專利名稱：圖像拾取裝置和圖像拾取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像拾取裝置和圖像拾取方法，更具體地，涉及一種能
夠在兩種圖像拾取模式，例如基于光場(chǎng)攝影(light field photography)技術(shù)的圖 像拾取模式和標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像拾取模式之間切換的圖像拾取裝置和圖像 拾取方法。
背景技術(shù)：
到目前為止，已經(jīng)提出并開發(fā)了各種圖像拾取裝置。而且，已經(jīng)提出了 這樣的圖像拾取裝置，該圖像拾取裝置對(duì)通過圖像拾取而獲得的圖像拾取信 號(hào)實(shí)施預(yù)定圖像處理從而輸出該圖像拾取信號(hào)。例如，專利文獻(xiàn)l和非專利 文獻(xiàn)1提出了采用被稱為光場(chǎng)攝影技術(shù)的圖像拾取裝置。該圖像拾取裝置包 括圖像拾取透鏡、微透鏡陣列、光檢測(cè)器件和圖像處理部，由光檢測(cè)器件獲 得的圖像拾取信號(hào)包括光檢測(cè)器件的光檢測(cè)平面上的光強(qiáng)以及關(guān)于光的行 進(jìn)方向的信息。然后，圖像處理部基于這樣的圖像拾取信號(hào)重構(gòu)從任意視點(diǎn) 或者任意方向所觀察到的圖像。國(guó)際申請(qǐng)公開No.06/039486。 Ren. Ng, et al. "Light Field Photography with a Hand-Held Plenoptic Camera", Standford Tech Report CTSR2005-02。

發(fā)明內(nèi)容
附帶地，利用光場(chǎng)攝影技術(shù)的圖像拾取裝置有望通過在不利用光場(chǎng)攝影 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像拾取模式(被稱為第一圖像拾取模式)和基于光場(chǎng) 攝影技術(shù)的圖像拾取模式(被稱為第二圖像拾取模式)之間適當(dāng)?shù)厍袚Q而利 用這兩種圖像拾取模式。然而，為了以這樣的方式在兩種圖像拾取模式之間 切換，必須機(jī)械地移動(dòng)微透鏡陣列。更具體地，在第一圖像拾取模式中，因 為微透鏡陣列不是必需的，所以有必要移動(dòng)和從以上光軸去除微透鏡陣列。 另一方面，在第二圖像拾取模式中，必須將微透鏡陣列設(shè)置在光軸上。因此，在嘗試通過在兩種圖像拾取模式之間切換而利用兩種圖像拾取模式時(shí)，存在
這樣的問題圖像拾取裝置的構(gòu)造和組件是復(fù)雜的，從而引起整個(gè)圖像拾取
裝置尺寸增大。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供具有簡(jiǎn)單構(gòu)造和組件的圖像拾取裝置和 利用該圖像拾取裝置的圖像拾取方法，該圖像拾取裝置能夠容易地在兩種圖 像拾取模式，例如基于光場(chǎng)攝影技術(shù)的圖像拾取模式和標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像拾 取模式之間切換。
用于實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的根據(jù)本發(fā)明第 一模式的圖像拾取裝置的特征在于
其包括
(A) 圖像拾取透鏡；
(B) 微透鏡陣列部，透過圖像拾取透鏡的光進(jìn)入微透鏡陣列部；以及
(C) 圖像拾取器件，檢測(cè)從^t透鏡陣列部發(fā)射的光，
其中構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的焦距可響應(yīng)于所施加的電壓而 改變，
根據(jù)本發(fā)明第 一模式的圖像拾取裝置可以具有以第 一 圖像拾取模式和 第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取的構(gòu)造，
在以第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透 鏡的焦距變成無窮大，從而通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在圖像拾取器 件上，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過圖像拾取透鏡得到的圖像 形成在微透鏡上，且每個(gè)微透鏡的焦距變成有限的值，從而通過圖像拾取透 鏡形成在微透鏡上的圖像投影在圖像拾取器件上。
而且，用于實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的根據(jù)本發(fā)明第 一模式的圖像拾取方法利用根 據(jù)本發(fā)明第一模式的圖像拾取裝置，該圖像拾取裝置包括
(A) 圖像拾取透鏡；
(B) 微透鏡陣列部，透過圖像拾取透鏡的光進(jìn)入微透鏡陣列部；以及
(C) 圖像拾取器件檢測(cè)從;敞透鏡陣列部發(fā)射的光， 在該圖像拾取裝置中，構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的焦距可響應(yīng)于
所施加的電壓而改變，
該圖像拾取方法的特征在于以第 一圖像拾取才莫式和第二圖像拾取模式 進(jìn)行圖像拾取，在以第 一 圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透 鏡的焦距變成無窮大，從而通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在圖像拾取器 件上，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過圖像拾取透鏡得到的圖像 形成在微透鏡上，且每個(gè)微透鏡的焦距變成有限的值，從而通過圖像拾取透 鏡形成在微透鏡上的圖像投影在圖像拾取器件上。
包括上述優(yōu)選構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明第一模式的圖像拾取裝置或者在該圖 像拾取方法中采用的圖像拾取裝置(以下被共同稱為根據(jù)本發(fā)明第一模式的
圖像拾取裝置等)還包括
(D )圖像處理部，用于對(duì)來自圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理；
以及
(E)電壓提供部，用于向微透鏡陣列部施加電壓，并且 圖像拾取裝置可以具有以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行 圖像拾取的構(gòu)造，
在以第 一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由電壓提供部向微透鏡陣 列部施加電壓，且停止有圖像處理部實(shí)施的預(yù)定圖像處理，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由電壓提供部向微透鏡陣列部 施加電壓且由圖像處理部實(shí)施預(yù)定圖像處理。此外，為了方便，這樣的構(gòu)造 被稱為第一構(gòu)造。
或者，根據(jù)本發(fā)明第一模式的圖像拾取裝置等還包括
(D) 圖像處理部，用于對(duì)來自圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理；
(E) 電壓提供部，用于向微透鏡陣列部施加電壓，并且
該圖像拾取裝置可以具有以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn) 行圖像拾取的構(gòu)造，
在以第一圖像拾取;^莫式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由電壓提供部向微透鏡陣列部 施加電壓且停止由圖像處理部實(shí)施的預(yù)定圖像處理，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由電壓提供部向微透鏡陣 列部施加電壓且由圖像處理部實(shí)施預(yù)定圖像處理。此外，為了方便，這樣的 構(gòu)造被稱為第二構(gòu)造。
具有上述各種優(yōu)選構(gòu)造的任意一種的根據(jù)本發(fā)明第一模式的圖像拾取 裝置等可以具有這樣的構(gòu)造，在該構(gòu)造中還包括用于改變微透鏡陣列部和像拾取器件之間的距離而保持圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部之間的固定距 離的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。為了方便，這樣的構(gòu)造被稱為第三構(gòu)造。然后，在第三構(gòu)造 中，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可以具有這樣的構(gòu)造，其中驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿圖像拾取裝置的光軸移 動(dòng)圖像拾取器件，或者具有這樣的構(gòu)造，其中驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿圖像拾取裝置的光 軸移動(dòng)圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部，或者在第三構(gòu)造中，圖像拾取裝置可
以具有這樣的構(gòu)造，其中還包括
(D) 圖像處理部，用于對(duì)來自圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理；
以及
(E) 電壓提供部，用于向微透鏡陣列部施加電壓，并且
當(dāng)構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的F數(shù)和圖像拾取透鏡的F數(shù)之間發(fā) 生失配時(shí)，從電壓提供部施加到微透鏡陣列部的電壓被改變，且微透鏡陣列 部和圖像拾取器件之間的距離由驅(qū)動(dòng)構(gòu)件改變。
而且，具有上述各種優(yōu)選構(gòu)造的任意一種的根據(jù)本發(fā)明第一模式的圖像 拾取裝置等可以具有這樣的構(gòu)造，其中微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成。 為了方便，這樣的構(gòu)造被稱為第四構(gòu)造。然后，在第四構(gòu)造中，液晶透鏡陣 列可以具有這樣的構(gòu)造，其中液晶透鏡陣列包括
(a) 第一基板，包括第一電極；
(b) 第二基板，包括第二電極；以及
(c) 液晶層，布置在第一電極和第二電極之間，并且 液晶透鏡陣列根據(jù)電壓是否施加到第一電極和第二電極而被用作透
