サブピクセル解像度を有する薄型カメラ
カラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラを有し、各サブカメラは、撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイを有する。カラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する。このとき、少なくとも３つのサブカメラは、合計Ｎ個の検出器を備え、合計Ｘ組の異なるカラーの組を有し、第１のカラーの組の信号の第１の個数はＮ／Ｘより少なく、第２のカラーの組の信号の第２の個数はＮ／Ｘより多く、第２のカラーの組の信号は、少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラから出力され、第２のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きく、合成画像の解像度より大きい。同一のカラーの組の対応する画像の位置は、互いに対して順次または同時にずらしてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型カメラに関する。とりわけ本発明は、複数のカラーフィルタを用い、そして／または拡大された視野を有する薄型カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａに示す従来式カメラ１０は、焦点距離ｆを有するレンズと、複数のピクセルを有する検出器アレイ１４を有する。カラー撮像を実現するために、いくつかのパターンを有し、通常、赤色や青色フィルタより数多くの緑色フィルタを有するフィルタアレイ１５が設けられる。フィルタアレイ１５の具体例が図１Ｂに図示されている。このフィルタアレイ１５のフィルタがそれぞれ、検出器アレイ１４の検出器またはピクセルに対応している。しかしながら、このカメラは比較的に厚い。
【０００３】
十分な解像度を有する薄型カメラを実現する１つのアプローチは、例えば焦点距離ｆを有するｆ／１カメラなどの従来式カメラの撮像システムを小型化することである。焦点平面に、Ｘ方向に大きさがｐｘのｎｘ個、Ｙ方向に大きさがｐｙのｎｙ個のピクセルまたはセンサが設けられているものとする。すると解像度は、Ｘ方向では１／ｐｘ、Ｙ方向では１／ｐｙと定義される。解像度を維持しながら、ｐｘおよびｐｙを所望の縮小比で縮小することができれば、すなわち上述のようにｎｘおよびｎｙを一定にして、ｆを小さくすることができる。しかし、現在あるセンサの可用性および値段により、このようにピクセルサイズを縮小するにも限界がある。さらに、こうした縮小化された系においては、十分なパワーがない。
【０００４】
別の解決手法は、複眼で撮像することであり、レンズサイズはカメラの所望の薄さによる。複眼の各レンズは複数のピクセルに対応し、レンズ間隔がピクセル間隔の整数倍とならないように選択される。すなわち各レンズは、位置がシフトした（位置ずれした）異なる像を見る。複眼画像形成システムに用いられるレンズは、一般に、低い解像度を有し、各ピクセルの面積に等しいか、それ以上のＰＳＦを有する。複数のカメラからの像を組み合わせることにより、１つの独立したサブカメラの解像度より大きい解像度を実現することができる。この解決手段のために、図１Ｃに示すカラーフィルタアレイ１５’は、各レンズに対してカラーフィルタを有する。それぞれの色に対して複数のレンズが用いられ、それぞれの組み合わされれたカラーに対して複数の像が用いられる。しかしながら、複眼で撮像することは、計算上の負荷が大きく、複眼全体のセンサアレイ中のピクセル数に等しいかこれに近い解像度を実現することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明は、関連技術が有する制約および不具合に起因する１つまたはそれ以上の問題点を実質的に解決する薄型カメラに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラを有し、各サブカメラは、撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイを有する。少なくとも３つのサブカメラからの画像が組み合わされて、マルチカラー合成画像が形成される。少なくとも３つのサブカメラは、合計Ｎ個の検出器を備え、合計Ｘ組の異なるカラーの組を有し、第１のカラーの組の信号の第１の個数はＮ／Ｘより少なく、第２のカラーの組の信号の第２の個数はＮ／Ｘより多く、第２のカラーの組の信号は、少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラから出力され、第２のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きく、第１のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きくない。
【０００７】
１つのカラーの組に付随する複数のフィルタは、実質的に同一である。第２のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第２の画像に対して、第１のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第１の画像の位置をずらしてもよい。第１のサブカメラは、第１の画像の位置をずらす手段を有していてもよい。第１の画像の位置をずらす手段は、撮像レンズと検出器アレイの間の絞りを有していていもよい。第１の画像の位置をずらす手段は、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段を有していてもよい。第１の画像の位置をずらす手段は、第１の方向において、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段と、第２の方向において、撮像レンズと検出器アレイの間に光を遮断する絞りとを有していてもよい。
【０００８】
カラーカメラは、複数のサブカメラの画像の位置を順次ずらす手段をさらに有していてもよい。位置を順次ずらす手段は、電圧制御される液体レンズを含んでいてもよい。
【０００９】
カラーの組に関連するカラーフィルタは、各撮像レンズの上に配設されるようにしてもよい。各サブカメラは、撮像レンズと検出器アレイの間に別のカラーフィルタを有していてもよい。カラーカメラは、隣接する撮像レンズの間にさらなる遮光部品を有していてもよい。遮光部品は、撮像レンズに近接するほど幅広く、検出器アレイに向かってより狭くなるように傾斜していてもよい。各撮像レンズは、基板の第１表面上に屈折部品と、基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有していてもよい。別のレンズ部品は、回折部品であってもよい。各撮像レンズは、第１の基板の第１表面上に屈折部品と、第２の基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有していてもよい。第１および第２の基板は、一体に固定されていてもよい。第１のカラーの組の画像の解像度は、サブカメラの解像度と実質的に等しくてもよい。第２のカラーの組は、緑色光を含むか、輝度情報を含んでいてもよい。各サブカメラは、１つのカラーの組を有することを特徴とするカラーカメラ。
【００１０】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、電気的に制御可能なレンズと、少なくとも３つのカラーの組と、撮像レンズと、少なくとも３つのカラーの組からなる画像を撮像レンズから受容する検出器アレイと、検出器アレイから電気信号を受信し、検出器アレイ上の画像の位置をずらすために、電気的に制御可能なレンズに制御信号を順次供給し、検出器アレイからの電気信号から合成画像を形成するプロセッサとを備える。
【００１１】
プロセッサは、合成画像の所望の解像度が得られるまで、制御信号を変化させ、順次供給してもよい。第２のカラーの組は輝度情報を含み、第１のカラーの組は色情報を含んでいてもよい。
【００１２】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラを備える。さらにカラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成し、実質的に同じ波長を受容する第２の検出器に対して、第１の検出器の光路上に少なくとも１つ異なる光学部品を有し、個々のサブカメラの解像度より高くなるように、マルチカラー合成画像の解像度を増大させる。
【００１３】
異なる光学部品は、第１の検出器の光を遮光するために用いられるマスクであってもよく、第１の検出器のマスクの形状は、第２の検出器のマスクの形状とは異なり、第２の検出器にはマスクが存在しなくてもよい。第１および第２のサブカメラは、実質的に同じカラーフィルタを有し、第１および第２の検出器は、それぞれ第１および第２のサブカメラの中にあってもよい。第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、実質的に緑色光だけを透過させるか、輝度情報だけを透過させてもよい。第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、高いに隣接していてもよい。
【００１４】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラを備える。カラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する。少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラはそれぞれ、実質的に同一のカラースペクトルの画像を形成し、実質的に同一のカラースペクトルの少なくとも２つの画像は、実質的に同一のカラースペクトルの合成画像の解像度が個々のサブカメラの解像度より高くなるような変動を有し、実質的に同一のカラースペクトルを有さないカラー画像の解像度は、合成画像の解像度より低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面を参照して、実施形態を詳細に説明することにより、本発明に係る下記およびその他の特徴および利点は、当業者にとって明らかとなるであろう。
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を図示する添付図面を参照しながら、本発明についてより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、異なる態様で実現することが可能であり、ここで説明する実施形態に限定して解釈されるべきものではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示内容が詳細かつ完全で、当業者に本発明の概念を十分に教示するように説明される。明確とするために、図面において、層および領域の厚みが誇張されている。１つの層が別の層または基板の「上に」あるとした場合、この層は他の層または基板の直ぐ上にあってもよいし、介在する層が存在していてもよいものと理解されたい。同様に、１つの層が別の層または基板の「下に」あるとした場合、この層は他の層または基板の直ぐ下にあってもよいし、１つまたはそれ以上の介在する層が存在していてもよいものと理解されたい。加えて、１つの層が２つの層の「間に」あるとした場合、この層だけが２つの層の間にあってもよいし、１つまたはそれ以上の介在する層が存在してもよいものと理解されたい。本明細書を通して、同様の参照符号は同様の部材を示す。
【００１７】
撮像系における有用なパラメータは系のＦナンバであり、Ｆナンバ＝ｆ／Ｄであって、ｆは焦点距離で、Ｄはレンズ口径である。従来式カメラと同じＦナンバを維持した薄型カメラを作製する際、すなわちｆを小さくすると、これに応じてＤを小さくする必要がある。
【００１８】
本発明に係る実施形態による薄型カメラの概略的構造が図２Ａに示されている。薄型カメラ２０は、撮像レンズアレイ（ＩＬＡ：Imaging Lens Array）２２、カラーフィルタ２５、および検出器アレイ２４を備える。検出器アレイ２４は、従来式カメラにあるものと同一のものであってもよい。また検出器アレイ２４は、マイクロレンズアレイを有していてもよく、それぞれのマイクロレンズは、フィルファクタを改善するように、それぞれのピクセルに対応している。図２Ａで示す特定の実施例で図示されているように、従来式の単一レンズの焦点距離を１／２にしたとき、同様にＤを１／２にして、Ｆナンバを維持する。従来式カメラと同じ視野を確保するために、レンズ２２ａ〜２２ｄからなる２×２アレイを用い、各レンズがセンサ表面の１／４の面積をカバーするようにしてもよい。レンズ２２ａ〜２２ｄ、カラーフィルタ２５ａ〜２５ｄ、および検出器アレイ２４の対応する部分のそれぞれを組み合わせたものがサブカメラを構成する。すなわち、図２Ａに示す実施形態では、合計４つのサブカメラがある。４つのサブカメラのそれぞれから得られる像はプロセッサに送られ、ここで既知の手法を用いて、組み合わされ１つの合成カラー画像が形成される。カラーフィルタ２５は、カメラの前面からセンサ平面の間のいずれかの位置に配置してもよい。
【００１９】
アレイに含まれるレンズまたはサブカメラの数は、薄さだけではなく、さまざまなファクタにより左右される。第１に、より数多くのレンズを用いるほど、一般には、カメラはより薄くなる。本発明の実施形態の特徴は、コンピュータによる信号処理の多大な負荷を回避しつつ、撮像センサの全体のピクセル数に等しいか、匹敵する合成画像における解像度を実現することである。これを実現するために、光学系の点像強度分布（ＰＳＦ：Point Spread Function）をセンサ上のピクセルピッチより小さくすることが好ましい。より数多くのレンズを用いるほど、センサの十分な解像度を達成することが困難になる。例えば、センサが百万ピクセルを含む場合、２×２のＩＬＡを用いたとして、各サブカメラからの画像の解像度は２５万ピクセルとなる。しかし本発明の特徴は、百万ピクセル近くの解像度を有する合成画像を生成することであり、解像度をおよそ４倍に上げることである。２×２のＩＬＡにおいて、レンズの大きさおよびサブカメラの対応する厚みは、従来式の単一レンズカメラの半分であり、複眼カメラよりもはるかに計算上簡便である。最後に、ＩＬＡと検出器の間に固相の光路を設けることができ、その間に空気の間隙が形成されない。その結果、空気より屈折率の高い材質内部で集光し、ＩＬＡの各レンズからの回折限界スポットサイズを小さくすることができる。用いられるカラーフィルタ２５の具体的な実施形態が図２Ｂ〜図２Ｄに図示されている。カラーフィルタ２５は、図２Ｂに示すように、各レンズ２２ａ〜２２ｄに対応して異なるカラーフィルタ２５ａ〜２５ｄを有していてもよい。とりわけ、フィルタ２５ａは赤色光（Ｒ）を透過し、フィルタ２５ｂおよび２５ｃは緑色光（Ｇ）を透過し、フィルタ２５ｄは青色光（Ｂ）を透過する。それぞれのレンズが全体の像を撮像するので、それぞれのサブカメラからの像を組み合わせることにより合成画像を得ることができる。合成画像は、個々のサブカメラの解像度より高い解像度を有する。例えば、従来式のメガピクセルカメラ、すなわち百万画素のカメラは、青色の２５万画素、赤色の２５万画素、および緑色の５０万画素を備えている。それぞれのピクセルは、像の異なる部分からの光を収集する。しかし通常、補間法を用いて百万フルカラー画素が形成される。各カメラのそれぞれの像が同一であるならば、２５万の赤色ピクセル情報、２５万の青色ピクセル、および５０万の緑色ピクセル（各緑色サブカメラに対して２５万ピクセルずつ）が存在することになる。すると、２つの緑色カメラは同一のものなので、緑色に関してはより少ない情報であるが、赤色、青色、および緑色に関して従来式のメガピクセルカメラと同数の個別収集された情報が存在することになる。
