CN106716486B - 用于包括若干光学通道的多孔径光学器件相对于图像传感器的相对定位的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于包括若干光学通道的多孔径光学器件相对于图像传感器的相对定位的设备包括参考对象、定位设备和计算设备。参考对象被布置成使得参考对象通过多孔径光学器件在光学通道中被成像到针对每个通道的一个图像区上。定位设备是可以被控制以改变多孔径光学器件和图像传感器之间的相对位置。计算设备被配置为确定参考对象在参考对象的图像中的至少三个图像区中的实际位置，并且基于实际位置与位置的比较来控制定位设备。

Description

用于包括若干光学通道的多孔径光学器件相对于图像传感器 的相对定位的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于包括若干光学通道的多孔径光学器件的相对定位的设备和方法。本发明还涉及一种用于使多孔径光学器件与数字图像传感器主动对准的方法。

背景技术

当制造高分辨率小型化相机模块时，集成物镜的步骤包括执行主动对准过程，即，使物镜(接物镜)相对于图像传感器主动对准，同时观察和评估出现的图像。这涉及相对于图像传感器移动物镜并根据图像清晰度的预定义质量标准来评估出现的图像(通常，在图像中的不同位置处测量图像对比度和/或模块传递函数[简言之：MTRF])。例如通过使所测量的质量标准最大化来优化定位，并且相应地相对于图像传感器在该位置固定(例如通过胶合的手段)物镜。为此所需的一个前提条件是，针对质量标准所利用的物镜的性质(例如图像对比度、MTF)将随着过程中使用的位置偏移改变为足够可测量的程度，如例如从US2013/0047396 A1或JP 20070269879已知的。

就主动对准而言，如果物镜的参数相对于定位步骤仅稍微变化，则常规优化算法将失败。后者适用于例如具有大的焦深的物镜(并且特别地，由微透镜阵列组成的多孔径物镜)，其中物镜和图像传感器之间的z距离的变化仅导致图像清晰度的微小变化，其在实际情况下难以测量。

由于关于光(z)轴的小型化相机的常规物镜的旋转对称布局，在大多数情况下，工业自动组装机器展示五个自由度(以及因此五个轴)，用于光学器件相对于图像传感器的相对定位(例如，如图18所描绘，3×沿x、y、z轴的平移+2×关于x和y轴的倾斜[tx，ty])。因此，所建立的主动组装过程和机器不适合于对准没有围绕z轴的旋转对称性的物镜。这些包括：例如，变形物镜、包括定向选择性滤光器部件的物镜，还包括由微透镜阵列组成的多孔径物镜。

图18示出了用于形成具有所需自由度x，y，z(平移)，tx，ty和tz(旋转)的符号的图像传感器芯片16的多孔径成像光学器件12的组装布局的示意图像。

所描述的这两个限制适用于多孔径成像物镜(简言之，多孔径光学器件，例如，如从WO 2011/045324 A2已知的所谓的电子簇眼)的组合。多孔径布置由在x-y平面中一维或二维地延伸的光学通道阵列组成，每一个光学通道捕获整个物场的限定部分。

每一个个别的光学通道的孔径的中心位置相对于相关联的子图像的中心的位置(如在每一种情况下在x-y平面中查看)在这里在整个图像的重建精度和/或分辨率能力方面起主要作用。孔径的中心位置和相关联的子图像的中心位置之差(间距差)必须沿x，y中的平移自由度以所使用的图像传感器的一半像素间距和一像素间距之间的精度来调整。

已经具体地开发了多孔径光学器件的这种布置，以便实现小型化的相机模块，特别是具有超薄结构形式的那些(用于例如在诸如智能电话、平板计算机、膝上型计算机等的薄设备中使用的目的)。

因此，其中使用具有非常小的焦距(例如f＝1.2mm)并因此具有大的焦深的微透镜。根据针对具有对波长W的衍射限制成像的图像空间(dz)中的焦深的公式dz＝4*1*(F/#)^2，例如，对于波长为550nm和f数为F/#＝2.4的光，实现dz＝12.7μm的值。

图19示意性地示出了在多孔径光学器件12与图像传感器16的像平面BE的对准方面的要求。多孔径光学器件12包括以一维或二维阵列布置并包括中心的若干光学通道。位于中心外部的光学通道被配置为接收倾斜入射的主光线(principle ray)PR。认识到，在外部光学通道内的中心场点的主光线的光以角度阿尔法“α”倾斜入射的情况下，与焦点位置(＝例如，在组装期间的图像传感器的临时位置)的交叉点由于z位置的差异(“Δz”)而在焦深内经历横向偏移(“Δd”)。在图像传感器的像素间距p_px＝2μm以及给出的对应大的最大横向偏移的情况下，根据几何关系tan(α)＝Δd/Δz在入射角α＝25°处，“Δz”的值最大被允许为Δz＝4.3μm。该值位于焦深的范围内，使得当应用于多孔径成像光学器件时，基于评估图像对比度的任何现有主动组装技术不允许相对于图像传感器对准物镜的足够精度。因此，图19示出了根据WO2011/045324A2的多孔径成像物镜的示意截面。所示内容是针对光学通道的平均视线的主光线。放大示出了由于焦深的图像侧范围内的不同焦点位置Δz和主光线PR的入射角α而引起的外部光学通道的子图像的中心的横向偏移Δd。

为了说明这一点，下面将给出数值示例。

相机参数包括例如1.2mm的焦距(f)、2μμm的像素间距(p_px)、具有水平59°、垂直46°(对角线0°)的孔径角度的视觉范围。图像平面上的最大入射角(α)等于25°。微透镜阵列的尺寸等于(H×W)：7.75mm×4.65mm。

这导致相关联的对准容差如下：x-y平面中的可容许偏移等于2个像素的最大值，即Δx≤4μm和Δy≤4μm。围绕x，y轴的可容许扭转(楔形误差)等于半个像素的最大值，即

和

z轴的可容许扭转等于外部通道中的一个像素的最大值，即

z轴中的偏移(距离误差)等于外部光学通道中的一个像素间距(Δd)的最大值

用于将光学器件与图像传感器对准的已知方法已知为例如主动对准并且试图根据所得到的相应图像的质量(在大多数情况下，对比度)相对于图像传感器调整各个透镜或整个组件。

用于主动相机物镜对准的已知设备主要涉及相对于在生产环境中且用于大量物品的图像传感器组装旋转对称的光学器件，所谓的5D主动对准。所使用的这种设备和组装技术不可修改以匹配多孔径物镜的主动组装的需要。例如，所组装的轴的精度太小。例如，[1]描述了可以以±5μm的精度调整x，y，z平移，并且可以以±0.1°的精度调整tx，ty和/或tz扭转，根据上述数值示例，这对于多孔径光学器件是不足够的。组装过程的不足的精度基于图像对比度的评估，基于封闭的系统环境，并且因此基于对驱动定位系统和读取所使用的相机板的访问的缺乏。例如，设备的制造商将总是指定相同的测试模式，而不管哪个客户端(光学器件制造商)使用该设备。

从US 2013/0047396已知使用被动和主动对准的组合的组装系统。所述系统呈现出与上述相同的限制。

从JP 20070269879已知一种若干相机模块的主动相机光学器件组装同时使用图像对比度的评估的方法。该方法也难以或甚至不可能适合于多孔径光学器件的要求。

备选构思描述了主动物镜架。作为主动对准和固定的备选方案，成像物镜可以安装在支架中，其使得能够在稍后的时间点实现物镜和图像传感器之间的稍后定位，如例如在US 2011/0298968A1中所描述的。对图像传感器、评估单元或传感器的附加反馈通过诸如自动聚焦或光学图像稳定的主动功能来实现。针对此所需的设计涉及大量的努力，因此是昂贵的并且限制了相机模块的小型化。在小型化多孔径光学器件或极小型多孔径相机的领域中，迄今为止，由于成本和在减小设计大小方面的原因，这种微机械部件的使用是未知的。

因此，期望的是使得能够生产包括增加的图像质量和较小的制造容差的多孔径相机设备的概念。

因此，本发明的目的是提供一种用于定位多孔径光学器件的设备，其包括所生产的相机模块的高图像质量以及小的制造容差。

发明内容

该目的是通过独立专利权利要求的主题来实现的。

本发明的核心思想在于已经认识到可以实现上述目的，因为多孔径光学器件相对于图像传感器的定位可以基于由图像传感器捕获的参考对象来实现；基于参考对象或参考对象上的参考图案在图像传感器的图像区中成像的位置，可以高精度地实现多孔径光学器件相对于图像传感器的对准。实际位置与位置(例如，图像传感器的全局或局部中心)的比较使得能够基于位置的比较进行调整。

根据一个实施例，一种用于多孔径光学器件的相对定位的设备包括参考对象、定位设备和计算设备。参考对象被布置为使得参考对象通过多孔径光学器件在光学通道中被成像到针对每个通道的一个图像区。定位设备能够被控制以改变多孔径光学器件和图像传感器之间的相对位置。计算设备被配置为确定参考对象在参考对象的图像中的至少三个图像区中的实际位置，并且基于实际位置与位置的比较来控制定位设备。这些位置可以是例如在相应的一个图像区中和/或在其他图像区中的中心位置或其它参考位置。备选地或附加地，例如，位置可以是为比较而存放的目标位置。基于关于三个图像区的比较，可以实现高的图像质量、小的位置偏差，并且因此可以实现整个设备关于若干或甚至所有图像区的高水平的生产容差。