鏡。第一電極和第二電極的至少之一優(yōu)選具有但不限于具有用于形成微透鏡 的曲面。
備選地，在第四構(gòu)造中，圖像拾取裝置等可以具有這樣的構(gòu)造當(dāng)定義 以圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間，且液晶透鏡陣列用作透鏡 時(shí)，每個(gè);f鼓透鏡在X軸方向和Y軸方向具有基本上相等的屈光力(power) (光學(xué)屈光力)。為了方便，這樣的構(gòu)造被稱為第4A構(gòu)造。這里，在定義了 與Z軸正交的任意軸，定義了包括該軸和Z軸的虛設(shè)面，包括在能夠獲得最
中的屈光力是PY時(shí)，在X軸方向和Y軸方向具有基本上相等的屈光力意味 著滿足PY=PX。 備選地，圖像拾取裝置等可以具有這樣的構(gòu)造，其中當(dāng)定 義以圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，發(fā)射沿X軸方向偏
ii振的光的偏振板和偏振方向可變器件設(shè)置在圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部 之間，并且當(dāng)液晶透鏡陣列用作透鏡時(shí)，每個(gè)微透鏡在X軸方向不具有屈光 力(光學(xué)屈光力)而在Y軸方向具有屈光力(光學(xué)屈光力)。為了方便，這
樣的構(gòu)造被稱為第4B構(gòu)造。在第4B構(gòu)造中，液晶透^:陣列構(gòu)成在作為中 心的Z軸上具有各向異性焦距的微透鏡陣列部。換言之，構(gòu)成液晶透鏡陣列 的每個(gè)液晶透鏡形成在YZ面中具有有限焦距而在XZ面中具有無限焦距的 微透鏡。備選地，圖像拾取裝置等可以具有這樣的構(gòu)造，其中當(dāng)定義以圖像 拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，發(fā)射沿X軸方向偏振的光的 偏振板和偏振方向可變器件設(shè)置在圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部之間，并且 當(dāng)液晶透鏡陣列用作透鏡時(shí)，每個(gè)微透鏡在Y軸方向不具有屈光力(光學(xué)屈 光力)而在X軸方向具有屈光力(光學(xué)屈光力)。為了方便，這樣的構(gòu)造被 稱為第4C構(gòu)造。在第4C構(gòu)造中，液晶透鏡陣列構(gòu)成在作為中心的Z軸上 具有各向異性焦距的微透鏡陣列部。換言之，構(gòu)成液晶透鏡陣列的每個(gè)液晶 透鏡形成在XZ面中具有有限焦距而在YZ面中具有無限焦距的微透鏡。屈 光力(光學(xué)屈光力)表示透鏡的折射本領(lǐng)，且典型地由透鏡的焦距倒數(shù)表征。 而且，在X軸方向具有屈光力意味著對(duì)X軸方向的偏振光發(fā)揮透鏡效應(yīng)， 在Y軸方向具有屈光力意味著對(duì)Y軸方向的偏振光發(fā)揮透鏡效應(yīng)，在X軸 方向不具有屈光力意味著對(duì)X軸方向的偏振光不發(fā)揮透鏡效應(yīng)，在Y軸方 向不具有屈光力意味著對(duì)Y軸方向的偏振光不發(fā)揮透鏡效應(yīng)。
用于實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置的特征在于 其包括
(A) 圖像拾取透鏡；
(B) 微透鏡陣列部，透過圖像拾取透鏡的光進(jìn)入微透鏡陣列部；以及
(C) 圖像拾取器件檢測(cè)從微透鏡陣列部發(fā)射的光， 其中當(dāng)定義以圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，發(fā)射沿
X軸方向偏振的光的偏振板和偏振方向可變器件還設(shè)置在圖像拾取透鏡和 -微透鏡陣列部之間，
該微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成，并且
構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡在X軸方向不具有屈光力而在Y軸方 向具有屈光力，或者每個(gè)微透鏡在Y軸方向不具有屈光力而在X軸方向具 有屈光力。
12根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置可以具有這樣的構(gòu)造，其中 以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取， 在以第 一 圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)偏振方向可變器件， 沿構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡不具有屈光力的方向偏振的光透過微透 鏡，且通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在圖像拾取器件上，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)偏振方向可變器件， 沿構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡具有屈光力的方向偏振的光進(jìn)入微透鏡， 通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在微透鏡上，且通過圖像拾取透鏡形成在 微透鏡上的圖像投影在圖像拾取器件上。
用于實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取方法包括根據(jù)本
發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置，該圖像拾取裝置包括
(A) 圖像拾取透鏡；
(B) 微透鏡陣列部，透過圖像拾取透鏡的光進(jìn)入微透鏡陣列部；以及
(C) 圖像拾取器件檢測(cè)從微透鏡陣列部發(fā)射的光， 在該圖像拾取裝置中，當(dāng)定義以圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高
斯空間時(shí)，發(fā)射X軸方向偏振光的偏振板和偏振方向可變器件還設(shè)置在圖像 拾取透鏡和微透鏡陣列部之間，
微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成，并且
構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡在X軸方向不具有屈光力而在Y軸方 向具有屈光力，或者每個(gè)微透鏡在Y軸方向不具有屈光力而在X軸方向具 有屈光力，
該圖像拾取方法的特征在于以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式 進(jìn)行圖像拾取，
在以第 一 圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)偏振方向可變器件， 沿構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡不具有屈光力的方向偏振的光透過微透 鏡，且通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在圖像拾取器件上，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)偏振方向可變器件， 沿構(gòu)成微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡具有屈光力的方向偏振的光進(jìn)入微透鏡， 通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在微透鏡上，且通過圖像拾取透鏡形成在 微透鏡上的圖像」投影在圖像拾取器件上。
包括上述優(yōu)選構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置或者在該圖像拾取方法中采用的圖像拾取裝置(以下被共同稱為根據(jù)本發(fā)明第二模式的
圖像拾取裝置等)還包括
(D)圖像處理部，用于對(duì)來自圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理，
并且
圖像拾取裝置可以具有以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行 圖像拾取的構(gòu)造，
在以第 一 圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由圖像處理部實(shí)施預(yù)定圖 像處理，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由圖像處理部實(shí)施預(yù)定圖像處理。
具有上述各種優(yōu)選構(gòu)造的任意一種的根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取 裝置等可以具有這樣的構(gòu)造，在該構(gòu)造中還包括用于改變微透鏡陣列部和圖 像拾取器件之間的距離而保持圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部之間固定距離 的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。然后，在該構(gòu)造中，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可以具有這樣的構(gòu)造，其中驅(qū)動(dòng) 構(gòu)件沿圖像拾取裝置的光軸移動(dòng)圖像拾取器件，或者具有這樣的構(gòu)造，其中 驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿圖像拾取裝置的光軸移動(dòng)圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部，或者在 該構(gòu)造中，圖像拾取裝置可以具有這樣的構(gòu)造，該構(gòu)造中還包括
(D)圖像處理部，用于對(duì)來自圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理，
并且
當(dāng)構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的F數(shù)和所述圖像拾取透鏡的F 數(shù)之間發(fā)生失配時(shí)，從所述電壓提供部施加到所述微透鏡陣列部的電壓被改 變，且所述微透鏡陣列部和所述圖像拾取器件之間的距離由所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件改 變。
