Title:
Multiaperturabbildungsvorrichtung mit kanalindividueller Einstellbarkeit
Kind Code:
A1
Abstract:

Das Versehen einer Multiaperturabbildungsvorrichtung mit einem einzeiligen Array von nebeneinanderangeordneten optischen Kanälen mit einer Einstelleinrichtung zum kanalindividuellen Ändern einer relativen Lage zwischen einem Bildsensorbereich eines jeweiligen optischen Kanals, der Optik des jeweiligen optischen Kanals und einer Strahlumlenkvorrichtung des jeweiligen Kanals oder zum kanalindividuellen Ändern einer optischen Eigenschaft der Optik des jeweiligen optischen Kanals oder einer die Umlenkung des Strahlengangs des jeweiligen optischen Kanals betreffenden optischen Eigenschaft der Strahlumlenkvorrichtung sowie mit einem Speicher mit eingespeicherten Vorgabewerten und/oder einer Steuerung zur Umsetzung von Sensordaten in Vorgabewerte zur kanalindividuellen Ansteuerung der Einstellvorrichtung wird verwendet, um Anforderungen an beispielsweise Herstellungstoleranzen der Multiaperturabbildungsvorrichtung zu verringern und/oder Anforderungen an die Multiaperturabbildungsvorrichtung bezüglich Lage- und Forminvarianz gegenüber Temperaturschwankungen zu reduzieren, so dass der mit dem Versehen einhergehende Zusatzaufwand wieder kompensiert wird.



Inventors:
Wippermann, Frank (98617, Meiningen, DE)
Brückner, Andreas (07743, Jena, DE)
Bräuer, Andreas (07646, Schlöben, DE)
Oberdörster, Alexander (07749, Jena, DE)
Application Number:
DE102015215845A
Publication Date:
02/23/2017
Filing Date:
08/19/2015
Assignee:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 (DE)
Domestic Patent References:
DE102014213371B3N/A2015-08-06
Foreign References:
200902194022009-09-03
201400556242014-02-27
WO2015015383A22015-02-05
Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Zimmermann, Stöckeler, Zinkler, Schenk & Partner mbB Patentanwälte, 81373, München, DE
Claims:
1. Multiaperturabbildungsvorrichtung mit:
einem Bildsensor (12);
einem einzeiligen Array (14) von nebeneinander angeordneten optischen Kanälen (141, 142, 143, 144), wobei jeder optische Kanal eine Optik (161, 162, 163, 164) zur Abbildung eines Teilgesichtsfelds (301, 302, 303, 304) eines Gesamtgesichtsfelds (28) auf einen jeweiligen Bildsensorbereich (121, 122, 123, 124) des Bildsensors umfasst;
einer Strahlumlenkvorrichtung (24) zum Umlenken eines Strahlengangs (221, 222, 223, 224) der optischen Kanäle;
einer Einstelleinrichtung (90; 96i; 98i; 100i) zum kanalindividuellen Ändern einer relativen Lage zwischen dem Bildsensorbereich (121, 122, 123, 124) eines jeweiligen optischen Kanals, der Optik (161, 162, 163, 164) des jeweiligen optischen Kanals und der Strahlumlenkvorrichtung (24) oder zum kanalindividuellen Ändern einer optischen Eigenschaft der Optik (161, 162, 163, 164) des jeweiligen optischen Kanals oder eines die Umlenkung des Strahlengangs des jeweiligen optischen Kanals betreffenden Segments (261, 262, 263, 264) der Strahlumlenkvorrichtung;
einem Speicher mit eingespeicherten Vorgabewerten und/oder einer Steuerung zur Umsetzung von Sensordaten in Vorgabewerte zur kanalindividuellen Ansteuerung der Einstellvorrichtung.

2. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einstelleinrichtung Folgendes umfasst:
für zumindest einen, für zumindest zwei oder für jeden Kanal (14i), einen ersten Aktor (96i) zum Bewegen der Optik des jeweiligen Kanals quer und/oder längs der Strahlengangs des jeweiligen Kanals.

3. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Einstelleinrichtung Folgendes umfasst:
für zumindest einen, für zumindest zwei oder für jeden Kanal (14i), ein Phasenänderungselement (100i) zur Änderung der lokalen Verteilung des Brechungsindex oder einer Form einer optischen Oberfläche der Optik (16i) des jeweiligen optischen Kanals oder des die Umlenkung des Strahlengangs des jeweiligen optischen Kanals betreffenden Segments (26i) der Strahlumlenkvorrichtung.

4. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einstelleinrichtung Folgendes umfasst:
für zumindest einen, für zumindest zwei oder für jeden Kanal (14i), einen zweiten Aktor (98i) zur Kippen des die Umlenkung des Strahlengangs des jeweiligen optischen Kanals betreffenden Segments der Strahlumlenkvorrichtung.

5. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich zu der Einstelleinrichtung einen Aktor (102) zur Erzeugung einer kanalglobalen Relativbewegung zwischen dem Bildsensor, dem einzeiligen Array und der Strahlumlenkvorrichtung umfasst.

6. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der zusätzlich zu der Einstelleinrichtung vorhandene Aktor Teil einer Autofokussteuerung (104) oder einer Bildstabilisierungssteuerung (106) der Multiaperturabbildungsvorrichtung ist.

7. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Strahlumlenkvorrichtung kanalglobal drehbar um eine Drehachse gelagert sind, die parallel zu einer Zeilenerstreckungsrichtung des einzeiligen Arrays liegt.

8. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, die ferner einen ersten Aktor (102c) zur Erzeugung einer Rotationsbewegung der Strahlumlenkvorrichtung (24) um die Drehachse aufweist.

9. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der der erste Aktor (102c) von einer optischen Bildstabilisierungssteuerung der Multiaperturabbildungsvorrichtung gesteuert ist.

10. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, die ferner einen zweiten Aktor (102a) zum translatorischen Bewegen von Optiken der des einzeiligen Arrays von optischen Kanälen entlang der Zeilenerstreckungsrichtung des einzeiligen Arrays aufweist, der ferner von der optischen Bildstabilisierungssteuerung der Multiaperturabbildungsvorrichtung gesteuert ist, so dass durch die translatorische Bewegung der Optiken der des einzeiligen Arrays von optischen Kanälen eine Bildstabilisierung entlang einer ersten Bildachse und durch die Erzeugung der Rotationsbewegung der Strahlumlenkvorrichtung eine Bildstabilisierung entlang einer zweiten Bildachse bewirkt wird.

11. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, die ferner einen dritten Aktor (102b) zum translatorischen Bewegen von Optiken der Mehrzahl von optischen Kanälen entlang der Strahlengänge (221, 222, 223, 224) der Mehrzahl von optischen Kanälen aufweist.

12. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der der dritte Aktor (54) von einer Fokussteuerung der Multiaperturabbildungsvorrichtung gesteuert ist.

13. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Vorgabenwerte oder die Steuerung derart ausgebildet sind, dass ein Maß für eine Dispersion einer Verteilung eines oder mehrerer Eigenschaften unter den optischen Kanäle durch die Ansteuerung der Einstellvorrichtung mittels der eingespeicherten Vorgabenwerte reduziert wird:
eine transversale Abweichung der Teilgesichtsfelder von einer regelmäßigen Verteilung der Teilgesichtsfelder,
Brennweiten der Optiken,
Schärfentiefentfernungen der optischen Kanäle.

14. Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Vorgabenwerte oder die Umsetzung durch die Steuerung einen Abhängigkeit von Bildsensordaten der Bildsensorbereiche und/oder Sensordaten betreffend Temperatur, Druck, Feuchte, räumliche Lage der Multiaperturabbildungsvorrichtung und/oder Beschleunigung der Multiaperturabbildungsvorrichtung und/oder Drehrate der Multiaperturabbildungsvorrichtung aufweist.

15. Verfahren zum Einstellen einer Multiaperturabbildungsvorrichtung mit einem Bildsensor (12), einem einzeiligen Array (14) von nebeneinander angeordneten optischen Kanälen (141, 142, 143, 144), wobei jeder optische Kanal eine Optik (161, 162, 163, 164) zur Abbildung eines Teilgesichtsfelds (301, 302, 303, 304) eines Gesamtgesichtsfelds (28) auf einen jeweiligen Bildsensorbereich (121, 122, 123, 124) des Bildsensors umfasst, und einer Strahlumlenkvorrichtung (24) zum Umlenken eines Strahlengangs (221, 222, 223, 224) der optischen Kanäle, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Auslesen von Vorgabewerten aus einem Speicher oder Berechnen der Vorgabewerte aus Sensordaten; und
abhängig von den von Sensordaten in Vorgabewerten, kanalindividuelles Ändern einer relativen Lage zwischen dem Bildsensorbereich (121, 122, 123, 124) eines jeweiligen optischen Kanals, der Optik (161, 162, 163, 164) des jeweiligen optischen Kanals und der Strahlumlenkvorrichtung (24) oder zum kanalindividuellen Ändern einer optischen Eigenschaft der Optik (161, 162, 163, 164) des jeweiligen optischen Kanals oder eines die Umlenkung des Strahlengangs des jeweiligen optischen Kanals betreffenden Segments (261, 262, 263, 264) der Strahlumlenkvorrichtung.

