(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電子カメラであって、このカメラによって記録された情景を実質的にその結像面（Ｉ）に光学画像として結像するための光学対物系、この光学画像を検出し、該検出にもとづき出力信号を出力するための実質的にこの結像面（Ｉ）に設けた光電子検出器装置（Ｄ）、該検出装置に接続されこの検出した画像をディジタル形で再現するべくこの検出器装置の出力信号を変換および処理するためのプロセッサ装置であって、該画像をディスプレイ装置（Ｖ）でリアルタイムに表示可能とする前記プロセッサ装置、並びにこのディジタル画像をこの任意のディスプレイ装置で表示するように保存するために、または保存、表示若しくは追加処理するようにこのカメラに一時的または永久的に接続した外部装置でこれらを行うために、このプロセッサ装置に接続したメモリ装置を含むカメラに於いて、この光学対物系が平行な光軸を有する二つ以上の光学活性構造体（Ｌ）のアレイによって作られること、各光学活性構造体（Ｌ）がこの記録した情景の光学画像をこのそれぞれの光学活性構造体に一意的に割当てたこの対物系の結像面の領域に創るように適合していること、少なくとも一つの光電子検出器（Ｄｎ）が各光学活性構造体（Ｌ）用にそのそれぞれの割当てられた領域または結像面に設けられ、全ての検出器（Ｄｎ）がこのカメラのこの検出器装置（Ｄ）に含まれること、各検出器（Ｄｎ）がこの光学画像の画素を一意的に形成する２つ以上のセンサ素子（Ｅ）を含み、この画素の領域が別々に形成するセンサ素子の領域によって実質的に決められ、かつセンサ素子は、これらの領域が複合画像で互いに補足されるように配置されていること、並びに各検出器（Ｄｎ）が、この光学画像のサンプルを、検出器（Ｄｎ）のセンサ素子（Ｅ）の数によって決る各サンプル内の多数の画素で形成するように適合していて、この光学ディジタル画像を全てのサンプルを用いて、且つこれらセンサ素子（Ｅ）が形成するこの光学画像の異なる位置の画素数によって決る空間解像度で創ることを特徴とするカメラ。
【請求項２】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この光学活性構造体（Ｌ）が屈折構造体または回折構造体または反射構造体またはそのような構造体の組合せであることを特徴とするカメラ。
【請求項３】
請求項２による光電子カメラに於いて、
この屈折または回折構造体（Ｌ）を直径がせいぜい３ｍｍの小型レンズとして作ることを特徴とするカメラ。
【請求項４】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この光学活性構造体（Ｌ）を有する対物系が実質的に剛性のまたは柔軟な表面を作ることを特徴とするカメラ。
【請求項５】
請求項１による光電子カメラに於いて、
各検出器（Ｄｎ）が二つ以上のセンサ素子（Ｅ）のアレイを含み、このアレイの各センサ素子がこの光学画像の空間的に異なる画素を形成することを特徴とするカメラ。
【請求項６】
請求項１による光電子カメラに於いて、
これらのセンサ素子（Ｅ）が全て同じ形状係数を有すること、および、従って、画素で表現されるこの光学画像の面積が、この光学画像の幾何学的面積と単一センサ素子の面積の間の比によって与えられることを特徴とするカメラ。
【請求項７】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置（Ｄ）に含まれるセンサ素子（Ｅ）の全数に等しく、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子（Ｅ）の間に１対１の関係が存在し、それによってこのディジタル画像をこの光学画像の完全サンプリングによって創ることができることを特徴とするカメラ。
【請求項８】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置（Ｄ）に含まれるセンサ素子（Ｅ）の全数より少なく、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子（Ｅ）の間に１対多の関係が存在し、それによってこのディジタル画像をこの光学画像のオーバサンプリングによって創ることができることを特徴とするカメラ。
【請求項９】
請求項１による光電子カメラに於いて、
二つ以上の検出器（Ｄｎ）がこの光学画像の同じ空間サンプルを形成することを特徴とするカメラ。
【請求項１０】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この対物系の前および／またはこの対物系とこの検出器装置の間に設けた一つ以上の空間フィルタ（ＳＦ）を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項１１】
請求項１０による光電子カメラに於いて、
この空間フィルタ（ＳＦ）が空間光変調器であることを特徴とするカメラ。
【請求項１２】
請求項１１による光電子カメラに於いて、
この空間フィルタ（ＳＦ）が制御可能な光電式光変調器であることを特徴とするカメラ。
【請求項１３】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この対物系の前および／またはこの対物系とこの検出器装置（Ｄ）の間に設けた一つ以上の光学フィルタ手段（Ｆｌ）を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項１４】
請求項１３による光電子カメラに於いて、
この光学フィルタ手段（Ｆｌ）が、いずれか各光学活性構造体（Ｌ）か光学活性構造体（Ｌ）のグループに、または各光学活性構造体（Ｌ）に割当てた検出器装置（Ｄ）の検出器（Ｄｎ）に別々に割当てられた、別々のスペクトル選択フィルタ（Ｆｌｎ）を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項１５】
請求項１４による光電子カメラに於いて、
この光学フィルタ手段（Ｆｌ）が、別々の波長帯を透過する各スペクトル選択フィルタ（Ｆｌｎ）によって二つ以上の別々の波長帯を透過するように適合し、これらの別々の波長帯の各々を透過するフィルタ（Ｆｌｎ）の数が実質的に同じであることを特徴とするカメラ。
【請求項１６】
請求項１５による光電子カメラに於いて、
隣接するまたは隣接しない帯域幅関係の別々の波長帯が組合さって少なくともこのスペクトルの可視部をカバーすることを特徴とするカメラ。
【請求項１７】
請求項１５による光電子カメラに於いて、
これらの別々の波長帯を、この光学フィルタ手段（Ｆｌｎ）が原色フィルタ手段またはＲＧＢフィルタ手段を形成するように選択することを特徴とするカメラ。
【請求項１８】
請求項１５による光電子カメラに於いて、
これらの別々の波長帯を、この光学フィルタ手段（Ｆｌ）が補色フィルタ手段を形成するように選択することを特徴とするカメラ。
【請求項１９】
請求項１４による光電子カメラで、
このフィルタ手段（Ｆｌ）のスペクトル選択フィルタ（Ｆｌｎ）が各光学活性構造体用に設けた検出器（Ｄｎ）に別々に割当てられまたは重ね合せられたカメラに於いて、
このスペクトル選択フィルタ（Ｆｌｎ）が、与えられた波長帯を透過する各ストリップによって二つ以上の別々の波長帯透過するように適合したストリップフィルタであり、これらの波長帯の各々を透過するストリップの数が実質的に同じであることを特徴とするカメラ。
【請求項２０】
請求項１９による光電子カメラに於いて、
ストリップフィルタ（Ｆｌｎ）の各ストリップがこの検出器（Ｄｎ）のセンサ素子（Ｅ）のそれぞれの行または列に割当てられていることを特徴とするカメラ。
【請求項２１】
請求項１９による光電子カメラに於いて、
各ストリップフィルタが原色フィルタまたはＲＧＢフィルタであることを特徴とするカメラ。
【請求項２２】
請求項１４による光電子カメラで、このフィルタ手段のスペクトル選択フィルタ（Ｆｌｎ）が各光学活性構造体用に設けた検出器（Ｄｎ）に別々に割当てられまたは重ね合せられたカメラに於いて、このスペクトル選択フィルタ（Ｆｌｎ）がモザイクフィルタであり、該モザイクフィルタは、与えられた波長帯を透過するこのモザイクフィルタの各フィルタ部分によって二つ以上の別々の波長帯透過するように適合され、これらの波長帯の各々を透過するフィルタ部分の数が実質的に同じであることを特徴とするカメラ。
【請求項２３】
請求項２２による光電子カメラに於いて、
このモザイクフィルタ（Ｆｌ）の各フィルタ部分がこの検出器（Ｄｎ）の一つの又はそれぞれのセンサ素子（Ｅ）に割当てられていることを特徴とするカメラ。
【請求項２４】
請求項２２による光電子カメラに於いて、
