TW201713988A - 具有包含反射小平面之光束偏轉裝置的多孔徑成像裝置 - Google Patents

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Abstract

當針對一光束偏轉裝置提供一載體基體時使用可有成本效益地且在多孔徑成像裝置之光學品質沒有任何損失的情況下生產該光束偏轉裝置的事實，其中該載體基體為複數個光學通道所共有且係以一設定角而安裝，亦即，相對於該多孔徑成像裝置中之影像感測器傾斜，使得偏轉每一光學通道之光徑的一偏轉角在一方面係基於該設定角且在另一方面係基於面向該影像感測器的該光束偏轉裝置之一表面之一反射小平面相對於該載體基體的一個別傾斜角，該反射小平面分配至該光學通道。

Description

具有包含反射小平面之光束偏轉裝置的多孔徑成像裝置
發明領域 本發明係關於一種具有包含反射小平面之光束偏轉裝置的多孔徑成像裝置。
發明背景 多孔徑成像裝置特別地用於單孔徑成像裝置將具有關於安裝大小之缺點的應用中。舉例而言，總視場之一視場之不同部分投影於影像感測器之不同區域上。此係經由若干光學通道而發生，其中每一通道係由對影像感測器之各別區域執行投影的各別光學器件界定。光學器件中的光學通道之光徑可彼此平行或幾乎平行。在影像感測器至複數個光學通道之光學器件的距離之方向z上產生不能被降低之特定安裝高度。此在光學通道之單線陣列中特別地顯著，此係由於彼處在沿著光徑之方向上量測的影像感測器與光學通道之光學器件的組合之延伸大於安裝高度(y軸)，使得取決於應用，影像感測器及光學通道之安裝將係較佳的，根據此安裝，待實際上覆蓋之總視場不在影像感測器與光學通道之組合前方，而是在該組合之側處。在彼狀況下，有可能使用光束偏轉裝置以用於偏轉光學通道之光徑。此處，光束偏轉裝置亦可用於自平行或幾乎平行方向改變光徑之相互定向，以便(例如)自光學通道之單線陣列開始以部分視場二維地覆蓋總視場，亦即，其中每光學通道一個部分視場。為此，光束偏轉裝置具有每光學通道一個反射小平面。特別地，在低成本區段中，難以在一方面以用於防止影像誤差之足夠光學準確度且在另一方面以有成本效益的方式生產小平面。形成聚合物之稜鏡(例如，其包含小平面狀倒角表面)係困難的，此係由於形成製程會伴有損失。此不僅僅適用於聚合物，而且適用於玻璃。在兩種狀況下，損失發生於自液體或熔融體至固態之轉變中。此再次引起分別在工具與模製工具之間的形式偏差，或在一方面為形狀與在另一方面為經模製結構之間的形式偏差，其中形式偏差在多孔徑裝置中的上文所提及之使用中再次係不可接受的。
發明概要 因此，本發明之目標係提供一種可被有成本效益地生產同時維持光學影像品質之多孔徑成像裝置。
此目標係由獨立請求項之主題解決。
本發明之核心想法為如下發現：當針對一光束偏轉裝置提供一載體基體時可有成本效益地且在多孔徑成像裝置之光學品質沒有任何損失的情況下生產該光束偏轉裝置，其中該載體基體為複數個光學通道所共有且係以一設定角而安裝，亦即，相對於該多孔徑成像裝置中之影像感測器傾斜，使得偏轉每一光學通道之光徑的一偏轉角在一方面係基於該設定角且在另一方面係基於面向該影像感測器的該光束偏轉裝置之一表面之一反射小平面相對於該載體基體的一個別傾斜角，該反射小平面分配至該光學通道。
以彼方式，經由該設定角而獲得該等光學通道之該等光徑之「粗略偏轉(coarse deflection)」。因此，此部分在用於生產該光束偏轉裝置之模製製程中不產生損失問題。更確切而言，例如，有可能的是，該等傾斜角限於該等光學通道之光束偏轉之相互角差，亦即，小且引起僅一小體積被形成或模製。
較佳實施例之詳細說明 圖1展示多孔徑成像裝置之實施例。圖1之多孔徑成像裝置10包括一影像感測器12及複數14個光學通道，該等光學通道中之每一者係由各別光學器件161 、162 、163 及164 界定。每一光學通道141 、142 、143 、144 借助於經分配光學器件161 至164 在各別影像感測器區域121 、122 、123 或124 上投影多孔徑成像裝置10之總視場之通道個別區段。舉例而言，影像感測器12可為包含影像感測器區域121 至124 中之像素陣列的晶片。替代地，影像感測器12可包含每影像感測器區域121 至124 一個像素陣列晶片。此外，將可能的是，影像感測器12包含橫越影像感測器區域121 至124 連續地延伸之像素陣列，亦即，具有影像感測器區域121 至124 所處之矩形或不同延伸的像素陣列，其中在彼狀況下，舉例而言，僅僅讀出影像感測器12之此共同連續像素陣列之影像感測器區域121 至124 。此等替代例之不同組合亦係可能的，諸如存在用於兩個或多於兩個通道之一個晶片及用於此外不同通道或其類似者之另外晶片。在影像感測器12之若干晶片的狀況下，該等晶片可安裝於(例如)一個或若干板上，諸如其全部在一起或以群組或其類似者。
