CN103155543B - 成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种成像设备包括：图像形成透镜，具有因区域而异的焦距；光接收单元，具有多个光接收元件；多个光学元件，分别与多个光接收元件中的每一个相对应地设置，以使得每个对应的光接收元件接收通过所述图像形成透镜的出射光瞳中的预定光瞳区域的对象光；以及图像产生单元，适用于根据多个光接收元件的成像信号产生对象的图像。所述多个光学元件中的多个第一光学元件使得通过所述图像形成透镜的具有第一焦距的区域和所述出射光瞳中的第一光瞳区域的对象光入射到对应的光接收元件中，以及所述多个光学元件中的多个第二光学元件使得通过所述图像形成透镜的具有第二焦距的区域和所述出射光瞳中的第二光瞳区域的对象光入射到对应的光接收元件中。

Description

成像设备
技术领域
本发明涉及一种成像设备，更具体地涉及一种同时以不同焦距获取图像的技术。
背景技术
关于设置在图像传感器附近的光学元件，例如，在专利文献1和PTL2中公布的技术是已知的。
专利文献1公开了一种视差图像输入设备，适用于选择通过形成外部图像的图像信息装置中的不同位置的图像信息、将图像信息转换为图像数据串、并且存储转换所得的图像数据串。根据专利文献1的技术，可以拍摄来自不同视点的多个图像。
专利文献2公开了一种数字照相机，适用于通过偏转装置沿两个方向偏转入射光通量、利用图像传感器通过光通量检测两个图像、基于从检测的图像位置获得的图像偏移量计算由成像透镜调节的对象图像的焦点调节状态、以及将成像透镜移动到焦点位置。根据专利文献2的技术，可以通过一个图像检测操作迅速地执行焦点调节。
然而，在专利文献1的技术中，通过微透镜和光接收单元针对入射到总的图像形成透镜中的光通量对光瞳进行空间分隔，并且只存在单一的焦点。因此，需要焦点调节机制以便以不同焦距获取图像。在专利文献2的情况下也需要焦点调节机制。
如果在成像透镜中合并了焦点调节机制以便以不同焦距获取图像，出现了驱动单元尺寸增加的问题。
作为问题的解决方案，专利文献3公开了一种成像光学系统，其中成像透镜系统中的一个或两个透镜表面在与光轴同轴的内部区域和外部区域之间具有曲率差，并且所述成像光学系统满足0.3≤f2/f1≤0.9，其中f1表示具有外部区域曲率的整个系统的焦距，而f2表示具有内部区域的曲率的整个系统的焦距。
此外，专利文献4公开了一种使用流体棱镜切换多焦点透镜的焦点的技术，所述多焦点透镜具有焦距不同的两个透镜区域。
根据专利文献3和专利文献4中的技术，无需使用焦点调节机制就可以以不同焦距获取图像。
例如，在非专利文献1和非专利文献2(参见专利文献5)中描述了恢复处理。
例如，在专利文献6中描述了边缘增强。
引用列表
专利文献
专利文献1日本专利No.3753201
专利文献2日本专利申请待审公开No.2005-164983
专利文献3日本专利申请待审公开No.2003-270526
专利文献4日本专利申请待审公开No.2007-193020
专利文献5日本专利申请No.8-329549，[0023]、[0024]段
专利文献6日本专利申请待审公开No.2011-124712
非专利文献
非专利文献1
电子和通信学会会刊(Institute of Electronics andCommunication Engineers Academic Journal)，1984年11月，卷J67-D，第10期
非专利文献2
“O+E(O plus E)”杂志册，1986年11月
发明内容
技术问题
然而，在专利文献3的技术中，当通过光圈限制光瞳时，需要分时拍摄图像，因此不能同时以不同焦距拍摄图像。当没有限制光瞳时，将图像不利地与闪光一起拍摄。
此外，在专利文献4的技术中，利用分时的成像对于以长焦距拍摄图像和以短焦距拍摄图像是必要的。
考虑到这些情况实现了本发明，并且本发明的目的是提供一种成像设备，能够同时以不同焦距获取多个图像。
问题的解决方案
为了解决上述问题，本发明的一个方面是一种成像设备，包括：图像形成透镜，具有在每一个区域中不同的焦距；光接收部，具有多个光接收元件；多个光学元件，分别与多个光接收元件相对应地设置，以使得对应的光接收元件接收通过所述图像形成透镜的出射光瞳中的预定光瞳区域的对象光束；以及图像产生部，适用于根据多个光接收元件的成像信号产生对象的图像，其中所述多个光学元件中的多个第一光学元件使得通过所述图像形成透镜的具有第一焦距的区域和所述出射光瞳中的第一光瞳区域的对象光束入射到对应的光接收元件中，以及所述多个光学元件中的多个第二光学元件使得通过所述图像形成透镜的具有第二焦距的区域和所述出射光瞳中的第二光瞳区域的对象光束入射到对应的光接收元件中。
所述图像产生部可以选择出射光瞳中光束通过的任一个光瞳区域来产生对象的图像，并且使用接收通过所选择的光瞳区域的对象光束的多个光接收元件的成像信号来产生对象的图像。
在选择出射光瞳中对象光束通过的任一个光瞳区域来产生对象的图像的情况下，所述图像产生部可以基于对象物距和分别与出射光瞳的多个光瞳区域相对应的焦距来选择在光接收部的位置处形成图像的对象光束通过的至少一个光瞳区域。
所述图像产生部可以基于对象物距的范围和分别与出射光瞳的多个光瞳区域相对应的焦距来选择在光接收部的位置处形成图像的对象光束通过的多个光瞳区域。
所述多个光学元件可以是棱镜元件，所述棱镜元件使得对应的光接收元件接收通过所述预定光瞳区域的对象光束。
所述棱镜元件可以是流体棱镜元件，所述流体棱镜元件具有由折射率彼此不同的第一流体和第二流体之间的流体界面构成的棱镜界面，并且所述成像设备还可以包括：控制部，适用于控制所述棱镜界面相对于所述图像形成透镜的光轴的倾斜，以便控制要由分别与多个棱镜元件相对应的光接收元件接收的光通量的方向。
所述控制部可以基于对象物距控制棱镜界面的倾斜，以便把要由对应的光接收元件接收的光通量的方向导引至朝着在所述光接收部的位置处形成图像的对象光束通过的光瞳区域。
所述成像设备还可以包括：棱镜外壳，适用于保持所述第一流体和所述第二流体；以及分隔板，适用于沿所述光轴将所述棱镜外壳的内部划分为以第一流体填充的第一区域和以第二流体填充的第二区域，其中所述分隔板可以具有多个贯通孔，所述多个贯通孔与形成多个流体棱镜元件的位置相对应地形成，并且所述控制部可以通过控制多个贯通孔的相应第一侧面部分中的流体界面的位置以及与所述第一侧面部分相对的第二侧面部分中的流体界面的位置，来控制所述棱镜界面相对于所述光轴的倾斜。
当所述光接收元件接收通过出射光瞳中的包括所述光轴在内的光瞳区域的对象光束时，所述控制部可以控制使得所述流体界面总体上与所述光轴垂直，而当所述光接收元件接收通过出射光瞳中的不包括所述光轴在内的光瞳区域的对象光束时，所述控制部可以控制使得所述流体界面相对于所述光轴倾斜。
当所述光接收元件接收通过出射光瞳中的不包括所述光轴在内的光瞳区域的对象光束时，所述控制部可以控制使得所述流体界面相对于所述光轴倾斜第一倾斜角度，而当所述光接收元件接收通过出射光瞳中的不包括所述光轴在内的另一个光瞳区域的对象光束时，所述控制部可以控制使得所述流体界面相对于所述光轴倾斜第二倾斜角度。
多个贯通孔中的至少任意一个可以具有厚度彼此不同的第一侧面部分和第二侧面部分，并且所述控制部可以通过在将第一流体填充到由所述第一侧面部分和所述第二侧面部分包围的区域中的状态和将所述第二流体填充到所述区域中的状态之间切换，将所述流体界面相对于所述光轴的倾斜切换至不同的倾斜。
可以将多个光接收元件放置为矩阵形式，可以将所述分隔板形成为使得沿列方向延伸的第一分隔部和沿行方向延伸的第二分隔部沿行方向交替地设置，所述第一分隔部可以在两侧上包括沿光轴方向具有第一厚度的侧面部分，而所述第二分隔部可以在两侧上包括沿光轴方向具有第二厚度的侧面部分，多个贯通孔的每一个可以由第一分隔部的侧面部分和与所述第一分隔部相邻的所述第二分隔部的侧面部分构成，所述第一分隔部的第一流体侧和所述第二分隔部的第二流体侧通常可以形成相同的平面，并且所述控制部可以将由所述第一侧面部分和所述第二侧面部分包围的区域控制为以第一流体填充的状态，使得所述流体界面相对于光轴的倾斜沿列方向彼此不同。
所述控制部可以通过控制保持所述第一流体的区域的内部压力来控制所述界面相对于所述光轴的倾斜。
多个光学元件可以是微透镜，所述微透镜每一个均设置为具有相对于光接收开口偏斜的光轴，使得通过相应的光接收元件接收通过预定光瞳区域的对象光束。
多个光学元件可以是具有开口的遮光元件，所述开口对于对应的光接收元件的预定光瞳区域具有方向性。
多个光学元件可以具有：第一偏振滤波器，适用于在多个光瞳区域中透射彼此不同的偏振分量；以及第二偏振滤波器，分别与多个光接收元件相对应地设置，以分别透射不同的偏振分量。
多个光学元件可以具有：多个第一波长滤波器，适用于在多个光瞳区域中透射彼此不同的波长分量；以及多个第二滤波器，与多个光接收元件相对应地设置，以分别透射不同波长的分量。
多个光学元件中的每一个光学元件可以是微透镜，所述微透镜针对多个光接收元件的每一个单元设置，所述微透镜使得通过图像形成透镜的具有第一焦距的区域和出射光瞳中的第一光瞳区域的对象光束入射到第一光接收元件中，并且使得通过图像形成透镜的具有第二焦距的区域和出射光瞳中的第二光瞳区域的对象光束入射到第二光接收元件中。
所述图像形成透镜可以在基于与图像形成透镜的中心的距离而划分的每一个圆形区域和每一个环形区域中具有不同的焦距，并且多个光学元件可以是各自具有不同的焦距的微透镜，并且可以是上面形成有环形开口的遮光元件。
所述图像产生部可以执行处理以补偿由接收通过图像形成透镜的特定区域的对象光束的光接收元件的图像信号的遗漏而对于对象图像的图像质量施加的影响，在放置所述光接收元件和存在通过除了图像形成透镜的所述特定区域之外的区域的对象光束的区域部分中出现所述遗漏。
所述图像产生部可以执行处理，以去除对于由入射到除了与所述预定光瞳区域相对应的光接收元件之外的光接收元件中的对象光束产生的对于对象图像的图像质量施加的影响。
用于去除对图像质量的影响的处理可以包括对象图像的模糊校正、对比度校正和边缘增强的至少一个。
应该注意的是本发明的前述概述并不包括本发明所要求的所有特征。这些特征组的子组合也包括在本发明中。
本发明的有益效果
根据本发明，可以选择据具有所需焦距的图像。因为可以具体地根据对象物距选择和合成像素，可以支持较宽范围的对象物距。另外，可以同时并且独立地以不同焦距获得多个图像作为分离的图像数据。这使得可以实现传统上不可能的同时成像和动态成像。
附图说明
图1是示意性地示出了成像设备10的模块配置的一个示例的视图。
图2是示意性地示出了偏转部140、微透镜部150和光接收部160的配置的一个示例的视图。
图3是示出了沿与光轴垂直的平面获取的偏转部140的示意性截面图的视图。
图4是示意性地示出了光接收部160和对象之间的图像信息关系的视图。
图5是示意性地示出了产生具有扩展景深的合成图像550的一个示例处理的视图。
图6是示意性地示出了偏转部140的配置的另一个示例的视图。
图7是示出了分隔板242的改进示例的视图。
图8是示意性地示出了能够在棱镜元件142的三种状态的每一种下实现图像信息的对象位置的一个示例的视图。
图9是示意性地示出了包括其他偏转光学元件在内的光接收单元的一个示例的视图。
图10是示意性地示出了包括其他偏转光学元件在内的光接收单元的一个示例的视图。
图11是示意性地示出了包括其他偏转光学元件在内的光接收单元的一个示例的视图。
图12是示出了成像设备1010的另一个模块配置的一个示例的视图。
图13是示出了微透镜152a以及与微透镜152a相对应地设置的多个光接收元件组1162的一个示例的示意图。
