多孔径成像设备、成像系统、和用于提供多孔径成像设备的方法技术方案

一种多孔径成像设备包括图像传感器和光学通道的阵列，其中每个光学通道包括用于将总视场的至少一部分成像至该图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。该多孔径成像设备包括光束偏转装置，该光束偏转装置包括：至少一个光束偏转元件，用于偏转光学通道的光学路径，其中每个光学通道被指派光束偏转元件。该光束偏转元件被配置为包括基于第一电控制的可控表面的透明状态，并包括基于第二电控制的该可控表面的反射状态，以使该光学路径偏转。

Multi aperture imaging apparatus, imaging system, and method for providing multi aperture imaging apparatus

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔径成像设备、成像系统、和用于提供多孔径成像设备的方法
本专利技术系涉及多孔径成像设备、成像系统和用于提供多孔径成像设备的方法。本专利技术还涉及借助于诸如液晶镜等电可切换镜在阵列线相机中的观看方向切换，更具体地，涉及在无可机械移动部件的情况下的观看方向切换。
技术介绍
常规相机具有对整个物场进行成像的成像通道。多孔径成像设备可借助于若干部分视场对物场进行成像。存在如下构思：通过使用诸如镜子等光束偏转系统，能够使相机通道的观看方向自设备平面偏转至整个系统的另一方向，例如，大致与其垂直的方向。例如，在移动电话的应用情况下，该垂直偏转可以在用户面部的方向上或在用户前方的周围区域的方向上发生，且可以基本上借助于可切换折叠镜发生。将需要能够实现机械稳固构思的多孔径成像设备、成像系统和用于提供多孔径成像设备的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种多孔径成像设备、一种成像系统和一种用于提供多孔径成像设备的方法，能够实现多孔径成像设备的紧凑且同时机械稳固的设计。该目的通过独立权利要求的主题来解决。本专利技术的一个发现为已经认识到，可以通过借助于光束偏转元件进行观看方向切换来实现上述目的，该光束偏转元件电可控制且可以交替地具有透明状态和反射状态，使得观看方向的偏转可以通过电控制来实现。这使得能够替换机械移动的光束偏转镜，从而实现高机械稳固性，而同时维持紧凑的设计。根据实施例，一种多孔径成像设备包括图像传感器和光学通道的阵列，其中每个光学通道包括用于将总视场的至少一部分成像至该图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。该多孔径成像设备还包括光束偏转装置，该光束偏转装置包括具有可控表面的至少一个光束偏转元件，用于偏转光学通道的光学路径，其中每个光学通道被指派光束偏转元件。该光束偏转元件被配置为包括基于第一电控制的可控表面的透明状态，并包括基于第二电控制的该可控表面的反射状态，以使该光学路径偏转。根据另一实施例，该光束偏转装置包括至少一个镜元件，其中每个光学通道被指派镜元件，该镜元件被布置为使得在该可控表面的该透明状态下，该光束偏转装置利用该镜元件使该光学路径偏转。例如，这可以是在透明状态下穿过电可控光束偏转元件且随后行进至镜元件的光学路径。这使得能够通过仅使用一个可控光束偏转元件在任意地朝向彼此(例如180°)的两个方向上偏转。根据另一实施例，该光束偏转元件为第一光束偏转元件，其中每个光学通道被指派该光束偏转装置的第二光束偏转元件，第二光束偏转元件被布置为使得在第一光束偏转元件的透明状态下，光学通道的光学路径行进至第二光束偏转元件。这意味着两个光束偏转元件可以沿着光学路径一个接一个地串联布置。这样实现沿着两个方向的光束偏转，同时避免经典镜和/或实现沿着三个方向的光束偏转，例如，在两个光束偏转元件同时包括透明状态的情况下。根据另一实施例，光束偏转元件包括可控制至透明状态和反射状态的第一主动可控表面和第二主动可控表面。第一可控表面与第二可控表面朝向彼此布置成至少10°且至多170°的角度。这使得两个光束偏转元件能够组合在单个光束偏转元件中且使得能够调整光束偏转元件中的方向偏转。根据另一实施例，第一可控表面布置在光束偏转元件本体(例如，立方体等)的第一对角表面中，且第二可控表面布置在光束偏转元件本体的第二对角表面中。这使得光束偏转元件能够被外边缘形成整个本体的对角表面的单独组件组装。根据实施例，第一可控表面与第二可控表面围绕平行于阵列的线延伸方向布置的轴以朝向彼此倾斜的方式布置。借助于可控表面朝向彼此的倾斜，可以通过切换光束偏转元件来设定观看方向的差异。根据实施例，角度包括在10％的容差范围内的90°。这使得能够在成约180°的角度的不同观看方向之间切换。根据实施例，光束偏转元件包括具有三角形基底形状的第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜，其中第一可控表面形成为包括第一表面元件和第二表面元件，其中第二可控表面形成为包括第三表面元件和第四表面元件。第一表面元件至第四表面元件中的每个布置在第一棱镜至第四棱镜之一的棱镜表面处。