仮想インタフェースの投影および感知のための光学装置
静止画または映像撮像機能と組み合わせることによって、改良型仮想インタフェースを投影および検出するための光学および機械装置および方法。この装置は、複数の撮像視野を１つの電子撮像センサ上で撮像するための光学素子を備える。これらの撮像視野の一方は、赤外線データ入力感知機能であり、他方は静止画撮像、映像撮像、または接写撮影のうちの任意の１つまたは複数とすることができる。この装置は、携帯電話または携帯情報端末内にインストール可能なほど十分にコンパクトである。これらの異なる視野を異なる方向から取得するために、光学機械式配置構成が提供される。回折性光学要素を使用して画像テンプレートを効率よく投影するための方法および装置が提供される。一次元または二次元で効率の良い走査方法を提供するために、回折性光学要素を使用する方法および装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、米国仮特許出願第６０／５１５，６４７号、６０／５３２，５８１号、６０／５７５，７０２号、６０／５９１，６０６号、および６０／５９８，４８６号に関し、これら出願の優先権を主張するものである。その出願の開示は、参照により本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、光学および機械装置、および改良型仮想インタフェースの投影および検出のための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
以下の特許出願およびそれらに引用された参照は、当技術分野の現在の状況を表すと信ずる。
国際公開第ＷＯ２００１／０９３１８２号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／００４８０号
国際公開第ＷＯ２００２／０５４１６９号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／０１０８２号
国際公開第ＷＯ２００４／００３６５６号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０３／００５３８号
上記出願のすべての開示は、それぞれその全文を参照により本明細書に組み込むものとする。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／５１５，６４７号
【特許文献２】米国仮特許出願第６０／５３２，５８１号
【特許文献３】米国仮特許出願第６０／５７５，７０２号
【特許文献４】米国仮特許出願第６０／５９１，６０６号
【特許文献５】米国仮特許出願第６０／５９８，４８６号
【特許文献６】国際公開第ＷＯ２００１／０９３１８２号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／００４８０号
【特許文献７】国際公開第ＷＯ２００２／０５４１６９号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／０１０８２号
【特許文献８】国際公開第ＷＯ２００４／００３６５６号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０３／００５３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書は、改良型仮想インタフェースの投影および検出のための光学および機械装置および方法の提供を求めるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明の好ましい実施形態によれば、撮像視野（ｉｍａｇｅｄ ｆｉｅｌｄ）を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子（optics）と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える、電子カメラが提供される。前述の電子カメラは、好ましくは、ユーザの手の動きによって操作される投影仮想キーボードも備える。
【０００６】
第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは、少なくとも第２の撮像機能のみを使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む。別の方法としておよび好ましくは、この光学素子は、第１の撮像機能を使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される光パワー（optical power）を有する光学要素は含まない。
【０００７】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、前述の電子カメラにおいて、第１および第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、第１および第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成するビーム・スプリッタを含む。前述のいずれの実施形態においても、ユーザ操作撮像機能選択スイッチは、好ましくは、少なくとも１つの撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを好適に位置決めすることによって、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する。さらに、第１および第２の撮像機能は、好ましくは、異なる方向に延びることができるか、または異なる視野を有することができる別々の光学経路を形成する。
【０００８】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、波長依存型スプリッタを利用する前述の実施形態では、スプリッタは、それぞれ第１および第２の撮像機能によって使用するために可視スペクトルおよびＩＲスペクトルを分離するように動作する。
さらに、前述のいずれの電子カメラも、好ましくは、撮像視野を表す出力が表示される液晶表示装置を備えることができる。さらに、第１の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは視野拡大レンズを備えることができる。
【０００９】
さらに、本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてシーンの写真を撮るために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、少なくとも第２の撮像視野においてシーンの写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える、電子カメラが提供される。
【００１０】
第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは、少なくとも第２の撮像機能のみを使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む。別の方法としておよび好ましくは、この光学素子は、第１の撮像機能を使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される光パワーを有する光学要素は含まない。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、前述の電子カメラにおいて、第１および第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、第１および第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成する波長依存型スプリッタを含む。前述のいずれの実施形態においても、ユーザ操作撮像機能選択スイッチは、好ましくは、少なくとも１つの撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを好適に位置決めすることによって、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する。さらに、第１および第２の撮像機能は、好ましくは、異なる方向に延びることができるか、または異なる視野を有することができる別々の光学経路を形成する。
【００１２】
さらに、前述のいずれの電子カメラも、好ましくは、撮像視野を表す出力が表示される液晶表示装置を備えることができる。さらに、第１の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは視野拡大レンズを備えることができる。
【００１３】
本発明のより好ましい実施形態によれば、前述の第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは固定することができる。追加的におよび好ましくは、第１および第２の撮像視野は、電子撮像センサ上に撮像される前に、それぞれ１回反射させることができる。このような場合、第２の撮像視野の反射は、好ましくは枢動可能な格納式ミラーによって実行することができる。別の方法としておよび好ましくは、第１の撮像視野は電子撮像センサ上に直接撮像することができ、第２の撮像視野は、電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射させることができる。このような場合、２回の反射のうちの２回目は、好ましくは枢動可能な格納式ミラーによって実行することができる。さらに、第２の撮像視野は、電子撮像センサ上に直接撮像することができ、第１の撮像視野は、電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射させることができる。
【００１４】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、さらに前述の電子カメラが提供され、ここで第１の撮像機能は赤外線領域内のスペクトル帯域を介して実行され、第２の撮像機能は可視領域内のスペクトル帯域を介して実行され、さらにカメラは、第１および第２の撮像機能それぞれにつき１つのフィルタ・セットの、複数のフィルタ・セットを備える。このような場合、好ましくはフィルタ・セットは、可視領域内および赤外線領域のスペクトル帯域内で透過可能な少なくとも１つのフィルタと、赤外線領域内で赤外線領域内のスペクトル帯域より下まで透過可能であり、可視領域内では透過可能でない少なくとも１つのフィルタとを備える第１の撮像機能用のフィルタ・セットと、可視領域内上方の赤外線領域内のスペクトル帯域の下まで透過可能な少なくとも１つのフィルタを備える第２の撮像機能用のフィルタ・セットとを備える。後者の場合、第１および第２の撮像機能は、好ましくは共通の光学経路に沿って配向され、第１のおよび第２のフィルタ・セットは、選択された撮像機能に従って交換される。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、さらに前述のような電子カメラが提供され、ここでユーザ操作撮像機能選択は、好ましくは、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子の前の電子撮像センサを回転させること、あるいは別の方法として、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付けるために、電子撮像センサの前のミラーを回転させることのいずれかによって実行される。
【００１６】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、前述のような電子カメラが提供され、第１および第２の撮像視野を結合するための部分透過ビーム・スプリッタも備え、ここで、どちらの撮像視野も部分透過ビーム・スプリッタによって１回反射され、また撮像視野のうちの１つは、反射後、フル・リフレクタから部分透過ビーム・スプリッタを介して透過される。部分透過ビーム・スプリッタは、好ましくは２色性とすることもできる。これら２つの場合のどちらでも、フル・リフレクタは好ましくは光パワーも有することができる。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、さらに、電話機能と、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯電話も提供される。
【００１８】
さらに、本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの携帯情報端末機能と、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯情報端末も提供される。
【００１９】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、リモート・コントロール機能と、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備えるリモート・コントロール・デバイスが提供される。
【００２０】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、出力光線を平行にするように、およびコリメータ軸と平行に向けられる平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、画像を形成するように構築され、コリメータからの平行化された光線が当たり、画像を形成し、コリメータ軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素と、回折性光学要素の下流側にあり、多数の光線を回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズとを備える大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置も提供される。こうした装置では、大きな回折角は、一般に、回折性光学要素の下流側に集束レンズがない場合、画像に容認できないほどの収差が生じるように形成される。好ましくは、コリメータ軸から少なくとも３０度になるように形成される。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、さらに、出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、出力光線を受信して修正済みの出力光線を提供するビーム修正要素と、平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、画像を形成するように構築され、コリメータからの平行化された光線が当たり、画像を形成し、軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素とを備える軸から大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置も提供される。大きな回折角は、一般に、回折性光学要素の下流側に集束レンズがない場合、画像に容認できないほどの収差が生じるように形成される。好ましくは、コリメータ軸から少なくとも３０度になるように形成される。この段落に記載されたいずれの光学装置も、好ましくは、回折性光学要素の下流側にあり、多数の光線を回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズを備えることができる。
【００２２】
さらに、本発明の他の好ましい実施形態によれば、出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、画像テンプレートを形成するように構築され、出力光線が当たり、画像テンプレートを形成する多数の回折性ビームを生成する、非周期的回折性光学要素とを備える、光学装置が提供される。画像テンプレートは、好ましくは、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするものである。
【００２３】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、照明光線を提供するダイオード・レーザ光源と、それぞれが出力光線を形成する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイ（lenselet array）と、各部分要素が複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、集束要素のうちの１つからの出力光線のうちの１つに当てられる、複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える画像を投影するための光学装置も提供される。画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。
【００２４】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、複数の照明光線を提供するダイオード・レーザ光源の配列と、それぞれが複数の照明光線のうちの１つを集束する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイと、各部分要素が複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、集束要素のうちの１つからの出力光線のうちの１つに当てられる、複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える、画像を投影するための光学装置が提供される。画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。この段落に記載された光学装置のいずれにおいても、ダイオード・レーザ光源の配列は、好ましくは垂直空洞型（vertical cavity）面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）配列とすることができる。
【００２５】
さらに、前述のいずれの光学装置においても、回折性光学要素は、好ましくは光学装置の出力ウィンドウを形成することができる。
【００２６】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、光線を修正するためのビーム修正要素と、修正された光線を集束するための集束要素と、ビームから画像を生成するための回折性光学要素とを備える、集積レーザ・ダイオード・パッケージがさらに提供される。画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。
【００２７】
別の方法としておよび好ましくは、光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、ビームから画像を生成するための非周期的回折性光学要素とを備える集積レーザ・ダイオード・パッケージも提供される。こうした実施形態でも、画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。
【００２８】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、入力照明ビームと、照明ビームが当てられる非周期的回折性光学要素と、回折性光学要素上の入力ビームの衝突位置を変えるための平行運動機構とを備える、光学装置が提供され、ここで回折性光学要素は、好ましくは入力ビームを衝突位置の所定の関数に従って変化する角度で投影面に偏向させる。この実施形態では、平行運動機構は、好ましくは回析性光学要素（ＤＯＥ）を平行移動させる。この段落に記載するいずれの装置においても、衝突の位置は、正弦的に変化することができ、所定の関数は、好ましくは直線走査を提供することができる。このような場合、所定の関数は、好ましくは均一の輝度を有する画像を生成する走査を提供する。
【００２９】
記載されたこれらの実施形態のいずれにおいても、入力ビームは平行ビームまたは集束ビームのいずれかとすることができる。後者の状況では、好ましくは、装置は投影面上に回折ビームを集束するための集束レンズも備える。
【００３０】
好ましくは、前述の光学装置において、衝突位置の所定の関数は二次元でビームを偏向するものである。このような場合、平行運動機構は、一次元または二次元でＤＯＥを平行移動させることができる。
【００３１】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、回折性光学要素上でのビームの衝突位置の関数として二次元でビームを偏向するように動作する回折性光学要素と、回折性光学要素が装着される低質量支持構造体と、低質量支持構造体の外部にあり、低質量支持構造体が第１の周波数で第１の方向へ振動できるように第１の支持部材によって低質量支持体が取り付けられる第１のフレームと、第１のフレームの外部にあり、第２のフレームが第２の周波数で第２の方向へ振動できるように第２の支持部材によって第１のフレームが取り付けられる第２のフレームと、第１の周波数での振動および第２の周波数での振動のうちの少なくとも１つを励振させるための少なくとも１つの駆動機構とを備える軸上の二次元光学走査装置がさらに提供される。この装置では、第１の周波数は好ましくは第２の周波数よりも高く、この場合、走査はラスタ・タイプの走査である。
【００３２】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、照明ビームを発光するためのダイオード・レーザ源と、投影面上に照明ビームを集束させるためのレンズと、照明ビームが当たる非周期的回折性光学要素と、回折性光学要素上での入力ビームの衝突位置を変更するための平行運動機構とを備える、光学装置が提供され、ここで回折性光学要素は、好ましくは入力ビームを衝突位置の所定の関数に従って変化する角度で投影面に偏向させる。光学装置は、好ましくは、回折性光学要素上に照明ビームを集束させるための第１のレンズに加えて、偏向された照明ビームを投影面上に集束させるための第２のレンズも備えることができる。
【００３３】
走査用途を含む前述のいずれの光学装置も、好ましくは、投影面上にデータ入力テンプレートを投影するように動作することができるか、または別の方法としておよび好ましくは、投影面上に映像を投影するように動作することができる。
【００３４】
本発明は、以下の説明を図面と共に読むことで、より完全に理解することができるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、交換可能光学素子を示す概略図である、図１を参照する。こうしたカメラおよび入力デバイスは、携帯電話、携帯情報端末、リモート・コントロール、または同様のデバイスに組み込むことができる。図１の実施形態では、二重機能ＣＭＯＳカメラ・モジュール１０が、中視野１２の通常のカラー撮像と広視野１４の仮想インタフェース感知の両方を提供する。
【００３６】
その開示が全体として参照により本明細書に組み込むものとする国際公開第ＷＯ２００４／００３６５６号として公開されたＰＣＴ出願に記載されているように、仮想インタフェース・モードで撮像するための撮像レンズは、精密な画像校正を得るために、非常に高い機械精度および再現性で位置決めする必要がある。
【００３７】
図１の実施形態では、カメラ・モジュール１０において、広視野撮像レンズ１６がＣＭＯＳカメラ１８の前に固定される。したがって仮想インタフェースは、システム製造時に高水準の精度に精密に校正することができる。
【００３８】
図１の上部に示されるように、ＣＭＯＳモジュール１０は仮想インタフェース・モードで使用され、赤外線透過フィルタ２０が広角レンズ１６の前に位置決めされる。このフィルタは、モジュール１０に対して精密に位置決めする必要がなく、そのために簡単な機械的位置決め機構２２を使用することができる。
【００３９】
ＣＭＯＳカメラ・モジュール１０が汎用カラー撮像用に使用される場合、図１の下部に想像線で示されるように、位置決め機構２２は、カメラ・モジュールの前の赤外線フィルタ２０が視野縮小レンズ２４および赤外線遮断フィルタ２６に置き換えられるように動作する。さらにこの撮像モードでは、一般にユーザが写真を適切にフレーミングするためにカメラを位置合わせできるため、視野縮小レンズ２４の正確な横方向位置決めも重要ではなく、その結果、この位置決め機能に簡単な機械的機構を使用することができる。
【００４０】
図１に示された好ましい実施形態では、機械的位置決め配置構成は、必要な撮像視野のタイプに応じて、１つの簡単な機械的位置決め機構２２によってカメラ・モジュール１０の前に選択可能なように位置決めされた１つの交換可能光学素子ユニット２８として示されているが、本発明は、例えば、各視野のための各光学素子セットが別の機構によってモジュール１０の前の位置に移動されるなど、他の機械的位置決め配置構成に等しく適用可能であるものと理解されたい。
【００４１】
さらに、図１では汎用カラー撮像位置が１つだけ示されているが、汎用の映像または静止画記録用、または接写撮影、あるいは任意の他のカラー撮像用途であるかどうかにかかわらず、様々なタイプの撮像機能が提供することができ、これらの機能はそれぞれ一般的に専用の視野撮像光学素子を必要とすることも理解されたい。次に、位置決め機構２２は、仮想インタフェース・モードと任意のインストール済みカラー撮像モードとの間の切り替えを可能にするように適合される。
【００４２】
図１に示された実施形態は、機械的可動部分を必要とするために、静的光学設計に比べて構造が複雑であり、信頼性欠如の原因となる可能性がある。次に、本来は図１に関して上記で述べたものと同じ機能を提供するが、可動部分は必要としない、二重モードＣＭＯＳ画像センサ用の改良型光学設計の概略図を示す図２から図９Ｂを参照する。
【００４３】
次に図２を参照すると、ＣＭＯＳカメラ１１８および関連する中間視野レンズ１２０がダイクロイック・ミラー１２２の後方に配置され、少なくともレンズ１２０の視野に対応する角度範囲にわたって、赤外光を透過し、可視光を反射する。視野拡大レンズ１２４および可視光を遮断する赤外線透過フィルタ１２６は、赤外線透過経路に沿って配置される。前述の配置構成は、広視野１３０を有する赤外線仮想インタフェース感知システムを提供することを理解されたい。
【００４４】
通常反射の可視光ミラー１３２および赤外線遮断フィルタ１３４は、可視光経路に沿って配置されるため、中視野１４０を介してカラー撮像機能を提供する。
【００４５】
図２の実施形態は、２つの撮像経路が分けられ、デバイスの反対側に位置するという利点を有する。これは特に、画面を使用して写真をフレーミングするために、デバイスの画面が配置されている側と反対方向で写真を撮ること、また他方で、入力中のデータを視覚化するためにデバイスの画面と同じ側に仮想入力機能を提供することが望ましい移動電話および携帯情報端末などの移動デバイスに二重モードの光学モジュールを組み込む場合に有用な特徴である。
【００４６】
次に、図３を参照する。図３は、二重モードの光学モジュール用のビーム経路を示し、オプションでデバイスの後部３００、側部３０２、または前部３０４に向けることができる写真を撮るための狭小視野３００、３０２、３０４を有する可視光撮像システムと、仮想キーボード機能用のデバイスの前部から前方を向いた広視野の赤外線撮像経路とを組み合わせた、本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。話を簡単にするために、図３のビーム経路は、広視野の半分３１０のみが示されている。
【００４７】
図３に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３１６は、ＬＰフィルタ３１８、レンズ３２０、およびダイクロイック・ミラー３２２を介して光を受け取る。赤外光は、ダイクロイック・ミラー３２２を通り、広視野レンズ３２４を介して透過される。デバイスの後部に位置する狭小視野からの可視光は、フル・リフレクタ・ミラー３２６によってダイクロイック・ミラー３２２上に反射され、ここからカメラ集束アセンブリ内に反射され、デバイスの前部からはフル・リフレクタ・ミラー３２８によってダイクロイック・ミラー３２２へ、デバイスの側部からは反射なしに直接ダイクロイック・ミラー３２２へと渡される。好ましくはミラー３２６、３２８のいずれかを、どちらの特定の狭小視野に撮像したいかによって、所定の位置に切り替えるか、またはどちらも切り替えないことができる。図２および図３の様々な特定の実施形態の細部が、以下の図４Ａから図９に示される。
