EP4309357A1 - Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung - Google Patents

Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung

Info

Publication number
EP4309357A1
EP4309357A1 EP22713680.1A EP22713680A EP4309357A1 EP 4309357 A1 EP4309357 A1 EP 4309357A1 EP 22713680 A EP22713680 A EP 22713680A EP 4309357 A1 EP4309357 A1 EP 4309357A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image sensor
beam deflection
camera system
deflection element
lens
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.)
Pending
Application number
EP22713680.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert BRÜNING
Christin GASSNER
Britta Satzer
Alexander Oberdörster
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 Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung 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 Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4309357A1 publication Critical patent/EP4309357A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/006—Systems in which light light is reflected on a plurality of parallel surfaces, e.g. louvre mirrors, total internal reflection [TIR] lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0808—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more diffracting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/17—Bodies with reflectors arranged in beam forming the photographic image, e.g. for reducing dimensions of camera
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/04—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/45—Cameras 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/58—Means for changing the camera field of view without moving the camera body, e.g. nutating or panning of optics or image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms

Definitions

  • the present invention relates to a camera system for generating a gapless optical image.
  • a sharp, bright and low-distortion image of large fields of view can be generated by segmenting the field of view.
  • Beam deflection is required for very large fields of view (> approx. 150°).
  • a beam deflection takes place in three-dimensional space in at least one plane. In general, this means that the partial fields of view cannot be joined together without a major overlap when they are combined to form a single field of view. Rather, the individual partial fields of view are rotated relative to one another, which leads to overlaps and/or gaps when they are put together.
  • Gaps For example, correspond to unused zones on the image sensor. This is undesirable for economic reasons.
  • One object of the present invention is to provide a camera system for generating an optical image, the camera system being of compact and simple construction.
  • the core idea of the present invention is to avoid gaps in the field of view or unused areas on an image sensor used. Because it was recognized that there is an optimal arrangement of the imaging elements in relation to the image sensor or in relation to several image sensors and in relation to each other, in which the partial fields of view ideally connect to one another and complement each other to form a large overall field of view without significant overlap . In order to avoid gaps in the field of view or unused areas on an image sensor used, it was recognized that all mirror axes, which are also referred to herein as tilt axes, should be selected in such a way that they run parallel to an edge of an image sensor surface. It is also advantageous if the tilting axes are spaced parallel to an image sensor surface of the at least one image sensor.
  • the proposed camera system comprises at least one rectangular image sensor, a multi-aperture lens for generating an optical image and a beam deflection element arrangement.
  • the beam deflection element arrangement has a number of beam deflection elements for deflecting incident light beams.
  • the beam deflection elements can be provided by mirrors and/or prisms. In other words: a beam deflection element can be a mirror or a prism or a combination of mirror and prism.
  • the multi-aperture lens and the beam steering assembly are coupled to the at least one rectangular image sensor to form an array of optical channels incident on the at least one image sensor for capturing the optical image.
  • two optical channels have different viewing directions and therefore two fields of view that are rotated and/or shifted in relation to one another, with one partial field of view of the partial fields of view being viewed through a lens without a deflection element and another partial field of view of the partial fields of view looking in a lateral viewing direction , resulting from a lens and a deflection element with an image sensor.
  • a single image sensor or a plurality of image sensors can be provided in the proposed camera system.
  • the image sensors are of rectangular design, in which case rectangular can also mean square.
  • the side lengths of two image sensors can be of different lengths.
  • the number of beam deflection elements is arranged relative to one another and in relation to the at least one image sensor in such a way that each beam deflection element is tilted about a tilting axis.
  • a tilt axis can be understood as a mirror axis, which is characterized in that light beams incident on a beam deflection element are deflected into a specific optical channel, so that the light beams impinge on a predetermined, in particular rectangular, area of an image sensor surface of the at least one image sensor.
  • the tilting axis runs through a beam deflection element surface, ie through a plane of the beam deflection element.
  • the tilting axis preferably runs on an outer surface of the beam deflection element.
  • a beam deflection element has outer surfaces, with at least one of these, in particular flat, surfaces forming the beam deflection element surface. It is also conceivable to place another surface of the beam deflection element in such a way that this other surface then defines the surface of the beam deflection element. It is also conceivable that such a placement is made possible by a user. It is also conceivable that the tilt axis is actually an axis around which the mirror can be rotated in order to choose the deflection. At this point it should be pointed out that the tilting axes, as used here in the present application, are only a conceptual aid for understanding or for the construction, and are not necessarily actually rotatable axes in the finished structure, but are such could.
  • the tilting axis runs parallel to one side of the at least one rectangular image sensor (option A) or the tilting axis closes with at least one side of two sides of the at least one rectangular image sensor, in particular which span an image sensor surface of the at least one rectangular image sensor, a 45 ° angle (option B). If the condition of option A is met, the field of view does not rotate in object space. The field of view is only shifted and/or mirrored in one direction by tilting on the tilting axis, namely above, or below, or to one side of the image sensor surface in the object space. The corners of the desired overall field of view in the object space cannot be reached by fulfilling option A. If the condition of option B is met, i.e.
  • the field of view rotates by 90 ° (degrees) in the object space.
  • the sides of the rotated, in particular rectangular, field of view therefore run parallel to the shifted fields of view or the shifted field of view according to option A.
  • the tilt axis runs at a different angle to the sides of the rectangular image sensor, gaps or Overlaps in the fields of vision arise.
  • a complete field of view can thus be recorded with the proposed camera system, ie the entire area of the image sensor can be used to record the image.
  • the tilting axis preferably runs parallel to, in particular at a distance from, the image sensor surface. Because the tilting axis runs parallel to one side of the at least one rectangular image sensor (option A fulfilled) or at a 45° angle to this side of the at least one rectangular image sensor (option B fulfilled) and on the other hand runs parallel to the image sensor surface a two-dimensional tilt angle is defined in three-dimensional space, which leads to a gapless field of view with a total field of view > 90°.
  • a camera system which comprises: at least one rectangular image sensor, a multi-aperture lens for generating an optical image, and a beam deflection element arrangement which comprises a number of beam deflection elements for deflecting incident light beams, the multi-aperture lens and the beam-steering arrangement is coupled to the at least one rectangular image sensor to form an array of optical channels which are incident on the at least one image sensor for recording the optical image, the number of beam-steering elements being such with respect to one another and in relation to the at least an image sensor are arranged such that each beam deflection element is tilted about a tilting axis, the tilting axis running through a beam deflecting element surface and the tilting axis running parallel to one side of the at least one rectangular image sensor or the tilting axis running parallel at least one side of two sides of the at least one rectangular image sensor encloses a 45 angle, having two beam deflection arrangements, the two beam deflection arrangements surrounding the multi-aper
  • the at least one image sensor described herein can also be a detector which can detect different electromagnetic wavelengths.
  • a field of view can be imaged on an image sensor or on a number of image sensors, with the resulting total field of view being greater than or equal to a space in a hemisphere and without gaps.
  • gaps or overlaps can be eliminated when assembling a large field of view made up of several partial fields of view can be avoided. This is because the proposed beam deflection arrangement makes it possible to image or record an uninterrupted field of view greater than 90° in three-dimensional space on the image sensor by means of the light beams or electromagnetic beams incident on the deflection elements.
  • the proposed camera system can cover a field of view of a half-space without gaps and without overlapping, without the camera system as such increasing in size. Furthermore, the costs for producing such a camera system do not increase significantly either. This is because the camera system described herein addresses a problem that occurs in very specific arrangements. This involves a camera system that segments an overall field of view into partial fields of view and images each segmented field of view in an optical channel with at least one lens associated with the optical channel on an image sensor. In other words, each segmented partial field of view has its own optical channel with at least one objective. It is conceivable here for the lenses to be arranged on a common substrate. The lenses can be made, for example, by glass stamping or as a polymer molded onto glass.
  • the lenses can therefore be designed as a monolithic array. Electromagnetic rays transmitted through a lens define an optical channel. This means that the number of lenses preferably determines the number of optical channels. A rectangular area of the at least one image sensor is assigned to each optical channel on the at least one image sensor of the proposed camera system. The electromagnetic beams of the associated optical channel are detected in each rectangular area.
