具有双模式的光场光学图像系统技术方案

一种具有双模式的光场光学图像系统，包括主透镜(103)、微透镜阵列(102)、图像传感器(101)和第一致动器(201)，第一致动器(201)被配置为使图像传感器(101)与微透镜阵列5(102)在至少两种不同的光学配置之间切换，包括：光场配置，其中图像传感器(101)与微透镜阵列(102)分开第一距离(107a)，这允许图像传感器(101)捕获光场图像；以及2D成像配置，其中图像传感器(101)与微透镜阵列(102)分开第二距离(107b)，该第二距离小于第一距离(107a)，这允许图像传感器(101)避免光场效应。该系统还可以包括第二致动器(202)，第二致动器(202)被配置为在垂直于图像传感器(101)的方向(302)上将图像传感器(101)和微透镜阵列(102)移动得更靠近或更远离主透镜(103)。更靠近或更远离主透镜(103)。更靠近或更远离主透镜(103)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有双模式的光场光学图像系统


[0001]本专利技术涉及光场图像设备，诸如全光相机，并且更具体地涉及使得能够在光场模式和2D全分辨率模式之间改变相机成像模式的光场光学图像系统；以及为2D全分辨率模式机械地聚焦图像或采用光场模式与2D全分辨率模式之间的中间权衡的可能性。

技术介绍

[0002]光场相机是一种成像设备，其不仅能够捕获场景的空间信息，而且还能够捕获场景的角度信息。这种捕获的信息被称为“光场”，其可以被表示为四维函数LF(px,py,lx,ly)，其中px和py表示光线到达传感器的方向，并且lx，ly表示光线的空间位置。
[0003]光场信息可能以不同的方式被捕获。全光相机通常由放置在图像传感器前面的微透镜阵列构成。微透镜阵列是微光学结构中的常见元件，其用途在广泛的应用中得到延伸，尤其是在图像和照明领域。更具体而言，微透镜阵列被放置在主透镜和传感器之间。这个系统等同于从几个视点捕获场景(所谓的全光视图)。另一个能够捕获光场的系统可以由几个相机的阵列形成。由光场相机获取的信息允许计算关于场景的不同物体的深度(即，物体和相机之间的距离)的信息，计算深度的信息在光场中被隐含地捕获。全光相机的这种能力承担了(entail)与生成深度图和3D成像相关的广泛应用。
[0004]但是，全光相机有不同的局限性。作为示例，由于使用微透镜阵列而引起的影响全光相机的现有限制是横向分辨率的降低(全光相机的分辨率变成微透镜阵列的分辨率，请记住每个微透镜具有几个像素，因此该分辨率远小于传感器的分辨率。
[0005]为了解决这个限制，当不需要光场信息时，能够在光场相机模式(或深度模式)与全分辨率模式(或2D成像模式)之间切换是有用的。
[0006]但是，一旦相机在全分辨率模式下工作，就不可能从现实世界的物体计算深度或对图像进行后期处理以进行数字自动对焦，如可以被光场相机所做到的。后一个问题可以通过引入机械自动对焦以将图像充分聚焦在传感器上来解决。通常，自动对焦功能传统上是通过在光轴上靠近或远离传感器地移动主透镜来执行的。
[0007]本专利技术解决了上面提到的问题，提供了一种能够在光场模式和全分辨率模式两种模式下都工作的相机，并且还可选地提供机械对焦功能(或自动对焦)以便在全分辨率模式下工作时实现期望的功能。

