WO2007121886A2 - Bilderfassungssystem zur rundumsicht - Google Patents

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WO2007121886A2
WO2007121886A2 PCT/EP2007/003340 EP2007003340W WO2007121886A2 WO 2007121886 A2 WO2007121886 A2 WO 2007121886A2 EP 2007003340 W EP2007003340 W EP 2007003340W WO 2007121886 A2 WO2007121886 A2 WO 2007121886A2
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WO
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image acquisition
acquisition system
optical
image
microlenses
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PCT/EP2007/003340
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Jacques Duparre
Andreas BRÄUER
Peter Schreiber
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    • H04N3/02—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by optical-mechanical means only
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Definitions

  • the invention relates to an image acquisition system for panoramic view of cell-shaped optical channels with a microlens and a lying in the focal plane detector.
  • the camera unit is mounted on a rotating or rotationally oscillating axis of rotation, which allows all-round vision of the image acquisition system.
  • imaging systems are used in medical technology, on vehicles, for the inspection of hole-like recesses and for 360 ° image capture in rooms.
  • DE 10 2004 003 013 B3 describes a camera in which a linear increase in the inclination of the optical axes from channel to channel is achieved by a difference in the center distance of the microlenses and detector pixels. Each channel "sees" in the neighboring direction of the closing channels.
  • the detector signals are read out in the form of a matrix in which the signals of the pixels are entered in series (and column), the image of the imaged object results without further sorting of the signals of the pixels. It is thus possible, from the coordinate of a channel in the array formulaally assign its viewing direction within the entire field of view of the camera, creating a two-dimensional image of a limited field of view. Often, however, an all-round view or a very large field of view is of interest.
  • the imaging system provides by using one or more camera units, which are arranged along its axis on a rotating or rotation-oscillating axis, an imaging optical system which along the direction of rotation by serial recording all-round view is free of off-axis image errors, ie only one shot in the direction of the optical axes of the channels (perpendicular to the plane of the microlenses) and perpendicular thereto (in the direction of the line axis) ensures a field of normal size in the form of a line image.
  • the image acquisition system preferably has sliding contacts for the electrics or electronics.
  • a system can have optical glass fibers in the center of rotation of the axis or shaft with an end face coupling or an imaging optical system (so-called “rotating fiber-optic interconnect") arranged between them
  • an optoelectronic sensor eg an LED or a laser
  • a receiver eg a photodiode
  • wireless data transmission technologies such as "bluetooth”.
  • a further preferred embodiment provides that the axis of rotation runs through the center of gravity of the image capturing system in order to achieve a mechanical balancing. In this way, imbalances and the unwanted change in the viewing direction of the camera during rotation perpendicular to the direction of rotation can be avoided. Otherwise, a very stable mechanical structure is necessary.
  • the camera unit preferably has a length in the row direction of 1 mm to 10 cm and a width of 100 ⁇ m to 10 mm. Furthermore, it is preferred that the respective optical channels have a length in the range from 100 ⁇ m to 10 mm.
  • a further preferred variant of the image acquisition system according to the invention relates to an embodiment form, in which the pitch, so the pitch of the microlenses, slightly different from the pitch of the detectors to ensure a different inclination of the optical axes for each channel.
  • the individual microlenses can be arranged on a basal plane curved in the row direction, whereby different inclinations of the optical axes can be realized.
  • the detectors can be arranged on a basal plane arched in the row direction.
  • a correction of the distortion ie of the main beam error angle
  • a correction of the distortion can be achieved by an adaptation of the pinhole or detector in the image of a microlens.
  • a correction of the distortion is possible simply by a non-constant pitch difference between lens array and pinhole or detector array.
  • the position of the respective microlens not only has to be offset by a multiple of the pitch difference with respect to the detector, but has to be adapted to the real main beam angle to be processed.
  • the optical channels have structures which prevent crosstalk of light from a microlens onto the detector pixel or pinhole assigned to the adjacent microlens. This prevents crosstalk, which leads to a reduced signal-to-noise ratio of the imaging system.
  • the structures consist of optically isolated channels. These include light-absorbing walls between these channels.
  • the optical channels and the microlenses are formed for a magnification of about 1, the object-side solid angle, which is assigned to each channel as a pixel, adjusted in size so that in the object distance of the imaging system corresponding to this solid angle lateral extent is just as large as the distance of the channels.
  • one of the microlenses associated first aperture diaphragm assembly and a second aperture diaphragm assembly applied by coating Preferably, on a transparent objective body front and back one of the microlenses associated first aperture diaphragm assembly and a second aperture diaphragm assembly applied by coating.
  • a microlens array is applied to the first aperture stop assembly and a transparent spacer layer is deposited on the second aperture stop assembly.
  • Under the spacer layer is located in the substrate with an array of detector pixels, where appropriate, a pinhole array is applied to the spacer layer or the substrate with the detector pixels.
  • the optical channels each have a plurality of detectors of different function.
  • pixel is understood to be an area with the desired spectral sensitivity.
  • a simple arrangement requires only a single electronic pixel per channel for image generation.
  • a pixel size of the optoelectronics should be selected according to the diffraction-limited mottle size of approximately 2 to 3 ⁇ m, wherein the pixel pitch should be of the order of 50 to 100 ⁇ m.
  • One use Free space on the sensor can be achieved by implementing intelligent pixel close pre-processing. Many image processing tasks can already be handled analogously in the image sensor, for example by operation between pixels of adjacent or only slightly removed channels. These include, for example:
  • sub-PSF resolution point spread function
  • groups of densely packed similar pixels ie 4 to 25 pieces, with a size of ⁇ _ 1 ⁇ m for the individual pixels must be realized for each channel.
  • the center of the pixel group is at the same location as the individual pixels according to the variant of the invention, in which only one pixel per channel is used.
  • the center of the pixel group is determined by the radial coordinate of the viewing Ka nals in the array.
  • a resolution increase can be achieved.
  • a conventional close-packed image sensor (megapixel image sensor) is used to record the complete images behind all microlenses of the array.
  • the individual microimages have a minimal lateral offset from each other due to the different position of the individual channels relative to the center of the array.
  • the offsetting of this minimal shift of the microimages to an overall image results in a significantly higher resolution image than if only one image pixel were recorded per channel.
  • an increase in light intensity without loss of resolution can be achieved by arranging a plurality of similar pixels with a higher spacing in a channel.
  • Several channels look from different points of the camera in the same direction.
  • a subsequent superposition of related signals increases the luminous intensity without simultaneously reducing the angular resolution.