【００４８】
次に、図４Aおよび図４Bを参照する。図４Aおよび図４Bは、図２または図３の実施形態の特定の実施の絵画図および概略図であり、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよびデータ入力デバイスの組み合わせで有用である。この特定の二重光学素子の実施は、垂直対面カメラを組み込み、各光学経路は１つのミラーによって曲げられるため、特にコンパクトなソリューションが可能となる。仮想キーボードから受け取られた赤外光は、シャッタ３５０および視野拡大レンズ３５２によって形成された経路に沿って通過し、ミラー３５４によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ３５６、従来型カメラ・レンズ３５８、および干渉フィルタ３６０を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ３６２へと達する。あるシーンからの可視光は、シャッタ３７０およびＩＲ遮断フィルタ３７２によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ３５６によって反射され、レンズ３５８および干渉フィルタ３６０を通ってカメラ３６２へと達する。シャッタ３７０およびＩＲ遮断フィルタ３７２は、図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができることを理解されたい。
【００４９】
次に、図５を参照する。図５は、図４Ａおよび図４Ｂの実施形態と同じ要素を多く使用する、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよびデータ入力デバイスの組合せで有用な図２の実施形態の他の特定の実施を示す概略図であり、非常にコンパクトな実施形態である。あるシーンから受け取られた可視光は、シャッタ３８０およびＩＲ遮断フィルタ３８２によって形成された経路に沿って通過し、ミラー３８４によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ３８６、従来型カメラ・レンズ３８８、および干渉フィルタ３９０を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ３９２へと達する。仮想キーボードからの赤外光は、シャッタ３９４および視野拡大レンズ３９６によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ３８６によって反射され、レンズ３８８および干渉フィルタ３９０を通ってカメラ３９２へと達する。シャッタ３８０およびＩＲ遮断フィルタ３８２は図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができることを理解されたい。
【００５０】
次に、図６を参照する。図６は、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組合せで有用な、図２の実施形態の特定の実施を示す概略図である。図７は、図６の実施形態の変形を示す。この実施形態は、水平対面カメラおよび第１の光学経路がデバイスの外を直接指示し、第２の光学経路が反対方向を指示するために２つのミラーによって曲げられるという点を特徴とする。これには、カメラ構成要素が、一般にデバイスのすべての他の構成要素と平行に取り付けられ、デバイスの残りの部分と同じプリント回路基板上にアセンブルすることができるという利点を有する。
【００５１】
具体的に図６を見ると、この実施形態では、シーンは直接、仮想キーボードは２回の反射の後に撮像され、あるシーンから受け取られた可視光は、シャッタ４００およびＩＲ遮断フィルタ４０２によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４０４、従来型カメラ・レンズ４０６、および干渉フィルタ４０８を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４１０へと達することがわかる。仮想キーボードからの赤外光は、シャッタ４１４および視野拡大レンズ４１６によって形成された経路に沿って通過し、ミラー４１８およびダイクロイック・コンバイナ４０４によって反射され、レンズ４０６、干渉フィルタ４０８を通ってカメラ４１０へと達する。シャッタ４００およびＩＲ遮断フィルタ４０２は、図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができることを理解されたい。
【００５２】
具体的に図７を見ると、この実施形態では、仮想キーボードは直接、シーンは２回の反射の後に撮像され、あるシーンから受け取られた可視光は、シャッタ４２０およびＩＲ遮断フィルタ４２２によって形成された経路に沿って通過し、ミラー４２４およびダイクロイック・コンバイナ４２６によって反射され、レンズ４２８、干渉フィルタ４３０を通り、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４３２に達することがわかる。仮想キーボードから受け取られた赤外光は、シャッタ４３４から視野拡大レンズ４３６によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４２６、レンズ４２８、および干渉フィルタ４３０を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４３２に達する。シャッタ４２０およびＩＲ遮断フィルタ４２２は、図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができる。
【００５３】
次に、図８と図９を参照する。図８は、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な図２または図３の光学素子の特定の実施を示す概略図である。図９は、図８と同様の、図２または図３の光学素子の他の特定の実施を示す概略図である。図８および図９の実施形態は、水平センサおよび垂直センサの両方と、シャッタとしても機能することができる枢動可能なミラーを使用するため、ビーム経路を分離させるためにデバイス内部に１つの内部ミラーのみが必要であることを特徴とする。
【００５４】
具体的に図８を見ると、あるシーンから受け取られた可視光は、枢動可能なミラー４５０によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ４５４、従来型カメラ・レンズ４５６、および干渉フィルタ４５８を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４６０へと達する経路に沿って通過することがわかる。枢動可能なミラー４５０は、可視撮像機構の遮断のためのメイン・シャッタとしても動作する。横からのシーンが撮像される場合、枢動可能なミラー４５０は、図８のシーンで垂直の向きで示されるようにビーム経路から直角に回転する。仮想キーボードからの赤外光は、一般に、図８のシーンではシャッタ４６４および視野拡大レンズ４６６によって形成された水平経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４５４によって反射され、レンズ４５６、干渉フィルタ４５８を通ってカメラ４６０へと達する。
【００５５】
具体的に図９を参照すると、あるシーンから受け取られた可視光は枢動可能なミラー４７０によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ４７４によって反射され、従来型カメラ・レンズ４７６および干渉フィルタ４７８を通り、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４８０へと達する経路に沿って進むことがわかる。枢動可能なミラー４７０は、可視撮像機構の遮断のためのメイン・シャッタとしても動作する。横からのシーンが撮像される場合、枢動可能なミラー４７０は、図９Ｂのシーンで垂直の向きで示されるようにビーム経路から直角に回転する。仮想キーボードからの赤外光は、一般に、図９Ａおよび図９Ｂのシーンではシャッタ４８４および視野拡大レンズ４８６によって形成された水平経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４７４によって反射され、レンズ４７６、干渉フィルタ４７８を通って、カメラ４８０へと達する。
【００５６】
上記の図２〜図９の実施形態で説明したデバイスでは、ＶＫＢモードが撮像されている場合、一般に７８５ｎｍ領域である、ＩＲ照明波長周辺の領域のみがカメラへと透過される。これは、好ましくは、ＩＲカットオン・フィルタおよびＩＲカットオフ・フィルタの組み合わせを使用することによって達成される。他方で、テレビ会議、映像またはスナップショット撮像、または接写撮影などのためのデバイスを使用する他のモードでは、通常、可視領域のみがカメラへと通過することが必要である。これは、両方のモードに１つのカメラ・モジュールが使用される場合、選択されたモードに応じて、スペクトル・フィルタをビーム経路内または経路外に切り替えなければならないことを意味する。
【００５７】
次に、図２〜図９の実施形態で有用なフィルタの透過率曲線を示す図である、図１０Ａを参照する。図１０Ａは、線Ａで、近ＩＲ領域を遮断する従来のＩＲカットオフ・フィルタの特性を示す。こうしたＩＲカットオフ・フィルタは、吸収フィルタとして、または干渉フィルタとして実現可能であり、好ましくは、ＶＫＢ照明が可視画像を干渉するのを防ぐために、可視撮像モード経路内で使用される。図２〜図９の実施形態では、デバイスがＶＫＢ撮像モードで使用されている場合、従来型のカットオフ・フィルタは、ＶＫＢ照明ＩＲ領域のみを通すフィルタに置き換えなければならない。これは、好ましくは、その透過率特性が図１０Ａで線Ｂとして示されるカットオン・フィルタと、その透過率特性が図１０Ａで２つの異なる入射角について線Ｃ１およびＣ２として示されるＬＰ干渉フィルタの２つのフィルタを使用することによって実施することができる。
【００５８】
次に、図２〜図９の実施形態で使用するための代替および好適なフィルタ配置構成を示す図である、図１０Ｂを参照するが、ここでは、７７０から８２０ｎｍの好ましい通過帯域を有する、グラフではＤとマーク付けされた１つの狭小通過干渉フィルタが、通過帯域が４００から７００ｎｍのＥとマーク付けされた可視フィルタと共に、ＶＫＢ撮像チャネル用に使用される。Ｅとマーク付けされたＩＲ遮断フィルタは、ＶＫＢ ＩＲ照明による、または背景のＮＩＲ照明による画像の干渉を避けるために、可視モードに使用される。
【００５９】
次に、３つの異なるタイプのミラーと組み合わされた、図３の実施形態を示す概略図である、図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃを参照する。図１１Ａ〜図１１Ｃに示されたすべての実施形態は、異なる光学経路に沿って異なる視野を撮像するために１つのカメラを使用することに関する。すべての経路は、カメラの焦点面上に撮像されるが、任意の所与の時点では１つの経路のみが使用される。各経路は、ユーザによってアクティブな状態にトグル切り替えすることができる別々のオペレーティング・モードを表す。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃのどの実施形態にも可動部分は含まれない。
【００６０】
次に図１１Ａを見ると、図１１Ａのシーンで左から入ってくる光は、スペクトル的に正常なビーム分割ミラーによって完全にまたは部分的に反射されるか、またはダイクロイック・ミラー５００によってカメラ光学素子５０２へと向けられ、次に、カメラ５０３に入ることがわかる。使用される特定のミラーの組み合わせは、各チャネルのスペクトル内容に依存する。どちらのチャネルも可視光チャネルである場合、通常のビーム分割ミラー５００が使用される。チャネルのうちの１つが赤外線である場合、ダイクロイック部分反射ミラー５００が使用される。右から入ってくる光は、通常はミラー５００によって５０％、さらに上部ミラー５０４によって完全に、２回反射され、再度ミラー５００を通って、カメラ光学素子５０２およびカメラ５０３に向けて導かれる。このモードにより、左経路から５０％、および右経路から２５％の透過率が可能となる。
【００６１】
図１１Ｂは、図１１Ａと同様の配置構成を示す。しかしながら図１１Ｂでは、より広い視野を提供するために、上部ミラーが凹面鏡５０６に置き換えられる。
【００６２】
図１１Ａおよび図１１Ｂの実施形態は、１対のプリズムを使用しても実施することができる。
【００６３】
図１１Ｃの実施形態では、上部ミラー５０４は図１１Ａの方向に対して上方に傾斜し、ミラー５００は図面の右から入ってくるビームの反射用には使用されない。この配置構成は、図１１Ａの実施形態の性能とほぼ同じであるが、より大きなサイズである。
【００６４】
次に、図３の実施形態の７つの代替実施を示す概略図である、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ、図１２Ｅ、図１２Ｆ、および図１２Ｇを参照する。
【００６５】
表１は７つの実施形態それぞれの本来の特性を示すものであり、これについて以下で詳細に説明する。
【００６６】
【表１】
【００６７】
いかなる可動光学素子も備えていない、１つのカメラ内に４つまでの視野を提供する実施形態である、図１２Ａを見ると、４つの視野すべてに共通の光学素子が提供されており、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタと、約２０°の狭小視野を有するレンズ５５４とを備える、図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、入口開口部干渉フィルタ５５２を備えた、通常はＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル・カメラである高解像度のカラー・カメラ５５０を含むことがわかる。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００６８】
ＶＳＳＲ視野５５６は、好ましくは、視野を約１．５倍に拡大するためのオプションの視野レンズ５６０およびコンバイナ５６２を介して取得される。ＶＳＳＲ視野は、ＶＳＳＲ視野からの光の通過を有効／無効化するために、不透明なスライド・シャッタ５６６によってカバーされた、固定式ＩＲカットオフ・ウィンドウ５６４を使用する。好ましくは、この視野用の光学素子はひずみが少なく（＜２．５％）、好ましくは、ＶＧＡカメラの場合、５０ｃｙ／ｍｍで約５０％の変調伝達関数ＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合、７０ｃｙ／ｍｍで約６０％のＭＴＦで、カメラ５５０の解像度をサポートする。
【００６９】
ＶＫＢ視野５７６およびＶＣ視野５８６は、好ましくは、共通光学素子の視野を幾何形状に応じて最高４．５倍まで拡大することができる広角視野レンズ５９０を介して取得される。レンズ５９０の視野の中央部分、例えばＶＣ視野は、好ましくはスペクトルの可視部分内の画像を取得するように設計され、ひずみレベルは４％未満、解像度は７０ｃｙ／ｍｍで約６０％である。レンズ５９０の残りの視野、例えばＶＫＢ視野は、ひずみレベルが最高２５％と高く、解像度は、通常７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで２０％未満と低い。
【００７０】
レンズ５９０の前には、好ましくは、不透明領域５９６、トゥルーカラー映像を提供するためのＩＲカットオフ領域５９８、および仮想キーボードからＩＲを感知するためのＩＲカットオン・フィルタ領域６００の３つの動作領域を有する３ポジション・スライダまたは回転シャッタ５９４が提供される。ＶＣ視野に対して、シャッタ５９４を領域６００に好適に位置決めすることにより、ＩＲ ＬＥＤが使用されるなど、好適なＩＲソースの場合に、低解像度ＩＲ撮像を実現させることができる。
【００７１】
視野レンズ５９０からの光は、平面反射要素５８０によって、カメラ光学素子５５４およびカメラ５５０に向かって下方向に反射される。最も簡単な３視野の実施形態では、この平面反射要素５８０はフル・ミラーである。以下で説明するように、追加でオプションの第４の視野が使用される場合、この平面反射要素５８０はダイクロイック・ビーム・コンバイナである。
【００７２】
平面反射要素５８０がダイクロイック・ミラーまたはビーム・コンバイナである場合、オプションの追加視野５８２を提供することができる。コンバイナ５６２および５８０の両方ともフラット・ウィンドウであるため、画像品質のひずみは最小限になる。この視野５８２の前には、有効／無効化シャッタがあるべきである。枢動可能なミラー５８４は、図１２Ａの意味で、この追加視野がカメラの上になるように、または好適に位置合わせされた場合、カメラの横になるようにすることが可能である。別の方法としては、上部の視野のみが使用される場合、スライド・シャッタとすることもできる。
【００７３】
ＣＵＰ視野は、Ｎｏｋｉａ ３６５０およびＮｏｋｉａ ３６６０製品で実行されているように、ＶＳＳＲ経路５５６内に可変視野レンズを使用することによって内部に提供することができ、ＶＳＳＲ視野５５６またはオプション視野５８２の前にアドオン・マクロ・レンズを使用することによって外部に提供することができる。後者の場合、上部ミラー５８０は、可視光に対して透過であり、７８５ｎｍ光に対して高度に反射する、ダイクロイック・コンバイナとすべきである。このオプション視野には、ＩＲカットオフ・ウィンドウの前に有効／無効化シャッタ（スライドまたはフリップ式）も必要であり、図１２Ａにも図示されていない。
【００７４】
次に、１つのカメラ内に４つの視野を提供する実施形態である、図１２Ｂを参照するが、図１２Ａの実施形態とは異なり、旋回ミラー・ヘッドを使用しており、共通の光学素子には４つの視野すべてが提供され、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタと、約２０°の狭小視野を有するレンズ６５４とを備える、図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、入口開口部フィルタ、好ましくは、干渉フィルタ６５２を備える通常はＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル・カメラである高解像度のカラー・カメラ６５０を含むことがわかる。
【００７５】
上部回転ヘッド６６０は、図１２Ｂで回転ヘッド上の円形矢印によって概略的に示された、回転台６６４上に取り付けられた傾斜ミラー６６２を備える。ミラー６６２は、所定の傾斜位置に固定するか、あるいは枢動可能に装着することができる。回転ヘッド６６０を通る光の通過を選択可能に無効化することは、例えば、固定された傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない仮の位置までヘッドを回転させることによって達成可能である。別の方法としては、旋回可能に装着された傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない位置までミラーを枢動させることができる。
【００７６】
回転ヘッドは回転６６４することができ、いかなる方向の画像も取得することができるが、不連続な撮像ステーションを形成するためにより有用であると考えられる。ステーション間の移動は、スクリーン上の画像の回転を必要とする場合がある。取得される画像は、必要であれば電子的に修正することができるミラー画像である。入口開口部６４０は、図の平面外に指示された回転ヘッド内に示される。
【００７７】
ＩＲカットオフ・フィルタ６７０は、トゥルーカラー画像の取得を可能にするために、回転ヘッド６６０の真下に位置決めされる。回転ヘッド６６０からの光は、ダイクロイック・コンバイナ６７２を介してＣＭＯＳカメラ６５０へと通過する。所与の視野が好適に撮像できるようにするために、追加の光学素子（図１２Ｂには図示せず）を回転ヘッドの各ステーションに向き合うように提供することができる。
【００７８】
次に、これら４つの視野に関する好ましい光学配置構成について説明する。
【００７９】
ＶＫＢモード − ＶＫＢモード用の視野レンズ６８０は、幾何形状に応じて最高約９０°の広角視野６９４を取得する。ＩＲカットオン・フィルタのプラスティック・ウィンドウ６８２は、視野レンズの前に位置決めされる。取得されたＩＲ光は、ダイクロイック・ミラー６７２によって共通光学素子へと導かれる。ＣＭＯＳ上で得られるＩＲ画像は、好ましくは、最高２５％の大きなひずみ、および７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍ）で約２０％のＭＴＦを伴う、低品質とすることができる。ＶＫＢモードをオンにするには、不透明なシャッタ６８４がオープンでなければならず、上部回転ヘッドは無効化位置まで回転させなければならない。
【００８０】
ＶＳＳＲモードは、上部回転ヘッド６６０をＶＳＳＲ撮像用に有効化すること、およびこれをハンドセットの後部部分にあるＶＳＳＲステーション位置まで回転させることによって取得され、その結果、視野を約１．５倍拡大するＶＳＳＲ視野レンズ６９６を介してＶＳＳＲ視野６８８が撮像される。
【００８１】
ＶＣモードは、上部回転ヘッド６６０を有効化すること、およびこれをハンドセットの前側にある、ＬＣＤが配置されているＶＣステーション位置まで回転させることによって取得され、その結果、オプションの光学要素６９０を使用してＶＣ視野６９２が撮像される。このオプションを使用する場合、ＣＭOＳ撮像面の一部のみが利用され、これはウィンドウイング・オプションと呼ばれる。光学要素６９０が存在しない場合、レンズ６５４の元の視野がカメラの感知域全体の画像を取得するが、より低解像度のＶＣ画像を与えるようにダウン・サンプリングされ、これはダウン・サンプリング・オプションと呼ばれる。
【００８２】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して前述した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００８３】
次に、ＶＣ視野に関するインライン光学素子が可動式の１つのカメラ内に４つの視野を提供する実施形態である、図１２Ｃを参照する。共通の光学素子には４つの視野すべてが提供され、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタと、約２０°の狭小視野を有するレンズ７０４とを備える、図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、入口開口部干渉フィルタ７０２を備えた、通常はＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル・カメラである高解像度のカラー・カメラ７００を含む。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００８４】
ＶＳＳＲ視野７０８は、視野を約１．５倍拡大するための追加の視野レンズ７１０およびダイクロイック・コンバイナ７１２を介して取得される。ＶＳＳＲ視野は、好ましくは固定式／スライド式ＩＲカットオフ・ウィンドウ７１４と、撮像経路を有効／無効化するための不透明なスライド・シャッタ７１６とを有する。ＶＳＳＲ視野用の光学素子は、ひずみが２．５％未満と少なく、ＶＧＡカメラの場合、５０ｃｙ／ｍｍで少なくとも約５０％のＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合、７０ｃｙ／ｍｍで少なくとも約６０％のＭＴＦで、カメラの解像度をサポートすべきである。
【００８５】
ＶＫＢ視野７２０は、選択された幾何形状に応じて好ましくは共通光学素子の視野を最大４．５倍まで拡大する広角視野レンズ７２２を介して取得され、ミラー７２４によって、およびダイクロイック・コンバイナ７１２を介して共通光学素子に導かれる。ＶＫＢモードの視野は、ひずみレベルが最高２５％であり、７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで通常２０％未満という低解像度の低品質とすることができる。ＶＫＢモードがアクティブの場合、モード選択スライダ７２６は、好ましくは好適な黒色プラスティック・ウィンドウであることが可能なＩＲカットオン・フィルタ位置７２８に位置決めされる。
【００８６】
図１２Ａの実施形態に示されたものとまったく同様の追加の構成要素を使用して、追加のオプション視野７３０も提供することができるが、図１２Ｃには示されていない。
【００８７】
ＶＣ視野モード７３２は、視野縮小要素７３４を備えた３モード選択スライダ７２６が、図１２Ｃに示された位置である、広角視野レンズ７２２の前に位置決めされた場合に得られる。この設定により、視野を約３０°まで減少させ、カメラ７００内のＣＭＯＳアクティブ域全体に画像を集束する。またこのオプションは、視野縮小要素７３４に組み込まれたＩＲカットオフ・フィルタにより、近ＩＲのフィルタリングも行う。ＶＣモードの場合、カメラがダウン・サンプリング・モードに切り替えられるＣＩＦ解像度のみが必要であるため、光学解像度は、可視領域について３５ｃｙ／ｍｍで約６０％である必要があり、好ましくはひずみは４％未満である。このオプションは、可動光学素子７３４の使用に関連するが、画像解像度が特別に良好である必要はないため、０．０５ｍｍの機械的再現性での構築で十分であり、こうした再現性は、高精度な機械構築技法の必要なしに容易に得られる。
【００８８】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して上記で説明した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００８９】
次に、２つのカメラを使用するが、いかなる可動光学素子も必要としない、４つの視野を提供する実施形態である図１２Ｄを参照する。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００９０】
ＶＳＳＲ視野７４０は、集束レンズ７４２と、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル解像度のいずれかを有する従来型カメラ７４４とを使用して達成される。好ましくは、これと同じカメラは、Ｎｏｋｉａ ３６５０／Ｎｏｋｉａ ３６６０製品の場合のようにアドオン・マクロ・モジュールを使用して外部的な、あるいは、ＦＤＫおよびＭａｃｎｉｃａのＦＭＺ１０またはＳｈａｒｐ ＬＺ０Ｐ３７２６モジュールなどのモジュールを使用して内部的な、ＣＵＰモードの撮像にも使用することができる。
【００９１】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して上記で説明した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００９２】
ＶＣ視野７５０およびＶＫＢ視野７５２モードは、好ましくは、使用されるＶＫＢ幾何形状に応じて最高９０°の視野を有する広視野光学素子７５６を備えた、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル解像度カメラなどの高解像度カメラ７５４を使用する。図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備える、好ましくは干渉フィルタ７６４であるフィルタが、好ましくはカメラ７５４の前に配置される。この実施形態におけるモード選択スライダ７５８は、好ましくは、１つはＶＫＢモード用、１つはＶＣモード用の２つの位置のみを使用する。ＶＫＢモードでは、スライダはレンズ７５６の前にＩＲカットオン・ウィンドウ・フィルタ７６０を置く。ＶＣモードでは、スライダはレンズ７５６の前にＩＲカットオフ・ウィンドウ・フィルタ７６２を置く。
