成像設備及成像方法技術

本發明專利技術提供了一種成像設備及成像方法。成像設備包括成像元件部、成像光學系統、透過/遮擋部、致動器和輸出部。成像元件部包括多個像素，以及成像光學系統在成像元件部上形成圖像，該圖像由來自外部的電磁波形成。透過/遮擋部對成像元件部透過和遮擋電磁波，該透過/遮擋部被置于成像光學系統中的孔徑光闌位置處。致動器在透過狀態與遮擋狀態之間反復驅動透過/遮擋部。輸出部產生圖像信號輸出，該圖像信號輸出是當透過/遮擋部處于透過狀態時來自成像元件部的像素輸出與當透過/遮擋部處于遮擋狀態時來自成像元件部的像素輸出之間的差分信號。

【技術實現步驟摘要】

本公開涉及一種適于從諸如紅外線的電磁波獲取圖像的成像設備。
技術介紹
已提出了一種紅外成像設備(例如，熱成像設備)，其使用各自作為紅外檢測像素的紅外傳感器對目標物體成像，并測量物體溫度。作為一個實例，見日本專利申請公開第2004-317152 號。該紅外成像設備由鏡頭和成像元件構成，它們各自均是非常昂貴的裝置。尤其是預計所使用的鏡頭將是由Ge (鍺)、ZnS (硫化鋅)、Si (硅)或其他在紅外波長區域具有良好透射率的材料制成的非常昂貴的鏡頭組。作為一個實例，一片Ge鏡頭成本為10，000到50，000日元，且該鏡頭以兩至五片為一組來使用。因此，僅鏡頭的總成本就有20，000到250，000日元，盡管價格取決于所期望的分辨率。目前的Ge鏡頭使用作為稀有金屬且很難在市場上見到的鍺，且因此，該材料的價格非常昂貴，可能是50，000到180,000日元/千克。作為一種替代型鏡頭材料，例如，不太昂貴的ZnS (硫化鋅)是可行的。然而，ZnS確實價格上更便宜，但在加工方面產量很少。這導致了更高的加工成本，且最終的ZnS鏡頭成本與Ge鏡頭幾乎相同。至于Si鏡頭，其價格比Ge鏡頭便宜，但其由于遠紅外輻射區(8到14 μ m)中減小的透射率而不適合用于熱成像技術。因此，不使用稀有材料、成本低以及即使在遠紅外輻射區也具有保持相同的透射率的鏡頭尚未上市。即，如上所述，尚未提出一種在使用一般的太赫茲波的成像設備(即，典型遠紅外熱成像儀)中使用的廉價鏡頭。在紅外成像設備中，使用的成像元件被稱為微測輻射熱計，且位于支撐空腔內的每個VOx (氧化釩)制成的像素的中空結構中。中空結構的原因是因為紅外傳感器各自均是熱敏感型，且VOx具有低溫度系數電阻(TCR) α。這使得相對于噪聲水平的比率(S/N比；信噪比)降低，因為例如電路系統本身會發熱。因此，對于絕熱，沒有替代方法只能用中空結構。因此，微測輻射熱計是產量非常低且價格非常昂貴的裝置。此外，針對用于由VOx制成的像素，期望微測輻射熱計通過濺射、氣相淀積、或其他不同于制造布線圖形和電路的半導體工藝的工藝方法來制造。這是因為用于中空結構的刻蝕工藝采用半導體工藝不能良好進行，從而也導致了微測輻射熱計的價格上漲。在目前情況下，這種高成本結構的紅外成像設備若分辨率低，則價格為約600，000日元，以及若分辨率高，則價格為約9，000，000日元。因此，目前市場上可用的紅外成像設備僅針對工業用途，且市場上尚未創造出供消費者使用的紅外成像設備。使用太赫茲波的不用于遠紅外熱成像的成像設備處于與熱成像設備類似的情況下，且有時比熱成像設備更加昂貴。目前的遠紅外熱成像具有有限的使用范圍，例如，用于工業用途的設施的溫度管理，用于安全/保險措施的物體溫度檢測，用于夜間人體檢測的豪華車中配備的夜視系統，用于醫療用途的體溫檢測。全球出貨的成像設備的單元數量保持在每年約10，000到20，000。另外，事實是幾乎不生產使用太赫茲波的成像設備。為實現比之前的成像設備(例如，紅外成像設備(熱成像設備)和使用太赫茲波的成像設備)成本更低的紅外傳感器，例如，使用熱電元件是可行的。使用用于遠紅外檢測的熱電元件的實例包括自動門、空調和在電視機前用于人體檢測的人體檢測傳感器。這里的問題是，在以往這種使用熱電元件的紅外傳感器中，使用的熱電元件的數量為一到四個左右。因此，紅外傳感器距離對被攝體成像還相差甚遠，且僅能檢測到是否有人在其前方走過。這是因為熱電元件的輸出根據溫度變化來顯示改變，且因此，若物體不動，則熱電元件無法檢測到該物體。因此，對于采用使用熱電元件的成像器來成像，期望使用光斬波器來提供斬波功能，即，周期性釋放和遮擋成像器的整個表面。