル間の視野角の差が、１つのチャンネルの視野の有効幅の半分より小さくなることを保証する。これによって、撮像光システムの分解能によって設定される解像可能な最小構造サイズの構造サイズを超えた、隣接チャンネルで高精度に測定された強度値間の関係を測定することにより共通の視野領域内に位置する点光源、エッジ、または低周波数の矩形棒対象等の単純な構造の被写体の角位置検出を達成する。きわめて正確な位置検出はこれにより可能である。
【００２４】
本発明の実施形態の例は図面に表され、後述の記述の中でさらに詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１及び図２に示されている画像検出システムは、多数の個別レンズ１’を備えたマイクロレンズアレイが配置された透明な対物レンズ本体３を備え、レンズ１’は示されている実施形態の例（図２）では球面マイクロレンズとして設計されている。開口絞りアレイ２はマイクロレンズ１’と対物レンズ本体３の間の、マイクロレンズアレイ１のすぐ下に配列されている。同様にアレイ４の形をした開口絞り４’が、マイクロレンズ１’の画像平面に軸に沿ってゴースト画像の抑制のために対物レンズ本体３の下に設けられ、本実施形態の例においては検出器ピクセル基板７上の検出器ピクセル８、及びホール絞りアレイ６のピンホール絞り６’により形成される検出器が画像平面に置かれる。ピンホール絞りアレイ６は、光活性検出器ピクセル８の領域が小さい場合、すなわちその場合割り当てられた検出器が検出器ピクセル８自体である場合には省略してよい。距離層５はゴースト画像抑制用の絞りアレイ４とピンホール絞りアレイ６の間に配置される。その下に開口絞り２’があるマイクロレンズ１’、レンズ１’に割り当てられ、ピンホール絞り６’と絞り４’を有する検出器ピクセル８が光学チャンネルを形成し、図２から、数個の光学チャンネルがマトリックス状に互いに隣り合っていることが認識できる。
【００２６】
図１及び図２から認識できるように、画像検出システムの中央から進む各光学チャンネルの光軸には、半径方向に規則正しく異なる傾きが与えられる。これにより、各チャンネルの光軸はマイクロレンズ１’の先端と、割り当てられた検出器の中央、すなわち割り当てられたピンホール絞り６’の中央との間の接続線として画定される。
【００２７】
図２では、マイクロレンズの絞り２’は大きな破線の円で示され、開口絞り４’は小さな破線の円としてクロストークを抑制するためのマイクロレンズ１’の画像平面のすぐ手前に示され、検出器、すなわちピンホール絞り６’で覆われた検出器ピクセル８は黒い点として示されている。検出器だけではなくゴースト画像抑制用の開口絞り４’も、ＸおよびＹ方向のカメラの中央に応じて、すなわちそれぞれのチャンネルの位置に応じて、平面では別にオフセットされて配列されていることを認識できる。従って、マイクロレンズ１’と、このレンズ後方の縮小映像から像点を抽出する検出器６、８の間に画定される光学チャンネルの光軸の傾きまたは方向は、垂直な光軸のあるチャンネルから前進するアレイの中の放射状の座標の関数であると言うことができる。
【００２８】
図１から認識できるように、マイクロレンズアレイ１と検出器平面の間の絞りアレイ４は、光学チャンネルを分離するために機能し、この中に絞りアレイ４の数個の層が設けられてよい。アレイ４の孔すなわち開口部の中心距離は、レンズから対応する検出器上への光束のみがこのために構想された入射角で焦点が合わせられ、他の入射角は遮られるように選択される。それぞれの円の中の絞りアレイ４’のこれらの領域は透明であり、外側の領域は適切に吸収、または反射するが、散乱光のレベルを下げるために好ましくは吸収するように設計される。
【００２９】
図１では、絞りアレイ４の機能方式を認識することができる。図示されている連続光束は各光学チャンネルの主要な視界方向とそれぞれの光束の焦束を示している。これとは対照的に、破線のビーム束は、一例としてマイクロレンズ１’からマイクロレンズに割り当てられていない検出器上への、すなわちそれらの所定の視界方向に一致する光のクロストークに起因するゴースト画像の出現を、絞りアレイ４の存在を表示せずに表すことができる。光のクロストークは、隣接する検出器上またはさらに遠く離れてある検出器上に焦点を合わせるときに生じると思われる。クロストーク、およびこのゴースト画像の出現は、絞りアレイ４を導入することにより緩和される。
