CN110892701A - 低杂散光灵敏度的多孔径成像设备、成像系统和用于提供多孔径成像设备的方法 - Google Patents

低杂散光灵敏度的多孔径成像设备、成像系统和用于提供多孔径成像设备的方法 Download PDF

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Abstract

一种多孔径成像设备，包括光学通道的阵列，其中，每个光学通道包括光学器件，该光学器件用于将总视场的部分视场成像到图像传感器的图像传感器区域上。该多孔径成像设备包括光束偏转装置，该光束偏转装置用于将该光学通道的光路偏转到该多孔径成像设备的观察方向。该多孔径成像设备包括光阑结构，该光阑结构被布置为至少部分地闭合该阵列和该光束偏转装置之间的间隙。

Description

低杂散光灵敏度的多孔径成像设备、成像系统和用于提供多 孔径成像设备的方法
具体实施方式
本发明涉及多孔径成像设备、成像系统和用于提供多孔径成像设备的方法。另外，本发明涉及在用于切换观察方向的装置处具有潜在的柔性光阑的多孔径成像设备和多孔径成像系统。
常规相机包括成像通道，该成像通道对整个对象场成像。该相机包括自适应组件，这些组件允许在物镜和图像传感器之间进行相对的横向、二维位移，以实现光学图像稳定功能。
具有线性通道布置的多孔径成像系统由几个成像通道组成，每个成像通道仅捕获对象的一部分并包含偏转镜。该偏转镜可以被支撑为可旋转的，特别是还允许切换观察方向，使得同一相机可以指向不同的观察方向，该观察方向形成例如180°的角度。
期望提供用于对象区域或视场的多通道捕获的构思，以允许高质量的图像捕获。
因此，本发明的目的是提供一种多孔径成像设备、一种成像系统和一种用于提供多孔径成像设备的方法，以允许高图像质量的图像捕获。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。
本发明的发现已经认识到，通过布置用于闭合光束偏转装置和光学通道阵列之间的间隙的附加光阑结构，可以减少或甚至防止杂散光从该多孔径成像设备此时未被引导至的方向进入，从而可以基于低杂散光来实现高质量的图像捕获。
根据实施例，多孔径成像设备包括光学通道的阵列，每个光学通道包括光学器件，该光学器件用于将总视场的部分视场成像到图像传感器的图像传感器区域上。该多孔径成像设备包括光束偏转装置，该光束偏转装置用于将该光学通道的光路偏转到该多孔径成像设备的观察方向。另外，该多孔径成像设备包括光阑结构，该光阑结构被布置为至少部分地闭合该阵列和该光束偏转装置之间的间隙。
进一步的实施例涉及一种成像系统和一种用于提供多孔径成像设备的方法。
进一步的有利实施方式是从属权利要求的主题。
随后将参考附图详细描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意性透视图；
图2示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意性截面侧视图，其中，光学通道的阵列形成在单行上；
图3示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意性截面侧视图，其中，光束偏转装置被配置为执行绕旋转轴的旋转运动；
图4a-f示出了根据实施例的光束偏转装置的有利实施方式；
图5a示出了根据实施例的多孔径成像设备在光束偏转装置的第一旋转位置的示意图，在该第一旋转位置中，光阑结构闭合了间隙；
图5b示出了图5a的多孔径成像设备在光束偏转装置的第二位置的示意图，其中，光阑结构在不同的位置闭合了间隙；
图5c示出了图5a的多孔径成像设备在第一位置和第二位置之间的可选中间位置的示意图。
图6示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意性截面侧视图，包括光学图像稳定器；
图7示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意性透视图，包括从光束偏转装置开始沿多孔径成像设备的观察方向布置的透明结构；
图8示出了根据实施例的多孔径成像设备的示意性截面侧视图，该多孔径成像设备可以可选地包括透明结构，但是也可以容易地在没有该透明结构的情况下执行；
图9示出了根据实施例的总视场的示意图，该总视场例如可以使用如前文所述的多孔径成像设备来捕获；
图10示出了成像系统的示意性透视图，该成像系统包括外壳以及至少第一和第二多孔径成像设备；
图11示出了根据实施例的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设置，该第一多孔径成像设备和第二多孔径成像设备例如可以被布置在图10的成像系统中；以及
图12示出了根据实施例的用于提供多孔径成像设备的方法的示意性流程图。
参考附图在下文更详细地描述本发明的实施例之前，要指出的是，在不同的附图中，相同的元件、对象和/或结构或功能相同或效果相同的元件、对象和/或结构被提供了相同的附图标记，以使得在不同实施例中示出的这些元件的描述可以相互交换或相互适用。
图1示出了根据实施例的多孔径成像设备10的示意性透视图。多孔径成像设备10包括图像传感器、光学通道16a-h的阵列、光束偏转装置18和光阑结构22。每个光学通道16a-h包括光学器件64a-h，该光学器件用于将总视场的部分视场成像到图像传感器12的图像传感器区域24a-h上。可以将光学通道16a-h理解为代表光路26a-h的走向。光路26a-h可以受到布置在阵列14中的各个光学器件64a-h的影响，例如，受到散射或集中的影响。各光学通道16a-h可以各自形成或包括完整的成像光学器件，并且包括至少一个光学组件或光学器件，例如，折射、衍射或混合透镜，并且可以对由多孔径成像设备捕获为孔洞的总对象的一部分进行成像。这意味着光学器件64a-h中的一个、几个或全部也可以是光学元件的组合。可以相对于光学通道16a-h中的一个、几个或全部布置孔径光阑。
