光学画像処理装置
【課題】画像エラーを修正するための画像処理手段を有している画像処理装置によって、より高い画質が達成される光学画像処理装置を提供する。
【解決手段】光学画像処理装置は、第１画像検出器マトリクス３０ａに関連した複数の第１画像検出器と、第２画像検出器マトリクス３０ｂに関連した複数の第２画像検出器と、を有する画像センサ１００と、画像エラーを修正して、画像検出器マトリクスの画像検出器上の画像から全体画像３００を再構成するための画像処理手段７０と、画像センサ１００がマイクロレンズ・フィールド１０の焦点面に位置するように、マイクロレンズ・フィールド１０を画像処理手段７０上に実装するように設けられたマイクロレンズ・フィールド受け入れ用ユニットを、を備える。画像処理手段７０は、歪みを修正するための複数の処理手段を含む。
【解決手段】光学画像処理装置は、第１画像検出器マトリクス３０ａに関連した複数の第１画像検出器と、第２画像検出器マトリクス３０ｂに関連した複数の第２画像検出器と、を有する画像センサ１００と、画像エラーを修正して、画像検出器マトリクスの画像検出器上の画像から全体画像３００を再構成するための画像処理手段７０と、画像センサ１００がマイクロレンズ・フィールド１０の焦点面に位置するように、マイクロレンズ・フィールド１０を画像処理手段７０上に実装するように設けられたマイクロレンズ・フィールド受け入れ用ユニットを、を備える。画像処理手段７０は、歪みを修正するための複数の処理手段を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、携帯端末装置の小型カメラシステムの中で使用される光学画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置および光電子装置の小型化は別として、携帯端末装置（携帯電話、ＰＤＡ、ラップトップなど）の小型カメラシステムの使用は、画像形成対物レンズの小型化を要求する。このための前提条件は、短い長さの画像形成物および少ない点数の光学部品（特にレンズ素子）である。しかしながら、画像センサの筋交いの減少を増やすことは、レンズの構成をより簡単にする代わりに、レンズの高解像度能力および高光強度が達成されなければならないことを必要とする。画像センサの筋交いの減少は、半導体パターン技術（より小さい光ダイオードは、同じ画像領域上の、より多数の画素数と等しい）の開発と、センサ製造コストの減少とによって支援される。既存のレンズ設計解決法は、現在の生産技術の可能性を尽くした、わずかな、しかし、複雑な（通常、非球面の）レンズ形式によって特徴付けられる。さらに、既存のレンズ設計解決法を実行するとき、そのような複雑な領域の品質管理に不十分な測定方法と、開始するために必要な非常に正確な横方向および軸方向の実装精度とによって、そのような小型カメラレンズまたは対物レンズの光学部品は、制限される。小型カメラモジュールの既存の解決法は、要求仕様、または、コストに関する集積（組み立て）業者およびユーザの期待に合致しない。
【０００３】
小型カメラレンズの確立した製造方法は、超精密に処理された金型挿入器にプラスチック射出成形することによる、単一レンズおよび実装部の生成である。通常、レンズは、実装部と共に、２部品射出成形で製造される。個々の部品は、その後、プラグ挿入実装部に実装され、積極的な接続（捻り接触、接着）によって固定される。しかしながら、この方法は、十分な位置調整精度での、５×５×５ｍｍ3より小さい組み立てサイズを有する小型化された対物レンズの製造に適用されない。さらに、そのような小型部品の供給、実装および接続技術の問題が生じる。詳細には、部品の取り扱いに関する問題は、静電気（装置のわずかな重量と寸法）と、繊細な光学表面の汚染および掻き傷の危険と、のために生じる。これらの理由のため、製造費用の８０％以上は、組み立て工程のために費やされる。ハイブリッド実装技術（空気マイクロ把持器と同様に、感覚的に機械的かつ電気的に支援された実装技術）において、より小さいレンズの取り扱いに関する先進的手法が存在する。しかし、この実装技術は、大量生産（例えば、携帯電話のためのカメラレンズ）に対して、大幅に費用が上昇する。さらに、より高い解像度形式のハイブリッド生産技術によって、能動的位置決め（例えば、プラスチックレンズの圧電アクチュエータ）が、光電子画像コンバータ（画像センサ）上に対物レンズを実装する許容範囲のバランスをとるために要求される。これはユニット価格の更なる増加をもたらす。
【０００４】
５×５×５ｍｍ3より小さいサイズ範囲の対象物のための別の方法は、ウエハーレベル上のレンズ（ＷＬＯウエハーレベルレンズ）の製造である。ここで、それぞれの単一レンズのための「道具の先（ツールビット）」が、基板ウエハー（ウエハーレベルレンズモジュール）上における個々の部品の繰り返しＵＶ（紫外線）複製（ステップおよび繰り返し工程）のために、使用される。「道具の先」は、超精度の処理（例えば、ダイヤモンドカット法）によって生成される。あるいはまた、常に同じ個々の部品を有する完全なツールウエハーが、超精度の処理によって生成され、その後、ウエハーレベル上におけるただ１つのＵＶ複製ステップの中で、複製される。同じタイプの多くのレンズ、スペーサ、および窓が、このようにして、並行して製造される。その後のステップにおいて、個々のウエハー基板は軸方向に互いに接着され、多数の対物レンズを有するウエハー積層体が得られる。これは、マイクロエレクトロニクス製造の工程およびシステムを使用する並行製造技術である。小型化されたレンズ（しかしながら、従来のマイクロレンズと比べて大きい）のためのマイクロレンズのこれらの製造方法を使用する主な欠点は、適した再生産道具の高い製造コストと、例えば、材料の収縮、または、高角度点（１００μｍより高い）のマイクロレンズのＵＶ複製の中の達成可能な表面輪郭の収縮による制限された精度と、である。さらに、複製性（再生産性）および品質検査に関する問題は、特に、このサイズの複雑なレンズ形式を特徴付けたまま残っている。モジュールは、これまで、他の全ての光学部品に接続された状態で、部品および製造ステップの数に依存して歩留まりが強く減少する画像形成方法を使用して、検査されるだけである。
【０００５】
さらに、昆虫の複眼と同格の技術的実行を表す平坦な光学画像センサの配置が、存在している。この非常に小型のマルチ光路画像システムにおいて、光検出器（画素）はそれぞれのマイクロレンズに関連している。
【０００６】
また、以下において、光検出器は、部分的に画像検出器または光ダイオードとも称される。
【０００７】
それぞれのマイクロレンズに対する光検出器のオフセット（相殺）のために、小さいサイズにもかかわらず、非常に大きい視野が広がる。しかしながら、１光路当たり１つの光検出器の使用のために、光検出器フィールド（ＣＭＯＳまたはＣＣＤ画像センサ）の広い領域が、適度の画像解像度能力を達成するために必要である。これは、対応する小型画像センサの製造コストをかなり上昇させる。
【０００８】
特許文献１および特許文献２は、人工的複眼に基づいたマルチ光路画像システムについて説明する。ここで、１つの画像検出器が、各光路に割り当てられる、または、異なる機能を有するいくつかの画像検出器が、各光路に割り当てられる。その結果、各光路は、対象物フィールドの狭く限られた領域だけを占める。
【０００９】
特許文献３および特許文献４は、人工的複眼に基づいた別のマルチ光路画像システムについて説明する。マルチ光路屈折／回折画像レンズおよび区分された視野を有する小型のデジタルカメラが、説明される。システムは、分散レンズ区域として実行されるレンズのフィールド配置から成る。感光性の画像センサフィールドは、レンズの焦点長に位置している。軸方向において、レンズフィールドの前に、傾斜側壁とレンズフィールドに関して一層大きい間隔とを有する２つの窓フィールドが、視野のサイズを指示するために使用される。光学クロストーク（混線）を抑制するために、光吸収材料の垂直壁が、隣接する光路の間に提供される。
【００１０】
非特許文献１は、光学画像形成のための別のマルチ光路配置を示す。非特許文献１から、マルチ光路配置が知られている。光電子画像センサのマイクロ画像は、それぞれに関連したマイクロレンズの下の、軸方向の中心に位置している。垂直な不透明壁を有する隣接する光路は、互いに分離されている。しかしながら、この配置を使用して、小さい対象物フィールドだけが検出される。小さい対象物距離（約２ｍ未満）に対して、同じ対象物点に関する隣接する光路の透視（視差）のオフセットの発生のため、光路ごとに、画像センサの光ダイオード群に関して画像形成しているマイクロ画像の副画素移行が、得られる。副画素移行は、超解像度アルゴリズムによって、多数の低解像度マイクロ画像から、高解像度の全体画像を計算する。この配置は、原則に従って、小さい対象物距離と小さい対象物フィールドサイズとのために使用されるだけである。さらに、この方法は、超解像度アルゴリズム（画像処理から知られている）が、高い複雑度を有するので、画像読み出しおよび処理時間が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願 ＤＥ１０ ２００４ ００３ ０１３．８
【特許文献２】国際公開第２００５／０６９６０７号
【特許文献３】米国特許第００５６９６３７１Ａ号
【特許文献４】欧州特許第０８４０５０２Ａ２号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｊ．タニダ、Ｔ．クマガイ、Ｋ．ヤマダ、Ｓ．ミヤタケ（「制限されたレンズ（Ｔｏｍｂｏ）概念による薄い観測モジュールと実験的検証」応用光学４０、１８０６〜１８１３ページ、２００１年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
代わりの回避の技術的可能性は、１光路レンズに接続された、光電子画像センサのための非常に小さい光ダイオード（画素）の使用である。その結果、短い長さのレンズで、小さい画像筋交いは、縁部において、小さい対象物フィールド角（小さい軸外れ異常と低い窓食）をもたらし、また、小さい対象物フィールドだけを検出する欠点をもたらす。この小型化された１光路レンズのために、非常に小さい長さと十分な画質とを有する相対的に小さいレンズが、使用される。この結果、ここでも、発明の（石版の）技術が、ウエハーレベル上で回避される。しかしながら、小さい画素は、小さい感光性領域の欠点、すなわち、レンズの同じ開口絞りで、全体配置の低感度化の欠点を有する。
【００１４】
まとめると、従来技術において、低背と高画質とを結合し、同時に、周知のマイクロ光学製造技術によって、優れた費用対効果で製造される画像装置の有利な構造は、存在しない、ことが注目される。
【００１５】
それゆえに、本発明の主たる目的は、低背かつ高画質を達成でき、同時に、マイクロ光学製造技術によって優れた費用対効果が実現される、光学画像装置、光学画像処理装置および光学画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本目的は、請求項１に記載の光学画像処理装置により達成される。
【００１７】
本発明は、少なくとも２つのマイクロレンズを有する少なくとも１つのマイクロレンズ・フィールドと、少なくとも２つの画像検出器マトリクスを有する画像センサと、を有している光学画像装置（例えば、マルチ光路画像および画像記録システムとも称される）を提供する。少なくとも２つの画像検出器マトリクス（例えば、光ダイオード群、光ダイオードマトリクス、または、光ダイオードフィールドとも称される）は、それぞれ、多数の画像検出器を含む。
【００１８】
それぞれのマイクロレンズは、１つの画像検出器マトリクスと共に光路を形成するように、画像検出器マトリクスとマイクロレンズとの間の配置が存在する。画像検出器マトリクスの中心は、関連した光路のマイクロレンズ窓の図心に関して、異なる距離だけ横方向に移行されている。図心は、画像検出器マトリクス上に映し出される。こうして、異なる光路は、異なるけれども部分的に重複している検出領域を有する。２つの光路の２つの検出領域の重複部分は、画像検出器マトリクスの画像検出器ラスタ（水平方向の走査線）に関して、オフセット（相殺）方法で、光路の画像検出器マトリクス上に作像される。
【００１９】
本発明の主要な考えは、対象物フィールドをいくつかの部分的領域に分割して、それぞれの部分的領域を、マイクロレンズ・フィールドの少なくとも１つのマイクロレンズで、関連画像検出器マトリクス上に作像することによって、光学画像装置を提供することが可能である、ということである。異なる光路の検出領域の重複のために、対象物フィールドの部分的領域は、光路のいくつかの画像検出器マトリクスによって、並行して検出される。
【００２０】
その結果、本発明の利点は、別々の光路において、対象物フィールドの部分的領域の並行検出が、それぞれの個別の光路の短い焦点長、および、拡張された対象物フィールドのための画像装置の構築長（背高）の減少を許容する、ということである。さらに、小さい対象物フィールドに接続された短い焦点長は、全体の対象物フィールドに関して、それぞれの個別の光路ごとに、１光路当たり簡素な光学部品（例えば、低い頂点または低い角度点を有する屈折レンズ）の使用を可能にする。さらに、最大の視野が、横方向の寸法（例えば、光路の数）によって決定され、その結果、構築長、組立長、または、それぞれの個別の光路の光学的組み立ての複雑さから基本的に独立していることは、利点である。それとは別に、光路の検出領域の重複のために、高い画像解像度能力が、従来技術の人工的複眼と比較して、達成される。さらに、その低い複雑度およびサイズのために、光学装置が、確立されたマイクロ光学製造技術（レーザ刻み付け、写真製版、溶解もしくは逆溶解（リフロー）、ウエハーレベル上のＵＶ複製）で、生成される。これらの技術は、洗練され、非常に正確で費用対効果に優れているので、大量生産に使用される。
【００２１】
更なる面は、画像処理装置が、画像エラーを修正して全体画像を再構成するための画像処理手段を含むとき、より高い画質が達成される、という発見に基づいている。画像処理手段は、個別の画像の挟み込みが考慮されるように、互いに独立した全ての画像検出器マトリクスの個別の画像の画像エラーを、時間的に並行して修正し、全体像を個別の画像から再構築することを実行する、ように構成されている。
【００２２】
その結果、本発明の更なる利点は、画像エラーを修正するための画像処理手段を有している画像処理装置によって、より高い画質が達成されることである。
【００２３】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の光学画像装置を示す模式図である。
【図２】付加的抽出格子を有する第１実施形態による対象物フィールド抽出を示す模式図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の光学画像装置を示す模式平面図である。
【図４】第２実施形態の光学画像装置による対象物フィールド抽出を示す模式図である。
【図５ａ】第２実施形態の光学画像装置の部分的領域を示す模式平面図である。
【図５ｂ】図５の部分的領域によって考慮された対象物フィールドを示す模式図である。
【図６ａ】追加されたスペクトル伝達フィールド（領域パターン）を有する第２実施形態の光学画像装置を示す一部模式平面図である。
【図６ｂ】図７の部分的領域によって考慮された対象物フィールド領域を示す模式図である。
【図７ａ】第２実施形態の光学画像装置の中央の対象物フィールド領域における歪みを示す模式図である。
【図７ｂ】傾斜した入射角の下での、第２実施形態の光学画像装置の外側の対象物フィールド領域における歪みを示す模式図である。
【図８】正の樽型歪みの基本的コースを示す模式図である。
【図９】格子対象物を有する第２実施形態の光学画像装置の正方形の対象物領域の画像歪みを示す模式図である。
【図１０】画像センサの受光面上の、第２実施形態の光学画像装置の主ビームおよび第３実施形態の光学画像装置の主ビームの傾斜角を示す模式図である。
【図１１】対象物フィールドの最も重要な抽出原則を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る第２実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【図１３】本発明に係る第３実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【図１４】本発明に係る第４実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【図１５】本発明に係る第５実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明に係る第１実施形態の光学画像装置１０００の模式図である。光学画像装置１０００は、第１マイクロレンズ１０ａと第２マイクロレンズ１０ｂとを有するマイクロレンズ・フィールド１０を含む。画像センサ３０はマイクロレンズ・フィールド１０の下に位置している。この画像センサ３０は、第１画像検出器マトリクス３０ａと第２画像検出器マトリクス３０ｂとを含む。２つの画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂは、それぞれ、複数の（例えば、３つの）画像検出器３２ａ，３２ｂを含む。第１マイクロレンズ１０ａは、第１画像検出器マトリクス３０ａに関連し、第１画像検出器マトリクス３０ａと供に第１光路を形成する。第２マイクロレンズ１０ｂは、第２画像検出器マトリクス３０ｂに関連し、第２画像検出器マトリクス３０ｂと共に第２光路を形成する。画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂの中心３４ａ，３４ｂは、関連マイクロレンズ１０ａ，１０ｂまたは関連光路のマイクロレンズ窓１３ａ，１３ｂの図心に関して、横方向にオフセット（相殺）されている。図心は、画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂ上に映し出される。
【００２６】
第１実施形態の光学画像装置１０００の構造の記述に基づいて、機能が議論される。対象物８００は、２つのマイクロレンズ１０ａ，１０ｂによって、それぞれに関連した画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂ上に作像される。第１光路および第２光路は、それらの検出領域の中で重複する。マイクロレンズ１０ａ，１０ｂに向かった画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂの中心３４ａ，３４ｂの横方向のオフセットのため、２つの検出領域の重複部分は、画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂの画像検出器上にオフセット作像される。
【００２７】
さらに、抽出格子はそれぞれの光路（図２参照）に関連している。第１光路の抽出格子８１０は、対象物８００のどの対象物点が、第１光路の画像検出器マトリクス３０ａのどの画像検出器上に作像されるか、を説明する。そして、第２光路の抽出格子８２０は、対象物８００のどの対象物点が、第２光路の画像検出器マトリクス３０ｂのどの画像検出器上に作像されるか、を説明する。
【００２８】
図２は、第１光路の抽出格子８１０と第２光路の抽出格子８２０とを有する対象物８００の表面を示す。抽出格子８１０は実線によって図示され、抽出格子８２０は点線によって図示される。実線の交点は、第１光路の画像検出器マトリクス３０ａの画像検出器上に作像された対象物８００の対象物セルを説明する。点線の交点は、第２光路の画像検出器マトリクス３０ｂの画像検出器上に作像された対象物８００の対象物セルを説明する。
【００２９】
抽出格子は、対象物８００の第１対象物セル８４０が、第１光路の画像検出器マトリクス３０ａの第１画像検出器に作像されるように選択され、かつ、第１対象物セル８４０に隣接する第２対象物セル８５０が、第２光路の第２画像検出器マトリクス３０ｂの第１画像検出器に作像されるように選択される。光路のこの「挟み込み」によって、これまで知られている人工的複眼原則より高い画像解像度が達成される。
【００３０】
以下において、本発明の別の実施形態が、図１２〜図１５を参照してさらに詳細に説明される。
【００３１】
図１２〜図１５の実施形態のマルチ光路のマイクロ光学画像形成と画像記録システムは、共通して以下の特性を有する。全てが、互いの軸方向の後ろに取り付けられた１つ以上のマイクロレンズ・フィールド１０から成る。マイクロレンズ・フィールド１０は、数個の（少なくとも部分的に透明な基板層２０，２１，２２、および／または、スペーサー層４０の）スタック上に成型され、または、複製される。完全な積層体は、光電子画像センサ１００に取り付けられる。その結果、光電子画像センサ１００は、マイクロレンズ・フィールド１０のマイクロレンズの焦点長（または、画像平面や焦点面）に配置される。以下において、光電子画像センサ１００は、簡潔に「画像センサ」または「画像センサチップ」とも称される。マイクロレンズ・フィールド１０と光電子画像センサ１００との間に、透明な窓または開口と、不透明な（すなわち、吸収または反射）スペースと、を有する少なくとも１つの窓フィールド層（１２，１２´）が、配置されている。別の特性は、マイクロレンズ・フィールド１０のそれぞれのマイクロレンズに関連している。光電子画像センサ１００の少なくとも５×５個の密に実装された画像検出器のマトリクス（すなわち、画像検出器マトリクス）３０が、各光路の中で生じているマイクロ画像を読み出すために使用される。画像読み取りは、この場合、発生した電磁放射（光）から電子写真流への変換を含む。それは、行と列に配列されて、光ダイオードごとに（画素ごとに）読み出される。画像解像度は、光ダイオードのサイズと数に制限される。簡単な光学画像形成が、各光路の中で生じるとき、それぞれのマイクロ画像は、それ自体、逆さであり、回転している（図４のマイクロ画像４４ａ〜４４ｅ参照）。それとは別に、それぞれの光路（すなわち、マイクロレンズの頂点と関連画像検出器マトリクス３０の中心との間の接続線）の視点４００の主方向と、全体が拡大された視野のサイズとは、関連光路または関連マイクロレンズのマイクロレンズ窓の図心に関して、それぞれのマイクロレンズから関連画像検出器マトリクス３０にオフセット（相殺）された中心によって、または、画像検出器マトリクス３０の中心点のオフセットによって、説明される。図心は、画像検出器マトリクス３０上に映し出される。さらに、マイクロレンズの焦点長と供に、それぞれの画像検出器マトリクス３０の拡張が、それぞれの光路の中で伝達された対象物フィールドの範囲を決定する。