【００９３】
ＶＣモードでは、カメラは、視野の中央のみが使用されるウィンドウイング・モードで動作する。このモードの場合、３０°の視野が使用される。この視野は、好ましくはひずみレベルが４％未満であり、ＭＴＦは可視領域内の７０ｃｙ／ｍｍで少なくとも約６０％である。
【００９４】
ＶＫＢモードでは最高９０°の広視野が必要であるが、最高２５％のより高レベルのひずみが許容可能であり、通常、７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで２０％未満のより低い解像度が可能である。このモードでは、好ましくはカメラは、ウィンドウイング・モードで垂直に、またダウン・サンプリング・モードで水平に動作する。
【００９５】
次に、２つのカメラを使用するが、ＶＣ視野用に可動インライン光学素子を使用する４つの視野を提供する実施形態である、図１２Ｅを参照する。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００９６】
ＶＳＳＲ視野７７０は、集束レンズ７７２と、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル解像度のいずれかを有する従来型カメラ７７４とを使用して達成される。好ましくは、これと同じカメラは、Ｎｏｋｉａ ３６５０／Ｎｏｋｉａ ３６６０製品の場合のようにアドオン・マクロ・モジュールを使用して外部的な、あるいは、ＦＤＫおよびＭａｃｎｉｃａのＦＭＺ１０またはＳｈａｒｐ ＬＺ０Ｐ３７２６モジュールなどのモジュールを使用して内部的な、ＣＵＰモードの撮像にも使用することができる。ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して上記で説明した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００９７】
ＶＣ視野７７６モードおよびＶＫＢ視野７７８モードは、どちらも好ましくは、低解像度カメラ７８０、またはダウン・サンプリング・モードでは高解像度カメラを使用する。図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備える、好ましくは干渉フィルタ７８４であるフィルタが、好ましくはカメラ７８０の前に配置される。カメラの前には、使用されるＶＫＢ幾何形状に応じて最高９０°の視野を有する広視野光学素子７８２があり、この光学素子はこれら２つのモードのどちらにも共通である。これらのモードの選択は、ＩＲカットオン・ウィンドウ・フィルタ７８８とビルトインＩＲカットオフ・フィルタ７８０を備えた視野縮小レンズとを含むモード選択スライダ７８６によって実行される。
【００９８】
ＶＣモードでは、モード選択スライダ７８６は、有効カメラ視野を約３０°まで狭めるＩＲカットオフ・フィルタを備えた視野縮小レンズを位置決めする。この視野は、好ましくはひずみレベルが４％未満であり、ＭＴＦは可視領域内の３０ｃｙ／ｍｍで約６０％未満である。
【００９９】
ＶＫＢモードでは、モード選択スライダ７８６は、視野レンズ７８２の前にＩＲカットオン・フィルタ・ウィンドウ７８８を位置決めする。この視野の場合、最高２５％の高レベルのひずみと、７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで通常２０％未満の低いＭＴＦで十分である。
【０１００】
次に、固定式低解像度カメラと、図１２Ｂの実施形態で示されたものと同様の旋回ミラーを組み込んだ高解像度カメラとを使用して、４つの視野を提供する実施形態である図１２Ｆを参照する。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【０１０１】
ＶＫＢ視野７９０モードは、好ましくは、使用される幾何形状に応じて最高９０°の広視野を有するレンズ７９４を備えた低解像度カメラ（ＣＩＦ）７９２上で撮像することができる。図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備える、好ましくは干渉フィルタ８１６であるフィルタが、好ましくはカメラ７９２の前に配置される。レンズ７９４の前には、固定式ＩＲカットオン・フィルタ・ウィンドウ７９６がある。この広視野撮像システムは、最高約２５％のひずみレベルが可能であり、通常７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで２０％未満の低いＭＴＦで十分である。
【０１０２】
上部回転ヘッド８００は、図１２Ｂで回転ヘッド上の円形矢印によって概略的に示された、回転台８０４上に取り付けられた傾斜ミラー８０２を備える。ミラー８０２は、所定の傾斜位置に固定するか、あるいは枢動可能に装着することができる。回転ヘッド８００を通る光の通過を選択可能に無効化することは、例えば、固定された傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない仮の位置までヘッドを回転させることによって達成することができる。別の方法としては、旋回可能に取り付けられた傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない位置までミラーを枢動することができる。
【０１０３】
回転ヘッドは回転８０４することができ、いかなる方向の画像も取得することができるが、不連続な撮像ステーションを形成するためにより有用であると考えられる。ステーション間の移動は、スクリーン上の画像の回転を必要とする場合がある。得られる画像は、必要であれば電子的に修正可能なミラー画像である。ＩＲカットオフ・フィルタ８０６は、トゥルーカラー画像の取得を可能にするために、回転ヘッド８００の真下に位置決めされる。
【０１０４】
回転ヘッド８００からの光は、視野が３０°以下程度の集束レンズ８０８を介してＣＭＯＳカメラ８１０へと通過する。所与の視野が好適に撮像できるようにするために、追加の光学素子（図１２Ｆには図示せず）を回転ヘッドの各ステーションに向き合うように提供することができる。
【０１０５】
ＶＳＳＲモードは、上部回転ヘッド８００をＶＳＳＲ撮像用に有効化すること、およびこれをハンドセットの後部部分にあるＶＳＳＲステーション位置まで回転させることによって得られ、その結果、ＶＳＳＲ視野８１２が撮像される。
【０１０６】
ＶＣモードは、ＶＣ撮像のために上部回転ヘッド８００を有効化すること、およびこれをハンドセットの前側にあるＬＣＤが配置されているＶＣステーション位置まで回転させることによって得られ、その結果ＶＣ視野８１４が撮像される。このオプションを使用する場合、ＣＭOＳ撮像面の一部のみが利用され、これはウィンドウイング・オプションと呼ばれる。その他の場合、画像は、より低解像度のＶＣ画像を与えるようにダウン・サンプリングされ、これはダウン・サンプリング・オプションと呼ばれる。
【０１０７】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して前述した方法のうちの１つによって実現することができる。
【０１０８】
次に、ドッキング・ステーションを備えた水平旋回上のカメラを使用して４つの視野を提供する実施形態である図１２Ｇを参照する。この実施形態では、カメラ８２０は、機能については以下で説明するその集束光学素子８２２およびフィルタ８２４と共に、図１２Ｇの図の平面外の方向で位置合わせされた水平軸８２６を中心に旋回する。４つの視野は固定ステーション内でカメラを位置決めすることによって得られる。各ステーションでは、そのステーションで意図される機能を実行可能にするために、追加の光学素子をオプションで位置決めすることができる。セル式電話内で旋回するカメラについては、従来技術で説明されている。
【０１０９】
共通の光学素子は、一般に、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセルいずれかの高解像度のＣＭＯＳカメラ８２０と、２０°〜３０°の視野レンズ８２２とを備える。図１２Ｇには図示されていないが、図１０Ａまたは図１０Ｂの実施形態で使用されているものと同様の、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備えるフィルタは、好ましくはカメラ８４０の前に、またはカメラ入口ウィンドウの一部として配置される。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【０１１０】
ＶＳＳＲモードでは、カメラは、ハンドセットの後ろ側にあるＩＲカットオフ・フィルタ・ウィンドウ８２４の前に、ＶＳＳＲ視野８２８からの入口開口部に向き合って配置される。この視野用の光学素子は、好ましくは＜２．５％とひずみが少なく、ＶＧＡカメラの場合は５０ｃｙ／ｍｍで〜５０％のＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合は７０ｃｙ／ｍｍで〜６０％のＭＴＦを有するカメラ解像度をサポートすべきである。
【０１１１】
ＶＣモードでは、ここでは位置８３０に示されるカメラは、ハンドセットの前側にあるＩＲカットオフ・フィルタ・ウィンドウ８３２の前に、ＶＣ視野８３４からの入口開口部に向き合って配置される。この位置で、画像がダウン・サンプリングされる。光学解像度は、好ましくは、可視光の場合、３５ｃｙ／ｍｍで約６０％よりも良好であり、ひずみは４％未満である。
【０１１２】
ＣＵＰモードでは、位置８４０に示されるカメラは、ＩＲカットオフ・フィルタ８４４を備えたマクロ・レンズ・アセンブリ８４２に向かって上方を指す。この視野用の光学素子は、好ましくは＜２．５％未満とひずみが小さく、好ましくはＶＧＡカメラの場合は５０ｃｙ／ｍｍで少なくとも５０％のＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合は７０ｃｙ／ｍｍで少なくとも６０％のＭＴＦを有するカメラ解像度をサポートすべきである。
【０１１３】
最後にＶＫＢモードでは、位置８４６に示されるカメラは、キーボード投影場所に向かって下方を指すように配置される。このステーションでは、レンズの前の光学素子は、好ましくは拡大レンズ８４８およびＩＲカットオン・フィルタ・ウィンドウ８５０を含む。このモードでは、カメラは通常、ウィンドウイングされた、ダウン・サンプリング・モードで動作する。光学素子全体の視野８５２は、使用される幾何形状に応じて、通常、最高９０°と広い。この広視野は、通常、最高２５％という高レベルのひずみを許容することができ、通常７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで、２０％未満という低いＭＴＦしか必要としない。
【０１１４】
次に、本発明の好ましい実施形態に従って構築され、動作する、テンプレートを投影するために有用な光学装置を示す概略図である図１３を参照する。図１３は、仮想インタフェース・アプリケーションでの回折性光学要素（ＤＯＥ）１０００を使用する画像テンプレートの投影を示す図である。集束ビームをＤＯＥに当てることによってＤＯＥ照明が与えられた場合に、本発明のこの好ましい実施形態では、レーザ・ダイオードなどの光源１００２から平行化レンズ１００４を介してビームを向けることによって、ビームは無限共役距離に集束し、その結果すべての光線が平行軸１０１０に平行になり、同じ角度でＤＯＥ １０００に当てることによって、従来技術の配置構成で発生した非点収差はなくなる。図１４Ａおよび図１４Ｂに関して以下で説明するように、視野の中のどこかにあるできるだけ集束に最適なスポットに、回折スポットをできるだけ撮像視野上に集束させるために低出力（low power）集束レンズ１００６が使用される。
【０１１５】
挿入１００８として示された、図１３の算出された回折光線追跡図に示されるように、非平行ビームがＤＯＥに入射するＤＯＥ撮像システムに比べて、非点収差、およびその結果としての焦点スポット・サイズの減少において、大幅な改善がこの構成で達成される。この改善された結果が、より明るい回折スポットを、したがってより少ない投影力でよりコントラストの強い画像が提供できる。集束レンズ１００６は、追加の幾何的収差を最小限にするために、その表面の曲率半径がＤＯＥの発光域を中心とするように設計することができる。このレンズは、投影された画像の様々な領域に対応する様々な回折角度に対応する可変焦点長さを得るために、非球面で設計することもできる。
【０１１６】
次に、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照する。図１４Ａは、本発明の好ましい実施形態に従った図１３の装置の実施の概略図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの装置によって画像面に生成される画像の概略図である。図１３を参照しながら上記で論じたようなタイプの投影画像の品質を低下させる要因の１つは、撮像視野全体にわたって高品質な焦点を得るのを困難にする傾斜投影角に加えて、平行化レンズおよび／または集束レンズの視野深度が制限されていることから生じる。
【０１１７】
幾何光学の点から考慮すると、合焦スポットの視野深度は使用される集束力に反比例することが知られている。したがって、所与のＤＯＥ集束力について、ＤＯＥ上の照明スポットが大きくなるほど視野深度は小さくなることがわかる。したがって、画像面で良好な焦点深度を維持するためには、十分な回折性画像を得るために、照明が十分な領域に相応して、ＤＯＥの最小限の領域に照明が当てられるように、焦点長さが十分短い平行化レンズを使用することが有利である。
【０１１８】
従来技術のＤＯＥ撮像システムで使用されるような典型的なレーザ・ダイオード源は、一般に、図１４Ａの挿入に示されるように、楕円形１０２０の非点ビームを生成する。その結果、レーザ・ダイオードの遅軸１０２２に対応する、１つの軸に沿って伸びたスポットを有するＤＯＥの照明が生じ、これに対応して、ＤＯＥ後に投影される画像の視野深さが減少する。これに対して、本発明の好ましい実施形態によれば、図１４Ａの第２の挿入に示されるような一般により円形に近い発光ビーム１０２４を生成するために、レーザ・ダイオード１０１２と平行化／集束要素１０１４との間にビーム修正要素１０１０が挿入され、このビームが軸１０４２に沿って向けられる。スポット全体の寸法が最小になるようにＤＯＥ １０１６の十分な領域に照明を当てるために、平行化／集束要素１０１４を選択することができ、その結果、所与のＤＯＥ焦点パワーに対して可能な最大の視野深度１０４０が生じる。撮像視野上で回折スポットを集束させるための最適な設計にさらに柔軟性を与えるために、図１３の実施形態に示されるように、低出力化された集束レンズをＤＯＥの向こう側に組み込むことができる。
【０１１９】
図１４Ｂは、図１４Ａに示された好ましい投影システムを使用して、画像面１０１８を横切って得られる画像を概略的に示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａと共に見るものとする。最適な焦点１０３６は、焦点ぼけおよび幾何学的ひずみ、および画像全体にわたる収差を最小限にするように設計される。ビーム・ストップ１０４４は、好ましくは、望ましくないゴースト・イメージまたはゼロ次および他の回折次数から生じるホット・スポットを遮断するために提供される。さらに、所望の投影ビーム制限を形成するためのウィンドウ１０４６は不要である。
【０１２０】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、テンプレートを投影するために有用な装置の上面および側面概略図である図１５Ａおよび図１５Ｂを参照する。図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、この実施形態は、非周期的ＤＯＥ １０５０が使用されるという点で、一般にレーザ源１０５２の前に精密に位置決めする必要があり、平行化された照明ビームは必要としない、従来型のシステムとは異なる。照明ビームの各衝突部分が、画像テンプレート１０５６の別々の部分を生成する。
【０１２１】
この構成の利点の１つは集束レンズが不要なことであり、潜在的に製造コストが減少する。他の利点は、非回折光からの明るいゼロ次スポットがなく、むしろ、サイズがレーザの発散角に依存する拡散性ゼロ次領域１０５４があることである。この種のゼロ次ホット・スポットは、安全を脅かす危険性を提示することはない。さらに、輝度および拡散性が低いことにより明らかな画像コントラストにマイナスの影響を与えない場合、図１４Ａおよび図１４Ｂの実施形態では必要であったように、メイン画像１０５６から分離され、遮断される必要はないため、必要最低限のウィンドウ・サイズを小さくすることになる。
【０１２２】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、テンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である、図１６を参照する。図１６は、改良型ＤＯＥ幾何形状の断面図を概略的に示す。レーザ・ダイオード１０６０は、好ましくはＤＯＥ １０７２を照明するために使用される。しかしながら、従来技術の照明方式とは異なり、ＤＯＥ １０７２は、仮想インタフェース・テンプレートの異なる領域１０７６を投影するために異なるセクション１０７０が使用されるように分割される。したがってＤＯＥ １０７２の各セクション１０７０は、完全なＤＯＥ １０７２より少ない情報を含みかなり小さな開口角θを有するように設計された、独立したＤＯＥとして働く。これにより、ＤＯＥ １０７２の周期が減少し、それによって最小フィーチャ・サイズが増加するため、製造が大幅に簡略化される。この設計には、各セグメントのゼロ次およびゴースト・イメージを、従来技術のように分離およびマスキングする必要がない程度まで最小化できるという追加の利点もある。したがって、ＤＯＥは、よりコンパクトなデバイスを可能にする実際のデバイス・ウィンドウとして働くことができる。
【０１２３】
すべての分離セクション１０７０は、好ましくはまとめて計算され、１つのパスにマスタリングされるため、すべて精密に位置合わせされる。各ＤＯＥセクション１０７０には、ＤＯＥ １０７２の基板の背面上にあるマイクロレンズ配列１０７４などのビーム分割構造を形成することによって、それ専用の照明ビームが与えられる。代替のビーム分割および集束技法も使用することができる。
【０１２４】
ビーム分割および集束領域のサイズは、視野全体にわたる均一な照明を確保するために、ＤＯＥの各回折性領域について適量の光を集めるように調整することができる。
【０１２５】
この技法は、各セグメント１０７０の焦点長さが個々に調整可能であるという追加の利点も有するため、急傾斜の投影角であっても視野全体にわたってより均一な焦点を達成する。この幾何形状は、回折性セグメント１０７０それぞれに対する低開口角θと、それに応じたより大きな最小フィーチャ・サイズを有するため、この設計では、標準的な製造技法を使用してゼロ次およびゴースト・イメージを効果的に拒絶できることから、軸上の幾何形状を使用することができる。したがって、マスキングは不要である。
【０１２６】
この幾何形状の欠点の１つが、要素全体が光源との精密な位置合わせを必要とする非周期的ＤＯＥとして動作するという事実である。各ＤＯＥセクションおよび投影されたインタフェースのその対応する領域を適量のエネルギーで照明するために、ダイオード・レーザ源の発散角およびエネルギー分散、および光学要素までの距離も正確にコントロールしなければならない。
【０１２７】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な、装置の側面概略図である図１７を参照する。ここでは、図１６に示された好ましい実施形態で実行されるように、１つの比較的高出力のダイオード・レーザをセグメント化されたＤＯＥの光源として使用するのではなく、低出力、垂直空洞型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１０８２の二次元配列１０８０が、セグメント化されたＤＯＥ １０８４およびセグメント化された平行化／集束要素１０８６の背後に配置される。配列１０８０内のＶＣＳＥＬ １０８２のそれぞれが１つのＤＯＥセグメント１０８８を照明するように、その数および周期をＤＯＥセグメントと精密に合致させることができる。
【０１２８】
歪んだ投影画像を生じさせないように、配列１０８０を要素の背部に正確に位置決めする必要があるが、各発光ポイントからのすべての光がその該当する平行化／集束要素１０８６に入り、良好な回折結果を得るために対応するＤＯＥセグメント１０８８の開口部を十分に満たすことを確保すること以外に、個々の発光の発散角を制御する必要はない。
【０１２９】
ＤＯＥ １０８４全体をカバーするまで光を伝搬できるようにする必要はないため、図１７のこの構造は非常にコンパクトである。図１６の実施形態に示された設計のように、ＤＯＥ要素の平行化セグメント間で潜在的に無駄になるレーザ光もない。各レーザ源がその個々のレンズ１０８６の光軸上に集まるため、平行化／集束要素の設計も簡略化される。この設計は、図１６の実施形態のように、数ミリメートルの開口部を満たすのに十分なほどレーザ源からＤＯＥを分離する必要がないため、非常にコンパクトにすることもできる。望まない回折次数をマスキングする必要もないため、投影モジュール全体を厚さ数ミリメートルの平坦な要素に縮小することができる。
【０１３０】
次に、ＤＯＥベースの仮想インタフェース投影システムで使用するために、図１３〜図１５Ｂに示された要素のうちの少なくともいくつかを組み込んだレーザ・ダイオード・パッケージを示す概略図である図１８を参照する。ここでは、光学要素および機械的取り付け台のすべてが小型化され、拡張ダイオード・レーザ缶（ｃａｎ）などの１つの光学パッケージ１１００内に収容されている。ヒート・シンク１１０４上に取り付けられたレーザ・ダイオード・チップ１１０２は、パッケージ１１００内部に配置される。ビーム修正光学要素１１０６は、非点収差レーザ発光の発散角を狭くするため、および一般に環状ビームを提供するために、オプションでレーザ・ダイオード・チップ１１０２の発光点１１１２の前に配置される。平行化または集束レンズ１１０８は、必要な場合にビームを集束させるためにパッケージ１１００内にオプションで挿入される。
【０１３１】
光学要素１１０６および１１０８は、発光されるビームの方向を精密に位置合わせするために、アクティブな位置合わせ手順によって、レーザ・ビームの前に精密に位置決めする必要がある。画像テンプレートを含む回折性光学要素ＤＯＥ １１１０は、パッケージのエンドに挿入され、適所に位置合わせおよび固定される。この要素は、ＤＯＥ １１１０がウィンドウ１１１４の内部または外部のいずれかにあるパッケージ・ウィンドウとして働くことも可能である。非周期的ＤＯＥが使用された場合、選択的にビーム修正光学要素および／または平行化光学要素をなしで済ませることが可能であり、その結果、より小型で安価なパッケージとなる。
【０１３２】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特に、本発明の前述の実施形態で説明したようなテンプレートを投影するための装置での走査に有用な、回折性光学装置を示す概略図である図１９を参照する。この装置は、軸上システムにおいて、いかなる反射またはミラーの回転も必要なしに、一次元または二次元走査を提供する。こうしたシステムは、ミラー・ベースのスキャナよりも小型、安価、かつ容易に組み立てることができる。
【０１３３】
図１９は、基本概念を示す図である。非周期的ＤＯＥ １２００は、回折角がＤＯＥ上での照明発生の横方向位置の関数であるように設計される。この好ましい例では、平行ビーム１２０２が、ＤＯＥ １２００の表面を横切る異なる位置１２１４、１２１６、および１２１８に平行移動される場合、異なる焦点撮像位置で、別々のポイント１２０４、１２０６、１２０８に回折および集束される。非周期的ＤＯＥは、好ましくは、ビームおよびＤＯＥの相互の位置が変化した場合、回折の角度を入力ビームおよびＤＯＥの相対位置の所定の関数に従って変化させられるように構築することができる。したがって、例えば、衝突ビームの前で正弦的に発振されるＤＯＥは、この好ましい実施形態に従って構築された場合、画像スクリーン１２１０上の集束スポットの直線移動を提供させることができる。さらにＤＯＥは、走査を横切って強度を線形化することもできるように構築することもできる。これは特に、光学走査アプリケーションに有用な特徴である。
【０１３４】
様々なビームの入射位置間で重要な重複が発生する可能性があるとしても、ＤＯＥは、ＤＯＥ上の照明の合計入射領域によって位置が決定されるポイントに、すべての光を回折させるための非周期様式で構築される。焦点位置は、平面視野を横切る鮮明な焦点内にスポットを維持するために、回折角の関数として変化することもできる。集束は、ＤＯＥ １２００の下流側にある、図１９には示されていない別々の回折性または屈折性要素によって実行することもできるか、または、入射ビームそれ自体をデバイスの焦点面にあるポイントに平行化することができる。
【０１３５】
発光スポットを直交軸に沿って回折させるために、同様の機能を備えた第２の要素を直交軸に沿って提供すること、および第１のＤＯＥの背後に位置決めすることができ、その結果、二次元走査が可能となる。
【０１３６】
レーザ・ダイオード源を振動させることを意味する実際の入力ビームの走査ではなく、入力ビームを静的に保持することができ、ＤＯＥ要素を好ましくは前後に振動させて、走査ビーム・パターンを生成することができる。第１の要素をより高い周波数で走査し、第２の要素をより低い周波数で走査することにより、二次元のラスタ走査を生成することができ、走査パターンでレーザの強度を同期化および変調することで、完全な二次元の投影画像を生成する。
【０１３７】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特に、本発明の前述の実施形態で説明したようなテンプレートを投影するための装置での走査に有用な、回折性光学装置を示す概略図である図２０を参照する。図２０の実施形態では、入射レーザ・ビーム１２２０は、ＤＯＥ １２２２で比較的小さなスポットに集束されるため、異なる回折角の入力領域間の重複はわずかであるかまたは存在しない。これにより、平行移動運動が小さいほど、向きを操作する角度の変化は大きくなる。次に、回折ビームを画像面１２４６上に再集束させるための第２の焦点レンズ１２２４が挿入される。異なる有効入力ビーム位置１２３０、１２３２、１２３４により、異なる集束スポット１２４０、１２４２、１２４４が発生する。
【０１３８】
これらの機能は、さらに１つのＤＯＥに組み合わせることが可能であり、ここでは水平位置が回折の水平角を決定し、垂直位置が回折の垂直角を決定する。これについては、二次元走査用にこうしたＤＯＥを使用する概略図である図２１に、概略的に示されている。ここでＤＯＥ １２５０は、ビームが光の伝搬方向に対して垂直の２方向に平行移動された場合、二次元に偏向するように設計される。例えば、ビームがＤＯＥの左上セクション１２５２に入射した場合、左上方向に偏向され、ポイント１２６２で画像面１２６０上に集束する。同様に、ビームがＤＯＥの右下コーナー１２５４に入射した場合、右下方向に偏向され、ポイント１２６４で画像面１２６０上に集束する。この要素は、直交方向での走査を提供するためのオプションの第２の要素と組み合わされた、図１９のＤＯＥの機能を有する。前述のように、入力ビームの走査ではなく、入力ビームが静的に保持され、走査ビーム・パターンを生成するためにＤＯＥ要素が好ましくは二次元で振動されることを理解されたい。
【０１３９】
図２１の実施形態で有用なＤＯＥの二次元置換を実行するためのデバイスの概略図である図２２に示されるように、直交するＸおよびＹの走査を１つの要素に統合することができる。図２１に記載したような二次元の非周期的ＤＯＥ １２７０を、図の水平方向に高共振発振周波数を有する低質量支持体１２７２上に配置することができる。この中央部分が、第２の固定フレーム１２７６内に位置する振動フレーム１２７４に取り付けられる。中央部分と組み合わされた内部フレーム１２７４の質量が大きいことで、ＤＯＥ １２７０用の低質量支持体のそれよりもかなり低い共振周波数が提供される。
