DE102021202164B3 - Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems - Google Patents

Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems Download PDF

Info

Publication number
DE102021202164B3
DE102021202164B3 DE102021202164.6A DE102021202164A DE102021202164B3 DE 102021202164 B3 DE102021202164 B3 DE 102021202164B3 DE 102021202164 A DE102021202164 A DE 102021202164A DE 102021202164 B3 DE102021202164 B3 DE 102021202164B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
aperture
diaphragm
channel
imaging system
stop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102021202164.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Robert Brüning
Martin Hubold
Elisabeth Montag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102021202164.6A priority Critical patent/DE102021202164B3/en
Priority to PCT/EP2022/055425 priority patent/WO2022184837A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102021202164B3 publication Critical patent/DE102021202164B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/005Diaphragms
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/45Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from two or more image sensors being of different type or operating in different modes, e.g. with a CMOS sensor for moving images in combination with a charge-coupled device [CCD] for still images
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/55Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0037Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between

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.

Figure DE102021202164B3_0000
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).
Figure DE102021202164B3_0000

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.
Embodiments of the present invention relate to a multi-channel imaging system. Preferred exemplary embodiments relate to a tandem diaphragm architecture for increasing the fill factor of compact multi-channel imaging systems.
  • ■ 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. 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. 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. 3. Ferner kann ein dünnes Baffle-Grid in der Bildsensorebene verwendet werden, wie es beispielsweise in der US 9 202 833 B2 gezeigt ist. Das ist technologisch sehr aufwendig herzustellen. Ferner muss die Absorption nicht zwangsläufig gewährleistet sein, da Stege sehr dünn, z. B. auf der Pixelebene, sind.
There are also approaches to increasing the filling factor in multi-channel imaging systems in the prior art. In principle, a distinction is made between three variants for positioning a field diaphragm structure:
  1. 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. 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. 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 is shown. This is technologically very complex to produce. Furthermore, the absorption does not necessarily have to be guaranteed, since webs are very thin, e.g. B. at the pixel level.

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 US 5 696 371 A offenbart ein diffraktives/reflektives Lens Array. Die DE 10 2009 049 387 A1 beschreibt eine Vorrichtung, Bildverarbeitungsvorrichtung und Verfahren zur optischen Abbildung. Darüber hinaus sei auch noch auf die DE 10 2009 047 361 A1 , und die DE 10 2013 209 246 A1 verwiesen.the U.S. 5,696,371 A discloses a diffractive/reflective lens array. the DE 10 2009 049 387 A1 describes a device, image processing device and method for optical imaging. In addition, be on the DE 10 2009 047 361 A1 , and the DE 10 2013 209 246 A1 referred.

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 und 5b schematische Darstellungen einer Frontansicht eines Aperturarrays (regulär und irregulär);
  • 6 eine schematische Darstellung eines relativen Helligkeitsverlaufs zur Illustration von Ausführungsbeispielen.
Further formations are defined in the dependent claims. Exemplary embodiments of the present invention are explained below with reference to the attached drawings. Show it:
  • 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 and 5b 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.

1a zeigt ein Multikanalabbildungssystem 10 mit einem Detektor 12, einer Linse 14 sowie einer sogenannten Tandemblendenstruktur 16. Alternative kann anstelle der hier simplifiziert dargestellten Linse 14 ein Linsensystem oder Linsensystem mit Aperturblende verwendet werden. Das Linsensystem bzw. Linsensystem mit Aperturblende umfasst z.B. eine oder mehrere Linsen 14. Bei dem hier dargestellten Ausschnitt des Multikanalabbildungssystems 16 ist nur ein Kanal 10_1 dargestellt, wobei davon ausgegangen wird, dass neben diesem Kanal 10_1 ein oder mehrere weitere Kanäle 10_2 vorgesehen sein können. Im Regelfall teilen sich mehrere Kanäle den einen Detektor 12. 1a 12 shows a multi-channel imaging system 10 with a detector 12, a lens 14 and a so-called tandem diaphragm structure 16. Alternatively, a lens system or lens system with an aperture diaphragm can be used instead of the lens 14 shown here in simplified form. The lens system or lens system with aperture stop includes, for example, one or more lenses 14. In the section of multi-channel imaging system 16 shown here, only one channel 10_1 is shown, it being assumed that one or more further channels 10_2 can be provided in addition to this channel 10_1. As a rule, several channels share one detector 12.

