CN108351492B - 包括光学基板的多孔径成像设备 - Google Patents

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Abstract

为了实现具有相邻布置的光通道的单行阵列的多孔径成像设备的相对小的安装高度，光通道的光学器件的透镜通过一个或多个透镜保持器附接到基板的主侧面，并且这些透镜经由基板机械地连接，基板被定位成使得多个光通道的光路穿过基板。

Description

包括光学基板的多孔径成像设备
技术领域
本发明涉及一种包括相邻布置的光通道的单行阵列的多孔径成像设备。
背景技术
当尽可能小的安装高度很重要时，大多使用具有线性通道布置的多孔径成像设备。具有线性通道布置的多孔径成像设备的最小可实现的安装高度主要由透镜直径预定义。如果可能的话，安装高度不超过透镜直径。然而，如果串联连接的各个单独透镜(这样的透镜可以例如通过聚合物模制和/或玻璃压花来制造)用于每个通道的光学器件，则将使用壳体结构以便将光学器件的透镜固定在适当的位置。由此，这样的壳体结构也将位于透镜的上方和下方，由此增加了上述安装高度。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种多孔径成像设备，使得多孔径成像设备能够展现相对小的安装高度。
该目的由独立权利要求1的主题来实现。
本发明的研究结果在于，具有相邻布置的光通道的单行阵列的多孔径成像设备的相对小的安装高度可以以这样的方式实现：通过一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)将光通道的光学器件的透镜附接到主侧面，并且由基板将透镜机械连接(即，相互固定在适当位置)；以及，将基板定位为使得多个光通道的光路穿过基板。基板可以容易地被配置为是透明的，因此将不会干涉光路。另一方面，将基板放置在光路中避免了安装高度的增加。此外，基板可以由以下材料形成：与光学器件本身相比包括较小的膨胀系数、增加的硬度、较高的弹性模量和/或刚度以及通常偏离于透镜材料的特性的材料特性。以这种方式，能够按照以低成本实现足够光学质量的准则来为基板上的主侧面上的透镜选择材料，并且能够按照例如使得光学器件的透镜在温度波动的情况下尽可能保持恒定的准则来选择基板的材料。例如，通过透镜保持器附接到基板的透镜可以通过注模单独地制造而成，并且由此以低成本构成高光学质量，并且因此与目标形状的形状偏差很小，例如具有较大的折光力、较大的上升高度、陡峭的螺纹侧面角以及由此得到的较小的F数。低成本的实施方式还可以使基板附加地包括在背对首次提到的主侧面的主侧面上形成的透镜：所述透镜可以与基板成一整体，或者可以通过模制(例如，借助UV复制)来制造。
附图说明
有利的实现是从属权利要求的主题。下面将参考附图来更详细地说明本申请的优选实施例，在附图中：
图1a示出了根据实施例的多孔径和/或多通道成像设备的透视图；
图1b示出了图1a的多孔径成像设备的顶视图；
图1c示出了图1a的多孔径成像设备的光通道的截面侧视图；
图1d示出了根据变型的多孔径成像设备的透视图，其中通道光学器件沿着行延伸方向分布在两个载体基板上；
图1e示出了根据变型的多孔径成像设备的顶视图，其中载体基板由沿横向于光路的方向的两个部分基板组成；
图1f和图1g示出了根据图1c和图1b的变型的多孔径成像设备的截面侧视图和顶视图，其中通道的光轴包括预发散，以便在共享平面内与行延伸方向平行地发散延伸，使得具有以成对方式不同的倾斜度的小平面的数量会减少；
图2示出了根据备选方案的光通道的单行阵列的顶视图，根据该备选方案，光通道的光学器件仅包括经由间隔件附接到基板的透镜；
图3a示出了根据变型的相邻布置的光通道的单行阵列的顶视图，其中相邻通道的光学器件经由共享的透镜保持器安装在基板上；
图3b示出了根据变型的相邻布置的光通道的单行阵列的顶视图，其中光学器件的透镜分布在若干载体基板上；
图4示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意性透视图，其中存在用于改变图像传感器、光通道的单行阵列和光束偏转设备之间的位置的装置；
图5示出了用于示出多孔径成像设备的安装的移动设备的透视图；以及
图6示出了用于说明用于体视学目的的两个多孔径成像设备的安装的移动设备的透视图。
具体实施方式
图1a至图1c示出了根据本申请实施例的多孔径成像设备10。图1a至图1c的多孔径成像设备10包括相邻布置的光通道141至144的单行阵列14。光通道141至144中的每一个包括用于将设备10的总视场28的相应局部视场301至304投影到图像传感器12的分别相关联的图像传感二器区域121至124上的光学器件161至164。图像传感器区域121至124可以是各自由例如包括对应的像素阵列的芯片形成的，芯片可以安装在共享基板或电路板13上，如图1a至图1c所示。备选地，当然也可以是这样的：图像传感器区域121至124是各自由连续延伸跨越图像传感器区域121至124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个芯片上。例如，然后，将在图像传感器区域121至124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具有若干芯片的情况下，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。