各モザイクフィルタ（Ｆｌｎ）が補色フィルタであることを特徴とするカメラ。
【請求項２５】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この検出器装置（Ｄ）が次の技術、即ち、ＣＣＤ（電荷結合素子）技術、ＣＩＤ（電荷注入素子）技術、ＡＰＳ（能動画素センサ）技術またはＰＭＳＡ（受動マトリックスのセンサアレイ）技術の一つで実現した検出器（Ｄｎ）を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項２６】
請求項２５による光電子カメラで、この検出器をＰＭＳＡ技術で実現したカメラに於いて、この検出器（Ｄｎ）を薄膜部品またはハイブリッド部品として実現すること、およびこの検出器（Ｄｎ）がこれらのセンサ素子（Ｅ）からの出力信号の、各別々のセンサ素子の一意的アドレッシングのための受動電極アレイによる並列読出しに適合していることを特徴とするカメラ。
【請求項２７】
請求項２６による光電子カメラに於いて、
この検出器（Ｄｎ）を全部または一部、プラスチック材料および半導体オリゴマーまたはポリマーを含む、有機半伝導性または電気分離材料で作ることを特徴とするカメラ。
【請求項２８】
請求項２７による光電子カメラに於いて、
この有機材料が少なくともこのスペクトルの可視部全部または一部を透過すること、およびこの検出器（Ｄｎ）がそのセンサ素子（Ｅ）の間の領域でこのスペクトル範囲に透明または半透明であることを特徴とするカメラ。
【請求項２９】
請求項２７による光電子カメラに於いて、
この検出器（Ｄｎ）の電極アレイが全部または一部少なくともこのスペクトルの可視範囲に透明または半透明であることを特徴とするカメラ。
【請求項３０】
請求項１による光電子カメラに於いて、
この光学活性構造体（Ｌ）は、各光学活性構造体（Ｌ）が二つ以上の別々の波長帯に対してスペクトル選択的に各波長帯でこの光学像を、この光方向に離間して重ね合せられた対応する実質的に一致する結像面（Ｉｎ）上に創るように、決った色収差または波長分散で実現されていること、および各光学活性構造体（Ｌ）に対しこれらの結像面の各々にこの光学画像のスペクトル選択検出のための検出器（Ｄｎ）が設けられていて、各光学活性構造体（Ｌ）に対し各結像面（Ｉｎ）上に空間領域のサンプルおよび周波数領域のサンプルを形成し、この周波数領域の解像度がそれぞれに割当てられた検出器（Ｄｎ）で別々の波長帯の数によって実質的に決り、それによってこの検出器装置（Ｄｎ）によって検出した光学画像を、選択した適当なカラーシステムを使うことによって多重スペクトルディジタルカラー画像として創ることができることを特徴とするカメラ。
【請求項３１】
請求項３０による光電子カメラに於いて、
各光学活性構造体（Ｌ）に対して、三つの別々の重ね合せた検出器を、それぞれ、三色システムに割当てられた三つの別々の波長帯用のこれらの結像面（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）に設けたことを特徴とするカメラ。
【請求項３２】
カラー画像を記録するための、および特にカラー画像をＲＧＢシステムで記録するための光電子カメラであって、このカメラによって記録された情景を実質的にその結像面（Ｉ）に光学画像として結像するための光学対物系、この光学画像を検出して出力信号を出すやり方で検出するために実質的にこの結像面（Ｉ）に設けた光電子検出器装置（Ｄ）、該検出器に接続されこの検出した画像をディジタル形で再現すべくこの検出器装置の出力信号を変換および処理するためプロセッサ装置であって、この画像をディスプレイ装置（Ｖ）でリアルタイムに表示可能とする前記プロセッサ装置、並びにこのディジタル画像をこの任意の、ディスプレイ装置で表示するように保存するために、または保存、表示若しくは追加処理するようにこのカメラに一時的または永久的に接続した外部装置でこれらを行うために、このプロセッサ装置に接続したメモリ装置を含むカメラに於いて、この光学対物系が平行な光軸を有する二つ以上の光学活性構造体（Ｌ）のアレイによって作られること、各光学活性構造体（Ｌ）は、その焦点の位置がこの光の波長に依存するように決った色収差または波長分散を有すること、各光学活性構造体がこの対物系の三つの別々の重ね合せられた結像面（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）の領域上にこの記録した情景の光学画像をスペクトル選択的に創るように適合し、上記領域がそれぞれの光学活性構造体に一意的に割当てられ、第１結像面（Ｉ１）がこのスペクトルの青部の波長帯で第１光学画像を作り、および第２結像面（Ｉ２）がこのスペクトルの緑部の波長帯で第２光学画像を作り、および第３結像面（Ｉ３）がこのスペクトルの赤部の波長帯で第３光学画像を作ること、各光学活性構造体（Ｌ）用に光電子検出器（Ｄｎ）が、この光学活性構造体（Ｌ）が青、緑および赤の各々の波長帯で創った光学画像を検出するために、それぞれの割当てられた結像面（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）の各々に設けられること、各検出器（Ｄｎ）が２つ以上のセンサ素子（Ｅ）を含み、これらセンサ素子がこの光学画像の画素を一意的に形成し、この画素の領域が別々に形成するセンサ素子の領域によって実質的に決められ、かつ該センサ素子は、これらの領域が複合画像で互いに補足されるように配置されていること、これらの結像面（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）の一つの各検出器がこの結像面に対応する波長帯でこの光学画像のサンプルを、形成するように適合し、且つ検出器（Ｄｎ）のセンサ素子（Ｅ）の数によって決る各サンプル内の多数の画素で形成するように適合していて、この光学ディジタル画像を個別の、この光学画像のこれらのセンサ素子によって形成される位置の、画素数によって決る空間解像度でＲＧＢカラー画像として創ることを特徴とするカメラ。
【請求項３３】
請求項３２による光電子カメラに於いて、
この光学活性構造体（Ｌ）が決った色収差を有する屈折構造体または決った分散を有する回折構造体またはそのような構造体の組合せであることを特徴とするカメラ。
【請求項３４】
請求項３３による光電子カメラに於いて、
この屈折または回折構造体（Ｌ）を直径がせいぜい３ｍｍの小型レンズとして実現することを特徴とするカメラ。
【請求項３５】
請求項３２による光電子カメラに於いて、
これらの波長帯の一つの光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置（Ｄ）に設けたこの波長帯に対する検出器（Ｄｎ）のセンサ素子（Ｅ）の全数に等しく、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子（Ｅ）の間に１対１の関係が存在し、それによってこのディジタルＲＧＢカラー画像を各波長帯でのこの光学画像の完全サンプリングによっておよびカラーでのこの全光学画像の３回のオーバサンプリングによって創ることができることを特徴とするカメラ。
【請求項３６】
請求項３２による光電子カメラに於いて、
これらの波長帯の一つの光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置（Ｄ）に設けたこの波長帯に対する検出器（Ｄｎ）のセンサ素子（Ｅ）の全数より少なく、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子（Ｅ）の間に１対多の関係が存在し、それによってこのディジタルＲＧＢカラー画像をこの光学画像の各波長帯でのオーバサンプリングによっておよび各波長帯でオーバサンプリング係数の和に等しい全オーバサンプリングによって創ることができることを特徴とするカメラ。
【請求項３７】
請求項１または３２による光電子カメラに於いて、このカメラが、このカメラによって記録された画像情報をディジタル又はソフトウェアで制御された処理によって実現され、この処理は画素のサブグループ上で行なわれ且つ画像形成、運動又は変移補償、及び自動焦点といった作用の少なくとも１つを遂行することを特徴とするカメラ。
【請求項３８】
請求項３７による光電子カメラに於いて、画像形成はズーム作用又はパン作用、或いはその双方の作用を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項３９】
請求項３８による光電子カメラに於いて、ズーム及びパン作用は、少なくとも１つの画素減算プロトコルによって遂行され、それに続いてフルフォーマットのズーム又はパン画像に拡大されることを特徴とするカメラ。
