光学器件和包括该光学器件的成像系统的制作方法

本实用新型总的来说涉及光学成像领域，且具体来说，涉及一种光学器件和包括该光学器件的成像系统。

背景技术：

随着成像技术的发展，具有诸如长焦特性、广角特性、微距特性等的光学器件与镜头的结合，得到众多消费者的青睐，故市场对具有各种光学特性的光学器件的需求显著增加。

然而，目前市场上的光学器件所能够提供的光学特性还比较有限，主要还是集中在对于焦距变化和视场范围的调整，但是对于其他光学特性并没有太多研究，这使得现有的光学器件的功能相对单一。

因此，需要具有更加多样化光学特性的光学器件，以用于后续的辅助成像等操作。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种光学器件和包括该光学器件的成像系统，其具有更加多样化光学特性。

根据本申请的一个方面，提供了一种光学器件，所述光学器件包括：壳体，至少包括第一内表面和第二内表面，所述第一内表面和所述第二内表面沿第一方向延伸并彼此平行；第一反射镜，设置在所述第一内表面上并且具有第一反射率；和第二反射镜，设置在所述第二内表面上并且具有所述第一反射率。

根据一个实施例，所述光学器件进一步包括固定部件，用于固定所述光学器件与成像设备的镜头之间的相对位置关系，使得所述壳体的中心线与所述镜头的中心线共线。

根据一个实施例，所述第一反射镜和所述第二反射镜至少具有第一尺寸，所述第一尺寸使得所述第一反射镜和所述第二反射镜分别在第二方向上覆盖所述镜头的视场的四分之一，所述第二方向和所述第一方向彼此垂直。

根据一个实施例，所述壳体进一步包括第三内表面和第四内表面，所述第三内表面和所述第四内表面沿所述第二方向延伸并彼此平行，所述第一内表面、第二内表面、第三内表面和第四内表面构成长方体形状。

根据一个实施例，所述光学器件进一步包括：第三反射镜，设置在所述第三内表面上并且具有第二反射率，所述第二反射率不同于所述第一反射率；和第四反射镜，设置在所述第四内表面上并且具有所述第二反射率。

根据一个实施例，所述第三反射镜和所述第四反射镜至少具有第二尺寸，所述第二尺寸使得所述第三反射镜和所述第四反射镜分别在所述第一方向上覆盖所述镜头的视场的四分之一。

根据一个实施例，所述第一反射率为66％，且所述第二反射率为33％。

根据一个实施例，所述第一反射镜包括第一平面镜和设置于所述第一平面镜的表面上的第一透射膜，且所述第一透射膜具有第一透射率，所述第一透射率与所述第一反射率相关联；和所述第二反射镜包括第二平面镜和设置于所述第二平面镜的表面上的第二透射膜，且所述第二透射膜具有所述第一透射率。

根据一个实施例，所述第三反射镜包括第三平面镜和设置于所述第三平面镜的表面上的第三透射膜，且所述第三透射膜具有第二透射率，所述第二透射率与所述第二反射率相关联；和所述第四反射镜包括第四平面镜和设置于所述第四平面镜的表面上的第四透射膜，且所述第四透射膜具有所述第二透射率。