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 tandem diaphragm structure 16 comprises two diaphragm elements 16a and 16b. The stop 16a is positioned in front of the aperture layer/lens 14, while the stop 16b is positioned between the lens 14 and the detector 12. In this exemplary embodiment, it is assumed that the apertures of the diaphragms 16a and 16b are constant when viewed in the direction of incidence 10e and are also aligned coincidentally with respect to the direction of incidence 10e. For example, stop 16a, stop 16b, and lens 14 may be coincidentally aligned on an optical axis. This optical axis can run parallel to the direction of incidence 10e or to the main direction of incidence 10e (cf. collimated bundle of rays 18p). A transverse collimated bundle of rays/transverse beam path (slightly angled) to the direction of incidence 10e is provided with the reference number 18q. The functioning of the multi-channel imaging system 10 is explained below with reference to the channel 10_1.

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 multi-channel imaging system 10 is used for the targeted miniaturization of an image to be imaged (cf. incident rays 18p and 18q). In the illustrated schematic side view of the individual channel 10_1, the two collimated bundles of rays 18p and 18q illustrate the incidence on the lens 14 for the different field angles (18p field angle approximately 0°, 18q field angle ≠ 0°). The bundle of rays 18q (field angle ≠ 0 ) is vignetted by the upper-side aperture structure 16a and the image-side aperture structure 16b, so that the bundle of rays 18q is cut symmetrically about the principal ray 18p of the field angle ≠ 0 from above (cf. 16ao) and from below (cf. 16ba). Beam 18q trimmed by two stops 16a and 16b and main beam 18p are focused onto detector 12 using lens 16.

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 cover glass layer 12d and the actual detector array 12a are shown here.

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 1b gezeigt.Corresponding to exemplary embodiments, the diaphragms designed here as diaphragms 16a and 16b with constant aperture openings 16aa and 16bo' can also be designed differently. Is in 1b shown.

1b zeigt das Multikanalabbildungssystem 10', das im Wesentlichen dem Multikanalabbildungssystem 10 entspricht, aber andere Blenden 16a' und 16b' aufweist. 1b Figure 1 shows the multi-channel imaging system 10', which is essentially the same as the multi-channel imaging system 10, but has different apertures 16a' and 16b'.

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 diaphragm 16a' and also the diaphragm 16b' have a 3D structure, which means that the aperture openings 16aa' and 16ba' widen or narrow conically, for example. In this exemplary embodiment, it is assumed that the aperture openings 16aa′ and 16ab′ have a cone shape, although other shapes would of course also be conceivable.

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 aperture 16a' tapers in the direction of light incidence 10e (ie in the direction from the first aperture 16a' via the lens 14 to the second aperture 16b' and to the detector 12). For example, assuming that the two collimated beams 18p and 18q shown here enclose an angle α, the taper of the opening 16aa' can also enclose an angle β, with β and α being the same or different can be equal. According to the exemplary embodiments, the aperture 16b' can expand conically in the direction 10e, e.g. B. by the angle δ. This angle δ can be equal to or comparable to the angle β.

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 diaphragm 16a' narrows at the opening 16a'' towards the lens 14, while the diaphragm 16b' with its aperture 16ab' also narrows towards the lens 14 (the means, conversely, to the detector 12 widens). This arrangement results in vignetting of the bundle of rays 18p and 18q on both sides (side of the stop 16a' and side of the stop 16b') for maximum field angles.

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 multi-channel imaging system 10 and the multi-channel imaging system 10' are characterized by a diaphragm array structure 16a or 16a' in front of the aperture diaphragm 14 and by a diaphragm array structure 16b or 16b' behind the aperture diaphragm.

Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel aus 1a als auch bei dem Ausführungsbeispiel aus 1b wurde jeweils davon ausgegangen, dass nur ein Kanal 10_1 dargestellt ist. Selbstverständlich kann das miniaturisierte Multikanalabbildungssystem 10 beziehungsweise 10' auch mehrere Kanäle 10_1 und 10_2, z. B. linear nebeneinander oder zweidimensional beziehungsweise flächig angeordnet, aufweisen. Eine Draufsicht ist in 1c dargestellt.Both in the embodiment 1a as well as in the embodiment 1b it was assumed in each case that only one channel 10_1 is shown. Of course, the miniaturized multi-channel imaging system 10 or 10' can also have multiple channels 10_1 and 10_2, e.g. B. arranged linearly next to each other or two-dimensionally or flatly. A plan view is in 1c shown.

