CN106576144A - 用于检测对象区域的装置及方法 - Google Patents

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CN106576144A CN201580037312.2A CN201580037312A CN106576144A CN 106576144 A CN106576144 A CN 106576144A CN 201580037312 A CN201580037312 A CN 201580037312A CN 106576144 A CN106576144 A CN 106576144A
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Abstract

本发明涉及一种用于感测对象区域(12；12’)的装置(10)，其包含平坦壳体。所述壳体具有第一主面(14)、第二主面(16)、边缘面(18a)，以及具有被布置为侧向地彼此相邻且面向边缘面(18a)的多个光通道(24a；24b)的多孔径设备(22)，其中每个光通道(24a；24b)被设计为用于通过边缘面(18a)或沿着上述光通道(24a；24b)的光轴(32a；32b)感测对象区域(12；12’)的局部区域(26a；26b；26’a；26’b)，其中光轴在壳体内的侧向路径与壳体外的非侧向路径之间偏折，其中光通道(24a；24b)的局部区域(26a；26b；26’a；26’b)覆盖对象区域(12；12’)。

Description

用于检测对象区域的装置及方法
技术领域
本发明涉及用于检测对象区域的装置。
背景技术
现今，许多移动电话或智能手机装有至少两个相机模块。一个相机模块往往包括用于检测对象区域的局部区域的正好一个光通道。例如，可被优化用于捕捉照片或视频的主相机位于装置的背对用户的正面或第二主面上，并且，在装置的面向用户的背面或第一主面上装有可被优化(例如)用于视频电话的副相机。因此，可检测两个相互独立的对象区域：面向壳体正面的第一对象区域以及面向背面的第二对象区域。出于说明的目的，图11分别示出根据在先技术的智能手机中的传统相机以及两个相机模块(以圆圈表示，副相机(视频电话)在左，主相机(照相机)在右)。
在日益小型化的期间，一个主要设计目标在于减小智能手机或移动电话的厚度。在此，随着一个相机模块和多个相机模块的集成将分别产生问题：由于用于具有侧向尺寸X(在x方向上延伸)以及Y(在y方向上延伸)的每个给定的相机模块的光学器件的物理规律，对整个相机模块的高度Z(在z方向上延伸)，造成最小限制。例如，当沿智能手机或移动电话的厚度定向高度Z时，此高度Z确定整个装置的最小厚度。换言之，相机往往决定智能手机的最小厚度。
用于减小相机的安装高度的选项是包括多个并列的成像通道的多孔径相机的使用。在此，使用超分辨率方法，借以可将安装高度减半。基本上，已知两个原理：其基于一方面光通道各自传输整个视场(Pelican Imaging,i.a.WO 2009151903 A3,TOMBO日本)且另一方面仅成像全部视场的局部区域(DE102009049387以及基于其的申请DE102013222780)。
多孔径设备可包括具有每通道一个图像传感器区域的图像传感器。多孔径设备的光通道用于将对象区域的局部区域投影至各个图像传感器区域上，且为此包括光学元件或成像光学器件，例如透镜、偏心透镜的部分或具有光学中心的自由曲面。
另外，利用单个相机模块以及由此的单个光通道，不可能获得关于由其检测到的对象区域的深度信息。为此，需要至少两个相机模块，其中随着相机模块相对于彼此的距离的增大，可最大化深度分辨率。当使用具有超分辨率以及线性的通道布置的多孔径相机(再次参见DE102009049387以及基于其的申请DE102013222780)时，可减小最小安装高度Z。在此，然而，小型化取决于通常不超过2的超分辨率因子。
多个相机模块的集成需要额外空间，例如，当在很多常用智能手机中将相机模块合并在面向用户的背面以检测例如面向背面的对象区域时，此额外空间已经受到在壳体同侧的屏幕的额外集成的限制。
另外，基本上可以通过降低个别相机光学器件的焦距f来降低个别相机光学器件的安装高度Z。然而，本领域技术人员已知，此方法在降低像素尺寸或降低像素数量时仅导致关于分辨率和/或图像噪声的成像质量的下降。
发明内容
因此，本发明的目标在于提供具有减小的厚度和相同的成像质量的装置或具有相同的厚度和更高的成像质量的装置。
此目标通过独立权利要求的主题得以实现。
本发明的核心理念为如下发现：用于检测对象区域的装置可以被制成更薄，或当具有相似的厚度时可提高成像质量，其中对于每个通道，通过装置的侧面(边缘面)或沿着在壳体内的侧向路径与壳体外的非侧向路径之间偏折的各个光轴，执行对象区域的各个局部区域的检测。每个通道沿深度(z)方向的延伸基本上可被布置为平行于主面(如用于对象检测的装置的正面或背面)，以使得用于对象检测的装置的厚度可受相机模块的沿x或y方向的延伸的影响并可独立于相机模块的沿z方向的延伸。
根据实施例，包括至少两个光通道及被各自分配给各个光通道的一个光轴的多孔径设备被布置在包括至少一个侧面以及第一主面和第二主面的用于对象检测的装置中，以使得通过侧面可执行对象区域的局部区域的检测。如果在侧向路径和非侧向路径之间偏折光轴，对象区域可面向例如第一主面或第二主面。
其他有利的实施为从属权利要求的主题。
附图说明
下面将参照附图讨论本发明的优选实施例，它们示出：
图1为包括具有两个光通道的多孔径设备的用于检测对象区域的装置的示意性透视图；
图2为包括具有四个光通道的多孔径设备的用于检测对象区域的装置的示意性透视图；
图3a为具有呈线形结构的多个光通道及图像传感器区域的多孔径设备的示意性俯视图；
图3b为用于检测对象区域的光通道的二维布置的示意性说明，其中图像传感器区域的布置对应于对象区域内的局部区域的位置；
