DE102021202719A1

DE102021202719A1 - Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung

Info

Publication number: DE102021202719A1
Application number: DE102021202719.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Brüning; Christin Gassner; Britta Satzer; Alexander Oberdörster
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-09-22
Also published as: US20240004170A1; CN117356099A; WO2022195099A1; EP4309357A1

Abstract

Beschrieben ist ein Kamerasystem (100), welches mindestens einen rechteckigen Bildsensor (40), ein Multiapertur-Objektiv (20) zum Erzeugen einer optischen Abbildung, und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung (30) umfasst, welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen umfasst, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) und die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) mit dem mindestens einen rechteckigen Bildsensor (40) gekoppelt sind, um eine Anordnung von optischen Kanälen auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor (40) zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen, wobei die Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) derart zueinander und in Bezug auf den mindestens einen Bildsensor (40) angeordnet sind, dass jedes Strahlumlenkungselement (4) um eine Kippachse (5) gekippt ist, wobei die Kippachse (5) durch eine Strahlumlenkungselementfläche verläuft und die Kippachse (5) mit einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bildsensors parallel verläuft oder die Kippachse (5) mit mindesten einer Seite von zwei Seiten des mindestens einen rechteckigen Bildsensors (40), welche eine Bildsensorfläche (45) des mindesten einen rechteckigen Bildsensors (40) aufspannen, einen 45°-Winkel einschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem zum Erzeugen einer lückenlosen optischen Abbildung.
Mit Multiapertur-Optiken lässt sich durch Segmentierung des Gesichtsfeldes eine scharfe, lichtstarke und verzeichnungsarme Aufnahme von großen Gesichtsfeldern erzeugen. Für sehr große Gesichtsfelder (> ca. 150 °) ist eine Strahlumlenkung erforderlich. Eine Strahlumlenkung erfolgt im dreidimensionalem Raum in mindestens einer Ebene. Dies führt im Allgemeinen dazu, dass die Teilgesichtsfelder beim Zusammenfügen zu einem einzigen Gesichtsfeld sich nicht ohne größere Überschneidung aneinanderfügen lassen. Vielmehr sind die einzelnen Teilgesichtsfelder zueinander verdreht, was beim Zusammenfügen zu Überschneidungen und/oder Lücken führt.
Die Abbildung sehr großer Gesichtsfelder (> ca. 150°) auf einen Bildsensor ist mit vertretbarem Materialaufwand nur möglich, wenn man Kompromisse bei der Lichtstärke, der Schärfe und/oder der geometrischen Verzeichnung hinnimmt.
Bei Multiapertur-Systemen mit einem sehr großen Gesichtsfeld muss für die notwendige große Strahlablenkung ein strahlumlenkendes Element zum Einsatz kommen. Hierbei entsteht ein geometrisch-konstruktives Problem, bei dem Lücken oder Überlappungen im Gesichtsfeld entstehen. Lücken beispielsweise entsprechen ungenutzte Zonen auf dem Bildsensor. Dies ist aus ökonomischen Gründen unerwünscht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kamerasystem zum Erzeugen einer optischen Abbildung bereitzustellen, wobei das Kamerasystem kompakt und simpel gebaut ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kamerasystem zum Erzeugen einer optischen Abbildung bereitzustellen, mit der Lücken im Gesichtsfeld oder ungenutzten Bereiche auf einem verwendeten Bildsensor eines Kamerasystems vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gengenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, Lücken im Gesichtsfeld oder ungenutzte Bereiche auf einem verwendeten Bildsensor zu vermeiden. Denn es wurde erkannt, dass eine optimale Anordnung der abbildenden Elemente in Bezug auf den Bildsensor oder in Bezug auf mehrere Bildsensoren und in Bezug zueinander existiert, bei der die Teilgesichtsfelder ideal aneinander anschließen und sich ohne signifikanten Überlapp zu einem großen Gesamtgesichtsfeld ergänzen. Um Lücken im Gesichtsfeld oder ungenutzte Bereiche auf einem verwendeten Bildsensor zu vermeiden, wurde erkannt, dass sämtliche Spiegelachsen, welche auch Kippachsen hierin genannt werden, derart zu wählen sind, dass sie parallel gegenüber einer Kante einer Bildsensorfläche verlaufen. Ferner vorteilhaft ist, wenn die Kippachsen parallel beabstandet zu einer Bildsensorfläche des mindestens einen Bildsensors liegen.
Das vorgeschlagene Kamerasystem umfasst mindestens einen rechteckigen Bildsensor, ein Multiapertur-Objektiv zum Erzeugen einer optischen Abbildung und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung. Die Strahl-Umlenkungselementanordnung weist eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen auf. Ein Fachmann versteht, dass vorliegend auch andere elektromagnetische Strahlen, also nicht nur Lichtstrahlen des sichtbaren Lichtes, mit dem vorgeschlagenen Kamerasystem detektierbar sind. Daher werden vorliegend unter Lichtstrahlen auch elektromagnetische Strahlen anderer Wellenlängenbereiche verstanden. Die Strahlumlenkungselemente können durch Spiegel und/oder Prismen gegeben sein. Mit anderen Worten: ein Strahlumlenkungselement kann ein Spiegel oder ein Prisma oder eine Kombination aus Spiegel und Prisma sein. Das Multiapertur-Objektiv und die Strahl-Umlenkungsanordnung sind mit dem mindestens einen rechteckigen Bildsensor gekoppelt, um eine Anordnung von optischen Kanälen auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen.
