多孔径成像设备、用于制造多孔径成像设备的方法以及成像系统技术方案

本文所述的一种多孔径成像设备包括至少一个图像传感器(12)以及彼此相邻布置的光学通道(16a‑d；16N)的阵列(14；14’)。每个光学通道具有用于将目标区域(72)的至少一个部分(74a‑d)投影在图像传感器(12)的图像传感器区域(58a‑d)上的光学器件(64a‑d)。该阵列(14；14’)具有以下：壳体(1002)，该壳体(1002)包括：壁结构(1004；1004a‑b)，其面向或背对图像传感器(12)，该光学通道穿过壁结构；以及侧壁结构(1006；1006a‑b)，布置在壁结构(1004；1004a‑b)上，其中壁结构(1004；1004a‑b)或侧壁结构(1006；1006a‑b)形成为包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或结晶材料，其中光学通道(16a‑d；16N)的光学器件(64a‑d)布置在壳体(1002)中，并且其中壁结构(1004；1004a‑b)连接到光学通道(16a‑d；16N)的光学器件(64a‑d)，并且光学器件(64a‑d)被相对于彼此固定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔径成像设备、用于制造多孔径成像设备的方法以及成像系统
本专利技术涉及多孔径成像设备，具体而言，适于移动设备的多孔径成像设备，涉及用于制造多孔径成像设备的方法以及成像系统。另外，本专利技术涉及用于具有线性通道布置的多孔径成像系统的壳体构思。
技术介绍
传统相机在一个通道中传输总视场，并且在小型化方面受到限制。在智能电话中，使用在显示器的表面法线的方向以及与之相反的方向上取向的两个相机。在已知的多孔径成像系统中，将连续的部分目标区域分配给每个通道，该连续的部分目标区域被转换为连续的部分图像区域。在用于智能电话的传统相机中，借助于注入模制用塑料制造用于光学器件的壳体。塑料材料具有高热膨胀系数和低弹性模量，其导致热交变应力期间的变形。具体而言，在使用两个隔开的相机的立体系统中，因位置和部位改变导致对深度信息的限制。在个体通道各自看见视场的部分的阵列相机中，调整可能会另外在组合全图像时导致误差。如(例如)在图27中所示的传统相机由单个成像通道组成。透镜502a至502d主要借助于注入模制而制造且具有圆盘形几何形状。壳体504也是借助于注入模制由塑料材料制造，结果，其具有大的热膨胀系数。通过使用在光学功能区域周围的透镜502a至502d的周边范围内的机械止挡件基于透镜502a至502d及壳体504中的相应凹陷部(居中)的直径以及个体透镜元件的厚度而使透镜对准。间隔件506a至506c可布置在透镜502a至502d之间。此外，透镜堆叠体可经由间隔件506d端接。由于仅产生一个连续图像，因此温度改变仅引起图像质量(图像清晰度)的改变，而不引起伪图像假影的出现。对于图像的3D捕捉，使用形成立体结构的两个传统相机，如在(例如)图28中针对相机508a和508b所说明的。因为塑料材料的高膨胀率，对3D数据的质量造成负面影响，这是由于产生相机508a和508b的位置的不可控改变。另外，存在基于若干个体相机的使用并在US2014/0111650A1中描述的阵列相机布置。图29示出了相应设备，其中每个通道512a至512b传输总视场的部分。部分图像随后被组合成总视场。温度改变引起相机的不可控位置改变且因此产生错误图像组合，其由于具有严重干扰性的图像假影的出现而对图像质量具有负面影响。因此，期望允许用于捕捉总视场同时确保高图像质量的多孔径成像设备的构思。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标在于提供一种多孔径成像设备、其制造方法以及成像系统，其允许在操作期间可靠地较高且一致的图像质量。通过独立权利要求的主题来实现该目标。本专利技术的核心想法是发现：通过将光学通道的光学器件相对于彼此固定，即，通过壳体的壁结构将光学器件相对于其他光学器件固定，可获得仅小程度地受温度改变影响的图像质量，以使得在变化的环境条件中，获得多孔径成像设备的几乎一致的高图像质量。此处，不仅替换壳体材料，而且布置包括玻璃、陶瓷或结晶材料的壁结构，和/或壳体由接合的平面或弯曲板状结构形成，且光学器件相对于彼此固定在壳体上。这具有以下优点：光学通道中的成像特性例如因温度改变导致的改变引起壳体的小或可忽略变形，以使得减少或防止光学通道的光学器件受其变形相互影响的量。根据一个实施例，一种多孔径成像设备包括：至少一个图像传感器；以及并置光学通道的阵列，其中每个光学通道包括用于将目标区域的至少一个部分区域投影在所述图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。所述阵列包括壳体，所述壳体包括所述光学通道穿过的面向或背对所述图像传感器的壁结构。