BRPI0815799B1

BRPI0815799B1 - método e aparelho para autofoco usando ótica adaptativa de cristal líquido

Info

Publication number: BRPI0815799B1
Application number: BRPI0815799A
Authority: BR
Inventors: Wang Donqxue; w johnson Kevin; Zhuang Zhiming
Original assignee: Google Technology Holdings LLC; Motorola Mobility Inc; Motorola Mobility Llc; Motorola Solutions Inc; Motorola Inc
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2018-09-25
Also published as: CN101796448A; US20090059101A1; EP2183632A1; BRPI0815799A8; WO2009032556A1; KR101506587B1; RU2507552C2; RU2010111732A; EP2183632A4; CN105445826A; BRPI0815799A2; KR20100061820A; MX2010002177A; US8786759B2; EP2183632B1

Description

(54) Título: MÉTODO E APARELHO PARA AUTOFOCO USANDO ÓTICA ADAPTATIVA DE CRISTAL LÍQUIDO (51) Int.CI.: G02B 7/32; G03B 3/00; G03B 13/36 (30) Prioridade Unionista: 28/08/2007 US 11/846,061 (73) Titular(es): GOOGLE TECHNOLOGY HOLDINGS LLC (72) Inventor(es): DONQXUE WANG; KEVIN W. JOHNSON; ZHIMING ZHUANG (85) Data do Início da Fase Nacional: 26/02/2010

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MÉTODO E APARELHO PARA AÜTOFOCO USANDO ÓTICA ADAPTATIVA DE

CRISTAL LÍQUIDO

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção se refere a uma autofocalização e, mais particularmente, a uma autofocalização usando ótica adaptativa de cristal líquido.

ANTECEDENTES

As câmeras de megapixel de alta resolução usam uma função de focalização para a feitura de fotos de alta qualidade. A maioria dos métodos de autofocalização envolve o movimento mecânico de partes, tais como motores escalonados, os quais adicionam complexidade ao hardware e no projeto de software. Lentes líquidas de eletroumedecimento e lentes de cristal líquido pertencentes à categoria de ótica adaptativa, onde a frente de onda ótica é ajustada sem a ajuda de um movimento mecânico. No caso da lente de cristal líquido, a mudança de frente de onda ótica é obtida através de uma mudança de gradiente de um índice de refração o qual é eletricamente sintonizado por uma voltagem externa. Embora uma ótica adaptativa possa evitar o uso de partes móveis mecânicas, os arranjos de câmera existentes e formadores de imagem usando ótica adaptativa têm problemas e desafios para a implementação em uma câmera do tipo de autofoco.

Conforme citado acima, as partes mecânicas geralmente são usadas com câmeras tendo recursos de autofoco. Várias Patentes U.S. discutem o uso de ótica adaptativa usando lentes de cristal líquido, mas falham em se dirigir a questões com polarização e birrefringência que resultam do uso de lentes de cristal líquido. A birrefringência, ou

2/25 refração dupla, é a decomposição de um raio de luz em dois raios (o raio comum e o raio extraordinário) , quando ele passa através de certos tipos de material, tais como cristais de calcita, dependendo da polarização da luz. A polarização é a propriedade de ondas eletromagnéticas, tal como a luz, que descreve a direção de seu campo elétrico transversal. Mais geralmente, a polarização de uma onda transversal descreve a direção de oscilação no plano perpendicular à direção de curso.

Por exemplo, a Patente U.S. N° 5.359.444 discute um óculos baseado em lente de cristal líquido conceituai com autofoco, que falhou em se dirigir a questões de polarização e birrefringência do material de cristal líquido. Da mesma forma, o pedido de Patente U.S.

2006/0164732 Al propõe uma lente de cristal líquido para um zoom ótico e a Patente U.S. N° 5.815.233 propõe um nível de sistema de lente de cristal líquido para um processamento de informação ótico para aplicação de luz coerente. Cada um falhou em se dirigir apropriadamente à polarização e à birrefringência. Uma publicação patrocinada pela National Academy of Sciences (0600850103), publicada em 18 de abril de 2006 discute o uso de uma lente de cristal líquido difrativa para a implementação de um autofoco de óculos. SUMÁRIO

As modalidades de acordo com a presente invenção podem prover um método e um dispositivo, que permite uma solução simples e efetiva para a implementação de um autofoco de câmera usando tecnologia de cristal líquido sem partes móveis mecânicas. Um arranjo como esse oferece compacidade e simplificação de projeto não providas atualmente pela

3/25 tecnologia existente. Em um arranjo em particular, duas placas de cristal líquido ortogonais em cascata são usadas, sem potência ótica e qualquer polarizador em uma câmera, para autofoco, e aplicações de filtro anti-serrilhado. Conforme citado previamente, este método de autofoco não necessariamente envolve partes móveis mecânicas.