Bei dem vorgeschlagenen Kamerasystem kann ein einziger Bildsensor oder eine Anzahl mehrere Bildsensoren vorgesehen sein. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Bildsensoren rechteckig ausgebildet sind, wobei rechteckig auch quadratisch bedeuten kann. Beispielsweise können die Seitenlängen zweier Bildsensoren unterschiedlich lang ausgebildet sein. Die Anzahl an Strahlumlenkungselementen ist derart zueinander und in Bezug auf den mindestens einen Bildsensor angeordnet, dass jedes Strahlumlenkungselement um eine Kippachse gekippt ist. Unter einer Kippachse kann eine Spiegelachse verstanden werden, welche sich dadurch auszeichnet, dass auf ein Strahlumlenkungselement einfallende Lichtstrahlen in einen bestimmten optischen Kanal umgelenkt werden, so dass die Lichtstrahlen auf einen vorbestimmten, insbesondere rechteckigen, Bereich einer Bildsensorfläche des mindestens einen Bildsensors einfallen. Die Kippachse verläuft durch eine Strahlumlenkungselementfläche, also durch eine Ebene des Strahlumlenkungselementes. Bevorzugt verläuft die Kippachse auf einer äußeren Fläche des Strahlumlenkungselementes. Mit anderen Worten: ein Strahlumlenkungselement weist äußere Flächen auf, wobei mindestens eine dieser, insbesondere ebenen, Flächen die Strahlumlenkungselementfläche bildet. Es ist ferner denkbar, eine andere Fläche des Strahlumlenkungselementes so zu platzieren, dass diese andere Fläche dann die Strahlumlenkungselementfläche definiert. Außerdem ist es denkbar, dass ein solches Platzieren durch einen Nutzer ermöglicht wird. Denkbar ist auch, dass die Kipp-Achse tatsächlich eine Achse ist, um die man den Spiegel drehen kann, um die Ablenkung zu wählen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Kippachsen, wie sie hier in der vorliegenden Anmeldung benutzt werden, nur ein konzeptionelles Hilfsmittel zum Verständnis bzw. zur Konstruktion sind, und nicht notwendigerweise im fertigen Aufbau tatsächlich vorhandene drehbaren Achsen sind, jedoch solche sein könnten.
Die Kippachse verläuft zu einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bildsensors parallel (Option A) oder die Kippachse schließt mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des mindestens einen rechteckigen Bildsensors, insbesondere welche eine Bildsensorfläche des mindestens einen rechteckigen Bildsensors aufspannen, einen 45°-Winkel (Option B) ein. Bei Erfüllung der Bedingung der Option A rotiert das Gesichtsfeld im Objektraum nicht. Das Gesichtsfeld wird durch ein Kippen an der Kippachse nur in eine Richtung verschoben und/oder gespiegelt, nämlich oberhalb, oder unterhalb, oder zu einer Seite der Bildsensorfläche im Objektraum. Die Ecken des gewünschten Gesamt-Gesichtsfeldes im Objektraum lassen sich durch die Erfüllung der Option A nicht erreichen. Bei Erfüllung der Bedingung der Option B, wenn also die Spiegelachse bzw. die Kippachse in einem Winkel von 45° (Grad) zu mindestens einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bildsensors verläuft, erfolgt eine Rotation des Gesichtsfeldes im Objektraum um 90° (Grad). Zudem erfolgt wie bei Option A eine Verschiebung. Die Seiten des rotierten, insbesondere rechteckigen, Gesichtsfeldes verlaufen daher parallel zu den verschobenen Gesichtsfeldern oder dem verschobenen Gesichtsfeld gemäß Option A. Vorliegend wurde erkannt, dass wenn die Kippachse in einem anderen Winkel zu den Seiten des rechteckigen Bildsensors verläuft, Lücken oder Überlappungen in den Gesichtsfeldern entstehen.
Mit dem vorgeschlagenen Kamerasystem kann somit ein lückenloses Gesichtsfeld aufgenommen werden, d.h. der gesamte Bereich des Bildsensors kann benutzt werden, um die Abbildung aufzunehmen.
Bevorzugt verläuft die Kippachse parallel, insbesondere beabstandet, zu der Bildsensorfläche. Dadurch, dass die Kippachse einerseits zu einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bildsensors parallel (Option A erfüllt) oder in einem 45° Winkel zu dieser Seite des mindestens einen rechteckigen Bildsensors (Option B erfüllt) verläuft und andererseits parallel zur Bildsensorfläche verläuft, ist ein zweidimensionaler Kippwinkel im dreidimensionalem Raum definiert, welcher zu einem lückenlosen Gesichtsfeld mit einem Gesamtgesichtsfeld > 90° führt.
Der hierin beschriebene mindestens eine Bildsensor kann auch ein Detektor sein, welcher unterschiedliche elektromagnetische Wellenlängen detektieren kann. Mit dem vorgeschlagenen Kamerasystem kann ein Gesichtsfeld auf einem Bildsensor oder auf einer Anzahl an Bildsensoren abgebildet werden, wobei das resultierende Gesamtgesichtsfeld größer als oder gleich einem Raum einer Halbkugel ist und lückenlos ist. Mit dem vorgeschlagenen Kamerasystem können Lücken oder Überlappungen bei einem Zusammensetzen eines großen Gesichtsfeldes aus mehreren Teilgesichtsfeldern vermieden werden. Denn die vorgeschlagene Strahlumlenkanordnung erlaubt es, mittels der auf die Umlenkelemente einfallenden Lichtstrahlen oder elektromagnetischer Stahlen ein lückenloses Gesichtsfeld größer als 90° im dreidimensionalen Raum auf dem Bildsensor abzubilden bzw. aufzunehmen.
Das vorgeschlagene Kamerasystem kann ein Gesichtsfeld eines Halbraumes lückenlos und ohne Überlapp abdecken, ohne dass das Kamerasystem als solches in seiner Ausdehnung wächst. Ferner steigen auch die Kosten für die Herstellung eines solchen Kamerasystems nicht signifikant an. Denn das hierin beschriebene Kamerasystem adressiert ein Problem, das bei sehr spezifischen Anordnungen auftritt. Dabei geht es um ein Kamerasystem, das ein Gesamtgesichtsfeld in Teil-Gesichtsfelder segmentiert und jedes segmentierte Gesichtsfeld in einem optischen Kanal mit mindestens einem dem optischen Kanal zugehörigen Objektiv auf einem Bildsensor abbildet. Mit anderen Worten, zu jedem segmentierten Teil-Gesichtsfeld gehört ein eigener optischer Kanal mit mindestens einem eigenen Objektiv. Hierbei ist es denkbar, dass die Objektive auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Die Objektive können beispielsweise durch Glasprägen oder als auf Glas abgeformtes Polymer hergestellt sein. Die Objektive können daher als ein monolitisches Array ausgeführt sein. Elektromagnetische Strahlen, die durch ein Objektiv transmittiert werden, definieren einen optischen Kanal. Dies bedeutet, dass bevorzugt die Anzahl der Objektive die Anzahl der optischen Kanäle bestimmt. Auf dem mindestens einen Bildsensor des vorgeschlagenen Kamerasystems ist jedem optischen Kanal ein rechteckiger Bereich des mindestens einen Bildsensors zugeordnet. In jedem rechteckigen Bereich werden die elektromagnetischen Strahlen des zugehörigen optischen Kanals detektiert.
