使用小型成像系统以高放大倍率高分辨率摄影的系统和方法技术方案

提供了成像系统和方法，在受限于小物理体积时，用于拍摄高放大倍率照片。在一些实施例中，系统由至少一个透镜、一个或多个部分反射元件和传感器组成。部分反射器在它们之间来回反射部分的光，使透镜到传感器的部分的光得以长路径长度，从而实现了高放大倍率。从而实现了高放大倍率。从而实现了高放大倍率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用小型成像系统以高放大倍率高分辨率摄影的系统和方法


[0001]本申请涉及成像，且更具体地涉及图像拍摄，并具体但不仅限地涉及相机和手机相机。本申请还涉及内置于智能手机、膝上电脑、平板电脑，或任何其他设备中的相机。

技术介绍

[0002]智能手机和移动设备已经变得紧凑且薄型，从而限制了它们的光学放大倍率。必须要有更大的光学放大倍率来为远离相机或用户的物体拍摄高质量照片。通常，大光学放大倍率需要透镜和相机传感器间的长距离。薄型的手机、智能手机、平板电脑和其他移动设备，限制了透镜和相机传感器间的距离，从而限制了可实现的放大倍率。如智能手机和移动设备的尺寸缩小，相机尺寸越来越成为限制图像质量的关键因素。
[0003]更具体地，图2阐释了为什么需要从透镜到传感器的长距离以实现高放大倍率、高分辨率的图像拍摄。透镜(201)从与透镜存在距离(d)的物体(101)收集光，并在与透镜存在距离(f)的相机传感器(501)上形成图像。这种系统的放大倍率可以被表达为M＝f/d。因此，要获得更大的放大倍率，透镜和传感器间需要更长的距离。图2A展示了f＝fA的情况，其中fA为距离。在这种情况下，在传感器阵列上形成的图像(810)大(大小为hA)，并且图像在传感器元件(传感器像素)上被良好地解析。
[0004]在智能手机或手机相机中，不增加手机的厚度，就不能使透镜到传感器的距离更大。目前手机使用的距离f只有4
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6毫米，这就是为什么手机放大倍率差的原因。现在参考图2B，透镜与传感器间的距离为f＝fB，其中fB因手机厚度限制了透镜与传感器间的距离，为较短的距离。从而，传感器阵列上的结果图像(820)小(大小为hB)，只有少量传感器元件重叠，因此分辨率差。这种差分辨率无法通过在手机上作指触缩放来解决，因为那所做的一切只是向用户显示在少量传感器元件上收集到的图像，图像分辨率仍旧差。典型的手机或平板电脑的焦距短，来自远处物体的高放大倍率高分辨率信息会丢失，且无法用现有技术恢复。
[0005]图3进一步阐释了成像设备的厚度(长度或深度)如何影响远距离或长距离物体的摄影。如果图像是使用长焦距透镜拍摄的，例如图3(A2)所示的数码单反相机上的透镜，相应地传感器相对于透镜为长距离，那么远距离物体将被成像于许多像素上，从而显示出图3(A1)中的高度细节。但是，如果图像是在如图3(B2)所示的手机中使用小焦距透镜拍摄的，且相应地传感器接近于透镜，则物体将仅在少量像素上成像，且因此看起来模糊且像素化图3(B1)。
[0006]因此，需要改进的成像系统和方法以在诸如手机、平板电脑或其他移动设备的薄型设备中拍摄图像。本申请正是针对于这些需求。

