CN108139566A - 多孔径成像设备、便携式设备以及制造多孔径成像设备的方法 - Google Patents

多孔径成像设备、便携式设备以及制造多孔径成像设备的方法 Download PDF

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Abstract

多孔径成像设备包括相邻布置的光通道的单行阵列和用于偏转光通道的光路的光束偏转装置。光束偏转装置包括第一位置和第二位置，在第一位置和第二位置之间，光束偏转装置可以沿着单行阵列的行延伸方向平移地移动。光束偏转装置被配置为使得根据光束偏转装置位于第一位置还是第二位置，将每个光通道的光路偏转到相互不同的方向。

Description

多孔径成像设备、便携式设备以及制造多孔径成像设备的 方法
技术领域
本发明涉及一种多孔径成像设备及其制造方法。本发明还涉及一种包括多孔径成像设备的便携式设备。本发明还涉及一种包括线性通道布置和平移移动的偏转镜在内的多孔径成像系统。
背景技术
常规相机在一个通道内传输总视场，并且在其小型化方面受到限制。在智能电话中，采用了两个相机，这两个相机的取向与显示器表面法线的方向相反。
对包括多孔径成像设备在内的设备的要求在于其设计的自由度，这也导致对相机在其小型化方面的要求，特别是在实现小的安装高度方面。
因此，期望能够实现小型化的多孔径成像设备的概念，使得包括多孔径成像设备的装置获得自由度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种多孔径成像设备，最大程度小型化的并且旨在减小安装高度。
该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。
本发明的一个研究结果在于：已经认识到，将光通道布置成单行阵列使得能够沿着与单行阵列的行延伸方向垂直的方向将多孔径成像设备小型化到单行的程度。多孔径成像设备中的由于单行阵列设计而小型化的一侧面可以基本上与设备中的要被小型化的一侧平行对齐，使得当设备被实现成小型化的侧面时获得自由度。通过光束偏转装置，可以实现将光通道的光路沿任何方向偏转，使得光通道相对于要被捕获的目标区域的取向可以是随机的，这进一步实现了自由度，并且使成像设备沿至少一个方向被小型化。
根据实施例，一种多孔径成像设备包括相邻布置的光通道的单行阵列和用于偏转光通道的光路的光束偏转装置。光束偏转装置包括第一位置和第二位置，在第一位置和第二位置之间，光束偏转装置可以沿着单行阵列的行延伸方向平移地移动。光束偏转装置被配置为使得根据光束偏转装置是位于第一位置还是第二位置而将每个光通道的光路偏转到相互不同的方向。
基于单行阵列，多孔径成像设备沿着与单行阵列的行延伸方向垂直的方向的延伸可以是小的或最小的。
根据其它实施例，一种便携式设备包括根据实施例的多孔径成像设备。
根据其它实施例，一种制造多孔径成像设备的方法包括：提供相邻布置的光通道的单行阵列；以及布置用于偏转光通道的光路的光束偏转装置。光束偏转装置被布置为使得：光束偏转装置包括第一位置和第二位置，在第一位置和第二位置之间，光束偏转装置可以沿着单行阵列的行延伸方向平移移动，并且光束偏转装置根据其是位于第一位置还是位于第二位置，来将每个光通道的光路偏转到相互不同的方向。
其它有利实施例形成从属权利要求的主题。
附图说明
下面将关于附图来说明本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意图；
图2示出了根据实施例的包括四个局部视场在内的总视场20的示意图；
图3示出了根据实施例的包括光学图像稳定器在内的多孔径成像设备的示意图；
图4示出了根据实施例的单行阵列和光束偏转装置的示意图；
图5示出了根据实施例的光束偏转装置在平移移动上的移动上的力的曲线的示意图；
图6示出了根据实施例的便携式设备的示意透视图；
图7示出了根据实施例的包括两个多孔径成像设备在内的便携式设备的示意透视图；以及
图8示出了包括第一多孔径成像设备和第二多孔径成像设备的示意性结构，第一一多孔径成像设备和第二多孔径成像设备包括光学图像传感器。
具体实施方式
在以下参考附图更详细地说明本发明的实施例之前，应该注意的是，在各个附图中，相同的和具有相同的功能或动作的元件、对象和/或结构设置有相同的附图标记，从而使得所述元件在不同实施例中呈现的描述是可互换和/或相互适用的。
图1示出了根据实施例的多孔径成像设备10的示意图。多孔径成像设备10包括图像传感器12、光通道16a至16d的单行阵列14和光束偏转装置18。光束偏转装置18包括第一位置和第二位置，在第一位置和第二位置之间，光束偏转装置18可以沿着单行阵列的行延伸方向22平移地移动。光束偏转装置被配置为根据光束偏转装置是位于第一位置还是第二位置而将每个光通道16a至16d中的光路偏转到相互不同的方向。例如，致动器24可以被配置为基于与行延伸方向22平行或反平行的平移移动26来移动束偏转装置18。光束偏转装置可以被实现为一侧或两侧的反射镜。镜面可以被实现为平面的，或者被实现为连续地或不连续地弯曲的。备选地或附加地，光束偏转装置18可以包括彼此相邻布置的小平面(facet)，并且小平面被实现为将所接收的光路偏转到与其它小平面的方向不同的方向。镜体还可以包括棱形截面。
