具有可旋转反射器的成像系统技术方案

以下描述了与新型成像系统相关的装置和相关联的算法，该成像系统在尺寸、体积、形状、性能和成像能力方面优于常规相机架构。该成像系统包括图像传感器、反射器和控制器。控制器使反射器相对于图像传感器旋转以将来自外部环境的视图的多个部分的光引向图像传感器。控制器使图像传感器与反射器同步以捕捉外部环境的视图的不同部分的图像。然后，控制器将来自图像传感器的图像相组合以形成包括外部环境的视图的图像。境的视图的图像。境的视图的图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可旋转反射器的成像系统
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年12月14日提交的美国临时申请第62/948,200号“A New Architecture for an Imaging Device”的权益、于2020年1月11日提交的美国临时申请第62/959,884号“A New Architecture for an Imaging Device”的权益、于2020年12月14日提交的美国非临时申请第17/121,239号“Imaging System with Rotatable Reflector”的权益、以及于2020年12月14日提交的美国非临时申请第17/121,315号“Forming Combined Image by Imaging System with Rotatable Reflector”的权益。所有前述主题的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开内容一般地涉及成像系统领域，具体地涉及具有可旋转反射器的成像系统。

技术介绍

[0004]相机包括外壳、光敏表面以及将场景成像到光敏表面上的透镜。过去，光敏表面是胶卷。在诸如移动设备和相机(例如，单透镜反射(SLR)相机、无人机相机、摄像机)的现代设备中，胶卷已被图像传感器所取代，该图像传感器可以将称为像素的小区域内的光量转换为电信号。常见的图像传感器器件是电荷耦合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
[0005]相机的尺寸通常取决于图像传感器尺寸、透镜尺寸和外壳尺寸。图像传感器越大，透镜就越大。透镜的大小还取决于决定相机视野的透镜焦距。透镜设计也可以影响透镜的尺寸。
[0006]在图像传感器、透镜设计、透镜制造和机械外壳技术方面的多年演变和技术进步之后，相机已收敛于在应用之间变化的一些维度。例如，移动设备中的相机系统在所有3个维度上可能只有几毫米。这种尺寸可能来自于希望移动设备足够小以放入诸如裤兜或小钱包之类的狭小空间中。结果，在某些情况下，可以在此类设备中使用的最大图像传感器被限制为几毫米乘几毫米。在某些情况下，图像传感器可能会进一步受到在图像传感器上形成图像的透镜尺寸的限制。为了弥补这些限制，现代移动设备可能具有多于一个的相机，并且各种相机可以用于捕捉不同的视野，并允许用户执行诸如缩放的操作，同时保持良好的图像质量。
[0007]如前所述，移动设备中的图像传感器的尺寸是有限的。因此，这限制了图像传感器在拍摄图片时收集大量光线的能力。除了传感器尺寸之外，传感器可以捕捉的光量可以取决于透镜孔径和曝光时间。多年来，由于更好的制造能力和组装技术，透镜孔径(也称为F/#)有所下降，但对于移动设备，透镜孔径已达到大约F/1.8的极限。这限制了例如当视野移动或晃动时的图像质量的考虑。具体来说，曝光时间可能会受到用户保持相机静止的能力和场景中对象的运动的限制。光学图像稳定(OIS)方法可能有助于增加此曝光时间。然
而，这些OIS方法无法影响源自场景中对象运动的“蓝色效应”。
[0008]作为上述约束的结果，曝光时间限制已达到极限并且对于广角透镜来说大约为50毫秒。使用OIS方法可以将其扩展到200至300毫秒，但如前所述，OIS方法无法避免场景中移动对象造成的模糊。在某些情况下，移动设备使用包围(bracketing)方案来捕捉短曝光和长曝光，并且使用来自短曝光的信息来减少长曝光中的运动模糊。
[0009]因此，对曝光时间、透镜孔径和图像传感器尺寸的这些限制限制了相机可以捕捉的光量，并因此限制了相机在噪声、分辨率、动态范围、颜色、和更多方面能够传递的图像质量。
附图说明
[0010]所公开的实施方式具有优点和特征，上述优点和特征将根据具体实施方式、所附权利要求书和附图(或绘图)而变得更加明显。以下是附图的简要介绍。
[0011]图1A和图1B示出了根据实施方式的包含在移动设备中的成像系统。
[0012]图2A至图2C示出了根据实施方式的捕捉外部环境的视图的不同部分的图像的成像系统。