棱镜被布置为使得第一表面元件和第二表面元件形成第一可控表面，且第三表面元件和第四表面元件形成第二可控表面。这使得能够获得对角表面由光束偏转元件的可控表面形成的棱镜本体。这使得能够获得具有高光学质量的光束偏转元件。根据实施例，第一表面元件包括第一层堆叠，第一层堆叠提供在透明状态与反射状态之间的切换。第一层堆叠中的层的次序与第二可控表面元件的第二层堆叠中的层的次序互补。这例如在层由于接合棱镜而具有彼此不同的定向(例如扭曲180°)的情况下，实现第一可控表面中的均质且均匀的层次序。根据实施例，光束偏转元件包括可控制为反射状态和透明状态的可控表面。光束偏转装置包括沿着阵列的线延伸方向布置的多个光束偏转元件。多个光束偏转元件的可控表面以朝向彼此倾斜的方式布置在光束偏转装置中，使得光学通道在互总视场的不同部分视场中偏转。这使得能够以总视场的形式捕获大面积，且同时实现图像传感器与光束偏转装置之间的光学路径的基本平行的定向，使得能够实现简单且高度精确的生产。根据实施例，光束偏转装置包括沿着线延伸方向的多个相同地形成的光束偏转元件，光学通道沿着该线延伸方向按照阵列布置。多个光束偏转元件沿着线延伸方向以朝向彼此旋转的方式布置。这使得能够通过确定旋转角度来确定光学通道偏转的方向，这是容易实现的。根据另一实施例，多孔径成像设备包括聚焦装置，该聚焦装置包括用于设定多孔径成像设备的焦点的至少一个致动器。致动器被配置为提供光学器件中的至少一个与图像传感器之间的相对移动。这使得能够借助于可变焦点获得高质量画面。根据实施例，第一光学通道的第一光学器件包括第一焦距，且第二光学通道的第二光学器件包括第二焦距。第一焦距与第二焦距偏离至少10％。这实现成像的部分视场或总视场中的不同打开角度。根据实施例，具有包括具有第一焦距的光学器件的至少一个光学通道的第一群组被配置为对第一总视场进行成像。具有包括具有第二焦距的光学器件的至少一个光学通道的第二群组被配置为对第二总视场进行成像。由于不同焦距之间的交互，可以对不同总视场进行成像。根据实施例，多孔径成像设备包括：光学图像稳定器，互作用于光学通道的两个、多个或所有光学路径，用于通过在图像传感器与阵列之间产生平移相对移动而实现沿着第一图像轴和第二图像轴的光学图像稳定化。平移相对移动平行于由多孔径成像设备捕获的图像的第一图像轴和第二图像轴而行进。这使得能够通过使用光学图像稳定化来获得具有高质量的图像。根据实施例，多孔径成像设备包括：电子图像稳定器，作用于光学通道的两个、多个或所有光学路径以实现沿着第一图像轴和第二图像轴的电子图像稳定化。电子图像稳定器备选地或附加地布置到光学图像稳定器。例如，光学器件的焦距可以有意或无意地不同，使得光学图像稳定化在不同光学通道中起不同作用。通过附加地应用电子图像稳定器，可以减少或补偿这种不同效果。备选地，电子图像稳定器的应用使得能够进行通道单独图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔径成像设备(10；20；30；40；80)，包括：/n图像传感器(12)；/n光学通道(16a-16d)的阵列(14)，其中每个光学通道(16a-16d)包括：光学器件(64a-64d)，用于将总视场(70a-70b)的至少一部分(72a-72d)成像至所述图像传感器(12)的图像传感器区域(24a-24d)上；/n光束偏转装置(18)，包括：具有可控表面(29a-29d)的至少一个光束偏转元件(46a-46d；46’；46’a-46’b)，用于使光学通道(16a-16d)的光学路径(26a-26d)偏转，其中每个光学通道(16a-16d)被指派光束偏转元件(46a-46d；46’；46’a-46’b)；/n其中所述光束偏转元件(46a-46d；46’；46’a-46’b)被配置为包括基于第一电控制(23)的所述可控表面(29a-29d)的透明状态，并包括基于第二电控制(23)的所述可控表面(29a-29d)的反射状态，以使所述光学路径(26a-26d)偏转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170523 DE 102017208709.91.一种多孔径成像设备(10；20；30；40；80)，包括：
图像传感器(12)；
光学通道(16a-16d)的阵列(14)，其中每个光学通道(16a-16d)包括：光学器件(64a-64d)，用于将总视场(70a-70b)的至少一部分(72a-72d)成像至所述图像传感器(12)的图像传感器区域(24a-24d)上；
光束偏转装置(18)，包括：具有可控表面(29a-29d)的至少一个光束偏转元件(46a-46d；46’；46’a-46’b)，用于使光学通道(16a-16d)的光学路径(26a-26d)偏转，其中每个光学通道(16a-16d)被指派光束偏转元件(46a-46d；46’；46’a-46’b)；
其中所述光束偏转元件(46a-46d；46’；46’a-46’b)被配置为包括基于第一电控制(23)的所述可控表面(29a-29d)的透明状态，并包括基于第二电控制(23)的所述可控表面(29a-29d)的反射状态，以使所述光学路径(26a-26d)偏转。