【００３２】
さらに、少なくとも１つの窓フィールド１１は、光がマイクロレンズ・フィールド（１０）のギャップまたはスペースを通り抜けて、点在する光のように画像センサ１００に達することを防止する。そうでなければ、これは画像コントラストを減少させる。
【００３３】
光路分離構造（例えば、水平な窓層、または、垂直もしくは傾斜した吸収壁）の使用は、光学クロストークを防止することにおいて賢明である（いくつかの場合には不可欠である）。すなわち、光は、マイクロレンズから、隣接する光路（または、さらに離れた光路）のマイクロ画像の領域の中に作像する。光学クロストークは、異なる対象物点から、全く同じ画像点上に達する光束の重なりをもたらす。その結果、画像コントラストが減少する。それぞれの光路が他の光路と独立して働いている場合、それぞれのマイクロ画像に属している光電子画像センサ１００の領域（画像センサ）３０を、それぞれの光路に分類することは、有利である。一方、これは、画像センサ１００のチップ上に集積されたエレクトロニクス（例えば、光路ごとに分離された回路、ＳｏＣ＝「チップ上のシステム」）によって、光ダイオードフィールドの読み取り領域の物理的な分類によって達成される。または、これは、対応して分離された別のデータ処理によって（例えば、ＦＰＧＡ上の周辺、または、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）上のソフトウェアによって）、半導体チップの外でも達成される。それぞれは、マイクロ画像を表示する。第１方法（画像センサのチップ上の物理的な分類）の場合、対象物に特に適合した画像センサが、使用されなければならない。それとは対照的に、第２方法の場合、適合している下流の画像処理ハードウェアまたはソフトウェアを有する従来の画像センサが使用される。しかしながら、ここに、従来の画像センサ上のマイクロ画像の間のギャップの中の活性画素は、暗くて、未使用のままで残る。大部分の活性画素は、暗電流雑音を修正するために役立つ。
【００３４】
隣接する光路のマイクロ画像の読み出し信号は、ハードウェアまたはソフトウェアの中で、完全な画像（例えば、図４の完全な画像再構成器６０によって）を説明する。個々のマイクロ画像の能動的焦点合わせ手段は、マイクロレンズの短い焦点長、および、大きな深い焦点（または、焦点の深さ）のために必要ない。それとは別に、マイクロレンズ・フィールド１０の個々のマイクロレンズの表面輪郭が、平均傾斜角に関して（特に、フィールドの湾曲と乱視に関して）修正される。これは、接線かつ矢状的方向に、焦点長を個別に適合させることによって実行される。その結果、マイクロ画像の中央における、対応する画像くぼみ部分は、画像平面に一致する。この適合によって、それぞれのマイクロレンズ・フィールド１０の中のマイクロレンズの輪郭が生じる。マイクロレンズの輪郭は、回転対称から逸脱する（非不定形輪郭）。
【００３５】
マルチ光路画像形成対物レンズ（マイクロレンズ・フィールド、スペース層および窓）は、マイクロ光学製造方法（ＵＶ石版、溶解処理（リフロー方法）、ＵＶ複製、レーザ刻み付け、グレー陰影、２光子写真製版）によって有利に生成される。ここで、マイクロ光学対物レンズは、光電子画像センサ１００上に、直接かつ平坦に実装されるので、マイクロ光学対物レンズの軸方向の位置決め精度は非常に高い。軸方向の許容範囲は、層の厚み許容範囲によって与えられる（μｍの範囲内で）。横方向の実装許容範囲は、それぞれのマスク照準器のマスクの精度、位置調整マークおよび位置調整装置によって決定される。それらは数μｍ（例えば、１〜２μｍ）である。
【００３６】
本発明の１つの面によると、本発明に係る光学画像装置は、特に、１光路当たり多数の画素使用と、全体画像を説明する、または、結合される小さいマイクロ画像の画像形成とのために、例えば、特許文献１と特許文献２との中で説明されている人工的複眼の分野の従来技術と異なる。対象物フィールドの非常に限られた領域の代わりに、全ての光路は、特許文献１および特許文献２と比べて、多数倍大きい対象物フィールドを検出する。各光路において、広範囲にわたる対象物フィールド領域の画素化されたマイクロ画像が検出される。異なる光路の画素化されたマイクロ画像は、互いに挟み込まれる。この結果、より高い全体解像度能力が可能になる。さらに、１光路当たり多数の画素の使用は、製造がより容易な、より大きいマイクロレンズの使用を可能にする。
【００３７】
個々の光路によって検出された対象物フィールド領域は、部分的に重複する。それでも、光ダイオード群の個々の画素上に作像された対象物は、主に分画している。この理由は、隣接する光路の抽出格子が、互いに関して単一の光路の抽出間隔（抽出格子の２つの隣接する線の間の距離）の整数倍で移行しない、ということである。マイクロレンズの短い焦点長と光ダイオードの固定サイズとにかかわらず、隣接する光路が相互作用する、密集した対象物フィールド抽出が可能である。特に、ここで、隣接する光路の抽出格子を移行するための２つの場合が、言及される。図１１はこれら２つの場合を模式的に示す。対象物フィールドの中で、光学画像装置の光電子画像センサの光ダイオードによって抽出された（または、検出された）二次元領域が、断面図において、箱関数によって示される。線の種類および番号は、それぞれの光路への抽出領域の配分を指定する。一般性を制限しないで、それぞれ５つの光ダイオードが、光路ごとに示される（Ｎ＝５、Ｎは、１光路当たりの抽出領域または光ダイオードの数）。例えば、第３光路に対して、５つの光ダイオード３２ａであり、第４光路に対して、５つの光ダイオード３２ｂである。
【００３８】
第１光路の光ダイオードは、番号１によって指定され、一点鎖線によって示される。第２光路の光ダイオードは、番号２によって指定され、点線によって示される。第３の光路の光ダイオード３２ａは、番号３によって指定され、実線によって示される。第４の光路の光ダイオード３２ｂは、番号４によって指定され、破線によって示される。第５の光路の光ダイオードは、番号５によって指定され、近接した破線によって示される。第６の光路の光ダイオードは、番号６によって指定され、二点鎖線によって示される。異なる光路の隣接する光ダイオードは、光学画像装置によって検出された対象物の隣接する対象物セルを検出する。
【００３９】
図１１の上段の場合（１）は、２つの隣接する光路の抽出格子が、それぞれ、互いに関して、個々の光路の抽出間隔ｄＡの半分だけ移行される（移行：ｄＶ）。考慮している組の１つの光路から、隣接する組のそれぞれの次の光路への抽出格子の移行ｄＶは、単一光路において、抽出間隔の非整数倍である（例えば、｛（Ｎ−（１／２）｝×ｄＡ、ここで、Ｎは整数である）。この場合（１）は、少ない数の光路（例えば、２×２個の光路）に、または、より小さい対象物距離（５０×焦点長より小さい）に関連しており、対象物フィールドのギャップ無しの等距離抽出を保証する。言い換えれば、単一光路の抽出間隔の半分の奇数倍だけ移行が行われる。
【００４０】
図１１の下段の場合（２）は、１光路内の全ての抽出間隔の全合計（Ｎ×ｄＡ）の半分だけ、または、光ダイオードの数（Ｎ）と光路の抽出間隔（ｄＡ）との積の半分（例えば、Ｎ×ｄＡ／２）だけ、光路または光路の光検知器マトリクスの中心の移行ｄＶを示す。同時に、１光路当たりの光ダイオードまたは抽出領域の奇数（Ｎ）も示す。この場合（２）は、より多数の光路に関連しており、隣接する光路と協働して抽出周期を半分にし、抽出ギャップやマルチ抽出を得ない。この特性は、いくつかの利点を有する。第１利点は、構築長（マルチ光路システムさえ）の短縮化（例えば、半分化）が、一定の角度抽出で可能になる、ということである。これは、レンズによって背後に映し出された、全体画像の２つの隣接する画素の間の角距離が、維持されること、を意味する。これは、光ダイオードの同じ開口絞り（Ｆ／＃）および同じサイズが、従来技術に関して想定されるとき、適用される。構築長またはマイクロレンズの焦点長の減少から、マイクロレンズ直径の減少は、一定の開口絞りまたはｆ番号（ｆ／＃＝マイクロレンズの焦点長／マイクロレンズの直径）を得ることをもたらす。小さい足跡（受光面）を有する光電子画像センサが使用されるので、対物レンズの横方向の寸法の結果として起こる減少が、コスト削減をもたらす。更なる利点は、画像形成が、マイクロレンズの、より短い焦点長で、等しいサイズの光ダイオード上で実行されるので、角度抽出が一定に維持されたままで、感度が増加することである。周知のシステムと比較して、焦点長を短くすることによって、角度解像度能力が、一定に維持された光ダイオードのサイズの状態で減少する。さらに、角度解像度を一定に保つために、より小さい光ダイオードを有する光電子画像センサが、使用される。それぞれの光ダイオードの感度は、より大きい光ダイオードに関して減少する。
【００４１】
個々の光路の挟み込みを明確にするために、図５ａは、単一光路１０´を有する光学画像システムの一部領域５００の平面図を示す。言い換えれば、図５ａはマイクロレンズ・フィールド１０´の例示的配置を示す。それは、図１２〜図１５に示された実施形態の中の配置であり、または、並びである。光学画像システムのそれぞれの光路に、正確に１つのマイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３が関連している。マイクロレンズ１０１〜３０３は、マイクロレンズ・フィールド１０´の中に配置されている。マイクロレンズ１０１〜３０３の輪郭は、等高線５１０によって表示されている。
【００４２】
図５ｂは、この一部領域５００によって観察される対象物フィールド領域８００´を示す。対象物フィールド領域８００´は対象物セル８１０に分割される。対象物セル８１０は、それぞれ、（光路に関連付けられたマイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３によって、）単一光路１０´内の光ダイオード上に作像される。単一光路１０´の挟み込まれた抽出格子を明確にするために、それぞれの対象物セル８１０は、この対象物セル８１０を検出するそれぞれの単一光路１０´（または、マイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３）の指数によって指定される。その結果、隣接する対象物セルが、隣接する光路（または、マイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３）の光ダイオードによって、検出されることが認められる。光路の挟み込みのため、光路の抽出ギャップは、隣接する光路によって検出されることが、可能である。
【００４３】
別の実施形態で、マルチスペクトル画像記録（例えば、カラー画像記録）が、実行されることは、さらに可能である。必要なスペクトル伝達フィルタは、画素ごとに、すなわち、光電子画像センサの個々の光ダイオード上に集積される（例えば、周知の「バイエル・モザイク」の中の配置）。または、光路ごとに、例えば、マイクロレンズの対物レンズ内に、または、関連画像センサ領域上に集積される。光路ごとのスペクトル伝達フィルタの集積は、従来の単一光路画像システムに関して、レンズが、光路特有の入射角のための修正に加えて、光路特有の伝達スペクトル分配に関して適合されるという利点を有する。。それとは別に、この構成において、色クロストークは、隣接する光ダイオードの間に全く起らない。これから、例えば、画像の一層高い色輝度が、視覚スペクトル（例えば、赤、緑、青）のカラーフィルタを使用するとき、結果として生じる。さらに、光学画像システムの構築長さが短縮化される。光路ごとのフィルタの集積の変形で、全ての異なるスペクトル部分に対して、対象物フィールドの一定の抽出を保証するために、抽出体系は、図４と図６ａと図６ｂに従って使用される。
【００４４】
図６ａは、光学画像装置の一部領域６００の平面図を示す。光学画像装置は、単一光路１０´と、光路ごとに集積されたスペクトル伝達フィルタ（領域パターン）と、を有する。図６ａに示された光学画像装置の平面図は、光路（または、マイクロレンズ）１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３上のスペクトル伝達フィルタ、だけ異なる。それぞれの領域パターンは、正確に、１つのスペクトル伝達フィルタに関連し、それぞれの光路は、正確に、１つのスペクトル色に関連している。全ての異なるスペクトル部分に対して、対象物フィールドの一定の抽出を保証するために、異なる光路は、同じスペクトル伝達フィルタを有する。図６ａにおいて、光路１０１，１０３，３０１，３０３は、斜線領域パターンと第１伝達フィルタ（例えば、赤色フィルタ）を有する。光路１０２，３０２は、水平線領域パターンと第２伝達フィルタ（例えば、緑色フィルタ）を有する。光路２０１，２０２は、波線領域パターンと第３伝達フィルタ（例えば、青色フィルタ）を有する。光路２０２は、点を打たれた領域パターンと第４伝達フィルタ（例えば、灰色フィルタ）を有する。
【００４５】
図６ｂは、図６ａの一部領域６００から監視された対象物フィールド領域８００´を示す。対象物フィールド領域８００´は、対象物セル８１０に分割される。１つの対象物セル８１０は、それぞれ（少なくとも基本的には）、単一光路（マイクロレンズ・フィールド）１０´内の光ダイオードに作像される。単一光路１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３の挟み込まれた抽出格子と、それぞれのスペクトル伝達フィルタによる対象物セル８１０の適用範囲とを示すために、それぞれの対象物セル８１０は、それぞれの単一光路１０´の識別番号１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３と、フィルタパターン（斜線、水平線、波線、点線）とが提供される。隣接する対象物セル８１０は、隣接する光路１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３によって検出された抽出格子のために、検出される。抽出格子は、画像形成装置の焦点領域の対象物側深さにある。隣接する光路（例えば、１０１，１０２，２０１，２０２）によって検出された対象物フィールド領域は、部分的に重複する、ことが明確になる。その結果、直接に隣接する画像情報（例えば、８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄ）は、それぞれ、異なるスペクトル伝達フィルタ（例えば、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ、灰色フィルタ）によって結合された全体画像の中で得られる。あるいは、スペクトルデータを得るために、それぞれフィルタにかけられる。例えば、対象物フィールド８００´の４つの直接に隣接する領域（画像情報）８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄは、全部で４つのスペクトル伝達フィルタを含む群８２０を形成する。
【００４６】
それぞれの画像画素または画像情報（例えば、８１０ａ）のマルチスペクトルデータ（例えば、１色当たり１つの灰色値）は、関連スペクトル域または画像情報（例えば、８１０ａ）の物理的に記録された値の、および、残っているスペクトル域の、または、隣接および／または周囲の画素（例えば、８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄ）の画像情報（例えば、８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄ）の値の、重み付けされた補間によって補間される。スペクトル域またはスペクトル伝達フィルタは、各画素に関連付けられる。光路ごとの、スペクトル伝達フィルタの集積の変形、すなわち、各光路は自身のスペクトル伝達フィルタを含む。隣接する光路は、好ましくは、異なるスペクトル伝達フィルタを含む。対照的に、それぞれの光ダイオード上にスペクトル伝達フィルタを集積することは、製造中に取り扱い易い、より大きいスペクトル伝達フィルタが使用される、という利点を有する。ここで、示された変形に対して、スペクトル伝達フィルタが、光路ごとに、それぞれの光路の画像センサ領域上に集積される。
【００４７】
図１２は、第２実施形態の光学画像装置１２００を示す。画像マイクロレンズ１０は、全体に層厚みを有する、透明または少なくとも一部透明な基板層２０，２１，２２の積層体上の二次元フィールドの中に配置される（一次元配置も可能である）。層厚みは、それぞれの材料（ガラス、プラスチック）のマイクロレンズの焦点長に対応する。透明な基板層２０，２１，２２の裏に、光電子画像センサ１００が、二次元フィールドに配置される多数の光ダイオード３０´と供に、（例えば、マイクロレンズ１０の焦点面に）配置される。光ダイオード３０´は、マイクロレンズ・フィールドの光路分割に従って、光路のそれぞれのマイクロ画像のために、少なくとも５×５個の光ダイオード３０´の別々の群に分割される。これらの群は、それぞれ画像検出器マトリクス３０または光ダイオードフィールド３０を形成する。
【００４８】
マイクロレンズ・フィールド１０の下に、窓フィールド１１が位置している。基板層２０と基板層２１との間に、第１窓フィールド１２が位置している。第２窓フィールド１２´は、基板層２１と基板層２２との間に位置している。基板層２２の下側に、画像センサ１００が実装されている。画像検出器マトリクス３０の中心は、関連光路のマイクロレンズ窓の図心に関して、オフセット（相殺）された中心を含む。図心は、画像検出器マトリクス３０上に映し出される。
【００４９】
構造記述に基づいて、機能が説明される。それぞれの光路の視点４００の主方向は、それぞれの光路のマイクロレンズ窓の図心に関して、画像検出器マトリクス３０の中心のオフセットによって説明される。
【００５０】
それぞれの画像検出器マトリクス３０の拡張は、マイクロレンズの焦点長と共に、それぞれの光路の中で伝達された対象物フィールド領域を決定する。隣接する光路によって検出された対象物フィールド領域は、相互に、少なくとも部分的に重複する。光路の２つの粗い抽出格子は、より密集した新しい抽出格子を形成するために、相互に補い合う。考慮されている光路の抽出格子は、例えば、考慮されている光路の焦点領域の深さ（または、焦点領域の深さの平面）における、それらの対象物点の全体である。対象物点は、考慮されている光路の画像検出器マトリクス３０の個々の画像検出器上に作像される。図２、図４、図５ａおよび図５ｂは、この特性、すなわち、隣接する光路の挟み込みを示している。マイクロレンズ・フィールド１０の下に直接に窓フィールド１１を使用することは、散乱光を抑制するために有利である。そうでなければ、散乱光は、マイクロレンズのギャップを通過する。さらに、不透明な（吸収または反射する）材料で作られた、少なくとも２つの水平な窓フィールド１２，１２´が、光路間の光学クロストークを防止するために使用される。透明基板層２０，２１，２２は、好ましくは、ガラス、プラスチック、または、無機の共重合体（例えば、ＯＲＭＯＣＥＲ）で作られている。ここで示されたことに加えて、スペクトル伝達フィルタ（例えば、光路ごとに、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ）のフィールド型配置は、窓層（窓フィールド）１１とマイクロレンズ１０との間に直接に構造化され、マルチスペクトルの画像記録を可能にする。
【００５１】
光学画像装置１２００は、単層の組み立て、簡素な製造技術、および、それらに繋がった安定性によって、特徴付けられる。レンズは、光電子画像センサ１００とは別に製造され、その後のステップにおいて、位置調整マークによって、ウエハーレベル上にレンズが実装される（一のウエハー上に多くの光電子系が実装されるのと並行して、他のウエハー上に多くの光学系が実装される）。あるいは、個々のレンズは、光学ウエハー接合から切断され、個別にそれぞれの光電子画像センサに実装される。固定は、例えば、接着、はんだ付け、または、陽極接合によって実行される。また、ハイブリッド製造技術が可能である。光学部品は、多数の光電子画像センサ１００を有する光学ウエハー上に、段階的に組み立てられる。それらの関連マイクロレンズに関して（または、関連光路もしくは関連マイクロレンズのマイクロレンズ窓の、画像検出器マトリクス３０上に映し出された、図心に関して）、画像検出器マトリクス３０の中心点のオフセットを示すために、図３において、第２実施形態の二次元画像形成および画像記録システムの簡略な模式平面図が示される。ここで、フィールド型に配置されたマイクロレンズ１０が示される。マイクロレンズ１０の輪郭は等高線によって示される。そして、マイクロレンズ１０は、光電子画像センサ１００の光ダイオード（画像検出器マトリクス３０）の群を、（それぞれの光路のマイクロレンズ窓またはそれぞれのマイクロレンズの図心に関して、）軸方向に基本的に横方向にオフセットする。図心は、画像検出器マトリクス３０上に映し出される。
【００５２】
さらに、第２実施形態と他の可能な実施形態は、光路ごとに、マイクロ画像信号の電子前処理のためのユニット（画像処理装置）７０を含む。画像処理装置７０は、任意に、光電子画像センサ１００の回路に集積される、または、光電子画像センサ１００の外で下流回路に接続される。
【００５３】
ユニット７０が、以下ににおいて、「画像処理装置」としても参照される。
【００５４】
例えば、以下において、画像処理装置７０のハードウェア実行のための４つの変形が、光学画像装置に接続された状態で示される。
【００５５】
１．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００の外側周辺部（例えば、光電子画像センサチップ１００が配置されているのと同じ印刷回路基板上に配置されたＦＰＧＡ）に配置されている。すなわち、画像処理装置７０は、画像センサチップ１００上に配置されていない（オフチップ）。光電子画像センサチップ１００は、わずかな出力しかない。完全な画像マトリクス（画像検出器マトリクス３０の画像検出器３０´によって検出された全ての画像情報の全体）は、出力されて、その後、（時間的に直列に）一緒に処理される。