根据一个实施例，所述第一透射率为且所述第二透射率为

根据一个实施例，所述第一方向对应于所述成像设备的感光芯片的长度方向，且所述第二方向对应于所述成像设备的感光芯片的宽度方向。

根据一个实施例，所述第一尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₁如以下公式表示：

h₁＝d

其中，d是从所述第一反射镜和所述第二反射镜邻近所述镜头的一端在所述镜头的中心线上的投影点到所述镜头的光心的距离；

所述第一尺寸在平行于感光芯片的长度方向上的边长L如以下公式表示：

其中，Y₁是所述成像设备在所述感光芯片的长度方向上的视角。

根据一个实施例，所述第二尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₂如以下公式表示：

h₂＝h₁＝d；

所述第二尺寸在平行于感光芯片的长度方向上的边长W如以下公式表示：

其中，r是所述成像设备的感光芯片的长宽比。

根据一个实施例，所述第一方向对应于所述成像设备的感光芯片的宽度方向，且所述第二方向对应于所述成像设备的感光芯片的长度方向。

根据一个实施例，所述第一尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₁如以下公式表示：

h₁＝d

其中，d是从所述第一反射镜和所述第二反射镜邻近所述镜头的一端在所述镜头的中心线上的投影点到所述镜头的光心的距离；

所述第一尺寸在平行于感光芯片的宽度方向上的边长W如以下公式表示：

其中，Y₂是所述成像设备在所述感光芯片的宽度方向上的视角。

根据一个实施例，所述第二尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₂如以下公式表示：

h₂＝h₁＝d；

所述第二尺寸在平行于感光芯片的长度方向上的边长L如以下公式表示：

L＝W×r

其中，r是所述成像设备的感光芯片的长宽比。

根据一个实施例，所述固定部件设置在所述壳体朝向所述镜头的第一端并且与所述镜头可拆卸地耦接。

根据一个实施例，在所述固定部件与所述镜头耦接在一起的情况下，通过所述壳体与所述第一端相对的第二端进入所述壳体的光线不会通过所述第一端泄露到所述镜头以外。

根据本申请的另一方面，提供了一种成像系统，包括：如上所述的光学器件；和成像设备，包括镜头。

根据一个实施例，进一步包括：驱动部件，与所述光学器件机械连接，用于响应于接收到第一触发信号，移动所述光学器件，以使得所述成像设备不借助于所述光学器件而直接经由所述镜头对被摄体成像，和用于响应于接收到第二触发信号，移动所述光学器件，以使得所述成像设备借助于所述光学器件经由镜头对被摄体成像。

根据一个实施例，所述成像设备是监控相机。

与现有技术相比，采用根据本申请实施例的光学器件和包括该光学器件的成像系统，可以包括壳体，所述壳体至少包括第一内表面和第二内表面，所述第一内表面和所述第二内表面沿第一方向延伸并彼此平行；第一反射镜，设置在所述第一内表面上并且具有第一反射率；和第二反射镜，设置在所述第二内表面上并且具有所述第一反射率。因此，提供了具有更加多样化光学特性的光学器件，后续可以与成像设备的镜头配合以形成包括具有不同亮度的多个区域的单幅图像。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1图示了根据本申请实施例的光学器件的示意图；

图2是根据本申请实施例的光学器件固定在成像设备的镜头上的示意图；

图3是根据本申请实施例的光学器件形成的视场的示意图；

图4是根据本申请实施例的光学器件形成的视场相对于镜头的示意图；

图5是根据本申请实施例的具有透射膜的反射镜的示意图；

图6是根据本申请实施例的成像过程示意图；

图7A和图7B是图示根据本申请实施例的光学器件中反射镜尺寸的确定方式的示意图；

图8是根据本申请实施例的光学器件的成像效果的示意图；

图9是根据本申请实施例的成像系统的示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

申请概述

在拍摄过程中，除了改变焦距和调整视场范围之外，高动态范围(HDR)拍摄现在也已经得到广泛使用，其被用来补偿大多数数码成像传感器有限的动态范围。照片的动态范围是指最暗的色彩与最亮的色彩之间的亮度范围，也可以一并表示色调范围。具体地说，明亮日光下的室外场景中，阴影区域到最亮的高亮区域的亮度范围远远超过数码相机的捕捉能力。如果相机的曝光设定偏向阴影部分，高亮区域就会过爆，成为没有细节的纯白色。反过来说，如果相机的曝光设定偏向高亮区域，阴影部分就会变成黑色色块。

HDR照片则整合了同一个场景下的多张照片，如2张或更多，每张照片采用不同的曝光设置。通过合成过曝光的暗部细节和欠曝光的亮部细节来创造无法通过一次曝光实现的动态范围。然而，在现有技术中，这样实现的HDR不是实时的，由于需要多次曝光合成，拍摄运动物体(或者相机/拍摄设备本身在运动)时会有不同曝光时间的残影(因为HDR是拍若干张照片进行合成，所以如果拍摄的物体在第一个和第二个镜头之间移动了，最终合成的效果会导致发生运动部分模糊或者重影)，且没有办法用于视频摄录。

因此，开发了实时HDR，其原理同上，由感光器件互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的图像信号处理器(ISP)合成多张具有不同曝光度的照片。因为合成速度快，对用户来说可以近似即时预览HDR合成的照片。该技术目前已经在很多手机中采用，但是，它实际上只是对用户级体验来说可以即时预览合成图像，并不是真正的实时拍摄。

针对上述问题，本申请的基本构思是提出一种光学器件和包括该光学器件的成像系统，其可以形成包括具有不同亮度的多个区域的单幅图像，其中通过壳体的开口形成具有高亮度的透射区域，并通过设置于壳体的内表面上的具有第一反射率的第一反射镜和第二反射镜形成具有低亮度的反射区域，从而可以在单幅图像中同时包括具有不同亮度的相同被摄体的多个区域，以便于后续图像处理。

需要说明的是，本申请的上述基本构思不但可以应用于成像设备的HDR功能，还可以应用于其它应用场景，只要该应用场景需要包括具有不同亮度的多个区域的单幅图像即可。例如，可以通过反射镜得到基线比较小的双目立体成像，然后，该双目立体成像可以配合适当的算法以实现景深计算等目的。