  • the advantages of the proposed camera system can be seen specifically in the fact that there is no loss of sensor area since the beam deflection element arrangement is configured in such a way that the entire sensor area can be used in order to cover as large a spatial area as possible. Furthermore, the proposed camera system can have the same or even smaller dimensions than those already known Camera systems are formed, which also contributes to a lower weight and / or lower costs for the production of the camera system.
  • the proposed camera system can be used in vehicle cameras.
  • Other example areas in which the proposed camera system can be used are robotics, machine vision (in other words: machine vision using industrial cameras), remote sensing, mobile phones, in video conference systems or even in medical applications.
  • Advantageous refinements of the present invention are the subject matter of the dependent patent claims. Preferred exemplary embodiments of the present invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawings. Shown are: Fig. 1a, b schematic views of various examples of lenses and
  • Image sensors for forming optical channels on image sensors with different viewing directions
  • 2a, b shows a schematic view of a camera system and representation of the associated resulting visual field in the object space
  • FIGS. 3a-h schematic views of camera systems (FIGS. 3a, c, e, g) and depiction of the associated resulting visual field in the object space (FIGS. 3b, d, f, h);
  • FIG. 4a-d schematic views of camera systems (FIGS. 4a, c) and depiction of the associated resulting visual field in the object space (FIGS. 4b, d);
  • 5a,b show schematic views of resulting fields of view in the object space, each with nine optical channels, the optical channels in FIG. 5a showing no gaps and no overlap and the optical channels in FIG. 5b showing gaps and overlaps;
  • 6a shows a schematic camera system in which the multi-aperture objective is arranged between the beam deflection element arrangement and at least one image sensor;
  • 6b shows a schematic camera system in which the beam deflection element arrangement is arranged between the multi-aperture objective and the at least one image sensor;
  • 6c shows a schematic camera system in which the multi-aperture objective is surrounded on both sides by a beam deflection element arrangement.
  • FIGS. 1a to 6c Individual aspects of the invention described herein are illustrated below in Figs. 1a to 6c described. The principle of the present invention is illustrated by looking at FIGS. 1a to 6c together.
  • the same reference symbols relate to elements that are the same or have the same effect, with not all reference symbols being repeated in all drawings, insofar as they are repeated.
  • a coordinate system in image space (x, y, z) or in object space (k 1 , k 2 ) is drawn in, to which reference is made here in order to describe the proposed camera system in relation to the axes or to further specify the resulting visual field.
  • the coordinates x, y, z, k 1 and k 2 are each real numbers, with the (x, y, z) coordinate system preferably being Cartesian coordinates and the (k 1 , k 2 ) coordinate system being polar coordinates.
  • Figs. 1a and 1b are schematic views of different examples of lenses 2 and image sensors 40 for the formation of optical channels 22 on the image sensors 40 with different viewing directions 3 are shown.
  • FIG. 1a shows, for example, a rectangular image sensor 40 with a lens 2, which is arranged on or parallel to the image sensor 40 at a distance.
  • Reference number 3 indicates a viewing direction 3 of image sensor 40 in FIG. 1a. Without a beam deflection element 4, the line of sight 3 of the image sensor 40 extends, as shown in FIG is defined.
  • the image sensor 40 has an image sensor surface 45 which is also rectangular.
  • the image sensor 40 in Figs. 1a and 1b is each rectangular with two different side lengths 44a, 44b. It is also conceivable for the image sensor 40 to be square to train. Which angular range in the image space a specific optical channel occupies can be determined by back-projecting its rectangular range on the image sensor 40 through the lens 2 and the deflection element 4 into the object space.
  • the visual field 50, 52 in turn has the shape of a rectangle in the object space. See figs. 2 to 4. If this is carried out for different tilt angles of the beam deflection element 4, then it is found that this rectangle rotates under certain circumstances. However, this depends on the tilt angle in three-dimensional space in at least one plane. In other words, the rotation or displacement of the rectangle depends on the tilting axis 5 about which the beam deflection element 4 is tilted in relation to the image sensor 40 . Two optical channels with different viewing directions 3 therefore have two fields of view 50, 52 which are rotated and/or shifted in relation to one another.
  • a beam deflection element 4 is arranged in front of the lens 2 in FIG. 1b.
  • the beam deflection element 4 can be a mirror 34 or a prism 32, for example. It is also conceivable that the beam deflection element 4 is a combination of a mirror 34 and a prism 32 or a combination of a plurality of mirrors 34 and prisms 32 .
  • the beam deflection element 4 has such a geometry that the beam deflection element 4 has a beam deflection element surface 46 on a side facing away from the image sensor surface 45 or the objective 2, which extends away from the objective 2 at an angle ⁇ .
  • the beam deflection element surface 46 can extend away from the lens 2 at an angle ⁇ >0° or ⁇ 90°.
  • the beam deflection element surface 46 thus extends in three-dimensional space and has variable (x, y, z) coordinates starting from a surface of the objective 2, where x, y and z are real numbers.
  • the beam deflection element surface 46 has a tilting axis 5 which—as shown in FIG.
  • the image sensor 40 according to FIG. 1b has a viewing direction 3 that deviates from the straight-ahead direction, namely laterally in the y-direction.
  • the image sensor 40 according to FIG. 1b looks sideways around the corner, so to speak.
  • the camera system 100 comprises at least one rectangular image sensor 40, a multi-aperture lens 20 for generating a optical imaging, and a beam-deflecting element arrangement 30, such as that shown in Figs. 2a, 3a, 3c, 3e, 3g and 4a, and 4c can be seen.
  • the beam deflection element arrangement 30 comprises a number of beam deflection elements 4 for deflecting incident light beams.
  • the multi-aperture lens 20 comprises a number of lenses 2.
  • the multi-aperture lens 20 and the beam deflection arrangement 30 are coupled to the at least one rectangular image sensor 40 in order to form an arrangement of optical channels 22 which incident on the at least one image sensor 40 for recording the optical image.
  • An optical channel is defined as an arrangement of lens 2 and optionally beam deflection element 4 .
  • Electromagnetic rays are then incident on the image sensor 40 through the optical channel 22. Electromagnetic rays are incident in each optical channel 22 and are then incident on the at least one image sensor 40 for recording the optical image.
  • the number of beam deflection elements 4 is arranged in relation to one another and in relation to the image sensor 40 in such a way that each beam deflection element 4 is tilted about a tilting axis 5, with the tilting axis 5 running through a beam deflecting element surface 46 and the tilting axis 5 with one side of the at least one rectangular Image sensor 40 runs parallel or the tilting axis 5 encloses a 45° angle with at least one side, in particular with two sides, of the at least one rectangular image sensor 40, which span an image sensor surface 45 of the at least one rectangular image sensor 40.
  • the camera system 100 includes a number of image sensors 40.
  • each lens 2 could be designed with a single image sensor 40. It is also conceivable that a single image sensor is provided or that a lens 2 is arranged on a number of image sensors 40 .
  • the at least one image sensor 40 can thus be a single image sensor 40 or consist of a plurality of image sensors 40.
  • the tilting axis 5 preferably runs parallel to, in particular at a distance from, the image sensor surface 45.
  • the tilting axis assumes a constant value on the z-axis and extends either along the x-axis or along the y-axis pa parallel to a side 44 of the at least one image sensor 40 (see FIGS. 3a and 3c) or extends in the xy plane, so that the tilting axis 5 has an angle of 45° a side length 44 of the at least one image sensor 40 (see FIG. 3e).
  • the partial fields of view 50, 52 are drawn in in FIG. 3b, which result from the lenses 2 shown in FIG. 3a with and without deflection element 4. In the corresponding figures, partial field of view 50 is lens 2 looking straight ahead with image sensor 40 and without deflection element 4 .
  • the partial fields of view 52 result from a lens 2 with an image sensor 40 and a deflection element 4 which looks in a lateral direction, as already described above.
  • the partial field of view 52 from FIG. 3b is mirrored upwards, that is to say mirrored along a k 2 axis and shifted along the k 1 axis.