另外，所述壳体包括被布置在所述壁结构上的侧壁结构，其中所述壁结构或所述侧壁结构形成为包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或结晶材料。所述光学通道的光学器件被布置在所述壳体中。所述壁结构连接到所述光学通道的光学器件并且将所述光学器件相对于彼此固定。例如，所述壁结构是在所述光学通道的查视方向上配置的所述壳体的正面或背面。特定地，相对于塑料材料而言，玻璃、陶瓷或结晶材料的布置实现所述壳体的小温度诱发变形。另外，将所述光学通道的所述光学器件相对于彼此固定在所述壁结构上实现了光学通道的作用在其他光学通道上的低变形力。根据另一实施例，所述多孔径成像设备包括：至少一个图像传感器；以及并置光学通道的阵列，其中每个光学通道包括用于将目标区域的至少一个部分区域投影在所述图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。所述阵列包括壳体，在所述壳体中，所述光学通道的所述光学器件相对于彼此而布置和固定，其中所述壳体由接合的板状结构形成且包括面向或背对所述图像传感器的至少一个壁结构并包括至少一个侧壁结构。板状结构的优点是相应结构的高再现性以及高变形可限定性。另外，板状结构的壳体极易构建。根据另一实施例，一种多孔径成像设备，包括壳体，所述壳体具有包括如上文所述的玻璃、陶瓷或结晶材料的壁结构，且被配置为使得所述壳体由接合的板状结构形成。这意味着可以组合上文所描述的实施例。由此，可以获得上述的优点以及以下协同效应：玻璃、陶瓷或结晶材料的高刚性不将由光学通道的光学器件的变形诱发的变形力传递到所述壁结构或仅小程度地传递。根据另一实施例，一种成像系统(例如，图像捕捉设备或具有所述图像捕捉设备的设备)包括至少一个上文所描述的多孔径成像设备。根据另一实施例，一种用于制造多孔径成像设备的方法，包括：提供至少一个图像传感器；以及布置光学通道的光学器件以使得所述光学器件形成并置光学通道的阵列且使得每个光学通道包括用于将目标区域的至少一个部分区域投影在所述图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。形成所述阵列包括在壳体中布置所述光学通道的所述光学器件，所述壳体具有面向或背对所述图像传感器的包括玻璃、陶瓷或结晶材料的壁结构以使得所述壁结构连接到所述光学通道到所述光学器件且将所述光学器件相对于彼此固定。根据另一实施例，一种用于制造多孔径成像设备的方法，包括：提供至少一个图像传感器；布置光学通道的光学器件以使得所述光学器件形成并置光学通道的阵列，使得每个光学通道包括用于将目标区域的至少一个部分区域投影在所述图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。另外，所述方法包括形成接合的板状结构的壳体，以使得所述壳体包括面向或背对所述图像传感器的至少一个壁结构且包括至少一个侧壁结构。所述方法还包括在所述壳体中布置所述阵列的所述光学通道的所述光学器件以使得所述光学器件相对于彼此固定。其他有利实施方式是从属权利要求的主题。附图说明下文将参考附图论述本专利技术的优选实施例。附图示出了：图1是根据实施例的多孔径成像设备的示意性透视图；图2是根据实施例的另一多孔径成像设备的示意性透视图；图3是根据实施例的包括三个透镜的光学通道的示意性图示；图4a是根据实施例的多孔径成像设备的示意性俯视图，其中一个至少部分不透明的结构分别布置在图像传感器的图像传感器区域之间。图4b是根据实施例的多孔径成像设备的示意性俯视图，其中光学通道被配置为投影两个部分区域；图5a是根据实施例的多孔径成像设备的侧壁结构的示意性透视图；图5b是根据实施例的多孔径成像设备的分隔壁结构的示意性透视图；图5c是根据实施例的多孔径成像设备的侧壁结构的示意性透视图，该侧壁结构例如可用作壳体的顶面和/或底面；图5d是根据实施例的多孔径成像设备的替代侧壁结构的示意性透视图；图5e是根据实施例的多孔径成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔径成像设备(11；150；180；1000；2000；4000；8000)，包括：至少一个图像传感器(12)；以及并置光学通道(16a‑d；16N)的阵列(14；14’)，其中每个光学通道包括用于将目标区域(72)的至少一个部分区域(74a‑d)投影在所述图像传感器(12)的图像传感器区域(58a‑d)上的光学器件(64a‑d)，所述阵列(14；14’)包括：壳体(1002)，包括：壁结构(1004；1004a‑b)，面向或背对所述图像传感器(12)，所述光学通道穿过所述壁结构；以及侧壁结构(1006；1006a‑b)，布置在所述壁结构(1004；1004a‑b)上，其中，所述壁结构(1004；1004a‑b)或所述侧壁结构(1006；1006a‑b)形成为包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或结晶材料，其中，所述光学通道(16a‑d；16N)的所述光学器件(64a‑d)布置在所述壳体(1002)中，并且其中，所述壁结构(1004；1004a‑b)连接到所述光学通道(16a‑d；16N)的光学器件(64a‑d)并且将所述光学器件(64a‑d)相对于彼此固定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.13 DE 102016200287.21.