DE102021202164B3 - Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems - Google Patents
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Abstract
Multikanalabbildungssystem (10, 10'), mit folgenden Merkmalen: einem Bildsensor (12); und mindestens einem ersten Kanal (10_1), der ein Linsensystem (14) mit Aperturblende (14) und eine Tandemblendenstruktur (16) aufweist, und mindestens einem zweiten Kanal (10_2) mit einem weiteren Linsenssystem mit Aperturblende (14) und einer weiteren Tandemblendenstruktur (16); wobei die Aperturblende (14) ausgebildet ist, Licht in Einfallsrichtung (10e) aus unterschiedlichen Raumrichtungen auf den Bildsensor (12) abzubilden, wobei die Tandemblendenstruktur (16) und die weitere Tandemblendenstruktur (16) je eine erste Blende (16a), die in Einfallsrichtung (10e) gesehen der Aperturblende (14) vorgelagert ist, und je eine zweite Blende (16b), die zwischen der Aperturblende (14) und dem Bildsensor (12) angeordnet ist, aufweist. Multi-channel imaging system (10, 10'), having the following features: an image sensor (12); and at least one first channel (10_1), which has a lens system (14) with an aperture stop (14) and a tandem stop structure (16), and at least one second channel (10_2) with a further lens system with an aperture stop (14) and a further tandem stop structure ( 16); wherein the aperture diaphragm (14) is designed to image light in the direction of incidence (10e) from different spatial directions onto the image sensor (12), wherein the tandem diaphragm structure (16) and the further tandem diaphragm structure (16) each have a first diaphragm (16a), which in the direction of incidence (10e) is seen upstream of the aperture stop (14), and each has a second stop (16b), which is arranged between the aperture stop (14) and the image sensor (12).
Description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Multikanalabbildungssystem. Bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Tandemblendenarchitektur zur Füllfaktorerhöhung von kompakten Multikanalabbildungssystemen.
- ■ Alle abbildenden Multikanalabbildungssysteme, bei denen mehrere einzelne Bilder auf einem gemeinsamen Bildsensor (zusammenhängendes 2D-Pixelarray) abgebildet werden, benötigen mehrere Blendenlagen, um die Abbildung auf definierte Bildflächen zu begrenzen. Um kein Übersprechen der einzelnen Bildkanäle zu gewährleisten, ist die Abnahme der relativen Helligkeit bei Anschluss des Nachbarkanals auf 0 designet. Prinzipiell lassen sich flächig dicht gepackte Anordnungen (rund, rechteckig, dreieckig, hexagonal, ...) realisieren.
- ■ Die Abgrenzung der Einzelbildkanäle zur Verhinderung von Überlagerungen benachbarter Bildkreise durch eine physische Barriere in einem Multikanalabbildungssystem führt zu einer starken Vignettierung für die Randbereiche eines Bildkanals. Die Vignettierung erfordert das Absenken der relativen Helligkeit eines Kanals für den maximalen Feldwinkel des Systems unter 0,2.
- ■ All imaging multi-channel imaging systems, in which several individual images are imaged on a common image sensor (connected 2D pixel array), require multiple aperture positions in order to limit imaging to defined image areas. In order to ensure no crosstalk between the individual image channels, the reduction in relative brightness is designed to be 0 when the adjacent channel is connected. In principle, densely packed arrangements (round, rectangular, triangular, hexagonal, ...) can be realized.
- ■ The delimitation of the individual image channels to prevent overlapping of adjacent image circles by a physical barrier in a multi-channel imaging system leads to strong vignetting for the edge areas of an image channel. Vignetting requires lowering the relative brightness of a channel below 0.2 for the maximum field angle of the system.
Auch im Stand der Technik gibt es Ansätze zur Füllfaktorerhöhung bei Multikanalabbildungssystemen. Prinzipiell wird hier zwischen drei Varianten zur Positionierung einer Feldblendenstruktur unterschieden:
- 1. Bei allen Abbildungssystemen mit Zwischenbild-Abbildung kann eine echte Feldblende in die Zwischenbildebene eingebracht werden, wie zum Beispiel bei klassischen Lichtfeldkameras (vgl. Raytrix oder das Fraunhofer Ultra-Flach-Mikroskop/Facet Vision).