【００２０】
本発明の１つの実施形態において、２つの緑色カメラは、検出器平面に隣接して絞り（開口）を設けることにより互いに区別するようにしてもよい。ピクセル内の異なる位置に絞りを配置することにより、２つのサブカメラは、像の異なる部分について情報収集し、２５万ピクセルではなく、５０万ピクセルのサンプル（収集情報）を得る。同様に、このようにサンプル量の増大を実現するための他のいくつかの手法がある。２つの緑色カメラにおけるさまざまな組の情報を収集できる任意の手法により、このようにサンプル量を増大させることができる。一方の緑色カメラに対してわずかに位置をずらした（シフトさせた）他方のカメラに関するセンサ面上の画像を形成し、絞りと画像シフトを組み合わせるという他の技術がある。
【００２１】
絞り（開口）を用いた場合、これを実現する１つの手法は、通常のＣＭＯＳイメージセンサに固有の自然光遮断層を用いることである。ＣＭＯＳイメージセンサは、通常、各ピクセルに入射する光の大部分を遮断する埋め込み回路部を有する。例えば、各ピクセルの面積の２５％〜７５％が通常、この回路部により遮断される。従来式カメラにおいては一般に、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ：Micro-Lens Array）を用いて、各ピクセルによる光の受容効率を増大させる。従来式のアプローチにおいて、ＭＬＡのレンズピッチは、ＣＭＯＳセンサチップ上のピクセルピッチと等しく、すなわちそれぞれのピクセル毎に１つのマイクロレンズが設けられている。このアプローチによれば、各ピクセルの光受容効率がおよそ７５％〜８５％に改善される。本発明の実施形態によれば、光を遮断する絞りを実現する１つの方法は、マイクロレンズを用いることなく、緑色フィルタを含むサブカメラにおいて単にＣＭＯＳセンサチップを用いることである。２つの緑色の像がピクセルに対して同一の配置位置（registration）を有することがない限り、２つの緑色カメラは異なる位置にある像情報を収集し、２つの緑色カメラにより異なるデータが生成される。２つの緑色カメラの像がピクセルに対して同一の配置位置を有する場合、第１の緑色サブカメラの回路部が第２の緑色サブカメラの回路部とは異なる領域で光を遮蔽するように、イメージセンサチップ上の回路設計を変更してもよい。
【００２２】
光の一部を遮断するＣＭＯＳチップ上に集積された層を用いることに加えて、特別のＭＬＡを用いて、それぞれのピクセルにより検出される像部分をシフトさせてもよい。例えば、各マイクロレンズを各ピクセルの有効領域の中心から若干ずらすように、ＭＬＡを設計してもよい。このように若干異なる像部分が２つの緑色カメラのセンサの有効領域上に焦点を結ぶ。
【００２３】
ＭＬＡは、一方のカメラに対して１つのシフト（位置）を与え、他方のカメラに対して異なるシフトを与える。択一的には、２つの緑色サブカメラの対応する緑色ピクセルの大部分が異なる信号を受信すると仮定して、所望の被写体距離範囲内の被写体距離のすべての範囲で、サブカメラ内の各マイクロレンズに各ピクセルに対してわずかに異なるシフトを設けてもよい。
【００２４】
したがって最終的には、４つのサブカメラを用い、すなわち１つのサブカメラが赤色用、１つのサブカメラが青色用、そして残りの２つのサブカメラが緑色用として用いられる。合成画像が形成されるとき、合成画像の赤色および青色の解像度は、サブカメラと同じ解像度となる。しかし、２つの個々のカメラからの情報が組み合わされて、より高い解像度の合成画像を形成するので、緑色に対する合成画像の解像度は個々のカメラの解像度より大きくなる。
【００２５】
上述のように、赤色および青色のサブカメラに対する解像度を増大させる必要はない。ただし、上述のように緑色に対して絞りおよび／または画像シフトを用いるいくつかの場合では、赤色および青色のカメラが、例えば多少異なる位置での像情報を収集することが有利であることもある。
【００２６】
各レンズは像全体を取り込むので、これらのカラー画像を組み合わせて、単にベイヤーパターン（Bayer Pattern）を用いて、従来式のカラーフィルタ／ピクセル構成の２倍の解像度を有するフルカラー画像を得ることができる。
【００２７】
択一的には、図２Ｃに示すように、各レンズ２２ａ〜２２ｄに、異なるパターンを有するカラーフィルタ２５ａａ〜２５ｄｄを割り当て、各レンズには４×４のカラーフィルタアレイを設けてもよい。ＲフィルタおよびＢフィルタは、４×４のアレイ中の異なる象限にあって、それぞれのレンズは像全体を撮像するのであるから、カラー画像を形成することができる。繰り返しになるが、Ｇフィルタの数は２倍あり、各象限を２倍占有している。
【００２８】
別の択一例として、図２Ｄに図示されているような従来式のカラーフィルタのＲＧＢカラーフィルタパターンを用いることができ、ここで各ピクセルがカラーフィルタを有する。この場合、それぞれのカメラがセンサ平面上の同一の像を撮像する場合、Ｒフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタの位置は、それぞれのカメラに対して異なる位置に配置する必要がある。図２Ｂ〜図２Ｄで図示された任意の実施形態において、複数のピクセルの１／４は赤色のＮ／４個のポイントを収集し、複数のピクセルの１／４は像の青色のＮ／４個のサンプルを収集し、複数のピクセルの半分は緑色のＮ／２個のサンプルを収集する。上述した任意の手法を用いて、緑色のＮ／２個のサンプルを実質的に独立させるようにする。
【００２９】
上記実施形態において、４つのカメラが存在する。第１の実施形態では、それぞれのサブカメラはただ１色の画像を形成する。他の２つの実施形態では、それぞれのサブカメラに対して複数のカラーフィルタが存在する。しかし、すべての実施形態において、合成画像における各ピクセルに対し、４つのピクセルサンプル（収集されたピクセル情報）が対応し、１つは青色で、１つは赤色で、２つは緑色のピクセルサンプルである。これらのすべてのアプローチにおいて、これらのピクセルサンプルのそれぞれは、異なるサブカメラから得られたものである。第１のアプローチにおいては、すべての赤色ピクセルは１つのサブカメラから得られたものである。他のアプローチにおいては、異なるピクセルに対して異なるサブカメラから得られたものである。像範囲がカメラに比較的に接近しているが、被写体距離の目標範囲がかなり大きい場合、各サブカメラに対して複数のカラーを提供することの１つの利点が得られる。カメラから被写体までの距離に依存するが、複数のセンサ上に写る像の位置が若干異なっている。両方の緑色カメラの信号が特定の領域においてほとんど同一であるようないくつかの像領域があってもよい。こうした場合では、緑色の像をより数多くのカメラから得ることにより、画像の解像度を改善することができる。
【００３０】
図２Ｂ〜図２Ｄに示す任意のフィルタを、図２Ｅに示すように、像のためのマスクと組み合わせてもよい。例えば、こうしたマスクは、それぞれのセンサ３６に対してマクロピクセル３４が対応するように、サイズがｄｘｄｙの複数ｎｘｎｙのマクロピクセル３４を有していてもよい。マクロピクセル３４のそれぞれは、フィルタとして機能し、機能部品３２を有する。マクロピクセル３４のそれぞれは、ＩＬＡ２２と、複数のセンサ３６を含む検出器アレイ２４との間にある。マクロピクセル３４のサイズｄｘｄｙは、ピクセルまたはセンサのサイズｐｘｐｙと同じか、大きくてもよい。各マクロピクセルを透過する光のすべてまたはほとんどが対応するセンサ上に向けられるようにしてもよい。各マクロピクセルの透過率は、マクロピクセル全体にわたって異なっていてもよい。マクロピクセル（大規模ピクセル）をマイクロピクセル（小規模ピクセル）に分割することにより、透過率を変えることができるが、それぞれの透過率は一定であってもよい。マクロピクセル３４は、サイズｑのマイクロピクセル３２をｍ個有する。より一般的には、Ｘ方向にサイズｑｘのマイクロピクセル３２をｍｘ個、およびＹ方向にサイズｑｙのマイクロピクセル３２をｍｙ個設けられている。各センサ３６に入射されるパワーは、対応するマクロピクセル３４上のすべてのマイクロピクセル３２にわたって、マイクロピクセル３２上のパワーとマイクロピクセルの透過率の積の合計値に等しい。
【００３１】
各マイクロピクセル３２は、開口または閉口し、すなわち１または０の透過率を有し、各マクロピクセル３４内のｍｘ×ｍｙ個のマイクロピクセル３２のうちの１つだけが開いていてもよい。このとき、ｍｘ＝ｍｙ＝１０で、マクロピクセル３４あたり１００個のマイクロピクセル３２があると想定されたい。同様に、従来式カメラと同じ２０×２０μｍのセンササイズ、および４００μｍの焦点距離を有するｆ／１レンズを想定されたい。するとレンズサイズは、同様に４００μｍであって、例えばレンズが球形ならば、その直径が４００μｍで、レンズが正方形ならば、その幅が４００μｍである。カメラがアレイ状に配列されるので、アレイ中のレンズ間のデッドスペースをなくすように、センサ部品３６をレンズサイズとほぼ同一の寸法に規定することが好ましい。すると、センサアレイの大きさが直径で約４００μｍとなり、センサ数が２０×２０個のアレイに規定される。この場合、カメラの解像度は、１／ｑｘ×１／ｑｙに等しくなる。しかし、その結果、収集された画像、すなわち画像は、２００×２００個のピクセルの画像からなる２０×２０サンプルを含むことになる。
【００３２】
残りのピクセルは、マイクロカメラのアレイを形成することにより得ることができる。マイクロカメラのそれぞれがマイクロレンズ２２ａ、複数のセンサ３６、および機能部品３２を含む複数のマクロピクセル３４を有する。マイクロレンズの個数Ｉは、Ｘ方向とＹ方向（すなわち、個数ＩｘとＩｙ）で異なっていてもよい。マクロピクセル３４は、マイクロカメラの像平面に配置してもよい。マクロピクセル３４およびセンサ３６の個数ｎｘ，ｎｙは、ピクセルの選択されたサイズｐｘ，ｐｙ、および像平面上の像の大きさにより決定される。これらの構成要素は単一のデバイスであってもよく、マイクロカメラ３０は個々のマイクロレンズ２２により規定される。上述の実施例において、各マクロピクセルに対し、サイズｑの開口したマイクロピクセルが設けられた場合、像のそれぞれの部分を視認するカメラがｎｘｎｙのセンサを有し、フィルタが所望する最小サイズの機能部品を有する限り、所望の解像度を得ることができる。上述のカラーフィルタを組み合わせることにより、上述のように解像度を増大させる必要があるサブピクセルの半分が必要となる。
【００３３】
それぞれのマクロピクセルにおいてシフトされた（位置の異なる）単一のマイクロピクセルを設ける代わりに、各マクロピクセルにおいて複数の孔またはマイクロピクセルが開口してもよい。上述のように、マイクロピクセルアレイのすべてのマイクロピクセルが開口しているとき、マクロピクセルに遮断される光はない。複数のマイクロピクセルのうちの１つだけが開口している場合、所望する解像度が対応するマクロピクセル上で実現される。こうして、各マクロピクセルに関してすべての情報が得られたならば、さまざまな手法でマイクロカメラを用いて、画像を分解することができる。各マイクロピクセルのサイズに対する各マクロピクセルのサイズの比は、薄型カメラのマイクロカメラの数に比例していてもよい。マイクロピクセルのいくつかのアレイにより、すべての光がマクロピクセルを透過することができ、そのマクロピクセルの平均的な強度値が与えられる。通常、ほとんどのマクロピクセルにおいて、少なくとも半分のマイクロピクセルが開口している。さらに、グレイスケールのアプローチでは、マイクロピクセルのそれぞれに、マイクロピクセル間で変動し得る透過率が与えられている。したがって、マイクロピクセルが開口または閉口しているというより、マクロピクセルはある程度の透過率を有することになる。例えば、マクロピクセルの大部分において少なくとも２０％のマイクロピクセルは、０．４より大きい透過率を有する。
【００３４】
Ｆナンバの小さいレンズに関し、必要とされる視野全体において回折限界画像を提供することは困難である。この場合、湾曲した表面上に光を集光させることの方がより容易であることがある。このように、レンズアレイの裏面を、各レンズアレイを中心とした湾曲表面にエッチングしてもよい。あるいはレンズアレイの裏面を、湾曲表面を模した一連の離散的なリングにエッチングしてもよい。すると孔は、この湾曲した表面または平坦でない表面上に形成される。湾曲した表面または平坦でない表面上に孔を設けることにより、確実に、像を広い視野において回折限界的なものとすることができる。
【００３５】
カラー画像を実現する別の択一例が図３Ａおよび図３Ｂに図示されている。４つのレンズを用いると仮定し、フィルタ３５は領域３５ａ〜３５ｄを有する。図３Ａに示す実施形態において、各ピクセル領域には少なくとも２色が設けられる。領域３５ａはすべての光を透過し、すなわちフィルタが設けられておらず、領域３５ｂは赤色と緑色の光を透過し、領域３５ｃは青色と緑色の光を透過し、領域３５ｄは赤色と青色の光を透過する。領域３５ｄを省略して、残りの領域により緑色優勢を実現してもよい（緑色を多くするようにしてもよい）。４つすべての領域を用いた場合、領域３５ａのピクセルの強度から領域３５ｃのピクセルの強度を単に差し引くことにより、赤色の強度を特定することができる。他の色の強度も同様に求めることができる。すなわち、緑色優勢を維持したまま、フルカラー画像を実現するために、３つのレンズと関連するフィルタのみが必要とされる。これにより、検出器平面に入射する光量を増大させることができる。例えば、従来式のフィルタを用いると、２５％の赤色光、２５％の青色光、および５０％の緑色光が透過する。上述の３つのフィルタを用いたとき、約６７％の赤色光、約６７％の青色光、および１００％の緑色光が透過する。各検出器に同一強度の光が入射した場合、ほとんどの透過性フィルタに入る光の一部は、上述のように、シフトを与えて遮断され、検出器は同じゲインを有することが可能となる。
【００３６】
別の択一的な実施形態は、共同写真専門家グループ（ＪＰＥＧ：Joint Photographic Experts Group）により確立されたフォーマットを用いた、図３Ｂに示すカラーフィルタ３７を用いる。同様に４つのレンズを用いたとすると、フィルタ３７は領域３７ａ〜３７ｄを有する。図３Ｂに示すように、２つの領域３７ａ，３７ｄはＹフィルタ、領域３７ｂはＲフィルタ、３７ｃはＢフィルタを有する。ＪＰＥＧ規格によれば、ＹＵＶフィルタは次の方程式に基づいて光を透過させる。
Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８Ｇ＋０．１１４Ｂ
Ｕ＝Ｂ−Ｙ
Ｖ＝Ｒ−Ｙ （１）
すなわち、図３Ｂに示すフィルタ３７からＹＵＶ成分を特定することができる。Ｙフィルタを透過した信号は輝度信号として機能する。より多くの光を透過させる必要がある場合には、緑色光のほぼ全部、赤色光の約０．５１、および青色光の約０．２を通過させ、残りのフィルタをそのままにして、Ｙフィルタを透過する光の比率を一定に維持する。
【００３７】
