JPH05100186A

JPH05100186A - イメージセンサ

Info

Publication number: JPH05100186A
Application number: JP3283960A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ogata; 司郎緒方
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】大きな結像レンズの不要な小型のイメージセ
ンサ系を得る。【構成】単位受光素子ｄと、この単位受光素子ｄの各
々と対応した１個のレンズｌと、このレンズｌと単位受
光素子ｄの間にあってレンズｌの焦点距離ｆ付近に設け
られたレンズｌの開口直径に比べて十分小さい開口を有
するピンホールＰとの３種の素子を１組とする単位素子
系Ｓを複数配列することによって、大口径の結像レンズ
を必要としない小型、低廉なイメージセンサを実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子式撮像管や、ＣＣ
Ｄもしくはフォトダイオードアレー等のように受光素子
が直線状または平面状に複数個配列して構成されるイメ
ージセンサ系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理に使用されている撮像素子、
ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃ
ｅ）やフォトダイオードアレー等のイメージセンサは、
図９に示すように、レンズ１１の結像を利用して被写体
１２の像１３をイメージセンサ（結像面）１４上に映し
出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の撮像方式では、単一の比較的大きな結像レン
ズは不可欠のものであり、この結像レンズの存在がイメ
ージセンサ系の大きさの決定要因であり、その小型化を
制限している。その理由は、結像レンズの大きさに対応
して、結像に必要な大きさのレンズと受光素子との間の
距離が必要となるからである。

【０００４】一方、図１０に示すように、レンズ２１と
ピンホール２２を用いて特定の空間周波数を持つ光のみ
を通過する（すなわち、図１０においては光Ａのみが通
過して光Ｂは遮断される）空間フィルターがある。

【０００５】本発明は、この方法、すなわちレンズと受
光素子の間にピンホールを介在させる方法を利用して大
きな結像レンズを不要とする小型のイメージセンサ系を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
従来のイメージセンサ系の問題点を解決するための手段
として、第１の発明のイメージセンサは、単位受光素子
が複数個配列されて成るイメージセンサにおいて、単位
受光素子と該各単位受光素子に対応した１個のレンズと
該レンズと単位受光素子の間にあってレンズの焦点距離
付近に設けられたレンズの開口の直径に比べて十分小さ
い開口に形成されたピンホールとの３種の素子を１組と
する単位受光素子が複数配列されて成ることを特徴とす
るものである。

【０００７】また、本出願の第２の発明のイメージセン
サは、１個のレンズと該レンズの焦点距離付近に設けら
れたレンズの開口の直径に比べて十分小さい開口に形成
されたピンホールとで構成される単位空間フィルター系
が複数個受光素子上に設けられて成ることを特徴とする
ものである。

【０００８】なお、複数のレンズ、複数のピンホール、
複数の単一受光素子がそれぞれ同一の面上に設けられて
いることが組立ての容易さおよび正確な結像形成のため
に好都合である。また、単一受光系の光軸が平行でない
ことが、イメージセンサの大きさに関係なく対象空間の
大きさを選べるために有効であった。更に、レンズを同
一基板上に形成することは、複数のレンズを位置調整の
手間を省くのに効果的である。その上、複数のレンズを
設けた基板の浦面にピンホールを接触して設けることに
より、レンズとピンホールのアライメントが一括して行
われるほかに、衝撃などに対して強いという効果があ
る。更にまた、単位受光素子とレンズの間またはレンズ
面上に赤外線カットフィルターを設けると外乱光除去に
有効であった。

【０００９】

【作用】空間フィルターの原理を示している図１０にお
いて、ピンホールの大きさは小さいほど指向性がますま
す効果がある。しかし光の回折限界以下にする必要はな
い。また、ピンホールの位置はレンズの焦点位置に置く
のが最も効果的である。

【００１０】しかし、図１０に示すように、レンズとレ
ンズの焦点位置付近にレンズ直径に比べ十分小さい開口
を有するピンホールを設ければ、ピンホールとレンズの
なす光軸に沿って伝搬する光Ａはピンホールを通過する
が、光軸と交わる光Ｂは遮光される。従って、光軸近傍
からレンズに向かう光だけがその強度を検出することが
できる。その結果、図１０に示すような光学系を複数個
並列に並べ、それぞれの光軸を任意の方向に向けること
により空間の散乱光強度分布が検出できる。