另一实施例提供了一种设备，其中计算设备被配置为控制固定设备，固定设备被配置为硬化布置在多孔径光学器件和图像传感器之间的胶。这使得能够固定多孔径光学器件和图像传感器之间的经调整的相对位置。

另一实施例提供了一种设备，其中图像传感器至少包括内部图像区和围绕内部图像区以径向分布的方式布置的四个外部图像区。四个外部图像区沿着滚动轴(例如x轴)和俯仰轴(例如y轴)布置。外部图像区与滚动轴平行地并且与俯仰轴平行地布置成相对的对，例如布置成矩形。计算设备被配置为基于实际位置与位置的比较来确定内部图像区和至少四个外部图像区中的图案的图案偏差。这使得能够使测试图像在内部图像区中居中并且随后调整外部图像区中的相应图像，使得可以在利用位置偏差的对称性的同时有利地减小关于滚动轴、俯仰轴和偏转轴的位置偏差。

另一实施例提供了一种设备，其中计算设备被配置为使在内部图像区中从参考对象捕获的图像聚焦，这意味着放大距离达到放大距离目标值，以便基于沿着滚动轴和沿着俯仰轴的图案偏差，确定针对内部图像区的实际位置的横向差，并且控制定位设备，使得关于滚动轴和俯仰轴的横向差达到相应的目标值，以便获得图像，使得其在内部图像区中被聚焦和居中。计算设备还被配置为确定针对四个外部图像区的图案距离的楔形误差差的度量，并且控制定位设备使得多孔径光学器件关于滚动轴和俯仰轴倾斜，使得楔形误差差达到目标滚动值和/或目标俯仰值。计算设备还被配置为确定沿着各个外部图像区的第一局部和第二局部横向方向的针对四个外部图像区的图案偏差的旋转差，并且控制定位设备，以使定位设备使多孔径光学器件关于偏转轴旋转，使得旋转差达到目标旋转值。计算设备还被配置为确定沿着与滚动轴平行的方向和沿着与俯仰轴平行的方向的针对外部图像区中的每一个的图案偏差的放大率的差的度量，并且控制定位设备，以使定位设备使多孔径光学器件沿偏转轴移位，使得放大率的差达到目标放大率值。

关于该实施例的有利之处在于，基于图像相对于内部图像区的所述聚焦和居中，在关于内部图像区的六个自由度中实现了多孔径光学器件相对于图像传感器的对准，以便实现定位的高的精度水平。

根据另一实施例，计算设备被配置为在相对于外部图像区的一个或任何对准之前，相对于内部图像区执行图像的所述聚焦和居中，使得外部图像区相对于内部图像区的楔形误差、旋转误差和/或放大率误差中的每一个可以被减小。

关于该实施例的有利之处在于，进一步提高了定位的精度水平。

另一实施例提供了一种用于将包括若干光学通道的多孔径光学器件相对于图像传感器相对定位的方法。

另外的有利实施例是从属权利要求的主题。

附图说明

下面将参考附图来解释本发明的优选实施例，其中：

图1示出了根据实施例的用于包括若干光学通道的多孔径光学器件相对于图像传感器的相对定位的设备的示意性框图；

图2示出了根据实施例的与图1的设备相比升级的设备的示意性框图，其中计算设备被配置为控制固定设备；

图3a示出了根据实施例的多孔径光学器件的示意性横向截面图，该多孔径光学器件沿着负滚动方向展示相对于图像传感器的位置误差；

图3b示出了根据一个实施例的图3a的情况的示意性顶视图；

图4a示出了根据实施例的多孔径光学器件的示意性横向截面图，其关于俯仰轴展示相对于图像传感器的楔形误差；

图4b示出了根据实施例的图4a的情况的示意性顶视图；

图5示出了根据实施例的以绕偏转轴或z轴的一角度相对于图像传感器扭转的多孔径光学器件的示意性顶视图；

图6a示出了根据实施例的多孔径光学器件的示意性横向截面图，该多孔径光学器件沿着偏转轴相对于图像传感器展示过小距离；

图6b示出了根据实施例的图6a的情况的示意性顶视图；

图7a示出了根据实施例的多孔径光学器件相对于图像传感器展示过大距离的情况的示意性横向截面图；

图7b示出了根据实施例的图7a的情况的示意性顶视图；

图8示出了根据实施例的如针对图3a和3b所描述的用于通过x平移和/或y平移来校正多孔径光学器件相对于图像传感器的偏移的方法的示意性流程图；

图9示出了根据实施例的可以由计算设备执行以便补偿如关于图4a和4b描述的楔形误差的方法的示意性流程图；

图10示出了根据实施例的补偿如针对图5描述的绕内部图像区的偏转轴或z轴的扭转的方法的示意性流程图；

图11示出了根据实施例的用于通过如针对图6a、6b、7a和7b所描述的沿着z轴或偏转轴的平移来对准多孔径光学器件的方法的示意性流程图；

图12示出了根据实施例的如可以例如在图8、图9、图10或图11中的任一个的方法之一之前执行以便实现所述方法的鲁棒处理流的方法的示意性流程图；

图13示出了根据实施例的方法的示意性流程图，其中可以有利地沿着六个自由度实现高定位精度；

图14示出了用于说明根据实施例的例如用于图像区的全局坐标系和局部坐标系之间的关系的示意图；

图15示出了根据实施例的由具有光学通道的2D布置的包括多孔径光学器件和图像传感器的多孔径物镜在对象平面中进行扫描的示意表示；

图16示出了根据实施例的用于示出图15的关系的包括多孔径光学器件和图像传感器的示意性横向截面图；

图17a示出了根据实施例的相对于图像传感器调整的多孔径光学器件的示意性横向截面图；

图17b示出了根据实施例的图17a的情况的示意性顶视图；

图18示出了用来形成图像传感器芯片的多孔径成像光学器件的组装布局的示意图像；以及

图19示出了用于示出根据现有技术的关于多孔径光学器件与图像传感器的图像平面的对准的要求的示意性横向截面图。

具体实施方式

在下面将通过附图给出关于本发明的实施例的详细解释之前，应当注意，相同或具有相同功能或相同动作的元件、对象和/或结构在各种图中被提供有相同的附图标记，以使得在不同实施例中呈现的所述元件的描述可相互交换和/或相互适用。

在下文中，将参考多孔径光学器件和具有若干图像区的图像传感器相对于彼此的对准。相对对准基本上可以在六个自由度上进行，这六个自由度描述了沿着三个空间方向x，y和z的平移以及绕x，y和z轴的旋转。另外，以下解释涉及滚动轴、俯仰轴和偏转轴，为了简化理解，在多孔径光学器件相对于图像传感器的理想对准的情况下，所述滚动轴、俯仰轴和偏转轴在三维空间中分别与内部图像区的x，y和z轴平行或一致地布置。在本上下文中，x，y和/或z坐标涉及图像传感器的图像区内的相应局部坐标系。滚动、俯仰和/或偏转坐标或方向涉及在其中布置图像传感器和/或多孔径光学器件的全局坐标系。

图像传感器的内部图像区的坐标系和由滚动轴、俯仰轴和偏转轴确定的(全局)坐标系可以包括相同的原点，因此，当例如多孔径光学器件绕全局原点扭转或移动时可以包括相同的支点。坐标系被描述为笛卡尔坐标系，也可能使用其他坐标系作为基础。它们可以通过坐标变换来可相互变换。下面描述的实施例可以在没有任何关于优点方面的限制的情况下执行或实现，即使当使用其他坐标系作为基础时也是如此。

图1示出了用于包括若干光学通道14a-c的多孔径光学器件12相对于图像传感器16的相对定位的设备10的示意性框图。设备10包括参考对象18，参考对象18被布置为使得参考对象18通过多孔径光学器件12在光学通道14a-c中被成像到针对每个通道的图像区22a-c。

设备10包括可控制以改变多孔径光学器件12和图像传感器16之间的相对位置的定位设备24。有利地，定位设备被配置为根据在三维空间中的六个自由度相对于图像传感器16移动多孔径光学器件12。然而，将定位设备24配置为在三维空间中移动图像传感器16也是可行的。此外，可以想到的是，定位设备在三维空间中沿着小于六个自由度移动多孔径光学器件12或图像传感器16。

设备10还包括计算设备26，其被配置为在参考对象18的图像中确定参考对象18在至少三个图像区22a-c中的实际位置，并且基于实际位置与位置的比较来控制定位设备24。这些位置可以是参考对象18在调整的状态下成像的参考位置，例如图像区22a-c(局部)或图像传感器16(全局)的中心位置。

例如，计算设备26被配置为接收和评估图像区22a-c中的相应图像。图像传感器可以是电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或任何其它数字图像传感器。

