(57)【要約】  本発明は、相対的に低い高さ（ｈ）と相対的に広い少なくとも１つの光学画像情報が入射する表面（２）とを有する筐体（１）と、第１レンズアレイ（３ａ、３ｂ）と第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）と画像センサ（５ａ、５ｂ）を含む光学画像記録デバイスとを含んだ光路ユニットと、を備える光学画像記録デバイスに関する。光路ユニット内では、第１レンズアレイ（３ａ、３ｂ）が、入射する光学情報を、筐体（１）の高さ（ｈ）に対しほぼ直角に延びる第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）の光軸へと導いており、光学画像情報は、画像センサ（５ａ、５ｂ）により受け取られる。光学画像記録デバイスはさらに、画像データを処理および記憶するよう、画像センサ（５ａ、５ｂ）に連結された電気的手段を含んでいる。デバイスの機械的寸法および解像度の両方を最適化するために、異なる少なくとも２つの光路ユニット（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）が備えられ、そのそれぞれが、入射する光学情報の少なくとも個別の部分を処理および記録することと、個別の光学画像記録デバイス内に記録された信号を電気的に結合するよう、光学画像記録デバイス内に結合手段が提供されることとを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に低い高さ（ｈ）と、相対的に広い少なくとも１つの光学画像情報が入射する表面（２）とを有する筐体（１）と、
第１レンズアレイ（３ａ、３ｂ）と、第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）と、画像センサ（５ａ、５ｂ）を含む光学画像記録デバイスと、を含んだ光路ユニットであって、前記光路ユニット内で、前記第１レンズアレイ（３ａ、３ｂ）は、前記入射する光学情報を、前記筐体（１）の前記高さ（ｈ）に対しほぼ直角に延びる前記第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）の光軸へと導いており、前記光学画像情報は、前記画像センサ（５ａ、５ｂ）によって受け取られる、前記光路ユニットと、を備える光学画像記録デバイスであって、
前記光学画像記録デバイスは、前記画像データを処理および記憶するよう、前記画像センサ（５ａ、５ｂ）に連結された電気的手段をさらに含み、
異なる少なくとも２つの光路ユニット（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）が備えられ、該光路ユニット（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）のそれぞれが、前記入射する光学情報の少なくとも個別の部分を処理および記録することと、
個別の前記光学画像記録デバイスに記録された信号を電気的に結合するよう、前記光学画像記録デバイス内に結合手段が提供されることと、を特徴とする、光学画像記録デバイス。
【請求項２】
前記光路ユニットのそれぞれが、２次元のうち１次元が前記筐体の前記高さ（ｈ）に沿って延びている２次元画像センサ（５ａ、５ｂ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項３】
互いに逆平行に配置されている少なくとも一対の光路ユニット（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）が備えられ、前記光路ユニットのそれぞれは、対応する前記第１レンズアレイ（３ａ、３ｂ）に割り当てられたそれぞれの視錐体（１０ａ、１０ｂ）に沿って入射する個別の画像を処理することと、
完全な画像情報を合成するよう前記結合手段が提供されることと、を特徴とする、請求項１に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項４】
前記一対の光路ユニット（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）の前記視錐体（１０ａ、１０ｂ）が、部分的に重なっていることを特徴とする、請求項３に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項５】
前記第１レンズアレイ（３ａ、３ｂ）と、前記第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）との間にアパーチャが備えられることを特徴とする、請求項１に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項６】
前記アパーチャがメカニカルシャッターであることを特徴とする、請求項５に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項７】
