成像模塊以及成像裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】成像模塊具有：空間光調(diào)制元件，其將空間調(diào)制應(yīng)用于入射的光通量并發(fā)射該光通量；圖像傳感器，其獲取已經(jīng)由空間光調(diào)制元件應(yīng)用了空間調(diào)制的光通量作為圖像信息；和固定構(gòu)件，其整體地固定該空間光調(diào)制元件和該圖像傳感器，并且該固定構(gòu)件具有間隙限定構(gòu)件，該間隙限定構(gòu)件布置在該空間光調(diào)制元件和該圖像傳感器之間，并且形成具有一定距離的間隙結(jié)構(gòu)，以及一種成像裝置包括該成像模塊。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
成像模塊以及成像裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[00〇1 ]本發(fā)明涉及使用編碼孔徑(coded-aperture)成像的成像模塊以及成像裝置。【背景技術(shù)】
[0002]由相機(jī)所表示的成像裝置被廣泛用于欣賞攝影的拍攝、工業(yè)測(cè)量/對(duì)象識(shí)別系統(tǒng)、 車(chē)輛的風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)、犯罪預(yù)防監(jiān)視系統(tǒng)等。在這些使用形式中，經(jīng)常不僅需要獲取拍攝對(duì)象的圖像，而且需要獲取諸如距離、視野方向等的空間信息。
[0003]作為通過(guò)使用圖像傳感器和編碼孔徑圖案而使得能夠獲取空間信息的技術(shù)，已知一種技術(shù)，其中通過(guò)進(jìn)行基于傅立葉變換的解碼處理來(lái)獲取關(guān)于空間和入射到圖像傳感器的光通量的入射角的信息(例如，參見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2008-191661)。
[0004]另外，通過(guò)使用重新構(gòu)造的或活動(dòng)的空間光調(diào)制元件作為編碼孔徑圖案，已知一種技術(shù)，其中通過(guò)進(jìn)行解碼處理，從通過(guò)多種類(lèi)型的編碼孔徑圖案而成像的圖像改善圖像質(zhì)量(例如，參見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2008-542863)。
[0005]此外，已經(jīng)提出液晶元件或替代技術(shù)等作為用作這樣的空間光調(diào)制元件的元件 (例如，參見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2005-316321、2005-316316以及Beni, G?和Hackwood，S.， ‘Appl.Phys.Lett?第38卷，第4期’，第207-209頁(yè)，美國(guó)，1981年)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]然而，在使用傳統(tǒng)的編碼孔徑成像技術(shù)和編碼孔徑圖案的成像裝置中，圖像傳感器和編碼孔徑圖案被單獨(dú)布置，并且必須在光路中提供編碼孔徑圖案。另外，在安裝上出現(xiàn)的問(wèn)題是，成像裝置的尺寸增加，在諸如可移動(dòng)鏡等的光學(xué)部件之間的安裝位置的沖突等出現(xiàn)，編碼孔徑圖案和圖像傳感器之間的布置位置需要高準(zhǔn)確度，難以處理諸如透鏡等光學(xué)系統(tǒng)的改變，等等。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種成像裝置，在該成像裝置中，通過(guò)使用其中集成了圖像傳感器和通過(guò)編碼孔徑圖案將空間調(diào)制應(yīng)用于圖像的空間調(diào)制元件的成像模塊，圖像傳感器和編碼孔徑圖案之間的距離短，并且圖像傳感器和編碼孔徑圖案以高準(zhǔn)確度布置。
[0008]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種成像模塊，其包括:空間光調(diào)制元件，該空間光調(diào)制元件將空間調(diào)制應(yīng)用于入射的光通量并發(fā)射該光通量；圖像傳感器，該圖像傳感器獲取已經(jīng)由空間光調(diào)制元件應(yīng)用了空間調(diào)制的光通量作為圖像信息；和固定部件，該固定部件整體地固定該空間光調(diào)制元件和該圖像傳感器，其中該固定部件具有間隙限定構(gòu)件，該間隙限定構(gòu)件布置在該空間光調(diào)制元件和該圖像傳感器之間并且形成具有一定距離的間隙結(jié)構(gòu)，并且提供了一種成像裝置，其包括上述成像模塊。【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像裝置和成像模塊的整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的示意圖。
[0010]圖2是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像模塊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的示意圖。
[0011]圖3是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像裝置的優(yōu)化器的操作的一個(gè)示例的示意圖。