【００３０】
図３は、マイクロレンズ１’に、またはチャンネルに割り当てられ、本実施形態例では、検出器ピクセル８とホール絞り６’で構成される検出器が、必ずしも設置面積内に直接的に、すなわちマイクロレンズ１’の直後に位置する必要はないが、破線ではないビーム束によって形成されるチャンネルのさらに大きな視野角を達成するために、クロストークにより生じる破線のビーム束により示されるゴースト画像なしで、隣接レンズの後部で、またはこれの隣接するレンズの後部で大幅にオフセットされて配置されることを示している。これにより、マイクロレンズ１’の走査可能画像フィールドは実質的に拡大し、撮像システムの分解能、視野サイズ及び光強度に関して有利な効果を有する。
【００３１】
光学チャンネルの数は、適用例の分野に応じて１０ｘ１０から、１’０００ｘ１’０００の倍率にあってよく、図２に示された正方形の形状は必須ではない。マイクロレンズ１’のサイズは光学チャンネルのサイズも確定し、マイクロレンズの直径は１０μｍから１ｍｍの間の範囲にある。マイクロレンズアレイ１は、プラスチック材から成り、エンボス加工、射出成形等の異なる技術によって製造されてよい。対物レンズ本体３はガラスまたは透明プラスチック材として設計されてよく、開口絞りアレイ及びピンホール絞りアレイは金属コーティングとして設計されるが、ブラックポリマーとしても設計されてもよい。
【００３２】
ゴースト画像抑制付きのフラットカメラの一実施形態の製造は図４によって説明する。この実施形態では、撮像システムは、薄い対物レンズ本体３の前面及び後面に構成され、好ましくはガラスによって製造される。これにより、第１に、マイクロレンズアレイに割り当てられた開口絞りアレイ２が対物レンズ本体３の前面に置かれ、ゴースト画像抑制用の絞りアレイは後面、すなわち薄い吸収ポリマーの中、または金属の中にコーティングとリソグラフィによって付着される。以後、前面では、レンズアレイ１がＵＶ複製により作成され、後面では距離層５がフォトリソグラフィによって構成されるポリマーの中に製造される。センサアレイの検出器ピクセル８のサイズを追加のピンホール絞りアレイ６によって制限する必要がある場合、及び後者が検出器表面上に製造できない場合には、ピンホール絞りアレイまたはピンホール絞り層６は、例えば光構成された孔の付いた金属またはブラックポリマーとして装置全体の後面の距離層上に付着される。マイクロレンズ１’の曲率半径は、検出器ピクセル８、または検出器ピクセルを覆うピンホール絞り６’上に焦点を合わせるように正確に設定される。
【００３３】
このようにして、複数のフラットカメラを実現できる光ウェハが製造される。それによって、検出器ピクセル８が配置されたウェハを用いた、製造された光ウェハのウェハ規模の組み立て用の距離層５の光学構成が有利である。この構成は、後述する薄型カメラのための２つの隣接する装置間に空隙が生じるように実施される。ボンディングパッド１２は、検出器ピクセル８のある基板７上に置かれ、これらは後述する検出器ピクセルマトリクスの接触に必要となる。その後、製造された光ウェハは検出器アレイが配置されたウェハに、ボンディングパッド１２上の距離層５と、距離層５の高さの空洞との間に空隙が形成されるように、例えばボンディングと硬化によって接続される。その後、カメラはチップソーによって単一化される。空洞によって、チップソーを用いて層１から４を切断したとしても、不注意に層６から層８に損傷を与えないことが保証される。その後、カメラは互いに隣り合うさまざまな深さの数回の切削によって鋸シート１４に従ってウェハ合成物から単数化される。チップソーで切り出される対物レンズの面積は、検出器アレイのチップの面積よりも狭い。これにより、検出器チップの側面方向の突起が、単数化後の薄い対物レンズの側面方向の突起を超えて拡大し、ボンディングパッドの接触性が保証されるカメラチップを製造することができる。
