包括自適應(yīng)光學(xué)元件的透鏡堆疊陣列的制作方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)及方法把自適應(yīng)光學(xué)元件并入到透鏡堆疊陣列中的光學(xué)通道中。在一種實(shí)施例中，陣列照相機(jī)模塊包括：透鏡堆疊陣列，該透鏡堆疊陣列包括至少兩個(gè)透鏡堆疊，其中至少一個(gè)透鏡堆疊包括能夠響應(yīng)于至少一個(gè)電信號(hào)而調(diào)整由對(duì)應(yīng)透鏡堆疊定義的光學(xué)通道中光透射特性的自適應(yīng)光學(xué)元件；包括用于透鏡堆疊陣列中每個(gè)透鏡堆疊的焦平面的傳感器；以及配置為控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的電路，其中透鏡堆疊陣列和傳感器配置為使得每個(gè)透鏡堆疊能夠在對(duì)應(yīng)的焦平面上形成圖像。
【專利說明】包括自適應(yīng)光學(xué)元件的透鏡堆疊陣列

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透鏡堆疊陣列并且更具體而言涉及包括自適應(yīng)光學(xué)元件的透鏡堆疊陣列。

【背景技術(shù)】
[0002]響應(yīng)于基于照相機(jī)暗箱(camera obscura)對(duì)傳統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)所置約束，已經(jīng)提出能夠被稱為陣列照相機(jī)的一類新照相機(jī)。陣列照相機(jī)的特征在于它們包括多個(gè)像素陣列，每個(gè)像素陣列通常要定義一焦平面(作為替代，焦平面能夠被稱為“焦平面陣列”)，并且每個(gè)焦平面通常與獨(dú)立的透鏡系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。在許多情況下，陣列照相機(jī)是利用包含多個(gè)焦平面的傳感器和透鏡堆疊陣列構(gòu)造的。每個(gè)透鏡堆疊通常包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，以及包括(但不限于)光圈、濾光器、基板和(不透明的)間隔物的附加部件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)及方法把自適應(yīng)光學(xué)元件并入到透鏡堆疊陣列中的光學(xué)通道中。根據(jù)一種實(shí)施例，陣列照相機(jī)模塊包括:透鏡堆疊陣列，包括至少兩個(gè)透鏡堆疊，其中，至少一個(gè)透鏡堆疊包括能夠響應(yīng)于至少一個(gè)電信號(hào)而調(diào)整由對(duì)應(yīng)透鏡堆疊定義的光學(xué)通道中光透射特性的自適應(yīng)光學(xué)元件；包括用于透鏡堆疊陣列中每個(gè)透鏡堆疊的焦平面的傳感器，其中，每個(gè)焦平面包括也構(gòu)成多列像素的多行像素并且每個(gè)焦平面被包含在傳感器中的不包含來自另一焦平面的像素的區(qū)域內(nèi)；以及配置為控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的電路，其中，透鏡堆疊陣列和傳感器配置為使得每個(gè)透鏡堆疊能夠在對(duì)應(yīng)的焦平面上形成圖像。
[0004]在另一種實(shí)施例中，陣列照相機(jī)模塊還包括基于由傳感器生成的至少一個(gè)電信號(hào)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的電路。
[0005]在又一種實(shí)施例中，透鏡堆疊陣列中的每個(gè)透鏡堆疊包括至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件。
[0006]在另一種實(shí)施例中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距。
[0007]在又一種實(shí)施例中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距以使得其焦距與其對(duì)應(yīng)的焦平面匹配。
[0008]在又一種實(shí)施例中，配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距的至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件包括至少一個(gè)壓電元件，其中這至少一個(gè)壓電元件的激活使自適應(yīng)光學(xué)元件調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距。
[0009]在又一種實(shí)施例中，配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距的至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件還包括玻璃支撐物、聚合物層及薄玻璃隔膜，其中，玻璃支撐物布置成與聚合物層的一側(cè)相鄰，而薄玻璃隔膜布置成與聚合物層的另一相對(duì)的側(cè)相鄰，并且其中，所述至少一個(gè)壓電元件耦接到玻璃隔膜以使得壓電元件的激活使薄玻璃隔膜偏轉(zhuǎn)，從而對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距可控地被調(diào)整。
[0010]在另一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件包括液晶層,該液晶層包括液晶元件。
[0011]在又一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)兀件還包括第一玻璃基板、第二玻璃基板、第三玻璃基板、第一電極、第二電極以及整形層，其中，整形層包括具有相同折射率但不同介電性質(zhì)的兩種不同材料，其中，第一電極布置成與第一玻璃基板和液晶層相鄰并位于其間，其中，液晶層布置成與第一電極和第二玻璃基板相鄰并位于其間，其中，第二玻璃基板布置成與液晶層和整形層相鄰并位于其間，其中，整形層布置成與第二玻璃基板和第二電極相鄰并位于其間，其中，第二電極布置成與整形層和第三玻璃基板相鄰并位于其間，并且其中，當(dāng)電勢(shì)差跨第一電極和第二電極施加時(shí)，該電勢(shì)差引起液晶元件的差分旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整透鏡堆疊的焦距。
[0012]在另一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)兀件包括配置為生成電場(chǎng)的多個(gè)電極，該電場(chǎng)的大小作為關(guān)于對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的徑向位置的函數(shù)而改變。
[0013]在又一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件配置為通過改變其厚度來調(diào)整焦距。
[0014]在又一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件配置為通過改變各自透鏡堆疊中至少一個(gè)透鏡元件的軸向位置來調(diào)整圖像位置。
[0015]在另一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件包括至少一個(gè)基于MEMS的致動(dòng)器，用于改變各自堆疊中至少一個(gè)透鏡元件的軸向位置。
[0016]在又一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件還配置為放大圖像。
[0017]在另一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件包括用于改變各自透鏡堆疊中至少一個(gè)透鏡元件的軸向位置的至少一個(gè)VCM。
[0018]在又一種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件中至少一個(gè)配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的中心視角(central viewing angle)。
[0019]在又一種實(shí)施例中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的中心視角從而增加由焦平面提供的圖像角采樣的多樣性。
