CN106537214B - 高速可变焦域透镜组件及相关方法 - Google Patents

高速可变焦域透镜组件及相关方法 Download PDF

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Abstract

可变焦距光学组件可以包括可变形入射透镜元件、可变形第一反射元件和可变形第二反射元件。使用耦接到可变形元件的控制器，将诸如机械、电、机电或电磁力的外力施加到可变形元件以提供任何数量的不同焦距。由于可变形元件的变形以及因此焦距的变化发生得比回放帧速率快得多，所以每个包含在不同焦距处获得的图像的多个子帧与每个回放帧相关联。以子帧的形式的多个图像的可用性允许用于包括在最终回放帧序列中的最佳图像的选择。以在不同焦距处的子帧的形式的多个图像的可用性还允许放大和缩小效果的无缝结合。

Description

高速可变焦域透镜组件及相关方法
技术领域
本公开总体上涉及光学装置。更具体地，本公开涉及具有可变焦距的光学装置及其操作方法。
背景技术
透镜的焦距是透镜聚光或散光有多强的量度。实际上，对于空气中的光学系统，焦距表示最初准直的光线到达焦点或聚焦点所经过的距离。在传统的复合透镜中，诸如与静止或电影图像捕获装置结合使用的那些，单个透镜元件被布置在桶形壳体内。在其中透镜元件在壳体内的固定位置处，透镜通常提供固定焦距透镜(例如，50mm、135mm、500mm、800mm)。在其中透镜元件可相对于彼此移动(例如通过物理地延长或缩短壳体的长度)的情况下，透镜通常提供可变焦距或“缩放”透镜(例如，35-80mm、50-135mm、200-500mm)。随着透镜焦距增加，透镜的尺寸和重量也趋于增加。
景深是在图像中看起来可接受地锐利或聚焦的场景中最近和最远的对象之间的距离。在其他因素诸如保持恒定的曝光设置下，景深和焦距具有相反的关系-通常焦距越短，景深越大，而焦距越大，景深越短。在摄影和电影摄影中，景深可以被用作艺术元素以优先将观看者的注意力集中在图像的所期区域上。例如，演员脸部可以位于透镜的景深内，而离焦背景元素落在景深之外。
发明内容
使用透镜元件和反射元件的组合的透镜减小了与仅使用透镜元件形成的传统透镜相关联的整体尺寸和重量。这种反射透镜提供了相对紧凑、相对轻便、小形状因数透镜，其通常具有可以超过1000mm的极长焦距。反射器透镜中的典型布置包括入射透镜(entrylens)以及将入射光的至少一部分在第二反射元件上反射的第一反射元件。从第二元件反射的光的至少一部分在通常位于胶片平面(用于传统胶片摄影或电影摄影)或图像传感器(用于数字摄影或电影摄影)上的点(即，透镜的聚焦点)处聚焦。
根据本公开的一个方面，可变形或可适应的透镜元件和/或可变形或可适应的反射元件可以被集成到透镜中以提供具有可变焦距的透镜。使用可变形或可适应的透镜元件和/或可变形或可适应的反射元件，具有可变焦距(例如，小于6mm至超过2,000mm)的单个透镜的构造是可能的。这种透镜可以通过将至少可变形或可适应的入射透镜元件与多个可变形或可适应的反射元件进行组合而构成。
根据本公开的另一方面，当受到外部施加的力时，可变形透镜元件和可变形反射元件的光学特性和/或物理几何形状改变。这种外力可以是以机械力、电流、机电力或电磁场的形式。具体地，一类可变形透镜元件和可变形反射元件响应于在特定频率处或特定频带内暴露于电磁能而经历变形。可变形透镜元件和/或可变形反射元件的物理变形的一个或多个方面(位移幅度、位置、持续时间等)可以通过控制或调整相应元件所暴露于的电磁能的参数来控制或调整。这种可变形透镜元件和/或可变形反射元件的响应可以是数百或甚至数千赫兹(例如100Hz至10,000Hz)。将这种可变形透镜元件和可变形反射元件结合到反射器透镜中导致透镜基于被用于激发可变形透镜元件和/或可变形反射元件的电磁能参数而具有可变焦距。有利地，结合这种可变形元件的反射器透镜的焦距可以以接近反射元件变形的速率(即，每秒数百或甚至数千次)的速率变化或改变。
根据本公开的另一方面，当可变焦距光学组件被耦接到能够每秒捕获数千个图像或帧的图像采集装置时，创建了能够针对运动画面的每个回放帧生成其中每个在已知的、不同的焦距处的多个图像或子帧的系统。作为一个示例，针对每秒24至48帧的运动画面的每个回放帧的多个图像/子帧的可用性有利地向编辑者和导演提供了使用单个高速摄像机拍摄一次场景的有利能力并且此后选择具有最大艺术价值的特定图像或子帧。作为另一示例，针对每秒1至30帧的监视视频的每个回放帧的多个图像/子帧的可用性有利地向系统操作者和执法者提供了选择具有提供嫌疑人、车辆或车牌的清晰图像的焦距的图像的有利能力。
为了提供一个示例，将运动画面的回放帧速率或第一帧速率(例如，48fps)与配备有可变形反射元件的反射透镜的响应时间(例如，1000赫兹)进行比较，可以以48fps第一帧速率在多达20个不同的焦距处顺序地捕获图像。这样导致20个图像或子帧的捕获，每个位于针对回放帧的每个相应一个在不同焦距处。这种灵活性与使20个不同固定焦距的常规(即，胶片)电影摄像机以每秒48帧同时捕获场景相当。在后期制作期间由这样的种类繁多的图像/子帧的可用性呈现的艺术灵活性提供了巨大的益处。这种灵活性允许电影摄制组使用单个高速摄像机来拍摄场景，该高速摄像机能够同时捕获其中每个在不同焦距处的20个或更多个48fps的运动画面，而不需要多个拍摄或使用其中每个具有不同焦距的透镜的20个不同的摄像机来拍摄。因此，代替使用不同的、固定焦距透镜多次拍摄场景或使用具有不同的、固定焦距透镜的多个摄像机来拍摄场景，可以使用配备有可变焦距光学组件的单个高速摄像机以单次拍摄有利地捕获场景，以提供从其中选择的宽范围的图像焦距。
由于景深与透镜的焦距成反比，所以改变焦距的能力提供了使出现在场景中的对象聚焦(即，将物体带入景深中)或使出现在场景中的对象失焦(即，从景深中移除对象)的能力。这种能力例如在其中多个景深处获取的图像的可用性可以允许出现在场景中的个人或许可证号码的清楚识别的监视应用中是特别有用的。
除了提供选择最期望的固定焦距子帧图像的选项之外，其他效果也是可能的。例如，可以通过针对顺序回放帧或以顺序回放帧间隔选择具有不同焦距的图像/子帧来实现放大或缩小效果。因此，针对顺序回放帧或以顺序回放帧间隔选择以逐渐减小的焦距(例如，使用10mm焦距变化的500mm至50mm)获取的不同图像/子帧可以产生“缩小”效果。相反，针对顺序回放帧或以顺序回放帧间隔选择以逐渐增加的焦距(例如，使用10mm焦距变化的50mm至500mm)获取的不同图像/子帧可以产生“放大”效果。
针对具有内置取景器的电影摄影装置，装置操作者可以设置有可选取景器，其提供了对应于特定图像焦距/子帧/时隙的图像。在一些情况下，可以远程控制这种可选取景器，例如使用射频或红外遥控装置。
根据本公开的其他方面，可变焦距光学组件提供延伸超过或利用焦距的快速和动态变化的益处或操作。作为一个示例，可变焦距光学组件可以有利地辅助执行高速自动对焦例程。作为另一个示例，可变焦距光学组件可以提供由光学系统的其他部件引入的失真(例如，由母透镜组件引入的桶形失真)的特定情况减少。
