(57)【要約】【課題】改良型光学構造体、関連の製造方法、及び改良型光学構造体を組み込むアセンブリを提供する。【解決手段】本発明は、改良型光学構造体、関連の製造方法、及び改良型光学構造体を組み込むアセンブリに関する。少なくとも１つの実施形態では、正確な光源色情報が、実質的に関連の視野全体を通して提供される。【選択図】図３２
2009531738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサの像面の隣接区域上に二重の実質的に類似の映像を投影するように構成された二重レンズ構造体、
を含み、
前記二重レンズ構造体は、第１の複合レンズと第２の複合レンズを含み、該第１及び第２の複合レンズの各々は、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含む、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項２】
前記第１のレンズ要素は、アクリルを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項３】
前記第１のレンズ要素は、ポリカーボネートを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項４】
前記第１のレンズ要素と前記画像センサの間の開口マスクを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項５】
拡散の幅を該拡散の方向に測定した前記画像センサの隣接ピクセルの中心対中心間隔とほぼ等しく均一に設定するように構成された拡散器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項６】
前記第１の複合レンズと前記画像センサの間の赤色スペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項７】
前記第２の複合レンズと前記画像センサの間の赤色補完スペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の画像収集システム。
【請求項８】
前記第１のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも高いアッベ数を有する材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項９】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凸面を含むことを特徴とする請求項８に記載の画像収集システム。
【請求項１０】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の画像収集システム。
【請求項１１】
前記第１のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも低いアッベ数を有する材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１２】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凹面を含むことを特徴とする請求項１１に記載の画像収集システム。
【請求項１３】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載の画像収集システム。
【請求項１４】
前記第１及び第２のレンズ要素は、少なくとも部分的に色収差を補正するために組合せて機能するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１５】
画像センサの像面上に映像を投影するように構成されたレンズ構造体、
を含み、
前記レンズ構造体は、複合レンズを含み、該複合レンズは、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、互いに直接に接触しており、
前記第１及び第２のレンズ要素は、少なくとも部分的に色収差を補正するように組合せて機能するように構成されている、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項１６】
前記第１のレンズ要素は、アクリルを含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像収集システム。
【請求項１７】
前記第１のレンズ要素は、ポリカーボネートを含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像収集システム。
【請求項１８】
前記第１のレンズ要素と前記画像センサの間の開口マスクを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像収集システム。
【請求項１９】
拡散の幅を該拡散の方向に測定した前記画像センサの隣接ピクセルの中心対中心間隔とほぼ等しく均一に設定するように構成された拡散器を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像収集システム。
【請求項２０】
前記第１のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも高いアッベ数を有する材料を含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像収集システム。
【請求項２１】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凸面を含むことを特徴とする請求項２０に記載の画像収集システム。
【請求項２２】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも大きいことを特徴とする請求項２０に記載の画像収集システム。
【請求項２３】
前記第１のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも低いアッベ数を有する材料を含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像収集システム。
【請求項２４】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凹面を含むことを特徴とする請求項２３に記載の画像収集システム。
【請求項２５】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも小さいことを特徴とする請求項２３に記載の画像収集システム。
【請求項２６】
画像センサの像面上に映像を投影するように構成されたレンズ構造体、
を含み、
前記レンズ構造体は、複合レンズを含み、該複合レンズは、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含み、
前記レンズ要素と前記像面の間の空隙が実質的にない、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項２７】
前記第１のレンズ要素は、アクリルを含むことを特徴とする請求項２６に記載の画像収集システム。
【請求項２８】
前記第１のレンズ要素は、ポリカーボネートを含むことを特徴とする請求項２６に記載の画像収集システム。
【請求項２９】
前記第１のレンズ要素と前記画像センサの間の開口マスクを更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の画像収集システム。
【請求項３０】
拡散の幅を該拡散の方向に測定した前記画像センサの隣接ピクセルの中心対中心間隔とほぼ等しく均一に設定するように構成された拡散器を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の画像収集システム。
【請求項３１】
前記第１のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも高いアッベ数を有する材料を含むことを特徴とする請求項２６に記載の画像収集システム。
【請求項３２】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凸面を含むことを特徴とする請求項３１に記載の画像収集システム。
【請求項３３】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも大きいことを特徴とする請求項３１に記載の画像収集システム。
【請求項３４】
前記第１のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも低いアッベ数を有する材料を含むことを特徴とする請求項２６に記載の画像収集システム。
【請求項３５】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凹面を含むことを特徴とする請求項３４に記載の画像収集システム。
【請求項３６】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも小さいことを特徴とする請求項３４に記載の画像収集システム。
【請求項３７】
前記第１及び第２のレンズ要素は、少なくとも部分的に色収差を補正するために組合せて機能するように構成されていることを特徴とする請求項２６に記載の画像収集システム。
【請求項３８】
画像センサの像面上に映像を投影するように構成されたレンズ構造体、
を含み、
前記レンズ構造体は、複合レンズを含み、該複合レンズは、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含み、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも高いアッベ数を有する材料を含み、
前記第２のレンズ要素の屈折率の変化は、所定の温度範囲にわたって前記第１のレンズ要素の屈折率の変化をよりも大きく、それによって該所定の温度範囲にわたって前記複合レンズの焦点距離の変化を低減する、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項３９】
前記第１のレンズ要素は、アクリルを含むことを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４０】
前記第１のレンズ要素は、環状オレフィンコポリマーを含むことを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４１】
前記第１のレンズ要素と前記画像センサの間の開口マスクを更に含むことを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４２】
開口マスクが、前記像面に最も近い前記第１のレンズ要素の表面上に印刷されていることを特徴とする請求項４１に記載の画像収集システム。
【請求項４３】
前記第１のレンズ要素の屈折率が、前記第２のレンズ要素の屈折率よりも温度の関数として迅速に変化することを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４４】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凸面を含むことを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４５】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも大きいことを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４６】
前記第２のレンズ要素の焦点距離が、負であることを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４７】
前記第２のレンズ要素は、前記第１のレンズ要素と直接に接触していることを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４８】
前記第２のレンズ要素の材料は、接着剤であることを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【請求項４９】
前記第２のレンズ要素の材料は、エポキシであることを特徴とする請求項３８に記載の画像収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００６年３月２４日出願のＢｅｃｈｔｅｌ他に付与された米国特許仮出願出願番号第６０／７８５、５９５号に対して「３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §１１９  （ｅ）」に基づく優先権を請求するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、改良型光学構造体、関連の製造方法、及び改良型光学構造体を組み込むアセンブリに関する。少なくとも１つの実施形態では、正確な光源色情報が、実質的に関連の視野全体を通して提供される。
【０００３】
【特許文献１】米国特許仮出願出願番号第６０／７８５、５９５号
【特許文献２】米国特許第５、８３７、９９４号
【特許文献３】米国特許第５、９９０．４６９号
【特許文献４】米国特許第６、００８、４８６号
【特許文献５】米国特許第６、１３０、４４８号
【特許文献６】米国特許第６、１３０、４２１号
【特許文献７】米国特許第６、０４９、１７１号
【特許文献８】米国特許第６、４６５、９６３号
【特許文献９】米国特許第６、４０３、９４２号
【特許文献１０】米国特許第６、５８７、５７３号
【特許文献１１】米国特許第６、６１１、６１０号
【特許文献１２】米国特許第６、６２１、６１６号
【特許文献１３】米国特許第６、６３１、３１６号
【特許文献１４】米国特許出願出願番号第１０／２０８、１４２号
【特許文献１５】米国特許出願出願番号第０９／７９９、３１０号
【特許文献１６】米国特許出願出願番号第６０／４０４、８７９号
【特許文献１７】米国特許出願出願番号第６０／３９４、５８３号
【特許文献１８】米国特許出願出願番号第１０／２３５、４７６号
【特許文献１９】米国特許出願出願番号第１０／７８３、４３１号
【特許文献２０】米国特許出願出願番号第１０／７７７、４６８号
【特許文献２１】米国特許出願出願番号第０９／８００、４６０号
【特許文献２２】米国特許出願出願番号第６０／５９０、７３６号
【特許文献２３】米国特許第５、９２３、０２７号
【特許文献２４】米国特許第６、６１７、５６６号
【特許文献２５】米国特許出願出願番号第０９／９７０、７２８号
【特許文献２６】米国特許出願出願番号第６０／４７２、０１７号
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
デジタル画像センサを用いて、良好な光学的設計は、撮像アレイ内の各ピクセルを完全に利用するという考えに近づくことを可能にする。それに比較すると、光学品質が妥協された時には、多くの隣接ピクセルの読取値の平均化のような慣行を用いて光学システムの欠陥を克服するという罠に陥りやすい。より良好な光学システムを用いると、遥かに小さい群のピクセルを伴う計算から、又は個々のピクセルからでさえも同じ情報をより正確に取得することができるであろう。光学性能の限界を補償するのに妥協を行うと、多くの場合に、そうでない場合に必要であると考えられるよりも遥かに多いピクセル数の使用をもたらす。ピクセル数が多いほど、撮像装置のコストだけではなく、より多くの量のデータを処理するのに必要とされる余分なメモリ及び処理電力のコストも増大する。
【０００５】
本発明の例示的なデザインは、引用により本明細書に組み込まれる、本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くで既に扱っている特徴に関するいくつかの有意な改良を含むものである。改良は、映像品質を高いままに維持する画角を大きく拡大しながら、色補正及び解像度を実質的に改善する二重要素レンズ構造を含む。好ましい実施形態は、新規で経済的な構成で配置されて近く離間した二重の多重要素複合レンズシステムの対を利用する。好ましい設計では、所定の量だけ投影画像を広げるか又はぼかす１つ又はそれよりも多くのレンズ面も含まれる。均一にぼかすか又は拡散させ、かつぼかし方向に測定するピクセルの間隔つまり中心−中心間距離に等しくするようにぼかしの幅を設定することが好ましい。赤色フィルタ及びほぼ赤色補完フィルタを含む改良型フィルタ配置を用いる。この１対のフィルタは、耐久性がある手頃な価格の包装構造の一部としての撮像アレイの保護覆い窓の役目もするカバーガラス上に組み込んでいる。
【０００６】
拡散又はぼかし発生の制御を行う技術は、単一の画像を色フィルタアレイ上で投影するレンズシステムに拡張することができる。この場合、引用により本明細書の他の箇所に組み込まれた本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くで全般的に対象とされているように、ほぼ整数のピクセルを対象とするようにぼかし発生の制御を拡張し、この数字は、少なくとも１つの方向で１つよりも多い。
【０００７】
本発明の対の複合レンズシステムの構造の特徴の多くは、単一レンズ構造体、並びに多重レンズ構造体にも適用可能であり、従って、これらの単一及び複数複合レンズシステムは、本発明の一部と考えられる。
【０００８】
以下では、完全に厳密に慣例に固執することはできないが、レンズシステムという用語は、通常、目標とする用途のために単一の画像を集束させる完全な光学構造体を指し、レンズ要素という用語は、一般的に、共通の光軸上の１つ又は恐らく２つの能動レンズ面を通常有する単一の部分の光学材料を指す。複合レンズ又は複合レンズシステムという用語は、カスケードに、つまり連続して通過する光線で作動する光軸上にほぼ整列した２つ又はそれよりも多くの能動レンズ要素を有するレンズシステムを指すために使用する。一部の実施形態においては、プラスチック又は他の光学材料の単体により、例えば、複数のレンズ要素を具現化することができ、例えば、要素の１つは、第１の複合レンズシステムのレンズ要素として機能することができ、第２のレンズ要素は、第２の複合レンズシステムのレンズ要素として類似した機能に役立たせることができる。本発明の特定的な実施形態では、２つの類似した複合レンズシステムを使用し、各々は、光景の固有の別々の画像を投影するのに使用する。これらのレンズシステムの第１のレンズシステムは、２つの区別した色フィルタの第１の色フィルタを通じて画像を画像感知アレイ上に投影し、これらのレンズシステムの第２のレンズシステムは、２つの区別した色フィルタの第２の色フィルタを通じて画像を画像感知アレイ上に投影し、第１及び第２の撮像区域は、実質的に重なり合わない。本発明の実施形態は、互いに直接接触する第１のレンズ要素及び第２のレンズ要素を有し、そこには接着層、空隙、又はあらゆる挿入材料のような挿入材料は存在しないことを理解すべきである。
【０００９】
解像度の改良及び拡張した視角は、特に、様々な光学的配列に対する自動適合を必要とする様々な車両内で交換可能に同じカメラを使用することができるように撮影装置の視野を拡大する用途に必要である。例えば、車線離脱及び前照灯減光用途においては、フロントガラスの角度によりカメラを取り付ける角度が決まり、一方、所要の視野は、主として車両の水平中心軸に対するカメラの向きにより決まるように、カメラをフロントガラスに取り付けることが多い。柔軟性を増大させるために、カメラの視野は、カメラが作動することを目的とする車両型式のカメラ取付け位置と車両水平中心軸間のこの範囲の角度差を含むように拡大すべきである。改良型レンズシステム解像度及び色補正には、多くの他の利点がある。これらには、より高いピクセル数を備えたアレイに結像レンズシステムを有用なものとすることがある。光源強度測定時の精度は、色を判断して、かつ光景内の事物及び光源を解像する機能と同様に改善している。
【００１０】
二重画像実施形態に使用するレンズシステムの近接性により、多重要素複合レンズ構造体を提供するという困難が増長される。新規であると考えられる構造のうちの１つは、単一の撮像装置の像面のほぼ隣接するが実質的に重なり合わない区域上に、二重でほぼ適合する色で区別された画像を投影する二重複合レンズ構造であり、２つの複合レンズシステムの各々は、各々が少なくとも１つの他のレンズ要素と共にレンズを通過する光を集束させる役目を果たす少なくとも１つの実質的に非平面レンズ面を有する第１及び第２のレンズ要素を含み、第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズで製造される。これらの２つのレンズ材料は、色補正を改善するためにレンズ構造体で好ましくは利用する異なる分散つまりアッベ数（ｎｍ単位の波長及び屈折率ｎに対しては、アッベ数を（ｎ589.2−１）（ｎ486.1−ｎ656.3）と定めることができる）を有することが好ましい。レンズ面を配置し、かつ増大した画角にわたってレンズ収差が問題なく低いレベルに保持されるようにデザインを特徴付けることが更に好ましい。分散が少ない方のレンズ材料、すなわち、アッベ数が高い方の材料を光景側に置き、分散が多い方のレンズ材料、すなわち、アッベ数が低い方の材料を撮像装置側に置いてデザインを調査した。分散が少ない方、すなわち、アッベ数が高い方のレンズ材料が光景側にあるこれらのデザインに対しては、分散が少ない方、すなわち、アッベ数が高い方の材料が光景側にあるレンズ要素の厚みがこのレンズ要素の光景側の表面半径を幾分超える時に適切な色補正及び画角の増大の組合せが最も良好に得られることが見出されている。レンズシステム性能の品質は、特に拡張した視野にわたる性能に関して、レンズ要素の厚みに非常に影響を受けやすいので、比較的大きな範囲のレンズ要素厚みで実験することが得策である。更に、このレンズ要素の表面は、レンズ要素の光景側及び撮像装置側の両方で凸面であることが好ましい。