图4a示出分别为图3a的多孔径设备的区段或部分的示意性俯视图；
图4b为图4a的部分的示意性俯视图，其中光通道具有垂直于线方向的侧向偏移，以使得个别光通道的图像传感器区域布置在垂直于该线方向的同一位置；
图4c为在根据图4b的布置中的具有以不同距离彼此相距的多个图像传感器区域的基板的示意性俯视图；
图4d为具有以相等距离彼此相距的多个图像传感器区域的基板的示意性俯视图；
图4e为具有无间隙地并列的多个图像传感器区域的基板的示意性俯视图；
图4f为当其他图像传感器区域布置在图像传感器区域之间的间隙中时的根据图4b的成像器；
图5a为在第一状态中的用于检测对象区域的装置的透视图；
图5b为在第二状态中的用于检测对象区域的装置的透视图；
图6为用于检测对象区域的装置的透视图，其可同时检测两个不同的对象区域；
图7为用于检测非正对(facing away)两个主面的对象区域的装置的透视图；
图8为用于检测面向第二主面的对象区域的装置的透视图，该装置额外包括布置在多孔径设备中的闪光设备；
图9a为在允许检测面向第二主面的对象区域的第一状态中的用于检测两个对象区域的装置的透视图；
图9b为在允许检测面向第一主面的对象区域的第二状态中的用于检测两个对象区域的装置的透视图；
图10为用于检测三个不同的对象区域的装置的透视图。
具体实施方式
在下文参照附图更详细地讨论本发明的实施例之前，应当注意的是，完全相同的、功能相同的或相同的元件、对象和/或结构在不同的图中具有相同的附图标记，以使得不同实施例中示出的这些元件的描述是可彼此交换的或可彼此适用的。
图1示出用于检测对象区域12的装置10的示意性透视图。装置10包括具有第一主面14及布置在相对面的第二主面16的扁平壳体。另外，装置10包括布置于第一主面14与第二主面16之间的侧面18a-d。
第一主面14及第二主面16各自示例性地布置在平行于由y轴及z轴跨越的平面延续的平面中。相反，侧面18a以及对象区域12各自平行于由x轴及y轴跨越的平面。换言之，侧面18a是布置于装置10的两个主面14和16之间的侧向表面。侧面18a及侧面18b-d也可被称为正面。
x轴、y轴及z轴在空间中彼此正交地布置且以顺时针方向彼此连接。显然，主面和/或侧面可具有弯曲和/或可以以任意表面几何图形(例如，圆形、椭圆形、多边形)形成为自由形状区域或其组合。可选地，装置10可具有不同数量的主面和/或侧面，例如仅一个、两个或三个侧面。
装置10包括在此仅示例性地包含两个光通道24a及24b的多孔径设备22。多孔径设备22也可包含任意其他数量的光通道，例如但不限于六个、八个、十个或更多。
每个通道24a、24b包括在此仅示例性地示出为包括圆形孔径且位于光学器件平面33中的光学器件29a,b，以及图像传感器区域25a,b。图像传感器区域25a及25b布置于像平面31中，且光学器件29a,b各自将对象区域的各个局部区域投影至各个传感器区域上。关于图像传感器区域的不同的平面延伸和/或定位的效果的广泛讨论将跟随图3a和图4a-e的描述进行。像平面31被布置为平行于侧面18a及光学器件29a,b的孔径以及光学平面33。然而，可选地，侧面18b或一个其他面也可用作查看通路用于检测不同于图1中所示的对象平面，或使用相对于侧面18b稍微倾斜的布置，(例如)以利用通道阵列稍微朝上或朝下“观察”。
另外，应当注意的是，下文描述的多孔径设备的可选实施可包括相同结构的光通道。出于清楚的原因，在以下实施例中，光通道仅通过虚线长方体指示。
多孔径设备22布置于第一主面14和第二主面16之间，以使得像平面31平行于侧面18a及18c并位于侧面18a与18c之间。
光轴32a被分配至光通道24a，且光轴32b被分配至光通道24b。在此，示例性地说明光轴32a及32b主要沿z轴大致平行地并在壳体内部延续，然而，其中不同的配置是可能的，例如，轴32a及32b的从多孔径设备22分别朝向对象区域12或表面18a的发散路径。
通道24a,b沿横向方向y并列并沿侧向方向z定向，即面向侧面18a。例如，其可例如以其光学器件29a,b的光学中心位于沿y的公共线上，以形成沿侧面18a的纵向方向延伸的一维阵列的光通道或光通道行或列。
光通道24a和24b中的每个分别用于沿各自的光轴32a及32b分别检测对象区域12的局部区域26a及26b。局部区域26a及26b可各自完全覆盖整个对象区域12。在以下更详细描述的实施例中，通道各自仅部分地或共同完全地覆盖整个对象区域12。在后者的情况下，区域可重叠或彼此直接紧邻。
另外，应当注意的是，此处所示的将对象区域12划分为局部区域26a及26b仅是示例性的。例如，在图1中，示出局部区域26a及26b的中心分别以与所分配到的光通道24a及24b的相同顺序在y方向上并列，即局部区域26a及26b也几乎分别沿平行于y的线布置以形成一维阵列。理论上，其他配置(例如，横向于通道24a、24b的并列方向y的并列，即沿x)也是可能的。例如，如果通道以及局部区域的数量较大，可以是另一种情况，由通道扫描的局部区域形成二维阵列(例如，以其中心)。因此，局部区域可相互重叠或不重叠，如上所提及。
另外，示例性地，装置10包括用于反射式偏折光通道24a及24b的光轴32a及32b并用于重定位对象区域12的光束偏折元件28。在图1中，光束偏折元件28示例性地布置于侧面18a上。
光束偏折元件28可以是固定的或绕在y轴的方向上延续的旋转轴RA枢转(pivoted)或可倾斜的，以允许光轴32a及32b的反射式偏折。也可针对每个个别光轴32a及32b分别执行此倾斜或反射式偏折，和/或以使得仅改变(即，倾斜或偏折)光轴中的一个的路径。