[0013]图2D示出了根据实施方式的视图的各部分的图像。
[0014]图2E示出了根据实施方式的由图2D中的图像形成的外部环境的视图的图像。
[0015]图3示出了根据实施方式的捕捉外壳前面的环境的图像和外壳后面的环境的图像的成像系统。
[0016]图4示出了根据实施方式的被定位成阻挡来自外部环境的光向成像系统的图像传感器传播的反射器。
[0017]图5示出了根据实施方式的将光引向不同的图像传感器的处于不同位置的反射器。
[0018]图6示出了根据实施方式的包括第二相机的成像系统。
[0019]图7示出了根据实施方式的在一侧具有滤光器的双侧反射器。
[0020]图8示出了根据实施方式的双透镜成像系统801。
[0021]图9至图11示出了根据各种实施方式的具有各种滤光器的图像传感器上的像素组。
[0022]图12是示出根据实施方式的用于形成外部环境的视图的组合图像的方法的流程图。
[0023]图13是示出根据实施方式的能够从机器可读介质读取指令并在处理器(或控制器)中执行该指令的示例机器的部件的框图。
[0024]图14A至图14G示出了根据一些实施方式的房屋的组合图像。
[0025]图15示出了根据实施方式的透镜模块和图像传感器的视图。
[0026]图16A和图16B示出了根据一些实施方式的在图像传感器的像素组之上的透镜阵列的透镜。
[0027]图17示出了根据实施方式的图像传感器上的滤色器阵列。
[0028]图18示出了根据实施方式的具有二向色分束器的成像系统的侧视图。
具体实施方式
[0029]附图和以下描述仅通过说明的方式涉及优选的实施方式。应当注意，根据以下讨论，在不脱离所要求保护的原理的情况下，本文中公开的结构和方法的可替选实施方式将易于被认为是可以采用的可行的可替选方案。
[0030]现在将详细参考若干实施方式，这些实施方式的示例在附图中示出。注意，只要可行，相似或类似的附图标记可以在附图中使用并且可以指示相似或类似的功能。附图仅出于说明的目的而描绘了所公开的系统(或方法)的实施方式。本领域技术人员将从以下描述中容易地认识到，在不背离本文描述的原理的情况下，可以采用本文所示的结构和方法的可替选实施方式。
[0031]配置概述
[0032]示例实施方式涉及新型成像系统(也称为图像捕捉组件)，该成像系统显著增加了图像传感器的尺寸但保持成像系统的尺度足够小以至于适配在移动设备中。成像系统可以包括图像传感器、反射器和控制器。反射器可以相对于图像传感器绕轴旋转。反射器将来自外部环境的视图的一部分的光引向图像传感器。控制器可以(例如，经由电机)耦接到图像传感器和反射器。控制器使反射器绕轴旋转，以将来自视图的不同部分的光引向图像传感器。控制器将图像传感器与反射器同步，以捕捉视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种成像系统，包括：图像传感器；反射器，所述反射器能够相对于所述图像传感器围绕轴旋转，所述反射器被配置成将来自外部环境的视图的部分的光引向所述图像传感器；以及控制器，所述控制器耦接到所述图像传感器和所述反射器，所述控制器被配置成：使所述反射器围绕所述轴旋转以将来自所述外部环境的所述视图的多个部分的光引向所述图像传感器；使所述图像传感器与所述反射器同步以捕捉所述外部环境的所述视图的所述多个部分的图像；并且将来自所述图像传感器的图像相组合以形成包括所述外部环境的所述视图的图像。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述反射器和所述图像传感器具有不是1:1的纵横比，并且所述反射器的长轴基本上平行于所述图像传感器的长轴。3.根据权利要求1所述的成像系统，其中，当所述反射器相对于所述图像传感器处于第一旋转位置时，所述视图的第一部分被捕捉，并且当所述反射器相对于所述图像传感器处于不同的第二旋转位置时，所述视图的第二部分被捕捉。4.根据权利要求1所述的成像系统，还包括第二图像传感器，所述第二图像传感器被定位成捕捉所述外部环境的图像，所述图像包括所述外部环境的所述视图的所述多个部分中的两个或更多个。5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述控制器被配置成基于由所述第二图像传感器捕捉的图像将来自所述图像传感器的图像相组合。6.根据权利要求1所述的成像系统，其中，由所述图像传感器捕捉的所述视图的一部分与由所述图像传感器捕捉的所述视图的另一部分具有至少一些交叠。7.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述轴基本上平行于所述图像传感器的传感器平面。8.