在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。

示例性光学器件

图1图示了根据本申请实施例的光学器件的示意图。如图1所示，根据本申请实施例的光学器件100包括壳体110，该壳体110至少包括第一内表面111和第二内表面112，且第一内表面111和第二内表面112沿第一方向延伸并彼此平行。例如，第一内表面111和第二内表面112可以沿水平方向或垂直方向延伸，并且在垂直于水平方向和垂直方向的深度方向中具有一定的尺度。

根据本申请实施例的光学器件100进一步包括第一反射镜，设置在第一内表面111上并且具有第一反射率；和第二反射镜，设置在第二内表面112上并且具有该第一反射率。

例如，该壳体110可以具有第一端和第二端。在使用在光学器件100对被摄体进行成像或观看时，第一端可以朝向镜头或人眼，第二端可以朝向被摄体。

这样，根据本申请实施例的光学器件通过将第二端对准被摄体，可以在第一端形成该被摄体的透射图像，并且进一步借助于设置在第一内表面111上的第一反射镜和设置在第二内表面112上的第二反射镜，可以在第一端形成该被摄体的两个反射图像，从而后续可以与透射图像组合，形成包括具有不同亮度的多个区域的单幅图像，以便于图像处理(例如，合成HDR图像或用于视差检测)。

进一步地，如图1所示，壳体110进一步包括第三内表面113和第四内表面114，第三内表面113和第四内表面114沿第二方向延伸并彼此平行，且第一方向和所述第二方向彼此垂直。例如，第三内表面113和第四内表面114可以沿垂直方向或水平方向延伸，并且在垂直于垂直方向和水平方向的深度方向中具有一定的尺度。所述第一内表面111、第二内表面112、第三内表面113和第四内表面114可以构成长方体形状。也就是说，根据本申请实施例的光学器件100的壳体110的四个内表面111、112、113和114分别为矩形形状，并以壳体110的中心线为轴分别面对称。

例如，在实践中，该壳体110可以形成为具有长方筒形状，如图1所示，该长方筒形状的壳体的截面形状也是长方形。这里，本领域技术人员可以理解，虽然在图1中，将四个内表面的形状均视为长方形，但是其形状也可以是正方形。例如，彼此平行的第一内表面和第二内表面的形状可以是正方形，或者，彼此平行的第三内表面和第四内表面的形状可以是正方形，或者第一内表面到第四内表面均为正方形。相应地，根据四个内表面的形状，该长方筒形状的壳体的截面也可以是长方形或者正方形。例如，该四个内表面沿第一方向的长度和沿第二方向的长度可以彼此相等，从而使得该长方筒形状的壳体的截面为正方形。进一步地，该四个内表面可以均为正方形，从而使得该长方筒形状的壳体的截面为正方形。因此，在根据本申请实施例的光学器件100中，该壳体110的长方筒形状同样涵盖该壳体110为正方筒形状的情况。此外，在本申请的实施例中，只要求该壳体110的四个内表面呈长方体形状或正方体形状即可，而其外表面取决于不同的工业设计，可以是任何形状，例如圆柱形、棱柱形、锥形等。

根据本申请实施例的光学器件进一步包括固定部件，用于固定该光学器件与成像设备的镜头之间的位置关系，使得壳体的中心线与镜头的中心线共线。

例如，该固定部件可以是形成在第一端开口处的螺纹、铰链等任何机械结构，用于与镜头上的相应机械结构形成机械连接。此外，该固定部件也可以是独立于光学器件和镜头的机械结构，例如单独的夹具或支架等，只要其能够用于将光学器件准确地定位在镜头上即可。

图2是根据本申请实施例的光学器件固定在成像设备的镜头上的示意图。如图2所示，为了保证通过该光学器件的壳体的透射图像和由内表面上的反射镜形成的反射图像经由镜头由成像设备成像，光学器件的壳体的中心线与镜头的中心线共线，从而使得光学器件的壳体与成像设备的镜头对准。这样，通过壳体的透射图像可以位于由成像设备成像的单幅图像的中心，而由内表面上的两个反射镜形成的两个反射图像可以分别位于由成像设备成像的单幅图像的两侧。并且，取决于反射镜设置的位置，由内表面上的反射镜形成的反射图像可以位于由成像设备成像的单幅图像的上下两侧，或者位于其左右两侧。

并且，如图2所示，根据本申请实施例的光学器件的壳体朝向镜头的第一端，即该壳体的内缘实质上可以与镜头的平面具有一预定距离。这里，本领域技术人员可以理解，该光学器件的壳体的内缘也可以继续向着镜头的方向延伸，例如，达到与镜头的平面对齐的程度。此外，该壳体可以在向着成像设备的方向进一步延伸，则延伸到镜头平面内侧的部分实质上无法通过反射经由镜头成像。因此，在根据本申请实施例的光学器件中，如果要获得与透射图像相同的反射图像，则需要对壳体内表面上反射镜的尺寸进行限定。