例如，光束偏转装置18可以包括多个或大量光束偏转元件28a至28h。光束偏转元件28a至28h可以(例如，单独地或成组地)不同地取向，使得基于光束偏转元件28a至28h的定位，在每种情况下一个光束偏转元件28a或28e、28b或28f、28c或28g、和/或28d或28h沿着相应光通道16a至16d的光路32-1、32-2、32-3或32-4布置。例如，位于图像传感器12和光束偏转装置18之间的光路32-1至32-4可以基本上以相互平行(以准直)的方式延伸。例如，光束偏转元件28e至28h可以包括相互不同的倾斜度和/或反射特性，使得光路32-1至32-4在光束偏转元件28e至28h处被引导到不同的方向。不同的方向可以延伸到要被捕获的总视场中的相互不同的局部视场，不同的局部视场是经由不同的光通道16a至16d而被捕获到的、并且遍及图像传感器12的不同的图像传感器区域34a至34d。如标号1、1’、2、2’、3、3’、4和4’所示，可以通过偏转装置18将光通道16a至16d的光路32-1至32-4偏转成相互不同的视向。例如，第一视向可以至少部分地沿正y方向延伸。例如，第二视向可以至少部分地沿负y方向延伸。如果偏转装置18处于第二位置，则光束偏转元件28a至28d可以布置在单行阵列14之前，以便偏转光通道16a至16d的光路32-1至32-4。光束偏转元件28a至28d可以被布置为使得它们将光路32-1至32-4偏转为沿着负y方向。基于光束偏转元件相对于单行阵列14的对准(角度)，第一视向和第二视向可以是任意的。根据实施例，视向沿着多孔径成像设备10的不同侧面或主侧面延伸。
光束偏转元件28a至28h可以是例如被形成为分段镜(facet mirror)的光束偏转装置18的小平面。这意味着光束偏转装置可以被形成为沿着行延伸方向22布置的小平面阵列。备选地或附加地，光束偏转装置18的第一部分36a可以被配置为基本上分段弯曲。第二部分36b也可以被配置为分段弯曲，逐段相互不同的曲率能够实现光路32-1至32-4的不同偏转。这意味着光束偏转元件28a至28d、28e至28h和/或28a至28h可以以连续或不连续的方式分段互连。在第一位置中，部分36b可以被布置为偏转光路32-1至32-4。在第二位置中，部分36a可以被配置为偏转光路32-1至32-4。这使得多孔径成像设备10的平坦布置能够沿着y方向，y方向也可以被理解为厚度方向或者可以与厚度方向平行地延伸。基于光束偏转装置18，可以省去为了捕获相互不同的视场(对象区域)而对第二图像传感器和/或第二光通道阵列的布置。基于光束偏转装置的平移移动，可以部分或完全省去为光束偏转装置沿着厚度方向的移动而预留的安装空间，使得可以实现很大程度的小型化。分别用于偏转光路32-1至32-4的区域或块36b和36a的布置可以分别被理解为光束偏转装置18的第一位置Pos1和第二位置Pos2。
致动器24可以被配置为例如气动致动器、液压致动器、压电致动器、直流电机、步进电机、热致动的致动器、静电致动器、电致伸缩致动器、磁致伸缩致动器、或音圈驱动器。
单行阵列18可以包括例如光通道16a至16d所通过的载体38。为此，例如，载体38可以被配置为不透明的，并且可以包括用于光通道16a至16d的透明区域。在透明区域内或在透明区域附近和/或在透明区域的端部区域处，可以布置光通道16a至16d的光学器件。备选地或附加地，载体38可以被配置为透明的，例如基于聚合物材料和/或玻璃材料。能够将总视场的相应局部视场投影在图像传感器12的相应图像传感器区域34a至34d上的光通道16a至16d的光学器件(透镜)可以布置在载体38的表面上。有利的是，光通道16a至16d的尺寸和/或多孔径成像设备10的尺寸可以取决于沿厚度方向布置的光学器件的尺寸(直径)。载体38沿厚度方向的尺寸可以基本上与光学器件沿厚度方向的尺寸相同，使得需要沿着厚度方向为单行阵列14的载体38提供少量安装空间的或不需要附加的安装空间。
图像传感器区域34a至34d可以各自由例如包括对应的像素阵列的芯片形成；图像传感器区域可以安装在共享基板和/或共享电路板上。备选地，当然也可以是这样的：图像传感器区域34a至34d中的每一个是由在图像传感器区域34a至34d上连续延伸的共享像素阵列的一部分形成的，共享像素阵列例如形成在单独芯片上。例如，然后，将在图像传感器区域34a至34d中仅读出共享像素阵列的像素值。当然，所述备选方案的各种组合也是可以的，例如存在用于两个或更多个通道的一个芯片以及存在用于其它通道的另一芯片等。在图像传感器12的多个芯片的情况下，所述芯片可以例如以全部一起或成组地等方式安装在一个或多个电路板上。
图2示出了包括四个局部视场42a至42d在内的总视场20的示意图。例如，局部视场42a至42d可以与光通道16a至16d相关联。多个局部视场可以更大和/或更小，并且例如基于多孔径成像设备内的多个光通道。关于图1，例如，光路32-1可以指向局部视场42a，光路32-2可以指向局部视场42b，光路32-3可以指向局部视场42c，和/或光路32-4可以指向局部视场42d。即使光路32-1至32-4与局部视场42a至42d之间的关联是任意的，基于光束偏转装置18也可以清楚地知晓，光路42-1至42-4指向相互不同的方向。
这意味着光通道可以被配置为捕获总视场20的相互交叠的局部视场。在光束偏转装置18的背离图像传感器12的一侧，光路32-1至32-4可以呈现相同的视向以及相同视向内的不同倾斜度或角度。不同的倾斜度能够捕获总视场的不同局部视场。不同的倾斜度可以通过光束偏转装置18和/或通过光通道16a至16d的光学器件获得。