[0020]在又一種實(shí)施例中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件包括配置為控制自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心的多個(gè)電極。
[0021]在又一種實(shí)施例中，電極是以按方位角分段的模式布置的以使得電勢(shì)差能夠選擇性地跨電極的子集施加，從而控制自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心。
[0022]在又一種實(shí)施例中，中心視角的調(diào)整范圍基于焦平面捕捉其圖像的對(duì)象相對(duì)于照相機(jī)的距離。
[0023]在另一種實(shí)施例中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為提供顏色適配能力。
[0024]在又一種實(shí)施例中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為提供依顏色而定的聚焦。
[0025]在又一種實(shí)施例中，所有自適應(yīng)光學(xué)元件都規(guī)定依顏色而定的聚焦，其中，特定聚焦的顏色是紅色、藍(lán)色或綠色中的一種，并且其中，具有依顏色而定的聚焦的自適應(yīng)光學(xué)元件配置為在透鏡堆疊陣列上實(shí)現(xiàn)η濾光器組。
[0026]在另一種實(shí)施例中，陣列照相機(jī)模塊包括配置為測(cè)量至少一個(gè)物理參數(shù)的至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備，其中，電路配置為基于由測(cè)量設(shè)備測(cè)出的至少一個(gè)物理參數(shù)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)兀件。
[0027]在又一種實(shí)施例中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件包括配置為測(cè)量溫度并生成指示溫度測(cè)量結(jié)果的至少一個(gè)電信號(hào)的至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備，并且電路配置為基于由至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備生成的指示溫度測(cè)量結(jié)果的至少一個(gè)電信號(hào)來控制自適應(yīng)光學(xué)元件。
[0028]在又一種實(shí)施例中，電路配置為基于由控制器生成的至少一個(gè)電信號(hào)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)兀件。
[0029]在另一種實(shí)施例中，一種陣列照相機(jī)模塊包括:透鏡堆疊陣列，包括至少兩個(gè)透鏡堆疊，其中，每個(gè)透鏡堆疊包括能夠響應(yīng)于電信號(hào)而調(diào)整由對(duì)應(yīng)透鏡堆疊定義的光學(xué)通道中光透射特性的自適應(yīng)光學(xué)元件，并且每個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件包括液晶層和能夠生成電場(chǎng)的多個(gè)電極，該電場(chǎng)的大小作為關(guān)于透鏡堆疊的徑向和周向位置的函數(shù)而改變，使得透鏡堆疊的焦距和中心視向(central viewing direct1n)能夠被調(diào)整；包括用于透鏡堆疊陣列中每個(gè)透鏡堆疊的焦平面的傳感器，其中，每個(gè)焦平面包括也構(gòu)成多列像素的多行像素并且每個(gè)焦平面被包含在傳感器中的不包含來自另一焦平面的像素的區(qū)域中，以及配置為基于由傳感器生成的至少一個(gè)電信號(hào)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的電路，其中，透鏡堆疊陣列和傳感器配置為使得每個(gè)透鏡堆疊能夠在對(duì)應(yīng)的焦平面上形成圖像。
[0030]附圖圖示
[0031]圖1圖示出包括陣列照相機(jī)模塊的陣列照相機(jī)。
[0032]圖2概念性地圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的陣列照相機(jī)模塊。
[0033]圖3圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用π濾光器組的陣列照相機(jī)模塊。
[0034]圖4Α概念性地圖示出傳統(tǒng)透鏡堆疊陣列中能夠發(fā)生的焦距的變化。
[0035]圖4Β概念性地圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的其中透鏡堆疊陣列包含自適應(yīng)光學(xué)元件的陣列照相機(jī)模塊。
[0036]圖5Α圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括玻璃支撐物、聚合物、玻璃隔膜和壓電元件的自適應(yīng)光學(xué)兀件。
[0037]圖5Β圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括玻璃支撐物、聚合物、玻璃隔膜和壓電元件的自適應(yīng)光學(xué)兀件的操作。
[0038]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠用在透鏡堆疊陣列中的液晶自適應(yīng)光學(xué)元件的橫截面圖。
[0039]圖7Α和7Β概念性地圖示出能夠通過增大施加到自適應(yīng)光學(xué)元件的電極的電壓來實(shí)現(xiàn)的折光力(refractive power)的增大。
[0040]圖8圖示出能夠改變其厚度來調(diào)整焦距的自適應(yīng)光學(xué)元件。
[0041]圖9概念性地圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心的移位。
[0042]圖1OA和1B概念性地圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電極配置，電壓能夠選擇性地施加到該電極配置以更改自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心。
[0043]圖1lA概念性地圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠在自適應(yīng)光學(xué)元件中用于生成徑向變化的電場(chǎng)以便控制自適應(yīng)光學(xué)兀件的折光力分布的一組電極。
[0044]圖1lB概念性地圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠配置為橫向移位由自適應(yīng)光學(xué)元件生成的電場(chǎng)的電極配置。

【具體實(shí)施方式】
[0045]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于把自適應(yīng)光學(xué)元件并入到透鏡堆疊陣列的光學(xué)通道中的系統(tǒng)及方法。自適應(yīng)光學(xué)元件能夠響應(yīng)于電信號(hào)而調(diào)整光學(xué)通道中光透射的特性。在 Venkataraman 等人題為 “Capturing and Processing of ImagesUsing Monolithic Camera Array with Heterogeneous Imagers，，的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.12/935，504中，描述了利用透鏡堆疊陣列構(gòu)造陣列照相機(jī)的方法。美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.12/935，504的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。陣列照相機(jī)模塊通常是要以如下方式構(gòu)造，該方式使得:包括用于陣列照相機(jī)模塊的每條光學(xué)通道(光學(xué)通道是由對(duì)應(yīng)的透鏡堆疊定義的)的焦平面(即，配置為捕捉由對(duì)應(yīng)透鏡堆疊在其上形成的圖像的像素陣列)的單片傳感器和透鏡堆疊陣列關(guān)于彼此定位以使得每個(gè)焦平面位于每條光學(xué)通道中其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦點(diǎn)距離處。焦平面通常包括也形成多列像素的多行像素，并且每個(gè)焦平面通常被包含在傳感器中的不包含來自另一焦平面的像素的區(qū)域中。透鏡堆疊陣列可以是剛性的以使得陣列中的個(gè)體透鏡堆疊不能相對(duì)于彼此移動(dòng)。透鏡堆疊與其對(duì)應(yīng)焦平面的組合能夠被理解為是“照相機(jī)模塊”。