技术实现思路

[0007]本申请包括从成像设备(例如，手机相机)生成远距离物体的高放大倍率图像的方法和系统。一个实施例包括透镜、两个部分反射器，和传感器，该传感器可以是成像相机传
感器或其他类型的光传感器。在具体示例中，透镜与传感器之间的距离小于20毫米。光被透镜聚焦，并在两个部分反射器之间经历多次部分反射。直到光线到达传感器前，每次部分反射导致了更长的光学路径长度。两个部分反射器之间的距离可被选择为，使得部分反射器间的特定数量的往返传播在传感器处形成聚焦图像，而其他更少或更多数量的往返传播形成未聚焦的图像或期望的焦点。
[0008]另一方面包括处理成像传感器之输出的信号处理单元。信号处理单元可处理传感器信息以从原始传感器数据生成聚焦图像，聚焦图像由传感器上的聚焦图像加上传感器上的失焦图像组成。信号处理单元可以由如计算机、微处理器、或现场可编程逻辑门阵列、或其它任何形式的数字信号处理器组成。在其他实施方式中，它可由模拟信号处理器组成。信号处理单元可以是直接在光学场上进行信号处理的光信号处理器。在这些实施方式中，信号处理单元和传感器的顺序可以互换，如光学信号处理器首先处理光，而传感器测量它。
[0009]另一方面包括的方法和系统为，包括放置在两个部分反射器前、后或之间的附加透镜。这些透镜可用作多种功能，包括像差校正。透镜可以是玻璃透镜、模制塑料透镜、波带板、菲涅耳透镜、或其它任何实现光聚焦的光学元件。透镜可以被菲涅耳透镜代替，由于菲涅耳透镜厚度的减小，以实现更薄的形状因素。
[0010]另一方面包括的方法和系统为，其中一个或多个部分反射器被单向镜代替。单向镜使光在进入镜的一端时透射，并在从另一端入射时反射。单向镜可被使用以减少丢失出设备以及未到达传感器的光量。
[0011]另一方面包括的方法和系统为，其中一些部分反射器和透镜中被部分反射曲面镜代替。部分反射曲面镜作为部分反射器和聚焦元件的组合角色，从而减少了元件的总数并使整个设备更薄。由于光从部分反射器反射多次，因此可以使用具有更长曲率半径的曲面部分反射器，以实现更紧凑的设备及减少像差。在其他示例中，曲面镜中的一个可以由单向曲面镜代替，其使光从一个方向完全反射且从另一个方向完全透射。
[0012]另一方面包括的方法和系统是以利用物理长度短于光从透镜传播至成像平面所需的距离的设备或照相机来执行成像。在示例性实施例中，该方法和系统可以包括透镜、两个部分(two
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partial)反射器、传感器、和信号处理器，由此光在两个部分反射器间经历多次部分反射，从而传播比透镜与传感器间之物理距离更长的距离。然后传感器对部分反射进行求和，且信号处理单元对信号进行后处理。在一些实施方式中，透镜的焦距及部分反射器间的距离可被选定为，使在期望次数的往返部分反射后，透镜在传感器上形成聚焦图像。在这样的方法中，信号处理单元可以而后获取信号并排除来自非期望往返传播次数的信号的失焦或未聚焦的成分，并实质上仅保留来自期望传播次数的信号。
[0013]另一方面包括的方法和系统，其中一个或多个部分反射镜可以由一个或多个单向镜代替，以减少光的往返损耗。其他实施方式可以包括在部分反射器前、之间和/或后的附加透镜，其由于多次行程而透镜间的光行进长度增加，以进行像差校正或实施高放大倍率成像。在该方法的其他实施方式中，一个或多个透镜和/或部分反射器可以由部分反射曲面镜代替。这些部分反射曲面镜可用于实现具有更长曲率半径的聚焦，从而减小整体设备尺寸。
[0014]另一方面包括的一种成像系统，包括透镜、第一部分反射器、第二部分反射器、和传感器，其中光透射通过透镜，在部分反射器间经历多次部分反射，并随后由相机成像。透
镜与第二部分反射器的距离小于30毫米、小于18毫米、小于10毫米或小于8毫米。信号处理单元可以处理相机的信号以形成改进的图像。透镜的焦距使来自物体或场景的光在部分反射器之间经历期望次数的往返传播时，在时间积分传感器上产生聚焦图像。
[0015]另一方面包括的一种成像系统，包括透镜、单向镜、部分反射器、和传感器，其中，光线透射通过透镜，在部分反射器间经历多次部分反射，并随后由相机成像，其中透镜与第二部分反射器的距离小于30毫米，其中单向镜完全透射已通过透镜的光，并完全反射已被部分反射器反射的光。透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种成像系统，包括透镜、第一部分反射器、第二部分反射器、和传感器，其特征在于，光线透射通过所述透镜，在所述部分反射器间经历多次部分反射，其中所述透镜与所述第二部分反射器的距离小于30毫米；所述透镜、所述第一部分反射器、所述第二部分反射器被设置在光轴上，以将来自物体的光最终透射、聚焦、和反射到所述传感器。2.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述距离小于18毫米。3.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述距离小于10毫米。4.如权利要求1所述的成像系统，进一步包括信号处理单元，以处理所述信号来形成图像。5.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，当在所述部分反射器间经历期望次数的往返路程时，所述透镜的焦距使来自所述物体的光在时间积分传感器上产生聚焦图像。6.一种成像系统，包括透镜、单向镜、部分反射器、和传感器，其特征在于，光线透射通过所述透镜，在所述部分反射器间经历多次部分反射，并随后由所述相机成像，其中所述透镜与所述第二部分反射器的距离小于30毫米，其中所述单向镜完全透射已通过所述透镜的光，并完全反射已被自所述部分反射器反射的光。7.如权利要求1或6所述的成像系统，进一步包括放置在所述第一部分反射器或所述第二部分反射器前、后或之间的附加透镜。8.如权利要求1或6所述的成像系统，进一步包括放置在所述部分反射器前、后和/或之间的附加透镜。9.如权利要求1或6所述的成像系统，其特征在于，既定的复数个波长包括一个或多个连续波长范围。10.如权利要求1或6所述的成像系统，其特征在于，至少一个透镜被至少一个部分反射曲面镜代替。11.如权利要求1或6所述的成像系统，其特征在于，所述透镜具有直径并且所述直径大于所述设备的所述厚度。12.如权利要求1或6所述的成像系统，其特征在于，它被放置在移动设备中以保持薄的形状系数。13.一种成像系统，包括至少两个部分反射曲面镜，其特征在于，光透射通过所述镜，在所述镜间经历多次部分反射，并随后由所述相机成像，其中所述镜反射器间的距离小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：B，
类型：发明
国别省市：