【００１１】
分散が多い方のレンズ材料、すなわち、アッベ数が低い方の材料が光景側にあり、分散が少ない方のレンズ材料、すなわち、アッベ数が高い方の材料を撮像装置側にあるデザインに対しては、分散が多い方、すなわち、アッベ数が低い方の材料が光景側にあるレンズ要素の厚みがこのレンズ要素の光景側の表面半径より実質的に小さい時に適切な色補正及び画角の増大の組合せが最も良好に得られることが見出されている。更に、このレンズ要素の光景側での表面は、凸面であることが好ましく、撮影装置側でのこのレンズ要素の表面は、凹状であることが好ましい。この構成の好ましい実施形態では、光景側レンズ要素は、好ましくは、不透明であると共に好ましくはレンズシステム内の１次開口絞りとして機能する第２の部材と共に成形され、かつ組み込まれでいる。レンズ要素及びこの第２の部分の組合せにより、透明硬化性材料を分注して硬化させる空洞が形成され、従って、第２のレンズ要素が所定の位置に注型される。上述の構造体の任意的な修正は、レンズ要素及び好ましくは不透明第２の部材を組み合わせて１つの好ましくは透明部分にし、かつ好ましくは、不透明開口絞りをレンズ構造体上に印刷するか、又は第２の好ましくは不透明の部材を開口絞りとして使用するためである。成形したレンズ要素構造体の空洞は、次に、埋込カップの役目をして、複合レンシステムの第２のレンズ要素として機能する材料を保持すると共にそれを収容する。
【００１２】
本発明の好ましい構造の別の特徴は、２つのレンズ要素材料のうちの少なくとも一方及び好ましくは両方に対して、２つの隣接複合レンズの対応するレンズ要素は、各複合レンズが共通の部分に成形された２つの要素のうちの１つを使用するように、２つの複合レンズ構造体に及ぶように構成された部分と共通の部分に成形されるということである。更に、類似したレンズ要素の２つの対の一方は、レンズの能動部分が物理的に互いに近いか、又は認められるほどの距離にわたって好ましくは互いに隣接するように成形されることが好ましい。
【００１３】
好ましい構造の一部においては、構造内に設置する２つ又はそれよりも多くの複合レンズの各々の２つの能動レンズ要素面は、プラスチック又は他の透明材料の共通の部分に成形するか、又は他の方法で形成し、複合レンズの各々の能動レンズ面のうちの１つに適合し、かつ好ましくは付着もするように、異なる光学特性による第２のレンズ要素材料を所定の位置に注型される。２つの好ましい構造体の各々においては、所定の位置に注型される第２のレンズ要素材料は、複合レンズシステムの色補正を改善することを有効にする特性を有する。更に、システム全体は、レンズシステムの軸外性能を実質的に改善するのに有効である。
【００１４】
上述の構造のうちの１つにおいては、第１のレンズと一体成形される不透明部材又は任意的に空洞は（その場合、絞りは、付加的な部材又は印刷層により形成されることが好ましい）、所定の位置に注型されたレンズ要素材料が固化するまで収容するように機能し、好ましくは、レンズシステムの絞り又は開口の役目も果たす。
【００１５】
上述の構造体の別の構造においては、絞り又は開口は、実質的に、好ましくは最小限反射型であり、かつ所要の透明絞り開口部を有する不透明層として付加することが好ましい。絞りを付加する区域は、透明基板材料のほぼ平坦な表面であることが好ましい。次に、上述のように複合レンズの第２のレンズ材料として機能し、また、開口コーティングを有する表面にプラスチックレンズを装着する役目をするように所定の位置に成形されている材料が少なくとも１つレンズ面に適合するように、所定の位置に成形されている第２のレンズ要素材料を使用して２つのレンズ面を成形するプラスチック又は他の透明材料の部分を開口を含む基板に接着する。好ましくは、成形される部分上の少なくとも１つのレンズ面と開口マスクを有する好ましくは平坦な表面の間の連続的な光路になるようにこの第２のレンズ材料を付加することが好ましい。レンズは、配置及び接着工程中に開口マスクと整列させることが好ましい。この構成には、その構造を容易にするいくつかの特徴がある。第１に、レンズ構造体を接着する前又は後に別々のブロックに切り離すことができる共通の透明基板上に複数の開口パターン（例えば、１０００ほど）を印刷することができる。第２に、一般的な用途に対しては、レンズは、製造段階を行うようにミクロ電子工学的組立及び処理機器を適応させることができるほど十分に小さいものである。シリコンウェーハをダイスカットするように成形されたものと類似ののこぎりを、別々のレンズ構成要素に基板材料を切断するように適応させることができる（特にガラスを基板材料に使用した時）。ダイ配置機器を使用して、レンズ面を有する部分及び開口マスクを有する基板部分を処理し、接着剤を付加し、かつ好ましくは、開口マスクを含む基板にレンズを整列かつ接着することができる。ウェーハテープ及びウェファフレームを使用して、のこ切断及びレンズ配置工程中に基板部分及び付着レンズを保持することができる。ウェーハテープ及びフレームは、カメラ構造体内での配置に向けて除去されるまで完成レンズアセンブリを保持する役目をすることができる。
【００１６】
通常はミクロ電子工学的アラインメント及び配置システムの一部として使用するカメラベースのパターン認識システムは、開口マスクにレンズを適切に整列させるように修正することができる。
【００１７】
代案の第３の構造においては、好ましくは、パッド印刷のような印刷法により、光景に最も近いレンズ要素の後面に開口マスクを付加することができる。関連レンズ面が凹状であり、レンズ面においてレンズ面の縁部に隣接する区域が好ましくはほぼ平坦である時、実質的に平坦な印刷パッドを使用することができ、かつ周囲面と隣接する時に正確なアラインメント段階が不要で、レンズを取り囲む区域及び好ましくはレンズ面の縁部も覆うように印刷法を形成することができる。従って、レンズ面及びレンズ面の外縁部の好ましいマスキングとの開口マスクの極めて重要なアラインメントは、自己アラインメントである方法で達成される。接着層に隣接する凸状レンズ面を有する例示的なデザインにおいては、平坦な印刷パッドは、パッド印刷法を用いて開口を問題なく印刷することができるように凸状レンズ面の最も適度な突出部を達成して適合するように十分に柔軟性があることが見出されている。印刷パッド又はクリシェからレンズ面に転写される場合がある残留物をきれいに落とすために、接着作業前にアルコールのような溶剤を使用する洗浄段階が必要であろう。酸素又はアルゴンのような材料を使用するイオン衝撃を用いて、非常に薄い膜を除去し、かつ表面特性を変えて接着剤接着を促進させることができる。
【００１８】
接着剤調剤の多くは、温度の変化による屈折率の変化が、ポリカーボネート、アクリル、又は環状オレフィンコポリマーのような成形プラスチックよりも大きいことが見出されている。
【００１９】
温度又は他の環境変数の変化により引き起こされる屈折率の変化は、同じ方向であることが多いが、利用可能な熱可塑性レンズ材料又はガラスのような他のレンズ材料の場合よりもレンズ要素の形成に利用可能な接着剤の多くの場合の方が大きい。例示的なレンズ構造体の一部においては、このために、選択した環境変数の変化による複合レンズの焦点距離のズレが望ましくないほどに増大し、一方、他の例示的なレンズ構造体に対しては、これには、選択した環境変数の変化による複合レンズの焦点距離の変化を低減する役目をする補正効果がある。
【００２０】
焦点のシフトが、選択した環境変数の変化により引き起こされる接着剤の屈折率のシフトが大きいほど増大するというレンズシステムを特徴付ける特性は、以下の通りである。システムは、レンズシステムの光景側に第１のレンズを有する。システムは、光景の反対側に、第１のレンズ要素に隣接する接着層により形成された第２のレンズ要素を有する。接着剤により形成された第２のレンズのアッベ数は、第１のレンズ要素のアッベ数より大きく、温度又は湿度のような選択した環境因子の変化による第１のレンズ要素に対する第２のレンズ要素の屈折率のシフトは、同じ符号であるが、マグニチュードは、第１のレンズ要素の場合より第２のレンズ要素の場合の方が大きい。第１のレンズ要素は、更に、第２のレンズ要素の合わせの凸状の正のレンズ面に隣接する凹状の負のレンズ面を有する。
【００２１】
焦点のシフトが減少することにより、選択した環境変数の変化によって引き起こされる接着剤の屈折率のシフトの増大化により部分的に補正効果を有することができるレンズシステムを特徴付ける特性は、以下の通りである。システムは、レンズシステムの光景側に第１のレンズを有する。システムは、光景の反対側に、第１のレンズ要素に隣接する接着層により形成された第２のレンズ要素を有する。接着剤により形成された第２のレンズのアッベ数は、第１のレンズ要素のアッベ数より小さく、温度又は湿度のような選択した環境因子の変化による第１のレンズ要素に対する第２のレンズ要素の屈折率のシフトは、同じ符号であるが、マグニチュードは、第１のレンズ要素の場合より第２のレンズ要素の場合の方が大きい。第１のレンズ要素は、更に、第２のレンズ要素の凹状の負の合わせレンズ面に隣接する凸状の正のレンズ面を有する。多くのシステムにおいては、上述の代替デザインの複合効果により引き起こされた性能の劣化に対する、上述の特性を有するレンズシステムの環境変数による焦点距離の変化における補正効果による性能の改善は、大きなものであると考えられる。
【００２２】
上述の特性の一部は、全体的なレンズ設計要件の結果として明記されていることに注意すべきである。主として、上述の第１の場合における選択した環境変数の変化による焦点距離のシフトの増大の原因である特性は、接着剤により形成されたレンズ要素が、正の集束特性を有しており、正のレンズ要素として又は正の点距離を有するとして分類されるということである。主として、上述の第２の場合における選択した環境変数の変化による焦点距離のシフトの減少及び補正効果の原因である特性は、接着剤により形成されたレンズ要素が、負の集束特性を有しており、負のレンズ要素として又は負の点距離を有するとして分類されるということである。概説すると、選択した環境変数の変化により屈折率の最大変化率を示すレンズ材料から製作したレンズ要素が負の焦点距離を有するようにレンズデザインを形成することにより、選択した環境変数の変動に伴う様々なレンズ要素材料の屈折率の相対的な変化によるレンズ焦点距離の変化を低減する。
【００２３】
これらの映像をピクセルアレイ上の様々な位置に投影した時、映像を適度に拡散してエイリアシングを最小にし、かつ視野内の前照灯又は尾灯の映像のような光源のより小さい面積に対する応答の均一性を改善することは有用であることが多い。一部の場合には、このような事物の映像は、殆ど完全に個々のピクセルに衝突する可能性があり、一部の場合には、ピクセルの境界に衝突する可能性がある。映像内のサブピクセルサイズの特徴部に対するＣＭＯＳベースの撮像アレイのピクセルの応答は、一般的にあまり均一でなく、かつサブピクセルサイズの照明点の位置がアレイのピクセルに対して変化する時にかなり変動する。また、特徴部の空間周波数成分が高すぎることにより、サンプリングしたデータシステムのナイキスト基準を満たさないために映像内にモアレ図形及びの他の影響が発生する。サブピクセルサイズの照明パターンに対する撮像装置のピクセル応答特性の非左右対称性のような要素と映像解像度の非対称要件との組合せにより、別の方向よりも一方向に拡散を行う方が重要になる。それによって制御したパターン及び向きの量の制御により映像を拡大したり、扇形に広げたり、拡散したり、又はぼかしたりするオプションをもたらすことが有利になる。パターンを一方向だけで拡散させ、かつ一部の場合には、別の方向では本質的に不変とすることさえ可能である。また、１つの光学面で、相互に直交する方向によっても一度に一方向に制御した幅の均一な拡散を行う方が容易であることが見出されている。本発明の一部の実施形態で使用するオプションは、第１の表面を利用して主として一方向に拡張を行い、第２の表面を利用して第２の、好ましくは、直交する方向に拡張を行って、２つ又はそれよりも多くの光学面を利用して拡散又は拡張の制御をもたらすことである。
【００２４】
レンズシステムの補正の不良は、遠くの小面積の光源の投影映像が、観察する色成分及び視野内での位置の両方と共に変化し、焦点ぼけ又は最良の焦点の選択を用いて投影映像の拡散を制御することを非常に困難にする。より良好な焦点合わせ機能及び全体的な性能が得られるようにレンズシステムを設計し、かつレンズ面の付加的な光学構成要素又は付加的な特徴付けを用いて拡散の制御の全体又は一部を行うことが好ましい。好ましくは、均一に、かつ好ましくは、ピクセルピッチ又はその整数倍にほぼ等しい距離にわたって映像にぼかすか又は映像を拡散するように設計した隆起部のような反復的波形を有するレンズ面は、特定の方向で拡散の制御を行うのに有効である。拡散面の隆起部を有するパターンを別々のレンズ面に適用することができ、又は恐らくレンズシステムの１つ又はそれよりも多くの能動レンズ面に適用することができる。隆起部のあるパターンは、一例にすぎず、レンズ面修正のいくつかの他のパターンのいずれか１つを用いて拡散効果をもたらすことができ、拡散効果は、単一の方向に限定する必要はない。この技術は、拡張量がより制御可能であり、かつ映像域にわたってより均一であるという点でソフトフォーカスのような技術を凌ぐ利点があり、形状及び向きにおいて特徴付けることができ、レンズシステムにより投影される映像内の収差への依存は僅かであるにすぎず、かつ焦点により受ける影響は僅かであるにすぎず、パターン及び拡張量を選択し、かつ一貫して制御することができる。図１４に関連した説明では、どのように拡散を追加すると強度測定の精度を増大させることができるかを示している。これは、拡散部を除去した時にレンズシステムにより投影されるスポットサイズに対する依存が最小である方法で行うことができる。これは、均一であり、かつ映像内で好ましくは垂直方向、水平方向の両方で（すなわち）一方が横列方向とほぼ平行であり、他方が撮像装置の縦列方向とほぼ平行である方向で１ピクセル幅にわたって拡張する拡散の追加を導入することにより達成される。このような拡散は、各々がほぼ線形の拡散効果を有する２つの拡散フィルタを直列に接続することにより行うことができる。フィルタは、好ましくは、一方のフィルタの拡散効果が他方のスフィルタの拡散効果に直交するように、より好ましくは、拡散効果の１つの方向がこのように設定した撮像装置の横列方向とほぼ平行であり、かつ他方のス拡散効果が撮像装置の縦列方向に平行にあるように設置する。ピクセルアレイの横列方向及び縦列方向に関連し、かつピクセルアレイの横列方向及び縦列方向に好ましくはほぼ整列させることができる方向で特徴付けられる拡張又は拡散のパターンが好ましい。撮像アレイのピクセルのピッチの寸法又はピッチに関連する拡大量により、従って、ピクセル応答値に基づいて行うことができる測定の精度が増加することが多い。これは、引用により本明細書の他の箇所に組み込まれている本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くで全体的に呈示されている一般的な技術の特定の改良及び適用に該当するものである。好ましい構造においては、量及び方向が比較的十分に制御され、かつ焦点の適度の変化でほぼ一定のままである拡張又は投影映像の拡散と組み合わせて、良好な光学性能を有するレンズシステムを使用してシステム性能を実質的に改善する。
【００２５】
引用により本明細書の他の箇所に組み込まれている本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くでは、色を検出し、かつ特にこの検出機能を使用して赤色尾灯と他の光源を区別するための赤色補完フィルタ又はシアンフィルタと組み合わせた又は色フィルタなしでの赤色フィルタの使用が教示されている。従って、透過と遮断の間の望ましい鮮明な遷移により、干渉ベースの多層シアンフィルタは、染料又は色素を主成分とするシアンフィルタにより好ましいものになる。実際には、色フィルタリング機能に向けて染料又は顔料の使用に基づく利用可能なシアンフィルタは、シアン色帯の比較的完全な透過と赤色帯域の比較的完全な遮断の間の色波長の関数として比較的より柔らかなより段階的な遷移を示している。実際には、実際には、染料又は色素を主成分とする赤色フィルタは、染料又は色素を主成分とするシアンフィルタより鮮明な遮断特性を有することができる。従って、多層シアンフィルタを染料又は色素を主成分とする赤色フィルタとして組み込むフィルタ組合せは、本発明の利点の多くをもたらすように形成することができる。
【００２６】
特に、フィルタがプラスチック製である時、色フィルタの一部として赤外線遮断機能を含むには非実用的であることも見出されている。これとは対照的に、多重薄膜コーティングの干渉特性に基づくフィルタは、シアン及び赤色フィルタの両方に向けて特注の鮮明な遮断特性を有するように設計することができ、かつ赤外線遮断機能は、色選択フィルタリング機能も実行する多層積層体の一部として含めることができる。概説したばかりの手法の欠点には、この用途に好ましい比較的厳しい仕様に設計した時のフィルタの単位面積当たりの比較的高いコストがある。また、このようなフィルタは、撮影装置面に直接に付加しにくい。好ましい構造においては、フィルタは、都合の良い態様では、ダム及び充填パッケージアセンブリとして撮影装置の保護覆い窓をもたらす面積が非常に小さいカバーガラスの一部として組み込んでいる。任意的に、フィルタは、レンズ面、又はレンズ構造体内の好ましくはほぼ平坦な好ましくはガラス面へのフィルタの付加を含む光路内の殆どどこにでも付加することができる。これらのアセンブリの一部においては、カバーガラスの面積は、撮像アレイの活性面積より適度に大きいだけであり、撮像アレイ又はアレイを含むシリコン集積回路の総面積より実質的に小さい。これは、単位面積当たりのフィルタのコストが、例えば、アレイを含むシリコン一体化チップの単位面積当たりのコストの半分以上である場合があることから重要である。まだ未ダイスカットの形態である間に撮像アレイを先に試験することが好ましい。ウェーハ上の撮像アレイの上にフィルタと保護窓カバーの複合カバーを位置決めかつ接着することが好ましい。ウェーハは、窓装着後にダイスカットすることが好ましい。ダイスカットすることがフィルタ窓装着の前か後かを問わず、窓を全ての撮像装置に装着することを回避するが、むしろ、初期ウェーハレベル試験に合格した撮像装置に選択的に窓を装着することが好ましい。本文書のたの箇所で、なぜカバーガラスの内面よりも外面で大きな欠陥に耐えることができるのかに対して説明する。類似の論拠を用いると、撮影装置自体でより撮影装置窓の外面上でちり及び他のデブリの大きな粒子に耐えることができることが明らかである。従って、要素製作工程の非常に早い時期に、ダイ上に、特にウェーハステージ内に、窓を設置して窓なしピクセルアレイが製造環境に直接に露出された時に必要とされる製作工程を通じてこのような厳しい清浄度標準を維持することを不要にすることにかなりの製造上の利点がある。例えば、窓は、ウェーハを個々の構成要素に切断する前か、又は切断後であるがウェーハ切断工程中に構成要素を保持するのに使用するテープ又は他の担体にダイがまだ装着されている間に撮像アレイ上に設置することができる。一部の実施形態では、シアンフィルタは省略することができ、かつ他方の映像上での実質的に無色フィルタリングと、かつ両方のフィルタ区域にわたって拡張する赤外線拒絶フィルタリングとの一方の映像上での赤色フィルタリングの組合せを用いることができ、それでも本特許で説明する構造の利点の多くが達成される。
【００２７】
代表的な用途においては、光景内の光源の複製映像を撮像装置の別々の区域に、一方は赤色フィルタを通過した後に、他方はシアン又は赤色補完フィルタを通過した後に投影する。赤色フィルタリング後の映像及びシアンフィルタリング後の映像の強度をアレイ上の１対の撮像区域上の対応する位置から読み取る。次に、赤フィルタリング後の映像の強度とシアンフィルタリング後の映像の強度の比を取って撮像された光源の色の数値表示を取得する。この色読取値は、いくつかの異なる方法で計算かつ定めることができるが、便宜上、ここで説明する際には上述のように測定及び計算したと想定し、かつ色比読取値と呼ぶ。特定の群の異なる光源に対しては、上述のように取った色比読取値は、赤フィルタリング後の光レベルの読取値とシアンフィルタリング後の光レベルの読取値の比を取るのではなく、赤色フィルタリング後の光レベル読取値と未フィルタリング光レベルの比を測定して取る従来技術映像センサを使用して取った同じ群の光源の色比読取値より遙かに大きい範囲にわたって変動する。上述のように特徴付けた時のフィルタでは、カメラ及び他の色撮像装置内の色フィルタアレイに通常使用する染料ベースのフィルタを凌ぐかなりの利点が得られた。図１０に示すように鮮明な遮断特性を有するほぼ補完的な多層干渉フィルタを使用して、改善した結果が得られることに注意されたい。また、赤色フィルタとシアンフィルタに対しては、５０％遮断点間に適度の間隙があることが好ましい。また、鮮明な遮断を有する、すなわち、大部分の光の透過から大部分の光の阻止までの遷移を狭い色波長範囲で行うフィルタの使用により、色比が変動する範囲が増大することが見出されている。
【００２８】