【請求項４０】
請求項３９による光電子カメラに於いて、フルフォーマットのズーム又はパン画像は、画素補間機構を採用することによってフルフォーマットの原画像の原解像度によって記録又は表示されることを特徴とするカメラ。
【請求項４１】
請求項３７による光電子カメラに於いて、運動又は変移の補償作用は、アレイにおける少なくとも２つの隔置された光学活性構造体に発生された少なくとも２つの選択された画像サンプルによって与えられる視差を決定し、且つ最終画像を合成するための最適な対物距離を選択することによって遂行されることを特徴とするカメラ。
【請求項４２】
請求項４１による光電子カメラに於いて、運動又は変移の補償作用は、運動又は変移の補償された最終画像を合成するために、カメラのメモリにおける異なった画像を相関し、且つ異なった画像の最適の光学的光感度領域を選択することによって遂行されることを特徴とするカメラ。
【請求項４３】
請求項３７による光電子カメラに於いて、自動焦点作用は、アレイにおける隔置された光学活性構造体によって発生された少なくとも２つの選択された画像サンプルによって与えられる視差を決定し、且つ対物距離を測定することによって、合成されるべき最終画像の最適な対物距離を選ぶことにより遂行されることを特徴とするカメラ。
【請求項４４】
請求項１又は３２による光電子カメラに於いて、ディスプレイ装置が、カメラに備えられ且つプロセッサ装置に接続されていることを特徴とするカメラ。
【請求項４５】
請求項１又は３２による光電子カメラに於いて、ディスプレイ装置がメモリ装置に接続されていることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光電子カメラであって、このカメラによって記録された情景を実質的にその結像面に光学画像として結像するための光学対物系、この光学画像を検出し、検出に応じて出力信号を出すため実質的にこの結像面に設けた光電子検出器装置、この検出装置に接続され、この検出した画像をディジタル形で再現するためにこの検出器装置の出力信号を変換および処理するために、およびこれをこのカメラに任意に設けた該プロセッサ装置に接続されたディスプレイ装置でリアルタイムに表示するためのプロセッサ装置、並びにこのディジタル画像をこの任意の、このメモリ装置にも接続可能のディスプレイ装置で表示するために保存するために、または保存、表示若しくは可能な追加処理の目的適合させおよびこのカメラに一時的または永久的に接続した外部装置でこれらを行うためにこのプロセッサ装置に接続したメモリ装置を含むカメラに関する。
【０００２】
本発明は、特にカラー画像を記録するための、および更に特別にカラー画像をＲＧＢシステムで記録するための光電子カメラであって、このカメラによって記録された情景を実質的にその結像面に光学画像として結像するための光学対物系、この光学画像を検出し、検出に応じて出力信号を出力する実質的にこの結像面に設けた光電子検出器装置、該検出装置に接続され、この検出した画像をディジタル形で再現するためにこの検出器装置の出力信号を変換および処理するためにプロセッサ装置であって、これをこのカメラに任意に設け該プロセッサ装置に接続したディスプレイ装置でリアルタイムに表示可能とするためにこの検出器装置に接続したプロセッサ装置、並びにこのディジタル画像をこの任意の、このメモリ装置にも接続可能のディスプレイ装置で表示するために保存するために、または保存、表示若しくは可能な追加処理の目的に適合させおよびこのカメラに一時的または永久的に接続した外部装置でこれらを行うためにこのプロセッサ装置に接続したメモリ装置を含むカメラにも関する。最後に、本発明は、請求項１ないし請求項３２の何れかまたは請求項３３ないし請求項３７の何れかによる光電子カメラで記録したフルフォーマット光学画像をディジタル電子フォーマッティングするための方法で、この記録した光学画像をこのカメラに設けたプロセッサ装置のメモリのディジタル画像として保存し、およびこのプロセッサ装置に接続したディスプレイ装置で表示可能とする方法に関する。
【０００３】
非常に一般的に、この発明は、ビデオ画像を含む、映画画像は勿論、静止画像の記録に適した光電子カメラに関する。この発明による光電子カメラは、形状係数が非常に扁平な安価な小型カメラとして作れるように実現する。
【０００４】
電荷結合素子（ＣＣＤ）が使用されるようになった後、電子写真は、非常に低光強度の下で静止画像を記録する天体写真術のような、最も厳しい科学用途から、ホームビデオおよび地域監視のような大衆市場に対する用途まで、イメージング技術の殆ど全ての分野で応用されている。最近まで、光電子カメラ装置は、殆ど例外なく電荷結合素子（ＣＣＤ）の使用に基づいていて、一方他の種類、例えば電荷注入素子（ＣＩＤ）は、殆どは科学的性質の、特定の用途に幾らか使用されている。光電子カメラの検出および実現のためにＣＣＤを使うことの根拠は、科学および商業文献に広範囲にわたって議論されていて、それで以下では当業者によく知られていると見做す。
【０００５】
非常な成功であったとしても、光電子カメラに於けるＣＣＤ技術は、ＣＣＤおよび小型化した安価な電池駆動光電子カメラの使用に際し負に作用する、多くの欠点を生ずる。このシリコンベースのＣＣＤチップは、製造するのに比較的金が掛り、幾つかの異なる駆動電圧を要し、比較的多くの電流を消費する。近年、能動画素センサ（ＡＰＳ）と称する新しい種類の素子が、特に絶対的最高画像品質を要求しない用途で、ＣＣＤ技術の強力な競合として現れた。このＡＰＳベースの光電子検出器は、標準ＣＭＯＳ技術によって低コストで作れ、光検出、信号調整、電力供給および同じチップのインタフェーシングのような多数の機能の統合を可能にする。非常な低コスト、低電力消費およびコンパクトな物理的具体化の可能性の他に、このＡＰＳ検出器は、例えば、閾値処理、輪郭決定等を含む画像情報の処理を直接この検出器チップ上で達成するように実現してもよい。ある種の用途に対して、ＡＰＳ検出器は、一時に画素の全列の直列読取りを要するＣＣＤベースの検出器と対照的に、選択した画素または画素のグループに迅速なランダムアクセスをしてもよい。
【０００６】
ＡＰＳベースの小型装置の商業的用途が、他の技術に取って代るか、または全く新しい製品を作る、多数の領域に出現している。最初の場合は、監視カメラでの使用であり、後者の場合は、玩具での使用である。ＡＰＳ検出器の特殊な特性のために、最近の開発は、非常に小さな寸法の光電子カメラに繋がっている。所謂“オンチップ”のようなカメラを多数の会社、例えば、スコットランドのＶＬＳＩビジョン、スウェーデンの会社および米国フォトビット、から商業的に入手出来る。万年筆の体裁に収容できるカメラを最近スイスのＣＳＥＭがデモした。
【０００７】
全ての種類の光電子カメラの共通点は、感光検出器表面上に許容光学像を創る光学系である。これは、使用すべき光電子センサの種類（ＣＣＤ、ＣＩＤ、ＡＰＳ、ダイオードアレイ…）に関係なく、光電子カメラを小型化したいとき、問題を提起する。この問題は、もし、このカメラの利用できる軸方向長さ（光軸に沿うカメラレンズの前面からそれを通って検出器チップの背面までの距離）が制限されるなら、特に悪化し、即ち、扁平なカメラを作るのが望ましいとき、結像系からのこの距離への寄与は、レンズ厚さと背面焦点距離（ＢＦＬ）の和であるので、その幾らかは、カメラの解決策をもたらすために、非常に軸方向寸法が短く、非常に焦点距離が短い小型レンズまたはマイクロレンズを使ってもよいことを示す。しかし、これまでこの原理に基づく本当に扁平な小型光電子カメラは現れていない。
【０００８】
以下で議論すべきように、この主な理由は、使用するおよび光学像を創る光学系で実質的に見付けるべきである。最後の瞬間の解像度が回折によって制限されるとしても、現在の関係に遙かに大きな程度に現れるもう一つの限界設定要因、即ち、特に光電子検出器アレイを備える、結像面で得られるかも知れない制限された空間的解像度がある。本発明に繋がる発展の論理的歩みをよりはっきりと明らかにするためには、以下に従来技術の欠点の簡単な基本的解析を行う。
【０００９】
光学像の品質は、レンズ構成に依存し、上述のように、最後の瞬間に、回折によって制限される。この解析を単純化するために、光が、例えば、波長５５５ｎｍの単色の緑であり、レンズが非常に薄くて回折限界であると仮定する。すると、この結像面の空間的解像度は、
ｗ＝０．６１λ／ＮA                                    （１）
によって与えられ、但し、λは、この光の波長であり、開口数ＮAは次のように定められる
