[发明专利]具有分光器的数字相机

说明书

本发明的实施例涉及数字相机组件，所述数字相机组件具有分光立方体和三个图像传感器，该分光立方体将来自相机视场的入射光分成三种颜色分量，该三个图像传感器各自被定位成接收颜色分量中相应的一种。其他实施例也有所描述并受权利要求书保护。

背景技术

具有小外形的个人消费电子设备例如智能电话和平板型计算机具有在其中安装集成数字相机模块的非常有限的z-高度或厚度（z轴方向的距离）。这与专用手持摄录像机或高端数字SLR相机的相对较深外壳形成鲜明对比。然而，由于存在使用较大彩色像素传感器阵列提供具有越来越高的分辨率的数字图片的持续趋势，该小外形会出现问题。尽管像素密度有所改进，但对于较高分辨率传感器（如5百万像素和更大）而言，像素阵列的总面积显著地增加。如果像素阵列可在设备外壳内取向以位于x-y平面内，即垂直于z轴，那么这可能并不是大问题。然而，在该配置中，设备外壳的有限z-高度约束了光学子系统（如自动聚焦镜头、变焦镜头）的长度，继而限制了相机性能。

发明内容

本发明的实施例为具有分光立方体的数字相机组件，所述分光立方体具有入射面以接收来自相机视场的入射光。立方体将入射光分成三种颜色分量，所述三种颜色分量穿过立方体的相应面从立方体射出。还提供了三个图像传感器，其中每个传感器被定位成接收从立方体的相应面射出的颜色分量中相应的一种。图像传感器可为不具有滤色器阵列或分色能力的清晰像素阵列传感器，从而使其相对较便宜而又更准确（原因在于不需要颜色插值或去马赛克）。在此类分色架构中，入射到每个像素上的光量是常规贝尔图案滤色器阵列(CFA)传感器中的约三倍。另外，分色立方体可基本上避免色串扰，所述色串扰是传统贝尔图案CFA传感器的典型特点。

立方体可使用四个基本上相同尺寸的透明多面体来构建。在一个实施例中，多面体中的每一个具有直角等腰三角形底部、直角等腰三角形顶部以及连接三角形底部和顶部的相应边的三个面。这三个面为斜边面、左直角边面和右直角边面。第一多面体的斜边面为分光立方体的入射面。第一多面体的右直角边面在第一二向色界面处邻接第二多面体的左直角边面。第一二向色界面反射第一多面体中的第三颜色分量，并使第一颜色分量和第二颜色分量透射到第二多面体中。第一多面体的左直角边面在第二二向色界面处邻接第四多面体的右直角边面。第二界面反射第一多面体中的第一颜色分量，并使第二颜色分量和第三颜色分量透射到第四多面体中。

分光立方体可与偏转器和光学镜头系统（例如变焦镜头、自动聚焦镜头或定焦镜头）组合，该偏转器被定位成反射来自相机视场的入射光，该光学镜头系统被定位在偏转器与分光立方体的入射面之间的经偏转入射光的光路中。偏转器可被取向成使入射光偏转约90度。该布置使偏转器、光学镜头系统、分光立方体和图像传感器组合在一起的z-高度在3mm–9mm的范围内。此外，该组合的x-长度可在18mm–32mm的范围内。此类布置得到了特别紧凑的数字相机模块，其可不仅具有光学变焦，而且具有相对较高的分辨率（原因在于不需要去马赛克或颜色插值）。另外，该布置实现了更大的x-长度，以使得减小了偏转器与立方体入射面之间的变焦镜头或其他光学镜头系统中使用的任何防反射涂层或红外线滤光片上的光线的入射角。这可带来若干有益效果，包括减少色差和减少杂散光、重影和眩光。

折叠式反射镜可用作偏转器。折叠式反射镜可为这样的折叠式反射镜：其作为光学图像稳定(OIS)机构的一部分，可通过受到自动控制的电动致动器而倾斜和翻转（或转动）。可使用此类OIS机构来代替需要可移动传感器或可移动镜头的常规OIS机构。

分色立方体架构也可用于偏振成像，有利的是不用“丢弃”50%的入射光，而常规偏振成像技术会出现该情况。使用分色立方体也可有利于偏振叠加和差分成像，从而改善散射介质中的目标的对比度并提高散射介质中的目标的可见度，并且有助于改善散射介质中的目标的检测和特征提取（如，通过云、雾、烟雾和雨的成像）。

分色立方体的又一个应用可为组合的可见和红外成像。立方体可被设计成使得其出射面中的一个产生来自相机视场的入射光的一种或多种可见颜色分量，同时抑制红外分量，而其出射面中的另一个抑制可见颜色分量，但不抑制红外分量。

上述发明内容不包括本发明的各个方面的详尽列表。预期本发明包括可根据以上总结的各个方面的所有合适的组合以及以下具体实施方式中公开的和连同本专利申请一同提交的权利要求书中特别指出的那些进行实践的所有系统和方法。此类组合具有未在以上发明内容中具体列举的特定优点。

附图说明