特定の橙色光源と赤色尾灯を区別するのは困難である。尾灯を区別することがより困難な色の１つは、非常に薄い橙色標識からのハロゲン前照灯からの光の反射である。実験及びシミュレーションにおいては、シアン遮断点と赤色遮断点間に適度のギャップを設けると、橙色標識から反射した光の色比より尾灯からの光を読み取る色比の方が多く増大することが見出されている。これらの説明においては、フィルタの遮断点をフィルタ透過率がほぼ５０％である波長又は色ということが最も都合が良い。赤色フィルタの名目遮断点は、６００ｎｍのすぐ上に選択することが好ましい。ここでの主な制約事項は、尾灯に使用する赤色ＬＥＤは、発光分光分析が非常に狭い恐れがあり、赤色フィルタに選択する波長が長すぎると、このような尾灯から阻止する光が多すぎて、このような尾灯を光景内で見失うか又は不適切に感知する場合があるということである。シアンフィルタのための遮断波長は、例えば、赤色フィルタに選択する遮断より１０ｎｍから１５ｎｍ短いとすると、名目遮断点間で１０ｎｍから１５ｎｍのギャップを可能にすることができる。これらの数字は、例であり、これらよりも広い又は狭いギャップを用いることができる。重複は、好ましいものではないが、満足な性能をもたらすことができ、これは、依然として従来技術を凌ぐ改良点とすることができる。上記において、赤色遮断とは、フィルタ透過率が名目上５０％であり、かつ透過率は波長を減少する阻止値に向けて下降し、波長が赤外線遮断波長まで増加して超える時に遮断まで、最終的には阻止まで減少するまで高い透過率レベルを維持するより長い波長に対して全透過に向けて増加する例えば６０５ｎｍとすることができる公称波長を指す。赤外線遮断は、例えば、７００ｎｍに設定することができる。阻止は、フロントガラスによるＩＲの部分的阻止及びより長い波長の時の撮影装置感度の低減の複合効果により、及び従って複合カメラシステムに対して赤外線、すなわち、ＩＲに対する望ましいような低い応答になるように十分にＩＲ領域内に維持することが好ましい。例えば、９００ｎｍから１５００ｎｍの範囲の波長は、より短い波長の時に良好な赤外線の阻止が維持される適切な長い波長とすることができる。シアンフィルタが赤色を閉じ込めているので赤外線範囲での阻止への付加的な遷移はないが、多層フィルタが波長範囲を通じて遷移を阻止し、かつ実質的な透過率がこの範囲を超えるか又は下回る波長に対しては戻る傾向がある。従って、シアンフィルタのフィルタデザインによっては、赤外線範囲で、かつ赤外線範囲の所要の部分を通じて阻止を拡張するために、付加的な層が必要であろう。シアンフィルタに対しては、透過率が５９０ｎｍとすることができるカットオフ周波数で５０パーセントに落ちるまで約４００ｎｍからより高い透過率が維持され、波長の付加的な増大と共に阻止に向けて下降し続け、好ましくは、スペクトルの赤色部分を通して、また、赤外線スペクトルの一部を通して低い透過率阻止状態を維持する。多くの実施形態では、個別化したコーティングの区域を選択するために何らかの形式のマスキングを用いて、スペクトルの可視部においてシアンフィルタ及び赤色フィルタを特徴付けるフィルタ層積層体の部分を選択的かつ個々に堆積させ、かつ先行するか又はその後の段階を通じて、フィルタのこの共通部分を特徴付ける赤色フィルタ及びシアンフィルタの両方の部分に共通である１組の層を付加してスペクトルの赤外線域での赤外線遮断及び阻止を作成、強化、又は拡張することが望ましい。フィルタ層の積層体の共通の部分は、赤色部分及びシアン部分の別々に付加した積層体の各々と共に適切に作動するように設計することが好ましく、フィルタ積層体の赤色部分及び同様にシアン部分は、共通の層と共に適切に機能するように設計することが好ましい。層全体はまた、基板の光学特性に即して、かつ基板の反対側にある媒体（好ましい実施形態の透明接着剤）まで、そのインタフェースと共に適切に機能するようにも設計すべきである。多くの市販の多層膜フィルタは、基板の反対側に側で空気と境界を接するように設計されている。
【００２９】
撮像面から何らかの距離で単一の又は場合によっては複数のフィルタ面を離間させることが好ましい。レンズシステムを通過した後に、撮像面上の点又は小さな区域に集束された光線のパケットは、ほぼ円錐形状をもたらし、円錐の直径は、撮像面からの距離が減少する時に小さくなる。フィルタコーティングに欠陥があれば、円錐部がフィルタと交差する距離で欠陥のサイズが光線の円錐部の直径に対して小さくない時に、通常、問題が発生する。従って、撮像装置の表面の非常に近くに、恐らく撮像装置の表面に接触して位置決めすることができるカバーガラスの内面よりも外面での方が実質的な大きな欠陥に耐えることができる。
【００３０】
赤外線フィルタ及びシアンフィルタの一部としての赤外線遮断機能が含まれている点は好ましいが、任意的に、好ましくは、シアンフィルタリング後の映像及び赤色フィルタリング後の映像の両方をフィルタリングする別々のフィルタとして赤外線フィルタを付加することができる。このフィルタは、赤色フィルタ及びシアンフィルタの上又は下で同じ面に設置することができ、その場合、上述の、すなわち、撮像窓の反対側にあるものと同等とすることができる。代替構造においては、フィルタは、窓の撮像装置側に又は光を集束させるレンズシステムの光路内の殆どどこにでも設置することができる。多層膜フィルタに対しては、フィルタリング効果が発生する波長は、光線がフィルタを通過する時にフィルタ面に対する法線からの光線の角度偏位の関数として変化し、この効果は、控えめに偏光感応のものである。これらの効果は、設計において考慮に入れることができるが、光が表面にほぼ垂直である方向に通過する限り、これらの影響は最小限のものである。好ましいデザインに対しては、映像の中心区域上に集束する光線の大部分は、フィルタの法線にかなり近い方向でフィルタを通過する。更に、２つのフィルタを通過する光線の光路の類似性のために、垂直な方向から光線の偏位のパターンは、２つの別々のレンズシステムを通じて光線が光景の対応する部分から集束する時に一方のフィルタ、及び関連レンズシステムから他方のフィルタに適合される傾向がある。従って、フィルタへの光線の入射角の変動による光のフィルタ波長特性のシフトは、１つのフィルタから他のフィルタに移る傾向がある。垂直方向からの偏位のこれらのパターンは、光景の特定の部分から２つのフィルタの特定の一方に集束する異なる色の光線と類似のものである。上述の設計の特徴の結果、特定のフィルタの両方に関するフィルタに衝突する光の入射角の偏位のパターンによるフィルタ特性は、完全な色スペクトルにわたって均一にシフトする傾向がある。従って、同じフィルタ又は一方のフィルタ上で１つの色に発生するあらゆるシフトは、他の色に対しても発生する傾向がある。それによってフィルタの各々の通過帯域に対してはよりほぼ一定の幅が保たれる傾向がある。また、例え遮断点が変わる場合があるとしても、赤色フィルタとシアンフィルタの間の波長の好ましい小さなギャップは、光景内の光源の角度の変化と共に維持される傾向がある。換言すると、各々の遮断点は、ほぼ同じ量だけシフトする傾向があり、２つのフィルタの透過帯域において好ましいギャップ又は可能な重複が維持される。別の利点は、フィルタ特性は、光がフィルタを通過する角度が垂直入射からより多く偏位する時に青に向けてシフトするということである。従って、赤色遮断は、垂線外れの角度に対しては若干短めの波長にシフトする。このシフトは、赤色フィルタの短波長遮断に近い波長を有することができる尾灯からの光を望ましくないほどに阻止するのではなく含み続ける方向である。上述の内容から、光景内の光源の角度位置の変化に伴う多層色フィルタの濾過特性の変化は、２つの別々の色フィルタを通じて取る共通の光源の強度の読取値の測定比の変化を最小にする傾向があるように互いに追随し合うと推定することができる。
【００３１】
本発明の好ましい構造の利点のうちの１つは、各々のレンズ構造が有する空気と境界を接する光学面が１つだけであるということである。空気と境界を接する表面の数を最小にすることにより、表面反射、及び光学要素質を損なう場合がある汚れ又は湿気を集める可能性が低減される。空気と境界を接するこの１つの光学面を有する構造は、色補正、レンズシステム収差の全般的な低減、方向的に選択的な拡散及び赤外線遮断による色フィルタリングの達成を含む内部の空気以外の離間した光学面を含む。好ましい要素のレンズ構造体も、共通の部分つまり基板上の両方の入口レンズ要素を共通の部分上の両方の色補正レベル要素を含む。水平方向及び／又は垂直方向で映像を選択的に拡散する方向的に選択的なフィルタも共通の部分上に設置する。
【００３２】
撮像システム及び関連したプロセッサを組み込む多くの車両機器制御システムが提案されている。本明細書で説明する少なくとも１つの実施形態では、複数車両システム機能性を助ける単一の撮像システムを設置する。少なくとも１つの実施形態では、複数の又は単一の用途に個々に役立つ複数の撮像システムを設置する。
【００３３】
カメラ及び映像処理システムを使用している車両外部光制御システムは、本出願人に譲渡された米国特許第５、８３７、９９４号、米国特許第５、９９０．４６９号、米国特許第６、００８、４８６号、米国特許第６、１３０、４４８号、米国特許第６、１３０、４２１号、米国特許第６、０４９、１７１号、米国特許第６、４６５、９６３号、米国特許第６、４０３、９４２号、米国特許第６、５８７、５７３号、米国特許第６、６１１、６１０号、米国特許第６、６２１、６１６号、米国特許第６、６３１、３１６号、及び米国特許出願出願番号第１０／２０８、１４２号、米国特許出願出願番号第０９／７９９、３１０号、米国特許出願出願番号第６０／４０４、８７９号、米国特許出願出願番号第６０／３９４、５８３号、米国特許出願出願番号第１０／２３５、４７６号、米国特許出願出願番号第１０／７８３、４３１号、米国特許出願出願番号第１０／７７７、４６８号、米国特許出願出願番号第０９／８００、４６０号、及び米国特許出願出願番号第６０／５９０、７３６号で開発されて開示されており、これらの特許の開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。これらのシステムにおいては、自動車の前方の視界の映像を取得する。少なくとも１つの実施形態では、映像センサは、フロントガラス内面からの反射及び／又は屈折が実質的に排除されるようにフロントガラスの内面に光学的に結合する。これらの映像は処理されて、近づいてくるか又は先行する車両の有無を判断し、例えば、他の車両のドライバに対するグレアを防止するためにハイビームをオフにすることにより車両外部灯の制御を調整する。
【００３４】
湿気感知、フロントガラスワイパー及びＨＶＡＣは、本出願人に譲渡された米国特許第５、９２３、０２７号及び米国特許第６、６１７、５６６号、並びに米国特許出願出願番号第０９／９７０、７２８号及び米国特許出願出願番号第６０／４７２、０１７号に説明されており、これらの特許の開示内容全体は、本明細書において引用により組み込まれている。
【００３５】
図１を参照すると、被制御車両１０５は、前照灯アセンブリ１２０ａ、１２０ｂ、悪条件光１３０ａ、１３０ｂ、前部方向指示器１３５ａ、１３５ｂ、尾灯アセンブリ１２５ａ、１２５ｂ、後部方向指示器１２６ａ、１２６ｂ、後部非常自動点滅器１２７ａ、１２７ｂ、後退灯１４０ａ、１４０ｂ、かつセンターハイマウント絞りランプ（ＣＨＭＳＬ）１４５のような様々な外部灯を含むことができる。
【００３６】
本明細書で詳細に説明しているように、被制御車両は、他の車両機器と共有機能をもたらす様々な構成要素を組み込む少なくとも１つの制御システムを含むことができる。本明細書に説明される１つの制御システムの例は、少なくとも１つのバックミラー要素の反射率の自動制御及び少なくとも１つの外部光の自動制御に関連した様々な構成要素を一体化するものである。このようなシステム１１５は、バックミラー、Ａピラー１５０ａ、１５０ｂ、Ｂピラー１５５ａ、１５５ｂ、Ｃピラー１６０ａ、１６０ｂ、ＣＨＭＳＬ内に、又は被制御車両内又は被制御車両上の他の位置に少なくとも１つの映像センサを含むことができる。取得した映像又はその一部分を自動車両機器制御に使用することができる。映像又はその一部分は、代替的に又は追加的に、１つ又はそれよりも多くのディスプレイに表示することができる。少なくとも１つのディスプレイは、半透過反射型、又は少なくとも部分的に透過型電気光学要素の後部に目立たぬように位置決めすることができる。共通の制御装置は、少なくとも１つのミラー要素駆動信及び少なくとも１つの他の機器制御信号を生成するように形成することができる。
【００３７】
ここで図２を参照すると、外部バックミラーアセンブリ２１０の様々な構成要素が示されている。少なくとも１つの実施形態では、間にチャンバを形成するために１次シール２３０を通じて内向き面上の少なくとも１つの導電／反射型コーティングを有する第２の基板２２５と離間した関係で固定した内向き面上の少なくとも１つの導電／反射型コーティングを有する第１の基板２２０を含む電気光学ミラー要素が設けられる。少なくとも１つの実施形態では、少なくとも、一部の１次シールは、少なくとも１つのチャンバ充填ポート２３５を形成するために空洞状態である。電気光学物質をチャンバ内に密封し、プラグ材料２４０を通じて充填ポートを密封する。プラグ材料は、ＵＶ硬化性エポキシ又はアクリル樹脂材料であることが好ましい。また、要素の周囲の近くに位置するスペクトルフィルタ材料２４５が示されている。電気クリップ２５０、２５５は、それぞれ、第１の接着剤２５１、２５２を通じて要素に固定することが好ましい。要素は、第２の接着剤２６５を通じて親板２６０に固定する。外部バックミラーから被制御車両の他の構成要素までの電気接続は、コネクタ２７０を通して行うことが好ましい。位置決め装置２８０を通じて担体を関連ハウジングマウント２７６に装着する。ハウジングマウントは、ハウジング２７５と係合させて少なくとも１つの１つの留め具２７６を通じて固定することが好ましい。ハウジングマウントは、スイベルマウント２７７に係合するように構成されたスイベル部分を含むことが好ましい。スイベルマウントは、少なくとも１つの留め具２７９を通じて車両マウント２７８に係合するように形成することが好ましい。これらの構成要素、付加的な構成要素、相互接続部、及び作動の更なる詳細を本明細書で示している。
【００３８】
ここで図３を参照すると、見る人と１次シール材料（図示せず）の間にスペクトルフィルタ材料３４５が位置決めされた状態で、第１の基板３２２に向いて見た時の内部バックミラーアセンブリ３１０が示されている。ミラー要素は、可動ハウジング３７５内に位置決めされ、かつ取付け構造体３８１上の固定ハウジング３７７と結合されているように示されている。第１の表示器３８６、第２の表示器３８７、オペレータインタフェース３９１、及び第１の光センサ３９６は、可動ハウジングの顎部分３９０内に位置決めされている。見る人に対して要素の後にあるように、第１の情報ディスプレイ３８８、第２の情報ディスプレイ３８９、及び第２の光センサ３９７がアセンブリ内に組み込まれている。外部バックミラーアセンブリに関して説明したように、要素３８８、３８９、３９７は、少なくとも部分的に隠れた状態であることが好ましい。
【００３９】
このようなシステムの好ましい実施形態では、他の車両及び車両以外の事物からの光は、映像内の輝度のピーク点の位置を特定することにより識別する。位置を特定すると、輝度、色、位置、幅、高さ、及び動きのようなこれらの輝点の様々な特性が判断される。統計的方法を用いてこれらのパラメータの値を分析し、輝点が他の車両の前照灯又は尾灯に、又は標識、反射体、又は他の静止した光のような車両以外の光源に相当するか否かを判断する。車両照明制御のための映像処理アルゴリズムの開発の重要な課題は、映像内のピーク点を適切に分類することである。光源を正しく識別しないと、他の車両に対するグレア又は不適切な時のハイビームの停止が発生し、従って、被制御車両ドライバの不満をもたらす場合がある。
【００４０】
図４は、本発明の一部である特徴の組合せを含む好ましい実施形態を示している。図４の簡素化した図では、特にレンズ部材４２１及び４２２の部分の一部は、この断面の後部に見える線を含めれば図面中で混乱させるものになることから断面により切断した表面のみを示している。図４の実施形態は、設計目的である制御機能の一部として赤色／赤色以外の色の感知を用いることを可能にするために、撮像センサ固有の別々の区域への、各々、固有の色フィルタを通じた２つの別々の映像の投影ベースのものである。部材４０２及び４１４として断片図に示すバッフルシステムは、迷光から光学システムを保護して、かつ投影映像同士の厄介な重なりを防止するのに使用する。このバッフルシステム及び二重撮像システムは、総じて、引用により本明細書の他の箇所に組み込まれている本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くに説明されている。新規な構成においては、光学構造体内で使用する２つの複合レンズは、各々、ある程度色収差を補正し、有効な視野を増大させ、かつレンズシステムの全体的な性能を実質的に改善するのに利用する少なくとも２つの要素を含む。
【００４１】
レンズ構造体の複合レンズは、複合フィルタ及び撮像装置窓４４２に接着層４２３により位置決めかつ接着される。窓４４２は、上部映像を撮像する撮像区域４３６及び下部映像を撮像する撮像区域４４０を覆う。撮像区域は、半導体撮像アレイ４３２の一部である。アレイは、部材４３０として断片図に示す回路基板又は他の基板に取り付けることが好ましい。リード接合接続部４３１は、撮像アレイ４３２を回路の他の部分に電気的に接続する。撮像アレイを含むチップ４３２は、撮像機能により必要とされるいくつかの制御及び信号処理段階を実行することができる。４３０が表す基板と回路接続部材は、非常に簡素化した図で示されており、所要の周辺構成要素を含み、かつ電力及び撮影装置制御命令を受け取り、かつ撮像システムから制御システム全体の他の部材に信号を伝える接続部になる。
【００４２】
好ましいデザインにおいては、カバーガラス４４２は、ピクセル感知区域の上に透明接着剤で４３２の撮像アレイに接着することが好ましい。粘着性の揺変性材料の隆起部４２９を、好ましくはリード接合区域の外側に設置した撮像装置周囲周りに分注し、より流動性の材料４２８をカバーガラス４４２とダム４２９又は他の保持部材の間に残る堀内に分注する。恐らくは複数の段階で、このアセンブリの接着剤を硬化させる。
【００４３】
例示的なデザインにおいて、センサの視野は、高さ方向でほぼ−１５°から＋１５°まで、水平方向で−２５°から＋２５°まで延びている。光線４０５及び４０８は、ほぼ１５°の高さ角度で遠い源からの光線のパケットの上下部の境界を示しており、光線のパケットは、レンズ面４０９に入ると、集束されて、レンズ面４１１及び４２５を通り、透明接着層４２３を通り、赤色フィルタ面４３５を通り、カバーガラスアセンブリ４４２の側面４３４を通り、最終的には撮像装置４３２の撮像表面４３６上に集束される。光線４０５ａにより下部側、かつ光線４０８ａにより上部側で境界をなす光線の同様のパケットは、レンズ面４２０に入ると、全体的に上部複合レンズアセンブリの光路に対応する経路を通過して、シアンフィルタ面４４１を通り、カバーガラスアセンブリ４４２の一部４３９を通り、最終的に撮像要素４３２の撮像面４４０上に集束される。
【００４４】
バッフル配置は、総じて、引用により本明細書の他の箇所に組み込まれている本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くに説明されている。光線４０１及び４０３は、バッフル部４０２により遮断される。そうでなければ、それらは、光線４０６及び４０７として進み続け、上部映像域４３６の下部より下方の点に集束し、恐らく下部撮像区域４４０の上部に衝突する。レンズ面４０９を通って入って上部レンズアセンブリにより集束された映像を記録するために設けた撮影装置領域４３６の有効領域の僅かに少し下で集束する光線の許容領域を設けるために、狭い区域４３８が、有効撮像区域４３６及び４４０間に設けられる。同様に、レンズ面４２０に入って撮影装置領域４４０の有効領域より僅かに少し上方で集束する光線は、有効領域４３６及び４４０間の区域４３８にも衝突することになる。
【００４５】
例示的な複合レンズシステムは、「Ｚｅｅｍａｘ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」から２００５年１１月１２日に販売された「ＺＥＭＡＸ（登録商標）−ＥＥ光学設計プログラム」を使用してモデル化された。類似のレンズシステム設計に着手すれば適切な出発点から進んで特定のレンズ材料に屈折特性を与えることになると思われる。従って、部分的な詳細のみを示してこのような設計の適切な出発点を提供する。モデル化で使用する接着剤は、エポキシ又は約１．５１の公称屈折率及びアクリルと類似の分散特性を有するアクリルを主成分とする接着剤である。この接着剤は、アクリル部材４２１とポリカーボネート部材４２２の間の接着複レンズインタフェースで、また、ポリカーボネート部材４２２とフィルタカバーガラス部材４４２の間のインタフェース４２３で使用する。フィルタは、１．４７の公称屈折率を有する「Ｓｃｈｏｔｔ  Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３（Ｃ）」としてモデル化している。
【００４６】
入射表面４０９及び４２０を有する複合レンズシステムは、関連の色フィルタにより透過される波長の特定の範囲に向けて最適化されるのが理想的であるが、このデザイン固有の比較的良好な補正により、互いに非常に接近した状態であるはずであり、同じ規定に従って適切かつ任意的に設計することができる。レンズシステムパラメータは、ミリメートル単位であり、「ＺＥＥＭＡＸ（登録商標）」プログラムにより使用される形で明記されている。レンズ要素厚みは、レンズシステムの中心軸に沿って明記されている。表面４０９は、球であり、１．７７ｍｍの公称半径を有し、かつ４０９から４１１までのアクリルレンズ要素厚みは、名目上２．１ｍｍである。好ましいデザインにおいては、明記していない非球面係数及び円錐定数はゼロと想定している。ここでは、より高いアッベ数を有するレンズ要素の厚みは、前部レンズ面の半径を超える。これは、レンズ設計の良好な均衡であることが見出されているが、比較的少ないレンズシステム収差が維持される視野を拡大しながらアッベ数が高い材料とアッベ数が低い材料間のインタフェースのレンズ面が色補正を行うことを可能にする要素のうちの１つである。アクリル背面レンズ面４１１は、−２．３ｍｍの半径、−０．１５のｒ4の係数、及び−０．１５のｒ6の係数を有する平らな非球面体である。アクリル背面レンズ面４１１とポリカーボネート前部レンズ面４２５の間の接着層は、０．１ｍｍ厚である。ポリカーボネートブロック４２２は、−２．４ｍｍの半径、−０．１６のｒ4の係数、及び−０．１６のｒ6の係数を有する平らな非球面体である前部レンズ面４２５を有する。例示的なデザインにおいては、開口絞り４２６は、ポリカーボネートレンズブロック４２２の正面に設置し、かつ０．５５ｍｍの公称半径を有する。レンズ面４２５の中心部から測定したポリカーボネートレンズブロック４２２の公称厚みは、１．８２５ｍｍである。接着層公称厚み４２３は、０．２５ｍｍであり、フィルタカバーガラス４４２の公称厚みは、１．４ｍｍである。撮影装置の表面は、カバーガラスに非常に近く、また、カバーガラスに接着することが好ましい。上述のデザインに関しては、一方のレンズシステムの前部レンズ面４０９及び他方のレンズシステムの前部レンズ面４２０は、レンズシステムの光路内の唯一の材料と空気とインタフェースである。すなわち、各レンズシステムは、レンズシステムの第１の面から撮影装置までの経路内での空気とのインタフェースを有する表面を１つだけ有する。各複合レンズシステムが空気と境界を接する唯一の表面と複数の有効光学面を有するこの構造は、空気以外のインタフェースで反射防止コーティングの必要性なく、表面の汚れを最小にすると共に表面反射を低減する一助となっている。