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 detector layer 12 being illustrated behind the first aperture. At this point it should be noted that a detector layer 12 is used for the multi-channel imaging system 10 or 10', while each channel 10_1 to 10_4 has its own aperture 16a_1 to 16a_4. Of course, each channel 10_1 to 10_4 also has its own second diaphragm and/or its own lens (not shown).

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 reference number 161 . Of course, a separate screen layer could also be formed for the second screen (not shown).

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 3 gezeigt.This therefore means that, according to exemplary embodiments, the diaphragm array structure can be implemented by a linear or two-dimensional diaphragm array, comprising, for example, identical and/or different individual diaphragm structures. In accordance with exemplary embodiments, the apertures 16a_1 to 16a_4 or the respective second apertures can differ between the individual aperture structures, for example in terms of shape, size, aspect ratio, alignment and relative position to one another, as will be explained below. Such a variant is, for example, in 3 shown.

2 zeigt die Ausführungsmöglichkeiten der Blendenstrukturen anhand von drei nebeneinander dargestellten Kanäle 10_1, 10_2 und 10_3 mit jeweils drei verschiedenen Blendenvarianten (Variante A, Variante B, Variante C). Es wird davon ausgegangen, dass die hier dargestellten drei Kanäle 10_1, 10_2 und 10_3 alle auch denselben Detektor 12 mit den zwei Schichten 12a und 12b abbilden. Alle Kanäle 10_1, 10_2 und 10_3 und die Varianten A, B und C haben gemein, dass diese eine Linse / Linsensystem 14 aufweisen. Die Linse 14 ist entgegen der Einfallsrichtung 10e gesehen vor dem Detektor 12 angeordnet, wobei die erste Blende 16a beziehungsweise 16a' beziehungsweise 16a" in Einfallsrichtung 10e gesehen vor der Linse 14 angeordnet ist, während die Blenden 16b, 16b' beziehungsweise 16b" zwischen Linse 14 und Detektorebene 12 angeordnet sind. Es wird davon ausgegangen, dass jeder Kanal 10_1, 10_2 und 10_3 eine vergleichbare Breite b10 aufweist, so dass sich aus den drei Breiten b10 die Gesamtbreite g10 einstellt. Hier sind die Kanäle 10_1 bis 10_3 direkt aneinander angrenzend nebeneinander angeordnet, z. B. senkrecht zu der Einfallsrichtung 10e. 2 shows the design options for the diaphragm structures using three channels 10_1, 10_2 and 10_3 shown side by side, each with three different diaphragm variants (variant A, variant B, variant C). It is assumed that the three channels 10_1, 10_2 and 10_3 shown here all also image the same detector 12 with the two layers 12a and 12b. All channels 10_1, 10_2 and 10_3 and variants A, B and C have in common that they have a lens/lens system 14. The lens 14 is arranged in front of the detector 12, viewed counter to the direction of incidence 10e, with the first aperture 16a or 16a' or 16a" being arranged in front of the lens 14, viewed in the direction of incidence 10e, while the apertures 16b, 16b' or 16b" are arranged between lens 14 and detector plane 12 are arranged. It is assumed that each channel 10_1, 10_2 and 10_3 has a comparable width b10, so that the total width g10 results from the three widths b10. Here the channels 10_1 to 10_3 are arranged directly adjacent to one another, e.g. B. perpendicular to the direction of incidence 10e.