ＮA＝ｎ sin α                                         （２）
ここで、ｎはこの像空間での屈折率であり、αは、この像空間での縁光線の半角である。
【００１０】
解像度は、原理上レンズの物理的大きさと独立である。しかし、開口数ＮAに対する現実的値で、解像度は、典型的には光の波長に匹敵する。これは、Ｍの解像した要素（Ｍ＝ｎx・ｎy、但し、ｎxおよびｎyは、それぞれ、ｘ軸およびｙ軸に沿う解像した要素の数）を含むべき画像がこの結像面で、
Ａ＝Ｍｗ2＝ｎx・ｎy・ｗ2                                 （３）
より小さくてはならない面積を覆わなければならないことを意味する。
ここで、ｗは、上の式（１）で定義する解像度である。
【００１１】
この画像の長さ寸法ｎx・ｗおよびｎy・ｗと組合わせたこれらのレンズの視野がこのレンズの焦点距離、従って後者の物理的大きさを定める。この視野は、この光学像の極端縁に当るアレイの半角θによって定められ、その場所の光軸までの直線距離は、次の式によって与えられる。
ｄ／２＝（ｎx2＋ｎy2）1/2・ｗ／２                          （４）
この画像距離をｓ’によって表すと、
ｓ’＝ｄ／（２ｔａｎθ）＝（ｎx2＋ｎy2）1/2ｗ／（２ｔａｎθ）(５）
典型的結像の場合は、このレンズに対する焦点距離が画像距離ｓ’より僅かに短いだけであり、即ち、
【００１２】
【数１】
0003884617.tif 000002
【００１３】
もし、数値、例えば、ｗ＝０．５μｍ、ｎx＝ｎy＝１０3、即ち、Ｍ＝１０6、θ＝１９．３°を挿入すれば、次の式を得る。
【数２】
0003884617.tif 000003
【００１４】
この焦点距離を有するマイクロレンズは、典型的には長さ寸法に匹敵し、それで真に小型化した扁平カメラが手の届く所にあり、百万画素の解像度をもたらすことが分るだろう。
【００１５】
残念ながら、解像度ｗが結像面の記録媒体に対して上に定めるように０．５μｍであるべきであるという要求は、実現が非常に困難であり、画素の形にした光電子イメージセンサで実行できるものを遙かに超えている。従来技術によるＣＣＤおよびＡＰＳ検出器は、上に仮定した解像度ｗの少なくとも１０倍の画素ピッチを有し、その幾らかは、この焦点距離およびレンズの長さ寸法が１０ｍｍ以上の範囲にあるべきことを意味する。明らかに、このカメラの線形サイズは、はっきりと所望の画像品質に、即ち、画像の解像度の詳細およびそれが単色画像で望ましいか、フルカラー画像で望ましいかに依る。従って、光軸に沿う寸法が１ｃｍの範囲の光電子カメラは、実行出来てもよい。しかし、これは、特別に扁平であると見做すことは出来ない。小さい寸法は可能であるが、画像品質の低下を伴う。低コストおよび／または特殊目適用光電子カメラ装置を製造するためにＣＭＯＳプロセッサを利用する“オンチップカメラ”コンセプトの場合、例えば、米国のフォトビット；スウェーデンのＩＶＰ；グレートブリテンのＶＬＳＩビジョン；スイスのＣＳＥＭ；およびベルギーのＩＭＥＣからの文献を参照すべきである。ＣＭＯＳ技術を使うイメージング技術の再評価のためには、例えば、Ｊ．ザルノフスキーおよびＭ．ペース、“ＣＭＯＳ技術で拡がる結像選択肢”レーザフォーカスワールド、ｐｐ．１２５〜１３０（１９９７年６月）を参照してもよい。
【００１６】
本発明の主な目的は、静止画像、映画画像またはビデオ画像を高画像品質で、高空間解像度を超えて記録するために使え、一方このカメラの全体的断面が非常に扁平に見え、且つ上述の従来技術に関連する欠点を避け、そこで特に像解像度がこの光学結像系の物理的サイズ、特に軸方向長さに比例する、光電子カメラを提供することである。比較的薄い層として、典型的には平坦または湾曲した表面上に１〜３ｍｍ厚さのサイズ範囲で実現できる、光電子カメラを提供することもこの発明の目的である。
【００１７】
更に、この発明の目的は、画像の一つ以上の領域または結像面の一つ以上の軸に沿う光学像の制御した解像度を含む、多数の特定の空間およびスペクトル結像特性、グローバルフィールド（４πステラジアン）までを含む非常に大きな視野、空間的に分解した色またはスペクトル分析、紫外線から赤外線までの一つ以上の波長帯域でのフルカラー画像または結像並びに空間検出および分析の可能性のあるパララックスをベースにした結像を有する光電子カメラを提供することである。
【００１８】
その上更に、大きな表面上に光電子技術で実現した光検出素子および回路を利用する結像解決策を有する光電子カメラを提供することもこの発明の目的である。そのような技術は、この発明による光電子カメラを特別に低コストで製造できるようにするだろう。最後に、この発明の特別な目的は、非晶質若しくは多結晶無機半導体に基づく薄い装置またはポリマー若しくはオリゴマーに基づく有機半導体を使って光電子カメラを実現すべきことである。そのような材料の応用例は、平坦または湾曲した表面に取付けることが出来る薄いカードとして実現した、柔軟なプラスチックシートの形の部品である。
【００１９】
カメラの中の光学活性構造体として擬似単色マイクロレンズのアレイを使うことによって超小型化した光電子カメラを実現できることも本発明の特別な目的である。
【００２０】
上記の目的は、この発明によれば、光電子カメラであって、このカメラ対物系が二つ以上の光学活性構造体（Ｌ）のアレイによって作られること、各光学活性構造体がこの記録した情景の光学画像をこのそれぞれの光学活性構造体に一意的に割当てたこの対物系結像面の領域に創るように適合していること、少なくとも一つの光電子検出器が各光学活性構造体用にそのそれぞれの割当てられた領域または結像面に設けられ、全ての検出器がこのカメラのこの検出器装置に含まれること、各検出器がこの光学画像の画素を一意的に形成する少なくとも一つのセンサ素子を含み、この画素の領域が別に形成するセンサ素子の領域によって実質的に決められること、並びに各検出器がこの光学画像のサンプルを形成する検出器のセンサ素子の数によって決る各サンプルの多数の画素で形成するように適合していて、このディジタル画像を最適には全てのサンプルによっておよびこのれらセンサ素子が形成するこの光学画像の異なる位置の画素数によって決る空間解像度で創ることを特徴とするカメラによって達成される。
【００２１】
この関係の光学活性構造体は、屈折構造体または回折構造体または反射構造体またはそのような構造体の組合せであるのが都合がよい。
特に、この屈折または回折構造体を直径がせいぜい３ｍｍの小型レンズとして実現するのが都合がよい。
【００２２】
この光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置に含まれるセンサ素子の全数に等しいときに、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子の間に１対１の関係が存在し、それによってこのディジタル画像をこの光学画像の完全サンプリングによって創ることができること、またはこの光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置に含まれるセンサ素子の全数より少なく、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子の間に１対多の関係が存在し、それによってこのディジタル画像をこの光学画像のオーバサンプリングによって創ることができること、またはこの光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置に含まれるセンサ素子の全数より少なく、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子の間に１対多の関係が存在し、それによってこのディジタル画像をこの光学画像のオーバサンプリングによって創ることができることも都合がよい。この光電子カメラがこの対物系の前および／またはこの対物系とこの検出器装置の間に設けた一つ以上の空間フィルタを含み、上記空間フィルタが好ましくは空間光変調器であり、特にその関係で制御可能な光電式光変調器であるのが都合がよい。
【００２３】
この発明による光電子カメラがこの対物系の前および／またはこの対物系とこの検出器装置の間に設けた一つ以上の光学フィルタ手段を含むときも都合がよい。そこでこの光学フィルタ手段が、各光学活性構造体か光学活性構造体のグループに、または各光学活性構造体に割当てた検出器装置の検出器に別々に割当てられた、別々のスペクトル選択フィルタを含むのが好ましい。
【００２４】