Em uma primeira modalidade da presente invenção, uma câmera de autofoco pode incluir uma lente, um sensor para a detecção de uma imagem da lente, uma primeira camada de cristal líquido entre a lente e o sensor, e uma segunda camada de cristal líquido entre a lente e o sensor e ainda alinhada ortogonalmente com a primeira camada de cristal líquido. Em uma modalidade, um eixo geométrico ótico rápido da segunda camada de cristal líquido pode ser ortogonalmente alinhado com um eixo geométrico ótico rápido da primeira camada de cristal líquido. A câmera pode incluir um filtro de infravermelho para bloqueio da luz de infravermelho para uma câmera usada para a tomada de imagens visíveis. Cada uma das camadas de cristal líquido pode ser menor do que 0,25 mm de espessura. A câmera de autofoco pode incluir, ainda, um circuito integrado programado para comandar ou aplicar voltagens diferentes à primeira camada de cristal líquido e à segunda camada de cristal líquido, respectivamente, de acordo com distâncias de focalização diferentes. A câmera de autofoco pode incluir um controlador programado para alinhar ortogonalmente uma polarização da primeira camada de cristal líquido com a segunda camada de cristal líquido. O controlador alternativamente pode ser programado para controlar dois moduladores de fase de cristal líquido

4/25 ortogonalmente alinhados. Em um arranjo, o sensor pode ser um sensor de CMOS, onde uma ou ambas as camadas de cristal líquido são integradas com o CMOS. Também, o sensor de CMOS e as camadas de cristal líquido podem ser componentes discretos. As camadas de cristal líquido podem servir como um filtro anti-serrilhado ótico usando propriedades de birrefringência da camada ou das camadas de cristal líquido. A primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido podem ser alinhadas ortogonalmente para a obtenção de uma operação insensível à polarização da câmera de autofoco. A primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido podem ajustar eletricamente um índice de refração para ondas (p) extraordinárias pela mudança de voltagens externas para modulação das direções de polarização de luz. A câmera pode ser parte de qualquer número de dispositivos incluindo um telefone celular, um computador de usar no pulso, ou um relógio. Alinhadas ortogonalmente geralmente pode significar que as células de cristal líquido têm eixos geométricos óticos que são alinhados ortogonalmente em construção ou através de manipulação eletrônica.

Em uma segunda modalidade da presente invenção, um sistema para um autofoco eletrônico pode incluir uma lente, um sensor para a detecção de uma imagem a partir da lente, uma primeira camada de cristal líquido entre a lente e o sensor, uma segunda camada de cristal líquido entre a lente e o sensor, e um controlador programado para mudar as voltagens externas aplicadas às primeira e segunda camadas de cristal liquido, as quais são ortogonalmente alinhadas usando-se um retorno de um processador de autofocalização.

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O sensor pode ser um sensor de CMOS e pelo menos a primeira camada de cristal líquido ou a segunda camada de cristal líquido ou ambas podem ser integradas com o sensor de CMOS como parte de uma câmera de megapixel de alta resolução. A primeira camada de cristal liquido e a segunda camada de cristal líquido atuam como um filtro anti-serrilhado ótico usando birrefringência. O sistema ainda pode incluir opcionalmente uma placa de um quarto de onda inserida entre as primeira e segunda camadas de cristal líquido e um filtro de infravermelho entre a lente e as camadas de cristal líquido para bloquear a luz de infravermelho para uma câmera usada para a tomada de imagens visíveis. Note que a placa de um quarto de onda pode ter um eixo geométrico ótico disposto a 45 graus em relação a uma direção de polarização linear que converte uma polarização linear em uma polarização circular.

Em uma terceira modalidade da presente invenção, um método para autofocalização pode incluir as etapas de modulação de uma primeira camada de cristal líquido em relação a uma segunda camada de cristal líquido, onde a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido residem entre a lente e o sensor. Em geral, a luz pode ser decomposta em duas polarizações ortogonais. Uma modulação de fase ortogonalmente pode significar simplesmente uma modulação das duas polarizações de luz passando através de duas células de cristal líquido, cujos eixos geométricos óticos já são ortogonalmente alinhados, e cada uma das duas polarizações é modulada pelas duas células de cristal líquido, respectivamente. Mais ainda, a modulação de fase é obtida pela alteração do índice de

6/25 refração da luz extraordinária (ondas p) em cada célula de camada de cristal líquido de acordo com uma voltagem diferente aplicada ao cristal líquido. O método de autofocalização pode ser feito automaticamente. O método ainda pode incluir a etapa de filtração de anti-serrilhado usando um efeito de birrefringência da primeira camada de cristal líquido e da segunda camada de cristal líquido. O método também pode prover uma cobertura de proteção para o sensor pela integração da primeira camada de cristal líquido ou da segunda camada de cristal líquido ou de ambas as camadas com o sensor. Os circuitos integrados (ICs) para controle das duas camadas de cristal líquido e um formador de imagem de CMOS podem ser combinados e integrados em um IC comum. O método ainda realiza uma função de autofoco e uma função anti-serrilhado ótica simultaneamente. O método ainda pode incluir a etapa de alinhamento ortogonal e modulação da primeira camada de cristal líquido e da segunda camada de cristal líquido para a obtenção de uma autofocalização insensível à polarização. O método também pode incluir a etapa de ajuste eletrônico de um índice de refração para ondas extraordinárias (p) usando a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido, respectivamente. 0 método ainda pode incluir a etapa de variação de um índice de refração de cristal líquido pela aplicação de voltagens externas dependentes de posição espacial para pelo menos dentre a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido.