光轴32a及32b的反射式偏折可导致光轴32a及32b的各自朝向光轴32'a及32'b的修正路径，以使得光通道24a及24b用于检测具有局部区域26'a及26'b的对象区域12'，例如，当光通道32a及32b在光束偏折元件28处偏折时，该对象区域12'通过绕轴RA或平行于其的轴旋转而相对于对象区域12重定位。此意味着检测到的对象区域12可通过光束偏折元件28以反射式偏折的方式在空间中移位。换言之，通过反射式偏折的方式，可将对象区域12投影至对象区域12'上，且反之亦然。另外，偏折具有如此效果：光轴32a及32b在沿第一方向(例如，沿z方向)的侧向路径与沿第二方向的非侧向路径之间偏折，其可受光束偏折元件28的影响。局部区域26'a及26'b可覆盖对象区域12'。
图1所示的实施例的优势为，用于对象检测的装置10的厚度可受多孔径设备22在x轴或y轴方向上的延伸的影响，且与多孔径设备在z轴方向上的延伸无关。换言之，侧面18a-d可因此在x方向上具有较小的延伸。
此实施例的另一个优势为，通过光轴的任意光学偏折，可检测在空间中任意布置或定位的对象区域。可选地，有可能检测多于一个的对象区域(例如，两个或三个不同的和/或不同定位或定向的对象区域)，其可通过光束偏折元件28逐通道(channel-wise)或逐通道群组(channel group-wise)不同的实施而达到。然而，装置10的可偏折性仅是可选的且可被省略，如下文所描述。
多孔径设备22及光束偏折元件28均可被布置在装置10内的不同位置处。也可以将多孔径设备22及光束偏折元件28布置于侧面18a中或不同的侧面18b-d中。
另外，多孔径设备22可包括两个以上的光通道，各自的多个光轴可被分配至该两个以上的光通道。多个光通道可用于检测对象区域的两个或多个局部区域。个别光通道可被布置于至少两个群组中，例如，其中光通道的第一群组可用于检测对象区域的第一局部区域且光通道的第二群组可用于检测对象区域的第二局部区域。此可用于增加分辨率，其中例如一个群组中的光通道扫描以子像素距离彼此偏移的各个局部区域并应用超分辨率方法。
例如，光束偏折元件28可以是镜面或(部分)反射连续或非连续的表面。可选地，可使用不同的光束偏折或光束形成元件，例如，棱镜元件、透镜元件、折射或绕射(defractive)透镜元件或此类元件的组合。
装置10可以是例如相机、移动电话或智能手机、屏幕或TV设备、计算机屏幕或适于图像和/或视频捕捉或用于检测对象区域的任何装置。
图2示出用于对象检测的装置20的示意性透视图，该装置20再次包括第一主面14、第二主面16以及侧面18a-d。另外，装置20包括多孔径设备34。在此，多孔径设备34示例性地包括四个光通道24a、24b、24c及24d。在装置20中布置多孔径设备34，以使得分别被分配至光通道24a-d的光轴37a、37b、37c及37d各自侧向地或在朝向侧面18的z方向上延续。在此，个别光轴可在(例如)多孔径设备34与布置于侧面18a中的光束偏折元件40之间的区段中平行，或可为发散的。光通道24a-d用于检测对象区域12。对象区域12被布置为平行于侧面18a并包括示例性地部分重叠的局部区域38a及38b。至于对象区域12内的局部区域的其他可选布置，参照关于图1的说明。
光通道的第一群组包含光通道24a及24c，而光通道的第二群组包含光通道24b及24d。光通道的第一群组用于检测对象区域12的第一局部区域38a。光通道的第二群组用于检测对象区域12的第二局部区域38b。
光束偏折元件40包含局部元件42a、42b、42c及42d。可通过局部元件42a-d执行光轴37a-d朝向光轴37'a-d的反射式偏折，以使得光通道的第一群组检测第二对象区域12'的局部区域44a且光通道的第二群组检测对象区域12'的局部区域44b。局部区域44a及44b可部分或完全地重叠。
多孔径设备34也可包括任意其他数量的光通道，例如但不限于6个、8个、10个或更多。在此，第一群组中的光通道的数量可等于第二群组中的光通道的数量，但光通道到多个群组的任何其他划分也是可能的。在此，可配置光通道的各个群组，以能够检测多个不同定位和/或定向的对象区域，从而各个群组各自检测各个对象区域的局部区域。检测到的对象区域的各个局部区域的部分或完全重叠可导致(例如)改进的(深度)分辨率。
另外，可配置局部元件42a-d，以使得其可在非侧向方向上偏折被分配至个别光通道24a-d的光轴37a-d。如所描述，正如在在先前解决方案中，不仅可通过个别区域的不同角度还可通过各个图像区域及其所分配到的光学器件的逐通道不同的侧向偏移，获取非侧向区域。此可单独地针对每个单个光轴37a-d执行，还可以针对光通道的个别群组和轴分别地执行。例如，当局部元件42a-d相对于侧面18a具有不同的倾斜时，可获得个别光轴的个别偏折。局部元件42a-d可被配置为可彼此独立地绕在y方向上延续且布置在侧面18a中的旋转轴RA倾斜。个别局部区域42a-d绕任意定向的旋转轴或彼此不同定向和/或不同定位的多个旋转轴的个别倾斜也是可能的。还可配置个别局部元件42a-d以分别(例如通过由用户机械地或通过各个控制设备以自动化方式)执行配置和倾斜。
此实施例的优势为装置20可保持位置和方向不变而检测可变的对象区域。多个不同定位的对象区域的同时检测也是可能的。包含至少两个光通道的多孔径设备还可用于捕捉分别检测到的对象区域的深度信息。
以下的图3a-b及图4a-f各自显示光通道的透视俯视图。就此而言，应当注意的是，光学器件的孔径被示例性地以实线示出为方块。在此，一个孔径被各自分配至一个光通道24a-i。出于清楚的原因，在下图中仅对光通道24a-i提供附图标记。
在图示的下部中，图3a示例性地示出具有光通道24a-i的多个群组23a、23b、23c及23d的多孔径设备21的示意性俯视图，多个群组以群组为单位扫描对象区域的不同局部区域。在此，示例性地，光通道24a-i的每个群组23a-d是结构相同的。所有群组中的所有通道沿线布置，以使得首先并列的光通道24a-i占据多孔径设备21的第一部分23a，然后，并列的光通道24a-i沿线占据下一个第二部分23b，等等。