前記光路ユニット（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）のそれぞれの中にオートフォーカスユニット（６ｂ、８ｂ、９ｂ）が備えられることを特徴とする、請求項１に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項８】
前記オートフォーカスユニット（６ｂ、８ｂ、９ｂ）が、前記筐体（１）の前記高さ（ｈ）に対し直角の方向に前記画像センサ（５ｂ）を移動させる操作手段を備えることを特徴とする、請求項７に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項９】
前記画像センサを移動させる前記操作手段が、圧電アクチュエータ素子（９ｂ）を含むことを特徴とする、請求項８に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータ素子（９ｂ）が、マスブロック（１２）に係合されていることを特徴とする、請求項９に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１１】
前記光路ユニットのそれぞれに備えられる前記オートフォーカスユニットが、前記筐体（１）内で、前記第１レンズアレイ（３ａ、３ｂ）に対して相対的に前記第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）または前記第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）の一部を移動させる、さらなる操作手段を備えることを特徴とする、請求項７に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１２】
前記第１レンズアレイがプリズム（３ａ、３ｂ）であることを特徴とする、請求項１に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１３】
互いに逆平行に配置されている一対の光路ユニット（３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）内に、２つの異なるプリズム（３ａ、３ｂ）が備えられていることを特徴とする、請求項１２に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１４】
前記２つのプリズム（３ａ、３ｂ）が、１つのプリズムユニットとして機械的に接合していることを特徴とする、請求項１３に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１５】
前記第２レンズアレイ（４ａ、４ｂ）が従来の光学レンズを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１６】
前記画像センサ（５ｂ）が、平面センサ、詳しくはＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサであり、前記平面センサが、前記平面センサの電気的接続（１４ｂ）を、前記筐体（１）の前記高さ（ｈ）に沿って延びるサイドに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１７】
写真撮影ができる移動電話の一部であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光学画像記録デバイス。
【請求項１８】
行請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学記録デバイス内で使用される結合手段であって、個別の前記光学画像記録デバイスに記録された前記電気信号から、完全な画像情報を合成するよう提供されている、結合手段。
【請求項１９】
処理ユニットによって実行されるとき、個別の前記光学画像記録デバイスに記録された前記電気信号からの前記完全な画像情報の前記合成を実現するように適合した、ソフトウェアプログラムコード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に低い高さと相対的に広い少なくとも１つの光学画像情報が入射する表面（ｅｎｔｅｒｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）とを有する筐体と、第１レンズアレイと第２レンズアレイと画像センサを含む光学画像記録デバイスとを含んだ光路ユニットと、を備える、光学画像記録デバイスに関し、光路ユニット内では、第１レンズアレイが、入射する光学情報を、筐体の高さに対しほぼ直角に延びる第２レンズアレイの光軸へと導いており、光学画像情報を画像センサが受け取る。光学画像記録デバイスはさらに、画像データを処理および記憶するよう画像センサに連結された電気的手段を含んでいる。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６，８５０，２７９（Ｂ１）号明細書では、上記記載の光学画像記録デバイスが開示されている。