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述图像传感器具有大于17:9的纵横比。9.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述轴基本上平行于所述图像传感器的较大维度。10.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述反射器是双面的。11.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述反射器包括滤光器。12.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述反射器能够围绕基本上垂直于所述轴的另一轴旋转。13.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述反射器还被配置成沿所述轴移动。14.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述控制器还被配置成使所述反射器围绕所述轴旋转以补偿所述成像系统的运动。15.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述控制器还被配置成使所述图像传感器或透镜模块移动以补偿所述成像系统的运动。16.根据权利要求1所述的成像系统，还包括：所述反射器与所述图像传感器之间的透镜，其中，所述透镜的孔径是不对称的。17.根据权利要求16所述的成像系统，其中，所述透镜的入射光瞳与所述反射器相邻。
18.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述图像传感器包括在一个或更多个像素之上的滤光器。19.根据权利要求1所述的成像系统，还包括：包含所述图像传感器和所述反射器的移动设备的外壳，所述移动设备包括显示器，其中，来自所述外部环境的所述视图的光在被所述反射器引导之前传播通过所述显示器。20.根据权利要求1所述的成像系统，还包括第二反射器，其中，所述第二反射器能够相对于所述图像传感器围绕基本上平行于所述轴的第二轴旋转，其中，所述反射器将光引向所述图像传感器的第一部分，并且所述第二反射器将光引向所述图像传感器的不同的第二部分。21.一种包括所存储的指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令当被执行时使至少一个处理器进行以下操作：使反射器围绕轴相对于图像传感器旋转到第一位置，当所述反射器处于所述第一位置时，所述反射器将来自与外部环境对应的视图的第一部分的光引向所述图像传感器；由所述图像传感器捕捉所述视图的所述第一部分的图像；使所述反射器围绕所述轴相对于所述图像传感器旋转到第二位置，当所述反射器处于所述第二位置时，所述反射器将来自与所述外部环境对应的所述视图的第二部分的光引向所述图像传感器；由所述图像传感器捕捉所述视图的所述第二部分的图像；以及将所述第一部分的图像和所述第二部分的图像相组合以形成与所述外部环境的所述视图对应的组合图像。22.根据权利要求21所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述视图的所述第二部分与所述视图的所述第一部分具有至少一些交叠。23.根据权利要求21所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，将所述第一部分的图像和所述第二部分的图像相组合以形成组合图像的指令包括将所述第一部分的图像和所述第二部分的图像拼接的指令。24.根据权利要求21所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，由所述图像传感器捕捉所述第一部分的图像的指令或由所述图像传感器捕捉所述视图的所述第二部分的图像的指令中的至少一个进一步包括当被所述处理器执行时使所述反射器连续旋转的指令。25.根据权利要求21所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，由所述图像传感器捕捉所述第一部分的图像的指令或由所述图像传感器捕捉所述视图的所述第二部分的图像的指令中的至少一个进一步包括当被所述处理器执行时使所述反射器相对于所述图像传感器保持相对静止的指令。26.根据权利要求21所述的非暂态计算机可读存储介质，其中：所述存储介质还包括捕捉与...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐夫，
申请(专利权)人：玻璃成像公司，
类型：发明
国别省市：