CN102972019B

CN102972019B - 图像拾取装置

Info

Publication number: CN102972019B
Application number: CN201180018990.6A
Authority: CN
Inventors: 山本亮
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102972019A; JP5312393B2; EP2443820A1; JP2011228837A; US20120206626A1; EP2443820A4; US9118853B2; WO2011129459A1

Abstract

一种图像拾取装置包括：图像拾取元件；图像拾取光学系统，用于通过使用光束形成对象的图像；相位调制元件，被设置于光瞳面上，用于调制所述光束的相位状态；调制元件控制器，用于控制所述相位调制元件；以及图像拾取元件控制器，用于将所述图像拾取元件分成多个区域，并以分时的方式对多个分割区域中的每一个读取关于所述图像的信息，其中，当所述图像拾取元件控制器以分时的方式对所述多个分割区域在逐个区域的基础上读取关于形成在所述图像拾取元件上的图像的信息时，所述调制元件控制器控制所述相位调制元件，以减小要从其读取信息的分割区域中的波阵面像差。

Description

图像拾取装置

技术领域

本发明涉及图像拾取装置，并且适用于在其图像拾取光学系统的光路上设置有用于有效地校正图像拾取光学系统中的像差的校正单元（例如相位调制元件）的数字静态照相机、视频照相机、TV照相机等。

背景技术

为了校正图像拾取光学系统中的像差，使用各种方法。例如，在具有宽场角的图像拾取光学系统中，非球面透镜被用于对于具有大场角的光束（beam）执行像差校正。随着图像拾取场角变大（随着场角变宽），更频繁地出现彗差、像场弯曲（fieldcurvature）/像散等。因此，为了校正那些像差，增加透镜的数量，并使用非球面透镜。

在图像拾取光学系统中使用的光学元件（透镜）在形状上是不可改变的。出于这种原因，即使透镜的表面具有最适于给定的场角（变焦位置）或聚焦位置的曲率或非球面形状，该形状也未必最适于另一场角（变焦位置）或另一聚焦位置。

针对于此，常规上已知存在如下图像拾取装置：其中，通过在光学系统中插入反射相位调制元件并根据各变焦位置、聚焦位置等执行最佳波阵面（wavefront）调制，以与当动态改变曲率和非球面系数时获得的效果类似的效果执行像差校正（PTL1）。并且，已知存在用于光盘的如下拾取装置：其中，通过使用液晶元件来校正由于光盘的厚度误差、倾斜等产生的像差（PTL2）。

通常，光学系统中的所有像差可被表达为光学系统的光瞳（pupil）处的光瞳像差。因此，已知存在如下成像光学系统：其中，在光学系统的光瞳处插入相位调制元件以校正球面像差，并相反地增加球面像差以获得软焦（soft-focus）效果（PTL3）。

并且，关于反射相位调制元件的形状与变焦位置或聚焦位置同步地改变以校正图像拾取光学系统中的像差的方法，随着场角变宽，仅通过单一非球面形状，整个画面（screen）的像差校正变得更困难。出于这种原因，该方法趋于留下许多残留像差。

引文列表

专利文献

PTL1：美国专利No.7,782,386

PTL2：美国专利No.6,909,686

PTL3：日本专利申请公开No.S61-137124

PTL4：日本专利申请公开No.S49-094325

PTL5：日本专利申请公开No.H11-194274

非专利文献

NPL1：JapaneseJournalofOptics,Vol.36,No.3,2007

发明内容

技术问题

本发明具有提供如下图像拾取装置的目的：所述图像拾取装置对于具有某一（certain）场角的离轴光束和轴向光束两者都有利地校正像差，从而在整个画面之上实现高的光学性能。

