在成像系统中控制透镜失准技术方案

本发明专利技术提供了一种成像系统，该成像系统包括使用成像系统(20)对场景成像，该成像系统包括辐射感测元件的阵列(24)和被配置为将来自场景的辐射聚焦到阵列上的光学器件(22)，该辐射感测元件包括具有对称角响应的第一感测元件(40)和散布于第一感测元件之间、具有非对称角响应的第二感测元件(46,54,60,62)。该方法还包括处理由第一感测元件输出的第一信号，以便识别阵列上均匀辐照度的一个或多个区域；并处理位于所识别区域中的第二感测元件输出的第二信号，以便检测光学器件与阵列的失准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在成像系统中控制透镜失准
本专利技术整体涉及成像系统，更具体地讲，涉及检测成像光学器件的失准。
技术介绍
紧凑的数字成像系统在诸如移动电话和平板电脑的便携式数字设备中普遍存在。典型的系统包括成像透镜和图像传感器，例如位于光学器件的图像平面中的感测元件阵列。在一些应用中，有利的是让图像传感器引导成像透镜的聚焦。
技术实现思路
下文描述的本专利技术的实施方案提供用于检测光学成像系统中透镜失准的方法和装置。因此，根据本专利技术的实施方案，提供了一种用于成像的方法。该方法包括使用成像系统对场景成像，该成像系统包括辐射感测元件的阵列。该阵列包括具有对称角响应的第一感测元件和散布于第一感测元件之间、具有非对称角响应的第二感测元件，以及配置为将来自场景的辐射聚焦到阵列上的光学器件。该方法包括处理由第一感测元件输出的第一信号，以便识别阵列上均匀辐照度的一个或多个区域；并处理位于所识别区域中的第二感测元件输出的第二信号，以便检测光学器件与阵列的失准。在一个实施方案中，第二感测元件包括形成于衬底中的光敏区，设置于光敏区上方的微镜头，以及插入衬底和微镜头之间、部分地覆盖光敏区的不透明屏蔽件。除此之外或另选地，第二感测元件包括形成于衬底中的至少一个光敏区和设置于光敏区上方的微镜头，其中至少一个光敏区相对于通过微镜头指向感测元件的主光线是偏移的。在一个实施方案中，处理第二信号包括监测光学器件相对于阵列的横向偏移，并且监测横向偏移包括通过使第二信号相对于所识别区域中的第一感测元件输出的第一信号规格化来计算所识别区域中的第二感测元件的增益，评估所计算增益与所存储增益的偏差值，并且基于所述偏差来估计所述横向偏移。。在另一个实施方案中，第二感测元件包括具有不同相应对称角度的不同组的第二感测元件，且监测横向偏移包括比较不同组输出的第二信号，以便评估横向偏移的方向。在另一个实施方案中，处理第二信号包括监测光学器件相对于阵列的倾斜度。在一个实施方案中，处理第二信号包括存储针对多个类型的失准的相应增益图，通过使第二信号相对于所识别区域中的第一感测元件输出的第一信号规格化来计算所识别区域中的第二感测元件的增益，以及将所计算的增益与所存储的增益图进行比较，以确定失准的类型和大小。在另外的实施方案中，处理第二信号包括评估光学器件的主光线与阵列相交的角度。除此之外或另选地，处理第二信号包括基于第二信号校准成像系统的对准。除此之外或另选地，处理第二信号包括基于第二信号验证成像系统已被组装到预先确定的公差之内。根据本专利技术的实施方案，还提供了一种成像系统。该成像系统包括辐射感测元件的阵列、被配置为将来自场景的辐射聚焦到阵列上的光学器件，以及耦接到阵列的控制电路，辐射感测元件包括具有对称角响应的第一感测元件和散布于第一感测元件之间、具有非对称角响应的第二感测元件。控制电路被配置为处理第一信号，以便识别阵列上均匀辐照度的一个或多个区域，并处理位于所识别区域中的第二感测元件输出的第二信号，以便检测光学器件与阵列的失准。结合附图，从下文中对本专利技术的实施方案的详细描述将更完全地理解本专利技术，在附图中：附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方案的成像系统的示意图；图2是根据本专利技术的一个实施方案，具有非对称角响应的感测元件的示意图；图3是根据本专利技术的另一个实施方案，具有非对称角响应的感测元件的示意图；图4是根据本专利技术的另一个实施方案，具有非对称角响应的感测元件的示意图；图5是根据本专利技术的另一个实施方案，具有相反非对称角响应的两个感测元件的示意图；图6是根据本专利技术的一个实施方案，从感测元件的视场中心被追踪到对称感测元件的光线的示意图；图7是根据本专利技术的一个实施方案，从感测元件的视场中心被追踪到非对称感测元件的光线的示意图；图8是根据本专利技术的一个实施方案，从感测元件的视场的偏离中心位置被追踪到对称感测元件的光线的示意图；图9是根据本专利技术的一个实施方案，从感测元件的视场的偏离中心位置被追踪到非对称感测元件的光线的示意图；图10是根据本专利技术的一个实施方案，具有不同尺寸的屏蔽件的左右屏蔽感测元件的模拟角响应的图示；图11是根据本专利技术的一个实施方案，对准的光学系统的视场中心的对称感测元件和非对称感测元件输出的模拟信号的图示；图12是根据本专利技术的一个实施方案，对准的光学系统的视场偏离中心位置的对称感测元件和非对称感测元件输出的模拟信号的图示；图13是根据本专利技术的一个实施方案，失准的光学系统的视场中心的对称感测元件和非对称感测元件输出的模拟信号的图示；图14是根据本专利技术的一个实施方案，失准的光学系统的视场偏离中心位置的对称感测元件和非对称感测元件输出的模拟信号的图示；图15是根据本专利技术的一个实施方案，在对准光学系统和失准光学系统中，来自整个视场中非对称感测元件，在成像透镜的数值孔径上集成的模拟信号的图示；图16是根据本专利技术的一个实施方案，非对称感测元件输出的实测信号作为成像透镜的横向偏移的函数的图示；图17是根据本专利技术的一个实施方案，成像透镜的实测噪声等价横向偏移作为非对称感测元件的数量和对称感测元件中的信号电平的函数的图示；以及图18是根据本专利技术的一个实施方案，示意性示出了用于计算和使用针对成像透镜失准的度量的方法的流程图。