【０１４０】
１つまたは複数の圧電要素１２７８を備えたデバイス全体を、両方の共振周波数を含む駆動信号で駆動することにより、２軸の共振ラスタ走査を生成することができる。ＤＯＥおよび支持体１２７２および内部振動フレーム１２７４の質量、ならびに横運動発振支持体１２８０および縦運動発振支持体１２８２の堅固さを調節することにより、それに応じてＸおよびＹの走査周波数を調節することができる。この設計により、コンパクトな軸上の二次元走査要素が提供できる。
【０１４１】
次に、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特にテンプレートを投影するための装置における走査アプリケーションで有用な回折性光学装置を示す概略図である図２３を参照する。図１９の好ましい実施形態で説明したような一次元走査ＤＯＥ要素１２９０が、異なる焦点位置１２９４へと画像面１２９２を横切るスポットを走査するために、１方向で振動される。ＤＯＥは、好ましくはレーザ・ダイオード１２９６および平行化レンズ１２９８によって照明される。
【０１４２】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特にテンプレートを投影するための装置における走査アプリケーションで有用な回折性光学装置を示す概略図である図２４を参照する。図２０の好ましい実施形態で説明したような一次元走査ＤＯＥ要素１３００が、異なる焦点位置１２９４へと画像面１２９２を横切るスポットを走査するために、１方向で振動される。ＤＯＥ １３００は、好ましくはレーザ・ダイオード１２９６および平行化レンズ１２９８によって照明され、補助レンズ１３０２によってＤＯＥの後に追加集束が提供される。
【０１４３】
当業者であれば、上記で特に図示および説明してきた内容によって、本発明が限定されるものでないことを理解されたい。むしろ本発明の範囲には、前述の様々な特徴のコンビネーションおよびサブコンビネーションの両方と、当業者が上記内容を読んで思い付くであろう従来技術にはない変形および修正が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、交換可能光学素子を示す概略図である。
【図２】本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、光学素子を示す概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の様々な代替実施を示す一般概略図である。
【図４Ａ】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施の絵画図および概略図である。
【図４Ｂ】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施の絵画図および概略図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図８】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図９】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図１０Ａ】図２〜図９の実施形態で有用な、既存のダイクロイック・フィルタの反射率および透過率曲線を示す図である。
【図１０Ｂ】図２〜図９の実施形態で使用する代替および好適なフィルタの反射率および透過率曲線を示す図である。
【図１１Ａ】異なるタイプのミラーと組み合わせられた図３の実施形態を示す概略図である。
【図１１Ｂ】異なるタイプのミラーと組み合わせられた図３の実施形態を示す概略図である。
【図１１Ｃ】異なるタイプのミラーと組み合わせられた図３の実施形態を示す概略図である。
【図１２Ａ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｂ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｃ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｄ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｅ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｆ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｇ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１３】テンプレートを投影するために有用な、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作する光学装置を示す概略図である。
【図１４Ａ】本発明の好ましい実施形態に従った図１３の装置の実施を示す、概略図および上面概略図である。
【図１４Ｂ】本発明の好ましい実施形態に従った図１３の装置の実施を示す、概略図および上面概略図である。
【図１５Ａ】本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の上面概略図である。
【図１５Ｂ】本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である。
【図１６】本発明のさらに他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である。
【図１７】本発明のさらに他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である。
【図１８】図１３〜図１５Ｂに示された要素のうちの少なくともいくつかを組み込んだレーザ・ダイオード・パッケージを示す概略図である。
【図１９】特に本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【図２０】特に本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【図２１】二次元走査のための回折性光学要素の使用を示す概略図である。
【図２２】図２１の実施形態において有用な回折性光学要素の二次元置換を示す概略図である。
【図２３】図２２の装置を使用する、特に本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【図２４】図２２の装置を使用する、特に本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、米国仮特許出願第６０／５１５，６４７号、６０／５３２，５８１号、６０／５７５，７０２号、６０／５９１，６０６号、および６０／５９８，４８６号に関し、これら出願の優先権を主張するものである。その出願の開示は、参照により本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、光学および機械装置、および改良型仮想インタフェースの投影および検出のための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
以下の特許出願およびそれらに引用された参照は、当技術分野の現在の状況を表すと信ずる。
国際公開第ＷＯ２００１／０９３１８２号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／００４８０号
国際公開第ＷＯ２００２／０５４１６９号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／０１０８２号
国際公開第ＷＯ２００４／００３６５６号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０３／００５３８号
上記出願のすべての開示は、それぞれその全文を参照により本明細書に組み込むものとする。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／５１５，６４７号
【特許文献２】米国仮特許出願第６０／５３２，５８１号
【特許文献３】米国仮特許出願第６０／５７５，７０２号
【特許文献４】米国仮特許出願第６０／５９１，６０６号
【特許文献５】米国仮特許出願第６０／５９８，４８６号
【特許文献６】国際公開第ＷＯ２００１／０９３１８２号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／００４８０号
【特許文献７】国際公開第ＷＯ２００２／０５４１６９号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０１／０１０８２号
【特許文献８】国際公開第ＷＯ２００４／００３６５６号として公開されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ０３／００５３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書は、改良型仮想インタフェースの投影および検出のための光学および機械装置および方法の提供を求めるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明の好ましい実施形態によれば、撮像視野（ｉｍａｇｅｄ ｆｉｅｌｄ）を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子（optics）と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える、電子カメラが提供される。前述の電子カメラは、好ましくは、ユーザの手の動きによって操作される投影仮想キーボードも備える。
【０００６】
第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは、少なくとも第２の撮像機能のみを使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む。別の方法としておよび好ましくは、この光学素子は、第１の撮像機能を使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される光パワー（optical power）を有する光学要素は含まない。
【０００７】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、前述の電子カメラにおいて、第１および第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、第１および第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成するビーム・スプリッタを含む。前述のいずれの実施形態においても、ユーザ操作撮像機能選択スイッチは、好ましくは、少なくとも１つの撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを好適に位置決めすることによって、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する。さらに、第１および第２の撮像機能は、好ましくは、異なる方向に延びることができるか、または異なる視野を有することができる別々の光学経路を形成する。
【０００８】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、波長依存型スプリッタを利用する前述の実施形態では、スプリッタは、それぞれ第１および第２の撮像機能によって使用するために可視スペクトルおよびＩＲスペクトルを分離するように動作する。
さらに、前述のいずれの電子カメラも、好ましくは、撮像視野を表す出力が表示される液晶表示装置を備えることができる。さらに、第１の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは視野拡大レンズを備えることができる。
【０００９】
さらに、本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてシーンの写真を撮るために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、少なくとも第２の撮像視野においてシーンの写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える、電子カメラが提供される。
【００１０】
第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは、少なくとも第２の撮像機能のみを使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む。別の方法としておよび好ましくは、この光学素子は、第１の撮像機能を使用するためにセンサの上流側に選択的に配置される光パワーを有する光学要素は含まない。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、前述の電子カメラにおいて、第１および第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、第１および第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成する波長依存型スプリッタを含む。前述のいずれの実施形態においても、ユーザ操作撮像機能選択スイッチは、好ましくは、少なくとも１つの撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを好適に位置決めすることによって、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する。さらに、第１および第２の撮像機能は、好ましくは、異なる方向に延びることができるか、または異なる視野を有することができる別々の光学経路を形成する。
【００１２】
さらに、前述のいずれの電子カメラも、好ましくは、撮像視野を表す出力が表示される液晶表示装置を備えることができる。さらに、第１の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは視野拡大レンズを備えることができる。
【００１３】
本発明のより好ましい実施形態によれば、前述の第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子は、好ましくは固定することができる。追加的におよび好ましくは、第１および第２の撮像視野は、電子撮像センサ上に撮像される前に、それぞれ１回反射させることができる。このような場合、第２の撮像視野の反射は、好ましくは枢動可能な格納式ミラーによって実行することができる。別の方法としておよび好ましくは、第１の撮像視野は電子撮像センサ上に直接撮像することができ、第２の撮像視野は、電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射させることができる。このような場合、２回の反射のうちの２回目は、好ましくは枢動可能な格納式ミラーによって実行することができる。さらに、第２の撮像視野は、電子撮像センサ上に直接撮像することができ、第１の撮像視野は、電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射させることができる。
【００１４】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、さらに前述の電子カメラが提供され、ここで第１の撮像機能は赤外線領域内のスペクトル帯域を介して実行され、第２の撮像機能は可視領域内のスペクトル帯域を介して実行され、さらにカメラは、第１および第２の撮像機能それぞれにつき１つのフィルタ・セットの、複数のフィルタ・セットを備える。このような場合、好ましくはフィルタ・セットは、可視領域内および赤外線領域のスペクトル帯域内で透過可能な少なくとも１つのフィルタと、赤外線領域内で赤外線領域内のスペクトル帯域より下まで透過可能であり、可視領域内では透過可能でない少なくとも１つのフィルタとを備える第１の撮像機能用のフィルタ・セットと、可視領域内上方の赤外線領域内のスペクトル帯域の下まで透過可能な少なくとも１つのフィルタを備える第２の撮像機能用のフィルタ・セットとを備える。後者の場合、第１および第２の撮像機能は、好ましくは共通の光学経路に沿って配向され、第１のおよび第２のフィルタ・セットは、選択された撮像機能に従って交換される。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、さらに前述のような電子カメラが提供され、ここでユーザ操作撮像機能選択は、好ましくは、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子の前の電子撮像センサを回転させること、あるいは別の方法として、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付けるために、電子撮像センサの前のミラーを回転させることのいずれかによって実行される。
【００１６】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、前述のような電子カメラが提供され、第１および第２の撮像視野を結合するための部分透過ビーム・スプリッタも備え、ここで、どちらの撮像視野も部分透過ビーム・スプリッタによって１回反射され、また撮像視野のうちの１つは、反射後、フル・リフレクタから部分透過ビーム・スプリッタを介して透過される。部分透過ビーム・スプリッタは、好ましくは２色性とすることもできる。これら２つの場合のどちらでも、フル・リフレクタは好ましくは光パワーも有することができる。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、さらに、電話機能と、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯電話も提供される。
【００１８】
さらに、本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの携帯情報端末機能と、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯情報端末も提供される。
【００１９】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、リモート・コントロール機能と、撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、第１および少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、第１および少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備えるリモート・コントロール・デバイスが提供される。
【００２０】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、出力光線を平行にするように、およびコリメータ軸と平行に向けられる平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、画像を形成するように構築され、コリメータからの平行化された光線が当たり、画像を形成し、コリメータ軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素と、回折性光学要素の下流側にあり、多数の光線を回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズとを備える大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置も提供される。こうした装置では、大きな回折角は、一般に、回折性光学要素の下流側に集束レンズがない場合、画像に容認できないほどの収差が生じるように形成される。好ましくは、コリメータ軸から少なくとも３０度になるように形成される。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、さらに、出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、出力光線を受信して修正済みの出力光線を提供するビーム修正要素と、平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、画像を形成するように構築され、コリメータからの平行化された光線が当たり、画像を形成し、軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素とを備える軸から大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置も提供される。大きな回折角は、一般に、回折性光学要素の下流側に集束レンズがない場合、画像に容認できないほどの収差が生じるように形成される。好ましくは、コリメータ軸から少なくとも３０度になるように形成される。この段落に記載されたいずれの光学装置も、好ましくは、回折性光学要素の下流側にあり、多数の光線を回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズを備えることができる。
【００２２】
さらに、本発明の他の好ましい実施形態によれば、出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、画像テンプレートを形成するように構築され、出力光線が当たり、画像テンプレートを形成する多数の回折性ビームを生成する、非周期的回折性光学要素とを備える、光学装置が提供される。画像テンプレートは、好ましくは、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするものである。
【００２３】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、照明光線を提供するダイオード・レーザ光源と、それぞれが出力光線を形成する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイ（lenselet array）と、各部分要素が複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、集束要素のうちの１つからの出力光線のうちの１つに当てられる、複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える画像を投影するための光学装置も提供される。画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。
【００２４】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、複数の照明光線を提供するダイオード・レーザ光源の配列と、それぞれが複数の照明光線のうちの１つを集束する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイと、各部分要素が複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、集束要素のうちの１つからの出力光線のうちの１つに当てられる、複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える、画像を投影するための光学装置が提供される。画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。この段落に記載された光学装置のいずれにおいても、ダイオード・レーザ光源の配列は、好ましくは垂直空洞型（vertical cavity）面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）配列とすることができる。
【００２５】
さらに、前述のいずれの光学装置においても、回折性光学要素は、好ましくは光学装置の出力ウィンドウを形成することができる。
【００２６】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、光線を修正するためのビーム修正要素と、修正された光線を集束するための集束要素と、ビームから画像を生成するための回折性光学要素とを備える、集積レーザ・ダイオード・パッケージがさらに提供される。画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。
【００２７】
別の方法としておよび好ましくは、光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、ビームから画像を生成するための非周期的回折性光学要素とを備える集積レーザ・ダイオード・パッケージも提供される。こうした実施形態でも、画像は、好ましくはデータ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える。
【００２８】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、入力照明ビームと、照明ビームが当てられる非周期的回折性光学要素と、回折性光学要素上の入力ビームの衝突位置を変えるための平行運動機構とを備える、光学装置が提供され、ここで回折性光学要素は、好ましくは入力ビームを衝突位置の所定の関数に従って変化する角度で投影面に偏向させる。この実施形態では、平行運動機構は、好ましくは回析性光学要素（ＤＯＥ）を平行移動させる。この段落に記載するいずれの装置においても、衝突の位置は、正弦的に変化することができ、所定の関数は、好ましくは直線走査を提供することができる。このような場合、所定の関数は、好ましくは均一の輝度を有する画像を生成する走査を提供する。
【００２９】
記載されたこれらの実施形態のいずれにおいても、入力ビームは平行ビームまたは集束ビームのいずれかとすることができる。後者の状況では、好ましくは、装置は投影面上に回折ビームを集束するための集束レンズも備える。
【００３０】
好ましくは、前述の光学装置において、衝突位置の所定の関数は二次元でビームを偏向するものである。このような場合、平行運動機構は、一次元または二次元でＤＯＥを平行移動させることができる。
【００３１】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、回折性光学要素上でのビームの衝突位置の関数として二次元でビームを偏向するように動作する回折性光学要素と、回折性光学要素が装着される低質量支持構造体と、低質量支持構造体の外部にあり、低質量支持構造体が第１の周波数で第１の方向へ振動できるように第１の支持部材によって低質量支持体が取り付けられる第１のフレームと、第１のフレームの外部にあり、第２のフレームが第２の周波数で第２の方向へ振動できるように第２の支持部材によって第１のフレームが取り付けられる第２のフレームと、第１の周波数での振動および第２の周波数での振動のうちの少なくとも１つを励振させるための少なくとも１つの駆動機構とを備える軸上の二次元光学走査装置がさらに提供される。この装置では、第１の周波数は好ましくは第２の周波数よりも高く、この場合、走査はラスタ・タイプの走査である。
【００３２】
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、照明ビームを発光するためのダイオード・レーザ源と、投影面上に照明ビームを集束させるためのレンズと、照明ビームが当たる非周期的回折性光学要素と、回折性光学要素上での入力ビームの衝突位置を変更するための平行運動機構とを備える、光学装置が提供され、ここで回折性光学要素は、好ましくは入力ビームを衝突位置の所定の関数に従って変化する角度で投影面に偏向させる。光学装置は、好ましくは、回折性光学要素上に照明ビームを集束させるための第１のレンズに加えて、偏向された照明ビームを投影面上に集束させるための第２のレンズも備えることができる。