[0012]圖4是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像裝置的元件驅(qū)動(dòng)器的操作的一個(gè)示例的示意圖。[〇〇13]圖5是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像模塊的結(jié)構(gòu)的第一修改示例的示意圖。[〇〇14]圖6是示出本發(fā)明實(shí)施例中具有光導(dǎo)路徑元件的成像模塊和成像裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的示意圖。
[0015]圖7是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像模塊的結(jié)構(gòu)的第二修改示例的示意圖。
[0016]圖8是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像模塊的結(jié)構(gòu)的第三修改示例的示意圖。
[0017]圖9是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像模塊的結(jié)構(gòu)的第四修改示例的示意圖。
[0018]圖10是示出本發(fā)明實(shí)施例中的成像模塊的結(jié)構(gòu)的第五修改示例的示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0019]本實(shí)施例中的圖1所示的成像裝置具有獲取圖像的成像模塊2、進(jìn)行成像并朝向成像模塊2發(fā)射入射的光通量的圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3和從圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3選擇光路徑的反光鏡(mirror )4〇
[0020]成像裝置1還具有確認(rèn)視野的取景器6、從反光鏡4偏轉(zhuǎn)光到取景器6的偏轉(zhuǎn)元件5、 確定曝光時(shí)間的快門(mén)8和控制這些構(gòu)件的控制器9。
[0021]除了成像模塊2以外的以上結(jié)構(gòu)與普通的單鏡頭反射相機(jī)相同；然而，該結(jié)構(gòu)可以是所謂的無(wú)反光鏡單鏡頭反射照相機(jī)的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，去除了取景器6和反光鏡4,而是包括了液晶監(jiān)視器。[〇〇22]將參照?qǐng)D2說(shuō)明成像模塊2的結(jié)構(gòu)。[〇〇23]成像模塊2具有空間光模塊元件21、圖像傳感器22和固定部件23,空間光模塊元件 21向入射的光通量應(yīng)用空間調(diào)制并發(fā)射該光通量，圖像傳感器22獲取已經(jīng)被應(yīng)用了空間調(diào)制的光通量作為圖像信息，固定部件23整體地固定空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22。 [〇〇24]成像模塊2還具有接線25和邏輯電路13,接線25電連接空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22,邏輯電路13處理來(lái)自控制器9的信號(hào)。
[0025]空間光調(diào)制元件21是透射液晶裝置，并通過(guò)控制器9改變?cè)诿總€(gè)位置處的透射率來(lái)將空間調(diào)制應(yīng)用于入射的光通量，以形成編碼孔徑圖案，換句話說(shuō)，馬賽克(mosaic)圖案。
[0026]圖像傳感器22是使用CCD(電荷耦合器件)作為光檢測(cè)器陣列的圖像傳感器一一該光檢測(cè)器陣列是成像平面，并獲取已經(jīng)由空間光調(diào)制元件21應(yīng)用了空間調(diào)制的光通量作為圖像信息。在圖像傳感器22上，布置光檢測(cè)器陣列28,在光檢測(cè)器陣列28中并排布置多個(gè)光電二極管作為光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器是光接收元件。圖像傳感器22將入射到成像平面的諸如光通量的強(qiáng)度等的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這里，使用CCD;然而，如果圖像傳感器能夠獲取圖像信息，則可以使用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)等。[〇〇27]固定部件23具有間隙限定構(gòu)件24,間隙限定構(gòu)件24被布置在空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22之間，并形成具有一定距離的間隙結(jié)構(gòu)。[〇〇28]固定部件23以一定距離并行固定空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22。這里，固定部件23可以是使用諸如螺釘?shù)鹊墓潭?gòu)件、使用粘合劑等、或者通過(guò)其將光調(diào)制元件21和圖像傳感器22整體地形成的固定部件。[〇〇29]在本實(shí)施例中，間隙限定構(gòu)件24為Si基板，在Si基板中提供空間，并且間隙限定構(gòu)件24具有作為固定部件23的功能。