光學器件161 至164 係(例如)各自由可如圖1所展示而由共同固持器18固持之透鏡或透鏡群組組成。例示性地，固持器18係由透明材料形成且由光學通道之光徑穿透，但亦存在用於固持器之其他替代例。
較佳地，影像感測器區域121 至124 安置於共同平面(即，光學通道14之影像平面)中。在圖1中，此平面經例示性地展示為平行於由圖1所展示以用於簡化後繼描述且具備參考編號20之笛卡爾(Cartesian)座標系統之x軸及y軸跨越的平面。
舉例而言，在平行於影像感測器12 (亦即，平行於xy平面)之平面中，光學器件161 至164 亦彼此鄰接地安置。在圖1之實例中，影像感測器區域121 至124 在影像感測器平面中之相對位置另外與光學器件161 至164 及光學器件161 至164 沿著x軸及y軸之相對位置疊合地定位，亦即，相對於影像感測器12為側向，使得光學器件161 至164 之光學中心相對於影像感測器區域121 至124 之中心而定中心。此意謂：在圖1之實例中，光學通道141 至144 之光軸221 至224 彼此平行地及平行於座標系統20之z軸而延行，影像感測器區域121 至124 及光學器件161 至164 相對於其光軸而定中心。應注意，亦存在關於影像感測器區域121 至124 及光學器件161 至164 之上述配置的替代例。舉例而言，光軸221 至224 之微小發散度亦將係可能的。另外，有可能的是，多孔徑成像裝置包括能夠在側向方向上(亦即，在x方向及/或y方向上)改變光學器件161 至164 相對於影像感測器區域121 至124 之相對部位(諸如)以用於影像穩定化的一個或若干構件。就此而言，參考圖10。
光學器件161 至164 將具有多孔徑成像裝置10之整體或總視場之場景中的物件投影於經分配影像感測器區域121 至124 上，且為此，使光學器件161 至164 與影像感測器12相隔各別間隔或各別距離而定位。雖然此距離亦可固定，但多孔徑成像裝置可替代地具有用於改變此影像感測器至光學器件距離(諸如用於焦點之手動或自動改變)之構件。
在圖1中，複數14個光學通道141 至144 經形成為單線陣列。在圖1之狀況下，光學通道141 至144 沿著x軸安置於彼此旁邊。因此，x軸對應於陣列14之線延伸方向。影像感測器區域121 至124 亦沿著此方向彼此鄰接地安置。在圖1中，光學通道之數目例示性地為四，但大於或等於二之不同數目亦將係可能的。在如圖1所說明之光學通道之線性陣列的狀況下，多孔徑成像裝置10之大小延伸(如朝向底部由影像感測器12及光學器件16所限制)沿著線延伸方向係最大的。如由影像感測器12與光學器件16沿著z軸(亦即，沿著光學通道141 至144 之光軸或光徑)之相互配置所判定的多孔徑成像裝置10之最小延伸小於沿著x軸之最小延伸，但歸因於將光學通道141 至144 實施為單線陣列，多孔徑成像裝置10之最小延伸大於在垂直於線延伸方向x之側向方向y上的多孔徑成像裝置之最小延伸。後者係由每一個別光學通道141 至144 之側向延伸(諸如光學器件161 至164 沿著x軸之延伸，可能包括固持器18)給出。在此情形中，取決於應用(諸如多孔徑成像裝置至攜帶型裝置(諸如行動電話或其相同者)之外殼中的安裝，其中外殼非常平坦)，可需要對準影像感測器12與光學器件161 至164 ，使得沒有光束偏轉的光學通道之視場實際上觀察到自多孔徑成像裝置10之實際上所要視場方向偏離的方向。舉例而言，可需要安裝多孔徑成像裝置10，使得影像感測器12與光學器件161 至164 垂直於平坦外殼之最大側或主側而對準，亦即，影像感測器12與光學器件161 至164 之間的光軸221 至224 平行於此等主側，而待捕捉之場景在與其垂直之方向上，亦即，在為(例如)前側且(例如)包含螢幕之一個主側前方，或在為(例如)外殼之後部的另一主側前方。
出於彼原因，多孔徑成像裝置10包括光束偏轉裝置，其偏轉複數個光學通道14之光徑或光軸221 至224 ，使得多孔徑成像裝置10之總視場(自多孔徑成像裝置10所看到)不在z軸之方向上而在別處。圖1呈現在偏轉之後的多孔徑成像裝置10之總視場基本上沿著y軸(亦即，偏轉基本上發生於zy平面中)的例示性狀況。
在將論述光束偏轉裝置24之另外功能之前，應注意，關於光學通道陣列14之單線特性的解釋不應被視為限制性方式，且本申請案之實施例亦包括複數個光學通道係以二維陣列而配置的實施方案。舉例而言，根據與上文所論述之觀點不同的觀點，可需要執行多孔徑成像裝置10之總視場相對於影像感測器12與光學器件161 至164 之組合的重新定向。此等觀點亦可關注(例如)下文所描述之光束偏轉裝置24之額外功能。
如上文所描述，在圖1之實施例中，光軸221 至224 在由光束偏轉裝置24進行偏轉之前或在沒有該偏轉的情況下或(例如)在如圖1所展示之光學器件161 至164 處彼此平行，或僅自其稍微偏離。光學器件161 至164 以及影像感測器區域121 至124 之對應定中心定位易於產生且在最小化安裝空間方面有利。光學通道之光徑之平行度亦具有由個別通道141 至14N 覆蓋或投影於各別影像感測器區域121 至124 上之部分視場將在沒有任何另外措施(即，光束偏轉)的情況下完全地重疊的效應。為了由多孔徑成像裝置10覆蓋較大的總視場，圖1之光束偏轉裝置24之另外功能係提供具有發散度之光徑，使得通道141 至14N 之部分視場彼此較少地重疊。