Bei Variante A (vgl. Kanal 10_1) wird von zwei einzelnen Blendenlagen 16a und 16b ausgegangen, wie im Zusammenhang mit 1a erläutert wurde. Bei Variante B (vgl. Kanal 10_2) wird von einer 3D-Blendenstruktur mit konischen Öffnungen, sowohl objektseitig als auch bildseitig, ausgegangen, wie im Zusammenhang mit 1b erläutert wurde. Variante C (vgl. Kanal 10_1) ist eine Weiterentwicklung von Variante B beziehungsweise eine Kombination von Variante B mit Variante A. Hier werden drei einzelne Blendenlagen, je Blende 16a" beziehungsweise 16b", verwendet. Die einzelnen Blendenlagen, hier drei Blendenlagen, sind hintereinander, z. B. koinzident hintereinander, an die jeweilige Position der Blende 16a" beziehungsweise 16b" angeordnet. Ferner können die Blendenlagen der Blenden 16a" und 16b" voneinander beabstandet sein. Wie hier dargestellt, unterscheiden sich die einzelnen Blendenlagen durch ihre Aperturgröße. Bei der Blendenlage 16a" ist die Aperturgröße der drei dargestellten Blendenlagen beispielweise so gewählt, dass die in Einfallsrichtung 10e gesehene erste Blendenlage eine große Aperturöffnung aufweist, die Apeturöffnung in der Mitte eine kleinere und die Aperturöffnung an der Linse 14 die kleinste. Bei der Blende 16b" ist die Blendenlage bezüglich ihrer Aperturöffnung, die der Linse 14 zugewandt ist, am kleinsten dimensioniert, während die Blendenlage im Hinblick auf ihre Aperturöffnung, die dem Detektor 12 zugewandt ist, am größten dimensioniert ist. Die Blendenlage dazwischen hat eine mittelgroße Aperturöffnung. Entsprechend Ausführungsbeispielen werden so durch die unterschiedlichen Blendenlagen, je Blende 16a" beziehungsweise 16b", konusförmige Strukturen ausgebildet. Beide Konusse sind wiederum so angeordnet, dass die Einschnürung der Linse 14 zugewandt ist. In anderen Worten können die beiden Blenden 16a" und 16b" dadurch beschrieben werden, dass diese jeweils zumindest zwei Blendenlagen aufweisen, die sich hinsichtlich ihrer Aperturöffnung beziehungsweise der Dimensionierung der Aperturöffnung unterscheiden. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Blendenlage mit der jeweils kleineren Aperturöffnung, je Blende 16a" oder 16b", der Linse 14 zugewandt. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann entweder für beide Blenden 16a" oder 16b" oder auch nur für eine Blende 16a" und 16b" diese Anordnung ausgebildet werden.In the case of variant A (cf. channel 10_1), two individual diaphragm layers 16a and 16b are assumed, as in connection with 1a was explained. Variant B (cf. channel 10_2) is based on a 3D aperture structure with conical openings, both on the object side and on the image side, as in connection with 1b was explained. Variant C (see channel 10_1) is a further development of Variant B or a combination of Variant B with Variant A. Three individual screen positions are used here, 16a" or 16b" for each screen. The individual diaphragm layers, here three diaphragm layers, are one behind the other, e.g. B. coincidentally one behind the other, at the respective position of the aperture 16a" or 16b". Furthermore, the diaphragm positions of the diaphragms 16a" and 16b" can be spaced apart from one another. As shown here, the individual diaphragm layers differ in their aperture size. In the case of the diaphragm position 16a", the aperture size of the three diaphragm positions shown is selected, for example, in such a way that the The first diaphragm layer seen in the direction of incidence 10e has a large aperture opening, the aperture opening in the middle is smaller and the aperture opening on the lens 14 is the smallest. In the case of the diaphragm 16b", the diaphragm layer has the smallest dimensions with regard to its aperture opening, which faces the lens 14, while the diaphragm layer has the largest dimensions with regard to its aperture opening, which faces the detector 12. The diaphragm layer in between has a medium-sized Aperture opening. Corresponding to exemplary embodiments, cone-shaped structures are formed by the different diaphragm layers, each diaphragm 16a "or 16b". Both cones are in turn arranged in such a way that the constriction faces the lens 14. In other words, the two diaphragms 16a "and 16b " be described in that they each have at least two diaphragm layers, which differ in terms of their aperture opening or the dimensioning of the aperture opening. According to exemplary embodiments, the diaphragm layer with the smaller aperture opening, per diaphragm 16a" or 16b", faces the lens 14. Correspondingly execution ment examples, this arrangement can be formed either for both screens 16a" or 16b" or also only for one screen 16a" and 16b".

3 zeigt zwei Kanäle 10_1 und 10_2 in unterschiedlichen Varianten A und B. Jeder Kanal basiert auf der Blende 16a' beziehungsweise 16b' aus 2. Beim Kanal 10_1 sind die optischen Achsen 16ao', 14o' und 16bo' koinzident zueinander angeordnet. 3 shows two channels 10_1 and 10_2 in different variants A and B. Each channel is based on the aperture 16a' or 16b' 2 . In the case of channel 10_1, the optical axes 16ao', 14o' and 16bo' are arranged to be coincident with one another.