間隙限定構(gòu)件24與空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22的至少一個(gè)接觸，并且通過(guò)Si基板的開(kāi)口和厚度，形成小于或等于幾毫米的空結(jié)構(gòu)，優(yōu)選小于或等于1mm換句話說(shuō)，形成在空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22之間的間隙結(jié)構(gòu)。這里，間隙限定構(gòu)件24為具有開(kāi)口的Si基板;然而，可以使用諸如玻璃材料的透明材料或諸如散珠 (bead-dispersed)玻璃恪塊材料的接合材料。在透明材料被用作間隙限定構(gòu)件24的情況下，由于光通量的傳遞不受阻擋，間隙結(jié)構(gòu)不需要是空結(jié)構(gòu)，并且作為空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22之間的距離的間隙距離由透明材料的厚度來(lái)控制。通過(guò)使用線鍵合 (bonding)形成接線25。
[0030]接線25可以是貫穿接線26,其穿透空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22中的至少一個(gè)并且電連接空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22。貫穿接線26將在后面詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]邏輯電路13用作根據(jù)來(lái)自控制器9的電信號(hào)而操作的空間調(diào)制圖案生成輔助裝置或控制輔助裝置。[〇〇32]圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3具有圖像形成透鏡組30,圖像形成透鏡組30包括至少一個(gè)或多個(gè)透鏡以及孔徑7,該至少一個(gè)或多個(gè)透鏡被布置以便在圖像傳感器22上形成圖像，孔徑 7調(diào)整入射光量。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3被布置為使得入射到成像裝置1的光通量在圖像傳感器22上形成圖像。換句話說(shuō)，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3被布置在成像模塊2的在光軸的方向上的上游側(cè)，使得焦點(diǎn)位于圖像傳感器22上。[〇〇33]入射到成像裝置1的光通量通過(guò)圖像形成透鏡組30被偏轉(zhuǎn)以在圖像傳感器22上形成圖像，并且光量通過(guò)穿過(guò)孔徑7而被調(diào)整。
[0034]在不進(jìn)行拍攝時(shí)，穿過(guò)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3的光通量由反光鏡4反射，并且經(jīng)由偏轉(zhuǎn)元件5被引導(dǎo)到取景器6。當(dāng)進(jìn)行拍攝時(shí)，反光鏡4操作，以便通過(guò)來(lái)自圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3 的光通量。從而，反光鏡4操作為可移動(dòng)反光鏡，其為光路選擇裝置。
[0035]由空間光調(diào)制元件21將空間調(diào)制應(yīng)用于穿過(guò)反光鏡4并入射到空間光調(diào)制元件21 的光通量。
[0036]作為元件驅(qū)動(dòng)器的控制器9通過(guò)使用空間透射率分布來(lái)控制空間光調(diào)制元件21的透射率分布，在該空間透射率分布中多個(gè)周期不同的正弦波形被疊加。
[0037]在下文中，其中可以控制該透過(guò)率分布的最小單位被稱(chēng)為單元。
[0038]空間光調(diào)制元件21通過(guò)根據(jù)來(lái)自作為元件驅(qū)動(dòng)器的控制器9的電信號(hào)、換言之周期性調(diào)制信號(hào)而改變?cè)系拿總€(gè)單元中的透射率來(lái)形成編碼孔徑圖案。
[0039]S卩，空間光調(diào)制元件21通過(guò)周期性地改變?cè)厦總€(gè)單元的透射率將空間調(diào)制應(yīng)用于穿過(guò)空間光調(diào)制元件21的光通量。
[0040]此時(shí)，作為元件驅(qū)動(dòng)器的控制器9用作空間光調(diào)制圖案生成裝置。
[0041]在與正弦波形的周期對(duì)應(yīng)的空間頻率位置處通過(guò)使用這樣的空間透射率分布來(lái)形成編碼孔徑圖案的情況下，即，在進(jìn)行傅里葉變換的情況下在水平軸上，圖像本身具有的有限空間頻帶的頻譜分布以卷積形式被復(fù)制。[〇〇42] S卩，拍攝對(duì)象的空間頻率的頻譜分布以多達(dá)正弦波形的周期的數(shù)量在空間頻率的軸上被復(fù)制。這里，通過(guò)取決于正弦波形頻率的幅度而與角度分量的頻率信息混合，視場(chǎng)角分區(qū)(divis1n)是可能的(例如，參見(jiàn)Beni，G?和Hackwood，S.，‘Appl.Phys.Lett ?第38卷， 第4期’，第207-209頁(yè)，美國(guó)，1981年)。[〇〇43]這里，在與相鄰正弦波形的周期對(duì)應(yīng)的空間頻率的間隔(interval)比拍攝對(duì)象的空間頻帶更窄的情況下，發(fā)生混疊(a 1 i a s i n g )，其中空間頻率的高頻率分量干擾低頻率分量。結(jié)果，發(fā)生視場(chǎng)角被劃分的圖像的劣化、恢復(fù)的圖像中的噪聲的疊加等。為了防止這些， 必須將獲取的圖像信息具有的空間頻帶與被給予空間光調(diào)制元件21的正弦波形的周期以近似不會(huì)發(fā)生混疊的程度而區(qū)分。