也就是说，在根据本申请实施例的光学器件中，第一反射镜和第二反射镜具有至少第一尺寸，且该第一尺寸使得第一反射镜和第二反射镜分别在第二方向上覆盖镜头的视场的四分之一。

如上所述，当第一内表面和第二内表面沿如图1中所示的水平方向延伸时，第一反射镜和第二反射镜分别位于壳体的上侧内表面111和下侧内表面112。在这种情况下，经由第一反射镜和第二反射镜形成的反射图像也位于透射图像的上侧和下侧。所以，为了能够获得与透射图像相同的反射图像，设置第一反射镜和第二反射镜的第一尺寸，以使得第一反射镜和第二反射镜分别在如图1所示的垂直方向上覆盖镜头的视场的四分之一。这样，由于透射图像占镜头的视场的二分之一，且由第一反射镜和第二反射镜反射获得的上侧反射图像和下侧反射图像分别占镜头的视场的四分之一。上侧反射图像和下侧反射图像经过拼合后，可以得到与透射图像相同的反射图像。

同样，当第一内表面和第二内表面沿如图1中所示的垂直方向延伸时，第一反射镜和第二反射镜分别位于壳体的左侧内表面113和右侧内表面114。在这种情况下，经由第一反射镜和第二反射镜形成的反射图像也位于透射图像的左侧和右侧。所以，为了能够获得与透射图像相同的反射图像，设置第一反射镜和第二反射镜的第一尺寸，以使得第一反射镜和第二反射镜分别在如图1所示的水平方向上覆盖镜头的视场的四分之一。这样，由于透射图像占镜头的视场的二分之一，且由第一反射镜和第二反射镜反射获得的左侧反射图像和右侧反射图像分别占镜头的视场的四分之一。左侧反射图像和右侧反射图像经过拼合后，可以得到与透射图像相同的反射图像。

当然，本领域技术人员可以理解，在某些应用场景下，可能并不必须获得与透射图像完全相同的反射图像，而仅需要透射图像和反射图像部分相同即可。因此，在这样的情况下，也就不需要反射镜的尺寸满足上述覆盖镜头的视场的四分之一的条件。同理，经由第一反射镜和第二反射镜形成的反射图像的尺寸也未必需要完全相同，因此，在这样的情况下，也就不需要第一反射镜和第二反射镜都具有完全相同的尺寸，而是可以具有不同的尺寸。

另外，如果反射图像具有透射图像的冗余信息，比如反射图像的尺寸大于透射图像的尺寸的二分之一，从而拼合之后的反射图像具有重复的图像信息。那么，可以通过对反射图像进行裁剪，来获得与透射图像相同的反射图像，因此，第一反射镜和第二反射镜至少具有能够覆盖镜头的视场的四分之一的第一尺寸，也就是说，第一反射镜和第二反射镜的尺寸也可以大于该第一尺寸。

并且，本领域技术人员还可以理解，虽然在本申请实施例的描述中，使用了透射图像和反射图像的表述，该透射图像和反射图像实质上属于通过光学器件成像的单幅图像的不同区域。因此，无论在以上描述还是下面所做的描述中，透射图像和反射图像都不意在指单幅图像，而是指单幅图像中的不同图像区域，即，具有不同亮度的部分图像。

替换地或附加地，根据本申请实施例的光学镜头可以包括：第三反射镜，设置在第三内表面上并且具有第二反射率，该第二反射率不同于该第一反射率；和，第四反射镜，设置在第四内表面上并且具有第二反射率。

并且，第三反射镜和第四反射镜至少具有第二尺寸，且该第二尺寸使得第三反射镜和第四反射镜分别在第一方向上覆盖镜头的视场的四分之一。

这里，第三反射镜和第四反射镜在具体设置和工作原理上都与之前所述的第一反射镜和第二反射镜相似，只是设置方式不同，例如，在第一反射镜和第二反射镜沿水平方向延伸的情况下，第三反射镜和第四反射镜沿垂直方向延伸；而在第一反射镜和第二反射镜沿垂直方向延伸的情况下，第三反射镜和第四反射镜沿水平方向延伸。

另外，在根据本申请实施例的光学器件中，如果仅需要形成透射图像和具有与该透射图像不同亮度的一个反射图像，则可以仅具有一对反射镜，例如第一反射镜和第二反射镜。相对地，如果需要形成透射图像和具有与该透射图像不同亮度的两个反射图像，则需要同时采用两对反射镜，例如第一反射镜和第二反射镜、以及第三反射镜和第四反射镜。