问题的解决方案

为了实现上述目的，提供了一种图像拾取装置，包括：图像拾取元件；图像拾取光学系统，用于通过使用来自对象（object）的光束在所述图像拾取元件上形成所述对象的图像；相位调制元件，被设置于所述图像拾取光学系统的光瞳面上，用于调制来自所述对象的光束的相位状态；调制元件控制器，用于控制所述相位调制元件；以及图像拾取元件控制器，用于将所述图像拾取元件分成多个区域，并以分时（time-sharing）的方式对多个分割区域中的每一个读取关于所述图像拾取元件上形成的图像的信息，其中，当所述图像拾取元件控制器以分时的方式对所述多个分割区域在逐个区域的基础上读取关于所述图像拾取元件上形成的图像的信息时，所述调制元件控制器控制所述相位调制元件，以减小要从其读取信息的分割区域中的波阵面像差。

发明的有利效果

根据本发明，图像拾取元件被分成多个区域，并在图像拾取光学系统的光瞳处执行对于与多个分割区域对应的各场角的波阵面像差的校正。结果，可获得如下图像拾取装置：所述图像拾取装置对于各场角最有效地执行像差校正，从而具有高的光学性能。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1是本发明第一实施例的解释图。

图2是示出根据第一实施例的像面上的区域分割图案的示图。

图3A是示出根据第一实施例的区域a中的波阵面像差的示图。

图3B是示出根据第一实施例的区域b1和b2中的波阵面像差的示图。

图3C是示出根据第一实施例的区域c1和c2中的波阵面像差的示图。

图3D是示出根据第一实施例的区域d1至d4中的波阵面像差的示图。

图4A是示出根据第一实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域a的斑点（spot）的示图。

图4B是示出根据第一实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域b的斑点的示图。

图4C是示出根据第一实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域c的斑点的示图。

图4D是示出根据第一实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域d的斑点的示图。

图5是本发明第二实施例的解释图。

图6是示出根据第二实施例的场角和波阵面像差量之间的关系的示图。

图7是示出根据第二实施例的各区域中的场角的位置的示图。

图8是示出根据第二实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域i1的斑点的示图。

图9是示出根据第二实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域i1的波阵面像差的示图。

图10是示出根据第二实施例的关于区域i1给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图11是示出根据第二实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域d1的斑点的示图。

图12是示出根据第二实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域d1的波阵面像差的示图。

图13是示出根据第二实施例的关于区域d1给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图14是示出根据第二实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域a的斑点的示图。

图15是示出根据第二实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域a的波阵面像差的示图。

图16是示出根据第二实施例的关于区域a给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图17是本发明第三实施例的解释图。

图18A是示出根据第三实施例的广角端处的场角与波阵面像差量之间的关系的示图。

图18B是示出根据第三实施例的望远端处的场角与波阵面像差量之间的关系的示图。

图19A是示出根据第三实施例的广角端处的像面上的区域分割图案的示图。

图19B是示出根据第三实施例的望远端处的像面上的区域分割图案的示图。

图20是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域i1（广角侧）的斑点的示图。

图21是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域i1（广角侧）的波阵面像差的示图。

图22是示出根据第三实施例的关于区域i1（广角侧）给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图23是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域d1（广角侧）的斑点的示图。

图24是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域d1（广角侧）的波阵面像差的示图。

图25是示出根据第三实施例的关于区域d1（广角侧）给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图26是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域a（广角侧）的斑点的示图。

图27是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域a（广角侧）的波阵面像差的示图。

图28是示出根据第三实施例的关于区域a（广角侧）给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图29是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域d1′（望远侧）的斑点的示图。

图30是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域d1′（望远侧）的波阵面像差的示图。

图31是示出根据第三实施例的关于区域d1′（望远侧）给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图32是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域a′（望远侧）的斑点的示图。