【００４７】
カバーガラスアセンブリ４４２は、２つのフィルタ部分４３５及び４４１を含むことが好ましい。これらのフィルタは、４４２に対して単一のガラス部分にパターン化法を用いて堆積することができ、又はガラスアセンブリ４４２は、４３４及び４３９が別々のガラスブロックであるように互いに隣り合って設置する２つのガラスブロックで製造することができる。次に、表面上に被覆したより大きなガラス板から別々のガラスブロックを切断して、フィルタをパターン化することを不要にすることができる。フィルタ面４３５は、カバーガラス部分４３４の面上に設置することが好ましい。このフィルタは、例えば、図１３で詳述するような赤外線遮断機能を有する赤色フィルタとすることができる。フィルタ面４４１は、カバーガラス部分４３９の面上に設置することが好ましい。このフィルタは、例えば、図１３で詳述するような赤外線遮断機能を有するシアンフィルタとすることができる。開口絞り面４２６は、ポリカーボネートレンズ要素ブロック４２２の前面上に設置することが好ましい。ポリカーボネートブロック４２２の前面は、２つのレンズ面４２５及び４４４を除いてほぼ平坦であることが好ましい。この平坦な面により、スクリーン印刷法を用いて開口絞り４２６を付加することが都合の良いことになる。アクリルレンズ要素対４２１は、前面のレンズ面４０９及び４２０及び背面の対応するレンズ面４１１及び４４３を含む。対応するレンズ面４２５及び４４４とのレンズ面４０９及び４２０の光軸の良好なアラインメントが、良好な光学性能に対して重要である。このアラインメントは、２個単位の部品同士の慎重な位置決めを通じて、又は有効なアラインメント手順を用いて達成することができる。レンズ部材４２１においては、レンズの表面は、光が撮影装置上へ集束する有効領域を超えて延びていることが好ましい。延びたレンズ面は、成形を目的としてドラフト角を付して設計した背面で調和してほぼ円筒形の面にされる。このデザインは、この部分を製造する型を製作しやすいばかりでなく、プラスチックが成形工程中に外壁部からその部分の中心部まで固化する時に曲げ応力及び結果として生じる歪曲の影響に抗する形状を前部レンズ面大部分にわたって維持する。レンズ部材４２１背面の平坦部分が増大すれば、優先的に曲げ応力受けることになり、プラスチックが冷却して型内で固化する時に柔軟性を発揮して収縮に対処する。このレンズ設計では、背面でのこの変位は、比較的極めて重要な前部レンズ面４０９及び４２０の類似の変位ほどレンズ性能に悪い影響を与えない。従来の風船又は類似の膨らませて使用する目的の薄い材料には、曲げ応力に対する剛性には殆どない。膨らせた時に風船又は他の柔軟な有壁容器が有すると考えられる形状を用いて、プラスチックが成形工程で固化するに対してその部分の内部で収縮する時に発生する曲げ応力の歪みの影響にどの全体的なレンズ面概略形状が全体的に抗するかに関する直観を得ることができる。要件は、以下のように説明することができると考えられる。好ましくは、有効区域周りに拡張区域を有する有効レンズ面４０９及び４２０のような公差に極めて重要な表面は、認められるほどの曲げ応力を招くことなく、内圧又は真空を支持することができる表面形状にほぼ合うように形成することが好ましい。この要件を満たす成形したレンズ面の部分は、成形工程中に冷却する時に表面の近くの部分の固化から生じる応力による有害な変形に比較的抵抗する。上記で触れた応力は、冷却時にその部分の中心部内で暫く残る溶融流体部分により発生する圧力又は真空から生じる場合がある。従って、表面の他の部分、特に平坦であるか又は入り組んだ部分は、これらの圧差に従って変位してこれらの圧差をある程度解放する傾向がある。この工程による引き起こされた変形は不規則であるので、精密レンズ面内で満足に対応することができるような変形ではないことは確かであることが多い。特に平坦な区域で一部の成形品上に非常に広範囲に見られかつ見苦しいものであるために、ひけマークという一般的に普及している名称が付けられている。平坦であるか又は適切に入り組んだ他の表面形状の方が圧差により変形しやすいので、冷却時にその部分で蓄積する圧差を意図的に解放することによりレンズ面の公差に極めて重要な部分の変形を最小にするために、成形レンズ構造体全体の公差にさほど重要ではない部分内にこのような表面を含めることが賢明である。レンズ構造体５２１の交差するレンズ面４０９及び４２０は、認められるほどの曲げ応力を招くことなく認められるほどの圧差を支持することができる表面の条件を満たしている。これらの光学面は、光学的に有効な部分を超えて延びることが好ましい。
【００４８】
レンズ面４１１及び４４３は、開口絞り面４２６により取り囲まれたレンズ面４２５及び４４４より幾分増大している。この意図は、開口絞りレンズ面４２５とレンズ面４１１、及び開口絞りレンズ面４４４とレンズ面４４３の視差及びいくらかのミスアラインメントに備えることである。本発明の範囲に該当するいくつかの他の構造がある。例えば、開口絞り面は、レンズブロック４２２の面上ではなく、レンズブロック４２１の後面に設置することができ、次に、レンズ面４２５及び４４４の直径を増大させて公差に対応することができ、レンズ面４１１及び４４３の直径を開口絞り直径まで低減することができる。これらの調整のいずれに対しても、レンズデザインの再分析を行うことができ、かつ変更内容と共に機能するようにレンズ設計を最適化するために、説明するような変更内容に対してはこれらの変更内容が通常は最小限になる調整を行うことができる。更に、一部のデザインにおいては、全く異なる位置に開口絞りを設置するが有利である。例えば、開口絞りは、レンズ面４０９及び４２０に設置することができる。レンズ面４１１及び４２５及びレンズ面４４３及び４４４の直径は、この変更に対応するように実質的に増大させなければならない。また、同等のＦ数が得られるように、開口絞り自体の直径をかなり増大することになる。また、レンズシステムは、レンズ面、特に、面４０９と面４２５及び面４２０と面４４４の軸線方向のミスアラインメントに更に耐えられないものになる。開口絞りを前部レンズ面に移動させた状態では、中心軸から約１５°を上回って外れている光線の性能は、同様に良好というものではなかった。全体として、上述の例外事項があるが、レンズシステムの全体的なレンズ処方及び全体的な構成及び性能は、図４に示すものと類似のものである。
【００４９】
図４の構造体は例示的な設計であり、依然として本発明の範囲である他のデザインは、多くの細部において異なると考えられる。例えば、非球面体又は他の非球面を球面の代わりに使用することができ、かつ非球面は、いくつかの異なる形で規定することができ、多項式条件及び円錐定数は、より一般的なもののうちの２つである。これらの仕様は、恐らくほぼ同等であると考えられるが、必ずしも本発明の範囲に該当すべきであるというわけではない。この注釈は、図１６及び図２５の例示的なデザインを含む本明細書内の他の実施形態に対して示す詳細なレンズ面仕様にも適用される。
【００５０】
図５は、図４において区分した側面図で示すレンズ部４２１の正面図５２１である。図４で４０９及び４２０として示す２つの拡張レンズ面は、図５では５０９及び５２０として示している。交差線５６０は、２つのほぼ球状のレンズ面が互いとどのように交差するかを示しており、レンズ面は、認められるほどの距離にわたってほぼ互いに隣接している。
【００５１】
図６は、図４のレンズ部４２１の背面図６２１である。図４において４１１及び４４３としての側面図で示すレンズ面は、図６においてレンズ面６１１及び６４３として外形図で示している。より大きい円６６０は、レンズ部材４２１の後面からレンズ面６１１の縁部を適度に凹設して、図４におけるレンズ４１１及び４２５として縁視図で最も明確に示すレンズ面間に接着剤のための小さな間隙を設けるために使用する遷移区域の境界を示している。
【００５２】
図７及び図１１に関連して、映像拡散の制御を行う方法を以下でより詳細に説明する。図６ａは、レンズパターンを成形することができるレンズブロック４２１の後面上に比較的平坦な表面を設けて図７及び図１１でより詳細に説明するように追加すべき拡散の制御の一部又は全体を行う図４のデザインの修正を示している。図４のデザインにおいては、図４のレンズ面４１１及び４２５間の空間４２４を充填するのに使用する接着剤は、レンズ面４１１を主として調和させて非常に薄くなり、より強力なレンズ効果が面同士を接合する接着剤４２４とポリカーボネートレンズ面４２５の間にあるように、アクリルレンズ部材４２１の非常に近く、かつそれに対応してポリカーボネートレンズブロック４２２の光学特性と異なる光学特性を有する。図４のデザインにおいて示すように、この比較的均一な空間が類似の形状のレンズ面４１１及び４２５の間にある状態でこれらのレンズを設置すると、このデザインは、接着剤の特性の変動に対してより強いものになる。しかし、接着剤の光学特性及びレンズシステムの適度の再設計により詳細に注意すれば、このデザインは、レンズ面４１１及び４４３の代わりに、ほぼ平坦な面を設けるように再形成することができる。４２４の接着剤は、好ましくは、アクリルと類似の比較的高いアッベ数で選択することが好ましい。しかし、この修正したデザインにおいて、接着剤はまた、屈折率が、部材４２１のアクリル樹脂材料と少なくとも適度に異なるように選択することが好ましい。この修正に対しては、接着剤と平面レンズ面４１１のインタフェースは、レンズパターン、例えば、図７に示すようなものを導入して、拡散の制御のパターンの全体又は一部を達成してレンズ及び撮像システムの全体的な光学特性を改善するのに有利な位置である。ここで詳細に説明するデザインにおいては、この拡散は、エイリアシングを最小にし、かつ小さな光源の強度を読み取ることができる精度を改善することを目的とする。
【００５３】
拡散の制御を行うレンズ構造の特徴は、複数のピクセルサイズの区域にわたって映像を拡散するように拡張することができる。二重レンズシステムよりもむしろ単一レンズシステムを使用して撮影装置上に単一の映像を投影するのに使用する用途に対しては、個別化した色フィルタのアレイを一般的に個々のピクセルで整列させると、色が異なるフィルタで撮像アレイ内にピクセルのパターンが得られる。通常は、次に、拡散が必要である複数のピクセル区域は、異なる個別化した色フィルタが色フィルタアレイ内にあると、ピクセルの群に対応する。カメラで一般的に使用するバイエルパターン色フィルタアレイは、使用することができるアレイの１つの形式である。バイエルパターンに対しては、通常、２ｘ２のピクセル区域にわたって拡散を拡張することが望ましい。一部の用途に対しては、関連の横列又は縦列のピクセルで、交互の赤色フィルタと赤色補正フィルタ、又はより従来の赤色、青色、及び緑色のフィルタの縞のパターンを用いることが好ましいであろう。２色の交互の縞に対しては、拡散の制御は、例えば、縞に垂直な方向で２ピクセルの幅にわたって拡張することになる。３本の縞に対しては、拡散の制御は、縞に垂直な方向で３ピクセル幅にわたって拡張することになる。これらの場合のいずれに対しても、拡散を縞に平行な方向でも行う場合、縞に平行な方向で１ピクセル幅にわたって拡散することが好ましい。クロストークを最小にするために、フィルタ縞をフィルタアレイ上の感度を縮小した区域とほぼ整列させることも好ましい。例えば、縦列線に沿った領域は、多くのＣＭＯＳ撮影装置構造において感度が低減しているので、これらの撮影装置構造に対しては、ピクセル縦列に平行であるような向きにフィルタ縞を置くことが好ましい。
【００５４】
図６ａでは、先の節で説明したような図４のレンズ構造体の修正が行われたと想定しており、図６で６２１として示す図４のレンズ部材４２１の背面図は、図６ａの６２１ａと置換されるものである。レンズブロック４２１及び接着層４２４の屈折率、及びレンズ部材４２１の後面から撮影装置面までの光路を考慮すると、図７で説明する拡散パターンは、撮影装置面で水平方向で映像の１ピクセル幅の拡散を行うとして特徴付けられる。このパターンは、型に組み込んで、レンズシステムにより集束された光が通過するレンズ面区域６１１ａ及び６４３ａ上に成形するものであり、関連のフィルタ及び撮像区域を有する２つのレンズシステムの各々に対しては水平方向で１ピクセル幅の拡散を行う役目をする。図６ａに示すように修正するレンズ部材４２１は、初期のレンズ構造体に対して説明しているのと殆ど同じ方法でレンズ部材４２２に位置決めかつ接着される。
【００５５】
図７は、図４のレンズ部４２２の背面図６２１である。図４で線４２６として縁視図で示すレンズ部材４２２の前面に付加した開口絞り面７２６は、絞り開口７２５及び７４４と共に示されている。図８は、図４のレンズ部材４２２の後面４２７として示す後面Ｂ２７を示している。レンズブロック４２２及び接着層４２３の屈折率、及びレンズ部材４２２の後面から撮影装置面までの光路を考慮すると、図７で説明する拡散パターンは、撮影装置面で垂直方向で映像の１ピクセル幅の拡散を行うとして特徴付けられる。このパターンは、関連のフィルタ及び撮像区域を有する２つのレンズシステムの各々に対しては垂直方向で１ピクセル幅の拡散を行うために、型に組み込んで後面８２７の区域８００上に成形する。従って、水平方向で幅１ピクセル拡散を行うのに有効である図６ａの拡散面の効果と、垂直方向で幅１ピクセル拡散を行うのに有効である図８ａの拡散面の段階的に行う効果との組合せにより、関連の感知アレイ横列方向及び縦列方向の両方でほぼ１ピクセル幅である均一な拡散の四角いパターンが得られる。
【００５６】
ポリカーボネートに対してアクリルの実質的により高いアッベ数は、２つのレンズ材料の最も重要な優れた特性であり、他のプラスチック又はガラスの材料を使用することもできる。例えば、環状オレフィンコポリマープラスチックは、アクリルの代わりに使用することができる。用途での温度範囲が許容される場合に、スチレン形式の材料をポリカーボネートの代わりに使用することができる。これらの場合に、及び材料光学特性のその後のロット単位の変動に対してさえも、レンズモデル化及びレンズ処方の適切な調整が必要であろう。
【００５７】
図９は、図４のフィルタアレイ４４２の正面図９４２である。区域９３５は、組合せ式赤色及び赤外線拒絶フィルタを有することが好ましく、区域９４１は、組合せ式シアン及び赤外線拒絶フィルタを有することが好ましい。上述のように、これらのフィルタは、共通の透明基板上のパターン化することができ、又は任意的に、２つの別々のガラス部分上に設置することができ、２つの別々のガラス部分は、次に、互いに隣り合わせに設置して窓アセンブリ９４２完成品を形成する。
【００５８】
図１０は、縁部プロフィールとして示すレンズ面１０００を示している。この表面は、ほぼ円筒形であり、左寄りの材料は、右寄りの材料の屈折率よりも適度に高い屈折率を有する。これは、例示を目的としてものであり、このデザインは、右寄りの材料の方が高い屈折率を有する時に適切に機能するように調整することもできる。３つの代表的な光線１００１、１００２、及び１００３が示されている。光学面１０００及びこの面の両側の材料の異なっている屈折率がなければ、３つの光線は、それぞれ、１０１０、１００８、及び１００７として進み続けて撮像アレイ１０１８上の点１０１３に収束する。撮像アレイ１０１８は、簡素化した形で示すが、全て、側面図に示すピクセル１０１５、１０１６、及び１０１７を有する。面１０００は、最良に適合した弓形により密接させることができる放物曲線の小さな部分から成ることが好ましい。弓形部の方が、弓形部が一部である円の中心部周りの部分と協働しやすく、各々がその半径により、及び弓形部が一部である円の中心部周りの部分による限定された度数により指定することができることから、以下の説明は、近似する円弧に関して行う。弓形部が一部である円の中心部周りの部分による限定される度数は、これ以降に説明する内容においてこの部分の角度と単に呼ぶ。ほぼ等しい半径かつほぼ等しい角度の弓形部は、各々が次に接触するように取り付けられ、従って、曲率が交替し、一方は、右寄りに凹状であり、次は、左寄りに凹状であり、次は、右寄りに凹状であるなどである。光線１００１は、曲線１０００の接線が上方に、かつ曲線のあらゆる他の接線と同じくらいの傾きで右寄りに傾斜する周期的に発生する位置のうちの１つである点１００４で表面１０００と交差する。従って、経路１０１０を進み続けるのではなく、光線１００１は、点１０１２で撮影装置１０１８に衝突する光線１００９として僅かに上方に屈折する。同様に、光線１００２は、曲線１０００の接線が上方に、かつ曲線のあらゆる他の接線と同じくらいの傾きで左寄りに傾斜する周期的に発生する位置のうちの１つである点１００５で表面１０００と交差する。従って、経路１００８を進み続けるのではなく、光線１００２は、点１０１４で撮影装置１０１８に衝突する光線１０１１として僅かに下方に屈折する。光線１００３は、ほぼ垂直な方向にレンズ面１０００を通過して１０１３で撮影装置に衝突する光線１００７として本質的に０°の屈折角で進み続ける。この構成は、点１０１２及び１０１４が、点１０１３での最初の焦点からレンズ１０００により拡散した光線の円錐の偏位のパターンのほぼ極値であるようなものである。説明した面１０００のプロフィールは、他の光線が比較的均一に１０１２と１０１４の間の空間を満たすようなものである。弧１０２０、１０２１、１０２２、及び１０２３の各々の角度は、各々がこの部分が直線的な寸法によってではなく、中心部周りで限定する度数として示すことが好ましい。レンズ面１０００の両側の屈折率及びレンズ面１０００から撮像面１０１８までの距離に対するこれらの弧の角度の適切な調整で、１０１２と１０１４の間の拡散のパターンの幅を調整することができる。好ましいデザインに対しては、この距離は���１つのピクセルから、アレイ１０１８内の典型的なピクセルであるピクセル１０１５、１０１６、及び１０１７の次までの幅又はピッチにほぼ等しいように調整される。一方は右寄りに凹状であり、次は左寄りに凹状まである１対の弧は、レンズ面１０００の１つのサイクルを形成する。サイズ及び表面１０００のサイクル間の結果として生じる直線的距離は、拡散の量に及ぼす明確な影響なくスケーリングすることができる。例えば、光線が撮像面上の１つの点に向けて集束する時に、１０００の曲線の１０サイクルほどを光線の円錐との交差部の環内に含めることができるようにパターンをスケーリングすることが好ましい。
【００５９】
図１１は、図４に示すレンズアセンブリの平面図を示している。断面は、上部レンズ４０９の光軸を通して切り取ったものである。レンズ４２１の上面断面図を１１２１に示している。レンズ４２２の上面断面図を１１２２に示している。接着層４２３の断面図を１１４７に示している。フィルタ４３４の平面図を１１３４に示している。これらの部品の説明の大部分は、図４の側面図及び図５から図８のレンズ要素の選択した正面図及び背面図に関連した説明で行っている。０°、−３．７５°、−７．５°、−１５°、−２０°、及び−２５°の高さ角度でレンズに入る光の一連の光跡を図１１に示している。これらの光線は、それぞれ、点１１４０から１１４５で本質的に撮像面でもある後面カバーガラスに集束する。開口絞りによる光線のパターンの狭小化を１１４６に示している。
【００６０】
図１２は、単一の表面のアクリルレンズの使用に対する本発明の複合レンズシステムの一般的な利点を明らかにするために含まれるものである。密接したパケット曲線１２０３は、デザインが図４のレンズ構造体内の例示的な複合レンズシステムに近いレンズシステムにより投影された光の点のＲＭＳ半径を表している。入口光線の角度は、図１２に示すグラフの水平軸上で１２０４で０°と２９°の間に示している。ＲＭＳ半径は、グラフの垂直軸上の１２０１で０と２００マイクロメートルの間に示している。曲線群１２０２は、比較のために含めるものであり、単一の表面を有する類似の開口及び焦点距離のレンズのＲＭＳ点半径を示しており、レンズ全体は、アクリル製である。両方のプロットは、「ＺＥＭＡＸ」プログラムを使用して行ったものであり、１２０３及び１２０２の群の曲線は、赤色、緑色、青色、及び赤色、緑色、青色の多染性組合せの点半径を表している。群１２０３及び１２０２の各々に含まれたこれらの４つの曲線は、図１２では互いに区別していないが、群１２０３の曲線の遥かに厳しいグループ分けは、２つの別々の活性レンズ材料及び追加接合レンズ面を有するデザインのより良好な性能の一方の指標である。他方の指標は、例示的な設計１２０３の点のＲＭＳ半径の方が遥かに小さく、かつレンズの中心軸の１０°以内である光線に対しては非常に低いままであるということである。
【００６１】