图3示出了关于多孔径成像设备10修改的多孔径成像设备30的示意图，其中多孔径成像设备30包括用于通过产生光束偏转装置18的旋转移动48来沿图像轴46稳定图像的光学图像稳定器。图像稳定器44可以包括被配置为产生旋转移动48的致动器52。为此，致动器52可以机械地连接到光束偏转装置18。致动器52可以被配置为以模拟方式产生旋转移动48。这可以被理解为意味着：例如在光束偏转装置18的第一位置、第二位置和/或沿着平移移动26的其它位置之间，可以以基本上在位置上不连续的方式来切换上述位置，并且光束偏转装置的位置可以被配置为在一个、两个或若干方向上是稳定的。这些位置可以被理解为意味着光束偏转装置18在其间移动的在位置上不连续的位置。平移移动26可以与模拟旋转移动48叠加；模拟移动可以被理解为在位置上是连续的，或者至少具有比平移移动26的步长实质上更小的步长。可以例如绕光束偏转装置18的旋转轴54产生旋转移动48。旋转轴54可以被布置为与单行阵列的行延伸方向22平行。光束偏转装置18的旋转移动48可以是可配置的处于例如在关于标准位置的±15°、±10°、或±1°的角度范围内。基于光束偏转装置18的旋转或倾斜，可以沿空间布置(例如，垂直于行延伸方向22)的图像轴46获得光学图像稳定。旋转移动48可以具有与在单行阵列14相对于图像传感器12、沿着垂直于行延伸方向22且平行于图像传感器12的方向移动的情况下获得的效果相同或相当的效果。然而，基于旋转移动48，可以避免这样的平移移动，从而可以避免用于移动图像传感器12或单行阵列14而预留的沿垂直于行延伸方向22且平行于图像传感器12的方向的安装空间。简而言之，沿着图像轴46的光学图像稳定可以在沿高度方向或厚度方向(例如，y方向)没有任何附加安装空间的情况下实现，而这是有利的。
光学图像稳定器44可以包括另一致动器56，致动器56被配置为基于平移移动58将单行阵列14沿着行延伸方向22平移地移动。平移移动58可以实现沿着第二图像轴62的图像稳定。图像轴48和62可以被布置为彼此垂直，并且可以描述例如要被捕获的图像的延伸方向。致动器52和/或56可以被形成为例如气动致动器、液压致动器、压电致动器、直流电机、步进电机、热致动的致动器、静电致动器、电致伸缩致动器、磁致伸缩致动器、或音圈驱动器。
根据其它实施例，致动器56和/或其它致动器可以被配置为改变图像传感器12与单行阵列14之间的距离、和/或图像传感器12与光通道的光学器件59a至59d之间的距离。为此，例如，致动器56可以被配置为沿着光路32-1至32-4的光路和/或垂直于行延伸方向22移动单行阵列14，以便改变视场的成像焦点和/或获得自动对焦功能。此外，致动器56或其它致动器可以被配置为保持单行阵列14与光束偏转装置18之间的距离至少基本恒定，或者当不使用附加致动器时，至少基本恒定、大概精确恒定，即光束偏转装置18与单行阵列14移动地一样多。对于不包括光束偏转装置的相机，实现聚焦功能会导致设备的尺寸(厚度)增加。基于光束偏转装置，设备的尺寸增加可以在沿着与图像传感器12的主侧面平行且垂直于多孔径成像设备的行延伸方向22的尺寸(例如，沿着y方向的厚度)没有产生任何附加尺寸的情况下发生，这是因为实现移动的安装空间可以被布置为与移动垂直。基于单行阵列14和光束偏转装置18之间的恒定距离，光束偏转可以保持在调整(可能最佳)的状态。简而言之，成像设备30可以包括用于改变焦点的聚焦装置。聚焦装置可以被配置为提供多孔径成像设备30的光通道的至少一个光学器件59a至59d与图像传感器12之间的相对移动(聚焦移动)。聚焦装置可以包括用于提供相对移动的致动器，例如致动器56和/或52和/或其它致动器。由于对应的构造配置或其它致动器的使用，光束偏转装置18可以随着聚焦移动而同时移动。这意味着：单行阵列14和光束偏转装置之间的距离保持不变，和/或当聚焦移动发生时，光束偏转装置18同时或滞后移动到相同或相当的程度，由此，至少在多孔径成像设备捕获视场时的时间点时，与焦点改变前的距离相比，单行阵列14和光束偏转装置之间的距离不变。
光学器件59a至59d可以布置在载体38的主侧面上。载体38可以保持光学器件59a至59d之间的相对位置稳定。载体38可以被配置为透明的，并且可以包括例如玻璃材料和/或聚合物材料。光学器件59a至59d可以布置在载体38的至少一个表面上。用于在各个光通道中成像的光路32-1至32-4可以通过载体38。多孔径成像设备的光通道可以穿过光束偏转装置18与图像传感器12之间的载体38。这实现了载体38的小尺寸，并且由此实现了沿着与图像传感器12平行且垂直于行延伸方向22的方向或沿着y方向的单行阵列14的小尺寸，这是因为光学器件59a至59d在其周边区域内的的占地可以被省去。根据实施例，载体38被配置为不大于或者被配置为仅略微大于(即，最多大20％、最多大10％或最多大5％)沿着与图像传感器12的主侧面平行并且垂直于行延伸方向22的方向的光学器件59a至59d的对应尺寸。