在图1a至图1c的实施例中，四个通道沿阵列14的行延伸方向相邻地布置成一行；然而，数量4仅仅是示例性的，并且还可能会采取大于1的其它数量。
光通道14的光轴221至224和/或光路141至144平行于彼此在图像传感器区域121至124和光学器件161至164之间延伸。为此，图像传感器区域121至124例如布置在共享平面内，并且光学器件161至164的光学中心也是如此布置。两个平面彼此平行，即平行于图像传感器区域121至124的共享平面。此外，在投影垂直于图像传感器区域121至124的情况下，光学器件161至164的光学中心将与图像传感器区域121至124的中心重合。换句话说，所述平行平面之一具有沿行延伸方向以某一间距布置的光学器件161至164，另一平行平面具有沿行延伸方向以相同的所述间距布置的图像传感器区域121至124。
图像传感器区域121至124和相关联的光学器件161至164之间的图像侧距离被设置为使得：在图像传感器区域121至124上的投影被设置为具有期望的目标距离。该距离位于等于或大于光学器件161至164的聚焦宽度的范围内，或者例如在光学器件161至164的聚焦宽度或两倍聚焦宽度之间的范围内(包括聚焦宽度和两倍聚焦宽度)。图像传感器区域121至124和光学器件161至164之间的沿着光轴221至224的图像侧距离还可以是可设置的，例如用户手动地或经由自动聚焦控制器自动地设置。
在没有采取任何附加措施的情况下，光通道141至144的局部视场301至304由于光路和/或光轴221至224的平行性而基本上完全交叠。为了覆盖更大的总视场28并且使得局部视场301至304仅展现局部空间交叠，提供了光束偏转设备24。光束偏转设备24将光路和/或光轴221至224偏转通道特定偏差以形成总视场方向33。总视场方向33例如与如下这样的平面平行地延伸，所述平面与阵列14的行延伸方向垂直，并且与在任何光束偏转之前和/或在没有任何光束偏转的情况下的光轴221至224的延伸平行地延伸。例如，总视场方向33由光轴221至224通过围绕行延伸方向旋转某一角度而产生，所述角度为＞0°且＜180°，并且例如可以在80°至100°的范围内，并且可以例如是90°。因此，与局部视场301至304的总覆盖范围相对应的设备10的总视场不位于沿图像传感器12和阵列14沿光轴221至224的方向的串联连接的延伸的方向，但是由于光束偏转，总视场沿如下方向位于相对于图像传感器12和阵列14的横向处，所述方向为测量设备10的安装高度所沿的方向，即垂直于行延伸方向的横向方向。然而，光束偏转设备24附加地将每个光路、或者每个光通道141至144的光路偏转与已经提及的偏差相关的通道特定偏差，从而导致方向33。为此，光束偏转设备24包括针对每个通道141至144的反射小平面261至264。所述小平面稍微相互倾斜。小平面261至264的相互倾斜被选择为使得在光束偏转设备24光束偏转时，局部视场301至304具备微小发散，使得局部视场301至304将仅部分交叠。如在图1a中通过举例的方式所指示的那样，单个偏转也可以被配置为使得局部视场301至304以二维方式覆盖总视场28，即局部视场301至304被布置在总视场28中，使得局部视场301至304二维地分布。
应该注意的是，迄今为止关于设备10所描述的许多细节仅仅是通过示例来选择的。例如，这涉及上述光通道的数量。光束偏转设备24也可以与迄今所描述的方式不同地形成。例如，光束偏转设备24不一定具有反射作用。例如，光束偏转设备24也可以被配置为不同于分段镜的形式，例如被配置为透明楔形棱镜等形式。在这种情况下，例如平均光束偏转可以达到0°，即，方向33可以例如平行于甚至在光束偏转之前或者没有光束偏转的情况下的光轴221至224，或者换句话说，尽管存在光束偏转设备24，但是设备10仍然可以继续“看起来直线向前”。由光束偏转设备24导致的通道特定偏转又导致局部视场301至304仅在很小的程度上相互交叠，例如相对于局部视场301至304的立体角范围以逐对方式实现＜10％的交叠。