技术实现思路

[0008]本专利技术涉及一种具有双模式的光场光学成像系统，一种既可以作为2D全分辨率相机又可以作为光场相机工作的双模相机。
[0009]在实施例中，聚焦(或自动对焦)功能与双模相机相结合。在这种情况下，双致动器机构被用于(i)在深度模式(即，光场模式)与全分辨率模式(即，2D成像模式)之间切换，以及(ii)聚焦图像(包括自动对焦机构)。通过移动图像传感器和微透镜阵列同时维持主透镜固定来执行聚焦。
[0010]本专利技术的光场光学图像系统包括主透镜、微透镜阵列、图像感测器及第一致动器，所述第一致动器被配置为造成图像感测器与微透镜阵列之间的相对位移以在至少两种不同的光学配置之间切换，所述光学配置包括：
[0011]‑
光场配置，其中图像传感器和微透镜阵列分开允许图像传感器捕获光场图像的第一距离。
[0012]‑
2D成像配置，其中图像传感器和微透镜阵列分开小于第一距离的第二距离，这允许图像传感器避免光场效应。
[0013]在实施例中，第一致动器被配置为造成图像传感器与微透镜阵列之间的相对位移，以在两个极端光学配置(光场配置和2D成像配置)与所述极端配置之间的一个或多个中间位置之间切换(折衷)，其中在所有可能的中间位置中，图像传感器和微透镜阵列分开包括在第一距离和第二距离之间的距离。
[0014]在实施例中，该系统还包括聚焦功能，所述聚焦功能借助于第二致动器实现，该第二致动器被配置为在垂直于图像传感器的方向上移动图像传感器和微透镜阵列(同时保持其相对距离不变)更靠近或更远离主透镜。这个实施例提供以下优点：在2D全分辨率模式下，它允许将物体世界的感兴趣区域聚焦在图像传感器之上；而在光场模式中，将物体世界的感兴趣区域聚焦在微透镜阵列之上允许附加应用，例如计算所述感兴趣区域周围物体的深度。
[0015]第一和第二致动器优选地通过以下MEM中的任何MEM的组合来实现：电容性MEMS致动器(诸如梳状驱动致动器)、热MEMS致动器或压电悬臂梁。
[0016]第一致动器优选地被配置为在垂直于图像传感器的方向上移动第一元件，第一元件是图像传感器或微透镜阵列。
[0017]在实施例中，第一致动器可以包括附接到第一元件的移动部分和附接到第二元件的固定部分，第二元件是图像传感器或微透镜阵列，第二元件与第一元件不同。第一致动器可以被实现为电容式MEMS致动器，并且优选地是梳状驱动致动器。第一致动器可以包括至少一个恢复弹簧，该恢复弹簧被配置为引导第一元件的移动，并且当第一致动器未被激活时将第一元件相对于第二元件恢复到初始位置。
[0018]在另一个实施例中，第一致动器是热MEMS致动器，包括用于支撑第一元件的基座，以及将基座的相对两侧与锚连接的多个保持器，保持器由受热膨胀的材料制成并形成相对于基座的角度，使得被驱动通过锚的电流生成保持器的热膨胀，该热膨胀在垂直于图像传感器的方向上移动第一元件。
[0019]在又一个实施例中，第一致动器包括多个压电悬臂梁，每个压电悬臂梁包括在第一端固定到框架的第一叶片和固定到第一叶片的第二端的第一负载，其中第一叶片包括电连接到框架的压电层、在压电层顶部的无源层和沉积在第一叶片的第二端处的区域上的无源层之上的金属材料层，其中第一负载连接到第一元件使得施加到压电层的电压造成第一元件在垂直于图像传感器的方向上移动。第一致动器的每个压电悬臂梁可以包括在第一端固定到第一负载的第二叶片，以及固定到第二叶片的第二端并连接到第一元件的第二负载。第一致动器优选地包括接触第一元件的每一侧的四个压电悬臂梁。
[0020]在又一个实施例中，第一致动器包括连接到第一元件的至少一个电容式MEMS致动器，以及被配置为引导第一元件的移动并且当第一致动器未被激活时将第一元件恢复到初
始位置的至少一个恢复弹簧。第一致动器可以包括通过恢复弹簧串联连接的多个电容式MEMS致动器。
[0021]第二致动器可以被实现为针对第一致动器描述的任何实施例：热MEMS致动器、一个或多个压电悬臂梁、或一个或多个电容式MEMS致动器。
[0022]本专利技术还涉及一种包括光场光学成像系统的全光相机。
附图说明
[0023]附图图示了几个实施例。与描述一起，它们允许解释本专利技术的实施例的原理。本领域技术人员将认识到附图仅仅是示例性的，而不以任何方式限制本专利技术的范围。
[0024]图1是描绘现有技术中已知的典型光场相机的基本元件的示意图。
[0025]图2A和2B表示描绘根据本专利技术的不同实施例的光场光学图像系统的主要元件的框图，包括第一致动器(图2A)和第二致动器(图2B)。
[0026]图3描绘了使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光场光学图像系统，包括：主透镜(103)；微透镜阵列(102)；图像传感器(101)；第一致动器(201)，被配置为造成图像传感器(101)与微透镜阵列(102)之间的相对位移以在至少两种不同的光学配置之间切换，所述至少两种不同的光学配置包括：