图4示出了单行阵列14和光束偏转装置18′的示意图。单行阵列14可以被形成为使得：光通道16a至16d和/或穿过光通道16a至16d的光路32-1至32-4在光束偏转装置18的区域内沿行延伸方向22具有互距离64。距离64可以至少为光通道中的光通道16a、16b、16c或16d沿着行延伸方向22的尺寸66。光束偏转装置18’可以被形成为使得与光通道16a至16d相关联的光束偏转元件28a和28e、28b和28f、28c和28g和/或28d和28h被布置为相互相邻。这可以被理解为意味着：第一光束偏转元件28a至28d以及第二光束偏转元件28e至28h在光束偏转装置18’内或在光束偏转装置18’处沿光行延伸方向22交替地布置，其中第一光束偏转元件28a至28d可以与光通道16a至16d相关联并且能够捕获第一总视场，并且第二光束偏转元件28e至28h可以与光通路16a至16d相关联的并且能够捕获与第一视场不同的第二总视场。基于相应视场的位置，光路32-1至32-4的偏转可以被理解为多孔径成像设备朝向相应视场的相互不同的视向。简而言之，在当前操作状态或当前位置处未使用的光束偏转元件可以分别位于两个光通道16a和16b、16b和16c、16c和16d之间。这种布置使得用于在第一位置和第二位置之间切换的平移移动26能够基于例如与如图1所示的由平移移动26覆盖的距离相比更短的覆盖距离，并且其中覆盖距离可以例如与块36a或36b沿着行延伸方向22的长度相对应，平移移动可以更小并且可以达到例如一半或四分之一。基于交替布置，由此可以获得多孔径成像设备沿着行延伸方向的安装空间的减小。例如，对于光束偏转装置18来说备选地或附加地，光束偏转装置18’可以布置在多孔径成像设备10或30内。
图5示出了光束偏转装置18或18’在平移移动上的移动上的力的曲线的示意图。横坐标描绘了光束偏转装置沿行延伸方向22的固定点的位置。曲线图的纵坐标表示致动器将光束偏转装置分别移动到正行延伸方向和负行延伸方向上的必要的力。光束偏转装置的移动可以被实现为在一个、两个或若干方向上是稳定的。例如，可以将稳定位置P1、P2和/或P3理解为意味着在相应位置处力线图呈现极小值。例如，两个稳定位置之间(例如，位置P1和位置P2之间的)的距离可以与距离64相对应，例如如在图4的上下文中所描述的那样。这意味着两个稳定位置P1和P2之间的距离可以与两个光通道之间的沿着行延伸方向的距离相对应。
例如，可以获得在一个、两个或若干方向上是稳定的位置，其中致动器24被配置为步进电机。例如，如果光束偏转装置被配置为在两个位置之间来回移动，则位置P1或P2中的一个可以是或基于例如致动器的空转位置。致动器可以被配置为例如朝向弹簧力的方向执行平移移动26，当到达相应的另一位置时，该弹簧力施加反作用力，该反作用力在致动器的力移除时使光束偏转装置返回到其开始位置。这意味着也可以在力线图中的不呈现力的局部最小值的这些区域中获得稳定的位置。例如，这可以是力的最大值。备选地或附加地，可以基于光束偏转装置18与相邻壳体或基板之间的磁力或机械力来获得稳定位置。这意味着用于平移移动光束偏转装置的致动器24可以被配置为将光束偏转装置移动到在两个或若干方向上是稳定的位置。备选地，可以提供简单的机械止动件以用于位置的双稳定布置，这样的布置在定义的端部场所中限定了两个端部位置，在这两个端部位置之间执行位置切换。
如果光束偏转装置具有第三位置(例如，位置P2或与其不同的稳定或不稳定位置)，并且如果光束偏转装置被布置为在第一位置P1、第二位置P2和第三位置P3之间沿着单行阵列的行延伸方向平移移动，则光束偏转装置可以被配置为使得：根据光束偏转装置是位于第一位置、第二位置还是第三位置中，光束偏转装置将每个光通道的光路偏转到相互不同的方向。光束偏转装置的位置可以至少部分地确定多孔径成像设备的视向朝向互不相同的总视场。光通道的光学器件或光束偏转装置的倾斜度可以将视向内的光通道引导到相应的总视场的不同的局部视场中。关于图1，光束偏转装置18可以包括例如其它光束偏转元件，该其它光束偏转元件分别呈现与光束偏转元件28a至28d和28e至28h的取向不同的取向。
根据其它实施例，光束偏转装置可以在多于三个位置之间平移移动。
图6示出了包括多孔径成像设备10的便携式设备60的示意性透视图。备选地或附加地，便携式设备60还可以包括其它多孔径成像设备(例如，多孔径成像设备30)。便携式设备60可以被配置为通信设备，例如移动电话(智能电话)、平板计算机或移动音乐播放器。
基于多孔径成像设备10，可以借助于多孔径成像设备来实现沿着便携式设备的不同方向捕获视场。例如，可以基于光束偏转装置18的第一位置将多孔径成像设备的光通道的光路32沿着第一视向偏转。例如，第一视向可以是正y方向。可以基于光束偏转装置18的第二位置将光路沿着不同的视向偏转，如光路32’所示。例如，所述不同的视向可以是负y方向。例如，光路32和/或32’可以通过透明区域68a和/或68b离开便携式设备60的壳体。有利的是，图像传感器、光通道的单行阵列和光束偏转装置的组件可以布置在与实际捕获方向(例如，正y方向或负y方向)正交布置的一个平面内。备选地或附加地，例如当至少一个视向包括相对于不同视向的不同于90°或不同于180°的角度时，平面的非直角或倾斜布置也是可能的。
基于光束偏转装置18和在此描述的阵列14和图像传感器12的组件的布置，壳体72可以被配置为是平坦的。这意味着：当与壳体沿着不同的空间方向延伸相比时，壳体72沿着厚度方向的延伸或壳体72的两个主侧面74a和74b之间的距离可以较小。主侧面74a和74b可以是例如壳体72中的具有较大或最大表面积的那些侧面或面。例如，然而，但不限于此，主侧面可以是前侧面和后侧面。侧面或次侧面76a和76b可以将主侧面74a和74b彼此连接；例如，从主侧面74a或74b朝向另一主侧面74b或74a的次侧面76a和76b的延伸可以被理解为壳体72或便携式设备的厚度。例如，y方向可以被理解为厚度方向。例如，壳体72沿其它方向(例如，x方向和/或z方向)的延伸可以达到沿着厚度方向的延伸的至少三倍、至少五倍或至少七倍。