此外，光路和/或光轴可以偏离所述的平行性，并且尽管如此，光通道的光路的平行性可能仍然是足够明显的，使得在没有采取进一步的措施以进行特定的光束偏转的情况下，由各个通道141至14N覆盖的并且/或者被投影到相应的图像传感器区域121至124上的局部视场将仍然是大部分覆盖的，从而，为了由多孔径成像设备10覆盖更大的总视场，光束片状设备24提供具有附加发散的光路，使得通道141至14N的局部视场将展现较小的相互交叠。例如，光束偏转设备24确保总视场包括比光通道141至14N的各个局部视场的孔径角的1.5倍大的孔径角。利用光轴221至224的某种预发散，也可以是这样的：例如，并非所有的小平面倾斜度都不同，而是一些通道组包括例如具有相同倾斜度的小平面。然后，具有相同倾斜度的小平面可以被形成为整体和/或连续地彼此合并为小平面，在某种程度上与沿行延伸方向相邻的所述通道组相关联。然后，这些通道的光轴的发散可能源自这些光轴的发散，而这些光轴的发散是通过光学器件的光学中心和通道的图像传感器区域之间的横向偏移或棱镜结构或偏心的透镜部件而实现的。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，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)。
当光束偏转设备省去平面镜或被配置为平面镜等时，整体发散一方面也可以通过光学器件的光学中心与图像传感器区域的中心之间的横向偏移来实现，另一当面也可以通过棱镜结构或偏心透镜部件来实现。
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具备预发散。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。这在图1f和图1g中示出了，其中在一方面相邻通道141和142和相邻通道143和144分别包括光轴141和142和143和144，这些光轴在共享平面内延伸并且相对于彼此斜向(即，具备预发散)。小平面261和262可以由一个小平面形成，并且小平面263和264可以由另一小平面形成，如相应的小平面对之间的虚线所示，并且仅两个小平面仅沿一个方向倾斜，并且皆平行于行延伸方向。
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，而仅是出于体视学目的，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，并且两组通道的光路均穿过基板18。
以下说明所涉及的光学器件161至164的透镜平面还与图像传感器121至124的共享平面平行。如将在下面描述的，光通道141至144的光学器件161至164的透镜经由一个或多个透镜保持器附接到基板18的主侧面，并且经由基板18彼此机械连接。特别地，多个光通道141至144的光路延伸穿过基板18。因此，基板18是由透明材料形成的，并且是板状的、或者具有例如平行六面体的形状、或者具有平面主侧面18a和也为平面的相对主侧面18b的另一凸面体的形状。优选地，主侧面被安置为与光轴221至224垂直。如以下将要描述的，根据实施例，可以存在与纯平行六面体形状的偏差，这归因于光学器件的透镜与基板整体形成的事实。
在实施例1a至1c中，扁平的载体基板18例如是由玻璃或聚合物制成的基板。例如，可以根据高度的光学透明度和低温度系数或其它机械性能(例如，硬度、弹性或扭曲的模量)来选择基板18的材料。
基板可以被配置为光路的简单平面部分，该平面部分上不直接容纳任何附加透镜。此外，诸如孔径或杂散光光阑之类的光阑或/和诸如IR阻塞滤光器之类的滤光器层等可以安装在基板表面上，或者由可以在其上安装光阑和滤光器层的若干片各种基板组成，而例如在谱吸收方面这些基板继而可以逐通道地不同。
基板可以由可以通过图像传感器检测到的电磁谱的不同区域中展现出不同属性(尤其是非恒定吸收)的材料组成。
在图1a至图1c的实施例中，每个光学器件161至164包括三个透镜。然而，透镜的数量可以自由选择。该数量可以是1、2或任何其它数量。透镜可以是凸面的，可以包括仅光学成像功能区域(例如，球面、非球面、自由曲面)或两个这样的区域(例如，两个相互相对的区域)，以便例如导致凸透镜或凹透镜形状。若干光学有源透镜表面也是可以的，例如，通过根据若干材料来建造透镜。
在图1a至图1c的实施例中，光学器件161至164中的每一个的第一透镜701至704形成在主侧面18a上。透镜701至704已经通过模制在基板18的主侧面18a上而形成，并且例如由诸如UV可固化聚合物之类的聚合物组成。模制例如借助于模制工具来执行，并且硬化可以例如借助于温度和/或借助于UV照射来实现。
在图1a至图1c的实施例中，光学器件161至164中的每一个具有其它第二透镜721至724和第三透镜741至744。例如，所述透镜经由轴向延伸的管状透镜保持器761至764而相互地固定就位于相应的透镜保持器内，并且比如借助于粘合或任何其它接合技术经由相应的透镜保持器固定到主侧面18b。例如，透镜保持器761至764的开口751至754设置有圆形截面，该圆形截面的圆柱形内部分别附接有透镜721至724和透镜741至744。对于每个光学器件161至164，透镜由此以同轴方式位于相应的光轴221至224上。然而，透镜保持器761至764也可以具有跨越其长度和/或沿着各自的光轴而改变的横截面。随着离图像传感器12的距离减小，截面可以采用越来越矩形或正方形的特征。因此，透镜保持器的外形也可以不同于开口的形状。透镜保持器的材料可以是吸光的。