因此，可变焦距光学组件可以根据各种不同焦距使入射光成形。此外，即使在不需要快速切换焦距的应用中，可变焦距光学组件也提供容易地和可靠地控制捕获到的图像的焦距而不损失图像质量的能力。
可变焦距光学组件可以被概括为包括：壳体，其具有第一端和第二开口端；第一可变形反射元件，其被安装到所述壳体；至少第二可变形反射元件，其被安装到所述壳体，光路经由所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件在所述壳体的第一端和第二端之间延伸；以及致动器集合，其可操作以选择性地使所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件电磁地变形，以选择性地改变所述可变焦光学组件的焦距。
所述致动器集合可以包括：至少第一致动器，其可操作以选择性地使所述第一可变形反射元件电磁地变形；以及至少第二致动器，其可操作以选择性地使所述第二电磁可变形反射元件电磁地变形。所述光路可以包括：所述壳体的第一端，光经由所述所述壳体的第一端从所述壳体的外部进入；所述第一可变形反射元件，光从所述第一可变形反射元件朝向所述第二可变形反射元件反射；所述第二可变形反射元件，光从所述第二可变形反射元件反射；以及所述壳体的第二端，反射光从所述壳体的第二端被聚焦在限定的焦平面处。所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件可以每个以至少500Hz的速率变形。所述可变焦距光学组件可以被光耦合从而以每秒第一帧数来捕获图像，并且所述第一可变形反射元件或所述第二可变形反射元件中的至少一个可以以高于所述每秒第一帧数的速率变形。所述可变焦距光学组件可以被光耦合从而以第一速率来捕获图像帧，并且所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件可以以至少是所述第一速率两倍的第二速率变形。所述壳体可以是桶形壳体，所述第一可变形反射元件可以包括具有穿过其而布置的孔径的凹形可变形反射元件，并且所述第二可变形反射元件可以包括凸形可变形反射元件。所述桶形壳体可以具有纵向轴线，所述凹形可变形反射元件的孔径可以与所述桶形壳体的纵向轴线同轴对准，并且所述凸形可变形反射元件可以与所述凹形可变形元件的孔径同轴对准。
所述可变焦距光学组件还可以包括：可变形入射透镜，其在所述壳体的第一端处被安装到所述壳体，所述致动器集合中的至少一个可操作以选择性地使所述可变形入射透镜电磁地变形，以选择性地改变所述可变焦光学组件的焦距。
所述第一可变形反射元件可以以225度角朝向所述第二可变形反射元件反射进入所述壳体的第一端的光，并且所述第二可变形反射元件可以以225度角朝向所述壳体的第二端反射从所述第一可变形反射元件反射的光。所述第一可变形反射元件可以以90度角朝向所述第二可变形反射元件反射进入所述壳体的第一端的光，并且所述第二可变形反射元件可以以90度角朝向所述壳体的第二端反射从所述第一可变形反射元件反射的光。
所述可变焦距光学组件还可以包括：第一折叠反射元件，其被安装到所述壳体；以及第二折叠反射元件，其被安装到所述壳体；其中，所述光路从所述第一可变形反射元件延伸到所述第一折叠反射元件，从所述第一折叠反射元件延伸到所述第二折叠反射元件，并且从所述第二折叠反射元件延伸到所述第二可变形反射元件。
所述第一可变形反射元件可以以225度角朝向所述第一折叠反射元件反射已从所述壳体的外部进入所述壳体的第一端的光，所述第一折叠反射元件可以以225度角朝向所述第二折叠反射镜反射由所述第一可变形元件反射的光，所述第二折叠反射元件可以以225度角朝向所述第二可变形反射元件反射由所述第一折叠反射元件反射的光，并且所述第二可变形反射元件可以以225度角朝向所述壳体的第二端反射从所述第二折叠反射元件反射的光。所述第一可变形反射元件可以以90度角朝向所述第一折叠反射元件反射已从所述壳体的外部进入所述壳体的第一端的光，所述第一折叠反射元件可以以90度角朝向所述第二折叠反射镜反射由所述第一可变形元件反射的光，所述第二折叠反射元件可以以90度角朝向所述第二可变形反射元件反射由所述第一折叠反射元件反射的光，并且所述第二可变形反射元件可以以90度角朝向所述壳体的第二端反射从所述第二折叠反射元件反射的光。
所述可变焦距光学组件还可以包括：第一光学隔离器，其具有第一选择性反射元件；以及第二光学隔离器，其具有第二选择性反射元件；其中，所述光路从所述第一可变形反射元件延伸到所述第一隔离器，从所述第一隔离器延伸到所述第二可变形反射元件，并且从所述第二可变形反射元件延伸到所述第二隔离器。
所述第一可变形反射元件可以以180度角朝向所述第一选择性反射元件反射已从所述壳体的外部进入所述壳体的第一端并且穿过所述第一选择性反射元件的光，所述第一选择性反射元件可以以90度角朝向所述第二选择性反射元件并朝向所述第二可变形反射元件反射已由所述第一可变形反射元件反射的光，所述第二可变形反射元件可以以180度角朝向所述第二选择性反射元件反射已由所述第一选择性反射元件反射并穿过所述第二选择性反射元件的光，并且所述第二选择性反射元件可以以90度角朝向所述壳体的第二端反射已由所述第二可变形元件反射的光。
所述可变焦距光学组件还可以包括：第一光学隔离器，其具有第一选择性反射元件；第二光学隔离器，其具有第二选择性反射元件；第一折叠反射元件，其被安装到所述壳体以及第二折叠反射元件，其被安装到所述壳体，其中，所述光路从所述第一可变形反射元件延伸到所述第一选择性反射元件，从所述第一选择性反射元件延伸到所述第一折叠反射元件，从所述第一折叠反射元件延伸到所述第二折叠反射元件，从所述第二折叠反射元件通过所述第二选择性反射元件延伸到所述第二可变形反射元件，并且从所述第二可变形反射元件延伸到所述第二选择性反射元件。
所述第一可变形反射元件可以以180度角朝向所述第一可变形反射元件反射已从所述壳体的外部进入所述壳体的第一端并且穿过所述第一选择性反射元件的光，所述第一选择性反射元件可以以90度角朝向所述第一折叠反射元件反射已由所述第一可变形反射元件反射的光，所述第一折叠反射元件可以以90度角朝向所述第二折叠反射元件反射已由所述第一选择性反射元件反射的光，所述第二折叠反射元件可以以90度角朝向所述第二选择性反射元件并且朝向所述第二可变形反射元件反射已由所述第一折叠反射元件反射的光，所述第二可变形反射元件可以以180度角朝向第二选择性反射元件反射已由所述第二折叠反射元件反射并且穿过所述第二选择性反射元件的光，并且所述第二选择性反射元件可以以90度角朝向所述壳体的第二端反射已由所述第二可变形元件反射的光。所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件中的一个或两个可以被选择性地变形为凸变形构造和凹变形构造。
所述的可变焦距光学组件还可以包括：至少一个控制器，其可通信地耦接到所述第一致动器和所述第二致动器；以及控制器可读非暂时性存储介质，其可通信地耦接到所述至少一个控制器，所述至少一个控制器包括至少一个指令集，其在由所述至少一个控制器执行时可以致使所述至少一个控制器：使所述第一可变形反射元件或所述第二可变形反射元件中的至少一个电磁地变形，使得针对多个顺序帧中的每个，至少一个图像传感器捕获多个子帧，其中子帧中的每个包括在于多个限定的焦距之一处获取的系统外部的场景的图像。