如圖16示例性所示，光斬波器101作為遮光部件被配置在使用熱電元件的成像器(成像元件)103前方。光斬波器101形狀為圓形且形成有孔102。光斬波器101繞光軸(SP，由長短交替的虛線表示的中心線)旋轉，使得允許光L到達成像器103或在到達成像器103之前被遮擋。因此，利用入射光L，可通過由成像器103的熱電元件的輸出來獲得被攝體圖像。如果是這種配置，然而，光斬波器101本身尺寸很大，這根據圖16顯而易見，且由于光斬波器101是旋轉的，所以與光L從其到來以進行成像的區域相比，期望有非常大的空間。
技術實現思路
因此，期望提供一種成像設備，其配置致使進一步的尺寸減小。根據本公開實施方式的成像設備包括成像元件部，其被配置為包括多個像素；成像光學系統，其被配置為在成像元件部上形成圖像，該圖像由來自外部的電磁波形成；透過/遮擋部，其被配置為對成像元件部透過和遮擋電磁波，該透過/遮擋部被置于成像光學系統中的孔徑光闌(aperture stop)位置處；致動器，其被配置為在透過狀態與遮擋狀態之間反復驅動透過/遮擋部；以及輸出部，其被配置為產生圖像信號輸出，該圖像信號輸出是當透過/遮擋部處于透過狀態時來自成像元件部的像素輸出與當透過/遮擋部處于遮擋狀態時來自成像元件部的像素輸出之間的差分信號。根據本公開實施方式的成像方法用于一種成像設備，該成像設備包括成像元件部，其被配置為包括多個像素；以及成像光學系統，其被配置為在成像元件部上形成圖像，該圖像由來自外部的電磁波形成。該方法包括在透過狀態與遮擋狀態之間反復驅動透過/遮擋部，該透過/遮擋部被置于成像光學系統中的孔徑光闌位置處，且該透過/遮擋部對成像元件部中的像素透過和遮擋電磁波；以及產生圖像信號輸出，該圖像信號輸出是當透過/遮擋部處于透過狀態時來自成像元件部的像素輸出與當透過/遮擋部處于遮擋狀態時來自成像元件部的像素輸出之間的差分信號。根據本公開的實施方式，被配置為對成像元件部中的像素透過/遮擋電磁波的透過/遮擋部被配置在成像光學系統中的孔徑光闌位置處。孔徑光闌位置是來自各個視角的入射光通量主要聚集的地方。采用這種被配置在孔徑光闌位置處的透過/遮擋部，所獲得的小尺寸的透過/遮擋部可提供有效的透過和遮擋狀態。注意，孔徑光闌位置位于孔徑光闌在成像光學系統中形成的區域附近，并且也是來自各個視角的入射光通量主要聚集的地方。“配置在孔徑光闌位置處”的表述是指透過/遮擋部被配置為不經由任何其他光學元件而與各自作為孔徑光闌的部件相鄰，或者透過/遮擋部的一部分與孔徑光闌部件相結合。根據本公開的實施方式，小尺寸的透過/遮擋部可對成像元件部透過/遮擋電磁波。這實現了例如其中成像元件部作為熱電元件的成像設備的相當大的尺寸減小。附圖說明如附圖所示，根據對其最佳模式實施方式的以下詳細描述，本公開的這些和其他目標、特征及優勢將變得更加明顯。圖1A和圖1B分別是示出根據本公開第一實施方式的成像光學系統的示意圖；圖2是示出第一實施方式中的移動狹縫板的示意圖；圖3A至圖3C分別是示出第一實施方式中的移動狹縫板被配置在孔徑光闌位置處的布局的示意圖；圖4是示出第一實施方式中的成像設備的配置的框圖；圖5是示出第一實施方式中來自熱電元件的輸出信號的曲線圖；圖6A和圖6B分別是示出第二實施方式中的成像光學系統的示意圖；圖7A和圖7B分別是示出第三實施方式中的成像光學系統的示意圖；圖8A和圖SB分別是示出第四實施方式中的成像光學系統的示意圖；圖9A和圖9B分別是示出第五實施方式中的成像光學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種成像設備，包括：成像元件部，其被配置為包括多個像素；成像光學系統，其被配置為在所述成像元件部上形成圖像，所述圖像由來自外部的電磁波形成；透過/遮擋部，其被配置為對所述成像元件部透過和遮擋電磁波，所述透過/遮擋部被置于所述成像光學系統中的孔徑光闌位置處；致動器，其被配置為在透過狀態與遮擋狀態之間反復驅動所述透過/遮擋部；以及輸出部，其被配置為產生圖像信號輸出，所述圖像信號輸出是當所述透過/遮擋部處于透過狀態時來自所述成像元件部的像素輸出與當所述透過/遮擋部處于遮擋狀態時來自所述成像元件部的像素輸出之間的差分信號。