并且，由于第一反射镜和第二反射镜的第一反射率与第三反射镜和第四反射镜的第二反射率不同，由第一反射镜和第二反射镜形成的第一反射图像的亮度也与第三反射镜和第四反射镜形成的图像的亮度不同。这样，根据本申请实施例的光学器件可以形成包括具有不同亮度的单独图像，从而再经由相应的图像处理，用于成像设备的HDR功能或者上述双目立体成像功能。

图3是根据本申请实施例的光学器件形成的视场的示意图。在图3中，假设镜头(壳体的第一端)在纸面外方向，而被摄体(壳体的第二端)在纸面内方向。如图3所示，通过根据本申请实施例的光学器件的长方体形内表面的壳体，镜头实际用于直接成像的视场从壳体的中间透过，以用于透射成像，而该视场的周围，在水平方向和垂直方向上，分别由反射镜遮住四分之一，以用于反射成像。

图4是根据本申请实施例的光学器件形成的视场相对于镜头的示意图。图4基本上与图3相同，仅是假设镜头(壳体的第一端)在纸面内方向，而被摄体(壳体的第二端)在纸面外方向，并画出了视场相对于镜头的关系。如图4所示，光学器件包括第一反射镜120、第二反射镜130、第三反射镜140和第四反射镜150，且镜头位于光学器件所形成的透射视场的中央，也就是说，壳体的中心线与镜头的中心线共线。

例如，在根据本申请实施例的光学器件中，在仅采用第一反射镜和第二反射镜的情况下，第一反射率例如可以为66％。

并且，在上述光学器件中，在根据本申请实施例的光学器件中，在采用第一反射镜和第二反射镜，以及第三反射镜和第四反射镜的情况下，例如，第一反射率可以为66％，且第二反射率可以为33％。

这里，本领域技术人员可以理解，上述第一反射率和第二反射率的数值仅是示例，根据本申请实施例的光学器件还可以采用其它具体反射率数值。优选地，为了图像处理的便利，当需要形成透射图像和具有不同亮度的两幅反射图像时，该透射图像和两幅反射图像的亮度值可以构成等差数列。相应地，由于透射图像的反射率可以视为1，则第一反射率、第二反射率与1也构成等差数列。

此外，为了实现第一反射镜和第二反射镜的第一反射率，以及第三反射镜和第四反射镜的第二反射率，可以采用多种方式。

例如，可以直接以具有第一反射率的材料，例如具有小于全反射的反射率的玻璃材料制作第一反射镜和第二反射镜的镜面，并且以具有第二反射率材料制作第三反射镜和第四反射镜的镜面。

此外，还可以采用在实现全反射的平面镜上镀膜的方式来得到具有第一反射率的第一反射镜和第二反射镜，以及具有第二反射率的第三反射镜和第四反射镜。

具体来说，在根据本申请实施例的光学器件中，第一反射镜包括第一平面镜和设置于第一平面镜的表面上的第一透射膜，且该第一透射膜具有第一透射率，该第一透射率与该第一反射率相关联；第二反射镜包括第二平面镜和设置于该第二平面镜的表面上的第二透射膜，且该第二透射膜具有第一透射率。

图5是根据本申请实施例的具有透射膜的反射镜的示意图。如图5所示，反射镜200包括平面镜201和设置于平面镜201表面上的半透膜202。

这里，在平面镜的表面上设置透射膜的情况下，光线在经由反射镜反射时实际上经过透射膜两次。即，入射的光线首先经过透射膜入射到平面镜上，在经由平面镜反射后又会经过透射膜。因此，在实现相同反射率的情况下，透射膜的透射率应该是反射率的平方根。

也就是说，在根据本申请实施例的光学器件中，对应于66％的第一反射率，第一透射率为

类似地，在根据本申请实施例的光学器件中，第三反射镜包括第三平面镜和设置于第三平面镜的表面上的第三透射膜，且第三透射膜具有第二透射率，该第二透射率与该第二反射率相关联；和第四反射镜包括第四平面镜和设置于第四平面镜的表面上的第四透射膜，且第四透射膜具有第二透射率。

并且，在根据本申请实施例的光学器件中，对应于66％的第一反射率，第一透射率为且对应于33％的第二反射率，第二透射率为

这里，与上面关于第一反射镜包括第一平面镜和第一透射膜，第二反射镜中包括的第二平面镜和第二透射膜的说明类似，第三反射镜中包括第三平面镜和第三透射膜，且第四反射镜中包括第四平面镜和第四透射膜。并且，与上面关于第一透射膜和第二透射膜具有第一透射率的说明类似，第三透射膜和第四透射膜具有第二透射率。因此，为了避免冗余不再进行重复描述。