图7示出了便携式设备70的示意性透视图，便携式设备70包括第一多孔径成像设备10a和第二多孔径成像设备10b，并且被配置为借助于多孔径成像设备立体地捕获总视场20。总视场20被布置在例如背离主侧面74a的主侧面74b上。例如，多孔径成像设备10a和10b可以通过透明区域68a和/或68c捕获总视场20；布置在主侧面74b内的光阑78a和78c至少部分透明。布置在主侧面74a内的光阑78b和78d可以分别至少部分地光学上封闭透明区域68b和68d，使得来自面向主侧面74a的一侧的杂散光量至少被减小，杂散光可以使多个孔径成像设备10a和/或10b的拍摄(shot)失真。尽管在附图中将多孔径成像设备10a和10b布置为彼此间隔开，但是多孔径成像设备10a和10b也可以被布置为在空间上相邻或组合。例如，成像设备10a和10b的单行阵列可以被布置为彼此紧邻或彼此平行。单行阵列可以形成互线，其中多孔径成像设备10a和10b各自包括单行阵列。成像设备10a和10b可以包括共享光束偏转装置和/或共享载体38和/或共享图像传感器12。对于多孔径成像设备10a和/或10b来说备选地或附加地，可以布置多孔径成像设备30。
透明区域68a至68d可以附加地配备有可切换光阑78a至78d，每个光阑在未被利用的情况下覆盖光学结构。光阑78a至78d可以包括可机械移动的部件。如上例如针对致动器24、52和56所述，可机械移动的部件的移动可以在使用致动器时实现。备选地或附加地，光阑78a至78d可以是电控的，并且包括电致变色层或电致变色层序列(即，被形成为电致变色光阑)。
原则上，可以布置包括图像传感器、成像光学器件和反射镜阵列在内的任何数量的子模块。子模块也可以被配置为系统。例如，子模块或系统可以安装在诸如智能电话之类的壳体内。系统可以被布置成一行或多行和/或多排，并且可以被布置在任何所需的位置处。例如，两个成像设备10可以布置在壳体72内，以便能够立体捕获视场。
根据其它实施例，设备70还包括多孔径成像设备10和/或30，使得可以借助于多于两个的多孔径成像设备来扫描总视场20。这能够实现捕获总场的多个部分交叠的通道，这是因为这些通道的视向是逐通道适配的。为了以立体方式或者以包括更高阶的方式来捕获总视场，可以根据本文描述的实施例和/或所描述的通道的布置来布置通道的至少一种其它布置，通道的至少一种其它布置可以成形恰如一行或如单独的模块。这意味着单行阵列可以包括第一部分和第二部分，其中这两个部分可以分别与第一多孔径成像设备和第二多孔径成像设备相关联，第二多孔径成像设备不同于第一多孔径成像设备。另一行的光通道也可以捕获各自交叠的部分区域并一起覆盖总视场。这使得能够获得由通道组成的立体的、三重、四重等结构的阵列相机，所述通道部分交叠并且覆盖其子组内的总视场。
图8示出了包括第一多孔径成像设备10a和第二多孔径成像设备10b的示意性结构，该第一多孔径成像设备10a和第二多孔径成像设备10b例如可以如布置在成像系统70内那样布置。阵列14a和14b被形成为各自包括行，并且形成共享行。图像传感器12a和12b可以安装在共享基板上、或共享电路载体(例如，共享电路板或共享挠性板)上。备选地，图像传感器12a和12b也可以包括相互不同的基板。当然，所述备选方案的各种组合也是可能的，例如包括共享图像传感器、共享阵列和/或共享光束偏转装置18在内的多孔径成像设备以及包括单独的组件在内的其它多孔径成像设备。共享图像传感器、共享阵列和/或共享光束偏转装置的有利之处在于，通过控制少量的致动器可以以高精度实现各个组件的移动，并且可以减少或避免致动器之间的同步。此外，可以实现高的热稳定性。备选地或附加地，其它和/或互不相同的多孔径成像设备10和/或30还可以包括共享阵列、共享图像传感器和/或共享光束偏转装置。
一种制造多孔径成像设备的方法包括：提供相邻布置的光通道的单行阵列；以及布置用于偏转光通道的光路的光束偏转装置。光束偏转装置被布置为使得：光束偏转装置具有第一位置和第二位置，在第一位置和第二位置之间，光束偏转装置可以沿着单行阵列的行延伸方向平移移动，并且光束偏转装置根据其是位于第一位置还是位于第二位置，来将每个光通道的光路偏转到相互不同的方向。
换句话说，包括线性通道布置的多孔径相机可以包括彼此相邻布置的、并且分别传输或捕获总视场的一部分的多个光通道。根据实施例，反射镜(光束偏转装置)可以有利地布置在成像透镜(光通道的光学器件)之前，该反射镜可以用于光束偏转，并且可以有助于降低安装高度。
这意味着：致动器可以被布置为使得致动器至少部分地布置在由立方体的侧面限定的两个平面之间。立方体的侧面可以平行对准，以便彼此平行并且与阵列的行延伸方向和图像传感器与光束偏转装置之间的光通道的部分光路平行。立方体的体积是最小的，尽管如此却包括图像传感器、阵列和光束偏转装置及其操作相关移动。
多孔径成像设备的厚度方向可以被布置为垂直于平面和/或与y方向平行。致动器可以包括与厚度方向平行的尺寸或延伸。尺寸可以从位于平面之间的区域开始突出超过平面或从所述区域开始突出，突出的部分占尺寸的比例最多为50％、最多为30％、或最多为10％。例如，由此，致动器超出平面最多达到边界范围。根据实施例，致动器不突出超过平面。有利的是，致动器不会增加多孔径成像设备沿厚度方向的延伸。