[0046]理想地，陣列照相機(jī)的透鏡堆疊陣列構(gòu)造成使得每個(gè)透鏡堆疊具有相同的焦距。但是，在透鏡堆疊陣列制造過程中所涉及的大量容限會(huì)導(dǎo)致透鏡堆疊具有偏離額定規(guī)定的參數(shù)-諸如焦距。由于傳感器的單片本質(zhì)，它通常不能放到與剛性透鏡堆疊陣列中每個(gè)透鏡堆疊的焦距對(duì)應(yīng)的距離。因此，透鏡堆疊之間的制造變化會(huì)導(dǎo)致由光學(xué)通道形成的一些或全部圖像焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)。特別地，即使在從同一制造工藝制造的透鏡堆疊陣列之間，這些制造變化也可能導(dǎo)致不同的焦距。此外，與陣列照相機(jī)模塊的組裝關(guān)聯(lián)的其它制造容限，包括(但不限于)間隔物厚度和透鏡堆疊陣列相對(duì)于傳感器的對(duì)準(zhǔn)的變化，也會(huì)影響所有光學(xué)通道。
[0047]在Duparre等人題為“Systemsand Methods for Manufacturing Camera ModulesUsing Active Alignment of Lens Stack Arrays and Sensors” 的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/666，852中，描述了包括對(duì)準(zhǔn)透鏡堆疊陣列與傳感器從而減小由于透鏡參數(shù)的變化而導(dǎo)致的有害影響的解決方案。美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/666，852的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
[0048]在本發(fā)明的許多實(shí)施例中，使用包含自適應(yīng)光學(xué)元件的透鏡堆疊陣列，其中自適應(yīng)光學(xué)元件具有能夠修改透鏡堆疊的焦距的可變折光力。當(dāng)包括自適應(yīng)光學(xué)元件的透鏡堆疊陣列并入到陣列照相機(jī)模塊中時(shí)，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠被控制，以校準(zhǔn)每個(gè)透鏡堆疊的焦距，讓像距對(duì)應(yīng)于透鏡堆疊和傳感器上對(duì)應(yīng)焦平面之間的距離。在幾種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件利用參考圖像被校準(zhǔn)，以減小每條光學(xué)通道中的散焦。與美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/666, 852中提供的解決方案相比，把自適應(yīng)光學(xué)元件并入到透鏡堆疊中可以提供減小由于透鏡參數(shù)的變化而導(dǎo)致的有害影響的成本有效的解決方案。具體而言，自適應(yīng)光學(xué)元件的并入能夠消除采用像美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/666，852中公開的那樣嚴(yán)格主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法的需求。此外，自適應(yīng)元件能夠增強(qiáng)在利用任何對(duì)準(zhǔn)方法(包括主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法)制造的照相機(jī)模塊中實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。
[0049]而且，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠用于移位自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心。以這種方式，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠用于增加由傳感器上每個(gè)焦平面捕捉到的圖像之間的采樣多樣性。如在 Lelescu 等人題為“System and Methods for Synthesizing High Resolut1nImages Using Super-Resolut1n Processing” 的美國專利申請(qǐng)序列號(hào) N0.12/967，807 中所公開的，當(dāng)從由陣列照相機(jī)捕捉的多個(gè)圖像合成高分辨率圖像時(shí)，增加采樣多樣性能夠改進(jìn)利用超分辨率(SR)處理實(shí)現(xiàn)的分辨率的增大。美國專利申請(qǐng)序列N0.12/967, 807的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
[0050]在幾種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件用于以其它方式調(diào)整透鏡堆疊。例如，在許多實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件可用于提供顏色適配。在多種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件可用于適應(yīng)光學(xué)堆疊的熱變化。在幾種實(shí)施例中，暗電流測(cè)量用于測(cè)量溫度并且自適應(yīng)光學(xué)元件相應(yīng)變化。
[0051]在各種實(shí)施例中，在利用自適應(yīng)元件調(diào)整一個(gè)或多個(gè)透鏡堆疊的焦距的同時(shí)，場(chǎng)景的多個(gè)圖像被快速捕捉。以這種方式，處理器能夠在執(zhí)行諸如(但不限于)合成較高分辨率圖像的超分辨率處理的處理之前根據(jù)包括但不限于聚焦的標(biāo)準(zhǔn)來選擇圖像。
[0052]以下進(jìn)一步討論根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的陣列照相機(jī)、透鏡堆疊陣列和自適應(yīng)光學(xué)元件。
[0053]陣列照相機(jī)體系架構(gòu)
[0054]能夠用在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的各種陣列照相機(jī)配置中的陣列照相機(jī)體系架構(gòu)在圖1中圖示。陣列照相機(jī)100包括陣列照相機(jī)模塊110，該模塊110連接到圖像處理管線模塊120并連接到控制器130。
[0055]陣列照相機(jī)模塊包括兩個(gè)或更多個(gè)焦平面，每個(gè)焦平面通過獨(dú)立的透鏡堆疊接收光。陣列照相機(jī)模塊還能夠包括控制成像參數(shù)的其它電路以及測(cè)量物理參數(shù)并生成對(duì)應(yīng)信號(hào)的測(cè)量設(shè)備。在許多實(shí)施例中，陣列照相機(jī)模塊包括控制陣列照相機(jī)模塊的自適應(yīng)光學(xué)元件的電路。在多種實(shí)施例中，該電路配置為，例如，經(jīng)信號(hào)的生成和發(fā)送與設(shè)備通信，并且基于這種通信控制自適應(yīng)光學(xué)元件。在各種實(shí)施例中，該電路與傳感器通信，并且基于該通信控制自適應(yīng)光學(xué)元件。在幾種實(shí)施例中，電路與控制器通信，并且基于這種通信控制自適應(yīng)光學(xué)元件。傳感器或控制器能夠基于測(cè)量設(shè)備生成的信號(hào)把信號(hào)發(fā)送到電路?？刂齐娐愤€能夠控制諸如曝光時(shí)間、增益和黑電平(black level)偏移量的成像參數(shù)。在一種實(shí)施例中，用于控制成像參數(shù)的電路可獨(dú)立地或者以同步方式觸發(fā)由每個(gè)焦平面對(duì)圖像的捕捉。陣列照相機(jī)模塊能夠包括各種其它測(cè)量設(shè)備，包括但不限于估計(jì)在操作溫度的暗電流的暗像素。能夠用在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的陣列照相機(jī)中的陣列照相機(jī)模塊在Venkataraman等人的題為“Capturing and Processing of Images Using Monolithic Camera Array withHeterogeneous Imagers”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.12/935, 504中公開。