一种使用可变焦距光学组件来捕获图像的方法可以被概括为包括：针对第一帧速率，在所述可变焦距光学组件的多个焦距中的每个处捕获图像，所述图像的捕获以比所述第一帧速率更高的速率来进行；并且将捕获到的图像存储到非暂时性处理器可读介质。
一种使用以可变焦距光学组件捕获的图像的方法可以被概括为包括：接收第一焦距的指示；针对第一帧速率和所述第一焦距，从非暂时性处理器可读介质检索第一多个图像，所述第一多个图像中的图像以彼此之间第一限定偏移来存储。
一种使用以可变焦距光学组件的图像捕获的图像的方法还可以包括：接收第二焦距的指示；针对所述第一帧速率和所述第二焦距，从所述非暂时性处理器可读介质检索第二多个图像，所述第二多个图像中的图像以彼此之间第二限定偏移来存储。
一种使用具有可变焦距光学组件的图像来捕获图像的方法还可以包括：接收所述第一焦距和所述第二焦距之间的焦距的变化的指示；针对所述第一帧速率和所述第二焦距，从所述非暂时性处理器可读介质检索又一多个图像，所述又一多个图像中的图像以彼此之间增加或减小的偏移来存储。
一种光学系统可以被概括为包括：母透镜组件；可变焦距光学组件，包括至少一个可变形元件和至少一个致动器，所述致动器可操作以选择性地使所述至少一个可变形元件电磁地变形，以选择性地改变所述可变焦光学组件的焦距；以及图像采集装置，光路经由所述母透镜组件和所述可变焦距光学组件从所述光学系统的外部延伸到所述图像采集装置。
所述光学系统可以包括无焦光学系统，其中所述母透镜组件被安装到所述图像采集装置，并且所述可变焦距光学组件被可移除地安装到所述母透镜组件。
所述光学系统还可以包括：至少一个控制器；以及控制器可读非暂时性存储介质，其可通信地耦接到所述至少一个控制器，所述至少一个控制器包括至少一个指令集，其在由所述至少一个控制器执行时致使所述至少一个控制器至少部分地基于所述母透镜组件的第一焦距值以及多个第二焦距值来针对由所述光学系统捕获的多个图像中的每个分别生成焦距元数据，其中所述多个第二焦距值在分别捕获多个图像的相应时间处分别描述所述可变焦距光学组件的多个不同焦距。
所述至少一个指令集在由所述至少一个控制器执行时还可以致使所述至少一个控制器提供用于向操作者进行显示的所述多个图像中的第一图像，所述第一图像具有描述由所述操作者请求的焦距的焦距元数据。所述光路可以包括：可变焦距光学组件的第一端，光经由所述可变焦距光学组件的第一端从所述光学系统的外部进入所述可变焦距光学组件；第一可变形反射元件；可变焦距光学组件的第二端，由所述第一可变形反射元件反射的光从所述可变焦距光学组件的第二端离开所述可变焦距光学组件；母透镜组件的第一端，离开了可变焦距光学组件的光经由所述母透镜组件的第一端进入所述母透镜组件；以及母透镜组件的第二端，光在所述母透镜组件的第二端处离开所述母透镜组件。
所述的光学系统还可以包括：至少一个控制器；以及控制器可读非暂时性存储介质，其可通信地耦接到所述至少一个控制器，所述至少一个控制器包括至少一个指令集，其在由所述至少一个控制器执行时致使所述至少一个控制器在分别捕获多个图像的相应时间处至少部分地基于所述可变焦距光学组件的多个不同焦距来分别修改所述母透镜组件的第一焦距值，以针对由所述光学系统捕获的所述多个图像中的每个生成焦距元数据。
所述母透镜组件和所述图像采集装置可以包括内窥镜的部件。所述光路可以包括：所述母透镜组件的第一端，光经由所述母透镜组件的第一端从所述光学系统的外部进入所述母透镜组件；所述母透镜组件的第二端，光经由所述母透镜组件的第二端离开所述母透镜组件；可变焦距光学组件的第一端离开了所述母透镜组件的光，经由所述可变焦距光学组件的第一端进入所述可变焦距光学组件；所述第一可变形反射元件；以及所述壳体的第二端，由所述第一可变形反射元件反射的光在所述壳体的第二端处离开所述可变焦距光学组件。
所述光学系统还可以包括：至少一个控制器；以及控制器可读非暂时性存储介质，其可通信地耦接到所述至少一个控制器，所述至少一个控制器包括至少一个指令集，其在由所述至少一个控制器执行时致使所述至少一个控制器在分别捕获多个图像的相应时间处分别修改分别描述可变焦距光学组件的多个不同焦距的多个不同焦距值以生成由所述光学系统捕获的所述多个图像中的每个的焦距元数据，所述多个不同焦距值至少部分地基于描述所述母透镜组件的焦距的第一焦距值分别被修改。
所述可变焦距光学组件可以消除由所述母透镜组件引入的桶形失真。
一种方法可以被概括为包括：提供分别描绘在多个不同焦距处的场景的多个图像通道中的第一图像通道以用于显示，所述多个图像通道具有帧速率，每个图像通道包括具有相应图像通道的相应焦距的多个顺续图像帧，所述多个图像通道由包括与可变焦距光学组件光学通信的单个图像采集装置的光学系统同时捕获，所述可变焦距光学组件包括至少一个可变形光学元件，所述可变焦距光学组件可操作以在所述帧速率的单个帧内捕获所述多个不同焦距中的每个处的图像；接收描述请求改变焦距的观看者输入的数据；并且响应于所述观看者输入，提供所述多个图像通道中的第二图像通道以用于显示。
接收描述观看者输入的数据可以包括：接收描述请求特定焦距的观看者输入的数据，并且提供所述第二图像通道包括响应于所述观看者输入提供所述第二图像通道以用于显示，所述第二图像通道包括在所述特定焦距处的顺序图像帧。
所述方法还可以包括：由所述光学系统捕获在所述多个焦距中的每个处的图像以生成所述多个图像通道，所述图像的捕获以比所述帧速率更高的速率进行。
附图说明
在附图中，相同的参考编号标识相似的元件或动作。附图中的元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。例如，各种元件的形状和角度可以不按比例绘制，并且这些元件中的一些可以被任意地放大和定位以提高附图的可读性。此外，所描绘的元件的特定形状不一定旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息，并且可能仅为了便于在附图中识别而选择。
图1A是根据至少一个图示实施例的包括可变焦距光学组件的示例光学系统的框图。
图1B是示出了根据至少一个图示实施例的包括可变形入射透镜元件和可变形反射元件的横截面的示例可变焦距光学组件的示意图。
图2是根据至少一个图示实施例的包括在光路中位于母透镜组件之前的可变焦距光学组件的示例光学系统的框图。
图3是根据至少一个图示实施例的包括在光路中位于可变焦距光学组件之前的母透镜组件的示例光学系统的框图。
图4是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件的横截面图。
图5是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件的横截面图。
图6是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件的横截面图。
图7是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件的横截面图。