Description:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Multiaperturabbildungsvorrichtung mit einem einzeiligen Array von nebeneinander angeordneten optischen Kanälen.

Konventionelle Kameras besitzen einen Abbildungskanal, der das gesamte Objektfeld bzw. das Gesamtgesichtsfeld abbildet. Solche Kameras besitzen adaptive Komponenten, die eine Anpassung des Abbildungssystems ermöglichen und dabei Herstellungstoleranzen und den Einsatztemperaturbereich erweitern bzw. Autofokus sowie optische Bildstabilisierungsfunktionen ermöglichen. Multiaperturabbildungssysteme bestehen aus mehreren Abbildungskanälen, die jeweils nur einen Teil des Gesamtgesichtsfelds aufnehmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Multiaperturabbildungsvorrichtung zu schaffen, die mit einem verbesserten Verhältnis zwischen Aufwand und Abbildungsqualität herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Eine Idee, auf der die vorliegende Anmeldung basiert, besteht darin, dass das Versehen einer Multiaperturabbildungsvorrichtung mit einem einzeiligen Array von nebeneinanderangeordneten optischen Kanälen mit einer Einstelleinrichtung zum kanalindividuellen Ändern einer relativen Lage zwischen einem Bildsensorbereich eines jeweiligen optischen Kanals, der Optik des jeweiligen optischen Kanals und einer Strahlumlenkvorrichtung des jeweiligen Kanals oder zum kanalindividuellen Ändern einer optischen Eigenschaft der Optik des jeweiligen optischen Kanals oder einer die Umlenkung des Strahlengangs des jeweiligen optischen Kanals betreffenden optischen Eigenschaft der Strahlumlenkvorrichtung sowie mit einem Speicher mit eingespeicherten Vorgabewerten und/oder einer Steuerung zur Umsetzung von Sensordaten in Vorgabewerte zur kanalindividuellen Ansteuerung der Einstellvorrichtung ermöglicht, Anforderungen an beispielsweise Herstellungstoleranzen der Multiaperturabbildungsvorrichtung zu verringern und/oder Anforderungen an die Multiaperturabbildungsvorrichtung bezüglich Lage- und Forminvarianz gegenüber Temperaturschwankungen zu reduzieren, so dass der mit dem Versehen einhergehende Zusatzaufwand wieder kompensiert wird. Die Einstelleinrichtung kann zusätzlich zu Aktoren vorgesehen sein, die von einer optischen Bildstabilisierungssteuerung der Multiaperturabbildungsvorrichtung und/oder von einer manuellen oder automatischen Fokuseinstellfunktion der Multiaperturabbildungsvorrichtung angesteuert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Raumbild einer Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

2 eine schematische Seitenschnittansicht eines der Kanäle zur Veranschaulichung eines Aktors, den die Einstellungseinrichtung von 1 aufweisen kann, und der eine kanalindividuelle Relativbewegung zwischen Bildsensorbereich, Optik und/oder Strahlumlenkvorrichtungssegment des jeweiligen Kanals durchführt;

3 eine schematische Seitenschnittansicht eines der Kanäle zur Veranschaulichung eines Aktors, den die Einstellungseinrichtung von 1 aufweisen kann, und der eine Drehung der Strahlumlenkvorrichtung um eine zu der Zeilenerstreckungsrichtung parallele Achse ausführt;

4 eine schematische Seitenschnittansicht eines der optischen Kanäle, um ein Phasenänderungselement zu veranschaulichen, dass die Einstellungseinrichtung von 1 aufweisen kann;

5 ein schematisches Raumbild einer Multiaperturabbildungsvorrichtung, wobei unter Weglassung der Einstelleinrichtung und des Speichers und/oder der Steuerung sowie der Bildstabilisierungssteuerung und Autofokussteuerung aus 1 zu Veranschaulichungszwecken konkrete Beispiele für mögliche zusätzliche Aktoren dargestellt sind, die zusätzlich zur Einrichtung aus 1 vorhanden sein können und beispielsweise Teil einer Bildstabilisierungssteuerung oder Autofokussteuerung der Multiaperturabbildungsvorrichtung sind;

6 ein Raumbild eines mobilen Geräts, um einen Verbau der Multiaperturabbildungsvorrichtung zu illustrieren;

7 ein Raumbild eines mobilen Geräts, um einen Verbau zweier Multiaperturabbildungsvorrichtungen zu Stereoskopiezwecken zu illustrieren; und

8a und 8b eine Seitenschnittansicht und eine Draufsicht einer Multiaperturabbildungsvorrichtung gemäß einer Variante zu 1, bei der die optischen Achsen der Kanäle eine Vorab-Divergenz aufweisen, um divergent in einer gemeinsamen Ebene parallel zur Zeilenerstreckungsrichtung zu verlaufen, so dass die Anzahl der Facetten mit paarweise unterschiedlicher Neigung verringert werden kann.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Multiaperturabbildungsvorrichtung. Die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 von 1 umfasst einen Bildsensor 12 und eine Mehrzahl 14 von optischen Kanälen, von denen jeder durch eine jeweilige Optik 161, 162, 163 und 164 definiert wird. Jeder optische Kanal 141, 142, 143, 144 bildet vermittels der zugehörigen Optik 161164 einen kanalindividuellen Ausschnitt eines Gesamtgesichtsfeldes der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 auf einen jeweiligen Bildsensorbereich 121, 122, 123 bzw. 124 des Bildsensors 12 ab, wobei sich die Teilgesichtsfelder teilweise überlappen. Bei dem Bildsensor 12 kann es beispielsweise um einen Chip handeln, der Pixelarrays in den Bildsensorbereichen 121124 aufweist. Alternativ könnte der Bildsensor 12 einen Pixelarraychip pro Bildsensorbereich 121124 aufweisen. Wiederum möglich wäre es, dass der Bildsensor 12 ein Pixelarray aufweist, das sich kontinuierlich über die Bildsensorbereiche 121124 erstreckt, d. h. ein Pixelarray mit rechteckiger oder anders gearteter konvexer Ausdehnung, in welchem sich die Bildsensorbereiche 121124 befinden, wobei in diesem Fall beispielsweise lediglich die Bildsensorbereiche 121124 dieses gemeinsamen kontinuierlichen Pixelarrays des Bildsensors 12 ausgelesen werden. Verschiedene Mischungen dieser Alternativen sind natürlich ebenfalls möglich, wie z. B. das Vorhandensein eines Chips für zwei oder mehr Kanäle und eines weiteren Chips für wiederum andere Kanäle oder dergleichen. In dem Fall mehrerer Chips des Bildsensors 12 können diese beispielsweise auf einer oder mehreren Platinen montiert sein, wie z. B. alle gemeinsam oder gruppenweise oder dergleichen.

Die Optiken 161164 bestehen beispielsweise jeweils aus einer Linse oder einer Gruppe von Linsen.

Vorzugsweise sind die Bildsensorbereiche 121124 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, nämlich der Bildebene der optischen Kanäle 14 bzw. derer Optiken. In 1 ist diese Ebene exemplarisch parallel zu der Ebene, die durch eine x- und eine y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems aufgespannt wird, das in 1 zur Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 20 versehen ist.

In einer Ebene parallel zum Bildsensor 12, d. h. parallel zur xy-Ebene, sind beispielsweise auch die Optiken 161164 nebeneinander angeordnet. In dem Beispiel von 1 sind die relativen Positionen der Bildsensorbereiche 121124 in der Bildsensorebene zu dem kongruent zu den relativen Positionen der Optiken 161164 und die Optiken 161164 entlang der x- und y-Achse, d. h. lateral, relativ zu dem Bildsensor 12 so positioniert, dass optische Zentren der Optiken 161164 zentriert zu Zentren der Bildsensorbereiche 121124 angeordnet sind. Das bedeutet, dass bei dem Beispiel von 1 optische Achsen 221224 der optischen Kanäle 141144 parallel zueinander und parallel zu der z-Achse des Koordinatensystems 20 verlaufen, zu welchen optischen Achsen die Bildsensorbereiche 121124 und die Optiken 161164 zentriert positioniert sind. Es wird darauf hingewiesen, dass zu der bisher beschriebenen Anordnung der Bildsensorbereiche 121124 und der Optiken 161164 auch Alternativen bestehen können. Beispielswäre eine Divergenz der optischen Achsen 221224 ebenfalls denkbar. Alternativen zur einer zunächst parallelen Divergenz der Strahlengänge werden weiter unten erläutert.