一种多孔径成像设备(11；150；180；1000；2000；4000；8000)，包括：至少一个图像传感器(12)；以及并置光学通道(16a-d；16N)的阵列(14；14’)，其中每个光学通道包括用于将目标区域(72)的至少一个部分区域(74a-d)投影在所述图像传感器(12)的图像传感器区域(58a-d)上的光学器件(64a-d)，所述阵列(14；14’)包括：壳体(1002)，包括：壁结构(1004；1004a-b)，面向或背对所述图像传感器(12)，所述光学通道穿过所述壁结构；以及侧壁结构(1006；1006a-b)，布置在所述壁结构(1004；1004a-b)上，其中，所述壁结构(1004；1004a-b)或所述侧壁结构(1006；1006a-b)形成为包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或结晶材料，其中，所述光学通道(16a-d；16N)的所述光学器件(64a-d)布置在所述壳体(1002)中，并且其中，所述壁结构(1004；1004a-b)连接到所述光学通道(16a-d；16N)的光学器件(64a-d)并且将所述光学器件(64a-d)相对于彼此固定。2.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述壳体(1002)由接合的板状结构(1004，1006；1004a-b，1006a-b)形成并且包括至少所述壁结构(1004；1004a-b)和至少所述侧壁结构(1006；1006a-b)。3.一种多孔径成像设备(11；150；180；1000；2000；4000；8000)，包括：至少一个图像传感器(12)；以及并置光学通道(16a-d；16N)的阵列(14；14‘)，其中，每个光学通道(16a-d；16N)包括用于将目标区域(72)的至少一个部分区域(74a-d)投影在所述图像传感器(12)的图像传感器区域(58a-d)上的光学器件(64a-d)；其中，所述阵列(14；14‘)包括壳体(1002)，在所述壳体中，布置所述光学通道(16a-d；16N)的所述光学器件(64a-d)并且所述光学通道(16a-d；16N)的所述光学器件(64a-d)相对于彼此固定，其中，所述壳体(1002)由并置的板状结构(1004；1004a-b，1006；1006a-b)形成并且包括面向或背对所述图像传感器(12)的至少一个壁结构(1004；1004a-b)并且包括至少一个侧壁结构(1006；1006a-b)。4.根据权利要求3所述的多孔径成像设备，其中，所述板状结构(1004；1004a-b，1006；1006a-b)中的至少一个板状结构形成为包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或结晶材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述壁结构(1004；1004a-b)跨越所有光学通道(16a-d；16N)延伸并且形成为针对待由所述多孔径成像设备捕捉的辐射的波长是透明的，并且其中，所述光学通道(16a-d；16N)穿过所述壁结构(1004；1004a-b)的材料。6.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，光学光阑(1012a-b)布置在所述壁结构(1004；1004a-b)上，所述光学光阑被配置为沿着与所述光学通道(16a-d；16N)的光学路径(17a-d)的路线垂直的方向(146)限制所述光学路径(17a-d)。7.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述壁结构(1004；1004a-b)被一体地形成。8.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光学通道(16a-d；16N)的所述光学器件(64a-d)机械连接到所述壁结构(1004；1004a-b)，并且其中，所述壁结构(1004；1004a-b)包括壁结构材料的透明区域(1014a-b)，其中，所述光学通道(16a-d；16N)朝向所述图像传感器(12)或朝向所述目标区域(72)穿过所述透明区域(1014a-b)。