CN117356099A - 用于生成无间隙光学图像的相机系统 - Google Patents

用于生成无间隙光学图像的相机系统 Download PDF

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CN117356099A CN202280036168.0A CN202280036168A CN117356099A CN 117356099 A CN117356099 A CN 117356099A CN 202280036168 A CN202280036168 A CN 202280036168A CN 117356099 A CN117356099 A CN 117356099A
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克里斯汀·加斯纳
布里塔·萨泽尔
亚历山大·奥伯多斯特
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Abstract

本发明涉及一种相机系统(100)，包括：至少一个矩形图像传感器(40)；用于生成光学图像的多孔径物镜(20)；和包括用于偏转入射光束的多个射束偏转元件(4)的射束偏转元件组件(30)，其中多孔径物镜(20)和射束偏转组件(30)耦合到至少一个矩形图像传感器(40)以形成光学通道的阵列，光学通道接合到至少一个图像传感器(40)上用于捕获光学图像。多个射束偏转元件(4)相对于彼此且相对于至少一个图像传感器(40)布置成使得每个射束偏转元件(4)围绕倾斜轴线(5)倾斜，倾斜轴线(5)穿过射束偏转元件表面延伸，并且倾斜轴线(5)平行于至少一个矩形图像传感器(40)的一个侧边延伸，或倾斜轴线(5)与至少一个矩形图像传感器(40)的两个侧边中的至少一个侧边成45°角。

Description

用于生成无间隙光学图像的相机系统
技术领域
本发明涉及一种用于生成无间隙光学图像的相机系统。
背景技术
多孔径光学器件可以通过分割视场来生成大视场的清晰明亮且低失真的图。对于非常大的视场(>约150°)，需要射束偏转。射束偏转发生在三维空间中至少一个平面中。这通常具有这样的效果，即当将部分视场连结成单个视场时，不能在没有较大重叠的情况下连结部分视场。相反，单个部分视场相对于彼此旋转，这在连结时导致重叠和/或间隙。
当接受亮度、清晰度和/或几何失真方面的折衷时，只有在合理的材料努力下才有可能将非常大的视场(>约150°)投射到图像传感器上。
在具有非常大视场的多孔径系统中，需要使用射束偏转元件来实现所需的大射束偏转。这导致几何构造问题，其中间隙或重叠在视场中产生。间隙对应于例如图像传感器上未使用的区域。出于经济原因，这是不可取的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生成光学图像的相机系统，其中该相机系统以紧凑且简单的方式构建。特别地，本发明的目的是提供一种用于生成光学图像的相机系统，通过该相机系统可以防止视场中的间隙或相机的已用图像传感器上的未使用区域。
这个目的通过独立权利要求的主题来解决。
本发明的核心构思是防止视场中的间隙或已用图像传感器上的未使用区域。已经发现，存在成像元件相对于图像传感器或相对于若干个图像传感器以及相对于彼此的最佳布置，其中部分视场理想地彼此连接，并且在没有明显重叠的情况下连结成大总视场。为了防止视场中的间隙或已用图像传感器上的未使用区域，已经发现，所有的反射镜轴线，在本文中也称为倾斜轴线，都要被选择为使得它们相对于图像传感器区域的边缘平行延伸。当倾斜轴线平行于至少一个图像传感器的图像传感器区域间隔开时，这是进一步有利的。
所提议的相机系统包括：至少一个矩形图像传感器；多孔径物镜，该多孔径物镜用于生成光学图像；和射束偏转元件布置。射束偏转元件布置包括用于偏转入射光束的多个射束偏转元件。对于本领域技术人员来说，很明显，这里也可以用所提议的相机系统检测其他电磁射束，即不仅是可见光的光束。因此，这里，光束也意味着其他波长范围的电磁射束。射束偏转元件可以由反射镜和/或棱镜来实施。换句话说，射束偏转元件可以是反射镜或棱镜或者反射镜与棱镜的组合。多孔径物镜和射束偏转布置耦合到至少一个矩形图像传感器，以形成光学通道布置，光学通道入射到至少一个图像传感器上以用于捕获光学图像。
在所提议的相机系统中，两个光学通道具有不同的观察方向，并且因此具有相对于彼此旋转和/或移位的两个视场，其中部分视场中的一个部分视场由物镜在没有偏转元件的情况下产生，而部分视场中的另一个部分视场在侧向观察方向上查看，其由物镜和偏转元件在有图像传感器的情况下产生。
