成像设备及成像方法技术

本发明专利技术提供了一种成像设备及成像方法。成像设备包括成像元件部、成像光学系统、透过/遮挡部、致动器和输出部。成像元件部包括多个像素，以及成像光学系统在成像元件部上形成图像，该图像由来自外部的电磁波形成。透过/遮挡部对成像元件部透过和遮挡电磁波，该透过/遮挡部被置于成像光学系统中的孔径光阑位置处。致动器在透过状态与遮挡状态之间反复驱动透过/遮挡部。输出部产生图像信号输出，该图像信号输出是当透过/遮挡部处于透过状态时来自成像元件部的像素输出与当透过/遮挡部处于遮挡状态时来自成像元件部的像素输出之间的差分信号。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种适于从诸如红外线的电磁波获取图像的成像设备。
技术介绍
已提出了一种红外成像设备(例如，热成像设备)，其使用各自作为红外检测像素的红外传感器对目标物体成像，并测量物体温度。作为一个实例，见日本专利申请公开第2004-317152 号。该红外成像设备由镜头和成像元件构成，它们各自均是非常昂贵的装置。尤其是预计所使用的镜头将是由Ge (锗)、ZnS (硫化锌)、Si (硅)或其他在红外波长区域具有良好透射率的材料制成的非常昂贵的镜头组。作为一个实例，一片Ge镜头成本为10，000到50，000日元，且该镜头以两至五片为一组来使用。因此，仅镜头的总成本就有20，000到250，000日元，尽管价格取决于所期望的分辨率。目前的Ge镜头使用作为稀有金属且很难在市场上见到的锗，且因此，该材料的价格非常昂贵，可能是50，000到180,000日元/千克。作为一种替代型镜头材料，例如，不太昂贵的ZnS (硫化锌)是可行的。然而，ZnS确实价格上更便宜，但在加工方面产量很少。这导致了更高的加工成本，且最终的ZnS镜头成本与Ge镜头几乎相同。至于Si镜头，其价格比Ge镜头便宜，但其由于远红外辐射区(8到14 μ m)中减小的透射率而不适合用于热成像技术。因此，不使用稀有材料、成本低以及即使在远红外辐射区也具有保持相同的透射率的镜头尚未上市。即，如上所述，尚未提出一种在使用一般的太赫兹波的成像设备(即，典型远红外热成像仪)中使用的廉价镜头。在红外成像设备中，使用的成像元件被称为微测辐射热计，且位于支撑空腔内的每个VOx (氧化钒)制成的像素的中空结构中。中空结构的原因是因为红外传感器各自均是热敏感型，且VOx具有低温度系数电阻(TCR) α。这使得相对于噪声水平的比率(S/N比；信噪比)降低，因为例如电路系统本身会发热。因此，对于绝热，没有替代方法只能用中空结构。因此，微测辐射热计是产量非常低且价格非常昂贵的装置。此外，针对用于由VOx制成的像素，期望微测辐射热计通过溅射、气相淀积、或其他不同于制造布线图形和电路的半导体工艺的工艺方法来制造。这是因为用于中空结构的刻蚀工艺采用半导体工艺不能良好进行，从而也导致了微测辐射热计的价格上涨。在目前情况下，这种高成本结构的红外成像设备若分辨率低，则价格为约600，000日元，以及若分辨率高，则价格为约9，000，000日元。因此，目前市场上可用的红外成像设备仅针对工业用途，且市场上尚未创造出供消费者使用的红外成像设备。使用太赫兹波的不用于远红外热成像的成像设备处于与热成像设备类似的情况下，且有时比热成像设备更加昂贵。目前的远红外热成像具有有限的使用范围，例如，用于工业用途的设施的温度管理，用于安全/保险措施的物体温度检测，用于夜间人体检测的豪华车中配备的夜视系统，用于医疗用途的体温检测。全球出货的成像设备的单元数量保持在每年约10，000到20，000。