  • the partial field of view 52 from FIG. 3d is mirrored to the right side, ie mirrored along a k 1 axis and shifted along the k 2 axis.
  • the tilting axes 5 in FIGS. 3a and 3c are each arranged running parallel to one side of the image sensor 40.
  • the partial field of view from FIG. 3f is, for example, rotated, mirrored and shifted parallel to the axes in the object space, so that the partial field of view in FIG. 3f only adjoins at one corner of the partial field of view 50 looking straight ahead.
  • the tilting axis 5 in Fig. 3e runs at a 45° angle to one side of the image sensor 40.
  • the partial field of view from Fig. 3h is, for example, rotated, mirrored and not shifted parallel to the axes in the object space, so that the partial field of view in Fig. 3h leads to gaps 72 and/or an overlap 70 with other partial fields of view 52 (cf. Fig. 5b).
  • the tilting axis 5 in Fig. 3g does not run at a 45° angle to one side of the
  • the image sensor 40 preferably comprises a rectangular image sensor surface 45, which is connected to the multi-aperture lens 20 and the beam deflection arrangement 30 in such a way that electromagnetic beams which are incident through a deflection element 4 in the associated optical channel 22 fall on a rectangular area of the image sensor surface 45 are incident.
  • light beams are preferably incident on the multi-aperture objective 20 .
  • electromagnetic rays from the non-visible range can also impinge on the image sensor 40, which can also be detectable.
  • light rays therefore mean electromagnetic rays of any wavelength range.
  • Each beam deflection element 4 is assigned an optical channel 22 through which the light beams impinge on the image sensor 40, in particular on a rectangular area of the image sensor 40.
  • the beam deflection elements 4 are preferably mirrors 34 and/or prisms 32.
  • a beam deflection element 4 can therefore be a mirror 34, or can be a prism 32, or can be a combination of mirror 34 and prism 32.
  • Such mirrors 34 and/or prisms 32 are shown in Figs. 2 to 4 shown schematically.
  • An image sensor 40 or a region of an image sensor 40 on which only one lens can be arranged can have a straight-ahead viewing direction 3, which can run along the z-axis.
  • Each camera system 100 can have at least one image sensor 40 or a region of an image sensor 40 on which only one lens is arranged.
  • the camera system 100 it is also conceivable for the camera system 100 to have a beam deflection element 4 with a straight-ahead direction, as has already been described further above.
  • the at least one image sensor 40 preferably has a number of rectangular areas, with each rectangular area being assigned to an optical channel 22 .
  • each optical channel 22 is assigned its own rectangular image sensor area, on which the electromagnetic rays assigned to the optical channel can be collected or detected in order to record the optical image.
  • a rectangular area of the number of rectangular areas or the at least one image sensor 40 can be square (not shown).
  • Image sensor 40 is preferably rectangular with two different side lengths 44a, 44b, as is shown, for example, in FIGS. 1a to 1b.
  • the at least one image sensor 40 is composed of a plurality of rectangular image sensors to form an overall rectangular image sensor.
  • a border of the image sensor surface 45 i.e. whether the image sensor surface 45 is square or rectangular, determines a resulting border of the visual field in the object space.
  • Two different rectangular areas of the number of rectangular areas preferably have different side lengths 44a and 44b.
  • the side lengths 44a, 44b of the image sensor 40 of different lengths define rectangular areas of the image sensor surface of different sizes, which are also associated with fields of view of different sizes in the object space. In this way, for example, the resolution can be improved or a larger space can be imaged by an image sensor 40 with lens 2 . It is conceivable to assemble the overall field of view from partial fields of view of different sizes and shapes, with the different partial fields of view being able to go back to image sensor surfaces 45 with different side lengths 44a, 44b. Such a procedure can be accompanied by space savings. Because, for example, the mirrors can become quite large for certain deflection angles.
  • Electromagnetic rays that are not transmitted through a trimmed deflection element 4 can be transmitted, for example, through an adjacent deflection element 4, so that all in all, the entire image information, ie all electromagnetic rays, can be captured by the camera system . It is also conceivable for square image sensors 40 to be combined with rectangular image sensors 40 in a camera system 100 .
  • Each beam deflection element 4 preferably has a beam deflection element surface which has the shape of a parallelogram or a trapezoid or a triangle or an oval or a circle or a polygon. It is also conceivable that the beam deflection element surface has an asymmetrical circumference. It is conceivable to cut a mirror or a prism in a desired shape, in particular for reasons of space. In particular, a deflection element 4 in a projection onto the image sensor surface 45 does not have to fill the same completely.
  • the beam deflection element 4 can also be part of the optical system of the lens, ie it can be optically effective.
  • the optical channel 22 can then be a hybrid imaging system that contains both refractive and reflective elements.
  • the mirror can have any shape of reflective optical elements, for example parabolic, hyperbolic or spherical. In addition, it can also have another rotationally symmetrical, aspherical shape or have a free-form surface. Furthermore, a deflection element 4 can be segmented, i.e. composed of several surfaces and possibly have kinks.
  • FIG. 3 shows some positions of the beam deflection elements 4 and the resulting fields of view 50, 52 in the object space.
  • the tilting axis 5 of the beam deflection element 4 is parallel to one of the sides of the image sensor 40.
  • the associated partial visual field 52 is mirrored upwards (FIG. 3b) or mirrored to the right (FIG. 3d). A shift up or to the right can be set by an associated tilt angle.
  • the tilting axis 5 of the beam deflection element 4 encloses an angle of 45° to the sides of the image sensor 40.
  • the resulting field of view 52 is mirrored about a 45° axis. In other words, the field of view 52 is shifted to the top left, which can be adjusted by the tilt angle (FIG. 3f).
  • the tilting axis 5 of the beam deflection element 4 encloses an angle other than 45° to the sides of the image sensor 40.
  • the resulting field of view 52 is mirrored about an axis other than 45°, causing the field of view to rotate. This leads to overlaps 70 and gaps 70 with other fields of view 52 (see also FIG. 5b).
  • figs 4a and 4c each show a camera system with four optical channels 22 and Figs. 4b and 4d show the associated fields of view 50, 52 in object space.
  • the tilting axes 5 either run parallel or enclose an angle of 45° to the sides of the image sensor 40 .
  • the result is an uninterrupted field of view (FIG. 4b).
  • the tilting axes 5 either run parallel or do not enclose an angle of 45° to the sides of the image sensor 40.
  • FIG. The result is a field of view with gaps 72 and overlaps 70 (FIG. 4b)
  • FIG. 5a shows a complete field of view 54 without gaps, which is composed of a field of view 50 straight ahead and eight partial fields of view 52 surrounding it.
  • a camera system 100 as shown in FIG. tere optical channels 22 has been expanded.
  • the optical channels from FIG. 5a are arranged, for example, in a 3 ⁇ 3 matrix structure.
  • the optical channels may generally be arranged in an mxn matrix structure, where m and n are natural numbers.
  • 5b shows an overall field of view with gaps 72 and overlaps 72.
  • a camera system 100 as shown in FIG is neither parallel nor at a 45° angle to the sides 44 of the image sensor 40 .
  • At least one beam deflection element 4 preferably has a metallic and/or a dielectric coating 60, 62.
  • the metallic and/or the dielectric coating 60, 62 is applied to a surface 64, such as on the beam deflection element surface, of the beam deflection element 4 in order to separate two adjacent optical channels 22 from one another and/or to enable reflections in the beam deflection element 4.
  • Incoming electromagnetic beams or light beams are reflected or deflected within the beam deflection element 4 on the metallic coating 60 or on the dielectric coating 62 according to the doctrine of the angle of incidence equaling the angle of emergence.
  • camera systems 100 without a coating are also conceivable. These can then use total internal reflection, for example, to deflect the electromagnetic radiation.
  • the beam deflection elements 4 can then be provided entirely or partially by prisms or by combinations of mirrors and prisms.
  • At least one beam deflection element 4 is therefore preferably designed to implement the beam deflection by means of total internal reflection.
  • the multi-aperture lens 20 is preferably a lens arrangement which is formed from two or more lenses 2 .