图33是示出根据第三实施例的在相位调制元件执行调制前后获得的区域a′（望远侧）的波阵面像差的示图。

图34是示出根据第三实施例的关于区域a′（望远侧）给相位调制元件提供的相位调制量的示图。

图35是示出根据第三实施例的对区域中的各点执行的加权（weighting）的例子的示图。

图36是示出根据第三实施例的从LUT读取数据并然后执行图像拾取的处理的例子的示图。

图37是用于描述本发明第四实施例的示图。

具体实施方式

本发明具有提供如下图像拾取装置的目的：所述图像拾取装置对于具有某一场角的离轴光束和轴向光束两者都有利地校正像差，从而在整个画面之上实现高的光学性能。在下文中，描述本发明的图像拾取装置。本发明的图像拾取装置使用具有单一焦距或变焦功能的图像拾取光学系统105，以在CCD或CMOS图像拾取元件102上形成外界（对象）的图像信息。在图像拾取光学系统105的光瞳的面103（光瞳面）上或其附近，设置有调制入射波阵面的相位的状态并发射得到的光束的相位调制元件101。这里，光瞳面是在离轴主光线与光轴相交的点处与光轴相垂直的表面。

根据本发明的图像拾取装置包括控制相位调制元件101以给通过相位调制元件101的光束提供相位量的调制元件控制器108、以及将图像拾取元件102分成三个或更多个区域并以分时的方式对于多个分割区域在逐个区域的基础上读取图像信息的图像拾取元件控制器109。当图像拾取元件控制器109以分时的方式对于多个分割区域在逐个区域的基础上读取图像信息时，调制元件控制器108试图对图像拾取元件102的每个分割区域减小波阵面像差。具体地，相位调制元件101调制将要提供给通过光束的相位量。这里，波阵面像差对应于作为各种类型的像差的叠加结果而出现的像差。

这里，在多个分割区域之中，包含图像拾取元件102的中心的区域具有最大尺寸或者具有与其它区域相同的尺寸。即，在多个分割区域中不包含其尺寸大于在多个分割区域中包含图像拾取元件102的中心的区域的区域。换句话说，在多个分割区域中，包含图像拾取元件102的中心的区域具有最大尺寸。另外，分割区域的数量取决于图像拾取光学系统105的变焦位置而改变。例如，分割区域的数量被设置为在广角端处比在望远端处大。由相位调制元件101调制的相位量被设置为使分割区域的中心处的波阵面像差最小。作为替代方案，计算分割区域中的波阵面像差的平均值，然后设置相位量以使具有与区域中的平均值同等的波阵面像差的点处的波阵面像差最小。除此之外，对分割区域中的波阵面像差执行某一加权，然后执行相位调制以使区域中具有最大权重的点处的波阵面像差最小。此外，相位调制元件可由其厚度部分地可变的元件形成。

第一实施例

图1是本发明第一实施例的主要部分示意图。图1是将根据本发明的相位调制元件101添加到PTL4中描述的广角镜头（光学系统）（图像拾取光学系统）的主要部分示意图。注意，在以下的描述中，d线（594nm）的波阵面像差被用于波阵面像差的计算。不用说，取决于利用光学系统的波长，可任意地选择波长。并且，在利用宽带中的波长的情况下，可以采用其它的计算方法，诸如利用代表其均值的波长或利用基于加权波长获得的波阵面像差的平均值。并且，在下面描述的第一实施例和第二实施例中，图像拾取元件102的长宽比（aspectratio）被定义为3:2，但是，图像拾取元件102的长宽比不限于此。

在图1中，光学系统105是其拍摄场角具有42度的半场角的广角镜头。在本实施例中，相位调制元件101被设置在光学系统105的光瞳103的位置处或其附近。相位调制元件101的例子包括由可通过施加电压改变折射率的材料制成的液晶和非线性晶体。并且，相位调制元件101可以是由其厚度在物理上可变的透射材料制成的元件。并且，相位调制元件101可以是其厚度部分地可变的元件。