Die Optiken 161164 bilden Objekte in einer Szene in verschiedenen, sich teilweise überlappenden Teilgesichtsfeldern der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 auf die zugehörigen Bildsensorbereiche 121124 ab und sind dazu in einer entsprechenden Entfernung bzw. unter einem entsprechenden Abstand von dem Bildsensor 12 positioniert.

Die Mehrzahl 14 von optischen Kanälen 141144 ist als ein einzeiliges Array gebildet. Die optischen Kanäle 141144 sind nebeneinander entlang der x-Achse angeordnet. Die x-Achse entspricht somit der Zeilenerstreckungsrichtung des Arrays 14. Ebenso sind die Bildsensorbereiche 121124 entlang dieser Richtung nebeneinander angeordnet. In 1 beträgt die Anzahl der optischen Kanäle exemplarisch Vier, aber eine andere Anzahl größer Zwei wäre ebenfalls möglich.

Bei einem linearen Array von optischen Kanälen ist die Größenausdehnung der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10, wie sie durch den Bildsensor 12 und die Optiken 16 nach unten hin beschränkt wird, entlang der Zeilenerstreckungsrichtung größer als der Durchmesser eine Linse. Die minimale Ausdehnung der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10, wie sie durch die gegenseitige Anordnung von Bildsensor 12 zu Optiken 16 entlang der z-Achse, d. h. entlang der optischen Achsen bzw. Strahlengänge der optischen Kanäle 141144, bestimmt wird, ist zwar kleiner als die minimale Ausdehnung entlang der x-Achse, sie ist aber aufgrund der Ausgestaltung der optischen Kanäle 141144 als einzeiliges Array größer als die Minimalausdehnung der Multiaperturabbildungsvorrichtung in der zu der Zeilenerstreckungsrichtung x senkrechten lateralen Richtung y. Letztere ist durch die laterale Ausdehnung jedes einzelnen optischen Kanals 141144, wie z. B. die Ausdehnung der Optiken 161164 entlang der y-Achse, eventuell inklusive der Halterung 18, gegeben. In dieser Situation mag es abhängig von der Anwendung, d. h. wie z. B. dem Verbau der Multiaperturabbildungsvorrichtung in das Gehäuse einer tragbaren Vorrichtung, wie z. B. eines Mobiltelefons oder dergleichen, bei dem das Gehäuse sehr flach ist, wünschenswert sein, Bildsensor 12 und Optiken 161164 so auszurichten, dass die Gesichtsfelder der optischen Kanäle ohne Strahlumlenkung eigentlich in Richtungen schauen, die von einer eigentlich gewünschten Gesichtsfeldrichtung der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 abweicht. Beispielsweise könnte es wünschenswert sein, die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 so einzubauen, dass Bildsensor 12 und Optiken 161164 senkrecht zu den größten Seiten bzw. den Hauptseiten des flachen Gehäuses ausgerichtet sind, d. h. die optischen Achsen 221224 zwischen Bildsensor 12 und Optiken 161164 parallel zu diesen Hauptseiten liegen, während aber die aufzunehmende Szene in einer Richtung senkrecht dazu liegt, d. h. vor der einen Hauptseite, die beispielsweise die Vorderseite ist und beispielsweise einen Bildschirm aufweist, oder vor der anderen Hauptseite, die beispielsweise die Rückseite des Gehäuses ist.

Aus diesem Grund umfasst die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 eine Strahlumlenkvorrichtung, die die Strahlengänge bzw. die optischen Achsen 221224 der Mehrzahl von optischen Kanäle 14 umlenkt, so dass das Gesamtgesichtsfeld der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 von der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 aus gesehen nicht in der Richtung der z-Achse liegt, sondern woanders. 1 stellt den exemplarischen Fall dar, dass das Gesamtgesichtsfeld der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 nach Umlenkung im Wesentlichen entlang der y-Achse liegt, d. h. die Umlenkung im Wesentlichen in der zy-Ebene erfolgt.

Wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, sind bei dem Ausführungsbeispiel von 1 die optischen Achsen 221224 vor der bzw. ohne die Umlenkung durch die Strahlumlenkvorrichtung 24 bzw. an beispielsweise den Optiken 161164 parallel zueinander, wie es in 1 gezeigt ist, oder aber sie weichen hiervon nur wenig ab. Die damit korrespondierende zentrierte Positionierung von Optiken 161164 sowie der Bildsensorbereiche 121124 ist einfach herzustellen und günstig hinsichtlich der Minimierung des Bauraums. Die Parallelität der Strahlengänge der optischen Kanäle bedingt aber auch, dass sich die Teilgesichtsfelder, die durch die einzelnen Kanäle 14114N abgedeckt bzw. auf die jeweiligen Bildsensorbereiche 121124 abgebildet werden, ohne weitere Maßnahmen, wie nämlich die Strahlumlenkung, nahezu vollständig überlappen würden. Um ein größeres Gesamtgesichtsfeld durch die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 abzudecken, besteht nun eine weitere Funktion der Strahlumlenkvorrichtung 24 von 1 darin, die Strahlengänge so mit einer Divergenz zu versehen, dass sich die Teilgesichtsfelder der Kanäle 14114N weniger gegenseitig überlappen.

Beispielsweise sei angenommen, dass die optischen Achsen 221224 der Strahlengänge der optischen Kanäle 141144 vor bzw. ohne die Strahlumlenkvorrichtung 24 parallel zueinander sind oder gegenüber einer parallelen Ausrichtung entlang der über alle Kanäle gemittelten Ausrichtung um weniger als ein Zehntel eines minimalen Öffnungswinkels der Teilgesichtsfelder der optischen Kanäle 14114N abweichen. Ohne zusätzliche Maßnahmen überlappten dann die Teilgesichtsfelder größtenteils. Die Strahlumlenkvorrichtung 24 von 1 umfasst deshalb für jeden optischen Kanal 14114N eine diesem Kanal eindeutig zugeordnete reflektierende Facette 261264, die jeweils optisch planar sind und gegeneinander geneigt sind, nämlich so, dass die Teilgesichtsfelder der optischen Kanäle raumwinkelmäßig weniger überlappen und beispielsweise ein Gesamtgesichtsfeld abdecken, das einen Öffnungswinkel aufweist, der beispielsweise größer ist als 1,5 mal dem Öffnungswinkel der einzelnen Teilgesichtsfelder der optischen Kanäle 14114N. In dem exemplarischen Fall von 1 sorgt die gegenseitige Neigung der reflektierenden Facette 261264 beispielsweise dafür, dass die eigentlich linear entlang der x-Achse nebeneinander angeordneten optischen Kanäle 14114N das Gesamtgesichtsfeld 28 gemäß einer zweidimensionalen Anordnung der Teilgesichtsfelder 301304 abdecken.

Betrachtet man bei dem Ausführungsbeispiel von 1 die angulare Ablenkung der optischen Achsen 221224 des optischen Kanals 141144 in der Ebene, die durch die gemittelte Richtung der optischen Achsen vor der Strahlumlenkung und der gemittelten Richtung der optischen Achsen nach der Strahlumlenkung aufgespannt wird, d. h. in der xy-Ebene in dem Beispiel von 1, einerseits und in der Ebene, die senkrecht zu der letztgenannten Eben und parallel zur gemittelten Richtung der optischen Achse nach Strahlumlenkung verläuft, andererseits, so entspricht das Beispiel von 1 dem exemplarischen Fall, dass die mittlere Richtung nach Strahlumlenkung der y-Achse entspricht. Im Mittel werden die optischen Achsen der optischen Kanäle also um 90° in der yz-Ebene um die x-Achse umgelenkt und im Mittel werden die optischen Achsen nicht aus der yz-Ebene herausgekippt.

Es bezeichnet beispielsweise β1x den Neigungswinkel der Facette 261 gegenüber der xz-Ebene, gemessen in der yz-Ebene, d. h. die Verkippung der Facette 261 um die x-Achse gegenüber der xz-Ebene, in welcher die optischen Achsen 221224 verlaufen. β1x = 0° entspricht einer Ausrichtung der Facette 261 parallel zu der xz-Ebene. Es gilt demzufolge α1x = 2·β1x. Entsprechend definiere β1z den Neigungswinkel der Facette 261 gegenüber einer Ebene, die gegenüber der xz-Ebene die Neigung β1x aufweist und parallel zu der x-Achse verläuft und zwar gemessen entlang der x-Achse. Es gilt demzufolge entsprechend α1z = 2·β1z. Die gleichen Definitionen sollen für die anderen Kanäle gelten: αix = 2·β1x, αiz = 2·β1z.