图6是根据本申请实施例的成像过程示意图。如图6所示，具有半透膜301的反射镜300设置在镜头透镜组310的物侧，且透射通过的成像光线和由反射镜300反射的光线经过镜头透镜组310投射到CMOS图像传感器320上，以形成图像。在图6中，为了方便起见，仅示出了上下的一对反射镜，但是在实际应用中，除了使用上下的一对反射镜之外，也可以使用左右的一对反射镜或者同时使用上述两者。

如上所述，为了实现沿水平方向延伸的反射镜遮盖镜头在垂直方向的视场的四分之一，以及/或者沿垂直方向延伸的反射镜遮盖镜头在水平方向的视场的四分之一，需要限定沿水平方向或者沿垂直方向延伸的反射镜的尺寸。以下，将给出反射镜尺寸的计算的一个示例。

首先，限定在根据本申请实施例的光学器件中，第一方向对应于成像设备的感光芯片的长度方向，且第二方向对应于成像设备的感光芯片的宽度方向。

通常，在成像设备处于一般操作模式下(被水平握持)时，感光芯片的长度方向即为水平方向，而感光芯片的宽度方向即为垂直方向。但是，由于成像设备并不一定都以水平姿态操作，也就是说，成像设备也可能以垂直姿态操作(被垂直握持)。因此，在根据本申请实施例的光学器件中，按照感光芯片的长度方向和宽度方向说明反射镜尺寸的计算方法，而并非以水平方向和垂直方向。

这也是因为镜头的视场的形状实质上是基于感光芯片的形状的。也就是说，在感光芯片为长方形的情况下，形成的图像的形状也为长方形，相应地，镜头的视场也是长方形。而在感光芯片为正方形的情况下，形成的图像的形状也为正方形，相应地，镜头的视场也是正方形。

而且，如上所述，由于相互平行的一对反射镜需要遮盖相应方向上视场的四分之一，反射镜的尺寸也与感光芯片的形状相关联。也就是说，四个反射镜围成的长方体形状的壳体的截面形状实质上是与感光芯片的形状一致的。

图7A和图7B是图示根据本申请实施例的光学器件中反射镜尺寸的确定方式的示意图。其中，图7A示出了光学器件相对于镜头的布置以及反射镜尺寸的特定参数的定义方式。如图7A所示，假设在壳体的四个内表面的两两相对内表面上分别布置有第一反射镜和第二反射镜、以及第三反射镜和第四反射镜。例如，各个反射镜从壳体的第二端的边缘开始布置，并且朝向第一端的方向延伸。

将反射镜的第一尺寸和第二尺寸在垂直于镜头平面上的边长分别定义为h₁和h₂，在图中统一标记为h，而将反射镜的第一尺寸和第二尺寸在平行于镜头平面的截面的边长分别定义为L和W。即，第一尺寸和第二尺寸是一个边长为h和另一边长为L或W的矩形。可以理解的是，L是平行于感光芯片的长度方向上的边长，而W是平行于感光芯片的宽度方向上的边长。

并且，图7B示出了根据本申请实施例的光学器件相对于成像设备的成像的示意图。如上所述，对于在平行于感光芯片的长度方向上延伸的反射镜来说，其边长L决定在平行于感光芯片的宽度方向上延伸的反射镜是否能够在平行于感光芯片的长度方向上覆盖镜头的视场的四分之一(反之亦然)。因此，如图7B所示，考虑成像设备的镜头的在所述感光芯片的长度方向上的视角，为了说明的方便，这里示为水平视角，需要满足左镜像部分V_L的长度＝右镜像部分V_R的长度＝透视区域V的长度的二分之一。并且，透射区域V的长度为如图7A所示的边长L，而透射区域V的宽度为如图7A所示的边长W。

由于如图7B所示的透射区域的形状实际上是在水平方向上延伸的反射镜的形状，因此该透射区域的上边与下边平行，且长度相等。因此，基于图7B并利用平行线等分原理，可以知道，在本申请实施例的光学器件中，该第一尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₁如以下公式表示：

h₁＝d

其中，d是从所述第一反射镜和所述第二反射镜邻近所述镜头的一端在所述镜头的中心线上的投影点到所述镜头的光心的距离。这里，镜头的光心指的是如图6所示的镜头透镜组310的光学中心。具体来说，如果透镜组仅包含一片透镜，那么就是该透镜的中心位置。而如果透镜组包含多片透镜，则指的是这多片透镜构成的透镜组的等效中心。