  • the position of the pixel group relative to the microlens minimally varies from channel to channel, so that a scan of the field of view is analogous to the variant with only one pixel per channel.
  • the advantage of this variant is that due to the fact that several channels simultaneously produce the same pixel, the noise accumulates only statistically, ie it correlates with the root of the photon number, but the signal accumulates linearly. This results in an improvement of the signal-to-noise ratio.
  • a further variant according to the invention provides that an arrangement is selected in which the arrangement of a plurality of pixels per channel intersects the optical axes of at least two channels in an object point.
  • the object width must not be too large compared to the lateral camera extension, ie the greatest possible base resolution of the triangulation is decisive for a good depth resolution in the distance measurement.
  • Channels that look at the same object point from different directions should therefore have as much distance as possible.
  • the use of several pixels per channel is useful, but not mandatory.
  • immediately adjacent to one another channels with only one pixel can be arranged, but they look in very different directions, so that they allow a pair of channel pairs on the opposite side of the camera cutting the optical axes.
  • the necessary number of channels can be reduced.
  • a channel can simultaneously cover different viewing directions. Less necessary channels thus means that the total area of the camera becomes smaller.
  • Anamorphic or elliptical lenses can nevertheless be used for the correction of off-axis image defects if the detector pixels are arranged mirror-symmetrically with respect to the microlens center, since they each correct the angle of incidence.
  • Another variant envisages the possibility of color images by diffractive structures on or in front of the microlenses, these gratings optionally being able to be constant over the array, but also having variable parameters, such as orientation, blaze or period from channel to channel (structured gratings).
  • gratings can also be replaced by other dispersive elements that allow different wavelengths to be deflected onto separate pixels. The simplest possible case for this would be the use of the chromatic Queraberrationen for color distribution, which can be completely dispensed with additional elements.
  • the pixel geometry can be arbitrarily adapted to the symmetry of the imaging task, e.g. As an alternative to the Cartesian arrangement according to FIG. 11a, a radially symmetrical arrangement (FIG. 11b), a hexagonal arrangement (FIG. 11c), or otherwise adapted in terms of geometry can be selected for the arrangement of the facets.
  • the functions described here can also be achieved by the integration of the pixels of the individual channel different structures / elements in the plane of the microlenses.
  • the channels differ in their optical functions and not only in their viewing directions.
  • a coarser and simpler structuring of the electronics is the positive result.
  • the disadvantage is the possibly necessary larger number of channels and the associated greater lateral space requirement for an equivalent resolution.
  • a combination of several different pixels per channel with different optical properties of different channels can make sense be. Since the system described can be produced on a wafer scale, it is possible to increase the light intensity of the image by separating not individual cameras but entire groups (arrays of cameras) by simply recording several cameras in the same image (angle correction may be necessary) and these Images are then superimposed electronically.
  • the at least one camera unit and the drive are enclosed in a glass or plastic housing.
  • the enclosure of the image acquisition system may e.g. done in glass or plastic tubes. By capping on the end surfaces of these tubes, a hermetic seal can be effected, with only a few cabling must be led out of the overall system.
  • a method is also provided for capturing images in an all-round view, in which the imaging system according to the invention described above is used.
  • a second variant of the method according to the invention provides that the at least one camera unit is rotated about the axis of rotation at such a high speed that after several rotations of 360 ° the image is generated by redundant image recording and subsequent summation of the signals. in this connection correct synchronization of speed and summation cycle is required.
  • the camera continues to rotate during such a short exposure time, care must be taken that the blurring of the image information by further rotations during the integration time of a line image is not significantly greater than the blurring of the line image by the MTF of the static arrows themselves.
  • the resolution e.g. for edge detection, significantly increased. This is done by partially overlapping the channel viewing direction and corresponding billing of the signals.
  • the image acquisition system according to the invention is used in all areas in which all-round visibility in a compact imaging optical system is of interest. These include, for example, the inspection of holes of any kind, as well as the 360 ° image capture in rooms. Another field of application is the medical technology, e.g. in endoscopy.
  • the image acquisition system of the invention may be e.g. be housed in an endoscope, the image of the endoscope environment over the entire circumference and a certain length is supplied in the form of a cylinder jacket.
  • Another field of application is the use of the image acquisition system according to the invention on vehicles.
  • FIG. 1C shows a second variant of the image acquisition system according to the invention in a side view, shown as a sectional representation.
  • Fig. 2 shows an inventive image acquisition system in three-dimensional representation.
  • FIG. 1A shows a camera unit according to the invention with vertically arranged microlenses.
  • the individual microlenses are represented by contour lines.
  • the black dots arranged in FIG. 1A represent the detector pixels or pinholes which cover larger detector pixels.
  • FIG. 1C corresponds to the structure of the image acquisition system according to FIG. 1B, although here an additional aperture diaphragm array 6b between microlenses and detectors is arranged to suppress ghost images.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bilderfassungssystem zur Rundumsicht aus zellenförmig angeordneten optischen Kanälen mit einer Mikrolinse und einem in dessen Brennebene liegenden Detektor. Die Kameraeinheit ist dabei auf einer rotierenden oder rotationsschwingenden Rotationsachse montiert, wodurch eine Rundumsicht des Bilderfassungssystems ermöglicht wird. Verwendung finden derartige Bilderfassungssysteme in der Medizintechnik, auf Fahrzeugen, zur Inspektion von lochartigen Ausnehmungen sowie zur 360° -Bilderfassung in Räumen.

Description

Bilderfassungssystem zur Rundumsicht
Die Erfindung betrifft ein Bilderfassungssystem zur Rundumsicht aus zellenförmig angeordneten optischen Kanälen mit einer Mikrolinse und einem in dessen Brennebene liegenden Detektor. Die Kameraeinheit ist dabei auf einer rotierenden oder rotationsschwingen- den Rotationsachse montiert, wodurch eine Rundumsicht des Bilderfassungssystems ermöglicht wird. Verwendung finden derartige Bilderfassungssysteme in der Medizintechnik, auf Fahrzeugen, zur Inspektion von lochartigen Ausnehmungen sowie zur 360° -Bilderfassung in Räumen .