特に、この光学フィルタ手段は、別々の波長帯を透過する各スペクトル選択フィルタによって二つ以上の別々の波長帯を透過するように適合し、これらの別々の波長帯の各々を透過するフィルタの数が実質的に同じであってもよい。そこでこれらの別々の波長帯を、この光学フィルタ手段が原色フィルタ手段若しくはＲＧＢフィルタ手段を形成し、またはこの光学フィルタ手段が補色フィルタ手段を形成するように選択するのが好ましい。
【００２５】
ある実施例では、このスペクトル選択フィルタを、与えられた波長帯を透過する各ストリップによって二つ以上の別々の波長帯透過するように適合したストリップフィルタとして実現するのも都合がよい。そこでストリップフィルタの各ストリップがこの検出器のセンサ素子のそれぞれの行または列に割当てるのが好ましく、各ストリップフィルタを原色フィルタまたはＲＧＢフィルタとして更に実現してもよい。
【００２６】
この発明によれば、このスペクトル選択フィルタが、与えられた波長帯を透過するこのモザイクフィルタの各フィルタ部分によって二つ以上の別々の波長帯透過するように適合したモザイクフィルタであり、これらの波長帯の各々を透過するフィルタ部分の数が実質的に同じであり、好ましくはこのモザイクフィルタの各フィルタ部分がこの検出器のそれぞれのセンサ素子に割当てられているのも都合がよいかも知れない。そこで、特に、各モザイクフィルタが補色フィルタであるのが好ましい。
【００２７】
この発明によれば、この検出器装置が次の技術、即ち、ＣＣＤ（電荷結合素子）技術、ＣＩＤ（電荷注入素子）技術、ＡＰＳ（能動画素センサ）技術またはＰＭＳＡ（受動マトリックスのセンサアレイ）技術の一つで実現した検出器を含むのが都合がよい。この検出器をＰＭＳＡ技術で実現したとき、この発明によれば、この場合この検出器を全部または一部、プラスチック材料および半導体オリゴマーまたはポリマーを含む、有機半伝導性または電気分離材料で作ってもよいので、この検出器を薄膜部品またはハイブリッド部品として実現すること、およびこの検出器がこれらのセンサ素子からの出力信号の、各別々のセンサ素子の一意的アドレッシングのための受動電極アレイによる並列読出しに適合していることが都合がよい。
【００２８】
この発明によれば、この光学活性構造体は、各光学活性構造体が二つ以上の別々の波長帯に対してスペクトル選択的に各波長帯でこの光学像を、この光方向に離間して重ね合せられた対応する実質的に一致する結像面上に創るように、決った色収差または波長分散で実現されていること、および各光学活性構造体に対しこれらの結像面の各々にこの光学画像のスペクトル選択検出のための検出器）が設けられていて、各光学活性構造体に対し各結像面上に空間領域のサンプルおよび周波数領域のサンプルを形成し、この周波数領域の解像度がそれぞれに割当てられた検出器で別々の波長帯の数によって実質的に決り、それによってこの検出器装置によって検出した光学画像を、選択した適当なカラーシステムを使うことによって多重スペクトルディジタルカラー画像として創ることができることが都合がよい。その関係で、各光学活性構造体に対して、三つの別々の重ね合せた検出器を、それぞれ、三色システムに割当てられた三つの別々の波長帯用のこれらの結像面に設けるのが好ましい。
【００２９】
更に、上記の目的は、本発明によれば、光電子カメラであって、このカメラ対物系が二つ以上の光学活性構造体のアレイによって作られること、各光学活性構造体は、その焦点の位置がこの光に波長に依存するように決った色収差または波長分散を有すること、各光学構造体がこの対物系の三つの別々の重ね合せられた結像面の領域上にこの記録した情景の光学画像をスペクトル選択的に創るように適合し、上記領域がそれぞれの光学活性構造体に一意的に割当てられ、第１結像面がこのスペクトルの青部の波長帯で第１光学画像を作り、および第２結像面がこのスペクトルの緑部の波長帯で第２光学画像を作り、および第３結像面がこのスペクトルの赤部の波長帯で第３光学画像を作ること、各光学活性構造体用に光電子検出器が、この光学活性構造体が青、緑および赤の各々の波長帯で創った光学が像を検出するために、それぞれの割当てられた結像面の各々に設けられること、各検出器が少なくとも一つのセンサ素子を含み、少なくとも一つのセンサ素子がこの光学画像の画素を一意的に形成し、この画素の領域が別に形成するセンサ素子の領域によって実質的に決められること、これらの結像面の一つの各検出器がこの結像面に対応する波長帯でこの光学画像のサンプルを、これを形成する検出器のセンサ素子の数によって決る各サンプルの多数の画素で形成するように適合していて、このディジタル画像を最適には個別の、この光学画像のこれらのセンサ素子によって形成される位置の、画素数によって決る空間解像度でＲＧＢカラー画像として創ることことを特徴とするカメラによって達成される。
【００３０】
この発明によれば、この光学活性構造体が、この場合、決った色収差を有する屈折構造体または決った分散を有する回折構造体またはそのような構造体の組合せであるのが好ましく、そこで特にこの屈折または回折構造体を直径がせいぜい３ｍｍの小型レンズとして実現するのが好ましい。
【００３１】
更に、その関係でこの発明によれば、これらの波長帯の一つの光学画像に明確に形成した画素の全数がこの検出器装置に設けたこの波長帯に対する検出器のセンサ素子の全数に等しく、それでこの場合、与えられた画素とそれを形成するセンサ素子の間に１対１の関係が存在し、それによってこのディジタルＲＧＢカラー画像を各波長帯でのこの光学画像の完全サンプリングによっておよびカラーでのこの全光学画像の３回のオーバサンプリングによって創ることができることが好ましい。
【００３２】
最後に、この発明による記録したフルフォーマット画像をディジタル電子フォーマッティングするための方法は、このフルフォーマットディジタル画像のセクションまたはフィールドを、この画像を、それぞれ、この画像の収束点または収束軸の方へ実質的に連続的または段階的に半径方向または軸方向に縮小することによって創り、この画像の縮小をこのプロセッサ装置に設けたデータプロセッサで一つ以上の決った画素減算プロトコルに従って行い、およびカメラ内またはカメラ操作者が手動でおよび所定基準に従って自動的に操作する外部に設けた作動装置によって実行し、並びにフォーマットしたフィールドを、それぞれ、この収束点からまたはこの収束軸からフルフォーマット画像の方へ半径方向または軸方向にこの様にして段階的または連続的にもう一度拡大することに特徴がある
【００３３】
この発明によれば、このフォーマッティングをこのディスプレイ装置で可視化し、このフォーマッティングによって生じたセクションまたはフィールドをどの瞬間でも合成フルフォーマット画像としてこのディスプレイ装置に表示するが、このフォーマッティングの対応する画素減算値によって与えられる実空間解像度で表示するのが好ましい。
【００３４】
更に、この発明によれば、ディジタル電子ズーム機能をこのカメラの中で半径方向縮小または拡大によって都合よく実行し、このフィールドフォーマットをこの情景とこのカメラの中の結像面の間の距離に依って、それぞれ、望遠、広角またはマクロフォーマットとして決め、およびディジタル電子パン機能をこのカメラの中でこの軸方向縮小または拡大によって実行してもよい。
【００３５】
本発明の更なる特徴および利点は、前記の残りの従属請求項によって開示した。
次にこの発明を実施例によっておよび添付の図面を参照して以下に更に詳しく説明し、これらの図は、この明細書の直ぐ後の部分で詳細に説明する。
【００３６】
この発明によるカメラの基本概念を図１に示し、それは第１実施例を側面図で図１ａにおよび正面図で図１ｂに概略的に表す。このカメラは、例えば、マイクロレンズまたは小型レンズＬの形の、多数の光学活性構造体を使用し、このカメラの対物系を四つのそのようなレンズＬ1〜Ｌ4のアレイとして示す。各レンズＬは、最終画像に所望の合計解像度で結像すべき情景の像を創る。これらのレンズの各々に、検出器装置を割当て、それぞれの検出器Ｄ1〜Ｄ4を、例えば、プロセッサ、メモリ等を含むバックプレインＰ上に設け、このバックプレインの裏側に記録した画像を表示するためのディスプレイＶを設けてもよく、このディスプレイはビューファインダーとしても機能する。検出器Ｄ1〜Ｄ4を設けた共通結像面Ｉは、このレンズアレイの共通無限共役焦点面から離間させ、勿論、この焦点面Ｆおよび結像面Ｉは、無限遠方にある像物体に対して同じ広がりをもつ。レンズが小さいとき、非現実的なセンサ素子密度に繋がることがある、感光センサ素子の高密度マトリックスを備える単レンズの下で結像面の光強度分布に対して全ての詳細を記録しようとせずに、本発明は、レンズＬ1〜Ｌ4の各々の下で作った画像の部分サンプリングを使用する。実際には、各検出器Ｄ1〜Ｄ4が各検出器の複数のセンサ素子を介して、この光学像のフィールドをサンプリングする。図１ａに、単一センサ素子Ｅを検出器Ｄ1に示す。全体として、検出器Ｄ1〜Ｄ4は、例えば、３６の非重複センサ素子Ｅを有し、それがこの光学像を３６画素に画素化する。従って、これらのセンサ素子Ｅは、この光学像を検出器Ｄ1〜Ｄ4によって検出するようにその全領域もカバーし、それで検出器Ｄ1〜Ｄ4の各々からの部分サンプルが全体としてこの像の全サンプルを作る。