[0056]圖像處理管線模塊120是用于處理從陣列照相機(jī)模塊110接收到的圖像的硬件、固件、軟件或者其組合。圖像處理管線模塊120處理由陣列照相機(jī)模塊中焦平面捕捉的多個(gè)圖像并且產(chǎn)生合成的較高分辨率圖像。在多種實(shí)施例中，圖像處理管線模塊120經(jīng)輸出122提供合成的圖像數(shù)據(jù)。
[0057]控制器130是用于控制陣列照相機(jī)模塊110的各種操作參數(shù)的硬件、固件、軟件或者其組合?？刂破?30從用戶或其它外部部件接收輸入132并且發(fā)送控制陣列照相機(jī)模塊110的操作信號(hào)。控制器130還能夠把信息發(fā)送到圖像處理管線模塊120，以輔助對(duì)由陣列照相機(jī)模塊110中焦平面捕捉到的圖像的處理。
[0058]雖然一具體陣列照相機(jī)體系架構(gòu)在圖1中已圖示，但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使得能夠捕捉圖像并且應(yīng)用SR處理來產(chǎn)生合成的高分辨率圖像的備選體系架構(gòu)也能夠使用。以下進(jìn)一步討論根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的陣列照相機(jī)模塊中自適應(yīng)光學(xué)元件的使用。
[0059]陣列照相機(jī)模塊
[0060]根據(jù)本發(fā)明許多實(shí)施例的陣列照相機(jī)模塊包括透鏡堆疊陣列和包括焦平面陣列的單片傳感器的組合。透鏡堆疊陣列包括透鏡堆疊的陣列，其中每個(gè)透鏡堆疊定義獨(dú)立的光學(xué)通道。透鏡堆疊陣列安裝到包括用于每條光學(xué)通道的焦平面的單片傳感器，其中每個(gè)焦平面包括配置為捕捉圖像的像素或傳感器元件的陣列。當(dāng)透鏡堆疊陣列和包括焦平面陣列的傳感器以足夠的精度組合時(shí)，陣列照相機(jī)模塊能夠用于捕捉場(chǎng)景的多個(gè)圖像，這些圖像能夠傳遞到圖像處理管線，以便利用SR處理合成高分辨率圖像。
[0061]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過組合透鏡堆疊陣列和包括焦平面陣列的單片傳感器而形成的陣列照相機(jī)模塊的分解圖在圖2中圖示。陣列照相機(jī)模塊200包括透鏡堆疊陣列210和包括焦平面240陣列的傳感器230。透鏡堆疊陣列210包括透鏡堆疊220的陣列。每個(gè)透鏡堆疊220產(chǎn)生在傳感器230上一個(gè)焦平面240上分解圖像的光學(xué)通道。透鏡堆疊220中每一個(gè)可以是不同類型。在幾種實(shí)施例中，光學(xué)通道用于捕捉光譜的不同波長部分的圖像并且每個(gè)光學(xué)通道中的透鏡堆疊對(duì)由與該光學(xué)通道關(guān)聯(lián)的焦平面成像的譜部分特別地進(jìn)行優(yōu)化。更具體而言，陣列照相機(jī)模塊可利用“η濾光器組”構(gòu)圖。術(shù)語“η濾光器組”指應(yīng)用到陣列照相機(jī)模塊的透鏡堆疊陣列或焦平面的濾色器的模式，并且用于利用η濾光器組構(gòu)圖陣列照相機(jī)的處理在Venkataraman等人的題為“Camera Modules Patternedwith n filter groups”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/641，164中描述。美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/641，164的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。圖3圖示出單個(gè)π濾光器組，其中5個(gè)照相機(jī)配置為接收綠光，2個(gè)照相機(jī)配置為接收紅光，2個(gè)照相機(jī)配置為接收藍(lán)光。
[0062]在許多實(shí)施例中，陣列照相機(jī)模塊230包括具有一個(gè)或多個(gè)關(guān)于彼此軸向布置的獨(dú)立光學(xué)透鏡元件的透鏡堆疊220。如以下進(jìn)一步討論的，根據(jù)本發(fā)明幾種實(shí)施例的透鏡堆疊陣列210包括一個(gè)或多個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件，這些自適應(yīng)光學(xué)元件能使得能夠?qū)γ總€(gè)透鏡堆疊的焦距和/或?qū)ψ赃m應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心(centrat1n)的隨后移位進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整。
[0063]在幾種實(shí)施例中，陣列照相機(jī)模塊采用晶片級(jí)光學(xué)器件(WLO)技術(shù)。WLO是涵蓋多個(gè)處理的一種技術(shù)，包括，例如，透鏡陣列在玻璃晶片上的模制，這些晶片(包括具有在基板任意一側(cè)復(fù)制的透鏡的晶片)與適當(dāng)間隔物的堆疊，之后是把光學(xué)器件與成像器一起直接打包到單片集成模塊中。
[0064]WLO過程可涉及例如使用金剛石車削模具(diamond turned mold)在玻璃基板上產(chǎn)生每個(gè)塑料透鏡元件的過程。更具體而言，WLO中的處理鏈通常包括產(chǎn)生金剛石車削透鏡(diamond turned lens)母體(在個(gè)體和陣列水平二者上)，然后產(chǎn)生用于那個(gè)母體(也稱作戳或工具)的副本的陰模，然后最終在玻璃基板上形成聚合物副本，其中玻璃基板已經(jīng)利用適當(dāng)?shù)闹喂鈱W(xué)元件結(jié)構(gòu)化，諸如例如孔(遮光材料層中的透明開口)和濾光器。
[0065]雖然以上討論了利用WLO的透鏡堆疊陣列的構(gòu)造，但是多種技術(shù)中任何一種都能夠用來構(gòu)造透鏡堆疊陣列，例如涉及精度玻璃模制、聚合物注入模制或者晶片級(jí)聚合物單片透鏡處理的那些技術(shù)。以下進(jìn)一步討論根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括自適應(yīng)光學(xué)元件的透鏡堆疊陣列的構(gòu)造。
[0066]透鏡堆疊陣列
[0067]制造容限導(dǎo)致與原始規(guī)定有別的透鏡堆疊陣列制造。在傳統(tǒng)透鏡堆疊陣列中會(huì)發(fā)生的焦距的變化在圖4A中概念性地圖示。陣列照相機(jī)模塊400包括透鏡堆疊陣列402，其中透鏡堆疊把光聚焦到傳感器408的焦平面406上。如所圖示的，實(shí)際制造的透鏡堆疊和其原始規(guī)定之間的變化會(huì)導(dǎo)致透鏡堆疊具有與其規(guī)定稍有變化的焦距并因此具有與透鏡堆疊陣列和傳感器之間距離不對(duì)應(yīng)的像距。因此，在傳感器的焦平面上形成的圖像會(huì)是焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)的。在本發(fā)明的許多實(shí)施例中，陣列照相機(jī)模塊用于捕捉提供給圖像處理管線的圖像，以便利用SR處理合成高分辨率圖像。當(dāng)陣列照相機(jī)模塊捕捉到的圖像焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，會(huì)影響能夠利用SR處理實(shí)現(xiàn)的分辨率增益的增加。
[0068]在各種實(shí)施例中，當(dāng)利用自適應(yīng)元件調(diào)整一個(gè)或多個(gè)透鏡堆疊的焦距時(shí)，場(chǎng)景的多個(gè)圖像被快速捕捉。以這種方式，處理器能夠在執(zhí)行諸如(但不限于)合成較高分辨率圖像的超分辨率處理的處理之前根據(jù)包括但不限于聚焦的標(biāo)準(zhǔn)來選擇圖像。