Der bisher beschriebene Aufbau der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 von 1 betraf quasi eine Wunsch- oder Momentaneinstellung vor bzw. zum Zeitpunkt der Aufnahme eines Gesamtbildes beispielsweise. Die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 von 1 umfasst beispielsweise einen Prozessor 85, der Bilder, die durch die Bildsensorbereiche 121124 zu beispielsweise einem gleichen Zeitpunkt aufgenommen worden sind, und zwar mit den vorerwähnten Einstellungen, zu einem Gesamtbild zusammenfügt, das die Szene in dem Gesamtgesichtsfeld 28 repräsentiert. Der Algorithmus, den der Prozessor 85 verwendet, um die Bilder, die durch die optischen Kanäle 141144 auf die Bildsensorbereiche 121124 abgebildet und von letzteren aufgenommen worden sind, zusammenzufügen bzw. zu dem Gesamtbild zu verschmelzen, ist beispielsweise so entworfen, dass Annahmen über die Einhaltung bestimmter Parameter der vorbeschriebenen Komponenten der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 eingehalten werden sollten, damit die Qualität des Gesamtbilds eine bestimmte Vorgabe erfüllt oder der Algorithmus überhaupt angewendet werden kann. Beispielsweise geht der Algorithmus von der Einhaltung eines oder mehrerer der folgenden Annahmen aus:

  • 1) Die Optik-zu-Bildsensorbereich-Abstände entlang der z-Achse sind für alle optischen Kanäle 141144 gleich;
  • 2) Die relative Lage der Teilgesichtsfelder 301304 und insbesondere der Überlapp zwischen denselben entspricht einer vorbestimmten Vorgabe oder weicht von letzterer um weniger als eine vorbestimmte Maximalabweichung ab.

Aus unterschiedlichen Gründen kann es nun aber sein, dass eine oder mehrere der soeben genannten Annahmen nicht eingehalten werden oder nicht ausreichend eingehalten werden. Gründe für das Nicht-Einhalten können beispielsweise in der Nicht-Einhaltung von Herstellungsvarianzen bestehen, wie z. B. Ungenauigkeiten der relativen Lagen der Optiken 161164 zueinander und relativ zu dem Bildsensor 12. Herstellungsungenauigkeiten können auch eine Ungenauigkeit des Einbaus der Spiegelumlenkvorrichtung 24 und der relativen Lagen der Facetten 261264 zueinander umfassen. Zusätzlich oder alternativ zu den herstellungsbedingten Toleranzabweichungen können Temperaturschwankungen dafür sorgen, dass eine oder mehrere der oben genannten Annahmen nicht zutreffen oder nicht ausreichend eingehalten wird.

Bis zu einem gewissen Maße kann der durch den Prozessor 85 ausgeführte Algorithmus zur Zusammenfügung bzw. Verschmelzung der Bilder der Bildsensorbereiche 121124 zu dem Gesamtbild ggf. Abweichungen von einer optimalen Ausrichtung und Anordnung der Komponenten ausgleichen, wie z. B. Abweichungen der Positionen der Teilgesichtsfelder 301304 innerhalb des Gesamtgesichtsfeldes 28 von einer Sollkonstellation relativer Lagen der Teilgesichtsfelder zueinander. Beim Zusammenfügen bzw. Verschmelzen der Bilder könnte der Prozessor 85 beispielsweise in einem gewissen Maße solche Abweichungen ausgleichen. Bei Überschreitung gewisser Abweichungsgrenzen jedoch (Nicht-Einhaltung der Annahme 2) würde beispielsweise der Prozessor 85 nicht in der Lage sein, die Abweichungen auszugleichen.

Eine Herstellung der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 so, dass die soeben erwähnten Annahmen stets eingehalten werden, wie z. B. über einen gewissen Temperaturbereich hinweg, tendiert aber dazu, Herstellungskosten der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 zu erhöhen. Um dies zu vermeiden, umfasst die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 von 1 eine Einstelleinrichtung 90 zum kanalindividuellen Ändern einer relativen Lage zwischen dem Bildsensorbereich 12i eines jeweiligen optischen Kanals 14i, der Optik 16i des jeweiligen optischen Kanals 14i und der Strahlumlenkvorrichtung 24 bzw. des entsprechenden Segments 26i derselben oder zum kanalindividuellen Ändern einer optischen Eigenschaft 14i oder einer optischen Eigenschaft des die Umlenkung des Strahlengangs des jeweiligen optischen Kanals betreffenden Segments 26i der Strahlumlenkvorrichtung 24. Die Einstelleinrichtung 90 wird durch Vorgabewerte angesteuert bzw. führt die Einstellungsaufgaben gemäß den Vorgabewerten durch. Diese werden durch einen Speicher 92 und/oder eine Steuerung 93 bereit gestellt, die im Folgenden erläutert werden.

Die Vorrichtung 10 besitzt beispielsweise einen Speicher 92 mit eingespeicherten Vorgabewerten zur kanalindividuellen Ansteuerung der Einstelleinrichtung 90. Die Vorgabewerten können herstellerseitig vorgegeben und in den Speicher 92 eingespeichert sein. Zusätzlich kann der Prozessor 85 beispielsweise, wie es in 1 mit einer gestrichelten Linie 94 angedeutet ist, über Auswertungen von aufgenommenen Bildern der Bildsensorbereiche 121124, wie z. B. Bildern, die von dem Prozessor 85 zusammenzufügen bzw. zu einem Gesamtbild zu verschmelzen sind, in der Lage sein, die eingespeicherten Vorgabewerte in dem Speicher 92 zu verbessern bzw. zu aktualisieren. Beispielsweise nimmt der Prozessor 85 eine Szene auf, indem die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 über die Einstelleinrichtung 90 mit aktuellen eingespeicherten Vorgabewerten eingestellt wird, wie es im Nachfolgenden noch näher beschrieben wird. Dazu werden die Vorgabewerte aus dem Speicher 92 gelesen und durch die Einstelleinrichtung 90 zur kanalindividuellen Einstellung verwendet. Der Prozessor 85 gewinnt durch Analyse der so aufgenommenen Bilder der Bildsensorbereiche 121124 Informationen darüber, wie die eingespeicherten und soeben zur Aufnahme verwendeten Vorgabewerte in dem Speicher 92 modifiziert werden sollten, um bei der nächsten Aufnahme unter Verwendung dieser verbesserten bzw. aktualisierten Vorgabewerte bei der nächsten Aufnahme zu einer genaueren bzw. verbesserten Einhaltung obiger Annahmen zu führen.

Die eingespeicherten Vorgabewerte können einen vollständigen Satz von Einstellwerten aufweisen, d. h. eine Satz von Einstellwerten, um die Vorrichtung 10 komplett einzustellen. Sie sind wie oben beschrieben und unten weiter ausgeführt ausgewählt, um bestimmte kanalindividuelle Abweichungen der optischen Eigenschaften der Kanäle von einer Sollcharakteristik zu verringern oder zu beseitigen

Es kann sein, dass die Vorgabewerte mehrere Sätze von Einstellwerten, wie z. B. einen pro einer Folge von aneinander anschließenden Temperaturintervallen, aufweisen, so dass für eine Bildaufnahme stets der Satz von Einstellwerten verwendet wird, der für eine aktuelle Situation gerade geeignet ist. Dazu kann beispielsweise die Steuerung 93 einen Zugriff bzw. einen Nachschlag in die Tabelle von Zuordnungen zwischen Vorgabewertsätzen und unterschiedenen vorbestimmten Situationen in dem Speicher 92 ausführen. Die Steuerung 93 erhält für diesen Zugriff Sensordaten, die die aktuelle Situation widerspiegeln, wie z. B. Daten betreffend Temperatur, Druck, Feuchte, Lage der Vorrichtung 10 im Raum und/oder eine momentane Beschleunigung oder momentane Drehrate der Vorrichtung 10, und bestimmt aus diesen Daten einen aus den mehreren Vorgabewertsätzen in dem Speicher 92, nämlich denjenigen, der der vorbestimmten Situation zugeordnet ist, die der aktuellen Situation, wie sie durch die Sensordaten beschrieben wird, am nächsten kommt. Sensordaten können auch aus den Bildsensordaten der Bildsensorbereiche selbst gewonnen sein. Beispielsweise wird durch die Steuerung 93 ein Satz ausgewählt, in dessen zugehöriges Temperaturintervall die aktuelle Temperatur fällt. Die für eine bestimmte Bildaufnahme durch die Einstelleinrichtung 90 verwendeten Vorgabewerte des ausgewählten Satzes aus dem Speicher 92 können dann wieder aktualisiert werden, wenn die optionale Rückkopplung 94 verwendet wird.