具有上述各種優(yōu)選構(gòu)造的任意一種的根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取 裝置等可以具有這樣的構(gòu)造，在該構(gòu)造中偏振方向可變器件由液晶器件構(gòu) 成。更具體地，圖像拾取裝置等可以具有這樣的構(gòu)造，其中構(gòu)成偏振方向可 變器件的液晶器件包括 (a') —對(duì)基板；
(b')電極，分別布置在所述一對(duì)基板上；以及
(c')液晶層，布置在電極之間，而電極分別布置在所述一對(duì)基板對(duì)上。 在這種情況中，鄰近基板對(duì)的液晶分子的配向方向與X軸方向平行，鄰近另一個(gè)基板的液晶分子的配向方向與Y軸方向平行。而且，電極對(duì)的每個(gè)可以 由一個(gè)電極構(gòu)成。在這種情況下，當(dāng)偏振方向可變器件中的液晶層由液晶材
料制成時(shí)，可以采用具有典型地扭曲向列效應(yīng)(TN效應(yīng))的液晶材料。此 外，偏振板(包括偏振膜或者偏振片)可以是具有已知構(gòu)造和組成的偏振板。 在具有上述各種優(yōu)選構(gòu)造的任意一種的根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾 取裝置中，液晶透鏡陣列包括
(a) 第一基板，包括第一電極；
(b) 第二基板，包括第二電極；以及
(c) 液晶層，布置在第一電極和第二電極之間，并且該圖像拾取裝置 等可以但是不是排他地具有這樣的構(gòu)造，其中
液晶透鏡陣列根據(jù)電壓是否施加到第一電極和第二電極而被用作透 鏡。第一電極和第二電極的至少之一優(yōu)選但是不限于具有用于形成孩i透鏡的 曲面。
在根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置等中，偏振板和偏振方向可變器 件設(shè)置在圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部之間，且偏振板和偏振方向可變器件 可以以這樣的順序從圖像拾取透鏡側(cè)開始設(shè)置或者偏振方向可變器件和偏 振板可以以這樣的順序從圖像拾取透鏡側(cè)開始設(shè)置。
作為根據(jù)本發(fā)明第一模式或者第二模式的圖像拾取裝置等(下文簡(jiǎn)單且 共同稱為本發(fā)明的圖像拾取裝置等)中的圖像拾取透鏡，可以采用攝影機(jī)、 照相機(jī)等中使用的典型圖像拾取透鏡。而且，作為圖像拾取器件(圖像拾取 構(gòu)件)，可以采用布置成二維矩陣形式的多個(gè)CCD (電荷耦合裝置)或者 CMOS傳感器(為了方便，下面被稱為構(gòu)成圖像拾取器件的圖像拾取傳感 器)。微透鏡陣列部由布置成二維矩陣形式的多個(gè)微透鏡構(gòu)成，并且假定微 透鏡的數(shù)量為PxQ,多個(gè)CCD或者CMOS傳感器數(shù)量為MxN,作為例子， 例如但不限于，P=12M且Q=12N。更具體地，微透鏡的有限焦距可以是圖 像拾取器件的圖像拾取面位于微透鏡的焦平面上的位置處的值。期望具有這 樣的構(gòu)造從一個(gè)微透鏡發(fā)射的光不進(jìn)入與鄰近該微透鏡的微透鏡相對(duì)應(yīng)的 圖像拾取傳感器。
在本發(fā)明的圖像拾取裝置等中，可以采用例如將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成4幾械操作 的器件，更具體地為壓電器件、壓電致動(dòng)器或者雙金屬器件，作為驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。 在本發(fā)明的圖像拾取裝置等中，當(dāng)微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成時(shí)，向列液晶、膽甾型液晶或者手性向列液晶可以作為液晶材料的示例。
在本發(fā)明的圖像拾取裝置等中，微透鏡可以是非球面透鏡，但是微透鏡 不限于此，并且微透鏡可以是任何其他透鏡，例如，波帶片、全息透鏡、開
諾全息透鏡(kinoform lens )或者以二元光學(xué)器件為例的衍射透鏡。
根據(jù)本發(fā)明第一模式的圖像拾取裝置或者圖像拾取方法，包括響應(yīng)于所 施加的電壓而改變焦距的微透鏡陣列部，因此，可以易于實(shí)施第一圖像拾取 模式和第二圖像拾取模式之間的圖像拾取模式切換，在第 一 圖像拾取模式 中，進(jìn)入微透鏡陣列部的入射光未被改變方向而在圖像拾取器件上形成圖 像，在第二圖像拾取模式中，入射光在微透鏡上形成圖像，然后該圖像被投 影在圖像拾取器件上。而且，在這兩種圖像拾取模式中采用公用的圖像拾取 光學(xué)系統(tǒng)，因此，圖像拾取裝置的構(gòu)造和組件不復(fù)雜。
而且，根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置或者圖像拾取方法，偏振板 和偏振方向可變器件設(shè)置在圖像拾取透鏡和微透鏡陣列部之間，因此通過啟 動(dòng)偏振方向可變器件可以易于實(shí)施第 一圖像拾取模式和第二圖像拾取模式 之間的圖像拾取切換，在第一圖像拾取模式中，進(jìn)入微透鏡陣列部的入射光 未被改變方向而在圖像拾取器件上形成圖像，在第二圖像拾取模式中，入射 光在微透鏡上形成圖像，然后該圖像被投影在圖像拾取器件上。而且，在這 兩種圖像拾取模式中采用公用的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)，因此，圖像拾取裝置的 構(gòu)造和組件不復(fù)雜。
當(dāng)微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成時(shí)，根據(jù)所采用的液晶材料，液晶 透鏡的折射率可以主要取決于入射光的偏振方向。在利用為非偏振光(隨即 偏振光)的自然光的圖像拾取應(yīng)用中，采用這樣的液晶材料作為用于實(shí)現(xiàn)期 望的折射本領(lǐng)的液晶材料，在該液晶透鏡陣列中，發(fā)生色散，并且結(jié)果，會(huì) 產(chǎn)生大的軸向像差或者倍率像差。因此，為了防止這樣的現(xiàn)象發(fā)生，例如， 不采用自然光而采用單色光作為光源，并且可以采用^^艮據(jù)本發(fā)明第一模式或 者根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置等中的第4B構(gòu)造或者第4C構(gòu)造。 然而，在這些圖像拾取裝置等中的光源不限于單色光，可以根據(jù)所用的液晶 材料而使用自然光。


圖l是第一實(shí)施例的圖像拾取裝置的概念框16圖2A是形成第一實(shí)施例的圖像拾取裝置的微透鏡陣列部的放大示意性
局部截面圖，圖2B是包括在第三實(shí)施例的圖像拾取裝置中的偏振方向可變 器件的放大示意性局部截面圖3A和3B是用于描述微透鏡陣列部的透鏡效應(yīng)的微透鏡陣列部的放 大示意性局部截面圖4A是用于描述第二圖像拾取模式中的預(yù)定圖像處理的圖像拾取透鏡 等的概念框圖，圖4B是用于描述第二圖像拾取模式中的預(yù)定圖像處理的圖
示；
圖5是第二實(shí)施例的圖像拾取裝置的概念框圖6是示出當(dāng)改變圖像拾取透鏡的孔徑時(shí)圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)化處理 示例的流程圖7A、 7B、 7C、和7D是圖像拾取透鏡等的示意圖，用于描述如圖6 所示當(dāng)圖像拾取透鏡的孔徑改變時(shí)圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)化處理中光路改 變的示例；
圖8是圖像拾取透鏡的示意圖，用于描述當(dāng)圖像拾取透鏡的孔徑改變時(shí) 圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)化處理的變型示例；
圖9是第三實(shí)施例的圖像拾取裝置的概念框圖IOA和10B是示意性地示出第三實(shí)施例的圖像拾取裝置中透過微透 鏡的光在圖像拾取器件上形成圖像的狀態(tài)及透過微透鏡的光投射在圖像拾 取器件上的狀態(tài)的圖示；
圖IIA和11B是示意性地示出第三實(shí)施例的圖像拾取裝置中透過微透 鏡的光在圖像拾取器件上形成圖像的狀態(tài)的變型示例及透過微透鏡的光投 影在圖像拾取器件上的狀態(tài)的變型示例的圖示；
圖12是第四實(shí)施例的圖像4合取裝置的概念框圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將基于參考附圖的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。 [第一實(shí)施例]
第 一 實(shí)施例涉及才艮據(jù)本發(fā)明第 一模式的圖像拾取裝置和圖像拾取方法。 更具體地，第一實(shí)施例的圖像拾取裝置具有第一構(gòu)造和第4A構(gòu)造。圖l示 出第一實(shí)施例的圖像拾取裝置1的概念框圖。第 一 實(shí)施例的圖像拾取裝置1拾取經(jīng)受圖像拾取的對(duì)象的圖像以輸出圖
像拾取數(shù)據(jù)D。ut,并包括
(A) 圖像拾取透鏡ll;
(B) 微透鏡陣列部12，透過圖像拾取透鏡11的光進(jìn)入微透鏡陣列部12;
以及
(C) 圖像拾取器件(圖像拾取構(gòu)件)13檢測(cè)從微透鏡陣列部12發(fā)射的光。
構(gòu)成微透鏡陣列部12的每個(gè)微透鏡12-1的焦距可根據(jù)所施加的電壓改
變
這里，在第一實(shí)施例的圖像拾取裝置1中， 利用第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取， 在以第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，構(gòu)成微透鏡陣列部12的每個(gè) 微透鏡12-1的焦距變成無窮大，因此通過圖像拾取透鏡11的圖像形成在圖 像拾取器件13上(如圖1中由虛線表示的光線所示)，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過圖像拾取透鏡11在微透 鏡12-1上形成圖像，且每個(gè)微透鏡12-1的焦距變成有限的值，因此通過圖 像拾取透鏡11在微透鏡12-1上形成的圖像投影在圖像拾取器件13上(如圖 1中由實(shí)線表示的光線所示)。
而且，第一實(shí)施例的圖像拾取裝置1還包括
(D) 圖像處理部14,用于對(duì)來自圖像拾取器件13的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定的 圖像處理；
(E) 電壓提供部(與圖像拾取模式切換部相對(duì)應(yīng))15,用于向微透鏡 陣列部12施力。電壓，
并且圖像拾取裝置1還包括
(F) 控制部17,控制圖像處理部14和電壓^是供部15。