图14是示出了成像设备1010的光接收单元的示意性放大视图。
图15是示意性地示出了成像设备1110的另一个模块配置的一个示例的视图。
图16是示出了成像设备1110的改进示例的视图。
图17是示意性地示出了透镜系统的另一个示例的视图。
图18A是示出了遮光罩2262-1的形状的透视图。
图18B是示出了遮光罩2262-2的形状的透视图。
图18C是示出了遮光罩2262-3的形状的透视图。
图19是示意性地示出了透镜系统、微透镜、遮光元件和光接收元件的俯视图。
图20是示意性地示出了光接收单元的一个示例的视图。
图21是示意性地示出了光接收单元的一个示例的视图。
图22A是示出了通过光瞳区域1322a并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图22B是示出了通过光瞳区域1322b并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图22C是示出了通过光瞳区域1322c并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图23A是示出了通过光瞳区域1322a并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图23B是示出了通过光瞳区域1322b并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图23C是示出了通过光瞳区域1322c并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图24A是示出了通过光瞳区域1322a并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图24B是示出了通过光瞳区域1322b并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图24C是示出了通过光瞳区域1322c并且入射到微透镜中的光束和由光接收元件接收的光束之间关系的视图。
图25A是示意性地示出了入射到不对称渐变折射透镜中的、被分离并且提取为图像信号的光束的视图。
图25B是示意性地示出了入射到在光轴中心处具有短焦距的旋转对称球面像差透镜中的、被分离并提取为图像信号的光束的视图。
图25C是示意性地示出了入射到在光轴中心处具有长焦距的旋转对称球面像差透镜中的、被分离并提取为图像信号的光束的视图。
图26是示出了通过解卷积处理恢复的点图像的视图。
图27是示出了用于产生恢复增益数据的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
尽管下文中通过本发明的实施例描述了本发明，应该理解的是以下实施例并非限制由权利要求限定的本发明。还应该理解的是并非在实施例中描述的特征的所有组合对于本发明的解决方案都是必不可少的。
图1示意性地示出了成像设备10的模块配置的一个示例。根据本实施例的成像设备10提供以不同焦距拍摄图像的功能。具体地，成像设备10的光学配置提供能够使用固定的成像透镜紧凑地安装所述功能的成像设备。成像设备10包括透镜系统100、光接收单元20、图像产生部170、控制部180和图像记录部190。光接收设备20具有光学装置115和光接收部160。
透镜系统100是用于成像的单一透镜系统。透镜系统100包括一个或多个透镜110。通过透镜系统100的对象光束在由光接收部160接收之前通过光学装置115。
透镜系统100是在每一个区域中具有不同焦距的透镜系统。例如，透镜系统100可以具有作为渐变折射率透镜的透镜系统100a。在该图中，为了容易理解焦距的差异，透镜110a的对象一侧光学表面提供每一个区域中不同的焦距。可以配置透镜系统100使得由透镜系统作为整体提供赋予不同焦距的光学路径，因此不必通过特定透镜的特定光学表面提供焦距差异。透镜110也可以具有随着折射率分布变化的折射能力。
光学装置115使得光接收部160上的不同区域接收通过透镜系统100的出射光瞳120的光瞳区域122a的光束、通过光瞳区域122b的光束以及通过光瞳区域122c的光束。光接收部160向图像产生部170馈送由在不同区域中接收的光束构成的信号作为图像信号。图像产生部170基于所述图像信号以不同焦距产生图像。图像记录部190记录在图像产生部170中产生的图像。图像记录部190可以将图像记录在非易失性存储器中。图像记录部190可以具有非易失性存储器。非易失性存储器也可以是在成像设备10上可拆卸地设置的外部存储器。图像记录部190可以向成像设备10的外部输出图像。
光学装置115具有偏转部140和微透镜部150。偏转部140包括多个棱镜元件142a-142c作为偏转光学元件的一个示例。微透镜部150包括多个微透镜152a-152c。光接收部160具有多个光接收元件162a-162c。在该图中，为了便于理解示出了三个光接收元件162a-162c、三个微透镜152a-152c和三个棱镜元件142a-142c，但是附图不一定表示仅分别设置了三个光学元件。自然应该理解的是任意个数的光学元件分别设置用于拍摄对象的图像。多个微透镜152a-152c可以通常称作微透镜152或多个微透镜152。多个光接收元件162a-162c通常也可以称作光接收元件162或多个光接收元件162。类似地，其他光学元件通常也可以利用省略下标的参考符号来指示。
多个光接收元件162可以形成MOS型图像传感器。多个光接收元件162可以形成固态图像传感器，例如除了MOS型图像传感器之外的CCD型图像传感器。
微透镜152分别与多个光接收元件126相对应地设置。多个微透镜152对由透镜系统100成像的对象光束重新成像，并且使得相应的光接收元件162接收所述图像。所示的微透镜152a-152c分别与光接收元件162a-162c相对应地设置。微透镜152a对由透镜系统100成像的对象光束重新成像，并且使得光接收元件162a接收所述图像。类似地，微透镜152b和152c分别对由透镜系统成像的对象光束重新成像，并且使得光接收元件162b和162c接收所述图像。微透镜152限制了光接收元件162的光通量通过的出射光瞳120的尺寸。例如，微透镜152具有足够大的折射能力，使得相应的光接收元件162接收通过出射光瞳120的一部分区域的光束。例如，微透镜152可以具有足够大的折射能力，使得相应的光接收元件162接收通过具有出射光瞳120的1/4或以下面积的区域的光束。
棱镜元件142与多个光接收元件162相对应地设置。棱镜元件142、微透镜152和光接收元件162按照一一对应关系设置。例如，棱镜元件142a与微透镜152a和光接收元件162a相对应地设置。在棱镜元件142、微透镜152和光接收元件162中、彼此相关的一组光学元件用附加至它们的参考数字的下标“a”至“c”来区分。
棱镜元件142是使得对应光接收元件162接收通过预定光瞳区域122的对象光束的光学元件的一个示例。更具体地，棱镜元件142a使得光接收元件162a经由微透镜152a接收通过透镜系统100的出射光瞳120中的光瞳区域122a的对象光束130a。棱镜元件142b使得光接收元件162b经由微透镜152b接收通过透镜系统100的出射光瞳120中的光瞳区域122b的对象光束130b。同时，棱镜元件142c使得光接收元件162c经由微透镜152c接收通过透镜系统100的出射光瞳120中的光瞳区域122c的对象光束130c。
更具体地，棱镜元件142a-142c具有棱镜角度，用于使得光接收元件162a-162c的每一个接收通过光瞳区域122a-122c的对象光束130a-130c的每一个。通过光瞳区域122a并且入射到光接收元件162a中的对象光束130a、通过光瞳区域122b并且入射到光接收元件162b中的对象光束130b以及通过光瞳区域122c并且入射到光接收元件162c中的对象光束130c通过透镜110a的彼此不同的光学表面。因此，光接收元件162a-162c接收通过透镜系统100的彼此焦距不同的区域的光束。
因此，棱镜元件142使得多个光接收元件162中的相应光接收元件162的每一个接收通过透镜110的出射光瞳120中的预定光瞳区域122的对象光束。更具体地，包括棱镜元件142a在内的多个第一棱镜元件使得相应的光接收元件162接收通过透镜110的具有第一焦距的区域并且通过光瞳区域122a的对象光束。包括多个棱镜元件142中的棱镜元件142b在内的多个第二棱镜元件使得相应的光接收元件162接收通过透镜110的具有第二焦距的区域并且通过出射光瞳120中的光瞳区域122b的对象光束。包括多个棱镜元件142中的棱镜元件142c在内的多个第三棱镜元件使得相应的光接收元件162接收通过透镜110的具有第三焦距的区域并且通过光瞳区域122c的对象光束。
光接收元件162向图像产生部170输出具有与光接收量相对应的强度的成像信号。图像产生部170根据多个光接收元件162的成像信号产生对象的图像。更具体地，图像产生部170基于从光接收元件162馈送的成像信号产生对具有不同焦距的图像加以表示的图像信号。在该示例中，光接收元件162a-162c可以接收的光束局限于通过光瞳区域122a-122c的每一个的光束。因此，图像产生部170基于来自接收通过光瞳区域122a的光束的光接收元件162的一部分的成像信号，来产生具有第一焦距的图像的信号。图像产生部170还基于来自接收通过光瞳区域122b的光束的光接收元件162的一部分的成像信号，来产生具有第二焦距的图像的信号。图像产生部170还基于来自接收通过光瞳区域122c的光束的光接收元件162的一部分的成像信号，来产生具有第三焦距的图像的信号。利用焦距的大小，可以将这些图像的信号分别称作长焦距图像、中等焦距图像和短焦距图像。
图像产生部170可以通过将具有不同焦距的图像进行组合来产生一个图像。根据光学装置115，可以提供定位于与光瞳区域122a-122c的任一个相对应的透镜元件的景深内的对象的清晰图像。因此，通过对具有不同焦距的图像进行组合产生一个图像允许成像设备10产生有效地具有深的景深的图像。应该注意的是图像产生部170可以产生具有不同焦距的图像作为分离的图像。例如，可以将具有不同焦距的图像产生为具有不同放大率的图像。因此，根据光学装置115，可以使用单一的透镜系统100在单次拍摄时获得具有不同焦距的图像。因为不包含透镜系统100的活动，可以提供紧凑的成像设备。
成像设备10可以是成像器材，例如具有照相机功能的移动电话和数字照相机。应该注意的是透镜系统100、光学装置115和光接收部160的功能模块以及图像产生部170和控制部180的功能模块可以设置为用于成像器材的成像装置。例如，成像装置可以是嵌入到成像器材中的成像模块。
应该注意的是在本附图中，利用白色空白空间示出出射光瞳120中的光瞳区域122a-122c，以清楚地示出光接收元件162利用微透镜152的功能接收通过出射光瞳120的特定部分区域的光束，。用斜线示出除了光瞳区域122a-122c之外的区域。这并不意味着对象光束不会通过除了光瞳区域122a-122c之外的区域。
应该注意的是控制部180控制偏转部偏转对象光束的方向。例如，控制部180控制棱镜元件142的棱镜角度。因为控制部180控制偏转部140的偏转方向，例如可以控制相应的光接收元件接收光束中通过相应光瞳区域的哪个光束。随后描述控制部180的具体控制细节。
图2示意性地示出了偏转部140、微透镜部150和光接收部160的配置的一个示例。在该示例中，在偏转部140中包括的多个棱镜元件142是由折射率彼此不同的流体界面构成的流体棱镜元件。棱镜元件142的棱镜角度由流体界面的角度限定。