Os termos um e uma, conforme usado aqui são definidos como uma ou mais de uma. O termo pluralidade conforme usado aqui é definido como dois ou mais de dois. O

7/25 termo um outro conforme usado aqui é definido como pelo menos um segundo ou mais, tendo, conforme usado

Os termos incluindo aqui, são definidos e ou como compreendendo (isto é, de linguagem aberta). O termo acoplado conforme usado aqui é definido como conectado, embora nao necessariamente de forma direta, não necessariamente de forma mecânica. O termo autofoco (ou AF) ou processador de autofoco é um recurso ou um processador de alguns sistemas óticos que permite que eles obtenham (e, em alguns sistemas também mantenham continuamente) um foco correto sobre um assunto, ao invés de requerer que o operador ajuste o foco manualmente. Os sistemas de autofoco se baseiam em um sensor único, enquanto outros usam um arranjo de sensores. Um sensor ou um sensor de imagem é um dispositivo que converte uma imagem visual em um sinal elétrico. É usado principalmente em câmeras digitais e outros dispositivos de formação de imagem. Usualmente, um arranjo de dispositivos de carga acoplada (CCD) ou sensores de CMOS, tais como sensores de pixel ativos. Voltagem externa dependente de posição espacial indica uma voltagem externa aplicada a um dispositivo que altera a funcionalidade do dispositivo, com base na localização em que a voltagem é aplicada. Uma lente geralmente significa um objeto transparente com duas superfícies de refração. Usualmente, as superfícies são planas ou esféricas (lentes esféricas). Às vezes, para melhoria da qualidade da imagem, as lentes são deliberadamente feitas com superfícies as quais se desviam ligeiramente do esférico. Uma lente usualmente se refere a uma série de lentes de vidro ou de plástico separadas, tal

8/25 como uma lente em uma câmera que focaliza a luz de um objeto sobre o plano de imagem para a criação de uma imagem. Uma imagem é difícil de definir, mas conforme usado aqui geralmente pode significar uma representação visual (de um objeto ou uma cena ou pessoa ou abstração) tipicamente produzido em uma superfície. Uma imagem também pode significa um mapeamento de ponto de pontos luminosos de um objeto localizado em uma região de espaço para pontos em uma outra região de espaço, formado pela refração ou reflexão de luz de uma maneira a qual faz com que a luz de cada ponto do objeto convirja ou divirja de um ponto em algum lugar a mais (na imagem) . Uma camada de cristal líquido ou célula conforme usada aqui geralmente pode ser pensada como uma camada de cristais líquidos, freqüentemente intercalada entre dois substratos, onde os cristais líquidos são substâncias que exibem uma fase de matéria que tem propriedades entre aquelas de um líquido convencional, e aqueles de um cristal sólido. Por exemplo, um cristal líquido (LC) pode fluir como um líquido, mas ter as moléculas no líquido dispostas e/ou orientadas de uma forma tipo de cristal. Em ótica, o termo eixo ótico é usado para a definição de uma direção ao longo da qual há algum grau de simetria rotacional. Em um sistema ótico, o eixo geométrico ótico é uma linha imaginária que define o percurso ao longo do qual a luz se propaga através do sistema. Para um sistema composto por lentes simples e espelhos, o eixo geométrico passa através do centro de curvatura de cada superfície, e coincide com o eixo geométrico de simetria rotacional. O eixo geométrico ótico freqüentemente é coincidente com o eixo geométrico mecânico

9/25 do sistema, mas nem sempre, como no caso de sistemas óticos fora de eixo. Em um material birrefringente uniaxial, o eixo geométrico ótico é o eixo geométrico definido pela anisotropia ótica, e nenhuma birrefringência ocorre, se a luz se propagar ao longo do eixo geométrico ótico. Em termos de cristal líquido, o eixo geométrico ótico é a projeção do eixo de simetria para a superfície de camada de LC, isto é, a média estatística das orientações de eixo geométrico de molécula de LC.

Os termos programa, aplicativo de software, programa de redirecionamento e similares conforme usados aqui são definidos como uma seqüência de instruções projetadas para execução em um sistema de computador. Um programa, um programa de computador ou um aplicativo de software podem incluir uma sub-rotina, uma função, um procedimento, um método de objeto, uma implementação de objeto, um aplicativo executável, um miniaplicativo, um mini-servidor, um código fonte, um código de objeto, uma biblioteca compartilhada, uma biblioteca de carga dinâmica e/ou outra seqüência de instruções projetados para execução em um sistema de computador.

Outras modalidades, quando configuradas de acordo com os arranjos inventivos aqui, podem incluir um sistema para a realização de um armazenamento que pode ser lido em máquina para se fazer com que uma máquina realize os vários processos e métodos mostrados aqui.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 é uma vista explodida de uma câmera de autofoco de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A FIG. 2 é uma ilustração de uma largura de detector e

10/25 de uma largura efetiva do detector de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A FIG. 3 é uma ilustração de um sistema de células de cristal líquido demonstrando a modulação de índice de refração por uma voltagem aplicada de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A FIG. 4 é uma ilustração de um sistema para um antiserrilhado bidimensional usando uma placa de um quarto de onda de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A FIG. 5 é um diagrama de blocos de um dispositivo eletrônico de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A FIG. 6 é um fluxograma que ilustra um método de autofocalização de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

Embora o relatório descritivo se conclua com reivindicações que definem os recursos das modalidades da invenção que são considerados como novidade, acredita-se que a invenção seja mais bem entendida a partir de uma consideração da descrição detalhada a seguir em conjunto com os desenhos, nos quais números de referência iguais são levados adiante.