【００１１】例えば図８に示される如きイメージセンサ
系においては、レンズｌ₁とピンホールＰ₁の組合せによ
る光学系では、像Ａのａ₁の領域の、レンズｌ₂とピンホ
ールＰ₂の組合わせによる光学系ではａ₂の領域の、レン
ズｌ_nとピンホールＰ_nの組合せによる光学系ではａ_nの
領域の散乱光強度をそれぞれ検出し、それらを合わせる
ことによって空間の散乱光強度が判る。これにより、従
来のイメージセンサと同様に形状認識等が行える。

【００１２】なお、受光素子は必ずしも１つずつ対応す
る必要はなく、たとえばＣＣＤのような小さな画素が複
数対応していても良い。また、図８に示される如く受光
素子面上での強度分布が検出できるＣＣＤ、電子式映像
管などの受光素子ｄをすべての光学系に対して１つ設け
るようにしても良い。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１４】

【実施例１】この実施例は、本発明の請求項１の発明を
具体的に説明するものである。図１において、レンズｌ
と、レンズｌの焦点位置に設けられたレンズｌの直径に
比べて十分小さい開口を有するピンホールＰと、単位受
光素子ｄとから構成される単位受光素子５が複数配列さ
れてイメージセンサを構成している。レンズｌは通常の
凸レンズのほかに屈折率分布型レンズ、マイクロフレネ
ルレンズのような回折型レンズであっても良い。ピンホ
ールＰは金属板にエッチングで穿孔しても、あるいはガ
ラス板に金属などをマスク蒸着しても、どちらの方法で
形成しても良い。なお、各レンズｌ₁〜ｌ_n、ピンホール
Ｐ₁〜Ｐ_n、受光素子ｄ₁〜ｄ_nは、それぞれ同一平面上に
構成することが組立が容易に行え、正確な結像形成のた
めに有利である。

【００１５】

【実施例２】この実施例は、本発明の請求項４の好まし
い実施態様を説明するものであり、その概要を図２に示
す。本実施例では、単位受光素子の光軸ｘ₁〜ｘ_nが平行
でないことが特徴である。換言するならば、各レンズｌ
の光軸中心間の間隔と対応するピンホールＰの間隔とが
一致していない。このような配置で構成されていること
によってイメージセンサの大きさに関係なく、対象空間
の大きさを選定できる効果を生じる。

【００１６】

【実施例３】この実施例は、本発明の請求項５の好まし
い実施態様を説明するものであり、図３に示されるよう
に、レンズｌを同一レンズ基板ＬＢ上に構成したもので
ある。本実施例では、複数のレンズｌ₁〜ｌ_nを特別の
位置調整の必要なく一度に形成できる特徴を有する。基
板ＬＢはガラス板、アクリル板、ポリカーボネート板等
のプラスチック板が使用できる。レンズｌは紫外線硬化
性樹脂による光照射成形法や、射出成形法、イオン拡散
法などによって形成できる。

【００１７】

【実施例４】この実施例は、本発明の請求項６の好まし
い実施態様を説明するものであり、図４に示すように、
複数のレンズｌ₁〜ｌ_nを設けた基板の裏面にピンホール
Ｐ₁〜Ｐ_nを接触して設けた構造に形成されている。ピン
ホール部Ｐに光を集束させるために、基板ＬＢの厚さは
レンズｌの焦点距離ｆとほぼ等しくされている。ピンホ
ールＰはピンホール板をレンズ基板ＬＢに接着しても良
く、あるいは蒸着等により設けても良い。このような構
成にすることにより、レンズｌとピンホールＰのアライ
メントが一括して行われるほかに、衝撃などに対して強
いという効果を有する。

【００１８】

【実施例５】この実施例は、本発明の請求項８の好まし
い実施態様を説明するものであり、図５に示されるよう
に、受光素子ｄをレンズｌおよびピンホールＰの設けら
れている基板に固定一体化して形成された構成に特徴が
ある。受光素子面とピンホールとの間隔はレンズの焦点
距離ｆより大きくなければ良い。