偏转部140具有适用于保持第一流体和第二流体的外壳200、分隔板242和驱动部290。分隔板242沿透镜系统100的光轴将外壳200的内部划分为以第一流体填充的第一流体区域210和以第二流体填充的第二流体区域220。第一流体和第二流体折射率彼此不同，并且具有在接触状态下彼此不相溶的性质，像水和油。第一流体和第二流体的组合的示例包括PDMS(聚二甲基硅氧烷)和纯水的组合。这里，假设第一流体折射率比第二流体大。优选地，第一流体和第二流体实质上密度相等。
分隔板242具有与形成多个棱镜元件142a-142d的位置相对应地形成的多个贯通孔250a-250d。图1所示的棱镜元件142a-142c形成于分别形成贯通孔250a-250c的位置。从外壳200的对象一侧表面或图像一侧表面观看，贯通孔250的形状可以是正方形、矩形、梯形、圆形、椭圆形等，并且可以是其他各种形状。
由诸如玻璃之类的透明材料构成的半透明部分形成于外壳200的对象一侧表面和图像一侧表面。半透明部分形成于与贯通孔250、微透镜152和光接收元件162相对应的位置处，使得对象光束在入射到相应的微透镜152之前，通过在对象一侧表面上形成的半透明部分、贯通孔250以及在图像一侧表面上形成的半透明部分。应该注意的是外壳200的整个对象一侧表面和图像一侧表面可以由诸如玻璃之类的透明材料构成。
分隔板242包括分隔部240-1至240-5。贯通孔250由彼此相对的分隔部240之间的空间构成。分隔部240防止第一流体和第二流体之间的接触。第一流体和第二流体在贯通孔250内部彼此接触，并且形成用作棱镜元件142的界面。
贯通孔250a具有侧面部分252a(相当于第一侧面部分)和侧面部分254a(相当于第二侧面部分)。侧面部分252a和侧面部分254a分别是彼此相对的分隔部240-1和分隔部240-2的侧面部分。侧面部分252a沿透镜系统100的光轴方向具有第一厚度，而侧面部分254a沿透镜系统100的光轴方向具有第二厚度。简而言之，贯通孔250a形成为被包括分隔板242的侧面部分252a和侧面部分254a在内的侧面包围，所述侧面部分厚度彼此不同。例如，当贯通孔250a具有正方形开口时，贯通孔250a形成为被侧面部分252a、侧面部分254a以及连接侧面部分252a和侧面部分254a的两个侧面部分包围。这里，假设第二厚度大于第一厚度。
贯通孔250b具有侧面部分252b和侧面部分254b。侧面部分252b和侧面部分254b分别是彼此相对的分隔部240-2和分隔部240-3的侧面部分。侧面部分252b沿透镜系统100的光轴方向具有第二厚度，而侧面部分254b沿透镜系统100的光轴方向具有第三厚度。假设第三厚度大于第一厚度并且小于第二厚度。与贯通孔250a不同，贯通孔250b沿排列多个贯通孔250的方向的顺序依次包括具有第二厚度的侧面部分252b和具有第三厚度的侧面部分254b。因为其他方面与贯通孔250a的相同，省略其描述。
贯通孔250c具有侧面部分252c和侧面部分254c。侧面部分252c和侧面部分254c分别是彼此相对的分隔部240-3和分隔部240-4的侧面部分。贯通孔250c由具有第三厚度的侧面部分252c和具有第四厚度的侧面部分254c构成。假设第四厚度小于第一厚度。这里，假设第二厚度和第三厚度之间的厚度差与第三厚度和第四厚度之间的厚度差不同。
贯通孔250d具有与贯通孔250a相同的形状。贯通孔250d由具有第一厚度的侧面部分252d和具有第二厚度的侧面部分254d构成。侧面部分252d和侧面部分254d分别由分隔部240-4和分隔部240-5提供。分隔部240-4包括在一侧上具有第四厚度的侧面部分254c和在另一侧上具有第一厚度的侧面部分252d。尽管在该示例中将贯通孔示出为直至贯通孔250d，重复形成贯通孔250a、贯通孔250b和贯通孔250c以便在分隔板242上等距地按照这种顺序对准。
当将在第一流体区域210中填充的第一流体的压力设置为特定压力时，与所述压力相对应地形成平面界面，使得流体和表面张力之间的压力差平衡。当将第一流体的压力设置为第一压力以便在每一个贯通孔250中填充第二流体的状态下平衡时，形成了用图中的虚线示出的流体界面，例如棱镜元件282。更具体地，在每一个贯通孔250中，通过在第一流体区域210一侧上的侧面部分252的末端和在第一流体区域210一侧上的侧面部分254的末端支撑所述流体界面。分隔板242通常在第一流体一侧上具有平面端面。更具体地，分隔部240的每个第一流体侧通常形成相同的平面。因为所述端面与图像一侧的外壳200平行，用虚线示出的流体界面实质上不具有棱镜效应。
相反，当将第一流体的压力增加至第二压力以便在每一个贯通孔250中填充第一流体的状态下平衡时，将流体界面的位置移动到第二流体一侧，并且形成图中用实线示出的流体界面，例如棱镜元件281。例如，在每一个贯通孔250中，通过在第二流体区域220一侧上的侧面部分252的末端和在第二流体区域220一侧上的侧面部分254的末端支撑了流体界面。流体界面具有与形成每一个贯通孔250的侧面部分的厚度相对应的倾斜。因此，在这种状态下，形成了由按照顺序重复形成的具有三种不同棱镜角度的棱镜组成的棱镜序列。
给出了微透镜部150和光接收部160的配置的描述。将多个微透镜152与多个贯通孔250相对应地设置在透明基板上。光接收部160具有多个滤色器260、遮光部262和多个光接收元件162。与贯通孔250相对应地设置多个滤色器260和多个光接收元件162。更具体地，微透镜152、滤色器260和光接收元件162分别与多个贯通孔250相对应地设置。
每一个滤色器260选择性地透射通过相应的贯通孔250和微透镜152的光束中的预定波段的对象光束，并且使得相应的光接收元件162接收所述光束。滤色器260可以是透射属于红色波段的光束的滤色器、透射属于绿色波段的光束的滤色器以及透射属于蓝色波段的光束的滤色器。将滤色器260根据预定的图案排列在光接收元件162上，使得拍摄彩色图像。
为了防止相邻像素之间的干扰，遮光部262具有对多个光接收元件162的相应光接收开口划界的开口264，所述开口264形成于与多个光接收元件162的每一个相对应的位置处。对象光束通过贯通孔250、微透镜152和滤色器260去往光接收元件162。多个光接收元件162分别接收通过相应的开口264的光束，并且通过光电转换产生形成成像信号的电压信号。
在如本图中的虚线所示地形成流体界面的状态下，所述流体界面不具有棱镜效应。因此，在这种状态下，光接收元件162接收通过出射光瞳120的光轴周围的区域的光束。因此，由多个光接收元件162形成的图像变成具有属于透镜系统100的光轴附近区域的焦距的图像。在这种情况下，尽管利用一个焦距拍摄图像，可以获得高分辨率的图像。
在如本图中的实线所示地形成流体界面的状态下，在贯通孔250a-250c中形成具有不同棱镜角度的流体界面。因此在这种状态下，将由光接收元件162a-162c接收的光通量的方向导引至出射光瞳120的彼此不同的光瞳区域122。在这种情况下，在贯通孔250a中形成的流体界面、在贯通孔250b中形成的流体界面以及在贯通孔250c中形成的流体界面分别形成了图1所示的棱镜元件142a、棱镜元件142b和棱镜元件142c。在这种状态下，可以获得利用多个焦距拍摄的图像。
如前所述，棱镜元件142是具有由折射率彼此不同的第一流体和第二流体之间的流体界面形成的棱镜界面的流体棱镜元件。控制部180控制棱镜界面相对于透镜系统100的光轴的倾斜，以便控制由分别与多个棱镜元件142相对应的光接收元件162接收的光通量的方向。更具体地，控制器180通过控制贯通孔250的侧面部分252中的流体界面的位置以及与侧面部分252相对的侧面部分254中的流体界面的位置，来控制棱镜界面相对于光轴的倾斜。
例如，控制部180通过控制与第一流体区域210连通的流体区域230内部的压力来控制第一流体的压力。更具体地，外壳200具有与流体区域230内部的第一流体接触的弹性表面280。此外，偏转部140具有驱动部290，所述驱动部适用于移动弹性表面280的位置以便控制流体区域230的体积。作为驱动部290，可以提供压电元件。压电元件可以是压电装置。控制部180控制施加至压电元件的电压以改变压电元件的形状，使得沿纸面上的水平方向移动与弹性表面280接触的压电元件的顶端。
在将第一流体和第二流体之间的界面沿贯通孔250的侧面部分朝着对象侧移动的情况下，控制部180沿减少流体区域230的体积的方向移动驱动部290的顶端。结果，第一流体的内部压力增加，而流体界面朝着对象侧移动。在沿贯通孔250的侧面部分朝着图像侧移动流体界面的情况下，控制部180沿着增加流体区域230的体积的方向移动驱动部290的顶端的位置。结果，第一流体的内部压力降低，并且流体界面朝着图像侧移动。
当控制部180控制流体区域210(在该示例中是偏转部140的情况下)的内部压力时，控制贯通孔250的侧面部分252中的流体界面的位置和与侧面部分252相对的侧面部分254中的流体界面的位置，从而控制流体界面相对于光轴的倾斜。更具体地，控制部180可以通过控制流体区域210的内部压力来控制棱镜元件142的倾斜。具体地，如该示例的具有分隔板242的情况，控制部180可以通过在利用分隔部240的两个侧面部分包围的区域中填充第一流体的状态和在所述区域中填充第二流体的状态之间切换，来将流体界面相对于光轴的倾斜切换为不同的倾斜。根据该示例的偏转部140，当使得光接收元件162接收通过出射光瞳120中的包括光轴在内的光瞳区域的对象光束130时，控制部180可以控制使得流体界面总体与光轴垂直，而当使得光接收元件162接收通过出射光瞳120中的不包括光轴在内的光瞳区域122的对象光束130时，控制部180可以控制使得流体界面相对于光轴倾斜。因为可以通过控制流体区域210的内部压力高速地控制由光接收元件162接收的光通量的方向，可以高速地切换具有多个焦距的成像和具有高分辨率的成像。
图3示出了沿与光轴垂直的平面获取的偏转部140的示意性横截面。该图示出了图2的分隔板242的示意性横截面。假设对象光束朝着纸面传播，并且利用虚线示意性地示出了光接收元件162的位置作为参考。如附图所示，分隔板242具有按照矩阵形式形成的贯通孔250。将光接收元件162也设置在与贯通孔250相对应的位置中。更具体地，将贯通孔250和多个光接收元件162放置为矩阵形式。通常将贯通孔250和光接收元件162沿行方向350和列方向360等间隔地设置。
更具体地，分隔部240-1、分隔部240-2、分隔部240-3和分隔部240-4是沿列方向360延伸的构件。通过沿行方向350延伸的构件划分这些行之间的空间。作为其结果，除了贯通孔250a-250d之外，形成了沿行方向350排列的多个列的贯通孔。例如，在从贯通孔250a开始的行、从贯通孔250e开始的行和从贯通孔250f开始的行中形成沿行方向350排列的贯通孔的列。
如参考图2所述，分隔部240-1在侧面上包括沿透镜系统100的光轴方向具有第一厚度的侧面部分。分隔部240-2在两个侧面上包括沿透镜系统100的光轴方向具有第二厚度的侧面部分。分隔部240-3在两个侧面上包括沿透镜系统100的光轴方向具有第三厚度的侧面部分。分隔部240-4在侧面上包括沿透镜系统100的光轴方向具有第四厚度的侧面部分和具有第一厚度的侧面部分。简而言之，分隔部242具有对彼此相对的侧面部分之间的厚度差加以体现的分隔部。此外，依次形成两个或更多种分隔部，使得厚度差在相邻贯通孔250之间是不同的。作为其结果，依次将提供沿行方向350彼此不同的棱镜角度的贯通孔250放置在多个行中。