在所提议的相机系统中，可以提供单个图像传感器或多个图像传感器。这里，当图像传感器是矩形时可能是有利的，其中矩形也可以意指正方形。例如，两个图像传感器的侧边长度可以不同。多个射束偏转元件相对于彼此以及相对于至少一个图像传感器布置成使得每个射束偏转元件围绕倾斜轴线倾斜。倾斜轴线可以是反射镜轴线，反射镜轴线的特征在于，入射到射束偏转元件上的光束被偏转到特定光学通道中，使得光束入射到至少一个图像传感器的图像传感器区域的预定的、特别是矩形的区域上。倾斜轴线穿过射束偏转元件区域，即穿过射束偏转元件的平面延伸。优选地，倾斜轴线在射束偏转元件的外部区域上延伸。换句话说，射束偏转元件包括外部区域，其中这些(特别是平面的)区域中的至少一个形成射束偏转元件区域。还可以将射束偏转元件的不同区域放置成使得此另一区域限定射束偏转元件区域。附加地，这种放置有可能是由用户实现的。还有可能的是，倾斜轴线实际上是反射镜可以围绕其旋转以选择偏转的轴线。这里，应该注意的是，在本申请中使用的倾斜轴线仅仅是用于理解或设计的概念上的辅助手段，并不一定是成品结构中实际存在的可旋转轴线，当然也可以是成品结构中实际存在的可旋转轴线。
倾斜轴线平行于至少一个矩形图像传感器的一个侧边延伸(选项A)，或者倾斜轴线与至少一个矩形图像传感器的特别地跨越至少一个矩形图像传感器的图像传感器区域的两个侧边中的至少一个侧边成45°角(选项B)。当满足选项A的条件时，视场在物体空间中不旋转。通过在倾斜轴线处仅在一个方向上倾斜，即在物体空间中在图像传感器区域的上方或下方或向侧边倾斜，视场被移位和/或成镜像。通过满足选项A不能到达物体空间中期望的总视场的角。当满足选项B的条件时，即当反射镜轴线或倾斜轴线与至少一个矩形图像传感器的至少一个侧边成45°(度)角时，视场在物体空间中旋转90°(度)。附加地，与在选项A中一样，会发生位移。因此，旋转的、特别是矩形的视场的侧边平行于已移位的视场或根据选项A的移位的视场延伸。这里已经发现，当倾斜轴线与矩形图像传感器的侧边成不同的角度时，在视场中产生间隙或重叠。因此，利用所提议的相机系统，可以捕获无间隙的视场，即，图像传感器的整个区域可以用于捕获图像。
优选地，倾斜轴线平行于图像传感器区域，特别是与图像传感器区域间隔开地延伸。由于倾斜轴线一方面平行于至少一个矩形图像传感器的一个侧边延伸(满足了选项A)或者与至少一个矩形图像传感器的这一侧边成45°角延伸(满足了选项B)，并且另一方面平行于图像传感器区域延伸，因此在三维空间中限定了二维倾斜角，这导致总视场>90°的无间隙视场。
根据另一方面，提议了一种相机系统，包括：至少一个矩形图像传感器；多孔径物镜，该多孔径物镜用于生成光学图像；和射束偏转元件布置，该射束偏转元件布置包括用于偏转入射光束的多个射束偏转元件，其中多孔径物镜和射束偏转布置耦合到至少一个矩形图像传感器，以形成光学通道布置，光学通道入射到至少一个图像传感器上以用于捕获光学图像，其中多个射束偏转元件相对于彼此并且相对于至少一个图像传感器布置成使得每个射束偏转元件围绕倾斜轴线倾斜，其中倾斜轴线穿过射束偏转元件区域延伸，并且倾斜轴线平行于至少一个矩形图像传感器的一个侧边延伸，或者倾斜轴线与至少一个矩形图像传感器的两个侧边中的至少一个侧边成45°角，其中相机系统包括两个射束偏转布置，其中两个射束偏转布置从两侧包围多孔径物镜，其中两个射束偏转布置中的一个附接到至少一个图像传感器。
本文描述的至少一个图像传感器也可以是能够检测不同磁波长的检测器。利用所提议的相机系统，视场可以被投射到一个或多个图像传感器，其中所得总视场大于或等于半球的空间，并且是无间隙的。利用所提议的相机系统，在连结若干个部分视场的大视场时，可以防止间隙或重叠。通过入射到偏转装置上的光束或电磁射束，所提议的射束偏转布置允许在图像传感器上在三维空间中成像或捕获大于90°的无间隙总视场。
所提议的相机系统可以在没有间隙且没有重叠，不扩展相机系统的情况下覆盖半空间的视场。此外，用于生产这种相机系统的成本也不会显著增加。本文描述的相机系统解决了在非常特定的布置中出现的问题。本发明涉及一种相机系统，其将总视场分割成部分视场，并利用分配给光学通道的至少一个物镜将光学通道中的每个分割的视场成像到图像传感器上。换句话说，每个分割的部分视场具有其自己的光学通道，有至少一个自己的物镜。这里，有可能将物镜布置在公共衬底上。例如，可以通过玻璃浮雕或作为模制在玻璃上的聚合物来生产物镜。因此，物镜可以配置为单片阵列。通过物镜传输的电磁射束限定了光学通道。这意味着优选地，物镜的数量决定了光学通道的数量。在所提议的相机系统的至少一个图像传感器上，至少一个图像传感器的矩形区域被分配给每个光学通道。在每个矩形区域中，检测所分配的光学通道的电磁射束。
可以单独看到所提议的相机系统的优点，没有传感器区域的损失，因为射束偏转元件布置被配置成使得整个传感器区域可以用于覆盖尽可能大的空间区域。此外，所提议的相机系统可以被配置成具有与已知相机系统相同或甚至更小的尺寸，这有助于降低重量和/或用于生产相机系统的成本。
所提议的相机系统可以例如用在车辆相机中。可以使用所提议的相机系统的其他示例性领域是机器人、机器视觉(换句话说，借助于工业相机的机器视觉)、远程检测、移动电话、视频会议系统或者医疗应用。