图像区22a-c可以布置在图像传感器16处或图像传感器16中，使得它们彼此间隔开。备选地，图像区22a-c也可以是连续像素矩阵的一部分，其可以例如通过寻址相应像素的不同方式来彼此可区分。例如，图像区22a-c中的每一个被配置为捕获参考对象18的一部分。在相应部分中，例如，可以布置测试图案或其一部分，使得相应部分的相应测试图案在相应图像区22a-c中成像；一旦布置，测试图案可以被设置为使得可以针对图像区22a-c中的一个、若干或全部来捕获。

多孔径光学器件12、图像传感器16和参考对象18的部件中的两个的限定对准(例如参考对象18相对于图像传感器16或相对于孔径光学器件12的限定对准和/或定位)使得在多孔径光学器件12相对于图像传感器16具有无误差的位置或对准或者被布置在可接受的容差内时能够评估将在图像区22a-c中从参考对象18捕获的目标图像。因此，可以基于实际位置和(目标)位置的比较来实现多孔径光学器件12和图像传感器16之间的相对对准。这意味着，计算设备被配置为基于图像区的实际位置相对于其他图像区中的实际位置的比较来控制定位设备。

与基于所捕获图像的对比度的对准相比，这使得能够实现高精度，因为基于多孔径光学器件12的焦深范围的对比度导致不精确或甚至错误的结果。参考对象18和图像传感器16之间的距离可以例如小于2m、小于1m或小于50cm。原则上，参考对象18和图像传感器16之间的距离可以根据图像传感器16的实现、根据多孔径光学器件12和/或根据设想的放大率或分辨率而取决于应用。

图2示出了与设备10相比升级的设备20的示意性框图，其中计算设备26被配置为控制固定设备28。固定设备28被配置为硬化布置在多孔径光学器件12和图像传感器16之间的胶32。例如，当多孔径光学器件12相对于图像传感器16被定位时，所述多孔径光学器件12可以通过胶32与图像传感器16接触。胶32可以例如是可以在紫外(UV)光下硬化的粘合剂。固定设备28可以是例如UV光源，其在由计算设备26驱动的基础上发射UV光，以便硬化胶32。备选地，胶32可以是热固性粘合剂，可能的是，固定设备28被配置为热源。原则上，固定设备28还可以被配置为在图像传感器16和多孔径光学器件12之间建立不同的机械连接，例如夹连接、螺纹连接、铆接连接和/或焊接连接。

在上文中有利的是，多孔径光学器件12和图像传感器16之间的设定相对位置可以有可能被固定，而没有任何进一步的中间步骤，因此可以防止定位误差的增加。备选地，固定设备28也可以是设备20的一部分。

参考对象18具有参考区33a-c中布置的子图案和/或标记35a-c的形式的图案，使得在每一种情况下，一个子图案35a-c被光学通道14a-c之一捕获，并且被成像到相应图像区22a-c作为记号。这使得能够使图像传感器16与参考对象18上的参考图案对准，用于随后的多孔径光学器件的调整，可能的是，例如通过使用光学定律和零偏差孔径光学器件来执行对准。

在参考对象上使用测试图案使得能够例如通过计算设备26基于图像区22a-c中的边缘检测来评估图像区22a-c。用于此的算法可以以准确和鲁棒的方式来使用。参考对象上的合适标记可以是例如遵循几何排列的十字、圆形或H结构。原则上，也可以布置其他结构——然而优选地是这样的结构，其相对于点结构展示大的边缘长度。即使在上面的解释中，记号的布置总是被描述为x配置，但是也可行的是，标记以星形星座图、圆形星座图等出现，由此记号可能被投影到图像传感器上的更多、更少和/或其他图像区。上述实施例使得能够简单地调整位置的确定和位置偏差的评估，使得不同的测试图案容易可适用。

随后的解释涉及从计算设备26输送到定位设备24的驱动步骤，以便驱动定位设备24，使得相应的多孔径光学器件相对于图像传感器在三维空间中移动。下面描述的误差补偿步骤将以有利地使得能够实现多孔径光学器件相对于图像传感器在六个自由度上的精确对准的顺序来描述。定位设备26可以备选地被配置为仅执行所描述的误差补偿步骤中的一个或多个和/或以修改的顺序对其进行执行。

图3a示出了多孔径光学器件12的示意性横向截面图，其相对于图像传感器16展示沿着负滚动方向的位置误差。图3b示出了这种情况的示意性顶视图。在图3a中，图像传感器16被布置在印刷电路板36处并与其接触，使得可以通过印刷电路板36处的计算设备获得来自图像传感器16的图像区22a-f的所捕获图像。

沿着负滚动方向的横向位置误差导致图像传感器16和多孔径光学器件12之间的相对位置差ΔR。光学设备的微图像中心，即光学通道14a-f的中心37已经例如沿着负滚动方向经历位置差为ΔR的线性位移。

参考对象包括测试对象结构。为此，例如一个或多个十字“+”形式的标记作为标记(例如标记35)被布置在参考对象上，其通过光学通道14a-f在相应图像区22a-e中被捕获为记号38a-e。

由滚动轴、俯仰轴和偏转轴所横跨的坐标系的坐标原点可以被布置在内部图像区22e的局部x/y/z坐标系的原点中。计算设备(例如计算设备26)被配置为使标记38e相对于图像区22e聚焦。为此，计算设备可以被配置为驱动定位设备(例如定位设备24)，以便该定位设备关于图像区22e沿z轴改变了多孔径光学器件12相对于图像传感器16的距离，使得记号38e被聚焦在图像区22e中。这意味着计算设备被配置为确定内部图像区22e的实际位置(记号38被成像的位置)的图案距离的放大距离的度量，并且控制定位设备，以便该定位设备使多孔径光学器件12沿着z轴或偏转轴移位，使得放大距离达到放大距离目标值。例如，计算设备26可以被配置为确定图案38e沿内部图像区22e的一个或两个轴x和/或y的延伸，并将其与比较值进行比较。如果记号38e的所捕获图案较大或较小，则可以分别增大或减小多孔径光学器件12和图像传感器16之间的距离。

计算装置被配置为例如随后基于例如关于x和y轴的坐标原点的图案偏差确定记号38e的实际位置针对内部图像区22e的横向差的度量。这意味着计算设备被配置为确定沿x轴的横向差的度量和沿y轴的图案偏差的横向差的度量。计算装置被配置为控制定位设备，使得横向差达到相应的目标值。

简单地说，这意味着定位设备使多孔径光学器件12和/或图像传感器16沿着x轴和/或y轴(在沿着滚动轴和/或俯仰轴的全局坐标系中)移位，直达到到横向差目标值。例如，可以通过将记号38e投影(protect)到图像区22e的局部坐标系的坐标原点来达到一个或两个横向差目标值。容差范围可以例如通过可容许的偏差(例如，一个或两个像素的位移)或者通过可达到的测量精度来限定。可达到的测量精度可以基于例如两个像素的距离，使得记号38e的投影关于图像区22e的坐标原点的偏差(该偏差小于像素距离并且可能不被检测到)可以被认为是足够精确的，使得达到相应的横向差目标值。

胶32被布置在印刷电路板36和多孔径光学器件12之间，使得多孔径光学器件12相对于图像传感器16的设定位置可以被固定。

换句话说，图3a和图3b示出了借助于x平移的物镜的偏移。由于y平移导致的位置误差可以在对应的截面图中产生等效的结果图像。

所有微图像中心(虚线圆的中心)在x和/或y维度上相对于相应图像区的中心沿着滚动轴线性移动距离ΔR。该对准可能仅仅通过中心光学通道14e中的测试对象结构(即记号38e)的所确定的图像坐标来实现，其包括坐标x_0，0，y_0，0，x_i，j和/或y_i，j，其指示相应图像区的相对位置，如例如针对图15的参考对象上的位置所描述的。

最初，测试对象结构的图像被聚焦在中心光学通道中(沿着z轴平移)。随后，物镜沿着x轴和/或沿着y轴移位，直到中心测试对象的图像的几何中心位于中心处，即在图像矩阵的全局坐标系的原点O中。对于测试对象结构的所测量图像坐标，可以满足以下等效条件：

r_0，0-O＝0

其中，

其中r_i，j描述例如在全局图像坐标系中具有索引(i，j)的位域的径向坐标。

r_imax、r_jmax、r_-imax和r_-jmax涉及该外部图像区的径向坐标，其在+i、-i、+j和-j中分别包括相对于记号被成像到的那些图像区的最大位置。

由于可能不能实现“零”的结果，所以实际上，通过限定所测量的图像坐标的差，或者对对应于组件的期望精度的量的结果的四舍五入(放大距离目标值和/或横向差目标值)，或者高于由该规则产生的差的对应控制值，使得偏差位于容差范围内。这也适用于下述精细对准步骤的条件。

图3a和3b以及多孔径光学器件相对于图像传感器的对准(在本上下文中描述该对准)可以作为在下面描述的调整步骤中的一个、若干或任何一个之前的粗略对准来执行。

图4a示出了多孔径光学器件12的示意性横向截面图，其相对于图像传感器16展示关于俯仰轴的楔形误差ΔtN。即，关于俯仰轴，多孔径光学器件12相对于图像传感器16倾斜角度ΔtN。图4b示出了图4a的情况的示意性顶视图。参考对象上的测试图案关于中心图像区22a居中并聚焦，这意味着记号38e被投影到图像区22e上，以便达到关于x轴和y轴的距离目标值和横向差目标值。楔形误差导致记号38a-d展示在x和/或y方向上的偏差。