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 1a, 1b und 2) detektiert werden kann.In contrast to this, the optical axes 16ao', 14o' and 16bo' are shifted in their position relative to one another. For example, the three optical axes 16ao', 14o' and 16bo' can be shifted obliquely, ie along a line. This enables channel 10_2 to have an inclined channel (cf. 18q from 1a , 1b and 2 ) can be detected.

Im Zusammenhang mit 4 wird nun eine Sensoraufteilung eines Elements 10 beziehungsweise 10' erläutert. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein 3x3-Sensorfeld. Hier sind insgesamt neun Kanäle 10_1 bis 10_9 dargestellt, wobei von einer eckigen Aperturöffnung je Kanal ausgegangen wird. Das heißt also, dass das Sensorfeld 10 beziehungsweise 10' quadratisch angeordnete Einzelbildkanäle 10_1 bis 10_9 aufweist, die die Kanäle auf die Sensorfläche (nicht dargestellt) abbilden. Die Sensorfläche ist durch die Sensorhöhe 12h und die Sensorbreite 12b angegeben. Der Bildkreis 11 jedes Kanals 10_1 bis 10_9 wird durch die Blendenstruktur 16a*, hier mit eckiger Aperturöffnung 16ao*, beschnitten und führt zur Vignettierung des Einzelbildkanals beziehungsweise zur räumlichen Abgrenzung in Entsprechung an die Blendenbreite. Dabei entstehen sogenannte Totzonen 16ab* (vignettierter bzw. nicht nutzbarer Bereich) auf dem Sensor, wie sie hier schraffiert dargestellt sind. Die Breite dieser Totzonen stehen im Zusammenhang zu dem Füllfaktor des Sensors. Je breiter diese Totzonen, desto geringer ist der Füllfaktor. Ziel dieser Tandemblendenstruktur ist die Füllfaktorerhöhung (Verringerung der Totzonen) und damit die bessere Ausnutzung der Sensorfläche.In connection with 4 a sensor division of an element 10 or 10' will now be explained. 4 shows a top view of a 3x3 sensor array. A total of nine channels 10_1 to 10_9 are shown here, assuming one angular aperture opening for each channel. This therefore means that the sensor field 10 or 10' has individual image channels 10_1 to 10_9 arranged squarely, which image the channels onto the sensor surface (not shown). The sensor area is specified by the sensor height 12h and the sensor width 12b. The image circle 11 of each channel 10_1 to 10_9 is cropped by the aperture structure 16a*, here with a square aperture opening 16ao*, and leads to vignetting of the individual image channel or to spatial delimitation in accordance with the aperture width. This results in so-called dead zones 16ab* (vignetted or unusable area) on the sensor, as shown hatched here. The width of these dead zones are related to the fill factor of the sensor. The wider these dead zones, the lower the fill factor. The aim of this tandem aperture structure is to increase the fill factor (reduce dead zones) and thus make better use of the sensor area.

Entsprechend Ausführungsbeispielen können unterschiedliche Aperturarrays (reguläre und irreguläre) verwendet werden. Im Zusammenhang mit 5 sind zwei verschiedene Varianten A und B gezeigt. Nachfolgende Diskussion stellt auf die Aperturblende 17a ab, die die Aperturblenden 16a** aufweist. Hierbei handelt es sich jeweils um die erste Blende, wobei die zweite Blende selbstverständlich analog aufgebaut sein kann. Das Aperturblendenarray 17a weist hier eine reguläre Arrayanordnung auf, mit periodisch beabstandeten Blenden 16a**, sowohl in x- als auch in y-Richtung. Alternativ wäre natürlich auch eine irreguläre Arrayanordnung denkbar. Die Abstände sind mit A16a** illustriert, wobei hier exemplarisch davon ausgegangen wird, dass sowohl die Abstände in x- als auch die Abstände in y-Richtung gleich sind (optionales Merkmal).According to embodiments, different aperture arrays (regular and irregular) can be used. In connection with 5 two different variants A and B are shown. The following discussion focuses on the aperture stop 17a, which has the aperture stops 16a**. This is in each case the first screen, with the second screen of course being able to be constructed analogously. The aperture diaphragm array 17a here has a regular array arrangement with periodically spaced diaphragms 16a**, both in the x and in the y direction. Alternatively, an irregular array arrangement would of course also be conceivable. The distances are illustrated with A16a**, whereby it is assumed here, for example, that both the distances in the x-direction and the distances in the y-direction are the same (optional feature).