- 2. Eine 3D-Baffle-Struktur zwischen Optik und Sensor kann eingebracht werden, wobei der Füllfaktor hier entsprechend limitiert ist, z. B. durch das Deckglas vor dem Sensor oder die Strukturgröße des Baffle-Arrays, Aspektverhältnis von Stegbreite zu Öffnung und Dicke (zwischen Linsen und Deckglas/Sensor) kann technologisch nicht beliebig groß gewählt werden, um Fertigbarkeit zu erhalten. Eine Anwendung für Multispektralelemente beziehungsweise eine Multiaperturkamera ist in [1] gezeigt.
- 3. Ferner kann ein dünnes Baffle-Grid in der Bildsensorebene verwendet werden, wie es beispielsweise in der
US 9 202 833 B2
- 1. In all imaging systems with intermediate image imaging, a real field stop can be introduced into the intermediate image plane, such as in classic light field cameras (cf. Raytrix or the Fraunhofer ultra-flat microscope/Facet Vision).
- 2. A 3D baffle structure can be introduced between the optics and the sensor, whereby the fill factor is correspondingly limited here, e.g. B. by the cover glass in front of the sensor or the structure size of the baffle array, aspect ratio of web width to opening and thickness (between lenses and cover glass / sensor) can not be chosen arbitrarily large technologically to maintain manufacturability. An application for multispectral elements or a multiaperture camera is shown in [1].
- 3. Furthermore, a thin baffle grid can be used in the image sensor plane, as is the case, for example, in FIG
U.S. 9,202,833 B2
Ferner wäre es auch denkbar, dass das Objektfeld eingegrenzt wird, wie zum Beispiel durch angepasste Beleuchtung (Objektfeld kleiner als eigentliches Gesichtsfeld).Furthermore, it would also be conceivable for the object field to be delimited, for example by means of adapted lighting (object field smaller than the actual field of view).
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Multikanalabbildungssystem zu schaffen, das einen verbesserten Kompromiss aus Füllfaktorerhöhung, Herstellbarkeit und Kosteneffizienz schafft.The object of the present invention is to create a multi-channel imaging system that creates an improved compromise between an increase in fill factor, manufacturability and cost efficiency.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is solved by the subject matter of the independent patent claims.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Multikanalabbildungssystem mit einem Bildsensor und mindestens einem ersten und zweiten Kanal, der jeweils mindestens eine Linse beziehungsweise Aperturblendenlage (allgemein Linsensystem) sowie eine Tandemblendenstruktur aufweist. Die Linsensystem / Aperturblendenlage ist ausgebildet, Licht in Einfallsrichtung aus unterschiedlichen Raumrichtungen auf den Bildsensor abzubilden, wobei die Tandemblendenstruktur ausgebildet ist, die unterschiedlichen Raumrichtungen zu begrenzen. Hierzu weist sie eine erste Blende, die in Einfallsrichtung gesehen der Linse vorgelagert ist, und eine zweite Blende, die zwischen der Linse und dem Blendensensor angeordnet ist, auf.Exemplary embodiments of the present invention create a multi-channel imaging system with an image sensor and at least one first and second channel, each of which has at least one lens or aperture diaphragm layer (generally lens system) and a tandem diaphragm structure. The lens system/aperture diaphragm layer is designed to image light in the direction of incidence from different spatial directions onto the image sensor, with the tandem diaphragm structure being designed to delimit the different spatial directions. For this purpose, it has a first diaphragm, which is located in front of the lens when viewed in the direction of incidence, and a second diaphragm, which is arranged between the lens and the diaphragm sensor.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Multikanalabbildungssystem eine Mehrzahl von weiteren Kanälen mit je Kanal eine weitere Linse und eine weitere Tandemblendenstruktur aufweisen.According to a further exemplary embodiment, the multi-channel imaging system can have a plurality of further channels, each channel having a further lens and a further tandem diaphragm structure.