【００５６】
２．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００の外側周辺部に配置されている。しかし、光電子画像センサチップ１００は、多数（少なくとも画像検出器マトリクス３０と同じ数）の出力を有する。ここで、歪みの修正と、それぞれのマイクロ画像のための更なる画像前処理とは、別々に実行される。仮に、適用されるならば、両者は、時間的に並行して実行される。
【００５７】
３．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００（例えば、「ＡＳＩＣ（応用仕様集積回路））上に配置されている。しかし、光能動的領域の外側に配置されている。完全な画像マトリクスは、光電子画像センサチップ１００内の光能動的領域から画像処理装置７０に移送され、その後、（時間的に直列に）一緒に処理される。
【００５８】
４．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００（例えば、ＡＳＩＣ）上に配置され、一部（すなわち、マイクロ画像処理手段５０）は、画像検出器マトリクス３０のギャップの中に配置されている。この場合、画像検出器マトリクス３０の画像処理の一部は、別々に、時間的に並行して実行される。それとは別に、必要な回路を光能動的領域に集積することによって、シリコン領域が抑えられる。すなわち、マイクロ画像処理は、画像検出器マトリクス３０の間のマイクロ画像処理装置によって、それぞれの画像検出器マトリクス３０ごとに、別々にかつ時間的に並行して実行される。
【００５９】
例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの中の画像処理装置７０のハードウェア実行の場合、光路ごとの歪みの修正は、「時間的に並行して」実行されるだけである。特性「時間的に並行して」は任意である。高い画像繰返し速度に関して、ハードウェア実行のこの実施形態は好まれる。しかし、ソフトウェアに基づいた修正も、例えば、ＰＣに接続された状態で実行される。
【００６０】
画像処理装置７０は、第２実施形態に関して説明されるべきである。それは、光路ごとに、マイクロ画像の歪みの、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実現された電子補正を実行する。
【００６１】
増加する入射角を有する（すなわち、対象物フィールドの外縁域の）単一の画像形成レンズ（例えば、単一の平凸のレンズ）による画像形成と傾斜入射光とのため、画像歪みの増加が起こる。これは、傾斜した入射角を有する正方形の対象物範囲が、ダイヤモンド形をした画像領域の中に作像される、という事実をもたらす。
【００６２】
図７ａは、第２実施形態の中央の対象物フィールド領域における歪みの質的図を示す。正方格子に配置されている対象物セルは、傾斜した入射角の下で、より小さい半径の画像座標の中に作像される。その結果、樽形をした歪みが生じる。
【００６３】
図７ｂは、傾斜した入射角（ここでは、対象物フィールドの中の筋交いの角度が３８°）の下で、歪みが、さらに、強く非対称的になることを示す。図７ａと図７ｂの効果は、視覚化目的のために強く誇張して示される。
【００６４】
図８は、正の樽形歪みの基本コースを示す。これは、軸近傍の（すなわち、理想的な）歪みのない衝突高さ（「理想的な衝突高さ」）と比較した、画像平面の中の主ビームの半径の高さ（「現実の衝突高さ」）によって示される。「現実の衝突高さ」は、対象物フィールドの中の入射角（ＡＯＩ）に依存している。画像形成が、入射角の増加に従って、衝突高さが小さくなる傾向にあることは、明白である。異なる光路のマイクロ画像上に作像された隣接する対象物点は、再び、全体画像の中の隣接する画像点の中にまとめられなければならないので、マイクロ画像の均等化または修正が賢明である。さもなければ、入射角に対応して増大している歪みの結果として、光路ごとに、画像検出器マトリクスの中心が、全体画像の縁に向かうそれぞれの光路（いわゆる、軸外れ光路）のマイクロレンズ窓の図心に関して、横方向に移行しているため、画像情報の間のオフセット（相殺）が、より多く生じる。その結果、マイクロ画像の誤った接続と減少した解像度とが生じる。マイクロ画像の信号は、集積回路（例えば、ＡＳＩＣ、ＳｏＣ）、または、下流の回路（例えば、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ）のいずれかの中のハードウェア部品、および／または、ソフトウェア部品によって、直接に回転され、逆転にされ、修正される（すなわち、例えば、図４の歪み修正器５０によって、歪みに関して修正される）。それとは別に、同じ系列内において、言い換えれば、歪み修正器５０によって、マイクロ画像の中の固定パターン雑音と、照度の不均一性（陰影）とが、修正される。この画像処理の並行化の可能性は、例えば、応用仕様集積回路（ＡＳＩＣ）によって、短い計算時間と、全体画像の高い繰返し速度とを可能にする。
【００６５】
歪みを修正して、個々のマイクロ画像から全体画像をまとめるためのユニットは、図４および図９に示され、これらの２つの図に関して詳細に説明される。
【００６６】
図４は、マイクロ画像を修正して、マイクロ画像から全体画像３００を再構成するための下流のユニット５０，６０，６１を有する第２実施形態の光学画像装置を示す。拡張された対象物フィールド領域（例えば、焦点領域の深さ）に配置された対象物８００は、光学画像装置の数個の光路によって、サイズに従って検出される。マイクロレンズ・フィールド１０の個々のマイクロレンズによって作像された対象物フィールド領域は、相互に少なくとも一部重複する。それでも、画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）上に作像された対象物領域（４４ａ〜４４ｅ）は、主に分画されている。すなわち、既に画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）上に作像されている対象物領域（４４ａ〜４４ｅ）は、好ましくは、別の画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）上に作像されない。この理由は、隣接する光路の抽出格子が、例えば、光路内の全ての抽出領域の完全な合計の半分だけ、相互に関して移行されるからである。抽出領域は、奇数の抽出領域または光ダイオードを有する。密集した対象物フィールド抽出は、マイクロレンズ１０の短い焦点長と光ダイオード３０´の固定サイズにもかかわらず、可能である。
【００６７】
図４は、さらに、画像処理手段７０を有する画像前処理を示す。画像処理手段７０は、画素群または画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）の記録されたマイクロ画像から、全体対象物８００の完全で歪みのない画像３００を形成するために必要である。個々のマイクロ画像３０ａ〜３０ｅは、画像処理手段７０の第１処理手段（「マイクロ画像インバータ」）５１の中で、水平方向および垂直方向に鏡像される（１８０°回転に対応する）。画像処理手段７０の第２処理手段（「均等化または修正ステージ」）５２の中において、マイクロ画像の画素値は、位置変換（例えば、ｘ座標とｙ座標との双一次変換）によって、離散的格子構造から、連続した仮想座標面に変換される。変換パラメータは、光学設計データと模擬実験から知られる。その結果、遠近画法、画像形成拡大の変化、および、画像エラーによる画像歪みは、修正される。追加的補間によって、歪みのない画素値は、光路ごとに、新しい離散的格子（３１ａ〜３１ｅの中のｘ´，ｙ´）上に作像をされる。処理手段５１，５２の中で実行される処理ステップは、好ましくは、光路ごとに並行して実行される。適合した光電子画像センサ１００の使用で、それぞれの各光路ごと存在する回路モジュール内の第１処理手段５１と第２処理手段５２とを、画像センサ１００のチップ（例えば、ＡＳＩＣ）上に直接に集積することは、処理過程の加速のために有利である。対応する回路の配置のために、隣接する光路の画像検出器マトリクス３０の間の光学的に不使用のギャップが、提示される。全てのマイクロ画像（３１ａ〜３１ｅ）の画素値の溶融（または、全体画像の再構成）は、選択的に、略ハードウェアで、すなわち、光電子画像センサのチップ（例えば、ＦＰＧＡ）の周辺部において電子的に、または、略ソフトウェアで、すなわち、外部的に接続されたＣＰＵ（例えば、ＰＣ）内だけで、行われる。
【００６８】
画素値の溶融は、画像処理手段７０の第３処理手段（「全体画像再構成器」）６０によって、実行される。第３処理手段６０は、固定パターンに従って、画素値を、歪みのないマイクロ画像３１ａ〜３１ｅから最終画像マトリクス３００の中に、再分類を実行する。固定パターンは、個々の光路の抽出格子の挟み込みによって与えられる。
【００６９】
図９は、傾斜した入射角の下で、画像形成における歪みの結果として、格子対象物８００を有する正方形の対象物領域の画像歪みを示す。図９の左側は、比較例として、歪み修正のための第２処理手段５２を有さない格子対象物８００の再構成を示す。図９の右側は、歪み修正のための第２処理手段５２を有する格子対象物８００の再構成を示す。
【００７０】
図９の左側では、マルチ光路画像および画像記録システムによる、または、光学画像装置による画像形成を含む画像記録系列と、マイクロ画像（ここでは、３×３個）の第１処理手段５１による後続の変換とが、示される。第２処理手段５２が無い結果として、マイクロ画像３２は、まだ歪んでいる。以下のことは、対象物距離に依存する視差のオフセットを補償するために、（例えば、画像処理手段７０の「視差補償器」６１による）マイクロ画像３２の仮想移行化である。最終的に、全てのマイクロ画像３２の第３処理手段６０よる画素値の溶融は、全体画像３２０になる。歪みのため、異なるマイクロ画像の細かい部分は接続できない。対象物８００は、全体画像３２０によって十分正確に表示されない。
【００７１】
これとは対照的に、図９の右側では、画像処理系列が、歪みを修正するためのステージ（均等化または修正ステージ５２）と共に、示される。その結果、変換されたマイクロ画像３１は、歪みがなく、視差補償器６１（マイクロ画像の仮想移行）による視差補償、および、全体画像再構成器６０による全てのマイクロ画像の画素値の溶融の後に、対象物８００の十分正確な表現を表示する全体画像３００を形成する。
【００７２】
特許文献３と特許文献４のシステムとは対照的に、本発明に係る実施形態において、マイクロ画像の歪みの光路ごとの修正、および、マイクロ画像の画素値の補間が、実行される。その結果、全体画像における解像度能力は、区分化によって減少しない。
【００７３】
歪みの適切な修正、および、マイクロ画像を全体画像に再構成することを可能にするために、対象物スペースの中の作動距離の電子的設定が使用される。横方向に離れて区切られた２つの光路から、隣接する２つの対象物点を抽出するとき、異なる光路間の視差のため、小さい対象物距離で、隣接する画像情報のオフセットが生じる。このオフセットは、部分的な画像情報の（「仮想」）移行によって修正される。ここでの移行は、対象物距離と、光路間の基本長（すなわち、それぞれの光路の光検出器マトリクスの中心点の間の距離）とに依存する。基本長が知られているので、（例えば、適した独立のギャップセンサで、）対象物距離を測定することによって、オフセットが電子的に後修正される。光学画像形成および画像記録システムは、それぞれの対象物距離ごとに、歪みのない方法で（例えば、図４の視差補償器６１によって）、溶け合う（マイクロ画像を全体画像に溶融すること）前に、マイクロ画像の仮想オフセットの変化によって、全体画像に焦点を当てる。
【００７４】
作動距離の設定は、離散的ステップの中で、それぞれのマイクロ画像の画像画素の数に従って、実行される。しかしながら、マイクロ画像の均等化または修正のために、（歪みの無いマイクロ画像への）座標変換と、（離散的画素位置を有する歪みの無いマイクロ画像の信号強度の）補間とが、必要である。作動距離の設定は、より微細な等級であっても、仮想の副画素移行によって、実行される。
【００７５】
言い換えれば、小さい（１００×焦点長より小さい）対象物距離で、部分的に重複している対象物フィールド領域の間の画角（視差）のオフセットが、隣接するマイクロ画像の中で起こるので、同様のことが、マイクロ画像の溶融において、マイクロ画像の細部の規則正しい連続した接続を保証するために、考慮されるべきである。仮に、（平均）対象物距離が知られているならば、全体画像再構築器６０の中の分類アルゴリズムは、数値表に応じて、単一光路のマイクロ画像を、相互に事実上横方向にオフセットすることによって、変化される。（平均）対象物距離は、例えば、測定ファインダーカメラと同様に、視差補償器６１の中の外部センサ源によって決定される。これは、副画素補間によって、１画素の等級、または、さらに微細な等級でも、実行される。全体画像３００の縁では、挟み込まれた抽出格子のため、関連対象物フィールドセルが、マイクロレンズ・フィールド１０の縁を超えて配置された外れた隣接光路によって検出されるので、「空白の画素値」が起こる。
【００７６】
図１３は、第３実施形態の光学画像装置１３００を示す。光学画像装置１３００は、例えば、５つの画像検出器マトリクス３０を有する画像センサ１００を含む。対象物に面している画像センサ１００の一方の面（または、上面）には、透明な基板層２２が配置されている。基板層２２の上には、第１窓フィールド１２´が配置されている。第１窓フィールド１２´の上には、別の透明な基板層２１が配置されている。基板層２１の上には、第２窓フィールド１２が配置されている。スペーサ層４０は、第２窓フィールド１２の上に配置され、マイクロレンズ・フィールド１０は、このスペーサ層４０内に逆さに設置されている。すなわち、マイクロレンズ・フィールド１０のマイクロレンズの平面側は、対象物に向けられ、一方、マイクロレンズの曲面側は、画像センサ１００に向けられている。第１窓フィールド１１は、マイクロレンズフィールド１０の上側に配置されている。第１窓フィールド１１の上には、別の基板層２０が配置されている。基板層２０は、上面側に第２窓フィールド１１´を有している。フィルタ層２００は、第２窓フィールド１１´の上に配置されている。
【００７７】
以下において、第３実施形態の光学画像装置１３００の機能および利点が説明される。光学画像装置１３００において、少なくとも１つの基板層２０を有するマイクロレンズ・フィールド１０が、透明な基板層２１，２２の基本的積層体を有するスペーサ４０に逆さに取り付けられるので、第２窓フィールド１１´は、レンズから分離され、透明な基板層２０の前側に位置する。これは、第２実施形態の光学画像装置１２００と比較して、以下の利点がある。
【００７８】
第１の利点は、平凸レンズに関連する第２窓フィールド１１´の上流の位置によって、光学画像エラー（特に、コマ（彗星の頭部の雲状のもの）、乱視、および画像フィールド効果）が部分的に補償される、ということである。そうでなければ、それぞれの単一光路内のより大きい数の光学要素（レンズ）が必要である。対物レンズによる大きな入射角から作像されるべき光４１０は、実際のレンズ領域に達する前に、フィルタ層２００によって屈折され、基板層２０の中に入射する、という更なる利点がある。大気と比較して、基板層２０の、より高い屈折率のため、ビームは、より小さい角度の下、レンズ輪郭を通過する。それは、光学画像エラー（異常）の減少をもたらす。
【００７９】
さらに、第２実施形態の場合、対象物フィールドの中の画角に依存して、画像平面上への実際に同じサイズの主ビームの入射角が生じる（図１０参照）。特に、大きい入射角で、これは、光電子画像センサ１００の３次元画素構造と、隣接する光ダイオード３０´の間のクロストークとによって、陰影をもたらす。これらの効果は、相対的照度の強さと画像内のコントラストとを減少させる。それとは対照的に、第３実施形態の場合、中間フィールド（それぞれの画像検出器マトリクス３０の中心の光ダイオードによって検出される、対象物フィールドの対象物セル）の主ビームは、小さい角度の下で、各光路の中で、光電子画像センサ１００の光能動的領域上に衝突する。光電子画像センサ１００は、画像の中の相対的照度の強さに関する有利な効果を有する。
【００８０】
図１０は、７５°の完全な視野角度を有するマルチ光路画像および画像記録システムのための光電子画像センサ１００の平面の正規化直径座標を横切って記載された、光電子画像センサ１００の平面上のそれぞれの主ビームの入射角（度）を示す。データ列１は第２実施形態の光学画像装置１２００を使用して得られ、データ列２は第３実施形態の光学画像装置１３００を使用して得られた。
【００８１】
さらに、マイクロレンズ・フィールド１０の前側が平らに設けられているので、マイクロレンズ・フィールド１０は、光学フィルタ２００（例えば、視覚光における応用のためのＩＲ帯域阻止フィルタ）の前側に、逆さに実装される。および／または、スペクトル伝達フィルタ（例えば、光路ごとの、赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタ）のフィールド型配置は、集積されている。さらに、平らな境界領域またはインタフェースは、反射防止（例えば、ＡＲコーティング）のために、および、環境の影響から後続の第２窓フィールド１１´を保護すること（例えば、耐摺り傷のコーティング）のために役立つ。あるいはまた、スペクトル伝達フィルタのフィールド型配置は、第１窓フィールド１１とマイクロレンズフィールド１０との間で直接に構造化される。
【００８２】
フィールドとして設けられたスペーサ４０は、不透明な材料（例えば、プラスチック、深くエッチングされたシリコン）、または、透明な材料（例えば、プラスチック、ガラスまたは無機の有機ポリマー（例えば、ＯＲＭＯＣＥＲ））のいずれかで作成されることが勧められる。ギャップは、マイクロレンズと比較して低屈折率を有する材料（例えば、空気、真空引きされた空気、窒素または同様のもの）を含む。その結果、焦点合わせがレンズによって達成される。スペーサ４０のために透明な材料を使用するとき、いくつかの場合において、基板層２１の前側の第２窓フィールド層１２が、光路間の光学クロストークを防ぐために必要である。さらに、第１窓フィールド１２´が、いくつかの場合において、同じ理由のために必要である。さらに、追加の窓フィールドが、光路間のクロストークを最小限にするために導入されてもよい。さらにまた、第２実施形態においても、不透明な材料（例えば、光吸収物質、または、深くエッチングされたシリコン）で作成された、垂直方向に傾斜した壁が、光学クロストークを抑制するための水平な窓フィールド１２，１２´の代わりに適している。しかし、垂直方向に傾斜した壁は、技術的に、より費用および手間がかかる。軸方向（垂直方向）の光路分離構造の場合において、軸方向の光路分離構造が、マイクロレンズ・フィールド１０と基板層２０とを実装するための安定した枠組みを代表する限り、基板層２１，２２は省略されてもよい。そして、光束は、それぞれの充填媒体（例えば、空気、真空引きされた空気、窒素または同様のもの）の中で、軸方向にマイクロレンズ１０の後で、焦点が合わせられる。
【００８３】
第２実施形態と比較して、逆さの組み立てによって生じた空洞とスペーサ４０とは、変更された組み立ておよび接続技術を引き起こす。フィルタ層２００、基板層２０、窓フィールド１１，１１´およびマイクロレンズ１０の積層体は、窓層１２，１２´を有する基板層２１，２２のスペーサ４０の積層体から分離して製造されてもよい。２つの部品は、マークによって、ウエハーレベル上で正確に位置調整され、相互に接続（例えば、接着、はんだ付け、または、陽極接合）される。完全なマイクロレンズの対物レンズは、任意に、ウエハーレベル上で、あるいは、光電子画像センサ１００上の切断された単一対物レンズの中で、位置調整または接合される。あるいはまた、光学部品は、多数の光電子画像センサを有する光学ウエハーの上に、ステップ順に、または、層順に組み立てられる。
【００８４】
マイクロレンズの対物レンズを通過する有効光の伝達を増加させるために、マイクロレンズ１０の曲面上と基板層２１の前側表面上とに、反射防止被覆をすることは利点がある。
【００８５】
図１４は、第４実施形態の光学画像装置１４００を示す。図１４において、３つのマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２が、窓フィールド１１´の周りに、事実上、対称的配置で、軸方向に順に使用される。また、３つより多いマイクロレンズ・フィールドを使用することも可能である。凸平面レンズから成る第１マイクロレンズ・フィールド１０は、薄い基板層２０の上面（対象物に面している側の面）に配置されている。窓フィールド１１は、基板層２０とマイクロレンズ・フィールド１０との間に、構造化されている。薄い基板層２０の下には、第２マイクロレンズ・フィールド１０１が配置されている。第２マイクロレンズ・フィールド１０１のレンズは、ここでは、凹平面レンズとして実行される。それに続く基板層２１の上面側には、すなわち、基板層２１とマイクロレンズ・フィールド１０１との間には、各光路の中の実際のシステム窓を代表する窓フィールド１１´が、配置されている。窓フィールド１１´を前側（対象物に面している側）に有する基板層２１は、基板層２０の後側（対象物から離れている側）のマイクロレンズ・フィールド１０１の残りの層に直接に接続されている。その結果、単一画像形成対物レンズが、結果として生じる。基板層２１の後側面には、別の水平窓層１２が配置されている。水平窓層１２は、光学クロストークを抑制するために役に立つ。別の凸平面マイクロレンズ・フィールド１０２は、基板層２１の後側に形成されている。その結果、得られた積層体は、光電子画像センサ１００上に、軸方向空間構造物（スペーサ）４１によって固定されている。スペーサ４１は、マルチ光路対物レンズの縁上に設けられている。また、スペーサ４１は、光路ごとに設けられている。スペーサ４１の材料として、特に、ガラス、プラスチックまたは金属が使用される。材料は、不透明であるべき、または、その後の実装ステップで不透明にする（例えば、ガラスを使用するときは、光吸収物質によって黒くする）べきである。それぞれの光ダイオード群３０は、マイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２の関連マイクロレンズと比較して、横方向オフセット（ピッチ差）を有する。横方向オフセットは、対象物フィールドの中で、それぞれの光路の平均観測方向を与える。光学ビームは、マイクロレンズを通過して、関連光ダイオードマトリクス３０の中心で、光ダイオードに衝突する。