In der DE 10 2004 003 013 B3 wird eine Kamera beschrieben, bei der durch eine Differenz im Zentrumsabstand der Mikrolinsen und Detektorpixel ein lineares Anwachsen der Neigung der optischen Achsen von Kanal zu Kanal erreicht wird. Jeder Kanal „sieht" dadurch in die benachbarte Richtung der an ihn an- schließenden Kanäle. Bei dem Auslesen der Detektor- signale in Form einer Matrix, in der in Reihe (und Spalte) nach die Signale der Pixel eingetragen sind, resultiert ohne weitere Sortierung der Signale der Pixel das Bild des abgebildeten Objektes. Es ist damit möglich, aus der Koordinate eines Kanals im Array formelmäßig seine Blickrichtung innerhalb des gesamten Gesichtfeldes der Kamera zuzuordnen, wodurch ein zweidimensionales Bild eines begrenzten Gesichtsfeldes entsteht. Oftmals ist jedoch eine Rundumsicht o- der ein sehr großes Gesichtsfeld von Interesse. Herkömmliche, makroskopische Objektive für diesen Zweck sind sehr aufwändig und teuer und die Bildqualität wird zum Rand des Gesichtsfeldes hin zunehmend schlechter. Es kommt vor allem durch Verzeichnung zu einer Verzerrung des Bildes, so dass Objekte nicht mehr eindeutig identifiziert werden können. Eine zum Bildfeldrand reduzierte Modulationsübertragungsfunk- tion (MTF) verringert dementsprechend die Auflösung und die Lichtempfindlichkeit sinkt ebenfalls. Durch die in der DE 10 2004 003 013 B3 beschriebenen Design-Freiheitsgrade kanalweise abbildender Systeme können diese Probleme durch die individuelle Korrektur jedes Kanals auf seine individuelle Blickrichtung teilweise kompensiert werden, durch die planare Bauweise ist aber auch hier eine Rundumsicht ausgeschlossen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zur Rundumsicht geeignetes Kamerasystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das gattungsgemäße Bilderfassungssystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren zur Erfassung in Rundumsicht mit den Merkmalen des Anspruchs 35 ge- löst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 38 bis 41 sind erfindungsgemäße Verwendungen genannt.
Erfindungsgemäß wird ein Bilderfassungssystem zur Rundumsicht bereitgestellt, das mindestens eine Kameraeinheit enthält, die aus zeilenförmig angeordneten optischen Kanälen mit einer Mikrolinse und einem in dessen Brennebene liegenden Detektor, der aus dem Mikrobild hinter der Mikrolinse einen Bildpunkt extrahiert, besteht. Unter Kameraeinheit ist hier eine eindimensionale Zeile optischer Kanäle zu verstehen. Die optischen Achsen der einzelnen optischen Kanäle weisen unterschiedliche Neigungen auf, wodurch sie eine Funktion des Abstandes des optischen Kanals vom Mittelpunkt der zugewandten Seite der Kameraeinheit darstellen, womit das Verhältnis der Größe des Gesichtsfeldes zur Bildfeldgröße gezielt bestimmbar ist. Die mindestens eine Kameraeinheit ist auf einer rotierenden oder rotationsschwingenden Drehachse montiert, wodurch eine Rundumsicht des Bilderfassungssystems ermöglicht wird.
Das erfindungsgemäße Bilderfassungssystem stellt durch die Nutzung einer oder mehrerer Kameraeinheiten, die längs ihrer Achse auf einer rotierenden oder rotationsschwingenden Achse angeordnet sind, ein bildgebendes optisches System dar, welches entlang der Rotationsrichtung durch serielle Aufnahme Rundumsicht frei von außeraxialen Bildfehlern ist, d.h. eine Aufnahme immer nur in Richtung der optischen Achsen der Kanäle (senkrecht zur Ebene der Mikrolin- sen) sowie senkrecht dazu (in Richtung der Zeilenachse) ein Gesichtsfeld normaler Größe in Form eines Zeilenbildes gewährleistet. Es können auch mehrere Kameraeinheiten, d.h. Zeilen, statt nur einer Zeile, nebeneinander angeordnet werden, um z.B. durch Redundanz der Bildaufnahme und Summation der Signale aus einer Blickrichtung die Belichtungszeit pro Zeilenaufnahme zu verringern und damit die Drehzahl der Kamera zu erhöhen, um z.B. eine höhere Bildwiederholrate des Rundumsichtbildes zu erzielen.
Das Bilderfassungssystem kann sich dabei permanent drehen oder aber rotationsschwingen. Die Drehachse ist dabei vorzugsweise mit einem Antrieb gekoppelt . So kann durch Verwendung eines Motors eine kontinuierliche Drehung ermöglicht werden, während ein Schrittmotor eine schrittweise Drehung ermöglicht. Eine Schwingung kann z.B. durch eine mit einer Feder gekoppelte Spule realisiert werden.
Hinsichtlich der kontinuierlichen Drehung bei Verwendung eines Motors weist das Bilderfassungssystem vorzugsweise Schleifkontakte für die Elektrik bzw. Elektronik auf. Weiterhin kann ein derartiges System optische Glasfasern im Drehzentrum der Achse bzw. Welle mit einer Stirnflächenkopplung oder einer dazwischen angeordneten abbildenden Optik (sog. „Rotierender Faseroptischer Interconnect " ) aufweisen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in der Rotationsachse ein optoelektronischer Sensor, z.B. eine LED oder ein Laser, und ein Empfänger, z.B. eine Photodiode, gegenüber liegend angeordnet sind. Eine andere bevorzugte Ausführungsform betrifft die Ausgestaltung mit kabellosen Datenübertragungstechnologien, wie z.B. „bluetooth" . Eine weitere erfin- dungsgemäße Variante für eine optische und damit drahtlose Energieübertragung besteht in der Kombination leistungsstarker Laserdioden mit Photodioden und der Nutzung des daraus resultierenden Photostroms zur Energieversorgung der Kameraeinheit. Auch die induktiven Energie- oder Datenübertragungsvarianten oder der Einsatz von Mikrowellen ist denkbar.
Hinsichtlich der Rotationsschwingung kann vorzugsweise eine verkabelte Variante, z.B. in optischer oder elektrischer Form, eingesetzt werden, sofern die Kabel eine ausreichende Flexibilität aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Drehachse durch den Schwerpunkt des Bilder- fassungssystems verläuft, um eine mechanische Aus- wuchtung zu erreichen. Auf diesem Wege können Unwuch- ten und die ungewollte Änderung der Blickrichtung der Kamera bei der Umdrehung senkrecht zur Drehrichtung vermieden werden. Anderenfalls ist ein sehr stabiler mechanischer Aufbau notwendig.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Bilderfassungssystem zusätzlich Beleuchtungseinheiten aufweist. Diese können beispielsweise zwischen den Kanälen in Form von lichtemittierenden Flächen, insbesondere LEDs oder OLEDs, angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass diese Beleuchtungseinheiten links und/oder rechts einer Kameraeinheit, d.h. einer bildaufnehmenden Zeile, angeordnet sind.