舉例而言，假定光學通道141 至144 之光徑之光軸221 至224 在光束偏轉裝置24之前或在沒有光束偏轉裝置24的情況下彼此平行，或沿著橫越所有通道而平均化之定向相對於平行定向而偏離光學通道141 至14N 之部分視場之最小孔徑角的小於十分之一。在沒有任何額外措施的情況下，部分視場將大多重疊。因此，圖1之光束偏轉裝置24針對每一光學通道141 至14N 包括清楚地分配至彼通道之反射小平面261 至264 ，其各自為光學上平面的且彼此傾斜，即，使得光學通道之部分視場在空間角方面較少地重疊且覆蓋(例如)具有(例如)大於光學通道141 至14N 之個別部分視場之孔徑角的1.5倍之孔徑角的總視場。在圖1之例示性狀況下，反射小平面261 至264 之相互傾度具有(例如)實際上彼此鄰接地沿著x軸線性地安置之光學通道141 至14N 根據部分視場301 至304 之二維配置而覆蓋總視場28的效應。
若在圖1之實施例中在由在光束偏轉之前的光軸之平均化方向及在光束偏轉之後的光軸之平均化方向跨越或界定的平面中(亦即，在一方面在圖1之實例中的xy平面中及在垂直於後一平面且平行於在光束偏轉之後的光軸之平均化方向而延行的平面中)考慮光學通道141 至144 之光軸221 至224 之角偏轉，則產生圖2a及圖2b所展示之行為。圖2a展示在第一平面中之光束偏轉αx 且圖2b展示在後一平面中之光束偏轉，即αz 。圖2a及圖2b說明光軸之平均光束偏轉係使得在光束偏轉之後的平均方向對應於y軸的狀況。平均而言，光學通道之光軸在yz平面中圍繞x軸偏轉90°，且平均而言，光軸未在yz平面外傾斜。
如由圖1中之點線以32所指示，基本上稜鏡形本體可經形成為光束偏轉裝置，但此將伴有已經在本申請案之描述之簡介部分中指示的缺點：在模製期間發生之損失取決於待形成之材料之材料量，且因此，模製如由32所指示之本體將伴有增加生產成本或引起光學通道141 至14N 之光學投影之較低品質的困難。
出於後一原因，如下文更詳細地所說明，生產圖1之光束偏轉裝置24，使得光束偏轉裝置24包含複數14個光學通道共同地所具有(亦即，橫越所有光學通道而延伸)之共同載體基體34。載體基體34係以傾斜方式以相對於影像感測器12之設定角(即，圍繞光學通道之光軸之平均方向偏轉所圍繞的軸線，亦即，圖1中之x軸)而置放。此設定角具有面向影像感測器的光束偏轉裝置24之表面已經實現光學通道之光徑之「粗略偏轉」的效應。
若為(例如)圍繞x軸的光學通道141 至144 之光軸161 至164 之最小光束偏轉(亦即，= min{}，其中等於光學通道14i 之光束偏轉，其中= 0，此意謂沒有發生光束偏轉)，則載體基體24可相對於影像感測器12傾斜，使得90° -≤ ½ ·適用，其中大於0°且小於90°且= 0°對應於載體基體34至影像感測器12之平面平行定向。下文將參考圖4a來論述此狀況。可看出，在此狀況下，反射小平面261 至264 不在yz平面中相對於基體或僅在該方向上傾斜，使得較接近於影像感測器的基體之側向面窄於在相對方向上指向之側向面。當等式適用(亦即，90° -= ½ ·)時，存在不相對於yz平面中之基體傾斜的至少一個小平面。
可為(例如)圍繞x軸的光學通道141 至144 之光軸161 至164 之最大光束偏轉，亦即，= mx{}。接著，舉例而言，載體基體24亦可相對於影像感測器12傾斜，使得90° -≥ ½ ·適用。下文將參考圖4b來論述此狀況。在彼處可看出，在此狀況下，反射小平面261 至264 不在yz平面中相對於基體或僅在該方向上傾斜，使得較接近於影像感測器的基體之側向面寬於在相對方向上指向之側向面。若等式適用(亦即，90° -= ½ ·)，則存在不相對於yz平面中之基體傾斜的至少一個小平面。
以所描述之方式，有可能的是，除了純平行六面體形狀以外，光束偏轉裝置24亦包含僅僅在面向影像感測器12之側上的額外材料(除了純平行六面體形狀以外)，以便形成反射小平面261 至264 之相互傾度。然而，此等傾斜角比總偏轉角小得多，此係由於此等傾斜角僅僅執行光徑之殘餘偏轉。對於yz平面中之傾斜角(即，圍繞x軸之殘餘偏轉)，適用。yz平面中之傾斜角對應於較精細通道個別偏轉之半部。在關注YZ平面外之光束偏轉的其他橫向方向上，偏轉角無論如何皆小，且因此，基體平面外的沿著x軸之小平面之傾斜角亦無論如何皆小。