因此，在圖像拾取裝置1中，利用第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模 式進(jìn)行圖像拾取，并且在以第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由電壓 提供部15向微透鏡陣列部12施加電壓，且停止由圖像處理部14執(zhí)行的預(yù) 定圖像處理，而且在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由電壓提供部15 向微透鏡陣列部12施加電壓且由圖像處理部14執(zhí)行預(yù)定圖像處理。
在第一實(shí)施例或者下面將描述的第二到第四實(shí)施例中，圖像拾取透鏡11
18是用于拾取經(jīng)受圖像拾取的對(duì)象的圖像的主透鏡，且由例如攝影機(jī)、照相機(jī) 等中使用的典型圖像拾取透鏡構(gòu)成。而且，微透鏡陣列部12由以二維矩陣
形式布置的多個(gè)(第一實(shí)施例中數(shù)量PxQ二325x230)微透鏡12-1構(gòu)成，且 依賴于圖像拾取透鏡11的聚焦的焦點(diǎn)狀態(tài)，微透鏡陣列部12布置在圖像拾 取透鏡11的焦平面上。附帶地，附圖中的附圖標(biāo)記f,表示從圖像拾取透鏡 11的中心到微透鏡陣列部12的圖像形成面的距離。在這種情況下，微透鏡 陣列部12由多個(gè)液晶透鏡陣列構(gòu)成。圖像拾取器件13由以二維矩陣形式布 置的多個(gè)CCD (第一實(shí)施例中像素的數(shù)量MxN二4032x2688)構(gòu)成。圖像拾 取器件13檢測(cè)從微透鏡陣列部12射出的光，且產(chǎn)生圖像拾取信號(hào)。圖像拾 取器件13布置在微透鏡陣列部12的焦平面上。附帶地，附圖中的附圖標(biāo)記 f2表示從微透鏡陣列部12的中心到圖像拾取器件13的圖像形成面的距離(每 個(gè)微透鏡12-1的焦距)，例如為f2=0.432mm。圖像拾取器件驅(qū)動(dòng)構(gòu)件16驅(qū) 動(dòng)圖像拾取器件13并控制圖像拾取器件13的光檢測(cè)操作?？刂撇?7控制 圖像處理部14、電壓提供部15和圖像才合取器件驅(qū)動(dòng)構(gòu)件16的操作。更具體 地，控制部17適當(dāng)?shù)乜刂茍D像拾取器件驅(qū)動(dòng)構(gòu)件16的驅(qū)動(dòng)操作，且基于兩 種圖像拾取模式，也就是，第一圖像拾取模式和第二圖像拾取模式控制圖像 處理部14和電壓提供部15的操作?？刂撇?7由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
在第一實(shí)施例或者下面將描述的第二到第四實(shí)施例中，電壓由電壓提供 部15施加到微透鏡陣列部12。然后，在第一實(shí)施例或者下面將描述的第二 和第三實(shí)施例中，響應(yīng)微透鏡陣列部12的電壓施加狀態(tài)，實(shí)施兩種圖像拾 取模式，也就是，第一圖像拾取模式和第二圖像拾iM莫式之間的切換，其中 第 一 圖像拾取模式是標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像拾取模式，第二圖像拾取模式是基于 光場(chǎng)攝影技術(shù)的圖像拾取模式。
在第一實(shí)施例或者下面將描述的第二到第四實(shí)施例中，在第二圖像拾取 模式中，在圖像處理部14中實(shí)施預(yù)定圖像處理。在第二圖像拾取模式中， 圖像處理部14對(duì)由圖像拾取器件13獲得的信號(hào)(圖像才合取信號(hào))實(shí)施預(yù)定 圖像處理以輸出該信號(hào)作為圖像拾取數(shù)據(jù)D。ut。更具體地，實(shí)施基于光場(chǎng)攝 影技術(shù)的再聚焦運(yùn)算處理(refocusing arithmetic processing )。 然后,從任意 視點(diǎn)或者任意方向所觀察到的圖像可以通過再聚焦運(yùn)算處理;故重構(gòu)，并且可 以獲得圖像的三維信息。此外，下面將描述再聚焦運(yùn)算處理。
圖2A示出第一實(shí)施例或者下面將描繪的第二實(shí)施例中的微透鏡陣列部12的示意性局部截面圖。微透鏡陣列部12由液晶透鏡陣列構(gòu)成，該液晶透
鏡陣列包括
(d) 第一基板21，包括第一電極22;
(e) 第二基板25,包括第二電極24;以及
(f) 液晶層23,布置在第一電極和第二電極之間。
因此，液晶透鏡陣列根據(jù)電壓是否施加到第一電極22和第二電極24而用作 透鏡。在這種情況下，第一電極22和第二電極24的至少之一 (第一實(shí)施例 中第一電極22)具有用于形成微透鏡12-1的曲面。此外，電壓從電壓提供 部15施加到第一電極22和第二電極24。而且，第一電極22和第二電極24 是公用電極，它們中的每個(gè)由一個(gè)電極構(gòu)成。在第一實(shí)施例中，當(dāng)以圖像拾 取裝置1的光軸作為Z軸定義三維高斯空間，且液晶透鏡陣列用作透鏡時(shí)， 每個(gè)微透鏡12-1在X軸方向和Y軸方向具有基本上相等的屈光力(power) (光學(xué)屈光力)。更具體地，在定義與Z軸正交的任意軸且定義包括該軸和 Z軸的虛設(shè)面的情況中，例如，當(dāng)包括在能夠獲得最大屈光力的虛設(shè)面中的 軸的是X軸且X軸方向中的屈光力是Px、Y軸方向中的屈光力是PY時(shí)，PfPx 被建立。換言之，在這樣的構(gòu)造中，液晶透鏡陣列構(gòu)成在作為中心的Z軸上 具有各向同性焦距的微透鏡陣列部。此外，作為這樣的液晶透鏡陣列，可以 釆用例如日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No.2006-18325或者No.2006-189434 中公開的光學(xué)特性可變光學(xué)元件，但是液晶透鏡陣列不限于此。
在這種情況中，第一基板21和第二基板25中的每個(gè)由透明基板諸如允 許入射光透過的玻璃基板構(gòu)成。而且，第一電極22和第二電極24中的每個(gè) 由例如用ITO (銦錫氧化物)制成的透明電極構(gòu)成，與第一基板21和第二 基板25的情況一樣，第一電極22和第二電極24允許入射光透過。如以上 所述，多個(gè)凹曲面以二維矩陣形成在第一電極22和第二電極24的表面S, 和S2的電極22的表面S,上。液晶層23由非偏振(non-polarizing) /各向同 性折射率液晶，例如向列液晶制成，并且通過響應(yīng)施加在第一電極22和第 二電極24之間的電壓改變液晶層23中的液晶分子的配向態(tài)來改變液晶層23 的折射率。此外，即使在下面將描述的第二到第四實(shí)施例任意之一的由液晶
透鏡陣列構(gòu)成的微透鏡陣列部中，這樣的液晶透鏡陣列的基本構(gòu)造和組成也 可以是相同的。
此外，如同第一實(shí)施例的圖像拾取裝置1，當(dāng)包括各種波長(zhǎng)范圍的光的自然光用于圖像拾取時(shí)，優(yōu)選第一電極22的表面S,是非球面表面，因此微 透鏡12-1變成非球面透鏡。與微透鏡12-1由球面透鏡構(gòu)成的情況相比，由 非球面透鏡構(gòu)成的微透鏡12-1的曲率可以較小，因此光學(xué)設(shè)計(jì)變得更容易。 而且，與微透鏡12-1由衍射透鏡構(gòu)成的情況相比，在折射入射光的時(shí)候?qū)?波長(zhǎng)的依賴度消失，因此可以防止軸向色差等的產(chǎn)生，并且微透鏡12-1可 以具有適于利用包括各種波長(zhǎng)范圍的光的自然光進(jìn)行圖像拾取的構(gòu)造。此 外，在將微透鏡12-1用于利用單色光成像等的情況中，不存在波長(zhǎng)依賴或 軸向色差的問題，因此與由非球面透鏡構(gòu)成的微透鏡12-1相比，由衍射透 鏡構(gòu)成的微透鏡12-1會(huì)具有較優(yōu)的光學(xué)特性。
參考圖1、圖3A和3B、圖4A和4B,下面將詳細(xì)描述第一實(shí)施例的圖 像拾取裝置1的操作。圖3A和3B是用于描述微透鏡陣列部12的透鏡效應(yīng) 的示意性局部截面圖，圖3A示出電壓未施加到微透鏡陣列部12 (第一圖像 拾取模式)的情形，圖3B示出電壓施加到微透鏡陣列部12 (第二圖像拾取 模式)的情形。
在第一實(shí)施例的圖像拾取裝置1中，在第二圖像拾取模式中，經(jīng)受圖像 拾取的對(duì)象的圖像通過圖像拾取透鏡11形成在微透鏡12-1上。然后，從微 透鏡12-1射出的光到達(dá)圖像拾取器件13,且被投影在圖像拾取器件13上， 從而在圖像拾取器件驅(qū)動(dòng)構(gòu)件16的控制下圖像拾取信號(hào)由圖像拾取器件13 獲得。換言之，在電壓從電壓提供部15施加到第一電極22和第二電極24 的第二圖像拾取模式中，液晶層23的折射率被改變，因此如圖3B所示，進(jìn) 入微透鏡12-1的入射光Lu在微透鏡12-1中發(fā)生折射從而被聚集到光軸L0 上作為焦點(diǎn)的像素PLu。因此，當(dāng)以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，電 壓被施加到微透鏡陣列部12,以便將構(gòu)成微透鏡陣列部12的每個(gè)微透鏡 12-1的焦距改變?yōu)橛邢拗?更具體地，將每個(gè)^:透鏡12-1的焦距改變?yōu)閺?微透鏡陣列部12的圖像形成面到圖像拾取器件13的圖像拾取面的距離)， 所以通過圖像拾取透鏡11形成在微透鏡12-1上的圖像能夠被投影(聚集、 會(huì)聚)在圖像拾取器件13上。
另一方面，在第一圖像拾JPM莫式中，構(gòu)成微透鏡陣列部12的每個(gè)微透 鏡12-1的焦距無窮大，且經(jīng)受圖像拾取的對(duì)象的圖像通過圖像拾取透鏡11 形成在圖像拾取器件13上而不受微透鏡12-1的影響。然后，在圖像拾取器 件驅(qū)動(dòng)構(gòu)件16的控制下，圖像拾取信號(hào)由圖像拾取器件13獲得。換言之，
21在從電壓提供部15未施加電壓到第一電極22和第二電極24的第一圖像拾 取模式中，液晶層23的折射率未改變，因此如圖3A所示，進(jìn)入微透鏡12-1 的入射光Ln在微透鏡12-1中未發(fā)生折射。微透鏡陣列部12的焦距無窮大， 因此向圖像拾取器件13行進(jìn)的光未被改變。從而，當(dāng)以第一圖像拾取模式 進(jìn)行圖像拾取時(shí)，向微透鏡陣列部12施加電壓被停止使得構(gòu)成微透鏡陣列 部12的每個(gè)微透鏡12-1的焦距變成無窮大，因此通過圖像拾取透鏡11得到 的圖像可以形成在圖像拾取器件13上。