2.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转装置(18)包括至少一个镜元件(27)，其中每个光学通道(16a-16d)被指派镜元件(27)，所述镜元件被布置为使得在所述可控表面(29a-29d)的所述透明状态下，所述光束偏转装置(18)利用所述镜元件(27)使所述光学路径(26a-26d)偏转。


3.根据权利要求1或2所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转元件(46a)为第一光束偏转元件，并且其中每个光学通道(16)被指派所述光束偏转装置(18)的第二光束偏转元件(46e)，所述第二光束偏转元件被布置为使得在所述第一光束偏转元件(46a)的所述可控表面(29a-29d)的所述透明状态下，所述光学通道的所述光学路径(26)行进至所述第二光束偏转元件(46e)。


4.根据前述权利要求中任意一项所述的多孔径成像设备，其中所述可控表面(29a-29d)为第一可控表面(29a)，其中所述光束偏转元件包括第二可控表面(29e)，所述第二可控表面可控制为所述透明状态和所述反射状态，其中所述第一可控表面和所述第二可控表面(29a，29e)朝向彼此布置成至少10°且至多170°的角度(α)。


5.根据权利要求4所述的多孔径成像设备，其中所述第一可控表面(29a)被布置在光束偏转元件本体(33)的第一对角表面中，并且其中所述第二可控表面(29e)被布置在所述光束偏转元件本体(33)的第二对角表面中。


6.根据权利要求5所述的多孔径成像设备，其中所述第一可控表面(29a)和所述第二可控表面(29e)围绕平行于所述阵列(14)的线延伸方向(65)的轴(31)以朝向彼此倾斜的方式布置。