[0044]因此防止混疊的處理流程將參照?qǐng)D3來(lái)說(shuō)明。
[0045]這里，在本實(shí)施例中，圖像特征分析裝置、空間光調(diào)制圖案生成裝置、圖像質(zhì)量確定裝置和解碼處理裝置12中的每個(gè)為控制器9的功能。
[0046]首先，關(guān)于沒(méi)有空間調(diào)制的情況或進(jìn)行一定空間調(diào)制的情況，控制器9獲取初始圖像(步驟S1)。[〇〇47]初始圖像的空間頻帶由作為圖像特征分析裝置的控制器9來(lái)分析?？刂破?通過(guò)分析初始圖像的空間頻帶來(lái)確定應(yīng)用于空間光調(diào)制元件21的正弦波形的必要的頻率(步驟 S2)〇
[0048]然后，作為空間光調(diào)制圖案計(jì)算裝置或空間光調(diào)制圖案生成裝置的控制器9基于在上述處理中獲取的正弦波形的頻率來(lái)計(jì)算和生成空間光調(diào)制圖案(步驟S3)。此時(shí)，控制器9具有作為編碼孔徑圖案計(jì)算裝置或編碼孔徑圖案生成裝置的功能?；谠诓襟ES3中獲取的空間光調(diào)制圖案，作為元件驅(qū)動(dòng)器的控制器9改變空間光調(diào)制元件21的透射率，并再次獲取圖像信息(步驟S4)。[〇〇49]此外，作為圖像質(zhì)量確定裝置的控制器9確定所獲取的圖像信息的圖像質(zhì)量是否足夠良好，換言之，確定所獲取的圖像信息的空間光頻率是否在不會(huì)發(fā)生混疊的條件下(步驟S5)。在確定不足夠的情況下，處理返回到步驟S2,進(jìn)行空間頻率的分析，并且重復(fù)與以上相同的處理，即，通過(guò)反饋機(jī)制將圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化到不會(huì)發(fā)生混疊的條件。在完成圖像質(zhì)量的優(yōu)化時(shí)，獲取期望的空間信息，在這種情況下是視場(chǎng)角被劃分的圖像信息(步驟S6)。
[0050]通過(guò)檢測(cè)圖像傳感器22,已經(jīng)被應(yīng)用了空間調(diào)制的光通量被識(shí)別為圖像信息。該圖像信息包括關(guān)于通過(guò)根據(jù)周期調(diào)制信號(hào)而被施加有空間調(diào)制的光通量已經(jīng)穿過(guò)在空間光調(diào)制元件21上的哪個(gè)單元和在何時(shí)穿過(guò)的信息。
[0051]即，從圖像信息和已經(jīng)檢測(cè)到圖像信息的圖像傳感器22上的位置，獲取由圖像傳感器22檢測(cè)到的光通量的角度信息，換言之，光通量的方向分量的信息。[〇〇52]從這樣獲取的圖像信息中通過(guò)使用解碼處理裝置12來(lái)去除空間調(diào)制并重構(gòu)圖像而無(wú)需諸如提供多個(gè)圖像裝置等的特殊裝置結(jié)構(gòu)，并且獲取包括諸如距離、方向等的空間信息的圖像。[〇〇53]在本實(shí)施例中，圖像中包括的具體拍攝對(duì)象被取作目標(biāo)，并且距離分辨率被優(yōu)化， 這使得能夠獲取到拍攝對(duì)象的距離信息。[〇〇54]關(guān)于獲取這樣的空間信息、獲取距離信息的方法，作為示例將參照?qǐng)D4進(jìn)行說(shuō)明。
[0055]注意，將適當(dāng)?shù)厥÷詮钠渲幸晥?chǎng)角被劃分的多個(gè)圖像計(jì)算視差信息的方法的詳細(xì)說(shuō)明。
[0056]首先，作為空間光調(diào)制生成裝置的控制器9生成任意的空間光調(diào)制圖案(步驟 S21)。控制器9通過(guò)使用在步驟S21中生成的任意空間光調(diào)制圖案來(lái)獲取圖像(步驟S22)，并且提取其中視場(chǎng)角被劃分的多個(gè)圖像信息(步驟S23)。接著，作為距離分辨率確定裝置的控制器9(其作為圖像特征分析裝置)分析其中視場(chǎng)角被劃分的圖像信息，并且計(jì)算關(guān)于拍攝對(duì)象的局部位置的距離信息，該拍攝對(duì)象為圖像中的具體目標(biāo)(步驟S24)。通過(guò)使用在步驟 S24中計(jì)算的距離信息，作為距離信息確定裝置的控制器9確定在所獲取的圖像中是否獲取了期望的分辨率(步驟S25)。在所獲取的圖像的分辨率是不足夠的情況下，作為空間光調(diào)制圖案生成裝置的控制器9再次計(jì)算構(gòu)成空間光調(diào)制圖案的正弦波形的周期(步驟S26)。通過(guò)基于在步驟S26中計(jì)算的空間光調(diào)制圖案來(lái)改變視場(chǎng)角分區(qū)分辨率，控制器9再次生成空間光調(diào)制圖案并且獲取新的圖像(步驟S27)。距離分辨率由形成這樣的反饋回路的距離分辨率優(yōu)化機(jī)制來(lái)優(yōu)化，并且最終獲取適合于作為目標(biāo)的拍攝對(duì)象的距離圖像(步驟S28)。 [〇〇57]此時(shí)，由成像模塊2獲取的光通量的角度信息和所獲取的圖像信息的觀看角度的分辨率由圖像傳感器22的尺寸、空間光調(diào)制元件21的每個(gè)單元的尺寸和在圖像傳感器21與空間光調(diào)制元件21之間的距離即間隙距離來(lái)確定。[〇〇58]然而，在傳統(tǒng)的技術(shù)中，編碼孔徑圖案和光檢測(cè)陣列各自獨(dú)立地布置和控制，并且難以相鄰地布置它們。此外，在使用主動(dòng)改變諸如液晶元件的圖案的結(jié)構(gòu)作為編碼孔徑圖案的情況下，電連接對(duì)液晶元件是重要的；然而，通過(guò)諸如線鍵合等已知的方法，存在破損的可能性，并且關(guān)于安裝的問(wèn)題沒(méi)有解決。當(dāng)間隙距離比較大時(shí)，這樣的問(wèn)題不被認(rèn)為是問(wèn)題。