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Tandemblendenstruktur in Arrayanordnung eine deutliche Füllfaktorsteigerung durch eine sogenannte Tandemblendenstruktur in Arrayanordnung erreicht werden kann. Die Tandemblendenstruktur umfasst je Kanal eine Blende vor und eine Blende hinter der Aperturblendenlage. Wenn man davon ausgeht, dass die zwei oder mehreren Kanäle nebeneinander angeordnet sind, so ist die Tandemblendenstruktur der mehreren Kanäle dadurch geformt, dass eine Blendenarraystruktur vor und eine Blendenarraystruktur hinter der Aperturblendenlage angeordnet wird, wobei die Blendenarraystruktur vor der Aperturlage die ersten Blenden aufweist und die Blendenarraystruktur hinter der Aperturlage die zweiten Blenden. Durch die Verwendung von zwei Blenden je Kanal wird eine dreidimensionale Blendenstruktur je Kanal geschaffen, so dass einerseits eine gute Trennung von benachbarten Kanälen erreicht wird und andererseits auch Vignettierungseffekte in den zu detektierenden Bildausschnitten minimiert werden. Weitere Vorteile sind die Erhöhung des unvignettierten Feldes trotz Abblendung. Insgesamt führt die Ausführung als 3D-Blendenstruktur zur Unterdrückung von Streulicht.Exemplary embodiments of the present invention are based on the finding that a significant increase in the fill factor can be achieved by a so-called tandem diaphragm structure in an array arrangement using a tandem diaphragm structure in an array arrangement. The tandem diaphragm structure includes a diaphragm in front of and a diaphragm behind the aperture diaphragm layer for each channel. Assuming that the two or more channels are arranged side by side, the tandem aperture structure of the multiple channels is formed by using an aperture array structure in front and a diaphragm array structure is arranged behind the aperture diaphragm layer, the diaphragm array structure in front of the aperture layer having the first diaphragms and the diaphragm array structure behind the aperture layer having the second diaphragms. By using two apertures per channel, a three-dimensional aperture structure is created for each channel, so that on the one hand good separation from adjacent channels is achieved and on the other hand vignetting effects in the image sections to be detected are minimized. Further advantages are the increase of the non-vignetted field despite dimming. Overall, the design as a 3D panel structure leads to the suppression of scattered light.
Entsprechend Ausführungsbeispielen können die zwei Kanäle beziehungsweise die Mehrzahl der Kanäle gleichartig aufgebaut sein. Das wird beispielsweise dadurch erreicht, dass bei der entsprechend Ausführungsbeispielen eingesetzten ersten Blendenarraystruktur (vor der Aperturblendenlage) die jeweils gleichen Öffnungen enthalten sind und bei der zweiten Blendenarraystruktur (hinter der Aperturblendenlage) die jeweils gleichen zweiten Blendenarraystrukturen. Auch werden die Aperturblendenlagen, das heißt also die Linsen, gleichartig aufgebaut.According to exemplary embodiments, the two channels or the plurality of channels can be constructed in the same way. This is achieved, for example, in that the first diaphragm array structure used according to the exemplary embodiments (in front of the aperture diaphragm layer) contains the same openings and the second diaphragm array structure (behind the aperture diaphragm layer) contains the same second diaphragm array structures. The aperture diaphragm layers, that is to say the lenses, are also constructed in the same way.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen die optischen Achsen der Aperturblendenlage, der ersten oder zweiten Blende und z. B. des ersten und/oder zweiten Kanals, koinzident angeordnet sein können. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können die optischen Achsen in der ersten Blendenlage, der ersten Blende und der zweiten Blende des ersten und/oder zweiten Kanals zueinander versetzt angeordnet sein. Diese Anordnung ermöglicht vorteilhafterweise für unterschiedliche Kanäle unterschiedliche Raumrichtungen zu formen.At this point it should be noted that, according to exemplary embodiments, the optical axes of the aperture diaphragm position, the first or second diaphragm and z. B. the first and / or second channel, can be arranged coincidentally. According to further exemplary embodiments, the optical axes in the first diaphragm position, the first diaphragm and the second diaphragm of the first and/or second channel can be arranged offset to one another. This arrangement advantageously makes it possible to shape different spatial directions for different channels.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können auch unterschiedliche Kanalimplementierungen der mehreren Kanäle ausgebildet werden, z. B. durch unterschiedliche Form, Größe, Aspektverhältnis, Ausrichtung und/oder relative Lage zueinander. Beispielsweise können die optischen Achsen die unterschiedlichen Kanäle (z. B. definiert durch die erste und die zweite Blende) gewinkelt zueinander ausgerichtet sein. Eine parallele Ausrichtung wäre entsprechend anderen Beispielen natürlich auch möglich.According to further exemplary embodiments, different channel implementations of the plurality of channels can also be formed, e.g. B. by different shape, size, aspect ratio, orientation and / or relative position to each other. For example, the optical axes of the different channels (eg defined by the first and second apertures) can be aligned at an angle to one another. A parallel alignment would of course also be possible according to other examples.