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光场配置，其中图像传感器(101)与微透镜阵列(102)分开第一距离(107a)，这允许图像传感器(101)捕获光场图像；以及
‑
2D成像配置，其中图像传感器(101)与微透镜阵列(102)分开第二距离(107b)，该第二距离小于第一距离(107a)，这允许图像传感器(101)避免光场效应。2.如权利要求1所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)被配置为在垂直于图像传感器(101)的方向(302)上移动第一元件，该第一元件是图像传感器(101)或微透镜阵列(102)。3.如权利要求2所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)包括附接到第一元件的移动部分和附接到第二元件的固定部分，第二元件是图像传感器(101)或微透镜阵列(102)，第二元件与第一元件不同。4.如权利要求3所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)是电容式MEMS致动器。5.如权利要求4所述的光场光学图像系统，其中电容式MEMS致动器是梳状驱动致动器(500)。6.如权利要求4
‑
5中的任一项所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)包括至少一个恢复弹簧(504)，所述至少一个恢复弹簧(504)被配置为：引导第一元件的移动，以及将第一元件相对于第二元件恢复到当第一致动器(201)未被激活时的初始位置。7.如权利要求2所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)是热MEMS致动器，包括：基座(601)，用于支撑第一元件；多个保持器(603)，将基座(601)的两个相对侧与锚(602)连接，保持器(603)由受热膨胀的材料制成并形成相对于基座(601)的角度，使得被驱动通过锚(602)的电流生成保持器(603)的热膨胀，这使第一元件在垂直于图像传感器(101)的方向(302)上移动。8.如权利要求2所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)包括多个压电悬臂梁(700)，每个压电悬臂梁包括在第一端固定到框架(701)的第一叶片(702)和固定到第一叶片(702)的第二端的第一负载(706)，其中第一叶片(702)包括电连接到框架(701)的压电层(703)、在压电层(703)顶部的无源层(704)和沉积在第一叶片(702)的第二端处的区域上的无源层(704)之上的金属材料层(705)，其中第一负载(706)连接到第一元件，使得施加到压电层(703)的电压造成第一元件在垂直于图像传感器(101)的方向(302)上的移动。9.如权利要求8所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)的每个压电悬臂梁(700)包括在第一端固定到第一负载(706)的第二叶片(708)和固定到第二叶片(708)的第
二端并连接到第一元件的第二负载(707)。10.如权利要求8至9中的任一项所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)包括接触第一元件的每一侧的四个压电悬臂梁(700)。11.如权利要求2所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)包括：至少一个电容式MEMS致动器，连接到第一元件；以及至少一个恢复弹簧(504)，被配置为：引导第一元件的移动，以及当第一致动器(201)未被激活时将第一元件恢复到初始位置。12.如权利要求11所述的光场光学图像系统，其中第一致动器(201)包括通过恢复弹簧(504)串联连接的多个电容式MEMS致动器(902、904)。13.如前述权利要求中的任一项所述的光场光学图像系统，还包括第二致动器(202)，所述第二致动器(202)被配置为使图像传感器(101)和微透镜阵列(102)在垂直于图像传感器(101)的方向(302)上移动得更靠近或更远离主透镜(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：弗托斯传感与算法公司，
类型：发明
国别省市：