  • the lenses 2 of the lens arrangement are arranged side by side, in particular each lens 2 is assigned an optical channel 22 .
  • the number of optical channels is equal to the number of lenses 2.
  • a number of lenses 2 can image their optical channels on a single image sensor 40. It is also conceivable for each lens 2 to image its optical channel 22 onto an image sensor 40 assigned to the lens, or for a lens to image its optical channel 22 onto image sensors 40 arranged next to one another.
  • a lens 2 is preferably assigned to each beam deflection element 4 , with a beam deflection element 4 not being assigned to each lens 2 , so that the number of beam deflection elements 4 is less than or equal to the number of lenses 2 .
  • the number of beam deflection elements 4 arranged next to one another can be less than or equal to the number of lenses 2 .
  • Figs. 2 to 4 each show a schematic perspective of an excerpt of a camera system 100.
  • FIGS. At the same time, this arrangement in the matrix structure reflects a possible channel assignment on the at least one image sensor 40 or on a detector.
  • a partial visual field 50 is also shown in each of FIGS. 2 and 3, which results through the optical channel 22 of the associated lens 2 after detection by the at least one image sensor 40 in the object space.
  • the figs. 2 to 4 each have a coordinate system in the object space, this coordinate system having the axes k 1 and k 2 .
  • the lens 2 without a beam deflection element 4 looks in a straight-ahead direction, that is to say along an optical axis (in the z-direction) perpendicular to an image sensor plane 45 which runs parallel to an xy plane.
  • a straight optical channel 22 of a lens 2 does not require any deflection or deflection of a light beam.
  • the lens 2 with the beam deflection element 4 has a lateral viewing direction. In other words: the lens 2 can look in a specific lateral direction with the aid of the beam deflection element 4 .
  • the partial field of view 50 of the objective 2 looking straight ahead is shown in FIGS. 3 and 4, for example, at the origin of the k 1 -k 2 coordinate system.
  • the lateral partial field of view 52 that is shifted and/or rotated and/or mirrored by the respective associated beam deflection element 4 adjoins the straight field of view 50 in such a way that a complete overall field of view 54 can result, as is shown, for example, in Fig 5a is shown.
  • the objective arrangement is preferably of monolithic design.
  • Monolithic in this context means consisting of one piece or one piece.
  • Preferred ' are the
  • Lenses 26 of the lenses 2 arranged side by side on a common glass wafer (not shown).
  • the lenses 24 are preferably arranged in one plane.
  • the glass wafer thus acts as a carrier or as a substrate, which is related to Wafer-level optics can be referred to.
  • the objectives can also each consist of several lenses; then, for example, the lens arrangement consists of several glass wafers stacked on top of one another.
  • FIG. 6a shows a camera system in which the multi-aperture objective 20 is arranged between the beam deflection element arrangement 30 and at least one image sensor 40.
  • FIG. The multi-aperture objective 20 and the beam deflection arrangement are preferred
  • the multi-aperture lens 20 is located between the beam deflection arrangement 30 and the at least one image sensor 40 .
  • FIG. 6b shows a camera system 100 in which the beam deflection element arrangement 30 is arranged between the multi-aperture objective 20 and the at least one image sensor 40.
  • FIG. 6c shows a camera system 100 in which the multi-aperture lens 20 is surrounded on both sides by a beam deflection element arrangement 30 in each case.
  • the camera system thus has two beam deflection arrangements 30, with the two beam deflection arrangements 30 surrounding the multi-aperture lens 20 on both sides and with one of the two beam deflection arrangements 30 being attached to the at least one image sensor 40.
  • Multiple pixels of at least one image sensor 40 are preferably assigned to each lens 2 of the multi-aperture lens 20 .
  • the lenses 2 shown in FIGS. 1 to 4 are each connected to an image sensor 40 so that an optical channel 22 of a lens 24 leads to a number of pixels of the image sensor 40 .
  • the lenses 2 of the multi-lens arrangement 20 are preferably arranged next to one another.
  • the beam deflection elements 4 are preferably arranged next to one another, as shown in Figs. 2 to 4 is shown.
  • both the beam deflection element arrangement 30 and the lens arrangement each extend one above the other or one behind the other along the z-direction.
  • the beam deflection element arrangement 30 and the lens arrangement each extend parallel to an x-y plane.
  • the camera system 100 preferably has a plurality of, in particular two, four, six, nine or fifteen, optical channels 22 .
  • the number of lenses 2 gives the Number of optical channels 22 before.
  • four optical channels 22 can be seen in FIG.
  • the optical channels are preferably arranged in matrix form. In Fig. 4, four channels are arranged in a 1 ⁇ 4 matrix structure. Accordingly, the lenses 2 and the sensors 40 are arranged in a matrix structure.
  • the implementation can be done using a digital storage medium, for example a floppy disk, a DVD, a BluRay disk, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical memory, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium executable for the proposed teaching can be computer-readable.
  • a digital storage medium for example a floppy disk, a DVD, a BluRay disk, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical memory, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium executable for the proposed teaching can be computer-readable.
  • Some exemplary embodiments according to the teaching described herein thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the features described herein is carried out as a method.
  • exemplary embodiments of the teaching described herein can be implemented as a computer program product with a program code, with the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • Another embodiment of a proposed method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for performing one of the features described herein as procedure is recorded.
  • the data carrier or digital storage medium or computer-readable medium is typically tangible and/or non-transitory.
  • a further exemplary embodiment of the proposed method is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform a method of the system described herein.
  • a processing device such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform a method of the system described herein.
  • a further exemplary embodiment includes a computer on which the computer program for carrying out the method for the system described herein is installed.
  • a further embodiment according to the invention comprises an apparatus or a system which is designed to transmit to a recipient a computer program for carrying out at least one of the features described herein in the form of a method.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the recipient may be a computer, mobile device, storage device, or similar device.
  • the device or the system can, for example, comprise a file server for the transmission of the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform the method described herein.
  • the method is performed by any hardware device. This can be a universal be deployable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method such as an ASIC.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

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

Kamerasystem zum Erzeugen einer lückenlosen optischen Abbildung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem zum Erzeugen einer lückenlosen op- tischen 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 Zusammen- fügen zu Überschneidungen und/oder Lücken führt.
Die Abbildung sehr großer Gesichtsfelder (> ca. 150°) auf einen Bildsensor ist mit vertret- barem 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 ge- baut ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kamerasys- tem zum Erzeugen einer optischen Abbildung bereitzustellen, mit der Lücken im Ge- sichtsfeld oder ungenutzten Bereiche auf einem verwendeten Bildsensor eines Kame- rasystems 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 er- kannt, 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 Über- lapp 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-Umlen- kungselementanordnung. 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 Licht- strahlen des sichtbaren Lichtes, mit dem vorgeschlagenen Kamerasystem detektierbar sind. Daher werden vorliegend unter Lichtstrahlen auch elektromagnetische Strahlen an- derer Wellenlängenbereiche verstanden. Die Strahlumlenkungselemente können durch Spiegel und/oder Prismen gegeben sein. Mit anderen Worten: ein Strahlumlenkungsele- ment kann ein Spiegel oder ein Prisma oder eine Kombination aus Spiegel und Prisma sein. Das Multiapertur-Objektiv und die Strahl-Umlenkungsanordnung sind mit dem min- destens einen rechteckigen Bildsensor gekoppelt, um eine Anordnung von optischen Ka- nälen auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor zum Aufnehmen der op- tischen Abbildung einfallen.