因此，在標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像拾取模式(第一圖像拾取模式)中，通過控 制部17的控制，停止由電壓提供部15向微透鏡陣列部12施加電壓，從而， 結(jié)果，構(gòu)成微透鏡陣列部12的每個(gè)微透鏡12-1的焦距變成無窮大，進(jìn)入微 透鏡陣列部12的入射光沒有改變地行進(jìn)，通過圖像拾取透鏡11得到的圖像 形成在圖像拾取器件13上。換言之，通過圖像拾取透鏡ll得到的圖像到達(dá) 圖像拾取器件13而沒有改變，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像拾取。另一方面，在 基于光場(chǎng)攝影技術(shù)的圖像拾取模式(第二圖像拾取模式)中，通過圖像拾取 透鏡11得到的圖像形成在微透鏡12-1上。然后，在控制部17的控制下，通 過電壓提供部15向微透鏡陣列部12施加電壓，從而，結(jié)果，從-徵透鏡12-l 射出的光聚集到圖像拾取器件13上。換言之，當(dāng)構(gòu)成微透鏡陣列部12的每 個(gè)微透鏡12-1的焦距變成有限值時(shí)，通過圖像拾取透鏡11的圖像可以投影 在圖像拾取器件13上。更具體地，如圖3B所示，進(jìn)入微透鏡陣列部12的 入射光Lu (由實(shí)線表示)投影在圖像拾取器件13上的點(diǎn)(像素)PL，,上， 進(jìn)入微透鏡陣列部12的入射光L12 (由虛線表示)投影在圖像拾取器件13 上的點(diǎn)(像素)PL,2上，進(jìn)入微透鏡陣列部12的入射光Lu (由交替的長(zhǎng)短 劃線表示)投影在圖像拾取器件13上的點(diǎn)(像素)PLu上。換言之，當(dāng)進(jìn) 入^t透^:陣列部12的入射光的入射方向改變時(shí)，入射光^皮^:影(聚集)到 圖像拾取器件13上的不同點(diǎn)(不同像素)。
由圖像拾取器件13獲得的圖像拾取信號(hào)被傳送到圖像處理部14。然后， 在圖像處理部14中，通過控制部17的控制，對(duì)圖像拾取信號(hào)實(shí)施預(yù)定圖像 處理從而輸出圖像拾取信號(hào)作為圖像拾取數(shù)據(jù)D。ut。更具體地，在第一圖像 拾取模式中，通過控制部17的控制，停止由圖像處理部14執(zhí)行預(yù)定圖像處 理，從而，結(jié)果，輸入的圖像拾取信號(hào)作為圖像拾取數(shù)據(jù)D。ut被輸出。另一 方面，在第二圖像拾取模式中，通過控制部17的控制，利用圖像處理部14
22執(zhí)行預(yù)定圖像處理(再聚焦運(yùn)算處理)，從而，結(jié)果，對(duì)輸入的圖像拾取信 號(hào)實(shí)施預(yù)定圖像處理，且所處理的圖像拾取信號(hào)輸出而作為圖像拾取數(shù)據(jù)
現(xiàn)在，參考圖4A和4B，將詳細(xì)描述圖像處理部14中作為預(yù)定圖像處 理的再聚焦運(yùn)算處理。此外，再聚焦運(yùn)算處理同樣適用于下面將描繪的第二 到第四實(shí)施例。
如圖4A所示，在圖像拾取透鏡11的圖像拾取透鏡面11A上定義直角 坐標(biāo)系U， v ),在圖像拾取器件13的圖像拾取面13A上定義直角坐標(biāo)系(x， y)。當(dāng)圖像拾取透鏡11的圖像拾取透鏡面和圖像拾取器件13的圖像拾取面 之間的距離被定義為"f'時(shí)，如圖4A所示的透過圖像拾取透鏡11的和圖 像拾取器件13的光線Lw可以由四元函數(shù)LF (x， y， u， v)表示。因此， 可以獲得關(guān)于光線Lw的行進(jìn)方向的信息和關(guān)于光線Lm的位置的信息。然 后，在這種情況下，當(dāng)圖像拾取透鏡面IIA、圖像拾取面13A和再聚焦面(微 透鏡陣列部12的圖像形成面，通過圖像拾取透鏡11的圖像形成在微透鏡陣 列部12的圖像形成面中)12A之間的位置關(guān)系確定為如圖4B所示時(shí)，也就 是，在確定再聚焦面12A從而建立f:a.f的情況中，再聚焦面12A上的坐標(biāo) (s, t)的探測(cè)光強(qiáng)Lp (s, t,u,v)在圖像拾取面13A上由下面的公式(1) 表示。而且，再聚焦面12A上獲得的圖像Ep (s， t)是通過將上述探測(cè)光強(qiáng) LF, (s,t，u，v)關(guān)于透鏡孔徑積分而得到的值，因此，困像Ef,(s， t)由下面 的公式(2)表示。因此，當(dāng)基于公式(2)進(jìn)行再聚焦運(yùn)算處理時(shí)，從任意 方向的任意視點(diǎn)所觀察到的圖像可以基于光場(chǎng)攝影技術(shù)由圖像拾取數(shù)據(jù)D。ut 重構(gòu)得到，并且可以獲得圖像的三維信息。
EF, (s, t) = JJlf(s, t， u, v)dudv
iLF4u(l——)+ —,v(l——)+ —,u,v^dudv aaaa J從而，在第一實(shí)施例中，微透鏡陣列部12由液晶透鏡陣列構(gòu)成，因此
液晶層23的折射率根據(jù)電壓是否施加到液晶層23而改變，從而可以改變?nèi)?射光的折射方向(焦點(diǎn)位置)。換言之，當(dāng)從電壓提供部15向微透鏡陣列部 12施加電壓時(shí)，入射到構(gòu)成微透鏡陣列部12的微透鏡12-1的入射光被折射 以投影在圖像拾取器件13上。另一方面，在微透鏡陣列部12未施加有電壓 的狀態(tài)下，入射光不發(fā)生折射，并且未被折射的入射光的圖像形成在圖像拾 取器件13上。因此，第二圖像拾取模式和第一圖像拾取模式之間的圖像拾 取模式切換變得可能，其中在第二圖像拾取模式中，對(duì)通過將入射光投影到 圖像拾取器件13上獲得的圖像拾取信號(hào)實(shí)施預(yù)定圖像處理，在第一圖像拾 取模式中，入射光的圖像在不改變方向的情況下形成在圖像拾取器件13上， 以獲得圖像拾取信號(hào)。而且，在第一圖像拾取模式和第二圖像拾取模式中， 采用公用圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)(圖像拾取透鏡11、微透鏡陣列部12和圖像拾 取器件13),因此裝置構(gòu)造不復(fù)雜。此外，圖像拾取模式之間的切換通過電 學(xué)方法實(shí)施，因此與實(shí)施機(jī)械切換的情況相比，改善了切換操作過程的可靠 性。
此外，當(dāng)每個(gè)微透鏡12-1由非球面透鏡構(gòu)成時(shí)，與每個(gè)微透鏡12-1由 球面透鏡構(gòu)成的情況相比，曲率會(huì)更小，因此光學(xué)設(shè)計(jì)可以更容易。而且， 與每個(gè)^敖透鏡12-1由衍射透鏡構(gòu)成的情況相比，折射入射光的時(shí)候?qū)ΣㄩL(zhǎng) 的依賴性可以消除，并且可以防止軸向色差等的產(chǎn)生。因此可以獲得作為利 用包括各種波長(zhǎng)范圍的光的自然光的圖像拾取裝置的最佳構(gòu)造。
此外，在上述第一實(shí)施例中，在一些情況中，可以采用第二種構(gòu)造，在 該第二種構(gòu)造中，以第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)和以第二圖像拾取模 式進(jìn)行圖像拾取時(shí)從電壓提供部15向微透鏡陣列部12施加電壓的狀態(tài)彼此 交換。也就是，圖像拾取裝置還包括
(D) 圖像處理部14，用于對(duì)由圖像拾取器件13獲得的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定 圖像處理；
(E) 電壓提供部15,用于向微透鏡陣列部12施加電壓，并且 圖像拾取裝置可以具有這樣的構(gòu)造，其中
以第一圖像拾取模式(標(biāo)準(zhǔn)圖像拾取模式)和第二圖像拾取模式(基于 光場(chǎng)攝影技術(shù)的圖像拾取模式)實(shí)施圖像拾取，
在以第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，電壓從電壓提供部15施加到微透鏡陣列部12 ，并且停止圖像處理部14執(zhí)行的預(yù)定圖像處理，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止從電壓提供部15向微透 鏡陣列部12施加電壓，且由圖像處理部14執(zhí)行預(yù)定圖像處理。此外，對(duì)下 面將描述的第二和第三實(shí)施例而言情況相同。 [第二實(shí)施例]
第二實(shí)施例是對(duì)第一實(shí)施例的變型，更具體地，第二實(shí)施例涉及第三構(gòu) 造和第4A構(gòu)造。圖5示出第二實(shí)施例的圖像拾取裝置的概念框圖，第二實(shí) 施例的圖像拾取裝置2還包括驅(qū)動(dòng)構(gòu)件18,該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件18改變微透鏡陣列 部12和圖像拾取器件(圖像拾取構(gòu)件)13之間的距離而保持圖像拾取透鏡 11和微透鏡陣列部12之間的固定距離。然后，當(dāng)圖像拾取透鏡11的F數(shù) (F-number)和構(gòu)成微透鏡陣列部12的各個(gè)微透鏡的F數(shù)之間發(fā)生失配時(shí)， 從電壓提供部15施加到微透鏡陣列部12的電壓被改變，并且微透鏡陣列部 12和圖像拾取器件13之間的距離由驅(qū)動(dòng)構(gòu)件18改變。驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(對(duì)應(yīng)于圖 像拾取器件移位部)18可以由將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械操作的器件構(gòu)成，例如， 由壓電器件、壓電致動(dòng)器或者雙金屬器件構(gòu)成。
參考圖5、 6和7A到7D,下面將詳細(xì)描述作為第二實(shí)施例的圖像拾取 裝置2中的特征操作的F數(shù)匹配處理(圖像拾取透鏡11的孔徑改變時(shí)的圖 像拾取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)化處理)?，F(xiàn)在，圖6示出當(dāng)孔徑改變時(shí)圖像拾取光學(xué) 系統(tǒng)最優(yōu)化處理的流程圖，圖7A到7D是圖像拾取透鏡11等的示意圖，用 于描述圖像拾取透鏡11的孔徑改變時(shí)圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)化處理中的光 路的示例。此外，圖像拾取裝置2的基本操作(圖像拾取操作)可以與第一 實(shí)施例的圖像拾取裝置1相同，因此沒有給出相應(yīng)的詳細(xì)描述。
在圖像拾取裝置2中，例如，如圖7A中示出的光線I^和L22，首先假 設(shè)圖像拾取透鏡11的F數(shù)和構(gòu)成微透鏡陣列部12的每個(gè)微透鏡的F數(shù)(下 面，簡(jiǎn)單稱為微透鏡的F數(shù))相匹配。然后，當(dāng)圖像拾取透鏡11的孔徑由 圖7A中示出的狀態(tài)改變(圖6中的步驟S21)時(shí)，如圖7B中示出的光線 L23和L22，發(fā)生圖像拾取透鏡11的F數(shù)(來自入瞳直徑11-1 )與微透鏡的F 數(shù)之間的不匹配(步驟S22)。在圖7B示出的示例中，從電壓提供部15施 加到微透鏡陣列部12的電壓由控制部17改變，從而改變微透鏡陣列部12 中產(chǎn)生的屈光力(步驟S23)。