【００８６】
構造の記述に基づいて、光学画像装置１４００の機能および利点が、第４実施形態に従って説明される。異なるマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２は、例えば、材料の異なる分散特性による色彩の画像エラーを修正するために、異なる材料（異なるガラス種類、プラスチック、無機の有機的ポリマーなど）から形成される、または、割り当てられる。さらに、１つ以上のマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２が、色消しの要素のフィールドとして、設けられてもよい。対物レンズの縁部に取り付けられた不透明な軸方向スペーサのため、マルチ光路画像システムと光電子画像センサ１００の感光性領域の両方が、外側から来る散乱光から保護される。さらに、マイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２は、相互に異なる中心距離を有する。その結果、隣接する光路間の個々のマイクロレンズ１０，１０１，１０２の頂点１４２０間の軸方向接続直線１４１０は、図１４の光学画像装置１４００の中のように、角度を取り囲み、平行でない。
【００８７】
上で説明された組み立てのため、全ての光路において、小さいマイクロ対物レンズが、生じる。マイクロ対物レンズは、それぞれの関連対象物部分の画像を、光電子画像センサ１００の関連光ダイオード群３０の上に写像する。ここで、明らかに、中間像を有する２ステージ画像形成は、全体対物レンズの最小可能構築長を得るために使用ない。図１４の３つのマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２の配置は、それぞれの光路内の（歪み、色彩エラー、およびコマのような）光学画像エラーを減少させ、かつ、他の実施形態と比較して、光学解像度能力を増加させるために、有利である。特に、この第４実施形態を使用して、樽形歪みは大きく修正される。その結果、全体画像の解像度能力が、歪みの結果として、大きな対象物の画角に対して減少しない。それとは別に、増加する複雑さのため、光学光強度の増加（ｆ番号の減少）が可能である。
【００８８】
図１５は、第５実施形態の光学画像装置１５００を示す。光学画像装置１５００は、第４実施形態とは対照的に、基板層２０の上面に、マイクロレンズ・フィールド１０を含む。マイクロレンズ・フィールド１０は、屈折の自由形式表面の第１フィールドとして設けられている。基板層２１の下面には、マイクロレンズ・フィールド１０２を含む。マイクロレンズ・フィールド１０２は、屈折の自由形式表面の第２フィールドとして設けられている。屈折の自由形式表面のフィールドは、一般に、マイクロレンズ・フィールドである。個々のレンズパラメータ（すなわち、窓の形式およびサイズも）は、光路ごとに（または、自由形式表面ごとに）、異なる。屈折の自由形式表面の第１フィールド１０と関連窓フィールド１１とは、薄い透明な基板層２０の上に配置されている。基板層２０の後側に、凹平面マイクロレンズ・フィールド１０１が配置されている。軸方向に続く基板層２１の前側に、窓フィールド１１´が配置されている。窓フィールド１１´を前側に有する基板層２１は、基板層２０の後側のマイクロレンズ・フィールド１０１の残りの層に、直接に接続されている。その結果、単一画像形成対物レンズが生じる。基板層２１の後側面には、水平な窓シート１２および屈折の自由形式表面の第２フィールドが配置されている。水平な窓シート１２は、光学クロストークを抑制するために役立つ。異なるマイクロレンズ・フィールド（または、屈折の自由形式表面フィールド）１０，１０１，１０２は、例えば、材料の異なる分散特性によって色彩画像エラーを修正するために、異なる材料（異なるガラス種類、プラスチック、無機の有機的共同重合体など）から成る。さらに、１つ以上のマイクロレンズフィールド（または、屈折の自由形式表面フィールド）１０，１０１，１０２は、無色の要素のフィールドとして設けられる。マルチ光路画像形成対物レンズは、光電子画像センサ１００の軸方向間隔構造体（スペーサ）４１によって固定されている。これらのスペーサ４１は、マルチ光路対物レンズの縁に設けられているけれども、任意に、光路ごとに設けられてもよい。材料として、特に、ガラス、プラスチックまたは金属が使用される。材料は、不透明であるべき、または、その後の実装ステップで不透明にする（例えば、ガラスを使用するときは、光吸収物質によって黒くする）べきである。
【００８９】
一般に、焦点は、非球面レンズおよび屈折自由形式表面に対して、入射光線が、（例えば、画像センサ１００の主表面に）常に束ねられる点である。
【００９０】
レンズの縁に取り付けられた、不透明かつ軸方向のスペーサ４１によって、マルチ光路画像システムと光電子画像センサ１００の感光性領域の両方が、横方向から入射する散乱光から保護される。それぞれの光ダイオード群３０は、マイクロレンズ・フィールドまたは屈折自由形式表面フィールド１０，１０１，１０２からの、関連マイクロレンズまたは屈折自由形式表面に関して、横方向オフセット（ピッチ差）を有する。横方向オフセットは、対象物フィールドの中のそれぞれの光路の視点または監視の平均方向を定義する。
【００９１】
構造に基づいて、第５実施形態の機能と利点が説明される。図１５に示した第５実施形態の光学画像装置１５００は、図１４に示した第４実施形態の光学画像装置１４００と比較して、より高い光学的に十分な要素を有する。これは、それぞれのマイクロレンズ・フィールドの代わりとして、屈折形式表面の少なくとも１つのフィールド型配置の使用によって、達成される。例えば、図１５の光学画像装置１５００において、屈折自由形式表面の２つのフィールド、つまり、屈折自由形式表面の第１フィールド１０と屈折自由形式表面の第２フィールド１０２とが、使用される。各光路内のこれらの屈折自由形式表面の横方向の拡張は、屈折自由形式表面と比較して、より大きい（完全な）マイクロレンズのそれぞれの光ダイオード群３０に属している点灯された領域より実質的に大きくない。この理由のため、光ダイオード（光ダイオードマトリクス）群３０は、相互に隣接してまとめられ、密集した状態で配置される。それは、マイクロレンズの使用と比較して、光電子画像センサ１００の、より小さい能動領域（または能動表面）および製造コストの減少を意味する。
【００９２】
第４実施形態の光学画像装置１４００に関して既に言及したように、第５実施形態の光学画像装置１５００も、第４実施形態の中で言及した利点を有する窓フィールド１１´の周りに、殆んど軸対称の配置が、光学解像度能力を増加するために使用される。示された配置において、歪みは、主に、光路内の軸方向に対称的な光学的組み立てによって強く減少される。傾斜した入射光の下、光路ごとの、画像エラーの修正の最適化の結果として、接線で矢状縫合のマイクロレンズパラメータの独立した適合が好ましい。しかしながら、１光路当たり１つの（従って、非無定形の）屈折自由形式表面による画像形成は、接線方向で矢状縫合の方向に、異なる画像形成拡大を、その都度、発生する。それは、それぞれのマイクロ画像の単一軸歪みを導く。この歪みは、光路ごとに、（例えば、図４の第２処理手段５２を使用して、）画素値の位置変換および補間によって有利に修正され、隣接する光路の画像細部の接続（適する相互接続）、および、全体画像の高解像度能力が保証される。また、図１５に示すように、１光路当たり１つの第２屈折自由形式表面が、傾斜した入射光の下で、光路ごとに、画像エラーの修正と同時に、接線方向で矢状縫合方向において、画像形成拡大の変化を、光学的に修正するために使用される。
【００９３】
屈折自由形式表面１０，１０２は、より大きい２円錐形マイクロレンズ（すなわち、表面輪郭を通した２つの縦断面に沿った異なる円錐を有する、２つの非球面の輪郭を含むマイクロレンズ）の区域によって少なくとも近似的に説明される。２円錐形レンズの表面輪郭は、一般に、回転対称形（すなわち、非無定形）でない。光路ごとに異なる、様々な表面輪郭の正確な数学的記述は、基準点に関して、二次元座標に依存する軸方向の矢の高さの多項式の発展によって実行される。非定常構造が、隣接する光路の間で重複するため、フィールド型配置の中のこれらの屈折自由形式表面１０，１０２に対して、レーザ刻み付け、灰色調または２光子石版、熱またはガラススタンプのような製造方法が必要である。あるいはまた、超精度処理が、対応する成形道具の原型を製造するために役立つ。
【００９４】
さらに、これまで示された実施形態から逸脱する実施形態が使用される。したがって、別の実施形態において、例えば、フィールド配置内のマイクロレンズが、少なくとも１つのマイクロレンズの構造パラメータ（例えば、足跡、直径、矢の高さ、曲率半径、中心点距離、および他のものの形式）において異なる。特定の表面において、マイクロレンズの輪郭は、球体形、円環形（すなわち、２つの縦断面に沿った、２つの球面曲率半径）、２円錐形（すなわち、２つの縦断面に沿った、異なる円錐を有する２つの非球面形輪郭）、または、非球面である、ことが更に可能である。さらに、マイクロレンズも、屈折自由形式表面として設けられる。マイクロレンズは、一般に屈折型であるけれども、別の実施形態では、回折型、または、屈折と回折の混合型でもよい。マイクロレンズ・フィールドの個々のマイクロレンズが、垂直（縦）方向および水平（横）方向の色エラーを最小にするために、色消しレンズとして設けられることは、さらに可能である。マイクロレンズ・フィールド、および、異なる屈折率を有する材料の間のインタフェースまたは境界領域が、反射防止コーティング（ＡＲコーティング）と共に提供されることは、さらに可能である。
【００９５】
ハードウェア歪み修正の更なる可能性は、光電子画像センサ１００の中の光ダイオード３０´の物理的中心距離の変化である。その結果、光路特有の歪みは、マイクロ画像内の光ダイオード３０´の配置の光路依存変化を有するレンズに適合した光電子画像センサ１００によって、修正される。光ダイオード３０´の光路特有の配置は、この点において、光路ごとに、レンズ設計データ、および、特に歪みコースから決定される（図８参照）。
【００９６】
仮に、光ダイオード群３０が、六角形の、正方形の、長方形の、または、別の分配で、光電子画像センサ１００上に配置されるならば、関連マイクロレンズ１０も、六角形の、正方形の、長方形の、または、別の分配で配置されることが、さらに可能である。
【００９７】
まとめると、各実施形態は、マルチ光路画像と画像記録システムとに関わることに注目すべきである。画像形成および画像記録システムは、１つ以上のマイクロレンズ・フィールドと、各光路において、対象物フィールドの一部領域を検出する画像検出器フィールドとから成る。そして、画像形成および画像記録システムは、対象物フィールドの一部領域を写像して、全ての個々の光路の電子／ディジタル信号から、拡張対象物フィールドの全体画像をまとめる。本システムは、完全に独立して画像形成し、他の光学系に結合される必要はない。これは、画像形成されないけれども、光学的に十分な要素を増加させるための光束化に役立つ光電子画像センサのそれぞれの光ダイオード上のマイクロレンズ・フィールドに対する対照を表す。周知の従来技術とは対照的に、以下の利点が、特に結果として生じる。（スペーサ層のための光学部品、および、光電子画像センサのためのマルチ光路対物レンズの）組み立てと接続技術とは、主に、ウエハーレベル上で並行して、多数のシステムのために実行される。これらの方法の精度は、位置調整マークによる光学的位置調整支援の使用のため、ミクロンの範囲内である。これによって、手動実装の割合と１モジュール当たりの実装時間とが、明確に減少し、費用低減をもたらす。更なる利点は、既に知られている人工的同格複眼に関する、１光路当たりの画素数と、特に適合した抽出原則の使用が、同じセンサ足跡またはより小さいセンサ足跡であっても、実質的により高解像度能力が可能である、ということである。この理由のため、光電子画像センサの製造コストが減少し、その結果、全体システムの製造コストも、減少する。更なる利点は、特に、それぞれのマイクロ画像内の光学的歪みの修正のための、光路ごとの信号前処理の使用が、全体フィールドの中で、解像度能力を減少させないで、対象物フィールドの区分化を可能にする、ということである。対象物フィールドの一部領域は、マイクロレンズを通して、画像検出器マトリクス上に作像されるとき、マイクロ画像が結果として生じる。さらに、多数の分離光路による対象物フィールドの画像形成の分割のため、光学系の構築長の短縮化が可能になる。そして、これにもかかわらず、広大な対象物フィールド領域の検出が可能になる。しかしながら、特に、検出可能な対象物フィールドのサイズは、光路の数と横方向のシステムサイズとで伸縮化されるけれども、構築長からは独立している。さらに、実際には一定の解像度能力を有する大きい対象物フィールドが、全体フィールドにわたって作像される。各光路において、簡素な（製造しやすい）光学系が使用される。さらに、費用対効果に優れた生産と、画像形成対物レンズの実装と、費用対効果に優れた組み立てと、光電子画像センサの接続技術とが、ウエハーレベル上の半導体パターン化の技術関連の製造工程によって可能になる。更なる利点は、画像エラー（特に、コマ、乱視、画像フィールド湾曲）の光路ごとの修正のために、光学的配置に関する１光路当たりの数画素の使用による画像解像度能力（最大約１０００×１０００画素以上）の増加である。光路ごとの、歪みの修正のための画像前処理の追加的な使用によって、マイクロ画像の細部のエラー無し接続が可能になる。さらに、光学画像装置は、画像分解度能力の指数、および、光電子画像センサの必要領域の増加を可能にし、その結果、全体システムのコストの減少を可能にする。それとは別に、光学的組み立て（第３実施形態を参照）の適した変化によって、縁に向かっての画像の明るさの減少が抑えられる。さらに、スペクトル伝達フィルタの容易な集積の可能性が提供される（例えば、ＩＲブロック化フィルタ、および／または、色フィルタ）。
【００９８】
全ての実施形態の例示的パラメータ範囲が、以下に示される。マイクロレンズの通常の直径は、１０μｍ〜１ｍｍの範囲内である。マイクロレンズの焦点長は、通常、３０μｍ〜３ｍｍの範囲内である。二次元フィールドにおいて、マイクロレンズまたは光路の数は、通常、４〜２５０００個である。一方、一次元フィールドにおいて、マイクロレンズまたは光路の数は、通常、２〜１０００個である。光学画像装置が有する利点に基づいて、画像形成レンズの完全な構築長は、通常、５０μｍ〜４．５ｍｍのサイズをもたらす。光学画像装置の全体画像解像度は、通常、１万画素と１０００万画素との間である。
【００９９】
実施形態に係る光電子画像センサ上の（例えば、窓層を有する薄い基板上の）、画像形成マイクロレンズ・フィールドは、従来の単一光路光学系と唯一区別される。レンズは別々に（射出成形して）製造され、画像センサと共に共通ハウジング内に組み込まれるので、組み立ては、通常、ハイブリッドである。
【０１００】
それらの可能な超小型構造と潜在的な費用対効果に優れた製造技術とに基づいて、マルチ光路画像形成と画像検出システムとは、娯楽電子製品（ラップトップ、家庭用ゲーム機、玩具）の中での使用と、特に、携帯機器（携帯電話、ＰＤＡおよびその他）の中での使用とが、運命付けられている。別の応用分野は、センサ工学（例えば、カメラ型センサ、製造技術の中の画像形成センサ）、自動車技術（例えば、自動車の内部の光安全センサ、高度運転支援システム、後方カメラ、車線検出など）、安全監視（例えば、ビル、博物館、構築物での／中にある、大きな視野を有する切り換え可能な環境カメラ）、ロボット工学（例えば、ナビゲーション、把持器の光学的制御、または、部品取り上げ装置のための光センサとして）、および、医療技術（例えば、画像形成診断法、内視鏡検査における使用）である。
【０１０１】
方法の実施形態は、発明の装置の全ての局面と機能性によって補われる。
【０１０２】
いくつかの局面は、装置に関係して説明したけれども、これらの局面が、対応する方法の記述を表すことは明白である。その結果、装置のブロックまたは部品は、対応する方法のステップとして、または、方法のステップの特徴として見做される。これとの類似で、方法のステップと関係して、または、方法のステップとして説明された局面は、対応する装置の、対応するブロックまたは細部または特徴の記述を表す。
【０１０３】
特定の実現要求によって、本発明に係る実施形態は、ハードウェアまたはソフトウェアの中で実現される。実現は、デジタル保存媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＤＣ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）を使用して実行される。電子的に読み取り可能な制御信号が保存された、主ディスクまたは別の磁気的または光学的記憶部が、プログラム可能なコンピュータ・システムと協働する。その結果、それぞれの方法が実行される。したがって、デジタル保存媒体は、コンピュータ読み取り可能である。本発明に係るいくつかの実施形態は、プログラム可能コンピュータ・システムと協働できる、電子的に読み取り可能な制御信号を含むデータ担持体を含む。その結果、ここで説明された方法の１つが実行される。
【０１０４】
一般に、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として、実行される。コンピュータプログラム製品が、コンピュータで実行されるとき、プログラムコードは、方法の１つを実行するために有効である。例えば、プログラムコードは、機械読み取り可能な担持体上に保存される。
【０１０５】
他の実施形態は、ここで説明された方法を実行するためのコンピュータプログラムを含む。コンピュータプログラムは、機械読み取り可能な担持体上に保存される。
【０１０６】
言い換えれば、発明の方法の実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるとき、ここで説明された方法の１つを実行するためのプログラムコードを含んでいるコンピュータプログラムである。発明の方法の別の実施形態は、ここで説明された方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムが保存されるデータ担持体（または、デジタル保存媒体またはコンピュータ読み取り可能な媒体）である。
【０１０７】
発明の方法の別の実施形態は、ここで説明された方法を実行するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号の系列である。例えば、データストリームまたは信号の系列は、データ通信接続（インターネット）を介して、伝達するように構成される。
【０１０８】
別の実施形態は、ここで説明された方法の１つを実行するために構成される、または、適合させられる処理手段（例えば、コンピュータまたはプログラム可能な論理回路装置を含む。
【０１０９】
別の実施形態は、ここで説明された方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムがインストールされるコンピュータを含む。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、プログラム可能な論理回路装置（例えば、電界プログム可能なゲートアレイ、ＦＰＧＡ）は、ここで説明された方法のいくつか、または、全ての機能を実行するために使用される。いくつかの実施形態において、電界プログム可能なゲートアレイは、マイクロプロセッサと協働して、ここで説明された方法の１つを実行する。一般に、方法は、いくつかの実施形態において、どんなハードウェア装置によっても実行される。ハードウェア装置は、コンピュータプロセッサのような一般に使用可能なハードウェア（ＣＰＵ）、または、例えば、ＡＳＩＣのような方法のための特定のハードウェアである。
【０１１１】
上述されている実施例は、本発明の原理のために、単に図示するだけである。配置および本願明細書において記載されている詳細の修正および変更は、他の当業者にとって明らかであることは言うまでもない。従って、以下の特許請求の範囲だけによって制限され、本願明細書において実施例の参照および記述として示される具体的な詳細だけによって制限されないことは明らかである。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ マイクロレンズ・フィールド
３０ａ 第１画像検出器マトリクス
３０ｂ 第２画像検出器マトリクス
７０ 画像処理手段
１００ 画像センサ
３００ 全体画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、携帯端末装置の小型カメラシステムの中で使用される光学画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置および光電子装置の小型化は別として、携帯端末装置（携帯電話、ＰＤＡ、ラップトップなど）の小型カメラシステムの使用は、画像形成対物レンズの小型化を要求する。このための前提条件は、短い長さの画像形成物および少ない点数の光学部品（特にレンズ素子）である。しかしながら、画像センサの筋交いの減少を増やすことは、レンズの構成をより簡単にする代わりに、レンズの高解像度能力および高光強度が達成されなければならないことを必要とする。画像センサの筋交いの減少は、半導体パターン技術（より小さい光ダイオードは、同じ画像領域上の、より多数の画素数と等しい）の開発と、センサ製造コストの減少とによって支援される。既存のレンズ設計解決法は、現在の生産技術の可能性を尽くした、わずかな、しかし、複雑な（通常、非球面の）レンズ形式によって特徴付けられる。さらに、既存のレンズ設計解決法を実行するとき、そのような複雑な領域の品質管理に不十分な測定方法と、開始するために必要な非常に正確な横方向および軸方向の実装精度とによって、そのような小型カメラレンズまたは対物レンズの光学部品は、制限される。小型カメラモジュールの既存の解決法は、要求仕様、または、コストに関する集積（組み立て）業者およびユーザの期待に合致しない。