尽管针对多孔径成像设备的每个通道已经将透镜保持器761至764描述为单独的部件，但是透镜保持器761至764也可以被配置为连续体，即承载所有光通道的透镜的主体。备选地，通道可以逐组地共享这样的透镜保持器，即将可能存在若干透镜保持器，而每个透镜保持器用于不同通道组的透镜。后一种情况在图3a中被描绘。透镜保持器76I具有用于光学器件141和142的透镜721、722、741、742的开口751至752，并且透镜保持器76II具有用于光学器件143和144的透镜723、724、743、744的开口753至754。
例如，经由上述透镜保持器的附接被实现为如图1a至图3a所示的那样，使得由相同透镜保持器保持的透镜的透镜至高点与基板18间隔开。
如上面已经提到的，基板18可以是两侧都是平面的，并且由此未展现出折光力效果。然而，基板18也可以包括诸如凹陷或突起之类的机械结构，例如这使得能够容易地正对准和/或非正对准邻接组件，例如各个透镜或壳体部件的邻接件。例如，在图1a至图1c的实施例中，基板18可以包括在主侧面18b上的这样的结构，所述结构有助于与相应光学器件161至164的透镜保持器761至764的管状物的相应端部附接的那些位置处的附接或取向。例如，所述结构可以是圆形凹陷或任何其它形状的凹陷，凹陷与相应透镜保持器中的面向基板的这种侧面的形状相对应，并且相应透镜保持器761至764的侧面可以衔接入这样的凹陷中。应再次强调的是，与圆形截面不同的其它开口截面以及由此与其对应的不同类型的透镜孔径也是可以的。
因此，图1a至图1c的实施例不同于相机模块的经典结构，相机模块的经典结构包括单独的透镜和完全包围单独透镜以紧固它们的不透明的壳体载体。相反，上述实施例使用透明体18作为基板载体。所述基板载体延伸跨越若干相邻通道141至144，以便被通道141至144的光学成像路径穿透。所述基板载体不妨碍成像处理并且也不增加安装高度。
然而，应当指出图1a至图1c的实施例可以如何变化的各种可能性。例如，基板18不一定延伸跨越多孔径成像设备10的所有通道141至144。基板18可以仅延伸跨越成组(例如，成对)的相邻通道141至144，例如，如图1d中所示的存在若干载体18I和18II。例如，在图1a至图1c的实施例中，通道141至142可以穿过承载光学器件161至162的第一载体18I，而通道143和144或者其光路穿透承载光学器件163和164的另一载体18II。
与上面所描述的不同的是，光学器件161至164中的每一个包括仅经由透镜保持器保持在两侧18a和18b上的透镜。举例来说，这种可能性在图2中示出。
基板18也可以由两个基板18’和18”组成，基板18’和18”的前侧面分别形成在其上形成透镜或附接透镜的主侧面18b和18a，而板18’和18”的后侧面彼此接合，其中可以使用保持相应光通道的光路的透明度或透射率不变的任何接合技术。这以图1a至图1c的情况为例在图1e中进行描述。
仅透镜721至742仅存在于主侧面18b上(即在另一侧面上没有透镜701至704)也将是可行的，正如在另一侧面18a上设置根据721至744的透镜(即，在基板18中的背对图像传感器12的侧面18a上，而不是在面对图像传感器12的侧面上)也是也行的。同样地，存在于透镜载体761至764内的透镜的数量是可自由选择的。例如，在这样的载体761至764中存在仅一个透镜或多于两个的透镜也是可以的。如图2所示，要被安装在侧面18a和18b两者上的透镜可以经由相应的透镜载体761至764和771至774分别安装在相应的侧面18a和/或18b上。与图1a至图1c相比，在图2中，透镜721至744被通过透镜载体771至774安装在主侧面18a上的透镜731至734所替代。
同样，如下这样的情况也是可以的：在主侧面18a上没有根据701至704的模制透镜，仅存在经由相应透镜载体安装在侧面18b上的透镜。在这里同样，对于另一侧面18a也是如此。
与上述实施例的偏差之处在于，载体18的主体与仅仅平面形状的侧面18a和18b的偏差之处为，载体18的主体具备折光力效果。换句话说，根据701至704的透镜可以例如借助于注模或玻璃压花等方式与载体18整体形成。这将由图1a和图1b中的透镜701至704和载体18的界面的虚线来指示。例如，诸如孔径或杂散光光阑之类的光阑或/和诸如IR阻塞滤光器之类的滤光器层也可以设置在透镜和基板载体之间的这个界面处。附加地或备选地，例如，诸如孔径或杂散光光阑之类的光阑和/或诸如IR阻塞滤光器之类的滤光器层可以设置在其上经由透镜保持器而安装有光学器件的透镜的主侧面上，即光路穿透基板18的那些位置处。在基板的主侧面不包括光学器件的任何透镜的情况下，即没有透镜保持器也不以任何其它方式，在光路穿透的那些位置处也可以明显地存在这样的光阑或层。
如已经提到的，还可以借助于玻璃压花、聚合物压花或借助于聚合物或玻璃注模来在主侧面18a上制造具有凸出的透镜701至704的载体。