关于本实施例的相位调制元件101中的相位滞后量，基于材料（在该情况下为液晶）的折射率的变化量与液晶层201的厚度的积来确定相位调制量。相位调制量被表达如下：

这里，Δn表示折射率的变化量，T表示材料的厚度，λ表示使用的波长。以这种方式，通过利用折射率的变化，可以相对于入射波阵面调制出射波阵面的相位。除了利用液晶元件以外，也可通过利用具有诸如Pockels效应或Kerr效应的非线性光学特性的材料（非线性晶体元件）来实现折射率的这种变化。但是，液晶或晶体的折射率的变化具有偏振依赖性。针对于此，例如，可以使用如下方法。即，当被用于图像拾取光学系统（光学系统）中时，两片液晶被附接在一起，以使它们的偏振依赖性的方向相互垂直（如NPL1的第149至153页所述），从而减小偏振依赖性。

作为替代方案，诸如凝胶或液体的具有1或更大的折射率的透明体可被夹在物理上可动的部件中，以部分地改变厚度（使得厚度部分地可变），从而也执行相位调制。在这种情况下，基于材料的折射率和厚度的差异来确定相位调制量。

在本实施例中，例如，假定通过图像拾取元件控制器109将CMOS图像拾取元件102分成多个区域，如图2所示。

在本实施例中，假定分割数为9并且所有的9个分割区域301具有相同的尺寸。只要分割数等于或大于3，分割数就可以为任何数。这里，图3A至3D分别示出与各区域301的中心场角对应的波阵面像差。图3A至3D分别示出图1所示的截面中的各场角的波阵面像差。注意，作为本实施例的光学系统，采用旋转对称光学系统，因此，例如，区域d2至d4的波阵面像差具有与区域d1的波阵面像差相同的形状，其分别关于光轴106旋转。类似地，区域b1和b2中的波阵面像差具有关于光轴106相互对称的形状。这同样适用于区域c1和c2。

图3A与图2的区域a对应，图3B与图2的区域b1和b2对应，图3C与图2的区域c1和c2对应，图3D与图2的区域d1至d4对应。

在这种情况下，调制元件控制器108使相位调制元件101执行调制，使得例如对于各区域301的中心场角消除图3A至3D所示的波阵面像差。具体地，使相位调制元件101执行调制以产生相位滞后，并试图使光瞳103上的波阵面分布的差异变得更接近0。在这种情形下，波阵面像差不必完全为0，并且，只要作为图像拾取光学系统保持足够的光学性能，那么某一波阵面像差残留就不引起问题。在本实施例中，执行校正，直到图3A至3D所示的波阵面像差变得等于或小于20mλ。

在下文中，描述在图像拾取时执行的相位调制的流程。在开始图像拾取时，控制单元107参照查找表（LUT）104。在LUT104中，根据分割区域确定将要产生的相位调制量。从而，该区域需要的相位调制量被提取。然后，控制单元107将与针对其以分时的方式执行读取的区域有关以及与该区域所需要的相位调制量有关的信息发送到用于相位调制元件101的调制元件控制器108和用于图像拾取元件102的图像拾取元件控制器109。基于发送的信息，调制元件控制器108和图像拾取元件控制器109分别控制相位调制元件101和图像拾取元件102。例如，在读取图像拾取元件102上的区域a的图像信息时，调制元件控制器108以分时的方式给相位调制元件101提供可消除0度的场角处的波阵面像差的相位差。与此同步，图像拾取元件控制器109仅从图像拾取元件102的区域a读取图像信息。

类似地，在对区域b1至d4中的每一个进行图像拾取时，调制元件控制器108执行控制，以给相位调制元件101提供可校正区域中的每一个的中心场角处的波阵面像差的相位差。然后，包含分离的读取单元的图像拾取元件控制器109执行控制，以对图像拾取元件102的各区域在时间上不同的定时以分时的方式类似地执行图像信息的读取。基于存储于LUT104中的关于波阵面像差校正量的数据，确定将由相位调制元件101提供给各区域301的相位差。LUT104存储与区域301中的每一个对应的波阵面像差校正量。注意，除了对于光学系统105的场角的校正量以外，波阵面像差校正量可并入有基于对于光学系统105的聚焦位置而确定的校正量。并且，在本实施例中，描述了对单焦距光学系统的校正。但是，例如，在变焦镜头的情况下，只需要将基于各变焦位置确定的校正量并入到LUT104中，从而改变各焦距的校正量。