図１３は、約７５０ｎｍだけに拡張したように示すプロット内のシアンフィルタの透過特性１３０３及び赤色フィルタの透過特性１３０５のプロットであるが、赤外線の阻止は、赤外線光に対する撮影装置の認められるほどの応答を防止するのに十分長い波長に維持することが好ましい。これには、約１３００ｎｍまでの阻止が必要であろう。プロットでは、波長は、水平軸１３０２に沿ってナノメートル単位で示し、パーセントのよる透過率は、垂直軸１３０１に沿って示している。赤色フィルタ及びシアンフィルタの５０％透過率点間の好ましい適度のギャップは、シアン又は赤色補完フィルタ透過率曲線上の１３０４での５０％点と赤色フィルタ透過率曲線上の１３０６での５０％点との間の適度の間隔により示されている。通過帯域及び阻止状態の間の鋭い急な遷移は、この遷移のかなりの部分が、波長の狭い範囲、例えば１０から２０ｎｍにわたって発生することを示す曲線により示されている。４００ｎｍより少し短い波長に対する１３０７での透過率の増大は、多重層干渉フィルタ設計が多重層干渉フィルタが主として設計される波長の範囲外の領域に透過率スパイクを有する傾向を示している。例示的な用途においては、フロントガラスは、４００ｎｍより短い波長に対して通常はかなり光吸収力があり、多くの半導体撮像装置の感度は、この領域でも低減される。例示的なデザインにおいては、これらの理由から、システムの残りの応答は、１３０７での透過率スパイクによる認められるほどの性能劣化を防止するのに十分低いことになると思われる。そうでなければ、このデザインは、スパイク１３０７を低減するように、又はスパイク１３０７をより短い波長に移動させるように修正することができる。
【００６２】
図１４では、ピクセル１４０１から１４０９を有する９ピクセル部分１４００を示している。区域１４１１は、遠くの小面積の光源の投影映像により作り出される区域１４１１にわたって一般的に変動する照明区域を表している。スポット１４１０は、投影したスポット映像１４１１の非常に小さな副区域である。スポット１４１０は、寸法がピクセルの寸法と比較して非常に小さいように選択する。図１４ａでは、図１４ａの映像１４１１ａをもたらすように、ほぼ１ピクセル幅だけ映像１４１１を均一に広げるか、拡散させるか、又はぼかすために、図１０で説明するような光学面を光路に導入している。同様に、図１４の小さなスポット１４１０に落ちる光は、図１４ａの均一に照明された縞にぼかされる。拡散又はぼかしが１ピクセル幅である時には、縞も、縞に覆われないピクセル１４０５ａの幅の部分がピクセル１４０４ａの縞の残り部分により覆われるようにほぼ１ピクセル幅の長さになることになる。ピクセルの応答が線形であり、ゼロの光レベルに対してゼロであり、かつここで説明するように、クロストークはごく僅かであると想定すると、縞１４１０ａの光に対するピクセル１４０４ａ及び１４０５ａの応答の合計は、ピクセルの幅全体を拡張するピクセル１４０５ａ内に含まれていた場合にピクセル１４０４ａがこの縞の光に対して有するのと実質的に同じ応答である。ここで、小さなスポットの群全体が区域１４１１に同等であるように行われる１４１０と類似の非常に小さな面積のスポットへの１４１１の全域の分割を考慮してみる。これらのスポットの全ての複合体を図１４ａにおけるように水平方向で１ピクセル幅だけ均一に拡散した時、この光を受光するピクセルの応答の合計は、ピクセルアレイにわたって水平にシフトした時にはほぼ一定のままである。上述の説明は、厳密ではないが、制御されたほぼ均一なほぼ１ピクセル幅の拡散の利点を全体的に示すことを目的とするものである。
【００６３】
図１４ｂでは、図１４ａに示すように拡散された映像を受け取って水平方向に１ピクセル幅拡散を発生させ、更に、垂直方向に映像を１ピクセル幅だけほぼ均一に拡散させるために第２の拡散フィルタを増設している。従って、図１４ａで幅１ピクセル縞１４１０ａになった図１４の選択したサブピクセル点１４１０は、図１４ｂでは正方形１４１０ｂになる。正方形１４１０ｂの各部は、ピクセル１４０１ｂ、１４０２ｂ、１４０４ｂ、及び１４０５ｂに含まれる。１つが別のピクセルの上に置かれるように４ピクセルを重畳した場合、正方形１４１０の４つの部分は、覆われたパターンのほぼ全体を満たすパズルの部分のように組み合わさるが、２つ単位での実質的な重複はない。これは、拡散したスポット映像により投影された正方形のパターンをその１ピクセルで整列させた場合は、４ピクセルからの読取値の合計は、１ピクセルの読取値にほぼ等しいことになるという証拠である。
【００６４】
任意的に、より複雑な拡散フィルタパターンで、水平位置及び垂直位置で、又はピクセルアレイの横列及び縦列方向で、又はより全体的に、及び何らかの他の選択した方向でほぼ１ピクセル距離を拡張するほぼ均一なパターンを単一の光学面により達成することができる。説明した拡散フィルタの望ましい特性のうちの１つは、フィルタリング効果が、焦点及びフィルタを除去した時のレンズシステムのスポットの投影の方法との関係が弱いものに過ぎないということである。焦点及びスポットサイズからの拡散効果のこの部分的な独立性は、レンズシステム公差を管理し、かつ撮像面上での投影した位置を変化に直面して、一貫した点強度測定を行う機能を維持する際に有効であるが、焦点及び映像品質は、依然として映像解像度に対して、かつ拡散したスポットパターンを適切なピクセル数に合わせて含むのに重要である。要約すると、光源が光景内で小さな区分で移動して、投影した映像の位置がピクセル境界に対して変わる時、遠い光源から撮影装置上で投影した光の強度の読取値の変動を実質的に低減する機能は、重要な利点である。
【００６５】
妥協案としての手法は、図１４ｃで示しており、この方向で、ピクセルピッチにほぼ等しい量、すなわち、正方形ピクセルアレイの横列又は縦列方向のピッチの約１．４１倍だけパターン１４１１ｃをほぼ斜めの方向に均一に拡散する。
【００６６】
図１５及び図１５ａは、小さなスポットをほぼ正方形のパターンに拡散するように、２つの垂直な方向でほぼ均一にかつほぼ等しい量だけレンズ面を通過する光線を拡散するように設計したレンズ面構成を示している。このデザインを用いると、２つのレンズ面ではなく１つのレンズ面で図１４ｂに示すものと類似の拡散をもたらすことができる。このデザインは、全体的に図１０で説明するものと関係があり、ただし、実質的に一方向に拡散を発生させるのではなく、図１５の表面は、２つのほぼ垂直方向に拡散を発生させる点を除く。図１５のデザインでは、回転放物面がレンズ面には技術的に球より良好な選択であり、本発明の一部として使用することができることが確かである。しかし、図１０の場合と同様に、回転放物面に対する球面近似体は、かなり満足に機能することになり、かつ球面近似体の方が構成及び説明が容易であるから、それらは、例示的なデザインで使用される。例示的なデザインにおいては、ほぼ等しい半径を有する群の球を配置し、中心は、正方形のグリッドのコーナで等しく一定の間隔で配置されており、正方形内のグリッドの隣接コーナ間の距離は、球面の共通半径より実質的に小さいことが好ましい。レンズのアレイは、正方形アレイ上に隣接中心部を各々が有する球との交差部と接する球面のアレイにより形成される。この球面アレイが球中心部の平面に垂直な方向で見た時、各球状部分は、正方形の外形を有する。図１５のアレイ１５００は、６つのこのような部分１５０１から１５０６を示している。図１５ａは、この拡散レンズの特徴の側面図を示している。太線１５１０ａは、区分線１５１０の平面と交差する面１５００の側面図又は縁視図である。円弧１５１２ａは、球面レンズ面１５０１が隣接球面レンズ面１５０４と交差する弧の図である。線１５１１ａは、球面レンズ面１５０１が隣接球面レンズ面１５０２と交差する弧１５１１の縁視図である。１５１３は、レンズ面１５０１の中心をマーク付けする基準点であり、対応する中心点を図１５ａの１５１３ａとして示している。
【００６７】
レンズの機能の方法の非常に短い説明においては、複合拡散レンズ面１５００は、このレンズ面の上方に低い屈折率を有する光学的媒体をこのレンズより下方に高い屈折率を有する光学的媒体と分離すると想定する。
【００６８】
レンズ面の中心部の主平面に垂直、従って、複合レンズ面の主平面に垂直な方向で表面に当たってレンズ要素１５０１の上で上から衝突する光線１５１４を考慮してみる。光線１５１４は、図１５ａでは光線１５１４ａとして示している。レンズ面１５００がなければ、光線１５１４ａは、光線１５１５ａとして進み続けるであろう。しかし、レンズ１５０１の効果のために、光線は、全体的にレンズ断面１５０１ａの中心部１５１３ａの方へ屈折する光線１５１６ａとして、誇張された図に示す非常に少ない角度だけ屈折することになる。レンズ面１５０１ａのデザイン及び曲率のために、光線がレンズを通過時に屈折する角度は、レンズ中心部１５１３ａから光線の距離にほぼ比例する。従って、このパターンは、アレイの複数のレンズ断面にわたって分布しており、均一な分布のパターンのほぼ平行した光線が表面１５００に当たった時、光線１５００が拡散レンズ面を通過した時の回折角の分布は、必要に応じて、水平で垂直方向にほぼ等しい区分にわたって均一に分布する傾向がある。前の線形デザインの場合と同様に、個々の球面レンズ面により限定された立体角は、立体角がピクセルアレイ及び光学システムに関連する時に拡散パターンの寸法を適切に調整するように調整することができる。更に、このアレイ内の１５０１のような個々のレンズ部のサイズは、撮影装置のピクセルサイズに関連することは意図していない。むしろ、個々のレンズ部は、個々のレンズ部のうちの複数、例えば、６つほどが、撮影装置表面上に光学システムにより集束された時、遠い光源からの光線のパケットの集束円錐部内にあるべきであるようなものである。個々のデザインの特徴及び要件によっては、個々のレンズ断面の寸法は、本発明の様々な個々の実施形態に対して、個々の球面レンズ面のごく少数又は非常に多くが光線の集束円錐部の経路内にあるように、非常に広範囲にわたって変わる場合がある。
【００６９】
図１６は、本発明の一部である特徴の組合せを含む好ましい実施形態を示している。特徴の大部分は、図４のものと類似のものである。レンズ構造体１６００は、図４に示す構造体から実質的に変更した構成要素である。図４及び図１６の例示的な構造体においては、レンズシステム性能は、類似のものであるが、図１６の構造体１６００は、レンズ製作工程において特に有利である特徴を含む。例示的なレンズ構造体１６００は、２つの多重要素複合レンズシステム１６５０及び１６６０を含む。これらの２つの多重要素レンズシステムは、それぞれの色フィルタを通じて、好ましくは、共通の映像感知アレイの実質的に重なりなしの映像感知区域上に光景の類似の、好ましくは、ほぼ同一の映像を投影する。レンズシステム１６５０は、レンズ面１６０９及び１６１１を利用する。表面１６０９及び１６１１をレンズ部１６２１に成形する。レンズ部１６２２は、表面１６１１に合う表面も有するように所定の位置に成形することが好ましい。従って、光学面１６１１は、部材１６２１のレンズ材料と部材１６２２のレンズ材料の間の光インタフェースである。光学的には、この組合せは、２つの要素を各々組み付ける時に他方の要素の対応する表面に密接に適合する表面と共に製作することにより従来のレンズ構造体と同様に挙動し、これらの２つの表面を互いに接着して一般的に接合レンズというものにする。レンズシステム１６６０では、レンズ面１６０９及び１６１１及びレンズ構造体の部材１６２１及び１６２２のレンズ材料の使用に直接対応する方法で、レンズ面１６２０及び１６４３及び部材１６２１のレンズ材料及び１６２２を利用する。表面１６２０及び１６４３は、レンズ部１６２１において第２のレンズ要素を形成する。従って、レンズ部材１６２１は、一方をレンズシステム１６５０内で使用し、他方をレンズシステム１６６０内で使用する２つのレンズ要素を含む。レンズ構造体１６５０内で使用する第１のレンズ要素は、入口面１６０９及び出口面１６１１を有し、レンズ構造体１６６０内で使用する第２のレンズ要素は、入口レンズ面１６２０及び出口レンズ面１６４３を有する。レンズ部材１６２２は、比較的平坦な後面１６２７の一部と共にレンズ要素の出口面を形成する、１６１１に適合するレンズ面を有する。同様に、レンズ部材１６２２は、比較的平坦な後面１６２７の第２の部分と共に第２のレンズ要素の出口面を形成する、１６４３に適合するレンズ面を有する。従って、レンズ部材１６２２は、一方をレンズシステム１６５０内で使用し、他方をレンズシステム１６６０内で使用する２つのレンズ要素も含む。縦断図で示す任意的なリム１６５２を設けて、製造工程においてレンズ要素の取り扱い及び位置決めに向けてその部分の真空取り込みを容易にするためにレンズを取り囲む平面を形成する。取り込みツールは、レンズの対を取り囲む平坦なリム１６５２に係合するように、設計時には光路を含むレンズ構造体を覆うことになる。例えば、位置決めのためにレンズシステムを使用するか又は見るために、真空取り込みツールには、任意的に、レンズシステムが「覗く」ことができる光学的に明澄な窓を設けることができる。レンズアセンブリは、真空取り込みツール内のこの同じか又は類似の窓を通じて見ることができる。ツールはまた、好ましくは、周囲でレンズ面１６０９及び１６２１に係合して取り込み治具内でのレンズアセンブリの位置決めを記録することにより容易にするように任意的に設計することができる。レンズ要素対１６２１は、レンズ構造的部材１６４４に装着する。レンズ構造的部材１６４４は、複数の機能を有する、好ましくは、不透明、好ましくは、黒いプラスチック部分であり、複数の機能としては、レンズ要素対１６２１の位置決め及び装着、保護、及び恐らくは光覆いリム又はリップ１６１０の介在、及び絞り開口１６２６及び１６２４の介在を含むことができる。更に、レンズ要素１６２１と組み合わせた構造的部材１６４４は、透明材料を分注して固化させ、一方は入射表面１６０９を有するレンズシステム１６５０のためのもの、かつ一方は入射表面１６２０を有する他方のレンズシステム１６６０のためのものである第２のレンズ要素１６２２を形成することができる空洞を形成する。レンズ部１６２２を成形するか又は他の方法で製造するのに使用する接着剤又は他の透明材料は、従って、成形レンズ要素構造体１６２１のレンズ面１６１１及び１６４３に適合すると共に接着する。
【００７０】
図１６の簡素化した図では、特にレンズ部材１６２１及び１６２２の部分の一部では、この断面の後部に見える線を含めれば図面中で紛らわしいものになるので、断面により切断された面のみを示している。図１６の実施形態は、例示的なデザイン内の制御機能の一部として赤色／赤色以外の色の感知に用いることを可能にするために、撮像センサ固有の別々の区域への各々固有の色フィルタを通じた２つの別々の映像を投影するための二重レンズ構造体内の複合レンズ又はレンズシステムの対の例示的な適用に基づくものである。部材１６０２及び１６１４として断片図に示すバッフルシステムは、迷光から光学システムを保護し、かつ投影映像同士の厄介な重なりを防止するのに使用する。このバッフルシステム及び二重撮像システムは、総じて、引用により本明細書の他の箇所に組み込まれている本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くに説明されている。新規な構成においては、光学構造体内で使用する２つの複合レンズは、各々、ある程度、色収差を補正し、有効な視野を増大させ、かつレンズシステムの全体的な性能を実質的に改善するのに利用する少なくとも２つの要素を含む。
【００７１】
レンズ構造体は、複合フィルタ及び撮像装置窓１６４２に接着層１６２３により位置決めかつ接着される。窓１６４２は、上部映像を撮像する撮像区域１６３６及び下部映像を撮像する撮像区域１６４０を覆う。撮像区域は、半導体撮像アレイ１６３２の一部である。アレイは、部材１６３０として断片図に示す回路基板又は他の基板に取り付けることが好ましい。リード接合接続部は、そのうちの２つが１６３１で示されているが、撮像アレイ１６３２を回路の他の部分に電気的に接続する。撮像アレイを含むチップ１６３２は、撮像機能により必要とされるいくつかの制御及び信号処理段階を実行することができる。１６３０が表す基板と回路の接続部材１６３０は、非常に簡素化した図で示されており、所要の周辺構成要素を含み、かつ電力及び撮影装置制御命令を受け取り、かつ撮像システムから制御システム全体の他の部材に信号を伝えたりする接続部になる。
【００７２】
図１６では、透明ガラス１６４２は、ピクセル感知区域の上に透明接着剤で１６３２の撮像アレイに接着することが好ましい。粘着性の揺変性材料の隆起部４２９を好ましくはリード接合区域の外側に設置した撮像装置周囲周りに分注し、より流動性の材料１６２８をカバーガラス１６４２とダム４２９又は他の保持部材１６２９との間に残る堀に分注する。恐らく複数の段階で、このアセンブリの接着剤を硬化させる。
【００７３】
例示的なデザインにおいては、センサの視野は、高さ方向でほぼ−１５°から＋１５°まで、水平方向で−２５°から＋２５°まで延びている。光線１６０５及び１６０８は、ほぼ１５°の高さ角度で遠い源からの光線のパケットの上下部の境界を示しており、光線のパケットは、レンズ面１６０９に入ると、集束されて、レンズ面１６０９及び１６１１を通り、透明接着層１６２３を通り、赤色フィルタ面１６３５を通り、カバーガラスアセンブリ１６４２の側面１６３４を通り、最終的には撮像装置１６３２の撮像表面１６３６上に集束される。光線１６０５ａにより下部側で、光線１６０８ａにより上部側で境界をなす光線の同様のパケットは、レンズ面１６２０に入ると、全体的に上部複合レンズアセンブリの光路に対応する経路を通過して、シアンフィルタ面１６４１を通り、透明カバーアセンブリ４１６４２の一部１６３９を通り、最終的に撮像要素１６３２の撮像面１６４０上に集束される。
【００７４】
バッフル配置は、総じて、引用により本明細書の他の箇所に組み込まれている本出願人に譲渡された特許及び特許出願の多くに説明されている。光線１６０１及び１６０３は、バッフル部１６０２により遮断される。そうでなければ、光線１６０６及び１６０７として進み続け、上部映像域１６３６の下部より下方の点に集束し、恐らく下部撮像区域１６４０の上部に衝突する。狭い区域１６３８は、レンズ面１６０９を通って入って上部レンズアセンブリにより集束された映像を記録するために設けた撮影装置領域１６３６の有効領域の僅かに少し下で集束する光線の許容領域を設けるために、有効撮像区域１６３６及び１６４０間に設ける。同様に、レンズ面１６２０に入って撮影装置領域１６４０の有効領域より僅かに少し上方で集束する光線は、有効領域１６３６及び１６４０間の区域１６３８にも衝突することになる。
【００７５】
レンズシステムは、「Ｚｅｅｍａｘ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」から２００５年１１月１２日に販売された「ＺＥＭＡＸ（登録商標）−ＥＥ光学設計プログラム」を使用してモデル化した。類似のレンズ設計に着手すれば適切な出発点から進んで特定のレンズ材料に屈折特性を与えることになると思われる。従って、部分的な詳細のみを示してこのような設計の適切な出発点を示す。「Ｄｙｍａｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」製「Ｌｉｇｈｔ  Ｗｅｌｄ（登録商標）４２９」を選択して例示的なデザインにおける光学システムをモデル化した。屈折率と波長の予備測定値は、硬化４２９材料の約４６のアッベ数及び約１．５１の屈折率を示している。これは、アクリルのような材料に一般的であるほぼ５５のアッベ数より低い。レンズ設計プログラム内では、「Ｌｉｇｈｔ  Ｗｅｌｄ（登録商標）４２９」材料の代わりに４６から６５辺りの範囲である全体的により高いアッベ数を有する材料の範囲で置換した。光学材料のこれらの変化に対応するようにレンズシステム性能を最適化し直すために、総じて、焦点距離、レンズ曲率、レンズ非球面定数又は円錐定数、及びレンズ要素厚みの適度の調整が必要であった。全般的な結果として、これらの通常は適度な設計調整で、例示的なシステムとほぼ類似の光学性能が得られた。レンズ部材１６２２を製作するのに使用する接着剤は、比較的低い分散力（高いアッベ数）を有するように選択することが好ましい。接着剤は、好ましくは、高めの分散力（低めのアッベ数）を有する、ポリカーボネートのような材料で製造するレンズ部材１６２１を有する接合レンズと殆ど同様に機能するレンズ要素を形成する。サンプル部品からの試験成績が利用可能になり、レンズ材料データを考慮して必要に応じて洗練させ、洗練させたデータをレンズ設計プログラムと共に使用してレンズ処方及び関連レンズ設計に対する適切な改良を行う。接着剤１６２２は、接着層１６２３を使用して撮像アレイにレンズ構造体１６００に整列させて取り付ける前に硬化させることが好ましい。接着層１６２３は、表面の１６２７の凸凹が層１６２２及び１６２３のほぼ同一光学特性により調整されるようにレンズ部材１６２２同じ材料で製造することが好ましい。他のオプションも本発明の範囲である。例えば、別々の接着層１６２３を排除することができ、かつ接着剤材料１６２２の量は、接着剤材料を使用して直接撮像アセンブリと結合するために増量することができる。この手順の制限事項は、接着剤材料が硬化する時に、接着剤材料に通常は相当な収縮、及び屈折率の大きな変化があり、硬化時に遥かに厚い層の接着剤が収縮すれば、潜在的に、接着剤の非常により重い層の縮みが撮影装置を有するレンズシステムのミスアラインメント及び／又は焦点ぼけを発生させ、また、屈折率の変化により、硬化後に光学特性が変化するということである。様々な製作オプションで適用することができる１つのオプションは、アセンブリ１６００の位置を調整して接着剤が硬化する時に寸法及び他の光学特性の変化を補正することである。１６２３の比較的薄い別々の接着層の硬化から生じる全体的な寸法変化がより小さくても、焦点距離及びアラインメントを設定して接着剤が硬化��る時に接着剤の寸法特性及び光学特性の変化を補正することにより、接着剤が最終的な硬化状態であるレンズシステムの適切なアラインメント及び焦点をもたらすことも好ましい。フィルタは、１．４７の公称屈折率を有する「Ｓｃｈｏｔｔ  Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３（登録商標）」としてモデル化する。