[0059]相應(yīng)地，在本發(fā)明的本實(shí)施例中的成像模塊2中，固定部件23整體地固定空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22,并且具有間隙限定構(gòu)件24,該間隙限定構(gòu)件24被布置在空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22之間，以形成具有一定距離的間隙結(jié)構(gòu)。
[0060]通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22被集成并進(jìn)行模塊化，因此， 間隙距離被縮短，圖像傳感器22和空間光調(diào)制元件21的位置以高精確度被調(diào)整，并且獲取具有高角度分辨率和高精確度的圖像信息。
[0061]在本實(shí)施例中的空間光調(diào)制元件21形成周期性改變透射率的重構(gòu)的編碼孔徑圖案，并且高頻信號(hào)被用于這樣的控制。通常，在使用高頻信號(hào)的電路中，接線的長(zhǎng)度優(yōu)選為短的，以抑制噪聲或信號(hào)損失。
[0062]作為空間光調(diào)制元件21，使用透射液晶裝置，因此，能夠直接使用在市場(chǎng)上可得的裝置或控制器，并且除了上述效果以外，還降低了成本，并且獲取包括空間信息的圖像信息。[〇〇63] 此外，除了液晶裝置以外，空間光調(diào)制元件21也可以是濕毛細(xì)管(wet capillary) 類(lèi)型空間光調(diào)制元件21(例如，參見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2005-31632和2005-316316,以及 Beni，G ?和Hackwood，S ?，‘ Appl ? Phys ? Lett ?第38卷，第4期’，第207-209頁(yè)，美國(guó)，1981年)。
[0064]濕毛細(xì)管類(lèi)型空間光調(diào)制元件21具有能夠儲(chǔ)存液體的微孔結(jié)構(gòu)體和透射率控制裝置，該透射率控制裝置通過(guò)電信號(hào)調(diào)整微孔結(jié)構(gòu)體中的液體量，并且控制光的透射率。
[0065]通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，由入射的光通量照射的整個(gè)區(qū)域由透明材料構(gòu)成，因此，位于空間光調(diào)制元件21下方的圖像傳感器22上的光接收元件都是可用的，并且以較高分辨率獲取圖像或包括空間信息的圖像信息。
[0066]此外，在需要高精確度的測(cè)量中，關(guān)于水平位置、旋轉(zhuǎn)、平行度等的空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22的定位優(yōu)選地以像素大小的量級(jí)的精確度來(lái)進(jìn)行。
[0067]如果使用濕毛細(xì)管類(lèi)型空間光調(diào)制元件21，在半導(dǎo)體工藝中能夠產(chǎn)生所有的空間光調(diào)制元件21、圖像傳感器22和間隙限定構(gòu)件24,因此，很容易整體地形成成像模塊2,而不使用粘合劑等。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，以像素大小的量級(jí)的精確度的定位是可能的，因此，與通過(guò)使用粘合劑等集成空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22的情況相比，能夠以較高精度和較高分辨率獲取圖像信息。[〇〇68] 維持在空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22之間的一定距離，空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22被集成和固定，并且通過(guò)接線25進(jìn)行電氣接線，因此，成像模塊2獲取包括具有較高分辨率和/或較高精度的空間信息的圖像信息，而沒(méi)有由于安裝方式導(dǎo)致的任何限制。[〇〇69]在本實(shí)施例中的成像裝置1具有作為元件驅(qū)動(dòng)器的控制器9和解碼處理裝置12,控制器9驅(qū)動(dòng)空間光調(diào)制元件以周期性地改變調(diào)制，解碼處理裝置12從圖像信息中去除調(diào)制并且重構(gòu)圖像。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，成像裝置1根據(jù)拍攝對(duì)象或拍攝場(chǎng)景的特征而形成最優(yōu)的編碼孔徑圖案，并且獲取圖像和包括空間信息的圖像信息。
[0070]另外，在本實(shí)施例中，作為元件驅(qū)動(dòng)器的控制器9使用空間透射率分布，并且將空間調(diào)制應(yīng)用于透射穿過(guò)空間光調(diào)制元件21的光通量，在該空間透射率分布中，多個(gè)周期不同的正弦波形被疊加。[〇〇71]通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，成像裝置1通過(guò)使用從圖像獲取的圖像特征信息在空間光調(diào)制元件21上形成最優(yōu)的編碼孔徑圖案，并且獲取具有高圖像質(zhì)量的圖像，在該圖像中，取決于拍攝對(duì)象或成像場(chǎng)景的特征的圖像劣化的原因被去除。