附图说明
本发明的优选配置是从属权利要求的主题。下面将参考附图讨论本发明的优选实施例。附图示出了：
图1a、图1b是用于形成具有不同观察方向的图像传感器上的光学通道的物镜和图像传感器的不同示例的示意图；
图2a、图2b是相机系统和物体空间中分配的所得视场的表示的示意图；
图3a至图3h是相机系统(图3a、图3c、图3e、图3g)和在物体空间中分配的所得视场的表示(图3b、图3d、图3f、图3h)的示意图；
图4a至图4d是相机系统(图4a、图4c)和在物体空间中分配的所得视场的表示(图4b、图4d)的示意图；
图5a、图5b是具有相应的九个光学通道的物体空间中的所得视场的示意图，其中图5a中的光学通道没有间隙且没有重叠，而图5b中的光学通道具有间隙和重叠；
图6a是示意性相机系统，其中多孔径物镜布置在射束偏转元件布置与至少一个图像传感器之间；
图6b是示意性相机系统，其中射束偏转元件布置在多孔径物镜与至少一个图像传感器之间；和
图6c是示意性相机系统，其中多孔径物镜在两侧上各被一个射束偏转元件布置包围。
具体实施方式
本文描述的本发明的各个方面将在下面的图1a至图6c中描述。结合图1a至图6c，说明了本发明的原理。在本申请中，相同的附图标记涉及相同或相等的元件，其中当附图标记被重复时，不是所有的附图标记都再次图示在所有附图中。
在图1a至图4d中，示出了图像空间(x，y，z)或物体空间(k1,k2)中各一个坐标系，其在本文中被参考用于进一步相对于所绘制的轴线或所得视场具体说明所提议的相机系统。坐标x、y、z、k1和k2均为实数，其中(x，y，z)坐标系优选为笛卡尔坐标系，而(k1,k2)坐标系为极坐标。
图1a和图1b示出了用于形成具有不同观察方向3的图像传感器40上的光学通道22的物镜2和图像传感器40的不同示例的示意图。例如，图1a示出了矩形图像传感器40和物镜2，物镜2布置在图像传感器40上或者与图像传感器40平行间隔开。附图标记3指示图1a中图像传感器40的观察方向3。在没有射束偏转元件4的情况下，如图1a中所示，图像传感器40的观察方向3沿着直线方向或沿着z方向延伸，而图像传感器40沿着由所示坐标系限定的x-y平面延伸。图像传感器40包括也是矩形的图像传感器区域45。图1a和图1b中的图像传感器40以矩形方式形成，具有两个不同的侧边长度44a、44b。还可以以正方形的方式形成图像传感器40。具体光学通道在图像空间中精确占据的角度区域可以通过由物体空间中的物镜2和偏转元件4将其矩形区域投射回图像传感器40上来确定。视场50、52本身在物体空间中同样具有矩形的形状。参见图2至图4。如果这对于射束偏转元件4的不同倾斜角执行，则示出该矩形在特定情况下执行旋转。而这取决于三维空间中至少一个平面中的倾斜角。换句话说，矩形的旋转或位移取决于倾斜轴线5，射束偏转元件4围绕该倾斜轴线5相对于图像传感器40倾斜。因此，具有不同观察方向3的两个光学通道具有彼此旋转和/或移位的两个视场50、52。
在图1b中，射束偏转元件4布置在物镜2的前方。射束偏转元件4可以是例如反射镜34或棱镜32。还可能的是，射束偏转元件4是反射镜34与棱镜32的组合，或者是若干个反射镜34与棱镜32的组合。
在图1b中，射束偏转元件4具有这样的几何形状，即射束偏转元件4在背离图像传感器45或物镜2的一侧上包括以角度α远离物镜2延伸的射束偏转元件区域46。特别地，射束偏转元件区域46可以以α>0°或α<90°的角度远离物镜2延伸。因此，射束偏转元件区域46在三维空间中延伸，并且包括从物镜2的表面开始的可变(x，y，z)坐标，其中x，y和z是实数。射束偏转元件区域46包括倾斜轴线5，倾斜轴线5以恒定的z值和恒定的y值平行于x轴延伸，如图1b中所示，即(x，y＝常数，z＝常数)。由于射束偏转元件4的几何形状或射束偏转元件4的倾斜轴线5，发生射束偏转。换句话说，根据图1b的图像传感器40具有偏离直线方向(即在y方向上侧向地)的观察方向3。因此，根据图1b的图像传感器40沿拐角侧向查看。
如图1a和图1b中所示，图像传感器40和物镜2以及可能的射束偏转元件4的不同组合形成了所提议的相机系统100的组件。相机系统100包括至少一个矩形图像传感器40、用于生成光学图像的多孔径物镜20和射束偏转元件布置30，如例如图2a、图3a、图3c、图3e、图3g、图4a和图4c中所示的。