图像传感器区域24a-h例如可以各自由包括相应像素阵列的芯片形成，其中，该图像传感器区域24a-h可以安装在公共基板或公共电路载体上，例如，公共电路板或公共柔性板。替代地，也可以想到，图像传感器区域24a-h分别由在该图像传感器区域24a-h上连续延伸的公共像素阵列的一部分形成，其中，例如，该公共像素阵列形成在单个芯片上。示例性地，仅读出图像传感器区域24a-h中的公共像素阵列的像素值。这些替代方案的不同混合也是可能的，例如，一个芯片存在于两个或多个光学通道中，而另一芯片又存在于不同的光学通道中，等等。在图像传感器12有若干芯片的情况下，这些芯片可以例如安装在一个或几个电路板或电路载体上，例如，它们全部一起或成组，等等。
光束偏转装置18被配置为使光学通道16a-h的光路26a-h偏转。在此，光束偏转装置18可以示例性地包括反射主侧面，该反射主侧面面对光学器件64a-h或阵列14并且相对于该光学器件或阵列倾斜。由于该倾斜，光路26a-h可以偏转到观察方向27，其中，观察方向27可以描述相对于多孔径成像设备10的相对方向，沿着该相对方向布置要捕获的对象区域。
该阵列可以包括：载体，在与该光束偏转装置相距一定距离布置，用于保持光学器件；该阵列的外壳和/或透明结构，该透明结构被配置为至少部分地减少粒子进入该光束偏转装置，其中，所述距离形成间隙。间隙29(即，所述距离)位于阵列14和光束偏转装置18之间。在此，多孔径成像设备10被实施为使得光阑结构22至少部分地闭合间隙29。因此，如图所示，光阑结构22可以与阵列14或载体47和/或光束偏转装置18重叠。这意味着，光阑结构22可以与阵列14和/或光束偏转装置18机械接触，或者可以布置在一个区域或体积的外部，该区域或体积在空间上布置在光束偏转装置18与阵列14之间。作为对阵列14的机械接触的替代方案，光阑结构22可以与透明结构机械接触，例如，将在下文结合图7进行讨论的透明结构42。替代地，光阑结构22可以被布置在阵列14和/或光束偏转装置18处，使得该光阑结构在空间上位于该阵列14和该光束偏转装置18之间。在两种情况下，阵列14和光束偏转装置18之间的间隙29至少部分地闭合，即，至少闭合50％、至少70％、至少90％、或者优选地完全闭合。
总视场的多个或大量部分视场可以由光学通道捕获，其中,每个部分视场可以由至少一个光学通道16a-h捕获。因此，部分视场可以与每个光学通道相关联，该部分视场由该光学通道捕获。对于每个部分视场，例如，当从多孔径成像设备10和/或光束偏转装置18开始时，可以关联某方向，光束偏转装置18将光学通道16a-h的相应光路26a-h偏转到该方向。光阑结构22可以被配置为至少部分地防止或减少光的进入，特别是从与当前设定的观察方向的部分视场相关联的方向不同的方向的光的进入。通过将光阑结构22布置在载体47和/或光束偏转装置18的末端，与观察方向27相反地布置或定位，可以至少部分地减少来自与该观察方向27相反的方向的杂散光的进入。当间隙29完全闭合并且光阑结构22形成为完全不透明时，甚至可以完全减少来自例如与观察方向相反的方向或另外方向的杂散光的程度。随着减少杂散光的程度的增加，可以不断提高图像质量。
图2示出了根据实施例的多孔径成像设备20的示意性截面侧视图，其中，阵列14形成在单行上，这意味着与图1的双行阵列相反，仅布置了单行光学器件64。
光阑结构22可以机械地固定连接到阵列14和/或光束偏转装置18中的至少一个，并且因此由该元件保持。为了闭合间隙29，可以在另一个元件上获得松散的或仍然是固定的机械接触。
图3示出了根据另一实施例的多孔径成像设备30的示意性截面侧视图，其中，光束偏转装置18被配置为执行绕旋转轴44的旋转运动38，其中，该光束偏转装置18的第一位置和第二位置可以基于该旋转运动38获得。光束偏转装置18被配置为在该第一位置将光路26引导至第一观察方向271。另外，光束偏转装置18被配置为在由虚线示出的第二位置将光路26重新引导至第二观察方向272。光束偏转装置18可以例如包括相对且反射的两个主侧面174a和174b，其中，不同的反射主侧面174a或174b在不同位置面向光学器件64。这意味着，在不同的位置，光束偏转装置18利用不同主侧面使光路偏转。
基于可以通过旋转运动38在这些位置之间进行切换，在第一位置，第一间隙291可以至少部分地由光阑结构221闭合，例如，如结合多孔径成像设备20所述。基于该旋转运动38，间隙291可以沿着方向x改变其尺寸，该方向x平行于从图像传感器12开始朝向光束偏转装置18的方向，并且平行于阵列14的行延伸方向。在第二位置，间隙292可以由光阑结构222闭合，以防止杂散光从未使用的观察方向271进入。
根据对多孔径成像设备的一些要求，沿着垂直于x方向，以及垂直于行延伸方向的方向，例如，沿着y方向(也可以被称为厚度方向)，期望该多孔径成像设备的高度低或者甚至最小。由于光束偏转装置18相对于图像传感器12和/或阵列14的对角线布置，该光束偏转装置18的面积偏差可以相对大于该图像传感器12的面积，以允许光路26的完整成像和/或偏转。这意味着，如果光束偏转装置18倾斜使得主侧面174a和/或174b平行于y方向布置，则该光束偏转装置18可能比阵列14和/或图像传感器12更高，这抵消了所追求的最小结构高度。