然后，如圖7C所示，光在微透鏡陣列部12中的折射被減少，從微透鏡陣列部12射出的光從光線L22變成L24。然后，如同光線L23和L24所表示，
圖像拾取透鏡11的F數(shù)(來自入瞳直徑11-1)和微透鏡的F翁:彼此再次匹 配(步驟24)。然而，從圖7C明顯看出，不像圖7A和7B中的光線L22不 同，圖像拾取器件13中與一個(gè)微透鏡相對(duì)應(yīng)的圖像拾取區(qū)域13-1 (在圖7A 到7D中由對(duì)角陰影區(qū)域表示)與圖像拾取區(qū)域13-1中光線1^所到達(dá)的區(qū) 域之間彼此不匹配，并且如果這種狀態(tài)保持，則圖像拾取時(shí)分辨率降低。
因此，接下來，在圖示示例中，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(圖像拾取器件移位部)18 由控制部17控制以沿光軸Lo (圖像拾取裝置的光軸LL )在遠(yuǎn)離微透鏡陣列 部12的方向上移動(dòng)圖像拾取器件13 (步驟S25)。然后，如圖7D中示出的 光線1^和L24，圖像拾取區(qū)域13-1與圖像拾取區(qū)域13-1中光線L24所到達(dá) 的區(qū)域之間彼此再次匹配，并且圖像拾取器件13中的圖像拾取區(qū)域被優(yōu)化。 從而，完成圖像拾取透鏡ll的孔徑改變時(shí)的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)化處理。 在第二實(shí)施例中，實(shí)施這樣的處理，因此圖像拾取時(shí)不發(fā)生分辨率降低。當(dāng) 驅(qū)動(dòng)構(gòu)件18由例如將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械操作的裝置構(gòu)成時(shí)，可以形成簡(jiǎn)單 且節(jié)省空間的圖像拾取裝置。
此外，代替在實(shí)施改變構(gòu)成微透鏡陣列部12的微透鏡的屈光力的處理 (步驟S23)之后實(shí)施移動(dòng)圖像拾取器件13的處理，實(shí)施移動(dòng)圖像拾取器 件13的處理(步驟25 )可以在改變構(gòu)成微透鏡陣列部12的微透鏡的屈光力 的處理之前進(jìn)行。
而且，在將圖像拾取透鏡11與微透鏡的F數(shù)彼此匹配之后，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件 18移動(dòng)圖像拾取器件13,從而微透鏡陣列部12和圖像拾取器件13之間的 距離被改變；然而，備選地，如圖8A和8B所示，圖像拾取裝置可以具有 這樣一種構(gòu)造，其中代替參考圖7D所描述的操作，在實(shí)施步驟S21到S24 的處理之后，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿圖像拾取裝置的光軸LL移動(dòng)圖像拾取透鏡11和微 透鏡陣列部12，同時(shí)保持圖像拾取透鏡11和微透鏡陣列部12之間的固定距 離。更具體地，圖像拾取透鏡ll和微透鏡陣列部12沿圖像拾取裝置的光軸 Lo (圖像拾取裝置的光軸LL)移動(dòng)，使得由光線1^和L22在圖像拾取器件 13上形成的圖像尺寸與由光線La和L24形成的圖像尺寸匹配(使得兩種情 況中，圖像拾取區(qū)域與圖像拾取區(qū)域13-1匹配)。與移動(dòng)圖像拾取透鏡11 的機(jī)理一樣，可以采用用于標(biāo)準(zhǔn)圖像拾取的圖像拾取透鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)理。
第二實(shí)施例中所描述的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件18和F數(shù)匹配處理(圖像拾取透鏡的孔徑改變時(shí)的圖傳4合取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)化處理)可應(yīng)用于下面描述的第三和第
四實(shí)施例。
第三實(shí)施例也是第一實(shí)施例的變型。在第三實(shí)施例中，采用第4B構(gòu)造。 換言之，如圖9中示出的概念框圖，當(dāng)定義了以圖像拾取裝置3的光軸作為 Z軸的三維高斯空間時(shí)，向X軸方向發(fā)射偏振光的偏振4反30和偏振方向可 變器件40設(shè)置在圖像拾取透鏡11和微透鏡陣列部312之間。然后，當(dāng)構(gòu)成 微透鏡陣列部312的液晶透鏡陣列用作透鏡時(shí)，每個(gè)微透鏡在X軸方向不具 有屈光力(光學(xué)屈光力)且在Y軸方向具有屈光力(光學(xué)屈光力)。也就是， 液晶透鏡陣列構(gòu)成在作為中心Z軸上具有各向異性焦距的微透鏡陣列部 312。換言之，構(gòu)成液晶透鏡陣列的每個(gè)液晶透鏡形成在YZ面中具有有限 焦距而在XZ面中具有無限焦距的微透鏡。
偏振方向可變器件40由液晶器件構(gòu)成。更具體地，如圖2B的示意性局 部截面圖所示，偏振方向可變器件40包括 (a') —對(duì)基板41和45;
(b')電極42和44,分別布置在所述一對(duì)基板41和45上， (c')液晶層43,布置在電極42和44之間，而電4及42和44分別布置 在所述一對(duì)基板41和45上。
現(xiàn)在，鄰近一個(gè)基4反41的液晶分子的配向方向與X軸方向平行，鄰近 另一個(gè)基板45的液晶分子的配向方向與Y軸方向平行。而且，電極42由一 個(gè)平坦電極構(gòu)成，電極44由一個(gè)平坦電極構(gòu)成。
在第三實(shí)施例中，單色光源用作光源，但是光源不限于此。透過偏振板 30的光僅具有平行于X軸的偏振分量。然后，在偏振方向可變器件40的第 一操作模式中，透過偏振方向可變器件40的光的偏振方向不被構(gòu)成偏振方 向可變器件40的液晶分子改變方向，并且保持不變。因?yàn)闃?gòu)成作為微透鏡 陣列部312的液晶透鏡陣列的每個(gè)液晶透鏡是在作為中心的Z軸上具有各向 異性焦距(在X軸方向的焦距無窮大而在Y軸方向的焦距是有限值)的微 透鏡，所以透過微透鏡312-1的光(通過圖像拾取透鏡11得到的圖像)不被 微透鏡312-1改變。因此，透過微透鏡312-1的光的圖像(通過圖像拾取透 鏡11得到的圖像)形成在圖像拾取器件(圖像拾取構(gòu)件)13上。這種狀態(tài) 在IOA示意性地示出。另一方面，在偏振方向可變器件40的第二操作模式中，透過偏振方向
方向彎曲。在這種情況中，如以上所述，構(gòu)成微透鏡陣列部312的液晶透鏡 陣列中的每個(gè)液晶透鏡是在作為中心的Z軸上具有各向異性焦距(在X軸 方向的焦距無窮大而在Y軸方向的焦距是有限值)的微透鏡，所以形成在微 透鏡312-1上的光(通過圖像拾取透鏡11得到的圖像)投影到圖像拾取器件 13上。
然后，在第三實(shí)施例中，當(dāng)偏振方向可變器件40處在第一操作模式中 時(shí)，可以采用第一圖像拾取模式，當(dāng)偏振方向可變器件40處在第二操作模 式中時(shí)，可以采用第二圖像拾取模式。
作為這樣的液晶'透鏡陣列，可以采用例如日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)^^開 No.2006-079669中公開的液晶透鏡器件或者日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開 No.H5-034656中公開的焦距可變液晶透鏡，但是液晶透鏡陣列不限于此。液 晶透鏡器件或者液晶透鏡僅對(duì)偏振方向與摩擦方向同向的光具有透鏡效應(yīng)。 因此，基板對(duì)41和45中的摩擦方向可以是與X軸方向平行的方向和與Y 軸方向平4于的方向。
根據(jù)制成所采用液晶層43的液晶材料的種類，當(dāng)電壓被施加到電極42 和44時(shí)可以獲得第二操作模式，或者當(dāng)電壓未施加到電極42和44時(shí)可以 獲得第二操作模式。而且，根據(jù)制成液晶層43的液晶材料的種類，當(dāng)液晶 透鏡陣列用作透鏡時(shí)，圖像拾取裝置可以具有這樣的構(gòu)造，其中每個(gè)微透鏡 在Y軸方向中不具有屈光力(光學(xué)屈光力)(這種狀態(tài)在圖IIA中示意性示 出)且在X軸方向具有屈光力(光學(xué)屈光力)(這種狀態(tài)在圖11B中示意性 示出)，也就是，第4C構(gòu)造。在第4C構(gòu)造中，液晶透鏡陣列構(gòu)成在作為中 心的Z軸上具有各向異性焦距的微透鏡陣列部312。換言之，構(gòu)成液晶透鏡 陣列的每個(gè)液晶透鏡形成在XZ面具有有限焦距而在YZ面具有無限焦距的 微透鏡。因此，同樣在這種情況中，當(dāng)電壓被施加到電極42和44時(shí)，可以 獲得第二操作模式，或者當(dāng)電壓未被施加到電極42和44時(shí)，可以獲得第二 操作模式。對(duì)下面將描述的第四實(shí)施例而言情況相同。
例如第三實(shí)施例的圖像拾取裝置3或者下面將描述的第四實(shí)施例的圖像 拾取裝置4，在將單色光用于圖像拾取的情況中，當(dāng)微透鏡由衍射透鏡構(gòu)成 時(shí)，不發(fā)生波長(zhǎng)依賴度或軸向色差的問題，因此與由球面透鏡構(gòu)成的微透鏡12-1相比，由衍射透鏡構(gòu)成的微透鏡會(huì)獲得較優(yōu)的光學(xué)特性。 [第四實(shí)施例]
第四實(shí)施例涉及根據(jù)本發(fā)明第二模式的圖像拾取裝置和圖像拾取方法。
圖12示出第四實(shí)施例的圖像拾取裝置4的概念框圖。更具體地，與第三實(shí) 施例的圖像拾取裝置3的情況一樣，第四實(shí)施例的圖像拾取裝置4包括 (A)圖像拾取透鏡11;
(B )微透鏡陣列部412，透過圖像拾取透鏡11的光進(jìn)入微透鏡陣列部 412;以及
(C )圖像拾取器件(圖像拾取構(gòu)件)13檢測(cè)從微透鏡陣列部412發(fā)射 的光，并且
其中，當(dāng)定義以圖像拾取裝置4的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，在圖像 拾取透鏡11和微透鏡陣列部412之間進(jìn)一步設(shè)置發(fā)射沿X軸方向的偏振光 的偏振板30和偏振方向可變器件40。
然后，如第三實(shí)施例的圖像拾取裝置3的情況一樣，微透鏡陣列部412 由液晶透鏡陣列構(gòu)成，并且在第四實(shí)施例中，構(gòu)成微透鏡陣列部412的每個(gè) 微透鏡412-1在X軸方向不具有屈光力而在Y軸方向具有屈光力。而且，在 第四實(shí)施例中，采用單色光作為光源，但是光源不限于此。
在第四實(shí)施例的圖像拾取裝置4中，與第三實(shí)施例的圖像拾取裝置3 —
樣，
利用第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取，
在以第 一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)偏振方向可變器件 40,沿著構(gòu)成微透鏡陣列部412的每個(gè)微透鏡412-1不具有屈光力的方向的 偏振光透過微透鏡412-1，并且通過圖像拾取透鏡11得到的圖像形成在圖像 拾取器件13上，并且