[0069]在本發(fā)明的多種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件并入到至少一個(gè)透鏡堆疊中，以便使得能夠調(diào)整其各自的焦距。以這種方式，自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力能夠被控制，以減輕由透鏡堆疊在傳感器的焦平面的陣列上形成的圖像的焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的其中透鏡堆疊陣列包含自適應(yīng)光學(xué)元件的陣列照相機(jī)模塊在圖4B中概念性地圖示。透鏡堆疊陣列402’在每個(gè)透鏡堆疊414’中包括至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)兀件420。在缺少自適應(yīng)光學(xué)兀件干預(yù)的情況下的每個(gè)透鏡堆疊的焦距利用虛線示出。在操作中，參考模式能夠用于確定每條光學(xué)通道中的焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)并且適當(dāng)?shù)目刂颇軌驊?yīng)用到自適應(yīng)光學(xué)元件以修改每個(gè)透鏡堆疊的焦距。
[0070]在許多實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件是透鏡堆疊中能夠可控地修改其折光力的光學(xué)部件。在各種實(shí)施例中，能夠可控地修改折光力的自適應(yīng)光學(xué)元件被放置成，與各個(gè)透鏡堆疊中的其它元件/透鏡相比，離孔最近并且離傳感器最遠(yuǎn)。在幾種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力的修改是機(jī)械地實(shí)現(xiàn)的，包括(但不限于)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、活性聚合物致動(dòng)器，和/或液體透鏡。在多種實(shí)施例中，MEMS系統(tǒng)包括通過聚合物與玻璃支撐物隔開的薄玻璃隔膜，其中壓電元件對(duì)玻璃隔膜施加力。在幾種實(shí)施例中，壓電元件包括強(qiáng)迫玻璃隔膜彎曲并且生成光焦度(optical power)變化的壓電環(huán)。
[0071]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括薄玻璃隔膜、聚合物、玻璃支撐物和壓電元件的MEMS系統(tǒng)在圖5A和5B中圖示。MEMS系統(tǒng)500包括支撐聚合物520的玻璃支撐物510，聚合物520支撐玻璃隔膜540。玻璃隔膜耦接到壓電元件530。如圖5A中所示，當(dāng)壓電元件530不經(jīng)受電壓時(shí)，光線(由虛線指示)不被打擾地穿過MEMS系統(tǒng)。但是，如圖5B中所示，當(dāng)壓電元件530被激活時(shí)，該激活使得玻璃隔膜偏轉(zhuǎn)542，并且該偏轉(zhuǎn)加強(qiáng)穿過MEMS系統(tǒng)的光線，由此調(diào)整焦距。壓電元件的激活程度控制偏轉(zhuǎn)程度，這進(jìn)而與焦距的調(diào)整相關(guān)。因而，焦距能夠通過控制壓電元件的激活程度來控制。
[0072]在本發(fā)明的多種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力的修改是利用機(jī)械靜態(tài)部件(即，不(宏觀)移動(dòng)的部件)實(shí)現(xiàn)的，包括但不限于施加整形電場(chǎng)以便修改液晶層的折光力的部件。在幾種實(shí)施例中，其中液晶包含在玻璃基板之間的靜態(tài)部件在透鏡堆疊陣列的構(gòu)造中使用并且玻璃基板用作透鏡堆疊陣列進(jìn)一步復(fù)制的基礎(chǔ)。
[0073]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠用在透鏡堆疊陣列中的液晶自適應(yīng)光學(xué)元件在圖6中圖示。液晶自適應(yīng)光學(xué)元件600包括三個(gè)玻璃基板602、608和614。電極604在第一玻璃基板602的內(nèi)表面上形成并且液晶層606位于該電極和第二玻璃基板608之間。第二電極612在第三玻璃基板614的內(nèi)表面上形成，并且整形層610位于第二電極612和第二玻璃基板608之間。在所圖示的實(shí)施例中，電極配置為生成均勻的電場(chǎng)。但是，整形層包括具有相同折射率但不同介電性質(zhì)的兩種不同材料。以這種方式，整形層整形由電極生成的均勻電場(chǎng)。在幾種實(shí)施例中，整形層在液晶層中產(chǎn)生徑向變化的電場(chǎng)，從而導(dǎo)致液晶徑向變化的朝向。當(dāng)整形層中的材料被正確地配置/整形時(shí)，施加到電極的單個(gè)電壓能夠被控制，使得液晶元件的差分旋轉(zhuǎn)能夠被改變，以便不同地聚焦穿過自適應(yīng)光學(xué)元件的光。能夠通過增大施加到電極的電壓來實(shí)現(xiàn)的折光力的增大在圖7A和7B中概念性地圖示。圖7A中所示的等高線(contour line)指示自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布，由于自適應(yīng)光學(xué)元件的整形層中具有不同介電性質(zhì)的材料的圓形對(duì)稱形狀，因此該分布具有圓形對(duì)稱布置。隨著電極之間的電壓增大(如圖7B中所示)，等高線702的數(shù)量增多，這指示折光力的增大。通過控制跨自適應(yīng)光學(xué)元件的電極對(duì)的電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)水平的折光力。
[0074]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自適應(yīng)光學(xué)元件的部件的大小能夠設(shè)計(jì)成適應(yīng)相對(duì)小的透鏡元件(例如，與傳統(tǒng)的單光學(xué)通道照相機(jī)相比)，并且在同等條件下，越小的自適應(yīng)光學(xué)元件可擁有越有益的光學(xué)性質(zhì)。而且，就(為了實(shí)現(xiàn)其效果)自適應(yīng)光學(xué)元件只需要在較窄譜帶上工作而言，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的陣列照相機(jī)中自適應(yīng)元件的使用是更加有利的。
[0075]當(dāng)類似于圖6所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)并入根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡堆疊陣列中每條光學(xué)通道中時(shí)，透鏡元件能夠利用傳統(tǒng)的處理技術(shù)在外部的玻璃基板602、614上形成，并且包括(但不限于)透鏡元件與其規(guī)定的方差和/或透鏡堆疊陣列與組裝好的陣列照相機(jī)中所關(guān)聯(lián)傳感器的間距的變化的制造容限能夠通過調(diào)諧施加到一個(gè)或多個(gè)光學(xué)通道中的液晶層的電場(chǎng)來補(bǔ)償。
[0076]在許多實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件通過改變其厚度來調(diào)整焦距。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的改變其厚度來增大焦距的自適應(yīng)光學(xué)元件在圖8中圖示。自適應(yīng)光學(xué)元件800包括具有折射率η和能夠修改其厚度t的能力的部件802。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，根據(jù)關(guān)系d?((11-1)/11)襯，部件802將焦距增大量(1。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，這個(gè)等式假設(shè)部件802之外的環(huán)境具有折射率I (例如，折射率是空氣的折射率)。圖8繪出焦距的調(diào)整:具體而言，虛線繪出當(dāng)其不被部件802干擾時(shí)的光線，而實(shí)線指示光線由于部件802的影響所穿行的路徑。當(dāng)自適應(yīng)光學(xué)元件處于厚度tl時(shí)，焦距移位了量dl。當(dāng)自適應(yīng)光學(xué)元件處于更大的厚度t2時(shí)，焦距移位了更大的量d2。本質(zhì)上，通過改變部件802的厚度，自適應(yīng)光學(xué)元件800能夠增大透鏡堆疊的焦距。在許多實(shí)施例中，與相應(yīng)透鏡堆疊中的其它元件/透鏡相比，能夠改變其厚度的自適應(yīng)光學(xué)元件被放置成離孔最遠(yuǎn)并且離傳感器最接近。