7.根据权利要求4至6所述的多孔径成像设备，其中所述角度(α)包括在10％的容差范围内的90°的值。


8.根据权利要求4至7中任意一项所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转元件(46’)包括具有三角形基底形状的第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜(35a-35d)，其中所述第一可控表面(29a)形成为包括第一表面元件(29a1)和第二表面元件(29a2)，其中所述第二可控表面(29e)形成为包括第三表面元件(29e1)和第四表面元件(29e2)，其中所述第一表面元件至所述第四表面元件(29a1，29a2，29e1，29e2)中的每个被布置在所述第一棱镜至所述第四棱镜(35a-35d)之一的棱镜表面处，并且所述棱镜(35a-35d)被布置为使得所述第一表面元件和所述第二表面元件(29a1，29a2)形成所述第一可控表面(29a)，且所述第三表面元件和所述第四表面元件(29e1，29e2)形成所述第二可控表面(29e)。


9.根据权利要求8所述的多孔径成像设备，其中所述第一表面元件(29a1)包括第一层堆叠(51a)，所述第一层堆叠提供在所述透明状态与所述反射状态之间的切换，其中所述第一层堆叠(51a)中的层(S1-S4)的次序与所述第二可控表面元件(29a2)的第二层堆叠(51b)中的层(S1-S4)的次序互补。


10.根据前述权利要求中任意一项所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转装置(18)包括沿着所述阵列的线延伸方向(65)布置的多个光束偏转元件(46a-46d；46’a-46’b)，其中所述多个光束偏转元件(46a-46d；46’a-46’b)的所述可控表面(29a，29’a，29e，29’e)以朝向彼此倾斜的方式布置在所述光束偏转装置(18)中，使得所述光学通道(16a-16d)偏转至互总视场(70)的不同部分视场(72a-72d)中。


11.根据前述权利要求中任意一项所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转装置(18)包括沿着线延伸方向(65)的多个相同地形成的光束偏转元件(46a-46d；46’a-46’b)，所述光学通道(16a-16d)沿着所述线延伸方向布置在所述阵列(14)中，其中所述多个光束偏转元件(46a-46d；46’a-46’b)以朝向彼此旋转的方式沿着所述线延伸方向(65)布置。


12.根据前述权利要求中任意一项所述的多孔径成像设备，还包括聚焦装置(87)，所述聚焦装置包括用于设定所述多孔径成像设备的焦点的至少一个致动器(89a-89c)，其中所述致动器(89a-89c)被配置为提供所述光学器件(64a-64d)中的至少一个与所述图像传感器之间的相对移动。


13.根据前述权利要求中任意一项所述的多孔径成像设备，其中第一光学通道(16a-16d)的第一光学器件(64a-64d)包括第一焦距(f1，f2，f3)，并且其中第二光学通道(16a-16d)的第二光学器件(64a-64d)包括第二焦距(f1，f2，f3)，其中所述第一焦距与所述第二焦距偏离至少10％。


14.根据权利要求13所述的多孔径成像设备，其中第一群组具有至少一个光学通道(16a-16d)且所述光学通道包括具有所述第一焦距(f1，f2，f3)的光学器件(64a-64d)，所述第一群组被配置为对第一总视场(70a)进行成像，并且其中第二群组具有至少一个光学通道(16a-16d)且所述光学通道包括具有所述第二焦距(f1，f2，f3)的光学器件，所述第二群组被配置为对第二总视场(70b)进行成像。


15.根据前述权利要求中任意一项所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转元件(46a-46d；46’；46’a-46’b)被配置为在所述透明状态和所述反射状态下对所述光学通道(16a-16d)执行不同光学调整。


16.根据权利要求15所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转元件(46a-46d；46；46’a-46’b)包括可控制为所述透明状态和所述反射状态的可控表面(29a，29’a，29e，29’e)，其中所述可控表面(29a，29’a，29e，29’e)在所述反射状态和所述透明状态下提供所述光学通道(16a-16d)的不同聚焦或散焦。


17.根据前述权利要求中任意一项所述的多孔径成像设备，其中所述光束偏转元件(46a-46c)布置在所述图像传感器与光学元件(67a-67c)之间，使得所述光学路径(26...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·维佩曼，安德烈·布鲁克纳，雅克·迪帕里，亚历山大·奥伯多斯特尔，
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