在该图中，示出了形成三种分隔部的分隔板242，使得同时形成具有三种倾斜的棱镜角度。在同时形成两种或多种棱镜角度的情况下，可以交替地形成两种分隔部。简而言之，可以由在两侧上包括沿透镜系统100的光轴方向具有第一厚度的侧面部分的第一分隔部以及在两侧上包括沿光轴方向具有第二厚度的侧面部分的第二分隔部，来形成贯通孔250。更具体地，每一个贯通孔250由第一分隔部的侧面部分和与第一分隔部相邻的第二分隔部的侧面部分构成。控制部180可以通过控制使得由分隔部240的侧面部分包围的区域处于以第一流体填充的状态，来使得相对于光轴具有倾斜的液体界面沿列方向360彼此不同。
此外，贯通孔250a-250d经由流体区域210彼此连通。尽管可以将流体区域210分割为多个区域，不需要对流体区域210进行分割。当分割流体区域210时，向多个已分割的流体区域210的每一个提供驱动部，并且每一个驱动部控制相应流体区域210内部的第一流体的压力。在该图的示例中，为每一行提供驱动部290、驱动部291和驱动部292。作为其结果，与通过一个驱动部控制第一流体区域的内部压力的情况相比，可以迅速地控制棱镜元件。即使在没有将流体区域210分割为多个区域并且所有贯通孔在流体区域210中连通的情况下，也可以提供多个驱动部。也就是说，可以通过多个驱动部控制第一流体区域210的内部压力。
图4示意性地示出了在光接收部160和对象之间的图像形成关系。参考符号P1、P2和P3分别指代短距离对象、中等距离对象和长距离对象的位置。来自位置P3的光束通过透镜110a的提供长焦距的第三光学表面和光瞳区域112a，并且在作为光接收部160的位置的图像面400上形成图像。来自位置P2的光束通过透镜110a的提供中等焦距的第二光学表面和光瞳区域122b，并且在图像面400上形成图像。来自位置P1的光束通过透镜110a的提供短焦距的第一光学表面和光瞳区域122c，并且在图像面400上形成图像。
因此，成像设备10可以产生定位于以下任一个之内的对象的聚焦图像：透镜系统100的针对通过光瞳区域122a的光通量的景深；透镜系统100的针对通过光瞳区域122b的光通量的景深；以及透镜系统100的针对通过光瞳区域122c的光通量的景深。当透镜系统100的针对通过光瞳区域122b的光通量的景深的前端比透镜系统100的针对通过光瞳区域122c的光通量的景深的后端更靠近成像设备10一侧、并且透镜系统100的针对通过光瞳区域122a的光通量的景深的前端比透镜系统100的针对通过光瞳区域122b的光通量的后端更靠近成像设备10一侧时，成像设备10可以产生位于针对位置P1的景深前端和针对位置P3的景深后端之间范围内的对象的聚焦图像。因此，根据透镜系统100和光学装置115，可以扩展有效景深。
图5示意性地示出了产生合成图像550的处理的一个示例。作为由图像产生部170产生的具有不同焦距的图像的一个示例的短焦距图像510、中等焦距图像520和长焦距图像530分别是由通过针对短焦距的第一光学表面、通过针对中等焦距的第二光学表面和通过针对长焦距的第三光学表面的光束形成的图像。
短焦距图像510包括作为在与成像设备10相距短距离的位置P1处存在的短距离对象的图像的短距离对象图像512、作为在与成像设备10相距中等距离的位置P2处存在的中等距离对象的图像的中等距离对象图像514以及作为在与成像设备10相距长距离的位置P3处存在的长距离对象的图像的长距离对象图像516。针对短焦距的第一光学表面可以对来自光接收部160上的短距离位置P1的对象光束成像。相应地，短距离对象图像512是短距离对象图像512、中等距离对象图像514和长距离对象图像516中最清楚的图像。
中等焦距图像520包括作为短距离对象的图像的短距离对象图像522、作为中等距离对象的图像的中等距离对象图像524和作为长距离对象的图像的长距离对象图像526。针对中等焦距的第二光学表面可以对来自光接收部160上的中等距离位置P2的对象光束成像。相应地，中等距离对象图像524是短距离短距离对象图像522、中等距离对象图像524和长距离对象图像526中最清楚的图像。
长焦距图像530包括作为短距离对象的图像的短距离对象图像532、作为中等距离对象的图像的中等距离对象图像534和作为长距离对象的图像的长距离对象图像536。针对长焦距的第三光学表面可以对来自光接收部160上的长距离位置P3的对象光束成像。相应地，长距离对象图像536是短距离短距离对象图像532、中等距离对象图像534和长距离对象图像536中最清楚的图像。应该注意的是可以通过该图中线条的粗细表示对象图像的清晰度。
图像产生部170通过使用短距离对象图像512、中等距离对象图像524和长距离对象图像536产生合成图像550。作为其结果，可以产生包括每一个均是清楚图像的短距离对象图像552、中等距离对象图像554和长距离对象图像556在内的合成图像550。因此，可以提供具有扩展的景深的合成图像550。应该注意的是通过针对最长焦距的第三光学表面形成的长焦距图像530是短焦距图像510、中等焦距图像520和长焦距图像530中最高放大率的图像。在合成之前，图像产生部170与每一个光学表面的焦距相对应地对每一个对象的放大率进行校正。图像产生部170可以根据长焦距图像530的放大率对短距离对象图像512和中等距离对象图像524的放大率进行校正，并且可以将它们与长焦距图像530合成。
因此，图像产生部170选择出射光瞳120中的光束通过的光瞳区域122的任一个用于产生对象的图像，并且使用接收通过所选择光瞳区域的对象光束的多个光接收元件162的成像信号来产生对象的图像。在选择出射光瞳120中的对象光束通过的光瞳区域122的任一个用于产生对象的图像的情况下，图像产生部170可以基于对象物距和分别与出射光瞳120的多个光瞳区域122相对应的各个焦距来选择在光接收部160的位置处形成图像的对象光束通过的光瞳区域122。图像产生部170可以选择两个或更多个光瞳区域122。更具体地，图像产生部170基于对象物距的范围和分别与多个光瞳区域122相对应的各个焦距来选择在光接收部160的位置处形成图像的对象光束通过的光瞳区域122的至少一个。
图6是示意性地示出了偏转部140的配置的另一个示例的视图。图2所示的偏转部140能够在第一状态下利用通过出射光瞳120中的三个不同光瞳区域的光通量来拍摄图像，并且能够在第二状态下利用通过出射光瞳120中的一个光瞳区域的光通量拍摄图像。该示例的偏转部140配置为具有作为流体界面的状态的三种状态，并且配置为能够在这些状态的每一个下利用通过三个不同光瞳区域的光通量拍摄图像。具体地，第一流体侧和第二流体侧上的分隔板242的表面形状以及形成贯通孔250的侧面部分的配置与图2所示的分隔板242的不同。这里给出关注所述不同的描述。
该示例的贯通孔250a由在分隔部640-1中包括的具有第一厚度的侧面部分642a以及在分隔部640-2中包括的具有第四厚度的侧面部分644a构成。假设第四厚度大于第二厚度。在该示例的贯通孔250a中，通过连接第二流体侧上的两个侧面部分的端点形成的界面具有与在图2所示的第二流体侧上形成的贯通孔250a的界面相同的棱镜角度。因此，由这一界面形成的棱镜元件将由光接收元件162a接收的光束限制为通过光瞳区域122a的那些光束。如该图中的虚线所示，通过连接该示例的贯通孔250a中的第一流体侧上的两个侧面部分的端点形成的界面具有从与光轴垂直的平面倾斜的棱镜角度。具有这种棱镜角度的棱镜元件142a将由光接收元件162a接收的光束限制为通过出射光瞳120中的在光轴附近的区域和光瞳区域122c之间的光瞳区域的光束。
该示例的贯通孔250b由在分隔部640-2中包括的具有第四厚度的侧面部分642b和在分隔部640-3中包括的具有第四厚度的侧面部分644b构成。分隔部640-2和分隔部640-3沿光轴方向定位于相同的位置。因此，在第二流体侧上的端点和第一流体上的端点上都形成了与光轴垂直的界面。因此，在贯通孔250b中形成的界面将由光接收部160b接收的光束限制为通过出射光瞳120中光轴附近区域的光束。
该示例的贯通孔250c由在分隔部640-3中包括的具有第四厚度的侧面部分642c和在分隔部640-4中包括的具有第一厚度的侧面部分644b构成。在该示例的贯通孔250c中，通过连接第二流体侧上的两个侧面部分的端点形成的界面具有与在图2所示的第二流体侧上形成的贯通孔250c的界面相同的棱镜角度。因此，由这一界面构成的棱镜元件将由光接收元件162c接收的光束限制为通过光瞳区域122c的光束。如该图中的虚线所示，在该示例的贯通孔250c中，通过连接第一流体侧上的两个侧面部分形的端点形成的界面具有从与光轴垂直的平面倾斜的棱镜角度。具有这种棱镜角度的棱镜元件142c将由光接收元件162c接收的光束限制为通过出射光瞳120中的在光轴附近的区域和光瞳区域122a之间的光瞳区域的光束。
贯通孔250d由在分隔部640-3中包括的具有第一厚度的侧面部分642d和在分隔部640-5中包括的具有第四厚度的侧面部分644d构成。分隔部640-5是与分隔部640-2相同的构件。相应地，在贯通孔250d中形成的棱镜元件与在贯通孔250a中形成的棱镜元件类似，因此省略其描述。
此外，根据该示例的分隔板242，形成了在该图中用点划线示出的棱镜元件，例如棱镜元件680-2。用点划线示出的棱镜元件的棱镜角度的倾斜小于如棱镜元件680-1中实线所示的棱镜角度的倾斜、但是大于如棱镜元件680-3中虚线所示的棱镜角度的倾斜。参考图7描述了用于稳定地保持用该图中的点划线示出的棱镜元件的配置。
通过控制流体区域210的内部压力，控制部180可以控制流体界面的倾斜处于利用该示例中的实线、虚线和点划线示出的状态的任一个。更具体地，当使得光接收元件162接收通过出射光瞳120中的不包括光轴在内的光瞳区域122的对象光束130时，控制部180控制使得流体界面相对于光轴按照第一倾斜角度倾斜，而当使得光接收元件162接收通过出射光瞳120中的不包括光轴在内的另一个光瞳区域122的对象光束130时，控制部180控制使得流体界面相对于光轴按照第二倾斜角度倾斜。
根据该示例的偏转部140，可以控制流体界面处于如该图中的实线、点划线和虚线所示的三种状态。这使得可以以棱镜角度的不同组合来拍摄图像。参考图8描述了利用处于这三种状态的流体界面获得的景深。
图7示出了分隔板242的改进示例。通过采用图6所示的分隔板242(具体地图6中的部分B)描述了分隔板242的改进示例。
在侧面部分642a中形成了朝着贯通孔250a的内部突出的突起部分700和突起部分701。在侧面部分644a中形成了朝着贯通孔250a的内部突出的突起部分702、突起部分703和突起部分704。所有的突起部分具有大到足以俘获流体界面的厚度。突起部分703定位为沿光轴方向比突起部分700更靠近流体区域220。
在第一状态下，在作为流体区域220一侧上的末端部分的突起部分700的顶端和作为流体区域220一侧上的末端部分的突起部分702的顶端之间形成界面，并且这一界面用作棱镜元件680-1。在第二状态下，在作为流体区域210一侧上的末端部分的突起部分701的顶端和作为流体区域210一侧上的末端部分的突起部分704的顶端之间形成界面，并且这一界面用作棱镜元件680-3。在第三状态下，在作为流体区域220一侧上的末端部分的突起部分700的顶端和侧面部分644a的突起部分703的顶端之间形成界面，并且这一界面用作棱镜元件680-2。
根据本示例，侧面部分642a和侧面部分644a具有突起部分，使得流体界面容易被这些突起部分的顶端俘获。这使得可以稳定地控制棱镜角度。
在该示例中，采取图6中的部分B，并且描述了在贯通孔250a中形成的突起部分。自然应该理解的是可以在分隔板242中包括的所有贯通孔250中的所需位置处形成突起部分，以便俘获所述界面，并且在参考图1至图6描述的分隔板242的贯通孔250中的所需位置处也形成突起部分以便俘获所述界面。