【００３３】
走査用途を含む前述のいずれの光学装置も、好ましくは、投影面上にデータ入力テンプレートを投影するように動作することができるか、または別の方法としておよび好ましくは、投影面上に映像を投影するように動作することができる。
【００３４】
本発明は、以下の説明を図面と共に読むことで、より完全に理解することができるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、交換可能光学素子を示す概略図である、図１を参照する。こうしたカメラおよび入力デバイスは、携帯電話、携帯情報端末、リモート・コントロール、または同様のデバイスに組み込むことができる。図１の実施形態では、二重機能ＣＭＯＳカメラ・モジュール１０が、中視野１２の通常のカラー撮像と広視野１４の仮想インタフェース感知の両方を提供する。
【００３６】
その開示が全体として参照により本明細書に組み込むものとする国際公開第ＷＯ２００４／００３６５６号として公開されたＰＣＴ出願に記載されているように、仮想インタフェース・モードで撮像するための撮像レンズは、精密な画像校正を得るために、非常に高い機械精度および再現性で位置決めする必要がある。
【００３７】
図１の実施形態では、カメラ・モジュール１０において、広視野撮像レンズ１６がＣＭＯＳカメラ１８の前に固定される。したがって仮想インタフェースは、システム製造時に高水準の精度に精密に校正することができる。
【００３８】
図１の上部に示されるように、ＣＭＯＳモジュール１０は仮想インタフェース・モードで使用され、赤外線透過フィルタ２０が広角レンズ１６の前に位置決めされる。このフィルタは、モジュール１０に対して精密に位置決めする必要がなく、そのために簡単な機械的位置決め機構２２を使用することができる。
【００３９】
ＣＭＯＳカメラ・モジュール１０が汎用カラー撮像用に使用される場合、図１の下部に想像線で示されるように、位置決め機構２２は、カメラ・モジュールの前の赤外線フィルタ２０が視野縮小レンズ２４および赤外線遮断フィルタ２６に置き換えられるように動作する。さらにこの撮像モードでは、一般にユーザが写真を適切にフレーミングするためにカメラを位置合わせできるため、視野縮小レンズ２４の正確な横方向位置決めも重要ではなく、その結果、この位置決め機能に簡単な機械的機構を使用することができる。
【００４０】
図１に示された好ましい実施形態では、機械的位置決め配置構成は、必要な撮像視野のタイプに応じて、１つの簡単な機械的位置決め機構２２によってカメラ・モジュール１０の前に選択可能なように位置決めされた１つの交換可能光学素子ユニット２８として示されているが、本発明は、例えば、各視野のための各光学素子セットが別の機構によってモジュール１０の前の位置に移動されるなど、他の機械的位置決め配置構成に等しく適用可能であるものと理解されたい。
【００４１】
さらに、図１では汎用カラー撮像位置が１つだけ示されているが、汎用の映像または静止画記録用、または接写撮影、あるいは任意の他のカラー撮像用途であるかどうかにかかわらず、様々なタイプの撮像機能が提供することができ、これらの機能はそれぞれ一般的に専用の視野撮像光学素子を必要とすることも理解されたい。次に、位置決め機構２２は、仮想インタフェース・モードと任意のインストール済みカラー撮像モードとの間の切り替えを可能にするように適合される。
【００４２】
図１に示された実施形態は、機械的可動部分を必要とするために、静的光学設計に比べて構造が複雑であり、信頼性欠如の原因となる可能性がある。次に、本来は図１に関して上記で述べたものと同じ機能を提供するが、可動部分は必要としない、二重モードＣＭＯＳ画像センサ用の改良型光学設計の概略図を示す図２から図９Ｂを参照する。
【００４３】
次に図２を参照すると、ＣＭＯＳカメラ１１８および関連する中間視野レンズ１２０がダイクロイック・ミラー１２２の後方に配置され、少なくともレンズ１２０の視野に対応する角度範囲にわたって、赤外光を透過し、可視光を反射する。視野拡大レンズ１２４および可視光を遮断する赤外線透過フィルタ１２６は、赤外線透過経路に沿って配置される。前述の配置構成は、広視野１３０を有する赤外線仮想インタフェース感知システムを提供することを理解されたい。
【００４４】
通常反射の可視光ミラー１３２および赤外線遮断フィルタ１３４は、可視光経路に沿って配置されるため、中視野１４０を介してカラー撮像機能を提供する。
【００４５】
図２の実施形態は、２つの撮像経路が分けられ、デバイスの反対側に位置するという利点を有する。これは特に、画面を使用して写真をフレーミングするために、デバイスの画面が配置されている側と反対方向で写真を撮ること、また他方で、入力中のデータを視覚化するためにデバイスの画面と同じ側に仮想入力機能を提供することが望ましい移動電話および携帯情報端末などの移動デバイスに二重モードの光学モジュールを組み込む場合に有用な特徴である。
【００４６】
次に、図３を参照する。図３は、二重モードの光学モジュール用のビーム経路を示し、オプションでデバイスの後部３００、側部３０２、または前部３０４に向けることができる写真を撮るための狭小視野３００、３０２、３０４を有する可視光撮像システムと、仮想キーボード機能用のデバイスの前部から前方を向いた広視野の赤外線撮像経路とを組み合わせた、本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。話を簡単にするために、図３のビーム経路は、広視野の半分３１０のみが示されている。
【００４７】
図３に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３１６は、ＬＰフィルタ３１８、レンズ３２０、およびダイクロイック・ミラー３２２を介して光を受け取る。赤外光は、ダイクロイック・ミラー３２２を通り、広視野レンズ３２４を介して透過される。デバイスの後部に位置する狭小視野からの可視光は、フル・リフレクタ・ミラー３２６によってダイクロイック・ミラー３２２上に反射され、ここからカメラ集束アセンブリ内に反射され、デバイスの前部からはフル・リフレクタ・ミラー３２８によってダイクロイック・ミラー３２２へ、デバイスの側部からは反射なしに直接ダイクロイック・ミラー３２２へと渡される。好ましくはミラー３２６、３２８のいずれかを、どちらの特定の狭小視野に撮像したいかによって、所定の位置に切り替えるか、またはどちらも切り替えないことができる。図２および図３の様々な特定の実施形態の細部が、以下の図４Ａから図９に示される。
【００４８】
次に、図４Aおよび図４Bを参照する。図４Aおよび図４Bは、図２または図３の実施形態の特定の実施の絵画図および概略図であり、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよびデータ入力デバイスの組み合わせで有用である。この特定の二重光学素子の実施は、垂直対面カメラを組み込み、各光学経路は１つのミラーによって曲げられるため、特にコンパクトなソリューションが可能となる。仮想キーボードから受け取られた赤外光は、シャッタ３５０および視野拡大レンズ３５２によって形成された経路に沿って通過し、ミラー３５４によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ３５６、従来型カメラ・レンズ３５８、および干渉フィルタ３６０を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ３６２へと達する。あるシーンからの可視光は、シャッタ３７０およびＩＲ遮断フィルタ３７２によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ３５６によって反射され、レンズ３５８および干渉フィルタ３６０を通ってカメラ３６２へと達する。シャッタ３７０およびＩＲ遮断フィルタ３７２は、図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができることを理解されたい。
【００４９】
次に、図５を参照する。図５は、図４Ａおよび図４Ｂの実施形態と同じ要素を多く使用する、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよびデータ入力デバイスの組合せで有用な図２の実施形態の他の特定の実施を示す概略図であり、非常にコンパクトな実施形態である。あるシーンから受け取られた可視光は、シャッタ３８０およびＩＲ遮断フィルタ３８２によって形成された経路に沿って通過し、ミラー３８４によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ３８６、従来型カメラ・レンズ３８８、および干渉フィルタ３９０を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ３９２へと達する。仮想キーボードからの赤外光は、シャッタ３９４および視野拡大レンズ３９６によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ３８６によって反射され、レンズ３８８および干渉フィルタ３９０を通ってカメラ３９２へと達する。シャッタ３８０およびＩＲ遮断フィルタ３８２は図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができることを理解されたい。
【００５０】
次に、図６を参照する。図６は、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組合せで有用な、図２の実施形態の特定の実施を示す概略図である。図７は、図６の実施形態の変形を示す。この実施形態は、水平対面カメラおよび第１の光学経路がデバイスの外を直接指示し、第２の光学経路が反対方向を指示するために２つのミラーによって曲げられるという点を特徴とする。これには、カメラ構成要素が、一般にデバイスのすべての他の構成要素と平行に取り付けられ、デバイスの残りの部分と同じプリント回路基板上にアセンブルすることができるという利点を有する。
【００５１】
具体的に図６を見ると、この実施形態では、シーンは直接、仮想キーボードは２回の反射の後に撮像され、あるシーンから受け取られた可視光は、シャッタ４００およびＩＲ遮断フィルタ４０２によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４０４、従来型カメラ・レンズ４０６、および干渉フィルタ４０８を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４１０へと達することがわかる。仮想キーボードからの赤外光は、シャッタ４１４および視野拡大レンズ４１６によって形成された経路に沿って通過し、ミラー４１８およびダイクロイック・コンバイナ４０４によって反射され、レンズ４０６、干渉フィルタ４０８を通ってカメラ４１０へと達する。シャッタ４００およびＩＲ遮断フィルタ４０２は、図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができることを理解されたい。
【００５２】
具体的に図７を見ると、この実施形態では、仮想キーボードは直接、シーンは２回の反射の後に撮像され、あるシーンから受け取られた可視光は、シャッタ４２０およびＩＲ遮断フィルタ４２２によって形成された経路に沿って通過し、ミラー４２４およびダイクロイック・コンバイナ４２６によって反射され、レンズ４２８、干渉フィルタ４３０を通り、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４３２に達することがわかる。仮想キーボードから受け取られた赤外光は、シャッタ４３４から視野拡大レンズ４３６によって形成された経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４２６、レンズ４２８、および干渉フィルタ４３０を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４３２に達する。シャッタ４２０およびＩＲ遮断フィルタ４２２は、図に示されるように１つのデバイスに組み合わせるか、または別々のデバイスとすることができる。
【００５３】
次に、図８と図９を参照する。図８は、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な図２または図３の光学素子の特定の実施を示す概略図である。図９は、図８と同様の、図２または図３の光学素子の他の特定の実施を示す概略図である。図８および図９の実施形態は、水平センサおよび垂直センサの両方と、シャッタとしても機能することができる枢動可能なミラーを使用するため、ビーム経路を分離させるためにデバイス内部に１つの内部ミラーのみが必要であることを特徴とする。
【００５４】
具体的に図８を見ると、あるシーンから受け取られた可視光は、枢動可能なミラー４５０によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ４５４、従来型カメラ・レンズ４５６、および干渉フィルタ４５８を通って、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４６０へと達する経路に沿って通過することがわかる。枢動可能なミラー４５０は、可視撮像機構の遮断のためのメイン・シャッタとしても動作する。横からのシーンが撮像される場合、枢動可能なミラー４５０は、図８のシーンで垂直の向きで示されるようにビーム経路から直角に回転する。仮想キーボードからの赤外光は、一般に、図８のシーンではシャッタ４６４および視野拡大レンズ４６６によって形成された水平経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４５４によって反射され、レンズ４５６、干渉フィルタ４５８を通ってカメラ４６０へと達する。
【００５５】
具体的に図９を参照すると、あるシーンから受け取られた可視光は枢動可能なミラー４７０によって反射され、ダイクロイック・コンバイナ４７４によって反射され、従来型カメラ・レンズ４７６および干渉フィルタ４７８を通り、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ４８０へと達する経路に沿って進むことがわかる。枢動可能なミラー４７０は、可視撮像機構の遮断のためのメイン・シャッタとしても動作する。横からのシーンが撮像される場合、枢動可能なミラー４７０は、図９Ｂのシーンで垂直の向きで示されるようにビーム経路から直角に回転する。仮想キーボードからの赤外光は、一般に、図９Ａおよび図９Ｂのシーンではシャッタ４８４および視野拡大レンズ４８６によって形成された水平経路に沿って通過し、ダイクロイック・コンバイナ４７４によって反射され、レンズ４７６、干渉フィルタ４７８を通って、カメラ４８０へと達する。
【００５６】
上記の図２〜図９の実施形態で説明したデバイスでは、ＶＫＢモードが撮像されている場合、一般に７８５ｎｍ領域である、ＩＲ照明波長周辺の領域のみがカメラへと透過される。これは、好ましくは、ＩＲカットオン・フィルタおよびＩＲカットオフ・フィルタの組み合わせを使用することによって達成される。他方で、テレビ会議、映像またはスナップショット撮像、または接写撮影などのためのデバイスを使用する他のモードでは、通常、可視領域のみがカメラへと通過することが必要である。これは、両方のモードに１つのカメラ・モジュールが使用される場合、選択されたモードに応じて、スペクトル・フィルタをビーム経路内または経路外に切り替えなければならないことを意味する。
【００５７】
次に、図２〜図９の実施形態で有用なフィルタの透過率曲線を示す図である、図１０Ａを参照する。図１０Ａは、線Ａで、近ＩＲ領域を遮断する従来のＩＲカットオフ・フィルタの特性を示す。こうしたＩＲカットオフ・フィルタは、吸収フィルタとして、または干渉フィルタとして実現可能であり、好ましくは、ＶＫＢ照明が可視画像を干渉するのを防ぐために、可視撮像モード経路内で使用される。図２〜図９の実施形態では、デバイスがＶＫＢ撮像モードで使用されている場合、従来型のカットオフ・フィルタは、ＶＫＢ照明ＩＲ領域のみを通すフィルタに置き換えなければならない。これは、好ましくは、その透過率特性が図１０Ａで線Ｂとして示されるカットオン・フィルタと、その透過率特性が図１０Ａで２つの異なる入射角について線Ｃ１およびＣ２として示されるＬＰ干渉フィルタの２つのフィルタを使用することによって実施することができる。
【００５８】
次に、図２〜図９の実施形態で使用するための代替および好適なフィルタ配置構成を示す図である、図１０Ｂを参照するが、ここでは、７７０から８２０ｎｍの好ましい通過帯域を有する、グラフではＤとマーク付けされた１つの狭小通過干渉フィルタが、通過帯域が４００から７００ｎｍのＥとマーク付けされた可視フィルタと共に、ＶＫＢ撮像チャネル用に使用される。Ｅとマーク付けされたＩＲ遮断フィルタは、ＶＫＢ ＩＲ照明による、または背景のＮＩＲ照明による画像の干渉を避けるために、可視モードに使用される。
【００５９】
次に、３つの異なるタイプのミラーと組み合わされた、図３の実施形態を示す概略図である、図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃを参照する。図１１Ａ〜図１１Ｃに示されたすべての実施形態は、異なる光学経路に沿って異なる視野を撮像するために１つのカメラを使用することに関する。すべての経路は、カメラの焦点面上に撮像されるが、任意の所与の時点では１つの経路のみが使用される。各経路は、ユーザによってアクティブな状態にトグル切り替えすることができる別々のオペレーティング・モードを表す。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃのどの実施形態にも可動部分は含まれない。
【００６０】
次に図１１Ａを見ると、図１１Ａのシーンで左から入ってくる光は、スペクトル的に正常なビーム分割ミラーによって完全にまたは部分的に反射されるか、またはダイクロイック・ミラー５００によってカメラ光学素子５０２へと向けられ、次に、カメラ５０３に入ることがわかる。使用される特定のミラーの組み合わせは、各チャネルのスペクトル内容に依存する。どちらのチャネルも可視光チャネルである場合、通常のビーム分割ミラー５００が使用される。チャネルのうちの１つが赤外線である場合、ダイクロイック部分反射ミラー５００が使用される。右から入ってくる光は、通常はミラー５００によって５０％、さらに上部ミラー５０４によって完全に、２回反射され、再度ミラー５００を通って、カメラ光学素子５０２およびカメラ５０３に向けて導かれる。このモードにより、左経路から５０％、および右経路から２５％の透過率が可能となる。
【００６１】
図１１Ｂは、図１１Ａと同様の配置構成を示す。しかしながら図１１Ｂでは、より広い視野を提供するために、上部ミラーが凹面鏡５０６に置き換えられる。
【００６２】
図１１Ａおよび図１１Ｂの実施形態は、１対のプリズムを使用しても実施することができる。
【００６３】
図１１Ｃの実施形態では、上部ミラー５０４は図１１Ａの方向に対して上方に傾斜し、ミラー５００は図面の右から入ってくるビームの反射用には使用されない。この配置構成は、図１１Ａの実施形態の性能とほぼ同じであるが、より大きなサイズである。
【００６４】
次に、図３の実施形態の７つの代替実施を示す概略図である、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ、図１２Ｅ、図１２Ｆ、および図１２Ｇを参照する。
【００６５】
表１は７つの実施形態それぞれの本来の特性を示すものであり、これについて以下で詳細に説明する。
【００６６】
【表１】
【００６７】
いかなる可動光学素子も備えていない、１つのカメラ内に４つまでの視野を提供する実施形態である、図１２Ａを見ると、４つの視野すべてに共通の光学素子が提供されており、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタと、約２０°の狭小視野を有するレンズ５５４とを備える、図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、入口開口部干渉フィルタ５５２を備えた、通常はＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル・カメラである高解像度のカラー・カメラ５５０を含むことがわかる。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００６８】
ＶＳＳＲ視野５５６は、好ましくは、視野を約１．５倍に拡大するためのオプションの視野レンズ５６０およびコンバイナ５６２を介して取得される。ＶＳＳＲ視野は、ＶＳＳＲ視野からの光の通過を有効／無効化するために、不透明なスライド・シャッタ５６６によってカバーされた、固定式ＩＲカットオフ・ウィンドウ５６４を使用する。好ましくは、この視野用の光学素子はひずみが少なく（＜２．５％）、好ましくは、ＶＧＡカメラの場合、５０ｃｙ／ｍｍで約５０％の変調伝達関数ＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合、７０ｃｙ／ｍｍで約６０％のＭＴＦで、カメラ５５０の解像度をサポートする。
【００６９】
ＶＫＢ視野５７６およびＶＣ視野５８６は、好ましくは、共通光学素子の視野を幾何形状に応じて最高４．５倍まで拡大することができる広角視野レンズ５９０を介して取得される。レンズ５９０の視野の中央部分、例えばＶＣ視野は、好ましくはスペクトルの可視部分内の画像を取得するように設計され、ひずみレベルは４％未満、解像度は７０ｃｙ／ｍｍで約６０％である。レンズ５９０の残りの視野、例えばＶＫＢ視野は、ひずみレベルが最高２５％と高く、解像度は、通常７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで２０％未満と低い。
【００７０】
レンズ５９０の前には、好ましくは、不透明領域５９６、トゥルーカラー映像を提供するためのＩＲカットオフ領域５９８、および仮想キーボードからＩＲを感知するためのＩＲカットオン・フィルタ領域６００の３つの動作領域を有する３ポジション・スライダまたは回転シャッタ５９４が提供される。ＶＣ視野に対して、シャッタ５９４を領域６００に好適に位置決めすることにより、ＩＲ ＬＥＤが使用されるなど、好適なＩＲソースの場合に、低解像度ＩＲ撮像を実現させることができる。
【００７１】
視野レンズ５９０からの光は、平面反射要素５８０によって、カメラ光学素子５５４およびカメラ５５０に向かって下方向に反射される。最も簡単な３視野の実施形態では、この平面反射要素５８０はフル・ミラーである。以下で説明するように、追加でオプションの第４の視野が使用される場合、この平面反射要素５８０はダイクロイック・ビーム・コンバイナである。
【００７２】
平面反射要素５８０がダイクロイック・ミラーまたはビーム・コンバイナである場合、オプションの追加視野５８２を提供することができる。コンバイナ５６２および５８０の両方ともフラット・ウィンドウであるため、画像品質のひずみは最小限になる。この視野５８２の前には、有効／無効化シャッタがあるべきである。枢動可能なミラー５８４は、図１２Ａの意味で、この追加視野がカメラの上になるように、または好適に位置合わせされた場合、カメラの横になるようにすることが可能である。別の方法としては、上部の視野のみが使用される場合、スライド・シャッタとすることもできる。
【００７３】
ＣＵＰ視野は、Ｎｏｋｉａ ３６５０およびＮｏｋｉａ ３６６０製品で実行されているように、ＶＳＳＲ経路５５６内に可変視野レンズを使用することによって内部に提供することができ、ＶＳＳＲ視野５５６またはオプション視野５８２の前にアドオン・マクロ・レンズを使用することによって外部に提供することができる。後者の場合、上部ミラー５８０は、可視光に対して透過であり、７８５ｎｍ光に対して高度に反射する、ダイクロイック・コンバイナとすべきである。このオプション視野には、ＩＲカットオフ・ウィンドウの前に有効／無効化シャッタ（スライドまたはフリップ式）も必要であり、図１２Ａにも図示されていない。
【００７４】
次に、１つのカメラ内に４つの視野を提供する実施形態である、図１２Ｂを参照するが、図１２Ａの実施形態とは異なり、旋回ミラー・ヘッドを使用しており、共通の光学素子には４つの視野すべてが提供され、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタと、約２０°の狭小視野を有するレンズ６５４とを備える、図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、入口開口部フィルタ、好ましくは、干渉フィルタ６５２を備える通常はＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル・カメラである高解像度のカラー・カメラ６５０を含むことがわかる。
【００７５】
上部回転ヘッド６６０は、図１２Ｂで回転ヘッド上の円形矢印によって概略的に示された、回転台６６４上に取り付けられた傾斜ミラー６６２を備える。ミラー６６２は、所定の傾斜位置に固定するか、あるいは枢動可能に装着することができる。回転ヘッド６６０を通る光の通過を選択可能に無効化することは、例えば、固定された傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない仮の位置までヘッドを回転させることによって達成可能である。別の方法としては、旋回可能に装着された傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない位置までミラーを枢動させることができる。
【００７６】
回転ヘッドは回転６６４することができ、いかなる方向の画像も取得することができるが、不連続な撮像ステーションを形成するためにより有用であると考えられる。ステーション間の移動は、スクリーン上の画像の回転を必要とする場合がある。取得される画像は、必要であれば電子的に修正することができるミラー画像である。入口開口部６４０は、図の平面外に指示された回転ヘッド内に示される。
【００７７】
ＩＲカットオフ・フィルタ６７０は、トゥルーカラー画像の取得を可能にするために、回転ヘッド６６０の真下に位置決めされる。回転ヘッド６６０からの光は、ダイクロイック・コンバイナ６７２を介してＣＭＯＳカメラ６５０へと通過する。所与の視野が好適に撮像できるようにするために、追加の光学素子（図１２Ｂには図示せず）を回転ヘッドの各ステーションに向き合うように提供することができる。
【００７８】
次に、これら４つの視野に関する好ましい光学配置構成について説明する。
【００７９】
ＶＫＢモード − ＶＫＢモード用の視野レンズ６８０は、幾何形状に応じて最高約９０°の広角視野６９４を取得する。ＩＲカットオン・フィルタのプラスティック・ウィンドウ６８２は、視野レンズの前に位置決めされる。取得されたＩＲ光は、ダイクロイック・ミラー６７２によって共通光学素子へと導かれる。ＣＭＯＳ上で得られるＩＲ画像は、好ましくは、最高２５％の大きなひずみ、および７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍ）で約２０％のＭＴＦを伴う、低品質とすることができる。ＶＫＢモードをオンにするには、不透明なシャッタ６８４がオープンでなければならず、上部回転ヘッドは無効化位置まで回転させなければならない。
【００８０】
ＶＳＳＲモードは、上部回転ヘッド６６０をＶＳＳＲ撮像用に有効化すること、およびこれをハンドセットの後部部分にあるＶＳＳＲステーション位置まで回転させることによって取得され、その結果、視野を約１．５倍拡大するＶＳＳＲ視野レンズ６９６を介してＶＳＳＲ視野６８８が撮像される。
【００８１】
ＶＣモードは、上部回転ヘッド６６０を有効化すること、およびこれをハンドセットの前側にある、ＬＣＤが配置されているＶＣステーション位置まで回転させることによって取得され、その結果、オプションの光学要素６９０を使用してＶＣ視野６９２が撮像される。このオプションを使用する場合、ＣＭOＳ撮像面の一部のみが利用され、これはウィンドウイング・オプションと呼ばれる。光学要素６９０が存在しない場合、レンズ６５４の元の視野がカメラの感知域全体の画像を取得するが、より低解像度のＶＣ画像を与えるようにダウン・サンプリングされ、これはダウン・サンプリング・オプションと呼ばれる。
