[发明专利]刚性多向成像束以及合并其的成像组件

说明书

临时优先权声明

要求基于2010年3月22日提交且标题为“RIGID, MULTI - DIRECTIONAL IMAGING BUNDLE AND IMAGING ASSEMBLY INCORPORATING THE SAME”的临时申请序号No. 61/340,732的优先权。前述临时申请的全部公开（包括附图）被合并到本文中以供参数，如同其在本申请中被完全阐述一样。

背景技术

合并了诸如电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）电路的图像检测器阵列的成像系统或“成像器（imager）”（例如照相机）的设计和制造是已建立的技术。此类检测器阵列通常在平面基底上形成，并且因此常常称为“焦平面阵列”。根据为其设计的成像器的特定应用，实现不同的光学部件以便以光学方式向图像检测器阵列传送图像。例如，在简单的消费者数字视频或静止图像照相机中，至少一个透镜被定位为在焦平面阵列的前方以便将被拍摄的场景的图像投影到图像检测器阵列上。在这种情况下，所述至少一个透镜限定与由焦平面阵列限定的平面正交地取向的光轴。

在产生用于诸如视频监视的更复杂应用的成像器时，成像系统设计者面临将“广角”或“全景”图像传送到单个焦平面阵列的任务。超过某些极限，单个广角透镜的使用导致不可接受的图像失真。认识到图像失真由大视场透镜引入，已经进行了将成像系统与多个全异定向的（disparately- directed）透镜组装在一起的尝试，来自所述多个全异定向的透镜的单独图像随后被聚焦到一个或多个检测器阵列上，被诸如算法“修正”和像素匹配的技术数字化和“组合”。此类设备的目的是产生已修正图像，其是表示具有减少的失真的大视场的空间连续区域的数字化表示。

与算法修正相组合的多个全异定向的透镜的使用提出其自己的一组挑战。根据一种方法，如果使用多个焦平面阵列，则能够捕捉无失真图像并将其存储在计算机存储器中。在这种情况下，每个透镜与其自己的焦平面阵列光学地对准。然而，此类实施方式引入向计算机存储器进行传送、使多个焦平面阵列的信号输出同步并在算法上进行分析的复杂性。此外，以电子方式封装多个全异地成角的焦平面阵列引起许多挑战，最重要的是空间效率。在第二种方法中，使用多个全异地取向的透镜来同时将相应数目的图像投影到单个焦平面阵列上。由通过BAE系统的所谓“虫之眼（bug eye）”来表示特定的实施方式。在“虫之眼”系统中，在半球表面上布置若干个（具体地九（9）个）透镜。在透镜与焦平面阵列之间插入有小平面（faceted）的熔合光纤束以便补偿焦平面阵列与外围透镜之间的极端不垂直度。一个图像被从九个透镜中的每一个投影到熔合束的相应小平面上并随后通过内部反射传送到焦平面阵列的相应图像检测部分。虽然“虫之眼”消除了与多个全异地成角的焦平面阵列的使用相关联的问题，但九个透镜中只有一个限定与焦平面阵列和/或有小平面的束的中心小平面正交地取向的光轴。其它八个透镜中的每一个限定以基本上小于90度的角（相对于焦平面阵列和透镜被对准到的小平面）取向的光轴。因此，虽然由“非正交”透镜中的每一个限定的图像轴在限定相应的束小平面的纤维末端的接受角内，并且九个透镜中没有一个单独地是充分“广角”而引入可感知的失真的，但是由于与每个“非正交”透镜相关联的光轴相对于其相应的束小平面以浅角取向的事实，存在与每个此类透镜相关联的相当大的图像失真。

认识到同时向单个焦平面阵列递送多个无失真图像的需要，一种在先设计采用了柔性图像引导件（guide）。更具体而言，由美国Volpi Manufacturing公司（在下文中为“Volpi”）引入的“聚光纤器件”允许通过柔性相干光纤成像引导件同时向单个照相机传送多达八（8）个不同的视图。在相关产品文献中，Volpi强调每个“纤维支路（fiber leg）”的柔性和该柔性如何促进支路关于彼此的重取向（reorientation）。在某些应用中，单独成像引导件的柔性无庸置疑地是优点。然而，如果在要求固定成像角的条件下将采用诸如Volpi的聚光纤器件的器件，则要求“外骨骼（exoskeletal）”结构或框架以便将每个支路保持在固定位置和角取向。

因此，存在对一种同时向单个平面检测器阵列传送多个最小失真图像的自支撑多向成像组件的需要。

发明内容