多孔径成像设备的体积可以包括在限定的平面之间的小或最小的安装空间。沿着平面的侧面或延伸方向，多孔径成像设备的安装空间可以很大或者具有所需的任何大小。例如，虚拟立方体的体积受到图像传感器的布置、单行阵列的布置和光束偏转装置的布置的影响；根据本文描述的实施例的这些组件的布置可以被实现为使得这些组件沿垂直于平面的方向的安装空间以及因此这些平面相对于彼此的距离变小或最小化。与组件的其它布置相比，虚拟立方体的体积和/或其它侧面的距离可以增加。
结合逐通道适配的光束偏转装置(分段镜)，小平面可以是平面的或者呈现任何曲率或者设置有自由形态的曲面，有利的是，通道的成像光学器件可以是以基本相同的方式设计的，而通道的视向是预定的或受反射镜阵列的各个小平面的影响。偏转镜可以平移移动，移动方向垂直于通道的光轴延伸，即沿着行延伸方向。偏转镜可以是一侧为反射性的，例如可以布置有金属或介电层序列。例如，偏转镜包括比被配置在成像模块(载体)内的光通道的数量更多的小平面。根据实施例，小平面的数量可以是光通道数量的倍数。所述倍数可以与光束偏转装置的沿着平移移动的位置的数量或多孔径成像设备的视向的数量匹配。根据另一实施例，光束偏转元件的数量可以不是光通道的倍数。至少一个光束偏转元件可以被形成或布置在光束偏转装置的位置中，以偏转来自至少两个光通道的光路。偏转镜的平移移动可以优选以在两个或若干方向上稳定的方式(即，在位置上不连读的方式)来实现；根据实施例，最小步长可以与两个成像通道的距离相对应。备选地，偏转镜的平移移动也可以以模拟方式(即，在位置上连续的方式)实现，或者可以包括小于两个位置之间的距离的步长。偏转镜的平移移动可以用于切换相机(成像设备)的视向。例如，可以在相对于显示器的前、左、右向、上向、下和/或后视向之间切换；方向术语是随机可交换的或可适配的，并且不旨在具有任何限制作用。
附加地，偏转镜(光束偏转装置)可以枢转；旋转轴可以垂直于光轴延伸，可以与光通道的行延伸方向平行。偏转镜的旋转可以以模拟方式来实现。偏转镜的模拟旋转可以用于图像位置的一维适配，从而实现光学图像稳定。这里，几度的移动会是足够的，例如最大移动±15°、最大移动±10°或最大移动±1°。在两个或若干方向上稳定或模拟的模拟平移移动可以与图像稳定的旋转移动组合。特别地，例如，在利用具有前视向和后视向的两个相机的移动设备(例如，智能电话)中使用的先前的解决方案可以被替代为包括可切换视向的结构。与先前的解决方案不同，该结构的附加特征在于，取景窗(透明区域)可以布置在针对具有前视向和后视向的相机的壳体内，所述相机处于上壳体盖和下壳体盖(即，以相反方式)中的相同的位置处。备选地或附加地，例如，可以布置其它多孔径成像设备，以便能够以立体方式捕获总视场。由光路穿过的壳体盖的区域(例如，68a和68b)可以是透明的，并且在使用可见光的情况下可以包括例如玻璃材料和/或聚合物材料。
可以使用任何数量的子模块，即由至少一个图像传感器、成像光学器件和反射镜阵列组成的多孔径成像设备。例如，所述子模块可以被构造为一个系统。例如，子模块可以安装在例如智能电话的壳体内。子模块可以布置在一个或多个行和/或排内，或者布置在任何期望的位置处。附加地，可切换光阑可以被布置为与透明区域68a和/或68b相邻，或者被布置在沿着光通道的光束方向位于透明区域68a和/或68b之前和/或之后的区域中，该附加的可切换光阑在不使用透明区域的情况下或者在使用不同的透明区域的情况下覆盖透明区域，即光阑可以至少部分地光学地封闭透明区域。光阑可以是或包括机械可移动的部件。该移动可以在使用本文所述的致动器原理时被实现。备选地或附加地，光阑可以是电致变色光阑，可以是电可控的，和/或可以包括一个或多个电致变色层或层序列。
本文描述的实施例通过使用具有线性通道布置的多孔径方法来实现多孔径成像设备的安装高度的减小。这使得能够基于利用反射镜的光束偏转(光束偏转装置)来节省用于捕获另一总视场的第二和/或另一相机。基于用于一维光学图像稳定的模拟反射镜倾斜，图像质量会增加。这实现了简化的总体结构，还有更低的制造成本和减小的整个系统的安装大小。
本文描述的实施例可以用于多孔径成像系统，每个多孔径成像系统包括线性通道布置和最小安装大小。
上面已经指出，从光束偏转装置开始，光路和/或光轴可以被引导到相互不同的方向。这可以通过以下方式来实现：在光束偏转装置处在偏转期间和/或通过偏离互平行的光学器件，对光路进行引导。在光束偏转之前或不存在任何光束偏转时，光路和/或光轴可以偏离平行。这种情况将受到以下事实的限制：通道可以设置有某种预发散。利用所述光轴的预发散，能够实现：例如，并不是光束偏转装置的小平面的所有小平面倾斜度都彼此不同，而是一些通道组包括例如具有相同倾斜度的小平面或指向相同。然后，后者可以被形成为整体的或连续地彼此合并为小平面，在某种程度上与在所述行延伸方向上相邻的所述通道组相关联。然后，这些通道的光轴的发散性可能源自这些光轴的发散性，而这些光轴的发散性是通过光通道的光学器件的光学中心与通道的图像传感器区域之间的横向偏移来实现的。例如，预发散可能仅限于平面。例如，在光束偏转之前或不存在任何光束偏转的情况下，光轴可以在共享平面内延伸，但是在所述平面内是以发散方式延伸的，并且小平面仅引起另一横向平面内的附加发散，即小平面全部与所述行延伸方向平行地倾斜，并且仅以与光轴的上述共享平面不同的方式相互倾斜；这里同样地，在光束偏转之前或不存在任何光束偏转的情况下，若干小平面可以具有相同的倾斜度和/或通常与其光轴成对不同的通道组相关联(例如，已经在光轴的上述共享平面内)。简而言之，光学器件可以实现光路沿第一(图像)方向的(预)发散，并且光束偏转装置可以实现光路沿第二(图像)方向的发散。