如下情况将是可行的：模制的透镜701至704以与经由透镜保持器保持的透镜的轴向地共中心的方式布置在相同主侧面上，即例如借助于粘合将透镜保持器安装到对应的主侧面，并且由透镜保持器保持的透镜被定位为与在相同的主侧面中由基板材料模制而成或者模制在相同的主侧面上的其它透镜相对。
尽管在上述实施例中描述了仅具有一个载体基板的布置，该结构也可以包括若干载体基板。
因此，可以以上述方式提供具有光学器件的光通道的单行阵列，光学器件的光学功能透镜区域对于所有通道来说是相同的。然而，例如出于平衡诸如由光束偏转设备24引起的通道特定光束偏转导致的通道之间的任何成像偏差的目的，还可以为每个通道提供具有与其它光通道的透镜相比独特偏差的透镜。此外，通道可以对不同的光谱范围变得敏感，或者通过将不同材料用于相应光通道的透镜来变化通道的光谱透明度。例如，由此每个通道将具有不同的光谱过滤效果。例如，通道组可以将共享局部视场或完全交叠的局部视场投影到相应的图像传感器区域。
作为示例，图4还示出了图1a至图1c的多孔径成像设备10可以被补充一个或多个随后描述的附加装置。
例如，图4示出了可以存在用于使光束偏转设备24围绕与阵列14的行延伸方向平行的轴旋转的装置50。旋转轴位于例如光轴221至224的平面内，或者与光轴221至224的平面间隔开光学器件161至164的直径的四分之一。备选地，旋转轴当然也可以位于更远距离处，例如要被间隔开的距离小于光学器件的直径或者小于四个光学器件的直径。例如，可以提供装置50，以便在仅仅很小的角度范围内(例如，在小于10°或者小于20°的范围内)以短响应时间旋转光束偏转设备24，以平衡例如在图像捕获期间由用户导致的多孔径成像设备10的任何晃动。在这种情况下，装置50将由例如图像稳定控制器控制。
备选地或附加地，装置50可以被配置为：在方向上利用相对大的角度调整来改变由局部视场301至304(图1)的总覆盖范围所定义的总视场。在这种情况下，也可以通过旋转光束偏转设备24来实现偏转，例如由于光束偏转设备24被配置为两侧反射的镜阵列，总视场被布置为沿相对于设备10的相对的方向。
此外，备选地或附加地，设备10可以包括装置52，装置52用于借助于基板18平移地移动光学器件161至164，或者用于将基板18自身沿着行延伸方向移动以由此将光学器件161至164沿着行延伸方向移动。然后，装置52也可以被例如上述图像稳定控制器控制，以便由于沿着行延伸方向的移动53的缘故来实现与通过镜反射设备24的旋转而实现的图像稳定横向的图像稳定。
此外，设备10可以附加地或备选地包括装置54，装置54用于改变图像传感器12和光学器件161至164之间的和/或在图像传感器12和主体18之间的图像侧距离，以实现景深调整。装置54可以借助于手动用户控制或通过设备10的自动聚焦控制器来控制。
因此，装置52用作为基板18的悬架，并且如图4所示的那样，优选地被布置为沿着行延伸方向横向地邻近基板18，从而不增加安装高度。优选地，装置50和54也布置在光路的平面内，以免增加安装高度。
应该注意的是，光学器件161至164可以保持在恒定的相对位置中，该恒定的相对位置不仅经由上述透明基板而相对于彼此位置恒定，也经由合适的框架而相对于光束偏转设备位置恒定，光学器件161至164这样的布置优选地不增加安装高度，并且因此优选地在组件12、14和24的平面内和/或在光路的平面内延伸。相对位置的恒定性可以限于光学器件与光束偏转设备之间的沿着光轴的距离，使得装置54例如将光学器件161至164连同光束偏转设备一起沿着光轴平移移动。可以将光学器件和光束偏转设备之间的距离调整到最小距离，使得通道的光路不被光束偏转设备24的分段横向限制，这减小了安装高度，这是因为否则的话，分段26i将必须是具有关于横向延伸的尺寸的，对于光学器件和光束偏转设备之间的最大距离，就不能夹持光路。附加地，上述框架的相对位置的恒定性可以将光学器件和光束偏转设备以沿着x轴相互刚性的方式刚性地保持，使得装置52将光学器件161至164连同光束偏转设备一起沿着行延伸方向平移移动。
用于偏转光通道的光路的上述光束偏转设备24与用于产生多孔径成像设备10的光学图像稳定控制器的光束偏转设备24的旋转移动的致动器50一起实现二维上的图像和总视场的稳定。具体地，借助于基板18的平移移动，这实现沿着基本上与行延伸方向平行地延伸的第一图像轴的图像稳定，并且通过所述光束偏转设备24的旋转移动的产生，这实现基本上与任何光束偏转之前和/或在没有任何光束偏转的情况下的光轴平行地延伸(或者当观看偏转后的光轴时，与垂直后的光轴和行延伸方向垂直地延伸)的第二图像轴的图像稳定。附加地，所述布置可以导致例如借助于所述的致动器54实现的固定就位于上述框架中的光束偏转设备和阵列14以垂直于行延伸方向的方式的平移移动，该平移移动可以用于实现聚焦调整，并且由此实现自动对焦功能。
为了完整起见，关于上述说明还应该注意到：在捕获期间，设备经由图像传感器区域捕获已经通过通道投影到图像传感器区域上的每个通道的景象的图像；设备可以可选地包括处理器，该处理器接合或合并图像以形成与总视场中的景象相对应的总体图像，和/或提供附加数据(比如，3D图像数据和目标景象的深度信息)以例如用于产生测深图和用于软件相关实现(比如，重新聚焦(定义实际捕获后的图像清晰度区域)、全焦图像、虚拟绿色屏幕(前景和背景的分离)等等)。后面的任务也可以由所述处理器执行或者外部地执行。然而，处理器也可以表示多孔径成像设备外部的组件。