【０００３】
従来技術による光学画像記録デバイスは、「相対的に」広い表面、および「相対的に」低い高さを有するカメラ筐体を備えるが、「相対的に」とは、その種のカメラが、従来の大きさのカメラに比べて薄い形状を有していることを意味する。上述の、従来技術によるこのタイプのカメラでは、光学画像記録システムが常に低い高さと堅牢なつくりとを有するように、レンズ系が筐体内に完全に収容されている。したがって、このタイプのカメラは、クレジットカードの持ち運び用に設計された財布または小型のハンドバッグの中に、容易に保管することができる。カード・タイプのカメラなど、上記のカメラは、従来技術のカメラと比較して、このような財布またはハンドバッグに入れる前に筐体からレンズ系を取り外す必要がないという利点を有する。
【０００４】
従来技術によるデバイスでは、筐体の広い表面のうちの１つに対し直角に延びる光軸を有するフロントレンズアレイ（ｆｒｏｎｔ  ｌｅｎｓ  ａｒｒａｙ）を通り抜けて光学情報を受け取る。次に、入射する光学情報が、反射鏡などの反射素子によって、９０°などの角度で、筐体の高さに対し直角の方向に延びる、例えば筐体の長さに沿って延びる、第２レンズアレイの光軸へ向かって反射される。この長さとは、筐体の最大寸法であることが好ましい。第２レンズアレイによって処理された光学情報は、２次元光電アレイ（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｌｉｇｈｔ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｒｒａｙ）を持つ、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）画像センサを含む画像記録デバイスによって受け取られる。光学画像は電気信号に変換され、ＲＡＷ画像情報などとして記憶される。電気信号は、データ処理デバイス、一般的にマイクロコンピュータ内で処理および記憶することが可能である。
【０００５】
米国特許出願公開第２００５／０１１１１０６（Ａ１）号明細書では、被写体から届き第２光学素子へ入力される入射光がプリズムの使用によって反射される、光学素子集合体が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記で言及された光学画像記録デバイスを、その機械的構成および光学解像度の両方に関して最適化されるように改善することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、異なる少なくとも２つの光路ユニットが備えられ、そのそれぞれが、入射する光学情報の少なくとも個別の部分を処理および記録するという特徴と、個別の光学画像記録デバイス内で記録された信号を電気的に結合するよう、光学画像記録デバイス内に結合手段が提供されるという特徴によって達成される。
【０００８】
異なる平行な光路ユニットが使用されることで各ユニットの機械的寸法が最適化され得、各光路ユニットによって処理される情報を電子レベルでそれぞれ結合可能であるということが、本発明の利点である。これは、所定の高さに対し改善された解像度を有する光学画像記録デバイス、またはその代わりに、所定の解像度に対してさらに高さが縮小された光学デバイスをもたらすと考えられる。
【０００９】
本発明の実施形態では、各光路ユニットは、２次元のうち１次元が筐体の高さに沿って延びる２次元画像センサを備える。したがって、第２レンズアレイの光軸は、既に画像センサの光軸と一致しており、さらなる光学機器または機械装備は必要ないという結果になる。この実施形態によって、各光路ユニットがそれぞれ、高さが縮小された画像センサを使用できるが、各画像センサから出力される電子信号から、全体的な光学画像情報を結合してもよい。一対の光路ユニットが備えられる別の実施形態では、従来技術による「単一光路ユニット」デバイスに比べて、２つの画像センサはそれぞれ、その側面寸法（ｌａｔｅｒａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の約半分でよい。画像センサの寸法は、カメラの大きさを決定する重要な要因の１つであるため、高さの縮小が実現される。
【００１０】
さらなる実施形態は、互いに逆平行に配置されている少なくとも一対の光路ユニットが備えられ、各光路ユニットがその個別の画像を処理し、この個別の画像は、対応する第１レンズアレイに割り当てられているその個別の視錐体（ｖｉｅｗｉｎｇ  ｃｏｎｅ）に沿って入射するということと、完全な画像情報を合成する結合手段が提供されるということとを特徴とする。したがって、各光路ユニットの解像度は維持され、主として画像センサの大きさによって決定される高さが最小化されると考えられる。この実施形態の好適な詳細によれば、一対の光路ユニットの視錐体は部分的に重なっており、これによって、視錐体の端で失われる可能性のある情報を回復できるようになる。
【００１１】