在图示的上部中，图3a示出多孔径设备21的部分23a的示意性细节视图。例如，光通道24a-i用于分别检测对象区域的局部区域，并分别包括在图像转换器上的一个图像传感器区域25a-i，在光通道内以虚线表示。光通道24a-i的各个图像传感器区域25a-i的面积可小于各个光通道24a-i的面积。所有部分23的图像传感器区域25a-i可布置于共同基板(单晶片)上。如通过相对于光通道24a-i的光学中心的图像传感器区域25a-i的不同定向或位置所示，光通道24a-i在各部分中具有不同的视角，即光通道24a-i用于检测对象区域的不同局部区域。在此，在图3中示例性地假设光学中心相对于光学器件的孔径而中心布置，然而，其也可以以不同方式实施。如由虚线绘示的方块以及光通道的编号所表示，布置光通道24a-i，以使得对象区域的相邻局部区域例如(7)、(8)以及(9)(在此图及下图中，附图标记(1)至(9)示出为由圆圈包围的自然数1-9)重叠。局部区域的重叠允许对连接处(即，在不同局部区域中的相同图像)的评估，以推断深度信息并从局部图像提取图像信息并以此方式组装整个对象的整个图像。简言之，在x和y方向上以光通道24a-i的50％的尺寸示出图像传感器区域25a-i。可选地，图像传感器区域25a-i的尺寸在x或y方向上可具有相对于光通道24a-i的尺寸的任何比例。可至少部分地依据在各个光通道的底面内的光学元件的光学中心的中心的位置，确定图像传感器区域的位置。
在图示的上部中的部分23a的示意性细节视图示出各自包含一个图像传感器区域25a-i的九个光通道24a-i。例如，基于通过光学中心与图像区域中心之间的连接线定义的各个光通道24a-4i的视向，在光通道24a-i的底面中移动图像传感器区域25a-i，如虚线所指示。光通道内的编号仅用于说明局部区域的布置以及光通道的简化的区分。取决于定向，即，通过编号(1)至(9)(图中的附图标记为由圆圈包围的数字1-9)表示的各个光通道24a-i的视向，光通道24a-i用于检测对象区域的九个局部区域。可选地，对象区域也可具有形成局部区域的任意数量的划分。通过根据部分23a-d的数量的数量(例如，在图例中为四)检测每个局部区域。
四个部分23a-d示例性地包括光通道24a-i的相同排序(sorting order)。换言之，每个局部区域23a-d具有光通道24a、24b、24c，…，24i，其中光通道24a-i各自侧向相邻地布置在单行结构中。四个局部区域23a-d各自侧向并列，以使得所有数量的光通道也在一条线上侧向并列。光通道24a-i的布置在可被描述为1×N的形式的单线中。该线平行于侧面18a和主面14及16延续。
部分23a-d的数量可自待获取的超分辨率因子产生。为了获取分辨率的以期望超分辨率因子的增加，可在x方向上配置对应数量的光通道，其中各个通道24g-1、24g-2、24g-3及24g-4各自查看对象区域的基本上相同的局部区域。在各个局部区域(即部分23a-d)中，图像传感器区域25a可在x和/或y方向上相对于其所分配到的光通道24g-1至24g-4移位(例如)像素的一半(即，在侧向于线方向的方向上的与像素的扩展的一半对应的像素间距)。以此方式，例如，部分23a及23b的图像传感器区域25a可在x方向和/或y方向上相对于其各自所分配到的通道24a相差像素的一半，以及可在y方向上并无不同，部分23c的图像传感器区域25a可在y方向和/或x方向上与部分23a的图像传感器区域25a相差像素的一半，且部分23d的图像传感器区域25a可(例如)在x及y方向上相对于部分23a的图像传感器区域25a相差像素的一半。部分23的数量因此也可被视为在x及y方向上的超分辨率因子的乘积，其中因子可以彼此相差整数。
在垂直于线方向且垂直于距离X1的方向的方向上，用于检测基本上相同的对象区域的局部区域的光通道24g-1、24g-2、24g-3以及24g-4彼此之间可分别具有任意侧向偏移。当此距离为两个像素(即，局部图像区域)之间的距离的分数(例如，1/4、1/3或1/2)时，此偏移也可被称为子像素偏移。例如，子像素偏移可基于期望超分辨率因子。例如，如果实施超分辨率因子为2并且双重检测对象区域在x和y方向上的局部区域，子像素偏移可例示性地对应于像素宽度的1/2。例如，可使用偏移以增加对象区域的空间分辨率。换言之，由于光通道的交叉，可以通过相邻光通道检测光通道的扫描间隙。可选地，可不彼此偏移地布置用于检测基本上相同的局部区域的光通道24g-1、24g-2、24g-3或24g-4。
由于对对象的相同局部区域进行投影的光通道24g-1、24g-2、24g-3和/或24g-4的子像素偏移，可通过超分辨率算法从每光通道24g-1、24g-2、24g-3和/或24g-4的多个低分辨率微图像计算高分辨率整个图像。换言之，光通道24g-1、24g-2、24g-3和/或24g-4的图像传感器区域25g的中心可以以移位的方式布置，从而利用像素间距或像素间距的分数或(子)像素偏移，光通道24g-1、24g-2、24g-3和/或24g-4中的至少两个具有不同的部分重叠检测区域。因此，两个光通道24g-1、24g-2、24g-3和24g-4的检测区域的重叠区域可以以偏移的方式投影在图像检测传感器上。
局部区域23a-d的相同的排序以及由此的对对象区域的至少大致相同的局部区域进行检测的光通道(例如，光通道24g-1、24g-2、24g-3及24g-4)允许沿线结构的阵形的最大可能的侧向距离。如通过沿线结构的阵形的图像传感器区域25a-i之间的距离所指示，可在光通道24a-i的图像传感器区域25a-i之间形成光学空隙(即，间隙)。在此间隙中，即在局部图像转换器之间的区域中，可布置例如非感光电子组件(如，读出电路、模拟数字转换器(ADC)、放大器等)。