In der ist eine irreguläre Arrayanordnung 19a gezeigt. Diese weist unterschiedliche Blenden 16a**, 16a***, 16a**** und 16a***** auf. Wie zu erkennen ist, unterscheiden sind die Blendenelemente 16a** bis 16a***** sowohl im Hinblick auf ihre Größe, Form (quadratisch und rechteckig) und dem Abstand zueinander.In the an irregular array arrangement 19a is shown. This has different apertures 16a**, 16a***, 16a**** and 16a*****. As can be seen, the screen elements 16a** to 16a***** differ in terms of their size, shape (square and rectangular) and the distance from one another.

Bezug nehmend auf 6 wird der entstehende Vorteil durch die Verwendung von zwei Blenden erläutert. In dem in 6 dargestellten Diagramm ist die relative Helligkeit über die normierten Feldwinkel dargestellt, nämlich für eine Blendenstruktur bildseitig 30b und eine Tandemblendenstruktur 30t gemäß Ausführungsbeispielen. Diese Darstellung illustriert die Messwerte um die Aperturlage. Die Änderung der relativen Helligkeit eines Einzelbildkanals durch den kombinierten Einsatz einer objektseitigen und bildseitigen Blendenstruktur (Tandemblendenstruktur) ist, wie der Vergleich der Kurven 30b und 30t zeigt, gerade bei größeren Winkeln (beispielsweise ab 0,6) wesentlich verbessert.Referring to 6 the resulting advantage of using two apertures is explained. in the in 6 The diagram shown shows the relative brightness over the normalized field angle, namely for a diaphragm structure on the image side 30b and a tandem diaphragm structure 30t according to exemplary embodiments. This representation illustrates the measured values around the aperture position. The change in the relative brightness of an individual image channel through the combined use of an object-side and image-side diaphragm structure (tandem diaphragm structure) is significantly improved, as the comparison of curves 30b and 30t shows, especially at larger angles (for example from 0.6).

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. curve 30t), the non-vignetted field increases by a factor of X, with both curves having the same zero crossing at a normalized field angle of 1.

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.

Claims (13)