射束偏转元件布置30包括多个射束偏转元件4以用于偏转入射光束。多孔径物镜20包括多个物镜2。多孔径物镜20和射束偏转布置30耦合到至少一个矩形图像传感器40，以形成光学通道22的布置，光学通道22入射到至少一个图像传感器40上以用于捕获光学图像。光学通道被限定为物镜2和可能的射束偏转元件4的布置。通过光学通道22，电磁射束入射到图像传感器40上。电磁射束入射到每个光学通道22中，然后入射到至少一个图像传感器40上以用于捕获光学图像。多个射束偏转元件4相对于彼此以及相对于图像传感器40布置成使得每个射束偏转元件4围绕倾斜轴线5倾斜，其中倾斜轴线5穿过射束偏转元件区域46延伸，并且倾斜轴线5平行于至少一个矩形图像传感器40的一侧延伸，或者倾斜轴线5与至少一个矩形图像传感器40的至少一个侧边、特别是两个侧边成45°角，该两个侧边跨越至少一个矩形图像传感器40的图像传感器区域45。如例如图2至图4中所指示，相机系统100包括多个图像传感器40。例如，每个物镜2可以形成为具有单个图像传感器40。还可能的是，提供单个图像传感器，或者物镜2布置在多个图像传感器40上。因此，至少一个图像传感器40可以是单个图像传感器40或者可以由若干个图像传感器40组成。
优选地，倾斜轴线5平行于图像传感器区域45，特别是与图像传感器区域45间隔开地延伸。换句话说，倾斜轴线采取z轴上的恒定值，并且平行于至少一个图像传感器40的一个侧边44沿着x轴或者沿着y轴延伸(参见图3a和图3c)，或者在x-y平面中延伸，使得倾斜轴线5与至少一个图像传感器40的侧边长度44成45°的角度(参见图3e)。在图3b中，示出了部分视场50、52，部分视场50、52由图3a中所示的具有和不具有偏转元件4的物镜2产生。在相应的图中，每个部分视场50是物镜2在有图像传感器40和没有偏转元件4的情况下直视前方产生的。直视前方的部分视场50各自在物体空间(k1,k2)的原点中示出。
如上文已经描述，部分视场52由物镜2在有图像传感器40和偏转元件4的情况下侧向查看产生的。例如，图3b的部分视场52朝向顶部成镜像，即沿着k2轴线成镜像并且沿着k1轴线移位。例如，图3d的部分视场52向朝右的一侧成镜像，即沿着k1轴线成镜像并且沿着k2轴线移位。图3a和图3c中的倾斜轴线5各自平行于图像传感器40的一个侧边布置。
图3f的部分视场在物体空间中例如被旋转、成镜像并平行于轴线移位，使得图3f中的部分视场仅在直视前方的部分视场50的一个角处连结。图3e中的倾斜轴线5与图像传感器40的一个侧边成45°角延伸。
图3h的部分视场在物体空间中例如被旋转、成镜像并且不平行于该轴线移位，使得图3a中的部分视场与其他部分视场52有间隙72和/或重叠70(参见图5b)。图3g中的倾斜轴线5不与图像传感器40的一个侧边成45°角延伸。
优选地，图像传感器40包括矩形图像传感器区域45，其连结到多孔径物镜20和射束偏转布置30，使得通过偏转元件4入射到所分配的光学通道22中的电磁射束入射到图像传感器区域的矩形区域上。这里，优选地，光束入射在多孔径物镜20上。然而，不可见范围的电磁射束也可以入射到图像传感器40上，这也可以被检测到。因此，这里，光束意指任何波长范围的电磁射束。光学通道22被分配给每个射束偏转元件4，光束通过光学通道22入射到图像传感器40上，特别是入射到图像传感器40的矩形区域上。
优选地，射束偏转元件4是反射镜34和/或棱镜32。因此，射束偏转元件4可以是反射镜34，或者可以是棱镜32，或者可以是反射镜34与棱镜32的组合。这种反射镜34和/或棱镜32在图2至4中示意性地图示。
图像传感器40或图像传感器40的仅可以布置物镜的区域可以具有竖直观察方向3，该竖直观察方向3可以沿着z轴延伸。每个相机系统100可以包括至少一个图像传感器40或仅布置一个物镜的图像传感器40上的区域。然而，还有可能相机系统100包括具有竖直方向的射束偏转元件4，如上文已描述的。
优选地，至少一个图像传感器40包括多个矩形区域，其中每个矩形区域被分配给一个光学通道22。换句话说，为每个通道22分配了单独的矩形图像传感器区域，在该矩形图像传感器区域上可以收集或检测分配给光学通道的电磁射束，以便捕获光学图像。
多个矩形区域中的一个矩形区域或至少一个图像传感器40可以是正方形的(未图示)。优选地，图像传感器40以矩形方式形成，具有两个不同的侧边长度44a、44b，如例如图1a至图1b中所示。在图2a至图4c中，至少一个图像传感器40被连结成若干个矩形图像传感器的总矩形图像传感器。图像传感器区域45的边界，即图像传感器区域45是以正方形还是矩形的方式形成，决定了物体空间中视场的所得边界。
优选地，多个矩形区域中的两个不同的矩形区域具有不同的侧边长度44a和44b。图像传感器40的不同侧边长度44a、44b限定了图像传感器的不同尺寸的矩形区域，这些区域也连结成物体空间中不同尺寸的视场。因此，例如，可以改进分辨率，或者可以由图像传感器40采用物镜2投射更大的空间。可以组合来自不同尺寸和不同形状的部分视场的总视场，其中不同的视场可以由具有不同侧边长度44a、44b的图像传感器区域45产生。这种过程可以节省空间。例如，对于特定的偏转角，反射镜可能变得相当大。如果为相应的部分图像场切割反射镜，则较小的视场被投射到所分配的物镜2上。因此，对于此偏转元件4，图像传感器上的分配区域可以变得更小。然而，这并不意味着图像信息丢失。未由切割的偏转元件4传输的电磁射束可以例如被相邻的偏转元件4传输，从而总的来说，整个图像信息，即所有的电磁射束可以被相机系统接收。在相机系统100中，正方形图像传感器40与矩形图像传感器40组合也是可能的。