为了在所示的两个位置之间切换，也可以驱动光束偏转装置18，使得在第一位置和第二位置之间的位置，主侧面174a和/或174b平行于x方向。在这种情况下，光束偏转装置18的辅侧面可以在移动期间更靠近阵列14和/或从阵列14撤回，使得间隙291和/或292的尺寸改变。然而，同时，在光束偏转装置18和阵列14之间需要有限的距离，以便允许相应的运动。该距离导致间隙291和/或292，该间隙291和/或292可以由所述光阑结构221和/或222闭合，以便至少部分地防止杂散光穿过相应的间隙进入。
换句话说，有必要设置偏转镜(光束偏转装置)的前边缘与随后的成像光学器件阵列之间的距离，以使该偏转镜能够旋转。该间隙是透明的，因此对于光具有透射性。这意味着光可以从某方向不利地进入该结构，该方向不对应于相机的预期观察方向，从而降低成像质量。光阑结构221和/或222可以抵消这种影响。
可以在具有线性通道布置的多孔径成像设备的光束偏转装置的侧面/边缘上布置一个光阑，该光阑在该光束偏转装置的整个延伸范围内延伸，从而在不透明和/或柔性材料制成的阵列物镜的整个宽度上延伸。例如，这可以类似于密封唇的效果。
在下面描述本文所述的多孔径成像设备的进一步细节之前，将讨论光束偏转装置18的优选实施例。尽管也可以将该光束偏转装置18实现为平面镜或双面镜，但是可以基于楔形获得节省空间的实现。另外，可以在光束偏转装置18中布置几个楔形物，并且每个楔形物都形成它的一个小平面，其中，多孔径成像设备的每个光学通道与一个小平面相关联。由于这些小平面相对于光束偏转装置的参考位置的倾斜度不同，因此光路可以偏转到不同的方向，这允许方向的偏转发散(即，方向的不同偏转或方向的两个偏转之间的差异)，使得可以捕获整个对象区域的不同子区域。
参考图4a-f，将描述光束偏转装置18的有利实施方式。这些实施方式示出了许多优点，这些优点可以单独或以任何组合来执行，但是没有限制作用。
图4a示出了光束偏转元件172的示意性截面侧视图，该光束偏转元件在本文所述的光束偏转装置中可以用作光束偏转区域46之一。光束偏转元件172可以对一个、多个或全部光学通道16a-d有效，并且包括一系列多边形的横截面。尽管示出了三角形横截面，但是也可以使用任何其他多边形。替代地或附加地，横截面还可以包括至少一个弯曲的表面，其中，特别是在反射表面中，(至少部分地)平面实施方式可能是有利的，以便避免成像误差。两个主侧面174a和174b可以相对于彼此倾斜角度δ。角度δ可以呈现1°和89°之间的值，但是优选地包括5°和60°之间的值，并且特别优选地包括10°和30°之间的值。这意味着，主侧面174a和174b优选地被布置为相对于彼此倾斜至多60°的角度。
光束偏转元件172示例性地包括第一侧面174a、第二侧面174b和第三侧面174c。至少两个侧面(例如，侧面174a和174b)被实施为反射性的，使得光束偏转元件172被实施为两侧都是反射性的。侧面174a和174b可以是光束偏转元件172的主侧面或主面(即，面积大于侧面174c的侧面)。
换句话说，光束偏转元件172可以形成为楔形并且在两侧都是反射性的。与侧面174c相对(即，在侧面174a和174b之间)，可以存在另一侧面，然而，该另一侧面比侧面174c小得多。换句话说，由侧面174a、174b和174c形成的楔形没有按照期望逐渐变细，而是在指向的侧面处被提供有一个主面并且因此被截短。
图4b示出了光束偏转元件172的示意性截面侧视图，其中描述了光束偏转元件172的悬置或位移轴176。该位移轴176可以例如是旋转轴44。光束偏转元件172可以在光束偏转装置18中围绕该位移轴176以旋转和/或平移方式运动，该位移轴176可以相对于横截面的重心178离心地位移。替代地，该重心也可以是沿厚度方向182以及沿着与其垂直的方向对光束偏转元件172的一半尺寸进行描述的点。
主侧面174a可以包括表面法线175a，而主侧面174b可以包括表面法线175b。当使用围绕位移轴176的旋转运动以便在光束偏转装置的第一位置和第二位置之间切换时，可以执行光束偏转装置的旋转运动，使得在该两个位置之间，可以根据主侧面174a或174b中哪一个完全面向阵列14来避免一个方位，如结合图3所述。这也可以理解为暗示：在第一和第二操作状态或位置之间通过旋转运动进行变化期间，第二主侧面的表面法线175a和表面法线175b在任何时间点都呈现出相对于朝向图像传感器的方向至少10°的角度，并且可能与图像传感器的表面法线平行。因此，可以避免角度之一是0°或180°，这意味着光束偏转装置沿厚度方向的高延伸或近似最大延伸。
位移轴176可以例如沿着厚度方向182不变，并且在与其垂直的方向上呈现出任何偏移。替代地，也可以想到沿厚度方向182的偏移。例如，可以发生位移，使得通过光束偏转元件172绕着位移轴176的旋转，获得比绕着重心178旋转的情况下更大的控制路径。这意味着，由于位移轴176的位移，当与绕着重心178旋转相比时，侧面174a和174b之间的边缘在旋转的情况下移动的路径可以增加相等的旋转角度。优选地，光束偏转元件172被布置为使得在侧面174a和174b之间的边缘(即，楔形横截面的锐边)面向图像传感器。因此，相应的另一侧174a或174b可以通过较小的旋转运动来使光学通道的光路偏转。在此显而易见的是：可以进行旋转，使得光束偏转装置沿着厚度方向182的空间需求低，因为不需要光束偏转元件172的主侧面垂直于图像传感器的这种运动。