在以第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)偏振方向可變器件 40，沿著構(gòu)成微透鏡陣列部412的每個(gè)微透鏡412-1具有屈光力的方向的偏 振光進(jìn)入微透鏡412-1，通過圖像拾取透鏡11得到圖像形成在微透鏡412-1 上，并且通過圖像拾取透鏡11形成在微透鏡412-1上的圖像通過^f敖透鏡412-1 投影在圖像拾取器件13上。
而且，第四實(shí)施例的圖像拾取裝置4還包括圖像處理部14，用于對(duì)來自 圖像拾取器件13的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理。然后，在圖像拾取裝置4中，以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取，在以第 一 圖像拾取 模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由圖像處理部14執(zhí)行的預(yù)定圖像處理，在以第 二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由圖像處理部14執(zhí)行預(yù)定圖像處理。
偏振方向可變器件40由液晶器件構(gòu)成。更具體地，構(gòu)成偏振方向可變 器件40的液晶器件可以與第三實(shí)施例中描述的液晶器件相同，因此將不給 出詳細(xì)描迷。而且，構(gòu)成第四實(shí)施例的圖像拾取裝置4的圖^象拾取透鏡11、 微透鏡陣列部412和的圖像拾取器件13的構(gòu)造和組成可以與構(gòu)成第三實(shí)施 例的圖像拾取裝置3的圖像拾取透鏡11 、微透鏡陣列部312和圖像拾取器件 13的構(gòu)造和組成相同，將不對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)描述。
然而，在第四實(shí)施例的圖像拾取裝置4中，第一圖像拾取模式和第二圖 像拾取模式之間的切換不是根據(jù)電壓是否從電壓提供部15施加到微透鏡陣 列部412而實(shí)施，而是如以上所述，根據(jù)電壓是否從電壓提供部15施加到 構(gòu)成偏振方向可變器件40的電極42和44而實(shí)施。在孩i透鏡陣列部412中， 根據(jù)制成液晶層的液晶材料，適當(dāng)?shù)碾妷嚎梢允┘拥綐?gòu)成微透鏡陣列部412 的液晶透鏡陣列的第一電極42和第二電極44,使得構(gòu)成微透鏡陣列部412 的每個(gè)微透鏡412-1可以實(shí)現(xiàn)這樣的狀態(tài)每個(gè)微透鏡412-1在X軸方向不 具有屈光力且在Y軸方向具有屈光力。此外，如第三實(shí)施例中所描述，適當(dāng) 的電壓可以施加到作為微透鏡陣列部412的液晶透鏡陣列的第一電極42和 第二電極44,使得每個(gè)微透鏡412-1可以實(shí)現(xiàn)這樣的狀態(tài)微透鏡412-1在 Y軸方向不具有屈光力且在X軸方向具有屈光力。通常，固定的電壓可以從 電壓提供部15施加到微透鏡陣列部412。然后，如第二實(shí)施例中所描述的， 當(dāng)實(shí)施F數(shù)匹配處理(圖像拾取透鏡的孔徑改變時(shí)的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu) 化處理)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)馗淖儚碾妷禾峁┎?5施加到微透鏡陣列部412的 電壓值。
雖然參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，并且可以進(jìn) 行各種修改。
在第一到第四實(shí)施例中，微透鏡陣列部是平凸透鏡，其中電極22和24 的表面Sl和S2中的表面Sl是曲面；然而，備選地，表面S2可以是曲面， 或者微透鏡陣列部可以是雙凸透鏡，其中表面S1和S2都是曲面。在第一到 第二實(shí)施例中，代替微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成的情況，可以采用利 用電潤(rùn)濕現(xiàn)象(電毛細(xì)現(xiàn)象)的微透鏡陣列部。而且，在實(shí)施例中，作為圖像處理部14中的預(yù)定圖像處理，描述了基于光場(chǎng)攝影技術(shù)的再聚焦運(yùn)算處
理；然而，圖像處理部14中的圖像處理方法不限于此，并且可以采用任何 其他的圖像處理方法(例如，視點(diǎn)移動(dòng)的圖像處理或者計(jì)算通過將微透鏡陣 列部和圖像拾取器件用作立體攝影機(jī)而獲得的距離的圖像處理)。此外，構(gòu) 成微透鏡陣列部的每個(gè)透鏡的形狀不限于圓形，而可以是各種多邊形形狀的 任意一種，諸如矩形形狀或者六邊形形狀。當(dāng)使用具有矩形形狀或者六邊形 形狀的透鏡時(shí)，改善了光利用效率，并且在其中密集排列具有矩形形狀或者 六邊形形狀的透鏡的微透鏡陣列部中，位于具有圓形形狀的透鏡之間的平坦 部在具有矩形形狀或者六邊形形狀的透鏡之間不存在，因此具有這樣的優(yōu) 點(diǎn)，即可以避免透過具有圓形形狀的透鏡之間的平坦部的光線的影響。
權(quán)利要求
1、一種圖像拾取裝置，其特征在于包括(A)圖像拾取透鏡；(B)微透鏡陣列部，透過所述圖像拾取透鏡的光進(jìn)入所述微透鏡陣列部；以及(C)圖像拾取器件，檢測(cè)從所述微透鏡陣列部發(fā)射的光，其中構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的焦距可響應(yīng)于施加的電壓而改變。
2、 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，特征在于以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取，在以所述第 一 圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的焦距變成無窮大，從而通過所述圖像拾取透鏡得到的圖像形成在所述圖像拾取器件上，并且在以所述第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過所述圖像拾取透鏡得到的圖像形成在所述^(敖透鏡上，且每個(gè)微透鏡的所述焦距變成有限的值，從而通過所述圖像拾取透鏡形成在所述微透鏡上的圖像投影在所述圖像拾取器件上。
3、 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，特征在于還包括(D) 圖像處理部，用于對(duì)來自所述圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像 處理；以及(E) 電壓提供部，用于向所述微透鏡陣列部施加電壓，其中在所述圖像拾取裝置中，以第一圖像拾取模式和第二圖像拾取模式 進(jìn)行圖像拾取，在以所述第 一 圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由所述電壓提供部向 所述微透鏡陣列部施加電壓，且停止由所述圖像處理部執(zhí)行的所述預(yù)定圖像 處理，并且在以所述第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由所述電壓提供部向所述 微透鏡陣列部施加電壓且由所述圖像處理部執(zhí)行所述預(yù)定圖像處理。
4、 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，特征在于還包括(D)圖像處理部，用于對(duì)來自所述圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理；以及(E)電壓提供部，用于向所述微透鏡陣列部施加電壓， 其中在所述圖像拾取裝置中，以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式 進(jìn)行圖像拾取，在以所述第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由所述電壓提供部向所述 微透鏡陣列部施加電壓，且停止由所述圖像處理部執(zhí)行的所述預(yù)定圖像處 理，并且在以所述第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由所述電壓提供部向 所述微透鏡陣列部施加電壓，且由所述圖像處理部執(zhí)行所述預(yù)定圖像處理。
5、 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，特征在于還包括驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，用于改變所述微透鏡陣列部和所述圖像拾取器件之間的距 離，而保持所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部之間的固定距離。
6、 如權(quán)利要求5所述的圖像拾取裝置，特征在于 所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿所述圖像拾取裝置的光軸移動(dòng)所述圖像拾取器件。
7、 如權(quán)利要求5所述的圖像拾取裝置，特征在于 所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿所述圖像拾取裝置的光軸移動(dòng)所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部。
8、 如權(quán)利要求5所述的圖像拾取裝置，特征在于還包括(D) 圖像處理部，用于對(duì)來自所述圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像 處理；以及(E) 電壓提供部，用于向所述微透鏡陣列部施加電壓， 其中當(dāng)構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的F數(shù)和所述圖像拾取透鏡的F數(shù)之間發(fā)生失配時(shí)，從所述電壓提供部施加到所述微透鏡陣列部的電 壓被改變，且所述微透鏡陣列部和所述圖像拾取器件之間的距離由所述驅(qū)動(dòng) 構(gòu)件改變。
9、 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，特征在于 所述微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成。