优选地，每个射束偏转元件4包括射束偏转元件区域，其具有平行四边形或梯形或三角形或椭圆形或圆形或多边形的形式。还可能的是，射束偏转元件区域具有不对称的周长。例如，由于空间原因，可以将反射镜或棱镜切割成期望的形状。特别地，向图像传感器区域45上投射的偏转元件4不必完全填充该区域。射束偏转元件4也可以是物镜的光学系统的一部分，即可以是光学有效的。那么，光学通道22可以是包括折射元件和反射元件的混合成像系统。这里，反射镜可以具有任何形状的反射光学元件，例如抛物线形、双曲线形或球形。附加地，反射镜也可以具有不同的旋转对称的非球面形式或者可以具有自由形式的区域。此外，偏转元件4可以以分割的方式配置，即可以由若干个区域组合而成并且可能具有弯曲段。
图3示出了射束偏转元件4的若干位置以及在物体空间中的所得视场50、52。如果将射束偏转元件4的位置认为是围绕倾斜轴线5倾斜射束偏转元件4的结果，那么这示出了倾斜轴线5对于视场52的旋转是决定性的。更准确地说，倾斜轴线5如何相对于矩形图像传感器40或分配给光学通道22的矩形图像传感器区域延伸是决定性的。
在图3a和图3c中，射束反射元件4的倾斜轴线5平行于图像传感器40的侧边之一。所分配的部分视场52朝向顶部成镜像(图3b)或朝向右侧成镜像(图3d)。朝向顶部或朝向右侧的位移可以通过所分配的倾斜角来调整。
在图3e中，射束偏转元件4的倾斜轴线5与图像传感器40的侧边成45°角。所得视场52围绕45°轴线成镜像。换句话说，视场52向左侧顶部移位，这可以通过倾斜角来调整(图3f)。
在图3g中，射束偏转元件4的倾斜轴线5相对于图像传感器40的侧边成不同于45°的角度。所得视场52围绕偏离45°的轴线成镜像，这导致视场旋转。这具有与其他视场52存在重叠70和间隙70的效果(也参见图5b)。
图4a和图4c各自示出了具有四个光学通道22的相机系统，并且图4b和图4d示出了在物体空间中所分配的视场50、52。在图4a中，倾斜轴线5要么平行于图像传感器40的侧边，要么与图像传感器40的侧边成45°角。产生了无间隙的视场(图4b)。在图4d中，倾斜轴线5要么平行于图像传感器40的侧边，要么与图像传感器40的侧边成45°角。产生具有间隙72和重叠70的视场(图4b)。
例如，图5a示出了由竖直视场50和八个周围部分视场52连结而成的无间隙总视场54。为了生成这样的无间隙视场，例如，使用了如图4a中的相机系统100，其已经通过例如五个另外的光学通道22扩展。图5a的光学通道例如以3×3矩阵结构布置。光学通道通常可以布置成m×n矩阵结构，其中m和n是自然数。
图5b示出了具有间隙72和重叠72的总视场。为了生成这种具有间隙72和重叠70的视场，例如，使用了如图4c中所示的相机系统100，其包括倾斜轴线5，该倾斜轴线5既不平行于图像传感器40的侧边44也不与图像传感器40的侧边44成45°角延伸。
优选地，至少一个射束偏转元件4包括金属和/或介质涂层60、62。特别地，金属和/或介质涂层60、62沉积在表面64诸如射束偏转元件4的射束偏转元件区域上，以便将两个相邻的光学通道22彼此分开和/或允许射束偏转元件4中的反射。根据入射角等于反射角的教导，入射的电磁射束或光束在射束偏转元件4内在金属涂层60处或介质涂层62处被反射或偏转。此外，没有涂层的相机系统100也是可能的。相机系统100然后可以使用例如全反射来偏转电磁射束。然后，射束偏转元件4可以完全或部分地由棱镜或由反射镜与棱镜的组合来实施。
因此，优选地，至少一个射束偏转元件4被配置成通过全内反射来实施射束偏转。
优选地，多孔径物镜20是由两个或若干个物镜2形成的物镜布置。物镜布置的物镜2并排布置，特别地，光学通道22被分配给每个物镜2。光学通道的数量等于物镜2的数量。这里，若干个物镜2可以将它们的光学通道成像到单个图像传感器40上。还可能的是，每个物镜2将其光学通道22成像到分配给该物镜的图像传感器40，或者物镜将其光学通道22成像到布置在彼此旁边的多个图像传感器40。
优选地，一个物镜2被分配给每个射束偏转元件4，其中并非向每个物镜2分配射束偏转元件4，使得射束偏转元件4的数量小于或等于物镜2的数量。换句话说，布置在彼此旁边的射束偏转元件4的数量可以小于或等于物镜2的数量。例如，图2至图4各自示出了相机系统100的一部分的示意性透视图。图2和图3各自示出了以1×2矩阵结构布置在彼此旁边的两个物镜2，其中在两个物镜2中的一个上布置了仅单个射束偏转元件4。矩阵结构中的这种布置也表示对至少一个图像传感器40或检测器的可能的通道分配。在图2和图3中，示出了一个部分视场50，该部分视场50是在物体空间中由至少一个图像传感器40检测之后由所分配的物镜2的光学通道22产生的。在图2至图4中，各自示出了物体空间中的一个坐标系，其中此坐标系具有轴线k1和k2。没有射束偏转元件4的物镜2在竖直方向上，即沿着垂直于图像传感器平面45的光轴(在z方向上)定向，图像传感器平面45平行于x-y平面延伸。物镜2的竖直光学通道22不需要光束的偏离或偏转。具有射束偏转元件4的物镜2包括侧向观察方向。换句话说，通过射束偏转元件4，物镜2可以在特定的侧向方向上观察。