通常、ＪＰＥＧ圧縮はより数多くのＹサンプルを有する。この事実をもって、カメラの解像度を改善することができる。例えば、異なるＹ領域の上に異なる情報を提供することにより、解像度を改善することができる。異なる情報は、光の一部を遮蔽したり、画像の位置をずらすことにより、異なる情報を提供することができる。ＩＬＡの点像強度分布がピクセルサイズより小さい場合、一方のＹ領域に対し、検出器の平面上にある光の一部を遮断する金属または他の不透明な材料に光を集めることにより、２つのＹ領域の画像に差異をもたらす。これは、修正された画像を受容する各ピクセルに関連するマイクロレンズを省略することにより同様に実現することができる。シフトされた画像を実現するために、検出器のためのＩＬＡ内の適当なレンズすなわちマイクロレンズの位置をずらして、すなわち光軸を外してもよい。したがって、Ｙ画像以外の画像の解像度はＹ画像より劣るが、合成画像の解像度はＹ画像の解像度によって決定される。同様に、Ｙフィルタは、他のフィルタより高い強度を通過させるので、検出器アレイ上の強度を均一化しつつ、このフィルタに対する光を遮断することができる。
【００３８】
赤色、青色、緑色構成に対し、緑色フィルタを用い、同じアプローチを適用することができる。さらに、両方のＹ領域に対して、位置をずらすこと（シフト処理）および遮光すること（ブロック処理）を行うことができる。追加的に、上述のように孔を用いて、ブロック処理を行ってもよい。最後に、青色画像および赤色画像を互いに対してシフト処理して、青色画像および赤色画像の解像度を改善してもよい。
【００３９】
ＩＬＡ内のマイクロレンズの数を増やすと、クロストークの問題がより顕著となる。図４Ａ〜図４Ｄに図示されているように、レンズ自体の間、またはレンズと各レンズから光を遮断する検出器平面との間に、遮光部品を設けてクロストークを極力抑える。こうした遮光部品は不透明であるか、吸光性を有する。これらの遮光部品は、系の従来式の絞りに追加されるか、あるいはこれに置換されるものである。検出器サイズを一定にしつつ、Ｆナンバを維持するためにレンズサイズを小さくし、レンズ間の空間に図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｄに示す遮光部品を設けてもよい。焦点距離を短くし、系のＦナンバを維持することに加え、（例えば、すべてのレンズの透明な開口面積の合計がセンサ面積の７０％未満となる）フィルファクタの小さいより小型のレンズを用いることにより、クロストークを低減し、視野を広げることができる。レンズアレイのフィルファクタが１００％未満であっても、依然として検出器は１００％のフィルファクタを有する。
【００４０】
遮光部品４６は、図４Ａに示すように、検出器アレイ４４上のＩＬＡのレンズの間に配設されている。これにより、同じ検出器アレイとともに、より小さいレンズを用いることができる。検出器アレイ４４において、検出領域が不連続であって、検出領域の間にデッドスペースが形成されることに留意されたい。遮光部品４６は、迷光が検出器アレイ４４上に入射することを防止する。
【００４１】
図４Ｂに示すように、先細った遮光部品５０が隣接するレンズ４２の間、およびレンズ４２と検出器平面４４の間に配置されている。これらの先細った遮光部品５０は、検出器平面４４まで延び、所望される光を不必要に遮光することなく、クロストークをできるだけ抑制する。
【００４２】
図４Ｃに示すように、レンズ４２が離間していなくても、クロストークを低減するために、ここではアスペクト比が高く、検出器平面４４に隣接する遮光デバイス５２を用いることができる。これは、とりわけ軸外し照明光を遮断する上で有用である。
【００４３】
図４Ｄに示すように、レンズ４２は検出器平面４４の上に画像形成するための光学系内の唯一の構成要素であってもよい。例えば、レンズ４２を基板６０上に形成し、回折性または屈折性光学部品などの他の光学部品６２を基板６０の対向する表面上に形成してもよい。追加的あるいは択一的に、さらなる光学部品を含む基板を設けてもよい。また、遮光部品は、第１の遮光部６４と第２の遮光部６６を有していてもよい。ここでは、第１の遮光部６４は検出器平面４４よりレンズ４２に隣接し、第２の遮光部６６は検出器平面４４により近接し、第１の遮光部６４は第２の遮光部６６より厚い。このようにして、図４Ｂとは異なる先細った構造体を用いてクロストークをできるだけ抑える。
【００４４】
基板６０の対向する表面上に別の光学部品を設けることに加えて、あるいはこれに代わって、図５に示すように、上述のマスク６８をこの対向表面上に設けてもよい。レンズ４２およびマスク６８は、同一基板６０上に配置されるため、容易に位置合わせすることができる。検出器平面４４上に画像形成する別の光学部品７２を含む追加的基板７０を用いてもよい。マスクは光学部品７２と検出器平面４４の間に配置されていないので、光学部品７２の品質が低下し、すべての光を集光する際に収差が生じることがある。同一基板６０上にあるレンズ４２に対してマスク６８を位置合わせすることは、マスク６８を検出器平面４４に対して位置合わせすることよりはるかに容易である。これにより、レンズ４２と検出器表面４４の間の位置合わせ要件が緩和される。
【００４５】
クロストークを低減する１つの実施形態の別の実施例が図６に図示されている。ＩＬＡのレンズ４２は、ＩＬＡと検出器平面４４の間のカラーフィルタ８４に対応するカラーフィルタ８２でカバーされる。換言すると、カラーフィルタ８２のそれぞれのフィルタ８２ａ，８２ｂは、カラーフィルタ８４の個々のフィルタ８４ａ，８４ｂと適合している。隣接するフィルタは異なる色を透過すると仮定して、サブカメラに入射する光を色フィルタ処理するとともに、ＩＬＡと検出器平面４４の間で色フィルタ処理することにより、クロストークを低減する。カラーフィルタ８２は、レンズ４２の上面に配置する必要はなく、ＩＬＡの１つのレンズに入射する光がＩＬＡの別のレンズに入ることを防止するように機能すれば、レンズの下方に配置してもよい。さらにカラーフィルタ８４は、ＭＬＡより以前または以後に、検出器の上に直接的に配置してもよい。
【００４６】
本発明とともに用いられるＩＬＡの１つのレンズの特別な実施例が図７Ａおよび図７Ｂに図示されている。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、異なる光路が、被写体からの異なるフィールドポイント（field point）に対応する。第１の基板１１０は、これに入射する光をコリメートする第１の屈折表面１１２を有する。第１の基板の第２の表面１１４は、平坦であって、その上に赤外線フィルタ１１５を有する。第２の基板１２０の第１の表面１２２は、その上に色収差および像収差を補正する回折部品１２３を有する。それぞれのサブカメラが単一のカラーフィルタを有する場合、各サブカメラに対して単一の回折部品１２３を用いてもよい。第２の表面１２４は光の焦点を合わせる第２の屈折表面を有する。第３の基板１３０は、屈折性の凹面表面１３２を有する。凹面表面１３２は、すべての像ポイントが同一平面１３５で焦点を合わせ、検出器アレイ２４上に画像形成するように、像視野を平坦化する。
【００４７】
上記実施形態において、解像度を改善するためには、２つの緑色のサブカメラの画像は、異なる像を受容する必要がある。被写体が無限遠にある場合、ゼロ周波数ピクセルが各レンズの中心に配置される。すなわち、所望の画像シフトを実現するためには、ＩＬＡ内のレンズは、整数倍プラス１／２のピクセルだけ互いに対してシフトしている（位置がずれている）。換言すると、ＩＬＡ内の隣接するレンズの中心間スペースＰは次式で与えられる。
Ｐ＝（Ｎ＋１／２）×Ｘ （２）
ここで、Ｘはピクセルピッチで、Ｎは整数である。例えば、ＩＬＡ内の各レンズの直径が１ｍｍで、Ｘが１０μｍで、Ｎとして１５０が選択された場合、中心間スペースＰは、１．５０５ｍｍとなる。
【００４８】
被写体が無限遠ではないところに配置されている場合、ある１つのレンズの中心の下方に配置された画像ピクセルは、隣接するレンズの中心の下方には配置されない。むしろ、それはシフト量ｓだけ位置がずれており、シフト量ｓは次式で与えられる。
ｓ＝Ｐ×ｄｉ／ｄｏ （３）
ここで、ｄｉは像距離で、ｄｏは被写体距離であって、像距離は、ほとんどの応用例において、すなわちＲ＝ｄｏ／ｄｉが１０を超えるとき焦点距離とほぼ等しい。焦点距離が２ｍｍであるとき、ピクセルピッチＸが１０μｍとすると、無限遠からおよそ３ｍ離れた距離までの被写体に対して、画像シフトは１つのピクセルの１／１０未満に維持される。ただし、ピクセルピッチＸが３μｍまで低減された場合、被写体距離が３であるとき、シフト量ｓは１つのピクセルの１／３となる。
【００４９】
像は、被写体距離に依存して、サブカメラピクセル上の異なる相対位置に配置されているが、合成画像を形成する際に誤ったピクセルを組み合わせる点に関して、問題は生じない。比較的に単純な画像形成アルゴリズムを用いて、異なるサブカメラから関連画像を形成するために必要なシフト量を決定することができる。しかし、画像シフトがピクセルの整数倍プラス１／２ではなく、整数倍により近くなる被写体位置において、こうしたシフト量は複数の画像にほとんどあるいは全く差異を与えないので、このような補間法（interpolation）は問題となる。
【００５０】
広範囲の被写体距離が必要である場合、同一または同様のカラーフィルタを有するカメラから異なる画像を得るための１つの方法は、光路上に異なる光学部品を設けることである。例えば、検出器平面内に設けた絞りすなわち遮光領域を用いてもよい。例えば、２つの緑色のサブカメラＧ１，Ｇ２上に異なる信号を得るための方法が図８Ｂに図示されている。この実施形態において、サブカメラＧ１は絞りを有さない。すなわち、サブカメラＧ１のＭＬＡは、センサピクセルに入射するセンサ平面内のほとんどすべての光を、ピクセルの有効領域上に焦点を合わせる。サブカメラＧ２において、各ピクセル上の光の一部が遮光される。図８Ｂに示す実施例において、絞り１４０により、各ピクセルの左側半分上の光が遮断される。さらに、２つのサブカメラＧ１，Ｇ２のレンズ中心がｙ方向において互いに極めて接近している。すなわち、レンズ中心のｙ方向の中心座標が、微小量だけ、例えば０．５ピクセル分だけ（あるいはＸ＝３μｍのとき、１．５μｍ）ずれている。ｙ方向のずれ量が極めて小さいので、ｙ方向における画像位置のシフト量は、被写体距離の極めて広い範囲にわたって非常に小さいものとなる。例えば、ｙ方向のオフセットがピクセルの１／３であるとき、方程式（３）から、Ｒ＞４である限り、Ｒ＝４からＲが無限大まで、シフト量ｓは１つのピクセルの１／１２未満の変化をもたらす。すなわち、ｙ方向において１ピクセルの既知の数分の１のシフト量を、広範囲の被写体距離に関して維持して、確実に、異なるｙ方向の位置における像サンプルを収集することができる。これにより、２つの緑色カメラ画像を用いて、ｙ方向における解像度を増大させることができる。その結果として得られたシフト量は、図８ＢのカメラＧ２のピクセル１４５で図示されている。
【００５１】
同様に、ｘ方向における解像度を増大させるためには、カメラＧ２に絞りを設けて、カメラＧ２の各ピクセルの左側に照射される光を遮断する。被写体距離が変化するとき、２つのカメラ上のｘ方向における画像の相対的な位置ずれ（位置シフト）が変化する。一方のサブカメラに絞りを設け、他方のサブカメラには絞りを設けない、あるいは２つのサブカメラに異なる形状の絞りを設けて、相対的なシフト量が与えられる限り、ｘ方向の任意のシフト量に関して、ｘ方向の解像度が増大する。例えば、２つのカメラ上の信号が位置合わせされた場合、カメラＧ２の信号自体は各ピクセルの右側半分の平均的な値を与えるため、カメラＧ１の信号からカメラＧ２の信号を差し引くことにより、各ピクセルの左側の信号を求めることができる。画像が１ピクセルの１／２だけシフトした場合、カメラＧ２の信号は各ピクセルの左側半分を与え、差し引くことにより、各ピクセルの右側半分が得られる。画像が１ピクセルの１／４だけシフトした場合、カメラＧ２の信号は、カメラＧ１の信号はサンプルの間の中間点における信号を与える。画像が１ピクセルの３／４だけシフトした場合、カメラＧ１およびカメラＧ２の信号の中心は、ｘ方向において位置合わせされる。しかし、カメラＧ１およびカメラＧ２のピクセルを差し引き、補間アルゴリズムを用いることにより、同様に、解像度を増大させることができる。例えば、ｉ番目のピクセルに関し、カメラＧ１の信号がカメラＧ２の信号から差し引かれたとき、その差は、左側１／４ピクセルおよび右側１／４ピクセルの合計値である。左側１／４ピクセルの値と、前のピクセルの右側１／４ピクセルの値または最も隣接するサンプルの重み付けられた平均合計値が同じであると近似することにより、右側１／４ピクセルの値を求めることができる。
【００５２】
この実施形態によれば、サブカメラＧ１，Ｇ２の各ピクセルがｘ方向およびｙ方向に両方において異なる位置に中心を有するようにすることができる。サブカメラＧ１にＮ／４ピクセル、サブカメラＧ２にＮ／４ピクセルあった場合、Ｎ／２の固有の緑色画像がある。赤色カメラＲおよび青色カメラＢのレンズは、図８Ａに示す実施例でｙ方向に沿ってずれていてもよい。ピクセルの整数倍のシフト量を生じる、異なる被写体距離に関する上述の問題が提起される場合がある。しかし、一般に、解像度が高いほど、赤色または青色より緑色がより明りょうであり、解像度の低下は問題とならないことがある。そのような場合、赤色サブカメラまたは青色サブカメラのいずれか一方に、同様に絞りを設けてもよい。さらに上記解決手段は、図３Ｂを参照して上記説明したＹＵＶサブカメラを用いた場合にも適用可能である。
【００５３】
異なる画像を得るための別の解決手段は、図９に示すように、カメラ２０全体に対して液体レンズ１５０を用いることである。液体レンズ１５０は、透明で、電圧を印加することにより調整可能な導電性を有する液体１５２を含む。度数の弱い液体レンズ、すなわち焦点を合わせる能力の低いレンズを用いることにより、液体レンズを用いてカメラの焦点を微調整することができる。液体レンズ１５０の焦点が変化するとき、カメラ２０の連携した焦点も同様に変化し、自動焦点として機能する。カメラ２０のサブカメラのレンズは液体レンズの中心からずれているので、液体レンズがわずかに変化すると、センサアレイの画像の位置がずれる。すなわち被写体距離が生じて、２つのサブカメラがサンプル画像を形成している場合、像の位置をシフトさせるために電圧を印加してもよい。
【００５４】
追加的または択一的に、サブカメラの各ピクセルから複数の信号を得る液体レンズを用いることにより、はるかに高い解像度を実現することができる。例えば、初期画像がサンプル収集された後、液体レンズ１５０に電圧を印加して、画像を１／４ピクセルだけシフトさせることができる。そして画像を再び収集する。各センサに対する所望する回数のサンプルを得るために、このシフト処理およびサンプリング処理を繰り返すことができる。例えば、１／２ピクセルおよび３／４ピクセルだけシフトさせて４つのサンプルを得ることができる。このように、ベイヤーフィルタを用いた単一のサブカメラとともに、液体レンズ１５０を用いることができる。このとき、液体レンズの中心は、サブカメラの一方向または両方向においてずれている。改善された解像度を実現するために用いられたシフト処理は、同時ではなく順次行うことができる。
【００５５】