本発明の実施形態のさらなる選択肢は、アパーチャが第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に備えられることを特徴とし、このアパーチャは、メカニカルシャッター（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｈｕｔｔｅｒ）であることが有利である。
【００１２】
さらなる実施形態は、各光路ユニット内にオートフォーカスユニットが備えられることを特徴とする。
【００１３】
別の一解決策として、オートフォーカスユニットが、画像センサを筐体の高さに対し直角の方向に移動させる操作手段を備えると同時に、画像センサを移動させる操作手段が、圧電アクチュエータ素子を含んでいることが好ましい。画像センサ自体が十分な慣性を有しなければ、圧電アクチュエータ素子は、機械的な性能を高めるためにマスブロック（ｍａｓｓ  ｂｌｏｃｋ）に係合されていてもよい。
【００１４】
もう１つ別の解決策として、各光路ユニット内に提供されるオートフォーカスユニットは、画像センサを固定された状態に保ちながら、第２レンズアレイまたはその一部を、筐体内で第１のレンズアレイに対して相対的に移動させる、さらなる操作手段を備える。
【００１５】
概して、本発明の実施形態すべてにおいて、第１レンズアレイはプリズムを含むか、またはプリズムで構成される。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態では、画像センサは、平面センサ、詳しくはＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサであり、この平面センサは、その電気的接続を、筐体の（大きさを決定する）高さに沿って延びるサイドに備える。したがって、画像センサの光学的にアクティブな領域が、筐体の高さ全体に沿って効果的に使用され、電気的接続は画像センサのサイドにあるので大きさに影響しない。
【００１７】
本発明は、光学ズームを有した、広角で非常に薄い光学カメラ・モジュールとして使用されるとよい。このタイプのカメラは、通常、移動電話と組み合わせて使用される。カメラ・モジュールが非常に薄くなることから、移動電話のバッテリー、エンジン、拡声器またはバイブレータなどの隣に、電話の厚みを増すことなく取り付けることができる。
【００１８】
光学ズームのさらなる実施形態では、第１レンズアレイの反射面の角度を視野角に対応して調節することによって、視錐体間の重なりが過度に大きくならないようにし、縦横比を維持することができる。
【００１９】
本発明のこれらの態様およびその他の態様が、以下に説明する実施形態から明らかになり、それを参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、従来技術による光学画像記録デバイスの構成の原理の断面図を示す。光学画像記録デバイスは筐体１を備え、その中に、さらに説明されるすべての構成部品が含まれている。
【００２１】
筐体１は、相対的に低い高さｈ、長さｌ、および幅ｗ（図示せず）の３次元形状を有する。筐体１は、筐体１の長さｌに沿って延びる相対的に広い表面を２つ備える。広い表面のうちの一方、上表面２は開口部を備え、これを通り抜けて光学情報が、表面２に対して直角に伸びる光軸（垂直な点線）に沿って受け取られる。入射する光学情報は、反射鏡によって約９０°の角度で、第２レンズアレイ４の光軸（水平な点線）へと反射される。第２レンズアレイ４は、筐体１の長さｌに沿って延びている。第２レンズアレイ４を通ると、光学情報は再度さらなる反射素子によって反射され、その後、光電性の電荷結合素子（ＣＣＤ）を含んだ平面画像センサ５によって受け取られる。その結果、光学情報は画像センサ５により受け取られ、電気信号に変換される。電気信号は、さらなる処理、例えば圧縮などを施され、半導体メモリ内に記憶可能である。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態の断面図を示す。
【００２３】
基本的に、本発明による実施形態は、図１のものに似た筐体１を含んでいるが、この筐体１には、包括的にａ、ｂと表されている２つの異なる独立して動作する光路ユニットが備えられている。図２から分かるように、光学ユニットａ、ｂはどちらも基本的に同じ構成を有するが、筐体１内で、互いに逆平行の形で配置されている。
【００２４】
筐体１の広い表面２上に、共通の開口部が備えられており、これを通り抜けて、異なる２つの視錐体１０ａ、１０ｂに沿って被写体像が観察される。各視錐体は、それに割り当てられているプリズムまたは反射素子３ａ、３ｂから出ている。各プリズム３ａ、３ｂは、筐体１の表面２における開口部の近傍に配置されている。プリズム３ａから出る視錐体１０ａに対応する情報は、図２の右側に示されている（ａと表されている）光学素子および電気素子によりさらに処理される一方、プリズム３ｂにより受け取られる視錐体１０ｂからの情報は、筐体１の左側に示されている構成部品（ｂと表されている）によってさらに処理される。
