CN103780817B - 摄像组件 - Google Patents

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Abstract

本发明一种摄像组件的实施例，包括第一摄像单元和第二摄像单元：所述第一摄像单元包括第一透镜组件和第一图像传感器，所述第一透镜组件在所述第一图像传感器上呈实像；所述第二摄像单元包括第二透镜组件和第二图像传感器，所述第二透镜组件在所述第二图像传感器上呈实像；所述第一透镜组件到所述第一图像传感器的光路和所述第二透镜组件到所述第二图像传感器的光路有一共享区域。本实施例的有益效果是缩小了总体积。

Description

摄像组件
技术领域
本发明涉及一种摄像组件，尤其是节省空间的、紧凑的摄像组件。
背景技术
专利US20120053407(名称为：Multi-camera endoscope)描述了一种多摄像头的人体内窥镜。图1是已有专利的内窥镜示意图，图中三个摄像头101的主光轴互为90°，通过增加了两个侧面的摄像头从而扩大视野空间。但三个摄像头集成在内窥镜的前端，使内窥镜空间体积难以缩小。用于人体的内窥镜尺寸越大，对人体造成损伤的可能性也更大。长期以来一直希望内窥镜的功能越强但体积却越小。除用于人体的内窥镜，便携式设备、空间紧凑的电子设备也对摄像器件的体积很敏感。
发明内容
本发明的目的是提供一种摄像组件，在集成两个或者两个以上的摄像单元的同时节省体积空间。
一种摄像组件实施例，包括第一摄像单元和第二摄像单元：所述第一摄像单元包括第一透镜组件和第一图像传感器，所述第一透镜组件在所述第一图像传感器上呈实像；所述第二摄像单元包括第二透镜组件和第二图像传感器，所述第二透镜组件在所述第二图像传感器上呈实像；所述第一透镜组件到所述第一图像传感器的光路和所述第二透镜组件到所述第二图像传感器的光路有一共享区域。本实施例的有益效果是缩小了总体积。
以首个实施例为基础，另一实施例还包括：所述第一摄像单元和所述第二摄像单元的主光轴向量之间成90°夹角；还包括第三摄像单元，其主光轴向量与所述第一摄像单元、所述第二摄像单元的主光轴向量都成90°夹角。本实施例的有益效果是：缩小了总体积，可拍摄一个长方体顶角以内的全景图像。
以首个实施例为基础，又一实施例还包括：所述第一摄像单元和所述第二摄像单元的主光轴向量之间成120°夹角；还包括第三摄像单元，其主光轴向量与所述第一摄像单元、所述第二摄像单元的主光轴向量都成120°夹角。本实施例的有益效果是：缩小了总体积，可拍摄360°环形全景图像。
以首个实施例为基础，再一实施例还包括：所述第一摄像单元和所述第二摄像单元的主光轴向量之间成约109.5°夹角；还包括第三摄像单元、第四摄像单元，所有摄像单元两两之间的主光轴向量都成约109.5°夹角。本实施例的有益效果是：缩小了总体积，可拍摄360°立体全景图像。
以上为发明概要，还有其他的发明细节请参考具体实施方式部分。
附图说明
图1是已有专利的内窥镜示意图；
图2是本发明摄像组件第一实施例示意图；
图3是本发明摄像组件第二实施例示意图；
图4是本发明摄像组件第三实施例示意图；
图5是第三实施例的六棱柱镜；
图6是第四实施例四个摄像单元的主光轴布置示意图；
图7是第四实施例摄像单元之一的布局示意图；
图8是第四实施例四个摄像单元的镜头布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来说明本发明的实施方法。
图2所示是本发明摄像组件第一实施例示意图。第一摄像单元包括第一图像传感器201和第一透镜组件，以203为主光轴(common optical axis)分布。所述第一摄像单元的拍摄方向朝向203的箭头方向，本文将带有拍摄方向的主光轴称为主光轴向量。图像传感器为CCD(Charge-coupled Device)图像传感器或者CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)图像传感器等等电子图像传感器。所述第一透镜组件在所述第一图像传感器上呈实像。第二摄像单元包括第二图像传感器202和第二透镜组件，沿主光轴向量204分布，所述第二透镜组件在所述第二图像传感器上呈实像。第一摄像单元和第二摄像单元的部分光路相互交叉重叠，从而使两个摄像单元总的空间体积变小。图2中两个摄像单元的共享区域内还存在一个四棱柱镜(prismsquare)205。第一摄像单元使用四棱柱镜205的上下两个面对光路进行调整，第二摄像单元使用四棱柱镜205的左右两个面对光路进行调整。所述四棱柱镜205的四个面可以磨成需要的曲面。或者根据不同的光学设计，使两个摄像单元的共享区域内没有任何棱柱镜。