【００８２】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して前述した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００８３】
次に、ＶＣ視野に関するインライン光学素子が可動式の１つのカメラ内に４つの視野を提供する実施形態である、図１２Ｃを参照する。共通の光学素子には４つの視野すべてが提供され、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタと、約２０°の狭小視野を有するレンズ７０４とを備える、図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、入口開口部干渉フィルタ７０２を備えた、通常はＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル・カメラである高解像度のカラー・カメラ７００を含む。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００８４】
ＶＳＳＲ視野７０８は、視野を約１．５倍拡大するための追加の視野レンズ７１０およびダイクロイック・コンバイナ７１２を介して取得される。ＶＳＳＲ視野は、好ましくは固定式／スライド式ＩＲカットオフ・ウィンドウ７１４と、撮像経路を有効／無効化するための不透明なスライド・シャッタ７１６とを有する。ＶＳＳＲ視野用の光学素子は、ひずみが２．５％未満と少なく、ＶＧＡカメラの場合、５０ｃｙ／ｍｍで少なくとも約５０％のＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合、７０ｃｙ／ｍｍで少なくとも約６０％のＭＴＦで、カメラの解像度をサポートすべきである。
【００８５】
ＶＫＢ視野７２０は、選択された幾何形状に応じて好ましくは共通光学素子の視野を最大４．５倍まで拡大する広角視野レンズ７２２を介して取得され、ミラー７２４によって、およびダイクロイック・コンバイナ７１２を介して共通光学素子に導かれる。ＶＫＢモードの視野は、ひずみレベルが最高２５％であり、７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで通常２０％未満という低解像度の低品質とすることができる。ＶＫＢモードがアクティブの場合、モード選択スライダ７２６は、好ましくは好適な黒色プラスティック・ウィンドウであることが可能なＩＲカットオン・フィルタ位置７２８に位置決めされる。
【００８６】
図１２Ａの実施形態に示されたものとまったく同様の追加の構成要素を使用して、追加のオプション視野７３０も提供することができるが、図１２Ｃには示されていない。
【００８７】
ＶＣ視野モード７３２は、視野縮小要素７３４を備えた３モード選択スライダ７２６が、図１２Ｃに示された位置である、広角視野レンズ７２２の前に位置決めされた場合に得られる。この設定により、視野を約３０°まで減少させ、カメラ７００内のＣＭＯＳアクティブ域全体に画像を集束する。またこのオプションは、視野縮小要素７３４に組み込まれたＩＲカットオフ・フィルタにより、近ＩＲのフィルタリングも行う。ＶＣモードの場合、カメラがダウン・サンプリング・モードに切り替えられるＣＩＦ解像度のみが必要であるため、光学解像度は、可視領域について３５ｃｙ／ｍｍで約６０％である必要があり、好ましくはひずみは４％未満である。このオプションは、可動光学素子７３４の使用に関連するが、画像解像度が特別に良好である必要はないため、０．０５ｍｍの機械的再現性での構築で十分であり、こうした再現性は、高精度な機械構築技法の必要なしに容易に得られる。
【００８８】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して上記で説明した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００８９】
次に、２つのカメラを使用するが、いかなる可動光学素子も必要としない、４つの視野を提供する実施形態である図１２Ｄを参照する。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００９０】
ＶＳＳＲ視野７４０は、集束レンズ７４２と、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル解像度のいずれかを有する従来型カメラ７４４とを使用して達成される。好ましくは、これと同じカメラは、Ｎｏｋｉａ ３６５０／Ｎｏｋｉａ ３６６０製品の場合のようにアドオン・マクロ・モジュールを使用して外部的な、あるいは、ＦＤＫおよびＭａｃｎｉｃａのＦＭＺ１０またはＳｈａｒｐ ＬＺ０Ｐ３７２６モジュールなどのモジュールを使用して内部的な、ＣＵＰモードの撮像にも使用することができる。
【００９１】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して上記で説明した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００９２】
ＶＣ視野７５０およびＶＫＢ視野７５２モードは、好ましくは、使用されるＶＫＢ幾何形状に応じて最高９０°の視野を有する広視野光学素子７５６を備えた、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル解像度カメラなどの高解像度カメラ７５４を使用する。図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備える、好ましくは干渉フィルタ７６４であるフィルタが、好ましくはカメラ７５４の前に配置される。この実施形態におけるモード選択スライダ７５８は、好ましくは、１つはＶＫＢモード用、１つはＶＣモード用の２つの位置のみを使用する。ＶＫＢモードでは、スライダはレンズ７５６の前にＩＲカットオン・ウィンドウ・フィルタ７６０を置く。ＶＣモードでは、スライダはレンズ７５６の前にＩＲカットオフ・ウィンドウ・フィルタ７６２を置く。
【００９３】
ＶＣモードでは、カメラは、視野の中央のみが使用されるウィンドウイング・モードで動作する。このモードの場合、３０°の視野が使用される。この視野は、好ましくはひずみレベルが４％未満であり、ＭＴＦは可視領域内の７０ｃｙ／ｍｍで少なくとも約６０％である。
【００９４】
ＶＫＢモードでは最高９０°の広視野が必要であるが、最高２５％のより高レベルのひずみが許容可能であり、通常、７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで２０％未満のより低い解像度が可能である。このモードでは、好ましくはカメラは、ウィンドウイング・モードで垂直に、またダウン・サンプリング・モードで水平に動作する。
【００９５】
次に、２つのカメラを使用するが、ＶＣ視野用に可動インライン光学素子を使用する４つの視野を提供する実施形態である、図１２Ｅを参照する。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【００９６】
ＶＳＳＲ視野７７０は、集束レンズ７７２と、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセル解像度のいずれかを有する従来型カメラ７７４とを使用して達成される。好ましくは、これと同じカメラは、Ｎｏｋｉａ ３６５０／Ｎｏｋｉａ ３６６０製品の場合のようにアドオン・マクロ・モジュールを使用して外部的な、あるいは、ＦＤＫおよびＭａｃｎｉｃａのＦＭＺ１０またはＳｈａｒｐ ＬＺ０Ｐ３７２６モジュールなどのモジュールを使用して内部的な、ＣＵＰモードの撮像にも使用することができる。ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して上記で説明した方法のうちの１つによって実現することができる。
【００９７】
ＶＣ視野７７６モードおよびＶＫＢ視野７７８モードは、どちらも好ましくは、低解像度カメラ７８０、またはダウン・サンプリング・モードでは高解像度カメラを使用する。図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備える、好ましくは干渉フィルタ７８４であるフィルタが、好ましくはカメラ７８０の前に配置される。カメラの前には、使用されるＶＫＢ幾何形状に応じて最高９０°の視野を有する広視野光学素子７８２があり、この光学素子はこれら２つのモードのどちらにも共通である。これらのモードの選択は、ＩＲカットオン・ウィンドウ・フィルタ７８８とビルトインＩＲカットオフ・フィルタ７８０を備えた視野縮小レンズとを含むモード選択スライダ７８６によって実行される。
【００９８】
ＶＣモードでは、モード選択スライダ７８６は、有効カメラ視野を約３０°まで狭めるＩＲカットオフ・フィルタを備えた視野縮小レンズを位置決めする。この視野は、好ましくはひずみレベルが４％未満であり、ＭＴＦは可視領域内の３０ｃｙ／ｍｍで約６０％未満である。
【００９９】
ＶＫＢモードでは、モード選択スライダ７８６は、視野レンズ７８２の前にＩＲカットオン・フィルタ・ウィンドウ７８８を位置決めする。この視野の場合、最高２５％の高レベルのひずみと、７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで通常２０％未満の低いＭＴＦで十分である。
【０１００】
次に、固定式低解像度カメラと、図１２Ｂの実施形態で示されたものと同様の旋回ミラーを組み込んだ高解像度カメラとを使用して、４つの視野を提供する実施形態である図１２Ｆを参照する。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【０１０１】
ＶＫＢ視野７９０モードは、好ましくは、使用される幾何形状に応じて最高９０°の広視野を有するレンズ７９４を備えた低解像度カメラ（ＣＩＦ）７９２上で撮像することができる。図１０Ａまたは図１０Ｂに示されたような、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備える、好ましくは干渉フィルタ８１６であるフィルタが、好ましくはカメラ７９２の前に配置される。レンズ７９４の前には、固定式ＩＲカットオン・フィルタ・ウィンドウ７９６がある。この広視野撮像システムは、最高約２５％のひずみレベルが可能であり、通常７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで２０％未満の低いＭＴＦで十分である。
【０１０２】
上部回転ヘッド８００は、図１２Ｂで回転ヘッド上の円形矢印によって概略的に示された、回転台８０４上に取り付けられた傾斜ミラー８０２を備える。ミラー８０２は、所定の傾斜位置に固定するか、あるいは枢動可能に装着することができる。回転ヘッド８００を通る光の通過を選択可能に無効化することは、例えば、固定された傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない仮の位置までヘッドを回転させることによって達成することができる。別の方法としては、旋回可能に取り付けられた傾斜ミラーが使用された場合、光が入れない位置までミラーを枢動することができる。
【０１０３】
回転ヘッドは回転８０４することができ、いかなる方向の画像も取得することができるが、不連続な撮像ステーションを形成するためにより有用であると考えられる。ステーション間の移動は、スクリーン上の画像の回転を必要とする場合がある。得られる画像は、必要であれば電子的に修正可能なミラー画像である。ＩＲカットオフ・フィルタ８０６は、トゥルーカラー画像の取得を可能にするために、回転ヘッド８００の真下に位置決めされる。
【０１０４】
回転ヘッド８００からの光は、視野が３０°以下程度の集束レンズ８０８を介してＣＭＯＳカメラ８１０へと通過する。所与の視野が好適に撮像できるようにするために、追加の光学素子（図１２Ｆには図示せず）を回転ヘッドの各ステーションに向き合うように提供することができる。
【０１０５】
ＶＳＳＲモードは、上部回転ヘッド８００をＶＳＳＲ撮像用に有効化すること、およびこれをハンドセットの後部部分にあるＶＳＳＲステーション位置まで回転させることによって得られ、その結果、ＶＳＳＲ視野８１２が撮像される。
【０１０６】
ＶＣモードは、ＶＣ撮像のために上部回転ヘッド８００を有効化すること、およびこれをハンドセットの前側にあるＬＣＤが配置されているＶＣステーション位置まで回転させることによって得られ、その結果ＶＣ視野８１４が撮像される。このオプションを使用する場合、ＣＭOＳ撮像面の一部のみが利用され、これはウィンドウイング・オプションと呼ばれる。その他の場合、画像は、より低解像度のＶＣ画像を与えるようにダウン・サンプリングされ、これはダウン・サンプリング・オプションと呼ばれる。
【０１０７】
ＣＵＰモードは、図１２Ａの実施形態に関して前述した方法のうちの１つによって実現することができる。
【０１０８】
次に、ドッキング・ステーションを備えた水平旋回上のカメラを使用して４つの視野を提供する実施形態である図１２Ｇを参照する。この実施形態では、カメラ８２０は、機能については以下で説明するその集束光学素子８２２およびフィルタ８２４と共に、図１２Ｇの図の平面外の方向で位置合わせされた水平軸８２６を中心に旋回する。４つの視野は固定ステーション内でカメラを位置決めすることによって得られる。各ステーションでは、そのステーションで意図される機能を実行可能にするために、追加の光学素子をオプションで位置決めすることができる。セル式電話内で旋回するカメラについては、従来技術で説明されている。
【０１０９】
共通の光学素子は、一般に、ＶＧＡまたは１．３Ｍピクセルいずれかの高解像度のＣＭＯＳカメラ８２０と、２０°〜３０°の視野レンズ８２２とを備える。図１２Ｇには図示されていないが、図１０Ａまたは図１０Ｂの実施形態で使用されているものと同様の、好ましくは、特定の通過帯域フィルタまたは低域フィルタのいずれかとして、可視透過フィルタならびに７８０ｎｍ ＩＲ照明を透過するためのフィルタを備えるフィルタは、好ましくはカメラ８４０の前に、またはカメラ入口ウィンドウの一部として配置される。次に、これら４つの視野用の好ましい光学配置構成について説明する。
【０１１０】
ＶＳＳＲモードでは、カメラは、ハンドセットの後ろ側にあるＩＲカットオフ・フィルタ・ウィンドウ８２４の前に、ＶＳＳＲ視野８２８からの入口開口部に向き合って配置される。この視野用の光学素子は、好ましくは＜２．５％とひずみが少なく、ＶＧＡカメラの場合は５０ｃｙ／ｍｍで〜５０％のＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合は７０ｃｙ／ｍｍで〜６０％のＭＴＦを有するカメラ解像度をサポートすべきである。
【０１１１】
ＶＣモードでは、ここでは位置８３０に示されるカメラは、ハンドセットの前側にあるＩＲカットオフ・フィルタ・ウィンドウ８３２の前に、ＶＣ視野８３４からの入口開口部に向き合って配置される。この位置で、画像がダウン・サンプリングされる。光学解像度は、好ましくは、可視光の場合、３５ｃｙ／ｍｍで約６０％よりも良好であり、ひずみは４％未満である。
【０１１２】
ＣＵＰモードでは、位置８４０に示されるカメラは、ＩＲカットオフ・フィルタ８４４を備えたマクロ・レンズ・アセンブリ８４２に向かって上方を指す。この視野用の光学素子は、好ましくは＜２．５％未満とひずみが小さく、好ましくはＶＧＡカメラの場合は５０ｃｙ／ｍｍで少なくとも５０％のＭＴＦ、１．３Ｍカメラの場合は７０ｃｙ／ｍｍで少なくとも６０％のＭＴＦを有するカメラ解像度をサポートすべきである。
【０１１３】
最後にＶＫＢモードでは、位置８４６に示されるカメラは、キーボード投影場所に向かって下方を指すように配置される。このステーションでは、レンズの前の光学素子は、好ましくは拡大レンズ８４８およびＩＲカットオン・フィルタ・ウィンドウ８５０を含む。このモードでは、カメラは通常、ウィンドウイングされた、ダウン・サンプリング・モードで動作する。光学素子全体の視野８５２は、使用される幾何形状に応じて、通常、最高９０°と広い。この広視野は、通常、最高２５％という高レベルのひずみを許容することができ、通常７８５ｎｍ、２０ｃｙ／ｍｍで、２０％未満という低いＭＴＦしか必要としない。
【０１１４】
次に、本発明の好ましい実施形態に従って構築され、動作する、テンプレートを投影するために有用な光学装置を示す概略図である図１３を参照する。図１３は、仮想インタフェース・アプリケーションでの回折性光学要素（ＤＯＥ）１０００を使用する画像テンプレートの投影を示す図である。集束ビームをＤＯＥに当てることによってＤＯＥ照明が与えられた場合に、本発明のこの好ましい実施形態では、レーザ・ダイオードなどの光源１００２から平行化レンズ１００４を介してビームを向けることによって、ビームは無限共役距離に集束し、その結果すべての光線が平行軸１０１０に平行になり、同じ角度でＤＯＥ １０００に当てることによって、従来技術の配置構成で発生した非点収差はなくなる。図１４Ａおよび図１４Ｂに関して以下で説明するように、視野の中のどこかにあるできるだけ集束に最適なスポットに、回折スポットをできるだけ撮像視野上に集束させるために低出力（low power）集束レンズ１００６が使用される。
【０１１５】
挿入１００８として示された、図１３の算出された回折光線追跡図に示されるように、非平行ビームがＤＯＥに入射するＤＯＥ撮像システムに比べて、非点収差、およびその結果としての焦点スポット・サイズの減少において、大幅な改善がこの構成で達成される。この改善された結果が、より明るい回折スポットを、したがってより少ない投影力でよりコントラストの強い画像が提供できる。集束レンズ１００６は、追加の幾何的収差を最小限にするために、その表面の曲率半径がＤＯＥの発光域を中心とするように設計することができる。このレンズは、投影された画像の様々な領域に対応する様々な回折角度に対応する可変焦点長さを得るために、非球面で設計することもできる。
【０１１６】
次に、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照する。図１４Ａは、本発明の好ましい実施形態に従った図１３の装置の実施の概略図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの装置によって画像面に生成される画像の概略図である。図１３を参照しながら上記で論じたようなタイプの投影画像の品質を低下させる要因の１つは、撮像視野全体にわたって高品質な焦点を得るのを困難にする傾斜投影角に加えて、平行化レンズおよび／または集束レンズの視野深度が制限されていることから生じる。
【０１１７】
幾何光学の点から考慮すると、合焦スポットの視野深度は使用される集束力に反比例することが知られている。したがって、所与のＤＯＥ集束力について、ＤＯＥ上の照明スポットが大きくなるほど視野深度は小さくなることがわかる。したがって、画像面で良好な焦点深度を維持するためには、十分な回折性画像を得るために、照明が十分な領域に相応して、ＤＯＥの最小限の領域に照明が当てられるように、焦点長さが十分短い平行化レンズを使用することが有利である。
【０１１８】
従来技術のＤＯＥ撮像システムで使用されるような典型的なレーザ・ダイオード源は、一般に、図１４Ａの挿入に示されるように、楕円形１０２０の非点ビームを生成する。その結果、レーザ・ダイオードの遅軸１０２２に対応する、１つの軸に沿って伸びたスポットを有するＤＯＥの照明が生じ、これに対応して、ＤＯＥ後に投影される画像の視野深さが減少する。これに対して、本発明の好ましい実施形態によれば、図１４Ａの第２の挿入に示されるような一般により円形に近い発光ビーム１０２４を生成するために、レーザ・ダイオード１０１２と平行化／集束要素１０１４との間にビーム修正要素１０１０が挿入され、このビームが軸１０４２に沿って向けられる。スポット全体の寸法が最小になるようにＤＯＥ １０１６の十分な領域に照明を当てるために、平行化／集束要素１０１４を選択することができ、その結果、所与のＤＯＥ焦点パワーに対して可能な最大の視野深度１０４０が生じる。撮像視野上で回折スポットを集束させるための最適な設計にさらに柔軟性を与えるために、図１３の実施形態に示されるように、低出力化された集束レンズをＤＯＥの向こう側に組み込むことができる。
【０１１９】
図１４Ｂは、図１４Ａに示された好ましい投影システムを使用して、画像面１０１８を横切って得られる画像を概略的に示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａと共に見るものとする。最適な焦点１０３６は、焦点ぼけおよび幾何学的ひずみ、および画像全体にわたる収差を最小限にするように設計される。ビーム・ストップ１０４４は、好ましくは、望ましくないゴースト・イメージまたはゼロ次および他の回折次数から生じるホット・スポットを遮断するために提供される。さらに、所望の投影ビーム制限を形成するためのウィンドウ１０４６は不要である。
【０１２０】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、テンプレートを投影するために有用な装置の上面および側面概略図である図１５Ａおよび図１５Ｂを参照する。図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、この実施形態は、非周期的ＤＯＥ １０５０が使用されるという点で、一般にレーザ源１０５２の前に精密に位置決めする必要があり、平行化された照明ビームは必要としない、従来型のシステムとは異なる。照明ビームの各衝突部分が、画像テンプレート１０５６の別々の部分を生成する。
【０１２１】
この構成の利点の１つは集束レンズが不要なことであり、潜在的に製造コストが減少する。他の利点は、非回折光からの明るいゼロ次スポットがなく、むしろ、サイズがレーザの発散角に依存する拡散性ゼロ次領域１０５４があることである。この種のゼロ次ホット・スポットは、安全を脅かす危険性を提示することはない。さらに、輝度および拡散性が低いことにより明らかな画像コントラストにマイナスの影響を与えない場合、図１４Ａおよび図１４Ｂの実施形態では必要であったように、メイン画像１０５６から分離され、遮断される必要はないため、必要最低限のウィンドウ・サイズを小さくすることになる。
【０１２２】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、テンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である、図１６を参照する。図１６は、改良型ＤＯＥ幾何形状の断面図を概略的に示す。レーザ・ダイオード１０６０は、好ましくはＤＯＥ １０７２を照明するために使用される。しかしながら、従来技術の照明方式とは異なり、ＤＯＥ １０７２は、仮想インタフェース・テンプレートの異なる領域１０７６を投影するために異なるセクション１０７０が使用されるように分割される。したがってＤＯＥ １０７２の各セクション１０７０は、完全なＤＯＥ １０７２より少ない情報を含みかなり小さな開口角θを有するように設計された、独立したＤＯＥとして働く。これにより、ＤＯＥ １０７２の周期が減少し、それによって最小フィーチャ・サイズが増加するため、製造が大幅に簡略化される。この設計には、各セグメントのゼロ次およびゴースト・イメージを、従来技術のように分離およびマスキングする必要がない程度まで最小化できるという追加の利点もある。したがって、ＤＯＥは、よりコンパクトなデバイスを可能にする実際のデバイス・ウィンドウとして働くことができる。
【０１２３】
すべての分離セクション１０７０は、好ましくはまとめて計算され、１つのパスにマスタリングされるため、すべて精密に位置合わせされる。各ＤＯＥセクション１０７０には、ＤＯＥ １０７２の基板の背面上にあるマイクロレンズ配列１０７４などのビーム分割構造を形成することによって、それ専用の照明ビームが与えられる。代替のビーム分割および集束技法も使用することができる。
【０１２４】
ビーム分割および集束領域のサイズは、視野全体にわたる均一な照明を確保するために、ＤＯＥの各回折性領域について適量の光を集めるように調整することができる。
【０１２５】
この技法は、各セグメント１０７０の焦点長さが個々に調整可能であるという追加の利点も有するため、急傾斜の投影角であっても視野全体にわたってより均一な焦点を達成する。この幾何形状は、回折性セグメント１０７０それぞれに対する低開口角θと、それに応じたより大きな最小フィーチャ・サイズを有するため、この設計では、標準的な製造技法を使用してゼロ次およびゴースト・イメージを効果的に拒絶できることから、軸上の幾何形状を使用することができる。したがって、マスキングは不要である。
【０１２６】
この幾何形状の欠点の１つが、要素全体が光源との精密な位置合わせを必要とする非周期的ＤＯＥとして動作するという事実である。各ＤＯＥセクションおよび投影されたインタフェースのその対応する領域を適量のエネルギーで照明するために、ダイオード・レーザ源の発散角およびエネルギー分散、および光学要素までの距離も正確にコントロールしなければならない。
【０１２７】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な、装置の側面概略図である図１７を参照する。ここでは、図１６に示された好ましい実施形態で実行されるように、１つの比較的高出力のダイオード・レーザをセグメント化されたＤＯＥの光源として使用するのではなく、低出力、垂直空洞型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１０８２の二次元配列１０８０が、セグメント化されたＤＯＥ １０８４およびセグメント化された平行化／集束要素１０８６の背後に配置される。配列１０８０内のＶＣＳＥＬ １０８２のそれぞれが１つのＤＯＥセグメント１０８８を照明するように、その数および周期をＤＯＥセグメントと精密に合致させることができる。
【０１２８】
歪んだ投影画像を生じさせないように、配列１０８０を要素の背部に正確に位置決めする必要があるが、各発光ポイントからのすべての光がその該当する平行化／集束要素１０８６に入り、良好な回折結果を得るために対応するＤＯＥセグメント１０８８の開口部を十分に満たすことを確保すること以外に、個々の発光の発散角を制御する必要はない。
【０１２９】
ＤＯＥ １０８４全体をカバーするまで光を伝搬できるようにする必要はないため、図１７のこの構造は非常にコンパクトである。図１６の実施形態に示された設計のように、ＤＯＥ要素の平行化セグメント間で潜在的に無駄になるレーザ光もない。各レーザ源がその個々のレンズ１０８６の光軸上に集まるため、平行化／集束要素の設計も簡略化される。この設計は、図１６の実施形態のように、数ミリメートルの開口部を満たすのに十分なほどレーザ源からＤＯＥを分離する必要がないため、非常にコンパクトにすることもできる。望まない回折次数をマスキングする必要もないため、投影モジュール全体を厚さ数ミリメートルの平坦な要素に縮小することができる。
【０１３０】
次に、ＤＯＥベースの仮想インタフェース投影システムで使用するために、図１３〜図１５Ｂに示された要素のうちの少なくともいくつかを組み込んだレーザ・ダイオード・パッケージを示す概略図である図１８を参照する。ここでは、光学要素および機械的取り付け台のすべてが小型化され、拡張ダイオード・レーザ缶（ｃａｎ）などの１つの光学パッケージ１１００内に収容されている。ヒート・シンク１１０４上に取り付けられたレーザ・ダイオード・チップ１１０２は、パッケージ１１００内部に配置される。ビーム修正光学要素１１０６は、非点収差レーザ発光の発散角を狭くするため、および一般に環状ビームを提供するために、オプションでレーザ・ダイオード・チップ１１０２の発光点１１１２の前に配置される。平行化または集束レンズ１１０８は、必要な場合にビームを集束させるためにパッケージ１１００内にオプションで挿入される。
【０１３１】
光学要素１１０６および１１０８は、発光されるビームの方向を精密に位置合わせするために、アクティブな位置合わせ手順によって、レーザ・ビームの前に精密に位置決めする必要がある。画像テンプレートを含む回折性光学要素ＤＯＥ １１１０は、パッケージのエンドに挿入され、適所に位置合わせおよび固定される。この要素は、ＤＯＥ １１１０がウィンドウ１１１４の内部または外部のいずれかにあるパッケージ・ウィンドウとして働くことも可能である。非周期的ＤＯＥが使用された場合、選択的にビーム修正光学要素および／または平行化光学要素をなしで済ませることが可能であり、その結果、より小型で安価なパッケージとなる。