Wie oben bereits angedeutet, werden bevorzugter Weise mehrere Kanäle ausgebildet. Diese Kanäle verwenden alle einen gemeinsamen Bildsensor und sind entlang dieses gemeinsamen Bildsensors in einer Arrayanordnung, z. B. in einer NxM-Arrayanordnung angeordnet. Entsprechend Ausführungsbeispielen wäre es denkbar, dass hier dann alle ersten Blenden durch eine gemeinsame erste Blendenarraystruktur und alle zweiten Blenden durch eine gemeinsame zweite Blendenarraystruktur geformt sind.As already indicated above, several channels are preferably formed. These channels all use a common image sensor and are arrayed along this common image sensor, e.g. B. arranged in an NxM array arrangement. According to exemplary embodiments, it would be conceivable for all first apertures to be formed by a common first aperture array structure and all second apertures to be formed by a common second aperture array structure.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die erste und/oder die zweite Blende eine sich in Einfallsrichtung z.B. bzgl. Größe und/oder Form ändernde Struktur, z. B. eine 3D-Struktur, aufweisen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel hierfür wäre jeweils ein Konus für die erste und/oder zweite Blende in der Apertur. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es denkbar, dass die erste und/oder zweite Blende jeweils durch eine Blendenstruktur mit mehreren Blendenlagen gebildet ist. Entsprechend Ausführungsbeispielen können diese mehreren Blendenlagen der ersten und/oder zweiten Blende hintereinander beabstandet angeordnet sein und/oder auch koinzident in sich. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre es auch denkbar, dass die mehreren Blendenlagen jeweils unterschiedliche Aperturen aufweisen. Entsprechend Ausführungsbeispielen könnten diese unterschiedlichen Aperturen konisch zulaufen, das heißt also sich verjüngen oder aufweiten. Ein Konus der konischen Blendenanordnung weist beispielsweise eine in Einfallsrichtung erstreckende Verjüngung auf. Das ist bevorzugt für die erste Blende. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weist ein Konus der konischen Blendenstruktur eine sich in Einfallsrichtung erstreckende Aufweitung auf. Das ist bevorzugt für die zweite Blende. Zusammenfassend sei festgestellt, dass die konusförmige Aufweitung beziehungsweise Verjüngung entweder durch mehrere Blendenlagen oder auch durch eine 3D-Blendenstruktur gebildet sein kann. Hierdurch wird beispielsweise der Öffnungswinkel beidseitig beschnitten, was zur stärkeren Vignettierung störender Feldbereiche führt, ohne den zu detektierenden Bildausschnitt zu beeinflussen. Dadurch wird weiter deutlich der Füllfaktor gesteigert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Erhöhung des Füllfaktors unabhängiger Bildkanäle auf einem Bildsensor/beziehungsweise Array erreicht werden kann.According to exemplary embodiments, the first and/or the second aperture can have a structure that changes in the direction of incidence, e.g. with regard to size and/or shape, e.g. B. have a 3D structure. A preferred exemplary embodiment for this would be a cone for the first and/or second diaphragm in the aperture. According to further exemplary embodiments, it would be conceivable for the first and/or second screen to be formed by a screen structure with a plurality of screen layers. According to exemplary embodiments, these multiple screen layers of the first and/or second screen can be arranged spaced one behind the other and/or coincidentally. According to a further exemplary embodiment, it would also be conceivable for the multiple diaphragm layers to each have different apertures. According to exemplary embodiments, these different apertures could taper, that is to say narrow or widen. A cone of the conical diaphragm arrangement has, for example, a taper extending in the direction of incidence. This is preferred for the first aperture. According to further exemplary embodiments, a cone of the conical diaphragm structure has a widening extending in the direction of incidence. This is preferred for the second aperture. In summary, it should be noted that the cone-shaped widening or narrowing can be formed either by several screen layers or by a 3D screen structure. As a result, for example, the opening angle is cut on both sides, which leads to stronger vignetting of interfering field areas without influencing the image section to be detected. This significantly increases the fill factor. At this point it should be noted that the increase in the fill factor of independent image channels can be achieved on an image sensor/or array.