對於由光束偏轉裝置24偏轉每一光學通道之光徑的偏轉角，此意謂該等偏轉角各自係基於設定角以及分配至光學通道之反射小平面相對於載體基體34自身的各別傾度。可如上文所陳述而藉由yz平面中之傾斜角及相對於載體基體3之法線在與其垂直之平面中的傾斜角來描述小平面261 至264 的此等所提及之面個別傾度。當其適用時，較佳的是，對於每一通道，設定角大於傾度，亦即，對於所有通道，。當對於或甚至對於已經滿足該不等式時甚至更佳。換言之，當設定角相較於小平面261 至26N 之傾斜角大，使得關於光束偏轉裝置24之純平行六面體形狀的額外材料低時係較佳的。可(例如)介於30°與60°之間，30°及60°各自包括在內。
圖3a至圖3d展示針對如圖1例示性地所說明的經線性地或在一個側上配置之4個光學通道之實例的根據一實施例之光束偏轉裝置的側視圖。圖3a至圖3d之光束偏轉裝置24可用作圖1之光束偏轉裝置，其中部分視場接著將不在如圖1所說明之順時針方向3、4、2、1上而在根據次序4、2、1、3之順時針方向上覆蓋總視場。圖3a至圖3d中展示小平面261 至264 之傾斜角。小平面之傾斜角藉由上標索引1至4而彼此區分或分配至各別通道。此處，及兩者皆為0°。載體基體之後側(亦即，與具備小平面261 至264 之表面對置的側)係由圖3a至圖3d中之36指示。形成載體基體34之平行六面體形狀部分的材料在點線38下方。可看出，將被添加至該材料之額外材料具有極少體積，使得模製較容易。
可(例如)執行圖3a至圖3d之光束偏轉裝置24的生產，此在於由模製工具將額外材料模製至載體基體34上。此處，載體基體34可為玻璃，而其上之經模製額外材料為聚合物。另外選項將為藉由射出模製或其相同者來整體地形成圖3a至圖3d之光束偏轉裝置24。
在上述陳述中，已經描述：如圖4a所指示，通道14i 之小平面26i 的傾斜角可圍繞x軸或在yz平面中在相同方向上傾斜，即，達光束偏轉裝置24之載體基體34相對於影像感測器12的設定角，使得其適用於較遠離於影像感測器12之側40上的光束偏轉裝置24之厚度大於較接近於影像感測器之側42上的光束偏轉裝置24之厚度的所有通道之所有小平面26i 。然而，存在圖4b及圖4c所說明的此情形之替代例。根據圖4b，上文所陳述之情況顛倒。此意謂yz平面中的小平面26i 之傾斜角(亦即，傾度)係使得其適用於光束偏轉裝置24具有面向影像感測器之側42的所有小平面26i ，其中側42厚於背對影像感測器之側40上的厚度。因此，圖4b參考圖2a及圖2b而適用：。根據圖4c，有可能的是發生兩種狀況；亦即，小平面26i 根據圖4a而傾斜且小平面26j 根據圖4b而傾斜。因此，適用。
因此，具有圖3之偏轉裝置的圖1之實施例表示多孔徑成像裝置，其中每一通道在影像感測器區域12i上界定一投影，且包括經分配成像光學器件16i 且由經分配片段或光束偏轉裝置14之小平面16i 偏轉。小平面26i 表示面向影像感測器12的光束偏轉裝置24之表面或側之部分。該等小平面可借助於在共同平面基體34 (諸如玻璃、聚合物、金屬、矽或其他合適材料)上模製聚合物(諸如UV可固化聚合物)而生產。由平面基體34及模製於其上之稜鏡(即，每一通道14i 一個稜鏡)組成的本體(其中本體形成偏轉裝置24)可與成像通道14i 之光軸22i 對準，使得基體34之表面法線(亦即，光束偏轉裝置24之平行六面體形狀部分上的法線)與光軸22i 成角度＞ 0且＜ 90°，其較佳地為大約45°或介於30°與60°之間，30°及60°各自包括在內。
根據一實施例，借助於複製製程在一基體上同時地生產複數個偏轉裝置24。一實施例將為如下。為了提供具有反射能力之小平面26i ，可模製反射材料或可向小平面26i 之前側提供鏡射。鏡面可包括金屬層及介電層兩者。
此外，換言之，可以多用途而生產根據圖3之偏轉裝置。此處，可借助於在平面基體上模製(例如)聚合物而生產如圖5a所指示之偏轉裝置，或借助於澆鑄或壓印玻璃或聚合物而執行生產，使得產生如圖5b所指示之單組件實體。接著，可隨後藉由鋸割、雷射、磨砂或噴水切割而單一化個別偏轉裝置。顯然可借助於垂直於載體基體34或垂直於載體基體之後側38的鋸割切口43而執行分離。然而，有利地，亦可執行分離使得由單一化切口產生切割表面，與載體基體34之區域法線成角度≠0。圖6a中針對在載體基體上模製聚合物的狀況且圖6b中針對壓印具有後續垂直切口之材料的狀況說明垂直切口，且圖7例示性地針對在平面載體基體上模製聚合物的狀況展示沿著傾斜切割表面43 (亦即，沿著與載體基體之區域法線成角度的切割表面)之單一化。
圖8說明針對此情形之原因：可選擇置放於平行於線延伸方向而延行之鄰近偏轉裝置之間的單一化切割平面之切割角，使得當將該等偏轉裝置安裝至多孔徑成像裝置10中時，此等切割表面在光束偏轉之前或在沒有光束偏轉的情況下平行於或幾乎平行於光學通道14i 之光軸22i 而延行，使得總而言之產生多孔徑成像裝置10之整個系統的最小安裝高度。圖8說明由其引起的最小安裝高度，如針對圖4b之狀況的說明，其中對於每一通道i，在yz平面中(亦即，在設定角最大的平面中)之小平面傾斜，使得載體基體34之最遠離於影像感測器12的側40 (其垂直於上文所提及之平面(亦即，平行於影像感測器12之線延伸方向)而延行)藉由用於形成小平面26i 之額外材料在載體基體34之厚度方向上相對於載體基體34之平行六面體形狀不放大或較少地放大。如圖8所展示，此等側40及42平行於光徑或光軸22i 之部分在影像感測器側上延行。有利地，在圖4b之組配中，由圖6a、圖6b及圖7中之線43指示的單一化平面不與形成小平面之額外材料相交。在圖4a之組配中，針對所有小平面將不為此狀況，且在圖4c之組配中，針對對應於圖4a之組配的彼等小平面將不為此狀況。然而，如藉由圖4b與圖8之間的比較所展示，在y方向上之安裝高度在圖8之狀況下相對於圖4b之狀況並未縮減。對於yz平面中之側40與後側36之間的角度γ，以下適用0.9∙(90°-) ££ 1.1∙(90°-)。