【０１３２】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特に、本発明の前述の実施形態で説明したようなテンプレートを投影するための装置での走査に有用な、回折性光学装置を示す概略図である図１９を参照する。この装置は、軸上システムにおいて、いかなる反射またはミラーの回転も必要なしに、一次元または二次元走査を提供する。こうしたシステムは、ミラー・ベースのスキャナよりも小型、安価、かつ容易に組み立てることができる。
【０１３３】
図１９は、基本概念を示す図である。非周期的ＤＯＥ １２００は、回折角がＤＯＥ上での照明発生の横方向位置の関数であるように設計される。この好ましい例では、平行ビーム１２０２が、ＤＯＥ １２００の表面を横切る異なる位置１２１４、１２１６、および１２１８に平行移動される場合、異なる焦点撮像位置で、別々のポイント１２０４、１２０６、１２０８に回折および集束される。非周期的ＤＯＥは、好ましくは、ビームおよびＤＯＥの相互の位置が変化した場合、回折の角度を入力ビームおよびＤＯＥの相対位置の所定の関数に従って変化させられるように構築することができる。したがって、例えば、衝突ビームの前で正弦的に発振されるＤＯＥは、この好ましい実施形態に従って構築された場合、画像スクリーン１２１０上の集束スポットの直線移動を提供させることができる。さらにＤＯＥは、走査を横切って強度を線形化することもできるように構築することもできる。これは特に、光学走査アプリケーションに有用な特徴である。
【０１３４】
様々なビームの入射位置間で重要な重複が発生する可能性があるとしても、ＤＯＥは、ＤＯＥ上の照明の合計入射領域によって位置が決定されるポイントに、すべての光を回折させるための非周期様式で構築される。焦点位置は、平面視野を横切る鮮明な焦点内にスポットを維持するために、回折角の関数として変化することもできる。集束は、ＤＯＥ １２００の下流側にある、図１９には示されていない別々の回折性または屈折性要素によって実行することもできるか、または、入射ビームそれ自体をデバイスの焦点面にあるポイントに平行化することができる。
【０１３５】
発光スポットを直交軸に沿って回折させるために、同様の機能を備えた第２の要素を直交軸に沿って提供すること、および第１のＤＯＥの背後に位置決めすることができ、その結果、二次元走査が可能となる。
【０１３６】
レーザ・ダイオード源を振動させることを意味する実際の入力ビームの走査ではなく、入力ビームを静的に保持することができ、ＤＯＥ要素を好ましくは前後に振動させて、走査ビーム・パターンを生成することができる。第１の要素をより高い周波数で走査し、第２の要素をより低い周波数で走査することにより、二次元のラスタ走査を生成することができ、走査パターンでレーザの強度を同期化および変調することで、完全な二次元の投影画像を生成する。
【０１３７】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特に、本発明の前述の実施形態で説明したようなテンプレートを投影するための装置での走査に有用な、回折性光学装置を示す概略図である図２０を参照する。図２０の実施形態では、入射レーザ・ビーム１２２０は、ＤＯＥ １２２２で比較的小さなスポットに集束されるため、異なる回折角の入力領域間の重複はわずかであるかまたは存在しない。これにより、平行移動運動が小さいほど、向きを操作する角度の変化は大きくなる。次に、回折ビームを画像面１２４６上に再集束させるための第２の焦点レンズ１２２４が挿入される。異なる有効入力ビーム位置１２３０、１２３２、１２３４により、異なる集束スポット１２４０、１２４２、１２４４が発生する。
【０１３８】
これらの機能は、さらに１つのＤＯＥに組み合わせることが可能であり、ここでは水平位置が回折の水平角を決定し、垂直位置が回折の垂直角を決定する。これについては、二次元走査用にこうしたＤＯＥを使用する概略図である図２１に、概略的に示されている。ここでＤＯＥ １２５０は、ビームが光の伝搬方向に対して垂直の２方向に平行移動された場合、二次元に偏向するように設計される。例えば、ビームがＤＯＥの左上セクション１２５２に入射した場合、左上方向に偏向され、ポイント１２６２で画像面１２６０上に集束する。同様に、ビームがＤＯＥの右下コーナー１２５４に入射した場合、右下方向に偏向され、ポイント１２６４で画像面１２６０上に集束する。この要素は、直交方向での走査を提供するためのオプションの第２の要素と組み合わされた、図１９のＤＯＥの機能を有する。前述のように、入力ビームの走査ではなく、入力ビームが静的に保持され、走査ビーム・パターンを生成するためにＤＯＥ要素が好ましくは二次元で振動されることを理解されたい。
【０１３９】
図２１の実施形態で有用なＤＯＥの二次元置換を実行するためのデバイスの概略図である図２２に示されるように、直交するＸおよびＹの走査を１つの要素に統合することができる。図２１に記載したような二次元の非周期的ＤＯＥ １２７０を、図の水平方向に高共振発振周波数を有する低質量支持体１２７２上に配置することができる。この中央部分が、第２の固定フレーム１２７６内に位置する振動フレーム１２７４に取り付けられる。中央部分と組み合わされた内部フレーム１２７４の質量が大きいことで、ＤＯＥ １２７０用の低質量支持体のそれよりもかなり低い共振周波数が提供される。
【０１４０】
１つまたは複数の圧電要素１２７８を備えたデバイス全体を、両方の共振周波数を含む駆動信号で駆動することにより、２軸の共振ラスタ走査を生成することができる。ＤＯＥおよび支持体１２７２および内部振動フレーム１２７４の質量、ならびに横運動発振支持体１２８０および縦運動発振支持体１２８２の堅固さを調節することにより、それに応じてＸおよびＹの走査周波数を調節することができる。この設計により、コンパクトな軸上の二次元走査要素が提供できる。
【０１４１】
次に、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特にテンプレートを投影するための装置における走査アプリケーションで有用な回折性光学装置を示す概略図である図２３を参照する。図１９の好ましい実施形態で説明したような一次元走査ＤＯＥ要素１２９０が、異なる焦点位置１２９４へと画像面１２９２を横切るスポットを走査するために、１方向で振動される。ＤＯＥは、好ましくはレーザ・ダイオード１２９６および平行化レンズ１２９８によって照明される。
【０１４２】
次に、本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作する、特にテンプレートを投影するための装置における走査アプリケーションで有用な回折性光学装置を示す概略図である図２４を参照する。図２０の好ましい実施形態で説明したような一次元走査ＤＯＥ要素１３００が、異なる焦点位置１２９４へと画像面１２９２を横切るスポットを走査するために、１方向で振動される。ＤＯＥ １３００は、好ましくはレーザ・ダイオード１２９６および平行化レンズ１２９８によって照明され、補助レンズ１３０２によってＤＯＥの後に追加集束が提供される。
【０１４３】
当業者であれば、上記で特に図示および説明してきた内容によって、本発明が限定されるものでないことを理解されたい。むしろ本発明の範囲には、前述の様々な特徴のコンビネーションおよびサブコンビネーションの両方と、当業者が上記内容を読んで思い付くであろう従来技術にはない変形および修正が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、交換可能光学素子を示す概略図である。
【図２】本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、光学素子を示す概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の様々な代替実施を示す一般概略図である。
【図４Ａ】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施の絵画図および概略図である。
【図４Ｂ】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施の絵画図および概略図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図８】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図９】本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するカメラおよび入力デバイスの組み合わせで有用な、図２の光学素子の特定の実施を示す概略図である。
【図１０Ａ】図２〜図９の実施形態で有用な、既存のダイクロイック・フィルタの反射率および透過率曲線を示す図である。
【図１０Ｂ】図２〜図９の実施形態で使用する代替および好適なフィルタの反射率および透過率曲線を示す図である。
【図１１Ａ】異なるタイプのミラーと組み合わせられた図３の実施形態を示す概略図である。
【図１１Ｂ】異なるタイプのミラーと組み合わせられた図３の実施形態を示す概略図である。
【図１１Ｃ】異なるタイプのミラーと組み合わせられた図３の実施形態を示す概略図である。
【図１２Ａ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｂ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｃ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｄ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｅ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｆ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１２Ｇ】図３の実施形態の代替実施を示す概略図である。
【図１３】テンプレートを投影するために有用な、本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作する光学装置を示す概略図である。
【図１４Ａ】本発明の好ましい実施形態に従った図１３の装置の実施を示す、概略図および上面概略図である。
【図１４Ｂ】本発明の好ましい実施形態に従った図１３の装置の実施を示す、概略図および上面概略図である。
【図１５Ａ】本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の上面概略図である。
【図１５Ｂ】本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である。
【図１６】本発明のさらに他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である。
【図１７】本発明のさらに他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するために有用な装置の側面概略図である。
【図１８】図１３〜図１５Ｂに示された要素のうちの少なくともいくつかを組み込んだレーザ・ダイオード・パッケージを示す概略図である。
【図１９】特に本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【図２０】特に本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【図２１】二次元走査のための回折性光学要素の使用を示す概略図である。
【図２２】図２１の実施形態において有用な回折性光学要素の二次元置換を示す概略図である。
【図２３】図２２の装置を使用する、特に本発明の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【図２４】図２２の装置を使用する、特に本発明の他の好ましい実施形態に従って構築され動作するテンプレートを投影するための装置において有用な、走査で有用な回折性光学装置を示す概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子カメラであって、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える電子カメラ。
【請求項２】
前記ユーザの手の動きによって操作される投影仮想キーボードを備える、請求項１に記載の電子カメラ。
【請求項３】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記少なくとも第２の撮像機能のみを使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む、請求項１および２のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項４】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記第１の撮像機能を使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される光パワーを有する光学要素を含まない、請求項１から３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項５】
前記第１および前記第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記第１および前記第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成する波長依存型スプリッタを含む、請求項１に記載の電子カメラ。
【請求項６】
前記ユーザ操作撮像機能選択スイッチが、少なくとも１つの前記撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを位置決めすることによって、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する、請求項１から５のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項７】
前記第１および前記第２の撮像機能が別々の光学経路を形成する、請求項１から４のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項８】
前記別々の光学経路が異なる方向に延びる、請求項５および７のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項９】
前記別々の光学経路が異なる視野を有する、請求項８に記載の電子カメラ。
【請求項１０】
前記波長依存型スプリッタが、それぞれ前記第１および前記第２の撮像機能によって使用するために可視スペクトルおよびＩＲスペクトルを分離する、請求項５に記載の電子カメラ。
【請求項１１】
撮像視野を表す前記出力が表示される液晶表示装置を備える、請求項１から１０のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１２】
前記第１の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が視野拡大レンズを備える、請求項１から１１のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１３】
電子カメラであって、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてシーンの写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
少なくとも第２の撮像視野においてシーンの写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える電子カメラ。
【請求項１４】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記少なくとも第２の撮像機能のみを使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む、請求項１３に記載の電子カメラ。
【請求項１５】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記第１の撮像機能を使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される光パワーを有する光学要素を含まない、請求項１３から１４のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１６】
前記第１および前記第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子が、前記第１および前記第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成するビーム・スプリッタを含む、請求項１３に記載の電子カメラ。
【請求項１７】
前記ユーザ操作撮像機能選択スイッチが、少なくとも１つの前記撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを位置決めすることによって、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する、請求項１３から１６のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１８】
前記第１および前記第２の撮像機能が別々の光学経路を形成する、請求項１３から１５のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１９】
前記別々の光学経路が異なる方向に延びる、請求項１６および１８のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２０】
前記別々の光学経路が異なる視野を有する、請求項１９に記載の電子カメラ。
【請求項２１】
撮像視野を表す前記出力が表示される液晶表示装置を備える、請求項１３から２０のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２２】
前記第１の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が視野拡大レンズを備える、請求項１３から２１のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２３】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が固定される、請求項１から２２のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２４】
前記第１および前記第２の撮像視野が、前記電子撮像センサ上に撮像される前にそれぞれ１回反射する、請求項１から２３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２５】
前記第１の撮像視野が前記電子撮像センサ上に直接撮像され、前記第２の撮像視野が前記電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射する、請求項１から２３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２６】
前記第２の撮像視野が電子撮像センサ上に直接撮像され、前記第１の撮像視野が前記電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射する、請求項１から２３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２７】
前記２回の反射のうちの２回目が枢動可能な格納式ミラーによって実行される、請求項２５に記載の電子カメラ。
【請求項２８】
前記第２の撮像視野の前記反射が枢動可能な格納式ミラーによって実行される、請求項２４に記載の電子カメラ。
【請求項２９】
前記第１の撮像機能が赤外線領域内のスペクトル帯域を介して実行され、前記第２の撮像機能が可視領域内のスペクトル帯域を介して実行され、また前記カメラが、前記第１および第２の撮像機能それぞれにつき１つのフィルタ・セットの複数のフィルタ・セットを更に備える、前記請求項１〜２８のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３０】
前記フィルタ・セットが、
前記可視領域内および前記赤外線領域のスペクトル帯域内で透過可能な少なくとも１つのフィルタと、前記赤外線領域内で赤外線領域内の前記スペクトル帯域より下まで透過可能であり、可視領域内では透過可能でない少なくとも１つのフィルタとを備える前記第１の撮像機能用のフィルタ・セットと、
可視領域内上方の赤外線領域内の前記スペクトル帯域の下まで透過可能な、少なくとも１つのフィルタを備える前記第２の撮像機能用のフィルタ・セットとを備える、請求項２９に記載の電子カメラ。
【請求項３１】
前記第１および前記第２の撮像機能が共通の光学経路に沿って配向され、前記第１および前記第２のフィルタ・セットが選択された撮像機能に従って交換される、請求項３０に記載の電子カメラ。
【請求項３２】
前記ユーザ操作撮像機能選択が、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子の前の前記電子撮像センサを回転させることによって実行される、前記請求項１〜３１のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３３】
前記ユーザ操作撮像機能選択が、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付けるために、前記電子撮像センサの前のミラーを回転させることによって実行される、前記請求項１〜３２のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３４】
前記第１および前記第２の撮像視野を結合するための部分透過ビーム・スプリッタも備え、どちらの前記撮像視野も前記部分透過ビーム・スプリッタによって１回反射され、前記撮像視野のうちの１つが、反射後、フル・リフレクタから部分透過ビーム・スプリッタを介してさらに透過される、前記請求項１〜３３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３５】
前記部分透過ビーム・スプリッタが２色性でもある、請求項３４に記載の電子カメラ。
【請求項３６】
前記フル・リフレクタが光パワーも有する、請求項３４および３５のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３７】
携帯電話であって、
電話機能と、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯電話。
【請求項３８】
携帯情報端末であって、
少なくとも１つの携帯情報端末機能と、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯情報端末。
【請求項３９】
リモート・コントロール・デバイスであって、
リモート・コントロール機能と、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備えるリモート・コントロール・デバイス。
【請求項４０】
大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置であって、
出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
前記出力光線を平行にするように、およびコリメータ軸と平行に向けられる平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、
画像を形成するように構築され、前記コリメータからの平行化された光線が当たり、前記画像を形成し、前記コリメータ軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素と、
前記回折性光学要素の下流側にあり、前記多数の光線を前記回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズとを備える光学装置。
【請求項４１】
前記大きな回折角は、前記回折性光学要素の下流側に前記集束レンズがない場合、前記画像に容認できないほどの収差が生じる、請求項４０に記載の光学装置。
【請求項４２】
前記大きな回折角が前記コリメータ軸から少なくとも３０度である、請求項４０に記載の光学装置。
【請求項４３】
軸からみて大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置であって、
出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
前記出力光線を受信して修正済みの出力光線を提供するビーム修正要素と、
平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、
画像を形成するように構築され、前記コリメータからの平行化された光線が当たり、前記画像を形成し、前記軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項４４】
前記大きな回折角は、前記回折性光学要素の下流側に前記集束レンズがない場合、前記画像に容認できないほどの収差が生じる、請求項４３に記載の光学装置。
【請求項４５】
前記大きな回折角が前記コリメータ軸から少なくとも３０度である、請求項４３に記載の光学装置。
【請求項４６】
前記回折性光学要素の下流側にあり、前記多数の光線を前記回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズを備える、請求項４３から４５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項４７】
光学装置であって、
出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
画像テンプレートを形成するように構築され、前記出力光線が当たり、前記画像テンプレートを形成する多数の回折性ビームを生成する非周期的回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項４８】
前記画像テンプレートが、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするものである、請求項４７に記載の光学装置。
【請求項４９】
画像を投影するための光学装置であって、
照明光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
それぞれが出力光線を形成する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイと、
各部分要素が前記複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に前記画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、前記集束要素のうちの１つからの前記出力光線のうちの１つに当てられる複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項５０】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項４９に記載の光学装置。
【請求項５１】
画像を投影するための光学装置であって、
複数の照明光線を提供するダイオード・レーザ光源の配列と、