【０００３】
小型カメラレンズの確立した製造方法は、超精密に処理された金型挿入器にプラスチック射出成形することによる、単一レンズおよび実装部の生成である。通常、レンズは、実装部と共に、２部品射出成形で製造される。個々の部品は、その後、プラグ挿入実装部に実装され、積極的な接続（捻り接触、接着）によって固定される。しかしながら、この方法は、十分な位置調整精度での、５×５×５ｍｍ3より小さい組み立てサイズを有する小型化された対物レンズの製造に適用されない。さらに、そのような小型部品の供給、実装および接続技術の問題が生じる。詳細には、部品の取り扱いに関する問題は、静電気（装置のわずかな重量と寸法）と、繊細な光学表面の汚染および掻き傷の危険と、のために生じる。これらの理由のため、製造費用の８０％以上は、組み立て工程のために費やされる。ハイブリッド実装技術（空気マイクロ把持器と同様に、感覚的に機械的かつ電気的に支援された実装技術）において、より小さいレンズの取り扱いに関する先進的手法が存在する。しかし、この実装技術は、大量生産（例えば、携帯電話のためのカメラレンズ）に対して、大幅に費用が上昇する。さらに、より高い解像度形式のハイブリッド生産技術によって、能動的位置決め（例えば、プラスチックレンズの圧電アクチュエータ）が、光電子画像コンバータ（画像センサ）上に対物レンズを実装する許容範囲のバランスをとるために要求される。これはユニット価格の更なる増加をもたらす。
【０００４】
５×５×５ｍｍ3より小さいサイズ範囲の対象物のための別の方法は、ウエハーレベル上のレンズ（ＷＬＯウエハーレベルレンズ）の製造である。ここで、それぞれの単一レンズのための「道具の先（ツールビット）」が、基板ウエハー（ウエハーレベルレンズモジュール）上における個々の部品の繰り返しＵＶ（紫外線）複製（ステップおよび繰り返し工程）のために、使用される。「道具の先」は、超精度の処理（例えば、ダイヤモンドカット法）によって生成される。あるいはまた、常に同じ個々の部品を有する完全なツールウエハーが、超精度の処理によって生成され、その後、ウエハーレベル上におけるただ１つのＵＶ複製ステップの中で、複製される。同じタイプの多くのレンズ、スペーサ、および窓が、このようにして、並行して製造される。その後のステップにおいて、個々のウエハー基板は軸方向に互いに接着され、多数の対物レンズを有するウエハー積層体が得られる。これは、マイクロエレクトロニクス製造の工程およびシステムを使用する並行製造技術である。小型化されたレンズ（しかしながら、従来のマイクロレンズと比べて大きい）のためのマイクロレンズのこれらの製造方法を使用する主な欠点は、適した再生産道具の高い製造コストと、例えば、材料の収縮、または、高角度点（１００μｍより高い）のマイクロレンズのＵＶ複製の中の達成可能な表面輪郭の収縮による制限された精度と、である。さらに、複製性（再生産性）および品質検査に関する問題は、特に、このサイズの複雑なレンズ形式を特徴付けたまま残っている。モジュールは、これまで、他の全ての光学部品に接続された状態で、部品および製造ステップの数に依存して歩留まりが強く減少する画像形成方法を使用して、検査されるだけである。
【０００５】
さらに、昆虫の複眼と同格の技術的実行を表す平坦な光学画像センサの配置が、存在している。この非常に小型のマルチ光路画像システムにおいて、光検出器（画素）はそれぞれのマイクロレンズに関連している。
【０００６】
また、以下において、光検出器は、部分的に画像検出器または光ダイオードとも称される。
【０００７】
それぞれのマイクロレンズに対する光検出器のオフセット（相殺）のために、小さいサイズにもかかわらず、非常に大きい視野が広がる。しかしながら、１光路当たり１つの光検出器の使用のために、光検出器フィールド（ＣＭＯＳまたはＣＣＤ画像センサ）の広い領域が、適度の画像解像度能力を達成するために必要である。これは、対応する小型画像センサの製造コストをかなり上昇させる。
【０００８】
特許文献１および特許文献２は、人工的複眼に基づいたマルチ光路画像システムについて説明する。ここで、１つの画像検出器が、各光路に割り当てられる、または、異なる機能を有するいくつかの画像検出器が、各光路に割り当てられる。その結果、各光路は、対象物フィールドの狭く限られた領域だけを占める。
【０００９】
特許文献３および特許文献４は、人工的複眼に基づいた別のマルチ光路画像システムについて説明する。マルチ光路屈折／回折画像レンズおよび区分された視野を有する小型のデジタルカメラが、説明される。システムは、分散レンズ区域として実行されるレンズのフィールド配置から成る。感光性の画像センサフィールドは、レンズの焦点長に位置している。軸方向において、レンズフィールドの前に、傾斜側壁とレンズフィールドに関して一層大きい間隔とを有する２つの窓フィールドが、視野のサイズを指示するために使用される。光学クロストーク（混線）を抑制するために、光吸収材料の垂直壁が、隣接する光路の間に提供される。
【００１０】
非特許文献１は、光学画像形成のための別のマルチ光路配置を示す。非特許文献１から、マルチ光路配置が知られている。光電子画像センサのマイクロ画像は、それぞれに関連したマイクロレンズの下の、軸方向の中心に位置している。垂直な不透明壁を有する隣接する光路は、互いに分離されている。しかしながら、この配置を使用して、小さい対象物フィールドだけが検出される。小さい対象物距離（約２ｍ未満）に対して、同じ対象物点に関する隣接する光路の透視（視差）のオフセットの発生のため、光路ごとに、画像センサの光ダイオード群に関して画像形成しているマイクロ画像の副画素移行が、得られる。副画素移行は、超解像度アルゴリズムによって、多数の低解像度マイクロ画像から、高解像度の全体画像を計算する。この配置は、原則に従って、小さい対象物距離と小さい対象物フィールドサイズとのために使用されるだけである。さらに、この方法は、超解像度アルゴリズム（画像処理から知られている）が、高い複雑度を有するので、画像読み出しおよび処理時間が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願 ＤＥ１０ ２００４ ００３ ０１３．８
【特許文献２】国際公開第２００５／０６９６０７号
【特許文献３】米国特許第００５６９６３７１Ａ号
【特許文献４】欧州特許第０８４０５０２Ａ２号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｊ．タニダ、Ｔ．クマガイ、Ｋ．ヤマダ、Ｓ．ミヤタケ（「制限されたレンズ（Ｔｏｍｂｏ）概念による薄い観測モジュールと実験的検証」応用光学４０、１８０６〜１８１３ページ、２００１年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
代わりの回避の技術的可能性は、１光路レンズに接続された、光電子画像センサのための非常に小さい光ダイオード（画素）の使用である。その結果、短い長さのレンズで、小さい画像筋交いは、縁部において、小さい対象物フィールド角（小さい軸外れ異常と低い窓食）をもたらし、また、小さい対象物フィールドだけを検出する欠点をもたらす。この小型化された１光路レンズのために、非常に小さい長さと十分な画質とを有する相対的に小さいレンズが、使用される。この結果、ここでも、発明の（石版の）技術が、ウエハーレベル上で回避される。しかしながら、小さい画素は、小さい感光性領域の欠点、すなわち、レンズの同じ開口絞りで、全体配置の低感度化の欠点を有する。
【００１４】
まとめると、従来技術において、低背と高画質とを結合し、同時に、周知のマイクロ光学製造技術によって、優れた費用対効果で製造される画像装置の有利な構造は、存在しない、ことが注目される。
【００１５】
それゆえに、本発明の主たる目的は、低背かつ高画質を達成でき、同時に、マイクロ光学製造技術によって優れた費用対効果が実現される、光学画像装置、光学画像処理装置および光学画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本目的は、請求項１に記載の光学画像処理装置により達成される。
【００１７】
本発明は、少なくとも２つのマイクロレンズを有する少なくとも１つのマイクロレンズ・フィールドと、少なくとも２つの画像検出器マトリクスを有する画像センサと、を有している光学画像装置（例えば、マルチ光路画像および画像記録システムとも称される）を提供する。少なくとも２つの画像検出器マトリクス（例えば、光ダイオード群、光ダイオードマトリクス、または、光ダイオードフィールドとも称される）は、それぞれ、多数の画像検出器を含む。
【００１８】
それぞれのマイクロレンズは、１つの画像検出器マトリクスと共に光路を形成するように、画像検出器マトリクスとマイクロレンズとの間の配置が存在する。画像検出器マトリクスの中心は、関連した光路のマイクロレンズ窓の図心に関して、異なる距離だけ横方向に移行されている。図心は、画像検出器マトリクス上に映し出される。こうして、異なる光路は、異なるけれども部分的に重複している検出領域を有する。２つの光路の２つの検出領域の重複部分は、画像検出器マトリクスの画像検出器ラスタ（水平方向の走査線）に関して、オフセット（相殺）方法で、光路の画像検出器マトリクス上に作像される。
【００１９】
本発明の主要な考えは、対象物フィールドをいくつかの部分的領域に分割して、それぞれの部分的領域を、マイクロレンズ・フィールドの少なくとも１つのマイクロレンズで、関連画像検出器マトリクス上に作像することによって、光学画像装置を提供することが可能である、ということである。異なる光路の検出領域の重複のために、対象物フィールドの部分的領域は、光路のいくつかの画像検出器マトリクスによって、並行して検出される。
【００２０】
その結果、本発明の利点は、別々の光路において、対象物フィールドの部分的領域の並行検出が、それぞれの個別の光路の短い焦点長、および、拡張された対象物フィールドのための画像装置の構築長（背高）の減少を許容する、ということである。さらに、小さい対象物フィールドに接続された短い焦点長は、全体の対象物フィールドに関して、それぞれの個別の光路ごとに、１光路当たり簡素な光学部品（例えば、低い頂点または低い角度点を有する屈折レンズ）の使用を可能にする。さらに、最大の視野が、横方向の寸法（例えば、光路の数）によって決定され、その結果、構築長、組立長、または、それぞれの個別の光路の光学的組み立ての複雑さから基本的に独立していることは、利点である。それとは別に、光路の検出領域の重複のために、高い画像解像度能力が、従来技術の人工的複眼と比較して、達成される。さらに、その低い複雑度およびサイズのために、光学装置が、確立されたマイクロ光学製造技術（レーザ刻み付け、写真製版、溶解もしくは逆溶解（リフロー）、ウエハーレベル上のＵＶ複製）で、生成される。これらの技術は、洗練され、非常に正確で費用対効果に優れているので、大量生産に使用される。
【００２１】
更なる面は、画像処理装置が、画像エラーを修正して全体画像を再構成するための画像処理手段を含むとき、より高い画質が達成される、という発見に基づいている。画像処理手段は、個別の画像の挟み込みが考慮されるように、互いに独立した全ての画像検出器マトリクスの個別の画像の画像エラーを、時間的に並行して修正し、全体像を個別の画像から再構築することを実行する、ように構成されている。
【００２２】
その結果、本発明の更なる利点は、画像エラーを修正するための画像処理手段を有している画像処理装置によって、より高い画質が達成されることである。
【００２３】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の光学画像装置を示す模式図である。
【図２】付加的抽出格子を有する第１実施形態による対象物フィールド抽出を示す模式図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の光学画像装置を示す模式平面図である。
【図４】第２実施形態の光学画像装置による対象物フィールド抽出を示す模式図である。
【図５ａ】第２実施形態の光学画像装置の部分的領域を示す模式平面図である。
【図５ｂ】図５の部分的領域によって考慮された対象物フィールドを示す模式図である。
【図６ａ】追加されたスペクトル伝達フィールド（領域パターン）を有する第２実施形態の光学画像装置を示す一部模式平面図である。
【図６ｂ】図７の部分的領域によって考慮された対象物フィールド領域を示す模式図である。
【図７ａ】第２実施形態の光学画像装置の中央の対象物フィールド領域における歪みを示す模式図である。
【図７ｂ】傾斜した入射角の下での、第２実施形態の光学画像装置の外側の対象物フィールド領域における歪みを示す模式図である。
【図８】正の樽型歪みの基本的コースを示す模式図である。
【図９】格子対象物を有する第２実施形態の光学画像装置の正方形の対象物領域の画像歪みを示す模式図である。
【図１０】画像センサの受光面上の、第２実施形態の光学画像装置の主ビームおよび第３実施形態の光学画像装置の主ビームの傾斜角を示す模式図である。
【図１１】対象物フィールドの最も重要な抽出原則を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る第２実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【図１３】本発明に係る第３実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【図１４】本発明に係る第４実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【図１５】本発明に係る第５実施形態の光学画像装置を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明に係る第１実施形態の光学画像装置１０００の模式図である。光学画像装置１０００は、第１マイクロレンズ１０ａと第２マイクロレンズ１０ｂとを有するマイクロレンズ・フィールド１０を含む。画像センサ３０はマイクロレンズ・フィールド１０の下に位置している。この画像センサ３０は、第１画像検出器マトリクス３０ａと第２画像検出器マトリクス３０ｂとを含む。２つの画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂは、それぞれ、複数の（例えば、３つの）画像検出器３２ａ，３２ｂを含む。第１マイクロレンズ１０ａは、第１画像検出器マトリクス３０ａに関連し、第１画像検出器マトリクス３０ａと供に第１光路を形成する。第２マイクロレンズ１０ｂは、第２画像検出器マトリクス３０ｂに関連し、第２画像検出器マトリクス３０ｂと共に第２光路を形成する。画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂの中心３４ａ，３４ｂは、関連マイクロレンズ１０ａ，１０ｂまたは関連光路のマイクロレンズ窓１３ａ，１３ｂの図心に関して、横方向にオフセット（相殺）されている。図心は、画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂ上に映し出される。
【００２６】
第１実施形態の光学画像装置１０００の構造の記述に基づいて、機能が議論される。対象物８００は、２つのマイクロレンズ１０ａ，１０ｂによって、それぞれに関連した画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂ上に作像される。第１光路および第２光路は、それらの検出領域の中で重複する。マイクロレンズ１０ａ，１０ｂに向かった画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂの中心３４ａ，３４ｂの横方向のオフセットのため、２つの検出領域の重複部分は、画像検出器マトリクス３０ａ，３０ｂの画像検出器上にオフセット作像される。
【００２７】
さらに、抽出格子はそれぞれの光路（図２参照）に関連している。第１光路の抽出格子８１０は、対象物８００のどの対象物点が、第１光路の画像検出器マトリクス３０ａのどの画像検出器上に作像されるか、を説明する。そして、第２光路の抽出格子８２０は、対象物８００のどの対象物点が、第２光路の画像検出器マトリクス３０ｂのどの画像検出器上に作像されるか、を説明する。
【００２８】
図２は、第１光路の抽出格子８１０と第２光路の抽出格子８２０とを有する対象物８００の表面を示す。抽出格子８１０は実線によって図示され、抽出格子８２０は点線によって図示される。実線の交点は、第１光路の画像検出器マトリクス３０ａの画像検出器上に作像された対象物８００の対象物セルを説明する。点線の交点は、第２光路の画像検出器マトリクス３０ｂの画像検出器上に作像された対象物８００の対象物セルを説明する。
【００２９】
抽出格子は、対象物８００の第１対象物セル８４０が、第１光路の画像検出器マトリクス３０ａの第１画像検出器に作像されるように選択され、かつ、第１対象物セル８４０に隣接する第２対象物セル８５０が、第２光路の第２画像検出器マトリクス３０ｂの第１画像検出器に作像されるように選択される。光路のこの「挟み込み」によって、これまで知られている人工的複眼原則より高い画像解像度が達成される。
【００３０】
以下において、本発明の別の実施形態が、図１２〜図１５を参照してさらに詳細に説明される。
【００３１】
図１２〜図１５の実施形態のマルチ光路のマイクロ光学画像形成と画像記録システムは、共通して以下の特性を有する。全てが、互いの軸方向の後ろに取り付けられた１つ以上のマイクロレンズ・フィールド１０から成る。マイクロレンズ・フィールド１０は、数個の（少なくとも部分的に透明な基板層２０，２１，２２、および／または、スペーサー層４０の）スタック上に成型され、または、複製される。完全な積層体は、光電子画像センサ１００に取り付けられる。その結果、光電子画像センサ１００は、マイクロレンズ・フィールド１０のマイクロレンズの焦点長（または、画像平面や焦点面）に配置される。以下において、光電子画像センサ１００は、簡潔に「画像センサ」または「画像センサチップ」とも称される。マイクロレンズ・フィールド１０と光電子画像センサ１００との間に、透明な窓または開口と、不透明な（すなわち、吸収または反射）スペースと、を有する少なくとも１つの窓フィールド層（１２，１２´）が、配置されている。別の特性は、マイクロレンズ・フィールド１０のそれぞれのマイクロレンズに関連している。光電子画像センサ１００の少なくとも５×５個の密に実装された画像検出器のマトリクス（すなわち、画像検出器マトリクス）３０が、各光路の中で生じているマイクロ画像を読み出すために使用される。画像読み取りは、この場合、発生した電磁放射（光）から電子写真流への変換を含む。それは、行と列に配列されて、光ダイオードごとに（画素ごとに）読み出される。画像解像度は、光ダイオードのサイズと数に制限される。簡単な光学画像形成が、各光路の中で生じるとき、それぞれのマイクロ画像は、それ自体、逆さであり、回転している（図４のマイクロ画像４４ａ〜４４ｅ参照）。それとは別に、それぞれの光路（すなわち、マイクロレンズの頂点と関連画像検出器マトリクス３０の中心との間の接続線）の視点４００の主方向と、全体が拡大された視野のサイズとは、関連光路または関連マイクロレンズのマイクロレンズ窓の図心に関して、それぞれのマイクロレンズから関連画像検出器マトリクス３０にオフセット（相殺）された中心によって、または、画像検出器マトリクス３０の中心点のオフセットによって、説明される。図心は、画像検出器マトリクス３０上に映し出される。さらに、マイクロレンズの焦点長と供に、それぞれの画像検出器マトリクス３０の拡張が、それぞれの光路の中で伝達された対象物フィールドの範囲を決定する。
【００３２】
さらに、少なくとも１つの窓フィールド１１は、光がマイクロレンズ・フィールド（１０）のギャップまたはスペースを通り抜けて、点在する光のように画像センサ１００に達することを防止する。そうでなければ、これは画像コントラストを減少させる。
【００３３】
光路分離構造（例えば、水平な窓層、または、垂直もしくは傾斜した吸収壁）の使用は、光学クロストークを防止することにおいて賢明である（いくつかの場合には不可欠である）。すなわち、光は、マイクロレンズから、隣接する光路（または、さらに離れた光路）のマイクロ画像の領域の中に作像する。光学クロストークは、異なる対象物点から、全く同じ画像点上に達する光束の重なりをもたらす。その結果、画像コントラストが減少する。それぞれの光路が他の光路と独立して働いている場合、それぞれのマイクロ画像に属している光電子画像センサ１００の領域（画像センサ）３０を、それぞれの光路に分類することは、有利である。一方、これは、画像センサ１００のチップ上に集積されたエレクトロニクス（例えば、光路ごとに分離された回路、ＳｏＣ＝「チップ上のシステム」）によって、光ダイオードフィールドの読み取り領域の物理的な分類によって達成される。または、これは、対応して分離された別のデータ処理によって（例えば、ＦＰＧＡ上の周辺、または、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）上のソフトウェアによって）、半導体チップの外でも達成される。それぞれは、マイクロ画像を表示する。第１方法（画像センサのチップ上の物理的な分類）の場合、対象物に特に適合した画像センサが、使用されなければならない。それとは対照的に、第２方法の場合、適合している下流の画像処理ハードウェアまたはソフトウェアを有する従来の画像センサが使用される。しかしながら、ここに、従来の画像センサ上のマイクロ画像の間のギャップの中の活性画素は、暗くて、未使用のままで残る。大部分の活性画素は、暗電流雑音を修正するために役立つ。
【００３４】