侧面174c也可以被称为辅侧面或后侧面。若干光束偏转元件可以彼此连接，使得一个连接元件布置在侧面174c处，或者穿过光束偏转元件的横截面，即，布置在光束偏转元件内，例如，位移轴176的区域内。特别地，保持元件可以被布置为使得其不沿着方向182突出光束偏转元件172之外，或者仅突出很低的程度，即，至多50％、至多30％或至多10％，以使得该保持元件不会增加或确定整个设置沿方向182的延伸。替代地，厚度方向182的延伸可以由光学通道的透镜确定，这意味着这些透镜呈现限定最小厚度的尺寸。
光束偏转元件172可以由玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、塑料、金属或这些材料和/或其他材料的组合形成。
换句话说，光束偏转元件172可以被布置为使得尖端(即，在主侧面174a和174b之间的边缘)被引导朝向图像传感器。可以保持光束偏转元件使得仅在后侧或在该光束偏转元件内进行，这意味着主侧面没有被遮盖。公共保持或连接元件可以在后侧174c上延伸。光束偏转元件172的旋转轴可以被布置成离心的。
图4c示出了多孔径成像设备40的示意性透视图，该多孔径成像设备40包括图像传感器12和彼此相邻布置的光学通道16a-d的单行阵列14。光束偏转装置18包括多个光束偏转元件172a-d，其可以对应于光学通道的数量。替代地，可以布置较少数量的光束偏转元件，例如，当两个光学通道使用至少一个光束偏转元件时。替代地，也可以布置更多数量的光束偏转元件，例如，当光束偏转装置18的偏转方向通过平移运动来切换时。每个光束偏转元件172a-d可以与光学通道16a-d相关联。光束偏转元件172a-d可以形成为多个元件172。替代地，光束偏转元件172a-d中的至少两个、几个或全部可以整体地形成。
图4d示出了光束偏转元件172的示意性截面侧视图，该光束偏转元件的横截面被形成为自由形式的区域，这意味着其不一定对应于简单的三角形或四边形。因此，侧面174c可以包括允许安装保持元件的凹口186，其中，该凹口186也可以形成为突出元件，例如，榫舌系统中的舌片。另外，该横截面包括第四侧面174d，该第四侧面174d包括比主侧面174a和174b更小的面积延伸，并且将它们彼此连接。
图4e示出了第一光束偏转元件172a和第二光束偏转元件172b的示意性截面侧视图，该第二光束偏转元件172b在图示的方向上位于该第一光束偏转元件172a的后方。在此，凹口186a和186b可以被布置为使得它们基本上是一致的，从而可以在该凹口中布置连接元件。
图4f示出了光束偏转装置18的示意性透视图，该光束偏转装置18示例性地包括连接到连接元件188的四个光束偏转元件172a-d。该连接元件可以用于由致动器以平移和/或旋转方式移动。连接元件188可以整体地形成并且在光束偏转元件172a-d处或之中沿着延伸方向(例如，y方向)穿过。替代地，连接元件188也可以仅连接到光束偏转装置18的至少一侧，例如，当光束偏转元件172a-d整体地形成时。替代地，可以以任何其他方式进行与致动器的连接和/或光束偏转元件172a-d的连接，例如，通过胶合、拧紧或焊接方式。光束偏转元件172a-d可以形成为位于小距离处或者甚至直接邻接，使得在光束偏转元件172a-d之间不能实施间隙或最小间隙。
这意味着光束偏转装置18可以形成为彼此相邻布置的小平面阵列，其中，每个光学通道与小平面之一相关联。光阑结构可以在小平面阵列上延伸。
光束偏转装置可以包括第一和第二反射主侧面174a和174b，其中，主侧面可以相对于彼此以60°或更小的角度δ倾斜。
随后，将参照图5a-5c讨论根据图4a-4f的包括楔形小平面的可旋转移动的光束偏转装置18的多孔径成像设备50。示例性地，阵列14的各个光学器件64形成为多部分透镜组合。多孔径成像设备50包括光阑结构22，其可以示例性地机械地安装在主侧面174a和174b之间的连接边缘处或辅侧面174d处。光学器件64可以被布置在外壳31中。可选地，图像传感器12可以被布置在外壳31内。尽管随后的讨论涉及将光学器件64布置在其中的外壳，但是同样的讨论无限制地类似地适用于示例性地包括载体(如针对载体47所述)的光学通道阵列。光学器件64可以直接或经由保持结构间接地布置在潜在透明的载体46处。外壳31可以例如包括主侧面311和312，其中，主侧面311的特征在于，其被布置为面向光束偏转装置18，并且提供与光束偏转装置18相邻的外壳31的侧面。例如，当考虑图1时，载体47还可以包括被布置为面向光束偏转装置18的主侧面，并且包括被布置为面向图像传感器12的主侧面。辅侧面313和314可以将两个主侧面311和312彼此连接。至少外壳31的主侧面311可以被理解为阵列的主侧面。
图5a示出了多孔径成像设备50，其具有光束偏转装置18的第一位置，在该第一位置，光阑结构22闭合了间隙291。
图5b示出了在光束偏转装置18的第二位置的多孔径成像设备50，其中，光阑结构22闭合了间隙292。在图5a所示的第一位置中，光阑结构可以在可能的最外侧位置处机械接触，即与辅侧面314相邻，即与辅侧面314相邻的主侧面311，或者如图1中示例性所示的辅侧面314。图5b示出了光阑结构22与外壳31或与辅侧面313相邻的阵列机械接触的情况。
图5c示出了处于第一位置和第二位置之间的可选的中间位置的多孔径成像设备50。在第三位置中，光阑结构22被引导至辅侧面313和314之间的区域。基于图5a和图5b所示，光阑结构22可以形成为弹性的或柔性的，并且例如提供柔性的光阑或密封唇。在此，光阑结构22可以包括弹性材料，例如，硅、聚氨酯或其他弹性体。当在第一和第二位置之间切换时，光阑结构22可以扫过主侧面311。然而，如图5c所示，基于光束偏转装置18与阵列14或外壳31之间的可变距离，会出现光阑结构22不与阵列14或外壳31接触的情况。在此，多孔径成像设备50可以示例性地包括致动器，该致动器被配置为以平移的方式移动光束偏转装置18和/或阵列14，以便暂时增加该阵列和光束偏转装置18之间的距离。这意味着多孔径成像设备50可以被配置为：在该光束偏转装置的旋转运动期间，提供阵列14和光阑结构22之间的平移运动，以便暂时增加该阵列与该光阑结构之间的距离。