【００３７】
図１ｂに示すように、検出器Ｄ1〜Ｄ4の各々に対し、これらのセンサ素子Ｅが四つの割当てられたレンズＬ1〜Ｌ4の結像面Ｉにサブアレイを作る。従って、センサ素子ＥがレンズＬ1〜Ｌ4の各結像面Ｉの表面のサンプリングした領域を決め、それは、これらの領域が複合モザイク画像で互いに補足するように、この像に対して相互に配置されているからである。ｋレンズのアレイの各レンズは、最終または複合画像での解像要素の全数の１／ｋをサンプリングするだけであるので、結像面Ｉでサンプリングした領域の密度は特別に高い必要がないことに注目すべきである。これは、充填率を画素領域の光検出部分を全画素領域で割ることによって得た値とするときに、中ないし低充填率で電子アレイカメラを使う可能性を認める。光センサチップの製造に対する要求を低減する他に、低充填率は、このチップに画像処理を包括することを単純化することにも貢献する。
【００３８】
この光学活性構造体Ｌは、必ずしもレンズ、即ち屈折構造体である必要はなく、回折構造体または反射構造体またはそれらの構造体の組合せでもよい。もし、この屈折または回折構造体を小型レンズとして実現するならば、それらは直径がせいぜい３ｍｍで、実質的に剛性または柔軟な表面上に設けてもよい。この表面は、平面、湾曲面または二重湾曲面でもよい。例えば、この光学活性構造体または小型レンズＬを図２ａ〜図２ｃのように設けてもよく、図２ａは、湾曲した透明基板Ｓ上のレンズＬおよびこれらのレンズＬと整合するようにこの基板の裏側に設けた、割当てられた検出器Ｄnを示す。検出器Ｄnの下のバックプレインＰに、（図示しない）電子部品または、図示のように、ディスプレイＶを設けてもよい。対応して、図２ｂは、再び割当てられた検出器Ｄnと共に光学活性構造体またはレンズＬを基板Ｓのファセットにした表面に設ける方法を示し、一方バックプレインＰは、ディスプレイＶおよび／または図示しない電子部品を設けてもよい。
【００３９】
図２ｃは、小型レンズＬを平面基板Ｓ上に、および検出器Ｄnをその裏側に設けた、多分最も好適な実施例を示す。再び、ディスプレイＶおよび／または図示しない電子部品をバックプレインＰ内または上に設けてもよい。
【００４０】
結像面Ｉの特定の領域のサンプリングは、異なる方法で行うことができる：
−光透過領域または“窓”を有する不透明マスクを結像面Ｉに設ける。各窓を通って入射する光が、この窓の下に設けた専用感光素子に再び当る。この感光素子は、典型的にはこの窓によってサンプリングする領域より大きく、このアレイに使用するレンズの数ｋに依って後者より遙かに大きくてもよい。これは、実際には、空間フィルタＳＦを使って達成し、それを図３ａおよび図３ｂに示す。空間フィルタＳＦは、断面で図３ａにおよび正面図で図３ｂに示すように、検出器装置Ｄの一部ＤnとレンズＬの間に設ける。空間フィルタＳＦは、光学的、幾何学的にセンサ素子Ｅか検出器装置Ｄの感光部分と整合する窓または開口Ａを有する。簡単のために、図３ｂは、割当てられた空間フィルタＳＦを備える単一レンズＬだけを表すが、検出器装置Ｄは、実際には非常に多くのセンサ素子Ｅまたは感光部分を有するチップとして実現され、レンズのアレイＬに割当てられている。
−感光素子は、本来サンプリング機能を果すように、結像面に作られ且つ位置する。各素子間の領域は、本質的に光に反応しないので、またはこのチップ表面に直接設けた不透明層によってマスクされているので、感光しない。
【００４１】
上記から明らかなように、レンズの数ｋは、このチップ表面上の感光領域の密度と整合しなければならない。これは、扁平断面の電子小型カメラの実現で重要な隘路かも知れない。必要なレンズの最少数は、このカメラに使いたいセンサ技術並びに形状係数および画像品質に関するこのカメラの仕様に依る。
【００４２】
例えば、もし、白黒画像を記録し、結像面で解像度ｗ（焦点円直径）のレンズを使用すると仮定すると、最もコンパクトな設計は、この検出器の各感光センサ素子の有効サイズがこのレンズの解像要素と整合するとき達成される。小型レンズに対して、典型的には
【数３】
0003884617.tif 000004
である。この領域のセンサ素子の最小サイズは、電子アレイカメラ用に本技術に容易に適合させ得る。これらの電子カメラの画素間の距離は、典型的には５μｍ以上の範囲内にある。これは、この画像に必要な寸法、即ち、ｘ方向にｎx・ｗおよびｙ方向にｎy・ｗに匹敵し、それは百万画素でｎx＝ｎy＝１０００の画像に対しては５００μｍ・５００μｍ以上になるかも知れない。これらのセンサ素子の感光領域が例えば１０μｍの相互距離に配置されるかも知れないとすると、各レンズは５０・５０＝２５００画素を収容するかも知れず、それで必要なレンズの最小数は、４００になる。正方形レンズアレイでは、これは２０・２０レンズを意味する。
【００４３】
もし、この発明によるカメラをカラー画像の記録に使用すべきなら、このカメラの製造の単純化に関して、高精度で画素化したカラーフィルタの使用を避けることが望ましいだろう。
【００４４】
図４ａは、側面図で、レンズアレイと検出器装置の間に光学フィルタを備える、この発明によるカメラの実施例の中の手段を示す。各レンズＬ1、Ｌ2、…に、この場合、それぞれのフィルタＦｌR、ＦｌB、ＦｌGが設けられ、これらのフィルタの各々は、図４ｂに正面図で示すように、それぞれ三つのグループおよびこのレンズアレイの三つのレンズＬ1、Ｌ2、Ｌ3；Ｌ4、Ｌ5、Ｌ6；Ｌ7、Ｌ8、Ｌ9に割当てられている。この三つのグループおよび三つのレンズのための光学フィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂで表す、異なるスペクトル帯用に設えられ、それでこれらのフィルタが一緒にＲＧＢシステムでカラー画像を記録するためのシステムを実現する。レンズＬの各々が１色だけのフィルタに割当てられているので、このレンズの結像面の検出器Ｄnの全センサ素子がこの色だけをサンプリングする。与えられた画素のフルカラー描写に必要な他の色成分は、対応する方法で他のレンズの下でサンプリングする。もし、この発明によるカメラでＲＧＢカラーシステムを使うなら、図にそれぞれフィルタＦｌR、ＦｌB、ＦｌGとして表すＲフィルタか、ＧフィルタかまたはＢフィルタを備える三つのレンズが各々この画像の同じ部分で問題のスペクトル帯をサンプリングする。図４ｂに示すように、この部分は、三つの別々であるが、相互に密接に隣接する画素領域に、例えば、完全な重複が達成されるように、検出器領域Ｄ1、Ｄ4、Ｄ7によってカバーされるように配置してもよい。この種の実施例の利点は、各光学活性素子またはレンズが限られた波長範囲だけを扱えばよく、従って色収差に悩まされる必要なしに最適化してもよいことである。この発明の更なる実施例では、狭いバンドパスの多数のフィルタを使用し、即ち、レンズは色収差を考慮せずに最適化してもよいが、所望のスペクトル範囲をカバーするようにフルカラーの描写をもたらすためには、３ないし４の最小数より多くのフィルタを必要とする。これは、屈折光学素子に比べて構造およびコストの利点を提供するかも知れないが、屡々非常に大きな分散も有する、回折光学素子を使うときに特に重要である。
【００４５】
図５ａ、図５ｂは、図４ａおよび図４ｂのように対応するフィルタ手段を備えるが、ここでは検出器装置Ｄの別々の検出器Ｄnの直前に設けた別々の光学フィルタを備える、この発明によるカメラの実施例を概略的に示す。勿論、図５ａおよび図５ｂに示す別々の検出器Ｄnは、検出器チップ上におよびこのチップの部分として集積して十分実現でき、一方それぞれの割当てられたフィルタＦｌは、各々別々に、例えば、ＲＧＢシステムのようなカラーシステムでカラーフィルタを実現してもよいことを理解すべきである。すると、図５ｂに示すように、各カラーを、割当てられた検出器または検出器部分を備える二つのフィルタで扱うことができる。例えば、検出器Ｄ1およびＤ2を備えるフィルタＦｌ1およびＦｌ2が赤色光のスペクトル帯を扱えるとすると、これらのフィルタＦｌ1およびＦｌ2は、勿論、Ｒフィルタを実現する。
【００４６】