[0072]另外，在本實(shí)施例中，作為元件驅(qū)動(dòng)器的控制器9基于作為分析圖像信息的圖像特征分析裝置的控制器9的分析結(jié)果來(lái)周期性地改變應(yīng)用于空間光調(diào)制元件21的調(diào)制。
[0073]通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，成像裝置1根據(jù)拍攝對(duì)象或成像場(chǎng)景的特征形成最優(yōu)的編碼孔徑圖案，并且獲取具有較高精確度的圖像和包括空間信息的圖像信息。
[0074]通常，與作為光檢測(cè)器的光電二極管的尺寸相比，可容易獲得的并且在成本降低方面高效的液晶裝置在液晶元件的每單元尺寸方面極其大。相應(yīng)地，存在的問(wèn)題是，光檢測(cè)器不僅沒(méi)有有效地用于控制液晶顯示裝置的透射率，而且沒(méi)有有效地用于使用其作為編碼孔徑圖案，因?yàn)榫幋a孔徑圖案和成像平面的分辨率是不同的。
[0075]將說(shuō)明解決這樣的問(wèn)題的成像模塊2的第一修改示例。
[0076]在圖5所示的成像模塊2中，固定部件23的結(jié)構(gòu)與已經(jīng)說(shuō)明的圖2所示的成像模塊2 的結(jié)構(gòu)相比是不同的。[〇〇77]固定部件23具有光導(dǎo)路徑元件27、支撐結(jié)構(gòu)體29和間隙限定構(gòu)件24,光導(dǎo)路徑元件27將光通量從空間光調(diào)制元件21的一側(cè)的表面(一側(cè)的表面)引導(dǎo)至圖像傳感器22的一側(cè)的表面(另一側(cè)的表面)，支撐結(jié)構(gòu)體29支撐光導(dǎo)路徑元件27,間隙限定構(gòu)件24布置在空間光調(diào)制元件21和光導(dǎo)路徑元件之間。
[0078]光導(dǎo)路徑元件27被布置且固定在圖像傳感器22和空間光調(diào)制元件之間，以與空間光調(diào)制元件21具有一定距離，并且具有錐形形狀，在該錐形形狀中在空間光調(diào)制元件21側(cè)的表面上的孔徑面積與在圖像傳感器22的表面上的孔徑面積是不同的。
[0079]光導(dǎo)路徑元件27是錐形光纖板，其中通過(guò)捆扎光學(xué)光纖制成的光纖板被加熱和延展，然后被切割和拋光，并且空間光調(diào)制元件21的一側(cè)的表面的分辨率與圖像傳感器22的一側(cè)的表面的分辨率是不同的。
[0080]光導(dǎo)路徑元件27被固定到圖像傳感器22,使得具有窄孔徑面積的表面與作為成像平面的圖像傳感器22接觸。光導(dǎo)路徑元件27經(jīng)由間隙限定構(gòu)件24被整體地固定到空間光調(diào)制元件21，間隙限定構(gòu)件24相對(duì)于空間光調(diào)制元件21形成小于或等于幾毫米、優(yōu)選小于或等于1mm的間隙結(jié)構(gòu)，。
[0081]通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，光導(dǎo)路徑元件27以模擬方式將成像平面的面積放大為與光導(dǎo)路徑元件27的空間光調(diào)制元件21—側(cè)的表面的面積相同的大小，并且改變分辨率。[〇〇82]因此，即使在空間光調(diào)制元件21的像素間距大于圖像傳感器22的像素間距并且分辨率不同的情況下，通過(guò)放大的成像平面，空間光調(diào)制元件21以模擬方式具有較高的分辨率，并且具有較高空間分辨率的圖像被獲取。[〇〇83] 空間光調(diào)制元件21通過(guò)電氣接線25連接到控制器9。[〇〇84]在本實(shí)施例中，光導(dǎo)路徑元件27通過(guò)間隙限定構(gòu)件24連接到空間光調(diào)制元件21， 間隙限定構(gòu)件24被布置在空間光調(diào)制元件21和光導(dǎo)路徑元件27之間。
[0085]圖像傳感器22和光導(dǎo)路徑元件27被布置成彼此接觸;然而，通過(guò)將抑制邊界表面上的光的反射的匹配油(matching oil)應(yīng)用于接觸表面，光通量的利用效率得以改善，并且能夠以更加良好的圖像質(zhì)量進(jìn)行成像。[〇〇86]注意，通常，空間光調(diào)制元件21的像素間距大于圖像傳感器22的像素間距，因此， 光導(dǎo)路徑元件27的具有窄孔徑面積的表面被布置成面向圖像傳感器22的一側(cè);然而，光導(dǎo)路徑元件27的具有窄孔徑面積的表面可以被布置成面向空間光調(diào)制元件21的一側(cè)。
[0087]在這種情況下，光導(dǎo)路徑元件27以模擬方式將成像平面的面積減小為與光導(dǎo)路徑元件27的在空間光調(diào)制元件21的一側(cè)的表面的面積相同的大小，并且圖像傳感器22以模擬方式具有高分辨率，因此，特別是在圖像傳感器的分辨率低的情況下，具有較高分辨率的圖像被獲取。
[0088]除了參照?qǐng)D5的說(shuō)明以外的結(jié)構(gòu)和操作的說(shuō)明被省略，因?yàn)槠漕?lèi)似于圖2所示的成像模塊2的結(jié)構(gòu)和操作。[〇〇89]圖6示出具有圖5所示的成像模塊2的成像裝置1的結(jié)構(gòu)示例。
[0090]將說(shuō)明與圖1所示的成像裝置的差異。在具有第一修改示例中的成像模塊2的結(jié)構(gòu)中，模擬成像平面位于導(dǎo)光路元件27的入射面上，S卩，在光導(dǎo)路徑元件27的在空間光調(diào)制元件21的一側(cè)的表面上，并且像素間距與實(shí)際的成像平面相比被放大。