【技術特征摘要】
2011.10.25 JP 2011-2336871.一種成像設備，包括: 成像元件部，其被配置為包括多個像素； 成像光學系統，其被配置為在所述成像元件部上形成圖像，所述圖像由來自外部的電磁波形成； 透過/遮擋部，其被配置為對所述成像元件部透過和遮擋電磁波，所述透過/遮擋部被置于所述成像光學系統中的孔徑光闌位置處； 致動器，其被配置為在透過狀態與遮擋狀態之間反復驅動所述透過/遮擋部；以及輸出部，其被配置為產生圖像信號輸出，所述圖像信號輸出是當所述透過/遮擋部處于透過狀態時來自所述成像元件部的像素輸出與當所述透過/遮擋部處于遮擋狀態時來自所述成像元件部的像素輸出之間的差分信號。2.根據權利要求1所述的成像設備,其中， 所述透過/遮擋部被形成為包括多個狹縫板。3.根據權利要求1所述的成像設備,其中， 所述透過/遮擋部被形成為包括固定狹縫板和移動狹縫板，所述移動狹縫板被所述致動器反復驅動。4.根據權利要求3所述的成像設備，其中， 所述移動狹縫板包括多個移動狹縫板。5.根據權利要求3所述的成像設備，其中， 所述移動狹縫板包括多個移動狹縫板，所述多個移動狹縫板彼此以相反相位被反復驅動。6.根據權利要求3所述的成像設備，其中， 所述固定狹縫板被配置為還用作所述成像光學系統中的孔徑光闌。7.根據權利要求2所述的成像設備，其中， 所述透過/遮擋部中的所述多個狹縫板全部是移動狹縫板，所述移動狹縫板被所述致動器反復驅動。8.根據權利要求7所述的成像設備，還包括: 多個移動狹縫板，所述多個移動狹縫板彼此以相反相位被反復驅動。9.根據權利要求1所述的成像設備,其中， 所述致動器是洛倫茲力致動器、聚合物致動器、電磁致動器和壓電致動器中的任何一種。10.根據權利要求1所述的成像設備，其中， 所述致動器是使用雙壓電晶片壓電元件的壓電致動器，以及 所述雙壓電晶片壓電元件被形成為包括: 中心電極，其連接至所述透過/遮擋部，所述中心...

【專利技術屬性】
技術研發人員：磯部裕史，椛澤秀年，齊藤政宏，若林稔，新倉英生，三谷論司，
申請(專利權)人：索尼公司，
類型：發明
國別省市：