Weitere Bildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1a eine schematische Darstellung eines Multikanalabbildungssystems mit einem dargestellten Kanal gemäß einem Basisausführungsbeispiel; -
1b eine schematische Darstellung eines Multikanalabbildungssystems mit einem dargestellten Kanal gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen; -
1c eine schematische Draufsicht auf ein Multikanalabbildungssystem mit vier Kanälen; -
2 eine schematische Darstellung von unterschiedlichen einzelnen Kanälen in einem Multikanalabbildungssystem gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; -
3 eine schematische Darstellung von zwei unterschiedlich ausgerichteten Kanälen (verschiedene Blickrichtungen) eines Multikanalabbildungssystems gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; -
4 eine schematische Darstellung einer Sensoraufteilung gemäß Ausführungsbeispielen; -
5a und5b schematische Darstellungen einer Frontansicht eines Aperturarrays (regulär und irregulär); -
6 eine schematische Darstellung eines relativen Helligkeitsverlaufs zur Illustration von Ausführungsbeispielen.
-
1a a schematic representation of a multi-channel imaging system with a channel shown according to a basic embodiment; -
1b a schematic representation of a multi-channel imaging system with a channel shown according to extended embodiments; -
1c a schematic plan view of a multi-channel imaging system with four channels; -
2 a schematic representation of different individual channels in a multi-channel imaging system according to further embodiments; -
3 a schematic representation of two differently aligned channels (different viewing directions) of a multi-channel imaging system according to further exemplary embodiments; -
4 a schematic representation of a sensor division according to embodiments; -
5a and5b schematic representations of a front view of an aperture array (regular and irregular); -
6 a schematic representation of a relative brightness profile to illustrate exemplary embodiments.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleichbleibende Elemente und Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist.Before exemplary embodiments of the present invention are explained below with reference to the attached drawings, it is pointed out that elements and structures that remain the same are provided with the same reference symbols, so that the description of them can be applied to one another or are interchangeable.
Die Tandemblendenstruktur 16 umfasst zwei Blendenelemente 16a und 16b. Die Blende 16a ist vor der Aperturlage/Linse 14 angeordnet, während die Blende 16b zwischen der Linse 14 und dem Detektor 12 vorgesehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Aperturen der Blenden 16a und 16b erst einmal in Einfallsrichtung 10e gesehen konstant sind und in Bezug auf die Einfallsrichtung 10e auch koinzident ausgerichtet sind. Beispielsweise können Blende 16a, Blende 16b und Linse 14 koinzident auf einer optischen Achse ausgerichtet sein. Diese optische Achse kann parallel zur Einfallsrichtung 10e beziehungsweise zur Haupteinfallsrichtung 10e (vgl. kollimiertes Strahlenbündel 18p) verlaufen. Ein queres kollimiertes Strahlenbündel / querer Strahlengang (leicht angewinkelt) zur Einfallsrichtung 10e ist mit dem Bezugszeichen 18q versehen. Nachfolgend wird die Funktionsweise des Multikanalabbildungssystems 10 anhand des Kanals 10_1 erläutert.The
Das Multikanalabbildungssystem 10 dient zur gezielten Miniaturisierung eines abzubildenden Bildes (vgl. einfallende Strahlen 18p und 18q). In der dargestellten schematischen Seitenansicht des Einzelkanals 10_1 illustrieren die zwei kollimierten Strahlenbündel 18p und 18q für die verschiedenen Feldwinkel (18p Feldwinkel in etwa 0°, 18q Feldwinkel ≠ 0°) den Einfall auf die Linse 14. Dabei wird das Strahlenbündel 18q (Feldwinkel ≠ 0) durch die oberseitige Blendenstruktur 16a und die bildseitige Blendenstruktur 16b vignettiert, so dass das Strahlenbündel 18q symmetrisch um den Hauptstrahl 18p des Feldwinkels ≠ 0 von oben (vgl. 16ao) und von unten (vgl. 16ba beschnitten wird. Ausgehend hiervon wird der durch die zwei Blenden 16a und 16b beschnittene Strahl 18q sowie der Hauptstrahl 18p unter Verwendung der Linse 16 auf den Detektor 12 fokussiert.The