Multikanalabbildungssystem (10, 10'), mit folgenden Merkmalen: einem Bildsensor (12); und mindestens einem ersten Kanal (10_1), der ein Linsensystem mit Aperturblende (14) und eine Tandemblendenstruktur (16) aufweist, und mindestens einem zweiten Kanal (10_2) mit einem weiteren Linsensystem mit Aperturblende (14) und einer weiteren Tandemblendenstruktur (16); wobei das Linsensystem (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; wobei die erste (16a) und zweite Blende (16b) eine in Einfallsrichtung (10e) sich ändernde Blendenstruktur oder 3D-Blendenstruktur (16a', 16a", 16b', 16b") aufweist; oder wobei die erste (16a) und zweite Blende (16b) in Einfallsrichtung (10e) konisch ausgebildet ist.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 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 diaphragm (14) and a further tandem diaphragm structure (16); wherein the lens system (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 has a second stop (16b) in each case, which is arranged between the aperture stop (14) and the image sensor (12); the first (16a) and second aperture (16b) having an aperture structure or 3D aperture structure (16a', 16a", 16b', 16b") that changes in the direction of incidence (10e); or wherein the first (16a) and second aperture (16b) is conical in the direction of incidence (10e). Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß Anspruch 1, wobei das Multikanalabbildungssystem (10, 10') eine Mehrzahl von weiteren Kanälen mit je Kanal einer weiteren Aperturblende (14) und einer weiteren Tandemblendenstruktur (16) aufweist.Multi-channel imaging system (10, 10') according to claim 1 , wherein the multi-channel imaging system (10, 10') has a plurality of further channels, each channel having a further aperture diaphragm (14) and a further tandem diaphragm structure (16). Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste (10_1) und zweite Kanal (10_2) oder der erste (10_1) und die Mehrzahl der weiteren Kanäle gleichartige Kanäle formen oder ausgehend von Form, Größe, Aspektverhältnis, Ausrichtung und/oder relative Lage zueinander unterschiedliche Kanalimplementierungen ausbilden.Multi-channel imaging system (10, 10') according to claim 1 or 2 , wherein the first (10_1) and second channel (10_2) or the first (10_1) and the plurality of further channels form similar channels or form different channel implementations based on shape, size, aspect ratio, alignment and/or relative position to one another. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Mehrzahl der weiteren Kanäle einen gemeinsamen Bildsensor (12) aufweist und wobei die Mehrzahl der weiteren Kanäle entlang des gemeinsamen Bildsensors (12) in einer linearen Arrayanordnung oder NxM-Arrayanordnung angeordnet sind.Multi-channel imaging system (10, 10') according to one of claims 2 or 3 , wherein the plurality of further channels has a common image sensor (12) and wherein the plurality of further channels are arranged along the common image sensor (12) in a linear array arrangement or NxM array arrangement. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste (16a) und/oder zweite Blende (16b) jeweils durch eine Blendenstruktur mit mehreren Blendenlagen gebildet ist.Multi-channel imaging system (10, 10') according to one of the preceding claims, wherein the first (16a) and/or second aperture (16b) is/are formed by an aperture structure with a plurality of aperture layers. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß Anspruch 5, wobei die mehreren Blendenlagen je erster (16a) und/oder je zweiter Blende (16b) hintereinander beabstandet und/oder koinzident in sich angeordnet sind.Multi-channel imaging system (10, 10') according to claim 5 , wherein the plurality of screen layers for each first (16a) and/or for each second screen (16b) are spaced one behind the other and/or are arranged coincidentally. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die mehreren Blendenlagen jeweils eine unterschiedliche Apertur aufweisen.Multi-channel imaging system (10, 10') according to claim 5 or 6 , wherein the multiple diaphragm layers each have a different aperture. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß Anspruch 7, wobei die unterschiedlichen Aperturen der Blendenlagen konisch zulaufen.Multi-channel imaging system (10, 10') according to claim 7 , whereby the different apertures of the diaphragm layers taper conically. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Konus der konischen Blendenanordnung der ersten Blende (16a) in Einfallsrichtung (10e) eine Verjüngung aufweist.Multi-channel imaging system (10, 10') according to one of Claims 1 until 8th , wherein a cone of the conical diaphragm arrangement of the first diaphragm (16a) has a taper in the direction of incidence (10e). Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Konus der konischen Blendenstruktur der zweiten Blende (16b) in Einfallsrichtung (10e) eine Aufweitung aufweist.Multi-channel imaging system (10, 10') according to one of Claims 1 until 9 , wherein a cone of the conical diaphragm structure of the second diaphragm (16b) has a widening in the direction of incidence (10e). Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die optischen Achsen der unterschiedlichen Kanäle parallel ausgerichtet oder gewinkelt zueinander ausgerichtet sind.Multi-channel imaging system (10, 10') according to one of Claims 1 until 10 , wherein the optical axes of the different channels are oriented parallel or oriented at an angle to each other. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die optischen Achsen der Aperturblende (14), der ersten Blende (16a) und der zweiten Blende (16b) des ersten (10_1) und/oder zweiten Kanals (10_2), koinzident angeordnet sind.Multi-channel imaging system (10, 10') according to any one of the preceding claims, wherein the opti cal axes of the aperture stop (14), the first stop (16a) and the second stop (16b) of the first (10_1) and/or second channel (10_2) are arranged coincidentally. Multikanalabbildungssystem (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die optischen Achsen der ersten Aperturblende (14), der ersten Blende (16a) und der zweiten Blende (16b) des ersten (10_1) und/oder zweiten Kanals (10_2), zueinander versetzt, lateral versetzt oder gewinkelt angeordnet sind.Multi-channel imaging system (10, 10') according to one of Claims 1 until 11 , wherein the optical axes of the first aperture stop (14), the first stop (16a) and the second stop (16b) of the first (10_1) and/or second channel (10_2) are offset, laterally offset or angled relative to one another.
DE102021202164.6A 2021-03-05 2021-03-05 Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems Active DE102021202164B3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021202164.6A DE102021202164B3 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems
PCT/EP2022/055425 WO2022184837A1 (en) 2021-03-05 2022-03-03 Tandem stop architecture for increasing the fill factor of compact multi-channel imaging systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021202164.6A DE102021202164B3 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021202164B3 true DE102021202164B3 (en) 2022-07-28