例如，部分23a-d中的光通道的布置是交叉且规则的，以使得对于检测相同或大致相同的局部区域的光通道(例如，对于光通道24g-1至24g-4或24f-1以及24f2)的距离X1是恒定的。
由于其适用于每个局部区域23a-d以及各个局部区域的每个光通道24a-i，距离X1可被称为最大且相等的距离。
换言之，对仅以像素的视野的部分偏移的大致相同的局部区域进行检测的光通道在带形布置中以距离X1彼此最大地相隔。因此，可获得大至最大的差异以及因此在此方面对最佳可能深度分辨率的改进。
例如，可选的实施例为具有较大数量的光通道的多孔径设备。根据超分辨率原则，部分地布置有光通道的部分23a-d的数量可为自然数的平方，例如22、32或42。可选地，也有可能在多孔径设备中布置不同数量的部分，例如，2、3、5、7或11。
换言之，图3a示出成像系统，由于最大可能的基线长度X1，具有深度信息的优化获取，成像系统在x方向上是紧凑的。多孔径设备的光通道具有线性布置，即，其布置在一条线上。
关于图3a的光通道24a-i的部分或群组的布置，图3b示例性地示出局部区域在通过光通道检测到的对象区域内的布置。例如，在DE 10 2009 049 387中描述了此布置。如所说明，在每个部分中，每个光通道24a-i用于检测对象区域的不同局部区域，如分别以经移位的图像传感器区域25a-i所表示。换言之，每个光通道24a-i在对象区域上具有不同视向。相邻光通道(例如，24a及24b或24e及24f或24d及24g)的局部区域部分地重叠，此意味着相邻光通道部分地检测相同图像内容从而能够推断对象距离。图3b仅示出光通道的布置以用于说明光通道的不同视向的影响。图3b对应在先技术并用于说明通道划分。光通道24a-i具有如此排序，分配在大致相同的对象区域中的光通道24g-1、24g-2、24g-3及24g-4在线(即线结构)中以距离X1彼此最大地分离。
图4a示出具有如图3a中示出的光通道24a-i的排序的多孔径设备21的部分23a的示意性俯视图。两个相邻光通道(诸如，24g及24c、24h及24b、24i及24a或24d及24f)可相对于光通道的图像传感器区域的各个位置具有最大角距，例如对于光通道24g及24c为180°。换言之，两个相邻光通道的视向以至多180°被旋转或镜像。相邻光通道(诸如，24c及24h或24b及24i)彼此之间具有在90°至180°之间的角距。
换言之，布置部分23a的相邻光通道24a-i，以使得其可在它们的视向上具有最大差别。
如图4a中所示，布置光通道24a-i，以使得各个光通道24a-i的中心(即，光学中心)沿直线17布置或布置在直线17上。此意味着图像传感器区域25a-i的中心的距离可关于线17变化。换言之，光通道24a-i的中心共线。
图4b示出多孔径设备21'的部分23'a的示意俯视图。光通道24a-i沿线17的排序与图4a的排序相同。与图4a相反，光通道24a-i在y方向上沿线结构的线性布置偏移，以使得各个图像传感器区域25a-i的中心共线地布置在线17上。
可选地，光通道24a-i及图像传感器区域25a-i的中心可布置为与线17部分地或完全地分离。在光通道24a-i以及图像传感器区域25a-i的方形截面的情况下，可基于连接方形的两个对角的对角线的交叉确定中心。可选地，或在可选成形的光通道24a-i或图像传感器区域25a-i中，可(例如)基于区域的几何重心或中心确定中心。可选地，光通道24a-i或图像传感器区域25a-i的纵向中心线可用于描述共线或与线17分离的布置。
换言之，图4b中，光通道以与图4a中相同的顺序布置，但在y方向(即，侧向于线方向)上移位，以使得局部成像器(即，图像传感器区域25a-i)的中心位于线17上且有效的局部成像器区域的包覆(evelope)可因此在y方向上具有最小延伸。因此，可获得例如在带形中形成的图像传感器的最小可能高度，即最小空间需求。
图4a及图4b仅分别显示多孔径设备21及21'的局部视图。总而言之，例如取决于超分辨率因子，一条线由多条(例如四条)线组成，即，可一个接一个地并因此在一条线上布置部分23及23'。局部成像器(即，图像传感器区域25a-i)在对象区域的x/y方向上以各个像素的宽度除以超分辨率因子移位。
图4c示出具有在基板27上的图像传感器区域25a-i的布置的装置39，如其可自根据图4b的光通道的布置产生。图像传感器区域25a-i的中心沿线17的布置可导致基板27的宽度Y1，因此导致图像转换器的较小的传感器表面。图像传感器区域25a-i的布置(与图4b相比在x方向上未经修正)可导致在x方向上的总延伸X2。包括具有图像传感器区域25a-i的基板27的装置39也可被称为成像器。
总而言之，通过布置图像传感器区域25a-i的中心，可达到基板27的空间需求的减少或最小化，这可节省材料，且因此减少成本和/或安装空间。通过布置在图像传感器上并促成图像区域25a-i的所有像素的总面积与图像传感器的整个面积的比值定义图像传感器的填充因子。
换言之，局部成像器25a-i的中心在一条线上，以使得包覆(其在x及y方向上的总延伸可大致对应于基板27在x及y方向上的延伸)在y方向上导致小的或尽可能小的垂直于线17的延伸Y1。因此，造成基板27在y方向上(其上布置有局部成像器，即图像传感器区域25a-i)的较小的空间需求，且因此分别造成基板27的高空间效率以及图像传感器的高填充因子。
图4d示出作为另一个实施例的成像器39'，其中与图4c相比，图像传感器区域25a-i等距离地布置在基板27上。个别图像传感器区域以X4'的间距在x方向上具有延伸X4。从各个图像传感区域的中心至各个侧向最近图像传感区域的中心测量X4'(图4d中，在图像传感器区域25b以及25i之间示例性地示出)。此布置可导致在x方向上的总延伸X3。
图4e示出成像器39"的另一实施例。在此，与图4d相反，图像传感器区域25a-i布置于基板27上，使得在各个个别区域之间无间隙。具有在y方向的不变延伸Y1，整个装置与成像器39'(见图4d)相比可在x方向上具有较小的延伸X5。