Modalidades aqui podem ser implementados em uma larga variedade de formas, usando uma variedade de tecnologias que não permitem apenas a manufatura de uma câmera de autofoco, mas meios de autofocalização. Essas câmeras geralmente não terão partes mecânicas móveis e podem permitir autofocalização através da variação de índice de refração causada por uma voltagem aplicada a uma placa de

11/25 cristal líquido. Tais disposições também permitem que o volume total da câmera seja reduzido.

Uma condição de operação de voltagem baixa, 2,5 V e um tempo de resposta rápida de menos de 1 segundo é obtenível usando-se este dispositivo. Com referência à câmera de autofoco 100 da FIG. 1, duas camadas de cristal líquido (LC) 104 e 106 são intercaladas entre uma lente 102 e um sensor 108. Para melhoria da transmissão de luz não polarizada, as duas camadas de LC 104 e 106 têm direções de alinhamento ortogonais usadas para a obtenção de uma operação insensível à polarização. (Veja as moléculas de cristal líquido 111 nas respectivas camadas de LC 104 e 106). Uma vez que não há um polarizador envolvido e nenhuma absorção das camadas de LC, ambas as ondas s (ordinárias) e as p (extraordinárias) podem passar através das duas camadas de LC facilmente. Também, apenas o índice de refração de uma onda extraordinária é modulado. A variação de índice de refração de LC pode ser localizada usando-se voltagens externas dependentes de posição espacial 110 e

112 para o equilíbrio da curvatura de campo de lente. A focalização é simplesmente obtida por um comutador elétrico, sem qualquer hardware e software adicional envolvido. Mais ainda, a placa de LC pode ser integrada com um arranjo de sensor de CMOS (tal como o sensor 108) para atuar como sua camada de projeção. Note ainda que o efeito de birrefringência de uma camada de LC pode ser usado para a implementação de uma filtração anti-serrilhado ótica. A câmera ou o sistema 100 ainda pode inclui um filtro de infravermelho (IF) 103 para se bloquear a luz de infravermelho para uma câmera usada para a tomada de

12/25 imagens visíveis. O filtro de IF 103 pode ser colocado entre a lente 102 e as camadas de LC, conforme mostrado, ou entre as camadas de LC e o sensor 108. A câmera ou o sistema 100 ainda pode incluir uma placa de um quarto de onda 105 inserida entre as primeira e segunda camadas de cristal líquido.

A camada de LC modulada eletricamente pode ser posicionada próxima do plano de foco posterior. A variação de índice de refração da camada de LC efetivamente mudará o plano de foco posterior de lente para combinação com uma variação de plano imaginário de alvos a distâncias diferentes da câmera. Como resultado, uma autofocalização de alta resolução pode ser implementada.

Com referência novamente à FIG. 1, a camada de LC 104 e a voltagem 110 e a camada de LC 106 e a voltagem 112 servem como dois moduladores de fase de LC ortogonais para a obtenção de um único autofoco de caminho para formadores de imagem. Os percursos óticos para ondas p e s são definidos conforme se segue:

Percurso ótico ρ (OPP) = Ll * n(Vl) + L2 * nO

Percurso ótico s (OPS) = Ll * nO + L2 * n(V2) onde Ll é a espessura de uma primeira célula ou camada de cristal líquido e L2 é a espessura de uma segunda célula ou camada de cristal líquido e n é o índice de refração para uma luz extraordinária (e) , e nO é o índice de refração para uma luz ordinária (o). Também, a luz e (o) na célula de cristal líquido 1 se torna a luz o (e) na célula de cristal líquido 2 porque os eixos geométricos óticos das duas células de cristal líquido são ortogonais.

Uma vez que sempre há uma pequena diferença entre Ll e

13/25 t

L2 na produção, para a obtenção do mesmo comprimento focal para ambas as ondas s e p, OPP deve ser igual a OPS, o que resulta em:

n(V2) = nO * (L2 - Ll)/L2 + n(Vl)* L1/L2.

Esta relação entre V2 e VI pode ser programada (pelo ar ou de outra forma) nos moduladores de fase de LC (ou armazenada em uma tabela de consulta), antes da remessa de uma fábrica.

Com referência à FIG. 2, a qual ilustra um anti10 serrilhado 1-D de células de cristal líquido na Fig. 1 em um arranjo de detector. A linha tracejada representa a luz extraordinária (luz e) e a linha contínua representa a luz ordinária (luz o) . O símbolo A representa o passo de arranjo de detector, C representa o tamanho real ou físico da célula de detecção, e Cl representa o tamanho efetivo da célula de detector devido à birrefringência. Uma vez que a birrefringência geralmente divide a luz incidente em dois feixes separados, ela aumenta a largura efetiva da célula de detecção, isto é, o tamanho de pixel de um arranjo de

CMOS ou de CCD. Em geral, o tamanho da célula de detecção, C, determina a freqüência espacial máxima, a freqüência espacial de corte que o formador de imagem de CMOS pode passar, o que finalmente afeta a resolução de formação de imagem. Esta freqüência de corte é inversamente proporcional a C. Por outro lado, o passo do arranjo de detector, A, isto é, o espaçamento de centro a centro de células de detector adjacentes corresponde ao inverso de uma taxa de amostragem, e metade desta taxa de amostragem é definida como a freqüência de Nyquist, onde a freqüência analógica máxima pode ser recuperada a partir da amostragem

14/25 digital. Devido ao fato de A ser maior do que C, esta subamostragem causa um serrilhado. O tamanho efetivo aumentado (Cl) da célula de detector a partir da birrefringência pode causar um anti-serrilhado. Mais ainda, um filtro de cor usualmente é embutido com um arranjo de detector, e o passo de detecção para cores diferentes, vermelho, verde e azul pode variar, o que causa um serrilhado de cor, isto é, o alvo de preto e branco pode se tornar uma imagem colorida. Este serrilhado de cor pode ser eliminado pela técnica de anti-serrilhado.