【００３４】
以下、図４に示された、この例のパラメータを明記する。
異なる層またはアレイの厚さ［μｍ］：
１：４５；  ２：１．５；  ３：２１５；  ４：１．５；  ５：３０；  ６：０．２；
アレイ内の異なる要素のピッチ（中心間距離、すなわち先端の距離）［μｍ］：
１：１０７．２；  ２：１０７．２；  ４：１０６．１５；  ６：１０６．０；  ８：１０６．０；
アレイの中の異なる要素の開口部の直径［μｍ］：
１：１０５；  ２：９０；  ４：１６；  ６：２；
アレイ内の要素数：  ８４  ｘ  ６４；
マイクロレンズ１’の曲率半径：１０３μｍ；
材料：１、５：ＵＶ硬化性フォトポリマー；
２、４；ブラックマトリックスポリマー；  ３：ガラス；  ７、８：ＣＭＯＳ−センサ
【００３５】
隣接する光学チャンネルの視野同士が部分的に重複するカメラの一部を図５に示す。このようなカメラは点光源の高精度位置検出またはエッジの位置検出と配向測定として機能する。このような撮像システムは、点光源やエッジ等の１または複数の単純な構造の被写体がコンパクトな撮像光システムで検出される用途の分野で適用されてよく、視野の中でのこれらの被写体距離が既知である角位置または側面方向の被写体位置は、高精度で且つ容易に、すなわち少ないデータ量と短い処理時間で決定されなければならない。産業分野ではエッジ位置認識は特に重要であり、さらに自動車の車線区分線認識または製造の過程での監視作業が考えられる。
【００３６】
図５に示された視野の重複は、例えば、レンズアレイ１とピンホール絞りアレイ６または検出器アレイの間の中心距離を設定することによって、あるいはこれらが感光性の検出器ピクセル８よりも小さな表面拡張を有する程度までピンホール絞り直径を拡大することによって達成される。
【００３７】
図５Ａでは、チャンネルの視界方向、すなわち光軸は９ａで示され、個々の光学チャンネルの視野は９ｂで示され、隣接する視野の重複領域は９ｃで示されている。
【００３８】
図５Ａに示す超薄型カメラの角感度は図５Ｂの視野の角度に応じて示され、１０ａはチャンネルの角感度関数であり、１０ｂは角軸であり、１０ｃはチャンネルの視野の有効幅であり、１０ｄは角感度関数の重複領域である。隣接する光学チャンネルの視野を重複する前述の方策は、隣接する光学チャンネル間の視野角の差が１のチャンネルの視野の有効幅の半分より小さいことを保証する。このような重複は、被写体の点を同時にさまざまなチャンネルで観察し、異なる強度の信号を測定するために必要である。
【００３９】
重複する３つの光学チャンネルの視野の中の光源の角位置を確定するための概略の表示が、図６に示されている。この中で、１１ａは画像平面に投射された点光源の位置を示す。１１ｂは、３つのチャンネルの光軸の、焦点幅を越えて投射される画像座標面との接点である。１１ｅは、横の隣接するチャンネルの接続軸（Ｘ軸）であり、１１ｆは縦の隣接するチャンネルの接続軸（Ｙ軸）である。個々の光学チャンネルの視野の中の投射された点光源位置の半径は、参照数字１１ｄで示す。
【００４０】
点光源または点状の物体を測定するときには、物体の絶対明度または光源の光輝だけではなく、絶対明度や光輝の変動は、検出器の時間の集積とともに無視されても良いため、図５に係るカメラの隣接する光学チャンネルのピンホール絞り６’で測定される強度値の状態は、これらに左右されないことを考慮しなければならない。共通視野領域に位置する被写体の角位置は、強度関係を測定することにより決定できる。このような被写体が図６（数個光学チャンネルが考えられる）に係る３つの光学チャンネルの共通視野に位置する場合、光源からそれぞれのチャンネルの光軸までの側面方向の距離に応じて、対応するピンホール絞り６’における特定の強度、あるいは後述する検出器ピクセル８における特定の強度を測定できる。光学チャンネル上に発せられた光量のどの成分が光軸から画像平面に伝達されるのかについての式に関する関係性は、５Ｂに係る角感度を活用する一方で理論的な検討から知られている。この知識は、光源の位置を計算するために活用される。２つの隣接するピンホール絞り６’の強度の関係性から、焦点距離で画像平面に投射される点光源の座標ｘｐ、ｙｐを決定できる。点光源の地平座標と垂直座標ｘｐとｙｐの計算後、基準チャンネルの視野内での点光源の角位置が判明し、これにより完全な超薄型カメラの視野内でのその角位置も特定のチャンネルの視界方向の割り当てを明らかにすることにより判明する。