所述两个摄像单元还分别具有光路控制开关206、207，所述光路控制开关也可以是快门。当两个摄像单元拍摄图像时，控制所述光路控制开关同一时刻只打开一路光路，避免另外一个光路中光线的散射干扰，以便在图像传感器201或202上呈一个清晰的实像。
本实施例中第一摄像单元和第二摄像单元的主光轴向量夹角是90°。其实，透镜组件和图像传感器越小、或它们的间距越大，第一摄像单元和第二摄像单元的主光轴向量夹角可以更大或更小，例如为45°-135°之间的任一角度。
图3所示是本发明摄像组件第二实施例示意图。图中主体是一个内窥镜的端头301，其上有三个摄像单元，它们的主光轴向量互为90°。所述三个摄像单元分别为：第一摄像单元、第二摄像单元、第三摄像单元，它们的镜头分别为302、303、304，它们的图像传感器分别为：305、306、307。只要三个摄像单元的视角足够宽，例如视角超过90°，本实施例就可拍摄一个长方体顶角以内的全景图像，如同在房间一角落看到的房内全景图像。所述三个摄像单元的镜头和图像传感器合围区域是一个共享区域。因此，本实施例的摄像组件比已经公开的专利US20120053407的三个独立的摄像头具有更小的总体积。同样，本实施例的三个摄像单元均具有光路控制开关或者快门，避免其它摄像单元光路来的光线散射干扰。
本实施例中第一、二、三摄像单元的主光轴向量相互之间的夹角是90°。第一、二、三摄像单元的主光轴向量夹角还可以更大或更小，例如在45°-105°之间的任一角度。
图4所示是本发明摄像组件第三实施例示意图。三个摄像单元的主光轴向量分别为401、402、403，它们在同一个平面内，并相互成120°夹角。所述三个摄像单元的透镜组件分别为404、405、406，所述三个摄像单元的图像传感器分别为407、408、409。所述三个透镜组件为广角镜头，本实施例摄像组件可以在所述平面内进行360°覆盖，可拍摄环形全景图像，每个摄像单元至少覆盖120°的视角。所述三个摄像单元的透镜组件和图像传感器合围区域是共享区域。所述三个摄像单元的光路控制开关或者快门分别为410、411、412。
本实施例中第一、二、三摄像单元的主光轴向量相互之间的夹角是120°。第一、二、三摄像单元的主光轴向量夹角还可以更小，例如在105°-120°之间的任一角度。
另一实施方式，图4实施例的共享区域中还可以放置一个如图5所示的六棱柱镜(prism hexagon)。六个侧面中相对的两个面501、502用于其中一个摄像单元的光路。所述面501、502可以磨成需要的曲面。所述六棱柱镜的其他侧面依次类推。
又一实施方式，图4中还可以增加第四摄像单元(图中未示出)，其主光轴向量垂直于纸面，和已有的三条主光轴向量401、402、403相垂直并交汇。第四摄像单元提供了额外的视角。所述四个摄像单元也有共享区域，节省了总的空间体积。又一实施方式，所述共享区域内也可以放置如图5所示的六棱柱镜，第四摄像单元使用所述六棱柱镜的上下两个面503、504进行光路调整，所述面503、504可以磨成需要的曲面。
上述实施例中的四个摄像单元的任意两个或者任意三个都可以构成本发明的摄像组件，提高了空间利用效率，缩小了总的体积。
图6所示是本发明摄像组件第四实施例四个摄像单元的主光轴布置示意图。四个摄像单元的主光轴向量601、602、603、604为从正四面体的中心点到各个顶点的向量，它们两两之间的夹角是约109.5°左右(更精确一些，是109.4712°)。
图7所示是本发明摄像组件第四实施例摄像单元之一的布局示意图。所示摄像单元由图像传感器702和透镜组件701构成，沿主光轴向量601布置，其拍摄方向朝向601的箭头方向。为便于说明，在正四面体内绘出垂直于四条主光轴向量601、602、603、604的八个平面，八个平面两两平行，它们合围的区域构成一个正八面体ABCDEF。透镜组件701的主平面(Principalplanes)和面ABC接近并平行，图像传感器702和面DEF接近并平行。面ABC、面DEF都与主光轴向量601垂直。