Vorteile des vorgeschlagenen Kamerasystems können im Einzelnen darin gesehen werden, dass es keinen Verlust der Sensorfläche gibt, da die Strahlumlenkungselementanordnung derart konfiguriert ist, dass die gesamte Sensorfläche genutzt werden kann, um einen möglichst großen Raumbereich abzudecken. Ferner kann das vorgeschlagenen Kamerasystem mit gleicher oder sogar geringeren Abmessungen als schon bekannte Kamerasysteme ausgebildet werden, was auch zu einem geringeren Gewicht und/oder zu geringeren Kosten zur Herstellung des Kamerasystems beiträgt.
Beispielsweise kann das vorgeschlagene Kamerasystem in Fahrzeugkameras eingesetzt werden. Weitere Beispielbereiche, in denen das vorgeschlagene Kamerasystem verwendet werden kann, sind Robotik, Machine Vision (mit anderen Worten: maschinelles Sehen mittels Industriekameras), Fernerkundung, Mobiltelefone, bei Videokonferenz-Systemen oder auch bei medizinischen Anwendungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

1a, b schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven und Bildsensoren zur Ausbildung optischer Kanäle auf Bildsensoren mit verschiedenen Blickrichtungen;
2a, b eine schematische Ansicht eines Kamerasystems und Darstellung des dazugehörigen resultierenden Gesichtsfeldes im Objektraum;
3a-h schematische Ansichten von Kamerasystemen (3a, c, e, g) und Darstellung des dazugehörigen resultierenden Gesichtsfeldes im Objektraum (3b, d, f, h);
4a-d schematische Ansichten von Kamerasystemen (4a, c) und Darstellung des dazugehörigen resultierenden Gesichtsfeldes im Objektraum (4b, d);
5a, b schematische Ansichten von resultierenden Gesichtsfeldern im Objektraum mit jeweils neun optischen Kanälen, wobei die optischen Kanäle in 5a keine Lücken und keine Überlappung und die optischen Kanäle in 5b Lücken und Überlappungen zeigen;
6a ein schematisches Kamerasystem, bei dem das Multiapertur-Objektiv zwischen der Strahl-Umlenkungselementanordnung und mindestens einem Bildsensor angeordnet ist;
6b ein schematisches Kamerasystem, bei dem die Strahl-Umlenkungselementanordnung zwischen dem Multiapertur-Objektiv und dem mindestens einen Bildsensor angeordnet ist; und
6c ein schematisches Kamerasystem, bei dem das Multiapertur-Objektiv beidseitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung umgeben ist.

Einzelne Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung sind nachfolgend in den 1a bis 6c beschrieben. In Zusammenschau der 1a bis 6c wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.
In den 1a bis 4d ist jeweils ein Koordinatensystem im Bildraum (x, y, z) oder im Objektraum (k₁, k₂) eingezeichnet, worauf hierin Bezug genommen wird, um das vorgeschlagene Kamerasystem in Bezug auf die eingezeichneten Achsen bzw. das jeweils resultierende Gesichtsfeld weiter zu spezifizieren. Bei den Koordinaten x, y, z, k₁ und k₂ handelt es sich jeweils um reelle Zahlen, wobei das (x,y,z) Koordinatensystem bevorzugt kartesische Koordinaten sind und das (k₁, k₂) Koordinatensystem Polarkoordinaten sind.
In 1a und 1b sind schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven 2 und Bildsensoren 40 zur Ausbildung optischer Kanäle 22 auf den Bildsensoren 40 mit verschiedenen Blickrichtungen 3 gezeigt. 1a zeigt beispielsweise einen rechteckigen Bildsensor 40 mit einem Objektiv 2, welches auf oder parallel beabstandet zu dem Bildsensor 40 angeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Blickrichtung 3 des Bildsensors 40 in 1a angedeutet. Ohne ein Strahlumlenkungselement 4 erstreckt sich die Blickrichtung 3 des Bildsensors 40, wie in 1a gezeigt, entlang einer Geradeaus-Richtung bzw. entlang einer z-Richtung, während sich der Bildsensor 40 entlang einer x-y Ebene erstreckt, wie dies durch ein eingezeichnetes Koordinatensystem definiert ist. Der Bildsensor 40 weist eine Bildsensorfläche 45 auf, welche ebenfalls rechteckig ausgebildet ist. Der Bildsensor 40 in 1a und 1b ist jeweils rechteckig mit zwei unterschiedlichen Seitenlängen 44a, 44b ausgebildet. Es ist ferner denkbar den Bildsensor 40 quadratisch auszubilden. Weichen Winkelbereich im Bildraum ein bestimmter optischer Kanal genau einnimmt, lässt sich ermitteln, indem man dessen rechteckigen Bereich auf dem Bildsensor 40 durch das Objektiv 2 und das Umlenkungselement 4 in den Objektraum zurückprojiziert. Das Gesichtsfeld 50, 52 hat seinerseits wieder im Objektraum die Form eines Rechtecks. Siehe 2 bis 4. Führt man dies für verschiedene Kippwinkel des Strahlumlenkungselementes 4 durch, so stellt man fest, dass dieses Rechteck unter bestimmten Umständen eine Drehung vollführt. Diese hängt jedoch vom Kippwinkel im dreidimensionalem Raum in mindestens einer Ebene ab. Mit anderen Worten, die Drehung oder Verschiebung des Rechteckes hängt von der Kippachse 5 ab, um die das Strahlumlenkungselement 4 in Bezug auf den Bildsensor 40 gekippt ist. Zwei optische Kanäle mit verschiedenen Blickrichtungen 3 haben daher zwei Gesichtsfelder 50, 52, die gegeneinander verdreht und/oder verschoben sind.
In 1b ist vor dem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 angeordnet. Das Strahlumlenkungselement 4 kann beispielsweise ein Spiegel 34 oder ein Prisma 32 sein. Es ist ferner denkbar, dass das Strahlumlenkungselement 4 eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 oder eine Kombination aus mehreren Spiegeln 34 und Prismen 32 ist.