计算设备被配置为确定记号38a-d关于图像区22a-d的中心(例如几何中心)的位移。例如，如果多孔径光学器件12的焦点位置展示相对于图像传感器16的误差，则楔形误差可以由计算设备通过以下事实来确定：记号38a-e相对于图像区22a-d的中心的距离对于每一对是相同的。可以例如在多孔径光学器件12绕滚动轴(绕x轴-tx)旋转时补偿一对，因为计算设备驱动定位设备使得多孔径光学器件12绕滚动轴旋转，直到记号38a和38c以及38b和38d相对于图像区22a-d的相应中心的距离分别相同。

另外，可以补偿由绕俯仰轴(绕y轴-ty)旋转引起的楔形误差，因为计算设备驱动定位设备，以便定位设备使多孔径光学器件12绕俯仰轴旋转，直到记号38a和38b以及38c和38d相对于图像区22a-d的相应中心的距离分别相同。这意味着记号38a-d相对于图像区22a-d的中心的相应距离可以包括实际位置关于相应外部图像区22a-d的图案距离的楔形误差差的度量，并且计算设备被配置为确定所述楔形误差差。通过相对于滚动轴或俯仰轴倾斜多孔径光学器件12，可以改变楔形误差差，使得它们达到目标滚动值或目标俯仰值，如上所述，其在容差范围内可以位于大约零值。在楔形误差补偿之前，可以执行如针对图3a和图3b所述的粗略对准。

换句话说，为了在绕x轴的扭转tx期间和/或绕y轴的扭转ty期间使多孔径光学器件12对准，这意味着在楔形误差补偿期间，最初将测试对象结构的图像聚焦在中心光学通道中，即执行沿着z轴的平移。随后，通过沿着x轴和/或y轴移位图像，图像被居中在图像原点O＝(0，0)中。楔形误差导致拐角通道中的测试对象结构的图像的所测量位置(即，外部图像区22a-d的所测量位置)与相应图像原点的不同径向距离。这可以通过使多孔径物镜按x轴和/或y轴(滚动轴和/或俯仰轴)旋转来至少部分地校正，直到满足外部图像区22a-d的以下条件：

在绕x轴(tx)旋转时：

等同于

r_{i max，j max}-r_{i max，-j max}＝0以及

等同于

r_{-i max，j max}-r_{-i max，-j max}＝0

在绕y轴(ty)旋转时：

等同于

r_{i max，j max}-r_{-i max，j max}＝0以及

等同于

r_{i max，-j max}-r_{-i max，-j max}＝0

对于四个外部图像区，楔形误差可以关于滚动轴(绕滚动轴的扭转)和/或关于俯仰轴(绕俯仰轴的扭转)轴向对称。

因此，图4a和图4b示出了通过绕y轴的扭转的物镜的偏移(y楔形误差)——绕x轴的扭转可以在对应的等效横向视图中产生等效的结果图像。关于正或负旋转角度的扭转的结果也可以从上述解释类推地确定和/或补偿。

图5示出了多孔径光学器件12的示意性顶视图，其相对于图像传感器16绕中心图像区22e的偏转轴或z轴扭转角度δ。计算设备被配置为例如确定记号38a-d离相应外部图像区22a-d的中心的距离。基于角度δ的旋转，记号38a-d均离相应中心有一段距离。对于图像区22a和22b，所述距离沿着相应的x方向差不多相同。同样，图像区22c和22d的距离在x方向上相同。在相应图像区的y方向上，对于图像区22a和22c以及22b和22d，距离大致分别相同。分别关于图像区22a和22b以及22c和22d的x距离的度量以及分别对于图像区22a和22c以及22b和22d的沿着y方向的距离的度量可以由计算设备确定为外部图像区22a-d中的每一个的图案偏差的旋转差的度量。

计算设备被配置为控制定位设备，以便定位设备使多孔径光学器件12和/或图像传感器16绕偏转轴旋转。可以通过绕偏转轴的旋转来减小旋转差δ，直到它达到容差范围内例如为零的目标旋转值。对于四个外部图像区22a-d，旋转误差可以是关于全局坐标系的原点旋转对称的。

换句话说，在绕中心图像区的t轴的扭转tz时，这意味着为了校正z扭转，对准最初涉及将测试对象结构的图像聚焦在中心光学通道中(沿着z轴平移)，随后通过使图像沿着x轴和/或y轴移位而将其居中在图像原点O＝(0，0)中。绕z轴的扭转导致位移，其在相应局部坐标系中在针对测试结构38a-d的图像的绕中心内部图像区22e对称定位的光学通道14a-d的量上是相等的，即：r′_{-i max，j max}＝r_{-imax，-jmax}＝r_{i max，-j max}＝r_{i max，j max}其中，在具有索引(i，j)和/或相关联的图像区22a-e的相应外部光学通道14a-e中径向局部坐标为

图6a示出了多孔径光学器件12的示意性横向截面图，其相对于图像传感器16包括沿着偏转轴的与目标值G_target相比太小的距离G。在多孔径光学器件12中的距离G可以涉及多孔径光学器件12的杂散光抑制结构39的面向图像传感器16的表面与图像传感器16的面向杂散光抑制结构39的表面之间的距离。备选地，距离G还可以涉及图像传感器16的面向多孔径光学器件12的表面与多孔径光学器件12的不同参考平面(例如面向对象区或图像传感器的透镜平面、或不同的参考平面)的表面之间的距离。此外，距离G还可以涉及关于图像传感器16的不同参考平面，例如涉及其上图像传感器16被布置在印刷电路板32处的表面。目标值G_target可以涉及多孔径光学器件12的后焦点距离和/或涉及多孔径光学器件12和图像传感器16之间的距离G，在该距离G处，可以获得投影到图像平面中的图像的期望的或最佳的清晰度。目标值G_target可以被称为距离目标值。备选地或附加地，目标值G_target可以涉及多孔径光学器件12和图像传感器16之间的距离的任何其他目标值。距离目标值G_target和距离G之间的偏差(例如差)可以被称为例如由ΔG＝G-G_target或ΔG＝G_target-G表示的距离差ΔG。如果距离差具有不同于0的值，则这可能导致可确定的放大率误差，这意味着对象区可能被成像为太大或太小的图像。

图6b示出了针对这种情况的多孔径光学器件12和图像传感器16的示意性顶视图。与被正确设定使得例如距离差ΔG具有大致0的值的距离G相比，包括记号38a-e的参考对象可以在太小的距离G并因此具有不同于0(例如，小于0)的值的距离差ΔG的基础上以放大的方式被表示或成像。这导致在外部图像区22a-d中成像的记号包括相对于中心内部图像区22e的中心沿着全局滚动轴和俯仰轴增加的径向距离。关于相应的局部x/y坐标系，这意味着记号38a在图像区22a内朝向负x值和正y值移位，记号38b朝向正x值和正y值移位，记号38c朝向负x值和负y值移位，并且记号38d朝向正x值和负y值移位。沿着相应x方向分别对于图像区22b和22d及22a和22c，以及沿着相应y方向分别对于图像区22a和22b及22c和22d，对应的位移差不多相等，使得在这里也存在关于局部和/或全局坐标原点的对称。

参考图6a，计算设备被配置为通过例如针对外部图像区22a-d中的至少一个、若干或每一个确定相应记号38a-d被成像到的径向局部坐标来确定距离差ΔG的度量。与零值的偏差(这意味着相应的记号38a-d位于相应图像区22a-d的相应中心(x＝0，y＝0)的外部)可以借助于计算设备被确定为图案偏差的距离差ΔG的度量。计算设备被配置为控制定位设备，以便定位设备使多孔径光学器件12沿着偏转轴移位，使得图像区22a-d的距离差ΔG达到目标距离值G_target，例如因为距离在这样的时间内变化或改变，直到记号38a-d在图像区22a-d的中心成像为止。距离差目标值可以例如在距离差ΔG的容差范围内位于零值附近或在容差范围内位于目标值ΔG_target附近。一旦已经补偿了任何倾斜误差，如例如对于图4a和图4b已经描述的，距离差ΔG关于外部图像区22a-d可以是相同的。

图7a示出了与目标值G_target相比，多孔径光学器件12相对于图像传感器16包括太大的距离G(即记号38a-d在每一种情况下在内部图像区22d的方向上移位)的情况的示意性横向截面图。图7b示出了图7a的情况的示意性顶视图。计算设备被配置为控制定位设备移动多孔径光学器件12和/或图像传感器16，使得距离G以及因此距离差ΔG的度量减小，从而使得距离差ΔG达到(距离差)目标值。