表1是示出图像拾取元件102上各区域的范围和各区域的场角的表格。在表1中，x表示画面的纵向，y表示与x垂直的方向。画面的中心（在共轴系统的情况下为光轴）被假定为0度。在下面描述的实施例中也使用相同的坐标方向。并且，区域b1和b2关于x轴对称，区域c1和c2关于y轴对称，区域d1至d4关于光轴106旋转对称，因此，区域a的值被指示为AreaA，区域b1的值被指示为AreaB，区域c1的值被指示为AreaC，区域d1的值被指示为AreaD。对于其它区域b2、c2以及d2至d4的值，只需要改变表1的AreaB至D的值的符号。例如，对于区域d2，只需要反转AreaD中关于y的值的符号。类似地，对于区域d4，只需要反转关于x和y两者的值的符号，而对于区域d3，只需要反转关于x的值的符号。在下面描述的实施例中，类似地，在相互对称的区域之中，使用具有最小编号的区域的值。

各区域的坐标值表示当图像拾取元件102上最大场角处的x坐标和y坐标被分别假定为1时获得的比。图4A至4D示出在相位调制元件101执行波阵面调制前后获得的各区域301的中心场角处的斑点形状。如从图4A至4D可以看出的那样，与波阵面调制前相比，在执行波阵面调制后可以识别出斑点形状的明显改善。

以此方式，将相位调制元件101插入在光学系统105的光瞳103的位置处，并将图像拾取元件102分成多个区域，从而使相位调制元件101对各区域执行最佳的波阵面像差校正。结果，对光学系统可有利地执行像差校正。并且，在用于图像拾取的光学系统的情况下，对于具有大场角的光束，部分光瞳光束被渐晕（vignetted）以便改善光学性能，从而减小像差。但是，如果使用本发明的方法，那么即使对最外边缘的场角也可执行像差校正。因此，可以减小周边场角处的渐晕量，并可望增大周边光量。注意，在光学系统旋转不对称的情况下，可以构想分割区域分别具有不同的波阵面像差的形状。在这种情况下，只需要将各与不同形状对应的波阵面像差校正量并入到表格中。

并且，在如上所述将图像拾取元件102分成区域的情况下，希望将基于像素执行读取的CMOS图像拾取元件而不是执行线读取的CCD图像拾取元件用作图像拾取元件102。通过采用CMOS图像拾取元件，可以更容易地改变要读取的图像拾取元件的区域。

表1

第二实施例

在下文中，描述本发明的第二实施例。在本实施例中使用的光学系统与第一实施例中的相同。并且，在下面描述的图中，具有相同的附图标记的组件具有相同的功能，从而在此省略其描述。在第一实施例的情况下，图像拾取元件102被分成具有相同尺寸的9个区域。但是，如图6所示，波阵面像差在图像拾取元件的周边（在较大的场角处）较大，因此，即使在同一区域内，波阵面像差也可能明显不同。

相反，也存在如下情况：波阵面像差大致在画面的中间场角处变得最大，并随着更接近其周边而再次变小。因此，如果采用区域的中心处的波阵面像差，那么在区域的周边相反地像差劣化，导致变形的斑点形状。鉴于以上情况，原则上，希望用与一个像素对应的一个区域来校正波阵面像差。但是，图像拾取花费较长的时间段，并且对于相位调制元件需要超高的调制速度，因此并不希望增大分割数。