図６および図７は、本発明による光電子カラー画像カメラに使ってもよい、異なる種類のフィルタを示す。図６は、ＲＧＢシステムに於けるストリップフィルタの実施例を示す。このフィルタは、赤、緑および青スペクトル帯をそれぞれの割当てられたグループの検出器へ透過する。図５の実施例に関連して使うとき、このストリップフィルタのカラーストリップＲＧＢは、別の検出器のセンサ素子の行に割当ててもよい。ストリップフィルタは、優れたカラー描写をもたらすが、ある場合には決った方向に像解像度の低下および事によると測光応答の低下を生ずる。図７は、補色システムのモザイクフィルタの実施例を示し、そのフィルタは、交互に補色シアンＣｙ、黄Ｙｅ、緑ＧｒまたはマゼンタＭｇの一つを検出器のセンサ素子へまたは検出器アレイの別に割当てられた検出器へ透過する。四つの隣接するセンサ素子または事によると検出器からの信号を加算することによってフルカラー画像を得る。換言すると、例えば、線形検出器の隣接する対からの信号をフルカラー画像を創るために使ってもよい。通常、像解像度および測光応答は、ストリップフィルタを使うときより良いが、真のＲＧＢ出力信号は、モザイクフィルタを使っては得られない。ストリップフィルタに対応して、モザイクフィルタの別のフィールドを別の検出器に別に割当ててもよいが、単一検出器のセンサ素子に割当ててもよい。
【００４７】
図８は、レンズＬである光学活性構造体が、異なる波長λ1、λ2の光がそれぞれの結像面Ｉ1、Ｉ2の異なる像点ｓ1’、ｓ2’へ屈折または分散されるように、色収差または波長分散を与えられる、この発明によるカメラの実施例を示す。結像面Ｉ1、Ｉ2に、それぞれの検出器Ｄ1、Ｄ2を、光学像の検出が波長λ1、λ2付近の二つの別々の波長帯で得られるように設ける。そこで第１検出器Ｄ1は、この検出器Ｄ1に間に開口または窓を作るように設けたセンサを含まねばならず、さもなければこの検出器Ｄ1は、センサの間の領域で波長λ2付近に中心なある光に対して透明でなければならず、そうすればその光が検出器Ｄ2に達し、結像面Ｉ2に集束され、検出器Ｄ2のセンサによって記録される。従って、検出器Ｄ1、Ｄ2の各々は、Ｄ1、Ｄ2によって記録したフィールドがレンズＬで記録した情景の完全サンプリングした画像を含むように、サンプリング係数０．５で、サンプリング不十分の画像を記録する。
【００４８】
カラー画像が望ましいなら、この発明によるカメラは、単レンズＬを示す図９ａに示すように設けた、レンズおよびレンズ検出器を含んでもよい。このレンズＬは、三つの異なる波長λ1、λ2、λ3の光を三つのそれぞれの結像面Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3の像点ｓ1’、ｓ2’、ｓ3’に集束するように、色収差または波長分散が与えられている。各結像面に、それぞれの検出器Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3を、好ましくはスペクトル選択感度がそれぞれ波長λ1、λ2、λ3に適合したセンサ素子と共に設ける。するとこの三つの重合せて設けた検出器Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3が組合さってＲＧＢシステムでカラー画像を創ることができる。検出器Ｄ1、Ｄ2は、これらの検出器で検出すべきスペクトル帯の外側の光に透明であるように実現しなければならない。
【００４９】
図９ｂは、横に分解した検出器Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3の各々を正面図で概略的に示す。各検出器は、２７のセンサ素子で実現し、全部で検出器Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3は、８１のセンサ素子で作られ、それでレンズＬによって結像され且つ検出器Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3によって検出される光学像の全画素数は８１である。波長λ1、λ2、λ3の各々に対し、レンズＬおよび三つ検出器Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3によって、サンプリング係数１／３で光学像のサンプリングができる。従って、完全サンプリングしたＲＧＢ画像は、図９ｂに示すような検出器を備える三つのレンズを要するだろう。都合よく、図９ｂに示すようなセンサ素子によってカバーされない領域の検出器Ｄ1は、波長λ2、λ3の光に透明な材料で作ってもよい。従って、波長λ2の光は、通過し、検出器Ｄ2が設けられている結像面Ｉ2に集束するだろう。検出器Ｄ2は、波長λ3の光に透明な材料で作り、この波長の光が検出器Ｄ2のセンサ素子でカバーされていない部分を通り、検出器Ｄ3が設けられている結像面Ｉ3に集束するのが好ましい。
【００５０】
さて、この発明によるカメラの異なる光学特性および実現可能な技術的特徴を更に詳しく説明する。
カメラが簡単で安価であることが望ましい用途に対しては、固定焦点システム、即ち、機械的可動部品のない光学結像系を使うのが適切だろう。それぞれ、物空間および像空間での焦点距離ｆおよびｆ’のレンズに対して、薄いレンズの式は次のようになる。
ｘ・ｘ’＝ｆ・ｆ’                                   （７）
ここで、ｘおよびｘ’は、光軸に沿う無限大共役焦点から、それぞれ、ｓの物点およびｓ’の像点までの距離である。
ｘ＝ｓ−ｆ                                            （８）
ｘ’＝ｓ’−ｆ’                                      （９）
【００５１】
式（７）、（８）および（９）から、軸方向物変位δｓが結像面に対する軸方向像変位δｓ’に繋がり、もし、ｓ＞＞ｆならば、次の通りであることが分る。
δｓ’＝−ｆ・ｆ’・δｓ／ｓ2                        （１０）
式（１０）から、像位置は、像距離ｓが増すとそれに依存しなくなることが分る。この関係は、素人写真家によく知られている。更に、与えられた物距離ｓに対して、像位置は、焦点距離ｆおよびｆ’が短くなると、物距離に少ししか依存しないことが分る。
【００５２】
後者の関係は、焦点距離が伝統的写真システムより２ないし３倍小さいレンズを有する現在の関係で特に興味がある。他方、上記の式（１）に従う回折限界光学素子に対する結像面の焦点ずれ公差Δｓ’は、この光学素子の物理的寸法によって制限され、Δｓ’は、この場合、伝統的写真システムで達成できるものに匹敵すべきである。
【００５３】
これは、被写界深度Δｓに劇的衝撃を有する。簡単のために、
【数４】
0003884617.tif 000005
とすると、式（１０）は次のようになる。
【数５】
0003884617.tif 000006
【００５４】
与えられたΔｓ’に対する被写界深度は、換言すれば、焦点距離ｆの逆二乗に比例する。例として、無限大に固定焦点、即ちｓ’＝ｆ’＝ｆの結像面のカメラを考える。もし、この結像面での焦点ずれ公差がΔｓ’であれば、最小物距離ｓminは、標準レンズ式で定義され、
１／ｓ＋１／ｓ’＝１／ｆ’                          （１２）
それは対物距離ｓ＝ｓminで、
１／ｓmin＋１／（ｆ＋Δｓ’）＝１／ｆ’              （１３）
になり、従ってｆ＞＞Δｓ’に対して、
ｓmin＝ｆ2／Δｓ’                                   （１４）
例えば、ｆ＝１ｍｍ、Δｓ’＝１μｍとすると、ｓmin＝１０3ｍｍを得、固定焦点のカメラが無限大から１ｍまで焦点面に鮮明に形成した画像を与える。有限距離に対する称呼最適焦点距離を選択することによって、即ち、無限大より近付けることによって、ｓminが更に減少するかも知れない。
【００５５】
もし、この発明による光電子カメラをディジタルまたはソフトウェア制御画像処理の可能性と共に実現するならば、多くの利点が得られるかも知れない。特に、電子作像は、伝統的フィルムベースの作像に比べて、結果の、仕上った画面を呈示する前に、適当なソフトウェアによる画像情報の簡単の直接操作の可能性を与えることに注目しなければならない。ある場合に、この種の処理は、直接“オンチップ”で、即ち、物理的に検出器に接近して、並びに後者に集積した電子部品および回路、例えば、ＣＭＯＳベースのアーキテクチャを使って行うかも知れない。商用の“チップ上のカメラ”部品およびシステムは、今や、輪郭定義のような画素間の閾値処理および相関分析を含む、チップ上に異なる種類の処理をもたらすことができる。以下に、本発明に特別なある種の画像処理を議論する。
【００５６】