换句话说，优选地由柔性材料制成的光阑在镜的所有小平面上延伸，并且因此，阵列物镜的整个宽度被布置在具有线性通道布置的多孔径成像设备的光束偏转装置的一侧/边缘。这类似于密封唇。柔性光阑在阵列物镜的上方或下方以两种使用状态(即，第一位置和第二位置)应用，并且闭合了该阵列物镜和该光束偏转装置之间的间隙，使得杂散光无法进入相机或仅以减少的程度进入。当不使用相机并且当该光束偏转装置停在中间位置时，在第三状态下，柔性光阑既不可以应用在该阵列物镜的上方，也不可以应用在该阵列物镜的下方。
图6示出了根据实施例的多孔径成像设备60的示意性截面侧视图。与多孔径成像设备50相比，多孔径成像设备60包括光学图像稳定器34，该光学图像稳定器34被配置为向阵列14或外壳31和/或光束偏转装置18上施加力。由于产生的力，可以获得图像传感器12、阵列14和光束偏转装置18之间的相对运动，例如，通过阵列14的沿着由图像传感器12提供的图像的一个或两个图像轴的平移位移来实现。替代地或附加地，可以产生光束偏转装置18的例如沿y方向的平移相对运动和/或绕轴176的旋转运动，以获得光学图像稳定。当在捕获过程期间(在该过程期间，部分视场或总视场被捕获)多孔径成像设备60相对于被捕获视场的对象区域移动时，光学图像稳定可能是有利的。光学图像稳定器34可以被配置为至少部分抵消该运动，以便减少或防止图像模糊。为了沿着例如可以平行于行延伸方向z布置的第一图像轴36进行光学图像稳定，光学图像稳定器34可以被配置为在图像传感器12、阵列14和光束偏转装置18之间产生第一相对运动。为了沿着在此布置为与其垂直的第二图像轴38进行光学图像稳定，光学图像稳定器34可以被配置为在图像传感器12、阵列14和光束偏转装置18之间产生第二相对运动。对于第一相对运动，光学图像稳定器34可以被配置为以平移的方式沿着图像轴36对阵列14或图像传感器12进行位移。替代地或附加地，光学图像稳定器34可以被配置为产生光束偏转装置18沿着图像36的平移运动。光学图像稳定器34被配置为执行组件的运动，使得将在图像传感器12、阵列14和光束偏转装置18之间形成相应的相对运动。可以平行于行延伸方向7并且垂直于光路执行相对运动。然而，使阵列14以平移运动相对于图像传感器12移动可能是有利的，例如以便仅在很小程度上或完全没有对图像传感器12与其他组件的电子连接施加机械应力。
为了产生第二相对运动，光学图像稳定器34可以被配置为产生或允许光束偏转装置18的旋转运动和/或提供图像传感器12和阵列14之间沿着图像轴38的平移相对运动和/或阵列14和光束偏转装置18之间的平移相对运动，其中，为此可以布置相应的致动器。为了产生旋转运动，例如，平行于旋转运动38或作为其一部分，光学图像稳定器34可以示例性地包括被配置为产生旋转运动38的致动器。尽管光学图像稳定器34的实施使得其可以控制第一和第二相对运动作为平移相对运动来获得光学图像稳定，但是将第二相对运动实施为旋转运动38可能是有利的，因为在这种情况下，可以避免组件沿第二图像轴38的平移运动。该方向可以平行于多孔径成像设备60的厚度方向，根据一些实施方式，其应保持尽可能小。这样的目的可以通过旋转运动来实现。
当考虑图6并考虑可能由光学图像稳定器38触发的阵列14沿z方向的旋转运动38和/或平移运动时，当光学图像稳定器34由于光阑结构22基于相对运动发生变形而产生相应的相对运动时，可以基于光阑结构22的弹性或该光阑结构的刚度以及光阑结构22与阵列14或光束偏转装置18之间的机械接触来获得恢复力。替代地或附加地，这种恢复力也可以至少部分地通过特殊的单独的弹簧结构(例如，弹性的连接元件)来获得。该恢复力可以被配置为在撤回光学图像稳定器34的力时恢复最大相对运动(即，与光学图像稳定器34的相对运动有关的最大偏转)的至少30％、至少20％或至少10％。
换句话说，柔性光阑22本身或另外引入或应用的元件可以用作光束偏转装置的弹簧元件，并且因此具有恢复作用，例如，在将后者用于光学图像稳定时。
图7示出了根据实施例的多孔径成像设备70的示意性透视图，其包括从光束偏转装置18开始时沿观察方向271和272布置的透明结构42a和42b。透明结构42a和42b可以被配置为防止灰尘或颗粒进入外壳31、光束偏转装置18或其他组件。替代地或附加地，可以防止例如通过用户的手指等接触光束偏转装置18，或者使接触更加困难。多孔径成像设备70示例性地包括两个观察方向和两个透明结构42a和42b，其中，每个透明结构42a和42b可以分别与每个观察方向271和272相关联。例如，当考虑可以被配置为仅呈现一个观察方向的多孔径成像设备10时，也可以仅利用一个透明结构42来实施该多孔径成像设备。
透明结构42a可以例如包括玻璃材料和/或聚合物材料，并且可以形成为对于由多孔径成像设备70捕获的电磁辐射基本上是透明的，其中，也可以想到将过滤器引入该透明结构。透明结构42a和/或42b可以包括低的表面粗糙度，这意味着透明结构42a和/或42b可以形成为光滑的。