【００４１】
計算方法は、以下の例でさらに詳しく説明する。
【００４２】
図６の中心チャンネル（特徴付け１１ｅ）の視野内で、焦点距離にて画像フィールドを投射することにより形成される座標系の軸を観察する場合、この軸上で測定される点光源の位置はｘｐで示される。それは、以下の関係により中心チャンネルの視野内の点光源の角位置に関連付けられる。
【数１】
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式中のψｐは視野内の点光源の角位置を表し、ｒｐは光軸の、焦点距離で投射された座標面との接点からの半径方向距離も表し、ｆは対物レンズの焦点距離を表す。ｙｐは、図６に注記されるように、第２の座標軸上の点光源の座標である。
【００４３】
理論的な検討から、対物レンズの各チャンネルの画像平面での強度分散はそれぞれのチャンネルの角感度関数（図５Ｂの１０ａ）による被写体強度分散の数学的なたたみこみから生じることが知られている。数学的に（近似で）点光源またはエッジとして記述されてよい被写体の場合、たたみこみの結果は、光源の絶対明度（すなわち絶対光輝）と、点光源（ｘｐ、またはｒｐ、またはψｐ）の位置での角感度関数の値と、またはエッジの場合、さらにエッジの位置での角感度関数上での整式とから構成される関係を示す。一般的には、上述された関係性における異なる強度は、光源がチャンネルの視野の重複領域に位置している場合は、それぞれのピンホール絞りまたは後の検出器ピクセルで、隣接チャンネルの視野の重複によって測定される。２つの隣接チャンネルで測定される強度値の関係性から生じる式は、光源の絶対明度すなわち光源の光輝には左右されないため、投射座標面（ｘｐ）内の点光源またはエッジの座標を得るために解かれてよい。
【００４４】
この手順は、図６の第２の座標軸１１ｆと同様に、ｙｐを取得すると共に、ｙｐから、焦点距離で投射された光軸の接点から座標平面（ｒｐ）に対する半径方向距離および、中心チャンネル（ψｐ）の視野内の光源の角位置を取得するために実施される。
【００４５】
前述した方法をエッジ位置検出に使用する場合には、さらにカメラの横断方向の主対称軸に対するエッジの配向を決定しなければならない。これは、画像内で等しい強度値及び／またはコントラスト値を検索することによって比較的容易に達成される。従って、異なる検出器ピクセルの強度値は、前述した方法に従って、高精度のカメラの視野内のエッジ位置を検出するために、このようにして検出されるエッジの配向に対して垂直に測定される。
【００４６】
位置検出のための上述した方法は、１本の線としてだけ設計されるカメラとともに簡略化された方法で使用してもよい。例えば、高角分解能でこの線の視野内のコントラストエッジの移動を検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る画像検出システムの模式的側面断面図。
【図２】本発明に係る画像検出システムの図１に係る平面図。
【図３】本発明に係る画像検出システムの部分図であり、図１に係る検出器が対応するマイクロレンズから大幅にオフセットして設置されている図。
【図４】検出器アレイが位置し、画像検出システムが個々に製造される光ウェハおよびウェハの模式的側面断面図である。
【図５】隣接するチャンネルの視野が部分的に重複している画像検出システムの光学システムの模式的描写図であり、図５Ａは側面図であり、図５Ｂは角感度の描写であり、視野における角の機能を示す。
【図６】視野が重複した三つの光学チャンネルの視野内における光源の角位置の検出の模式的描写図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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