Conforme ilustrado no sistema 300 da FIG. 3, uma birrefringência é o resultado de índices de refração diferentes para polarizações diferentes. Isto é, o impacto de dispersão (ou o índice de refração) é diferente para tipos diferentes de polarizações. Esta diferença é denominada birrefringência, e a birrefringência pode dividir um feixe incidente em dois feixes separados. Note que uma camada ou célula de cristal líquido 302 (LC_Y) tendo seu diretor 304 em um plano yz apenas modula (306) o índice de refração de Ey (polarização ao longo do eixo y). Como resultado, a luz se torna polarizada após passar LC_Y 3 02, e é dividida em luz extraordinária (luz e, Ey 310 no caso de LC_Y) e luz ordinária (luz o, Ex 308 no caso de LC_Y), assim denominada birrefringência.

Após passar LC_Y 302, a luz é dividida por birrefringência. Da mesma forma, uma camada ou célula de cristal líquido 312 (LC-X) tendo seu diretor de LC 314 no plano xz apenas modula o índice de refração de Ex. E a luz é dispersa ao longo da direção horizontal y após passar por LC_Y 312. Como resultado, um anti-serrilhado é implementado

15/25 ao longo da direção horizontal (a direção y).

Pela seleção apropriada da camada de LC destas duas células, o percurso ótico efetivo de Ex e de Ey passando por estas duas células pode ser tornado o mesmo. Em outras palavras, a luz total passando por estas duas células pode ter o mesmo percurso ótico. O percurso ótico total será dependente da voltagem aplicada, a qual é simultaneamente aplicada a ambas as células.

Com referência às FIG. 3 e 4, um sistema 3 50 para um 10 anti-serrilhado bidimensional pode ser obtido pela adição de uma placa de um quarto de onda 352 e uma terceira camada ou célula de cristal líquido 354 ou outro cristal ótico sem uma voltagem externa. A luz polarizada linearmente Ex e Ey da segunda camada de LC (a partir da camada LC_X 312 da

FIG. 3) se torna uma luz polarizada de forma circular (351) após passar pela placa de um quarto de onda 352, cujo eixo geométrico ótico pode estar a 45 graus em relação ao eixo geométrico vertical χ. A outra célula de cristal líquido 354 ou outros tipos de cristais óticos podem ser posicionados após a placa de um quarto de onda 352. A luz é dispersa ao longo da direção vertical (x) , de modo que o anti-serrilhado bidimensional seja obtido após a luz passar pelas duas células de LC (302 e 312) , pela placa de um quarto de onda 352 e pela terceira célula de LC 354. A terceira célula de LC 354 apenas precisa de uma orientação de voltagem constante para se fazer com que seu eixo geométrico ótico se alinhe em uma certa direção. A terceira célula de LC 354 pode ser substituída por outros tipos de cristais óticos uniaxiais que possam operar sem o uso de uma voltagem aplicada. O cristal ótico uniaxial pode ser um

16/25 cristal ótico transparente uniaxial, tal como um cristal líquido de quartzo com seu eixo geométrico ótico em um plano xz por um corte de cristal apropriado. Em um arranjo como esse, a placa de um quarto de onda pode ser posicionada entre o cristal ótico e a segunda camada de LC e a primeira camada de LC realiza o anti-serrilhado na direção y, e este cristal ótico pode implementar o antiserrilhado na direção x.

Em uma outra modalidade da presente invenção, conforme ilustrado na representação diagramática da FIG. 5, um produto eletrônico, tal como uma máquina (por exemplo, uma câmera, um telefone celular, um laptop, um PDA, etc.) tendo uma câmera de autofoco ou lente ou recurso 210 pode incluir um controlador 202 acoplado ao recurso 210. Geralmente, em várias modalidades, pode ser pensado como uma máquina na forma de um sistema de computador 200 dentro do qual um conjunto de instruções, quando executadas, podem fazer com que a máquina realize qualquer uma ou mais das metodologias discutidas aqui. Em algumas modalidades, a máquina opera como um dispositivo independente. Em algumas modalidades, a máquina pode ser conectada (por exemplo, usando-se uma rede) a outras máquinas. Em um emprego em rede, a máquina pode operar na capacidade de um servidor ou de uma máquina de usuário de cliente em um ambiente de rede de usuário de soe - cliente, ou como uma máquina de par em um ambiente de rede de par a par (ou distribuída) . Por exemplo, o sistema de computador pode incluir um dispositivo de destinatário 201 e um dispositivo de envio 250 ou vice-versa.