本発明の実施形態について、特定の用語を用いてこれまで説明してきたが、一般的で記述的文脈で解釈すべきであって、限定的に解釈すべきではない。例えば、一般的な３原色成分である赤色、緑色および青色、あるいはＹＵＶをずっと用いてきたが、フルカラー画像を実現する任意の適当な３色成分を用いることができる。さらに、ＩＬＡとして円形レンズを図示したが、より高いフィルファクタのためのより高い集積密度を可能にする他の形状（例えば六角形レンズ）を採用することができる。さらに、同一色を有するサブカメラに異なる画像を提供するために、異なる絞りを説明してきたが、差異を与える他の光学部品を用いることができる。例えば、ピクセルの有効領域は、異なるサブカメラに対して異なる形状を有していてもよい。したがって、当業者ならば、上述の説明および添付クレームに記載された本発明の精神および範疇から逸脱することなく、形態および詳細において、さまざまな変形例を想到することができるものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】図１Ａは、従来式カメラにおける撮像システムの概略的側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの従来式カメラとともに用いられる従来式カメラの平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、別の従来式カメラフィルタアレイの平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に係る実施形態によるカメラにおける撮像システムの概略的な斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明に係る実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明に係る実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明に係る実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明に係る実施形態によるマイクロカメラ内で用いられるマイクロピクセル／マイクロピクセル構造の概略的な分解側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明に係る他の実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明に係る他の実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図５】図５は、レンズに隣接したマスクを含む本発明に係る実施形態の概略的な側面図である。
【図６】図６は、本発明に係るさらに別の実施形態の概略的な側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明とともに用いられる特定のレンズ系の概略的な側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示すレンズ系の概略的な斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明に係る実施形態によるサブカメラ装置の概略的な平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａのサブカメラのために位置をずらした画像の概略的な平面図である。
【図９】図９は、本発明のカメラとともに用いられる液体レンズの概略的な側面図である。
【符号の説明】
【００５７】
２０：薄型カメラ２０、２２：撮像レンズアレイ（ＩＬＡ）、２２ａ〜２２ｄ：レンズ、２４：検出器アレイ、２５，２５ａ〜２５ｄ：カラーフィルタ、３２：マイクロピクセル（機能部品）、３４：マクロピクセル、３６：センサ部品、３７：カラーフィルタ、４２：レンズ、４４：検出器アレイ、４６：遮光部品、５０：遮光部品、５２：遮光デバイス、６０：基板、６２：光学部品、６４，６６：遮光部、６８：マスク、８２，８４：カラーフィルタ、１１０，１２０，１３０：基板、１１２，１１４：屈折表面、１２３：回折部品、１３２：凹面表面、１５０：液体レンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型カメラに関する。とりわけ本発明は、複数のカラーフィルタを用い、そして／または拡大された視野を有する薄型カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａに示す従来式カメラ１０は、焦点距離ｆを有するレンズと、複数のピクセルを有する検出器アレイ１４を有する。カラー撮像を実現するために、いくつかのパターンを有し、通常、赤色や青色フィルタより数多くの緑色フィルタを有するフィルタアレイ１５が設けられる。フィルタアレイ１５の具体例が図１Ｂに図示されている。このフィルタアレイ１５のフィルタがそれぞれ、検出器アレイ１４の検出器またはピクセルに対応している。しかしながら、このカメラは比較的に厚い。
【０００３】
十分な解像度を有する薄型カメラを実現する１つのアプローチは、例えば焦点距離ｆを有するｆ／１カメラなどの従来式カメラの撮像システムを小型化することである。焦点平面に、Ｘ方向に大きさがｐｘのｎｘ個、Ｙ方向に大きさがｐｙのｎｙ個のピクセルまたはセンサが設けられているものとする。すると解像度は、Ｘ方向では１／ｐｘ、Ｙ方向では１／ｐｙと定義される。解像度を維持しながら、ｐｘおよびｐｙを所望の縮小比で縮小することができれば、すなわち上述のようにｎｘおよびｎｙを一定にして、ｆを小さくすることができる。しかし、現在あるセンサの可用性および値段により、このようにピクセルサイズを縮小するにも限界がある。さらに、こうした縮小化された系においては、十分なパワーがない。
【０００４】
別の解決手法は、複眼で撮像することであり、レンズサイズはカメラの所望の薄さによる。複眼の各レンズは複数のピクセルに対応し、レンズ間隔がピクセル間隔の整数倍とならないように選択される。すなわち各レンズは、位置がシフトした（位置ずれした）異なる像を見る。複眼画像形成システムに用いられるレンズは、一般に、低い解像度を有し、各ピクセルの面積に等しいか、それ以上のＰＳＦを有する。複数のカメラからの像を組み合わせることにより、１つの独立したサブカメラの解像度より大きい解像度を実現することができる。この解決手段のために、図１Ｃに示すカラーフィルタアレイ１５’は、各レンズに対してカラーフィルタを有する。それぞれの色に対して複数のレンズが用いられ、それぞれの組み合わされれたカラーに対して複数の像が用いられる。しかしながら、複眼で撮像することは、計算上の負荷が大きく、複眼全体のセンサアレイ中のピクセル数に等しいかこれに近い解像度を実現することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明は、関連技術が有する制約および不具合に起因する１つまたはそれ以上の問題点を実質的に解決する薄型カメラに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラを有し、各サブカメラは、撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイを有する。少なくとも３つのサブカメラからの画像が組み合わされて、マルチカラー合成画像が形成される。少なくとも３つのサブカメラは、合計Ｎ個の検出器を備え、合計Ｘ組の異なるカラーの組を有し、第１のカラーの組の信号の第１の個数はＮ／Ｘより少なく、第２のカラーの組の信号の第２の個数はＮ／Ｘより多く、第２のカラーの組の信号は、少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラから出力され、第２のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きく、第１のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きくない。
【０００７】
１つのカラーの組に付随する複数のフィルタは、実質的に同一である。第２のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第２の画像に対して、第１のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第１の画像の位置をずらしてもよい。第１のサブカメラは、第１の画像の位置をずらす手段を有していてもよい。第１の画像の位置をずらす手段は、撮像レンズと検出器アレイの間の絞りを有していていもよい。第１の画像の位置をずらす手段は、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段を有していてもよい。第１の画像の位置をずらす手段は、第１の方向において、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段と、第２の方向において、撮像レンズと検出器アレイの間に光を遮断する絞りとを有していてもよい。
【０００８】
カラーカメラは、複数のサブカメラの画像の位置を順次ずらす手段をさらに有していてもよい。位置を順次ずらす手段は、電圧制御される液体レンズを含んでいてもよい。
【０００９】
カラーの組に関連するカラーフィルタは、各撮像レンズの上に配設されるようにしてもよい。各サブカメラは、撮像レンズと検出器アレイの間に別のカラーフィルタを有していてもよい。カラーカメラは、隣接する撮像レンズの間にさらなる遮光部品を有していてもよい。遮光部品は、撮像レンズに近接するほど幅広く、検出器アレイに向かってより狭くなるように傾斜していてもよい。各撮像レンズは、基板の第１表面上に屈折部品と、基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有していてもよい。別のレンズ部品は、回折部品であってもよい。各撮像レンズは、第１の基板の第１表面上に屈折部品と、第２の基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有していてもよい。第１および第２の基板は、一体に固定されていてもよい。第１のカラーの組の画像の解像度は、サブカメラの解像度と実質的に等しくてもよい。第２のカラーの組は、緑色光を含むか、輝度情報を含んでいてもよい。各サブカメラは、１つのカラーの組を有することを特徴とするカラーカメラ。
【００１０】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、電気的に制御可能なレンズと、少なくとも３つのカラーの組と、撮像レンズと、少なくとも３つのカラーの組からなる画像を撮像レンズから受容する検出器アレイと、検出器アレイから電気信号を受信し、検出器アレイ上の画像の位置をずらすために、電気的に制御可能なレンズに制御信号を順次供給し、検出器アレイからの電気信号から合成画像を形成するプロセッサとを備える。
【００１１】
プロセッサは、合成画像の所望の解像度が得られるまで、制御信号を変化させ、順次供給してもよい。第２のカラーの組は輝度情報を含み、第１のカラーの組は色情報を含んでいてもよい。
【００１２】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラを備える。さらにカラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成し、実質的に同じ波長を受容する第２の検出器に対して、第１の検出器の光路上に少なくとも１つ異なる光学部品を有し、個々のサブカメラの解像度より高くなるように、マルチカラー合成画像の解像度を増大させる。
【００１３】
異なる光学部品は、第１の検出器の光を遮光するために用いられるマスクであってもよく、第１の検出器のマスクの形状は、第２の検出器のマスクの形状とは異なり、第２の検出器にはマスクが存在しなくてもよい。第１および第２のサブカメラは、実質的に同じカラーフィルタを有し、第１および第２の検出器は、それぞれ第１および第２のサブカメラの中にあってもよい。第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、実質的に緑色光だけを透過させるか、輝度情報だけを透過させてもよい。第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、高いに隣接していてもよい。
【００１４】
本発明の利点および特徴は、以下のカラーカメラを提供することにより実現することができる。このカラーカメラは、撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラを備える。カラーカメラは、少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する。少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラはそれぞれ、実質的に同一のカラースペクトルの画像を形成し、実質的に同一のカラースペクトルの少なくとも２つの画像は、実質的に同一のカラースペクトルの合成画像の解像度が個々のサブカメラの解像度より高くなるような変動を有し、実質的に同一のカラースペクトルを有さないカラー画像の解像度は、合成画像の解像度より低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面を参照して、実施形態を詳細に説明することにより、本発明に係る下記およびその他の特徴および利点は、当業者にとって明らかとなるであろう。
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を図示する添付図面を参照しながら、本発明についてより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、異なる態様で実現することが可能であり、ここで説明する実施形態に限定して解釈されるべきものではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示内容が詳細かつ完全で、当業者に本発明の概念を十分に教示するように説明される。明確とするために、図面において、層および領域の厚みが誇張されている。１つの層が別の層または基板の「上に」あるとした場合、この層は他の層または基板の直ぐ上にあってもよいし、介在する層が存在していてもよいものと理解されたい。同様に、１つの層が別の層または基板の「下に」あるとした場合、この層は他の層または基板の直ぐ下にあってもよいし、１つまたはそれ以上の介在する層が存在していてもよいものと理解されたい。加えて、１つの層が２つの層の「間に」あるとした場合、この層だけが２つの層の間にあってもよいし、１つまたはそれ以上の介在する層が存在してもよいものと理解されたい。本明細書を通して、同様の参照符号は同様の部材を示す。
【００１７】
撮像系における有用なパラメータは系のＦナンバであり、Ｆナンバ＝ｆ／Ｄであって、ｆは焦点距離で、Ｄはレンズ口径である。従来式カメラと同じＦナンバを維持した薄型カメラを作製する際、すなわちｆを小さくすると、これに応じてＤを小さくする必要がある。
【００１８】
本発明に係る実施形態による薄型カメラの概略的構造が図２Ａに示されている。薄型カメラ２０は、撮像レンズアレイ（ＩＬＡ：Imaging Lens Array）２２、カラーフィルタ２５、および検出器アレイ２４を備える。検出器アレイ２４は、従来式カメラにあるものと同一のものであってもよい。また検出器アレイ２４は、マイクロレンズアレイを有していてもよく、それぞれのマイクロレンズは、フィルファクタを改善するように、それぞれのピクセルに対応している。図２Ａで示す特定の実施例で図示されているように、従来式の単一レンズの焦点距離を１／２にしたとき、同様にＤを１／２にして、Ｆナンバを維持する。従来式カメラと同じ視野を確保するために、レンズ２２ａ〜２２ｄからなる２×２アレイを用い、各レンズがセンサ表面の１／４の面積をカバーするようにしてもよい。レンズ２２ａ〜２２ｄ、カラーフィルタ２５ａ〜２５ｄ、および検出器アレイ２４の対応する部分のそれぞれを組み合わせたものがサブカメラを構成する。すなわち、図２Ａに示す実施形態では、合計４つのサブカメラがある。４つのサブカメラのそれぞれから得られる像はプロセッサに送られ、ここで既知の手法を用いて、組み合わされ１つの合成カラー画像が形成される。カラーフィルタ２５は、カメラの前面からセンサ平面の間のいずれかの位置に配置してもよい。
【００１９】