In 1b weist das Strahlumlenkungselement 4 eine derartige Geometrie auf, dass das Strahlumlenkungselement 4 an einer der Bildsensorfläche 45 oder dem Objektiv 2 abgewandten Seite eine Strahlumlenkungselementfläche 46 aufweist, welche in einem Winkel α von dem Objektiv 2 hinfort erstreckt. Insbesondere kann sich die Strahlumlenkungselementfläche 46 in einem Winkel α > 0° oder α < 90° von dem Objektiv 2 hinfort erstrecken. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 erstreckt sich somit im dreidimensionalen Raum und weist variable (x, y, z)-Koordinaten ausgehend von einer Oberfläche des Objektivs 2 auf, wobei x, y und z reelle Zahlen sind. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 weist eine Kippachse 5 auf, welche - wie in 1b gezeigt ist - parallel zur x-Achse bei einem konstanten z-Wert und konstanten y-Wert verläuft, d.h. (x, y=konstant, z=konstant). Durch die Geometrie des Strahlumlenkungselements 4 bzw. durch die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 erfolgt eine Strahlumlenkung. Mit anderen Worten: der Bildsensor 40 gemäß 1b weist eine von der geradeaus Richtung abweichende Blickrichtung 3 auf, nämlich seitlich in y-Richtung. Der Bildsensor 40 gemäß 1b schaut sozusagen seitlich um die Ecke.
Die verschiedenen Kombinationen aus Bildsensor 40 und Objektiv 2 und gegebenenfalls Strahlumlenkungselement 4, wie in 1a und 1b gezeigt, bilden Bausteine des vorgeschlagenen Kamerasystems 100. Das Kamerasystem 100 umfasst mindestens einen rechteckigen Bildsensor 40, ein Multiapertur-Objektiv 20 zum Erzeugen einer optischen Abbildung, und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung 30, wie dies beispielsweise in den 2a, 3a, 3c, 3e, 3g und 4 a, und 4c zu sehen ist.
Die Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 umfasst eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen 4 zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen. Das Multiapertur-Objektiv 20 umfasst eine Anzahl an Objektiven 2. Das Multiapertur-Objektiv 20 und die Strahl-Umlenkungsanordnung 30 sind mit dem mindestens einen rechteckigen Bildsensor 40 gekoppelt, um eine Anordnung von optischen Kanälen 22 auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor 40 zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen. Ein optischer Kanal ist als eine Anordnung aus Objektiv 2 und ggf. Strahlumlenkungselement 4 definiert. Durch den optischen Kanal 22 fallen dann elektromagnetische Strahlen auf den Bildsensor 40. In jedem optische Kanal 22 fallen elektromagnetische Strahlen ein, welche dann auf dem mindestens einen Bildsensor 40 zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen. Die Anzahl an Strahlumlenkungselementen 4 ist derart zueinander und in Bezug auf den Bildsensor 40 angeordnet, dass jedes Strahlumlenkungselement 4 um eine Kippachse 5 gekippt ist, wobei die Kippachse 5 durch eine Strahlumlenkungselementfläche 46 verläuft und die Kippachse 5 mit einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bildsensors 40 parallel verläuft oder die Kippachse 5 mit mindestens einer Seite, insbesondere mit zwei Seiten, des mindestens einen rechteckigen Bildsensors 40, welche eine Bildsensorfläche 45 des mindestens einen rechteckigen Bildsensors 40 aufspannen, einen 45°-Winkel einschließt. Wie beispielsweise in den 2 bis 4 angedeutet ist, umfasst das Kamerasystem 100 eine Anzahl an Bildsensoren 40. Beispielsweise könnte jedes Objektiv 2 mit einem einzigen Bildsensor 40 ausgebildet sein. Es ist ferner denkbar, dass ein einziger Bildsensor vorgesehen ist oder dass ein Objektiv 2 auf einer Anzahl an Bildsensoren 40 angeordnet ist. Der mindestens eine Bildsensor 40 kann somit ein einziger Bildsensor 40 sein oder aus mehreren Bildsensoren 40 bestehen.
Bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu der Bildsensorfläche 45. Mit anderen Worten, die Kippachse nimmt einen konstanten Wert auf der z-Achse ein und erstreckt sich entweder entlang der x-Achse oder entlang der y-Achse parallel zu einer Seite 44 des mindestens einen Bildsensors 40 (siehe 3a und 3c) oder erstreckt sich in der x-y-Ebene, so dass die Kippachse 5 einen Winkel von 45° Grad mit einer Seitenlänge 44 des mindestens einen Bildsensors 40 einschließt (siehe 3e). In der 3b sind die Teilgesichtsfelder 50, 52 eingezeichnet, welche durch die in 3a gezeigten Objektive 2 mit und ohne Umlenkungselement 4 resultieren. Das Teilgesichtsfeld 50 ist in den entsprechenden Figuren jeweils das geradeaus schauende Objektiv 2 mit Bildsensor 40 und ohne Umlenkungselement 4. Das geradeaus blickende Teilgesichtsfeld 50 ist jeweils im Ursprung des Objektraumes (k₁, k₂) eingezeichnet.
Die Teilgesichtsfelder 52 resultieren von einem Objektiv 2 mit Bildsensor 40 und einem Umlenkungselement 4, welches in eine seitliche Richtung schaut, wie oben bereits beschrieben. Beispielsweise ist das Teilgesichtsfeld 52 aus 3b nach oben gespiegelt, also entlang einer k₂-Achse gespiegelt und entlang der k₁-Achse verschoben. Beispielsweise ist das Teilgesichtsfeld 52 aus 3d nach rechts zu Seite gespiegelt, also entlang einer k₁-Achse gespiegelt und entlang der k₂-Achse verschoben. Die Kippachsen 5 in 3a und 3c sind jeweils parallel verlaufend zu einer Seite des Bildsensors 40 angeordnet.
Das Teilgesichtsfeld aus 3f ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilgesichtsfeld in 3f nur an einer Ecke des geradeaus blickenden Teilgesichtsfeldes 50 anschließt. Die Kippachse 5 in 3e verläuft in einem 45° Winkel zu einer Seite des Bildsensors 40.