换句话说，目标焦点距离和实际焦点距离之差要尽可能地减小。为此，可以使用图像区22a中的放大率的确定。如果由于制造容差，未精确地达到目标焦距和因此光学器件的后焦点距离的目标值，则可以在粗略对准之后测量图像区22e中的放大率，并且可以通过使用对所实现的放大率(或根据其导出的焦距)的了解来相应地调整用于精细对准的测试图案。后焦点距离的精确数值可以有可能被忽略。

为此，例如在沿着z轴的平移期间的对准(校正距离误差)过程中，测试对象结构的图像首先粗略地聚焦在中心光学通道中(沿着z轴平移)，并且随后通过沿着z轴和/或y轴移位来居中在图像原点O＝(0，0)中。在多孔径物镜相对于图像传感器的z距离太小的情况下，阵列的拐角中的测试结构的图像朝向更大的(在幅度方面)的全局图像坐标移位。在距离太大的情况下，所述移位被反转，使得测试结构的图像朝向更小(在幅度方面)的全局图像坐标移位。因此，z距离在这样的时间内变化，直到测试结构的图像位于相应通道的中心内为止和/或直到满足以下条件(同时考虑容差范围)为止：

r′_{-i max，j max}＝r′_{-i max，-j max}＝r′_{i max，-j max}＝r′_{i max，j max}＝0

图8示出了用于通过如针对图3a和图3b所描述的x平移和/或y平移来校正多孔径光学器件相对于图像传感器的偏移的方法800的示意性流程图。方法800包括两个处理阶段810和850。借助于处理阶段810，可以补偿沿着x轴或滚动轴的位置误差。借助于处理阶段850，可以通过沿着y方向或俯仰方向的平移来补偿位置误差，一旦已经执行了处理阶段810或850，就可以切换到相应另一个处理阶段或切换到结束过程800。备选地，过程800可以以处理阶段810或处理阶段850开始，随后的图示通过示例描述了借助于处理阶段810的方法800的开始。这意味着，可以顺序地执行处理阶段810和850，并且因此，顺序地执行沿着x方向和y方向的位置的校正，并且因此一个接一个地顺序地达到目标滚动值和目标俯仰值。

处理阶段810的步骤812涉及聚焦中心光学通道或参考对象相对于中心光学通道的子区域。在步骤812之后的步骤814涉及例如借助于计算设备确定相应的测试结构(即在内部图像区中成像的记号)离相应图像中的P_0，0的位置。因此，该确定基于如针对图15所描述的中心光学通道的全局坐标P_0，0。

在步骤814之后的步骤816涉及将所确定的沿着滚动轴或局部x轴的位置作为起始值x_0，0存储在例如计算设备的参考值存储设备中。

步骤818涉及在平移步骤中使多孔径光学器件相对于图像传感器沿x轴移位。平移步骤的焦点距离可以是例如定位设备的电机或致动器的焦点距离或用于控制定位设备的控制量的焦点距离。在步骤818之后的步骤822涉及如针对步骤814所描述的确定测试结构离内部图像区中的P_0，0的位置。

在步骤822之后的比较824中，计算设备被配置为例如通过形成差来对所确定的位置与全局坐标系的原点O进行比较。如果该差在容差范围内具有不同于零的值(判定“否”)，则计算设备被配置为在步骤826中基于在步骤816中存储的起始值计算剩余焦点距离，并且切换到状态818，以便沿着x轴执行进一步的平移步骤。如果在判定824中，该差在容差范围内具有零值(“是”判定)，则多孔径光学器件可以被称为相对于图像传感器沿着x轴或滚动轴对准，使得到达结束828，可以从该结束切换到处理阶段850。这意味着步骤818可能在这样的时间内重复，直到达到目标滚动值。

处理阶段850的步骤852涉及将接收到的图像(例如记号38e)相对于中心光学通道(例如光学通道14e)进行聚焦。在步骤852之后的步骤854涉及确定测试结构在图像中的位置。所确定的沿着俯仰轴或者局部y轴的位置在步骤856中被存储为起始值y_0，0。

在步骤854之后的步骤858涉及沿着y轴或俯仰轴执行平移步骤，即沿着y轴改变图像传感器和多孔径光学器件之间的相对位置。在步骤858之后的步骤862涉及再次确定测试结构在内部图像区中的位置。如针对判定824所描述的，在步骤862之后的判定864涉及执行关于位置y_0，0是否与全局坐标系的中心O一致的比较。如果不是这种情况，即如果判定产生答案“否”，则步骤866涉及基于在步骤856中存储的位置和起始值计算剩余焦点距离。从步骤866切换回到步骤858并且执行沿着y轴的另一平移步骤。这在这样的时间内继续，直到判定864提供“是”的结果为止，使得多孔径光学器件可以被认为相对于图像传感器沿着y轴对准，并且使得在步骤868中，可以切换到处理阶段810，或者切换到步骤812。备选地，如果判定824或864的答案为“是”，则可以在判定824或864之后终止方法800。这意味着计算设备被配置为基于图像区的实际位置与关于图像区的目标位置(例如，坐标原点)的比较来控制定位设备。

换句话说，图8示出了用于居中目的的精细对准的概括概述。该过程可以等效地在x或y维度上开始。

图9示出了可以由计算设备执行以便补偿如参考图4a和图4b所描述的楔形误差的方法900的示意性流程图。方法900包括处理阶段910和处理阶段950。借助于处理阶段910，可以减少或补偿相对于x轴(即滚动轴)的楔形误差。借助于处理阶段950，可以减小或补偿相对于y轴(即俯仰轴)的楔形误差。处理阶段910和950可以彼此独立地执行，可以从处理阶段910切换到处理阶段950，或者一旦已经执行了处理阶段950，从处理阶段950切换到处理阶段910。这意味着方法900可以以处理阶段910或以处理阶段950开始。

作为示例，下面将以从处理阶段910开始的方式来描述方法900。步骤912涉及相对于图像区22e聚焦中心光学通道(例如，光学通道14e)。该步骤可以以与步骤812相同的方式执行。在步骤912之后的步骤914涉及通过在x-y平面中的平移使中心光学通道居中。步骤914可以以与步骤814相同的方式执行。

在步骤914之后的步骤916涉及确定测试离图像中的拐角点的位置，这意味着例如外部参考标记(例如记号38a-d)根据它们相应的外部图像区及它们在其中的位置来确定。在步骤918中，所确定的位置被存储为用于后续定位的起始值。起始值r_imax，jmax、r_imax，-jmax、r_-imax，jmax和r_{-imax，-jmax}可以分别通过沿着滚动轴(i)和俯仰轴(.j)的最大(或负最大)方向描述外部图像区中的测试结构的位置。

从步骤916开始，步骤922涉及控制定位设备，使得多孔径光学器件相对于图像传感器绕滚动轴以角增量旋转。如步骤916中完成的，步骤922之后的步骤924涉及确定测试结构离图像中的拐角点的位置。在步骤924中确定位置之后的判定926中，执行关于径向距离或差r_imax，_jmax-r_imax，-jmax在容差范围内是否包括0的值或者差r_-imax，_jmax-r_{-imax，-jmax}在容差范围内是否包括0的值的比较，这意味着确定楔形误差差的度量是否达到目标滚动值或目标俯仰值。

如果判定926的答案为“否”，即如果没有达到目标滚动值和目标俯仰值中的至少一个，则步骤928涉及在考虑在步骤918中存储的起始值的同时计算剩余焦点距离。从步骤928开始，过程返回到步骤922，以便按角增量执行绕滚动轴的另一旋转。然而，如果判定926的答案为“是”，即如果达到两个目标值，则关于绕滚动轴的旋转的楔形误差可以被视为已经被补偿，并且从最终状态932开始，过程可以切换到处理阶段950，或者该方法可以被终止。

处理阶段950的步骤952涉及聚焦中心光学通道，如针对步骤912所述。在步骤952之后的步骤954涉及使中心光学通道居中，如针对步骤914所述。步骤954之后的步骤956涉及确定外部测试结构离图像中的拐角点的位置，如针对步骤916所述。基于步骤946，在步骤958中存储起始值，如针对步骤918所描述的。步骤956之后的步骤962涉及控制定位设备，使得多孔径光学器件相对于俯仰轴旋转(倾斜)。这意味着该步骤也根据处理阶段910(即步骤922)类推地执行，不同之处在于绕俯仰轴执行旋转。在步骤962之后的步骤964涉及例如在步骤956中执行的确定位置，以便确定由步骤962实现的位置改变。

判定966涉及验证楔形误差差是否已经达到目标俯仰值。这可以例如通过差形成r_imax，jmax-r_-imax，jmax以及r_imax，-jmax-r_{-imax，-jmax}来实现。可以根据它们是否在容差范围内采用值0来验证该差，这意味着该差形成的相应偏差r_imax＝jmax、r_-imax，jmax、r_imax，-jmax和r_{-imax，-jmax}在幅度方面相等。如果判定的答案为“否”，则步骤968涉及在考虑来自步骤958的起始值的同时计算剩余焦点距离，并切换回步骤962，以便执行多孔径光学器件绕俯仰轴的另一旋转。如果在判定966(“是”判定)中，楔形误差差已经达到目标俯仰值，则可以认为该俯仰楔形误差已经被补偿，并且该方法可以被终止，或者可以切换到处理阶段910。