[0091]因此，在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3中，作為圖像形成區(qū)域(其為圖像形成平面)的圖像圈需要被設(shè)置成比模擬成像平面更大。如果滿足關(guān)于圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3的限制，則成像裝置 1的其他結(jié)構(gòu)類(lèi)似于圖1所示的成像裝置1的結(jié)構(gòu)，并且圖像形成光學(xué)系統(tǒng)3可以用于各種相機(jī)，諸如可互換鏡頭相機(jī)。
[0092]另外，例如，作為圖7所示的第二修改示例，成像模塊2可以是其中濕毛細(xì)管類(lèi)型空間光調(diào)制元件21與固定部件23整體地形成在相同基板上的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，固定部件23具有作為間隙限定構(gòu)件24的功能，并且形成空結(jié)構(gòu)。通過(guò)圖7所示的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體工藝中的晶片鍵合技術(shù)被用于鍵合空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22,因此，空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22之間的并行性和定位的精確度得以改善。
[0093]作為晶片鍵合技術(shù)，可以使用玻璃熔塊鍵合、通過(guò)金屬的共晶鍵合等。
[0094]此外，在該結(jié)構(gòu)示例中，可以使用通過(guò)Si熱氧化的玻璃化來(lái)產(chǎn)生空間光調(diào)制元件 21。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，成像模塊2僅通過(guò)硅工藝來(lái)產(chǎn)生，大量生產(chǎn)成本被降低，并且精確度得以改善。[〇〇95]注意，在其中半導(dǎo)體工藝中的晶片鍵合技術(shù)被用于空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22的鍵合的結(jié)構(gòu)中，難以確保層疊部分中的充分的接線空間。
[0096]因此，空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22之間的電連接優(yōu)選地由諸如硅通孔 (TSV)等的貫穿接線26來(lái)進(jìn)行。通過(guò)貫穿接線26,在安裝接線等時(shí)的破損的可能性被降低， 空間光調(diào)制元件21、圖像傳感器22、控制這些的基板和接線的干擾被阻止或降低，并且沒(méi)有由于安裝方式導(dǎo)致的任何限制而獲取包括空間信息的圖像信息。[〇〇97]通過(guò)集成空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22并且由經(jīng)過(guò)最短路徑的貫穿接線26 來(lái)進(jìn)行經(jīng)過(guò)最短路徑的電連接，在周期性地改變空間光調(diào)制元件21的透射率的情況下的噪聲被降低或抑制，并且具有較高精確度的圖像信息被獲取。
[0098]此外，作為圖8所示的第三修改示例，結(jié)構(gòu)可以是其中成像模塊2的空間光調(diào)制元件21和圖像傳感器22和固定部件23被整體地布置的結(jié)構(gòu)，并且由諸如玻璃材料等的透明材料構(gòu)成的間隙限定構(gòu)件24被布置在該結(jié)構(gòu)內(nèi)部。[〇〇99]通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)在用透明材料鍵合的狀態(tài)下處理空間光調(diào)制元件21，空間光調(diào)制元件21的厚度減小，并且成像模塊2的小型化得以實(shí)現(xiàn)。
[0100]注意，由玻璃熔塊材料構(gòu)成的鍵合構(gòu)件241可以被布置在如圖8所示的間隙限定構(gòu)件24和圖像傳感器22之間。
[0101]此外，作為圖9所示的第四修改示例，如果結(jié)構(gòu)是其中控制器9被布置在空間光調(diào)制元件21上的結(jié)構(gòu)，則通過(guò)使用透明材料的間隙限定構(gòu)件24來(lái)確保間隙結(jié)構(gòu)，并且能夠具有足夠用于電路形成的面積。
[0102]通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠小型化成像裝置1。
[0103]另外，作為圖10所示的第五修改示例，作為圖像傳感器22,使用背照式圖像傳感器，并且圖像傳感器22和空間光調(diào)制元件21之間的間隙距離被維持，并且圖像傳感器22的厚度減小，因此，能夠小型化成像模塊2。[〇1〇4]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠提供一種成像模塊和成像裝置，在該成像模塊和成像裝置中，圖像傳感器和編碼孔徑圖案之間的距離短，并且圖像傳感器和編碼孔徑圖案以高精度布置。
[0105]雖然已經(jīng)按照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但不限于此。應(yīng)該理解的是，不脫離由下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在所描述的實(shí)施例中做出變型。