圖9針對圖4a之狀況例示性地說明：與後側36對稱，除了基體34以外，光束偏轉裝置亦可包含同樣形成之基體34'。藉由光束偏轉裝置24圍繞沿著線延伸方向或沿著x軸而延行之軸線48的樞轉懸架，光束偏轉裝置24可自具有上文所描述之設定角的位置I改變至具有對應於相對於影像感測器12之相對傾度之設定角的位置II，且因此具有如下效應：在位置I中，小平面26i 實現上文所提及之光束偏轉，而在位置II中，小平面26i '實現在如圖9中由22i 或22i '所指示之基本上對置方向上之光束偏轉。顯然，亦將有可能亦在根據圖4b或圖4c之組配中藉由圍繞軸線48旋轉而應用此可逆性。對於生產，舉例而言，兩個基體34及34'之後側36可諸如藉由黏著性結合或另一接合製程而彼此連接。
在上文，已經提及光徑或光軸可在光束偏轉之前或在沒有光束偏轉的情況下自平行度偏離。下文將藉由通道可具備某種預發散度的事實而描述此情況。在光軸221 至224 之此預發散度的情況下，將有可能的是，舉例而言，並非所有小平面傾度皆不同，但一些通道群組具有(例如)相同傾度之小平面。相同傾度之小平面可接著被整體地形成或彼此連續地合併，實際上作為分配至在線延伸方向上鄰近之此通道群組的一個小平面。此等通道之光軸的發散度可接著源自如藉由通道之光學器件與影像感測器區域之光學中心之間的側向偏移所獲得的此等光軸之發散度。預發散度可限於(例如)一個平面。在光束偏轉之前或在沒有光束偏轉的情況下，光軸可(例如)在共同平面中延行，但在共同平面內發散，且小平面僅僅實現在另一橫向平面中之額外發散度，亦即，其全部平行於線延伸方向(對於所有i，bi z =0)且相對於彼此而傾斜，另一橫向平面僅不同於光軸之上文所提及之共同平面，其中若干小平面再次可具有相同傾度或可經一起分配至光軸(例如)成對地在光束偏轉之前或在沒有光束偏轉的情況下已經在光軸的上文所提及之共同平面中不同的通道群組。
可(例如)藉由在沿著線延伸方向之直線上配置光學器件之光學中心而獲得上文所提及的可能存在之預發散度，而以在影像感測器平面中之直線的點處(諸如在以通道個別方式沿著線延伸方向及/或沿著垂直於線延伸方向及影像感測器法線兩者之方向偏離影像感測器平面中之上文所提及的直線上之點的點處)沿著影像感測器區域的平面之法線偏離光學中心之投影的方式配置影像感測器區域之中心。替代地，可獲得預發散度，此在於影像感測器之中心係在沿著線延伸方向之直線上，而自影像感測器之光學中心之投影的光學器件之中心係以在光學中心平面中之直線的點上(諸如在以通道個別方式沿著線延伸方向及/或沿著垂直於線延伸方向及光學中心平面之法線兩者的方向偏離光學中心平面中之上文所提及的直線上之點的點處)沿著光學器件之光學中心的平面之法線偏離的方式而配置。當自各別投影之上文所提及之通道個別偏差僅僅在線延伸方向上延行(亦即，在共同平面中之光軸具備預發散度)時係較佳的。接著，光學中心及影像感測器區域中心兩者係在平行於線延伸方向之直線上，但具有不同中間距離。與此對比，透鏡與影像感測器之間的在與線延伸方向成側向之垂直方向上的側向偏移將引起安裝高度之放大。僅僅在線延伸方向上之平面內的偏移不改變安裝高度，但將產生可能較少的小平面及/或該等小平面將僅具有在簡化結構之角定向上的傾斜。圖13a及圖13b中說明此情形，其中在一方面為鄰近通道141 及142 以及在另一方面為鄰近通道143 及144 具有在共同平面中延行且相對於彼此偏斜(亦即，具備預發散度)之光軸141 及142 或143 及144 。小平面261 及262 可由一個小平面形成且小平面263 及264 可由如由各別小平面對之間的點線所指示的另一小平面形成，且僅兩個小平面僅僅在一個方向上傾斜且兩者平行於線延伸方向，亦即(對於所有i，bi z =0且bi x ¹0，且b1 x = b2 x 且b3 x = b4 x )。
另外，可預期到，一些光學通道分配至同一部分視場，諸如出於超解析度之目的或用於增加解析度，由此等通道按該解析度取樣各別部分視場。接著，此群組內之光學通道將在光束偏轉之前平行地延行且將由小平面偏轉至部分視場上。有利地，一群組之一通道的影像感測器之像素影像將處於此群組之另一通道的影像感測器之像素之影像之間的中間位置中。