图10示出了用于补偿绕内部图像区22e的偏转轴或z轴的扭转的方法1000的示意性流程图。方法1000可以用于补偿如针对图5所描述的误差情况。步骤1002涉及聚焦中心光学通道，如针对步骤812、852、912和952所描述的。步骤1004涉及使内部图像区居中，如针对步骤814、854、914或954所描述的。在步骤1004之后的步骤1006还涉及确定测试结构即记号38a-d离图像中的拐角点的位置。位置被确定为位于相应图像区中，例如在外部图像区22a-d中的一个中，并且被存储为起始值(x，y)_imax，jmax、(x，y)_imax，-jmax、(x，y)_-imax，jmax和(x，y)-_imax，-jmax(步骤1008)。

步骤1012涉及控制定位设备，使得多孔径光学器件相对于内部图像区的偏转轴或z轴执行关于至少一个角增量的旋转。角增量可以是例如移动多孔径光学器件的电机或致动器的焦点距离，或者可以是定位设备的控制参数。

步骤1012之后的步骤1014涉及另一个定位确定，如针对步骤1006所描述的。在位置确定1014之后的判定1016涉及例如通过差形成x_-imax，jmax-x_imax，jmax＝0、x_{-imax，-jmax}-x_imax，-jmax＝O、y_-imax，jmax-y_{-imax，-jmax}＝0、和/或y_imax，jmax-y_imax，-jmax＝0来验证旋转差是否已经达到目标旋转值，0值也在这里遭受容差。如果不满足等式中的至少一个，即如果判定1016产生答案“否”，则切换到步骤1018，步骤1018涉及在考虑在步骤1008中存储的起始值的同时计算剩余焦点距离。从步骤1018开始，切换回步骤1012并且执行多孔径光学器件的另一旋转。然而，如果在判定1016中满足所有等式，即如果判定产生“是”的结果，则可以认为旋转误差已经被补偿，并且方法1000可以在步骤1022中终止。从步骤1022开始，可以通过沿着z轴或偏转轴平移多孔径光学器件来切换以例如补偿放大率误差。

图11示出了用于通过如针对图6a、6b、7a和7b所描述的将多孔径光学器件沿着z轴或偏转轴平移来对准多孔径光学器件的方法1100的示意性流程图。

步骤1102涉及聚焦中心光学通道。在步骤1102之后的步骤1104涉及通过x/y中的平移来进行居中，如例如针对步骤914所描述的。

在步骤1104之后的步骤1106涉及确定测试结构离图像中的拐角点的位置，可以在使用外部图像区22a-d的相应局部坐标系的同时执行位置的确定。在步骤1108中，所确定的位置被存储为起始值r′_{-imax，-jmax}、r′_imax，-jmax、r′_-imax，jmax和r′_imax，jmax。步骤1112涉及从步骤1106开始执行沿着z轴或偏转轴的平移，即驱动定位设备，使得多孔径光学器件沿偏转轴移位。

步骤1112之后的步骤1114涉及执行另一位置确定，如针对步骤1106所描述的。判定1116涉及例如以等式r′_-imax，jmax＝r′_{-imax，-jmax}＝r′_imax，-jmax＝r′_imax，jmax＝0的形式来验证在步骤1114中确定的位置是否对应于相应的局部坐标原点。这意味着执行关于距离差是否达到距离差目标值的验证。例如，可以通过在投影相应测试图案的所检测位置和局部坐标原点之间的差(距离)来获得这里的距离差的度量。如果判定1116产生“否”的结果，则步骤1118将涉及在考虑在步骤1108中存储的起始值的同时计算剩余焦点距离。从步骤1118开始，例如，切换回步骤1112，以便执行多孔径光学器件相对于图像传感器的位置的另一改变。如果判定1116产生“是”的结果，则可以认为放大率误差(即沿偏转轴的偏差ΔG)已经被补偿，并且方法1100可以被终止。例如，方法1100的最后步骤1122可以涉及开始固定物镜。

图11可以被描述为沿着z轴的平移的精细对准的概述的总结。

图12示出了可以例如在方法800、900、1000或1100中的任一个之前执行以便实现所述方法的鲁棒流程的方法1200的示意性流程图。步骤1202涉及多孔径物镜(即，多孔径光学器件)相对于图像传感器的粗略对准。这可以包括例如使图像传感器相对于测试图案对准，使得测试记号38被投影到图像传感器的对应图像区22上。另外，多孔径光学器件可以被布置为使得记号继续被投影到图像区上。这可以例如通过在步骤1202之后的步骤1204来补充，因为多孔径光学器件通过在x/y平面或滚动/俯仰平面中执行对准来相对于图像传感器对准，直到文本记号在图像区中成像为止。步骤1206涉及聚焦中心光学通道。

在步骤1206之后的步骤1208涉及确定中心光学通道中的放大率或针对内部图像区的放大率。这可以例如通过测量测试对象(即参考对象)的图像大小(实际大小)来实现。由于多孔径光学器件的光学性质以及参考对象和图像区之间的距离是已知的，因此这可以基于光学定律来执行。在步骤1208之后的判定1212涉及验证所确定的放大率是否与测试图案的所选择的设计匹配。如果判定1212的答案为“是”，则该方法通过例如通过方法800、900、1000和/或1100中的一个或多个执行多孔径光学器件相对于图像传感器的精细对准来切换到步骤1214。

如果判定1212产生“否”的结果，则步骤1216涉及调整测试图案，并且随后，该方法切换到步骤1214。因此，可以确定测试图案是否适合于相应的图像传感器和/或多孔径光学器件。测试图案的调整可以包括例如改变图案的一个或多个位置和/或形状，使得测试图案可以被投影到图像区中。

换句话说，通过评估图像矩阵中的图像的相对和绝对位置来执行使多孔径光学器件相对于图像传感器主动对准的过程，其中通过各个光学通道得到对象结构的图像矩阵中的图像。

对于实际实现，光学器件模块最初与图像传感器粗略对准，并且所聚焦图像被设定在中心光学通道中。在下一步骤中，根据已知的公式

通过测量测试对象B的图像大小(图像中的对象尺寸：B＝沿着所测量的对象边缘的像素数量*像素间距)来确定中心光学通道中的放大率m。其中量G是对象的大小，即测试对象在对象平面中的已知扩展。根据对象距离，利用从光学器件的结构(例如，光学通道的视觉范围的大小)已知的多孔径物镜的参数来预定义所述量G。根据下式，从所计算的放大率得到中心光学通道的焦距(f)，其实际上由制造过程创建：

在这种等式形式中，相机到对象距离将被插入有负号。

然而，还可以通过其它方法(例如尤其自动准直方法、光学扫描或非接触轮廓测量)预先确定中心通道的实际焦距(f)，或者可以已经知道中心通道的实际焦距(f)。在实际焦距偏离在光学器件的构造中针对的焦距的情况下，在多孔径物镜的聚焦期间发生对象平面内的平均视线的几何分布的按比例缩放。因此，在这种情况下，必须调整作为主动对准的前提的对象结构的布置(参见图7)。光学通道的平均视线与对象平面的新的交叉点可以通过根据光学器件的设计(例如光线跟踪模拟软件)将焦距改变为实际值来确定。

换句话说，图12示出了精细对准过程的准备流程的总结概述。借助于方法1200，参考对象被布置成使得参考对象通过多孔径光学器件在光学通道中被成像到针对每个通道的一个图像区。

图13示出了方法1300的示意性流程图，其中以有利的方式减少或补偿沿着六个自由度的定位不准确度。第一步骤涉及执行用于多孔径光学器件相对于图像传感器的粗略对准的方法1200。在方法1200之后，执行方法800，从而执行借助于在x-y平面中的平移的居中。在方法800之后，通过执行处理阶段910沿着滚动轴执行楔形误差补偿。在处理阶段910之后，执行用于补偿相对于俯仰轴的楔形误差的处理阶段950。处理阶段910和950也可以以不同的顺序执行并共同构成方法900。在方法900之后，执行用于补偿z扭转(或偏转扭转)的方法1000。在方法1000之后，执行用于校正距离误差的方法1100。在方法1100之后，可以固定1302物镜。换句话说，多孔径物镜可以在精细对准的整个过程之后例如通过外壳和印刷电路板之间的粘合剂胶接的方式在对准位置中固定。

备选地，方法1300可以利用各个部分方法的修改后的序列来执行。备选地或附加地，还可以仅执行方法800、900、1000、1100和/或1200中的一个或多个。

换句话说，在组装过程开始时，先前组装的多孔径物镜可能以它集成在气密外壳中的方式存在，并且存在与其分离的已经在印刷电路上接触并可以被读出的图像传感器(参见图3的示例性表示)。对于主动对准过程，图像传感器被定位成使得图像场的中心(＝像素矩阵的几何中心)和对象平面(＝测试图案平面)的中心之间的连接线垂直于图像平面并因此对应于图像传感器上的法线。这有利地通过至少以相当好的近似保持图像传感器或其上集成有图像传感器的印刷电路板来实现。为了执行主动对准过程，可能存在对组装设备提出的以下要求。组装设备有利地包括用于以相对于测试图案对准的方式将图像传感器保持在包括读出接口的印刷电路板上的设备；用于保持多孔径物镜(例如夹持器、机械、气动、借助于真空等)的设备；用于在六个自由度(x，y和z方向上的平移以及x，y和z轴的扭转)中改变物镜相对于图像传感器的相对位置的设备，可以针对所述三个旋转自由度将共享支点设定为靠近所述多孔径物镜的中心；在离多孔径物镜适当距离(＝对象距离)处的图案投影的测试图案或屏幕，其以足够同质的方式照明；包括用于驱动用于改变物镜相对于图像传感器的相对位置的致动器/电机的接口的图像读出和图像评估设备(例如包括评估和控制软件的PC)；和用于图像分割、对象识别以及借助于多孔径光学器件的测试图案的成像结构到图像中心上的位置确定的算法。