直视前方的物镜2的部分视场50如在图3和图4中示出，各自例如在k1-k2坐标系的原点处。被相应分配的射束偏转元件4移位和/或旋转和/或成镜像的侧向部分视场52与竖直视场50相邻，使得总的来说，可以产生如例如图5a中所示的无间隙总视场50。
优选地，物镜布置以单片方式配置。在这种情况下，单片意味着由单件组成或者是一体式的。优选地，物镜2的透镜26在公共玻璃晶片(未图示)上布置在彼此旁边。换句话说，透镜24优选地布置在一个平面中。因此，玻璃晶片充当载体或衬底，其可被称为晶片级光学器件。物镜也可以由若干个透镜组成，然后，物镜布置由在彼此顶部上堆叠的若干个玻璃晶片组成。
图6a、图6b和图6c各自示出了相机系统的示意性布置。图6a示出了相机系统，其中多孔径物镜22布置在射束偏转元件布置30与至少一个图像传感器40之间。优选地，多孔径物镜20和射束偏转布置30相对于彼此设置，使得多孔径物镜20位于射束偏转布置30与至少一个图像传感器40之间。
图6b示出了相机系统100，其中射束偏转元件布置30布置在多孔径物镜20与至少一个图像传感器40之间。图6c示出了相机系统100，其中多孔径物镜20在两侧上各被一个射束偏转元件布置30包围。根据实施例，相机系统包括两个射束偏转布置30，其中射束偏转布置30在两侧上包围多孔径物镜20，并且其中两个射束偏转布置30中的一个布置在至少一个图像传感器40上。
优选地，至少一个图像传感器40的若干个像素被分配给多孔径物镜20的每个物镜2。换句话说，图1至图4中所示的物镜2各自连接到图像传感器40，使得物镜24的光学通道22通向图像传感器40的多个像素。
多孔径物镜布置20的物镜2优选地布置在彼此旁边。以相同方式，射束偏转元件4优选地布置在彼此旁边，如图2至图4中所示。换句话说，射束偏转元件布置30以及物镜布置都沿着z方向一个在另一个上方或一个在另一个后方延伸。这里，射束偏转元件布置30和物体布置各自平行于x-y平面延伸。
优选地，相机系统100包括若干个，特别是2、4、6、9或15个光学通道。特别地，物镜2的数量预先决定了光学通道22的数量。例如，在图4中，可以看到四个光学通道22。光学通道优选以矩阵形状布置。在图4中，四个通道以1×4矩阵结构布置。因此，物镜2或传感器40以矩阵结构布置。
虽然已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是显然这些方面也表示了对应方法的描述，使得装置的框或设备也对应于相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应框或细节或特征的描述。一些或所有方法步骤可以由硬件装置(或使用硬件装置)执行，诸如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或若干方法步骤可以由这样的装置执行。特别地，这是当聚焦机构和/或图像传感器被操作或者甚至彼此交互时的情况。
在前面的详细描述中，在部分示例中将各种特征组合在一起是为了简化本公开。这种类型的公开不应被解释为旨在要求保护的示例具有比每个权利要求中明确陈述的更多的特征。相反，如以下权利要求所反映的，可以由少于单个公开示例的所有特征构成主题。因此，所附的权利要求由此被结合到详细描述中，并且每个权利要求可以代表其自身的单独示例。虽然每个权利要求可以代表其自身的单独示例，但是应当注意，尽管权利要求中的从属权利要求指的是与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例也包括从属权利要求与任何其他从属权利要求的主题的组合，或者任何特征与其他从属或独立权利要求的组合。这种组合也被涵盖，除非在本文中表明特定的组合并非是想要的。还旨在涵盖权利要求的特征与任何其他独立权利要求的组合，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。
取决于某些实施要求，本发明的实施例可以在硬件或软件中实施。该实施方式可以使用数字存储介质来执行，例如软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘驱动器或另一种磁性或光学存储器，其上存储有电子可读控制信号，它们与可编程计算机系统协作或能够与可编程计算机系统协作，从而执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括数据载体，该数据载体包括电子可读控制信号，该控制信号能够与可编程计算机系统协作，从而执行本文描述的方法之一。