【００７６】
レンズシステム１６５０及び１６６０は、関連の色フィルタにより透過される波長の特定の範囲に向けて最適化することが好ましい。しかし、例示的なデザインにおいて固有の比較的良好な色補正で、特定であるが異なる色の範囲のための最適化により、多くの場合、小さなデザイン修正をもたらし、レンズシステム１６５０及び１６６０を同じ規定に合わせて適切かつ任意的に設計することができる。好ましくは、必要に応じて、レンズ構造体を僅かに傾かせることにより映像の各々に対して焦点を個々に調整して、他方のレンズシステムに対する一方のレンズシステムの焦点を変えることにより各々の映像に対して適切な焦点をもたらすことが好ましい。レンズシステムパラメータはミリメートル単位であり、「ＺＥＥＭＡＸ（登録商標）」プログラムにより使用される形で明記されている。レンズ要素厚みは、レンズシステムの中心軸に沿って明記されている。以下の規定データは、一例として示すものであり、様々な非球面体及び他のデザイン修正を含む他のデザインも本発明の範囲である。表面１６０９は、１．７５ｍｍの公称半径０．２８の円錐定数を有する楕円面であり、１６０９から１６１１まで厚みは、名目上１．０４ｍｍである。ここでは、低い方のアッベ数を有するレンズ要素（部分１６２１内の要素）は、厚み（１．０４ｍｍ）を有する。この厚みは、前部レンズ面の半径（１．７５ミリメートル）を実質的に下回るものである。高分散力（低アッベ数）材料が光景側にある状態で、レンズシステムの第１の光景側光学面の半径の約６／１０のレンズ要素厚みが、最適化を進める良好な開始値である。入射表面１６０９及び１６２０を有するレンズ要素の各厚みは、比較的低いレンズシステム収差が維持される視野を拡大しながら、アッベ数が低い材料とアッベ数が高い材料間のインタフェースのレンズ面が色補正の最適に近い組合せをもたらすことを可能にするように、好ましくは、デザイン毎に調整すべき変数のうちの２つである。第１の面（１６０９、１６２０）の半径に対する第２の面（１６１１、１６４３）の半径は、主として良好な色補正をもたらすように選択する。第２の面に対する第１の面の半径を良好な色補正が得られるように選択した状態で、２つの光学材料間のインタフェースの第２のレンズ面（１６１１、１６４３）の半径は、一般的に、レンズシステムの入射表面（１６０９、１６２０）の半径を下回り、かつ例えば、入口レンズ面（１６０９、１６２０）の半径のほぼ３／４から半分未満の範囲とすることができる。ポリカーボネートレンズ要素の後部レンズ面（１６１１、１６４３）（同じく、成形ブロック１６２２の適合レンズ要素の前部レンズ面）は、０．６７ミリメートルの半径及び−０．４２５の円錐定数を有する楕円面である。この例においては、円錐定数は、非球面レンズ形状をこのデザインに導入するのに使用している。多項式条件の使用のような非球面を導入かつ指定する他の方法を任意的に使用することができる。このデザインにおいては、非球面レンズ面の使用により、明らかに、球面レンズ面だけの使用に優るかなりの改善が得られた。大部分の光学設計の場合と同様に、レンズ処方パラメータは、高い相互作用があり、かつ特定のパラメータのあらゆる変化に対しては、レンズシステムの全体的な性能を最適化するように他のパラメータの値を調整することが好ましいことが多い。
【００７７】
例示的なデザインにおいては、開口絞り（１６２６、１６２９）は、好ましくは、不透明部材１６４４内の絞り又は開口部により設けられ、また、レンズ面１６１１及び１６４３の境界でほぼ共角であるように、かつ好ましくは、レンズ面１６１１及び１６４３の縁部を影で覆うように設けることが好ましい。絞りは、各々、０．６６ミリメートルの公称半径を有する。レンズ面（１６１１、１６４３）の各々の外径は、それぞれの絞りの直径を少し超えるように製造し、かつ絞りを通過して撮像アレイの上へ集束する光がレンズ面の十分に形成された種部分を通過するようにそれぞれの絞りに対して位置決めすることが好ましい。０．６６ミリメートルの開口絞り半径で、例示的なレンズシステムのＦ数は、ほぼ２．２である。この有効Ｆ数は、開口絞り半径の新たな選択により変えることができる。開口絞り半径の特定の選択に対しては、レンズシステムのレンズ面の半径は、レンズシステムの開口を通過する光の実質的な部分がレンズ面の縁部の歪み領域を通過したり、又はレンズ面の１つ又はそれよりも多くを全く迂回するのではなく適切に形成したレンズ面も通過するように選択することが好ましい。「Ｄｙｍａｘ  Ｌｉｇｈｔ  Ｗｅｌｄ（登録商標）４２９」レンズ要素、ポリカーボネートレンズブロック１６２２、及びレンズ面の中心部１６１１からフィルタ表面１６３５まで測定した任意的に別々に付加した接着層１６２３の名目複合厚みは、名目上３．３２ミリメートルである（これは、適切な焦点を設定した時に変わる）。塑性体の互換性を硬化状態、未硬化の両方で確認することが好ましい。材料透明度、湿気吸収作用、経年的変化による黄ばみ、紫外線露光、又は高温度による影響などに加えて、未硬化状態の合わせプラスチック材料の破壊作用により、一部の接着剤の使用が制限され、及び／又は接着剤を未硬化状態のままにすることができる時間に関する制約事項が設定されたりする場合がある。フィルタ及びカバーガラス１６４２の名目厚みは、１．４ミリメートルである。撮影装置の表面は、カバーガラスに非常に近くであることが好ましく、かつカバーガラスに接着することが好ましい。上述のデザインに関しては、一方のレンズシステムの前部レンズ面１６０９及び他方のレンズシステムの前部レンズ面１６２０は、レンズシステムの光路内の唯一の材料と空気とのインタフェースである。各々の多重要素レンズシステムは、レンズシステムの第１の面から撮影装置までの経路内での空気とのインタフェースを有する表面を１つだけを有することが好ましい。空気と境界を接する表面を１つだけを有する複数の実質的に非平面（すなわち、無限大と実質的に異なる半径により特徴付けられる表面）の有効光学面を各々のレンズシステムが有するこの構造は、空気以外のインタフェースで反射防止コーティングを用いなくても表面の汚れを最小にし、かつ表面反射を低減する一助になる。
【００７８】
カバーアセンブリ１６４２は、２つのフィルタ部分１６３５及び１６４１を含むことが好ましく、かつガラス製又は他の透明材料製であることが好ましい。これらのフィルタは、１６４２にガラス又は他の透明材料の単一の部分を使用して堆積させることができる。任意的に、カバーガラスアセンブリ１６４２は、１６３４及び１６３９が透明材料の別々のブロックであるように互いに隣り合って設置する別々の２ブロックの透明材料で製造することができる。ガラス他の透明材料の別々のブロックの各々は、次に、単一のフィルタ表面上に被覆したより大きなガラス板から切断され、及び／又はその材料のバルク透過特性の一部として組み込んで、フィルタをパターン化することを不要にすることができる。任意的に、透明カバー部分の材料は、フィルタ部分一方又は両方上に被覆したフィルタに取って変わるか又は補足するバルクフィルタ特性を付して選択又は設計することができる。フィルタ面１６３５は、透明カバー材料部分１６３４の面上に設置することが好ましい。このフィルタは、例えば、図１３で詳述するような赤外線遮断機能を有する赤色透過フィルタとすることができる。フィルタ面１６４１は、透明カバー材料部分１６３９の表面上に設置することが好ましい。このフィルタは、例えば、図１３で詳述するような赤外線遮断機能を有するシアン透過フィルタとすることができる。必要に応じて、空気とのインタフェース又は付加的な光学面にさえも反射防止コーティングを被覆することができる。
【００７９】
図１７は、図１６に示すレンズアセンブリ１６００の構造的部材１６４４の正面図である。開口部１７２６及び１７２４は、図１６に１６２６及び１６２４で縁視図で現れるレンズ絞り開口部である。リム１７１０は、レンズシステムの前面を超えて突出してレンズシステムの機械式遮蔽を行い、かつ任意的に迷光からレンズ面を保護することが好ましい。これは、図１６の突出リム１６１０に対応する。１７４９は、レンズ要素対１６２１を着座させる１６４９に対応する棚である。１７４５は、好ましくは、レンズ部材を取り囲んで組み付けを容易にすると共に間隙がなければレンズ部材の適切な着座を妨害する場合があるレンズ部材周りの閃光のための間隙をもたらす図１６の１６４５に対応する好ましくはテーパ付きの表面である。
【００８０】
図１８は、図１６に示すレンズアセンブリ１６００の構造的部材１６４４の背面図である。開口部１８２６及び１８２４は、図１６に１６２６及び１６２４で縁視図で現れるレンズ絞り開口部である。リム１８４８は、図１６のレンズ材料１６２２を設置することができる空洞をもたらすレンズ部材の後部に突出することが好ましい。この突出区域は、図１６では部材１６４４の一部１６４８により示されている。１８４７は、個々のレンズ要素及び空洞の共通の部分に関連する空洞の区域間の遷移区域として機能する１６４７に対応する棚である。１８４６は、図１６の１６４６に対応する好ましくはテーパ付きの表面である。円錐形状とすることができるこの領域は、透明レンズ材料で満たされ、かつ撮像面までの経路においてレンズ面１６１１及び１６４３を通って透明セメント層１６２３を通る光の妨害のない通過をもたらす空洞の部分である。
【００８１】
図１９は、図１６に断面側面図で示す二重要素レンズ部材１６２１の正面図である。表面１９０９は、図１６では、縦断図で１６０９として示されており、表面１９２０は、縦断図で１６２０として示されている。２つのレンズ面は、互いに交差し、かつ１９０１に沿って接合する。リム１９５２は、図１６のリム１６５２に対応し、かつ真空ツールでこの部分の撮像及び取り扱いを容易にするように任意的に設けられる。
【００８２】
図２０は、図１６に断面側面図で示す二重要素レンズ部材１６２１の背面図である。２０５１は、レンズ部材の背面であり、図１６に縁視図で示す１６５１に対応する。レンズ面２０１１及び２０４３は、それぞれ、図１６の表面１６１１及び１６４３に対応する。
【００８３】
図６ａ、図８、図１０、図１４、図１４ａ、図１４ｂ、図１４ｃ、図１５、及び図１５ａは、全て、関連の説明と共に、何らかの種類の拡散に対する備えを含む。拡散を作り出す代替法を図２１及び図２２を参照してここで説明する。拡散の制御を行う説明する手法は、図１６から図２０及び図２５から図２７のレンズ構造体に適用することができ、かつ他の構造体においても任意的に使用することができる。図１６及び図２５に示す構成における特定の制約事項及び利点のために、この手法は、特に、図１６及び図２５に関連した教示内容に総じて適合するレンズ構造体に応用にするのに十分に適している。この手法は、図１６、図２５、及び図３０のレンズ構成のいくつかの特徴を利用しており、説明する本発明の様々な特徴は、説明するように組み合わせて使用することができ、又は多くの場合、別々に適用することができる。拡散構造体の例示的な用途において、図２０のレンズ面２０１１及び２０４３（図１６のレンズ面１６１１及び１６４３）の代わりに、図２１に関連して説明する修正レンズ面を使用することを想定している。特定の例においては、図２０のレンズ面２０１１及び２０４３は、これらのレンズ面を生成するのに使用する金型表面がほぼ凸面表面であるように凹状である。例示的な構造体に対しては、レンズ面の広範な部分の回転の中心は、互いに対してオフセットしている。これらのオフセットは、金型の表面を都合よく機械加工可能であるように形成することが好ましい。金型表面を機械加工する好ましい方法は、単結晶ダイヤモンド工具というものを使用して表面を機械加工する精密旋盤を使用することである。図２１の例示的な実施形態では、４つの中心２１１１、２１１２、２１１３、及び２１１４を、レンズのための型の各部を機械加工するそれぞれの回転中心として用いる。これらの部分は、それぞれ、弧２１０１、２１０２、２１０３、及び２１０４により境界を示している。中心は、例えば、図２１に示すようなプラス及びマイナスのｘｙｏｆｆの４つの組合せによりオフセットさせることができる。図２１では、ｘｙｏｆｆは、図の明瞭さを期すために非常に誇張したものであり、例えば、総じて２μｍから１００μｍの範囲において２３μｍ又はそれよりも大きいとすることができる。より一般的には、オフセットは、ｘ方向及びｙ方向において同じである必要はなく、同じ方向で点が異なれば、異なるマグニチュードさえも有することができる。更に、異なる数の中心を用いることができる。一般的に、オフセットのマグニチュードは、望ましい程度の拡散を発生させるように選択することが好ましく、望ましい程度の拡散は、本明細書の他の箇所で説明したような拡散パターンの対象とすべきピクセルアレイ及びピクセルパターンの寸法に対応するように選択することが好ましい。破線による円弧２１１５は、レンズ面の一部の輪郭である弧２１０１の連続である。破線として同様に示す他の円弧は、レンズの残りの部分に関連する残りの弧２１０２、２１０３、及び２１０４の連続である。これらの破線による円弧は、バイトの経路がどのように目標とする象限から材料を除去して、残り３つの象限を逃すかを例示している。各レンズ断面を機械加工する前に旋盤ヘッド部上で型を位置決めし直すことにより、個別であるが非常に中庸にオフセットしたレンズ断面を有するレンズの型を形成する。４つの断面を有する例示的な実施例においては、レンズ面を４つの象限に分割する。弧２１０１により境界を示す断面は、破線２１２２により示す境界線に沿って弧２１０２により境界を示す断面から分離されている。同様に、破線２１２３、２１２４、及び２１２１は、レンズ表面又はレンズ断面の３つの残りの隣接する対を分離している。
【００８４】
例示的な実施形態では、図２１で全体的に描写するレンズ修正は、図１６のレンズ面１６１１及び１６４３のみの代わりに、図２１に関連して詳述するような拡散の制御を導入するように修正したレンズ面を使用するように設計される。ｘｙｏｆｆは、実験的に２３μｍとして選択したが、この結果、それぞれのレンズ面のコーナは、側面で４６μｍである正方形のコーナに該当する。これは、結果として望ましい拡散量になるオフセット値である。例示的なデザインにおいては、１６０９から１６１１までのレンズ要素厚みは、図１６で詳述するデザインの場合と同じであることに変わりはない。レンズ面１６０９の半径数及び非球面定数も、図１６と変わりはない。望ましい拡散特性を有するレンズシステムを開発する出発点として、表面１６１１に対して先に示す元の規定は、図２１に関連して説明するようなレンズ面の象限の相対オフセットの追加を除き、始めは変わらないものであった。焦点距離は、修正レンズシステムの性能を最適化するために調整した。次に、修正システムを更に洗練すると共に、レンズ面１６１１及び１６４３のレンズ処方に小さな調整が行われた。これらの表面の半径は、０．６７ｍｍから０．７１ｍｍに増大させ、円錐定数をマグニチュードで−０．４２５から−０．３７５に低減した。レンズ部材１６２１の厚みは、１．０４ｍｍでそのままであり、レンズシステムは、最適な性能が得られるように改めて焦点を定めたところ、図１６のデザインの名目焦点距離と比較して、埋込要素１６２２及び関連接着層１６２３の複合厚みにおいて約０．０５ｍｍの適度な増加をもたらした。
【００８５】
図２２は、「Ｚｅｍａｘ」プログラムによりモデル化したような遠点ソースオブジェクトを撮像する際のレンズシステムの性能を例示している。スポットダイヤグラムをマトリックス形で示しており、縦列２２０１のスポットダイヤグラムは、４５０ｎｍ光源の性能を例示し、縦列２２０２のスポットダイヤグラムは、５５０ｎｍ光源の性能を例示し、縦列２２０３のスポットダイヤグラムは、６２０ｎｍ光源の性能を例示している。横列２２０４のスポットダイヤグラムは、レンズシステム中心軸上にある遠点光源の性能を例示し、横列２２０５、２２０６、及び２２０７は、それぞれ、５°、１０°、及び１５°だけレンズシステムの中心軸から外れている遠点光源の性能を例示している。マトリックスでピクセルの各々に対して示す破線による正方形は、参考のためであるにすぎず、名目上、側面で１５μｍである。点映像でのアラインメントは、参考のためであり、遠い光源の投影映像が撮像アレイ内の個々のピクセルと何とか自己整列することを示唆することを意味するものではない。図１１から図１１ｃに関連した説明から、全体的に規定した方法で遠い小面積の光源の投影映像を撮像アレイ内のピクセルの寸法や構成と関連付けるように光学システムを設計することが全体的に望ましいことが見出されている。拡散パターンが、アレイ内のピクセルの寸法及び形状とほぼ適合するように遠点源を投影映像拡散するようにレンズシステムを特徴付けることは、特定の用途に有用である１つの目的である。他の用途に対しては、拡散のパターンの強度分布及び撮影装置の応答の特定のパターンの特定の詳細により、拡散の望ましいパターンのサイズ及び／又は形状を修正することが好ましいものになるであろう。このような修正は、本発明の範囲であると考えられる。色フィルタアレイを使用した時、この技術を拡張して、色フィルタアレイ内のピクセルの規定の群のサイズ及び形状に関連するパターンにわたって映像を拡散させることができる。例えば、従来のバイエルパターンに対しては、パターンは、バイエルパターン内での１赤色ピクセル、１青色ピクセル、及び２緑色ピクセルのグループ分けに対応する幅２ピクセルｘ高さ２ピクセルの面積をほぼ対象とするように拡張することができる。これは、例示的なデザインにおいてｘｙｏｆｆを増大させることにより達成することができる。赤、緑、青の縞のような他のフィルタパターンを使用する色フィルタアレイに対しては、拡散パターンは、非対称とすることができ、例えば、各々がピクセルの関連水平横列に投影される光をフィルタリングする水平の赤、緑、青の縞の縞パターンに対しては、例えば、矩形とすることができ、拡散パターンは、幅１ピクセルｘ高さ３ピクセルとすることができる。これは、垂直つまりｙ方向のシフトが得られるように選択的にｘｙｏｆｆを増大させて水平つまりｘ方向のシフトを、通常、１ピクセル幅のパターンが得られる値のままにすることにより達成することができる。性能を図２２に示す例示的なデザインは、水平方向及び垂直方向で１５μｍピクセルピッチを有する撮像装置に望ましいものである。図１１ｂに関連して説明した内容で示したものと類似の一連の推定に従って遠い小面積光源の投影映像は、個々のピクセ��の寸法と名目上適合した区域にわたって拡散すべきであると結論付けられる。図２２に示すシミュレーション結果から、例示的なデザインは、かなりの視野にわたって、かつかなりの波長範囲にわたってほぼ望ましいサイズ及びパターンの拡散をもたらすことができることが見出されている。
【００８６】
図２１及び図２２で明記したデザインのいくつかの特徴を説明する。例示的な設計においては、拡散を発生させるように修正したレンズ面は、凹状であり、これらのレンズ面を生成するためには凸面金型表面が必要である。旋盤で型を機械加工するために、レンズ面の個々の断面の中心は、個々のレンズ断面の旋削半径と比較して、複合レンズの平均半径を低減するように位置決めした。凸レンズ面を組み込む図３０に例示するような他のデザインに対して類似の拡散効果をもたらすために、類似の機械加工法を用いることができるが、それぞれの中心オフセットの座標値は、レンズ面の断面が、互いの近くに設置するのではなくばらばらに適度に広がって離れ、従って、複合レンズ面の平均半径が個々のレンズ断面の旋削半径に対して増大するように符号を変えることが好ましい。
【００８７】
拡散の制御を行うために修正に向けて選択するレンズ面１６１１及び１６４３の第２の特徴は、１６２６及び１６２４でそれぞれのレンズ開口絞りに非常に近いということである。それぞれのレンズ絞りまで各々に拡散効果を発生させるように修正する表面のこのような近接性のために、光景内の特定の区域から発してレンズシステムを通って、撮像面の上へ投射される時に光が通る拡散レンズ面の領域は、光景の特定の区域の位置の関数として比較的不変である。換言すると、拡散効果を発生させる所定のレンズ面を絞りの直近に設置した状態で、光景の実質的な所定の部分に対しては、レンズシステムに衝突する光景のこの所定の部分の範囲の事物からの光は、この所定のレンズ面を照らし、それによって拡散効果が光景の所定の部分内に位置決めしたあらゆる事物からの光の投射に対して比較的均一であるように、比較的均一な方向で拡散効果が発生する。好ましいデザインにおいては、関連のレンズ面の実質的な部分を対象とする１組のレンズ面の特徴を設けて、光景の実質的な部分内の事物から来る光に対してほぼ均一な拡散効果を発生させる。
【００８８】
これをより明確にするために、拡散効果を引き起こすレンズ面を絞りからかなり遠くにかつ撮像面に非常に近いところに移動させた時の対照的な場合を考慮してみる。この場合、光景の小面積光源からの光は、拡散効果を引き起こす表面を通過する時には適度に焦点がずれているに過ぎない。これには、２つの結果がある。第１には、光景内のあらゆる小面積事物から集束する光は、撮像平面の近くに設置する拡散面の比較的小さな区域に集中する。第２には、拡散面を通過する時の光景内の小面積光源のこの投影画の位置は、光景内の光源の位置によって実質的に変わる。拡散効果を引き起こすレンズ面の特徴をレンズ開口絞りから相当な距離に設置した状態で、通常の結果として、拡散効果を作り出す特徴は、関連レンズ面のサイズに対して小さくなければならず、かつ有効拡散面を対象として光景内の様々な位置から来ている光に対して拡散効果を一貫したものとするためには、類似の又は機能的に同等の拡散パターンを何度も複製すべきである。これは、焦点範囲にわたって有効であり、かつ光景内の実質的にこのようなあらゆる区域から投射された光に対しても有効である拡散効果を発生させるために、好ましくは、開口に近い投影映像の実質的な全区域を対象とする好ましくは単一の組の特徴と対照的なものである。
【００８９】