图8示意性地示出了在棱镜元件142的三种状态的每一种状态下能够实现图像形成的对象位置的一个示例。光接收元件162可以接收的光通量的焦距由在贯通孔250a、贯通孔250b和贯通孔250c中形成的界面确定，并且从而确定使得能够在光接收部160上实现图像形成的对象位置。相应地，在该图中，用附加至贯通孔250的参考符号的下标来表示使得能够实现图像形成的对象位置。
在控制部180的控制下，成像设备10使用参考图6和图7描述的用于成像的棱镜元件142的三种状态作为景深不同的成像模式。更具体地，这三种状态用作大深度模式、中等深度模式和小深度模式。如参考图6所述的，根据在贯通孔250b中形成的界面，由通过光轴周围的光瞳区域的光通量在所有的状态下形成对象图像。因此，使能形成图像的对象位置不会在任一种模式下改变。
大深度模式与形成用图6的实线示出的界面的状态相对应。在贯通孔250a和贯通孔250c中形成的界面具有倾斜相对较大的棱镜角度。因此，根据在贯通孔250a中形成的棱镜元件，将来自相对远距离对象位置a的对象光束成像在光接收部160上。此外，根据在贯通孔250c中形成的棱镜元件，将来自相对近的对象位置c的对象光束成像到光接收部160上。
中等深度模式与形成用图6所示的点划线示出的界面的状态相对应。在贯通孔250a和贯通孔250c中形成的界面具有倾斜小于大深度模式的倾斜的棱镜角度。因此，将对象位置a定位于比大深度模式下的对象位置a更靠近成像设备10。此外，将对象位置c定位于比大深度模式下的对象位置c更远。
小深度模式与形成利用图6的虚线示出的界面的状态相对应。在贯通孔250a和贯通孔250c中形成的界面具有反转的倾斜并且比中等深度模式的倾斜更小的棱镜角度。因此，将对象位置c定位为比中等深度模式的对象位置a更靠近成像设备10。此外，将对象位置a定位为比大深度模式下的对象位置c更远。
相应地，当在相对较大的距离范围内存在对象时，成像设备10按照大深度模式拍摄图像，并且执行图5所示的合成处理，使得可以获取清楚的对象图像。与此相反，当对象集中于小距离范围时，成像设备10按照小深度模式拍摄图像，并且执行图5所示的合成处理，使得可以获取清楚的对象图像。当确定对象存在于某个距离范围内时，成像设备10按照中等深度模式拍摄图像，并且执行图5所示的合成处理，使得可以获取清楚的对象图像。成像设备10可以基于需要求解的对象的距离来选择成像模式的任一种。成像设备10可以基于来自成像设备10的用户的指令来选择成像模式的任一种，并且可以基于对象的距离测量信息来选择成像模式的任一种。
成像设备10也可以通过在大深度模式、中等深度模式和小深度模式中切换多种模式来多次拍摄图像。成像设备10可以在通过切换模式获得的多个图像中选择最佳聚焦的对象图像，并且可以如图5所示地对它们进行合成。这使得可以提供通过微小距离的分辨率聚焦的对象图像。
因此，控制部180基于对象物距和由透镜110a拥有的焦距来选择光瞳区域122的组合，以便使得光接收部160接收在光接收部160上形成图像的对象光束。更具体地，控制部180基于对象物距控制棱镜界面的倾斜，以便将由相应光接收元件162接收的光通量的方向导引至在光接收部160的位置处形成图像的对象光束通过的光瞳区域122。如该图所示，控制部180可以基于存在对象的距离范围和透镜110a拥有的焦距，来控制通过相应光瞳区域122的光束中的哪个光束用于成像。
图9示意性地示出了包括其他偏转光学元件在内的光接收单元20的一个示例。该示例的光接收单元20包括微透镜部150和光接收部160。微透镜部150包括多个微透镜952。光接收部160包括多个滤色器260、多个光接收元件162和遮光部262。该示例的光接收单元20具有微透镜952作为偏转光学元件，来代替在图1至图8中所述的作为偏转光学元件的棱镜元件142。这里关注与图1至图8所述的光接收单元20的差异来给出描述。
通常通过出射光瞳120的整个表面的光束入射到微透镜952中。在该示例中，微透镜952也具有大到足以使得相应的光接收元件162接收通过出射光瞳120的一部分区域的光束的折射能力。因此，可以通过光接收元件162接收的光通量的大小局限于通过出射光瞳120的一部分范围的光通量。在该示例的光接收单元20中，将微透镜952的光轴设置为在与透镜系统100的光轴垂直的平面内相对于光接收元件162的中心位置偏转。将光接收元件162的中心位置定义为可以通过光接收元件162接收并且用于光电转换的光束通过的区域的中心位置。在该示例中，光接收元件162的中心位置可以是在定位于光接收元件162附近的遮光部262中形成的光接收开口的中心。
将微透镜952的每一个偏离量设计为使得通过相应的光接收元件162接收通过预定光瞳区域122的光束。利用微透镜952的折射能力和偏转，将光接收元件162可以接收的光通量限制为通过出射光瞳120的一部分区域的光通量。在该示例中，微透镜952a将光接收元件162a通过光接收开口可以接收的光束限制为通过光瞳区域122a的光束。类似地，微透镜952b和952c将相应的光接收元件162b和162c通过光接收开口可以接收的光束限制为分别通过光瞳区域122b和122c的光束。如同微透镜952a那样，微透镜952d将光接收元件162d通过光接收开口可以接收的光束限制为通过光瞳区域122a的光束。因此，将多个微透镜952设置为它们的光轴相对于光接收元件162的光接收开口偏转，使得通过相应光接收元件162的每一个接收通过预定光瞳区域122的对象光束。
图1至图9所述的微透镜152或微透镜952足以将光瞳的宽度限制为这样的程度，使得焦距的差异是可忽略的。因此，控制部180可以控制微透镜152的折射能力以便将光瞳的宽度限制为这样的程度，使得焦距差异是可忽略的。在这种情况下，控制部180可以控制微透镜152的折射能力，使得光瞳的宽度对于每一个焦距都是不同的。
图10示意性地示出了包括其他偏转光学元件在内的光接收单元的一个示例。该示例的光接收单元20具有微透镜部150和光接收部160。微透镜部150包括多个微透镜1052。光接收部160包括多个滤色器260、遮光部1060、遮光部1070、多个光接收元件162和遮光部262。该示例的光接收单元20具有遮光部1060和遮光部1070作为偏转光学元件，来代替在图1至图8中描述的作为偏转光学元件的棱镜元件142。这里关注于与图1至图8所述的光接收单元20的差异给出了描述。
通常通过出射光瞳120的整个表面的光束入射到微透镜1052中。在该示例中，微透镜1052具有大到足以将通常通过出射光瞳120的整个表面的光束聚焦至光接收元件162的折射能力。微透镜1052拥有的折射能力可以小于参考图1至图9描述的微透镜152或微透镜952拥有的折射能力。在该示例的光接收单元20中，开口1062和开口1072分别形成在遮光部1060和遮光部1070中。在由微透镜1052朝着光接收元件1062聚焦的光束中，光束的通过开口1062和开口1072的部分通过在遮光部262中形成的光接收开口入射到光接收元件162中。
将开口1062和开口1072设置为在与透镜系统100的光轴垂直的平面内相对于彼此偏移。将开口1062和开口1072的相应位置设计为使得通过相应的光接收元件162接收通过预定光瞳区域122的光束。利用开口1062和开口1072的偏移，将光接收元件162可以接收的光通量限制为通过出射光瞳120的一部分区域的光通量。在该示例中，开口1062和开口1072将光接收元件162a通过光接收开口可以接收的光束限制为通过光瞳区域122a的光束。因为与光接收元件162b-162d相对应的开口是类似的，省略其描述。因此，遮光部1060和遮光部1070具有针对相应光接收元件162的开口，所述开口具有对于预定光瞳区域122的方向性。
代替遮光部1060和遮光部1070的遮光部262可以具有针对相应光接收元件162的开口，所述开口对于预定的光瞳区域122具有方向性。
图11示意性地示出了该示例的光接收单元的一个示例。该示例的光接收单元20具有遮光部262的开口1264作为偏转光学元件，来代替如图1至图8中所述的作为偏转光学元件的棱镜元件142。
通常通过出射光瞳120的整个表面的光束入射到微透镜1052上。在该示例中，微透镜1052具有大到足以将通常通过出射光瞳120的整个表面的光束聚焦至光接收元件162的折射能力。微透镜1052拥有的折射能力可以小于参考图1至图9所述的微透镜152或微透镜952拥有的折射能力。
在该示例的光接收单元20中，将遮光部262的开口1264设置为在与透镜系统100的光轴垂直的平面内相对于光接收元件162的中心位置偏移。这里，将光接收元件162的中心位置定义为光接收元件162可以接收的并且用于光电转换的光束通过的区域的中心位置。
将开口1264的每一个偏移量设计为使得通过相应的光接收元件接收通过预定光瞳区域122的光束。利用开口1264的偏转，将光接收元件162可以接收的光通量限制为通过出射光瞳120的一部分区域的光通量。在该示例中，开口1264a将光接收元件162a可以接收的光束限制为通过光瞳区域122a的光束。类似地，开口1264b和1264c将相应的光接收元件162b和162c可以接收的光束限制为分别通过光瞳区域122b和122c的光束。像开口1264a那样，开口1264d将光接收元件162d可以接收的光束限制为通过光瞳区域122a的光束。因此，将遮光部262的多个开口1264设置为相对于光接收元件162的中心位置偏移，使得通过相应光接收元件162的每一个接收通过预定光瞳区域122的对象光束的每一个。
因此，遮光部262具有针对相应光接收元件162的开口，所述开口对于预定的光瞳区域122具有方向性。
图12示意性地示出了成像设备1010的另一个模块配置的一个示例。该示例中的成像设备1010包括透镜系统100、光接收单元20、图像产生部170和图像记录部190。
具有与在图1至图8中描述的透镜系统100相同配置的透镜系统100具有透镜系统100a，例如所述透镜系统100a是渐变折射透镜。
该示例的光接收单元20具有微透镜部150和光接收部160。该示例的光接收单元20具有在光接收部160中的偏转光学元件，来代替在图1至图8中描述的偏转部140。微透镜部150具有多个微透镜152以及光接收元件组1162，所述光接收元件组每一个均与作为偏转光学元件的一个微透镜152相对应地设置。更具体地，光接收元件组1162a与微透镜152a相对应地设置，光接收元件组1162b与微透镜152b相对应地设置，并且光接收元件组1162c与微透镜152c相对应地设置。
图13是从透镜系统100一侧观看的微透镜152和与所述微透镜152相对应地设置的光接收元件组1162的一个示例的示意图。如图所示，将一个光接收元件组1162与一个微透镜152相对应地设置。光接收元件组1162由9个光接收元件1162-1a、1b、1c、1162-2a、2b、2c和1162-3a、3b、3c组成。
应该注意的是组成一个光接收元件组的光接收元件的个数不局限于九个，而是可以适当地确定。因此，可以针对多个光接收元件的每一个设置一个微透镜152。微透镜152具有大到足以使得相应的光接收元件1162-1a至1162-3c接收通过出射光瞳120的相应区域的光束的折射能力。
图14是示出了成像设备1010的光接收单元的示意性放大视图。如图所示，光接收元件1162-1(相当于第一光接收元件)利用微透镜152接收通过透镜系统100的出射光瞳120中的光瞳区域122a的光束。
光接收元件1162-2(相当于第二光接收元件)利用微透镜152接收通过光瞳区域122b的光束。
类似地，光接收元件1162-3(相当于第三光接收元件)利用微透镜152接收通过光瞳区域122c的光束。