隣接する光路のマイクロ画像の読み出し信号は、ハードウェアまたはソフトウェアの中で、完全な画像（例えば、図４の完全な画像再構成器６０によって）を説明する。個々のマイクロ画像の能動的焦点合わせ手段は、マイクロレンズの短い焦点長、および、大きな深い焦点（または、焦点の深さ）のために必要ない。それとは別に、マイクロレンズ・フィールド１０の個々のマイクロレンズの表面輪郭が、平均傾斜角に関して（特に、フィールドの湾曲と乱視に関して）修正される。これは、接線かつ矢状的方向に、焦点長を個別に適合させることによって実行される。その結果、マイクロ画像の中央における、対応する画像くぼみ部分は、画像平面に一致する。この適合によって、それぞれのマイクロレンズ・フィールド１０の中のマイクロレンズの輪郭が生じる。マイクロレンズの輪郭は、回転対称から逸脱する（非不定形輪郭）。
【００３５】
マルチ光路画像形成対物レンズ（マイクロレンズ・フィールド、スペース層および窓）は、マイクロ光学製造方法（ＵＶ石版、溶解処理（リフロー方法）、ＵＶ複製、レーザ刻み付け、グレー陰影、２光子写真製版）によって有利に生成される。ここで、マイクロ光学対物レンズは、光電子画像センサ１００上に、直接かつ平坦に実装されるので、マイクロ光学対物レンズの軸方向の位置決め精度は非常に高い。軸方向の許容範囲は、層の厚み許容範囲によって与えられる（μｍの範囲内で）。横方向の実装許容範囲は、それぞれのマスク照準器のマスクの精度、位置調整マークおよび位置調整装置によって決定される。それらは数μｍ（例えば、１〜２μｍ）である。
【００３６】
本発明の１つの面によると、本発明に係る光学画像装置は、特に、１光路当たり多数の画素使用と、全体画像を説明する、または、結合される小さいマイクロ画像の画像形成とのために、例えば、特許文献１と特許文献２との中で説明されている人工的複眼の分野の従来技術と異なる。対象物フィールドの非常に限られた領域の代わりに、全ての光路は、特許文献１および特許文献２と比べて、多数倍大きい対象物フィールドを検出する。各光路において、広範囲にわたる対象物フィールド領域の画素化されたマイクロ画像が検出される。異なる光路の画素化されたマイクロ画像は、互いに挟み込まれる。この結果、より高い全体解像度能力が可能になる。さらに、１光路当たり多数の画素の使用は、製造がより容易な、より大きいマイクロレンズの使用を可能にする。
【００３７】
個々の光路によって検出された対象物フィールド領域は、部分的に重複する。それでも、光ダイオード群の個々の画素上に作像された対象物は、主に分画している。この理由は、隣接する光路の抽出格子が、互いに関して単一の光路の抽出間隔（抽出格子の２つの隣接する線の間の距離）の整数倍で移行しない、ということである。マイクロレンズの短い焦点長と光ダイオードの固定サイズとにかかわらず、隣接する光路が相互作用する、密集した対象物フィールド抽出が可能である。特に、ここで、隣接する光路の抽出格子を移行するための２つの場合が、言及される。図１１はこれら２つの場合を模式的に示す。対象物フィールドの中で、光学画像装置の光電子画像センサの光ダイオードによって抽出された（または、検出された）二次元領域が、断面図において、箱関数によって示される。線の種類および番号は、それぞれの光路への抽出領域の配分を指定する。一般性を制限しないで、それぞれ５つの光ダイオードが、光路ごとに示される（Ｎ＝５、Ｎは、１光路当たりの抽出領域または光ダイオードの数）。例えば、第３光路に対して、５つの光ダイオード３２ａであり、第４光路に対して、５つの光ダイオード３２ｂである。
【００３８】
第１光路の光ダイオードは、番号１によって指定され、一点鎖線によって示される。第２光路の光ダイオードは、番号２によって指定され、点線によって示される。第３の光路の光ダイオード３２ａは、番号３によって指定され、実線によって示される。第４の光路の光ダイオード３２ｂは、番号４によって指定され、破線によって示される。第５の光路の光ダイオードは、番号５によって指定され、近接した破線によって示される。第６の光路の光ダイオードは、番号６によって指定され、二点鎖線によって示される。異なる光路の隣接する光ダイオードは、光学画像装置によって検出された対象物の隣接する対象物セルを検出する。
【００３９】
図１１の上段の場合（１）は、２つの隣接する光路の抽出格子が、それぞれ、互いに関して、個々の光路の抽出間隔ｄＡの半分だけ移行される（移行：ｄＶ）。考慮している組の１つの光路から、隣接する組のそれぞれの次の光路への抽出格子の移行ｄＶは、単一光路において、抽出間隔の非整数倍である（例えば、｛（Ｎ−（１／２）｝×ｄＡ、ここで、Ｎは整数である）。この場合（１）は、少ない数の光路（例えば、２×２個の光路）に、または、より小さい対象物距離（５０×焦点長より小さい）に関連しており、対象物フィールドのギャップ無しの等距離抽出を保証する。言い換えれば、単一光路の抽出間隔の半分の奇数倍だけ移行が行われる。
【００４０】
図１１の下段の場合（２）は、１光路内の全ての抽出間隔の全合計（Ｎ×ｄＡ）の半分だけ、または、光ダイオードの数（Ｎ）と光路の抽出間隔（ｄＡ）との積の半分（例えば、Ｎ×ｄＡ／２）だけ、光路または光路の光検知器マトリクスの中心の移行ｄＶを示す。同時に、１光路当たりの光ダイオードまたは抽出領域の奇数（Ｎ）も示す。この場合（２）は、より多数の光路に関連しており、隣接する光路と協働して抽出周期を半分にし、抽出ギャップやマルチ抽出を得ない。この特性は、いくつかの利点を有する。第１利点は、構築長（マルチ光路システムさえ）の短縮化（例えば、半分化）が、一定の角度抽出で可能になる、ということである。これは、レンズによって背後に映し出された、全体画像の２つの隣接する画素の間の角距離が、維持されること、を意味する。これは、光ダイオードの同じ開口絞り（Ｆ／＃）および同じサイズが、従来技術に関して想定されるとき、適用される。構築長またはマイクロレンズの焦点長の減少から、マイクロレンズ直径の減少は、一定の開口絞りまたはｆ番号（ｆ／＃＝マイクロレンズの焦点長／マイクロレンズの直径）を得ることをもたらす。小さい足跡（受光面）を有する光電子画像センサが使用されるので、対物レンズの横方向の寸法の結果として起こる減少が、コスト削減をもたらす。更なる利点は、画像形成が、マイクロレンズの、より短い焦点長で、等しいサイズの光ダイオード上で実行されるので、角度抽出が一定に維持されたままで、感度が増加することである。周知のシステムと比較して、焦点長を短くすることによって、角度解像度能力が、一定に維持された光ダイオードのサイズの状態で減少する。さらに、角度解像度を一定に保つために、より小さい光ダイオードを有する光電子画像センサが、使用される。それぞれの光ダイオードの感度は、より大きい光ダイオードに関して減少する。
【００４１】
個々の光路の挟み込みを明確にするために、図５ａは、単一光路１０´を有する光学画像システムの一部領域５００の平面図を示す。言い換えれば、図５ａはマイクロレンズ・フィールド１０´の例示的配置を示す。それは、図１２〜図１５に示された実施形態の中の配置であり、または、並びである。光学画像システムのそれぞれの光路に、正確に１つのマイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３が関連している。マイクロレンズ１０１〜３０３は、マイクロレンズ・フィールド１０´の中に配置されている。マイクロレンズ１０１〜３０３の輪郭は、等高線５１０によって表示されている。
【００４２】
図５ｂは、この一部領域５００によって観察される対象物フィールド領域８００´を示す。対象物フィールド領域８００´は対象物セル８１０に分割される。対象物セル８１０は、それぞれ、（光路に関連付けられたマイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３によって、）単一光路１０´内の光ダイオード上に作像される。単一光路１０´の挟み込まれた抽出格子を明確にするために、それぞれの対象物セル８１０は、この対象物セル８１０を検出するそれぞれの単一光路１０´（または、マイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３）の指数によって指定される。その結果、隣接する対象物セルが、隣接する光路（または、マイクロレンズ１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３）の光ダイオードによって、検出されることが認められる。光路の挟み込みのため、光路の抽出ギャップは、隣接する光路によって検出されることが、可能である。
【００４３】
別の実施形態で、マルチスペクトル画像記録（例えば、カラー画像記録）が、実行されることは、さらに可能である。必要なスペクトル伝達フィルタは、画素ごとに、すなわち、光電子画像センサの個々の光ダイオード上に集積される（例えば、周知の「バイエル・モザイク」の中の配置）。または、光路ごとに、例えば、マイクロレンズの対物レンズ内に、または、関連画像センサ領域上に集積される。光路ごとのスペクトル伝達フィルタの集積は、従来の単一光路画像システムに関して、レンズが、光路特有の入射角のための修正に加えて、光路特有の伝達スペクトル分配に関して適合されるという利点を有する。。それとは別に、この構成において、色クロストークは、隣接する光ダイオードの間に全く起らない。これから、例えば、画像の一層高い色輝度が、視覚スペクトル（例えば、赤、緑、青）のカラーフィルタを使用するとき、結果として生じる。さらに、光学画像システムの構築長さが短縮化される。光路ごとのフィルタの集積の変形で、全ての異なるスペクトル部分に対して、対象物フィールドの一定の抽出を保証するために、抽出体系は、図４と図６ａと図６ｂに従って使用される。
【００４４】
図６ａは、光学画像装置の一部領域６００の平面図を示す。光学画像装置は、単一光路１０´と、光路ごとに集積されたスペクトル伝達フィルタ（領域パターン）と、を有する。図６ａに示された光学画像装置の平面図は、光路（または、マイクロレンズ）１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３上のスペクトル伝達フィルタ、だけ異なる。それぞれの領域パターンは、正確に、１つのスペクトル伝達フィルタに関連し、それぞれの光路は、正確に、１つのスペクトル色に関連している。全ての異なるスペクトル部分に対して、対象物フィールドの一定の抽出を保証するために、異なる光路は、同じスペクトル伝達フィルタを有する。図６ａにおいて、光路１０１，１０３，３０１，３０３は、斜線領域パターンと第１伝達フィルタ（例えば、赤色フィルタ）を有する。光路１０２，３０２は、水平線領域パターンと第２伝達フィルタ（例えば、緑色フィルタ）を有する。光路２０１，２０２は、波線領域パターンと第３伝達フィルタ（例えば、青色フィルタ）を有する。光路２０２は、点を打たれた領域パターンと第４伝達フィルタ（例えば、灰色フィルタ）を有する。
【００４５】
図６ｂは、図６ａの一部領域６００から監視された対象物フィールド領域８００´を示す。対象物フィールド領域８００´は、対象物セル８１０に分割される。１つの対象物セル８１０は、それぞれ（少なくとも基本的には）、単一光路（マイクロレンズ・フィールド）１０´内の光ダイオードに作像される。単一光路１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３の挟み込まれた抽出格子と、それぞれのスペクトル伝達フィルタによる対象物セル８１０の適用範囲とを示すために、それぞれの対象物セル８１０は、それぞれの単一光路１０´の識別番号１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３と、フィルタパターン（斜線、水平線、波線、点線）とが提供される。隣接する対象物セル８１０は、隣接する光路１０１〜１０３，２０１〜２０３，３０１〜３０３によって検出された抽出格子のために、検出される。抽出格子は、画像形成装置の焦点領域の対象物側深さにある。隣接する光路（例えば、１０１，１０２，２０１，２０２）によって検出された対象物フィールド領域は、部分的に重複する、ことが明確になる。その結果、直接に隣接する画像情報（例えば、８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄ）は、それぞれ、異なるスペクトル伝達フィルタ（例えば、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ、灰色フィルタ）によって結合された全体画像の中で得られる。あるいは、スペクトルデータを得るために、それぞれフィルタにかけられる。例えば、対象物フィールド８００´の４つの直接に隣接する領域（画像情報）８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄは、全部で４つのスペクトル伝達フィルタを含む群８２０を形成する。
【００４６】
それぞれの画像画素または画像情報（例えば、８１０ａ）のマルチスペクトルデータ（例えば、１色当たり１つの灰色値）は、関連スペクトル域または画像情報（例えば、８１０ａ）の物理的に記録された値の、および、残っているスペクトル域の、または、隣接および／または周囲の画素（例えば、８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄ）の画像情報（例えば、８１０ｂ，８１０ｃ，８１０ｄ）の値の、重み付けされた補間によって補間される。スペクトル域またはスペクトル伝達フィルタは、各画素に関連付けられる。光路ごとの、スペクトル伝達フィルタの集積の変形、すなわち、各光路は自身のスペクトル伝達フィルタを含む。隣接する光路は、好ましくは、異なるスペクトル伝達フィルタを含む。対照的に、それぞれの光ダイオード上にスペクトル伝達フィルタを集積することは、製造中に取り扱い易い、より大きいスペクトル伝達フィルタが使用される、という利点を有する。ここで、示された変形に対して、スペクトル伝達フィルタが、光路ごとに、それぞれの光路の画像センサ領域上に集積される。
【００４７】
図１２は、第２実施形態の光学画像装置１２００を示す。画像マイクロレンズ１０は、全体に層厚みを有する、透明または少なくとも一部透明な基板層２０，２１，２２の積層体上の二次元フィールドの中に配置される（一次元配置も可能である）。層厚みは、それぞれの材料（ガラス、プラスチック）のマイクロレンズの焦点長に対応する。透明な基板層２０，２１，２２の裏に、光電子画像センサ１００が、二次元フィールドに配置される多数の光ダイオード３０´と供に、（例えば、マイクロレンズ１０の焦点面に）配置される。光ダイオード３０´は、マイクロレンズ・フィールドの光路分割に従って、光路のそれぞれのマイクロ画像のために、少なくとも５×５個の光ダイオード３０´の別々の群に分割される。これらの群は、それぞれ画像検出器マトリクス３０または光ダイオードフィールド３０を形成する。
【００４８】
マイクロレンズ・フィールド１０の下に、窓フィールド１１が位置している。基板層２０と基板層２１との間に、第１窓フィールド１２が位置している。第２窓フィールド１２´は、基板層２１と基板層２２との間に位置している。基板層２２の下側に、画像センサ１００が実装されている。画像検出器マトリクス３０の中心は、関連光路のマイクロレンズ窓の図心に関して、オフセット（相殺）された中心を含む。図心は、画像検出器マトリクス３０上に映し出される。
【００４９】
構造記述に基づいて、機能が説明される。それぞれの光路の視点４００の主方向は、それぞれの光路のマイクロレンズ窓の図心に関して、画像検出器マトリクス３０の中心のオフセットによって説明される。
【００５０】
それぞれの画像検出器マトリクス３０の拡張は、マイクロレンズの焦点長と共に、それぞれの光路の中で伝達された対象物フィールド領域を決定する。隣接する光路によって検出された対象物フィールド領域は、相互に、少なくとも部分的に重複する。光路の２つの粗い抽出格子は、より密集した新しい抽出格子を形成するために、相互に補い合う。考慮されている光路の抽出格子は、例えば、考慮されている光路の焦点領域の深さ（または、焦点領域の深さの平面）における、それらの対象物点の全体である。対象物点は、考慮されている光路の画像検出器マトリクス３０の個々の画像検出器上に作像される。図２、図４、図５ａおよび図５ｂは、この特性、すなわち、隣接する光路の挟み込みを示している。マイクロレンズ・フィールド１０の下に直接に窓フィールド１１を使用することは、散乱光を抑制するために有利である。そうでなければ、散乱光は、マイクロレンズのギャップを通過する。さらに、不透明な（吸収または反射する）材料で作られた、少なくとも２つの水平な窓フィールド１２，１２´が、光路間の光学クロストークを防止するために使用される。透明基板層２０，２１，２２は、好ましくは、ガラス、プラスチック、または、無機の共重合体（例えば、ＯＲＭＯＣＥＲ）で作られている。ここで示されたことに加えて、スペクトル伝達フィルタ（例えば、光路ごとに、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ）のフィールド型配置は、窓層（窓フィールド）１１とマイクロレンズ１０との間に直接に構造化され、マルチスペクトルの画像記録を可能にする。
【００５１】
光学画像装置１２００は、単層の組み立て、簡素な製造技術、および、それらに繋がった安定性によって、特徴付けられる。レンズは、光電子画像センサ１００とは別に製造され、その後のステップにおいて、位置調整マークによって、ウエハーレベル上にレンズが実装される（一のウエハー上に多くの光電子系が実装されるのと並行して、他のウエハー上に多くの光学系が実装される）。あるいは、個々のレンズは、光学ウエハー接合から切断され、個別にそれぞれの光電子画像センサに実装される。固定は、例えば、接着、はんだ付け、または、陽極接合によって実行される。また、ハイブリッド製造技術が可能である。光学部品は、多数の光電子画像センサ１００を有する光学ウエハー上に、段階的に組み立てられる。それらの関連マイクロレンズに関して（または、関連光路もしくは関連マイクロレンズのマイクロレンズ窓の、画像検出器マトリクス３０上に映し出された、図心に関して）、画像検出器マトリクス３０の中心点のオフセットを示すために、図３において、第２実施形態の二次元画像形成および画像記録システムの簡略な模式平面図が示される。ここで、フィールド型に配置されたマイクロレンズ１０が示される。マイクロレンズ１０の輪郭は等高線によって示される。そして、マイクロレンズ１０は、光電子画像センサ１００の光ダイオード（画像検出器マトリクス３０）の群を、（それぞれの光路のマイクロレンズ窓またはそれぞれのマイクロレンズの図心に関して、）軸方向に基本的に横方向にオフセットする。図心は、画像検出器マトリクス３０上に映し出される。
【００５２】
さらに、第２実施形態と他の可能な実施形態は、光路ごとに、マイクロ画像信号の電子前処理のためのユニット（画像処理装置）７０を含む。画像処理装置７０は、任意に、光電子画像センサ１００の回路に集積される、または、光電子画像センサ１００の外で下流回路に接続される。
【００５３】
ユニット７０が、以下ににおいて、「画像処理装置」としても参照される。
【００５４】
例えば、以下において、画像処理装置７０のハードウェア実行のための４つの変形が、光学画像装置に接続された状態で示される。
【００５５】
１．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００の外側周辺部（例えば、光電子画像センサチップ１００が配置されているのと同じ印刷回路基板上に配置されたＦＰＧＡ）に配置されている。すなわち、画像処理装置７０は、画像センサチップ１００上に配置されていない（オフチップ）。光電子画像センサチップ１００は、わずかな出力しかない。完全な画像マトリクス（画像検出器マトリクス３０の画像検出器３０´によって検出された全ての画像情報の全体）は、出力されて、その後、（時間的に直列に）一緒に処理される。
【００５６】
２．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００の外側周辺部に配置されている。しかし、光電子画像センサチップ１００は、多数（少なくとも画像検出器マトリクス３０と同じ数）の出力を有する。ここで、歪みの修正と、それぞれのマイクロ画像のための更なる画像前処理とは、別々に実行される。仮に、適用されるならば、両者は、時間的に並行して実行される。
【００５７】
３．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００（例えば、「ＡＳＩＣ（応用仕様集積回路））上に配置されている。しかし、光能動的領域の外側に配置されている。完全な画像マトリクスは、光電子画像センサチップ１００内の光能動的領域から画像処理装置７０に移送され、その後、（時間的に直列に）一緒に処理される。
【００５８】
４．画像処理装置７０は、光電子画像センサチップ１００（例えば、ＡＳＩＣ）上に配置され、一部（すなわち、マイクロ画像処理手段５０）は、画像検出器マトリクス３０のギャップの中に配置されている。この場合、画像検出器マトリクス３０の画像処理の一部は、別々に、時間的に並行して実行される。それとは別に、必要な回路を光能動的領域に集積することによって、シリコン領域が抑えられる。すなわち、マイクロ画像処理は、画像検出器マトリクス３０の間のマイクロ画像処理装置によって、それぞれの画像検出器マトリクス３０ごとに、別々にかつ時間的に並行して実行される。
【００５９】
例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの中の画像処理装置７０のハードウェア実行の場合、光路ごとの歪みの修正は、「時間的に並行して」実行されるだけである。特性「時間的に並行して」は任意である。高い画像繰返し速度に関して、ハードウェア実行のこの実施形態は好まれる。しかし、ソフトウェアに基づいた修正も、例えば、ＰＣに接続された状態で実行される。
【００６０】
画像処理装置７０は、第２実施形態に関して説明されるべきである。それは、光路ごとに、マイクロ画像の歪みの、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実現された電子補正を実行する。
【００６１】
増加する入射角を有する（すなわち、対象物フィールドの外縁域の）単一の画像形成レンズ（例えば、単一の平凸のレンズ）による画像形成と傾斜入射光とのため、画像歪みの増加が起こる。これは、傾斜した入射角を有する正方形の対象物範囲が、ダイヤモンド形をした画像領域の中に作像される、という事実をもたらす。
【００６２】