通常，本发明的实施例可以被实施为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作用于执行方法之一。
例如，程序代码可以存储在机器可读载体上。
其他实施例包括用于执行本文描述的方法之一的计算机程序，其中该计算机程序存储在机器可读载体上。换句话说，因此，本发明方法的实施例是包括程序代码的计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本文描述的方法之一。
因此，本发明方法的另一个实施例是一种数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，包括记录在其上的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。数据载体、数字存储介质或计算机可读介质典型地是有形的或非易失性的。
因此，本发明方法的另一个实施例是表示用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以例如被配置成经由数据通信连接(例如经由因特网)传输的。
另一实施例包括处理装置，例如计算机或可编程逻辑设备，其被配置成或适于执行本文描述的方法之一。
另一个实施例包括计算机，其上安装有计算机程序以用于执行本文描述的方法之一。
根据本发明的另一实施例包括一种装置或系统，该装置或系统被配置成向接收器发送用于执行本文描述的方法中至少一种方法的计算机程序。例如，传输可以是电子的或光学的。例如，接收器可以是计算机、移动设备、存储设备或类似设备。例如，该装置或系统可以包括用于将计算机程序传输到接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑设备(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，以便执行本文描述的方法之一。通常，这些方法优选地由任何硬件装置来执行。这可以是普遍适用的硬件，诸如计算机处理器(CPU)或专用于该方法的硬件，诸如ASIC。
上述实施例仅是对本发明原理的说明。应当理解，对本文描述的布置和细节的修改和变化对于本领域的其他技术人员来说是易懂的。因此，意图是本发明仅由所附权利要求的范围来限定，而不由通过本文的实施例的描述和解释而呈现的具体细节来限定。
附图标记列表：
2物镜
3观察方向
4射束偏转元件
5倾斜轴线
20多孔径物镜
22光学通道
26透镜
30射束偏转布置
32棱镜
34反射镜
40图像传感器
44a侧边长度
44b侧边长度
45图像传感器区域
46射束偏转元件区域
50竖直视场
52侧向视场
54总视场
60金属涂层
62介质涂层
64表面
70重叠
72间隙
100相机系统

Claims (18)

1.一种相机系统(100)，包括：
至少一个矩形图像传感器(40)，
多孔径物镜(20)，所述多孔径物镜(20)用于生成光学图像，和
射束偏转元件布置(30)，所述射束偏转元件布置(30)包括用于偏转入射光束的多个射束偏转元件(4)，其中所述多孔径物镜(20)和所述射束偏转布置(30)耦合到所述至少一个矩形图像传感器(40)以形成光学通道的布置，所述光学通道入射到所述至少一个图像传感器(40)上以用于捕获所述光学图像，其中所述多个射束偏转元件(4)相对于彼此并且相对于所述至少一个图像传感器(40)布置成使得每个射束偏转元件(4)围绕倾斜轴线(5)倾斜，其中所述倾斜轴线(5)穿过射束偏转元件区域延伸，并且所述倾斜轴线(5)平行于所述至少一个矩形图像传感器(40)的一个侧边延伸，或者所述倾斜轴线(5)与所述至少一个矩形图像传感器(40)的两个侧边中的至少一个侧边成45°角。
2.根据权利要求1所述的相机系统(100)，其中所述倾斜轴线(5)平行于所述图像传感器区域(45)延伸，特别是与所述图像传感器区域(45)间隔开地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的相机系统(100)，其中所述图像传感器(40)包括矩形图像传感器区域(45)，所述矩形图像传感器区域(45)连接到所述多孔径物镜(20)和所述射束偏转布置(30)，使得由偏转元件(4)入射到所分配的光学通道(22)中的光束入射到所述图像传感器区域(45)的矩形区域上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的相机系统(100)，其中所述射束偏转元件(4)是反射镜(34)和/或棱镜(32)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的相机系统(100)，其中所述至少一个图像传感器(40)包括多个矩形区域，其中每个矩形区域被分配给光学通道(22)。