Family

ID=80738909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021202164.6A Active DE102021202164B3 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021202164B3 (en)
WO (1) WO2022184837A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5696371A (en) 1996-05-23 1997-12-09 Eastman Kodak Company Diffractive/refractive lenslet array
DE102009049387A1 (en) 2009-10-14 2011-04-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus, image processing apparatus and method for optical imaging
DE102009047361A1 (en) 2009-12-01 2011-06-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for optical imaging
DE102013209246A1 (en) 2013-05-17 2014-11-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. A method of making a false light suppression structure and apparatus therewith
US9202833B2 (en) 2013-08-23 2015-12-01 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with baffle grids

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100809277B1 (en) * 2006-07-05 2008-03-03 삼성전기주식회사 Camer module having a array lens
WO2014144157A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Pelican Imaging Corporation Optical arrangements for use with an array camera
WO2014148291A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-25 コニカミノルタ株式会社 Lens array unit, imaging device, method for manufacturing lens array unit, and method for manufacturing imaging device
TWI781085B (en) * 2015-11-24 2022-10-21 日商索尼半導體解決方案公司 Fly-eye lens module and fly-eye camera module

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5696371A (en) 1996-05-23 1997-12-09 Eastman Kodak Company Diffractive/refractive lenslet array
DE102009049387A1 (en) 2009-10-14 2011-04-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus, image processing apparatus and method for optical imaging
DE102009047361A1 (en) 2009-12-01 2011-06-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for optical imaging
DE102013209246A1 (en) 2013-05-17 2014-11-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. A method of making a false light suppression structure and apparatus therewith
US9202833B2 (en) 2013-08-23 2015-12-01 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with baffle grids

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUBOLD, Martin [u.a.]: Multi-aperture system approach for snapshot multispectral imaging applications. In: Optics Express, Bd.29, 2018, H.5, - ISSN 1094-4087 (E). DOI: 10.1364/OE.412655. URL: https://www.osapublishing.org/oe/viewmedia.cfm?uri=oe-29-5-7361&seq=0 [abgerufen am 2021-03-17].
HUBOLD, Martin [u.a.]: Ultra-compact micro-optical system for multispectral imaging. In: SPIE: SPIE OPTO - 22 February 2018 - San Francisco, California, USA, 2018, S. 1-9. - ISSN 1996-756X (E), 0277-786X (P). DOI: 10.1117/12.2295343. URL: https://www.spiedigitallibrary.org/proceedings/Download?fullDOI=10.1117%2F12.2295343 [abgerufen am 2019-03-11].

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022184837A1 (en) 2022-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2507662B1 (en) Device for optical imaging
DE3621542C2 (en)
EP1839083B1 (en) Device for homogenizing light
DE102006017705B4 (en) Spectral analysis unit with a diffraction grating and laser scanning microscope
DE102009021251A1 (en) Device for shaping laser radiation and laser device with such a device
DE102006058057B3 (en) Method and device for optically detecting a structure
EP1359452A1 (en) Confocal microscope having two micro-lens arrays and a pinhole array
DE102013102553A1 (en) Device for homogenizing laser radiation
DE1472142B2 (en) Arrangement for the controllable deflection of a light beam
DE102014201749B4 (en) Microlens arrangement and illumination device for uniform illumination with microlens arrangement
EP1467185B1 (en) Lens assembly for an optical encoder
EP3610307B1 (en) Monocentric reception arrangement
EP3295144A1 (en) Device for measuring an imaging property of an optical system
DE102016208841B4 (en) Color sensor with angle-selective structures
DE102021202164B3 (en) Tandem diaphragm architecture for increasing the filling factor of compact multi-channel imaging systems
WO2015052010A1 (en) Device and method for measuring panes, in particular windscreens of vehicles
DD294087A5 (en) SPECTROMETER
WO2011063939A1 (en) Image acquisition device, image-generating device and spectroscope for spatially resolved spectroscopy
DE102016008884B4 (en) Spectroscopy apparatus and method
DE10011462C2 (en) Optical spectrometer with astigmatism compensation
DE102018202777A1 (en) Color sensor with microlenses comprising angle-selective structures
DE102007039988B4 (en) microscope
DE4109484C2 (en) Measuring lens
WO2001004681A1 (en) Imaging system
EP4285091A1 (en) Device and method for measuring an optical property of an optical system

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final