图8是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件的横截面图。
图9是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件的横截面图。
图10是示出了根据至少一个图示实施例的运动画面的帧以及与运动画面的每个帧相关联的子帧之间的示例关系的示意图。
图11是示出了根据至少一个图示实施例的示例后处理编辑系统的示意图。
图12是示出了根据至少一个图示实施例的以高于第一帧速率的速率来捕获多个图像的示例方法的流程图。
图13是示出了根据至少一个图示实施例的以第一帧速率来检索彼此之间以第一限定偏移而存储的第一多个图像的示例方法的流程图。
图14是示出了根据至少一个图示实施例的以第二帧速率来检索彼此之间以第二限定偏移而存储的第二多个图像的示例方法的流程图。
图15是示出了根据至少一个图示实施例的接收从第一焦距到第二焦距的变化并且检索彼此之间以增加的或减小的偏移而存储的多个图像的示例方法的流程图。
图16是示出了根据至少一个图示实施例的操作包括在光路中位于母透镜组件之前的可变焦距光学组件的光学系统的示例方法的流程图。
图17是示出了根据至少一个图示实施例的操作包括在光路中位于可变焦距光学组件之前的母透镜组件的光学系统的示例方法的流程图。
图18是示出了根据至少一个图示实施例的提供用于显示的多个图像通道的示例方法的流程图。
图19是示出了根据至少一个图示实施例的消除光学失真的示例方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了某些具体细节以便提供对各种公开的实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，实施例可以在没有这些具体细节中的一个或多个或者使用其他方法、部件、材料等的情况下实践。在其他情况下，没有详细示出或描述与透镜和图像采集系统(包括机械和电子快门、机械和电子光圈装置、图像传感器、图像数据采集和存储以及数据传送网络和装置)相关联的公知结构以避免不必要地模糊实施例的描述。没有详细示出或描述关于常规透镜元件的细节(包括这些元件的物理配置和/或几何形状以及在形成这些元件中使用的材料)以避免不必要地模糊实施例的描述。关于本文提及的常规反射元件的细节可具有任何物理配置和/或几何形状，可由包括金属、金属合金、玻璃、聚合物或其组合的任何合适材料形成，可包括提供了合适反射性能的涂层和/或表面处理，并且可以包括二向色镜。
除非上下文另有要求，否则在整个说明书和随后的权利要求书中，词语“包含”及其变型(诸如“包含”和“包含了”)与“包括”或“包括了”同义，并且是包容性的或开放式的(即，不排除额外的、未列举的元件或方法行为)。贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。
如本说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物，除非内容另有明确规定。还应当注意的是，术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非内容另有明确规定。
本文提供的公开的标题和摘要仅仅是为了方便，并且不解释实施例的范围或含义。
图1A是根据至少一个图示实施例的包括可变焦距光学组件102的示例性光学系统100的框图。具体地，系统100包括与图像捕获装置162光学地和可操作地耦合的可变焦距光学组件102。系统100操作以捕获分别具有多个不同焦距的多个图像。在图1的框164处共同地表示该多个图像。
更具体地，根据本公开的方面，可变焦距光学组件102可以包括一个或多个动态可变形光学元件，其允许可变焦距光学组件102快速地和动态地调整由组件102提供的焦距。针对可变焦距光学组件102的示例结构和设计将在下面进一步讨论，包括参考图1B和图4至图10。
光从系统100的外部进入可变焦距光学组件102；由可变焦距光学组件102的一个或多个动态可变形光学元件成形和/或反射；并且然后离开可变焦距光学组件102。
离开了可变焦距光学组件102的光然后撞击在图像捕获装置162上。图像捕获装置162将接收到的光转换为表示多个图像164的图像数据。示例图像捕获装置162包括但不限于：一个或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器以及一个或多个电荷耦合装置(CCD)传感器。在一些实施方式中，图像捕获装置162可以是图像采集装置的部件，诸如摄像机，如将参照图1B进一步讨论的那样。
图1包括表示由图像捕获装置162捕获的多个图像的框164。例如，当多个图像164被图像捕获装置162捕获时，与装置162相关联的非暂时性存储器可以存储它们。例如，非暂时性存储器可以是与图像捕获装置162相同的图像采集装置的部件。可替代地或除了由存储器进行的存储之外，图像捕获装置162可以输出或流式传输多个图像164。
系统100可以可选地进一步包括显示器165。例如，显示器165可以是诸如摄像机的图像采集装置的显示器，或者可以是与操作和/或控制系统100的光学部件的计算系统相关联的显示器。
多个图像164中的至少一个可以被显示在显示器165上以用于由系统100的操作者查看。提供给显示器165的特定图像可以由操作者来选择。例如，操作者可以选择具有特别所期焦距的图像，或者操作者可以在不同焦距的捕获图像之间导航，直到将所期焦距的图像提供给显示器165为止。因此，当系统100快速地且动态地捕获在不同焦距处的多个图像时，可以选择单个图像或图像流以用于在显示器165上呈现。
在一些实施方式中，系统100连续地或周期性地以多个图像通道的形式生成并输出多个图像164，所述多个图像通道分别描绘在多个不同焦距处的场景。例如，多个图像通道可以具有帧速率(例如，48fps)，并且每个图像通道可以包括在每帧的这种通道的特定焦距处的一个图像。
因此，为了提供一个示例，如框164所示，系统100可以输出分别具有五个不同焦距的五个图像通道，其中五个图像通道中的每个包括以48fps的帧速率的每帧一个图像。虽然示出并讨论了五个图像通道，但是这样的数量仅是示例。可以捕获和/或流式传输任何数量的图像通道，仅受限于与可变焦距光学组件102的变形速率和/或图像捕获装置162的捕获速率相关联的操作。
系统100可以可选地进一步包括焦距控制器144。在一些实施方式中，焦距控制器144可操作以调整系统100捕获多个图像164所处的焦距的范围。可替代地或另外地，焦距控制器144可以可操作以调整提供给显示器165的图像以用于呈现给操作者(例如，“操作者视图”)的特定焦距。在一些实施方式中，焦距控制器144可以被称为缩放控制器，这是因为它通过调整图像的焦距来允许捕获或提供给显示器165的焦距能够被“放大”和“缩小”中的一个或两个。
可变焦距光学组件102和图像捕获装置162中的一个或两个可以可操作地和可通信地耦接到控制器或其他基于处理器的装置，如下面将参照图1B进一步讨论的那样。