6.根据权利要求5所述的相机系统(100)，其中所述多个矩形区域中的两个不同的矩形区域包括不同的侧边长度(44a、44b)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的相机系统(100)，其中射束偏转元件(4)包括射束偏转元件区域(46)，所述射束偏转元件区域(46)具有平行四边形或梯形或三角形或椭圆形或圆形或多边形的形状。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的相机系统(100)，其中至少一个射束偏转元件(4)包括金属和/或介质涂层(60、62)，特别地，所述金属和/或介质涂层(60、62)沉积在所述射束偏转器元件(4)的表面(64)上，以将两个相邻的光学通道(22)彼此分开和/或允许所述射束偏转元件(4)中的反射。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的相机系统(100)，其中至少一个射束偏转元件(4)被配置成通过全内反射来实施射束偏转。
10.根据前述权利要求中任一项所述的相机系统(100)，其中所述多孔径物镜(20)是由两个或若干个物镜(2)形成的物镜布置，其中所述物镜布置中的所述物镜(2)布置在彼此旁边，特别地，光学通道(22)被分配给每个物镜(2)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的相机系统(100)，其中向每个射束偏转元件(4)分配物镜(2)，其中并非向每个物镜分配射束偏转元件(4)，使得所述射束偏转元件(4)的数量小于或等于所述物镜(2)的数量。
12.根据前述权利要求10或11中任一项所述的相机系统(100)，其中所述物镜布置以单片方式配置，或者其中所述物镜(2)的透镜(26)在公共玻璃晶片上布置在彼此旁边。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的相机系统(100)，其中所述多孔径物镜(20)和所述射束偏转布置(30)相对于彼此布置，使得所述多孔径物镜(20)位于所述射束偏转布置(30)与所述至少一个图像传感器(40)之间。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的相机系统(100)，其中所述射束偏转布置(30)被布置在所述多孔径物镜(20)处，使得所述射束偏转布置(30)位于所述多孔径物镜(20)与所述至少一个图像传感器(40)之间。
15.根据前述权利要求中任一项所述的相机系统(100)，包括两个射束偏转布置(30)，其中所述两个射束偏转布置(30)在两侧上包围所述多孔径物镜(20)，其中所述两个射束偏转布置(30)中的一个附接到所述至少一个图像传感器(40)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的相机系统(100)，其中所述至少一个图像传感器(40)的若干个像素被分配给所述多孔径物镜(20)的每个物镜(24)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的相机系统(100)，其中所述相机系统(100)包括若干个，特别是四个、六个、九个或十五个光学通道。
18.一种相机系统(100)，包括：
至少一个矩形图像传感器(40)，
多孔径物镜(20)，所述多孔径物镜(20)用于生成光学图像，和
射束偏转元件布置(30)，所述射束偏转元件布置(30)包括用于偏转入射光束的多个射束偏转元件(4)，其中所述多孔径物镜(20)和所述射束偏转布置(30)耦合到所述至少一个矩形图像传感器(40)以形成光学通道的布置，所述光学通道入射到所述至少一个图像传感器(40)上以用于捕获所述光学图像，其中两个光学通道具有不同的观察方向(3)并因此具有相对于彼此旋转和/或移位的两个视场(50、52)，其中所述部分视场(50)中的一个部分视场(50)由物镜(2)在没有偏转元件(4)的情况下产生，并且在侧向观察方向(3)上查看的所述部分视场(50、52)中的另一个部分视场(52)由物镜(2)和偏转元件(4)在有图像传感器(40)的情况下产生，其中所述多个射束偏转元件(4)相对于彼此并且相对于所述至少一个图像传感器(40)布置成使得每个射束偏转元件(4)围绕倾斜轴线(5)倾斜，其中所述倾斜轴线(5)穿过射束偏转元件区域延伸，并且所述倾斜轴线(5)平行于所述至少一个矩形图像传感器(40)的一个侧边延伸，或者所述倾斜轴线(5)与所述至少一个矩形图像传感器(40)的两个侧边中的至少一个侧边成45°角，使得在连结来自若干个部分视场(50、52)的大总视场时防止间隙或重叠。
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