[0077]在多種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件是通過調(diào)整透鏡堆疊中透鏡元件的軸向定位實(shí)現(xiàn)的。通過可控地調(diào)整透鏡堆疊中透鏡元件的軸向定位，相應(yīng)透鏡堆疊的像位置，以及透鏡堆疊的其它光學(xué)性質(zhì)，可以可控地被調(diào)整。在許多實(shí)施例中，并入基于MEMS的致動(dòng)器，以調(diào)整透鏡堆疊中透鏡元件的軸向定位。在包含基于MEMS的致動(dòng)器的幾種實(shí)施例中，基于MEMS的致動(dòng)器在單片硅上制造，然后切單(Singulate)(劃片)并以混合方式與透鏡堆疊陣列一體化。在許多實(shí)施例中，基于MEMS的致動(dòng)器陣列能夠在單片硅中作為(單片)陣列制造，其后個(gè)體(并且獨(dú)立制造的)小透鏡堆放到致動(dòng)器中。那些小透鏡沿著光軸的運(yùn)動(dòng)將提供與本申請(qǐng)中所討論的自適應(yīng)光學(xué)元件類似的焦點(diǎn)變化。在一些實(shí)施例中，每個(gè)透鏡堆疊中的僅一個(gè)透鏡是可移動(dòng)的。在許多實(shí)施例中，透鏡堆疊中的每個(gè)透鏡元件是可移動(dòng)的，使得整個(gè)透鏡堆疊可重新定位。在多種實(shí)施例中，VCM并入透鏡堆疊中，以調(diào)整透鏡堆疊中透鏡元件的軸向定位。雖然基于MEMS的致動(dòng)器和VCM具體地描述為調(diào)整透鏡堆疊中透鏡元件的軸向定位，但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，透鏡元件可以以任意數(shù)量的方式重新定位。
[0078]在幾種實(shí)施例中，只有某些透鏡堆疊可具有能夠被重新定位的其各自的透鏡元件。在許多實(shí)施例中，所有透鏡堆疊都可具有能夠被重新定位的其各自的透鏡元件。
[0079]雖然以上已經(jīng)討論了具體的自適應(yīng)光學(xué)元件，但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有可控折光力的、或者能夠調(diào)節(jié)焦距的、或者能夠更改通過光學(xué)通道的光透射特性并且能夠并入到透鏡堆疊陣列中的各種自適應(yīng)光學(xué)元件中任一種都能夠使用。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠采用機(jī)制的組合，例如，包括MEMS系統(tǒng)和機(jī)械靜態(tài)部件，來增大折光力和/或控制光流。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，透鏡堆疊陣列中的透鏡堆疊可關(guān)于彼此采用不同類型的自適應(yīng)光學(xué)元件。在有些實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件在透鏡堆疊陣列中實(shí)現(xiàn)，以允許其放大圖像。此外，在許多實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠可控地移位折光力分布的中心。當(dāng)這種自適應(yīng)光學(xué)元件并入到根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡堆疊陣列中時(shí)，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠可控地移位每條光學(xué)通道的中心視向，以增加由陣列照相機(jī)模塊捕捉到的圖像中的采樣多樣性。中心視向是具體光學(xué)通道的視場(chǎng)的中心的方向。以下進(jìn)一步討論根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠橫向移位折光力分布的中心的自適應(yīng)光學(xué)兀件。
[0080]橫向移位折光力分布
[0081]自適應(yīng)光學(xué)元件能夠并入到透鏡堆疊陣列內(nèi)的透鏡堆疊中，以便在包括光學(xué)通道的焦距和中心視向的光學(xué)通道的各種特性中引入變化。在許多實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件通過使能對(duì)各個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心的控制來控制光學(xué)通道的中心視向。當(dāng)這種自適應(yīng)光學(xué)元件并入到透鏡堆疊陣列中時(shí)，陣列照相機(jī)模塊的角采樣能夠通過控制每條光學(xué)通道中自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布來確定性地精調(diào)。通常，當(dāng)采樣多樣性增加時(shí)，更大的分辨率增益能夠利用SR處理獲得。在許多實(shí)施例中，中心視向的調(diào)整程度是基于如下物距的，在此物距處實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的SR性能。
[0082]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心的移位在圖9中概念性地圖示。自適應(yīng)光學(xué)元件900配置為生成可控的折光力分布。虛線示出的等高線904示出當(dāng)其關(guān)于光學(xué)通道確定中心時(shí)折光力分布的位置。在所圖示的實(shí)施例，自適應(yīng)光學(xué)元件包括橫向移位折光力分布的能力。實(shí)等高線902示出當(dāng)被橫向移位使得折光力分布的中心從光學(xué)通道的中心軸橫向移動(dòng)時(shí)自適應(yīng)元件的折光力分布。如以上所指出的，當(dāng)類似于圖9所示的自適應(yīng)光學(xué)元件并入到根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡堆疊陣列中時(shí)，每條光學(xué)通道中折光力分布的橫向移位能夠被控制，以精調(diào)每條通道的中心視向并因此增加陣列照相機(jī)的采樣多樣性。
[0083]在許多實(shí)施例中，初始圖像集合能夠被捕捉并且在根據(jù)捕捉到的圖像執(zhí)行像素的融合(fus1n)時(shí)圖像處理管線能夠檢測(cè)像素的堆疊。在圖像的至少一個(gè)具體區(qū)域中堆疊的個(gè)數(shù)超過閾值的情況下，橫向移位能夠被更改，以增加捕捉到的圖像和捕捉到的第二組圖像中的采樣多樣性。在多種實(shí)施例中，來自所捕捉到的圖像的深度信息用于為每條光學(xué)通道確定適當(dāng)?shù)闹行囊曄颉Ｗ赃m應(yīng)光學(xué)元件能夠被相應(yīng)地調(diào)整，并且第二組圖像被捕捉用于高分辨率圖像的合成。雖然以上討論了用于提高采樣多樣性的具體算法，但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各種算法中任意一種都能夠用于利用自適應(yīng)光學(xué)元件來增加采樣多樣性，以確定性地控制透鏡堆疊陣列中每條光學(xué)通道的中心視向。以下討論自適應(yīng)光學(xué)元件能夠控制中心視向的各種方式。
[0084]利用包含壓電元件的MEMS系統(tǒng)來控制中心視向
[0085]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，類似于圖5A和5B所示光學(xué)元件的自適應(yīng)光學(xué)元件能夠配置為能夠控制中心視向。在許多實(shí)施例中，多個(gè)壓電元件附連到玻璃隔膜，并且壓電元件能夠個(gè)別地被激活，從而以任意數(shù)量的方式偏轉(zhuǎn)玻璃隔膜。因而，通過可控地偏轉(zhuǎn)玻璃隔膜，中心視向能夠依照需要被增大。應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠使用任意數(shù)量的壓電元件和任意數(shù)量的激活模式。
[0086]使用機(jī)械靜態(tài)部件的自適應(yīng)光學(xué)元件也能夠用于控制中心視向。以下討論根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的橫向移位的各種電極配置，其中自適應(yīng)光學(xué)元件利用液晶產(chǎn)生折光力分布。