Die eingespeicherten Vorgabenwerte können zum Beispiel derart ausgebildet sein, dass ein Maß für eine Dispersion einer Verteilung eines oder mehrerer Eigenschaften unter den optischen Kanäle durch die Ansteuerung der Einstellvorrichtung mittels der eingespeicherten Vorgabenwerte reduziert wird, nämlich eine transversale Abweichung der Teilgesichtsfelder von einer regelmäßigen Verteilung der Teilgesichtsfelder, Brennweiten der Optiken, oder Schärfentiefentfernungen der optischen Kanäle.

Alternativ könnten die Vorgabwerte in der Steuerung 93 ohne einen Speicher 92 ermittelt werden, nämlich indem beispielsweise in der Steuerung 93 eine Abbildung von den aktuellen Sensordaten auf geeignete Vorgabewerte fest integriert ist. Die Abbildung kann durch einen funktionellen Zusammenhang zwischen Sensordaten und Vorgabewerten beschrieben sein. Der funktionelle Zusammenhang könnte durch Parameter adaptierbar sein. Die Parameter könnten über die Rückkopplung 94 adaptiert werden.

Der Speicher 92 kann beispielsweise ein nichtflüchtiger Speicher sein. Möglicher Weise handelt es sich um einen Nurlesespeicher, aber ein wiederbeschreibbarer Speicher ist ebenfalls möglich. Die Steuerung 93 und der Prozessor 85 können in Software, Hardware oder in programmierbarer Hardware implementiert sein. Es kann sich um auf einem gemeinsamen Mikroprozessor ausgeführte Programme handeln. Die Sensoren zur Lieferung der Sensordaten für die Steuerung 93 können zur Vorrichtung 10 gehören, wie z. B. die Bildsensorbereiche, oder aber externe Komponenten sein, wie Komponenten des Geräts, in das die Vorrichtung eingebaut ist, wie es bezüglich nachfolgender Figuren noch erläutert wird.

Nachfolgend werden nun mögliche Ausgestaltungen für die Einstelleinrichtung 90 beschrieben. Die Einstelleinrichtung 90 von 1 kann dabei auf eine, mehrere oder alle der nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungsvarianten zutreffen. Auf spezielle Kombinationen wird ebenfalls nachfolgend eingegangen.

In der gezeigten Variante umfasst die Einstelleinrichtung 90 beispielsweise einen Aktor 96i für jeden Kanal 14i, der die Optik 16i des entsprechenden Kanals 14i in axialer Richtung entlang der optischen Achse 22i bzw. längs des Strahlengangs und/oder transversal bzw. quer dazu entlang der x-Achse und/oder der y-Achse bewegt. Alternativ könnte der Aktor 96i beispielsweise auch den Bildsensor 12i bewegen. Ganz allgemein könnte der Aktor 96i eine relative Bewegung von Bildsensorbereich 12i, Optik 16i und/oder dem entsprechenden Segment 26i der Strahlumlenkvorrichtung 24 bewirken.

Gemäß der Variante, die in 3 dargestellt ist, umfasst die Einstelleinrichtung 90 für jeden Kanal 14i einen Aktor 98i der das Segment 26i, wie z. B. die reflektierende Facette des jeweiligen Kanals 14i, in seiner Winkelorientierung bezüglich der optischen Achse 22i ändert, d. h. den Anstellwinkel β1x. Dabei sei erwähnt, dass das Segment 26i nicht auf eine reflektierende Facette, wie in 1 angedeutet, beschränkt ist. Jedes Segment 26i könnte auch als Prisma ausgebildet sein, das die Richtung der optischen Achse 22i in der yz-Ebene umlenkt, während das Prisma von dem Strahlengang des optischen Kanals 14i durchlaufen wird.

Zur Realisierung der relativen Bewegungen durch die Aktoren 96i bzw. 98i von 2 bzw. 3, d. h. zur Erzeugung der Bewegung der Optik 16i, die beispielsweise translatorisch ausgeführt sein kann, sowie zum Verkippen des Segments 26i durch den Aktor 98i und die x-Achse, kann beispielsweise ein pneumatischer, hydraulischer, piezoelektrischer, thermischer, elektrostatischer oder elektrodynamischer Antrieb oder ein DC- oder Schrittmotor oder wiederum ein Tauchspulenantrieb verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Variante, auf die sich 4 bezieht, umfasst die Einstelleinrichtung 90 ein phasenänderndes optisches Element bzw. ein Phasenänderungselement 100i für jeden Kanal 14i, das, wie in 4 angedeutet, in die jeweilige Optik 16i integriert sein kann (100i''), in das Segment 26i integriert sein kann (100i''''), zwischen Bildsensorbereich 12i und Optik 16i (100i') oder zwischen Optik 16i und Strahlumlenkvorrichtungssegment 26i (100i''') positioniert sein kann, wobei auch Kombinationen der vorerwähnten Möglichkeiten möglich sind. Das phasenändernde optische Element 100i kann beispielsweise eine ortsabhängige Änderung eines Brechungsindex bewirken, wie z. B. durch Flüssigkeitskristalle. Alternativ oder zusätzlich bewirkt das phasenändernde optische Element 100i eine Änderung der Form einer optisch aktiven Oberfläche, wie z. B. durch Nutzung von Piezos, die auf flexible, feste, transparente Materialien mechanisch einwirken und eine Verformung bewirken oder durch Nutzung des Elektrobenetzungseffekts. Das Phasenänderungselement 100i'' könnte beispielsweise den Brechungsindex der Optik 16i ändern. Alternativ könnte das Phasenänderungselement 100i'' eine Form einer optischen Linsenfläche der Optik 16i verändern und dadurch die effektive Brechkraft der Optik 16i verändern. Das Phasenänderungselement 100i'''' könnte beispielsweise auf einer optisch relevanten Oberfläche der Segmente 26i, wie z. B. auf der reflektiven Facette, ein sinusförmiges Phasengitter erzeugen, um eine virtuelle Verkippung der entsprechenden Oberfläche zu bewirken. Auf ähnliche Weise könnte das Phasenänderungselement 100i' oder Phasenänderungselement 100i'' die optische Achse umlenken.

In anderen Worten ausgedrückt, kann die Phasenänderung, die durch das phasenändernde optische Element 100i bewirkt wird, weitgehend rotationssymmetrisch, wie z. B. rotationssymmetrisch um die optische Achse 22i sein, und somit in dem Fall 100i'' beispielsweise eine Änderung der Brennweite der Optik 16i bewirken. Die Phasenänderung, die durch das Element 100i bewirkt wird, kann allerdings auch weitgehend linear sein, wie z. B. linear entlang der x-Achse oder linear entlang der y-Achse, um eine Änderung des Ablenkwinkels bzw. eine Ablenkung der optischen Achse 22i in der entsprechenden Richtung zu bewirken.

Die rotationssymmetrische Phasenänderung kann zur Fokussierung verwendet werden, und die lineare Phasenänderung zur Lagekorrektur des Teilgesichtsfeldes des entsprechenden optischen Kanals 14i.

Die bezugnehmend auf die 2 bis 4 vorgestellten Aktoren 96i, 98i, und 100i stehen stellvertretend auch für andere mögliche Arten von Aktoren. Von jeder Art könnte einer pro Kanal 14i vorhanden sein, und diese wären dann jeweils getrennt individuell durch die Vorgabewerte in dem Speicher ansteuerbar und/oder die vorliegenden aktuellen Bildsensordaten, die Daten weiterer Sensoren, wie z. B. für Temperatur, Druck, Feuchte, Lage im Raum, Beschleunigung u. a. werden einbezogen. Wie gesagt kann lediglich einer oder ein Teil der veranschaulichten Aktoren in einer Vorrichtung 10 vorhanden sein, und ein vorhandener Aktor kann alternativ in zumindest einem oder in zumindest zwei Kanälen zur individuellen Anpassung des jeweiligen Kanals vorhanden sein.

Mischformen wären natürlich ebenfalls möglich, welche Mischformen dann eine gleichzeitige Ablenkung und Brennweitenänderung bewirken.