Das Teilgesichtsfeld aus 3h ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und nicht parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilgesichtsfeld in 3h zu Lücken 72 und/oder einer Überlappung 70 mit anderen Teilgesichtsfeldern 52 führt (vgl. 5b). Die Kippachse 5 in 3g verläuft nicht in einem 45° Winkel zu einer Seite des Bildsensors 40.
Bevorzugt umfasst der Bildsensor 40 eine rechteckige Bildsensorfläche 45, welche derart mit dem Multiapertur-Objektiv 20 und der Strahl-Umlenkungsanordnung 30 verbunden ist, dass elektromagnetische Strahlen, welche durch ein Umlenkungselement 4 in dem zugehörigen optischen Kanal 22 einfallen, auf einen rechteckigen Bereich der Bildsensorfläche 45 einfallen. Vorliegend fallen bevorzugt Lichtstrahlen auf das Multiapertur-Objektiv 20 ein. Es können aber auch elektromagnetische Strahlen des nicht sichtbaren Bereichs auf den Bildsensor 40 einfallen, welche ebenfalls detektierbar sein können. Mit Lichtstrahlen sind vorliegend daher elektromagnetische Strahlen jedes Wellenlängenbereiches gemeint. Jedem Strahlumlenkungselement 4 ist ein optischer Kanal 22 zugeordnet, durch welchen die Lichtstrahlen auf den Bildsensor 40, insbesondere auf einen rechteckigen Bereich des Bildsensors 40, einfallen.
Bevorzugt sind die Strahlumlenkungselemente 4 Spiegel 34 und/oder Prismen 32. Ein Strahlumlenkungselement 4 kann demnach ein Spiegel 34 sein, oder kann ein Prisma 32 sein, oder kann eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 sein. Solche Spiegel 34 und/oder Prismen 32 sind in den 2 bis 4 schematisch dargestellt.
Ein Bildsensor 40 oder ein Bereich eines Bildsensors 40, auf dem nur ein Objektiv angeordnet sein kann, kann eine geradeaus Blickrichtung 3 aufweisen, welche entlang der z-Achse verlaufen kann. Jedes Kamerasystem 100 kann mindestens einen Bildsensor 40 oder einen Bereich eines Bildsensors 40 aufweisen, auf dem nur ein Objektiv angeordnet ist. Es ist aber ebenfalls denkbar, dass das Kamerasystem 100 ein Strahlumlenkungselement 4 mit Geradeaus-Richtung aufweist, wie dieses weiter oben bereits beschrieben worden ist.
Bevorzugt weist der mindestens eine Bildsensor 40 eine Anzahl an rechteckigen Bereichen auf, wobei jeder rechteckige Bereich einem optischen Kanal 22 zugeordnet ist. Mit anderen Worten, jedem optischen Kanal 22 ist ein eigener rechteckiger Bildsensorbereich zugeordnet, auf dem die dem optischen Kanal zugeordneten elektromagnetischen Strahlen gesammelt oder detektiert werden können, um die optische Abbildung aufzunehmen.
Ein rechteckiger Bereich der Anzahl an rechteckigen Bereichen oder der mindestens eine Bildsensor 40 kann quadratisch ausgebildet sein (nicht dargestellt). Bevorzugt ist der Bildsensor 40 rechteckig mit zwei unterschiedlichen Seitenlängen 44a, 44b ausgebildet, wie dies beispielsweise in den 1a bis 1b gezeigt ist. In den 2a bis 4c ist der mindestens eine Bildsensor 40 aus mehreren rechteckigen Bildsensoren zu einem gesamten rechteckigen Bildsensor zusammengesetzt. Eine Umrandung der Bildsensorfläche 45, d.h. ob die Bildsensorfläche 45 quadratisch oder rechteckig ausgebildet ist, bestimmt eine resultierende Umrandung des Gesichtsfeldes im Objektraum.
Bevorzugt weisen zwei unterschiedliche rechteckige Bereiche der Anzahl an rechteckigen Bereichen unterschiedlichen Seitenlängen 44a und 44b auf. Die verschieden langen Seitenlängen 44a, 44b des Bildsensors 40 definieren unterschiedlich große rechteckige Bereiche der Bildsensorfläche, welche auch mit unterschiedlich großen Gesichtsfeldern im Objektraum verbunden ist. Hierdurch kann beispielsweise die Auflösung verbessert werden oder ein größerer Raum durch einen Bildsensor 40 mit Objektiv 2 abgebildet werden. Es ist denkbar, das Gesamtgesichtsfeld aus verschieden großen und unterschiedlich geformten Teilgesichtsfeldern zusammenzubauen, wobei die unterschiedlichen Teilgesichtsfelder auf Bildsensorflächen 45 mit unterschiedlichen Seitenlängen 44a, 44b zurückgehen können. Ein solches Vorgehen kann mit einer Platzeinsparung einhergehen. Denn zum Beispiel können für bestimmte Ablenkungswinkel die Spiegel ziemlich groß werden. Wenn man für die entsprechenden Teilgesichtsfelder den Spiegel beschneidet, wird ein kleineres Gesichtsfeld auf dem zugehörigen Objektiv 2 abgebildet. Der zugehörige Bereich auf dem Bildsensor kann dadurch für dieses Umlenkelement 4 kleiner werden. Jedoch bedeutet dies nicht, dass Bildinformationen hierdurch verloren gehen. Elektromagnetische Strahlen, die nicht durch ein beschnittenes Umlenkelement 4 transmittiert werden, können beispielsweise durch ein angrenzendes Umlenkelement 4 transmittiert werden, so dass in Summe die gesamte Bildinformation, d.h. alle elektromagnetischen Strahlen, durch das Kamerasystem eingefangen werden können. Es ist ferner denkbar, dass quadratische Bildsensoren 40 mit rechteckigen Bildsensoren 40 in einem Kamerasystem 100 kombiniert sind.