[0106]例如，在上述實(shí)施例中，成像裝置1可以是各種類(lèi)型的成像裝置，諸如緊湊型數(shù)碼相機(jī)、安裝在便攜式裝置上的緊湊型相機(jī)等。[〇1〇7]根據(jù)上述實(shí)施例，包括空間光調(diào)制元件、圖像傳感器和固定構(gòu)件，該空間光調(diào)制元件將空間調(diào)制應(yīng)用于入射的光通量并發(fā)射該光通量，該圖像傳感器獲取已經(jīng)由空間光調(diào)制元件應(yīng)用了空間調(diào)制的光通量作為圖像信息，固定構(gòu)件整體地固定空間光調(diào)制元件和圖像傳感器，并且固定構(gòu)件具有間隙限定構(gòu)件，該間隙限定構(gòu)件布置在空間光調(diào)制元件和圖像傳感器之間并且形成具有一定距離的間隙結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，圖像傳感器和編碼孔徑圖案之間的距離短，圖像傳感器和編碼孔徑圖案以高精確度布置，諸如混疊等的圖像的劣化得以阻止，并且可以高分辨率和高精確度獲取光的空間信息。
[0108]在本發(fā)明的實(shí)施例中描述的效果是從本發(fā)明產(chǎn)生的最有利的效果，因此，根據(jù)本發(fā)明的效果不限于本發(fā)明的實(shí)施例的描述。
[0109]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0110]本申請(qǐng)基于2014年1月10日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?014-003637并要求其優(yōu)先權(quán)， 其公開(kāi)通過(guò)全部引用結(jié)合于此。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種成像模塊，其包括:空間光調(diào)制元件，其將空間調(diào)制應(yīng)用于入射的光通量并發(fā)射所述光通量；圖像傳感器，其獲取已經(jīng)由所述空間光調(diào)制元件應(yīng)用了所述空間調(diào)制的光通量作為圖 像信息；以及固定部件，其整體地固定所述空間光調(diào)制元件和所述圖像傳感器，其中，所述固定部件具有間隙限定構(gòu)件，所述間隙限定構(gòu)件被布置在所述空間光調(diào)制 元件和所述圖像傳感器之間，并且形成具有一定距離的間隙結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像模塊，其中所述固定部件具有光導(dǎo)路徑元件，所述光導(dǎo)路 徑元件將從一側(cè)的表面入射的光通量引導(dǎo)至另一側(cè)的表面，所述光導(dǎo)路徑元件被布置并固 定在所述圖像傳感器和所述空間光調(diào)制元件之間，以具有到所述空間光調(diào)制元件的一定距 離，并且所述一側(cè)的表面的孔徑面積與所述另一側(cè)的表面的孔徑面積不同。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成像模塊，包括貫穿接線，所述貫穿接線穿透所述空間光 調(diào)制元件和所述圖像傳感器中的至少一個(gè)，并且電連接所述空間光調(diào)制元件和所述圖像傳 感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的成像模塊，其中，所述空間光調(diào)制元件具有微孔 結(jié)構(gòu)體和透射率控制裝置，所述微孔結(jié)構(gòu)體能夠儲(chǔ)存液體，所述透射率控制裝置通過(guò)電信 號(hào)調(diào)整所述微孔結(jié)構(gòu)體中的液體的量，并且控制光的透射率。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的成像模塊，其中所述空間光調(diào)制元件為透射液晶裝置。6.—種成像裝置，其包括:根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的成像模塊；以及 圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，其在所述圖像傳感器上形成圖像。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像裝置，包括:元件驅(qū)動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)所述空間光調(diào)制元件以周期性地改變調(diào)制；以及 解碼處理裝置，其從所述圖像信息中去除所述調(diào)制并且重構(gòu)圖像。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像裝置，其中所述元件驅(qū)動(dòng)器使用空間透射率分布并且應(yīng) 用所述調(diào)制，在所述空間透射率分布中，多個(gè)周期不同的正弦波形被疊加。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的成像裝置，其中所述元件驅(qū)動(dòng)器基于分析所述圖像信息的 圖像特征分析裝置的分析結(jié)果來(lái)周期性地改變所述調(diào)制。
【文檔編號(hào)】H04N5/369GK105981363SQ201580008026
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日
【發(fā)明人】三宮俊
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社理光