具体实施方式成像透镜相对于图像传感器的位置和倾斜度在成像系统中起着关键作用。一些成像系统对透镜相对于图像传感器的失准特别敏感。此类系统的示例包括但不限于利用结构化光并且基于三角测量原理的各种深度感测成像系统。深度感测系统寿命期间透镜相对于图像传感器位置或倾斜度的改变可能导致深度估计值有显著误差。对透镜失准敏感的系统的其他示例包括相机，其中在相机寿命期间的透镜失准可能导致相机整个视场范围的空间分辨率下降。本文所述本专利技术的实施方案提供了用于控制成像透镜失准的成本效益的方法以及实施这些方法的装置。这些方法基于利用表现出非对称角灵敏度的感测元件。这些非对称感测元件散布在图像传感器的正常对称感测元件之间，占据感测元件位点的较小比例，例如最高几个百分比。例如，通过在感测元件的光敏区和将光收集到感测元件上的微镜头之间插入不透明屏蔽件(部分地覆盖感测元件)，或者通过从其在微镜头下方的对称位置偏移光敏区，生成非对称感测元件。角非对称性的方向由光敏区的哪个部分被屏蔽件覆盖或者向哪个方向偏移光敏区来确定。在单个微镜头下让两个光敏区沿相反反向偏移，获得了增强的定向灵敏度，在微镜头下方具有光敏区的2x2阵列获得了具有增强定向灵敏度的两个正交方向。另选地，对本领域的技术人员显而易见的是，在生成非对称感测响应时可以使用其他技术。现代成像系统常常配备有非远心成像透镜，尤其是当用于具有小外形光学器件的移动设备中时。对于视场中心的感测元件而言，主光线垂直于图像传感器，但对于在非远心系统视场边缘处的感测元件而言，主光线可偏离法线多达30°。为了使偏心对称感测元件具有角对称的响应，相对于光敏区偏移微镜头，使得对称光轴与主光线角重合。该场的偏心位置的非对称感测元件将使其微镜头进行类似偏移，但此外，还例如通过上述方法之一产生局部主光线周围的角非对称性。现在考虑视场(例如，与感测元件相邻)上基本相同位置的两个非对称感测元件，非对称的量相同但方向相反。为了清晰的说明而又不失实施方案的一般性，我们将在包含成像系统光轴的单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于成像的方法，包括：使用成像系统对场景成像，所述成像系统包括辐射感测元件的阵列和被配置为将来自所述场景的辐射聚焦到所述阵列上的光学器件，所述辐射感测元件的阵列包括具有对称角响应的第一感测元件和散布于所述第一感测元件之中、具有非对称角响应的第二感测元件；处理由所述第一感测元件输出的第一信号，以便识别所述阵列上均匀辐照度的一个或多个区域；以及处理由位于所识别区域中的所述第二感测元件输出的第二信号，以便检测所述光学器件与所述阵列的失准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.02 US 62/369,773;2017.04.27 US 15/498,5071.一种用于成像的方法，包括：使用成像系统对场景成像，所述成像系统包括辐射感测元件的阵列和被配置为将来自所述场景的辐射聚焦到所述阵列上的光学器件，所述辐射感测元件的阵列包括具有对称角响应的第一感测元件和散布于所述第一感测元件之中、具有非对称角响应的第二感测元件；处理由所述第一感测元件输出的第一信号，以便识别所述阵列上均匀辐照度的一个或多个区域；以及处理由位于所识别区域中的所述第二感测元件输出的第二信号，以便检测所述光学器件与所述阵列的失准。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二感测元件包括：光敏区，所述光敏区形成于衬底中；微镜头，所述微镜头设置于所述光敏区上方；和不透明屏蔽件，所述不透明屏蔽件置于所述衬底和所述微镜头之间、部分地覆盖所述光敏区。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二感测元件包括：至少一个光敏区，所述至少一个光敏区形成于衬底中；和微镜头，所述微镜头设置于光敏区上方，其中所述至少一个光敏区相对于通过所述微镜头指向所述感测元件的主光线是偏移的。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中处理所述第二信号包括监测所述光学器件相对于所述阵列的横向偏移。5.根据权利要求4所述的方法，其中监测所述横向偏移包括：通过使所述第二信号相对于所述所识别区域中的所述第一感测元件输出的所述第一信号规格化来计算所述所识别区域中的所述第二感测元件的增益；评估所计算增益与所存储增益的偏差值；以及基于所述偏差来估计所述横向偏移。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二感测元件包括具有不同相应非对称角度的不同组的第二感测元件，并且其中监测所述横向偏移包括比较所述不同组输出的第二信号，以便评估所述横向偏移的方向。7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中处理所述第二信号包括监测所述光学器件相对于所述阵列的倾斜度。8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中处理所述第二信号包括：存储针对多个类型的失准的相应增益图；通过使所述第二信号相对于所述所识别区域中的所述第一感测元件输出的所述第一信号规格化来计算所述所识别区域中的所述第二感测元件的增益；以及将所计算的增益与所存储的增益图进行比较，以便识别所述失准的类型和量值。9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·费题格，G·A·阿干诺夫，G·罗森布拉姆，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US