并且，该第一尺寸在平行于感光芯片的长度方向上的边长L如以下公式表示：

其中，Y₁是该成像设备在感光芯片的长度方向上的视角。

并且，在上述光学器件中，该第二尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₂如以下公式表示：

h₂＝h₁＝d。

并且，该第二尺寸在平行于感光芯片的长度方向上的边长W如以下公式表示：

其中，r是该成像设备的感光芯片的长宽比。例如，该感光芯片的长宽比通常为4:3或者16:9。

另外，与如上所述的情况不同的是，该视角也可以为成像设备在感光芯片的宽度方向上的视角。例如，在处于成像设备的水平姿态下时，是垂直方向上的视角。即，所述第一方向对应于所述成像设备的感光芯片的宽度方向，且所述第二方向对应于所述成像设备的感光芯片的长度方向。

因此，在根据本申请实施例的光学器件中，该第一尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₁如以下公式表示：

h₁＝d

其中，d是从所述第一反射镜和所述第二反射镜邻近所述镜头的一端在所述镜头的中心线上的投影点到所述镜头的光心的距离。

并且，该第一尺寸在平行于感光芯片的宽度方向上的边长W如以下公式表示：

其中，Y₂是该成像设备在感光芯片的宽度方向上的视角。

并且，在上述光学器件中，该第二尺寸在垂直于镜头平面的方向上的边长h₂如以下公式表示：

h₂＝h₁＝d。

并且，该第二尺寸在平行于感光芯片的长度方向上的边长L如以下公式表示：

L＝W×r

其中，r是该成像设备的感光芯片的长宽比。

另外，本领域技术人员可以理解，上述方式均为在计算出壳体截面的长度和宽度中的一个之后，例如感光芯片的长宽比计算出另一个。但是，同样可以基于成像设备的分别在感光芯片的长度和宽度方向上的视角，计算出壳体截面的长度和宽度两者。

因此，以上所述的反射镜的尺寸的确定方式仅是示例，本领域技术人员可以理解，仅需要确保反射镜的尺寸为在相应方向上遮盖镜头的视场的四分之一，可以采用其它方式确定反射镜的尺寸，本申请实施例并不意在对此进行任何限制。

这里，本领域技术人员可以理解，在本申请实施例的光学器件中，为了形成透射图像和与透射图像相同的反射图像，需要对反射镜的尺寸进行限定。但是，对反射镜的尺寸的限定并不必然要求反射镜的尺寸与壳体的内表面的尺寸相同。如上所述，壳体朝向镜头的内缘(第一端)可以进一步向着镜头的方向延伸，并例如形成为固定到镜头的固定部件。但是，基于如上图7B所示的光路，壳体远离镜头的第二端的外缘优选地与反射镜的外缘齐平，从而不至于影响光路。当然，如果壳体本身是采用透明材料，例如玻璃制成，那么将不具有上述限制。

此外，如上所述，反射镜至少具有如上述方式确定的尺寸。但是，反射镜的尺寸同样可以进一步扩大。例如，以如图7B所示的光路为例，当反射镜向下延伸时，左镜像部分VL长度和右镜像部分VR长度也会相应地延伸，从而大于透射区域V长度的一半。这样，生成的反射图像相对于透射图像将会产生冗余，可以通过裁剪的方式来获得与透射图像相同的反射图像。

并且，在本申请实施例的光学器件中，如上所述，固定部件设置在壳体朝向镜头的第一端并且与镜头可拆卸地耦接。

另外，在本申请实施例的光学器件中，为了保证成像效果，希望通过壳体的所有光线均经由镜头入射到感光芯片上，从而用于成像。因此，优选地，在该固定部件与镜头耦接在一起的情况下，通过该壳体与第一端相对的第二端进入壳体的光线不会通过该第一端泄露到镜头以外，具有光密性。

成像效果

图8是根据本申请实施例的光学器件的成像效果的示意图。如图8所示，在壳体的四个内表面均设置反射镜的情况下，由于四个反射镜的反射作用，图像依据镜面分界线对称，实际上得到了3幅完整图像，即中间的透射图像，以及分别处于上侧和下侧的部分图像，及处于左侧和右侧的部分图像。并且，由于左右反射镜的反射率与上下反射镜的反射率不同，例如，其镀膜程度不同，上下部分图像与左右部分图像具有不同的亮度程度。

在实际成像过程中，所使用曝光参数根据全局测光或者上下镜面部分的反射图像的亮度来确定。这样，拍摄时不经过镜面反射直通的视场部分，即透射图像会偏亮过曝光，上下左右各部分图像偏暗欠曝光。通过重新拼接即可得到三幅针对同一场景，但是采用不同曝光程度的图像。然后，如通常的HDR合成，按照预先标定的位置对应关系进行三幅图像的加权合成，通过合成主图像的过曝光的暗部细节和欠曝光的亮部细节来创造无法通过一次曝光实现的动态范围。