Bei dem vorgeschlagenen Kamerasystem, haben zwei optische Kanäle verschiedene Blickrichtungen und daher zwei Gesichtsfelder, die gegeneinander verdreht und/oder ver- schoben sind, wobei ein Teilgesichtsfeld der Teilgesichtsfelder durch ein Objektiv ohne Umlenkungselement und ein anderes Teilgesichtsfeld der Teilgesichtsfelder, welches in eine seitliche Blickrichtung schaut, durch einem Objektiv und einem Umlenkungselement mit Bildsensor resultiert. 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 Seitenlangen zweier Bildsensoren unterschiedlich lang ausgebildet sein. Die Anzahl an Strahlumlenkungselementen ist derart zueinander und in Bezug auf den mindestens einen Bildsensor angeordnet, dass jedes Strahlumlenkungs- element um eine Kippachse gekippt ist. Unter einer Kippachse kann eine Spiegelachse verstanden werden, welche sich dadurch auszeichnet, dass auf ein Strahlumlenkungsele- ment 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 Strahlumlen- kungselementes. 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 tat- sächlich eine Achse ist, um die man den Spiegel drehen kann, um die Ablenkung zu wäh- len. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Kippachsen, wie sie hier in der vor- liegenden 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 pa- rallel (Option A) oder die Kippachse schließt mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des mindestens einen rechteckigen Bildsensors, insbesondere welche eine Bildsensorflä- che des mindestens einen rechteckigen Bildsensors aufspannen, einen 45°-Winkel (Op- tion B) ein. Bei Erfüllung der Bedingung der Option A rotiert das Gesichtsfeld im Objekt- raum 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, ins- besondere 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 rechtecki- gen Bildsensors verläuft, Lücken oder Überlappungen in den Gesichtsfeldern entstehen. Mit dem vorgeschlagenen Kamerasystem kann somit ein lückenloses Gesichtsfeld aufge- nommen 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 die- ser 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.
Gemäß einem weiteren Aspekt, ist ein Kamerasystem vorgeschlagen, welches umfasst: mindestens einen rechteckigen Bildsensor, ein Multiapertur-Objektiv zum Erzeugen einer optischen Abbildung, und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung, welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen umfasst, wobei das Multiapertur-Objektiv und die Strahl-Umlenkungsanordnung mit dem mindestens ei- nen rechteckigen Bildsensor gekoppelt sind, um eine Anordnung von optischen Kanälen auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen, wobei die Anzahl an Strahlumlenkungselementen derart zueinander und in Bezug auf den mindestens einen Bildsensor angeordnet sind, dass jedes Strahlum- lenkungselement um eine Kippachse gekippt ist, wobei die Kippachse durch eine Strahlumlenkungselementfläche verläuft und die Kippachse mit einer Seite des mindes- tens einen rechteckigen Bildsensors parallel verläuft oder die Kippachse mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des mindestens einen rechteckigen Bildsensors einen 45 Winkel einschließt, wobei zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen aufweist, wobei die zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen das Multiapertur-Objektiv beidseitig umgeben, wobei eine der zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen an dem mindestens einen Bildsensor an- gebracht ist. Der hierin beschriebene mindestens eine Bildsensor kann auch ein Detektor sein, welcher unterschiedliche elektromagnetische Wellenlängen detektieren kann. Mit dem vorgeschla- genen 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 vorgeschlage- nen Kamerasystem können Lücken oder Überlappungen bei einem Zusammensetzen ei- nes großen Gesichtsfeldes aus mehreren Teilgesichtsfeldern vermieden werden. Denn die vorgeschlagene Strahlumlenkanordnung erlaubt es, mittels der auf die Umlenkele- mente einfallenden Lichtstrahlen oder elektromagnetischer Stahlen ein lückenloses Ge- sichtsfeld 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 Aus- dehnung wächst. Ferner steigen auch die Kosten für die Herstellung eines solchen Kame- rasystems nicht signifikant an. Denn das hierin beschriebene Kamerasystem adressiert ein Problem, das bei sehr spezifischen Anordnungen auftritt. Dabei geht es um ein Kame- rasystem, das ein Gesamtgesichtsfeld in Teil-Gesichtsfelder segmentiert und jedes seg- mentierte 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 ei- nen Bildsensor des vorgeschlagenen Kamerasystems ist jedem optischen Kanal ein rechteckiger Bereich des mindestens einen Bildsensors zugeordnet. In jedem rechtecki- gen Bereich werden die elektromagnetischen Strahlen des zugehörigen optischen Kanals detektiert.
Vorteile des vorgescmagenen Kamerasystems können im Einzelnen darin gesehen wer- den, dass es keinen Verlust der Sensorfläche gibt, da die Strahlumfenkungselementan- ordnung 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 verwen- det werden kann, sind Robotik, Machine Vision (mit anderen Worten: maschinelles Se- hen mittels Industriekameras), Fernerkundung, Mobiltelefone, bei Videokonferenz-Syste- men oder auch bei medizinischen Anwendungen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängi- gen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläu- tert. Es zeigen: Fig. 1a, b schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven und
Bildsensoren zur Ausbildung optischer Kanäle auf Bildsensoren mit ver- schiedenen Blickrichtungen;
Fig. 2a, b eine schematische Ansicht eines Kamerasystems und Darstellung des da- zugehörigen resultierenden Gesichtsfeldes im Objektraum;
Fig. 3a-h schematische Ansichten von Kamerasystemen (Figs 3a, c, e, g) und Dar- stellung des dazugehörigen resultierenden Gesichtsfeldes im Objektraum (Figs. 3b, d, f, h);
Fig. 4a-d schematische Ansichten von Kamerasystemen (Figs 4a, c) und Darstellung des dazugehörigen resultierenden Gesichtsfeldes im Objektraum (Figs, 4b, d); Fig. 5a, b schematische Ansichten von resultierenden Gesichtsfeldern im Objektraum mit jeweils neun optischen Kanälen, wobei die optischen Kanäle in Fig. 5a keine Lücken und keine Überlappung und die optischen Kanäle in Fig. 5b Lücken und Überlappungen zeigen; Fig. 6a ein schematisches Kamerasystem, bei dem das Multiapertur-Objektiv zwi- schen der Strahl-Umlenkungselementanordnung und mindestens einem Bildsensor angeordnet ist; Fig. 6b ein schematisches Kamerasystem, bei dem die Strahl-Umlenkungselemen- tanordnung zwischen dem Multiapertur-Objektiv und dem mindestens einen Bildsensor angeordnet ist; und
Fig. 6c ein schematisches Kamerasystem, bei dem das Multiapertur-Objektiv beid- seitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung umgeben ist.
Einzelne Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung sind nachfolgend in den Figs. 1a bis 6c beschrieben. In Zusammenschau der Figuren 1a bis 6c wird das Prinzip der vorliegen- den Erfindung verdeutlicht. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszei- eben gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.
In den Figs. 1a bis Fig. 4d ist jeweils ein Koordinatensystem im Bildraum (x, y, z) oder im Objektraum (k1, k2) eingezeichnet, worauf hierin Bezug genommen wird, um das vorge- schlagene Kamerasystem in Bezug auf die eingezeichneten Achsen bzw. das jeweils re- sultierende 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 Figs. 1a und 1b sind schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven 2 und Bildsensoren 40 zur Ausbildung optischer Kanäle 22 auf den Bildsensoren 40 mit ver- schiedenen Blickrichtungen 3 gezeigt. Fig. 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 Biidsensors 40 in Fig. 1a angedeutet. Ohne ein Strahlumlenkungselement 4 erstreckt sich die Blickrichtung 3 des Bildsensors 40, wie in Fig, 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 Figs. 1a und 1b ist jeweils rechteckig mit zwei unterschiedlichen Seitenlangen 44a, 44b ausgebildet. Es ist ferner denkbar den Bildsensor 40 quadratisch auszubilden. Welchen 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 zu- rückprojiziert. Das Gesichtsfeld 50, 52 hat seinerseits wieder im Objektraum die Form ei- nes Rechtecks. Siehe Figs. 2 bis 4. Führt man dies für verschiedene Kippwinkel des Strahlumlenkungselementes 4 durch, so stellt man fest, dass dieses Rechteck unter be- stimmten Umständen eine Drehung vollführt. Diese hängt jedoch vom Kippwinkel im drei- dimensionalem Raum in mindestens einer Ebene ab. Mit anderen Worten, die Drehung oder Verschiebung des Rechteckes hängt von der Kippachse 5 ab, um die das Strahlum- lenkungselement 4 in Bezug auf den Bildsensor 40 gekippt ist. Zwei optische Kanäle mit verschiedenen Blickrichtungen 3 haben daher zwei Gesichtsfelder 50, 52, die gegenei- nander verdreht und/oder verschoben sind.