アレイに含まれるレンズまたはサブカメラの数は、薄さだけではなく、さまざまなファクタにより左右される。第１に、より数多くのレンズを用いるほど、一般には、カメラはより薄くなる。本発明の実施形態の特徴は、コンピュータによる信号処理の多大な負荷を回避しつつ、撮像センサの全体のピクセル数に等しいか、匹敵する合成画像における解像度を実現することである。これを実現するために、光学系の点像強度分布（ＰＳＦ：Point Spread Function）をセンサ上のピクセルピッチより小さくすることが好ましい。より数多くのレンズを用いるほど、センサの十分な解像度を達成することが困難になる。例えば、センサが百万ピクセルを含む場合、２×２のＩＬＡを用いたとして、各サブカメラからの画像の解像度は２５万ピクセルとなる。しかし本発明の特徴は、百万ピクセル近くの解像度を有する合成画像を生成することであり、解像度をおよそ４倍に上げることである。２×２のＩＬＡにおいて、レンズの大きさおよびサブカメラの対応する厚みは、従来式の単一レンズカメラの半分であり、複眼カメラよりもはるかに計算上簡便である。最後に、ＩＬＡと検出器の間に固相の光路を設けることができ、その間に空気の間隙が形成されない。その結果、空気より屈折率の高い材質内部で集光し、ＩＬＡの各レンズからの回折限界スポットサイズを小さくすることができる。用いられるカラーフィルタ２５の具体的な実施形態が図２Ｂ〜図２Ｄに図示されている。カラーフィルタ２５は、図２Ｂに示すように、各レンズ２２ａ〜２２ｄに対応して異なるカラーフィルタ２５ａ〜２５ｄを有していてもよい。とりわけ、フィルタ２５ａは赤色光（Ｒ）を透過し、フィルタ２５ｂおよび２５ｃは緑色光（Ｇ）を透過し、フィルタ２５ｄは青色光（Ｂ）を透過する。それぞれのレンズが全体の像を撮像するので、それぞれのサブカメラからの像を組み合わせることにより合成画像を得ることができる。合成画像は、個々のサブカメラの解像度より高い解像度を有する。例えば、従来式のメガピクセルカメラ、すなわち百万画素のカメラは、青色の２５万画素、赤色の２５万画素、および緑色の５０万画素を備えている。それぞれのピクセルは、像の異なる部分からの光を収集する。しかし通常、補間法を用いて百万フルカラー画素が形成される。各カメラのそれぞれの像が同一であるならば、２５万の赤色ピクセル情報、２５万の青色ピクセル、および５０万の緑色ピクセル（各緑色サブカメラに対して２５万ピクセルずつ）が存在することになる。すると、２つの緑色カメラは同一のものなので、緑色に関してはより少ない情報であるが、赤色、青色、および緑色に関して従来式のメガピクセルカメラと同数の個別収集された情報が存在することになる。
【００２０】
本発明の１つの実施形態において、２つの緑色カメラは、検出器平面に隣接して絞り（開口）を設けることにより互いに区別するようにしてもよい。ピクセル内の異なる位置に絞りを配置することにより、２つのサブカメラは、像の異なる部分について情報収集し、２５万ピクセルではなく、５０万ピクセルのサンプル（収集情報）を得る。同様に、このようにサンプル量の増大を実現するための他のいくつかの手法がある。２つの緑色カメラにおけるさまざまな組の情報を収集できる任意の手法により、このようにサンプル量を増大させることができる。一方の緑色カメラに対してわずかに位置をずらした（シフトさせた）他方のカメラに関するセンサ面上の画像を形成し、絞りと画像シフトを組み合わせるという他の技術がある。
【００２１】
絞り（開口）を用いた場合、これを実現する１つの手法は、通常のＣＭＯＳイメージセンサに固有の自然光遮断層を用いることである。ＣＭＯＳイメージセンサは、通常、各ピクセルに入射する光の大部分を遮断する埋め込み回路部を有する。例えば、各ピクセルの面積の２５％〜７５％が通常、この回路部により遮断される。従来式カメラにおいては一般に、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ：Micro-Lens Array）を用いて、各ピクセルによる光の受容効率を増大させる。従来式のアプローチにおいて、ＭＬＡのレンズピッチは、ＣＭＯＳセンサチップ上のピクセルピッチと等しく、すなわちそれぞれのピクセル毎に１つのマイクロレンズが設けられている。このアプローチによれば、各ピクセルの光受容効率がおよそ７５％〜８５％に改善される。本発明の実施形態によれば、光を遮断する絞りを実現する１つの方法は、マイクロレンズを用いることなく、緑色フィルタを含むサブカメラにおいて単にＣＭＯＳセンサチップを用いることである。２つの緑色の像がピクセルに対して同一の配置位置（registration）を有することがない限り、２つの緑色カメラは異なる位置にある像情報を収集し、２つの緑色カメラにより異なるデータが生成される。２つの緑色カメラの像がピクセルに対して同一の配置位置を有する場合、第１の緑色サブカメラの回路部が第２の緑色サブカメラの回路部とは異なる領域で光を遮蔽するように、イメージセンサチップ上の回路設計を変更してもよい。
【００２２】
光の一部を遮断するＣＭＯＳチップ上に集積された層を用いることに加えて、特別のＭＬＡを用いて、それぞれのピクセルにより検出される像部分をシフトさせてもよい。例えば、各マイクロレンズを各ピクセルの有効領域の中心から若干ずらすように、ＭＬＡを設計してもよい。このように若干異なる像部分が２つの緑色カメラのセンサの有効領域上に焦点を結ぶ。
【００２３】
ＭＬＡは、一方のカメラに対して１つのシフト（位置）を与え、他方のカメラに対して異なるシフトを与える。択一的には、２つの緑色サブカメラの対応する緑色ピクセルの大部分が異なる信号を受信すると仮定して、所望の被写体距離範囲内の被写体距離のすべての範囲で、サブカメラ内の各マイクロレンズに各ピクセルに対してわずかに異なるシフトを設けてもよい。
【００２４】
したがって最終的には、４つのサブカメラを用い、すなわち１つのサブカメラが赤色用、１つのサブカメラが青色用、そして残りの２つのサブカメラが緑色用として用いられる。合成画像が形成されるとき、合成画像の赤色および青色の解像度は、サブカメラと同じ解像度となる。しかし、２つの個々のカメラからの情報が組み合わされて、より高い解像度の合成画像を形成するので、緑色に対する合成画像の解像度は個々のカメラの解像度より大きくなる。
【００２５】
上述のように、赤色および青色のサブカメラに対する解像度を増大させる必要はない。ただし、上述のように緑色に対して絞りおよび／または画像シフトを用いるいくつかの場合では、赤色および青色のカメラが、例えば多少異なる位置での像情報を収集することが有利であることもある。
【００２６】
各レンズは像全体を取り込むので、これらのカラー画像を組み合わせて、単にベイヤーパターン（Bayer Pattern）を用いて、従来式のカラーフィルタ／ピクセル構成の２倍の解像度を有するフルカラー画像を得ることができる。
【００２７】
択一的には、図２Ｃに示すように、各レンズ２２ａ〜２２ｄに、異なるパターンを有するカラーフィルタ２５ａａ〜２５ｄｄを割り当て、各レンズには４×４のカラーフィルタアレイを設けてもよい。ＲフィルタおよびＢフィルタは、４×４のアレイ中の異なる象限にあって、それぞれのレンズは像全体を撮像するのであるから、カラー画像を形成することができる。繰り返しになるが、Ｇフィルタの数は２倍あり、各象限を２倍占有している。
【００２８】
別の択一例として、図２Ｄに図示されているような従来式のカラーフィルタのＲＧＢカラーフィルタパターンを用いることができ、ここで各ピクセルがカラーフィルタを有する。この場合、それぞれのカメラがセンサ平面上の同一の像を撮像する場合、Ｒフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタの位置は、それぞれのカメラに対して異なる位置に配置する必要がある。図２Ｂ〜図２Ｄで図示された任意の実施形態において、複数のピクセルの１／４は赤色のＮ／４個のポイントを収集し、複数のピクセルの１／４は像の青色のＮ／４個のサンプルを収集し、複数のピクセルの半分は緑色のＮ／２個のサンプルを収集する。上述した任意の手法を用いて、緑色のＮ／２個のサンプルを実質的に独立させるようにする。
【００２９】
上記実施形態において、４つのカメラが存在する。第１の実施形態では、それぞれのサブカメラはただ１色の画像を形成する。他の２つの実施形態では、それぞれのサブカメラに対して複数のカラーフィルタが存在する。しかし、すべての実施形態において、合成画像における各ピクセルに対し、４つのピクセルサンプル（収集されたピクセル情報）が対応し、１つは青色で、１つは赤色で、２つは緑色のピクセルサンプルである。これらのすべてのアプローチにおいて、これらのピクセルサンプルのそれぞれは、異なるサブカメラから得られたものである。第１のアプローチにおいては、すべての赤色ピクセルは１つのサブカメラから得られたものである。他のアプローチにおいては、異なるピクセルに対して異なるサブカメラから得られたものである。像範囲がカメラに比較的に接近しているが、被写体距離の目標範囲がかなり大きい場合、各サブカメラに対して複数のカラーを提供することの１つの利点が得られる。カメラから被写体までの距離に依存するが、複数のセンサ上に写る像の位置が若干異なっている。両方の緑色カメラの信号が特定の領域においてほとんど同一であるようないくつかの像領域があってもよい。こうした場合では、緑色の像をより数多くのカメラから得ることにより、画像の解像度を改善することができる。
【００３０】
図２Ｂ〜図２Ｄに示す任意のフィルタを、図２Ｅに示すように、像のためのマスクと組み合わせてもよい。例えば、こうしたマスクは、それぞれのセンサ３６に対してマクロピクセル３４が対応するように、サイズがｄｘｄｙの複数ｎｘｎｙのマクロピクセル３４を有していてもよい。マクロピクセル３４のそれぞれは、フィルタとして機能し、機能部品３２を有する。マクロピクセル３４のそれぞれは、ＩＬＡ２２と、複数のセンサ３６を含む検出器アレイ２４との間にある。マクロピクセル３４のサイズｄｘｄｙは、ピクセルまたはセンサのサイズｐｘｐｙと同じか、大きくてもよい。各マクロピクセルを透過する光のすべてまたはほとんどが対応するセンサ上に向けられるようにしてもよい。各マクロピクセルの透過率は、マクロピクセル全体にわたって異なっていてもよい。マクロピクセル（大規模ピクセル）をマイクロピクセル（小規模ピクセル）に分割することにより、透過率を変えることができるが、それぞれの透過率は一定であってもよい。マクロピクセル３４は、サイズｑのマイクロピクセル３２をｍ個有する。より一般的には、Ｘ方向にサイズｑｘのマイクロピクセル３２をｍｘ個、およびＹ方向にサイズｑｙのマイクロピクセル３２をｍｙ個設けられている。各センサ３６に入射されるパワーは、対応するマクロピクセル３４上のすべてのマイクロピクセル３２にわたって、マイクロピクセル３２上のパワーとマイクロピクセルの透過率の積の合計値に等しい。
【００３１】
各マイクロピクセル３２は、開口または閉口し、すなわち１または０の透過率を有し、各マクロピクセル３４内のｍｘ×ｍｙ個のマイクロピクセル３２のうちの１つだけが開いていてもよい。このとき、ｍｘ＝ｍｙ＝１０で、マクロピクセル３４あたり１００個のマイクロピクセル３２があると想定されたい。同様に、従来式カメラと同じ２０×２０μｍのセンササイズ、および４００μｍの焦点距離を有するｆ／１レンズを想定されたい。するとレンズサイズは、同様に４００μｍであって、例えばレンズが球形ならば、その直径が４００μｍで、レンズが正方形ならば、その幅が４００μｍである。カメラがアレイ状に配列されるので、アレイ中のレンズ間のデッドスペースをなくすように、センサ部品３６をレンズサイズとほぼ同一の寸法に規定することが好ましい。すると、センサアレイの大きさが直径で約４００μｍとなり、センサ数が２０×２０個のアレイに規定される。この場合、カメラの解像度は、１／ｑｘ×１／ｑｙに等しくなる。しかし、その結果、収集された画像、すなわち画像は、２００×２００個のピクセルの画像からなる２０×２０サンプルを含むことになる。
【００３２】
残りのピクセルは、マイクロカメラのアレイを形成することにより得ることができる。マイクロカメラのそれぞれがマイクロレンズ２２ａ、複数のセンサ３６、および機能部品３２を含む複数のマクロピクセル３４を有する。マイクロレンズの個数Ｉは、Ｘ方向とＹ方向（すなわち、個数ＩｘとＩｙ）で異なっていてもよい。マクロピクセル３４は、マイクロカメラの像平面に配置してもよい。マクロピクセル３４およびセンサ３６の個数ｎｘ，ｎｙは、ピクセルの選択されたサイズｐｘ，ｐｙ、および像平面上の像の大きさにより決定される。これらの構成要素は単一のデバイスであってもよく、マイクロカメラ３０は個々のマイクロレンズ２２により規定される。上述の実施例において、各マクロピクセルに対し、サイズｑの開口したマイクロピクセルが設けられた場合、像のそれぞれの部分を視認するカメラがｎｘｎｙのセンサを有し、フィルタが所望する最小サイズの機能部品を有する限り、所望の解像度を得ることができる。上述のカラーフィルタを組み合わせることにより、上述のように解像度を増大させる必要があるサブピクセルの半分が必要となる。
【００３３】
それぞれのマクロピクセルにおいてシフトされた（位置の異なる）単一のマイクロピクセルを設ける代わりに、各マクロピクセルにおいて複数の孔またはマイクロピクセルが開口してもよい。上述のように、マイクロピクセルアレイのすべてのマイクロピクセルが開口しているとき、マクロピクセルに遮断される光はない。複数のマイクロピクセルのうちの１つだけが開口している場合、所望する解像度が対応するマクロピクセル上で実現される。こうして、各マクロピクセルに関してすべての情報が得られたならば、さまざまな手法でマイクロカメラを用いて、画像を分解することができる。各マイクロピクセルのサイズに対する各マクロピクセルのサイズの比は、薄型カメラのマイクロカメラの数に比例していてもよい。マイクロピクセルのいくつかのアレイにより、すべての光がマクロピクセルを透過することができ、そのマクロピクセルの平均的な強度値が与えられる。通常、ほとんどのマクロピクセルにおいて、少なくとも半分のマイクロピクセルが開口している。さらに、グレイスケールのアプローチでは、マイクロピクセルのそれぞれに、マイクロピクセル間で変動し得る透過率が与えられている。したがって、マイクロピクセルが開口または閉口しているというより、マクロピクセルはある程度の透過率を有することになる。例えば、マクロピクセルの大部分において少なくとも２０％のマイクロピクセルは、０．４より大きい透過率を有する。
【００３４】
Ｆナンバの小さいレンズに関し、必要とされる視野全体において回折限界画像を提供することは困難である。この場合、湾曲した表面上に光を集光させることの方がより容易であることがある。このように、レンズアレイの裏面を、各レンズアレイを中心とした湾曲表面にエッチングしてもよい。あるいはレンズアレイの裏面を、湾曲表面を模した一連の離散的なリングにエッチングしてもよい。すると孔は、この湾曲した表面または平坦でない表面上に形成される。湾曲した表面または平坦でない表面上に孔を設けることにより、確実に、像を広い視野において回折限界的なものとすることができる。
【００３５】