由于物理上三幅图像都在同一时间曝光，不需要每次曝光都调节相机参数，因而可以按照正常帧率进行视频录制，能够用于视频监控场景的HDR合成。另外由于三幅图像来自于同一光线来源并使用硬件同步，如果拍摄的物体正在运动(或者持相机/拍摄设备在运动)，可以完全避免不同时间曝光拍摄中若干张照片进行合成的技术中的模糊或者重影。

因此，本申请实施例的光学器件采用特定的光学结构，利用物理镜面反射以及半透膜透射，实现了在同一时间，使用同一块CMOS传感器上通过一次曝光采集同一场景的不同亮度的图像。

这样，本申请实施例的光学器件无需对成像设备本身和CMOS传感器进行修改，可以兼容现在的硬件监控设备。

并且，本申请实施例的光学器件可以辅助成像设备进行真正的实时HDR拍摄，无需每次曝光都调节CMOS传感器参数，适合用于HDR视频，且适合HDR监控场景应用。

另外，本申请实施例的光学器件可以辅助成像设备在更高的动态范围用于拍照，即使拍摄运动的物体时也不会模糊和产生重影。

进一步地，采用本申请实施例的光学器件的成像设备不需要双CMOS甚至多CMOS，从而以更低的成本实现了三阶实时HDR。

示例性成像设备

下面，参考图9来描述根据本申请实施例的成像系统。

图9是根据本申请实施例的成像系统的示意图。

如图9所示，根据本申请实施例的成像系统400包括如上所述的光学器件410和成像设备420，该成像设备420包括镜头421，用于以该光学器件410经由镜头421对被摄体成像。

该光学器件410中的各个单元和模块的具体功能和连接关系已经在上面参考图1到图8进行了详细介绍(图9中的附图标记411到415分别对应于图1中的110到114)，并因此，在这里将省略其重复描述。

在一个示例中，根据本申请实施例的成像系统进一步包括驱动部件，与该光学器件机械连接，用于响应于接收到第一触发信号，移动该光学器件，以使得该成像设备不借助于该光学器件而直接经由镜头对被摄体成像，和用于响应于接收到第二触发信号，移动该光学器件，以使得该成像设备借助于该光学器件经由镜头对被摄体成像。

具体来说，根据本申请实施例的光学器件为了实现包括具有不同亮度的多个区域的单幅图像，实质上牺牲了像素总数。因此，在根据本申请实施例的成像系统中，进一步包括用于开启或者关闭光学器件的功能的驱动部件。

这里，该驱动部件可以响应于接收到的触发信号，使得成像设备借助于该光学器件经由镜头对被摄体成像，或者不借助于该光学器件而直接经由镜头对被摄体成像。这里，该触发信号可以是由用户手动触发的，也可以基于场景的自动识别功能，以确定是否需要该光学器件来实现更丰富的成像效果。这样，可以得到像素总数量和丰富的成像效果之间的平衡。

并且，在根据本申请实施例的成像系统中，并不限定该驱动部件的具体配置和驱动该光学器件的方式。例如，该驱动部件可以将光学器件整体平移到镜头的视场之外，从而使得成像设备不借助于该光学器件而直接经由镜头对被摄体成像。或者，该驱动部件还可以驱动该光学器件的壳体的四个表面在第二端向外展开以成一角度，呈莲花状，使得每个表面都在镜头的视场之外。

在一个示例中，该成像设备是监控相机。

因此，本申请实施例的成像系统通过具有特定光学结构的光学器件，利用物理镜面反射以及半透膜透射，实现了在同一时间，使用同一块CMOS传感器上通过一次曝光采集同一场景的不同亮度的图像。

这样，本申请实施例的成像系统无需对CMOS传感器和其自身的设置进行修改，可以兼容现在的硬件成像设备。

并且，本申请实施例的成像系统可以进行真正的实时HDR拍摄，无需每次曝光都调节CMOS传感器参数，适合用于HDR视频，且适合HDR监控场景应用。

另外，本申请实施例的成像系统可以在更高的动态范围用于拍照，即使拍摄运动的物体时也不会模糊和产生重影。

进一步地，本申请实施例的成像系统不需要双CMOS甚至多CMOS，从而以更低的成本实现了三阶实时HDR。

总而言之，与现有技术相比，采用根据本申请实施例的光学器件和包括该光学器件的成像系统，可以包括壳体，该壳体至少包括第一内表面和第二内表面，该第一内表面和该第二内表面沿第一方向延伸并彼此平行；第一反射镜，设置在该第一内表面上并且具有第一反射率；和第二反射镜，设置在该第二内表面上并且具有该第一反射率。因此，可以通过具有第一反射率的第一反射镜和第二反射镜(可选地，具有第二反射率的第三反射镜和第四反射镜)与成像设备的镜头配合以形成包括具有不同亮度的多个区域的单幅图像，以便于后续图像处理。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。