图4f示例性地示出当其他图像传感器区域布置于图像传感器区域25a-i之间的间隙中时可从装置39'产生的图像。在此情况下，可省略至个别区域的划分。然后，此也可被称为纵向且连续的像素域41。换言之，成像器也可由仅一个纵向且连续的像素域组成。为了完整性，应提及的是，消除至个别区域的划分可导致与装置39'相比的未经修正的在x及y方向上的延伸X3及Y1。
图4c-f中示出的成像器或图像转换器的优势为，通过在用于对象检测的装置的主面之间集成分别成形的多孔径设备，可分别缓解对用于对象检测的装置的深度延伸及厚度的需求。换言之，当在用于图像检测的整个装置的主面之间合并多孔径设备时，可通过在y方向上的延伸Y1确定装置的厚度。
图5a示出装置30的透视图。装置30包括第一主面14、第二主面16及侧面18a。另外，装置30包括包含光通道24a及光通道24d的多孔径设备22。此外，装置30包括示例性地布置于侧面18a中的光束偏折元件28。可绕沿侧面18a延续的旋转轴RA旋转地形成光束偏折元件28。可选地，旋转轴RA可横向于光轴32a、32b延续。光束偏折元件28相对于侧面18a倾斜固定的或可变的角度α。角度α为(例如)45°，也可具有不同的度数，例如50、89或90。例如，如果角度α为45°，多孔径设备22可沿光轴32a及32b检测对象区域12。在此，光轴32a及32b分别被分配至光通道24a及24b。对象区域12被布置为平行于壳体的第一主面14。换言之，光束偏折元件28用于在面向第一主面14的方向上反射式偏折光轴32a及32b。具有在前描述位置的光束偏折元件28的装置30可被视为处于第一状态中。第一状态由光束偏折元件28的位置引起，从而光束偏折元件28的第一状态也确定装置30的第一状态。
图5b再次示出装置30的透视图。此时，倾斜光束偏折元件28以使得其相对于侧面18a具有135°的角度α。换言之，图5b中的光束偏折元件28相对于图5a中的光束偏折元件28倾斜90°。光束偏折元件28用于允许面向第二主面16的第二对象区域12'的检测。对象区域12'包括局部区域38'a及38'b。图5b中示出的光束偏折元件28的配置具有装置30处于第二状态中的效果。
装置30可用于在第一状态与第二状态之间切换。例如，由用户手动地或由各个控制硬件和/或软件自动地执行切换。装置30还可在第一状态中用于视频通话以及在第二状态中用于捕捉照片或视频。在此，有利地，通过光束偏折元件28，可使用多孔径设备30用于检测第一对象区域12(面向第一主面14)并检测第二对象区域12'(面向第二主面16)的。与在先技术相比，此实施例以降低复杂性为特征，因为通过使用对应配置的或可配置的光束偏折元件，不再需要两个不同的和/或不同定向的相机模块以用于检测两个不同的(即，以不同方式在空间中布置或放置)对象区域。
换言之，通过反射式光束偏折可允许两个位置：第一位置，其特征在于视向朝向正面，因此在第二主面16的方向上(相对于侧面18a光束偏折+90°)；以及第二位置，其特征在于视向朝向背面，因此在第一主面14的方向上(相对于侧面18a光束偏折-90°)。此实施例的优势为不同的位置可使得多孔径设备22能够起到第一(主)或第二(副)相机模块的功能。在此，成像器平面垂直于屏幕平面，而对象平面可平行于屏幕平面。可选地，此实施例可被称为具有自适应光束偏折的相机。
图6示出可被称为装置20的变形的装置50的透视图。装置50也包括第一主面14、第二主面16及侧面18a-d、包括光通道24a-d的多孔径设备34以及光束偏折元件40。在装置50中光束偏折元件40被布置为平行于侧面18a。
此时，光轴35a、35b、35c及35d分别被分配至光通道24a-d。其在多孔径设备34与光束偏折元件40之间具有大致平行的路径。
此时，配置局部元件42a-d以使得光轴35a-d的第一群组(35a及35c)在第一主面14的方向上偏折，且光轴35a-d的第二群组(35b及35d)在第二主面16的方向上偏折。
在第一主面14中布置开口46，以使得光通道24a及24c可通过主面(14)沿光轴的第一群组(35a及35c)检测对象区域12。另外，在第二主面16中布置开口46'，以使得光通道24b及24d可通过主面16沿光轴的第二群组(35b及35d)检测对象区域12'。例如，开口46及46'可以是孔径、视觉开口、窗口等。
装置50可同时检测两个不同的(即以不同方式布置或定位的)对象区域(12及12')。例如，参照图4a或图4b描述的个别光通道的交叉或交替布置也可允许捕捉各个对象区域的深度信息。在此，不强制将查看对象区域12的通道交替布置为扫描对象区域12'的通道。扫描相同的对象区域(即12或12')的通道的群组也可使用相同的偏折元件。例如，可形成100个通道以检测对象区域12，随后，沿通道的线性布置形成检测对象区域12'的1000个其他通道。
可以形成光束偏折元件40以使得各个局部元件42a-d的位置的个别变化能够实现。为此，个别元件42a-d可被实施为可相对于侧面18a以任意角度倾斜，例如各自沿共同的或各自的旋转轴。换言之，能够实现光束偏折元件40的逐行(line-wise)适应或改变。
可选地，光束偏折元件40也可以是具有非平面形状的镜面，其在整个成像器的延伸上是不连续或多面的。其可以针对多孔径相机的每个通道而不同。可选地，在整个成像器的延伸上连续且具有非平面形状的镜面也是可能的。
例如，装置50可以是具有光束偏折的相机，其中一些(光)通道通过光束偏折元件(例如：镜面，平面的或弯曲/自由形状)被定向至对象平面1，其他通道被定向至对象平面2。例如，成像器平面垂直于屏幕平面，而对象平面1和2平行于屏幕平面。换言之，沿局部相机1的主视向检测对象平面1，并沿局部相机2的主视向检测对象平面2。