カラー画像を実現する別の択一例が図３Ａおよび図３Ｂに図示されている。４つのレンズを用いると仮定し、フィルタ３５は領域３５ａ〜３５ｄを有する。図３Ａに示す実施形態において、各ピクセル領域には少なくとも２色が設けられる。領域３５ａはすべての光を透過し、すなわちフィルタが設けられておらず、領域３５ｂは赤色と緑色の光を透過し、領域３５ｃは青色と緑色の光を透過し、領域３５ｄは赤色と青色の光を透過する。領域３５ｄを省略して、残りの領域により緑色優勢を実現してもよい（緑色を多くするようにしてもよい）。４つすべての領域を用いた場合、領域３５ａのピクセルの強度から領域３５ｃのピクセルの強度を単に差し引くことにより、赤色の強度を特定することができる。他の色の強度も同様に求めることができる。すなわち、緑色優勢を維持したまま、フルカラー画像を実現するために、３つのレンズと関連するフィルタのみが必要とされる。これにより、検出器平面に入射する光量を増大させることができる。例えば、従来式のフィルタを用いると、２５％の赤色光、２５％の青色光、および５０％の緑色光が透過する。上述の３つのフィルタを用いたとき、約６７％の赤色光、約６７％の青色光、および１００％の緑色光が透過する。各検出器に同一強度の光が入射した場合、ほとんどの透過性フィルタに入る光の一部は、上述のように、シフトを与えて遮断され、検出器は同じゲインを有することが可能となる。
【００３６】
別の択一的な実施形態は、共同写真専門家グループ（ＪＰＥＧ：Joint Photographic Experts Group）により確立されたフォーマットを用いた、図３Ｂに示すカラーフィルタ３７を用いる。同様に４つのレンズを用いたとすると、フィルタ３７は領域３７ａ〜３７ｄを有する。図３Ｂに示すように、２つの領域３７ａ，３７ｄはＹフィルタ、領域３７ｂはＲフィルタ、３７ｃはＢフィルタを有する。ＪＰＥＧ規格によれば、ＹＵＶフィルタは次の方程式に基づいて光を透過させる。
Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８Ｇ＋０．１１４Ｂ
Ｕ＝Ｂ−Ｙ
Ｖ＝Ｒ−Ｙ （１）
すなわち、図３Ｂに示すフィルタ３７からＹＵＶ成分を特定することができる。Ｙフィルタを透過した信号は輝度信号として機能する。より多くの光を透過させる必要がある場合には、緑色光のほぼ全部、赤色光の約０．５１、および青色光の約０．２を通過させ、残りのフィルタをそのままにして、Ｙフィルタを透過する光の比率を一定に維持する。
【００３７】
通常、ＪＰＥＧ圧縮はより数多くのＹサンプルを有する。この事実をもって、カメラの解像度を改善することができる。例えば、異なるＹ領域の上に異なる情報を提供することにより、解像度を改善することができる。異なる情報は、光の一部を遮蔽したり、画像の位置をずらすことにより、異なる情報を提供することができる。ＩＬＡの点像強度分布がピクセルサイズより小さい場合、一方のＹ領域に対し、検出器の平面上にある光の一部を遮断する金属または他の不透明な材料に光を集めることにより、２つのＹ領域の画像に差異をもたらす。これは、修正された画像を受容する各ピクセルに関連するマイクロレンズを省略することにより同様に実現することができる。シフトされた画像を実現するために、検出器のためのＩＬＡ内の適当なレンズすなわちマイクロレンズの位置をずらして、すなわち光軸を外してもよい。したがって、Ｙ画像以外の画像の解像度はＹ画像より劣るが、合成画像の解像度はＹ画像の解像度によって決定される。同様に、Ｙフィルタは、他のフィルタより高い強度を通過させるので、検出器アレイ上の強度を均一化しつつ、このフィルタに対する光を遮断することができる。
【００３８】
赤色、青色、緑色構成に対し、緑色フィルタを用い、同じアプローチを適用することができる。さらに、両方のＹ領域に対して、位置をずらすこと（シフト処理）および遮光すること（ブロック処理）を行うことができる。追加的に、上述のように孔を用いて、ブロック処理を行ってもよい。最後に、青色画像および赤色画像を互いに対してシフト処理して、青色画像および赤色画像の解像度を改善してもよい。
【００３９】
ＩＬＡ内のマイクロレンズの数を増やすと、クロストークの問題がより顕著となる。図４Ａ〜図４Ｄに図示されているように、レンズ自体の間、またはレンズと各レンズから光を遮断する検出器平面との間に、遮光部品を設けてクロストークを極力抑える。こうした遮光部品は不透明であるか、吸光性を有する。これらの遮光部品は、系の従来式の絞りに追加されるか、あるいはこれに置換されるものである。検出器サイズを一定にしつつ、Ｆナンバを維持するためにレンズサイズを小さくし、レンズ間の空間に図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｄに示す遮光部品を設けてもよい。焦点距離を短くし、系のＦナンバを維持することに加え、（例えば、すべてのレンズの透明な開口面積の合計がセンサ面積の７０％未満となる）フィルファクタの小さいより小型のレンズを用いることにより、クロストークを低減し、視野を広げることができる。レンズアレイのフィルファクタが１００％未満であっても、依然として検出器は１００％のフィルファクタを有する。
【００４０】
遮光部品４６は、図４Ａに示すように、検出器アレイ４４上のＩＬＡのレンズの間に配設されている。これにより、同じ検出器アレイとともに、より小さいレンズを用いることができる。検出器アレイ４４において、検出領域が不連続であって、検出領域の間にデッドスペースが形成されることに留意されたい。遮光部品４６は、迷光が検出器アレイ４４上に入射することを防止する。
【００４１】
図４Ｂに示すように、先細った遮光部品５０が隣接するレンズ４２の間、およびレンズ４２と検出器平面４４の間に配置されている。これらの先細った遮光部品５０は、検出器平面４４まで延び、所望される光を不必要に遮光することなく、クロストークをできるだけ抑制する。
【００４２】
図４Ｃに示すように、レンズ４２が離間していなくても、クロストークを低減するために、ここではアスペクト比が高く、検出器平面４４に隣接する遮光デバイス５２を用いることができる。これは、とりわけ軸外し照明光を遮断する上で有用である。
【００４３】
図４Ｄに示すように、レンズ４２は検出器平面４４の上に画像形成するための光学系内の唯一の構成要素であってもよい。例えば、レンズ４２を基板６０上に形成し、回折性または屈折性光学部品などの他の光学部品６２を基板６０の対向する表面上に形成してもよい。追加的あるいは択一的に、さらなる光学部品を含む基板を設けてもよい。また、遮光部品は、第１の遮光部６４と第２の遮光部６６を有していてもよい。ここでは、第１の遮光部６４は検出器平面４４よりレンズ４２に隣接し、第２の遮光部６６は検出器平面４４により近接し、第１の遮光部６４は第２の遮光部６６より厚い。このようにして、図４Ｂとは異なる先細った構造体を用いてクロストークをできるだけ抑える。
【００４４】
基板６０の対向する表面上に別の光学部品を設けることに加えて、あるいはこれに代わって、図５に示すように、上述のマスク６８をこの対向表面上に設けてもよい。レンズ４２およびマスク６８は、同一基板６０上に配置されるため、容易に位置合わせすることができる。検出器平面４４上に画像形成する別の光学部品７２を含む追加的基板７０を用いてもよい。マスクは光学部品７２と検出器平面４４の間に配置されていないので、光学部品７２の品質が低下し、すべての光を集光する際に収差が生じることがある。同一基板６０上にあるレンズ４２に対してマスク６８を位置合わせすることは、マスク６８を検出器平面４４に対して位置合わせすることよりはるかに容易である。これにより、レンズ４２と検出器表面４４の間の位置合わせ要件が緩和される。
【００４５】
クロストークを低減する１つの実施形態の別の実施例が図６に図示されている。ＩＬＡのレンズ４２は、ＩＬＡと検出器平面４４の間のカラーフィルタ８４に対応するカラーフィルタ８２でカバーされる。換言すると、カラーフィルタ８２のそれぞれのフィルタ８２ａ，８２ｂは、カラーフィルタ８４の個々のフィルタ８４ａ，８４ｂと適合している。隣接するフィルタは異なる色を透過すると仮定して、サブカメラに入射する光を色フィルタ処理するとともに、ＩＬＡと検出器平面４４の間で色フィルタ処理することにより、クロストークを低減する。カラーフィルタ８２は、レンズ４２の上面に配置する必要はなく、ＩＬＡの１つのレンズに入射する光がＩＬＡの別のレンズに入ることを防止するように機能すれば、レンズの下方に配置してもよい。さらにカラーフィルタ８４は、ＭＬＡより以前または以後に、検出器の上に直接的に配置してもよい。
【００４６】
本発明とともに用いられるＩＬＡの１つのレンズの特別な実施例が図７Ａおよび図７Ｂに図示されている。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、異なる光路が、被写体からの異なるフィールドポイント（field point）に対応する。第１の基板１１０は、これに入射する光をコリメートする第１の屈折表面１１２を有する。第１の基板の第２の表面１１４は、平坦であって、その上に赤外線フィルタ１１５を有する。第２の基板１２０の第１の表面１２２は、その上に色収差および像収差を補正する回折部品１２３を有する。それぞれのサブカメラが単一のカラーフィルタを有する場合、各サブカメラに対して単一の回折部品１２３を用いてもよい。第２の表面１２４は光の焦点を合わせる第２の屈折表面を有する。第３の基板１３０は、屈折性の凹面表面１３２を有する。凹面表面１３２は、すべての像ポイントが同一平面１３５で焦点を合わせ、検出器アレイ２４上に画像形成するように、像視野を平坦化する。
【００４７】
上記実施形態において、解像度を改善するためには、２つの緑色のサブカメラの画像は、異なる像を受容する必要がある。被写体が無限遠にある場合、ゼロ周波数ピクセルが各レンズの中心に配置される。すなわち、所望の画像シフトを実現するためには、ＩＬＡ内のレンズは、整数倍プラス１／２のピクセルだけ互いに対してシフトしている（位置がずれている）。換言すると、ＩＬＡ内の隣接するレンズの中心間スペースＰは次式で与えられる。
Ｐ＝（Ｎ＋１／２）×Ｘ （２）
ここで、Ｘはピクセルピッチで、Ｎは整数である。例えば、ＩＬＡ内の各レンズの直径が１ｍｍで、Ｘが１０μｍで、Ｎとして１５０が選択された場合、中心間スペースＰは、１．５０５ｍｍとなる。
【００４８】
被写体が無限遠ではないところに配置されている場合、ある１つのレンズの中心の下方に配置された画像ピクセルは、隣接するレンズの中心の下方には配置されない。むしろ、それはシフト量ｓだけ位置がずれており、シフト量ｓは次式で与えられる。
ｓ＝Ｐ×ｄｉ／ｄｏ （３）
ここで、ｄｉは像距離で、ｄｏは被写体距離であって、像距離は、ほとんどの応用例において、すなわちＲ＝ｄｏ／ｄｉが１０を超えるとき焦点距離とほぼ等しい。焦点距離が２ｍｍであるとき、ピクセルピッチＸが１０μｍとすると、無限遠からおよそ３ｍ離れた距離までの被写体に対して、画像シフトは１つのピクセルの１／１０未満に維持される。ただし、ピクセルピッチＸが３μｍまで低減された場合、被写体距離が３であるとき、シフト量ｓは１つのピクセルの１／３となる。
【００４９】
像は、被写体距離に依存して、サブカメラピクセル上の異なる相対位置に配置されているが、合成画像を形成する際に誤ったピクセルを組み合わせる点に関して、問題は生じない。比較的に単純な画像形成アルゴリズムを用いて、異なるサブカメラから関連画像を形成するために必要なシフト量を決定することができる。しかし、画像シフトがピクセルの整数倍プラス１／２ではなく、整数倍により近くなる被写体位置において、こうしたシフト量は複数の画像にほとんどあるいは全く差異を与えないので、このような補間法（interpolation）は問題となる。
【００５０】
広範囲の被写体距離が必要である場合、同一または同様のカラーフィルタを有するカメラから異なる画像を得るための１つの方法は、光路上に異なる光学部品を設けることである。例えば、検出器平面内に設けた絞りすなわち遮光領域を用いてもよい。例えば、２つの緑色のサブカメラＧ１，Ｇ２上に異なる信号を得るための方法が図８Ｂに図示されている。この実施形態において、サブカメラＧ１は絞りを有さない。すなわち、サブカメラＧ１のＭＬＡは、センサピクセルに入射するセンサ平面内のほとんどすべての光を、ピクセルの有効領域上に焦点を合わせる。サブカメラＧ２において、各ピクセル上の光の一部が遮光される。図８Ｂに示す実施例において、絞り１４０により、各ピクセルの左側半分上の光が遮断される。さらに、２つのサブカメラＧ１，Ｇ２のレンズ中心がｙ方向において互いに極めて接近している。すなわち、レンズ中心のｙ方向の中心座標が、微小量だけ、例えば０．５ピクセル分だけ（あるいはＸ＝３μｍのとき、１．５μｍ）ずれている。ｙ方向のずれ量が極めて小さいので、ｙ方向における画像位置のシフト量は、被写体距離の極めて広い範囲にわたって非常に小さいものとなる。例えば、ｙ方向のオフセットがピクセルの１／３であるとき、方程式（３）から、Ｒ＞４である限り、Ｒ＝４からＲが無限大まで、シフト量ｓは１つのピクセルの１／１２未満の変化をもたらす。すなわち、ｙ方向において１ピクセルの既知の数分の１のシフト量を、広範囲の被写体距離に関して維持して、確実に、異なるｙ方向の位置における像サンプルを収集することができる。これにより、２つの緑色カメラ画像を用いて、ｙ方向における解像度を増大させることができる。その結果として得られたシフト量は、図８ＢのカメラＧ２のピクセル１４５で図示されている。
【００５１】
同様に、ｘ方向における解像度を増大させるためには、カメラＧ２に絞りを設けて、カメラＧ２の各ピクセルの左側に照射される光を遮断する。被写体距離が変化するとき、２つのカメラ上のｘ方向における画像の相対的な位置ずれ（位置シフト）が変化する。一方のサブカメラに絞りを設け、他方のサブカメラには絞りを設けない、あるいは２つのサブカメラに異なる形状の絞りを設けて、相対的なシフト量が与えられる限り、ｘ方向の任意のシフト量に関して、ｘ方向の解像度が増大する。例えば、２つのカメラ上の信号が位置合わせされた場合、カメラＧ２の信号自体は各ピクセルの右側半分の平均的な値を与えるため、カメラＧ１の信号からカメラＧ２の信号を差し引くことにより、各ピクセルの左側の信号を求めることができる。画像が１ピクセルの１／２だけシフトした場合、カメラＧ２の信号は各ピクセルの左側半分を与え、差し引くことにより、各ピクセルの右側半分が得られる。画像が１ピクセルの１／４だけシフトした場合、カメラＧ２の信号は、カメラＧ１の信号はサンプルの間の中間点における信号を与える。画像が１ピクセルの３／４だけシフトした場合、カメラＧ１およびカメラＧ２の信号の中心は、ｘ方向において位置合わせされる。しかし、カメラＧ１およびカメラＧ２のピクセルを差し引き、補間アルゴリズムを用いることにより、同様に、解像度を増大させることができる。例えば、ｉ番目のピクセルに関し、カメラＧ１の信号がカメラＧ２の信号から差し引かれたとき、その差は、左側１／４ピクセルおよび右側１／４ピクセルの合計値である。左側１／４ピクセルの値と、前のピクセルの右側１／４ピクセルの値または最も隣接するサンプルの重み付けられた平均合計値が同じであると近似することにより、右側１／４ピクセルの値を求めることができる。
【００５２】
この実施形態によれば、サブカメラＧ１，Ｇ２の各ピクセルがｘ方向およびｙ方向に両方において異なる位置に中心を有するようにすることができる。サブカメラＧ１にＮ／４ピクセル、サブカメラＧ２にＮ／４ピクセルあった場合、Ｎ／２の固有の緑色画像がある。赤色カメラＲおよび青色カメラＢのレンズは、図８Ａに示す実施例でｙ方向に沿ってずれていてもよい。ピクセルの整数倍のシフト量を生じる、異なる被写体距離に関する上述の問題が提起される場合がある。しかし、一般に、解像度が高いほど、赤色または青色より緑色がより明りょうであり、解像度の低下は問題とならないことがある。そのような場合、赤色サブカメラまたは青色サブカメラのいずれか一方に、同様に絞りを設けてもよい。さらに上記解決手段は、図３Ｂを参照して上記説明したＹＵＶサブカメラを用いた場合にも適用可能である。
【００５３】