图14示出了用于说明例如用于图像区22a的全局坐标系∑和局部坐标系∑’之间的关系的示意图。如所描述的，例如，针对图3a和图3b，全局坐标系∑包括滚动轴、俯仰轴和偏转轴的交叉点，共享交叉点也可以是由定位设备发起的相对于多孔径光学器件的六个自由度中的移动的共享支点。多孔径光学器件的光学通道14e相对于图像区22e被布置，光学通道14e包括光学中心37e。

图像区22a-c均包括包含x轴、y轴和z轴的局部坐标系∑′，所有这些轴的共享交叉点被布置在图像区22a-c的几何中心处。局部坐标系∑′可以是笛卡尔坐标系，例如，其中x，y和z轴在中心处相对于彼此以直角相交。投影到图像区22a中的记号38的位置可以通过局部坐标y’_i，j和/或x’_i，j以及通过全局坐标y_i，j或者x_i，j二者来指示。索引i，j可以是例如指示沿着滚动轴和/或俯仰轴的图像区22a-d的编号的索引。

换句话说，图14示出了用于在顶视图中描述多孔径相机模块的图像平面中的坐标的概述图。图像平面∑中的全局坐标系的原点在图像场的几何中心，而局部坐标系∑′的原点在相应光学通道的图像场的几何中心。示出的是这样的情况，其中四个相邻光学通道的图像圆(包括中心标记的虚线圆)以与图像传感器上与每一个通道相关联的图像场(正方形)非最佳的方式对准。左上光学通道中所示的十字表示如由相关联的光学通道产生的位于图像平面内的对应预定义位置处的对象结构的图像。

图15示出了由包含光学通道的二维布置的包括多孔径光学器件12和图像传感器16的多孔径物镜在对象平面44中进行扫描的示意表示。点P_i，j在无误差的情况下标记相应光学通道(i，j)的相应平均视线与对象平面的交叉点。

例如，对象平面被描绘为使得使用i方向上的七个光学通道以及j方向上的五个光学通道对其进行扫描，这意味着i_max＝3，-i_max＝-3，j_max＝2，-j_max＝-2。记号38可以被布置在位置P_-3，2、P_3，2、P_-3，-2和P_3，-2处。记号38也可以被布置在位置P_0，0处。备选地，记号也可以被布置在对象区44中和/或参考对象上的不同位置处，所描述的记号之间的最大距离是有利的。

换句话说，多孔径物镜的二维布置由具有x维度上的(2*i_max+1)个通道和y维度上的(2*j_max+1)个通道的光学通道阵列组成。如图15和随后的图16中可以看出，多孔径物镜的每一个光学通道在对象空间中展示不同的视角(如也从WO201I/045324A2已知的)，和/或各种光学通道使对象平面的不同区成像。这意味着每一个光学通道的平均视线的轴(＝相应的光轴)与对象平面的交叉点产生预定义分布(从设计已知)(随后的图16)。例如，在需要不失真成像的情况下使用具有等距离的网格。

特定对象结构(例如十字、圆形、正方形等)在测试图案平面中被放置在与对象平面的所述交叉点的若干(例如三个或五个)选定位置中(例如，在点P0，0、P_-imax，jmax、P_{_imax，-jmax}、P_imax，-jmax、P_imax，jmax)。对象结构的中心的选择在此包括对象平面的中心(例如P_0，0)、相对于滚动轴的至少一对有利地镜像对称定位的点或区(例如P_-imax，jmax与P_{-imax，-jmax}或P_imax，-jmax与P_imax，jmax)和/或相对于俯仰轴的至少一对有利地镜像对称地定位的点或区(例如P_-imax，jmax与P_imax，jmax或P_{-imax，-jmax}与P_imax，-jmax)。

随后描述的主动对准的各个步骤的精度水平可以与对象平面中的两个选定点的相应距离成正比地增加。

在该上下文中，通过相关联的点的尽可能大的距离实现对准中的最高可能的精度水平。位置P_i，j之间的角度偏差可以由角度θ_i，j，指示，例如由用于位置P_0，0和P_0，1之间的偏差的角度θ_0，1指示。备选地，例如，角度9_0，-2包括位置P_0，0和P_0，-2之间的相应光学通道的视角的偏差和/或差。

图16示出了用于示出图15的关系的包括多孔径光学器件12和图像传感器16的示意性横向截面图。具有y＝-2，...，2的角度θ_i，y包括关于与所捕获的对象空间平行布置的平面相对于垂直于平面46的法线的角度。

角度α_i，j描述图像区22a-e处的图像传感器16的相应表面法线之间的角度。

换句话说，图16示出了多孔径成像系统的简化截面图。在该实施例中，多孔径物镜(在前侧和后侧具有微透镜的堆叠形成)被集成——使得其在图像侧连接到用于防止光学串扰的板(黑色芯片)——在外壳(灰色，横向)中，外壳在主动对准的过程中被固定在其上设置接触的数字图像传感器(棕色)的印刷电路板(绿色，下面)上。对象空间中的相应光学通道(i，j)的平均视线由角度θ_i，j指定。相应光学通道的平均视线θ_i，j由光学器件的构造来指定，并且是由于各自关联的透镜系统的光学性质(焦距、材料的折射率等)引起的，在相应微图像的中心处的入射角α_i，j。

通过例如多孔径物镜的图15，不是一般性地表示主动对准的处理流程的上述描述，多孔径物镜包括7×5个光学通道和作为在阵列的四个拐角(P_-3，d，P_-3，-2，P_3，-2，P_3，2)中的光学通道以及中心光学通道(P_0，0)的平均视线的交叉点处的对象结构的十字。图17a和17b示出了多孔径物镜相对于图像传感器的连续主动对准之后的目标位置。

图17a示出了相对于图像传感器16对准(即，调节)的多孔径光学器件12的示意性横向截面图。图17b示出了图17a的该情况的示意性顶视图。关于六个自由度，记号38a-e相对于相应的图像区22a-e对准。记号38a-d投影到图像区22a-e上的位置的偏差相对于相应的局部坐标中心最小。换句话说，图17a和17b示出了成功主动对准之后的目标位置。微图像的光栅(虚线圆)与图像传感器的像素场的光栅一致。(正方形)，即在每一个光学通道中，相关联的图像圆的中心直接位于对应微图像场的几何中心处。所选对象结构的图像对称地位于相应微图像场的几何中心处。在左边：侧视图；在右边：顶视图。

与用于对准成像光学器件，特别是用于小设计的器件的多孔径光学器件的已建立的方法和机器的应用相比，上述实施例实现了提高的精度水平。实施例使得能够使相应的精细对准过程自动化，以便在生产过程中实现快速的循环时间。此外，由于可以以高质量实现快速对准，因此可以获得安装的相机模块的增加的产量，并且因此可以获得较低的测试和次品成本。

这意味着用于主动对准的实施例可以被具体地配置用于具有分段视觉范围的多孔径物镜的架构，并且因此使得能够实现上述优点。由于其超平的设计和潜在的低成本生产和组装技术，多孔径成像系统适合于用在消费电子产品(例如，膝上型计算机、游戏机或玩具)中，并且特别地适合于用在诸如移动电话、平板计算机、PDA等(例如，(PDA＝个人数字助理))的便携式设备中。例如，另外的应用领域是传感器技术，例如在生产技术中的相机型传感器、成像传感器中。此外，例如，在汽车技术中(例如，在汽车内部的光学安全传感器中，在诸如倒车摄像头或用于车道检测的驾驶辅助系统中)的应用是可行的。实施例还可以用于安全和监视领域，例如用于在建筑物、博物馆或对象处和/或内部具有大视觉范围的不显眼的周围环境摄像头。另外，实施例可以用于机器人领域，例如用作用于导航、用于光学控制夹持器和/或部件拾取设备的光学传感器。上述实施例的另一应用领域可以在医学技术领域中找到，例如在使用成像诊断过程中如在内窥镜检查中。然而，上述实施例的应用不限于所述应用领域。

尽管上述实施例描述了包括少量光学通道(例如5×7)的多孔径光学器件和/或图像传感器，但是所述实施例也可以应用于其它多孔径光学器件和/或图像传感器，其包括例如多于5个、多于50个或多于500个光学通道。

尽管上述实施例被描述为使得其相对于计算设备执行图案被成像到图像区中的位置的比较的图像区的局部或全局中心，但是相对于其确定移位或扭转的参考点也可以相对于任何其他点实现。