另外，事实是几乎不生产使用太赫兹波的成像设备。为实现比之前的成像设备(例如，红外成像设备(热成像设备)和使用太赫兹波的成像设备)成本更低的红外传感器，例如，使用热电元件是可行的。使用用于远红外检测的热电元件的实例包括自动门、空调和在电视机前用于人体检测的人体检测传感器。这里的问题是，在以往这种使用热电元件的红外传感器中，使用的热电元件的数量为一到四个左右。因此，红外传感器距离对被摄体成像还相差甚远，且仅能检测到是否有人在其前方走过。这是因为热电元件的输出根据温度变化来显示改变，且因此，若物体不动，则热电元件无法检测到该物体。因此，对于采用使用热电元件的成像器来成像，期望使用光斩波器来提供斩波功能，即，周期性释放和遮挡成像器的整个表面。如图16示例性所示，光斩波器101作为遮光部件被配置在使用热电元件的成像器(成像元件)103前方。光斩波器101形状为圆形且形成有孔102。光斩波器101绕光轴(SP，由长短交替的虚线表示的中心线)旋转，使得允许光L到达成像器103或在到达成像器103之前被遮挡。因此，利用入射光L，可通过由成像器103的热电元件的输出来获得被摄体图像。如果是这种配置，然而，光斩波器101本身尺寸很大，这根据图16显而易见，且由于光斩波器101是旋转的，所以与光L从其到来以进行成像的区域相比，期望有非常大的空间。
技术实现思路
因此，期望提供一种成像设备，其配置致使进一步的尺寸减小。根据本公开实施方式的成像设备包括成像元件部，其被配置为包括多个像素；成像光学系统，其被配置为在成像元件部上形成图像，该图像由来自外部的电磁波形成；透过/遮挡部，其被配置为对成像元件部透过和遮挡电磁波，该透过/遮挡部被置于成像光学系统中的孔径光阑(aperture stop)位置处；致动器，其被配置为在透过状态与遮挡状态之间反复驱动透过/遮挡部；以及输出部，其被配置为产生图像信号输出，该图像信号输出是当透过/遮挡部处于透过状态时来自成像元件部的像素输出与当透过/遮挡部处于遮挡状态时来自成像元件部的像素输出之间的差分信号。根据本公开实施方式的成像方法用于一种成像设备，该成像设备包括成像元件部，其被配置为包括多个像素；以及成像光学系统，其被配置为在成像元件部上形成图像，该图像由来自外部的电磁波形成。该方法包括在透过状态与遮挡状态之间反复驱动透过/遮挡部，该透过/遮挡部被置于成像光学系统中的孔径光阑位置处，且该透过/遮挡部对成像元件部中的像素透过和遮挡电磁波；以及产生图像信号输出，该图像信号输出是当透过/遮挡部处于透过状态时来自成像元件部的像素输出与当透过/遮挡部处于遮挡状态时来自成像元件部的像素输出之间的差分信号。根据本公开的实施方式，被配置为对成像元件部中的像素透过/遮挡电磁波的透过/遮挡部被配置在成像光学系统中的孔径光阑位置处。孔径光阑位置是来自各个视角的入射光通量主要聚集的地方。采用这种被配置在孔径光阑位置处的透过/遮挡部，所获得的小尺寸的透过/遮挡部可提供有效的透过和遮挡状态。注意，孔径光阑位置位于孔径光阑在成像光学系统中形成的区域附近，并且也是来自各个视角的入射光通量主要聚集的地方。“配置在孔径光阑位置处”的表述是指透过/遮挡部被配置为不经由任何其他光学元件而与各自作为孔径光阑的部件相邻，或者透过/遮挡部的一部分与孔径光阑部件相结合。根据本公开的实施方式，小尺寸的透过/遮挡部可对成像元件部透过/遮挡电磁波。这实现了例如其中成像元件部作为热电元件的成像设备的相当大的尺寸减小。附图说明如附图所示，根据对其最佳模式实施方式的以下详细描述，本公开的这些和其他目标、特征及优势将变得更加明显。