Die Kameraeinheit besitzt vorzugsweise eine Länge in Zeilenrichtung von 1 mm bis 10 cm und eine Breite von 100 μm bis 10 mm. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die jeweiligen optischen Kanäle eine Baulänge im Bereich von 100 μm bis 10 mm aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Bilderfassungsystems betrifft eine Ausführungs- form, bei der der Mittenabstand, also der Pitch der Mikrolinsen, sich leicht von dem Pitch der Detektoren unterscheidet, um eine unterschiedliche Neigung der optischen Achsen für die einzelnen Kanäle zu gewährleisten.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich die einzelnen Mikrolinsen hinsichtlich der Dezentrierung gegenüber dem Detektor, der Brennweite, der konischen und/oder asphärischen Parameter unterscheiden und somit unterschiedliche Neigungen der optischen Achsen ermöglichen.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in den einzelnen Mikrolinsen Mikroprismen integriert sind, die unterschiedliche Neigungen der optischen Achsen ermöglichen.
Die einzelnen Mikrolinsen können auf einer in Zeilenrichtung gewölbten Basisfläche angeordnet sein, wodurch sich unterschiedliche Neigungen der optischen Achsen realisieren lassen. Ebenso können die Detektoren auf einer in Zeilenrichtung gewölbten Basisfläche angeordnet sein.
Vorzugsweise sind für die unterschiedlichen Neigungen der optischen Achsen die optischen Kanäle frei von außeraxialen Aberrationen. Eine erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass eine Korrektur von außeraxialen Bildfehlern durch Nutzung von unterschiedlichen anamorphotischen Linsen, insbesondere elliptischen Schmelzlinsen, für jeden einzelnen Kanal ermöglicht wird. Die Korrektur des Astigmatismus und der Bildfeldwölbung ermöglicht, dass das Bild über das gesamte Gesichtsfeld bzw. Bildfeld gleich scharf bleibt, da die Form der Linse jedes Kanals individuell an den zu übertragenden Einfallswinkel angepasst wird. Die Linse besitzt zwei unterschiedliche Hauptkrümmungsra- dien. Die Orientierung der Ellipsen ist stets so, dass die Achse eines Hauptkrümmungsradius in Richtung des sich vergrößernden Einfallswinkels und die des anderen Hauptkrümmungsradius senkrecht dazu steht. Beide Hauptkrümmungsradien wachsen mit steigendem Einfallswinkel nach analytisch ableitbaren Gesetzmäßigkeiten, wobei die Radien unterschiedlich stark zunehmen. Eine Einstellung des Hauptkrümmungsradienverhältnisses der Linse eines einzelnen Kanals kann durch das Einstellen des Achsenverhältnisses der Ellipsenbasis erfolgen. Die Einstellung der Änderung des Krümmungsradius von Kanal zu Kanal erfolgt durch die Einstellung der Größe der Achsen.
Weiterhin kann in einer erfindungsgemäßen Variante eine Korrektur der Verzeichnung, d.h. des Hauptstrahlfehlwinkels, durch eine Anpassung des Pinholes bzw. Detektors im Bild einer Mikrolinse erreicht werden. Eine Korrektur der Verzeichnung ist einfach durch eine nicht-konstante Pitch-Differenz zwischen Linsenarray und Pinhole bzw. Detektorarray möglich. Durch eine Anpassung der Position des Pinholes bzw. Detektors im Bild einer Mikrolinse je nach deren Position innerhalb des gesamten Bilderfassungsystems und demzufolge der zu verarbeitenden Blickrichtung kann das resultierende Gesamtbild komplett verzeichnungsfrei erzeugt werden. Um an ein Sensorarray mit konstanten Pitch angebracht zu werden, muss demzufolge die Position der jeweiligen Mikrolinse nicht nur um ein Vielfaches der Pitch-Differenz gegenüber dem Detektor versetzt sein, sondern dem realen zu verarbeitenden Hauptstrahlwinkel angepasst sein. Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die optischen Kanäle Strukturen aufweisen, die ein Übersprechen von Licht einer Mikrolinse auf den der benachbarten Mikrolinse zugeordneten Detektorpixel oder Pinhole verhindert. Dies verhindert ein Übersprechen, das zu einem verringerten Signal -Rausch-Verhältnis des abbildenden Systems führt.
Realisiert werden kann dies dadurch, dass die Strukturen aus voneinander optisch isolierten Kanälen bestehen. Hierzu zählen lichtabsorbierende Wände zwischen diesen Kanälen.
Eine weitere erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass die Strukturen aus mindestens einer Aperturblendenanordnung bestehen, die zwischen Mikrolinsen und Detektoren angeordnet ist. Ebenso können mehrere Aperturblendenanordnungen in unterschiedlichen Ebenen zwischen Mikrolinsen und Detektoren angeordnet sein. In diesem Fall weisen die Aperturblendenanordnungen, vorzugsweise unterschiedliche Mittenabstände auf, und/oder sind mit unterschiedlichen Abstandsschichten zueinander und zu den Detektoren oder den Mikrolinsen beabstandet .
Wenn es angestrebt wird, dass die optischen Kanäle und die Mikrolinsen für eine Vergrößerung von etwa 1 ausgebildet sind, wird der objektseitige Raumwinkel, der jedem Kanal als Bildpunkt zugeordnet ist, in seiner Größe so eingestellt, dass im Objektabstand des abbildenden Systems die diesem Raumwinkel entsprechende laterale Ausdehnung gerade so groß wie der Abstand der Kanäle ist.
Vorzugsweise sind auf einem transparenten Objektivkörper vorder- und rückseitig eine den Mikrolinsen zugeordnete erste Aperturblendenanordnung und eine zweite Aperturblendenanordnung durch Beschichtung aufgebracht. Auf der erste Aperturblendenanordnung ist ein Mikrolinsenarray und auf der zweiten Aperturblendenanordnung eine transparente Abstandsschicht aufgebracht. Unter der Abstandsschicht befindet sich in Substrat mit einem Array aus Detektorpixel, wobei gegebenenfalls ein Lochblendenarray auf der Abstands- schicht oder dem Substrat mit den Detektorpixeln aufgebracht ist.