[0087]自適應(yīng)光學(xué)元件電極配置
[0088]類似于圖5所示自適應(yīng)光學(xué)元件的自適應(yīng)光學(xué)元件能夠利用適當(dāng)?shù)碾姌O配置來控制自適應(yīng)光學(xué)兀件的折光力分布的中心。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓或電壓模式能夠選擇性地施加到其以更改自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心的電極配置在圖1OA和1B中圖示。圖1OA中所示的電極配置是按方位角分段的電極模式，其中不同的電壓能夠施加到不同的段1000，以允許由電極生成的電場(chǎng)中心的橫向移位，這又導(dǎo)致可調(diào)IXD-透鏡光學(xué)相位函數(shù)的中心的移位。當(dāng)被橫向移位時(shí)，徑向?qū)ΨQ的電極模式把失真限制到相位函數(shù)。但是，在其它實(shí)施例中，也能夠使用包括不徑向?qū)ΨQ的模式的電極模式。柵格電極模式在圖1OB中圖示。獨(dú)立的電壓能夠施加到柵格電極模式的段1002，以實(shí)現(xiàn)期望的可調(diào)電場(chǎng)模式。
[0089]無整形層的整形電場(chǎng)
[0090]回過頭來參考圖6，整形層包括在基于IXD的自適應(yīng)光學(xué)元件中，以便利用單個(gè)同質(zhì)電極整形徑向?qū)ΨQ的電場(chǎng)。在存在給定電場(chǎng)的情況下，整形層定義自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布。代替利用整形層，適當(dāng)?shù)碾妷耗軌蚴┘拥揭唤M電極，以便在電場(chǎng)中產(chǎn)生等效于由整形層施加的整形的變化。能夠在自適應(yīng)光學(xué)元件中用于生成徑向變化的電場(chǎng)以便控制自適應(yīng)光學(xué)兀件的折光力分布的一組電極在圖1lA中概念性地圖不。同心環(huán)電極1100圍住中心圓形電極1102。適當(dāng)電壓對(duì)每個(gè)電極的施加會(huì)導(dǎo)致這組電極產(chǎn)生預(yù)定的徑向變化的電場(chǎng)。
[0091]除了利用一組電極來生成徑向整形的電場(chǎng)，適當(dāng)配置的一組電極還能夠用于在徑向整形的電場(chǎng)中引入橫向移位。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠配置為橫向移位由自適應(yīng)光學(xué)元件生成的電場(chǎng)的電極配置在圖1lB中概念性地圖示。除同心環(huán)和中心圓形電極以徑向?qū)ΨQ的電極模式按方位角1104分段之外，該電極類似于圖1lA中所示的電極。不僅需要施加電壓以產(chǎn)生徑向變化的電場(chǎng)，而且電壓能夠用于引起自適應(yīng)光學(xué)元件的徑向變化折光力分布的中心的移位。
[0092]雖然以上描述了幾種電極模式，但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各種電極模式中的任何一種都能夠用于控制自適應(yīng)光學(xué)元件中所產(chǎn)生的電場(chǎng)。例如，能夠使用其中不同寬度和/或環(huán)之間具有不同間距的環(huán)用于徑向地改變電場(chǎng)的電極模式。因此，能夠用在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡堆疊陣列的光學(xué)通道中所并入的自適應(yīng)光學(xué)元件中的一組電極只由具體應(yīng)用的需求來限定。
[0093]此外，雖然以上討論集中在在調(diào)整焦距和中心的背景下使用自適應(yīng)光學(xué)元件，但是自適應(yīng)光學(xué)元件能夠用來以任意數(shù)量的方式增大任意數(shù)量的透鏡堆疊特性，包括例如顏色適配和熱變化。以下討論用于除加強(qiáng)焦距和中心之外的目的的自適應(yīng)光學(xué)元件。
[0094]用于除加強(qiáng)焦距和中心之外的目的的自適應(yīng)光學(xué)元件
[0095]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠并入到透鏡堆疊中，以便以任意數(shù)量的方式加強(qiáng)它們。在許多實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠提供顏色適配能力。具體而言，自適應(yīng)光學(xué)元件能夠配置為使得它們提供依顏色而定的聚焦(例如，具體而言是對(duì)紅、綠或藍(lán)光敏感)。因而，在許多實(shí)施例中，透鏡堆疊陣列的每個(gè)透鏡堆疊都裝備了特定地對(duì)紅、綠或藍(lán)光敏感的自適應(yīng)光學(xué)元件，使得η濾波器組通過自適應(yīng)光學(xué)元件在透鏡堆疊陣列上實(shí)現(xiàn)。
[0096]在幾種實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件配置為能夠抵消可能影響透鏡堆疊陣列的任何不利的熱效應(yīng)。例如，在許多實(shí)施例中，自適應(yīng)光學(xué)元件可配置為抵消由于透鏡材料關(guān)于溫度的折射率變化和/或由于陣列照相機(jī)模塊可能遇到的熱膨脹而造成的不利影響。此外，自適應(yīng)光學(xué)元件可配置為增強(qiáng)圖像，從而抵消傳感器的熱特性(thermal signature)對(duì)圖像的影響。在許多實(shí)施例中，暗電流測(cè)量用于測(cè)量溫度，并且自適應(yīng)光學(xué)元件相應(yīng)地改變以適應(yīng)。
[0097]雖然以上描述包含本發(fā)明的許多具體實(shí)施例，但是這些不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而是作為其一種實(shí)施例的例子。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)由所圖示的實(shí)施例而應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求及其等同物來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種陣列照相機(jī)模塊,包括: 透鏡堆疊陣列，包括至少兩個(gè)透鏡堆疊，其中，至少一個(gè)透鏡堆疊包括能夠響應(yīng)于至少一個(gè)電信號(hào)而調(diào)整由對(duì)應(yīng)透鏡堆疊定義的光學(xué)通道中光透射特性的自適應(yīng)光學(xué)元件；傳感器，包括用于透鏡堆疊陣列中每個(gè)透鏡堆疊的焦平面，其中，每個(gè)焦平面包括也構(gòu)成多列像素的多行像素并且每個(gè)焦平面被包含在傳感器的不包含來自另一焦平面的像素的區(qū)域內(nèi)；及 配置為控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的電路； 其中，透鏡堆疊陣列和傳感器配置為使得每個(gè)透鏡堆疊能夠在對(duì)應(yīng)的焦平面上形成圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，所述電路配置為基于由傳感器生成的至少一個(gè)電信號(hào)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件。
3.如權(quán)利要求2所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，透鏡堆疊陣列中的每個(gè)透鏡堆疊包括至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件。
4.如權(quán)利要求3所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距。
5.如權(quán)利要求4所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距以使得其焦距與其對(duì)應(yīng)的焦平面匹配。
6.如權(quán)利要求5所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距的至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件包括至少一個(gè)壓電元件，其中，這至少一個(gè)壓電元件的激活使自適應(yīng)光學(xué)元件調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距。