Bevorzugt weist jedes Strahlumlenkungselement 4 eine Strahlumlenkungselementfläche auf, welche die Form eines Parallelogramms oder eines Trapez oder eines Dreiecks oder eines Ovals oder eines Kreises oder eines Polygons aufweist. Es ist ferner denkbar, dass die Strahlumlenkungselementfläche einen asymmetrischen Umfang aufweist. Es ist denkbar, einen Spiegel oder ein Prisma in einer gewünschten Form, insbesondere aus Platzgründen, zuzuschneiden. Insbesondere muss ein Umlenkungselement 4 in einer Projektion auf die Bildsensorfläche 45 dieselbe nicht vollständig ausfüllen. Das Strahlumlenkungselement 4 kann auch Teil des optischen Systems des Objektivs sein, also optisch wirksam sein. Der optische Kanal 22 kann dann ein hybrides Abbildungssystem sein, das sowohl refraktive als auch reflektive Elemente enthält. Der Spiegel kann dabei beliebige Formen von reflektiven optischen Elementen aufweisen, beispielsweise parabolisch, hyperbolisch oder kugelförmig. Er kann außerdem auch eine andere rotationssymmetrische asphärische Form haben oder eine Freiform-Fläche aufweisen. Ferner kann ein Umlenkungselement 4 segmentiert ausgebildet sein, d.h. aus mehreren Flächen zusammengesetzt sein und gegebenenfalls Knicke aufweisen.
In 3 sind einige Stellungen der Strahlumlenkungselemente 4 und der resultierenden Gesichtsfelder 50, 52 im Objektraum gezeigt. Betrachtet man die Stellung eines Strahlumlenkungselementes 4 als Ergebnis einer Kippung des Strahlumlenkungselementes 4 um eine Kippachse 5, so stellt sich heraus, dass die Kippachse 5 für eine Rotation des Gesichtsfeldes 52 maßgeblich ist. Genauer gesagt ist ausschlaggebend, wie die Kippachse 5 im Verhältnis zu dem dem optischen Kanal 22 zugeordneten rechteckigen Bildsensor 40 oder rechteckigen Bildsensorbereich verläuft.
In den 3a und 3c ist die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 jeweils parallel zu einer der Seiten des Bildsensors 40. Das dazugehörige Teilgesichtsfeld 52 ist nach oben gespiegelt (3b) oder nach rechts gespiegelt (3d). Eine Verschiebung nach oben oder nach rechts kann durch einen zugehörigen Kippwinkel eingestellt werden.
In 3e schließt die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 einen Winkel von 45° zu den Seiten des Bildsensors 40 ein. Das resultierende Gesichtsfeld 52 ist um einer 45°-Achse gespiegelt. Mit anderen Worten, das Gesichtsfeld 52 ist nach links oben verschoben, was durch den Kippwinkel eingestellt werden kann (3f).
In 3g schließt die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 einen anderen Winkel als 45° zu den Seiten des Bildsensors 40 ein. Das resultierende Gesichtsfeld 52 ist um eine Achse gespiegelt, die von 45° abweicht, wodurch das Gesichtsfeld eine Drehung vollführt. Dies führt dazu, dass es mit anderen Gesichtsfeldern 52 zu Überlappungen 70 und Lücken 70 kommt (siehe auch 5b).
4a und 4c zeigen jeweils ein Kamerasystem mit vier optischen Kanälen 22 und 4b und 4d zeigen die dazugehörigen Gesichtsfelder 50, 52 im Objektraum. In 4a sind die Kippachsen 5 entweder parallel verlaufend oder schließen einen Winkel von 45° zu den Seiten des Bildsensors 40 ein. Es resultiert ein lückenloses Gesichtsfeld (4b).
In 4d sind die Kippachsen 5 entweder parallel verlaufend oder schließen keinen Winkel von 45° zu den Seiten des Bildsensors 40 ein. Es resultiert ein Gesichtsfeld mit Lücken 72 und Überlappungen 70(4b)
5a beispielsweise zeigt ein lückenloses Gesamtgesichtsfeld 54, welches aus einem geradeaus Gesichtsfeld 50 und acht umliegenden Teilgesichtsfeldern 52 zusammengesetzt ist. Um ein solches lückenloses Gesichtsfeld zu erzeugen, wurde beispielsweise ein Kamerasystem 100 wie in 4a gezeigt verwendet, welches beispielsweise um fünf weitere optische Kanäle 22 erweitert wurde. Die optischen Kanäle aus 5a sind beispielsweise in einer 3x3-Matrixstruktur angeordnet. Die optischen Kanäle können allgemein in einer m x n-Matrixstruktur angeordnet sein, wobei m und n natürliche zahlen sind.
5b zeigt ein Gesamtgesichtsfeld mit Lücken 72 und Überlappungen 72. Um ein solches Gesichtsfeld mit Lücken 72 und Überlappungen 70 zu erzeugen wurde, beispielsweise ein Kamerasystem 100 wie in 4c gezeigt verwendet, welches eine Kippachse 5 aufweist, welche weder parallel noch in einem 45° Winkel zu den Seiten 44 des Bildsensors 40 verläuft.
Bevorzugt weist mindestens ein Strahlumlenkungselement 4 eine metallische und/oder eine dielektrische Beschichtung 60, 62 auf. Insbesondere ist die metallische und/oder die dielektrische Beschichtung 60, 62 an einer Oberfläche 64, wie beispielsweise auf der Strahlumlenkungselementfläche, des Strahlumlenkungselements 4 aufgebracht, um zwei benachbarte optische Kanäle 22 voneinander zu trennen und/oder um Reflexionen in dem Strahlumlenkungselement 4 zu ermöglichen. Eintreffende elektromagnetische Strahlen oder Lichtstrahlen werden gemäß der Lehre von Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel innerhalb des Strahlumlenkungselements 4 an der metallischen Beschichtung 60 oder an der dielektrischen Beschichtung 62 reflektiert bzw. umgelenkt. Ferner sind auch Kamerasysteme 100 ohne Beschichtung denkbar. Diese können dann beispielsweise eine innere Totalreflexion ausnutzen, um die elektromagnetischen Strahlen umzulenken. Die Strahlumlenkungselemente 4 können dann ganz oder teilweise durch Prismen oder durch Spiegel und Prismen-Kombinationen gegeben sein.
Bevorzugt ist daher mindestens ein Strahlumlenkungselement 4 dazu ausgebildet, die Strahlumlenkung mittels innerer Totalreflexion umzusetzen.