In Fig. 1b ist vor dem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 angeordnet. Das Strahl- umlenkungselement 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 Fig. 1b weist das Strahlumlenkungselement 4 eine derartige Geometrie auf, dass das Strahlumlenkungselement 4 an einer der Bildsensorfläche 45 oder dem Objektiv 2 abge- wandten Seite eine Strahlumlenkungselementfläche 46 aufweist, welche in einem Winkel a von dem Objektiv 2 hinfort erstreckt. Insbesondere kann sich die Strahlumlenkungsele- mentfläche 46 in einem Winkel a > 0° oder α < 90 von dem Objektiv 2 hinfort erstre- cken. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 erstreckt sich somit im dreidimensionalen Raum und weist variable (x, y, z)-Koordinaten ausgehend von einer Oberfläche des Ob- jektivs 2 auf, wobei x, y und z reelle Zahlen sind. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 weist eine Kippachse 5 auf, welche - wie in Fig. 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 Fig. 1 b weist eine von der geradeaus Richtung abweichende Blick- richtung 3 auf, nämlich seitlich in y-Richtung. Der Bildsensor 40 gemäß Fig. 1b schaut sozusagen seitlich um die Ecke. Die verschiedenen Kombinationen aus Bildsensor 40 und Objektiv 2 und gegebenenfalls Strahlumlenkungselement 4, wie in Fig. 1a und 1b gezeigt, bilden Bausteine des vorge- schlagenen 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 Figs. 2a, 3a, 3c, 3e, 3g und 4 a, und 4c zu sehen ist.
Die Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 umfasst eine Anzahl an Strahlumlenkungs- elementen 4 zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen. Das Multiapertur-Objektiv 20 um- fasst eine Anzahl an Objektiven 2. Das Multiapertur-Objektiv 20 und die Strahl-Umlen- kungsanordnung 30 sind mit dem mindestens einen rechteckigen Bildsensor 40 gekop- pelt, um eine Anordnung von optischen Kanälen 22 auszubilden, welche auf dem mindes- tens einen Bildsensor 40 zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen. Ein optischer Kanal ist als eine Anordnung aus Objektiv 2 und ggf. Strahlumlenkungselement 4 defi- niert. 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 Strahlumlenkungselementflä- che 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, insbe- sondere mit zwei Seiten, des mindestens einen rechteckigen Bildsensors 40, welche eine Bildsensorfläche 45 des mindestens einen rechteckigen Bildsensors 40 aufspannen, ei- nen 45°-Winkel einschließt. Wie beispielsweise in den Figs. 2 bis 4 angedeütet ist, um- fasst das Kamerasystem 100 eine Anzahl an Bildsensoren 40. Beispielsweise könnte je- des 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 einzi- ger Bildsensor 40 sein oder aus mehreren Bildsensoren 40 bestehen.
Bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu der Bildsens- orfläche 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 pa- rallel zu einer Seite 44 des mindestens einen Bildsensors 40 (siehe Figs. 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 Fig 3e). In der Fig. 3b sind die Teilgesichtsfelder 50, 52 eingezeichnet, welche durch die in Fig. 3a gezeigten Objektive 2 mit und ohne Umlenkungselement 4 resultieren. Das Teilgesichts- feld 50 ist in den entsprechenden Figuren jeweils das geradeaus schauende Objektiv 2 mit Bildsensor 40 und ohne Umlenkungselement 4. Das geradeaus blickende Teilge- sichtsfeld 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 be- schrieben. Beispielsweise ist das Teilgesichtsfeld 52 aus Fig. 3b nach oben gespiegelt, also entlang einer k2-Achse gespiegelt und entlang der k1 -Achse verschoben. Beispiels- weise ist das Teilgesichtsfeld 52 aus Fig. 3d nach rechts zu Seite gespiegelt, also entlang einer k1 -Achse gespiegelt und entlang der k2-Achse verschoben. Die Kippachsen 5 in Fig. 3a und 3c sind jeweils parallel verlaufend zu einer Seite des Bildsensors 40 angeordnet.
Das Teilgesichtsfeld aus Fig. 3f ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilgesichtsfeld in Fig. 3f nur an einer Ecke des geradeaus blickenden Teilgesichtsfeldes 50 anschließt. Die Kippachse 5 in Fig. 3e verläuft in einem 45° Winkel zu einer Seite des Bildsensors 40.
Das Teilgesichtsfeld aus Fig. 3h ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und nicht parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilgesichtsfeld in Fig. 3h zu Lü- cken 72 und/oder einer Überlappung 70 mit anderen Teilgesichtsfeldern 52 führt (vgl. Fig. 5b). Die Kippachse 5 in Fig. 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 zuge- hörigen 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 ge- meint. Jedem Strahlumtenkungselement 4 ist ein optischer Kanal 22 zugeordnet, durch welchen die Lichtstrahlen auf den Bildsensor 40, insbesondere auf einen rechteckigen Be- reich 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 Figs. 2 bis 4 schematisch dargestellt.
Ein Bildsensor 40 oder ein Bereich eines Bildsensors 40, auf dem nur ein Objektiv ange- ordnet 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 Strahlumlenkungsele- ment 4 mit Geradeaus-Richtung aufweist, wie dieses weiter oben bereits beschrieben worden ist.
Bevorzugt weist der mindestens eine Bildsensor 40 eine Anzahl an rechteckigen Berei- chen 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 Strah- len gesammelt oder delektiert 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 Seitenlangen 44a, 44b ausgebildet , wie dies beispielsweise in den Figs. 1a bis 1b gezeigt ist. In den Figs. 2a bis 4c ist der mindestens eine Bildsensor 40 aus mehreren rechteckigen Bildsensoren zu einem ge- samten rechteckigen Bildsensor zusammengesetzt. Eine Umrandung der Bildsensorflä- che 45, d.h. ob die Bildsensorfläche 45 quadratisch oder rechteckig ausgebildet ist, be- stimmt eine resultierende Umrandung des Gesichtsfeldes im Objektraum.
Bevorzugt weisen zwei unterschiedliche rechteckige Bereiche der Anzahl an rechtecki- gen Bereichen unterschiedlichen Seitenlangen 44a und 44b auf. Die verschieden langen Seitenlangen 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 wer- den. Es ist denkbar, das Gesamtgesichtsfeld aus verschieden großen und unterschiedlich geformten Teilgesichtsfeldern zusammenzubauen, wobei die unterschiedlichen Teilge- sichtsfelder auf Bildsensorflächen 45 mit unterschiedlichen Seitenlangen 44a, 44b zurück- gehen 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 Be- reich auf dem Bildsensor kann dadurch für dieses Umlenkelement 4 kleiner werden. Je- doch bedeutet dies nicht, dass Bildinformationen hierdurch verloren gehen. Elektromag- netische Strahlen, die nicht durch ein beschnittenes Umlenkelement 4 transmittiert wer- den, können beispielsweise durch ein angrenzendes Umlenkelement 4 transmittiert wer- den, so dass in Summe die gesamte Bildinformation, d.h. alle elektromagnetischen Strah- len, 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 o- der eines Ovals oder eines Kreises oder eines Polygons aufweist. Es ist ferner denkbar, dass die Strahlumlenkungselementfläche einen asymmetrischen Umfang auf- weist. Es ist denkbar, einen Spiegel oder ein Prisma in einer gewünschten Form, insbe- sondere 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 Abbildungssys- tem sein, das sowohl refraktive als auch reflektive Elemente enthält. Der Spiegel kann da- bei beliebige Formen von reflektiven optischen Elementen aufweisen, beispielsweise pa- rabolisch, hyperbolisch oder kugelförmig. Er kann außerdem auch eine andere rotations- symmetrische 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 Fig. 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 Strahlumlenkungselemen- tes 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 Figs. 3a und 3c ist die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 jeweils paral- lel zu einer der Seiten des Bildsensors 40. Das dazugehörige Teilgesichtsfeld 52 ist nach oben gespiegelt (Fig. 3b) oder nach rechts gespiegelt (Fig. 3d). Eine Verschiebung nach oben oder nach rechts kann durch einen zugehörigen Kippwinkel eingestellt werden.