透明结构42a和/或42b的粗糙度Ra的示例性但非限制性值例如可以是至多.03μm、至多.005μm或至多.0005μm。光阑结构22可以呈现出粗糙度，该粗糙度的粗糙度值相对大于透明结构42a和/或42b的粗糙度。这允许在光阑结构22和透明结构42a和/或42b之间机械接触的情况下，使光阑结构22更加困难或者甚至避免光阑结构22粘附至透明结构42a和/或42b。这意味着，作为与阵列14的机械接触的替代方案，光阑结构22可以与透明结构42a和/或42b机械接触，例如，时间上交替地接触。在第一位置和第二位置，光阑结构可以一方面与该阵列或透明结构42a和42b之一机械接触，并且另一方面与光束偏转装置18机械接触。
换句话说，柔性光阑22可包括粗糙的表面，以使得该光阑不粘附于光滑表面(例如，盖玻片42a和/或42b)和/或可以通过该光束偏转装置可施加的较低的力从表面上移除。这意味着，即使发生粘附，也可以通过旋转运动容易地将光阑结构22从透明结构42a和/或42b移除。
图8示出了多孔径成像设备80的示意性截面侧视图，该多孔径成像装置80可以可选地包括透明结构42a和42b，但是也可以容易地在没有该透明结构的情况下实施。多孔径成像设备80包括光阑结构22'，该光阑结构22'可以被实施为类似于光阑结构22，但是可以额外地包括磁性或可磁化材料，例如，铁磁或顺磁材料。这些材料可以例如作为颗粒、碎片、刨花或磨料引入到光阑结构22的材料中。这意味着光阑结构22’可以包括磁性材料。可以将磁场提供元件44a和/或44b(即，磁场源)布置为邻近外壳31和/或透明结构42a和/或42b，并因此邻近光阑结构22。磁场提供元件44a和/或44b可以优选地为这样的元件：其以适时的交替方式提供相对较强和相对较弱的磁场或不提供磁场。磁场源44a和44b可以是例如电磁体。替代地或附加地，也可以想到的是，该磁场源例如包括永磁体，并且被布置在与光阑结构22'相距可变的距离处，以便提供距离较小的较大磁场和距离较大的较低磁场。
可以实施磁场源44a和44b的磁场，以使得基于该磁场将吸引力应用到光阑结构22'，使得该吸引力执行或至少支持光束偏转装置18的旋转运动。替代地或附加地，也可以想到的是，在光束偏转装置18的旋转运动之后，光阑结构22'的一部分可以保留在阵列14的视场中以由吸引力将其从该视场中移出(即，拉出)。
换句话说，除了光束偏转装置18的旋转运动之外，还可以在阵列物镜的上方和下方由线圈和可能的附加芯形成吸引柔性光阑的电磁体，从而使光阑呈现出仍然改善的光密封效果。
光阑结构的先前描述的布置允许改善多孔径成像设备中的杂散光抑制。这样的多孔径成像设备和/或多孔径成像系统可以应用于具有线性通道布置和可能的最小尺寸的构思。
根据实施例，可以提供聚焦装置，该聚焦装置被配置为：对于两个或几个、可能是全部光学通道一起，以单个通道的形式改变多孔径成像设备80或本文所述的另一多孔径成像设备(例如，多孔径成像设备10、20、30、40、50、60或70)的焦点。在此，例如可以使用致动器以改变阵列14和图像传感器12之间的距离。这可以导致阵列14和光束偏转装置18之间的可变距离，例如，当光学通道(即，物镜)的光学器件轴向移动时。由于柔性或弹性光阑，阵列14与光束偏转装置18之间的间隙可以保持闭合，例如，当光阑结构22'沿x方向的轴向延伸大于或等于阵列14和光束偏转装置18之间的最大距离时。当减小该距离和/或随后增加该距离时，光阑结构22’的压缩/伸长或变形可以保持该间隙闭合。
图9示出了总视场71的示意图，该总视场71例如可以使用之前所述的多孔径成像设备(例如，多孔径成像设备10、20、30、40、50，60、70或80)来捕获。尽管描述了本文所述的多孔径成像设备，使得它们示例性地包括四个光学通道，用于捕获总视场的四个部分视场72a-72d，但是要指出的是，本文所述的多孔径成像设备还可以由不同数量的光学通道形成，例如，至少2个、至少3个、至少4个、至少10个、至少20个或者甚至更高的值。另外，要指出的是，可以想到部分视场72a-72d中的一些将被大于一个的多个光学通道捕获。多孔径成像设备的光学通道的光路可以指向彼此不同的部分视场72a-d，其中，部分视场72a-d可以与每个光学通道相关联。示例性地，部分视场72a-d是重叠的，以便允许合并各个部分图像以形成总图像。当多孔径成像设备包括数量不同于4的光学通道时，总视场71可以包括数量不同于4的部分视场。替代地或附加地，至少一个部分视场72a-d可以由具有更高数量的模块(多孔径成像设备)的第二或更高数量的光学通道捕获，以便形成立体、三重、四重相机或更高值的相机。各个模块可以被像素的片段移位，并且被配置为实施超分辨率的方法。例如，可以根据需要选择多个光学通道和/或多个多孔径成像设备和/或多个部分视场。
图10示出了成像系统100的示意性透视图，该成像系统100包括外壳73和布置在该外壳73中的第一多孔径成像设备10a和第二多孔径成像设备10b。成像系统100被配置为使用多孔径成像设备10a和10b立体地至少部分地(例如，在多孔径成像设备10a和10b的捕获区域的重叠区域中)捕获总视场71。该重叠区域可以形成总视场71的一部分，但是也可以几乎完全或完全覆盖整个视场71，即，覆盖至少95％、至少97％或至少99％的部分。总视场71例如被布置在外壳73的背离主侧面74a的主侧面74b处。示例性地，多孔径成像设备10a和10b可以通过透明区域68a和68c捕获总视场71，其中，布置在主侧面74b中的光阑78a和78c至少部分是透明的。布置在主侧面74a中的光阑78b和78d可以分别包括透明区域78b和78d，其至少部分地光学密封透明区域68b和68d，使得来自面对主侧面74a的一侧的杂散光(这可能损坏多孔径成像设备10a和/或10b捕获的图像)的程度至少被降低。