图中为了清晰表示一个摄像单元的透镜组件和图像传感器的位置，另外三个摄像单元没有画出。它们分别沿主光轴向量602、603、604分布，它们的拍摄方向朝向602、603、604的箭头方向。它们中的一个摄像单元的透镜组件的主平面和面CEF接近并平行，其图像传感器和面ABD接近并平行；另一个摄像单元的透镜组件的主平面和面BDE接近并平行，其图像传感器和面ACF接近并平行；最后一个摄像单元的透镜组件的主平面和面ADF接近并平行，其图像传感器和面BCE接近并平行。所述四个摄像单元的共享区域大致在正八面体ABCDEF以内。
图8是第四实施例四个摄像单元的镜头布局示意图。图中示出了四个摄像单元的透镜组件801、802、803、804。它们的主光轴向量分别为图7中的601、602、603、604。只要四个摄像单元的取景视角足够广，例如取景视角达到或者超过109.5°，则四个摄像单元的组合可以拍摄到360°的立体全景图像。本实施例的一次拍摄表示各个摄像单元在短时间之内依次拍摄一幅图像。通过数字图像处理，对所述四个摄像单元一次拍摄的图像进行合并、拼接，生成全景图。就可以得到任一方向或视角的图像。
如果四个摄像单元的广角度不足以一次拍摄而得到全景图像，但它们在空间上覆盖四个等角度差的不同方向，从而避免出现大的单一盲区。当本摄像组件以不同的转动方向拍摄多次图像时，可以通过数字图像处理来合并、补充单次拍摄时留下的盲区，从而提高获得全景图像的机会。在摄像单元广角度不够的情况下，本实施例通过动态方向拍摄更有利于获取全景图像。
上述实施例中的四个摄像单元的任意两个或者任意三个都可以构成本发明的摄像组件，提高了空间利用效率，缩小了总的体积。
本发明摄像组件尤其适合于需要小型化/微型化的摄像系统，例如，用于人体的内窥镜、口服式的照相胶囊、便携装置或者空间紧凑的电子设备。将本发明用于人体内窥，需要有照明装置辅助。更佳地，所述照明装置为LED冷光源。更佳地，所述照明装置为闪烁照明设备。更佳地，各个摄像单元具有单独的照明装置。如果摄像单元的照明装置可控制绝大部分光线照射在自己的摄像区域，很少量光线进入其他摄像单元的镜头，则前面所述光路控制开关也可以不设置。在这种情况下摄像单元可选用电子快门，不同于传统的物理快门。
因为镜头的设计，一般会有或多或少的成像失真。本发明又一实施方式，透镜组件设计中尽量缩小摄像组件的总体积，但成像失真可能会变得更差，所述成像失真通过计算机图像处理方式进行修正。本发明也可以在缩小总体积和成像失真之间折中，只要最终获得的图像质量满足要求。
任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于内窥镜的摄像组件，包括第一摄像单元，所述第一摄像单元包括第一透镜组件和第一图像传感器，所述第一透镜组件在所述第一图像传感器上呈实像；还包括第二摄像单元，所述第二摄像单元包括第二透镜组件和第二图像传感器，所述第二透镜组件在所述第二图像传感器上呈实像；还包括第三摄像单元，所述第三摄像单元包括第三透镜组件和第三图像传感器，所述第三透镜组件在所述第三图像传感器上呈实像；还包括第四摄像单元，所述第四摄像单元包括第四透镜组件和第四图像传感器，所述第四透镜组件在所述第四图像传感器上呈实像；其特征在于：
所述第一透镜组件到所述第一图像传感器的光路、所述第二透镜组件到所述第二图像传感器的光路、所述第三透镜组件到所述第三图像传感器的光路和所述第四透镜组件到所述第四图像传感器的光路交叉有一共享区域；
所述四个摄像单元的主光轴向量两两之间的夹角为正四面体的中心点到各个顶点的向量两两之间的夹角；
所述第一摄像单元、所述第二摄像单元、所述第三摄像单元、所述第四摄像单元分别具有一个光路控制开关；所述四个光路控制开关用于同一时刻只打开一路光路。
2.如权利要求1所述的摄像组件，其特征在于：所述第一摄像单元的所述光路控制开关安装于所述第一透镜组件一侧；所述第二摄像单元的所述光路控制开关安装于所述第二透镜组件一侧；所述第三摄像单元的所述光路控制开关安装于所述第三透镜组件一侧；所述第四摄像单元的所述光路控制开关安装于所述第四透镜组件一侧。
3.如权利要求1所述的摄像组件，其特征在于：所述共享区域有一棱柱镜，所述第一摄像单元、所述第二摄像单元、所述第三摄像单元和所述第四摄像单元的光路通过所述棱柱镜。
4.如权利要求1-3中任一项所述的摄像组件，其特征在于：所述各个摄像单元具有单独的照明装置。
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