異なる画像を得るための別の解決手段は、図９に示すように、カメラ２０全体に対して液体レンズ１５０を用いることである。液体レンズ１５０は、透明で、電圧を印加することにより調整可能な導電性を有する液体１５２を含む。度数の弱い液体レンズ、すなわち焦点を合わせる能力の低いレンズを用いることにより、液体レンズを用いてカメラの焦点を微調整することができる。液体レンズ１５０の焦点が変化するとき、カメラ２０の連携した焦点も同様に変化し、自動焦点として機能する。カメラ２０のサブカメラのレンズは液体レンズの中心からずれているので、液体レンズがわずかに変化すると、センサアレイの画像の位置がずれる。すなわち被写体距離が生じて、２つのサブカメラがサンプル画像を形成している場合、像の位置をシフトさせるために電圧を印加してもよい。
【００５４】
追加的または択一的に、サブカメラの各ピクセルから複数の信号を得る液体レンズを用いることにより、はるかに高い解像度を実現することができる。例えば、初期画像がサンプル収集された後、液体レンズ１５０に電圧を印加して、画像を１／４ピクセルだけシフトさせることができる。そして画像を再び収集する。各センサに対する所望する回数のサンプルを得るために、このシフト処理およびサンプリング処理を繰り返すことができる。例えば、１／２ピクセルおよび３／４ピクセルだけシフトさせて４つのサンプルを得ることができる。このように、ベイヤーフィルタを用いた単一のサブカメラとともに、液体レンズ１５０を用いることができる。このとき、液体レンズの中心は、サブカメラの一方向または両方向においてずれている。改善された解像度を実現するために用いられたシフト処理は、同時ではなく順次行うことができる。
【００５５】
本発明の実施形態について、特定の用語を用いてこれまで説明してきたが、一般的で記述的文脈で解釈すべきであって、限定的に解釈すべきではない。例えば、一般的な３原色成分である赤色、緑色および青色、あるいはＹＵＶをずっと用いてきたが、フルカラー画像を実現する任意の適当な３色成分を用いることができる。さらに、ＩＬＡとして円形レンズを図示したが、より高いフィルファクタのためのより高い集積密度を可能にする他の形状（例えば六角形レンズ）を採用することができる。さらに、同一色を有するサブカメラに異なる画像を提供するために、異なる絞りを説明してきたが、差異を与える他の光学部品を用いることができる。例えば、ピクセルの有効領域は、異なるサブカメラに対して異なる形状を有していてもよい。したがって、当業者ならば、上述の説明および添付クレームに記載された本発明の精神および範疇から逸脱することなく、形態および詳細において、さまざまな変形例を想到することができるものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】図１Ａは、従来式カメラにおける撮像システムの概略的側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの従来式カメラとともに用いられる従来式カメラの平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、別の従来式カメラフィルタアレイの平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に係る実施形態によるカメラにおける撮像システムの概略的な斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明に係る実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明に係る実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明に係る実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明に係る実施形態によるマイクロカメラ内で用いられるマイクロピクセル／マイクロピクセル構造の概略的な分解側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明に係る他の実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明に係る他の実施形態によるカラーフィルタの平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明に係るシステムにおけるさまざまな遮光部品の概略的な側面図である。
【図５】図５は、レンズに隣接したマスクを含む本発明に係る実施形態の概略的な側面図である。
【図６】図６は、本発明に係るさらに別の実施形態の概略的な側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明とともに用いられる特定のレンズ系の概略的な側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示すレンズ系の概略的な斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明に係る実施形態によるサブカメラ装置の概略的な平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａのサブカメラのために位置をずらした画像の概略的な平面図である。
【図９】図９は、本発明のカメラとともに用いられる液体レンズの概略的な側面図である。
【符号の説明】
【００５７】
２０：薄型カメラ２０、２２：撮像レンズアレイ（ＩＬＡ）、２２ａ〜２２ｄ：レンズ、２４：検出器アレイ、２５，２５ａ〜２５ｄ：カラーフィルタ、３２：マイクロピクセル（機能部品）、３４：マクロピクセル、３６：センサ部品、３７：カラーフィルタ、４２：レンズ、４４：検出器アレイ、４６：遮光部品、５０：遮光部品、５２：遮光デバイス、６０：基板、６２：光学部品、６４，６６：遮光部、６８：マスク、８２，８４：カラーフィルタ、１１０，１２０，１３０：基板、１１２，１１４：屈折表面、１２３：回折部品、１３２：凹面表面、１５０：液体レンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーカメラであって、
撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラと、
少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する手段とを備え、
少なくとも３つのサブカメラは、合計Ｎ個の検出器を備え、合計Ｘ組の異なるカラーの組を有し、
第１のカラーの組の信号の第１の個数はＮ／Ｘより少なく、第２のカラーの組の信号の第２の個数はＮ／Ｘより多く、
第２のカラーの組の信号は、少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラから出力され、
第２のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きく、
第１のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きくないことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
１つのカラーの組に付随する複数のフィルタは、実質的に同一であることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第２のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第２の画像に対して、第１のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第１の画像の位置をずらすことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項４】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第１のサブカメラは、第１の画像の位置をずらす手段を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項５】
請求項４に記載のカラーカメラであって、
第１の画像の位置をずらす手段は、撮像レンズと検出器アレイの間の絞りを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項６】
請求項４に記載のカラーカメラであって、
第１の画像の位置をずらす手段は、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項７】
請求項４に記載のカラーカメラであって、
第１の画像の位置をずらす手段は、第１の方向において、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段と、第２の方向において、撮像レンズと検出器アレイの間に光を遮断する絞りとを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項８】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
複数のサブカメラの画像の位置を順次ずらす手段をさらに有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項９】
請求項８に記載のカラーカメラであって、
位置を順次ずらす手段は、電圧制御される液体レンズを含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１０】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
カラーの組に関連するカラーフィルタは、各撮像レンズの上に配設されることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラは、撮像レンズと検出器アレイの間に別のカラーフィルタを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１２】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
隣接する撮像レンズの間に遮光部品をさらに有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のカラーカメラであって、
遮光部品は、撮像レンズに近接するほど幅広く、検出器アレイに向かってより狭くなるように傾斜していることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１４】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
各撮像レンズは、基板の第１表面上に屈折部品と、基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１５】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
別のレンズ部品は、回折部品であることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１６】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
各撮像レンズは、第１の基板の第１表面上に屈折部品と、第２の基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のカラーカメラであって、
別のレンズ部品は、回折部品であることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１８】
請求項１６に記載のカラーカメラであって、
第１および第２の基板は、一体に固定されていることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１９】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第１のカラーの組の画像の解像度は、サブカメラの解像度と実質的に等しいことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２０】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第２のカラーの組は、緑色光を含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２１】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第２のカラーの組は、輝度情報を含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２２】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラは、１つのカラーの組を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２３】
カラーカメラであって、
電気的に制御可能なレンズと、
少なくとも３つのカラーの組と、
撮像レンズと、
少なくとも３つのカラーの組からなる画像を撮像レンズから受容する検出器アレイと、
検出器アレイから電気信号を受信し、検出器アレイ上の画像の位置をずらすために、電気的に制御可能なレンズに制御信号を順次供給し、検出器アレイからの電気信号から合成画像を形成するプロセッサとを備えたことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２４】
請求項２３に記載のカラーカメラであって、
プロセッサは、合成画像の所望の解像度が得られるまで、制御信号を変化させ、順次供給することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２５】
請求項２３に記載のカラーカメラであって、
第２のカラーの組は輝度情報を含み、第１のカラーの組は色情報を含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２６】
カラーカメラであって、
撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラと、
少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する手段と、
実質的に同じ波長を受容する第２の検出器に対して、第１の検出器の光路上に少なくとも１つ異なる光学部品を有し、個々のサブカメラの解像度より高くなるように、マルチカラー合成画像の解像度を増大させることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
異なる光学部品は、第１の検出器の光を遮光するために用いられるマスクであり、
第１の検出器のマスクの形状は、第２の検出器のマスクの形状とは異なることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２８】
請求項２７に記載のカラーカメラであって、
第２の検出器にはマスクが存在しないことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２９】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラは、実質的に同じカラーフィルタを有し、
第１および第２の検出器は、それぞれ第１および第２のサブカメラの中にあることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、実質的に緑色光だけを透過させることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３１】