在線延伸方向上的緊鄰通道之群組以其部分視場完全地覆蓋總視場且在其部分上的緊鄰通道之另外群組亦完全地覆蓋總視場的實施方案亦將係可能的，例如，並不用於超解析度目的，而是僅僅用於立體觀察目的。
圖10展示圖1之多孔徑成像裝置10可另外包括用於實現光束偏轉裝置24圍繞平行於線延伸方向或x軸之軸線之旋轉的構件50。旋轉軸線(例如)在光軸221 至224 之平面內或自其偏離光學器件161 至164 之直徑的小於四分之一。替代地，亦將有可能的是，旋轉軸線進一步隔開，諸如小於一個光學器件直徑或小於四個光學器件直徑。此構件50可(例如)為裝置10之影像穩定化控制之部分，其係藉由可調適性地改變設定角及/或用於在參考圖9所提及之位置I與位置II之間移位光束偏轉裝置24而補償圍繞x軸之模糊而實現。
另外，圖10之多孔徑成像裝置10可另外或替代地包括實現光學器件16i 沿著x軸之平移移動的構件52。構件52亦可為影像穩定化之部分，且可實現(例如)在垂直於經由構件50的上文所提及之模糊補償之方向上的模糊。
另外或替代地，裝置10可進一步包括為了焦點調整而調整沿著光軸22i 的影像感測器12與光學器件16之間的距離的構件54。構件54可藉由自動聚焦控制予以控制，或亦由安裝有裝置10的裝置之使用者手動地控制。
因此，構件52充當光學器件之懸架，且較佳地，如圖4所指示，構件52沿著線延伸方向鄰接於其而側向地安置，以便不增加安裝高度。其亦適用於構件50及54，構件50及54較佳地安置於光徑之平面內以便不增加安裝高度。
應注意，光學器件161 至164 可不僅固持於彼此當中(諸如經由已經提及之透明基體)，而且相對於光束偏轉裝置固持於恆定相對部位中(諸如經由較佳地不增加安裝高度且因此較佳地在組件12、14及24之平面中或在光徑之平面中延行的合適框架)。相對部位之一致性可限於沿著光軸的光學器件與光束偏轉裝置之間的距離，使得構件54以平移方式沿著光軸移動(例如)光學器件161 至164 以及光束偏轉裝置。可將光學器件至光束偏轉裝置距離設定為最小距離，使得通道之光徑不受到光束偏轉裝置24之片段側向地限制，此會縮減安裝高度，此係由於否則片段26i 將必須經定尺寸以用於相對於側向延伸之最大光學器件至光束偏轉裝置距離，以便不限定光徑。另外，上文所提及之框架的相對部位的一致性可以剛性方式沿著x軸將光學器件及光束偏轉裝置彼此固持，使得構件52將以平移方式沿著線延伸方向移動光學器件161 至164 以及光束偏轉裝置。
用於偏轉光學通道之光徑的上文所描述之光束偏轉裝置24與用於產生多孔徑成像裝置之光學影像穩定化控制的光束偏轉裝置24之旋轉移動的致動器50一起允許在兩個維度中之影像或總視場穩定化，即，藉由基體18之平移移動而允許沿著基本上平行於光束偏轉裝置而延行之第一影像軸線的影像穩定化，及在光束偏轉之前或在沒有光束偏轉的情況下，或在考慮垂直於光軸及線延伸方向之經偏轉光軸的情況下，藉由產生光束偏轉構件24之旋轉移動而允許沿著基本上平行於光軸而延行之第二影像軸線的影像穩定化。另外，所描述之配置可(例如)由所描述之致動器54實現在上文所陳述之框架中固定的光束偏轉裝置及垂直於線延伸方向之陣列14的平移移動，其可用於實現焦點調整且因此用於實施自動聚焦功能。
出於完整性起見，關於以上陳述應注意，裝置在經由影像感測器區域而捕捉時捕捉每通道的一場景之一個影像，其已由通道投影於影像感測器區域上，且裝置可視情況具有將影像組合或合併成對應於總視場中之場景及/或提供額外資料(諸如用於產生深度圖及用於軟體實現(諸如重新聚焦(在實際捕捉之後判定影像清晰度區域)、全在焦點上影像、虛擬綠色螢幕(前景與背景之分離)等等)的物件場景之3D影像資料及深度資訊)之整體影像的處理器。後者任務亦可由彼處理器執行或亦在外部執行。然而，處理器亦可表示在多孔徑裝置外部之組件。
關於以上陳述，應仍注意，小平面26i 可被鏡射。替代地，除了鏡射材料的載體基體之平行六面體形狀部分以外，亦將有可能形成額外材料，使得可省略單獨鏡射。
圖11說明上述替代例之裝置10可併入於(例如)攜帶型裝置200 (諸如行動電話或媒體播放器或其相同者)之平坦外殼中，其中接著，舉例而言，影像感測器12或影像感測器區域之平面與通道14之光學器件的透鏡平面垂直於平坦外殼之平坦延伸方向或平行於厚度方向而對準。以彼方式，舉例而言，光束偏轉裝置24將具有多孔徑成像裝置10之總視場在亦包含(例如)監視器的平坦外殼之前側202前方的效應。替代地，偏轉亦將係可能的，使得視場在與前側202對置的平坦外殼之後側前方。外殼可包含穿透側202中之透明窗，以便讓光學通道14之光徑通過。另外，可附接可切換隔膜(機械地移動，電鉻)以便影響通過前側及/或後側上的窗之開口的光進入。裝置200之外殼或該裝置自身可為平坦的，此係由於：歸因於裝置10在外殼中之所說明部位，裝置10之安裝高度(其平行於外殼之厚度)可保持低。