Zurückkehrend zur 1 ist mit gestrichelten Linien angedeutet, dass die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 optional zusätzlich zu der Einstelleinrichtung 90 einen oder mehrere Aktoren 102 zum Erzeugen einer kanalglobalen, d. h. für alle optischen Kanäle 141144 gleiche, Relativbewegung zwischen Bildsensor 12, Optikarray 14 und Strahlumlenkvorrichtung 24 umfassen kann. Der eine oder die mehreren zusätzlichen Aktoren 102 kann/können dabei, wie es in 1 angedeutet ist, Teil einer optional vorhandenen Autofokussteuerung 104 und/oder einer optional vorhandenen Bildstabilisierungssteuerung der Multiaperturabbildungsvorrichtung sein.

Ein konkretes Beispiel einer um zusätzliche Aktoren ergänzten Vorrichtung 10 von 1 ist in 5 gezeigt. 5 zeigt die Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 von 1, wobei die Optiken 161164 der optischen Kanäle 141144 über einen gemeinsamen Träger 18 gegeneinander mechanisch fixiert sind. Der gemeinsame Träger 18 kann beispielsweise, wie es in 5 auch veranschaulicht ist, ein transparentes Substrat sein, an welchem die Optiken 161164 gebildet sind, wie z. B. der Abformung, Aufkleben oder dergleichen, wobei die Strahlengänge bzw. optischen Achsen 221224 durch das Substrat 18 verlaufen. Alternativ ist es möglich, dass der Träger 18 ein aus beispielsweise einem nicht-transparenten Material gebildeter Träger ist, der für jeden Kanal 141144 eine Öffnung aufweist, in welcher die dem jeweiligen Kanal zugeordnete 161164 fixiert ist. Über diesen gemeinsamen Halter ist es nun möglich, die Optiken 161164 einer globalen für alle Kanäle gleichen Bewegung zu unterziehen, wie z. B. durch eine translatorische Bewegung des Trägers 18 in der x-Richtung, d. h. entlang der Zeilenerstreckungsrichtung des Arrays 14. Hierzu ist ein Aktor 102a vorgesehen. Der Aktor 102a erzeugt also eine translatorische Bewegung der Optiken 161164, die für alle optischen Kanäle 141144 gleich ist, indem der Aktor 102a den gemeinsamen Träger 18 der translatorischen Bewegung entlang der x-Achse unterzieht. Hinsichtlich des Typs von Aktor 102a wird auf die Beispiele hingewiesen, auf die Bezug nehmend auf die 2 und 3 hingewiesen wurde. Ferner umfasst die Vorrichtung 10 von 5 einen Aktor 102b zum kanalglobalen, d. h. für alle optischen Kanäle 141144 gleichen, Ändern des Bildsensor-12i-zu-Optik-16i-Abstands entlang der z-Achse bzw. entlang der optischen Achse 22i. Wie es in 5 angedeutet ist, unterzieht beispielsweise der Aktor 102b die Optiken 161164 der translatorischen Bewegung entlang der z-Achse zur Änderung des Abstands von den zugeordneten Bildsensorabschnitten 121124 nicht über den Träger 18, sondern auch via den Aktor 102a, der somit ebenfalls der translatorischen Bewegung entlang der z-Achse unterzogen wird und quasi als Aufhängung für den Träger 18 dient.

Zusätzlich umfasst die Vorrichtung 10 von 5 einen Aktor 102c zum Drehen der Strahlumlenkvorrichtung 24 um eine Achse, die parallel zur x-Achse verläuft und in oder nicht weit entfernt von der Ebene liegt, in welcher die optischen Achsen 221224 verlaufen. Auch bezüglich der Aktoren 102b und 102c wird bezüglich möglicher Implementierungsbeispiele auf die Auflistung von Beispielen verwiesen, die Bezug nehmend auf die 2 und 3 im Vorhergehenden geliefert wurde. Die Rotationsbewegung bzw. Drehbewegung, die durch den Aktor 102c auf die Strahlumlenkvorrichtung 24 ausgeübt wird, wirkt sich auf die Segmente 261264 der Strahlumlenkvorrichtung 24 für alle Kanäle 141144 gleichermaßen aus, d. h. ist kanalglobal. Beispielsweise handelt es sich bei der Strahlumlenkvorrichtung um einen Facettenspiegel oder um ein Prisma mit entsprechenden Segmenten 261264.

Über den Aktor 102b ist nun die Autofokussteuerung 104 beispielsweise in der Lage, den Fokus einer Aufnahme durch die Vorrichtung 10 vermittels der Kanäle 141144 im kanalglobalen Sinne zu steuern. Die Bildstabilisierungssteuerung 106 ist in der Lage, das Gesamtgesichtsfeld 28 vermittels des Aktors 102c in einer ersten Richtung 108 und vermittels des Aktors 102a in einer dazu senkrechten Richtung 110 vor Verwacklungen durch einen Benutzer beispielsweise zu stabilisieren.

Beispielsweise weist dazu die Vorrichtung 10 von 5 für jeden Kanal 141144 einen Aktor gemäß 2, nämlich einen Aktor 96i für jeden Kanal 14i auf, um die Bildsensorbereiche 121124 kanalindividuell einer translatorischen Bewegung entlang der x-Achse und/oder entlang der y-Achse zu unterziehen, um beispielsweise Herstellungsungenauigkeiten oder temperaturbedingte Drifts der Teilgesichtsfelder innerhalb des Gesamtgesichtsfeldes auszugleichen. Die Vorrichtung 10 von 5 könnte alternativ oder zusätzlich einen Aktor 100i'' aufweisen, um Brennweitenunterschiede der Optiken 161164, die herstellungsbedingt unerwünschter Weise aufgetreten sind, auszugleichen. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung 10 von 5 einen Aktor 100i''' aufweisen, um herstellungsbedingt oder temperaturbedingt entstandene Abweichungen der relativen Neigungen der Segmente 261264 untereinander so zu kompensieren, dass die relativen Neigungen zu der gewünschten Abdeckung des Gesamtgesichtsfeldes 28 durch die Teilgesichtsfelder 301304 führen. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung 10 dann schließlich noch Aktoren des Typs 100i' bzw. 100i''' aufweisen.

Noch einmal zusammenfassend kann die Vorrichtung 10 also einen Aktor 102c aufweisen, der ausgebildet ist, um die Strahlumlenkvorrichtung 24 um eine Achse zu drehen, die parallel zu der Zeilenerstreckungsrichtung x des Arrays 14 ist. Die Drehachse liegt beispielsweise in der Ebene der optischen Achsen 221224 oder davon weniger als ein Viertel eines Durchmessers der Optiken 161164 entfernt. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die Drehachse weiter entfernt liegt, wie z. B. weniger als ein Optikdurchmesser oder weniger als vier Optikdurchmesser. Der Aktor 102c kann beispielsweise vorgesehen sein, um die Strahlumlenkvorrichtung 24 mit kurzer Ansprechzeit in einem lediglich kleinen Winkelbereich, wie z. B. innerhalb einer Spanne von weniger als 5° oder weniger als 10° zu drehen, um Verwacklungen der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 durch beispielsweise einen Benutzer während einer Aufnahme auszugleichen. Der Aktor 102c würde in diesem Fall beispielsweise von der Bildstabilisierungssteuerung angesteuert werden.

Alternativ oder zusätzlich könnte Aktor 102c ausgebildet sein, um mit größeren Winkelverstellungen das Gesamtgesichtsfeld 28, das durch die Gesamtabdeckung der Teilgesichtsfelder 301304 (1) definiert wird, in seiner Richtung zu verändern. Dabei wäre es ferner möglich, dass durch Rotation der Strahlumlenkvorrichtung 24 auch Ablenkungen erzielt werden, bei denen das Gesamtgesichtsfeld in der entgegengesetzten Richtung relativ zu der Vorrichtung 10 angeordnet ist, indem beispielsweise die Strahlumlenkvorrichtung 24 als ein beidseitig reflektives Spiegelarray ausgebildet ist.

Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 10 einen Aktor 102a aufweisen, der ausgebildet ist, um die Optiken 161164 vermittels des Substrats 18 bzw. das Substrat 18 selbst und damit die Optiken 161164 translatorisch entlang der Zeilenerstreckungsrichtung zu bewegen. Der Aktor 102a könnte beispielsweise ebenfalls durch die vorerwähnte Bildstabilisierungssteuerung angesteuert werden, um durch die Bewegung 53 entlang der Zeilenerstreckungsrichtung eine Bildstabilisierung quer zu der Bildstabilisierung zu erzielen, die durch die Rotation der Spiegelumlenkvorrichtung 24 verwirklicht wird.

Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ die Vorrichtung 10 einen Aktor 102b zum Verändern des bildseitigen Abstands zwischen Bildsensor 12 und Optiken 161164 bzw. zwischen Bildsensor 12 und Körper 18 aufweisen, um eine Schärfentiefeneinstellung zu erzielen. Die Einrichtung 54 kann durch eine manuelle Benutzersteuerung oder durch eine Autofokussteuerung der Vorrichtung 10 gesteuert werden.

Der Aktor 102a dient also als Aufhängung des Substrats 18 und ist vorzugsweise, wie in 5 angedeutet seitlich neben dem Substrat 18 entlang der Zeilenerstreckungsrichtung angeordnet, um die Bauhöhe nicht zu erhöhen. Auch für die Aktoren 102b und 102c gilt, dass selbige vorzugsweise in der Ebene der optischen Strahlengänge angeordnet sind, um die Bauhöhe nicht zu erhöhen.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Optiken 161164 nicht nur untereinander, wie z. B. über das schon erwähnte transparente Substrat, sondern auch relativ zu der Strahlumlenkvorrichtung in konstanter relativer Lage gehaltert sein können, wie z. B. über einen geeigneten Rahmen, der vorzugsweise die Bauhöhe nicht vergrößert und deshalb vorzugsweise in der Ebene der Komponenten 12, 14 und 24 bzw. in der Ebene der Strahlengänge verläuft. Die Konstanz der relativen Lage könnte sich auf den Abstand zwischen Optiken und Strahlumlenkvorrichtung entlang der optischen Achsen beschränken, so dass der Aktor 102b beispielsweise die Optiken 161164 zusammen mit der Strahlumlenkvorrichtung 24 translatorisch entlang der optischen Achsen bewegt. Der Optiken-zu-Strahlumlenkvorrichtung-Abstand könnte auf einen minimalen Abstand eingestellt sein, so dass der Strahlengang der Kanäle nicht durch die Segmente der Strahlumlenkvorrichtung 24 lateral eingeschränkt wird, was die Bauhöhe verringert, da andernfalls die Segmente 26i hinsichtlich der lateralen Ausdehnung für den größten Optiken-zu-Strahlumlenkvorrichtung-Abstand dimensioniert sein müssten, um den Strahlengang nicht einzuschneiden. Zusätzlich könnte die Konstanz der relativen Lage bedeuten, dass vorerwähnter Rahmen die Optiken und die Strahlumlenkvorrichtung entlang der x-Achse starr zueinander haltert, sodass der Aktor 102a die Optiken 161164 zusammen mit der Strahlumlenkvorrichtung translatorisch entlang der Zeilenerstreckungsrichtung bewegen würde.

Die oben beschriebene Strahlumlenkvorrichtung 24 zum Umlenken des Strahlengangs der optischen Kanäle ermöglicht zusammen mit dem Aktor 102c zur Erzeugung der Rotationsbewegung der Strahlumlenkvorrichtung 24 und dem Aktor 102a einer optischen Bildstabilisierungssteuerung der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 eine Bild- bzw. Gesamtbildfeldstabilisierung in zwei Dimensionen, nämlich durch die translatorische Bewegung des Substrats 18 eine Bildstabilisierung entlang einer ersten Bildachse, die im Wesentlichen parallel zur Zeilenerstreckungsrichtung verläuft, und durch die Erzeugung der Rotationsbewegung der Strahlumlenkvorrichtung 24 eine Bildstabilisierung entlang einer zweiten Bildachse, die im Wesentlichen parallel zu den optischen Achsen vor bzw. ohne Strahlumlenkung verläuft, oder – betrachtet man die umgelenkten optischen Achsen – senkrecht zu den optischen Achsen und der Zeilenerstreckungsrichtung. Zusätzlich kann die beschriebene Anordnung eine translatorische Bewegung der im angesprochenen Rahmen fixierten Strahlumlenkvorrichtung und des Arrays 14 senkrecht zur Zeilenerstreckungsrichtung bewirken, wie z. B. durch den beschriebenen Aktor 54, die für die Realisierung einer Fokuseinstellung und damit einer Autofokusfunktion genutzt werden kann.

Es sei zu den obigen Ausführungen der Vollständigkeit halber noch darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung bei einer Aufnahme über die Bildsensorbereiche ein Bild einer Szene pro Kanal aufnimmt, die durch die Kanäle auf die Bildsensorbereiche abgebildet worden, sind, und dass die Vorrichtung optional über einen Prozessor, wie z. B. den Prozessor 85, verfügen kann, der die Bilder zu einem Gesamtbild zusammenfügt oder verschmelzt, das der Szene in dem Gesamtgesichtsfeld entspricht, und/oder zusätzliche Daten bereitstellt, wie zum Beispiel 3D-Bilddaten und Tiefeninformationen der Objektszene zur Erstellung von Tiefenkarten und zur softwaretechnischen Realisierung wie z. B. von Refocusing (Festlegung der Bildschärfebereiche nach der eigentlichen Aufnahme), All-in-Focus-Bildern, Virtual Green Screen (Trennung von Vorder- und Hintergrund) u. a.. Letztere Aufgaben könnten ebenfalls von jenem Prozessor erledigt werden oder extern. Der Prozessor könnte allerdings auch eine zu der Multiaperturvorrichtung externe Komponente darstellen.

6 illustriert, dass Vorrichtungen 10 der vorher beschrieben Alternativen beispielsweise in einem flachen Gehäuse eines tragbaren Geräts 200 eingebaut sein können, wie zum Beispiel eines Mobiltelefons, ein Smartphone oder Mediaplayers oder dergleichen, wobei dann beispielsweise die Ebenen des Bildsensors 12 bzw. der Bildsensorbereiche und die Linsenebenen der Optiken der Kanäle 14 senkrecht zu der flachen Erstreckungsrichtung des flachen Gehäuses bzw. parallel zur Dickenrichtung ausgerichtet sind. Auf diese Weise würde beispielsweise die Strahlumlenkvorrichtung 24 dafür sorgen, dass das Gesamtgesichtsfeld der Multiaperturabbildungsvorrichtung 10 vor einer Vorderseite 202 des flachen Gehäuses liegt, das beispielsweise auch einen Bildschirm aufweist. Alternativ wäre auch eine Umlenkung derart möglich, dass sich das Gesichtsfeld vor einer Rückseite des flachen Gehäuses, die der Vorderseite 202 gegenüberliegt, befindet. Das Gehäuse könnte ein transparentes Fenster 206 in der durchdrungenen Seite 202 aufweisen, um die Strahlengänge der optischen Kanäle 14 durchzulassen. Es können weiterhin schaltbare Blenden (mechanisch bewegt, elektrochrom) angebracht sein, um den Lichteintritt durch die Öffnung des Fensters auf der Vorder- und/oder der Rückseite zu beeinflussen. Das Gehäuse des Geräts 200 bzw. das Gerät selbst kann flach sein, da durch die illustrierte Lage der Vorrichtung 10 in dem Gehäuse, die Bauhöhe der Vorrichtung 10, die zur Dicke des Gehäuses parallel ist, gering gehalten werden kann. Eine Umschaltbarkeit könnte ebenfalls vorgesehen werden, indem ein Fenster auf der der Seite 202 gegenüberliegenden Seite vorgesehen wird und beispielsweise die Strahlumlenkvorrichtung zwischen zwei Stellungen bewegt wird, indem letztere beispielsweise als Vor- und rückseitig spiegelnder Spiegel ausgeführt wird, wie es in 9 gezeigt war, und von der einen in die andere Stellung gedreht wird, oder als Facettenspiegel mit einem Satz von Facetten für die eine Stellung und einem anderen Satz von Facetten für die andere Stellung, wobei die Facettensätze in Zeilenerstreckungsrichtung nebeneinander liegen und durch translatorische Hin- und Her-Bewegung der Strahlumlenkvorrichtung entlang der Zeilenerstreckungsrichtung zwischen den Stellungen umgeschaltet wird. Ein Verbau der Vorrichtung 10 in ein anderes ggf. nicht tragbares Gerät, wie z. B. eine Auto, wäre natürlich ebenfalls möglich. 7 zeigt noch, dass mehrere Module 10, deren Teilgesichtsfelder ihrer Kanäle das gleiche Gesichtsfeld vollständig und optional sogar in kongruenter Weise abdecken, beispielsweise mit einem Basisabstand B zueinander entlang einer für beide Module gleichen Zeilenerstreckungsrichtung in dem Gerät 200 verbaut sein können, wie zum Beispiel zum Zweck der Stereoskopie. Mehr als zwei Module wären ebenfalls denkbar. Die Zeilenerstreckungsrichtungen der Module 10 könnten auch nicht kollinear, sondern lediglich parallel zueinander sein. Es sei jedoch noch einmal erwähnt, dass, wie im vorgehenden erwähnt, auch eine Vorrichtung 10 bzw. ein Modul mit Kanälen so ausgestattet sein könnte, dass dieselben gruppenweise dasselbe Gesamtgesichtsfeld jeweils vollständig abdecken.