例如，上述可能存在的预发散可以由于光学器件的光学中心位于沿着行延伸方向的直线上而实现，而图像传感器区域的中心被布置为使得：图像传感器区域的中心偏离所述光学中心沿着图像传感器区域的平面的法线到位于图像传感器平面内的直线上的点的投影(例如，在通道特定的方式下，沿着行延伸方向和/或沿着与行延伸方向和图像传感器法线垂直的方向，在图像传感器平面内与位于上述直线上的点偏离的点处)。备选地，预发散可以由于图像传感器的中心位于沿着行延伸方向的直线上而实现，而光学器件的中心被布置为偏离图像传感器的光学中心沿着光学器件的光学中心的平面的法线到位于光学器件中心平面内的直线上的点的投影(例如，在通道特定的方式下，沿着行延伸方向和/或沿着与行延伸方向和光学中心平面的法线垂直的方向，在与位于光学中心平面内的上述直线上的点偏离的点处)。优选地，与相应投影的上述通道特定偏离仅发生在行延伸方向上，即仅位于共享平面内的光轴设置有预发散。然后，光学中心和图像传感器区域中心两者将各自位于与行延伸方向平行的直线上，但具有不同的中间间隙。因此，透镜和图像传感器之间的沿垂直于行延伸方向的横向方向上的横向偏移将导致安装高度的增加。仅仅沿行延伸方向的平面内偏移不会改变安装高度，但可能导致小平面数量减少和/或导致小平面仅沿角度取向倾斜，这简化了设计。例如，在每种情况下相邻的光通道可以包括在共享平面内延伸并相对于彼此倾向(即，设置有预发散)的光轴。关于光通道组，可以将小平面布置为仅沿一个方向倾斜并且平行于行延伸方向。
此外，可以规定一些光通道与相同的局部视场相关联，例如，用于实现超分辨率和/或用于提高由所述通道扫描对应的局部视场的分辨率。然后，这样的组内的光通道将在例如光束偏转之前平行延伸，并且将被一个小平面偏转到局部视场上。有利地，一组通道的图像传感器的像素图像将位于该组的另一通道的图像传感器的像素的图像之间的中间位置处。
例如，即使没有任何超分辨率的目的，而仅是出于立体视法目的，所述内容也是可行的，其实现将为：一组直接相邻的通道完全覆盖总视场，总视场的局部视场在行延伸方向上，而对于另一组相互直接相邻通道来说，它们也完全覆盖总视场。
因此，上述实施例可以以多孔径成像设备和/或包括这种多孔径成像设备的系统(具体地，具有单行通道布置的系统)的形式来实现，其中每个通道传输总视场的局部视场，并且其中局部视场部分交叠。包括针对立体、三重、四重等设计的用于3D成像的多个这种多孔成像设备在内的设计也是可能的。在这种情况下，大多数模块可以被实现为连续的行。连续的行可以受益于相同的致动器和共享的光束偏转元件。可能存在于光路内的一个或多个放大基板可以延伸穿过整个行，这可以形成立体、三重、四重设计。可以采用超分辨率方法，若干通道对相同局部图像区域成像。光轴可以在还不存在任何光束偏转装置的情况下以发散的方式延伸，从而需要在光束偏转单元上有更少的小平面。然后，这些小平面将有利地仅呈现一个角度分量。图像传感器可以是一个部件，仅包括一个连续的像素矩阵或若干中断的像素矩阵。图像传感器可以由许多部分传感器组成，这些传感器例如在印刷电路板上彼此相邻布置。自动聚焦驱动器可以被配置为使得光束偏转元件与光学器件同步地移动或者空闲。
尽管本文所述的实施例描述了用于捕获总视场的四个局部视场的四个光通道的布置，但可以布置用于捕获相同或不同数量的局部视场的不同数量的光通道。根据实施例，多孔径成像设备包括至少两个、至少三个、至少四个、或至少十个或更多个光通道，以捕获总视场的至少两个、至少三个、至少四个、或至少十个或更多个局部视场，局部视场可由至少一个光通道捕获。
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，结合方法步骤来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。
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任何修改和变化。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。

Claims (19)

1.一种多孔径成像设备(10；30)，包括：
相邻布置的光通道(16a至16d)的单行阵列(14)；以及
光束偏转装置(18)，用于偏转所述光通道(16a至16d)的光路(32-1至32-4)；
所述光束偏转装置(18)包括第一位置(Pos1)和第二位置(Pos2)，在所述第一位置(Pos1)和所述第二位置(Pos2)之间，所述光束偏转装置(18)沿着所述单行阵列(14)的行延伸方向(22)能够平移移动，所述光束偏转装置(18)被配置为使得根据所述光束偏转装置(18)位于所述第一位置还是所述第二位置，将所述光通道(16a至16d)中的每一个的所述光路(32-1至32-4)偏转到相互不同的方向。
2.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，还包括：光学图像稳定器(44)，用于通过产生所述光束偏转装置(18)的旋转移动(48)来执行沿图像轴(46)的图像稳定。