为了应对该问题，在本实施例中，如图5所示，在波阵面像差的变化量较小的画面的中心的附近，图像拾取元件102被分成较大的区域（尺寸），并且在较接近画面的周边的部分中，图像拾取元件102被分成相同或较小的区域。通过这样做，在解决逆校正（reversecorrection）的上述问题的同时，分割区域数减少。并且，即使在画面的周边的区域中，也可防止斑点形状变形。而且，在图像拾取的同一时间段期间由相位调制元件101执行的调制数变少，因此相位调制元件101的调制速度可被抑制为低。在本实施例中，基于图6所示的波阵面像差量的结果，区域a的对角场角被设为0至32度，区域d1至d4的对角场角被设为32至38度，区域i1至i4的对角场角被设为38至42度。例如，在整个画面被分成具有相同尺寸的区域的情况下，如果使用与区域i相同的尺寸进行分割，则画面需要被分成五十个或更多的区域。但是，如果如本实施例中那样仅在画面的周边使用较小的区域，那么可以明显减少分割区域数，并且可以保持改善光学性能的效果。另外，可以降低相位调制元件101的调制速度。

并且，将下面的方法应用到图5所示的各区域（a、b1和b2、c1和c2、d1至d4、e1和e2、f1至f4、g1和g2、h1至h4、以及i1至i4）。具体地，基于如图7所示的区域的中心和四个角（F1至F5）处的波阵面像差的平均值，确定将由相位调制元件101给通过光束提供的相位量。具体地，相位调制量被确定，以使具有与该区域中的波阵面像差的平均值相同或类似的波阵面像差的点处的波阵面像差最小。

通过这样做，使得各区域中的斑点形状均匀。注意，关于区域a，图7的点F3与光轴方向上的光束对应。表2示出图像拾取元件102上的各区域的范围和各区域的场角的范围。这里，关于代表性区域a、d1和i1，图8至16示出对于图7所示的点F1至F5的改善的斑点形状和波阵面像差形状、以及给相位调制元件101提供的相位差。图8至10分别示出区域i1的斑点、波阵面像差和相位调制量，图11至13分别示出区域d1的斑点、波阵面像差和相位调制量，图14至16分别示出区域a的斑点、波阵面像差和相位调制量。可以识别出斑点形状的改善和波阵面像差量的改善。

以此方式，在较接近画面的周边的部分中使区域较小，以适于光学系统105的波阵面像差，因此可在整个画面之上实现斑点形状的改善。并且，通过在波阵面像差波动小的画面的中心的附近使区域较大，可以减少分割数，并且还可以降低相位调制元件的调制速度。注意，考虑到光学系统中根据余弦第四定律（cosinefourthlaw）发生的在画面周边光量的减少，可采取以下措施。即，对画面的周边的区域以及对画面的中心的附近的区域使用不同的曝光时段，并使用于画面的周边的曝光时段较长，从而增加周边光量。并且，鉴于斑点形状在区域的边界处不同的事实，例如，可以增加以区域的边界相互重叠的方式执行读取、从而使边界的附近的图像平均化的这样的图像处理。并且，在本实施例中，基于当光阑处于全开口（full-aperture）状态时获得的波阵面像差的平均值，确定将由相位调制元件101给通过光束提供的相位量。但是，当光阑改变时，可以使用对各光阑值最佳的其它调制量。

表2

第三实施例

图17是本发明第三实施例的主要部分示意图。图17是将相位调制元件101添加到PTL5的第一实施例中描述的变焦镜头1801的主要部分示意图。图17分别示出广角端、中间变焦位置（中间位置）和望远端。在图17中，控制单元107等的各控制单元对广角端和中间位置（Middle）被省略，而仅对望远端被示出。注意，在本实施例中，图像拾取元件102的长宽比被设为4:3。变焦镜头1801是变焦比为3、焦距范围为5.6mm至16.8mm的变焦镜头，并且，其场角就半场角而言从32.2度变为11.7度。

在这种变焦镜头的情况下，如图18A和图18B所示，波阵面像差根据场角如何波动在广角端的情况和望远端的情况之间明显不同。特别地，在图18A所示的广角端的情况下，波阵面像差的绝对量从画面的中心向其周边明显变化，而变化量在图18B所示的望远端的情况下较小。并且，在望远端的情况下，在改变如何呈现它自身的方面，从画面的中心向其周边观察到稳定的增大，而在广角端的情况下，未观察到稳定的增大。针对于此，如图19A和图19B所示，取决于变焦位置，除了相位调制元件101的变化量以外，还改变分割区域数。在LUT104中，根据变焦位置和分割区域的位置来确定相位量。以此方式，通过根据变焦位置改变分割区域数，可以更有效地执行波阵面像差的校正。