图7示出可被称为装置10的变形的装置60的透视图。装置60也包括第一主面14、第二主面16及侧面18a-d，以及包括光通道24a及24b的多孔径设备22。光轴32a及32b被分配至光通道24a及24b。
装置60用于检测对象区域54。对象区域54被布置为平行于侧面18a并包括可由多孔径设备22沿侧向(在z方向上)延续的光轴32a及32b检测的对象55。为此，光轴32a及32b通过侧面18a穿过开口48。其路径在部分中可被视为是平行的。
装置60还包括示例性地布置在第一主面14中的屏幕52。屏幕52具有在y及z方向上的延伸且可具有一个第一主面14的至少一半的表面面积。也有可能是小于、等于或大于第一主面的表面面积的表面面积。屏幕52可用于显示图像。例如，对象55可被检测并作为图像55'提供给用户。对象55的图像55'可示例性地布置于屏幕52中。
装置60用于检测非正对两个主面14及16的对象区域。换言之，可检测平行于侧面18a布置的对象区域。在此情况下，此也可称为垂直于屏幕平面布置的成像器平面(比较图1中的31)。
换言之，在装置60中，相机可沿主视向直视(没有偏折)地检测对象区域。
由于通过至少两个光通道24a及24b检测对象55，图像55'也可包括深度信息。
例如，装置60可以是智能手机中的具有以线性实施的视野划分的多孔径相机。在此，在智能手机前面的(多孔径相机的)可能容纳是有益的。多孔径设备22可以包括如图4f中所示的仅包括一个纵向且连续的像素域的成像器。
此实施例的优势为相机由小条制成。因此，智能手机的较小厚度是可能的。
图8示出可被称为装置60的变形的装置70的透视图。此时，多孔径设备56(除光轴24a-b以外其还包括闪光设备58)被布置在多孔径设备22的位置(见图7)。其示例性地布置在光通道24a与24b之间并用于照亮对象区域62。对象区域62被布置为平行于第二主面16且包括对象55。
多孔径设备56中的闪光设备58的该布置可缓解关于闪光设备的深度延伸的设计需求。另一个优势在于，由于空间接近性，可容易地执行闪光设备的各个控制和/或与多孔径设备56的其他元件的链接。例如，可利用一个或多个发光二极管(LED)实施闪光设备56，但其他实施例也是可能的。可选地，多孔径设备56的集成以及由此的闪光设备58可位于装置70的前面。
此时，光束偏折元件64布置在开口48的位置(见图7)。光束偏折元件64用于将光轴32a及32b从侧向路径(在z方向上)偏折至非侧向路径(在x方向上)，从而通过光通道24a和24b可检测对象区域62以及因此布置于其中的对象55。
光束偏折元件64还用于在第二主面16的方向上偏折由闪光设备58发射的电磁波(光)。因此，可照亮对象区域62。换言之，可为闪光设备58启用光束偏折元件(镜面)的使用。另外，可形成闪光设备58以用于反射式和/或折射式光束偏折元件的使用。
光束偏折元件64可以以刚性方式配置，以使得光轴32a,b及由闪光设备58发射的光线的偏折以未经修正的方式发生。然而，也可能以可变的方式形成光束偏折元件64。例如，如果光束偏折元件64为反射电磁波的镜面或任何表面，其可绕旋转轴枢转。可人工地或通过各个控制装置或软件和/或以自动化的方式执行光束偏折元件64的位置的改变或移位。
因此，例如，通过简单连续的平面镜面的光束偏折能够实现。在此，镜面平面可向屏幕平面倾斜45°。可通过在第二主面的方向上偏折主视向来描述此配置。
在此描述的多孔径设备、闪光设备及光束偏折元件的配置可进一步导致用于对象检测的装置的有益实施例。
作为另一个实施例，图9a示出在第一状态中的可源于装置30的装置80。第一状态由光束偏折元件28的位置引起，从而光束偏折元件28的第一状态也确定装置80的第一状态。第一状态可允许面向第二主面16的对象区域62的检测。
另外，光束偏折元件28允许光轴32a及32b朝向光轴32'a及32'b的偏折以及面向第一主面14的第二对象区域62'的检测。此配置可被称为第二状态。
装置80还包括屏幕52，其可在装置60中形成(见图7)用于显示所检测到的对象55的图像55'。
图9b示出在第二状态中的装置80。此时，将光轴32a及32b投影至光轴32'a及32'b上。在此配置中，装置80可用于检测对象区域62'。因此，待检测的对象55可示例性地布置于对象区域62'中。
作为另一个实施例，图10示出可被称为装置80的变形的装置90。此时，光束偏折元件28用于允许沿光轴32a及32b、32'a及32'b以及32"a和32"b检测三个不同的对象区域72、72'和72"。换言之，可通过光束偏折元件28将光轴32a及32b分别投影于光轴32'a和32'b或32"a和32"b上。可选地，例如，可将光轴32'a及32'b投影于光轴32a及32b或光轴32"a及32"b上，或将光轴32"a及32"b投影于光轴32'a及32'b上，等等。可选地，可执行偏折以检测三个不同布置的对象区域12、12'及12"。
因此，可区分三个位置：第一位置，其特征在于将视向偏折至前面(偏折+90°)；第二位置，其特征在于侧向地偏折或不偏折(没有偏折或0°)视向；以及第三位置，其特征在于进行至背面的偏折(偏折-90°)。因此，可利用单个多孔径设备22检测在空间中不同定位和/或定向的三个不同的对象平面。在此，可检测对象区域72、72'或72”，并可借助布置于第一主面14中的屏幕52向用户显示可能布置在各个对象区域中的对象。
换言之，可通过固定/可移动反射式组件执行(额外)光束偏折。在此，两个、三个或更多位置是可能的。例如，可在平面镜面或在所有单元格上连续的镜面处执行偏折，但也可通过逐个单元格调整的镜面执行偏折。

Claims (15)

1.一种用于检测对象区域(12；12’；54；62；62’；72；72’；72”)的装置(10；20；30；50；60；70；80；90)，包括：
扁平壳体，具有第一主面(14)、第二主面(16)以及侧面(18a)；以及