尽管示出了多孔径成像设备10a和10b被布置为在空间上彼此分离，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以组合方式布置。示例性地，成像设备10a和10b的阵列可以被布置为彼此相邻或彼此平行。该阵列可以形成为单行，以及可以形成相对于彼此布置的行，其中，每个多孔径成像设备10a和10b包括单行阵列。多孔径成像设备10a和10b可以包括公共光束偏转装置和/或公共载体47和/或公共图像传感器12。至少多孔径成像设备20、30、40、50、60、70和/或80可以被布置为多孔径成像设备10a和/或10b和/或另一多孔径成像设备10的替代或补充。以上所述的公共元件(例如，光束偏转装置18或阵列14)可以由公共光学图像稳定器使用，因为光束偏转装置的运动例如可能对多个模块的光学通道一起产生影响，这使得公共光学图像稳定。相应地，该光学图像稳定器也可以针对多个模块一起实施，和/或可以将公共参考通道用于多个模块。
透明区域68a-d可以额外配备有可切换的光阑78a-d，该光阑在不使用的情况下覆盖光学设置。光阑78a-d可以包括机械运动的部分。该机械运动部分的运动可以通过使用致动器来进行，例如，该制动器也可以被提供用于其他类型的运动。替代地或附加地，光阑78a-d可以是电可控的并且包括电致变色层或电致变色层序列，即，被实施为电致变色光阑。
图11示出了示意性设置，该示意性设置包括例如可以布置在成像系统100中的第一多孔径成像设备10a和第二多孔径成像设备10b。阵列14a和14b可以形成为单行以及可以形成一个公共行。图像传感器12a和12b可以被标记在公共基板上，或在公共电路载体上，例如，公共电路板或公共柔性板。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，这些替代方案的不同混合也是可能的，例如，包括公共图像传感器、公共阵列和/或公共光束偏转装置18的多孔径成像设备，以及包括单独组件的其他多孔径成像设备。具有公共图像传感器、公共阵列和/或公共光束偏转装置的优点在于，可以通过驱动少量的致动器来获得高精度地移动各个组件，并且可以减少或避免致动器之间的同步。另外，可以获得高热稳定性。替代地或附加地，其他和/或彼此不同的多孔径成像设备可以包括公共阵列、公共图像传感器和/或公共光束偏转装置。
图12示出了用于提供多孔径成像设备(例如，多孔径成像设备10)的方法1200的示意性流程图。
方法1200包括步骤1210，该步骤提供光学通道的阵列，使得每个光学通道包括用于将总视场的部分视场成像到图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。在步骤1220中，布置光束偏转装置，用于将光学通道的光路偏转到多孔径成像设备的观察方向。在步骤1230中，布置光阑结构以便至少部分地闭合阵列与光束偏转装置之间的间隙。
尽管已经结合设备描述了一些方面，但是应当理解，这些方面也表示对应方法的描述，使得设备的块或元件也被理解为对应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，已经结合方法步骤来描述的各方面或被描述为方法步骤的各方面也表示对相应设备的相应块或细节或特征的描述。
上述实施例仅表示本发明原理的说明。应当理解的是，本文所述的布置和细节的修改和变形对于本领域其他技术人员将是显而易见的。因此，本发明旨在仅由所附权利要求书的范围来限制，而不是由使用实施例的描述和讨论在此所述的具体细节来限制。

Claims (22)

1.一种多孔径成像设备，包括：
光学通道(16a-h)的阵列(14)，其中，每个光学通道(16a-h)包括光学器件(64a-h)，所述光学器件(64a-h)用于将总视场(71)的部分视场(72a-d)成像到图像传感器(12)的图像传感器区域(24a-h)上；
光束偏转装置(18)，用于将所述光学通道(16a-h)的光路(26a-h)偏转到所述多孔径成像设备的观察方向(271或272)；以及
光阑结构(22；22’)，被布置为至少部分地闭合所述阵列(14)和所述光束偏转装置(18)之间的间隙(291、292)。
2.根据权利要求1所述的多孔径成像设备，其中，所述光束偏转装置(18)将光学通道(16a-h)的光路(26a-h)偏转的方向与每个部分视场(72a-d)相关联，所述光阑结构(22；22’)被配置为至少部分地减少来自某方向的光的进入，所述某方向与沿着所述观察方向(271、272)的部分视场相关联的方向不同。
3.根据权利要求1或2所述的多孔径成像设备，其中，所述阵列(14)包括：载体(47)，与所述光束偏转装置(18)相距一定距离布置，用于保持所述光学器件(64a-h)；所述阵列(14)的外壳(31)或透明结构(42a、42b)，被配置为至少部分地减少粒子进入所述光束偏转装置(18)，所述距离形成所述间隙(291、292)。
4.根据权利要求3所述的多孔径成像设备，其中，所述光阑结构(22；22’)通过一方面与所述载体(47)、所述外壳(31)或所述透明结构(42a、42b)机械接触并且另一方面与所述光束偏转装置(18)机械接触来闭合所述间隙。
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，所述光阑结构(22；22’)沿着如下方向布置：所述光学通道(16a-h)的光路(26a-h)沿着所述方向在所述阵列(14)和所述光束偏转装置(18)之间通过。