图1B示出了根据至少一个实施例的示例可变焦距光学组件系统1100，其包括耦接到可选的图像采集装置1160的可变焦距光学组件1102。根据一个图示实施例，可变焦距光学组件1100包括具有第一端1106和第二端1108的壳体1104、可变形入射透镜元件1110、第一可变形反射元件1120、第二可变形反射元件1130和系统控制器1140。可变焦距光学组件1102可以经由诸如螺纹或卡口型透镜支架的一个或多个耦合器1109可操作地和可通信地耦接到图像采集装置1160。控制器1140可以可通信地耦接到并且控制位于透镜1102的焦平面1180处的图像捕获装置1162的一个或多个方面。通过协调可变形入射透镜元件1110、可变形第一反射元件1120和可变形第二反射元件1130以及图像捕获装置1160的操作，控制器1140能够使用例如图像捕获装置1162来收集指示在多个焦距处正确聚焦和正确曝光的图像的数据。
可变形入射透镜元件1110、第一可变形反射元件1120和第二可变形反射元件1130可以各自地由控制器1140来控制。可变形元件1110、1120和1130中的每个的独立控制允许可变焦距光学组件1102提供任何数量的焦距。在至少一个实施方式中，控制器1140可以改变、调整或控制可变形元件1110、1120和1130的变形，使得可以调整可变焦距光学组件1102以提供从鱼眼焦距(例如，小于6毫米(6mm))至极远摄焦距(例如，大于2,000mm)的任何焦距。
可变形入射透镜元件1110、第一可变形反射元件1120和第二可变形反射元件1130通过使相应元件受到一个或多个外部施加的力而各自地、选择性地、可控制地变形。这种外部施加的力可以包括向可变形元件1110、1120和1130施加机械力、电流、机电力或电磁能。在一些实施方式中，具有一个或多个限定参数(例如频率、相位、和/或波形)的电磁能可以被用于致使可变形元件1110、1120和1130的变形。
作为示例，控制器1140可以控制分别与可变形元件1110、1120和1130相关联的相应致动器，以分别控制可变形元件1110、1120和1130的变形。致动器可以分别提供机械力、电流、机电力、电磁场或其他力以分别使可变形元件1110、1120和1130变形。
在一些情况下，可变形入射透镜元件1110、第一可变形反射元件1120和第二可变形反射元件1130经由电磁能的选择性和受控的施加可以每秒被变形数百或甚至数千次(即，以数百或数千赫兹的频率)。因此，通过使可变形元件1110、1120和/或1130中的至少一个变形，控制器1140能够每秒提供数百或甚至数千个的透镜焦距变化。
回放帧速率取决于应用而广泛变化。例如，第一帧速率可以对应于从大约每秒20或24帧(“fps”)至大约48或50fps的电影回放帧速率，诸如在运动画面中使用那些。在另一示例中，第一帧速率可以对应于从大约1fps至大约30fps的监视视频回放帧速率。由于可变形元件1110、1120和1130能够每秒提供数百或甚至数千个的透镜焦距变化，所以在通常遇到的每秒1至50帧的第一帧速率下可以捕获针对每个回放帧的多个焦距处的场景的图像或子帧。提供给电影和监视应用的示例fps速率仅作为示例被提供。其他帧速率可以很容易地适应。
例如，可变焦距光学组件1102可以具有每秒改变焦距150次(即，150赫兹的焦距移频率)的能力。在每秒50帧的第一帧速率(即，回放帧速率)下，三个不同的图像或子帧(以下称为“图像/子帧”，以指示捕获图像和子帧之间的1:1关系)，每个在不同透镜焦距处被获取，针对每个回放帧可以由图像捕获装置1162来捕获或获取。因此，针对每个回放帧“X”，可以获取在50mm的透镜焦距处捕获的第一图像/子帧“X1”、在200mm的透镜焦距处捕获的第二图像/子帧“X2”以及在500mm的透镜焦距处捕获的第三图像/子帧“X3”。以较高的透镜频率，针对每个回放帧可以获取更大数量的图像/子帧Xn，同时仍保持限定的第一帧速率。
可变形入射透镜元件1110、第一可变形反射元件1120和第二可变形反射元件1130被布置在具有第一端1106的壳体1104内，从外部场景反射的光的至少一部分通过该第一端1106进入。壳体1104还具有第二端1108，进入壳体1104的第一端1106的光的至少一部分通过该第二端1108离开。在一些实施方式中，可变焦距光学组件1102可以包括沿着通过可变焦距光学组件1102的光路1170而定位的一个或多个常规(即，不可变形)透镜或透镜元件1150。离开壳体1104的光的至少一部分可以进入可选的耦合的图像采集装置1160，并入射到位于可变焦距光学组件1102的焦平面1180上的一个或多个图像捕获装置1162上。例如，光可以在焦平面1180上的聚焦点1182处聚焦。
可变形入射透镜元件1110可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的光学透明或半透明透镜元件。可变形入射透镜元件1110可以包括一个或多个透镜元件。可变形入射透镜元件1110可以包括一个或多个双凸面、平凸面、弯月面凸面、双凹面、平凹面或弯月面凹面透镜元件。可变形入射透镜元件1110可以响应于暴露在诸如机械力(例如，机械致动)、电流(例如，电致动)和/或电磁能(例如，电磁致动)的力而变形。
在一些实施方式中，可变形入射透镜元件1110可包括具有物理配置或几何形状的光学透明或半透明透镜元件，当其暴露于外部施加的机械、电、机电、电磁能或其他力的源时可调整或可变形。有时，在受到外部供应的能量源时，可变形入射透镜元件1110的一个或多个物理性质(例如，透镜直径)可以在暴露于电磁能时增加或减少。在这种情况下，壳体1104可以包括柔性或柔韧的段，以适应对可变形入射透镜元件1110的物理尺寸的改变。在这样的实施方式中，控制器1140可以生成被用于使可变形入射透镜元件1110变形的力和/或能量(例如，电磁能)的全部或一部分。在一些实施方式中，控制器1140可以生成被供应给一个或多个最终控制元件的控制信号或控制输出，以控制被用于使可变形入射透镜元件1110变形的力和/或能量(例如，电磁能)的全部或一部分的供应和/或一个或多个参数。在一些实施方式中，可变形入射透镜元件1110可以被选择性地变形以选择性地导致穿过可变形入射透镜元件1110的光的会聚、发散、在无穷远处聚焦或者准直。
第一可变形反射元件1120可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。第一可变形反射元件1120可以包括一个或多个反射元件。第一可变形反射元件1120可以包括一个或多个平面、凸面、凹面、球面凹面、球面凸面或抛物面反射元件。第一可变形反射元件1120可以响应于暴露在诸如机械力(例如，机械致动)、电流(例如，电致动)和/或电磁能(例如，电磁致动)的力而变形。