図７ａは、第２実施形態の中央の対象物フィールド領域における歪みの質的図を示す。正方格子に配置されている対象物セルは、傾斜した入射角の下で、より小さい半径の画像座標の中に作像される。その結果、樽形をした歪みが生じる。
【００６３】
図７ｂは、傾斜した入射角（ここでは、対象物フィールドの中の筋交いの角度が３８°）の下で、歪みが、さらに、強く非対称的になることを示す。図７ａと図７ｂの効果は、視覚化目的のために強く誇張して示される。
【００６４】
図８は、正の樽形歪みの基本コースを示す。これは、軸近傍の（すなわち、理想的な）歪みのない衝突高さ（「理想的な衝突高さ」）と比較した、画像平面の中の主ビームの半径の高さ（「現実の衝突高さ」）によって示される。「現実の衝突高さ」は、対象物フィールドの中の入射角（ＡＯＩ）に依存している。画像形成が、入射角の増加に従って、衝突高さが小さくなる傾向にあることは、明白である。異なる光路のマイクロ画像上に作像された隣接する対象物点は、再び、全体画像の中の隣接する画像点の中にまとめられなければならないので、マイクロ画像の均等化または修正が賢明である。さもなければ、入射角に対応して増大している歪みの結果として、光路ごとに、画像検出器マトリクスの中心が、全体画像の縁に向かうそれぞれの光路（いわゆる、軸外れ光路）のマイクロレンズ窓の図心に関して、横方向に移行しているため、画像情報の間のオフセット（相殺）が、より多く生じる。その結果、マイクロ画像の誤った接続と減少した解像度とが生じる。マイクロ画像の信号は、集積回路（例えば、ＡＳＩＣ、ＳｏＣ）、または、下流の回路（例えば、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ）のいずれかの中のハードウェア部品、および／または、ソフトウェア部品によって、直接に回転され、逆転にされ、修正される（すなわち、例えば、図４の歪み修正器５０によって、歪みに関して修正される）。それとは別に、同じ系列内において、言い換えれば、歪み修正器５０によって、マイクロ画像の中の固定パターン雑音と、照度の不均一性（陰影）とが、修正される。この画像処理の並行化の可能性は、例えば、応用仕様集積回路（ＡＳＩＣ）によって、短い計算時間と、全体画像の高い繰返し速度とを可能にする。
【００６５】
歪みを修正して、個々のマイクロ画像から全体画像をまとめるためのユニットは、図４および図９に示され、これらの２つの図に関して詳細に説明される。
【００６６】
図４は、マイクロ画像を修正して、マイクロ画像から全体画像３００を再構成するための下流のユニット５０，６０，６１を有する第２実施形態の光学画像装置を示す。拡張された対象物フィールド領域（例えば、焦点領域の深さ）に配置された対象物８００は、光学画像装置の数個の光路によって、サイズに従って検出される。マイクロレンズ・フィールド１０の個々のマイクロレンズによって作像された対象物フィールド領域は、相互に少なくとも一部重複する。それでも、画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）上に作像された対象物領域（４４ａ〜４４ｅ）は、主に分画されている。すなわち、既に画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）上に作像されている対象物領域（４４ａ〜４４ｅ）は、好ましくは、別の画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）上に作像されない。この理由は、隣接する光路の抽出格子が、例えば、光路内の全ての抽出領域の完全な合計の半分だけ、相互に関して移行されるからである。抽出領域は、奇数の抽出領域または光ダイオードを有する。密集した対象物フィールド抽出は、マイクロレンズ１０の短い焦点長と光ダイオード３０´の固定サイズにもかかわらず、可能である。
【００６７】
図４は、さらに、画像処理手段７０を有する画像前処理を示す。画像処理手段７０は、画素群または画像検出器マトリクス（３０ａ〜３０ｅ）の記録されたマイクロ画像から、全体対象物８００の完全で歪みのない画像３００を形成するために必要である。個々のマイクロ画像３０ａ〜３０ｅは、画像処理手段７０の第１処理手段（「マイクロ画像インバータ」）５１の中で、水平方向および垂直方向に鏡像される（１８０°回転に対応する）。画像処理手段７０の第２処理手段（「均等化または修正ステージ」）５２の中において、マイクロ画像の画素値は、位置変換（例えば、ｘ座標とｙ座標との双一次変換）によって、離散的格子構造から、連続した仮想座標面に変換される。変換パラメータは、光学設計データと模擬実験から知られる。その結果、遠近画法、画像形成拡大の変化、および、画像エラーによる画像歪みは、修正される。追加的補間によって、歪みのない画素値は、光路ごとに、新しい離散的格子（３１ａ〜３１ｅの中のｘ´，ｙ´）上に作像をされる。処理手段５１，５２の中で実行される処理ステップは、好ましくは、光路ごとに並行して実行される。適合した光電子画像センサ１００の使用で、それぞれの各光路ごと存在する回路モジュール内の第１処理手段５１と第２処理手段５２とを、画像センサ１００のチップ（例えば、ＡＳＩＣ）上に直接に集積することは、処理過程の加速のために有利である。対応する回路の配置のために、隣接する光路の画像検出器マトリクス３０の間の光学的に不使用のギャップが、提示される。全てのマイクロ画像（３１ａ〜３１ｅ）の画素値の溶融（または、全体画像の再構成）は、選択的に、略ハードウェアで、すなわち、光電子画像センサのチップ（例えば、ＦＰＧＡ）の周辺部において電子的に、または、略ソフトウェアで、すなわち、外部的に接続されたＣＰＵ（例えば、ＰＣ）内だけで、行われる。
【００６８】
画素値の溶融は、画像処理手段７０の第３処理手段（「全体画像再構成器」）６０によって、実行される。第３処理手段６０は、固定パターンに従って、画素値を、歪みのないマイクロ画像３１ａ〜３１ｅから最終画像マトリクス３００の中に、再分類を実行する。固定パターンは、個々の光路の抽出格子の挟み込みによって与えられる。
【００６９】
図９は、傾斜した入射角の下で、画像形成における歪みの結果として、格子対象物８００を有する正方形の対象物領域の画像歪みを示す。図９の左側は、比較例として、歪み修正のための第２処理手段５２を有さない格子対象物８００の再構成を示す。図９の右側は、歪み修正のための第２処理手段５２を有する格子対象物８００の再構成を示す。
【００７０】
図９の左側では、マルチ光路画像および画像記録システムによる、または、光学画像装置による画像形成を含む画像記録系列と、マイクロ画像（ここでは、３×３個）の第１処理手段５１による後続の変換とが、示される。第２処理手段５２が無い結果として、マイクロ画像３２は、まだ歪んでいる。以下のことは、対象物距離に依存する視差のオフセットを補償するために、（例えば、画像処理手段７０の「視差補償器」６１による）マイクロ画像３２の仮想移行化である。最終的に、全てのマイクロ画像３２の第３処理手段６０よる画素値の溶融は、全体画像３２０になる。歪みのため、異なるマイクロ画像の細かい部分は接続できない。対象物８００は、全体画像３２０によって十分正確に表示されない。
【００７１】
これとは対照的に、図９の右側では、画像処理系列が、歪みを修正するためのステージ（均等化または修正ステージ５２）と共に、示される。その結果、変換されたマイクロ画像３１は、歪みがなく、視差補償器６１（マイクロ画像の仮想移行）による視差補償、および、全体画像再構成器６０による全てのマイクロ画像の画素値の溶融の後に、対象物８００の十分正確な表現を表示する全体画像３００を形成する。
【００７２】
特許文献３と特許文献４のシステムとは対照的に、本発明に係る実施形態において、マイクロ画像の歪みの光路ごとの修正、および、マイクロ画像の画素値の補間が、実行される。その結果、全体画像における解像度能力は、区分化によって減少しない。
【００７３】
歪みの適切な修正、および、マイクロ画像を全体画像に再構成することを可能にするために、対象物スペースの中の作動距離の電子的設定が使用される。横方向に離れて区切られた２つの光路から、隣接する２つの対象物点を抽出するとき、異なる光路間の視差のため、小さい対象物距離で、隣接する画像情報のオフセットが生じる。このオフセットは、部分的な画像情報の（「仮想」）移行によって修正される。ここでの移行は、対象物距離と、光路間の基本長（すなわち、それぞれの光路の光検出器マトリクスの中心点の間の距離）とに依存する。基本長が知られているので、（例えば、適した独立のギャップセンサで、）対象物距離を測定することによって、オフセットが電子的に後修正される。光学画像形成および画像記録システムは、それぞれの対象物距離ごとに、歪みのない方法で（例えば、図４の視差補償器６１によって）、溶け合う（マイクロ画像を全体画像に溶融すること）前に、マイクロ画像の仮想オフセットの変化によって、全体画像に焦点を当てる。
【００７４】
作動距離の設定は、離散的ステップの中で、それぞれのマイクロ画像の画像画素の数に従って、実行される。しかしながら、マイクロ画像の均等化または修正のために、（歪みの無いマイクロ画像への）座標変換と、（離散的画素位置を有する歪みの無いマイクロ画像の信号強度の）補間とが、必要である。作動距離の設定は、より微細な等級であっても、仮想の副画素移行によって、実行される。
【００７５】
言い換えれば、小さい（１００×焦点長より小さい）対象物距離で、部分的に重複している対象物フィールド領域の間の画角（視差）のオフセットが、隣接するマイクロ画像の中で起こるので、同様のことが、マイクロ画像の溶融において、マイクロ画像の細部の規則正しい連続した接続を保証するために、考慮されるべきである。仮に、（平均）対象物距離が知られているならば、全体画像再構築器６０の中の分類アルゴリズムは、数値表に応じて、単一光路のマイクロ画像を、相互に事実上横方向にオフセットすることによって、変化される。（平均）対象物距離は、例えば、測定ファインダーカメラと同様に、視差補償器６１の中の外部センサ源によって決定される。これは、副画素補間によって、１画素の等級、または、さらに微細な等級でも、実行される。全体画像３００の縁では、挟み込まれた抽出格子のため、関連対象物フィールドセルが、マイクロレンズ・フィールド１０の縁を超えて配置された外れた隣接光路によって検出されるので、「空白の画素値」が起こる。
【００７６】
図１３は、第３実施形態の光学画像装置１３００を示す。光学画像装置１３００は、例えば、５つの画像検出器マトリクス３０を有する画像センサ１００を含む。対象物に面している画像センサ１００の一方の面（または、上面）には、透明な基板層２２が配置されている。基板層２２の上には、第１窓フィールド１２´が配置されている。第１窓フィールド１２´の上には、別の透明な基板層２１が配置されている。基板層２１の上には、第２窓フィールド１２が配置されている。スペーサ層４０は、第２窓フィールド１２の上に配置され、マイクロレンズ・フィールド１０は、このスペーサ層４０内に逆さに設置されている。すなわち、マイクロレンズ・フィールド１０のマイクロレンズの平面側は、対象物に向けられ、一方、マイクロレンズの曲面側は、画像センサ１００に向けられている。第１窓フィールド１１は、マイクロレンズフィールド１０の上側に配置されている。第１窓フィールド１１の上には、別の基板層２０が配置されている。基板層２０は、上面側に第２窓フィールド１１´を有している。フィルタ層２００は、第２窓フィールド１１´の上に配置されている。
【００７７】
以下において、第３実施形態の光学画像装置１３００の機能および利点が説明される。光学画像装置１３００において、少なくとも１つの基板層２０を有するマイクロレンズ・フィールド１０が、透明な基板層２１，２２の基本的積層体を有するスペーサ４０に逆さに取り付けられるので、第２窓フィールド１１´は、レンズから分離され、透明な基板層２０の前側に位置する。これは、第２実施形態の光学画像装置１２００と比較して、以下の利点がある。
【００７８】
第１の利点は、平凸レンズに関連する第２窓フィールド１１´の上流の位置によって、光学画像エラー（特に、コマ（彗星の頭部の雲状のもの）、乱視、および画像フィールド効果）が部分的に補償される、ということである。そうでなければ、それぞれの単一光路内のより大きい数の光学要素（レンズ）が必要である。対物レンズによる大きな入射角から作像されるべき光４１０は、実際のレンズ領域に達する前に、フィルタ層２００によって屈折され、基板層２０の中に入射する、という更なる利点がある。大気と比較して、基板層２０の、より高い屈折率のため、ビームは、より小さい角度の下、レンズ輪郭を通過する。それは、光学画像エラー（異常）の減少をもたらす。
【００７９】
さらに、第２実施形態の場合、対象物フィールドの中の画角に依存して、画像平面上への実際に同じサイズの主ビームの入射角が生じる（図１０参照）。特に、大きい入射角で、これは、光電子画像センサ１００の３次元画素構造と、隣接する光ダイオード３０´の間のクロストークとによって、陰影をもたらす。これらの効果は、相対的照度の強さと画像内のコントラストとを減少させる。それとは対照的に、第３実施形態の場合、中間フィールド（それぞれの画像検出器マトリクス３０の中心の光ダイオードによって検出される、対象物フィールドの対象物セル）の主ビームは、小さい角度の下で、各光路の中で、光電子画像センサ１００の光能動的領域上に衝突する。光電子画像センサ１００は、画像の中の相対的照度の強さに関する有利な効果を有する。
【００８０】
図１０は、７５°の完全な視野角度を有するマルチ光路画像および画像記録システムのための光電子画像センサ１００の平面の正規化直径座標を横切って記載された、光電子画像センサ１００の平面上のそれぞれの主ビームの入射角（度）を示す。データ列１は第２実施形態の光学画像装置１２００を使用して得られ、データ列２は第３実施形態の光学画像装置１３００を使用して得られた。
【００８１】
さらに、マイクロレンズ・フィールド１０の前側が平らに設けられているので、マイクロレンズ・フィールド１０は、光学フィルタ２００（例えば、視覚光における応用のためのＩＲ帯域阻止フィルタ）の前側に、逆さに実装される。および／または、スペクトル伝達フィルタ（例えば、光路ごとの、赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタ）のフィールド型配置は、集積されている。さらに、平らな境界領域またはインタフェースは、反射防止（例えば、ＡＲコーティング）のために、および、環境の影響から後続の第２窓フィールド１１´を保護すること（例えば、耐摺り傷のコーティング）のために役立つ。あるいはまた、スペクトル伝達フィルタのフィールド型配置は、第１窓フィールド１１とマイクロレンズフィールド１０との間で直接に構造化される。
【００８２】
フィールドとして設けられたスペーサ４０は、不透明な材料（例えば、プラスチック、深くエッチングされたシリコン）、または、透明な材料（例えば、プラスチック、ガラスまたは無機の有機ポリマー（例えば、ＯＲＭＯＣＥＲ））のいずれかで作成されることが勧められる。ギャップは、マイクロレンズと比較して低屈折率を有する材料（例えば、空気、真空引きされた空気、窒素または同様のもの）を含む。その結果、焦点合わせがレンズによって達成される。スペーサ４０のために透明な材料を使用するとき、いくつかの場合において、基板層２１の前側の第２窓フィールド層１２が、光路間の光学クロストークを防ぐために必要である。さらに、第１窓フィールド１２´が、いくつかの場合において、同じ理由のために必要である。さらに、追加の窓フィールドが、光路間のクロストークを最小限にするために導入されてもよい。さらにまた、第２実施形態においても、不透明な材料（例えば、光吸収物質、または、深くエッチングされたシリコン）で作成された、垂直方向に傾斜した壁が、光学クロストークを抑制するための水平な窓フィールド１２，１２´の代わりに適している。しかし、垂直方向に傾斜した壁は、技術的に、より費用および手間がかかる。軸方向（垂直方向）の光路分離構造の場合において、軸方向の光路分離構造が、マイクロレンズ・フィールド１０と基板層２０とを実装するための安定した枠組みを代表する限り、基板層２１，２２は省略されてもよい。そして、光束は、それぞれの充填媒体（例えば、空気、真空引きされた空気、窒素または同様のもの）の中で、軸方向にマイクロレンズ１０の後で、焦点が合わせられる。
【００８３】
第２実施形態と比較して、逆さの組み立てによって生じた空洞とスペーサ４０とは、変更された組み立ておよび接続技術を引き起こす。フィルタ層２００、基板層２０、窓フィールド１１，１１´およびマイクロレンズ１０の積層体は、窓層１２，１２´を有する基板層２１，２２のスペーサ４０の積層体から分離して製造されてもよい。２つの部品は、マークによって、ウエハーレベル上で正確に位置調整され、相互に接続（例えば、接着、はんだ付け、または、陽極接合）される。完全なマイクロレンズの対物レンズは、任意に、ウエハーレベル上で、あるいは、光電子画像センサ１００上の切断された単一対物レンズの中で、位置調整または接合される。あるいはまた、光学部品は、多数の光電子画像センサを有する光学ウエハーの上に、ステップ順に、または、層順に組み立てられる。
【００８４】
マイクロレンズの対物レンズを通過する有効光の伝達を増加させるために、マイクロレンズ１０の曲面上と基板層２１の前側表面上とに、反射防止被覆をすることは利点がある。
【００８５】
図１４は、第４実施形態の光学画像装置１４００を示す。図１４において、３つのマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２が、窓フィールド１１´の周りに、事実上、対称的配置で、軸方向に順に使用される。また、３つより多いマイクロレンズ・フィールドを使用することも可能である。凸平面レンズから成る第１マイクロレンズ・フィールド１０は、薄い基板層２０の上面（対象物に面している側の面）に配置されている。窓フィールド１１は、基板層２０とマイクロレンズ・フィールド１０との間に、構造化されている。薄い基板層２０の下には、第２マイクロレンズ・フィールド１０１が配置されている。第２マイクロレンズ・フィールド１０１のレンズは、ここでは、凹平面レンズとして実行される。それに続く基板層２１の上面側には、すなわち、基板層２１とマイクロレンズ・フィールド１０１との間には、各光路の中の実際のシステム窓を代表する窓フィールド１１´が、配置されている。窓フィールド１１´を前側（対象物に面している側）に有する基板層２１は、基板層２０の後側（対象物から離れている側）のマイクロレンズ・フィールド１０１の残りの層に直接に接続されている。その結果、単一画像形成対物レンズが、結果として生じる。基板層２１の後側面には、別の水平窓層１２が配置されている。水平窓層１２は、光学クロストークを抑制するために役に立つ。別の凸平面マイクロレンズ・フィールド１０２は、基板層２１の後側に形成されている。その結果、得られた積層体は、光電子画像センサ１００上に、軸方向空間構造物（スペーサ）４１によって固定されている。スペーサ４１は、マルチ光路対物レンズの縁上に設けられている。また、スペーサ４１は、光路ごとに設けられている。スペーサ４１の材料として、特に、ガラス、プラスチックまたは金属が使用される。材料は、不透明であるべき、または、その後の実装ステップで不透明にする（例えば、ガラスを使用するときは、光吸収物質によって黒くする）べきである。それぞれの光ダイオード群３０は、マイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２の関連マイクロレンズと比較して、横方向オフセット（ピッチ差）を有する。横方向オフセットは、対象物フィールドの中で、それぞれの光路の平均観測方向を与える。光学ビームは、マイクロレンズを通過して、関連光ダイオードマトリクス３０の中心で、光ダイオードに衝突する。
【００８６】
構造の記述に基づいて、光学画像装置１４００の機能および利点が、第４実施形態に従って説明される。異なるマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２は、例えば、材料の異なる分散特性による色彩の画像エラーを修正するために、異なる材料（異なるガラス種類、プラスチック、無機の有機的ポリマーなど）から形成される、または、割り当てられる。さらに、１つ以上のマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２が、色消しの要素のフィールドとして、設けられてもよい。対物レンズの縁部に取り付けられた不透明な軸方向スペーサのため、マルチ光路画像システムと光電子画像センサ１００の感光性領域の両方が、外側から来る散乱光から保護される。さらに、マイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２は、相互に異なる中心距離を有する。その結果、隣接する光路間の個々のマイクロレンズ１０，１０１，１０２の頂点１４２０間の軸方向接続直線１４１０は、図１４の光学画像装置１４００の中のように、角度を取り囲み、平行でない。
【００８７】
上で説明された組み立てのため、全ての光路において、小さいマイクロ対物レンズが、生じる。マイクロ対物レンズは、それぞれの関連対象物部分の画像を、光電子画像センサ１００の関連光ダイオード群３０の上に写像する。ここで、明らかに、中間像を有する２ステージ画像形成は、全体対物レンズの最小可能構築長を得るために使用ない。図１４の３つのマイクロレンズ・フィールド１０，１０１，１０２の配置は、それぞれの光路内の（歪み、色彩エラー、およびコマのような）光学画像エラーを減少させ、かつ、他の実施形態と比較して、光学解像度能力を増加させるために、有利である。特に、この第４実施形態を使用して、樽形歪みは大きく修正される。その結果、全体画像の解像度能力が、歪みの結果として、大きな対象物の画角に対して減少しない。それとは別に、増加する複雑さのため、光学光強度の増加（ｆ番号の減少）が可能である。
【００８８】