亦可提供可切換性，此在於將窗提供於與側202對置的側上，且舉例而言，藉由將側202組配為(例如)如圖9所展示之在前部上及在後部上鏡射的鏡面(且其中一個位置旋轉至另一位置)或組配為具有用於一個位置之小平面集合及用於另一位置之不同小平面集合的小平面鏡面(其中該等小平面集合在線延伸方向上彼此鄰接，且藉由以平移方式沿著線延伸方向來回地移動光束偏轉裝置而執行在該等位置之間的切換)而在兩個位置之間移動光束偏轉裝置。將裝置10安裝至另一可能非攜帶型裝置(諸如汽車)中亦將係可能的。圖12展示若干模組10 (其通道之部分視場完全地及視情況甚至疊合地覆蓋同一視場)可(例如)彼此相隔基礎距離B沿著針對兩個模組相同的線延伸方向而安裝於裝置200中，諸如出於立體觀察目的。多於兩個模組亦將係可能的。模組10之線延伸方向亦可為非共線的，但僅僅彼此平行。然而，應仍提及，如上文所陳述，裝置10或模組可具備通道，使得通道以群組形式完全地覆蓋同一總視場。
因此，以上實施例可以具有單線通道配置之多孔徑成像裝置的形式予以實施，其中每一通道傳輸一總視場之一部分視場且該等部分視場部分地重疊。具有用於3D影像捕捉之立體、三重、四重等等結構的此等多孔徑成像裝置中之若干者的結構係可能的。此處，複數個模組可經組配為連續線。連續線可使用相同致動器及共同光束偏轉元件。可能存在於光徑內之一個或若干放大基體可橫越可形成立體、三重、四重結構之整個線而延伸。可使用用於超解析度之方法，其中若干通道投影相同部分影像區域。光軸可甚至在沒有任何光束偏轉裝置的情況下發散，使得在光束偏轉單元上需要較少的小平面。有利地，小平面接著僅具有角組件。影像感測器可為單件式單元且可具有僅一個相鄰像素矩陣或若干不連續像素矩陣。影像感測器可由(例如)彼此鄰接地安置於印刷電路板上之若干部分感測器組合。自動聚焦驅動可經組配使得光束偏轉元件與光學器件同步地移動或為靜止的。
10‧‧‧多孔徑成像裝置/模組
12‧‧‧影像感測器
121、122、123、124‧‧‧影像感測器區域
14、141、142、143、144‧‧‧光學通道
161、162、163 、164‧‧‧光學器件
18‧‧‧基體/固持器
20‧‧‧座標系統
221、222、223、224、22i、22i '、22j‧‧‧光徑
24‧‧‧光束偏轉裝置
261、262、263、264、26i、26i'‧‧‧反射小平面
28‧‧‧總視場
301、302、303、304‧‧‧部分視場
32‧‧‧本體
34、34'‧‧‧載體基體
36、38‧‧‧後側
40、42‧‧‧橫向面
43‧‧‧鋸割切口/線
48‧‧‧軸線
50‧‧‧第一致動器
52‧‧‧第二致動器/構件
54‧‧‧第三致動器
200‧‧‧攜帶型裝置
202‧‧‧穿透側/前側
I、II‧‧‧位置
B‧‧‧基礎距離
有利實施方案為附屬請求項之主題。下文將參考諸圖來論述本申請案之較佳實施例。該等圖展示： 圖1為根據一實施例之多孔徑成像裝置的示意性透視圖； 圖2a為展示在沿著水平軸線之通道索引上所標繪的針對不同通道的圍繞x軸之光束偏轉角的圖形，其中係沿著y軸以任意單位而標繪； 圖2b為用於光學通道之偏轉角係在y軸上沿著與其垂直之橫向方向而標繪(即，亦即，在yz平面外之角偏轉)的各別圖形； 圖3a至圖3d為根據一實施例之光束偏轉裝置的側視圖或俯視圖，其中圖3a展示光束偏轉裝置之基體可在基體平面自身中被看到的側視圖，其中線延伸方向橫向於側視圖，圖3c展示來自相對方向之各別側視圖，圖3b展示垂直於基體平面之反射小平面的俯視圖，且圖3d展示側向地沿著線延伸方向之鏡面偏轉裝置的側視圖； 圖4a為具有所展示之設定角及通道個別傾斜角之光束偏轉裝置的示意性側視圖，其中側截面平面垂直於線延伸方向而延行，且其中說明所有小平面傾斜使得較接近於影像感測器且平行於線延伸方向而延行的基體之側向面薄於背對影像感測器之相對側向面的狀況； 圖4b為面向影像感測器的基體之側向面厚於較遠離於影像感測器之側向面的圖4a之替代狀況的光束偏轉裝置的側視圖； 圖4c為存在根據圖4a之小平面以及根據圖4b之小平面兩者的狀況的鏡面偏轉裝置的側截面圖； 圖5a為藉由在共同基體上模製以多用途而形成且尚未被單一化之若干鏡面偏轉裝置的側截面圖，其中側截面圖在考慮鏡面偏轉裝置至多孔徑成像裝置中之稍後安裝時垂直於線延伸方向，或相對於在單一化之後的狀態垂直於鏡面偏轉裝置之縱向方向； 圖5b為根據圖5a之側截面圖，然而，其中說明藉由借助於壓印或射出模製之整體形成而進行的多用途生產，其中經印壓或經模製基體被整體地形成且在面向影像感測器之側上包括小平面； 圖6a為圖5a之側截面圖，其中所展示之單一化切割線平行於鏡面偏轉裝置之線延伸方向或縱向方向； 圖6b為對應於圖6a的針對圖5a之圖5b之狀況的側截面圖； 圖7為根據圖5a或圖5b以多用途而生產之光束偏轉裝置的側截面圖，其中此處，例示性地，用於單一化之切割平面不垂直於基體而是相對於基體傾斜而延行； 圖8為使用根據圖7之傾斜單一化的根據圖4b之鏡面偏轉裝置的示意性側截面圖，其用於說明傾斜單一化在縮減安裝高度方面之優點； 圖9為鏡面偏轉裝置之示意性側截面圖，鏡面偏轉裝置圍繞平行於線延伸方向之旋轉軸線而樞轉以便在第一位置與第二位置之間可移動，其中光學通道之光徑係在相對方向上偏轉； 圖10為根據圖1之多孔徑成像裝置的示意性透視圖，該多孔徑成像裝置具有用於改變影像感測器12、通道陣列及鏡面偏轉裝置彼此之相對部位的額外構件； 圖11為用於說明多孔徑成像裝置之安裝的行動裝置之透視圖；且 圖12為出於立體觀察目的而用於說明兩個多孔徑成像裝置之安裝的行動裝置之透視圖；且 圖13a及圖13b為根據圖1之變化的多孔徑成像裝置之側截面圖及俯視圖，其中通道之光軸具有預發散度以便在平行於線延伸方向之共同平面中發散，使得可縮減具有成對不同傾度之小平面之數目。