在一些实施方式中，第一可变形反射元件1120可包括任何数量的反射元件，其中一些或全部具有以下物理配置或几何形状，当其暴露于外部施加的机械、电、机电、电磁能或其他力的源时可调整或可变形。有时，在受到外部供应的能量源时，第一可变形反射元件1120的一个或多个物理性质(例如，反射器直径)可以在暴露于这种电磁能时增加或减少。在这种情况下，壳体1104可以包括柔性或柔韧的段，以适应对第一可变形反射元件1120的物理尺寸的改变。在这样的实施方式中，控制器1140可以生成被用于使可变形反射元件1120变形的力和/或能量(例如，电磁能)的全部或一部分。在一些实施方式中，控制器1140可以生成被供应给一个或多个最终控制元件的控制信号或控制输出，以控制被用于使第一可变形反射元件1120变形的力和/或能量(例如，电磁能)的全部或一部分的供应和/或一个或多个参数。在至少一个实施方式中，第一可变形反射元件1120可包括凹反射元件，该凹反射元件具有穿过其中而布置的孔径，以允许光路1170通过第一可变形反射元件1120到达图像捕获装置1160的通路。
在其他实施方式中，第一可变形反射元件1120可以选择性地可变形为凸变形构造和凹变形构造二者。具体地，第一可变形反射元件1120可以被变形为凹形构造以调整由组件1102在第一方向上提供的焦距，或被变形为凸形构造以调整由组件1102在与第一方向相反的第二方向上提供的焦距。因此，例如，第一可变形反射元件1120的基部或非变形构造可以对应于近似为与第一可变形反射元件1120的变形范围相关联的焦距范围的中值的焦距。在一些实施方式中，基部或非变形构造提供了平面(即，既不是凸的也不是凹的)表面来反射光。在一些实施方式中，第一可变形反射元件1120可以被选择性地变形以选择性地导致从第一可变形反射元件1120反射的光的会聚、发散、在无限远处聚焦或准直。
第二可变形反射元件1130可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。第二可变形反射元件1130可以包括一个或多个反射元件。第二可变形反射元件1130可以包括一个或多个平面、凸面、凹面、球面凹面、球面凸面或抛物面反射元件。第二可变形反射元件1130可响应于暴露在诸如机械力(例如，机械致动)、电流(例如电致动)和/或电磁能(例如电磁致动)的力而变形。
在一些实施方式中，第二可变形反射元件1130可以包括任何数量的反射元件，其中一些或全部具有以下物理配置或几何形状，当其暴露于外部施加的机械、电气、机电或电磁能或力的源时可调整或可变形。有时，在受到外部供应的能量源时，第二可变形反射元件1130的一个或多个物理性质(例如，反射器直径)可以在暴露于这种电磁能时增加或减少。在这种情况下，壳体1104可以包括柔性或柔韧的段，以适应对第二可变形反射元件1130的物理尺寸的改变。在这样的实施方式中，控制器1140可以生成被用于使第二可变形反射元件1130变形的力和/或能量(例如，电磁能)的全部或一部分。在一些实施方式中，控制器1140可以生成被供应给一个或多个最终控制元件的控制信号或控制输出，以控制被用于使第二可变形反射元件1130变形的力和/或能量(例如，电磁能)的全部或一部分的供应和/或一个或多个参数。在至少一个实施方式中，第二可变形反射元件1130可包括位于壳体1102内沿着光路1170的位置处的凸反射元件，以将入射光的至少一部分反射出壳体1102的第二端11061108并朝向一个或多个图像捕获装置1160反射。
在其他实施方式中，第二可变形反射元件1130可以选择性地可变形为凸变形构造和凹变形构造二者。具体地，第二可变形反射元件1130可以被变形为凹形构造以调整由组件1102在第一方向上提供的焦距，或被变形为凸形构造以调整由组件1102在与第一方向相反的第二方向上提供的焦距。因此，例如，第二可变形反射元件1130的基部或非变形构造可对应于近似为与第二可变形反射元件1130的变形范围相关联的焦距范围的中值的焦距。在一些实施方式中，基部或非变形构造提供了平面(即，既不是凸的也不是凹的)表面来反射光。在一些实施方式中，第二可变形反射元件1130可以被选择性地变形以选择性地导致从第二可变形反射元件1130反射的光的会聚、发散、在无限远处聚焦或准直。
控制器1140可以包括能够接受一个或多个用户输入并且提供用于至少控制可变焦距光学组件1100中的透镜元件1110和/或反射元件1120、1130的变形的多个输出的任何处理装置。在一些情况下，控制器1140可以被布置在可变焦距光学组件1100中或接近可变焦距光学组件1100。在一些情况下，可以由被布置在图像采集装置1160中或接近图像采集装置1160的图像采集装置控制器1168来提供控制器1140的全部或一部分或控制器1140功能的全部或一部分。有时，由控制器1140使用以使透镜元件1110、1120和1130变形的电力的至少一部分可以由诸如能量存储装置(例如，电池、超级电容器或类似物)的外部电源1142来提供或来自外部电网。在其他时间，由控制器1140使用以使透镜元件1110、1120和1130变形的电力的至少一部分可以由用于可变焦距光学组件1102附接至其的图像采集装置1160的图像采集装置电源1166来提供。
尽管在图1B中未示出，但是可变焦距光学组件1102可以可选地包括一个或多个曝光控制装置。例如，可变焦距光学组件1102可以可选地包括孔径以限制入射在图像采集装置1160的焦平面1180上的光的量。这种孔径可以包括诸如金属叶孔径的机械孔径、或诸如液晶(LCD)孔径的电子孔径。
在一些实施方式中，可变焦距光学组件1102和/或图像采集装置1160可以包括或动态可变孔径(未示出)或与其安装。动态可变孔径可以包括用于使孔径成形或者另外地成形为或选择性地允许光通过孔径的电活性聚合物。
作为一个示例，动态可变孔径可包括中心部分被去除或不存在的不透明电活性聚合物(例如，环形聚合物)。中心部分可以对应于最小可操作地可用孔径尺寸。不透明电活性聚合物可以被布置在两个透明板之间并连接到电源(例如，电源1142)。调整被施加到聚合物的电力的电压或其他特性可导致孔径“打开”或允许额外的光穿过该孔径。例如，电力的施加可以致使聚合物径向拉伸其上沉积它的膜，从而增加中心部分的直径并允许增加的光量。
作为另一个示例，动态可变孔径可以包括成形为不透明外部部分的电活性聚合物和具有在其之间同心地形成的透明环形部分的不透明中心部分。至少不透明外部部分和不透明中心部分可以具有1.0的折射率。
在一些实施方案中，通过系统可操作地可用的每个焦距对应于特定孔径尺寸，并且因此，动态可变孔径被控制为与可变焦距光学组件1102一致。可替代地，孔径尺寸可以独立于焦距来控制，并且可以用作类似于缩放而使用的但是作为替代地影响景深的主动变量。
在一些情况下，可通信地耦接到控制器1140的可变焦距光学组件用户界面1144接收用户输入。可变焦距光学组件用户界面1144被布置在可变焦距光学组件1102中或其上。在一些情况下，除了可变焦距光学组件用户界面1144之外或者代替可变焦距光学组件用户界面1144，图像采集装置用户界面1165可以可通信地耦接到并接收与可变焦距光学组件1102相关联的用户输入。在一些情况下，可变焦距光学组件用户界面1144可以包括图形用户界面。可变焦距光学组件用户界面1144可以接收用户输入，该用户输入至少包括指示出控制器1140应当调整可变焦距光学组件1102的焦距的数据。