【００２５】
視錐体１０ａ、１０ｂを通り抜けて入ってくる個別の画像の光軸は、プリズム３ａ、３ｂによって個別に「折り曲げ」られ、その結果、光軸は水平になり、個別の、右側の第２のレンズアレイ４ａまたは左側の４ｂに入っていく。
【００２６】
各光学ユニットは、図１内の従来技術のデバイスに関して簡潔に説明したのと同じように機能する。
【００２７】
各画像センサ５ａ、５ｂから受け取られた情報は、共通の電子プロセッサにおいてさらに処理される。この電子プロセッサは、２つの光路ユニットから別々に受け取られた情報が、適切な方法で結合されて、所望の通りに全体的な光学情報が合成されるように動作する。この結合動作は電気的レベルで行われるため、広いスペースは必要ない。２つの独立した光学系により、筐体１の高さｈの方向における画像センサ５ａ、５ｂそれぞれの、光学的にアクティブな部分の側面寸法を、その半分近くに縮小することができるが、それでも完全な光学情報が得られる。光学的にアクティブな部分のみが縮小可能であり、重なりが必要なため、半分にまでは縮小できないが、それに非常に近くなる。
【００２８】
本発明を実装する現実的な例として、光学画像記録デバイス用に、以下の寸法（デバイスの高さ）および解像度（画素）が実際に利用可能である。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上述のように、従来技術から知られる別の解決策に比べて、本発明のカメラの高さは、画像センサの所定の解像度に対して大幅に縮小される。
【００３１】
図３は、図２の光路ユニットｂに関する細部の断面図を示す。光学情報が入射する第１光学レンズが単一のプリズム３ｂである一方、第２レンズアレイは様々な従来の光学レンズ４ｂを含み、それらのうち１つはフィルタ・レンズ１１ｂとすることができる。プリズム３ｂと、第２レンズアレイ４ｂの１番目のレンズとの間には、アパーチャが設置されており（図示せず）、これがメカニカルシャッターであると有利である。
【００３２】
なお、図３ａから３ｃは、図２に描かれた本発明による画像センサ・システムの細部（「ｂ部分」）しか示していない。図２の完全なシステムでは、両プリズム３ａ、３ｂができる限り近くにある必要がある。これらは、中央で「折り曲げ」られた１つのプリズムとして機能し、画像の半分を第２レンズアレイの後半に投影しなければならない。一般的に２つのプリズムがあるであろうが、プリズム３ａ、３ｂが互いに機械的に繋がれた、１つのプリズムユニットとしても実現できる。
【００３３】
図３ａ、３ｂ、３ｃの図面に関して以下で説明されるさらなる特徴は、光学画像記録デバイスのオートフォーカス機能である。
【００３４】
オートフォーカス機能を実現するために、画像センサ５ｂなどが、図３ｂ内に示されている通り、筐体１（図２）の次元ｌに対応する光学系の長手方向に、移動するよう配置されている。このために、操作手段が、画像センサ５ｂの後ろまたは脇に設置されている。操作手段は、移動のアクチュエータとして圧電素子９ｂと協働する、所与の大きさおよび重さのマスブロック８ｂを含む。図３ｂから分かるように、圧電素子９ｂは、筐体１の外部に通じる柔軟な接続６ｂに繋がれている。したがって、アクチュエータを作動させることによって、画像センサ５ｂは、圧電素子９ｂによって水平方向に駆動させられる。
【００３５】
上記の代案として（図には描かれていない）、固定された素子としてのプリズム３ｂおよび画像センサ５ｂそれぞれに対して、第２レンズアレイ４ｂまたはその一部を筐体１の長さｌの方向に移動させることによって、オートフォーカス機能を実現することもできる。
【００３６】
図４は、図３ｂに示された実施形態の細部を示す。この詳細な図面は平面画像センサ５ｂを示しており、そのアクティブな領域が数字１３ｂで設計されている。画像センサ５ｂは、筐体の内部で接続手段７ｂによって柔軟に接続されているプリント配線板（ＰＷＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ  ｗｉｒｉｎｇ  ｂｏａｒｄ）上、またはその他の回路基盤１４Ｂ上に固定されている。画像センサ５ｂのアクティブな領域１３ｂは、筐体１の高さｈに沿って延びる次元においてできる限り延びるよう最適化されている。これを達成するために、任意の電気的接続１４ｂが、大きさに影響しない、画像センサのサイドに取り付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来技術による光学画像記録デバイスの断面図である。
【図２】本発明の実施形態による光学画像記録デバイスの断面図である。
【図３ａ】図２の細部を示す断面図である。
【図３ｂ】図２の細部の上側から見た斜視図である。
【図３ｃ】図２の細部の下側から見た斜視図である。
【図４】図３ｂの細部の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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