10‧‧‧多孔徑成像裝置/模組
12‧‧‧影像感測器
121、122、123、124‧‧‧影像感測器區域
14、141、142、143、144‧‧‧光學通道
161、162、163、164‧‧‧光學器件
18‧‧‧基體/固持器
20‧‧‧座標系統
221、222、223、224‧‧‧光徑
24‧‧‧光束偏轉裝置
261、262、263、264‧‧‧反射小平面
28‧‧‧總視場
301、302、303、304‧‧‧部分視場
32‧‧‧本體
34‧‧‧載體基體

Claims (15)

  1. 一種多孔徑成像裝置，其包含：       一影像感測器； 複數個光學通道； 一光束偏轉裝置，其用於偏轉該複數個光學通道之光徑，其中該光束偏轉裝置包含為該複數個光學通道所共有之一載體基體， 其中偏轉每一光學通道之該等光徑的一偏轉角係基於該光束偏轉設備之該載體基體相對於該影像感測器的一設定角且基於面向該影像感測器的該光束偏轉設備之一表面之一反射小平面相對於該載體基體的一傾度，該傾度在該等光學通道當中變化，該反射小平面分配至該光學通道。
  2. 如請求項1之多孔徑成像裝置，其中，對於每一通道，該設定角大於分配至此通道之該反射小平面相對於該載體基體的該傾度之一傾斜角。
  3. 如請求項1或2之多孔徑成像裝置，其中該複數個光學通道形成一單線陣列。
  4. 如請求項3之多孔徑成像裝置，其中該載體基體平行於該單線陣列之一線延伸方向而定位，且該設定角係在垂直於該線延伸方向之一平面中。
  5. 如前述請求項中之一項之多孔徑成像裝置，其中面向該影像感測器的該光束偏轉裝置之該表面至少在分配至該等光學通道之該等反射小平面上被鏡射。
  6. 如前述請求項中之一項之多孔徑成像裝置，其中該載體基體為平行六面體形狀，且分配至該等光學通道之該等反射小平面係由模製於該平行六面體形狀載體基體上之一材料形成。
  7. 如請求項1至5中之一項之多孔徑成像裝置，其中該載體基體係與分配至該等光學通道之該等反射小平面整體地形成於面向該影像感測器之該表面中。
  8. 如前述請求項中之一項之多孔徑成像裝置，其中該複數個光學通道形成一單線陣列，且該載體基體圍繞平行於該單線陣列之一線延伸方向的一旋轉軸線而樞轉。
  9. 如請求項8之多孔徑成像裝置，其進一步包含用於產生該光束偏轉裝置圍繞該旋轉軸線之一旋轉移動的一第一致動器。
  10. 如請求項9之多孔徑成像裝置，其中該第一致動器係藉由該多孔徑成像裝置之一光學影像穩定化控制予以控制，使得藉由產生該光束偏轉裝置之該旋轉移動而實現影像穩定化。
  11. 如請求項10之多孔徑成像裝置，其進一步包含用於以一平移方式沿著該單線陣列之該線延伸方向移動該複數個光學通道之光學器件的一第二致動器，該第二致動器係進一步藉由該多孔徑成像裝置之該光學影像穩定化控制予以控制，使得藉由以一平移方式沿著該單線陣列之該線延伸方向移動該複數個光學通道之該等光學器件，沿著一第一影像軸線實現影像穩定化，且藉由產生該光束偏轉裝置之該旋轉移動，沿著一第二影像軸線實現影像穩定化。
  12. 如前述請求項中之一項之多孔徑成像裝置，其進一步包含用於以一平移方式沿著該複數個光學通道之該等光徑移動該複數個光學通道之光學器件的一第三致動器。
  13. 如請求項12之多孔徑成像裝置，其中該第三致動器係藉由該多孔徑成像裝置之一聚焦控制予以控制。
  14. 如前述請求項中之一項之多孔徑成像裝置，其中該載體基體包含背對該影像感測器之一後側，以及平行於該線延伸方向且彼此平行之兩個側向面，其連接面向該影像感測器之該表面與該後側，其中在該後側與較遠離於該影像感測器的該等側向面中之該一者之間的一角度γ滿足0.9∙(90°-) ££ 1.1∙(90°-)之條件，其中為該設定角。
  15. 一種如前述請求項中之一項之多孔徑成像裝置之製造，其中藉由以下操作而產生分配至該等光學通道之該等反射小平面： 將額外材料模製至該載體基體上，或 射出模製或衝壓材料，使得該載體基體係與分配至該等光學通道之該等反射小平面整體地形成於面向該影像感測器之該表面中。
TW105126359A 2015-08-19 2016-08-18 具有包含反射小平面之光束偏轉裝置的多孔徑成像裝置 TWI685676B (zh)

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