9.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述壁结构(1004；1004a-b)是第一壁结构(1004a)，并且其中，所述壳体(1002)包括所述壳体(1002)的相对的第二壁结构(1004b)，其中，所述第一壁结构(1004a)形成所述光学通道(16a-d；16N)的光学路径(17a-d)的进入侧面，其中，所述第二壁结构(1004b)形成所述光学通道(16a-d；16N)的所述光学路径(17a-d)的出射侧面，并且其中，所述第一壁结构(1004a)和所述第二壁结构(1004b)经由所述壳体(1002)的所述侧壁结构(1006；1006a-b)彼此连接。10.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述壁结构(1004b)是面向所述图像传感器(12)的第一壁结构，并且其中，所述壳体(1002)包括经由所述侧壁结构(1006；1006a-b)连接到所述第一壁结构(1004b)的相对的第二壁结构(1004b)，并且其中，所述侧壁结构(1006；1006a-b)包括在面向所述图像传感器(12)布置的区域中的光学上部分散射或部分吸收或部分反射的结构(1018；1018a-b)。11.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述阵列(14；14‘)包括分隔壁结构(1016b，1016c)，所述分隔壁结构布置在所述光学通道(16a-d；16N)之间并且由至少部分不透明的材料形成以获得所述光学通道(16a-d；16N)之间的杂散光抑制。12.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，分隔壁结构(1016a-c)布置在所述壳体(1002)中并且在所述光学通道(16a-d；16N)之间，其中，所述光学器件(64a-d)以与相邻的分隔壁结构(1016a-c)非接触的方式布置。13.根据权利要求11或12所述的多孔径成像设备，其中，所述分隔壁结构(1016；1016a-c；N)由与所述侧壁结构(1006；1006a-d)不同的材料组成。14.根据权利要求11至13中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述侧壁结构(1006；1006a-b)包括被配置为机械支撑所述分隔壁结构(1016a-c)的机械导引件(1038)。15.根据权利要求11至14中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述分隔壁结构(1016a-c)包括在面向所述图像传感器(12)的区域中的光学上部分散射或部分吸收或部分反射的结构(1018；1018a-b)，所述光学上部分散射或部分吸收或部分反射的结构被配置为：将从光学通道(16a-d；16N)横向地发射的以第一程度照射在所述光学上部分散射或部分吸收或部分反射的结构(1018；1018a-b)上的光以较低的第二程度向所述至少一个图像传感器(12)散射或反射。16.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述壳体(1002)的所述侧壁结构(1006；1006a-b)包括在相邻光学通道(16a-d；16N)中面向所述图像传感器(12)的区域中的光学上部分散射或部分吸收或部分反射的结构(1018；1018a-b)，所述光学上部分散射或部分吸收或部分反射的结构被配置为：将从光学通道(16a-d)横向地发射的以第一程度照射在所述光学上部分散射或部分吸收或部分反射的结构(1018；1018a-b)上的光以较低的第二程度向所述至少一个图像传感器(12)散射或反射。17.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光学器件(64a-d)在热诱发变形期间沿着所述光学通道的光学长度(1024)并且沿着与所述光学通道的所述光学长度(1024)垂直的方向(146)而变形，其中，每个光学通道(16a-d；16N)不受在与相邻光学通道(16a-d；16N)的所述光学长度(1024)垂直的所述方向(146)上的所述变形的影响。18.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，光学通道(16a)被配置为将所述光学器件区域(72)的第一部分区域(74a)投影在第一图像传感器区域(58a)上并且将所述目标区域(72)的第二部分区域(74b)投影在第二图像传感器区域(58b)上，并且其中，至少部分不透明的结构(1032a)布置在所述第一图像传感器区域(58a)与所述第二图像传感器区域(58b)之间以用于减少所述第一图像传感器区域(58a)与所述第二图像传感器区域(58b)之间的杂散光。