图1A和图1B分别是示出根据本公开第一实施方式的成像光学系统的示意图；图2是示出第一实施方式中的移动狭缝板的示意图；图3A至图3C分别是示出第一实施方式中的移动狭缝板被配置在孔径光阑位置处的布局的示意图；图4是示出第一实施方式中的成像设备的配置的框图；图5是示出第一实施方式中来自热电元件的输出信号的曲线图；图6A和图6B分别是示出第二实施方式中的成像光学系统的示意图；图7A和图7B分别是示出第三实施方式中的成像光学系统的示意图；图8A和图SB分别是示出第四实施方式中的成像光学系统的示意图；图9A和图9B分别是示出第五实施方式中的成像光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像设备，包括：成像元件部，其被配置为包括多个像素；成像光学系统，其被配置为在所述成像元件部上形成图像，所述图像由来自外部的电磁波形成；透过/遮挡部，其被配置为对所述成像元件部透过和遮挡电磁波，所述透过/遮挡部被置于所述成像光学系统中的孔径光阑位置处；致动器，其被配置为在透过状态与遮挡状态之间反复驱动所述透过/遮挡部；以及输出部，其被配置为产生图像信号输出，所述图像信号输出是当所述透过/遮挡部处于透过状态时来自所述成像元件部的像素输出与当所述透过/遮挡部处于遮挡状态时来自所述成像元件部的像素输出之间的差分信号。

【技术特征摘要】
2011.10.25 JP 2011-2336871.一种成像设备，包括: 成像元件部，其被配置为包括多个像素； 成像光学系统，其被配置为在所述成像元件部上形成图像，所述图像由来自外部的电磁波形成； 透过/遮挡部，其被配置为对所述成像元件部透过和遮挡电磁波，所述透过/遮挡部被置于所述成像光学系统中的孔径光阑位置处； 致动器，其被配置为在透过状态与遮挡状态之间反复驱动所述透过/遮挡部；以及输出部，其被配置为产生图像信号输出，所述图像信号输出是当所述透过/遮挡部处于透过状态时来自所述成像元件部的像素输出与当所述透过/遮挡部处于遮挡状态时来自所述成像元件部的像素输出之间的差分信号。2.根据权利要求1所述的成像设备,其中， 所述透过/遮挡部被形成为包括多个狭缝板。3.根据权利要求1所述的成像设备,其中， 所述透过/遮挡部被形成为包括固定狭缝板和移动狭缝板，所述移动狭缝板被所述致动器反复驱动。4.根据权利要求3所述的成像设备，其中， 所述移动狭缝板包括多个移动狭缝板。5.根据权利要求3所述的成像设备，其中， 所述移动狭缝板包括多个移动狭缝板，所述多个移动狭缝板彼此以相反相位被反复驱动。6.根据权利要求3所述的成像设备，其中， 所述固定狭缝板被配置为还用作所述成像光学系统中的孔径光阑。7.根据权利要求2所述的成像设备，其中， 所述透过/遮挡部中的所述多个狭缝板全部是移动狭缝板，所述移动狭缝板被所述致动器反复驱动。8.根据权利要求7所述的成像设备，还包括: 多个移动狭缝板，所述多个移动狭缝板彼此以相反相位被反复驱动。9.根据权利要求1所述的成像设备,其中， 所述致动器是洛伦兹力致动器、聚合物致动器、电磁致动器和压电致动器中的任何一种。10.根据权利要求1所述的成像设备，其中， 所述致动器是使用双压电晶片压电元件的压电致动器，以及 所述双压电晶片压电元件被形成为包括: 中心电极，其连接至所述透过/遮挡部，所述中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：矶部裕史，椛泽秀年，齐藤政宏，若林稔，新仓英生，三谷论司，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：