[發(fā)明專(zhuān)利]用于包括若干光學(xué)通道的多孔徑光學(xué)器件相對(duì)于圖像傳感器的相對(duì)定位的設(shè)備和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580045247.8
• 申請(qǐng)日: 2015-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106716486B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德烈·布魯克納;弗蘭克·維佩曼;安德里亞斯·布勞爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)
• 主分類(lèi)號(hào): H04N5/232
• 分類(lèi)號(hào): H04N5/232;H04N5/225;H04N17/00
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李敬文

一種用于包括若干光學(xué)通道的多孔徑光學(xué)器件相對(duì)于圖像傳感器的相對(duì)定位的設(shè)備包括參考對(duì)象、定位設(shè)備和計(jì)算設(shè)備。參考對(duì)象被布置成使得參考對(duì)象通過(guò)多孔徑光學(xué)器件在光學(xué)通道中被成像到針對(duì)每個(gè)通道的一個(gè)圖像區(qū)上。定位設(shè)備是可以被控制以改變多孔徑光學(xué)器件和圖像傳感器之間的相對(duì)位置。計(jì)算設(shè)備被配置為確定參考對(duì)象在參考對(duì)象的圖像中的至少三個(gè)圖像區(qū)中的實(shí)際位置，并且基于實(shí)際位置與位置的比較來(lái)控制定位設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于包括若干光學(xué)通道的多孔徑光學(xué)器件的相對(duì)定位的設(shè)備和方法。本發(fā)明還涉及一種用于使多孔徑光學(xué)器件與數(shù)字圖像傳感器主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的方法。

背景技術(shù)

當(dāng)制造高分辨率小型化相機(jī)模塊時(shí)，集成物鏡的步驟包括執(zhí)行主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程，即，使物鏡(接物鏡)相對(duì)于圖像傳感器主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)觀察和評(píng)估出現(xiàn)的圖像。這涉及相對(duì)于圖像傳感器移動(dòng)物鏡并根據(jù)圖像清晰度的預(yù)定義質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估出現(xiàn)的圖像(通常，在圖像中的不同位置處測(cè)量圖像對(duì)比度和/或模塊傳遞函數(shù)[簡(jiǎn)言之：MTRF])。例如通過(guò)使所測(cè)量的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)最大化來(lái)優(yōu)化定位，并且相應(yīng)地相對(duì)于圖像傳感器在該位置固定(例如通過(guò)膠合的手段)物鏡。為此所需的一個(gè)前提條件是，針對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所利用的物鏡的性質(zhì)(例如圖像對(duì)比度、MTF)將隨著過(guò)程中使用的位置偏移改變?yōu)樽銐蚩蓽y(cè)量的程度，如例如從US2013/0047396 A1或JP 20070269879已知的。

就主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)而言，如果物鏡的參數(shù)相對(duì)于定位步驟僅稍微變化，則常規(guī)優(yōu)化算法將失敗。后者適用于例如具有大的焦深的物鏡(并且特別地，由微透鏡陣列組成的多孔徑物鏡)，其中物鏡和圖像傳感器之間的z距離的變化僅導(dǎo)致圖像清晰度的微小變化，其在實(shí)際情況下難以測(cè)量。

由于關(guān)于光(z)軸的小型化相機(jī)的常規(guī)物鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)布局，在大多數(shù)情況下，工業(yè)自動(dòng)組裝機(jī)器展示五個(gè)自由度(以及因此五個(gè)軸)，用于光學(xué)器件相對(duì)于圖像傳感器的相對(duì)定位(例如，如圖18所描繪，3×沿x、y、z軸的平移+2×關(guān)于x和y軸的傾斜[tx，ty])。因此，所建立的主動(dòng)組裝過(guò)程和機(jī)器不適合于對(duì)準(zhǔn)沒(méi)有圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的物鏡。這些包括：例如，變形物鏡、包括定向選擇性濾光器部件的物鏡，還包括由微透鏡陣列組成的多孔徑物鏡。

圖18示出了用于形成具有所需自由度x，y，z(平移)，tx，ty和tz(旋轉(zhuǎn))的符號(hào)的圖像傳感器芯片16的多孔徑成像光學(xué)器件12的組裝布局的示意圖像。

所描述的這兩個(gè)限制適用于多孔徑成像物鏡(簡(jiǎn)言之，多孔徑光學(xué)器件，例如，如從WO 2011/045324 A2已知的所謂的電子簇眼)的組合。多孔徑布置由在x-y平面中一維或二維地延伸的光學(xué)通道陣列組成，每一個(gè)光學(xué)通道捕獲整個(gè)物場(chǎng)的限定部分。

每一個(gè)個(gè)別的光學(xué)通道的孔徑的中心位置相對(duì)于相關(guān)聯(lián)的子圖像的中心的位置(如在每一種情況下在x-y平面中查看)在這里在整個(gè)圖像的重建精度和/或分辨率能力方面起主要作用。孔徑的中心位置和相關(guān)聯(lián)的子圖像的中心位置之差(間距差)必須沿x，y中的平移自由度以所使用的圖像傳感器的一半像素間距和一像素間距之間的精度來(lái)調(diào)整。

已經(jīng)具體地開(kāi)發(fā)了多孔徑光學(xué)器件的這種布置，以便實(shí)現(xiàn)小型化的相機(jī)模塊，特別是具有超薄結(jié)構(gòu)形式的那些(用于例如在諸如智能電話、平板計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)等的薄設(shè)備中使用的目的)。

因此，其中使用具有非常小的焦距(例如f＝1.2mm)并因此具有大的焦深的微透鏡。根據(jù)針對(duì)具有對(duì)波長(zhǎng)W的衍射限制成像的圖像空間(dz)中的焦深的公式dz＝4*1*(F/#)^2，例如，對(duì)于波長(zhǎng)為550nm和f數(shù)為F/#＝2.4的光，實(shí)現(xiàn)dz＝12.7μm的值。