Sowohl CMOS- als auch CCD-Sensoren können zur photoelektrischen Umwandlung genutzt werden, besonders attraktiv sind hier abgedünnte und rückseitig beleuchtete Detektoren, da sie sich besonders einfach für eine direkte Verbindung mit der Optik eignen und außerdem weitere Vorteile bezüglich der Sensitivität aufweisen. Ebenso ist es auch möglich, ein aus einem Polymer bestehendes Photosensorarray zu verwenden.
Vorzugsweise weisen die optischen Kanäle jeweils mehrere Detektoren unterschiedlicher Funktion auf .
Hinsichtlich der Zahl der Pixel pro Kanal besteht erfindungsgemäß sowohl die Möglichkeit, dass jedem Kanal ein Pixel zugeordnet ist, oder dass jedem Kanal mehrere Pixel zugeordnet sind. Unter Pixel ist im Rahmen dieser Anmeldung ein Bereich mit gewünschter spektraler Empfindlichkeit zu verstehen. Eine einfache Anordnung bedarf dabei nur eines einzigen elektronischen Pixels pro Kanal zur Bilderzeugung. Zur Anpassung an das Abbilddungskonzept sollte eine Pixelgröße der Optoelektronik entsprechend der beu- gungsbegrenzten Spottgröße von ungefähr 2 bis 3 μm gewählt werden, wobei der Pixel-Pitch in der Größenordnung von 50 bis 100 μm liegen sollte. Eine Nutzung des freien Platzes auf dem Sensor kann durch die Implementierung von intelligenter Pixelnahsignalvorver- arbeitung geschehen. Viele Bildverarbeitungsaufgaben können bereits analog in dem Bildsensor, z.B. durch Operation zwischen Pixeln benachbarter oder nur wenig entfernter Kanäle, bewältigt werden. Hierzu zählen beispielsweise :
• Kontrast , Kontrastrichtung ( Kantenorientierung)
• Bewegungsdetektion
• Auflösungserhöhung für Punktquellen (für Punktquellen kann eine Auflösung der Position im Gesichtsfeld weit genauer als das Beugungslimit der Optik erreicht werden, indem die Differenzen der Signale benachbarter Kanäle für den gleichen Objektpunkt ausgewertet werden.)
• Bestimmung des Schwerpunktes und der mittleren Ausdehnung einer Intensitätsverteilung.
Durch den Einsatz mehrerer Pixel mit verschiedenen Eigenschaften oder von Pixelgruppen mit Pixeln gleicher Eigenschaften in den einzelnen Kanälen kann eine Vielzahl zusätzlicher Bildinformationen bereitgestellt werden. Hierzu zählen:
Es kann eine Auflösungssteigerung über das Beugungs- limit hinaus erreicht werden, sog. Sub-PSF-Auflösung (PSF = Punktbildverwaschungsfunktion) . Hierzu müssen für jeden Kanal Gruppen von dichtgepackten gleichartigen Pixeln, d.h. 4 bis 25 Stück, mit einer Größe von <_ 1 μm für die einzelnen Pixel realisiert werden. Das Zentrum der Pixelgruppe befindet sich an der gleichen Stelle wie die einzelnen Pixel gemäß der erfindungsgemäßen Variante, bei der nur ein Pixel pro Kanal eingesetzt wird. Das Zentrum der Pixelgruppe ist von der radialen Koordinate des betrachtenden Ka- nals im Array abhängig.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, einen elektronischen Zoom, eine elektronische Blickrichtungsänderung oder eine elektronische Lichtstärkeeinstellung zu realisieren. Die Nutzung eines konventionellen dichtgepackten Bildsensors mit kleinen Pixeln, z.B. ein Megapixel-Bildsensor, kann zur Aufnahme der kompletten hinter allen Mikrolinsen des Arrays entstehenden Bilder genutzt werden. Durch Auswahl nur bestimmter Pixel aus den einzelnen Kanälen zur Erzeugung des gewünschten Bildes können die Vergrößerung bzw. das Gesichtsfeld eingestellt werden, da die Pixelposition im Kanal die Funktion der radialen Koordinate des betrachteten Kanals im Array ist. Ebenso kann die Blickrichtung durch einfache Translation aller ausgelesenen Pixel eingestellt werden. Weiterhin lässt sich die Lichtstärke durch Superpositionen der Signale benachbarter Pixel einstellen, wobei sich die effektive Pixelgröße erhöht, was zu einem Auflösungs- verlust führt.
Durch Verrechnung aller Mikrobilder kann eine Auflö- sungserhöhung erreicht werden. Hierzu wird ein konventioneller dichtgepackter Bildsensor (Megapixel- Bildsensor) zur Aufnahme der kompletten hinter allen Mikrolinsen des Arrays entstehenden Bilder genutzt. Die einzelnen Mikrobilder haben einen minimalen lateralen Versatz gegeneinander durch die unterschiedliche Position der einzelnen Kanäle relativ zum Mittelpunkt des Arrays. Die Verrechnung dieser minimalen Verschiebung der Mikrobilder zu einem Gesamtbild resultiert in einem deutlich höher aufgelösten Bild als bei Aufnahme nur eines Bildpixels pro Kanal. Dies macht allerdings lediglich für mit der lateralen Kameraausdehnung vergleichbar geringe Objektabstände Sinn .
Ebenso werden Farbaufnahmen durch Anordnung von Farbfiltern vor mehreren sonst gleichartigen Pixeln pro Kanal ermöglicht. Das Zentrum der Pixelgruppe befindet sich dabei an der gleichen Stelle wie ein Einzelpixel bei der einfachen Variante mit nur einem Pixel pro Kanal, wobei das Zentrum der Pixelgruppe von der radialen Koordinate des betrachteten Kanals im Array abhängig ist . Eine elektronische Winkelkorrektur kann nötig sein. Um dies zu vermeiden, ist auch eine Kombination mit Farbbildsensoren möglich, deren drei farbempfindliche Detektorebenen übereinander und nicht nebeneinander angeordnet sind.