19.根据权利要求18所述的多孔径成像设备，其中，所述至少部分不透明的结构(1032a)沿着背对所述图像传感器(12)的方向(x)逐渐缩小。20.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述壁结构(1004；1004a-b)是第一壁结构(1004a)，并且其中，所述壳体(1002)的所述第一壁结构(1004)与相对的第二壁结构(1004b)之间的距离被限定为跨越至多两个侧壁结构(1006a-b)。21.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光学器件(64a-d)中的一个光学器件包括彼此机械连接的多个串联布置的光学元件，以使得所述光学器件沿着与穿过所述光学器件(64a-d)的光学路径(17a-d)垂直的方向并且沿着所述阵列(14；14‘)的行延伸方向(146)、以与其他机械元件非接触的方式布置在所述光学通道(16a-d；16N)沿着所述光学通道的光轴的长度(1024)的至少50％的区域中。22.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光学器件(64a-d)包括第一光学有效的主侧面和第二光学有效的主侧面(1026)以及连接所述第一主侧面和所述第二主侧面(1026)的第一次级侧面、第二次级侧面、第三次级侧面和第四次级侧面(1028a-b)，其中，所述第一次级侧面、所述第二次级侧面、所述第三次级侧面和所述第四次级侧面(1028a-b)实质上垂直于彼此而布置。23.根据权利要求22所述的多孔径成像设备，其中，所述光学器件(64a-d)具有矩形截面。24.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，包括光束偏转装置(18)，所述光束偏转装置布置在所述阵列(14；14‘)与所述目标区域(72)之间并且被配置为使所述光学通道(16a-d；16N)的光学路径(17a-d)偏转。25.根据权利要求24所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)包括第一位置和第二位置，所述光束偏转装置(18)能够在所述第一位置与所述第二位置之间旋转或平移移动，其中，所述光束偏转装置(18)被配置为在所述第一位置和所述第二位置处使每个光学通道(16a-d；16N)的所述光学路径(17a-d)在不同方向(19a-b)上偏转。26.根据权利要求25所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)包括第一反射主侧面和第二反射主侧面，其中，在所述第一位置处，所述第一反射侧面被布置为面向图像传感器(12)，并且在所述第二位置处，所述第二反射侧面被布置为面向所述图像传感器(12)。27.根据权利要求24至26所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)形成为沿着光学通道(16a-d；16N)的所述阵列(14；14’)的行延伸方向(z；146)布置的琢面(68a-d；68i)的阵列，并且其中，每个光学通道被分配一个琢面。28.根据权利要求24至27中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)形成为沿着光学通道(16a-d；16N)的所述阵列(14；14’)的行延伸方向(z；146)布置的琢面(68a-d；68i)的阵列，并且其中，第一光学通道(16a)的第一光学路径(17a)和第二光学通道(16b)的至少一个第二光学路径(17b)被分配给琢面(68a-d)。29.根据权利要求27或28所述的多孔径成像设备，其中，第一光学通道(16a)的光学路径(17a)朝向第一部分区域(74a)偏转，并且所述第一光学通道(16a)的光学路径(17a)通过同一琢面(68a-d)朝向第二部分区域(74b)偏转。30.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，还包括：光学图像稳定器(94；134，138；152)，所述光学图像稳定器针对所述光学通道(16a-d；16N)的两个、多个或所有光学路径(17a-d)具有联合效应，以通过产生图像传感器(12)与所述阵列(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·维佩曼，安德里亚斯·布鲁克纳，安德里亚斯·雷曼，安德里亚斯·布劳尔，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国,DE