図２３では、プロット２３００は、縦軸２３０上の１マイクロメートル単位のＲＭＳ点半径と、横軸２３０２上に示すようなマイクロメートル単位の有効相対焦点距離を示している。曲線２３０３は、図１６の鮮明な焦点のデザインを表し、一方、曲線２３０４は、図２１及び２２で説明した拡散レンズ構造体により修正されるような図１６又は図２５の修正デザインを表している。相対焦点は、この用途の名目適正焦点が中心は０．０ｍｍである状態で示している。図示のような相対焦点は、左の−０．１ｍｍから右の＋０．１ｍｍまで変動する。１つのオプションは、曲線２３０３に対して全体的に示すような焦点を有する鮮明な焦点のレンズシステムを使用することである。このレンズシステムは、拡散効果を発生させるように焦点をぼかしたものであり、鮮明な焦点は、２３０５で発生する。鉛直線２３０７は、用途のための公称最良焦点を示し、一方、垂直線２３０６及び２３０８は、有効焦点が、自動車作動温度範囲にわたる温度規定外変動のために異なると予測することができる全体的な範囲の下限及び上限を示している。視野にわたる湿気の変動、経年変化、初期の焦点調整の変動、及び焦点の変動のような因子による他の影響は、全て、より大きな公差（示さず）を表示許容範囲に追加する。自動車温度範囲にわたって、例示的な実施例に対しては、２３０３で表す最初に焦点ぼけであった鮮明な焦点の焦点レンズシステムの有効焦点は、深刻な焦点外れから鮮明な焦点近くに変化する。この通常の温度範囲にわたる結果として生じる性能は、結果としてかなり変動する。曲線２３０４で表す修正デザインで用いる拡散効果は、焦点から比較的独立しており、ＲＭＳ点半径対相対焦点距離を表す曲線２３０４内に比較的幅広い、比較的平坦な底部を作り出す。従って、ＲＭＳ点半径は、予想作動範囲にわたって遥かに一定に近いままである。更に、拡散効果の制御が得られるように、図２２のスポットパターンで示すように、形状及び拡散パターンのサイズは、この用途における性能改善に向けて特徴付けられる。更に、鮮明な焦点のレンズシステムの焦点ぼけは、通常、目標とする用途に対してスポットの形状を特徴付ける役目をするものではない。
【００９０】
いくつかの例示的なデザインにおいては、開口絞りは、従来技術のデザインにおいて行ったように入口レンズ面の近くに設置するのではなく、複合レンズデザインにおいて内部レンズ面に近く設置する。内部レンズ面近くの絞りのこの配置により、レンズシステムの特定のＦ数のための内部レンズ面の所要直径が低減される。この配置により、レンズ面のミスアラインメントに対する公差も改善し、また、二重又は多重複合レンズデザインでレンズをまとめて近づけて配置することもできる。
【００９１】
２つの複合レンズを有する二重レンズ構造体を大部分の例示的な実施形態で使用したのは、図示のレンズ構造体が２つ又はそれよりも多くの多重要素レンズシステムを互いの近くに設置することを可能にする特殊な特徴を具現化するからである。図２４は、本発明の特徴の多くを具現化する単レンズシステムレンズ構造を例示している。この構造は、本発明の特徴の多くが単レンズ構造に適用され、かつこれらの単レンズ構造が本発明の一部であることを例示するために含めるものである。
【００９２】
図２５から図２７に詳しく示した構造は、図１６で詳しく示した構造の変形である。図２５の構造においては、レンズ構造体２５０７は、図１６のレンズ構造体１６２１と類似のものであり、かつ実際には、図１６のレンズ構造体１６２１と同一とすることができる。２５０４及び２５０５に所定の位置に流し込む透明接着剤（好ましくは、図１６の部材１６２２を注型するのに使用するものと類似の光学特性を有する接着剤）は、図１６のレンズ部材１６２２の接着剤と同様に、色補正複合レンズ構造体を製造する同じ光学的機能に役立つ。図２５では、図１６の支持部材及び開口構造１６４４を除去し、好ましくは、光学的に透明である部材２５０８を追加している。部材２５０８は、好ましくは、表面上に被覆する開口絞り２５０３を含む。２５０４及び２５０５でレンズ要素として機能する接着剤は、レンズ部材２５０７と透明基板部材２５０８の間で間隙を満たし、かつ表面に接着して共に接着又は固定する役目をする。好ましい構造体においては、ブロック２５００は、普通のソーダ石灰ガラス又は任意的に「Ｓｃｈｏｔｔ  Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３（ｃ）」で製造する。光学特性が、それらがガラス又は「Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３（ｃ）」と共にある場合のように接着剤のそれにかなり近い時、光路内の材料の変更に伴って最良の焦点が得られるように焦点距離を調整することを除き、図１６の構造体から図２５の構造体に移るのに必要なレンズ処方の変更は殆どない。
【００９３】
図２５の構造体の１つの利点は、接着剤量が実質的に低減されたということである。光学透明の接着剤の多くに関する問題は、それらが、特に使用に便利な紫外線硬化の種類のものと一緒では、硬化時にかなり収縮するということである。接着剤の多くに対しては、間隙の発生及び接着剤面での分離がこの収縮のために問題となっている。これらの問題は、ＵＶ光露光パターン及びＵＶ硬化接着剤の強度で、かつ熱硬化接着剤に対しては温度及び温度／時間プロフィールを特徴付けることにより最小にすることができる。例えば、紫外線硬化に対しては、硬化が一般的に任意的にレンズシステム間の中央区域から、又は一般的に各レンズシステムの光軸に沿って始まり、かつ収縮が硬化工程中に起こる時に付加的な接着剤がその部分の縁部周りから引き込まれるように接着層の外側境界線に向けて外方に進む原因である最も強い露光を中心部区域が受け止めるようにＵＶ光源をパターン化することが好ましいであろう。特定的な実施形態では、一般的に硬化中であるレンズ部材の光軸に沿ったものである区域に衝突するように、硬化光の高濃度化を可能にするためにレンズ口径を通じてレンズ材料を硬化させるために使用する光の一部を導くことは有利である。このようにして、硬化をこれらの区域でより早い時期に誘発させることができる。そのように行う際には、未硬化接着剤が硬化工程中に収縮が起こる充填体積に流れることを可能にするために、非制限的な経路を設ける。他の硬化パターンを用いて、接着剤が接着剤の未硬化容積の境界から流れて、それが硬化する時に接着剤の収縮により発生する空間を埋める経路を設けることができる。本明細書の大部分を通して、硬化光は、紫外線又はＵＶと呼んでいる。可視波長又は他の波長で又は恐らく様々な波長の組合せで硬化する接着剤を置換すること、又は赤外線のような波長により生成される熱により硬化する接着剤を置換することさえも本発明のオプションである。問題を完全に排除するというわけではないが、図２５の構成の接着剤容積の低減は、問題を実質的に軽減するものである。一部の構成に対しては、小さな突出部をレンズ構造体２５０７の裏に増設して、部品２５０７と２５０８の間のスタンドオフとして機能させ、かつ部品間の接着剤２５０６の厚みを制御することができる。
【００９４】
図２５の構造の特定の利点は、多くの部品の開口マスクの多くのコピーを単一の基板上で同時に適用することができ、かつこれらは、開口マスクの各々への個々のレンズ要素構造体の適用前又は後に、任意的に単一化するか又はばらばらに切断することができるということである。小部品に対しては、この処理は、様々な製作及び組み付け工程を実行するためのミクロ電子工学的組立に使用する機器への適応に向いている。分注針上の「テフロン（登録商標）」先端部を使用することにより、部材２５０７の後面が下方を向いている間に、レンズアセンブリの部分２５０４、２５０５、及び２５０６を形成するのに使用する接着剤をこの部材の後面のレンズ空洞内に分注することができ、表面張力と「テフロン（登録商標）」先端部に対するよりもレンズ材料に対するより強い接着剤の引き付け力とにより、接着剤が優先的にレンズ部材２５０７の下側に接着かつ移行する。これは、他の場合に部品を反転させて接着剤を付加するのに必要とされる機械の複雑性の増加を排除することができる製作工程中のオプションである。
【００９５】
図２６は、透明基板部材２６０１及びいくつかのレンズアセンブリのためのマスクを含む基板アセンブリ２６００の簡素化した図である。２６０２は、絞り開口部２６０３及び２６０４を有する代表的なマスクである。この図は、例示を目的として簡素化したものであり、例えば、１０００個の部品のためのマスクを単一の基板上に含めることができる。
【００９６】
任意的に、フィルタは、例えば、絞り開口部２６０３が赤色フィルタを含むことができ、かつ任意的に一体式赤外線拒絶フィルタ及び絞り開口部２６０４が赤色補完フィルタ及び任意的に不可欠な赤外線拒絶フィルタを含むことができるように、基板２６００上に設置することができる。更に別のオプションとして、フィルタを部材２５０８に移動した時、２５０８は、接着層２５０９、及びフィルタ及び撮影装置カバー部分２５１１及び２５１２の代わりをすることができるように肉厚化することができる。このオプションを行使する時、ブロック２５０１は、ウェーハの表面上に適合し、かつウェーハアセンブリの窓として機能するためにリード結合接続部を排除するようにサイズ決定すべきである。焦点は、部品に厳しい公差を設定することにより、又は任意的に接着層２５０６及び／又は接着層２５１３の厚みを調整することにより確立することができる。
【００９７】
図２７では、完成したアセンブリ２７００を例示する。基板２７０１は、レンズアセンブリを装着したマスクのアレイを含む。２７０５は、装着レンズアセンブリを有するこれらの基板マスクの代表的な１つである。レンズアセンブリ２７０８は、マスク２７０２の絞り開口部２７０３及び２７０４に整列させる。レンズ要素対２７０６は、アラインメント作業及び組立作業中にレンズアセンブリの取り扱い及び位置決めを容易にするために真空取り込みにより係合させることができるフランジ２７０７を含むことが好ましい。上述のように、真空取り込み工具には、アセンブリ工程中に真空取り込み工具を位置決めする部分を見ることを可能にするために透明窓を設けることが好ましい。部品は、ウェーハのこぎりを使用して２７０９が表す個々の部品の境界に沿って横列及び縦列に沿って切断して単一化することができる。
【００９８】
開口マスクは、最小限の反射型であることが好ましい。最小の反射率及びレンズシステムの散乱光の結果として生じる極小化が必要であるか否かは、迷光反射が目標とする用途で引き起こす問題に依存する。クロムマスクは、通常、利用可能であり、クロム層を透明基板上に堆積し、フォトレジストを被覆し、望ましいパターンに露光させて、望ましいマスクを生成するように現像かつエッチングする方法により生成することができる。これらのマスクのオプションの１つは、反射率を低減するように製造した多重層積層体内でクロムを使用することである。これと類似の方法を用いて、図２５から図２７の開口マスクに対して厳しい公差及び比較的低い反射を有するマスクを生成することができる。マスクを製作する他のオプションとしては、スクリーン印刷、パッド印刷、又はインクジェット印刷でのインクの使用を含む様々な印刷法の使用がある。レーザ融除を任意的に用いてマスク材料を開口区域から除去することができる。レーザは、基板窓の損傷を回避して、かつ清浄な透明窓区域を生成するように注意して及び制御しながら使用すべきである。一般的に無反射であり、かつ露光区域の陽映像又は陰映像を生成することができる様々なフォトレジストもある。このようなマスクは、レンズアセンブリの開口絞りのパターンとして機能するように任意的に付加することができる。
【００９９】
代替構成においては、開口マスクの全て又は一部は、レンズ部材２５０７の後面に設置することができ、任意的に、開口マスクの一部は、基板部材２５０８にパターン化することができる。この構造の利点は、パッド印刷法を用いることができ、インクを被覆したパッドに接触する部品各部まで非常に薄いインク層を有するパッドに部品２５０７を軽く押し当てて、次に、インクを硬化させるだけで、好ましくは、部品２５０７の後面に対する適度の適応性を有するパッドからインクを転写することである。代替的に、パッドは、部品に押し当てることができる。本方法には、レンズ部材２５０７のレンズ面に満足にマスクを記録する極めて重要なアラインメント段階を排除又は単純化するように形成することができるという点で、自己アラインメント式であるか又は自己アラインメント式とすることができるという第１の利点がある。第２に、レンズ部材２５０７の後面のレンズ面の縁部は、本方法においてマスク材料により覆うことができ、従って、そうでなければこれらの表面を通じて投射されて映像上に衝突する光から生じる厄介な光学的歪みが最小にされる。第３には、焦点を調整するために接着層２５０６の厚みを変えることにおいてより多くの自由度、また、部材２５１３の撮像アレイ上の投影映像の記録を調整するようにレンズ部材２５０７の回転及びアラインメントを調整するより多くの自由度がある。次に、更に別のオプションとして、ブロック２５０８及び接着層２５０９は、所要の焦点距離を維持するための図２５で２５１１及び２５１２により表すフィルタ及び／又はカバーガラスアセンブリの適切な肉厚化により排除することができる。
【０１００】
上述のマスク印刷法においては、レンズ部材２５０７は、開口マスクの境界の形状及び位置を少なくとも部分的に判断するために開口マスク製作工程で使用する幾何学的な特徴を含む。
【０１０１】
代替構造の２つの変形を図２８から図３２に示している。これらのデザインは、高アッベ数低分散材料が光景に最も近いレンズに使用されているという点で、図４のデザインと光学的に類似のものである。図４では、第２のレンズ要素部材４２２は、高分散低アッベ数材料で製造されており、かつレンズ面が成形されている。図４のデザインにおいては、空間４２４を満たす接着剤は、より多くの強力なレンズインタフェースが、接着層４２４と光学的に異なる低アッベ数レンズ部材４２２で成形されているレンズ面４２５との間にあるように、レンズ部材４２１の材料と光学的に類似のものである。図４の設計の相対的な欠点は、レンズ部材４２１及び４２２は、各々、成形すると互いに整列させなければならないレンズ面を有するということである。図２８から図３２に示すレンズ構造体においては、図４の高アッベ数接着剤４２４の代わりに高分散低アッベ数の図２８の接着剤２８１２及び図３１の接着剤３１１２を使用している。この修正に対しては、低分散高アッベ数成形レンズと高分散低アッベ数接着層の適合面のレンズインタフェースは、色補正を実質的に改善し、かつレンズ収差が実質的に低減される視野を拡大するのに有効である。有効レンズ面を接着剤インタフェースに設置した状態で、別のレンズ要素の成形レンズ面の必要性が低減される。従って、部材２８０２は、レンズ面をこの部材に成形しなくてもよく、かつ各々が有効レンズ面を有する部材間で必要とされる極めて重要なアラインメントが排除されるように平坦であることが好ましい。図３１及び図３２の構造体においては、図２８の平坦な部材２８０２さえも排除される。
【０１０２】
アルゴンイオン衝撃のような洗浄工程を用いて接着剤粘着力を改善することができる。図２８から図３０のデザインにおいては、平坦な、好ましくは、可塑性の基板部材２８０２を使用してレンズ部材２８０１を接着する表面を設ける。図２８に暗色化した線２８１３として、かつ図３０に３０１０として示す開口は、図２８から図３０の基板部材上に設置される。任意的に、この開口は、図３１のレンズ部材３１０１に対するものと同様に、レンズ部材２８０１の後面に直接に設置することができる。図２８から図３２は、図４又は図２５に示すものを含む付加的な特徴が容易に通過することができる簡素化したデザインを表すことを理解すべきである。図２８から図３２のレンズ構造体の１つは、通常、図４のレンズ構造体の代わりに使用することができる。次に、図４に描写するフィルタ、バッフル、相互接続部、及びパッケージ化の適用は、図２８から図３２のレンズ構造体の１つを使用して適用することができる。
【０１０３】
図２８及び図３１の接着層２８１２及び３１１２内に形成するレンズ要素は、マイナスの焦点距離を有し、かつこれらの例示的なデザインにおけるアクリル成形レンズ要素及び接着層の両方の屈折率は、温度の増大と共に減少し、全体的な減歩率は、アクリルより接着剤の場合の方が大きい。図２８から図３２のレンズシステムシステムの温度の変化に伴う焦点距離の変化率は、類似の焦点距離のアクリルレンズの温度の変化に伴う焦点距離の類似の変化率よりも小さい。従って、レンズ構造体は、確かに部分的な補正影響を生成するために、温度の変化に伴う接着剤の屈折率のより大きい変化率を利用し、従って、レンズシステムの温度の変化に伴う焦点距離で変化率が低減される。また、接着剤インタフェースで形成するレンズは、色補正を実質的に改善し、かつ拡張した視野にわたるレンズ収差を実質的に低減するのに有効である。
【０１０４】
図２８を参照すると、レンズ部材２８０１は、低分散高アッベ数プラスチック、例えば、好ましくは、高い温度等級のアクリル又は環状オレフィンコポリマーから成形することが好ましい。接着層２８１２は、好ましくは、高い分散、低いアッベ数を有することが好ましく、例えば、ＵＶ硬化等級のエポキシとすることができる。本明細書で９ＪＳ７と呼ぶＵＶ硬化性エポキシ接着剤のアッベ数の測定結果により、接着剤がＵＶ硬化性エポキシとしては異常に低く、かつポリカーボネートのアッベ数の範囲にある３０の範囲の低いアッベ数を有することが見出されている（サンプルは、２７．３で測定した）。温度サイクリング及び高い湿気試験を受ける時、接着剤は良好な粘着力を示して、通常は良好に機能する。１つの好ましくない特性は、より肉厚部分では、９ＪＳ７材料が中庸の黄色の色合いを有するということである。この低いアッベ数が特に望ましいのは、接着剤が、図２８から図３２のデザインにおいて十分に機能して温度変化によるレンズ構造体の焦点距離の変動を低減し、同時に、色収差を実質的に低減すると共に、レンズ収差が適切に低い視野を実質的に増大させるからである。９ＪＳ７の調合は、１０部の「Ｄｏｗ  ３５４」（ビスフェノールＦジグリシジルエーテル−「Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．」から販売）、０．０５部の「Ｄｏｗ  Ｚ−６０４０」（ガンマ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン−「Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．」から販売）、及び０．２部の「Ｄｏｗ  ＵＶＩ−６９９２」（ジアリールスルホニウムリン酸塩塩類及びトリアリールスルホニウムリン酸塩塩類の混合物−「Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．」から販売）を含む。本明細書で１６ＳＭ５５と呼ぶこの製法の別のバージョンでは、「Ｄｏｗ  ６９９２」の代わりに「Ｄｏｗ  ＵＶＩ−６９７６」（ジアリールスルホニウムアンチモン酸塩塩類及びトリアリールスルホニウムアンチモン酸塩塩類の混合物−「Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．」から販売）を使用する。アンチモン酸塩の方が強い酸であり、かつ接着剤のより完全な硬化の一助になる。これらの接着剤製法は、関連のフィルタガラスを映像センサダイに装着するのに使用することができることを理解すべきである。
【０１０５】
更に別の試験においては、９ＪＳ７及び１６ＳＭ５５製法において使用したのと同じ樹脂主鎖構造を維持することにより、黄ばみを低減すると共に満足な環境性能を維持しながらこの用途に所望される低いアッベ数を維持することができるということが見出されている。好ましい調合は、本明細書では９ＪＳ３１Ｈで言及し、かつ５０％の１０部３５４、０．０５部Ｚ６０４０、及び０．１０部ＵＶＩ−６９９２（１％）と組み合わせた５０％の１０部３５４、０．０５部Ｚ６０４０、及び０．０５部ＵＶＩ−６９７６（０．５％）の混合物を含む。
【０１０６】
基板部材２８０２は、透明ポリカーボネートのストリップ又はシートから製作することができる。接着層内２８１５は、例えば、「Ｄｙｍａｘ  ４２９」とすることができる。基板部材２８０２の使用には、いくつかの利点がある。接着層２８１２は、レンズ要素を最終硬化状態の光学特性を有する層２８１２内で形成した状態でこれらの段階を行うことができるように、レンズの焦点及びアラインメントの前に硬化させることができる。焦点及びアラインメント段階は、接着層２８１５を付加し、レンズの集束かつ整列させ、次に、層２８１５を硬化させることにより達成することができる。接着層２８１５の接着剤材料は、色補正及び他の収差の低減に使用する有効レンズ面を形成する層２８１２に必要とされるアッベ数などに関する付加的な仕様がなく、満足な光透過率、環境抵抗、接着性に基づいて選択することができる。平坦な部材２８０２は、レンズ２８０１、接着層２８１２、及び平坦な透明部材２８０２により形成されるレンズ断面アセンブリの平坦な出口面になる。部材２８０２の材料は、良好な高い耐熱性、良好な接着剤接着性が得られるように、かつ例えば、ポリカーボネートと同様に、レンズ部材２８０１にほぼ適合する膨張係数を有するように選択することが好ましい。次に、２８０２は、低膨張窓２８０３と、潜在的により脆弱な接着力の接着層と潜在的に耐熱性が低い部材レンズ部材２８０１との間の熱膨張緩衝材として機能する。光窓２８０３は、図４の窓構造体４４２と類似の目的に役立つ。厚みは、適切な焦点距離及び接着層２８１５の適切な厚みに備えるように選択することが好ましい。図４のフィルタに関連して説明したような、又は図１３に関するフィルタデザインに関して説明したような色フィルタは、窓構造体２８０３の表面２８１６上に設置することが好ましい。撮像集積回路２８０４は、撮像アレイ２８１８を含む。窓アセンブリ２８０３は、透明接着剤を使用してアレイに接着し、かつ窓により覆われた区域が有効撮像アレイを含むように位置決めすることが好ましい。個々のピクセルの感応地域で光を集束させるマイクロレンズアレイを含む撮像アレイに対しては、覆い窓は、縁部周りに密封することができ、かつ乾燥空気又は他の気体を充填する区域をカバーガラスと撮影装置２８０４の映像感知区域２８１８の間に設けることができる。回路基板への撮影装置チップ２８０４の装着、電線接続部、チップの密封に関する更なる詳細に対しては、図４及び本明細書の他の箇所で説明する他の参考文献を参照されたい。図２８では、フランジ２８０５は、真空取り込みツールと共に使用して、組み付け及び調整作業中にレンズを取り扱うことができる。任意的に、付加的な特徴を増設して、把持機構に対するレンズの正確な位置決めを容易にすることができる。開口２８１３は、好ましくは、平坦な部材２８０２に付加された状態で示されており、図３０では３０１０としても示している。任意的に、開口マスクは、レンズ部材２８０１の後面に印刷することができる。レンズ構造体は、２つのほぼ平行した複合レンズシステムを組み込み、その一方に対しては、光線は、レンズ面２８０８に入ると、レンズ面２８０９及び関連の絞り開口部を通過して、接着層２８１２内に���成した適合するレンズ要素を通り、フィルタ層２８１６の関連フィルタ部分を通り、窓部材２８０３を通り、接着層又は光学的空気又は気体空間層２８１７を通り、最終的に、撮像アレイ２８１８の上部に集束する。第２のレンズ構造体又はアセンブリに対しては、光線は、レンズ面２８１０に入ると、レンズ面２８１１及び関連の絞り開口部を通過して、接着層２８１２内に形成した適合するレンズ要素を通り、フィルタ層２８１６の関連フィルタ部分を通り、窓部材２８０３を通り、接着層又は光学的空気又は気体空間層２８１７を通り、最終的に、撮像アレイ２８１８の下部に集束する。部材２８０６は、部材２８０１及び２８０２の間に空間を確立して接着層２８１２及びその関連レンズ構造体の厚みを確立するために設けたいくつかの隆起区域の１つである。図２８のアセンブリは、２つの複合レンズシステムを示している。構造体の特徴の多くを付加して単一の複合レンズシステムを製作することができ、その場合、図２９は、平面図及び全体的な側面図の両方として見ることができ、構造体の様々な特徴を使用して３つ又はそれよりも多くの複合レンズシステムを有する構造体を製作することができる。