Weiterhin kann eine Erhöhung der Lichtstärke ohne Auflösungsverlust dadurch erreicht werden, dass mehrere gleichartige Pixel mit höherem Abstand in einem Kanal angeordnet werden. Mehrere Kanäle blicken dadurch von unterschiedlichen Stellen der Kamera in die gleiche Richtung. Eine nachträgliche Superposition zueinandergehöriger Signale erhöht die Lichtstärke ohne gleichzeitig die Winkelauflösung zu verringern. Dabei variiert die Position der Pixelgruppe relativ zur Mikrolinse minimal von Kanal zu Kanal, sodass eine Abtastung des Gesichtsfeldes analog zur Variante mit nur einem Pixel pro Kanal geschieht. Der Vorteil dieser Variante ist, dass aufgrund der Tatsache, dass mehrere Kanäle gleichzeitig den gleichen Bildpunkt erzeugen, das Rauschen sich nur statistisch akkumuliert, d.h. es korreliert mit der Wurzel der Photonennzahl, aber das Signal sich linear akkumuliert. Es resultiert somit eine Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses . Eine weitere erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass eine Anordnung gewählt wird, bei der sich durch die Anordnung mehrerer Pixel pro Kanal die optischen Achsen wenigstens zweier Kanäle in einem Objektpunkt schneiden. Dafür darf weiterhin die Gegenstandsweite nicht zu groß gegenüber der lateralen Kameraausdehnung sein, d.h. entscheidend für eine gute Tiefenauflösung bei der Abstandsmessung ist eine möglichst große Basislänge der Triangulation. Kanäle, die aus verschiedenen Richtungen auf den gleichen Objektpunkt schauen, sollten deswegen einen möglichst großen Abstand haben. Dabei ist die Nutzung mehrerer Pixel pro Kanal hierfür zwar sinnvoll, aber nicht zwingend notwendig. Alternativ können unmittelbar nebeneinander auch Kanäle mit jeweils nur einem Pixel angeordnet sein, die aber in stark unterschiedliche Richtungen blicken, sodass sie mit Kanalpaaren auf der gegenüberliegenden Seite der Kamera ein Schneiden der optischen Achsen ermöglichen. Durch diese Anordnung wird eine stereoskopische 3D-Bildaufnähme bzw. eine Abstandsmessung, d.h. Triangulation, ermöglicht, da hierfür unter verschiedenen Winkeln auf den gleichen Objektpunkt geschaut werden muss.
Durch die Nutzung mehrerer Detektorpixel pro Kanal kann die notwendige Kanalzahl verringert werden. Ein Kanal kann durch die Nutzung mehrerer Detektorpixel, welche unterschiedlich gegenüber der Mikrolinse de- zentriert sind, gleichzeitig verschiedene Blickrichtungen abdecken. Weniger notwendige Kanäle bedeutet somit, dass die Gesamtfläche der Kamera kleiner wird. Anamorphotische bzw. elliptische Linsen können trotzdem zur Korrektur von außeraxialen Bildfehlern eingesetzt werden, wenn die Detektorpixel spiegelsymmetrisch bezüglich der Mikrolinsenmitte angeordnet sind, da sie jeweils den Einfallswinkel korrigieren.
Eine weitere Variante sieht die Möglichkeit von Farbaufnahmen durch diffraktive Strukturen auf oder vor den Mikrolinsen vor, wobei diese Gitter wahlweise über das Array konstant sein können, aber auch von Kanal zu Kanal variable Parameter, wie Orientierung, Blaze oder Periode besitzen können (strukturierte Gitter) . Mehrere gleichartige Pixel geeigneten Abstandes in einem Kanal nehmen das durch das Gitter räumlich getrennte Spektrum auf. Im Allgemeinen kann das Gitter auch durch andere dispersive Elemente ersetzt werden, die ein Ablenken unterschiedlicher Wellenlängen auf getrennte Pixel ermöglichen. Der einfachste denkbare Fall hierfür wäre die Nutzung der chromatischen Queraberrationen zur Farbaufteilung, wobei gänzlich auf zusätzliche Elemente verzichtet werden kann.
Eine andere Variante betrifft die Polarisationsempfindlichkeit der Kamera. Zu deren Beeinflussung können verschieden orientierte Metallgitter bzw. strukturierte Polarisationsfilter vor sonst gleichartigen elektronischen Pixeln in jedem Kanal angeordnet werden. Das Zentrum der Pixelgruppe befindet sich an der gleichen Stelle wie die einzelnen Pixel bei dem System, das pro Kanal einen Pixel aufweist, und ist von der radialen Koordinate des betrachteten Kanals im Array abhängig. Alternativ können die Polarisationsfilter auch in der Ebene der Mikrolinsen integriert, z.B. auf diese aufgebracht werden, wobei dann ein Kanal nur eine bestimmte Polarisationsrichtung detek- tieren kann. Benachbarte Kanäle werden dann mit unterschiedlich orientierten Polarisationsfiltern ausgestattet. Eine weitere Variante sieht einen abbildenden Farb- sensor vor, wobei alternativ zu der normalerweise durchgeführten RGB-Farbkodierung hier eine Anpassung an das zu verarbeitende Farbspektrum durch entsprechende Wahl der strukturierten Filter erfolgt.
Die Pixelgeometrie kann beliebig an die Symmetrie der Abbildungsaufgabe angepasst werden, z.B. kann alternativ zur kartesischen Anordnung gemäß Figur IIa eine radialsymmetrische (Fig. IIb), eine hexagonale (Fig. llc), bzw. anderweitig in ihrer Geometrie ange- passte Anordnung der Facetten gewählt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Kombination mit Flüssigkristallelementen (LCD) erfolgen. Die Polarisationseffekte können genutzt werden, um z.B. elektrisch schaltbare oder verschiebbare oder polarisierbare Lochblenden über sonst fixen, dichtgepackten Detektorarrays anzuordnen. Hierdurch wird eine hohe Anzahl von Freiheitsgraden der Abbildung erreicht .
Die hier beschriebenen Funktionen können auch durch die Integration der die Pixel des einzelnen Kanals unterscheidenden Strukturen/Elemente in die Ebene der Mikrolinsen erzielt werden. Hierbei ist dann wiederum nur ein elektronischer Pixel pro Kanal nötig und die Kanäle unterscheiden sich in ihren optischen Funktionen und nicht nur in ihren Blickrichtungen. Eine gröbere und einfachere Strukturierung der Elektronik ist die positive Folge. Nachteil ist die u.U. notwendige größere Kanalzahl und der damit verbundene größere laterale Platzbedarf für eine gleichwertige Auflösung. Auch eine Kombination mehrerer unterschiedlicher Pixel pro Kanal mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften verschiedener Kanäle kann sinnvoll sein. Da das beschriebene System im Wafermaßstab hergestellt werden kann, ist es möglich, durch Vereinzelung nicht einzelner Kameras sondern ganzer Gruppen (Arrays von Kameras) die Lichtstärke der Aufnahme zu erhöhen, indem einfach mehrere Kameras das gleiche Bild aufnehmen (Winkelkorrektur kann nötig sein) und diese Bilder dann elektronisch überlagert werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Kameraeinheit und der Antrieb in einem Glas- oder Kunststoffgehäuse eingefasst sind. Die Einhausung des Bilderfassungsystems kann dabei z.B. in Glas- oder Kunststoffröhrchen erfolgen. Durch Deckelung auf den Stirnflächen dieser Röhrchen kann eine hermetische Versiegelung bewirkt werden, wobei nur wenige Verkabelungen aus dem Gesamtsystem herausgeführt werden müssen.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Erfassung von Bildern in Rundumsicht bereitgestellt, bei dem das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Bilderfassungssystem eingesetzt wird.