In Fig. 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 ver- schoben, was durch den Kippwinkel eingestellt werden kann (Fig. 3f).
In Fig. 3g schließt die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 einen anderen Win- kel 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 Fig. 5b).
Figs. 4a und 4c zeigen jeweils ein Kamerasystem mit vier optischen Kanälen 22 und Figs. 4b und 4d zeigen die dazugehörigen Gesichtsfelder 50, 52 im Objektraum. In Fig. 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 (Fig. 4b). In Fig. 4d sind die Kippachsen 5 entweder parallel verlaufend oder schließen keinen Win- kel von 45° zu den Seiten des Bildsensors 40 ein. Es resultiert ein Gesichtsfeld mit Lü- cken 72 und Überlappungen 70(Fig. 4b)
Fig. 5a beispielsweise zeigt ein lückenloses Gesamtgesichtsfeld 54, welches aus einem geradeaus Gesichtsfeld 50 und acht umliegenden Teilgesichtsfeldern 52 zusammenge- setzt ist. Um ein solches lückenloses Gesichtsfeld zu erzeugen, wurde beispielsweise ein Kamerasystem 100 wie in Fig. 4a gezeigt verwendet, welches beispielsweise um fünf wei- tere optische Kanäle 22 erweitert wurde. Die optischen Kanäle aus Fig. 5a sind beispiels- weise 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.
Fig. 5b zeigt ein Gesamtgesichtsfeld mit Lücken 72 und Überlappungen 72. Um ein sol- ches Gesichtsfeld mit Lücken 72 und Überlappungen 70 zu erzeugen wurde, beispiels- weise ein Kamerasystem 100 wie in Fig. 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 o- der Lichtstrahlen werden gemäß der Lehre von Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel inner- halb des Strahlumlenkungselements 4 an der metallischen Beschichtung 60 oder an der dielektrischen Beschichtung 62 reflektiert bzw. umgelenkt. Ferner sind auch Kamerasys- teme 100 ohne Beschichtung denkbar. Diese können dann beispielsweise eine innere To- talreflexion ausnutzen, um die elektromagnetischen Strahlen umzulenken. Die Strahlum- lenkungselemente 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 o- der mehreren Objektiven 2 gebildet ist. Die Objektive 2 der Objektiv-Anordnung sind dabei nebeneinander angeordnet, insbesondere ist jedem Objektiv 2 ein optischer Kanal 22 zu- geordnet. 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 ab- bilden. 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 opti- schen 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 ande- ren Worten, die Anzahl der nebeneinander angeordneten Strahlumlenkungselement 4 kann kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven 2 sein. Beispielsweise zeigen Figs. 2 bis 4 jeweils eine schematische Perspektive eines Auszuges eines Kamerasystems 100. Figuren 2 und 3 zeigen jeweils zwei Objektive 2, in einer 1x2 Matrixstruktur nebeneinan- der 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 De- tektor wieder. In den Figuren 2 und 3 ist jeweils auch ein Teilgesichtsfeld 50 eingezeich- net, welches durch den optischen Kanal 22 des zugehörigen Objektivs 2 nach Detektion durch den mindestens einen Bildsensor 40 im Objektraum resultiert. In den Figs. 2 bis 4 ist jeweils ein Koordinatensystem im Objektraum eingezeichnet, wobei dieses Koordina- tensystem 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 Figuren 3 und 4 jeweils beispielsweise im Ursprung des k1-k2-Koordinatensystems gezeigt. Das durch das jeweilige zugehörige Strahlumlenkungselement 4 verschobene und/oder ge- drehte und/oder gespiegelte seitliche Teilgesichtsfeld 52 grenzt jeweils derart an das ge- radeaus Gesichtsfeld 50 an, dass in Summe ein lückenloses Gesamtgesichtsfeld 54 ent- stehen kann, wie dies beispielsweise in Fig. 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 dar- gestellt) angeordnet. Mit anderen Worten: die Linsen 24 sind bevorzugt in einer Ebene an- geordnet. 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 meh- reren Linsen bestehen; dann beispielsweise besteht die Objektiv-Anordnung aus mehre- ren übereinander gestapelten Glas-Wafern.
Die Figs. 6a, 6b und 6c zeigen jeweils eine schematische Anordnung eines Kamerasys- tems. Fig. 6a zeigt ein Kamerasystem, bei dem das Multiapertur-Objektiv 20 zwischen der Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 und mindestens einem Bildsensor 40 angeord- net 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.
Fig. 6b zeigt ein Kamerasystem 100, bei dem die Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 zwischen dem Multiapertur-Objektiv 20 und dem mindestens einen Bildsensor 40 an- geordnet ist. Fig. 6c zeigt ein Kamerasystem 100, bei dem das Multiapertur-Objektiv 20 beidseitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 umgeben ist. Ge- mäß einem Ausführungsbeispiel weist das Kamerasystem somit zwei Strahl-Umlenkungs- anordnungen 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 mindes- tens einen Bildsensors 40 zugeordnet. Mit anderen Worten, die in den Figuren 1 bis 4 ge- zeigten 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 angeord- net. Gleichermaßen sind auch die Strahlumlenkungselemente 4 bevorzugt nebeneinander angeordnet, wie in Figs. 2 bis 4 gezeigt ist. Mit anderen Worten, sowohl die Strahl-Umlen- kungselementanordnung 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 Fig. 4 sind beispielsweise vier optische Ka- näle 22 zu sehen. Die optischen Kanäle sind bevorzugt in Matrix-Form angeordnet. In Fig. 4 sind vier Kanäle in 1x4-Matrixstruktur angeordnet. Entsprechend sind die Objektive 2 bzw. die Sensoren 40 in einer Matrixstruktur anaeordnet.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Ver- fahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu ver- stehen ist. Auf eine Darstellung der vorliegenden Erfindung in Form von Verfahrensschrit- ten wird vorliegend aus Redundanzgründen abgesehen. Einige oder alle der Verfahrens- schritte könnten durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware- Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer o- der einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispie- len können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn ein Fokussiermechanis- mus und/oder ein Bildsensor betrieben werden oder sogar miteinander interagieren.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merk- male 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 folgen- den Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder An- spruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige An- sprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von ab- hängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprü- chen 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 An- spruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhän- gigen Anspruch ist. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zu- mindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Ver- wendung 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 op- tischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale ge- speichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwir- ken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Des- halb kann das die vorgeschlagene Lehre ausführbare digitale Speichermedium computer- lesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der hierin beschriebenen Lehre umfassen also ei- nen 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 Computerpro- grammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerpro- grammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger ge- speichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmal als Verfahren, wobei das Computerprogramm auf ei- nem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungs- beispiel 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 Daten- träger (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 Daten- strom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durch- führen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfigu- riert 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 konfigu- riert oder angepasst ist, ein Verfahren zu dem hierin beschriebenen System durchzufüh- ren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro- gramm 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 zumin- dest eines der hierin beschriebenen Merkmals in Form eines Verfahrens zu einem Emp- fänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch er- folgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speicherge- rät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispiels- weise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (bei- spielsweise 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 Gat- terarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um das hierin beschriebene Verfah- ren durchzuführen. Allgemein wird das Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen sei- tens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell ein- setzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifi- sche 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 Ein- zelheiten, 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 Seitenlange
44b Seitenlange
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

Patentansprüche
1. 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 Strahlum- lenkungselementen (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 Anord- nung von optischen Kanälen auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor (40) zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen, wobei die An- zahl an Strahlumlenkungselementen (4) derart zueinander und in Bezug auf den mindestens einen Bildsensor (40) angeordnet sind, dass jedes Strahlumlenkungs- element (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.
2. Kamerasystem (100) nach Anspruch 1 , wobei die Kippachse (5) parallel, insbe- sondere beabstandet, zu der Bildsensorfläche (45) verläuft.
3. 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 Licht- strahlen, welche durch ein Umlenkungselement (4) in dem zugehörigen optischen Kanal (22) einfallen, auf einen rechteckigen Bereich der Bildsensorfläche (45) ein- fallen.
4. Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strahlumlen- kungselemente (4) Spiegel (34) und/oder Prismen (32) sind.
5. 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.
6. Kamerasystem (100) nach Anspruch 5, wobei zwei unterschiedliche rechteckige Bereiche der Anzahl an rechteckigen Bereichen unterschiedlichen Seitenlängen (44a, 44b) aufweisen.
7. Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Strahlumlen- kungselement (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.
8. Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens ein
Strahlumlenkungselement (4) eine metallische und/oder eine dielektrische Be- schichtung (60, 62) aufweist. Insbesondere ist die metallische und/oder eine die- lektrische Beschichtung (60, 62) an einer Oberfläche (64) des Strahlumlenkungs- elements (4) aufgebracht, um zwei benachbarte optische Kanäle (22) voneinander zu trennen und/oder um Reflexionen in dem Strahlumlenkungselement (4) zu er- möglichen.
9. Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein Strahlumlenkungselement (4) dazu ausgebildet ist, die Strahlumlenkung mitels in- nerer Totalreflexion umzusetzen.
10. Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) eine Objektiv-Anordnung ist, welche aus zwei oder meh- reren 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.
11. 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.
12. 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.
13. Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Multiapertur- Objektiv (20) und die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) derart zueinander ange- ordnet sind, dass sich das Multiapertur-Objektiv (20) zwischen der Strahl-Umlen- kungsanordnung (30) und dem mindestens einen Bildsensor (40) befindet.
14. Kamerasystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Strahl-Umlen- kungsanordnung (30) derart an dem Multiapertur-Objektiv (20) angeordnet ist, dass sich die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) zwischen dem Multiapertur-Ob- jektiv (20) und dem mindestens einen Bildsensor (40) befindet.
15. Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zwei
Strahl-Umlenkungsanordnungen (30) aufweist, wobei die zwei Strahl-Umlenkungs- anordnungen (30) das Multiapertur-Objektiv (20) beidseitig umgeben, wobei eine der zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen (30) an dem mindestens einen Bildsensor (40) angebracht ist.
16. Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedem Objektiv (24) des Multiapertur-Objektivs (20) mehrere Pixel des mindestens einen Bildsensors (40) zugeordnet sind.
17. Kamerasystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ka- merasystem (100) mehrere, insbesondere vier, sechs, neun oder fünfzehn, opti- sche Kanäle aufweist.
18. 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 Strahlum- lenkungselementen (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 Anord- nung von optischen Kanälen auszubilden, welche auf dem mindestens einen Bildsensor (40) zum Aufnehmen der optischen Abbildung einfallen, wobei zwei op- tische Kanäle verschiedene Blickrichtungen (3) und daher zwei Gesichtsfelder (50,
52) haben, die gegeneinander verdreht und/oder verschoben sind, wobei ein Teil- gesichtsfeld (50) der Teilgesichtsfeldr (50) durch ein Objektiv (2) ohne Umlen- kungselement (4) und ein anderes Teilgesichtsfeld (52) der Teilgesichtsfelder (50, 52), welches in eine seitliche Blickrichtung (3) schaut, durch einem Objektiv (2) und einem Umlenkungselement (4) mit Bildsensor (40) resultiert, wobei die Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) derart zueinander und in Bezug auf den min- destens einen Bildsensor (40) angeordnet sind, dass jedes Strahlumlenkungsele- ment (4) um eine Kippachse (5) gekippt ist, wobei die Kippachse (5) durch eine Strählumlenküngselementfläche 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, so dass Lücken oder Überlappungen bei einem Zusammensetzen eines großen Gesichtsfeldes aus mehreren Teilgesichtsfeldern (50, 52) vermieden sind.
EP22713680.1A 2021-03-19 2022-03-18 Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung Pending EP4309357A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021202719.9A DE102021202719A1 (de) 2021-03-19 2021-03-19 Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung
PCT/EP2022/057223 WO2022195099A1 (de) 2021-03-19 2022-03-18 Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4309357A1 true EP4309357A1 (de) 2024-01-24

Family

ID=80979127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22713680.1A Pending EP4309357A1 (de) 2021-03-19 2022-03-18 Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12578560B2 (de)
EP (1) EP4309357A1 (de)
CN (1) CN117356099A (de)
DE (1) DE102021202719A1 (de)
WO (1) WO2022195099A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN121713096A (zh) * 2023-04-19 2026-03-20 尼尔技术有限责任公司 用于视野分割的成像设备
GB2632852A (en) 2023-08-24 2025-02-26 Ibm Camera module

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170129402A1 (en) * 2015-11-05 2017-05-11 Delphi Technologies, Inc. Camera With Light-Guide Array For Automated Vehicles
TWI573457B (zh) * 2015-11-30 2017-03-01 財團法人工業技術研究院 相機陣列裝置
DE102016200287A1 (de) 2016-01-13 2017-07-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multiaperturabbildungsvorrichtungen, Verfahren zum Herstellen derselben und Abbildungssystem
DE102016208210A1 (de) 2016-05-12 2017-11-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. 3d-multiaperturabbildungsvorrichtungen, multiaperturabbildungsvorrichtung, verfahren zum bereitstellen eines ausgangssignals einer 3d-multiaperturabbildungsvorrichtung und verfahren zum erfassen eines gesamtgesichtsfeldes
DE102017208709B3 (de) 2017-05-23 2018-10-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multiaperturabbildungsvorrrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Multiaperturabbildungsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022195099A1 (de) 2022-09-22
DE102021202719A1 (de) 2022-09-22
CN117356099A (zh) 2024-01-05
US20240004170A1 (en) 2024-01-04
US12578560B2 (en) 2026-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012109569B4 (de) Head-Up-Display-Vorrichtung
EP3338441B1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung mit einer reflektierende facetten aufweisenden strahlumlenkvorrichtung
EP3338133B1 (de) Vorrichtung mit einer multikanalabbildungsvorrichtung und verfahren zum herstellen derselben
DE102012005152B4 (de) Bildaufnahmevorrichtung und bildaufnahmeoptik
EP3225021B1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung, abbildungssystem und verfahren zum bereitstellen einer multiaperturabbildungsvorrichtung
EP3632094B1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung, abbildungssystem und verfahren zum bereitstellen einer multiaperturabbildungsvorrichtung
DE102017010683B4 (de) Verfahren zur automatischen Wiederherstellung eines eingemessenen Zustands eines Projektionssystems
DE102015215833A1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung mit Optiksubstrat
DE102015215845A1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung mit kanalindividueller Einstellbarkeit
EP2011331B1 (de) Bilderfassungssystem zur rundumsicht
DE112004002767T5 (de) Reflexionssperre für Panoramadisplay
WO2022195099A1 (de) Kamerasystem zum erzeugen einer lückenlosen optischen abbildung
DE102015014143A1 (de) Laserstrahlung ablenkende und fokussierende optische Einrichtung zur Lasermaterialbearbeitung
EP3682626B1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung mit geringer bauhöhe und umschaltbarer blickrichtung, abbildungssystem und verfahren zum bereitstellen einer multiaperturabbildungsvorrichtung
EP4379445A2 (de) Bestimmung von tiefenwerten eines oberflächenbereichs eines werkstücks
WO2018072993A1 (de) Optisches element für ein lidar-system
DE102006055758A1 (de) Verfahren zur Kalibrierung von Kameras und Projektoren
EP3948389B1 (de) Vorrichtung mit einer multiaperturabbildungsvorrichtung zur erzeugung einer tiefenkarte
EP2887010A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten mit einem topometrischen Messverfahren sowie Computerprogramm hierzu
WO2020127262A1 (de) Vorrichtung mit einer multiaperturabbildungsvorrichtung zur erzeugung einer tiefenkarte
DE112017002459T5 (de) Bildlesevorrichtung
DE102020116468B4 (de) Stereokamera
DE102009008747A1 (de) Optisches Abbildungssystem
WO2020127748A1 (de) Vorrichtung mit einer multiaperturabbildungsvorrichtung zum akkumulieren von bildinformation
DE102021202716B4 (de) Multiapertur-Projektor

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230914

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20250723