关于区域数的这种变化数据也被存储于LUT104中，因此可以容易地提取与各变焦位置对应的相位调制量。并且，鉴于本发明针对图像拾取系统的事实，希望使快门速度在望远端处较快，以防止由照相机抖动而导致的图像模糊。在这方面，通过相比于广角端在望远端处减少分割区域数，还可提供增大快门速度的效果。

表3和表4分别示出对于广角端的情况和望远端的情况的图像拾取元件102上各区域的范围和各区域的场角的角范围。并且，关于广角端的情况下和望远端的情况下的代表性区域，图20至34示出采用的相位调制量以及采用相位调制前后的斑点和波阵面像差。

图20至22分别示出广角端的情况下的区域i1的斑点、波阵面像差和相位调制量。图23至25分别示出广角端的情况下的区域d1的斑点、波阵面像差和相位调制量。图26至28分别示出广角端的情况下的区域a的斑点、波阵面像差和相位调制量。图29至31分别示出望远端的情况下的区域d1′的斑点、波阵面像差和相位调制量。图32至34分别示出望远端的情况下的区域a′的斑点、波阵面像差和相位调制量。

注意，在本实施例中，如图35那样，对图像拾取元件102的区域中的各位置执行加权，从而确定将要添加到相位调制元件101的相位调制量。在本实施例中，以较大程度地校正较接近场角的中心的波阵面像差的方式来确定加权函数。通过这样做，可在较接近画面的中心的位置处获得更有利的图像。加权函数也被存储于LUT104中，并且根据变焦位置应用适当的加权量。取决于区域或取决于变焦位置，加权函数可不同。

并且，在本实施例中，采用的分割区域仅在广角端的情况和望远端的情况之间不同。但是，分割数可进一步在广角端和望远端之间的各变焦位置处改变，从而使得对于各焦距可以选择最有效的分割数。并且，本实施例中采用的相位调制量均以对象的位置处于无限远的情况为前提。在对象位于有限距离处的情况下，可以采用对于对象的各位置最佳的相位调制量。

表3

表4

这里，参照图36，描述直到图像拾取的处理，其中，从LUT104读取数据，并使相位调制元件101执行调制。图36中使用的相位调制元件101是第一实施例中描述的液晶类型的相位调制元件。如图36那样，首先，通过传感器3702获得变焦镜头的当前变焦位置（焦距），并选择指示与存储于存储器3701中的焦距最接近的焦距的表格值。基于选择的表格值，确定图像拾取元件102上的分割区域数，然后将确定的值发送到图像拾取元件控制器109。之后，通过传感器3702以相同的方式检测聚焦位置和光阑值，并获得指示与存储于存储器3701中的聚焦位置最接近的距离的表格值，从而确定将要提供给相位调制元件101的相位调制分布。

这里，用相同的附图标记表示传感器3702，但是，也可提供分离的传感器来分别检测变焦位置、聚焦位置和光阑值。基于确定的值，控制单元107计算将要施加到相位调制元件101的透明电极202的电压。根据确定的电压，调制元件控制器108给透明电极202施加电压以改变液晶的折射率，从而执行相位调制。与相位调制同步，图像拾取元件控制器109控制图像拾取元件102，以仅对用于图像拾取的区域执行读取。虽然不用于图像拾取的区域接收光，但是不从该区域读取数据。在对一个区域完成图像拾取之后，积累于图像拾取元件102中的电荷被复位一次，并且图像拾取元件控制器109执行控制以再从下一区域开始读取。通过以上描述的处理，可使相位调制元件101对图像拾取元件102上的各区域执行调制，并可通过使相位调制和读取同步来执行图像的获取。