因此，微透镜形成渐变折射透镜的光瞳和多个光接收单元之间的图像形成关系，使得将相应光接收元件接收的光束限制为通过透镜110的出射光瞳120的预定光瞳区域122的光束。
光接收元件组1162中的每一个光接收元件向图像产生部170输出成像信号，所述成像信号具有与光接收量相对应的强度。图像产生部170根据多个光接收元件组1162的成像信号产生对象的图像。更具体地，图像产生部170基于从光接收元件组1162馈送的成像信号产生对具有不同焦距的图像加以表示的图像信号。在该示例中，将光接收元件组1162的每一个光接收元件1162-1、1162-2和1162-3可以接收的光束限制为通过光瞳区域122a-122c的每一个的光束。因此，图像产生部170基于来自接收通过光瞳区域122a的光束的光接收元件1162-1的成像信号，产生具有第一焦距的图像信号。图像产生部170还基于来自接收通过光瞳区域122b的光束的光接收元件1162-2的成像信号，产生具有第二焦距的图像信号。图像产生部170还基于来自接收通过光瞳区域122c的光束的光接收元件1162-3的成像信号，产生具有第三焦距的图像信号。
在该示例中示出了这样的示例，其中通过微透镜使得通过出射光瞳中的三个区域的光束入射到沿纵向方向排列的三个光接收元件中。由微透镜导引的出射光瞳的三个区域与焦距不同的图像形成透镜区域相对应。相应地，可以同时地、独立地并且并行地获得具有三个不同焦距的图像。
图15示意性地示出了成像设备1110的另一个模块配置的一个示例。该示例中的成像设备1110包括透镜系统100、光接收单元20、图像产生部170和图像记录部190。光接收单元20具有微透镜部150、偏振滤波器部1140和光接收部160。该示例的光接收单元20具有偏振滤波器部1140作为偏转光学元件，来代替在图1至图8中描述的偏转部140。因为光接收部160具有与在图1至图8中描述的光接收部160类似的配置，省略其描述。这里关注于与在图1至图8中描述的成像设备10的差异给出了描述。
在该示例的成像设备1110中，透镜系统100具有透镜110和偏振滤波器部1130。将偏振滤波器部1130设置在出射光瞳的附近。偏振滤波器部1130具有与透镜系统100的出射光瞳中的不同光瞳区域相对应地设置的第一偏振滤波器1132和第二偏振滤波器1134。通过相应光瞳区域的光束入射到第一偏振滤波器1132和第二偏振滤波器1134中。第一偏振滤波器1132和第二偏振滤波器1134分别通过彼此正交的偏振分量。正交偏振分量的组合的示例包括其偏振方向彼此正交的线偏振分量。正交偏振分量的组合的示例也包括右旋圆偏振分量和左旋圆偏振分量的组合。
微透镜部150具有多个微透镜152。在该示例中，微透镜152具有大到足以将通常通过出射光瞳的整个表面的光束聚焦至光接收元件162的折射能力。微透镜152拥有的折射能力可以小于参考图1至图9中描述的微透镜152拥有的折射能力。偏振滤波器1140具有与多个光接收元件162相对应地设置的多个偏振滤波器1142。在偏振滤波器1142中，偏振滤波器1142a通过由第二偏振滤波器1134透射的极化分量，而不通过由第一偏振滤波器1132透射的偏振分量。在偏振滤波器1142中，偏振滤波器1142b通过由第一偏振滤波器1132透射的极化分量，而不通过由第二偏振滤波器1134透射的偏振分量。偏振滤波器部1140具有多对偏振滤波器1142a和偏振滤波器1142b。
光接收元件162接收相应的偏振滤波器1142通过的光束。更具体地，光接收元件162a接收偏振滤波器1142a通过的光束。光接收元件162b接收偏振滤波器1142b通过的光束。因此，将光接收元件162a接收的光束限制为通过第二偏振滤波器1134的光束。将光接收元件162b接收的光束限制为通过第一偏振滤波器1132的光束。相应地，光接收元件162a和光接收元件162b接收通过具有彼此不同焦距的透镜系统100的光学表面的光束。图像产生部170产生来自光接收元件162(例如接收通过第二偏振滤波器1134的光束的光接收元件162a)的具有第一焦距的图像。图像产生部170还产生来自光接收元件162(例如接收通过第一偏振滤波器1132的光束的光接收元件162a)的具有第二焦距的图像。该示例的成像设备1110可以以不同焦距拍摄图像。
因此，该示例的成像设备1110具有多个第一偏振滤波器1132和第二偏振滤波器1134以及偏振滤波器1142a和1142b，第一偏振滤波器1132和第二偏振滤波器1134在多个光瞳区域中透射彼此不同的偏振分量，偏振滤波器1142a和1142b与多个光接收元件162相对应地设置以分别透射不同的偏振分量。
图16示出了成像设备1110的改进示例。尽管图15所示的成像设备1110可以拍摄具有两种焦距的图像，该示例中的成像设备配置为使得可以拍摄具有四种焦距的图像。这里关注于与透镜系统100的配置的差异给出了该示例的成像设备1110的配置的描述。
透镜系统100具有设置在透镜系统100的出射光瞳1220附近的偏振滤波器部1230，来代替图15的偏振滤波器部1130。偏振滤波器部1230具有第一偏振滤波器1232a、第一偏振滤波器1232b、第二偏振滤波器1234a和第二偏振滤波器1234b。
将第一偏振滤波器1232a和第二偏振滤波器1234a设置为与出射光瞳1220中的光瞳区域1222a中的不同区域相对应。通过相应区域的光束入射到第一偏振滤波器1232a和第二偏振滤波器1234a中。第一偏振滤波器1232a和第二偏振滤波器1234a选择性地通过彼此正交的偏振分量。
将第一偏振滤波器1232b和第二偏振滤波器1234b设置为与出射光瞳1220中的光瞳区域1222b中的不同区域相对应。通过相应区域的光束入射到第一偏振滤波器1232b和第二偏振滤波器1234b中。第一偏振滤波器1232b和第二偏振滤波器1234b选择性地通过彼此正交的偏振分量。
将行进到该示例的成像设备1110包括的光接收部160的光通量限制为通过光瞳区域1222a和光瞳区域1222b的任一个的光通量。例如，如参考图1至图8所述，棱镜元件142和微透镜152可以限制行进至光接收部160的光通量。如参考图9所述，微透镜152的偏转也限制了行进至光接收部160的光通量。如参考图10所述，遮光部也可以限制行进至光接收部160的光通量。如参考图14所述，在光接收部160中，与一个微透镜152相对应地设置的光接收元件组1162中的多个光接收元件也可以限制入射到光接收部160中的光通量。
在接收通过光瞳区域1222a的光束的光接收元件162中，与偏振滤波器1142a相对应地设置的光接收元件162可以接收通过第一偏振滤波器1232a的光束。因此，将光接收元件162接收的光束限制为通过第一偏振滤波器1232a的光束。相反，在接收通过光瞳区域1222a的光束的光接收元件162中，与偏振滤波器1142b相对应地设置的光接收元件162可以接收通过第二偏振滤波器1234a的光束。因此，将光接收元件162接收的光束限制为通过第二偏振滤波器1234a的光束。
此外，在接收通过光瞳区域1222b的光束的光接收元件162中，与偏振滤波器1142a相对应地设置的光接收元件162可以接收通过第一偏振滤波器1232b的光束。因此，将光接收元件162接收的光束限制为通过第一偏振滤波器1232b的光束。相反，在接收通过光瞳区域1222b的光束的光接收元件162中，与偏振滤波器1142b相对应地设置的光接收元件162可以接收通过第二偏振滤波器1234b的光束。因此，将光接收元件162接收的光束限制为通过第二偏振滤波器1234b的光束。
在该示例中，通过偏转光学元件将光瞳区域划分为两个或多个光瞳区域，例如光瞳区域1222a和光瞳区域1222b。在划分的光瞳区域中，至少一个光瞳区域被偏振滤波器进一步划分。简而言之，成像设备1110可以利用偏转光学元件和偏振滤波器的组合、通过三个或更多个不同光瞳区域来分离地拍摄图像。相应地，可以以三个或更多个不同焦距拍摄图像。
尽管参考图15和图16描述了用偏振滤波器划分光瞳区域的配置，可以使用波长滤波器来代替图15和图16中示出的偏振滤波器。更具体地，成像设备1110可以具有：第一波长滤波器，适用于在多个光瞳区域中透射彼此不同的波长分量；以及第二波长滤波器，与多个光接收元件162相对应地设置，以分别透射不同的波长分量。作为波长滤波器，可以使用分别透射属于红色波段的两个或更多个部分波段中的光束的两个或更多个波长滤波器、分别透射属于绿色波段的两个或更多个部分波段中的光束的两个或更多个波长滤波器、以及分别透射属于蓝色波段的两个或更多个部分波段中的光束的两个或更多个波长滤波器。在这种情况下，每一个焦距的图像可以由三个部分波段的光束构成，从红色波段、绿色波段和蓝色波段中分别选择每一个所述部分波段。因此，可以利用受到波长滤波器限制的光瞳区域拍摄彩色图像。
图17是示意性地示出了透镜系统的另一个示例的视图。该示例示出了参考图1至图12描述的透镜系统100的另一个示例。在一个示例中，将在透镜系统100中包括的透镜110a构建为不对称渐变折射透镜。在该示例的透镜系统1300中包括的透镜1310a是球面像差型(旋转对称)，其焦距与相距光轴的距离相对应地不同，但是在相距光轴等距离的光学表面上是相等的。透镜系统1300具有在某种意义上同心分布的折射能力。该示例的透镜系统1300在光轴的中心处具有短焦距，而在远离光轴时具有更长的焦距。
在该示例的透镜系统1300中，将光接收元件162接收的对象光束限制为在相距光轴不同距离定位的部分光瞳区域1322a-1322c中、通过透镜系统1300的出射光瞳1320中的光瞳区域的任一个的光束。可以通过参考图1至图16所述的偏转光学元件限制光瞳区域。例如，如参考图1至图8所述，棱镜元件142和微透镜152可以限制行进至光接收部160的光通量。此外如参考图9所述，微透镜152的偏转也可以限制行进至光接收部160的光通量。如参考图10和图11所述，遮光部也可以限制行进至光接收部160的光通量。如参考图14所述，在光接收部160中，与一个微透镜152相对应地设置的光接收元件组1162中的多个光接收元件也可以限制入射到光接收部160中的光通量。
图18中所示的遮光罩也限制了入射到光接收部160中的光通量。
图18A至18C是示出了每一个均形成于每一个光接收元件的光接收表面上的遮光罩2262-1、遮光罩2262-2和遮光罩2262-3的形状的透视图。遮光罩2262-1的开口具有与光瞳区域1322a类似的形状，以便使得只有光接收元件162的中心部分能够接收光束。遮光罩2262-2的开口也具有与光瞳区域1322b类似的形状，以便使得只有与遮光罩2262-1的开口的外围部分相对应的环形形状部分能够接收光束。另外，遮光罩2262-3的开口具有与光瞳区域1322c类似的形状，以便使得只有与遮光罩2262-2的开口的外围部分相对应的环形形状部分能够接收光束。
图19是示意性地示出了透镜系统1300、微透镜1052a-1052c的每一个、遮光罩2262-1至2262-3的每一个以及光接收元件162a-162c的每一个的俯视图。图20是示意性地示出了这一示例的光接收单元的一个示例的截面视图。
在该示例的光接收单元20中，将一个光接收元件与一个微透镜相对应地设置。在图20的示例中，分别设置了与微透镜1052a相对应的光接收元件162a、与微透镜1052b相对应的光接收元件162b、与微透镜1052c相对应的光接收元件162c以及与微透镜1052d相对应的光接收元件162d。应该注意的是将每一个微透镜1052的中心位置和每一个光接收元件的中心位置放置为是对准的。