An dieser Stelle sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen der Detektor beziehungsweise das Detektorarray für die mehreren Kanäle 10_1 und 10_2 mehrere Schichten aufweisen kann. Hier ist eine Deckglasschicht 12d sowie das eigentliche Detektorarray 12a dargestellt.At this point it should be noted that, according to exemplary embodiments, the detector or the detector array for the multiple channels 10_1 and 10_2 can have multiple layers. A
Entsprechend Ausführungsbeispielen können die hier als Blenden 16a und 16b mit konstanten Aperturöffnungen 16aa und 16bo' ausgeführten Blenden auch anders ausgeführt sein. Das ist in
Die Blende 16a' sowie auch die Blende 16b' haben eine 3D-Struktur, das heißt also, dass sich die Aperturöffnungen 16aa' und 16ba' beispielsweise konisch aufweiten oder verjüngen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Aperturöffnungen 16aa' und 16ab' eine Konusform haben, wobei natürlich auch andere Formen denkbar wären.The
In diesem Ausführungsbeispiel ist es so, dass sich die Aperturöffnung 16aa' der Apertur 16a' in Lichteinfallsrichtung 10e (das heißt in Richtung von der ersten Blende 16a' über die Linse 14 zu der zweiten Blende 16b' und zu dem Detektor 12) hin verjüngt. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, dass die hier dargestellten zwei kollimierten Strahlen 18p und 18q einen Winkel α einschließen, kann die Verjüngung der Öffnung 16aa' ebenfalls einen Winkel β einschließen, wobei β und α gleich oder vergleichbar sein können. Die Blende 16b' kann sich entsprechend Ausführungsbeispielen konusförmig erweitern in Richtung 10e, z. B. um den Winkel δ. Dieser Winkel δ kann gleich oder vergleichbar mit dem Winkel β sein.In this exemplary embodiment, the aperture opening 16aa' of the
In anderen Worten ausgedrückt heißt es, dass sich die 3D-Struktur der Blende 16a' bei der Öffnung 16a'' zu der Linse 14 hin verengt, während sich die Blende 16b' mit ihrer Apertur 16ab' ebenfalls zu der Linse 14 hin verengt (das heißt im Umkehrschluss zu dem Detektor 12 aufweitet). Durch diese Anordnung besteht eine beidseitige (Seite der Blende 16a' und Seite der Blende 16b') Vignettierung des Strahlenbündels 18p und 18q für maximale Feldwinkel.In other words, it means that the 3D structure of the
Zusammenfassend ist also festzustellen, dass sich sowohl das miniaturisierte Multikanalabbildungssystem 10, wie auch das Multikanalabbildungssystem 10', durch eine Blendenarraystruktur 16a beziehungsweise 16a' vor der Aperturblende 14 und durch eine Blendenarraystruktur 16b beziehungsweise 16b' hinter der Aperturblende auszeichnet.In summary, it can be stated that both the miniaturized
Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel aus
Hier sind die vier Kanäle 10_1, 10_2, 10_3 und 10_4 in einer NxM-Matrix mit zwei Zeilen und zwei Spalten dargestellt. In der Draufsicht auf die vier Kanäle 10_1 bis 10_4 ist jeweils die erste Blende 16a_1, 16a_2, 16a_3 und 16a_4 illustriert, wobei hinter der ersten Blende die Detektorschicht 12 dargestellt ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass für das Multikanalabbildungssystem 10 beziehungsweise 10' eine Detektorschicht 12 verwendet wird, während jeder Kanal 10_1 bis 10_4 eine eigene Blende 16a_1 bis 16a_4 hat. Selbstverständlich weist jeder Kanal 10_1 bis 10_4 auch jeweils eine eigene zweite Blende und/oder eine eigene Linse (nicht dargestellt) auf.Here the four channels 10_1, 10_2, 10_3 and 10_4 are shown in an NxM matrix with two rows and two columns. In the plan view of the four channels 10_1 to 10_4, the first aperture 16a_1, 16a_2, 16a_3 and 16a_4 is illustrated in each case, with the