Eine erste Variante der Verfahrensführung beruht darauf, dass die mindestens eine Kameraeinheit mit einer so geringen Geschwindigkeit um die Drehachse gedreht wird, dass das Bild mit einer Umdrehung von 360 °, d.h. einer kompletten Umdrehung der Kamera, erzeugt wird. Jede Umdrehung liefert somit ein neues Bild.
Eine zweite erfindungsgemäße Variante des Verfahrens sieht vor, dass die mindestens eine Kameraeinheit mit einer so hohen Geschwindigkeit um die Drehachse gedreht wird, dass nach mehreren Umdrehungen von 360 ° durch redundante Bildaufnahme und anschließende Summierung der Signale das Bild erzeugt wird. Hierbei ist eine korrekte Synchronisation von Drehzahl und Summationstakt erforderlich.
Da sich weiterhin die Kamera während auch noch so einer kurzen Belichtungszeit weiter dreht, muss darauf geachtet werden, dass die Verwaschung der Bildinformation durch Weiterrotationen während der Integrationszeit eines Zeilenbildes nicht wesentlich größer als die Verwaschung des Zeilenbildes durch die MTF der statischen Pfeile selbst ist. Andererseits kann durch Differenzenmessung bei leichter Blickrichtungsänderung der Zeile durch Rotation die Auflösung, z.B. zur Kantendetektion, deutlich erhöht werden. Dies erfolgt durch teilweise Überlappung der Kanalblickrichtung und entsprechende Verrechnung der Signale.
Verwendung findet das erfindungsgemäße Bilderfassungssystem in allen Bereichen, in denen eine Rundumsicht in einem kompakten abbildenden optischen System von Interesse ist. Hierzu zählen beispielsweise die Inspektion von Löchern beliebiger Art, ebenso wie die 360° -Bilderfassung in Räumen. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Medizintechnik, z.B. in der Endoskopie. So kann das erfindungsgemäße Bilderfassungssystem z.B. in einem Endoskop untergebracht sein, wobei das Bild der Endoskopumgebung über den gesamten Umfang und eine gewisse Länge in Form eines Zylindermantels geliefert wird.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems auf Fahrzeugen.
Anhand der nachfolgenden Figuren soll das erfindungsgemäße Bilderfassungssystem näher erläutert werden, ohne dieses auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen. Fig. IA zeigt eine erfindungsgemäße Kameraeinheit in Draufsicht .
Fig. IB zeigt eine erfindungsgemäße Variante des Bilderfassungssystems in der Seiteansicht als Schnittdarstellung .
Fig. IC zeigt eine zweite erfindungsgemäße Variante des Bilderfassungssystems in der Seitenansicht, dargestellt als Schnittdarstellung.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Bilderfassungssystem in dreidimensionaler Darstellung.
In Fig. IA ist eine erfindungsgemäße Kameraeinheit mit vertikal angeordneten Mikrolinsen dargestellt. Die einzelnen Mikrolinsen sind hierbei anhand von Höhenlinien dargestellt. Die in Fig. IA angeordneten schwarzen Punkte stellen die Detektorpixel bzw. Pin- holes dar, die größere Detektorpixel abdecken.
In Fig. IB ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bilderfassungssystems dargestellt. Der Objektivkörper 1 ist mit mehreren Mikrolinsen 2 mit zugehörigen Aperturblenden versehen. Diese Einheit ist auf einem Empfänger- bzw. Detektorpixelsubstrat 7, in oder auf dem eine nicht abgebildete Leiterplatine angeordnet ist, aufgebracht. Hier werden die Detektorpixel 3 bzw. durch kleinere Pinholes abgedeckte Detektorpixel größerer Fläche abgebildet. Die Kameraeinheit ist dabei auf einer beweglichen Drehachse 4 angeordnet, die mit einem Antrieb 5 verbunden ist. In der hier dargestellten Variante handelt es sich um eine rotierende Drehachse. Zur Unterdrückung von Geisterbildern weist das hier dargestellte Bilderfas- sungssystem absorbierende Wände zwischen den einzelnen Kanälen auf, um ein Übersprechen von Licht einer Mikrolinse auf den der benachbarten Mikrolinse zugeordneten Detektorpixel oder Pinhole zu verhindern.
Fig. IC entspricht vom Aufbau dem Bilderfassungssystem nach Fig. IB, wobei hier allerdings zur Unterdrückung von Geisterbildern ein zusätzliches Apertur- blendenarray 6b zwischen Mirkolinsen und Detektoren angeordnet ist.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Bilderfassungssystem in dreidimensionaler Darstellung gezeigt. Der Objektkörper 1, auf dem die Mikrolinsen 2 angeordnet sind, ist auf einem Empfänger- bzw. Detektorpixelsubstrat 7 aufgebracht. Diese Elemente zusammen mit einer nicht abgebildeten Leiterplatine bilden die erfindungsgemäße Kameraeinheit. Die Kameraeinheit ist auf einer Drehachse 4 angeordnet, die mit einem Antrieb 5 verbunden ist. Auch die hier dargestellte Variante basiert auf einer rotierenden Drehachse.

Claims

Patentansprüche
Bilderfassungssystem zur Rundumsicht enthaltend mindestens eine Kameraeinheit aus zeilenförmig angeordneten optischen Kanälen mit einer Mikro- linse und einem in dessen Brennebene liegenden Detektor, der aus dem Mikrobild hinter der Mik- rolinse einen Bildpunkt extrahiert, wobei die optischen Achsen der einzelnen optischen Kanäle unterschiedliche Neigungen aufweisen, dass sie eine Funktion des Abstandes des optischen Kanals vom Mittelpunkt der zum Bild gewandten Seite der Kameraeinheit darstellen, womit das Verhältnis der Größe des Gesichtsfeldes zur Bildfeldgröße gezielt bestimmbar ist
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die mindestens eine Kameraeinheit auf einer rotierenden oder rotationsschwingenden Drehachse montiert ist, wodurch eine Rundumsicht des Bilderfassungssystems ermöglicht wird.
2. Bilderfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse mit einem Antrieb, insbesondere einem Motor, einem Schrittmotor oder einer Spule in Verbindung mit einer Feder, gekoppelt ist.
3. Bilderfassungssystera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse durch den Schwerpunkt des Bilderfassungssystems zur Vermeidung einer Unwucht verläuft.
4. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem zusätzlich Beleuchtungseinheiten aufweist .
5. Bilderfassungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungs- einheiten zwischen den optischen Kanälen oder zellenförmig neben den optischen Kanälen angeordnet sind.
6. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraeinheit eine Länge in Zeilenrichtung von 1 mm bis 10 cm aufweist .
7. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraeinheit eine Breite von 100 μm bis 10 mm aufweist.
8. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Kanä- Ie eine Baulänge von 100 μm bis 10 mm aufweisen.
9. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenabstand, d.h. Pitch, der Mikrolinsen sich leicht von dem Pitch der Detektoren unterscheidet, um eine unterschiedliche Neigung der optischen Achsen für die einzelnen Kanäle zu gewährleisten.
10. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass sich die einzelnen Mikrolinsen hinsichtlich der Dezentrierung gegenüber dem Detektor, der Brennweite, der konischen und/oder asphärischen Parameter unterscheiden und somit unterschiedliche Neigungen der optischen Achsen ermöglichen.
11. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den einzelnen Mikrolinsen Mikroprismen integriert sind, die unterschiedliche Neigungen der optischen Achsen ermöglichen.
12. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Mikrolinsen auf einer in Zeilenrichtung gewölbten Basisfläche angeordnet sind und somit unterschiedliche Neigungen der optischen Achsen er- möglichen.
13. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren auf einer in Zeilenrichtung gewölbten Basisfläche angeordnet sind.
14. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass für die unterschiedlichen Neigungen der optischen Achsen die optischen Kanäle frei von außeraxialen Aberrationen sind.
15. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen optischen Kanäle unterschiedliche Pitch-Differenzen zwischen Mikrolinse und Detektor und/oder Pinhole zur Korrektur einer Verzeichnung aufweisen.
16. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Kanäle Strukturen aufweisen, die ein Übersprechen von Licht einer Mikrolinse auf den der benachbarten Mikrolinse zugeordneten Detektorpixel oder Pinhole verhindern.
17. Bilderfassungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kanä- len lichtabsorbierende Wände zur optischen Isolierung der Kanäle angeordnet sind.
18. Bilderfassungssystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen aus mindestens einer Aperturblendenanordnung, die zwischen Mikrolinsen und Detektoren angeordnet ist, bestehen.
19. Bilderfassungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aperturblendenanordnungen in unterschiedlichen Ebenen zwischen Mikrolinsen und Detektoren angeordnet sind.
20. Bilderfassungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblendenanordnungen unterschiedliche Mittenabstände aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Abstands- schichten zueinander und zu den Detektoren oder den Mikrolinsen beabstandet sind.
21. Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Kanäle und die Mikrolinsen für eine Vergrößerung von etwa 1 ausgebildet sind, wobei der objektseitige Raumwinkel, der jedem Kanal als Bildpunkt zugeordnet ist, in seiner Größe so eingestellt ist, dass im Objektabstand des abbildenden Systems die diesem Raumwinkel entsprechende laterale Ausdehnung des Objekts gerade so groß wie der Abstand der Kanäle ist .
22. Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen transparenten Objektivkörper vorder- und rückseitig eine den Mikrolinsen zugeordnete erste Aperturblendenanordnung und eine zweite Aperturblendenanordnung durch Beschichtung aufgebracht sind, auf die erste Aperturblendenanordnung ein Mikrolinsenarray und auf die zweite Aperturblendenanordnung eine transparente Abstandsschicht angeordnet ist und unter der Abstandsschicht ein Substrat mit einem Array aus Detektorpixeln liegt, wobei ggf. ein Lochblendenarray auf der Abstandsschicht oder dem Substrat mit den Detektorpixeln aufgebracht ist.
23. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Mikrolinsen anamorphotisch ist.
24. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren als ein CCD, ein CMOS-Photosensorarray und/oder ein aus einem Polymer bestehenden Photosensorarray vorliegen.
25. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Kanäle jeweils mehrere Detektoren unterschiedlicher Funktion aufweisen.
26. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem optischen Kanal ein Pixel zugeordnet ist.
27. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem optischen Kanal mehrere Pixel zugeordnet sind.
28. Bilderfassungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pixel mit verschiedenen Eigenschaften oder Gruppen von Pixeln gleicher Eigenschaften vorliegen.
29. Bilderfassungssystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor mehreren gleichartigen Pixeln Farbfilter angeordnet sind.
30. Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleichartige Pixel mit höherem Abstand in einem optischen Kanal zur Erhöhung der Lichtstärke ohne Auflösungsverlust angeordnet sind.
31. Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrere Pixel pro optischem Kanal so angeordnet sind, dass sich die optischen Achsen von mindestens zwei optischen Kanälen in einem Objektpunkt schneiden, um eine stereoskopische 3D-Bildaufnähme und/oder eine Abstandsmessung zu ermöglichen.
32. Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder auf den Mikrolinsen dispersive Elemente für Farbaufnahmen angeordnet sind.
33. Bilderfassungssystem nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass vor gleichartigen Pixeln eines optischen Kanals unterschiedlich orientierte Gitter oder strukturierte Polarisationsfilter zur Einstellung der Polarisationsempfindlichkeit angeordnet sind.
34. Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kameraeinheit und der Antrieb in einem Glas- oder Kunststoffgehäuse eingefasst ist.
35. Verfahren zur Erfassung von Bildern in Rundumsicht, bei dem ein Bilderfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingesetzt wird .
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kameraeinheit mit einer so geringen Geschwindigkeit um die Drehachse gedreht wird, so dass mit einer Umdrehung von 360° das Bild erzeugt wird.
37. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kameraeinheit mit einer so hohen Geschwindigkeit um die Drehachse gedreht wird, so dass nach mehreren Umdrehungen von 360° durch redundante Bildaufnahme und anschließende Summierung der Signale das Bild erzeugt wird.
38. Verwendung des Bilderfassungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 34 in der Medizintechnik, z.B. in der Endoskopie .
39. Verwendung des Bilderfassungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 34 zur Inspektion von lochartigen Ausnehmungen.
40. Verwendung des Bilderfassungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 34 auf Fahrzeugen.
41. Verwendung des Bilderfassungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 34 zur 360°-Bilderfassung in Räumen .
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