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)被配置为：在第一位置将所述光路(26a-h)引导到第一观察方向(271)；并且在第二位置将所述光路(26a-h)偏转到第二观察方向(272)，其中，所述光束偏转装置(18)被支撑而能够旋转地运动并且能够在所述第一位置和所述第二位置之间以旋转的方式运动。
7.根据权利要求6所述的多孔径成像设备，其中，所述光阑结构(22；22’)被机械地连接到所述光束偏转装置(18)，并且能够与所述光束偏转装置(18)一起运动。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光阑结构(22；22’)在所述第一位置和所述第二位置一方面与被配置为至少部分地减少粒子进入所述光束偏转装置(18)的透明结构(42a、42b)或所述阵列(14)机械接触，另一方面与所述光束偏转装置(18)机械接触。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光阑结构(22；22’)在与所述阵列(14)的第一辅侧面(314)相邻的第一位置与所述阵列的第一辅侧面机械接触，并且在与所述阵列(14)的相对第二辅侧面(313)相邻的第二位置机械接触，并且其中，所述光束偏转装置(18)包括第三位置，所述第三位置被旋转地布置在所述第一位置和所述第二位置之间，并且其中，所述光阑结构(22，22')与所述阵列(14)的第一辅侧面和第二辅侧面(313、314)隔开。
10.根据权利要求9所述的多孔径成像设备，被配置为在旋转运动期间提供所述阵列(14)和所述光阑结构(22；22')之间的平移运动，以便暂时增加所述阵列(14)和所述光阑结构(22；22’)之间的距离。
11.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光阑结构被配置为：当所述光路(26a-h)被偏转时，一方面与所述阵列(14)或透明结构(42a，42b)机械接触，所述阵列(14)或所述透明结构(42a，42b)被配置为至少部分地减少粒子进入所述光束偏转装置(18)，另一方面与所述光束偏转装置(18)机械接触，其中，所述光阑结构(22；22’)包括机械刚度，所述机械刚度通过用于光学图像稳定的所述阵列(14)与所述光束偏转装置(18)之间的相对运动来产生恢复力，所述恢复力被配置为恢复最大相对运动的至少30％。
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，所述光阑结构(22')包括磁性材料，并且其中，磁场提供元件(44a、44b)被布置为与所述光阑结构(22')相邻，并且被配置为吸引所述光阑结构(22')。
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，透明结构(42a、42b)沿着所述光路偏转的方向布置，并且被配置为至少部分地减少粒子进入所述光束偏转装置(18)，其中，所述光阑结构(22；22’)的表面粗糙度大于所述透明结构(42a、42b)的表面粗糙度。
14.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)形成为彼此相邻布置的小平面(172a-d)的阵列，其中，每个光学通道(16a-d)与所述小平面(172a-d)之一相关联，其中，所述光阑结构(22；22’)在所述小平面(172a-d)的阵列上延伸。
15.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光阑结构(22；22’)形成为弹性的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述光阑结构(22；22’)形成为部分或完全不透明。
17.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)包括第一反射主侧面(174a)和第二反射主侧面(174b)，其中，所述第一反射主侧面和第二反射主侧面(174a、174b)相对于彼此以至多60°的角度δ倾斜。
18.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述阵列(14)包括透明载体(47)，所述光学通道(16a-h)穿过所述透明载体，并且所述光学器件(64a-h)被安装至所述透明载体。
19.根据前述权利要求中任一项所述的多孔径成像设备，包括聚焦装置，所述聚焦装置用于通过改变所述阵列(14)和所述光束偏转装置(18)之间的距离来设置所述多孔径成像设备的焦点。
20.一种成像系统，包括：第一模块，包括根据权利要求1至16中任一项所述的多孔径成像设备；以及第二模块，包括根据权利要求1至14中任一项所述的多孔径成像设备，其中，所述第一模块和第二模块被配置为至少立体地捕获所述总视场(71)。
21.根据权利要求20所述的成像系统，其中，所述第一模块(10a)和所述第二模块(10b)包括公共阵列(14)、公共光束偏转装置(18)和公共图像传感器(12)中的至少一个。
22.一种用于提供多孔径成像设备的方法(1200)，包括以下步骤：
提供(1210)光学通道的阵列(14)，使得每个光学通道包括光学器件，所述光学器件用于将总视场的部分视场成像到图像传感器的图像传感器区域上。
布置(1220)光束偏转装置，用于将所述光学通道的光路偏转到所述多孔径成像设备的观察方向；以及
布置(1230)光阑结构以便至少部分地闭合所述阵列和所述光束偏转装置之间的间隙。
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