多孔径设备(22；34；21；21’；39；39’；39”；56)，包括：
面向所述侧面(18a)的多个侧向并列的光通道(24a-i)，其中每个光通道(24a-i)用于通过所述侧面(18a)或沿着在壳体内的侧向路径与壳体外的非侧向路径之间偏折的各个光通道(24a-i)的光轴(32a；32b；32’a；32’b；32”a；32”b；37a-d；37’a-d；35a-d)，检测所述对象区域(12；12’；54；62；62’；72；72’；72”)的各个局部区域(26a；26b；26’a；26’b；38a；38b；44a；44b；38’a；38’b)；其中光通道(24a-i)的局部区域(26a；26b；26’a；26’b；38a；38b；44a；44b；38’a；38’b)覆盖所述对象区域(12；12’；54；62；62’；72；72’；72”)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中多个光通道(24a-i)形成一维阵列，而所述对象区域的局部区域覆盖二维阵列。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中多个光通道(24a-d)包括光通道(24a-d)的第一群组(24a；24c)及光通道(24a-d)的第二群组(24b；24d)，其中光通道(24a-d)的第一群组(24a；24c)检测对象区域(12,12’)的第一局部区域(38a；44a)且光通道(24a-d)的第二群组(24b；24d)检测对象区域(12,12’)的第二局部区域(38b；44b)。
4.根据权利要求3所述的装置，其中第一局部区域(38a；44a)以及第二局部区域(38b；44b)至少部分地重叠。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中第一群组中的光通道(24a-i)的数量等于第二群组中的光通道(24a-i)的数量。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的装置，其中第一群组中的光通道(24a-i)的图像传感器区域(25a-i)的像素阵列的中心相对于第一群组中的光通道(24a-i)的所分配到的成像光学器件(29a；29b)的中心以像素间距的分数向彼此侧向地移位，以使得第一局部区域(38a；44a)被以子像素偏移向彼此侧向地移位的第一群组中的光通道(24a-i)中的至少两个扫描。
7.根据权利要求3-6中的任一项所述的装置，其中第一群组以及第二群组中的光通道(24a-i)交叉地布置在单行结构中。
8.根据权利要求3-7中的任一项所述的装置，其中第一群组以及第二群组中的光通道(24a-i)的光学器件(29a；29b)的光学中心布置在第一线(17)上，且第一群组以及第二群组中的光通道(24a-i)的图像传感器区域(25a-i)的中心在像平面(31)内相对于光学中心在所述像平面(31)中的第二线上的投影而偏移，其中通道的第一群组以及第二群组的图像传感器区域布置于所述像平面中。
9.根据权利要求3-7中的任一项所述的装置，其中第一群组以及第二群组中的光通道(24a-i)的图像传感器区域(25a-i)的中心布置在第一线上，且第一群组以及第二群组中的光通道(24a-i)的光学器件(29a；29b)的光学中心在光学器件平面(33)中相对于图像传感器区域(25a-i)的中心在光学器件平面(33)中的第二线上的投影而偏移，其中第一群组以及第二群组中的光通道(24a-i)的光学器件布置于所述光学器件平面中。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的装置，其中所述装置包括光束偏折元件(28；40；64)，所述光束偏折元件用于在第一状态中在面向第一主面(14)的方向上偏折多个光通道(24a-i)的光轴(32a；32b；32’a；32’b；32”a；32”b；37a-d；37’a-d；35a-d)并在第二状态中在面向第二主面(16)的方向上偏折多个光通道(24a-i)的光轴(32a；32b；32’a；32’b；32”a；32”b；37a-d；37’a-d；35a-d)，其中光束偏折元件(28；40；64)能够在所述第一状态与所述第二状态之间切换。
11.根据权利要求10所述的装置，其中光束偏折元件(28；40；64)包括：
刚性本体，具有绕横向于多个光通道(24a-i)的光轴(32a；32b；32’a；32’b；32”a；32”b；37a-d；37’a-d；35a-d)或沿着侧面(18a)延续的旋转轴(RA)可枢转以在所述第一状态和所述第二状态之间切换的镜面。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中多孔径设备(22；34；21；21’；39；39’,39”；56)还包括另外的多个光通道(24a-i)，每个用于沿着在侧向路径和非侧向路径之间偏折的另外的光轴(32a；32b；32’a；32’b；32”a；32”b；37a-d；37’a-d；35a-d)检测另一对象区域(12；12’；54；62；62’；72；72’；72”)的各个局部区域(26a；26b；26’a；26’b；38a；38b；44a；44b；38’a；38’b)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述第一主面(14)包括屏幕(52)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述装置是移动电话、电脑屏幕或TV设备。
15.一种用于利用根据前述权利要求中的任一项所述的装置检测对象区域的方法。
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