7.如權(quán)利要求6所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距的至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件還包括: 玻璃支撐物、聚合物層及薄玻璃隔膜； 其中，玻璃支撐物布置成與聚合物層的一側(cè)相鄰，并且薄玻璃隔膜布置成與聚合物層的另一個(gè)相對(duì)的側(cè)相鄰；及 其中，所述至少一個(gè)壓電元件耦接到玻璃隔膜以使得壓電元件的激活使薄玻璃隔膜偏轉(zhuǎn)，從而對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的焦距可控地被調(diào)整。
8.如權(quán)利要求5所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件包括液晶層，該液晶層包括液晶元件。
9.如權(quán)利要求8所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件還包括: 第一玻璃基板、第二玻璃基板、第三玻璃基板、第一電極、第二電極以及整形層； 其中，整形層包括具有相同折射率但不同介電性質(zhì)的兩種不同材料； 其中，第一電極布置成與第一玻璃基板和液晶層相鄰并位于其間； 其中，液晶層布置成與第一電極和第二玻璃基板相鄰并位于其間； 其中，第二玻璃基板布置成與液晶層和整形層相鄰并位于其間； 其中，整形層布置成與第二玻璃基板和第二電極相鄰并位于其間； 其中，第二電極布置成與整形層和第三玻璃基板相鄰并位于其間；及其中，第一電極和第二電極配置為使得:當(dāng)電勢(shì)差跨第一電極和第二電極施加時(shí)，該電勢(shì)差引起液晶元件的差分旋轉(zhuǎn)從而調(diào)整透鏡堆疊的焦距。
10.如權(quán)利要求8所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件還包括配置為生成電場(chǎng)的多個(gè)電極，該電場(chǎng)的大小作為關(guān)于對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的徑向位置的函數(shù)而改變。
11.如權(quán)利要求4所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件配置為通過改變其厚度來調(diào)整焦距。
12.如權(quán)利要求4所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件配置為通過改變各自透鏡堆疊中至少一個(gè)透鏡元件的軸向位置來調(diào)整圖像位置。
13.如權(quán)利要求12所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件包括至少一個(gè)基于MEMS的致動(dòng)器，用于改變各自透鏡堆疊中至少一個(gè)透鏡元件的軸向位置。
14.如權(quán)利要求13所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件還配置為放大圖像。
15.如權(quán)利要求12所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)元件包括用于改變各自透鏡堆疊中至少一個(gè)透鏡元件的軸向位置的至少一個(gè)VCM。
16.如權(quán)利要求3所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的中心視角。
17.如權(quán)利要求16所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為調(diào)整其對(duì)應(yīng)透鏡堆疊的中心視角從而增加由焦平面提供的圖像角采樣的多樣性。
18.如權(quán)利要求17所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件包括配置為控制自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心的多個(gè)電極。
19.如權(quán)利要求18所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，電極是以按方位角分段的模式布置的以使得電勢(shì)差能夠選擇性地跨電極的子集施加，從而控制自適應(yīng)光學(xué)元件的折光力分布的中心。
20.如權(quán)利要求17所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，中心視角的調(diào)整范圍基于焦平面捕捉其圖像的對(duì)象相對(duì)于照相機(jī)的距離。
21.如權(quán)利要求3所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為提供顏色適配能力。
22.如權(quán)利要求21所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件配置為提供依顏色而定的聚焦。
23.如權(quán)利要求22所述的陣列照相機(jī)模塊，其中: 所有自適應(yīng)光學(xué)元件提供依顏色而定的聚焦； 特定聚焦的顏色選自由紅色、藍(lán)色和綠色組成的組 '及 具有依顏色而定的聚焦的自適應(yīng)光學(xué)元件配置為在透鏡堆疊陣列上實(shí)現(xiàn)η濾光器組。
24.如權(quán)利要求1所述的陣列照相機(jī)模塊，還包括: 配置為測(cè)量至少一個(gè)物理參數(shù)的至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備； 其中，所述電路配置為基于由測(cè)量設(shè)備測(cè)出的至少一個(gè)物理參數(shù)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)兀件。
25.如權(quán)利要求24所述的陣列照相機(jī)模塊，其中: 至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備配置為測(cè)量溫度并生成指示溫度測(cè)量結(jié)果的至少一個(gè)電信號(hào)；及 所述電路配置為基于由至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備生成的指示溫度測(cè)量結(jié)果的至少一個(gè)電信號(hào)來控制自適應(yīng)光學(xué)元件。
26.如權(quán)利要求1所述的陣列照相機(jī)模塊，其中，所述電路配置為基于由控制器生成的至少一個(gè)電信號(hào)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件。
27.—種陣列照相機(jī)模塊,包括: 透鏡堆疊陣列，包括至少兩個(gè)透鏡堆疊，其中，每個(gè)透鏡堆疊包括能夠響應(yīng)于電信號(hào)而調(diào)整由對(duì)應(yīng)透鏡堆疊定義的光學(xué)通道中光透射特性的自適應(yīng)光學(xué)元件，并且每個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件包括液晶層和能夠生成電場(chǎng)的多個(gè)電極，該電場(chǎng)的大小作為關(guān)于透鏡堆疊的徑向和周向位置的函數(shù)而改變，使得透鏡堆疊的焦距和中心視向能夠被調(diào)整； 傳感器，包括用于透鏡堆疊陣列中每個(gè)透鏡堆疊的焦平面，其中，每個(gè)焦平面包括也構(gòu)成多列像素的多行像素并且每個(gè)焦平面被包含在傳感器的不包含來自另一焦平面的像素的區(qū)域中 '及 配置為基于由傳感器生成的至少一個(gè)電信號(hào)來控制至少一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的電路； 其中，透鏡堆疊陣列和傳感器配置為使得每個(gè)透鏡堆疊能夠在對(duì)應(yīng)的焦平面上形成圖像。
【文檔編號(hào)】G02B27/10GK104185808SQ201280057587
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月11日
【發(fā)明者】J·都帕爾 申請(qǐng)人:派力肯影像公司