第四实施例

图37是根据本发明第四实施例的图像拾取元件的表面上执行的区域分割的解释图。描述第四实施例的图像拾取元件102上执行的区域分割的分割方法。在第一至第三实施例中，图像拾取元件102的分割区域的形状均是矩形的。但是，分割区域的形状不限于此。例如，如图37所示，可如下进行分割。即，在光学性能优异的中心处设置大的圆形区域3801，并在区域3801的周围，放射状地设置区域3802。通过以这种方式执行区域分割，对于旋转对称的光学系统，可以减小区域之间的校正量的差异。并且，在画面的周边进一步使分割区域较小，如分割区域3803，因此可以更容易地操控波阵面像差在画面的周边急剧增大的这样的光学系统。

并且，虽然在上述实施例中没有进行描述，但是，例如，在由照相机抖动导致的图像模糊被光学地稳定化的图像拾取光学系统的情况下，为了图像稳定化可使光学系统的一部分偏心。在这种光学系统中，偏心像差根据对于照相机抖动进行图像稳定化时的偏心量而出现。关于偏心像差，类似地，也可对偏心量和偏心像差创建LUT，并可使相位调制元件根据偏心量执行调制，从而校正偏心像差。

根据上述实施例，可通过根据图像拾取光学系统的变焦位置、聚焦位置等来改变波阵面像差的校正量，或改变图像拾取元件自身的区域分割数，实现更有利的光学性能。并且，考虑到图像拾取元件被分成区域，如果使用能够基于像素读取的CMOS图像拾取元件，那么本发明可有利地应对以分时的方式执行的图像拾取、分割区域数的变化等。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

本申请要求在2010年4月16日提交的日本专利申请No.2010-094941的权益，在此通过引用并入其全部内容。

Claims

1.一种图像拾取装置，包括：

图像拾取元件；

图像拾取光学系统，用于使用来自对象的光束在所述图像拾取元件上形成所述对象的图像；

相位调制元件，被设置于所述图像拾取光学系统的光瞳面上，用于调制来自所述对象的光束的相位状态；

调制元件控制器，用于控制所述相位调制元件的相位调制量；以及

图像拾取元件控制器，被配置为将所述图像拾取元件分割成多个区域，并依次读取关于多个分割区域中的每一个的信息，

其中，当所述图像拾取元件控制器在逐个区域的基础上依次读取关于所述图像拾取元件上形成的图像的多个分割区域的信息时，所述调制元件控制器与各分割区域的信息的读取同步地控制所述相位调制元件，以减小对应分割区域中的波阵面像差。

2.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述多个分割区域的数量至少为3个。

3.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，在所述多个分割区域中，包含所述图像拾取元件的中心的区域具有最大尺寸。

4.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述图像拾取光学系统具有变焦功能，并且所述多个分割区域的数量取决于所述图像拾取光学系统的变焦位置而改变。

5.根据权利要求4所述的图像拾取装置，其中，所述多个分割区域的数量在广角端处比在望远端处大。

6.根据权利要求4所述的图像拾取装置，还包括查找表，所述查找表用于取决于所述多个分割区域之中的分割区域的位置以及所述图像拾取光学系统的变焦位置和聚焦位置之一来确定相位量，将要由所述相位调制元件以所述相位量调制通过光束。

7.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述调制元件控制器设置相位量，以使分割区域的中心处的波阵面像差最小，将要由所述相位调制元件以所述相位量调制通过光束。

8.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述调制元件控制器计算在所述多个分割区域中的每一个中的波阵面像差的平均值，并设置在所述相位调制元件处将要提供给通过光束的相位量，以使分割区域中的具有与所述平均值相同的波阵面像差值的点处的波阵面像差最小。

9.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述调制元件控制器对所述多个分割区域中的每一个中的波阵面像差执行加权，并设置在所述相位调制元件处将要提供给通过光束的相位量，以使分割区域中具有最高权重的点处的波阵面像差最小。

10.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述图像拾取元件包含CMOS图像拾取元件。