Es wurde bereits weiter oben darauf hingewiesen, dass die Strahlengänge bzw. optischen Achsen von einer Parallelität vor bzw. Strahlumlenkung abweichen sein könnten. Dieser Umstand wird im Folgenden damit umschrieben, dass die Kanäle mit einer Art Vorab-Divergenz versehen sein können. Mit dieser Vorab-Divergenz der optischen Achsen 221224 wäre es möglich, dass sich beispielsweise nicht alle Facettenneigungen unterscheiden, sondern dass manche Gruppen von Kanälen beispielsweise die Facetten mit gleicher Neigung besitzen. Letztere können dann einstückig bzw. kontinuierlich ineinander übergehend gebildet werden, quasi als eine Facette, die dieser Gruppe von in Zeilenerstreckungsrichtung benachbarten Kanälen zugeordnet ist. Die Divergenz der optischen Achsen dieser Kanäle könnte dann von der Divergenz dieser optischen Achsen stammen, wie sie durch lateralen Versatz zwischen optischen Zentren der Optiken und Bildsensorbereichen der Kanäle erzielt wird. Die Vorab-Divergenz könnte sich beispielsweise auf eine Ebene beschränken. Die optischen Achsen könnten beispielsweise vor bzw. ohne Strahlumlenkung in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, aber in dieser divergent, und die Facetten bewirken lediglich nur noch eine zusätzliche Divergenz in der Anderen Transversalebene, d. h. sind alle parallel zur Zeilenerstreckungsrichtung und gegeneinander nur noch unterschiedlich zur vorerwähnten gemeinsamen Ebene der optischen Achsen geneigt, wobei hier wiederum mehrere Facetten gleichen Neigung besitzen können bzw. einer Gruppe von Kanälen gemeinsam zugeordnet sein könnten, deren optischen Achsen sich beispielsweise bereits in der vorerwähnten gemeinsamen Ebene der optischen Achsen paarweise vor bzw. ohne Strahlumlenkung unterscheiden.

Die erwähnte möglicher Weise vorliegende Vorab-Divergenz kann beispielsweise erzielt werden, indem die optischen Zentren der Optiken auf einer Geraden entlang der Zeilenerstreckungsrichtung liegen, während die Zentren der Bildsensorbereiche von der Projektion der optischen Zentren entlang der Normalen der Ebene der Bildsensorbereiche auf Punkte auf einer Geraden in der Bildsensorebene abweichend angerordnet sind, wie z. B. an Punkten, die von den Punkten auf vorerwähnter Gerade in der Bildsensorebene kanalindividuell entlang der Zeilenerstreckungsrichtung und/oder entlang der Richtung senkrecht zur sowohl der Zeilenerstreckungsrichtung als auch der Bildsensornormalen abweichen. Alternativ kann Vorab-Divergenz erzielt werden, indem die Zentren der Bildsensoren auf einer Geraden entlang der Zeilenerstreckungsrichtung liegen, während die Zentren der Optiken von der Projektion der optischen Zentren der Bildsensoren entlang der Normalen der Ebene der optischen Zentren der Optiken auf Punkte auf einer Geraden in der Optikzentrenebene abweichend angerordnet sind, wie z. B. an Punkten, die von den Punkten auf vorerwähnter Gerade in der Optikzentrenebene kanalindividuell entlang der Zeilenerstreckungsrichtung und/oder entlang der Richtung senkrecht zur sowohl der Zeilenerstreckungsrichtung als auch der Normalen der Optikzentrenebene abweichen. Es wird bevorzugt, wenn vorerwähnte kanalindividuelle Abweichung von der jeweiligen Projektion lediglich in Zeilenerstreckungsrichtung verläuft, also die optischen Achsen sich lediglich in einer gemeinsamen Ebene befinden mit einer Vorabdivergenz verwehen werden. Sowohl optische Zentren als auch Bildsensorbereichszentren liegen dann jeweils auf einer Geraden parallel zur Zeilenerstreckungsrichtung, aber mit unterschiedlichen Zwischenabständen. Ein lateraler Versatz zwischen Linsen und Bildsensoren in senkrechter lateraler Richtung zur Zeilenerstreckungsrichtung führte demgegenüber zu einer Vergrößerung der Bauhöhe. Ein rein In-Ebene-Versatz in Zeilenerstreckungsrichtung ändert die Bauhöhe nicht, aber er resultieren ggf. weniger Facetten und/oder die Facetten weisen nur eine Kippung in einer Winkelorientierung auf, was den Aufbau vereinfacht. Das ist in 8a und 8b exemplarischen für den Fall der auf einem gemeinsamen Träger gehalterten Optiken gemäß 5 veranschaulicht, bei denen die benachbarten Kanäle 141 und 142 einerseits und die benachbarten Kanäle 143 und 144 in der gemeinsamen Ebene verlaufende, jeweils gegeneinander schielende, also mit einer Vorab-Divergenz versehene, optische Achsen 141 und 142 bzw. 143 und 144 aufweisen. Die Facetten 261 und 262 können durch eine Facette gebildet werden und die Facetten 263 und 264 können durch eine andere Facette gebildet werden, wie es durch gestrichelte Linien zwischen den jeweiligen Paaren von Facetten gezeigt ist, und die einzigen zwei Facetten sind lediglich in einer Richtung geneigt und beide parallel zur Zeilenerstreckungsrichtung.

Ferner könnte es vorgesehen sein, dass manche optische Kanäle dem gleichen Teilgesichtsfeld zugeordnet sind, wie z. B. zum Zwecke der Superresolution bzw. zur Erhöhung der Auflösung, mit welcher das entsprechende Teilgesichtsfeld durch diese Kanäle abgetastet wird. Die optischen Kanäle innerhalb einer solchen Gruppe verliefen dann beispielsweise vor Strahlumlenkung parallel und würden durch eine Facette auf ein Teilgesichtsfeld umgelenkt werden. Vorteilhafter Weise lägen Pixelbilder des Bildsensors eines Kanals einer Gruppe in Zwischenpositionen zwischen Bildern der Pixel des Bildsensors eines anderen Kanals dieser Gruppe.

Denkbar wäre beispielsweise auch ohne Superresolutionszwecken, sondern lediglich zu Stereoskopiezwecken eine Ausführung, bei denen eine Gruppe von unmittelbar benachbarten Kanälen in Zeilenerstreckungsrichtung mit Ihren Teilgesichtsfeldern das Gesamtgesichtsfeld vollständig abdecken, und dass eine weitere Gruppe einander unmittelbar benachbarter Kanäle das Gesamtgesichtsfeld ihrerseits vollständig abdecken.

Obige Ausführungsbeispiele lassen sich also in Form einer Multiaperturabbilungsvorrichtung implementieren, und zwar mit einzeiliger Kanalanordnung, wobei jeder Kanal ein Teilgesichtsfeld eines Gesamtgesichtsfeld übertragt und sich die Teilgesichtsfelder teilweise überlappen. Ein Aufbau mit mehreren der solchen Multiaperturabbildungsvorrichtungen für Stereo- Trio-, Quattro usw. Aufbauten für die 3D-Bildaufnahme ist möglich. Die Mehrzahl von Modulen kann dabei als eine zusammenhängende Zeile ausgeführt sein.

Die zusammenhängende Zeile könnte identische Aktoren und ein gemeinsames Strahlumlenkelement nutzen. Ein oder mehrere eventuell im Strahlengang vorhandene verstärkende Substrate können sich über die gesamte Zeile, die einen Stereo-, Trio, Quattro-Aufbau bilden kann, erstrecken. Es können Verfahren der Superresolution genutzt werden, wobei mehrere Kanäle dieselben Teilbildbereiche abbilden. Die optischen Achsen können auch bereits ohne Strahlumlenkvorrichtung divergent verlaufen, so dass weniger Facetten auf der Strahlumlenkeinheit benötigt werden. Die Facetten besitzen dann vorteilhafter Weise nur eine Winkelkomponente. Der Bildsensor kann einteilig sein, nur eine zusammenhängende Pixelmatrix oder mehrere unterbrochene aufweisen. Der Bildsensor kann aus vielen Teilsensoren zusammengesetzt sein, die z. B. auf einer Leiterplatte nebeneinander angeordnet sind. Ein Autofokusantrieb kann so ausgeführt sein, dass das Strahlumlenkelement synchron mit den Optiken bewegt wird, oder ruhend ist.