A máquina pode compreender um computador servidor, um computador de usuário cliente, um computador pessoal (PC),

17/25 um PC tablet, um assistente digital pessoal, um telefone celular, um computador laptop, um computador de mesa, um sistema de controle, um roteador de rede, um comutador ou uma ponte, ou qualquer máquina capaz de executar um conjunto de intervalos de tempo (sequenciais ou de outra forma) que especifiquem ações a serem tomadas por aquela máquina, para não mencionar um servidor móvel. Será entendido que um dispositivo da presente exposição inclui amplamente qualquer dispositivo eletrônico que proveja voz, vídeo ou comunicação de dados ou apresentações. Ainda, embora uma única máquina seja ilustrada, o termo máquina também deve ser tomado como incluindo qualquer coleção de máquinas que de forma individual ou conjunto execute um conjunto (ou múltiplos conjuntos) de instruções para a realização de quaisquer uma ou mais das metodologias discutidas aqui.

O sistema de controle 200 pode incluir um controlador ou processador 202 (por exemplo, uma unidade de processamento central (CPU), uma unidade de processamento gráfico (GPU, ou ambas) , uma memória principal 2 04 e uma memória estática 206, as quais se comunicam com cada outra através de um barramento 208. 0 sistema de controle 200 ainda pode incluir um dispositivo de apresentação, tal como um visor 209. 0 sistema de controle 200 pode incluir um dispositivo de entrada 212 (por exemplo, um teclado, um microfone, etc.), um dispositivo de controle de cursor 214 (por exemplo, um mouse), uma unidade de drive de disco 216, um dispositivo de geração de sinal 218 (por exemplo, um alto-falante ou um controle remoto que também pode servir

0 como um dispositivo de apresentação) e um dispositivo de

18/25 interface de rede 220. Obviamente, nas modalidades mostradas, muitos destes itens são opcionais.

A unidade de drive de disco 216 pode incluir um meio que pode ser lido em máquina 222 no qual são armazenados um ou mais conjuntos de instruções (por exemplo, um software 224) concretizando quaisquer uma ou mais das metodologias ou funções descritas aqui, incluindo aqueles métodos ilustrados acima. As instruções 224 também podem residir, completa ou pelo menos parcialmente, na memória principal 204, na memória estática 206 e/ou no processador ou controlador 202 durante a execução das mesmas pelo sistema de controle 200. A memória principal 204 e o processador ou controlador 202 também podem constituir meios que podem ser lidos em máquina.

As implementações de hardware dedicado incluindo, mas não limitando, circuitos integrados específicos de aplicação, arranjos lógicos programáveis, FPGAs e outros dispositivos de hardware da mesma forma podem ser construídos para a implementação dos métodos descritos aqui. As aplicações que podem incluir o aparelho e os sistemas de várias modalidades amplamente incluem uma variedade de sistemas eletrônicos e de computador. Algumas modalidades implementam funções em dois ou mais módulos ou dispositivos de hardware interconectados específicos com sinais de controle e de dados relacionados comunicados entre e através dos módulos, ou como porções de um circuito integrado específico de aplicação. Assim, o sistema de exemplo é aplicável a implementações em software, firmware e hardware.

De acordo com várias modalidades da presente invenção,

19/25 os métodos descritos aqui são pretendidos para operação como programas de software rodando em um processador de computador. Mais ainda, as implementações em software podem incluir, mas não estão limitadas a um processamento distribuído ou processamento distribuído de componente / objeto, processamento em paralelo ou processamento em máquina virtual também pode ser construído para a implementação dos métodos descritos aqui. Como uma nota adicional, as implementações também podem incluir implementações em rede neural, e implementações em rede ad hoc ou de malha entre dispositivos de comunicação.

A presente exposição contempla um meio que pode ser lido em máquina contendo instruções 224 ou aquele que recebe e executa instruções 224 a partir de um sinal propagado, de modo que um dispositivo conectado a um ambiente de rede 226 possa enviar ou receber vídeo de voz ou dados, e se comunique pela rede 226 usando as instruções 224. As instruções 224 ainda podem ser transmitidas ou recebidas através de uma rede 226 através do dispositivo de interface de rede 220.

Embora o meio que pode ser lido em máquina 222 seja mostrado em uma modalidade de exemplo como sendo um meio único, o termo meio que pode ser lido em máquina deve ser tomado como incluindo um meio único ou múltiplos meios (por exemplo, um banco de dados centralizado ou distribuído, e/ou caches e servidores associados) que armazenam um ou mais conjuntos de instruções. O termo meio que pode ser lido em máquina também deve ser tomado como incluindo qualquer meio que seja capaz de armazenar, codificar ou portar um conjunto de instruções para execução pela máquina

20/25 e que faça com que a máquina realize quaisquer uma ou mais das metodologias da presente exposição.

Com referência à FIG. 6, um método 4 00 para autofocalização pode incluir a etapa 402 de capturar uma imagem através de uma lente e de um sensor e a modulação de fase de forma ortogonal de uma primeira camada de cristal líquido em relação a uma segunda camada de cristal líquido na etapa 404, onde a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido residem entre a lente e o sensor. A etapa de modulação de fase ortogonalmente pode ser feita de forma seletiva ou automática. O método 400 ainda pode incluir a etapa 406 de alinhar ortogonalmente a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido para a obtenção de uma autofocalização insensível à polarização. O método 400 ainda pode incluir a etapa 406 de alinhar ortogonalmente a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido para a obtenção de uma autofocalização insensível à polarização. O método 400 ainda pode incluir a etapa 408 de filtração de anti-serrilhado usando um efeito de birrefringência da primeira camada de cristal líquido ou da segunda camada de cristal líquido ou de ambas as camadas. O método 400 também pode prover uma cobertura de proteção para o sensor pela integração da primeira camada de cristal líquido ou da segunda camada de cristal líquido ou de ambas as camadas com o sensor na etapa 410. 0 método 400 ainda pode incluir opcionalmente a realização de uma função de autofoco e uma função anti-serrilhado ótica simultaneamente na etapa 412. O método 400 também pode incluir a etapa 414 de ajuste eletrônico de um índice de refração para ondas ordinárias