图5示出了先前描述的备选方案的设备10可以安装到例如便携式设备200(例如，移动电话、智能电话或多媒体播放器等)的扁平壳体中，在这种情况下，例如图像传感器12和/或图像传感器区域的平面以及通道14的光学器件的透镜平面被对准为垂直于扁平壳体的扁平延伸方向和/或与厚度方向平行。以这种方式，光束偏转设备24将确保例如多孔径成像设备10的总视场位于扁平壳体的前侧面202的前面中，该前面还包括例如屏幕。备选地，偏转也是可能的，使得视场位于扁平壳体的后侧面的前面中，所述后侧面位于前侧面202的相对面。壳体可以包括在穿透的侧面202中的透明窗206，以允许光通道14的光路穿过。此外，可以安装可切换(机械移动的、电致变色的)光阑，以影响通过前侧面和/或后侧面上的窗口的光的进入。因为由于所示出的设备10在壳体内的位置，因此设备200的壳体或设备本身可以是扁平的，与壳体的厚度平行的设备10的安装高度可以保持较小。例如，可切换性还可以通过在位于与侧面202相对的那侧上提供窗口以及通过在两个位置之间移动光束偏转设备来提供，这样的操作方式能够实现可切换性的原因在于：例如光束偏转设备被配置为前后侧均反射的反射镜，并且从一个位置旋转到另一个位置；或者，光束偏转设备被配置为包括针对一个位置的小平面集合和针对另一位置的不同小平面集合在内的分段镜，小平面集合沿行延伸方向位于彼此相邻的位置处，并且通过将光束偏转设备沿着行延伸方向来回移动来实现位置之间的切换。当然，将设备10安装在另一个可能非便携式设备(例如，汽车)中也是可能的。图6例如处于体视学目的还示出了可以在设备200内安装若干模块10，这些模块10的通道的局部视场完全并且可选地甚至全等地覆盖相同的视场，两个模块10彼此之间沿着行延伸方向相距基距B。多于两个的模块也是可行的。模块10的行延伸方向也可以不共行，而仅仅彼此平行。然而，应再次注意的是，如上所述，设备10和/或模块也可以配备有通道，使得所述通道在每种情况下以逐组的方式完全覆盖相同总视场。
还应该提及的是，与上述实施例相比，在备选实施例中也可省去光束偏转设备。如果仅期望局部视场相互局部交叠，则例如可以经由图像传感器区域的中心和对应通道的光学器件的光学中心之间的相互横向偏移来实现。当然，仍然可以应用图4的致动器；在装置50被替代的情况下，例如，致动器52还能够平移地移动光学器件和/或载体18。
因此，换句话说，上述实施例示出了一种多孔径成像设备，其具有：相邻布置的光通道的单行阵列；以及基板，延伸跨越在多孔径成像设备的光路中的某处的通道，并且由玻璃或聚合物制成以用于例如改善稳定性。附加地，基板可以包括在前侧面和/或后侧面上的透镜。透镜可以由基板的材料组成(例如，通过热压花形成)或者被模制在基板上。在基板的前面和后面中，还可以存在不位于基板上并且单独安装的透镜。一个结构内可以存在若干基板，这些基板即沿着行延伸方向排列(如图1d所示)又垂直于行延伸方向。如图3b所示，与图1e的变型相比，也可以例如经由框架将具有透镜的若干基板沿着光路串联连接(即，将它们保持为一个在另一个之后以成预定相互位置关系)，而无需如图1e那样将这些基板接合起来。以这种方式，可用于提供和/或附接透镜的主侧面的数量会是所使用的载体基板的数量的两倍，在图3b的示例中，所述载体基板为：根据上述示例(例如，根据图1b)的可以填充有透镜的基板18；以及根据上述示例的不仅仅可以填充有透镜的基板，即此处描述的、除了具有例如经由透镜保持器附接到主侧面118a和118b的透镜之外、还具有例如借助于注模等而使得透镜形成在侧面118a和118b两者上的透镜(即使透镜是由与平行六面体形状的基板118的材料不同的材料模制而成、以及仅在侧面118a和118b之一上也是可以的)的基板。两个基板都是透明的，并且均被光路穿透，具体地分别穿过主侧面18a和18b以及侧面118a和118b。因此，上述实施例可以以多孔径成像设备的形式来实现，具体地，具有单行通道布置的多孔径成像设备，其中每个通道在远处投影总视场的局部视场，并且局部视场部分交叠。用于3D图像捕获的、包括若干这样的多孔径成像设备在内以实现立体、三重、四重等结构的结构是可能的。多个模块可以被配置为连续的行。连续的行可以利用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增强基板可以延伸跨越整个行，这可以形成立体、三重、四重结构。可以采用超分辨率方法，其中若干通道对相同局部图像区域成像。甚至在没有任何光束偏转设备的情况下，光轴还可以以发散的方式延伸，使得光束偏转单元上需要更少的小平面。然后，有利地，小平面将仅具有一个角度分量。图像传感器可以由一个部件组成，仅包括一个连续的像素矩阵或若干中断的像素矩阵。例如，图像传感器可以由相邻布置在电路板上的许多子传感器组成。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。