此外，相应地将遮光部2262a设置在光接收元件162a的光接收表面上、将遮光部2262b设置在光接收元件162b的光接收表面上、以及将遮光部2262c设置在光接收元件162c的光接收表面上。在这种情况下，遮光部2262a具有遮光罩2262-1的形状，遮光部2262b具有遮光罩2262-2的形状，以及遮光部2262c具有遮光罩2262-3的形状。
另外在光接收元件162d的光接收表面上形成遮光部2262d。像遮光部2262a那样，遮光部2262d具有遮光罩2262-1的形状。尽管在附图中省略了，根据特定的规则将遮光罩2262-1至2262-3重复地放置于光接收元件162的每一个的光接收表面上。
通常通过出射光瞳1320的整个表面的光束入射到相应的微透镜1052中。在这种情况下，由具有遮光罩2262-1的形状的遮光部2262a将通过微透镜1052a的光束限制为只是通过光瞳区域1322a的光束，并且因此在光接收元件162a中只接收通过光瞳区域1322a的光束。因此，光接收元件162a只接收具有与光瞳区域1322a相对应的焦距的对象光束。
类似地，在通过微透镜1052b的光束中，由于具有遮光罩2262-2的形状的遮光部2262b的存在，光接收元件162b只接收通过光瞳区域1322b的光束。在通过微透镜1052c的光束中，由于具有遮光罩2262-3的形状的遮光部2262c的存在，光接收元件162c只接收通过光瞳区域1322c的光束。因此，光接收元件162b只接收具有与光瞳区域1322b相对应的焦距的对象光束，而光接收元件162c只接收具有与光瞳区域1322相对应的焦距的对象光束。
因此，将遮光部262的多个遮光罩2262设置成与相应焦距的光瞳区域类似的形状，使得相应光接收元件162的每一个接收通过预定光瞳区域122的对象光束的每一个。作为其结果，图像产生部170可以根据相应光接收元件162的成像信号，获得长焦距图像、中等焦距图像和短焦距图像。
另外，也可以使用每一个均具有不同焦距的微透镜来限制入射到光接收部160中的光通量。
图21示意性地示出了本示例的光接收单元的一个示例。在该示例的光接收单元20中，将一个光接收元件与一个微透镜相对应地设置。在图21的示例中，分别设置了与微透镜1252a相对应的光接收元件162a、与微透镜1252b相对应的光接收元件162b、与微透镜1252c相对应的光接收元件162c以及与微透镜1252d相对应的光接收元件162d。应该注意的是可以将每一个微透镜1252的中心位置和每一个光接收元件162的中心位置设置为是对准的。
同样在每一个光接收元件162的光接收表面上形成遮光部2362。像图18B所示的遮光罩2262-2那样，遮光部2362由圆形遮光罩和具有环形开口的环形形状遮光罩构成。可以适当地确定开口的宽度使得可以合适地限制光通量。
在这种情况下，相应的微透镜1252具有彼此不同的焦距。在图21的示例中，微透镜1252a具有第一焦距f1，并且具有在光接收元件162a的光接收表面上的焦点位置。微透镜1252b具有比第一焦距f1短的第二焦距f2，并且具有在光接收元件162b的光接收表面的近侧(微透镜一侧)上的焦点位置。微透镜1252c具有比第二焦距f2短的第三焦距f3，并且具有在微透镜1252b的焦点位置的更近侧(微透镜一侧)上的焦点位置。
另外，微透镜1252d像微透镜1252a那样配置。微透镜1252d具有第一焦距f1。尽管在图中省略，可以根据特定规则均重复地放置具有第一焦距f1、第二焦距f2和第三焦距f3的微透镜1252。
现在给出入射到相应微透镜1252的光束和由相应光接收元件162接收的光束之间关系的描述。图22A至22C是示出了入射到具有第一焦距f1的微透镜1252a中的光束和光接收元件162a接收的光束之间关系的视图。
通常通过出射光瞳1320的整个表面的光束入射到微透镜1252a中。在这种情况下，如图22A所示，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322a的光束受到遮光部2362中心处的圆形遮光罩的限制，使得光束不会入射到光接收元件162a中。类似地如图22B所示，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322b的光束受到遮光部2362的中心处的圆形遮光罩的限制，使得光束不会入射到光接收元件162a中。
相反，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322c的光束通过如图22C所示的遮光部2362的开口入射到光接收元件162a中。
按照这种方式，微透镜1252a和遮光部2362将通过微透镜1252a的光束只限制为通过光瞳区域1322a的光束，并且因此光接收元件162a只接收通过光瞳区域1322c的光束。因此，光接收元件162a只接收具有与光瞳区域1322c相对应的焦距的对象光束。
图23A至23C是示出了入射到具有第二焦距f2的微透镜1252b中的光束和光接收元件162b接收的光束之间关系的视图。
通常通过出射光瞳1320的整个表面的光束入射到微透镜1252b中。在这种情况下，如图23A所示，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322a的光束受到遮光部2362中心处的圆形遮光罩的限制，使得光束不会入射到光接收元件162b中。
相反，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322b的光束通过遮光部2362的开口入射到光接收元件162b中，如图23B所示。
此外如图23C所示，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322c的光束受到遮光部2362的环形遮光罩的限制，使得光束不会入射到光接收元件162b中。
按照这种方式，微透镜1252b和遮光部2362将通过微透镜1252b的光束只限制为通过光瞳区域1322b的光束，并且因此光接收元件162b只接收通过光瞳区域1322b的光束。因此，光接收元件162b只接收具有与光瞳区域1322b相对应的焦距的对象光束。
图24A至24C是示出了入射到具有第三焦距f3的微透镜1252c中的光束和光接收元件162c接收的光束之间关系的视图。
通常通过出射光瞳1320的整个表面的光束入射到微透镜1252c中。在这种情况下，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322a的光束通过如图24A所示的遮光部2362的开口入射到光接收元件162c中。
相反，如图24B所示，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322b的光束受到遮光部2362的环形形状遮光罩的限制，使得光束不会入射到光接收元件162c中。类似地如图24C所示，通过出射光瞳1320中的光瞳区域1322c的光束受到遮光部2362的环形形状遮光罩的限制，使得光束不会入射到光接收元件162c中。
按照这种方式，微透镜1252c和遮光部2362将通过微透镜1252c的光束只限制为通过光瞳区域1322a的光束，并且因此光接收元件162c只接收通过光瞳区域1322a的光束。因此，光接收元件162c只接收具有与光瞳区域1322a相对应的焦距的对象光束。
如前所述，设置相应微透镜1252的焦距并且放置遮光部2362，使得通过预定光瞳区域1322的对象光束每一个都由相应的光接收元件162接收。作为其结果，图像产生部170可以根据相应光接收元件162的成像信号获得长焦距图像、中等焦距图像和短焦距图像。
因此，利用该示例的透镜系统1300，所述透镜系统具有在基于与透镜中心的距离而划分的每一个圆形区域和每一个环形区域中不同的焦距，焦距与相距光轴的距离相对应地是不同的，使得可以拍摄具有不同焦距的图像。
尽管该示例的透镜系统1300在光轴的中心处具有短焦距并且在远离光轴时具有更长的焦距，相反地，所述透镜可以在光轴的中心处具有长焦距并且在远离光轴时具有更短的焦距。
另外在图1至图17中，通过采用焦距连续变化的透镜系统来给出描述，尽管可以采用焦距不连续变化的透镜系统(例如，折射率阶跃变化的双焦透镜和多焦透镜)作为图1至图17所述的成像设备的透镜系统。
图25A至25C是示意性地示出了将入射到透镜的光束分离和提取为图像信号的视图，其中示出了透镜100和1300、根据每一个焦距限制光通量并且接收光束的光接收单元20、以及能够基于每一个焦距的图像信号产生具有不同焦距的图像的图像产生部170。
图25A示出了使用不对称渐变折射透镜的情况，图25B示出了使用在光轴中心处具有短焦距的旋转对称球面像差透镜的情况，以及图25C示出了使用在光轴的中心处具有长焦距的旋转对称球面像差透镜的情况。
<本发明的图像处理特性>
在上述实施例中，利用诸如棱镜元件和遮光元件之类的光学元件的功能，光接收元件的每一个只接收通过图像形成透镜的特定光瞳区域的对象光束(即来自具有特定焦距的区域的对象光束)。然而，依赖于加工精度和这些光学元件的控制误差，通过除了所使用的光瞳区域之外的光瞳区域的对象光束可能入射到光接收元件中，并且这种入射光束可能成为引起图像质量劣化(例如模糊劣化和对比度劣化)的误差分量。
此外，将对于多个光瞳区域的每一个区域具有方向性的光接收元件在一侧上排列。相应地，当关注与特定光瞳区域相对应的光接收元件时，在包括与其他光瞳区域相对应的光接收元件在内的像素中发生丢失数据。
相应地，下文中给出作为这些问题的解决方案的图像处理的描述。应该注意的是可以在图像产生部170中执行这种图像处理。
<第一图像处理：校正图像模糊>
如前所述，当接收来自图像形成透镜的特定光瞳区域的对象光束(即，特定焦距的对象光束)的光接收元件接收来自其他光瞳区域的对象光束(即，其他焦距的对象光束)时，来自其他光瞳区域的对象光束变成模糊分量，产生模糊的图像(大点图像)。作为对于这种模糊的图像的解决方案，可以如下所述地执行使用恢复滤波器的滤波处理，使得可以将图像恢复为高分辨率图像(小点图像)。
例如，通过在成像设备(例如，图像产生部170中的存储器)中预先存储7x7核尺寸的恢复增益数据、并且在7x7像素彩色信号(所述7x7像素彩色信号是从图像传感器的AD转换部输出的恢复前的R、G和B彩色信号，并且主要包括作为处理目标的目标像素彩色信号和以目标像素为中心的特定区域内具有相同颜色的像素的彩色信号)和存储的7x7核尺寸恢复增益数据之间执行解卷积处理(逆卷积运算处理)来执行恢复处理，并且输出恢复后的彩色信号来代替恢复前的目标像素彩色信号。
如图26(A)所示，由于来自除了特定光瞳区域之外的光瞳区域的信号(来自具有不同焦距的光瞳区域的信号)在这里进行混合，将透射过照相透镜的点图像(光学图像)作为大点图像(模糊的图像)形成于图像传感器上。然而，通过解卷积处理将大点图像恢复为如图26(B)所示的小点图像(高分辨率图像)
<用于产生恢复增益数据的方法>
现在给出用于产生解卷积处理使用的恢复增益数据的方法的描述。
图27是示出了根据本发明的用于产生恢复增益数据的方法的实施例的流程图。
首先，为了在诸如出货前调试之类的成像设备调试时测量成像设备的照相透镜的点扩展函数(PSF)，利用照相透镜拍摄点图像(点光源)以获取模糊的图像(步骤S10)。
接下来，假设利用通过拍摄点图像获得的图像是g(x，y)、原始点图像是f(x，y)，点扩展函数(PSF)是h(x，y)，可以将模糊图像g(x，y)表达为以下公式：
[公式1]
g(x，y)＝h(x，y)*f(x，y)
其中*表示卷积。
基于通过在步骤S10的点图像的成像获取的模糊图像g(x，y)，获得了公式1中的值h(x，y)(即，点扩展函数(PSF))(步骤S12)。