21/25 (s) e ondas extraordinárias (p) usando a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido. O método 400 ainda pode incluir a etapa 416 de variação de um índice de refração de cristal líquido pela aplicação de uma voltagem externa dependente de posição espacial a pelo menos uma dentre a primeira camada de cristal líquido e a segunda camada de cristal líquido. O método na etapa 418 ainda pode realizar quantidades diferentes de antiserrilhado para comprimentos de onda diferentes (cores) pela seleção de tipos diferentes de cristais líquidos ou cristais óticos com propriedades de dispersão diferentes.

Note que os eixos geométricos óticos da primeira camada de cristal líquido e da segunda camada de cristal líquido são ortogonalmente alinhados na construção através de um tratamento superficial de um substrato de cristal líquido para as primeira e segunda camadas de cristal líquido. O tratamento superficial pode ser uma modificação, tal como uma esfregação unidirecional de um revestimento de poliimida ou uma irradiação com luz polarizada de um travamento de fotopolímero, de uma superfície ou de superfícies em uma orientação em particular para a obtenção do alinhamento anisotrópico do cristal líquido. Note, ainda, que o controlador pode ser programado para mudar as voltagens externas aplicadas à primeira camada de cristal líquido e à segunda camada de cristal líquido usando um feedback de um processador de autofocalização, de modo que o percurso ótico da primeira camada de cristal líquido e da segunda camada de cristal líquido para duas luzes polarizadas ortogonais seja idêntico. As luzes polarizadas ortogonais podem significar dois feixes de luz separados

22/25 que são ortogonalmente polarizados. Para um divisor de feixe de polarização ideal, estes seriam plenamente polarizados com polarizações ortogonais. Em um outro aspecto, o eixo geométrico ótico da primeira camada de cristal líquido pode estar em um plano xz, e sua voltagem externa pode ser usada para a mudança do índice de refração da componente de luz com polarização ao longo de uma direção X, a componente de polarização extraordinária passando através da primeira camada de cristal líquido, e onde o eixo geométrico ótico da segunda camada de cristal líquido pode estar em um plano yz, e sua voltagem externa pode ser usada para a mudança de um índice de refração de uma componente de luz com polarização ao longo de uma direção y, a componente de polarização extraordinária passando através das segundas camadas de cristal líquido, onde as primeira e segunda camadas de cristal líquido coletivamente realizam modulações de fase ortogonais. Note, ainda, que uma voltagem aplicada a cada uma das primeira e segunda camadas de cristal líquido pode ser substancialmente uniforme e espacialmente dependente de anéis ou grades diferentes através de camadas de cristal líquido, de modo que uma melhoria da imagem seja obtida para diferentes localizações incluindo cantos ou bordas de imagem.

Com referência a um eixo geométrico rápido, a luz entrando em um cristal ótico, tal como uma placa de onda, pode ser decomposta em duas ondas com polarizações ortogonais, paralela e perpendicular ao eixo geométrico ótico de uma placa de onda. Dentro da placa, as duas ondas se propagam em velocidades diferentes, isto é, com índices

23/25 de refração diferentes. Como resultado, há eixos geométricos rápidos e lentos para a definição de direções diferentes de propagações de luz. Uma placa de onda ou um retardante é um dispositivo ótico que altera o estado de polarização e a fase de uma onda de luz viajando através dela. Uma placa de onda funciona pelo deslocamento da fase de uma onda de luz entre duas componentes de polarização perpendiculares. Uma placa de onda típica é simplesmente um cristal birrefringente com uma espessura cuidadosamente escolhida. O cristal é cortado de modo que o eixo geométrico extraordinário (polarizado paralelo ao eixo geométrico de anisotropia) seja paralelo às superfícies da placa. Quando o índice extraordinário é menor do que o índice ordinário (polarizado perpendicularmente ao eixo geométrico de anisotropia), como na calcita, o eixo geométrico extraordinário é denominado o eixo geométrico rápido e o eixo geométrico ordinário é denominado o eixo geométrico lento. A luz polarizada ao longo do eixo geométrico rápido se propaga mais rapidamente do que a luz polarizada ao longo do eixo geométrico lento. Assim, dependendo da espessura do cristal, uma luz com componentes de polarização ao longo de ambos os eixos geométricos se fundirá em um estado de polarização diferente. A placa de onda é caracterizada pela quantidade de fase relativa Γ que ela imprime nas duas componentes, o que está relacionado à birrefringência Δη e à espessura L do cristal pela fórmula: Γ = 2π Δη L / λ.

Por exemplo, uma placa de um quarto de onda cria uma fase de um quarto de comprimento de onda de 90 graus de deslocamento e pode mudar a luz polarizada linearmente para

24/25 circular e vice-versa. Isto é feito pelo ajuste do plano da luz incidente, de modo que ela faça um ângulo de 45° com o eixo geométrico rápido. Isto proporciona ondas ordinárias e extraordinárias de amplitude igual. O outro tipo comum de placa de guia é uma placa de meia onda, a qual retarda uma polarização por meio comprimento de onda, ou 180 graus de mudança de fase. Este tipo de placa de onda roda a direção de polarização de uma luz polarizada linear.