Claims (26)

1.一种多孔径成像设备，包括：
相邻布置的光通道(141，142，143，144)的单行阵列(14)，每个光通道包括光学器件(161，162，163，164)，所述光学器件(161，162，163，164)用于将所述多孔径成像设备的总视场(28)的相应局部视场(301至304)投影在图像传感器(12)的相应关联的图像传感器区域(121至124)上；
其中，所述光通道的光学器件的透镜(721，722，723，724)保持在一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)的开口(751，752，753，754)内，并且所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)附接到所述阵列(14)的基板(18)，使得所述透镜经由所述基板机械连接，并且所述透镜的透镜至高点与所述基板(18)间隔开，所述透镜(721，722，723，724)经由所述基板保持在相对于彼此恒定的相对位置中，所述基板被配置为是透明的，并且所述光通道的光路(221，222，223，224)穿过所述基板；
光束偏转设备(24)，用于偏转所述光通道的光路；
其中，所述基板(18)被配置为是板型的；以及
其中，所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)安装在所述基板的主侧面上。
2.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，还包括：改变元件(50)，被配置为在其方向上利用所述光束偏转设备的角度调整来改变所述总视场(28)，所述总视场(28)是由所述局部视场(301至304)的总覆盖范围定义的。
3.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转设备(24)是两侧均反射的反射镜阵列，并且被配置为通过旋转捕获相对于所述设备相反方向上的总视场。
4.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述光通道的光学器件还包括被模制在所述基板的另一主侧面(18a)上的其它透镜(701，702，703，704)，所述基板的另一主侧面(18a)位于所述基板的主侧面(18b)的对面。
5.根据权利要求4所述的多孔径成像设备，其中，所述其它透镜(701，702，703，704)是以多用途的方式被模制在位于所述基板的所述主侧面(18b)对面处的所述另一主侧面(18a)上的，而将所述光通道的光学器件的透镜(721，722，723，724)附接到所述基板(18)的所述主侧面(18b)是通过所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)单独完成的。
6.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述光通道的光学器件还包括经由其它透镜保持器(771，772，773，774)而附接到所述基板的另一主侧面(18a)的其它透镜(731，732，733，734)，所述另一主侧面(18a)位于所述基板的所述主侧面(18b)的对面，并且所述其它透镜(731，732，733，734)经由所述基板而机械连接。
7.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述主侧面(18b)面对或背对所述图像传感器(12)。
8.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述基板(18)包括玻璃板。
9.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述光通道的光学器件的透镜是由聚合物形成的。
10.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述透镜是单独注模而成的。
11.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述基板经由移动元件(52)沿着与所述基板紧挨着的所述单行阵列(70)的行延伸方向悬挂，所述移动元件(52)被配置为将所述基板(18)沿着所述行延伸方向以平移方式移动，由此将所述光学器件(161至164)沿着所述行延伸方向以平移方式移动，以便通过沿着所述行延伸方向的移动(53)来实现沿着所述行延伸方向的图像稳定。
12.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，还包括用于将所述基板(18)沿着所述单行阵列的行延伸方向平移移动的致动器(52)。
13.根据权利要求12所述的多孔径成像设备，其中，所述致动器(52)由所述多孔径成像设备的光学图像稳定控制器控制。