請求項２９に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、実質的に輝度情報だけを透過させることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３２】
請求項２９に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、高いに隣接していることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３３】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
カラーフィルタは、各撮像レンズの上に配設されていることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３４】
請求項３３に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラは、撮像レンズと検出器アレイの間に別のカラーフィルタを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３５】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラ内のカラーフィルタは、実質的に同一の透過率を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３６】
カラーカメラであって、
撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラと、
少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する手段とを備え、
少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラはそれぞれ、実質的に同一のカラースペクトルの画像を形成し、
実質的に同一のカラースペクトルの少なくとも２つの画像は、実質的に同一のカラースペクトルの合成画像の解像度が個々のサブカメラの解像度より高くなるような変動を有し、
実質的に同一のカラースペクトルを有さないカラー画像の解像度は、合成画像の解像度より低いことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１】
カラーカメラであって、
撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラと、
少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する手段とを備え、
少なくとも３つのサブカメラは、合計Ｎ個の検出器を備え、合計Ｘ組の異なるカラーの組を有し、
第１のカラーの組の信号の第１の個数はＮ／Ｘより少なく、第２のカラーの組の信号の第２の個数はＮ／Ｘより多く、
第２のカラーの組の信号は、少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラから出力され、
第２のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きく、
第１のカラーの組の合成画像の解像度は個々のサブカメラの解像度より大きくないことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
１つのカラーの組に付随する複数のフィルタは、実質的に同一であることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第２のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第２の画像に対して、第１のサブカメラから出力された第２のカラーの組の第１の画像の位置をずらすことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項４】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第１のサブカメラは、第１の画像の位置をずらす手段を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項５】
請求項４に記載のカラーカメラであって、
第１の画像の位置をずらす手段は、撮像レンズと検出器アレイの間の絞りを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項６】
請求項４に記載のカラーカメラであって、
第１の画像の位置をずらす手段は、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項７】
請求項４に記載のカラーカメラであって、
第１の画像の位置をずらす手段は、第１の方向において、検出器アレイの検出器サイズの非整数倍だけ、第２のサブカメラの撮像レンズから第１の撮像レンズの中心をずらす手段と、第２の方向において、撮像レンズと検出器アレイの間に光を遮断する絞りとを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項８】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
複数のサブカメラの画像の位置を順次ずらす手段をさらに有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項９】
請求項８に記載のカラーカメラであって、
位置を順次ずらす手段は、電圧制御される液体レンズを含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１０】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
カラーの組に関連するカラーフィルタは、各撮像レンズの上に配設されることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラは、撮像レンズと検出器アレイの間に別のカラーフィルタを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１２】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
隣接する撮像レンズの間に遮光部品をさらに有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のカラーカメラであって、
遮光部品は、撮像レンズに近接するほど幅広く、検出器アレイに向かってより狭くなるように傾斜していることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１４】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
各撮像レンズは、基板の第１表面上に屈折部品と、基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１５】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
別のレンズ部品は、回折部品であることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１６】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
各撮像レンズは、第１の基板の第１表面上に屈折部品と、第２の基板の第２表面上に別のレンズ部品とを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のカラーカメラであって、
別のレンズ部品は、回折部品であることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１８】
請求項１６に記載のカラーカメラであって、
第１および第２の基板は、一体に固定されていることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項１９】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第１のカラーの組の画像の解像度は、サブカメラの解像度と実質的に等しいことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２０】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第２のカラーの組は、緑色光を含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２１】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
第２のカラーの組は、輝度情報を含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２２】
請求項１に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラは、１つのカラーの組を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２３】
カラーカメラであって、
電気的に制御可能なレンズと、
少なくとも３つのカラーの組と、
撮像レンズと、
少なくとも３つのカラーの組からなる画像を撮像レンズから受容する検出器アレイと、
検出器アレイから電気信号を受信し、検出器アレイ上の画像の位置をずらすために、電気的に制御可能なレンズに制御信号を順次供給し、検出器アレイからの電気信号から合成画像を形成するプロセッサとを備えたことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２４】
請求項２３に記載のカラーカメラであって、
プロセッサは、合成画像の所望の解像度が得られるまで、制御信号を変化させ、順次供給することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２５】
請求項２３に記載のカラーカメラであって、
第２のカラーの組は輝度情報を含み、第１のカラーの組は色情報を含むことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２６】
カラーカメラであって、
撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラと、
少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する手段と、
実質的に同じ波長を受容する第２の検出器に対して、第１の検出器の光路上に少なくとも１つ異なる光学部品を有し、個々のサブカメラの解像度より高くなるように、マルチカラー合成画像の解像度を増大させることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
異なる光学部品は、第１の検出器の光を遮光するために用いられるマスクであり、
第１の検出器のマスクの形状は、第２の検出器のマスクの形状とは異なることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２８】
請求項２７に記載のカラーカメラであって、
第２の検出器にはマスクが存在しないことを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２９】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラは、実質的に同じカラーフィルタを有し、
第１および第２の検出器は、それぞれ第１および第２のサブカメラの中にあることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、実質的に緑色光だけを透過させることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３１】
請求項２９に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、実質的に輝度情報だけを透過させることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３２】
請求項２９に記載のカラーカメラであって、
第１および第２のサブカメラカラーフィルタは、高いに隣接していることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３３】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
カラーフィルタは、各撮像レンズの上に配設されていることを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３４】
請求項３３に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラは、撮像レンズと検出器アレイの間に別のカラーフィルタを有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３５】
請求項２６に記載のカラーカメラであって、
各サブカメラ内のカラーフィルタは、実質的に同一の透過率を有することを特徴とするカラーカメラ。
【請求項３６】
カラーカメラであって、
撮像レンズ、カラーフィルタ、および検出器アレイをそれぞれ有する少なくとも３つのサブカメラと、
少なくとも３つのサブカメラからの画像を組み合わせて、マルチカラー合成画像を形成する手段とを備え、
少なくとも３つのサブカメラのうちの少なくとも２つのサブカメラはそれぞれ、実質的に同一のカラースペクトルの画像を形成し、
実質的に同一のカラースペクトルの少なくとも２つの画像は、実質的に同一のカラースペクトルの合成画像の解像度が個々のサブカメラの解像度より高くなるような変動を有し、
実質的に同一のカラースペクトルを有さないカラー画像の解像度は、合成画像の解像度より低いことを特徴とするカラーカメラ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５２０１６６（Ｐ２００７−５２０１６６Ａ）
【公表日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５１４４９（Ｐ２００６−５５１４４９）
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００２５２０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７２３７０
【国際公開日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（３９９０３６４７５）ディジタル・オプティックス・コーポレイション (10)
【氏名又は名称原語表記】ＤＩＧＩＴＡＬ ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００２５２０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７２３７０
【国際公開日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（３９９０３６４７５）ディジタル・オプティックス・コーポレイション (10)
【氏名又は名称原語表記】ＤＩＧＩＴＡＬ ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]