それぞれが前記複数の照明光線のうちの１つを集束する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイと、
各部分要素が前記複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に前記画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、前記集束要素のうちの１つからの前記出力光線のうちの１つに当てられる複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項５２】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項５１に記載の光学装置。
【請求項５３】
前記ダイオード・レーザ光源の配列が垂直空洞型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）配列である、請求項５１および５２に記載の光学装置。
【請求項５４】
前記回折性光学要素が前記光学装置の出力ウィンドウを形成する、請求項４７から５３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５５】
集積レーザ・ダイオード・パッケージであって、
光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、
前記光線を修正するためのビーム修正要素と、
前記修正された光線を集束するための集束要素と、
前記ビームから画像を生成するための回折性光学要素とを備える集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５６】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項５５に記載の集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５７】
集積レーザ・ダイオード・パッケージであって、
光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、
前記ビームから画像を生成するための非周期的回折性光学要素とを備える集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５８】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項５７に記載の集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５９】
光学装置であって、
入力照明ビームと、
前記照明ビームが当てられる非周期的回折性光学要素と、
前記回折性光学要素上の前記入力ビームの衝突位置を変えるための平行運動機構とを備え、
前記回折性光学要素が、前記入力ビームを前記衝突位置の所定の関数に従って変化する角度で投影面に偏向させる光学装置。
【請求項６０】
前記平行運動機構が前記回析性光学要素を平行移動させる、請求項５９に記載の光学装置。
【請求項６１】
前記衝突の位置が正弦的に変化する、請求項５９および６０のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６２】
前記所定の関数が直線走査を提供する、請求項５９から６１のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６３】
前記所定の関数が均一の輝度を有する画面を生成する走査を提供する、請求項５９から６２のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６４】
前記入力ビームが平行ビームである、請求項５９から６３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６５】
前記入力ビームが集束ビームであり、また前記装置が前記投影面上に回折ビームを集束するための集束レンズを備える、請求項５９から６３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６６】
前記衝突位置の前記所定の関数が二次元で前記ビームを偏向する、請求項５９から６５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６７】
前記平行運動機構が一次元で前記回析性光学要素を平行移動させる、請求項６６に記載の光学装置。
【請求項６８】
前記平行運動機構が二次元で前記回析性光学要素を平行移動させる、請求項６６に記載の光学装置。
【請求項６９】
軸上の二次元光学走査装置であって、
回折性光学要素上でのビームの衝突位置の関数として二次元でビームを偏向するように動作する回折性光学要素と、
前記回折性光学要素が装着された低質量支持構造体と、
前記低質量支持構造体の外部にあり、前記低質量支持構造体が第１の周波数で第１の方向へ発振できるように第１の支持部材によって前記低質量支持体が取り付けられる第１のフレームと、
前記第１のフレームの外部にあり、第２のフレームが第２の周波数で第２の方向へ振動できるように第２の支持部材によって前記第１のフレームが取り付けられる第２のフレームと、
前記第１の周波数での前記発振および前記第２の周波数での前記振動のうちの少なくとも１つを励振させるための少なくとも１つの駆動機構とを備える光学装置。
【請求項７０】
前記第１の周波数が前記第２の周波数よりも高い、請求項６９に記載の光学装置。
【請求項１】
電子カメラであって、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える電子カメラ。
【請求項２】
前記ユーザの手の動きによって操作される投影仮想キーボードを備える、請求項１に記載の電子カメラ。
【請求項３】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記少なくとも第２の撮像機能のみを使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む、請求項１および２のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項４】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記第１の撮像機能を使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される光パワーを有する光学要素を含まない、請求項１から３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項５】
前記第１および前記第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記第１および前記第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成する波長依存型スプリッタを含む、請求項１に記載の電子カメラ。
【請求項６】
前記ユーザ操作撮像機能選択スイッチが、少なくとも１つの前記撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを位置決めすることによって、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する、請求項１から５のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項７】
前記第１および前記第２の撮像機能が別々の光学経路を形成する、請求項１から４のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項８】
前記別々の光学経路が異なる方向に延びる、請求項５および７のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項９】
前記別々の光学経路が異なる視野を有する、請求項８に記載の電子カメラ。
【請求項１０】
前記波長依存型スプリッタが、それぞれ前記第１および前記第２の撮像機能によって使用するために可視スペクトルおよびＩＲスペクトルを分離する、請求項５に記載の電子カメラ。
【請求項１１】
撮像視野を表す前記出力が表示される液晶表示装置を備える、請求項１から１０のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１２】
前記第１の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が視野拡大レンズを備える、請求項１から１１のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１３】
電子カメラであって、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてシーンの写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
少なくとも第２の撮像視野においてシーンの写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える電子カメラ。
【請求項１４】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記少なくとも第２の撮像機能のみを使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される少なくとも１つの光学要素を含む、請求項１３に記載の電子カメラ。
【請求項１５】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が、前記第１の撮像機能を使用するために前記センサの上流側に選択的に配置される光パワーを有する光学要素を含まない、請求項１３から１４のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１６】
前記第１および前記第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子が、前記第１および前記第２の撮像機能用に別々の光学経路を形成するビーム・スプリッタを含む、請求項１３に記載の電子カメラ。
【請求項１７】
前記ユーザ操作撮像機能選択スイッチが、少なくとも１つの前記撮像機能をブロックするように少なくとも１つのシャッタを位置決めすることによって、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて操作を選択するように動作する、請求項１３から１６のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１８】
前記第１および前記第２の撮像機能が別々の光学経路を形成する、請求項１３から１５のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項１９】
前記別々の光学経路が異なる方向に延びる、請求項１６および１８のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２０】
前記別々の光学経路が異なる視野を有する、請求項１９に記載の電子カメラ。
【請求項２１】
撮像視野を表す前記出力が表示される液晶表示装置を備える、請求項１３から２０のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２２】
前記第１の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が視野拡大レンズを備える、請求項１３から２１のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２３】
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子が固定される、請求項１から２２のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２４】
前記第１および前記第２の撮像視野が、前記電子撮像センサ上に撮像される前にそれぞれ１回反射する、請求項１から２３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２５】
前記第１の撮像視野が前記電子撮像センサ上に直接撮像され、前記第２の撮像視野が前記電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射する、請求項１から２３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２６】
前記第２の撮像視野が電子撮像センサ上に直接撮像され、前記第１の撮像視野が前記電子撮像センサ上に撮像される前に２回反射する、請求項１から２３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項２７】
前記２回の反射のうちの２回目が枢動可能な格納式ミラーによって実行される、請求項２５に記載の電子カメラ。
【請求項２８】
前記第２の撮像視野の前記反射が枢動可能な格納式ミラーによって実行される、請求項２４に記載の電子カメラ。
【請求項２９】
前記第１の撮像機能が赤外線領域内のスペクトル帯域を介して実行され、前記第２の撮像機能が可視領域内のスペクトル帯域を介して実行され、また前記カメラが、前記第１および第２の撮像機能それぞれにつき１つのフィルタ・セットの複数のフィルタ・セットを更に備える、前記請求項１〜２８のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３０】
前記フィルタ・セットが、
前記可視領域内および前記赤外線領域のスペクトル帯域内で透過可能な少なくとも１つのフィルタと、前記赤外線領域内で赤外線領域内の前記スペクトル帯域より下まで透過可能であり、可視領域内では透過可能でない少なくとも１つのフィルタとを備える前記第１の撮像機能用のフィルタ・セットと、
可視領域内上方の赤外線領域内の前記スペクトル帯域の下まで透過可能な、少なくとも１つのフィルタを備える前記第２の撮像機能用のフィルタ・セットとを備える、請求項２９に記載の電子カメラ。
【請求項３１】
前記第１および前記第２の撮像機能が共通の光学経路に沿って配向され、前記第１および前記第２のフィルタ・セットが選択された撮像機能に従って交換される、請求項３０に記載の電子カメラ。
【請求項３２】
前記ユーザ操作撮像機能選択が、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける前記光学素子の前の前記電子撮像センサを回転させることによって実行される、前記請求項１〜３１のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３３】
前記ユーザ操作撮像機能選択が、前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付けるために、前記電子撮像センサの前のミラーを回転させることによって実行される、前記請求項１〜３２のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３４】
前記第１および前記第２の撮像視野を結合するための部分透過ビーム・スプリッタも備え、どちらの前記撮像視野も前記部分透過ビーム・スプリッタによって１回反射され、前記撮像視野のうちの１つが、反射後、フル・リフレクタから部分透過ビーム・スプリッタを介してさらに透過される、前記請求項１〜３３のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３５】
前記部分透過ビーム・スプリッタが２色性でもある、請求項３４に記載の電子カメラ。
【請求項３６】
前記フル・リフレクタが光パワーも有する、請求項３４および３５のいずれかに記載の電子カメラ。
【請求項３７】
携帯電話であって、
電話機能と、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯電話。
【請求項３８】
携帯情報端末であって、
少なくとも１つの携帯情報端末機能と、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備える携帯情報端末。
【請求項３９】
リモート・コントロール・デバイスであって、
リモート・コントロール機能と、
撮像視野を表す出力を提供する電子撮像センサと、
第１の撮像視野においてユーザの手の動きに応答してデータを入力するために前記電子撮像センサを使用する第１の撮像機能と、
第２の撮像視野においてシーンの少なくとも第２の写真を撮るために前記電子撮像センサを使用する少なくとも第２の撮像機能と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能と前記電子撮像センサとを関連付ける光学素子と、
前記第１および前記少なくとも第２の撮像機能のうちの１つにおいて、ユーザが操作を選択できるように動作するユーザ操作撮像機能選択スイッチとを備えるリモート・コントロール・デバイス。
【請求項４０】
大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置であって、
出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
前記出力光線を平行にするように、およびコリメータ軸と平行に向けられる平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、
画像を形成するように構築され、前記コリメータからの平行化された光線が当たり、前記画像を形成し、前記コリメータ軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素と、
前記回折性光学要素の下流側にあり、前記多数の光線を前記回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズとを備える光学装置。
【請求項４１】
前記大きな回折角は、前記回折性光学要素の下流側に前記集束レンズがない場合、前記画像に容認できないほどの収差が生じる、請求項４０に記載の光学装置。
【請求項４２】
前記大きな回折角が前記コリメータ軸から少なくとも３０度である、請求項４０に記載の光学装置。
【請求項４３】
軸からみて大きな回折角に配置された部分を含む画像を生成するための光学装置であって、
出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
前記出力光線を受信して修正済みの出力光線を提供するビーム修正要素と、
平行化された光線を形成するように動作するコリメータと、
画像を形成するように構築され、前記コリメータからの平行化された光線が当たり、前記画像を形成し、前記軸に対してある範囲内の角度に向けられる多数の回折ビームを生成する回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項４４】
前記大きな回折角は、前記回折性光学要素の下流側に前記集束レンズがない場合、前記画像に容認できないほどの収差が生じる、請求項４３に記載の光学装置。
【請求項４５】
前記大きな回折角が前記コリメータ軸から少なくとも３０度である、請求項４３に記載の光学装置。
【請求項４６】
前記回折性光学要素の下流側にあり、前記多数の光線を前記回折性光学要素から離れた場所にあるポイントに集束させるように動作する集束レンズを備える、請求項４３から４５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項４７】
光学装置であって、
出力光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
画像テンプレートを形成するように構築され、前記出力光線が当たり、前記画像テンプレートを形成する多数の回折性ビームを生成する非周期的回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項４８】
前記画像テンプレートが、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするものである、請求項４７に記載の光学装置。
【請求項４９】
画像を投影するための光学装置であって、
照明光線を提供するダイオード・レーザ光源と、
それぞれが出力光線を形成する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイと、
各部分要素が前記複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に前記画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、前記集束要素のうちの１つからの前記出力光線のうちの１つに当てられる複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項５０】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項４９に記載の光学装置。
【請求項５１】
画像を投影するための光学装置であって、
複数の照明光線を提供するダイオード・レーザ光源の配列と、
それぞれが前記複数の照明光線のうちの１つを集束する複数の集束要素を形成するレンズレット・アレイと、
各部分要素が前記複数の出力光線のうちの１つと関連付けられ、画像の一部を形成するように構築され、一緒に前記画像を形成する多数の回折性ビームを生成するために、前記集束要素のうちの１つからの前記出力光線のうちの１つに当てられる複数の回折性光学部分要素を備える回折性光学要素とを備える光学装置。
【請求項５２】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項５１に記載の光学装置。
【請求項５３】
前記ダイオード・レーザ光源の配列が垂直空洞型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）配列である、請求項５１および５２に記載の光学装置。
【請求項５４】
前記回折性光学要素が前記光学装置の出力ウィンドウを形成する、請求項４７から５３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５５】
集積レーザ・ダイオード・パッケージであって、
光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、
前記光線を修正するためのビーム修正要素と、
前記修正された光線を集束するための集束要素と、
前記ビームから画像を生成するための回折性光学要素とを備える集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５６】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項５５に記載の集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５７】
集積レーザ・ダイオード・パッケージであって、
光線を発光するレーザ・ダイオード・チップと、
前記ビームから画像を生成するための非周期的回折性光学要素とを備える集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５８】
前記画像が、データ入力デバイスにデータを入力できるようにするためのテンプレートを備える、請求項５７に記載の集積レーザ・ダイオード・パッケージ。
【請求項５９】
光学装置であって、
入力照明ビームと、
前記照明ビームが当てられる非周期的回折性光学要素と、
前記回折性光学要素上の前記入力ビームの衝突位置を変えるための平行運動機構とを備え、
前記回折性光学要素が、前記入力ビームを前記衝突位置の所定の関数に従って変化する角度で投影面に偏向させる光学装置。
【請求項６０】
前記平行運動機構が前記回析性光学要素を平行移動させる、請求項５９に記載の光学装置。
【請求項６１】
前記衝突の位置が正弦的に変化する、請求項５９および６０のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６２】
前記所定の関数が直線走査を提供する、請求項５９から６１のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６３】
前記所定の関数が均一の輝度を有する画面を生成する走査を提供する、請求項５９から６２のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６４】
前記入力ビームが平行ビームである、請求項５９から６３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６５】
前記入力ビームが集束ビームであり、また前記装置が前記投影面上に回折ビームを集束するための集束レンズを備える、請求項５９から６３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６６】
前記衝突位置の前記所定の関数が二次元で前記ビームを偏向する、請求項５９から６５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６７】
前記平行運動機構が一次元で前記回析性光学要素を平行移動させる、請求項６６に記載の光学装置。
【請求項６８】
前記平行運動機構が二次元で前記回析性光学要素を平行移動させる、請求項６６に記載の光学装置。
【請求項６９】
軸上の二次元光学走査装置であって、
回折性光学要素上でのビームの衝突位置の関数として二次元でビームを偏向するように動作する回折性光学要素と、
前記回折性光学要素が装着された低質量支持構造体と、
前記低質量支持構造体の外部にあり、前記低質量支持構造体が第１の周波数で第１の方向へ発振できるように第１の支持部材によって前記低質量支持体が取り付けられる第１のフレームと、
前記第１のフレームの外部にあり、第２のフレームが第２の周波数で第２の方向へ振動できるように第２の支持部材によって前記第１のフレームが取り付けられる第２のフレームと、
前記第１の周波数での前記発振および前記第２の周波数での前記振動のうちの少なくとも１つを励振させるための少なくとも１つの駆動機構とを備える光学装置。
【請求項７０】
前記第１の周波数が前記第２の周波数よりも高い、請求項６９に記載の光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公表番号】特表２００７−５１５８５９（Ｐ２００７−５１５８５９Ａ）
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３７５５７（Ｐ２００６−５３７５５７）
【出願日】平成１６年１０月３１日（２００４．１０．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００９９５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４３２３１
【国際公開日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（５０３２４２６７１）ヴィーケービー インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月３１日（２００４．１０．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００９９５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４３２３１
【国際公開日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（５０３２４２６７１）ヴィーケービー インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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