接下来，获得所获得的点扩展hasn(PSF)的逆函数(步骤S14)。当将逆函数定义为R(x，y)时，通过使用如以下公式所示的R(x，y)执行模糊图像g(x，y)的卷积处理获得了与原始图像f(x，y)相对应的恢复图像。
[公式2]
g(x，y)*R(x，y)＝f(x，y)
在上述内容中，R(x，y)表示恢复滤波器。例如，将恢复滤波器构建为如上所述的7×7滤波器值(恢复增益数据)，并且在步骤S16中产生这种恢复增益数据。可以使用将原始图像和恢复图像之间的均方差最小化的最小平方滤波器(温纳滤波器)、约束解卷积滤波器、递归滤波器、同态滤波器等作为这种类型的恢复滤波器。例如，在非专利文献1和非专利文献2(参见专利文献5)中公开了恢复处理。
将在步骤S16中产生的恢复增益数据存储在成像设备的存储器中(步骤S18)。
<第二图像处理：校正对比度>
当接收来自图像形成透镜的特定光瞳区域的对象光束的光接收元件接收从另一个光瞳区域入射的对象光束时，如在上述图像模糊的情况那样，由于来自另一个光瞳区域的对象光束使得图像中明亮和阴暗之间的差模糊，引起对比度劣化。可以如下所述地对这种对比度的劣化进行校正。
如上所述，因为低对比度图像是处于在明亮和阴暗之间具有较小差异的状态下，例如，应该通过以下图像处理增强明亮部分和阴暗部分之间的差。
首先，将RGB信号转换为YCrCb信号，并且在获得与明亮和阴暗之间差异有关的信息之后，对Y信号进行处理。更具体地，按照固定比率对Y信号的值进行放大，使得可以将Y信号的分布或亮度差进行放大。例如，当用8比特(0-255)表达Y信号的值时，假设在(96-156)的范围内分布原始Y信号，明亮和阴暗之间的差异值是60。如果将Y信号的值加倍，分布范围变成(192-312)，使得明亮和阴暗之间的差异值是120，是原始范围的2倍。
然而在这种情况下，因为明亮分布的上限超过了255，信号饱和，使得产生了过度加亮。与此同时，因为Y信号没有使用192或以下的范围，从增加对比度的观点来看这种方法是无效的。因此优选地，执行信号转换，使得在处理之后，在(0-255)的范围内分布所述信号。
存在用于这种转换的多种方法，其中之一使用例如如下所示的线性转换表达式。
[等式3]
Y’＝Y*[255/(MAX-MIN)]-MIN
其中Y表示转换之前的Y信号的值，Y’表示转换之后的Y信号的值
MIN表示转换之前的Y信号的最小值，以及MAX表示转换之后的Y信号的最大值。
<第三图像处理：增强边缘>
作为由从图像形成透镜的特定光瞳区域接收对象光束的光接收元件接收从其他光瞳区域入射的对象光束的情况引起的图像质量劣化的解决方案，可以执行如下所示的边缘增强。然而，传统上存在多种边缘增强方法，并且在向整个屏幕、检测的面、主对象等均匀地施加边缘增强的方法中，即使当主对象清晰而背景焦点失焦时，也可能向背景施加边缘增强，其结果是可能增强模糊部分的边缘，而不能获得所需的图像。考虑到这些情况，优选的是考虑对象物距来执行边缘增强。更具体地，可以使用在专利文献6中描述的方法。
以上公报中描述的图像处理设备的一个方面包括：输入部，适用于输入通过对对象进行光电转换获得的图像数据，使用图像传感器经由成像透镜对对象成像；距离计算部，适用于计算与对象的距离；以及边缘增强处理部，适用于向由输入部输入的图像数据施加边缘增强处理，强度与由距离计算部计算的距离相对应。
在以上方面的图像处理设备中，基于与特定焦点区域中的主要相位差异有关的信息，获取对与特定焦点区域中的对象的距离加以表示的主要距离信息和对与外围区域中的对象的距离加以表示的距离信息，并且基于这种信息，针对每一个外围区域，计算作为所述特定焦点区域之内的对象的焦点对象和作为每一个外围区域中的对象的外围对象之间的距离差异。当所述距离差异小于特定阈值时，基于第一转换特性信息对由特定焦点区域上的边缘分量数据表示的边缘分量强度和由距离差异小于阈值的外围区域上的边缘分量数据表示的边缘分量强度进行转换，并且向这些区域应用边缘增强。
与此相反，当距离差异是特定阈值或以上时，基于第二转换特征信息来转换由其中距离差异是特定阈值或以上的外围区域上的边缘分量数据表示的边缘分量强度，并且向其应用边缘增强。
在以上配置的图像处理设备中执行这种处理，以便基于与特定焦点范围内的聚焦对象的距离和与除了所述特定焦点区域之外的每一个外围区域中的对象的距离之间的差异，来改变边缘增强的程度，使得可以防止将过度的边缘增强应用于失焦对象，从而获得自然的图像。
在本实施例中，当由于加工精度等问题导致的、通过除了图像形成透镜的特定光瞳区域之外的区域的对象光束入射到光接收元件时，可以发生如上所述的主要对象清晰和背景失焦。然而，在这种情况下使用上述方法使得可以获得具有适当应用了边缘增强的自然图像。
<第四图像处理：对丢失的数据进行插值>
对于丢失数据的插值，下面给出了示例情况的描述，其中图像形成透镜具有包括短焦距区域、中等焦距区域和长焦距区域在内的三个区域，而配置为从这三个区域的任一个接收对象光束的光接收元件162a、162b和162c如图19所示地每三列地排列成阵列。
在这种情况下，例如当注意力集中于光接收元件162a时，存在光接收元件162b和162c的列的数据丢失。相应地，对于在存在光接收元件162b的列中的光接收元件162a的数据，可以使用光接收元件162a的两列数据以及可以添加与到作为插值目标的列的距离相对应的权重来进行计算。可以通过利用以下比率进行加权来执行插值：将在图19的光接收元件162b的列的左侧上的列中的光接收元件162a的数据赋予权重1，并且向在光接收元件162c的右侧上的列中(未示出)的光接收元件162a的数据赋予权重(1/2)，或者可以通过利用光接收元件162a的四列裂数据进行类似的加权来执行插值。
也可以通过按照类似的方式进行插值获得在存在光接收元件162c的列中的光接收元件162a的数据。应该注意的是在插值中使用的列的个数和加权配置不局限于前述描述的那些，而是可以适当地选择。
尽管已经使用实施例描述了本发明，本发明的技术范围不局限于实施例中描述的范围。对于本领域普通技术人员清楚明白的是可以将各种结构或改进应用于所公开的实施例。根据权利要求的描述清楚的是也可以将合并了这些结构和改进的配置合并到本发明的技术范围中。
应该注意的是诸如在权利要求中所示的设备、系统程序和方法中的操作、过程、步骤和阶段之类的每一个处理的执行顺序并非利用诸如“在前”和“之前”之类的短语来阐明，除非在后续的处理中使用在先处理的输出，可以按照任意顺序执行所述处理。即使为了方便起见使用诸如“首先”和“接下来”之类的术语来描述权利要求、说明书和附图中的操作流，并不意味着应该按照这种顺序执行所述操作流。
参考符号列表
10、1010、1110 成像设备，
20 光接收单元，
100、1300 透镜系统，
110、1310 透镜，
115 光学装置，
120、1220、1320 出射光瞳，
122 光瞳区域，
130 对象光束，
140 偏转部，
142 棱镜元件，
150 微透镜部，
152、952、1052、1252 微透镜，
160 光接收部，
162、1162-1、2、3 光接收元件，
170 图像产生部，
180 控制部，
190 图像记录部，
200 外壳，
210、220、230 流体区域，
240、640 分隔部，
242 分隔板，
250 贯通孔，
252、254、642、644 侧面部分，
260 滤色器，
262 遮光部，
264、1264 开口，
281、282、680 棱镜元件，
290、291、292 驱动部，
280 弹性面，
350 行方向，
360 列方向，
400 图像面，
510 短焦距图像，
520 中等焦距图像，
530 长焦距图像，
550 合成图像，
512、522、532、552 短距离对象图像，
514、524、534、554 中等距离对象图像，
516、526、536、556 长距离对象图像，
700、701、702、703、704 突起部，
1060、1070 遮光部，
1062、1072 开口，
1130、1140 偏振滤波器部，
1132 第一偏振滤波器，
1134 第二偏振滤波器，
1142 偏振滤波器，
1162 光接收元件组，
1232 第一偏振滤波器，
1234 第二偏振滤波器，
1230 偏振滤波器部，
1322 部分光瞳区域，
2262，2263 遮光部

Claims (7)

1.一种成像设备，包括：
图像形成透镜，具有在每一个区域中不同的焦距；
光接收部，具有多个光接收元件；
多个光学元件，分别与多个光接收元件相对应地设置，以使得对应的光接收元件接收通过所述图像形成透镜的出射光瞳中的预定光瞳区域的对象光束；以及
图像产生部，适用于根据多个光接收元件的成像信号产生对象的图像，其中
所述多个光学元件中的多个第一光学元件使得通过所述图像形成透镜的具有第一焦距的区域和所述出射光瞳中的第一光瞳区域的对象光束入射到对应的光接收元件中，
所述多个光学元件中的多个第二光学元件使得通过所述图像形成透镜的具有第二焦距的区域和所述出射光瞳中的第二光瞳区域的对象光束入射到对应的光接收元件中，
所述图像产生部选择出射光瞳中光束通过的任一个光瞳区域来产生对象的图像，并且使用接收通过所选择的光瞳区域的对象光束的多个光接收元件的成像信号来产生对象的图像，并且
在选择出射光瞳中对象光束通过的任一个光瞳区域来产生对象的图像的情况下，所述图像产生部基于对象物距和分别与出射光瞳的多个光瞳区域相对应的焦距来选择在光接收部的位置处形成图像的对象光束通过的至少一个光瞳区域。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中
所述图像产生部基于对象物距的范围和分别与出射光瞳的多个光瞳区域相对应的焦距来选择在光接收部的位置处形成图像的对象光束通过的多个光瞳区域。
3.根据权利要求1或2所述的成像设备，其中
所述多个光学元件分别是棱镜元件，所述棱镜元件使得对应的光接收元件接收通过所述预定光瞳区域的对象光束。
4.根据权利要求3所述的成像设备，其中
所述棱镜元件是流体棱镜元件，所述流体棱镜元件具有由折射率彼此不同的第一流体和第二流体之间的流体界面构成的棱镜界面，并且
所述成像设备还包括：
控制部，适用于控制所述棱镜界面相对于所述图像形成透镜的光轴的倾斜，以便控制要由分别与多个棱镜元件相对应的光接收元件接收的光通量的方向。
5.根据权利要求4所述的成像设备，其中
所述控制部基于对象物距控制棱镜界面的倾斜，以便把要由对应的光接收元件接收的光通量的方向导引至朝着在所述光接收部的位置处形成图像的对象光束通过的光瞳区域。
6.根据权利要求4所述的成像设备，还包括：
棱镜外壳，适用于保持所述第一流体和所述第二流体；以及
分隔板，适用于沿所述光轴将所述棱镜外壳的内部划分为以第一流体填充的第一区域和以第二流体填充的第二区域，
其中所述分隔板具有多个贯通孔，所述多个贯通孔与形成多个流体棱镜元件的位置相对应地形成，并且
所述控制部通过控制多个贯通孔的相应第一侧面部分中的流体界面的位置以及与所述第一侧面部分相对的第二侧面部分中的流体界面的位置，来控制所述棱镜界面相对于所述光轴的倾斜。
7.根据权利要求5所述的成像设备，还包括：
棱镜外壳，适用于保持所述第一流体和所述第二流体；以及
分隔板，适用于沿所述光轴将所述棱镜外壳的内部划分为以第一流体填充的第一区域和以第二流体填充的第二区域，
其中所述分隔板具有多个贯通孔，所述多个贯通孔与形成多个流体棱镜元件的位置相对应地形成，并且
所述控制部通过控制多个贯通孔的相应第一侧面部分中的流体界面的位置以及与所述第一侧面部分相对的第二侧面部分中的流体界面的位置，来控制所述棱镜界面相对于所述光轴的倾斜。
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