尽管结合上述实施例描述了图像区22a-e的二维布置，但是沿着单向线结构布置图像区22a-e也是可行的。这意味着两个索引i或j中的一个被认为是一维的，并且位置确定可以基于三个参考区或图像区来实现。

即使已在设备的上下文中描述了一些方面，应当理解：所述方面还表示了对对应方法的描述，使得设备的块或结构部件还被理解为对应的方法步骤或方法步骤的特征。通过与之类比，在方法步骤的上下文内描述或被描述为方法步骤的方面也表示对对应设备的对应块或细节或特征的描述。

一般而言，本发明的实施例可被实现为具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于在计算机上运行计算机程序产品时执行任何方法。该程序代码还可以存储在例如机器可读载体上。

其他实施例包括用于执行本文描述的任何方法的计算机程序，所述计算机程序存储在机器可读载体上。

换言之，本发明方法的实施例从而是具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在计算机上运行计算机程序时执行本文描述的任何方法。本发明方法的另一实施例从而是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，其上记录有用于执行本文描述的任何方法的计算机程序。

另一实施例包括例如计算机或可编程逻辑器件之类的处理装置，其被配置为或适于执行本文描述的任何方法。

另一实施例包括其上安装有用于执行本文描述的任何方法的计算机程序的计算机。

在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列FPGA)可以用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以执行本文描述的任何方法。一般而言，在一些实施例中，方法由任何硬件设备来执行。所述硬件设备可以是任何通用硬件，例如计算机处理器(CPU)，或者可以是方法专用的硬件，例如ASIC。

上述实施例仅表示对本发明的原理的说明。应当理解：本领域其他技术人员将意识到本文描述的布置和细节的修改和变化。这就是为什么本发明预期仅由下面权利要求的范围来限制，而非本文借助对实施例的描述和讨论所提出的具体细节来限制。

文献

[1]www.aeiboston.com/platform_cmat.htm，2014年5月

Claims (15)

1.一种用于包括若干光学通道(14a-f)的多孔径光学器件(12)在制造多孔径相机设备期间相对于图像传感器(16)的相对定位的设备(10)，包括：

参考对象(18)，被布置为使得所述参考对象(18)通过所述多孔径光学器件(12)在所述光学通道(14a-f)中被成像到针对每个通道(14a-f)的图像区(22a-e)；

定位设备(24)，能够控制以改变所述多孔径光学器件(12)和所述图像传感器(16)之间的相对位置；

计算设备(26)，被配置为确定所述参考对象(18)在所述参考对象的图像中的至少三个图像区(22a-e)中的实际位置，并且基于所述实际位置与位置的比较来控制所述定位设备(24)。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为基于图像区(22a-e)的实际位置相对于其他图像区(22a-e)中的实际位置的比较来控制所述定位设备(24)。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为基于图像区(22a-e)的实际位置与关于所述图像区(22a-e)的目标位置的比较来控制所述定位设备(24)。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为控制固定设备(28)，所述固定设备被配置为硬化布置在所述多孔径光学器件(12)和所述图像传感器(16)之间或在所述多孔径光学器件(12)和其上布置有所述图像传感器(16 )的印刷电路板(36)之间的胶(32)。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述参考对象(18)包括包含参考标记(35a-c)的至少三个参考区(33a-c)，使得一个参考标记(35a-c)分别被成像到所述至少三个图像区(22a-c)之一上，所述计算设备(26)被配置为基于所述参考标记(38a-e)在所述图像区中的位置来确定所述实际位置。

6.如权利要求1所述的设备，其中，至少四个外部图像区(22a-d) 和一个内部图像区(22e)沿着滚动轴和俯仰轴布置，所述外部图像区(22a-c)与所述滚动轴平行地布置成两个相对的对，并且与所述俯仰轴平行地布置成两个相对的对，所述滚动轴和所述俯仰轴被布置成彼此垂直并且垂直于与所述图像传感器的表面法线平行布置的偏转轴，并且所述内部图像区(22a)包括所述滚动轴、所述俯仰轴和所述偏转轴的交叉点，并且其中，所述计算设备(26)被配置为基于所述实际位置与所述位置的比较来确定所述内部图像区(22e)中和所述至少四个外部图像区(22a-d)中的图案(38)的图案偏差。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为基于所述图案偏差确定针对所述内部图像区(22e)的实际位置的图案距离的度量，所述计算设备(26)被配置为控制所述定位设备(24)，以使所述定位设备(24)使所述多孔径光学器件(12)沿着所述偏转轴偏移，使得所述距离达到目标距离值。

8.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为基于沿着所述滚动轴的图案偏差确定针对所述内部图像区(22e)的实际位置的第一横向差的度量，以基于沿着所述俯仰轴的图案偏差确定针对所述内部图像区(22e)的第二横向差的度量，并且控制所述定位设备(24)，使得所述第一横向差达到第一横向差目标值并且所述第二横向差达到第二横向差目标值。

9.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为确定针对所述四个外部图像区(22a-d)中的每一个外部图像区的实际位置的图案距离的楔形误差之差的度量，并且控制所述定位设备(24)，以使所述多孔径光学器件相对于所述滚动轴或所述俯仰轴倾斜，使得所述楔形误差之差达到目标滚动值或目标俯仰值。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为控制所述定位设备(24)，使得一个接一个(910、950)地顺序达到所述目标滚动值和所述目标俯仰值。

11.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为确定分别沿第一局部和第二局部横向方向的针对所述外部图像区(22a-d)中的每一个外部图像区的图案偏差的旋转差的度量，并且控制所述定位设备(24)，以使所述定位设备(24)使所述多孔径光学器件(12)绕所述偏转轴旋转，使得所述旋转差达到目标旋转值。

12.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为确定沿与所述滚动轴平行的局部方向以及沿与所述俯仰轴平行的局部方向的针对所述外部图像区(22a-d)中的每一个外部图像区的图案偏差的距离差的度量，并且控制所述定位设备(24)，以使所述定位设备(24)使所述多孔径光学器件(12)沿着所述偏转轴偏移，使得所述距离差达到目标值。

13.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算设备被配置为

基于所述图案偏差确定针对内部图像区(22e)的实际位置的图案距离的度量，所述计算设备(26)被配置为控制所述定位设备(24)，以使所述定位设备(24)使所述多孔径光学器件(12)沿着所述偏转轴偏移，使得所述距离达到目标距离值；

基于沿着滚动轴的图案偏差确定针对所述内部图像区(22e)的实际位置的第一横向差的度量，以基于沿着俯仰轴的图案偏差确定针对所述内部图像区的第二横向差的度量，并且控制所述定位设备(24)，使得所述第一横向差达到第一横向差目标值并且所述第二横向差达到第二横向差目标值；

确定针对四个外部图像区(22a-d)的实际位置的图案距离的楔形误差之差的度量，所述四个外部图像区(22a-d)与所述滚动轴平行地布置成两个相对的对且与所述俯仰轴平行地布置成两个相对的对，并且控制所述定位设备(24)，以使所述多孔径光学器件相对于所述滚动轴或所述俯仰轴倾斜，使得所述楔形误差之差达到目标滚动值或目标俯仰值；

确定分别沿第一局部和第二局部横向方向的针对所述四个外部图像区(22a-d)的图案偏差的旋转差的度量，并且控制所述定位设备(24)，以使所述定位设备(24)使所述多孔径光学器件(12)绕偏转轴旋转，使得所述旋转差达到目标旋转值；以及

确定沿与所述滚动轴平行的局部方向以及沿与所述俯仰轴平行的局部方向的针对所述外部图像区(22a-d)中的每一个外部图像区的图案偏差的距离差的度量，并且控制所述定位设备(24)，以使所述定位设备(24)使所述多孔径光学器件(12)沿着所述偏转轴偏移，使得所述距离差达到目标值。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述计算设备(26)被配置为在每一种情况下控制所述定位设备(24)，使得在所述计算设备(26)控制所述定位设备(24)使得所述楔形误差之差达到所述目标滚动值或所述目标俯仰值之前，在所述旋转差达到所述目标旋转值之前，或在所述距离差达到所述目标值之前，所述距离达到所述目标距离值，所述第一横向差达到第一横向差目标值，并且所述第二横向差达到第二横向差目标值。

15.一种将包括若干光学通道(14a-f)的多孔径光学器件(12)在制造多孔径相机设备期间相对于图像传感器(16)的相对定位的方法，包括：

布置(12a)参考对象(18)，使得所述参考对象(18)通过所述多孔径光学器件(12)在所述光学通道(14a-f)中被成像到针对每个通道(14a-f)的图像区(22a-e)；

提供能够被控制以改变所述多孔径光学器件(12)和所述图像传感器(16)之间的相对位置的定位设备(24)；

确定所述参考对象(18)在所述参考对象的图像中的至少三个图像区(22a-d)中的实际位置(814，854；914，954；1006，1106)；

将所述实际位置(824，864；926，966；1016，1116)与位置进行比较；以及

基于所述比较来控制定位设备(822，862；922，962；1014，1114)。

Images