図１５は、第５実施形態の光学画像装置１５００を示す。光学画像装置１５００は、第４実施形態とは対照的に、基板層２０の上面に、マイクロレンズ・フィールド１０を含む。マイクロレンズ・フィールド１０は、屈折の自由形式表面の第１フィールドとして設けられている。基板層２１の下面には、マイクロレンズ・フィールド１０２を含む。マイクロレンズ・フィールド１０２は、屈折の自由形式表面の第２フィールドとして設けられている。屈折の自由形式表面のフィールドは、一般に、マイクロレンズ・フィールドである。個々のレンズパラメータ（すなわち、窓の形式およびサイズも）は、光路ごとに（または、自由形式表面ごとに）、異なる。屈折の自由形式表面の第１フィールド１０と関連窓フィールド１１とは、薄い透明な基板層２０の上に配置されている。基板層２０の後側に、凹平面マイクロレンズ・フィールド１０１が配置されている。軸方向に続く基板層２１の前側に、窓フィールド１１´が配置されている。窓フィールド１１´を前側に有する基板層２１は、基板層２０の後側のマイクロレンズ・フィールド１０１の残りの層に、直接に接続されている。その結果、単一画像形成対物レンズが生じる。基板層２１の後側面には、水平な窓シート１２および屈折の自由形式表面の第２フィールドが配置されている。水平な窓シート１２は、光学クロストークを抑制するために役立つ。異なるマイクロレンズ・フィールド（または、屈折の自由形式表面フィールド）１０，１０１，１０２は、例えば、材料の異なる分散特性によって色彩画像エラーを修正するために、異なる材料（異なるガラス種類、プラスチック、無機の有機的共同重合体など）から成る。さらに、１つ以上のマイクロレンズフィールド（または、屈折の自由形式表面フィールド）１０，１０１，１０２は、無色の要素のフィールドとして設けられる。マルチ光路画像形成対物レンズは、光電子画像センサ１００の軸方向間隔構造体（スペーサ）４１によって固定されている。これらのスペーサ４１は、マルチ光路対物レンズの縁に設けられているけれども、任意に、光路ごとに設けられてもよい。材料として、特に、ガラス、プラスチックまたは金属が使用される。材料は、不透明であるべき、または、その後の実装ステップで不透明にする（例えば、ガラスを使用するときは、光吸収物質によって黒くする）べきである。
【００８９】
一般に、焦点は、非球面レンズおよび屈折自由形式表面に対して、入射光線が、（例えば、画像センサ１００の主表面に）常に束ねられる点である。
【００９０】
レンズの縁に取り付けられた、不透明かつ軸方向のスペーサ４１によって、マルチ光路画像システムと光電子画像センサ１００の感光性領域の両方が、横方向から入射する散乱光から保護される。それぞれの光ダイオード群３０は、マイクロレンズ・フィールドまたは屈折自由形式表面フィールド１０，１０１，１０２からの、関連マイクロレンズまたは屈折自由形式表面に関して、横方向オフセット（ピッチ差）を有する。横方向オフセットは、対象物フィールドの中のそれぞれの光路の視点または監視の平均方向を定義する。
【００９１】
構造に基づいて、第５実施形態の機能と利点が説明される。図１５に示した第５実施形態の光学画像装置１５００は、図１４に示した第４実施形態の光学画像装置１４００と比較して、より高い光学的に十分な要素を有する。これは、それぞれのマイクロレンズ・フィールドの代わりとして、屈折形式表面の少なくとも１つのフィールド型配置の使用によって、達成される。例えば、図１５の光学画像装置１５００において、屈折自由形式表面の２つのフィールド、つまり、屈折自由形式表面の第１フィールド１０と屈折自由形式表面の第２フィールド１０２とが、使用される。各光路内のこれらの屈折自由形式表面の横方向の拡張は、屈折自由形式表面と比較して、より大きい（完全な）マイクロレンズのそれぞれの光ダイオード群３０に属している点灯された領域より実質的に大きくない。この理由のため、光ダイオード（光ダイオードマトリクス）群３０は、相互に隣接してまとめられ、密集した状態で配置される。それは、マイクロレンズの使用と比較して、光電子画像センサ１００の、より小さい能動領域（または能動表面）および製造コストの減少を意味する。
【００９２】
第４実施形態の光学画像装置１４００に関して既に言及したように、第５実施形態の光学画像装置１５００も、第４実施形態の中で言及した利点を有する窓フィールド１１´の周りに、殆んど軸対称の配置が、光学解像度能力を増加するために使用される。示された配置において、歪みは、主に、光路内の軸方向に対称的な光学的組み立てによって強く減少される。傾斜した入射光の下、光路ごとの、画像エラーの修正の最適化の結果として、接線で矢状縫合のマイクロレンズパラメータの独立した適合が好ましい。しかしながら、１光路当たり１つの（従って、非無定形の）屈折自由形式表面による画像形成は、接線方向で矢状縫合の方向に、異なる画像形成拡大を、その都度、発生する。それは、それぞれのマイクロ画像の単一軸歪みを導く。この歪みは、光路ごとに、（例えば、図４の第２処理手段５２を使用して、）画素値の位置変換および補間によって有利に修正され、隣接する光路の画像細部の接続（適する相互接続）、および、全体画像の高解像度能力が保証される。また、図１５に示すように、１光路当たり１つの第２屈折自由形式表面が、傾斜した入射光の下で、光路ごとに、画像エラーの修正と同時に、接線方向で矢状縫合方向において、画像形成拡大の変化を、光学的に修正するために使用される。
【００９３】
屈折自由形式表面１０，１０２は、より大きい２円錐形マイクロレンズ（すなわち、表面輪郭を通した２つの縦断面に沿った異なる円錐を有する、２つの非球面の輪郭を含むマイクロレンズ）の区域によって少なくとも近似的に説明される。２円錐形レンズの表面輪郭は、一般に、回転対称形（すなわち、非無定形）でない。光路ごとに異なる、様々な表面輪郭の正確な数学的記述は、基準点に関して、二次元座標に依存する軸方向の矢の高さの多項式の発展によって実行される。非定常構造が、隣接する光路の間で重複するため、フィールド型配置の中のこれらの屈折自由形式表面１０，１０２に対して、レーザ刻み付け、灰色調または２光子石版、熱またはガラススタンプのような製造方法が必要である。あるいはまた、超精度処理が、対応する成形道具の原型を製造するために役立つ。
【００９４】
さらに、これまで示された実施形態から逸脱する実施形態が使用される。したがって、別の実施形態において、例えば、フィールド配置内のマイクロレンズが、少なくとも１つのマイクロレンズの構造パラメータ（例えば、足跡、直径、矢の高さ、曲率半径、中心点距離、および他のものの形式）において異なる。特定の表面において、マイクロレンズの輪郭は、球体形、円環形（すなわち、２つの縦断面に沿った、２つの球面曲率半径）、２円錐形（すなわち、２つの縦断面に沿った、異なる円錐を有する２つの非球面形輪郭）、または、非球面である、ことが更に可能である。さらに、マイクロレンズも、屈折自由形式表面として設けられる。マイクロレンズは、一般に屈折型であるけれども、別の実施形態では、回折型、または、屈折と回折の混合型でもよい。マイクロレンズ・フィールドの個々のマイクロレンズが、垂直（縦）方向および水平（横）方向の色エラーを最小にするために、色消しレンズとして設けられることは、さらに可能である。マイクロレンズ・フィールド、および、異なる屈折率を有する材料の間のインタフェースまたは境界領域が、反射防止コーティング（ＡＲコーティング）と共に提供されることは、さらに可能である。
【００９５】
ハードウェア歪み修正の更なる可能性は、光電子画像センサ１００の中の光ダイオード３０´の物理的中心距離の変化である。その結果、光路特有の歪みは、マイクロ画像内の光ダイオード３０´の配置の光路依存変化を有するレンズに適合した光電子画像センサ１００によって、修正される。光ダイオード３０´の光路特有の配置は、この点において、光路ごとに、レンズ設計データ、および、特に歪みコースから決定される（図８参照）。
【００９６】
仮に、光ダイオード群３０が、六角形の、正方形の、長方形の、または、別の分配で、光電子画像センサ１００上に配置されるならば、関連マイクロレンズ１０も、六角形の、正方形の、長方形の、または、別の分配で配置されることが、さらに可能である。
【００９７】
まとめると、各実施形態は、マルチ光路画像と画像記録システムとに関わることに注目すべきである。画像形成および画像記録システムは、１つ以上のマイクロレンズ・フィールドと、各光路において、対象物フィールドの一部領域を検出する画像検出器フィールドとから成る。そして、画像形成および画像記録システムは、対象物フィールドの一部領域を写像して、全ての個々の光路の電子／ディジタル信号から、拡張対象物フィールドの全体画像をまとめる。本システムは、完全に独立して画像形成し、他の光学系に結合される必要はない。これは、画像形成されないけれども、光学的に十分な要素を増加させるための光束化に役立つ光電子画像センサのそれぞれの光ダイオード上のマイクロレンズ・フィールドに対する対照を表す。周知の従来技術とは対照的に、以下の利点が、特に結果として生じる。（スペーサ層のための光学部品、および、光電子画像センサのためのマルチ光路対物レンズの）組み立てと接続技術とは、主に、ウエハーレベル上で並行して、多数のシステムのために実行される。これらの方法の精度は、位置調整マークによる光学的位置調整支援の使用のため、ミクロンの範囲内である。これによって、手動実装の割合と１モジュール当たりの実装時間とが、明確に減少し、費用低減をもたらす。更なる利点は、既に知られている人工的同格複眼に関する、１光路当たりの画素数と、特に適合した抽出原則の使用が、同じセンサ足跡またはより小さいセンサ足跡であっても、実質的により高解像度能力が可能である、ということである。この理由のため、光電子画像センサの製造コストが減少し、その結果、全体システムの製造コストも、減少する。更なる利点は、特に、それぞれのマイクロ画像内の光学的歪みの修正のための、光路ごとの信号前処理の使用が、全体フィールドの中で、解像度能力を減少させないで、対象物フィールドの区分化を可能にする、ということである。対象物フィールドの一部領域は、マイクロレンズを通して、画像検出器マトリクス上に作像されるとき、マイクロ画像が結果として生じる。さらに、多数の分離光路による対象物フィールドの画像形成の分割のため、光学系の構築長の短縮化が可能になる。そして、これにもかかわらず、広大な対象物フィールド領域の検出が可能になる。しかしながら、特に、検出可能な対象物フィールドのサイズは、光路の数と横方向のシステムサイズとで伸縮化されるけれども、構築長からは独立している。さらに、実際には一定の解像度能力を有する大きい対象物フィールドが、全体フィールドにわたって作像される。各光路において、簡素な（製造しやすい）光学系が使用される。さらに、費用対効果に優れた生産と、画像形成対物レンズの実装と、費用対効果に優れた組み立てと、光電子画像センサの接続技術とが、ウエハーレベル上の半導体パターン化の技術関連の製造工程によって可能になる。更なる利点は、画像エラー（特に、コマ、乱視、画像フィールド湾曲）の光路ごとの修正のために、光学的配置に関する１光路当たりの数画素の使用による画像解像度能力（最大約１０００×１０００画素以上）の増加である。光路ごとの、歪みの修正のための画像前処理の追加的な使用によって、マイクロ画像の細部のエラー無し接続が可能になる。さらに、光学画像装置は、画像分解度能力の指数、および、光電子画像センサの必要領域の増加を可能にし、その結果、全体システムのコストの減少を可能にする。それとは別に、光学的組み立て（第３実施形態を参照）の適した変化によって、縁に向かっての画像の明るさの減少が抑えられる。さらに、スペクトル伝達フィルタの容易な集積の可能性が提供される（例えば、ＩＲブロック化フィルタ、および／または、色フィルタ）。
【００９８】
全ての実施形態の例示的パラメータ範囲が、以下に示される。マイクロレンズの通常の直径は、１０μｍ〜１ｍｍの範囲内である。マイクロレンズの焦点長は、通常、３０μｍ〜３ｍｍの範囲内である。二次元フィールドにおいて、マイクロレンズまたは光路の数は、通常、４〜２５０００個である。一方、一次元フィールドにおいて、マイクロレンズまたは光路の数は、通常、２〜１０００個である。光学画像装置が有する利点に基づいて、画像形成レンズの完全な構築長は、通常、５０μｍ〜４．５ｍｍのサイズをもたらす。光学画像装置の全体画像解像度は、通常、１万画素と１０００万画素との間である。
【００９９】
実施形態に係る光電子画像センサ上の（例えば、窓層を有する薄い基板上の）、画像形成マイクロレンズ・フィールドは、従来の単一光路光学系と唯一区別される。レンズは別々に（射出成形して）製造され、画像センサと共に共通ハウジング内に組み込まれるので、組み立ては、通常、ハイブリッドである。
【０１００】
それらの可能な超小型構造と潜在的な費用対効果に優れた製造技術とに基づいて、マルチ光路画像形成と画像検出システムとは、娯楽電子製品（ラップトップ、家庭用ゲーム機、玩具）の中での使用と、特に、携帯機器（携帯電話、ＰＤＡおよびその他）の中での使用とが、運命付けられている。別の応用分野は、センサ工学（例えば、カメラ型センサ、製造技術の中の画像形成センサ）、自動車技術（例えば、自動車の内部の光安全センサ、高度運転支援システム、後方カメラ、車線検出など）、安全監視（例えば、ビル、博物館、構築物での／中にある、大きな視野を有する切り換え可能な環境カメラ）、ロボット工学（例えば、ナビゲーション、把持器の光学的制御、または、部品取り上げ装置のための光センサとして）、および、医療技術（例えば、画像形成診断法、内視鏡検査における使用）である。
【０１０１】
方法の実施形態は、発明の装置の全ての局面と機能性によって補われる。
【０１０２】
いくつかの局面は、装置に関係して説明したけれども、これらの局面が、対応する方法の記述を表すことは明白である。その結果、装置のブロックまたは部品は、対応する方法のステップとして、または、方法のステップの特徴として見做される。これとの類似で、方法のステップと関係して、または、方法のステップとして説明された局面は、対応する装置の、対応するブロックまたは細部または特徴の記述を表す。
【０１０３】
特定の実現要求によって、本発明に係る実施形態は、ハードウェアまたはソフトウェアの中で実現される。実現は、デジタル保存媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＤＣ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）を使用して実行される。電子的に読み取り可能な制御信号が保存された、主ディスクまたは別の磁気的または光学的記憶部が、プログラム可能なコンピュータ・システムと協働する。その結果、それぞれの方法が実行される。したがって、デジタル保存媒体は、コンピュータ読み取り可能である。本発明に係るいくつかの実施形態は、プログラム可能コンピュータ・システムと協働できる、電子的に読み取り可能な制御信号を含むデータ担持体を含む。その結果、ここで説明された方法の１つが実行される。
【０１０４】
一般に、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として、実行される。コンピュータプログラム製品が、コンピュータで実行されるとき、プログラムコードは、方法の１つを実行するために有効である。例えば、プログラムコードは、機械読み取り可能な担持体上に保存される。
【０１０５】
他の実施形態は、ここで説明された方法を実行するためのコンピュータプログラムを含む。コンピュータプログラムは、機械読み取り可能な担持体上に保存される。
【０１０６】
言い換えれば、発明の方法の実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるとき、ここで説明された方法の１つを実行するためのプログラムコードを含んでいるコンピュータプログラムである。発明の方法の別の実施形態は、ここで説明された方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムが保存されるデータ担持体（または、デジタル保存媒体またはコンピュータ読み取り可能な媒体）である。
【０１０７】
発明の方法の別の実施形態は、ここで説明された方法を実行するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号の系列である。例えば、データストリームまたは信号の系列は、データ通信接続（インターネット）を介して、伝達するように構成される。
【０１０８】
別の実施形態は、ここで説明された方法の１つを実行するために構成される、または、適合させられる処理手段（例えば、コンピュータまたはプログラム可能な論理回路装置を含む。
【０１０９】
別の実施形態は、ここで説明された方法の１つを実行するためのコンピュータプログラムがインストールされるコンピュータを含む。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、プログラム可能な論理回路装置（例えば、電界プログム可能なゲートアレイ、ＦＰＧＡ）は、ここで説明された方法のいくつか、または、全ての機能を実行するために使用される。いくつかの実施形態において、電界プログム可能なゲートアレイは、マイクロプロセッサと協働して、ここで説明された方法の１つを実行する。一般に、方法は、いくつかの実施形態において、どんなハードウェア装置によっても実行される。ハードウェア装置は、コンピュータプロセッサのような一般に使用可能なハードウェア（ＣＰＵ）、または、例えば、ＡＳＩＣのような方法のための特定のハードウェアである。
【０１１１】
上述されている実施例は、本発明の原理のために、単に図示するだけである。配置および本願明細書において記載されている詳細の修正および変更は、他の当業者にとって明らかであることは言うまでもない。従って、以下の特許請求の範囲だけによって制限され、本願明細書において実施例の参照および記述として示される具体的な詳細だけによって制限されないことは明らかである。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ マイクロレンズ・フィールド
３０ａ 第１画像検出器マトリクス
３０ｂ 第２画像検出器マトリクス
７０ 画像処理手段
１００ 画像センサ
３００ 全体画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１画像検出器マトリクス（３０ａ）に関連した複数の第１画像検出器と、第２画像検出器マトリクス（３０ｂ）に関連した複数の第２画像検出器と、を有する画像センサ（１００）と、
画像エラーを修正して、前記画像検出器マトリクスの画像検出器上の画像から全体画像（３００）を再構成するための画像処理手段（７０）と、
前記画像センサ（１００）がマイクロレンズ・フィールド（１０）の焦点面に位置するように、マイクロレンズ・フィールド（１０）を前記画像処理手段（７０）上に実装するように設けられたマイクロレンズ・フィールド受け入れ用ユニットと、を備え、
隣接する光路の個々の画像は挟み込まれ、
前記画像処理手段（７０）は、歪みを修正するための複数の処理手段を含み、
前記画像処理手段（７０）は、個々の画像の挟み込みが考慮されるように、時間的に並行して、相互に独立して、全ての画像検出器マトリクスの個々の画像の画像エラーの修正を実行し、前記個々の画像から全体画像を再構成するように、構成されていること、
を特徴とする、光学画像処理装置。
【請求項２】
前記画像処理手段（７０）は、画像センサ（１００）を有するチップ上に設けられていること、を特徴とする、請求項１に記載の光学画像処理装置。
【請求項３】
前記複数の処理手段は、前記画像センサ（１００）の前記画像検出器マトリクスのギャップの中の歪みを修正するために配置されていること、を特徴とする、請求項２に記載の光学画像処理装置。
【請求項１】
第１画像検出器マトリクス（３０ａ）に関連した複数の第１画像検出器と、第２画像検出器マトリクス（３０ｂ）に関連した複数の第２画像検出器と、を有する画像センサ（１００）と、
画像エラーを修正して、前記画像検出器マトリクスの画像検出器上の画像から全体画像（３００）を再構成するための画像処理手段（７０）と、
前記画像センサ（１００）がマイクロレンズ・フィールド（１０）の焦点面に位置するように、マイクロレンズ・フィールド（１０）を前記画像処理手段（７０）上に実装するように設けられたマイクロレンズ・フィールド受け入れ用ユニットと、を備え、
隣接する光路の個々の画像は挟み込まれ、
前記画像処理手段（７０）は、歪みを修正するための複数の処理手段を含み、
前記画像処理手段（７０）は、個々の画像の挟み込みが考慮されるように、時間的に並行して、相互に独立して、全ての画像検出器マトリクスの個々の画像の画像エラーの修正を実行し、前記個々の画像から全体画像を再構成するように、構成されていること、
を特徴とする、光学画像処理装置。
【請求項２】
前記画像処理手段（７０）は、画像センサ（１００）を有するチップ上に設けられていること、を特徴とする、請求項１に記載の光学画像処理装置。
【請求項３】
前記複数の処理手段は、前記画像センサ（１００）の前記画像検出器マトリクスのギャップの中の歪みを修正するために配置されていること、を特徴とする、請求項２に記載の光学画像処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１０２５３４（Ｐ２０１３−１０２５３４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−１７１９８（Ｐ２０１３−１７１９８）
【出願日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【分割の表示】特願２０１１−５４３７８３（Ｐ２０１１−５４３７８３）の分割
【原出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（５９１０３７２１４）フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー．ファオ (259)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【分割の表示】特願２０１１−５４３７８３（Ｐ２０１１−５４３７８３）の分割
【原出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（５９１０３７２１４）フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー．ファオ (259)
【Ｆターム（参考）】
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