图像采集装置1160可以包括能够以对应于可变焦距光学组件1102的频率的速率来获取图像的任何当前或未来开发的静止或电影图像采集装置。如上面讨论的，图像采集装置包括包含了任何当前或未来开发的图像传感器技术的图像捕获装置1162。示例图像捕获装置1162包括但不限于：一个或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器以及一个或多个电荷耦合装置(CCD)传感器。图像采集装置1160还可以包括用于存储使用图像捕获装置1162获取的图像数据的一个或多个内部和/或外部非暂时性存储介质1164。在一些实施方式中，非暂时性存储介质1164的全部或一部分可以以可移除非暂时性存储介质(例如，安全数字(SD)、紧凑式闪存(CF)、记忆棒、固态驱动器(SSD)或类似物)的形式。示例图像采集装置1160包括但不限于Phantom v641(由Phantom Camera Products,Wayne,New Jersey提供)，其包括4MP CMOS图像传感器，其能够以1920×1080分辨率每秒收集2,560帧。
尽管在图1B中未示出，但是图像采集装置1160可以可选地包括一个或多个曝光控制系统和/或装置。例如，图像采集装置1160可以包括孔径或快门中的任一个或两个，以控制入射在图像采集装置1162上的光的持续时间和量。这种曝光控制系统可以部分地或全部地由图像采集装置控制器1168来实施。这种曝光控制系统可以包括机械孔径和/或快门(例如，金属叶孔径、滑动平面快门)或电子孔径和/或快门(例如，LCD孔径、LCD快门)中的任一个或两个。在一些情况下，曝光控制系统可与可变焦距光学组件控制器1144对接以将透镜1102的焦距位移限制到允许适当曝光状况的频率(例如，频移速率在低环境光情况下可以降低并在高环境光情况下增加)。作为另一示例，图像采集装置1160可以包括如上面描述的动态可变孔径。
虽然图1B将组件1102描绘为包括两个可变形反射元件，但这样的数量仅作为一个示例来提供。组件1102可以包括任何数量的可变形反射元件或其他光学元件。
可变形元件1110、1120和1130的使用使能焦域电影摄像机中的可变焦距光学组件1102的使用。通过扫描焦域，每个焦距可以被放置到子帧中。以这种方式，每个回放帧的多个焦平面(例如，24个焦平面)是可能的。
图2是根据至少一个图示实施例的包括在系统2000的光路中位于母透镜组件104之前的可变焦距光学组件102的示例光学系统2000的框图。
具体地，系统2000包括与母透镜组件104和图像捕获装置162光学地和可操作地耦接的可变焦距光学组件102。在一些实施方式中，如下面将进一步讨论的，系统2000还包括例如在母透镜组件104和图像捕获装置162之间光学地定位的元数据耦合器106。
系统2000操作以捕获分别具有多个不同焦距的多个图像。在图2的框164处共同地表示该多个图像。
在一些情况下，系统2000可以被称为无焦光学系统。例如，在一些实施方式中，母透镜组件104被安装到图像采集装置162，并且可变焦距光学组件102被可移除地安装到母透镜组件104。
如上面参照图1A和1B讨论的，可变焦距光学组件102可以包括允许该可变焦距光学组件102快速且动态地调整由组件102提供的焦距的一个或多个动态可变形光学元件(例如透镜元件、反射元件等)。在此进一步讨论用于可变焦距光学组件102的示例结构和设计，包括参照图1B和图4至图10。
光从系统2000的外部进入可变焦距光学组件102；由可变焦距光学组件102的一个或多个可变形光学元件成形和/或反射；并且然后离开可变焦距光学组件102。
离开了可变焦距光学组件102的光然后进入母透镜组件104。母透镜组件104可以包括当光穿过该母透镜组件104时改变光的一个或多个透镜元件或其他光学元件。
通常，被包括在母透镜组件104中的透镜元件或其他光学元件将是静态光学元件(即，不可动态变形的)。然而，在一些情况下，母透镜组件104可以是可调整的以改变由该母透镜组件104提供的焦距。
母透镜组件104可以是与各种装置或应用相关联的许多不同类型的透镜组件。在一个示例应用中，母透镜组件104是与静止图像摄像机(例如，数码摄像机或胶片曝光摄像机)或电影摄像机相关联的标准摄像机透镜组件。在一些实施方式中，母透镜组件104与用于捕获全景图像的全景摄像机和/或可旋转摄像机相关联。
在另一个示例中，母透镜组件104是目镜和/或其他透镜组件，其是内窥镜或其他光学医疗装置的部件。例如，母透镜组件104可以在内窥镜的内窥镜镜管的体外端处被安装或可操作地耦接。
因此，在一个示例场景中，可变焦距光学组件102可以在光学上位于内窥镜镜管和母透镜组件104之间。因此，进入可变焦距光学组件102的光可以从患者体内首先穿过了的内窥镜检查管的至少一部分。
离开母透镜组件的光撞击在图像捕获装置162上。图像捕获装置162将接收到的光转换成表示多个图像164的图像数据。
图2包括表示由图像捕获装置162捕获的多个图像的框164。例如，当多个图像164被图像捕获装置162捕获时，与装置162相关联的非暂时性存储器可以存储它们。例如，非暂时性存储器可以是与图像捕获装置162相同的图像采集装置的部件。可替代地或除了由存储器进行的存储之外，图像捕获装置162可以输出或流式传输多个图像164。
系统2000可以可选地进一步包括显示器165和焦距控制器144，如参照图1A描述的那样。
可变焦距光学组件102和图像捕获装置162中的一个或两个可以可操作地和可通信地耦接到控制器或其他基于处理器的装置，如参照图1B讨论的那样。
在一些实施方式中，系统2000包括元数据耦合器106。例如，如示出的，元数据耦合器106可以可操作地和/或光学地位于母透镜组件104和图像捕获装置162之间。元数据耦合器106可以是与图像捕获装置162相同的图像采集装置的部件，或者可以是系统2000的额外的可操作地耦合的部件。在一些实施方式中，通过系统2000的光路穿过元数据耦合器106，而在其他实施方式它不会这样穿过。
元数据耦合器106可以逻辑上将元数据与多个图像164中的每个相关联。例如，这样的元数据可以包括但不限于：描述焦距、景深、捕获时间、捕获地点的信息和/或关于相应图像的其他信息。元数据耦合器106可将元数据格式化为EXIF数据。
元数据耦合器106可以包括或可操作地和可通信地耦接到控制器或其他基于处理器的装置和/或非暂时性存储器。如图2中示出的，元数据耦合器106可以可通信地耦接到可变焦距光学组件102。
下面将参照图16进一步讨论系统2000的操作的一个示例方法。许多其他操作方法或示例应用也是可能的，包括操作可变焦距光学组件102以执行高速自动聚焦和/或操作可变焦距光学组件102以消除或抵消例如由母透镜组件104引入的失真(例如，桶形失真)。例如，可以使一个或多个可变形反射元件变形以提供特定情况的失真反转。
图3是根据至少一个图示实施例的包括在系统3000的光路中位于可变焦距光学组件102之前的母透镜组件104的示例光学系统3000的框图。
具体地，系统3000包括在光学和可操作地耦接在母透镜组件104和图像捕获装置162之间的可变焦距光学组件102。系统3000操作以捕获分别具有多个不同的焦距的多个图像。在图3的框164处共同地表示该多个图像。