この発明による光電子カメラの基本的具体化は、比較的大きな面積に亘って拡がり且つ多数の画素を含む、感光検出器アレイの使用を可能にする。これは、画素の二つのサブグループを、それらが大きな画面の部分を表すように選択してもよいこと、従ってズーム機能、パン機能または運動補償機能を備えてもよいことを意味する。
【００５７】
図１０ａは、フルフォーマット画像の一部をこの画像の収束点の方へ縮小する方法を示す。この縮小は、このカメラに設けたプロセッサによるソフトウェア制御で、および所定の画素減算プロトコルを使って実現することによって、段階的または連続的に半径方向に行ってもよい。図１０ａの部分１および部分２は、ズーム画面であるが、フルフォーマット画像の全画素数に対して減らした画素数で表す。もし、部分１および部分２をこのディスプレイ上に再現するならば、それらは、このディスプレイを一杯にするフォーマットまで膨れ上がり、それで合成フルフォーマット画像からズーム画像を、部分１または部分２によって表されるズーム画像が見かけ上実際のフルフォーマット画像と同じ解像度に見えるように、拡大部分に画素を内挿することによって、フルフォーマット画像と同じ解像度で創るためにソフトウェアを使ってもよい。
【００５８】
図１０ｂは、異なるパン画像部分１および２が出来るように、フルフォーマット画像を収束軸の方へ軸方向に縮小させることによって、カメラの中でパン機能を実現する方法を示す。この収束軸は、この場合、フルフォーマット画像水平二等分線である。
【００５９】
この発明による光電子カメラに於いては、情報を相互に横方向に変位する二つ以上の光学系によって記録することが特別な特徴である。無限遠より近い物体に対して、これは、パララックス問題があるかも知れないことを意味する。簡単な結像の場合、このパララックスは、無限遠の物体の像位置に対して、結像面で像の横変位を生ずる。この変位は、アレイの中のレンズ毎に系統的に変り、カメラが物体に近ければ近いほど大きくなる。この変位は、簡単な方法では、画像を電子的に合成するときに、対応して変位する感光素子、即ち、センサ素子を選択することによって補償してもよい。これは、異なる方法で行ってもよい。一つの方法は、合成すべき全ての画像に対して特別な程度のパララックスを考慮に入れることであり、その場合、最適物体距離を最も関連する結像タスクに対して選ぶ。もう一つの方法は、カメラのメモリで異なる画像を関連付け、最良結果の画像に対する感光領域に選択を最適化することである。
【００６０】
固有の被写界深度が機械的固定焦点の光学系に不十分である場合に、オートフォーカス機能を実施することも可能である。これは、パララックス補償に述べたのと類似の方法で、合成すべき画像に対する最適物体距離を選択することによって行うことができる。その関係で、レンズアレイを使う固有のパララックス誤差、即ち、結像面に於ける物体の変位を距離測定のために使ってもよい。
最後に、この発明による光電子カメラの特定の実施例を議論する。
【００６１】
（例１−柔軟なマイクロレンズカメラ）
図２ａないし図２ｃの一つを参照する。このカメラは、薄い柔軟なシートに位置する多数のマイクロレンズ２を有するサンドイッチとして実現する。このシートをもう一つの柔軟なシートに取付け、そこに検出器Ｄnが制御したパターンで設けられる。このレンズシートは、プラスチック材料の一体品で作り、そこにこれらの小型レンズをプラスチック変形、エッチングまたは平面基板上への材料の被着によって作ってもよい。その代りに、小型レンズシートが柔軟な、平面マトリックスに固定した、多数の個々の小型レンズを含んでもよい。
【００６２】
柔軟な基板上にアレイとして設けたプラスチック検出器は、最近共役ポリマーの使用に基づいて実現している。応答度およびスペクトル反応は、非常に良く高品質の画像を要求する用途と両立できる。
【００６３】
このカメラを実現するサンドイッチ構造は、例えば、監視の領域で使うために、平面および／または湾曲面に取付けてもよい。例えば、このサンドイッチ構造を円筒に曲げることによって、３６０°の像界を得ることができ、それが機械的パン機能を不必要にする。
【００６４】
（例２−回折マイクロレンズを有するカメラ）
各小型レンズＬが回折レンズであり、この場合、それ程色収差なしにこの回折レンズを通る結像を可能にするバンドパス範囲の、割当てられた光学フィルタを備えることを理解すべきであるので、図２ｃを参照する。十分に広い波長範囲に亘るスペクトル包括範囲を得るために、相補のバンドパスフィルタを有する一連の小型レンズを使ってもよい。これらのバンドパスフィルタの数は、非常に狭い帯域幅の個々のフィルタで広いスペクトル範囲のスペクトル包括範囲を得るように非常に大きくてもよい。例えば、図２ｃに示す実施例は、この場合、特に個々のフィルタを各レンズＬの後ろであるが割当てられた検出器Ｄnの前に設けることによって、図５ａおよび図５ｂに示すように実施してもよい。
【００６５】
このカメラの非常に扁平な表面形状を実現する他に、回折小型レンズの使用は、個々のレンズの結像特性の制御に関して大きな柔軟性を与える。これは、上に述べたカメラアーキテクチャの更なる改善を可能にする。例えば、このアレイのあるレンズは、この画像の選択した周辺領域、即ち、このカメラの光軸の大きな角度で入る光線を結像するために最適化してもよい。大量生産の標準的方法を使うことによって、特別の特性を有する非常に多数の個々の小型レンズを含む、回折小型レンズアレイを安く且つ信頼性があるように製造することができる。
【００６６】
（例３−超小型カメラ）
再び、このカメラを図２ｃのような基本構造で実施するとする。この場合、アレイ構成の検出器は、参考までにここに援用する、ノルウェー国特許出願第９７３３９０号に開示されているような受動アドレッシングアーキテクチャを使うことによって使用してもよい。このアーキテクチャは、ハイブリッドシリコン部品、または電子回路および機械的支持要素を全部または一部有機材料で作る部品に感光ポリマーを使用するために特に適する。
【００６７】
これは、結像面に感光領域を、従来技術（例えば、ＡＰＳおよびＣＣＤ）に基づく電子光センサで達成可能な面積密度を１対２のオーダの大きさで超える面積密度で作ることを可能にする。これは、再び、画像に高品質をもたらすために必要な小型レンズの数を対応して減少できることを意味する。もし、レンズが一つの原色だけを扱うなら、これは、その最終結果で少なくとも三つの小型レンズが必要であることを意味する。
【００６８】
上に開示したように、これらのレンズの複雑さおよび物理的サイズは、対応する変調伝達関数性能（ＭＴＦ性能）を有する色消しレンズに比べて大きく減少し、典型的寸法が１ｍｍ3の範囲のレンズに至る。従って、全形状係数が数ｍｍ3内の高品質の光電子フルカラーカメラを実現することが可能だろう。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  この発明による光電子カメラの第１実施例を側面図で概略的に示す。
【図１ｂ】  この発明による光電子カメラの第１実施例を正面図で概略的に示す。
【図２ａ】  この発明によるカメラの異なる変形例の断面である。
【図２ｂ】  この発明によるカメラの異なる変形例の断面である。
【図２ｃ】  この発明によるカメラの異なる変形例の断面である。
【図３ａ】  この発明によるカメラの第２実施例を側面図で概略的に示す。
【図３ｂ】  この発明によるカメラの第２実施例を正面図で概略的に示す。
【図４ａ】  光学フィルタを設けた、この発明によるカメラの第３実施例を側面図で概略的に示す。
【図４ｂ】  光学フィルタを設けた、この発明によるカメラの第３実施例を正面図で概略的に示す。
【図５ａ】  図４ａに対応するが、光学フィルタを異なる方法で設けたカメラの実施例を概略的に示す。
【図５ｂ】  図４ｂに対応するが、光学フィルタを異なる方法で設けたカメラの実施例を概略的に示す。
【図６】  ＲＧＢシステムの、この発明によるカメラに使用するストリップフィルタの実施例を示す。
【図７】  補色システムの、この発明によるカメラに使用するモザイクフィルタの実施例を示す。
【図８】  この発明によるカメラの第４実施例を側面図で概略的に示す。
【図９ａ】  この発明によるカメラの第５実施例を側面図で概略的に示す。
【図９ｂ】  図９ａに示すカメラの実施例の検出器を概略的に示す。
【図１０ａ】  この発明によるカメラのズーム機能の実現方式を示す。
【図１０ｂ】  この発明によるカメラのパン機能の実現方式を示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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