Bevorzugt ist das Multiapertur-Objektiv 20 eine Objektiv-Anordnung, welche aus zwei oder mehreren Objektiven 2 gebildet ist. Die Objektive 2 der Objektiv-Anordnung sind dabei nebeneinander angeordnet, insbesondere ist jedem Objektiv 2 ein optischer Kanal 22 zugeordnet. Die Anzahl der optischen Kanäle ist gleich der Anzahl an Objektiven 2. Dabei können mehrere Objektive 2 ihre optischen Kanäle auf einem einzigen Bildsensor 40 abbilden. Es ist auch denkbar, dass jedes Objektiv 2 seinen optischen Kanal 22 auf einen dem Objektive zugeordneten Bildsensor 40 abbildet oder dass ein Objektiv seinen optischen Kanal 22 auf nebeneinander angeordnete Bildsensoren 40 abbildet.
Bevorzugt ist jedem Strahlumlenkungselement 4 ein Objektiv 2 zugeordnet, wobei nicht jedem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 zugeordnet ist, sodass die Anzahl der Strahlumlenkungselemente 4 kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven 2 ist. Mit anderen Worten, die Anzahl der nebeneinander angeordneten Strahlumlenkungselement 4 kann kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven 2 sein. Beispielsweise zeigen 2 bis 4 jeweils eine schematische Perspektive eines Auszuges eines Kamerasystems 100. 2 und 3 zeigen jeweils zwei Objektive 2, in einer 1x2 Matrixstruktur nebeneinander angeordnet, wobei nur ein einziges Strahlumlenkungselement 4 auf einem der zwei Objektive 2 angeordnet ist. Diese Anordnung in der Matrixstruktur gibt gleichzeitig eine mögliche Kanalzuordnung auf dem mindestens einen Bildsensor 40 oder auf einem Detektor wieder. In den 2 und 3 ist jeweils auch ein Teilgesichtsfeld 50 eingezeichnet, welches durch den optischen Kanal 22 des zugehörigen Objektivs 2 nach Detektion durch den mindestens einen Bildsensor 40 im Objektraum resultiert. In den 2 bis 4 ist jeweils ein Koordinatensystem im Objektraum eingezeichnet, wobei dieses Koordinatensystem die Achsen k₁ und k₂ hat. Das Objektiv 2 ohne Strahlumlenkungselement 4 blickt in einer geradeaus Richtung, also entlang einer optischen Achse (in z-Richtung) senkrecht zu einer Bildsensor-ebene 45, welche parallel zu einer x-y Ebene verläuft. Ein geradeauslaufender optischer Kanal 22 eines Objektives 2 bedarf keiner Ablenkung bzw. keiner Umlenkung eines Lichtstrahles. Das Objektiv 2 mit Strahlumlenkungselement 4 weist eine seitliche Blickrichtung auf. Mit anderen Worten: das Objektiv 2 kann mit Hilfe des Strahlumlenkungselements 4 in eine bestimmte seitliche Richtung schauen.
Das Teilgesichtsfeld 50 des geradeaus schauenden Objektivs 2 ist wie in den 3 und 4 jeweils beispielsweise im Ursprung des k₁-k₂-Koordinatensystems gezeigt. Das durch das jeweilige zugehörige Strahlumlenkungselement 4 verschobene und/oder gedrehte und/oder gespiegelte seitliche Teilgesichtsfeld 52 grenzt jeweils derart an das geradeaus Gesichtsfeld 50 an, dass in Summe ein lückenloses Gesamtgesichtsfeld 54 entstehen kann, wie dies beispielsweise in 5a gezeigt ist.
Bevorzugt ist die Objektiv-Anordnung monolithisch ausgebildet. Monolithisch bedeutet in diesem Zusammenhang aus einem Stück bestehend oder einteilig. Bevorzugt sind die Linsen 26 der Objektive 2 nebeneinander auf einem gemeinsamen Glas-Wafer (nicht dargestellt) angeordnet. Mit anderen Worten: die Linsen 24 sind bevorzugt in einer Ebene angeordnet. Der Glas-Wafer fungiert damit als ein Träger oder als ein Substrat, was mit Wafer-Level-Optik bezeichnet werden kann. Die Objektive können auch jeweils aus mehreren Linsen bestehen; dann beispielsweise besteht die Objektiv-Anordnung aus mehreren übereinander gestapelten Glas-Wafern.
Die 6a, 6b und 6c zeigen jeweils eine schematische Anordnung eines Kamerasystems. 6a zeigt ein Kamerasystem, bei dem das Multiapertur-Objektiv 20 zwischen der Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 und mindestens einem Bildsensor 40 angeordnet ist. Bevorzugt sind das Multiapertur-Objektiv 20 und die Strahl-Umlenkungsanordnung 30 derart zueinander angeordnet, dass sich das Multiapertur-Objektiv 20 zwischen der Strahl-Umlenkungsanordnung 30 und dem mindestens einen Bildsensor 40 befindet.
6b zeigt ein Kamerasystem 100, bei dem die Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 zwischen dem Multiapertur-Objektiv 20 und dem mindestens einen Bildsensor 40 angeordnet ist. 6c zeigt ein Kamerasystem 100, bei dem das Multiapertur-Objektiv 20 beidseitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 umgeben ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Kamerasystem somit zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 auf, wobei die zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 das Multiapertur-Objektiv 20 beidseitig umgeben und wobei eine der zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 an dem mindestens einen Bildsensor 40 angebracht ist.
Bevorzugt sind jedem Objektiv 2 des Multiapertur-Objektivs 20 mehrere Pixel des mindestens einen Bildsensors 40 zugeordnet. Mit anderen Worten, die in den 1 bis 4 gezeigten Objektive 2 sind jeweils mit einem Bildsensor 40 verbunden, so dass ein optischer Kanal 22 eines Objektives 24 auf eine Anzahl an Pixeln des Bildsensors 40 führt.
Die Objektive 2 der Multi-Objektiv-Anordnung 20 sind bevorzugt nebeneinander angeordnet. Gleichermaßen sind auch die Strahlumlenkungselemente 4 bevorzugt nebeneinander angeordnet, wie in 2 bis 4 gezeigt ist. Mit anderen Worten, sowohl die Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 als auch die Objektiv-Anordnung erstrecken sich jeweils übereinander bzw. hintereinander folgend entlang der z-Richtung. Dabei erstrecken sich die Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 und die Objektiv-Anordnung jeweils parallel zu einer x-y Ebene.