À luz da descrição precedente, deve ser reconhecido 10 que as modalidades de acordo com a presente invenção podem ser realizadas em hardware, software ou uma combinação de hardware e de software. Uma rede ou um sistema de acordo com a presente invenção pode ser realizado de uma forma centralizada em um sistema de computador ou processador, ou de uma forma distribuída, onde elementos diferentes são dispersos através de vários sistemas ou processadores de computador interconectados ou processadores (tal como um microprocessador ou um DSP). Qualquer tipo de sistema de computador ou outro aparelho adaptado para a realização das funções descritas aqui é adequado. Uma combinação típica de hardware e de software poderia ser um sistema de computador de finalidade geral com um programa de computador que, quando fosse carregado e executado, controlasse o sistema de computador de modo que ele realizasse as funções descritas aqui.

À luz da descrição precedente, deve ser reconhecido também que as modalidades de acordo com a presente invenção podem ser realizadas em numerosas configurações contempladas como estando no escopo e no espírito das reivindicações. Adicionalmente, pretende-se que a descrição

25/25 acima seja a título de exemplo apenas e não se pretende que limite a presente invenção de forma alguma, exceto conforme estabelecido nas reivindicações a seguir.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

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1. Câmera de autofoco (100), compreendendo: uma lente (102);

um sensor (108) para a detecção de uma imagem a partir

5 da lente;

uma primeira camada de cristal líquido (104) para passagem de ondas em duas polarizações ortogonais e para o ajuste de um índice de refração para ondas extraordinárias (p); e

10 uma segunda camada de cristal líquido (106) para passagem de ondas em duas polarizações ortogonais e para o ajuste de um índice de refração para ondas extraordinárias (p), onde um eixo geométrico ótico da segunda camada de cristal líquido (106) é alinhado ortogonalmente com um eixo

15 geométrico ótico da primeira camada de cristal líquido (104) para que ondas ordinárias na primeira camada de cristal líquido (104) se tornem ondas extraordinárias (p) na segunda camada de cristal líquido (106), caracterizado pelo fato de que

20 a primeira camada de cristal líquido (104) não tem poder ótico e a segunda camada de cristal líquido (106) não tem poder ótico, e a primeira camada de cristal líquido (104) e a segunda camada de cristal líquido (106) situam-se entre as lentes

25 (102) e o sensor (108).

2. Câmera de autofoco, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a câmera de autofoco ainda compreender um circuito integrado (210) programado para aplicar voltagens diferentes à primeira camada de cristal

30 líquido (104) e à segunda camada de cristal líquido (106),

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2/3 respectivamente, para alteração do percurso ótico através de cada camada de cristal líquido, de acordo com distâncias diferentes de focalização, de modo que o percurso ótico da primeira camada de cristal líquido (104) e o percurso ótico

5 da segunda camada de cristal líquido (106), para uma luz polarizada ortogonal, sejam idênticos.

3. Câmera de autofoco, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a câmera de autofoco ainda compreender um filtro de infravermelho (103) para bloqueio

10 de luz de infravermelho para uma câmera usada para a tomada de imagens visíveis.

4. Câmera de autofoco, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do sensor ser um sensor de CMOS e pelo fato da primeira camada de cristal líquido (104) ou

15 a segunda camada de cristal líquido (106) ou ambas serem integradas com o sensor de CMOS ou componentes discretos.

5. Câmera de autofoco, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato dos percursos óticos da primeira camada de cristal líquido (104) e da segunda camada de

20 cristal líquido (106) para duas luzes polarizadas ortogonais serem idênticas.

6. Método para autofocalização, compreendendo as etapas de:

Captura (402) de uma imagem através de uma lente (102) 25 e de um sensor (108); e modulação de fase ortogonalmente (404, 406) de uma primeira camada de cristal líquido (104) e uma segunda camada de cristal líquido (106), onde os eixos geométricos óticos são ortogonalmente alinhados entre si de modo que as

30 ondas ordinárias da primeira camada de cristal líquido

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3/3 (104) se tornem ondas extraordinárias (p) na segunda camada de cristal líquido (106), em que a primeira camada de cristal líquido (104) e a segunda camada de cristal líquido (106) passam ondas em duas polarizações ortogonais, e em

5 que o índice de refração da respectiva onda extraordinária (p) é ajustada, o método sendo caracterizado pelo fato de que a primeira camada de cristal líquido (104) não tem poder ótico e a segunda camada de cristal líquido (106) não tem

10 poder ótico, e a primeira camada de cristal líquido (104) e a segunda camada de cristal líquido (106) situam-se entre as lentes (102) e o sensor (108) .

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, 15 caracterizado pelo fato de o método ainda compreender a etapa de filtração anti-serrilhado ótica (408) usando-se um efeito de birrefringência da primeira camada de cristal líquido (104) e da segunda camada de cristal líquido (106).

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, 20 caracterizado pelo fato de ainda compreender a etapa de provisão de uma cobertura de proteção (410) para o sensor pela integração de pelo menos uma dentre a primeira camada de cristal líquido (104) ou a segunda camada de cristal líquido (106) com o sensor.

25 9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ainda compreender realizar uma função de autofoco e uma função de anti-serrilhado ótica simultaneamente (412).

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