Die Blenden 16a_1 bis 16a_4 könnten durch eine Blendenlage beziehungsweise eine gemeinsame Blendenlage, das heißt also eine Blendenschicht mit vier Aperturöffnungen, gebildet sein. Diese Blendenlage ist mit dem Bezugszeichen 161 versehen. Selbstverständlich könnte auch für die zweite Blende (nicht dargestellt) eine eigene Blendenlage gebildet sein.The screens 16a_1 to 16a_4 could be formed by a screen layer or a common screen layer, ie a screen layer with four aperture openings. This panel layer is provided with the
Das heißt also, dass entsprechend Ausführungsbeispielen die Blendenarraystruktur durch ein lineares oder zweidimensionales Blendenarray, umfassend beispielsweise gleichartige und/oder unterschiedliche Einzelblendenstrukturen, realisiert sein kann. Entsprechend Ausführungsbeispielen können sich die Blenden 16a_1 bis 16a_4 beziehungsweise die jeweils zweiten Blenden beispielsweise durch Form, Größe, Aspektverhältnis, Ausrichtung und Relativlage zueinander zwischen den einzelnen Blendenstrukturen unterschieden, wie nachfolgend noch dargestellt werden wird. Eine derartige Variante ist beispielsweise in
Bei Variante A (vgl. Kanal 10_1) wird von zwei einzelnen Blendenlagen 16a und 16b ausgegangen, wie im Zusammenhang mit
Im Gegensatz dazu sind die optischen Achsen 16ao', 14o' und 16bo' in ihrer relativen Lage zueinander verschoben. Beispielsweise können die drei optischen Achsen 16ao', 14o' und 16bo' schräg, das heißt entlang einer Linie, verschoben sein. Das ermöglicht für den Kanal 10_2, dass ein schräger Kanal (vgl. 18q aus
Im Zusammenhang mit
Entsprechend Ausführungsbeispielen können unterschiedliche Aperturarrays (reguläre und irreguläre) verwendet werden. Im Zusammenhang mit
In der
Bezug nehmend auf
Durch die objekt- und bildseitige Blendenstruktur (vgl. Kurve 30t) erhöht sich das unvignettierte Feld um den Faktor X, wobei beide Verläufe den gleichen Nulldurchgang bei einem normierten Feldwinkel von 1 aufweisen.Due to the diaphragm structure on the object and image side (cf.
Obige Ausführungsbeispiele sind für klassische Multiaperturabbildungssysteme, insbesondere sehr kompakte Multiaperturabbildungssysteme, wie z. B. Multi-/Hyperspektralkameras und Polarisationskameras, multimodale Bildgebung i.A. Kameras mit Gesichtsfeldaufteilung (z. B. elektronisches Clusterauge) oder Mehrkanalkameras für Superresolution anwendbar. Weitere Anwendungen sind beispielsweise bei optisch abbildenden Systemen von UV- bis LWIR-Bereich.The above embodiments are for classic multi-aperture imaging systems, especially very compact multi-aperture imaging systems such. B. multi-/hyperspectral cameras and polarization cameras, multimodal imaging iA cameras with field of view division (z. B. electronic cluster eye) or multi-channel cameras for super resolution applicable. Further applications are, for example, in optical imaging systems from the UV to LWIR range.
Die Erläuterungen der obigen Ausführungsbeispiele sind nur illustrativ und schränken den Schutzbereich nicht ein. Der Schutzbereich ist durch den Gegenstand der Patentansprüche definiert.The explanations of the above exemplary embodiments are only illustrative and do not limit the scope of protection. The scope of protection is defined by the subject matter of the claims.
QuellenSources
- [1] M. Hubold, R. Berlich, C. Gassner, R. Brüning, and R. Brunner, „Ultra-compact micro-optical system for multispectral imaging,“ in MOEMS and Miniaturized Systems XVII, W. Piyawattanametha, Y.-H. Park, H. Zappe, eds. (SPIE, 2018), p. 29. bzw. M. Hubold, E. Montag, R. Berlich, R. Brunner, and R. Brüning, „Multi-aperture system approach for snapshot multispectral imaging applications,“ Opt. Express 29, 7361-7378 (2021).[1] M. Hubold, R. Berlich, C. Gassner, R. Brüning, and R. Brunner, "Ultra-compact micro-optical system for multispectral imaging," in MOEMS and Miniaturized Systems XVII, W. Piyawattanametha, Y. -H. Park, H. Zappe, eds. (SPIE, 2018), p. 29. and Hubold, M., Montag, E., Berlich, R., Brunner, R., and Brüning, R., "Multi-aperture system approach for snapshot multispectral imaging applications," Opt. Express 29, 7361-7378 (2021), respectively.
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