【００１９】

【実施例６】この実施例は、本発明の請求項９の好まし
い実施態様を発明するものであり、図６に示されるよう
に、外乱光除去のために赤外線カット層Ｒを設けた構造
に特徴がある。この実施例では、ピンホールＰを設けた
レンズ基板ＬＢ上に蒸着法で赤外線カットのための多層
薄膜Ｒを構成した例を図示している。

【００２０】

【実施例７】この実施例は、本出願の請求項２に記載さ
れた第２の発明を説明するものであり、図７に示される
ように、１個のレンズｌと、そのレンズｌの焦点距離ｆ
付近に設けられたレンズの開口直径に比べて十分小さい
開口を有するピンホールとで構成される単位空間フィル
ター系Ｓが複数個、すなわちＳ₁〜Ｓ_nが１個の受光素子
ｄ上に設けられてイメージセンサを構成している。この
ように受光素子面上での強度分布が検出できるＣＣＤ、
電子式撮像管などの受光素子ｄをすべての光学系に対し
て１つ設けるようにしても第１の発明と同様の効果が得
られる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、受
光素子とレンズとピンホールを１組とする単位受光系を
複数並べるか、あるいはレンズとピンホールを１組とす
る単位空間フィルターを複数個電子管式撮像素子やＣＣ
Ｄ等の受光素子上に設けることによって、高価な大口径
の結像レンズが不要な、小型で安価なイメージセンサ系
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の係るイメージセンサの実施例１の説明
図である。

【図２】本発明の実施例２の説明図である。

【図３】本発明の実施例３の説明図である。

【図４】本発明の実施例４の説明図である。

【図５】本発明の実施例５の説明図である。

【図６】本発明の実施例６の説明図である。

【図７】本発明の実施例７の説明図である。

【図８】本発明に係るイメージセンサの結像作用の説明
図である。

【図９】従来のイメージセンサの結像作用の説明図であ
る。

【図１０】空間フィルターの原理の説明図である。

【符号の説明】

ｄ単位受光素子ｆ焦点距離ｌレンズＰピンホールＳ単位受光系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単位受光素子が複数個配列されて成るイ
メージセンサにおいて、単位受光素子と該各単位受光素
子に対応した１個のレンズと該レンズと前記単位受光素
子の間になって前記レンズの焦点距離付近に設けられた
前記レンズの開口の直径に比べて十分小さい開口に形成
されたピンホールとの３種の素子を１組とする単位受光
素子が複数配列されて成ることを特徴とするイメージセ
ンサ。
【請求項２】１個のレンズと該レンズの焦点距離付近
に設けられた前記レンズの開口の直径に比べて十分小さ
い開口に形成されたピンホールとで構成される単位空間
フィルター系が複数個受光素子上に設けられて成ること
を特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】前記複数のレンズ、複数のピンホール、
および複数の単位受光素子がそれぞれ同一の面上に設け
られてなることを特徴とする請求項１または請求項２に
記載のイメージセンサ。
【請求項４】前記各単位受光素子系または単位空間フ
ィルター系の光軸の方向が一致していないことを特徴と
する上記の請求項のいずれか１項に記載のイメージセン
サ。
【請求項５】前記レンズが同一基板上に形成されて成
ることを特徴とする上記の請求項のいずれか１項に記載
のイメージセンサ。
【請求項６】前記レンズが形成された基板の厚さが、
該レンズ面に入射した光の集束位置と前記基板のレンズ
面が設けられていない側の平坦な面とが一致する厚さに
構成されて成ることを特徴とする請求項５に記載のイメ
ージセンサ。
【請求項７】前記基板のレンズ面が形成されていない平
坦な面上にピンホールが接触して設けられていることを
特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項８】複数の単位受光素子が設けられた前記基板
の受光素子面と前記ピンホールとの間がレンズの焦点距
離より短かくなるようにして、レンズ面およびピンホー
ルが設けられた基板が一体に形成固定されて成ることを
特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
【請求項９】前記単位受光素子とレンズとの間、また
は前記レンズ面上に赤外線カットフィルターが設けられ
て成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に
記載のイメージセンサ。