Bevorzugt weist das Kamerasystem 100 mehrere, insbesondere zwei, vier, sechs, neun oder fünfzehn, optische Kanäle 22 auf. Insbesondere gibt die Anzahl an Objektiven 2 die Anzahl an optischen Kanälen 22 vor. In der 4 sind beispielsweise vier optische Kanäle 22 zu sehen. Die optischen Kanäle sind bevorzugt in Matrix-Form angeordnet. In 4 sind vier Kanäle in 1×4-Matrixstruktur angeordnet. Entsprechend sind die Objektive 2 bzw. die Sensoren 40 in einer Matrixstruktur angeordnet.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Auf eine Darstellung der vorliegenden Erfindung in Form von Verfahrensschritten wird vorliegend aus Redundanzgründen abgesehen. Einige oder alle der Verfahrensschritte könnten durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn ein Fokussiermechanismus und/oder ein Bildsensor betrieben werden oder sogar miteinander interagieren.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das die vorgeschlagene Lehre ausführbare digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der hierin beschriebenen Lehre umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Lehre als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmal als Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, ein Verfahren zu dem hierin beschriebenen System durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens zu dem hierin beschriebenen System installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Merkmals in Form eines Verfahrens zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um das hierin beschriebene Verfahren durchzuführen. Allgemein wird das Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

2: Objektiv
3: Blickrichtung
4: Strahlumlenkungselement
5: Kippachse
20: Multiapertur-Objektiv
22: optischer Kanal
26: Linse
30: Strahlumlenkungs-Anordnung
32: Prisma
34: Spiegel
40: Bildsensor
44a: Seitenlänge
44b: Seitenlänge
45: Bildsensorfläche
46: Strahlumlenkungselementfläche
50: geradeaus Gesichtsfeld
52: seitliches Gesichtsfeld
54: Gesamtgesichtsfeld
60: metallische Beschichtung
62: dielektrische Beschichtung
64: Oberfläche
70: Überlappung
72: Lücke
100: Kamerasystem

Claims

Kamerasystem (100), welches umfasst: mindestens einen rechteckigen Bildsensor (40), ein Multiapertur-Objektiv (20) zum Erzeugen einer optischen Abbildung, und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung (30), welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen umfasst, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) und die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) mit dem mindestens einen rechteckigen Bildsensor (40) gekoppelt sind, um eine Anordnung von optischen Kanälen auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor (40) zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen, wobei die Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) derart zueinander und in Bezug auf den mindestens einen Bildsensor (40) angeordnet sind, dass jedes Strahlumlenkungselement (4) um eine Kippachse (5) gekippt ist, wobei die Kippachse (5) durch eine Strahlumlenkungselementfläche verläuft und die Kippachse (5) mit einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bildsensors (40) parallel verläuft oder die Kippachse (5) mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des mindestens einen rechteckigen Bildsensors (40) einen 45°-Winkel einschließt.
Kamerasystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Kippachse (5) parallel, insbesondere beabstandet, zu der Bildsensorfläche (45) verläuft.
Kamerasystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bildsensor (40) eine rechteckige Bildsensorfläche (45) aufweist, welche derart mit dem Multiapertur-Objektiv (20) und der Strahl-Umlenkungsanordnung (30) verbunden ist, dass Lichtstrahlen, welche durch ein Umlenkungselement (4) in dem zugehörigen optischen Kanal (22) einfallen, auf einen rechteckigen Bereich der Bildsensorfläche (45) einfallen.
Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strahlumlenkungselemente (4) Spiegel (34) und/oder Prismen (32) sind.
Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine Bildsensor (40) eine Anzahl an rechteckigen Bereichen aufweist, wobei jeder rechteckige Bereich einem optischen Kanal (22) zugeordnet ist.
Kamerasystem (100) nach Anspruch 5, wobei zwei unterschiedliche rechteckige Bereiche der Anzahl an rechteckigen Bereichen unterschiedlichen Seitenlängen (44a, 44b) aufweisen.
Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Strahlumlenkungselement (4) eine Strahlumlenkungselementfläche (46) aufweist, welche die Form eines Parallelogramms oder eines Trapez oder eines Dreiecks oder eines Ovals oder eines Kreises oder eines Polygons aufweist.
Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens ein Strahlumlenkungselement (4) eine metallische und/oder eine dielektrische Beschichtung (60, 62) aufweist. Insbesondere ist die metallische und/oder eine dielektrische Beschichtung (60, 62) an einer Oberfläche (64) des Strahlumlenkungselements (4) aufgebracht, um zwei benachbarte optische Kanäle (22) voneinander zu trennen und/oder um Reflexionen in dem Strahlumlenkungselement (4) zu ermöglichen.
Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein Strahlumlenkungselement (4) dazu ausgebildet ist, die Strahlumlenkung mittels innerer Totalreflexion umzusetzen.
Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) eine Objektiv-Anordnung ist, welche aus zwei oder mehreren Objektiven (2) gebildet ist, wobei die Objektive (2) in der Objektiv-Anordnung nebeneinander angeordnet sind, insbesondere ist jedem Objektiv (2) ein optischer Kanal (22) zugeordnet.
Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei jedem Strahlumlenkungselement (4) ein Objektiv (2) zugeordnet ist, wobei nicht jedem Objektiv (2) ein Strahlumlenkungselement (4) zugeordnet ist, sodass die Anzahl der Strahlumlenkungselemente (4) kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven (2) ist.
Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 10 oder 11, wobei die Objektiv-Anordnung monolithisch ausgebildet ist oder wobei Linsen (26) der Objektive (2) nebeneinander auf einem gemeinsamen Glas-Wafer angeordnet sind.
Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) und die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) derart zueinander angeordnet sind, dass sich das Multiapertur-Objektiv (20) zwischen der Strahl-Umlenkungsanordnung (30) und dem mindestens einen Bildsensor (40) befindet.
Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) derart an dem Multiapertur-Objektiv (20) angeordnet ist, dass sich die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) zwischen dem Multiapertur-Objektiv (20) und dem mindestens einen Bildsensor (40) befindet.
Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen (30) aufweist, wobei die zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen (30) das Multiapertur-Objektiv (20) beidseitig umgeben, wobei eine der zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen (30) an dem mindestens einen Bildsensor (40) angebracht ist.
Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedem Objektiv (24) des Multiapertur-Objektivs (20) mehrere Pixel des mindestens einen Bildsensors (40) zugeordnet sind.
Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kamerasystem (100) mehrere, insbesondere vier, sechs, neun oder fünfzehn, optische Kanäle aufweist.