【０１０７】
図２９は、レンズの中心軸に対して０°、５°、１０°、１５°、及び２５°で設置する光源の光跡２９０５を示す図２８のレンズ構造体の平面図である。これらの光線は、内部レンズ面２９０６及びその関連開口を通過する。レンズ２９０１、窓２９０３、及び撮影装置２９０４は、図２８のそれぞれの対応物２８０１、２８０３、及び２８０４の側面図である。
【０１０８】
図２８の好ましくは平坦な部材２８０２は、図３０に例示するようなストリップ状の類似した部分の部分として製作することが好ましい。区域３００３、３００２、及び３００１は、各々、レンズ設置のためであり、製作段階の連続として示している。３００１では、部分的な外形切欠き部は、部分的に望ましい完成部品を取り囲むセグメント３００５及び３００７を有する。区域３００６及び３０１２は、担体ストリップ内のその部分を保持する役目をし、最終的な組み付け工程の一部としてレンズをストリップから切り離すために、切り離すまでテープは担体ストリップとして機能することができるように所定の位置に残すことが好ましい。３００２では、絞り開口部を有する３００９及び３０１１を有する開口マスク３０１０は、基板部材３００２に印刷することにより付加したものであることが好ましい。このマスクは、レンズ２８０１の後面に任意的に付加することができる。３００３では、レンズ３００８は、所定の位置に整列及び接着したものであり、図２８の部材２８０１、２８１２、及び２８０２により示すようなアセンブリを形成する。
【０１０９】
図３１のレンズアセンブリは、基板部材２８０２を除去していることを除き、図２８のものと類似のものであり、窓２８０３は、適切な焦点距離を維持するために肉厚化したものであり、間隔突出部２８０６は除去しており、開口マスク３１１３は、レンズ要素部材３１０１の後面に設置しており、レンズ要素パラメータ及び直径は、新しい開口位置に対応するように調整しており、接着層３１１２は、ここでは、成形レンズ部材３１０１の表面３１０９及び３１１１に適合するレンズ要素面を形成すると共に、硬化する前にレンズアラインメント及び焦点の調整に備える役目をする。大部分の接着剤材料に対しては、接着剤を硬化させると、接着剤材料の屈折率の実質的な増大をもたらす。図３１のデザインにおいては、接着層３１１２が未硬化状態である間に焦点合わせを達成する時に考慮に入れることが好ましい。１つの方法は、図３１のレンズアセンブリと焦点合わせに使用するターゲットとの間に補正レンズを設置し、かつ補正レンズ及び未硬化接着剤を有するシステムの光学性能が、接着剤が硬化しかつ補正レンズを除去した後のシステムの光学性能に適合するように補正レンズを選択することである。
【０１１０】
入射表面１０８及び３１１０を有する複合レンズシステムは、関連の色フィルタにより透過される波長の特定の範囲に向けて最適化されるのが理想的であるが、このデザイン固有の比較的良好な補正のために、互いに非常に接近した状態とすべきであり、同じ規定に従って適切かつ任意的に設計することができる。レンズシステムパラメータは、ミリメートル単位であり、「ＺＥＥＭＡＸ（登録商標）」プログラムにより使用される形で明記されている。レンズ要素厚みは、レンズシステムの中心軸に沿って明記されている。表面３１０８は、１．８５８ｍｍの公称半径、−０．００４４のｒ4の係数、−０．００１のｒ6の係数、−３ｅ−００６のｒ12の係数、−３ｅ−００６のｒ14の係数、及び−３．８ｅ−００６のｒ16の係数を有する均一な非球面体であり、３１０８から３１０９までのアクリルレンズ要素厚みは、名目上２．５７ｍｍである。好ましいデザインにおいては、明記していない非球面係数及び円錐定数は、ゼロと想定している。ここでは、より高いアッベ数によるレンズ要素の厚みは、前部レンズ面の半径を超える。これは、レンズ設計の良好な均衡になることが見出されているが、比較的少ないレンズシステム収差が維持される視野を拡大しながらアッベ数が高い材料とアッベ数が低い材料との間のインタフェースのレンズ面が色補正を行うことを可能にする要素のうちの１つである。アクリル背面レンズ面３１０９は、−１．９ミリメートルの半径及び−０．１４５のｒ4の係数を有する均一な球面体である。アクリル背面レンズ面３１０９とフィルタの前面３１１６とカバーガラスアセンブリの間の接着層は、最良の焦点が得られるように調整し、名目上０．１５ｍｍである。レンズ面４２５の中心部から測定したポリカーボネートレンズブロック４２２の公称厚みは、１．８２５ｍｍである。接着層３１１２の公称厚みは、０．２５ミリメートルであり、かつレンズアラインメント及び焦点合わせ手順の結果として変わる。レンズ口径の呼び径は、１．２２ｍｍであり、成形レンズ２８０９及び２８１１の直径は、一部のミスアラインメント及び直径公差が、好ましくは、レンズ面の縁部を開口マスクにより覆われたままにするのに利用可能であるように、少し大きく、例えば、１．３２ｍｍであることが好ましい。接着剤の公称屈折率は１．５４９であり、接着剤の公称アッベ数は２７．３である。フィルタ及びカバーガラスアセンブリ３１０３の公称厚みは、２．９ミリメートルである。カバーガラス材料は、「Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３」であることが好ましい。撮影装置の表面は、カバーガラスに非常に近く、また、カバーガラスに接着することが好ましい。カバーガラスの厚みは、レンズを適切に焦点合わせした時に接着層３１１２の望ましい厚みの範囲を維持するように調整することが好ましい。上述のデザインに対しては、一方のレンズシステムの前部レンズ面３１０８及び他方のレンズシステムの前部レンズ面３１１０は、レンズシステムの光路内の唯一の材料と空気とのインタフェースである。すなわち、各々のレンズシステムは、レンズシステムの第１の表面から撮影装置までの経路内で空気とのインタフェースを有する唯一の表面を有する。各複合レンズシステムが空気と境界を接する唯一の表面と複数の有効光学面を有するこの構造は、空気以外のインタフェースで反射防止コーティングの必要性がなく、表面の汚れを最小にすると共に表面反射を低減する一助となっている。割り出し穴３１０４が、送り機構を使用してストリップを位置決めするために設けられる。図３２は、図３１に側面図で示すレンズ構造体の平面図を例示しており、図２８のレンズ構成に対して、図２９に示すものと類似の光跡３２０５を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】改良型光学構造体を有する視認システムを含む被制御車両を示す図である。
【図２】改良型光学構造体を有する外部バックミラーアセンブリの分解組立図である。
【図３】改良型光学構造体を有する内部バックミラーアセンブリを示す図である。
【図４】改良型光学構造体を有する映像センサを示す図である。
【図５】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図６】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図７】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図８】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図９】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図１０】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図１１】改良型光学構造体を有する映像センサを示す図である。
【図１２】改良型光学構造体の様々な特性の１つを示す図である。
【図１３】改良型光学構造体の様々な特性の１つを示す図である。
【図１４】改良型光学構造体の様々な特性の１つを示す図である。
【図１５】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図１５ａ】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図１６】改良型光学構造体を有する映像センサを示す図である。
【図１７】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図１８】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図１９】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図２０】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図２１】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図２２】改良型光学構造体の様々な特性の１つを示す図である。
【図２３】改良型光学構造体の様々な特性の１つを示す図である。
【図２４】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図２５】改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図２６】レンズ及び開口マスクを有する改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図２７】レンズ及び開口マスクを有する改良型光学構造体の様々な実施形態の１つを示す図である。
【図２８】改良型光学構造体を有する映像センサの様々な図の１つを示す図である。
【図２９】改良型光学構造体を有する映像センサの様々な図の１つを示す図である。
【図３０】レンズ及び開口マスクを有する改良型光学構造体の実施形態を示す図である。
【図３１】改良型光学構造体を有する映像センサの様々な図の１つを示す図である。
【図３２】改良型光学構造体を有する映像センサの様々な図の１つを示す図である。
【図３３】改良型光学構造体に利用する接着剤に関する屈折率と波長のグラフである。
【符号の説明】
【０１１２】
３２０５  光跡
【図１】
2009531738.tif 000003
【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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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５】
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【図１５ａ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
2009531738.tif 000039
【図３３】
2009531738.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月27日(2008.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサの像面上に映像を投影するように構成されたレンズ構造体、
を含み、
前記レンズ構造体は、複合レンズを含み、該複合レンズは、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含み、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも高いアッベ数を有する材料を含み、
前記第２のレンズ要素の屈折率の変化は、所定の温度範囲にわたって前記第１のレンズ要素の屈折率の変化をよりも大きく、それによって該所定の温度範囲にわたって前記複合レンズの焦点距離の変化を低減する、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項２】
画像センサの像面の隣接区域上に二重の実質的に類似の映像を投影するように構成された二重レンズ構造体、
を含み、
前記二重レンズ構造体は、第１の複合レンズと第２の複合レンズを含み、該第１及び第２の複合レンズの各々は、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含む、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項３】
画像センサの像面上に映像を投影するように構成されたレンズ構造体、
を含み、
前記レンズ構造体は、複合レンズを含み、該複合レンズは、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、互いに直接に接触しており、
前記第１及び第２のレンズ要素は、少なくとも部分的に色収差を補正するように組合せて機能するように構成されている、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項４】
画像センサの像面上に映像を投影するように構成されたレンズ構造体、
を含み、
前記レンズ構造体は、複合レンズを含み、該複合レンズは、少なくとも１つの実質的に非平面のレンズ面を各々が含む少なくとも第１及び第２のレンズ要素を含み、該第１及び第２のレンズ要素は、異なるレンズ材料を含み、
前記レンズ要素と前記像面の間の空隙が実質的にない、
ことを特徴とする画像収集システム。
【請求項５】
前記第１のレンズ要素は、アクリルを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像収集システム。
【請求項６】
前記第１のレンズ要素は、環状オレフィンコポリマーを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像収集システム。
【請求項７】
前記第１のレンズ要素と前記画像センサの間の開口マスクを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の画像収集システム。
【請求項８】
開口マスクが、前記像面に最も近い前記第１のレンズ要素の表面上に印刷されていることを特徴とする請求項７に記載の画像収集システム。
【請求項９】
前記第１のレンズ要素の屈折率が、前記第２のレンズ要素の屈折率よりも温度の関数として迅速に変化することを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１０】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凸面を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１１】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１２】
前記第２のレンズ要素の焦点距離が、負であることを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１３】
前記第２のレンズ要素は、前記第１のレンズ要素と直接に接触していることを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１４】
前記第２のレンズ要素の材料は、接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１５】
前記第２のレンズ要素の材料は、エポキシであることを特徴とする請求項１に記載の画像収集システム。
【請求項１６】
拡散の幅を該拡散の方向に測定した前記画像センサの隣接ピクセルの中心対中心間隔とほぼ等しく均一に設定するように構成された拡散器を更に含むことを特徴とする請求項２、請求項３、又は請求項４に記載の画像収集システム。
【請求項１７】
前記第１の複合レンズと前記画像センサの間の赤色スペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の画像収集システム。
【請求項１８】
前記第２の複合レンズと前記画像センサの間の赤色補完スペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の画像収集システム。
【請求項１９】
拡散の幅を該拡散の方向に測定した前記画像センサの隣接ピクセルの中心対中心間隔とほぼ等しく均一に設定するように構成された拡散器を更に含むことを特徴とする請求項２、請求項３、又は請求項４に記載の画像収集システム。
【請求項２０】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凸面を含むことを特徴とする請求項１９に記載の画像収集システム。
【請求項２１】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも大きいことを特徴とする請求項１９に記載の画像収集システム。
【請求項２２】
前記第１のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素よりも前記画像センサから遠くに離れており、該第１のレンズ要素は、該第２のレンズ要素よりも低いアッベ数を有する材料を含むことを特徴とする請求項２、請求項３、又は請求項４に記載の画像収集システム。
【請求項２３】
前記第１のレンズ要素は、光景側凸面及び画像センサ側凹面を含むことを特徴とする請求項２２に記載の画像収集システム。
【請求項２４】
前記第１のレンズ要素の厚みは、光景側表面半径よりも小さいことを特徴とする請求項２２に記載の画像収集システム。
【請求項２５】
前記第１及び第２のレンズ要素は、少なくとも部分的に色収差を補正するために組合せて機能するように構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の画像収集システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
カメラ及び映像処理システムを使用している車両外部光制御システムは、本出願人に譲渡された米国特許第５、８３７、９９４号、米国特許第５、９９０．４６９号、米国特許第６、００８、４８６号、米国特許第６、１３０、４４８号、米国特許第６、１３０、４２１号、米国特許第６、０４９、１７１号、米国特許第６、４６５、９６３号、米国特許第６、４０３、９４２号、米国特許第６、５８７、５７３号、米国特許第６、６１１、６１０号、米国特許第６、６２１、６１６号、米国特許第６、６３１、３１６号、米国特許第６、７７４、９８８号、米国特許第６、８６１、８０９号、米国特許公報第２００４−０１４３３８０号、第２００４−０００８４１０号、第２００４−０２３０３５８号、第２００４−０２０１４８３号、及び第２００６−００１６９６５号で開発されて開示されており、これらの特許の開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。これらのシステムにおいては、自動車の前方の視界の映像を取得する。少なくとも１つの実施形態では、映像センサは、フロントガラス内面からの反射及び／又は屈折が実質的に排除されるようにフロントガラスの内面に光学的に結合する。これらの映像は処理されて、近づいてくるか又は先行する車両の有無を判断し、例えば、他の車両のドライバに対するグレアを防止するためにハイビームをオフにすることにより車両外部灯の制御を調整する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
湿気感知、フロントガラスワイパー及びＨＶＡＣは、本出願人に譲渡された米国特許第５、９２３、０２７号、米国特許第６、６１７、５６６号、及び米国特許第６、６８１、１６３号並びに米国特許公報第２００４−０２３２７７３号に説明されており、これらの特許の開示内容全体は、本明細書において引用により組み込まれている。
【国際調査報告】
2009531738.tif 000041
2009531738.tif 000042
2009531738.tif 000043
2009531738.tif 000044