3.根据权利要求2所述的多孔径成像设备，其中，所述光学图像稳定器(44)被配置为通过模拟移动来产生所述旋转移动(48)。
4.根据权利要求2或3所述的多孔径成像设备，其中，所述旋转移动(48)叠加在用于在所述第一位置(Pos1)与所述第二位置(Pos2)之间切换的平移移动(26)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光通道(16a至16d)在所述光束偏转装置(18)的沿着所述行延伸方向(22)的区域中包括互距离(64)，所述互距离(64)至少等同所述光通道(16a至16d)的尺寸(66)，所述光束偏转装置(18)包括沿着所述行延伸方向(22)交替布置的多个第一光束偏转元件(28a至28d)和多个第二光束偏转元件(28e至28h)，其中所述多个第一光束偏转元件(28a至28d)用于获得所述多孔径成像设备的第一视向，并且所述多个第二光束偏转元件(28e至28h)用于获得所述多孔径成像设备的第二视向。
6.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)的平移移动(26)是以沿着两个或若干个方向稳定的方式来执行的，两个稳定位置之间的距离与沿所述行延伸方向(22)的两个光通道的距离(64)相对应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，包括用于平移移动所述光束偏转装置(18)的致动器(24)，所述致动器(24)是以下项之一：气动致动器、液压致动器、音圈电机、压电致动器、DC电机、步进电机、静电致动器、电致伸缩致动器、磁致伸缩致动器、或热致动器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，包括用于平移移动所述光束偏转装置(18)的致动器(24)，所述致动器(24)被配置为将所述光束偏转装置(18)移动到沿两个或若干方向是稳定的位置(Pos1，Pos2，Pos3)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)包括至少第三位置(Pos3)，并且在所述第一位置(Pos1)、所述第二位置(Pos2)和所述第三位置(Pos3)之间沿着所述单行阵列(14)的所述行延伸方向(22)能够平移移动，所述光束偏转装置(18)被配置为使得根据所述光束偏转装置(18)位于所述第一位置(Pos1)、所述第二位置(Pos2)还是所述至少第三位置(Pos3)，来将所述光通道(16a至16d)中的每一个的光路(32-1至32-4)偏转到相互不同的方向。
10.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，包括用于改变焦点的聚焦装置，所述聚焦装置包括致动器(56，52)，所述致动器(56，52)用于提供所述光通道(16a至16d)之一的光学器件(59a至59d)和所述多孔径成像设备的图像传感器(12)之间的相对移动。
11.根据权利要求10所述的多孔径成像设备，其中，所述聚焦装置被配置为执行所述光通道(16a至16d)之一的所述光学器件(59a至59d)和所述图像传感器(12)之间的相对移动，同时在所述相对移动的同时执行所述光束偏转装置(18)的移动。
12.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光通道(16a至16d)被配置为捕获总视场(20)的相互交叠的局部视场(42a至42d)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)被形成为沿着所述行延伸方向(22)布置的小平面阵列。
14.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，还包括用于捕获所述光通道(16a至16d)的成像的图像传感器(12)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，包括透明载体(38)，所述光通道(16a至16d)在所述光束偏转装置(18)和所述多孔径成像设备的图像传感器(12)之间穿过的所述透明载体(38)。
16.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备(10；30)在内的设备(60)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括至少一个另一多孔径成像设备(10；30)，所述设备被配置为至少以立体方式捕获总视场。
18.根据权利要求16或17所述的设备，所述设备被配置为通信设备。
19.一种制造多孔径成像设备的方法，包括：
提供相邻布置的光通道的单行阵列；以及
布置用于偏转所述光通道的光路的光束偏转装置；
使得所述光束偏转装置包括第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间，所述光束偏转装置沿着所述单行阵列的行延伸方向能够平移移动，并且使得所述光束偏转装置根据所述光束偏转装置位于所述第一位置还是位于所述第二位置，将每个光通道的光路偏转到相互不同的方向。
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