10、 如權(quán)利要求9所述的圖像拾取裝置，特征在于 所述液晶透鏡陣列包括(a) 第一基板，包括第一電極；(b) 第二基板，包括第二電極；以及(C)液晶層，布置在所述第一電極和所述第二電極之間，并且 所述液晶透鏡陣列根據(jù)電壓是否施加到所述第一電極和所述第二電極 而被用作透鏡。
11、 如權(quán)利要求9所述的圖像拾取裝置，特征在于 當(dāng)定義以所述圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間，并且所述液晶透鏡陣列用作透鏡時(shí)，每個(gè)微透鏡在X軸方向和Y軸方向具有基本上 相等的屈光力。
12、 如權(quán)利要求9所述的圖像拾取裝置，特征在于 當(dāng)定義以所述圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，在所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部之間設(shè)置發(fā)射沿X軸方向偏振的光的偏 振板和偏振方向可變器件，并且當(dāng)所述液晶透鏡陣列用作透鏡時(shí)，每個(gè)微透鏡在所述X軸方向不具有屈 光力而在Y軸方向具有屈光力。
13、 如權(quán)利要求9所述的圖像拾取裝置，特征在于 當(dāng)定義以所述圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，在所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部之間設(shè)置發(fā)射沿X軸方向偏振的光的偏 振板和偏振方向可變器件，并且當(dāng)所述液晶透鏡陣列用作透鏡時(shí)，每個(gè)微透鏡在Y軸方向不具有屈光力 而在所述X軸方向具有屈光力。
14、 如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，特征在于 每個(gè)微透鏡是非球面透鏡。
15、 一種利用圖像拾取裝置的圖像拾取方法，所述圖像拾取裝置包括(A) 圖像拾取透鏡；(B) 微透鏡陣列部，透過所述圖像拾取透鏡的光進(jìn)入所述微透鏡陣列 部；以及(C) 圖像拾取器件，檢測(cè)從所述微透鏡陣列部發(fā)射的光， 在所述圖像拾取裝置中，構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)^f鼓透鏡的焦距可響應(yīng)于施力卩的電壓而改變，所述圖像拾取方法的特征在于以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模 式進(jìn)行圖像拾取，在以所述第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，構(gòu)成所述孩t透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的焦距變成無窮大，從而通過所述圖像拾取透鏡得到的圖像形成 在所述圖像拾取器件上，并且在以所述第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過所述圖像拾取透鏡得 到的圖像形成在所述微透鏡上，且每個(gè)微透鏡的焦距變成有限的值，從而通 過所述圖像拾取透鏡形成在所述微透鏡上的圖像投影在所述圖像拾取器件 上。
16、 一種圖像拾取裝置，特征在于包括(A) 圖像拾取透鏡；(B) 微透鏡陣列部，透過所述圖像拾取透鏡的光進(jìn)入所述微透鏡陣列 部；以及(C) 圖像拾取器件，檢測(cè)從所述微透鏡陣列部發(fā)射的光， 其中當(dāng)定義以所述圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，在所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部之間設(shè)置發(fā)射沿X軸方向偏振的光 的偏振板和偏振方向可變器件，所述微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成，并且構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡在所述X軸方向不具有屈光力而 在Y軸方向具有屈光力，或者每個(gè)微透鏡在所述Y軸方向不具有屈光力而 在所述X軸方向具有屈光力。
17、 一種圖像拾取方法，特征在于以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取， 在以所述第 一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)偏振方向可變器 件，沿著構(gòu)成所述^t透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡不具有屈光力的方向偏振的光 透過所述微透鏡，且通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在圖像拾取器件上， 并且在以所述第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)所述偏振方向可 變器件，沿著構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡具有屈光力的方向偏振的 光進(jìn)入所述微透鏡，通過所述圖像拾取透鏡得到的圖像形成在所述微透鏡 上，且通過所述圖像拾取透鏡形成在所述微透鏡上的圖像投影在所述圖像拾 取器件上。
18、 如權(quán)利要求16所述的圖像拾取裝置，特征在于還包括(D)圖像處理部，用于對(duì)來自所述圖像拾取器件的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理，其中在所述圖像拾取裝置中，以第 一 圖像拾取模式和第二圖像拾取模式 進(jìn)行圖像拾取，在以所述第 一 圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，停止由所述圖像處理部執(zhí) 行的所述預(yù)定圖像處理，并且在以所述第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，由所述圖像處理部執(zhí)行所 述預(yù)定圖像處理。
19、 如權(quán)利要求16所述的圖像拾取裝置，特征在于還包括 驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，用于改變所述微透鏡陣列部和所述圖像拾取器件之間的距離，而保持所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部之間的固定距離。
20、 如權(quán)利要求19所述的圖像拾取裝置，特征在于 所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿所述圖像拾取裝置的光軸移動(dòng)所述圖像拾取器件。
21、 如權(quán)利要求19所述的圖像拾取裝置，特;江在于 所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件沿所述圖像拾取裝置的光軸移動(dòng)所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部。
22、 如權(quán)利要求19所述的圖像拾取裝置，特征在于還包括(D)圖像處理部，用于對(duì)來自所述圖像拾取器件的信號(hào)實(shí)施預(yù)定圖像處理，其中當(dāng)構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的F數(shù)和所述圖像拾取透 鏡的F數(shù)之間發(fā)生失配時(shí)，構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡的屈光力被 改變，且所述微透鏡陣列部和所述圖像拾取器件之間的距離由驅(qū)動(dòng)構(gòu)件改 變。
23、 如權(quán)利要求16所述的圖像拾取裝置，特征在于 所述偏振方向可變器件由液晶器件構(gòu)成。
24、 一種利用圖像拾取裝置的圖像拾取方法，所述圖像拾取裝置包括(A) 圖像拾取透鏡；(B) 微透鏡陣列部，透過所述圖像拾取透鏡的光進(jìn)入所述微透鏡陣列 部；以及(C) 圖像拾取器件，檢測(cè)從所述微透鏡陣列部發(fā)射的光， 在所述圖像拾取裝置中，當(dāng)定義以所述圖像拾取裝置的光軸作為Z軸的三維高斯空間時(shí)，在所述圖像拾取透鏡和所述微透鏡陣列部之間設(shè)置發(fā)射X軸方向的偏振光的偏振板和偏振方向可變器件，所述微透鏡陣列部由液晶透鏡陣列構(gòu)成，并且構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡在所述X軸方向不具有屈光力而 在Y軸方向具有屈光力，或者每個(gè)微透鏡在所述Y軸方向不具有屈光力而在所述x軸方向具有屈光力。所述圖像拾取方法，特征在于以第一圖像拾取模式和第二圖像拾取模 式進(jìn)行圖像拾取，在以所述第一圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)所述偏振方向可 變器件，沿著構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡不具有屈光力的方向偏振 的光透過所述微透鏡，且通過圖像拾取透鏡得到的圖像形成在圖像拾取器件 上，并且在以所述第二圖像拾取模式進(jìn)行圖像拾取時(shí)，通過啟動(dòng)所述偏振方向可 變器件，沿著構(gòu)成所述微透鏡陣列部的每個(gè)微透鏡具有屈光力的方向偏振的 光進(jìn)入所述微透鏡，通過所述圖像拾取透鏡得到的圖像形成在所述微透鏡 上，且通過所述圖像拾取透鏡形成在所述微透鏡上的圖像投影在所述圖像拾 取器件上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像拾取裝置，該圖像拾取裝置具有簡(jiǎn)單構(gòu)造且能夠在基于光場(chǎng)攝影技術(shù)的圖像拾取模式和標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像拾取模式之間切換。該圖像拾取裝置包括圖像拾取透鏡(11)；微透鏡陣列單元(12)，透過圖像拾取透鏡的光進(jìn)入微透鏡陣列單元(12)；以及圖像拾取器件(13)，接受從微透鏡陣列單元(12)發(fā)射的光。構(gòu)成微透鏡陣列單元(12)的微透鏡具有可以響應(yīng)所施加的電壓而改變的焦距。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101554042SQ200780044839
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者山本健二, 市村功, 梶原淳志 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社