14.根据权利要求13所述的多孔径成像设备，还包括用于偏转所述光通道的光路的光束偏转设备(24)以及用于产生所述光束偏转设备(24)的旋转移动的另一致动器(50)，所述另一致动器(50)也由所述多孔径成像设备的所述光学图像稳定控制器控制，使得所述基板(18)的平移移动引起沿着第一图像轴的图像稳定，并且使得所述光束偏转设备的旋转移动的产生引起沿着第二图像轴的图像稳定。
15.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，还包括用于将所述基板(18)沿着所述光通道的光路(221，222，223，224)平移移动的另一致动器(54)。
16.根据权利要求15所述的多孔径成像设备，其中，所述另一致动器(54)由所述多孔径成像设备的聚焦控制器控制。
17.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述基板的所述主侧面(18b)和/或位于所述主侧面(18b)的对面的另一主侧面(18a)在所述基板被所述光通道的光路(221，222，223，224)穿透的位置处包括光阑或滤光器层。
18.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述光通道的光学器件的其它透镜经由另一基板(118)机械连接，所述基板和所述另一基板串联连接，并且所述基板和所述另一基板均被所述光通道的光路(221，222，223，224)穿透。
19.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)在所述图像传感器(12)的平面内延伸，并且所述光束偏转设备(24)在所述光路(221，222，223，224)的平面内。
20.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)是轴向延伸的管状透镜保持器，其中，所述透镜(721，722，723，724)固定在所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)的内部。
21.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)不增加所述多孔径成像设备的所述图像传感器(12)和所述光束偏转设备(24)之间的安装高度，所述安装高度与所述图像传感器(12)和所述光束偏转设备(24)之间的光路(221，222，223，224)的平面垂直。
22.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)在所述透镜(721，722，723，724)的圆周表面处与所述透镜(721，722，723，724)接触。
23.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述透镜(721，722，723，724)布置在所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)的圆柱形内部处。
24.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)包括跨过其长度和/或沿着各自光轴而改变的横截面。
25.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述光通道逐组地共享透镜保持器的透镜。
26.一种多孔径成像设备，包括：
相邻布置的光通道(141，142，143，144)的单行阵列(14)，每个光通道包括光学器件(161，162，163，164)；
其中，所述光通道的光学器件的透镜(721，722，723，724)保持在一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)的开口(751，752，753，754)内，并且所述一个或多个透镜保持器(761，762，763，764)附接到基板(18)，使得所述透镜经由所述基板机械连接，并且所述透镜的透镜至高点与所述基板(18)间隔开，所述基板被配置为是透明的，并且所述光通道的光路(221，222，223，224)穿过所述基板；
其中，所述多孔径成像设备还包括致动器(52)，所述致动器(52)用于将所述基板(18)沿着所述单行阵列的行延伸方向平移移动；其中所述致动器(52)由所述多孔径成像设备的光学图像稳定控制器控制；以及
其中，所述多孔径成像设备还包括用于偏转所述光通道的光路的光束偏转设备(24)以及用于产生所述光束偏转设备(24)的旋转移动的另一致动器(50)，所述另一致动器(50)也由所述多孔径成像设备的光学图像稳定控制器控制，使得所述基板(18)的平移移动引起沿着第一图像轴的图像稳定，并且使得所述光束偏转设备的旋转移动的产生引起沿着第二图像轴的图像稳定。
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