在一些情况下，系统3000可以被称为无焦光学系统。例如，在一些实施方式中，母透镜组件104被安装到可变焦距光学组件102，并且可变焦距光学组件102被安装到图像采集装置162。
光从系统3000的外部进入母透镜组件104；由母透镜组件104的一个或多个透镜或其他光学元件成形和/或反射；并且然后离开母透镜组件104。
离开了母透镜组件104的光然后进入可变焦距光学组件102，在那里其被一个或多个动态可变形光学元件成形和/或反射。
具体地，如上面参考图1A和1B讨论的，可变焦距光学组件102可以包括一个或多个动态可变形光学元件，其允许可变焦距光学组件102快速和动态地调整由组件102提供的焦距。可变焦距光学组件102的示例结构和设计将在下面进一步讨论，包括参照图1B和图4至图10。因此，可变焦距光学组件102可以动态地使可变形光学元件变形，以快速和动态地调整由组件102提供的焦距，使能分别具有多个不同焦距的多个图像的捕获。
离开可变焦距光学组件102的光撞击在图像捕获装置162上。图像捕获装置162将接收到的光转换成表示多个图像164的图像数据。
通常，被包括在母透镜组件104中的透镜元件或其他光学元件将是静态光学元件(即，不可动态变形)。然而，在一些情况下，母透镜组件104可以是可调整的以改变由该母透镜组件104提供的焦距。
母透镜组件104可以是与各种装置或应用相关联的许多不同类型的透镜组件。在一个示例应用中，母透镜组件104是与静止图像摄像机或电影摄像机相关联的标准摄像机透镜组件。在一些实施方式中，母透镜组件104与用于捕获全景图像的全景摄像机和/或可旋转摄像机相关联。
在另一个示例中，母透镜组件104是目镜和/或其他透镜组件，其是内窥镜或其他光学医疗装置的部件。例如，母透镜组件104可以在内窥镜的内窥镜镜管的体外端处被安装或可操作地耦接。
因此，在一个示例场景中，可变焦距光学组件102可以在光学上位于内窥镜镜管和母透镜组件104之后。例如，母透镜组件104可以位于内窥镜镜管的体内端，而可变焦距光学组件102位于体外端。作为另一示例，母透镜组件104和可变焦距光学组件102都可以位于内窥镜镜管的体外端，其中可变焦距光学组件102在光学上位于母透镜组件104之后。因此，进入可变焦距光学组件102的光可以首先从患者身体的内部穿过了内窥镜检查管的至少一部分。
图3包括表示由图像捕获装置162捕获的多个图像的框164。例如，当多个图像164被图像捕获装置162捕获时，与装置162相关联的非暂时性存储器可以存储它们。例如，非暂时性存储器可以是与图像捕获装置162相同的图像采集装置的部件。可替代地或除了由存储器进行的存储之外，图像捕获装置162可以输出或流式传输多个图像164。
系统3000可以可选地进一步包括显示器165和焦距控制器144，如参照图1A描述的那样。
可变焦距光学组件102和图像捕获装置162中的一个或两个可以可操作地和可通信地耦接到控制器或其他基于处理器的装置，如参照图1B讨论的那样。
下面将参照图17进一步讨论系统3000的一个示例操作方法。许多其他操作方法或示例应用也是可能的，包括操作可变焦距光学组件102以执行高速自动聚焦和/或操作可变焦距光学组件102以消除或抵消例如由母透镜组件104引入的失真(例如，桶形失真)。例如，可以使一个或多个可变形反射元件变形以提供特定情况的失真反转。
图4是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件400的横截面图。在一些实施方式中，可变焦距光学组件400可以被称为具有“45度离轴配置”。
根据一个图示实施例，可变焦距光学组件400包括具有第一端406和第二端408的壳体404、可变形入射透镜元件410、第一可变形反射元件420和第二可变形反射元件430。从外部场景反射的光的至少一部分在第一端406处进入组件400。进入壳体404的第一端406的光的至少一部分通过第二端408离开。
在一些情况下，可变形入射透镜元件410、第一可变形反射元件420和第二可变形反射元件430经由电磁能的选择性和受控的应用可以每秒变形数百或甚至数千次(即，以数百或数千赫兹的频率)。因此，通过可变形元件410、420和/或430中的至少一个的变形，组件400能够每秒提供数百或甚至数千的焦距改变。
可变形入射透镜元件410可包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的光学透明或半透明透镜元件。具体地，可变形入射透镜元件410可以与参照图1B描述的可变形入射透镜元件1110相同或相似。
第一可变形反射元件420可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第一可变形反射元件420可以与参照图1B描述的第一可变形反射元件1120相同或相似。
第二可变形反射元件430可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第二可变形反射元件430可以与参照图1B描述的第二可变形反射元件1130相同或相似。
尽管在图4中未示出，但是可变焦距光学组件400可以可选地包括一个或多个曝光控制装置，包括例如如上面参照图1B讨论的动态可变孔径(未示出)。
此外，在一些实施方案中，可变焦距光学组件400可包括沿着通过可变焦距光学组件400的光路470而定位的一个或多个常规(即，不可变形)透镜或透镜元件450。
如图4中示出的，通过可变焦距光学组件400的光路470包括壳体404的第一端406，光经由该第一端406从壳体404的外部进入；第一可变形反射元件420，光从该第一可变形反射元件420朝向第二可变形反射元件430反射；第二可变形反射元件430，光从该第二可变形反射元件430朝向壳体404的第二端408反射；以及壳体404的第二端408，反射光从该第二端408离开可变焦距光学组件400。
具体地，如图4中示出的，第一可变形反射元件420以225度角朝向第二可变形反射元件430反射进入壳体404的第一端406的光。第二可变形反射元件430以225度角朝向壳体404的第二端408反射从第一可变形反射元件420反射的光。
由组件400提供的特定离轴配置是一个示例离轴配置。其他离轴配置也是可能的，包括了例如包括分别以240度和210度角或者总和为90、450的其他角度对或其他合适值反射光的反射元件对的配置。例如，可以使用导致对于没有路径延伸等于90度的路径角度的任何角度。
尽管图4将组件400描绘为包括两个可变形反射元件，但这样的数量仅作为一个示例来提供。组件400可以包括任何数量的可变形反射元件或其他光学元件。
图5是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件500的横截面图。在一些实施方式中，可变焦距光学组件500可以被称为具有“具有焦距延伸的45度离轴配置”。
根据一个图示实施例，可变焦距光学组件500包括具有第一端506和第二端508的壳体504、可变形入射透镜元件510、第一可变形反射元件520和第二可变形反射元件530。组件500还包括分别被安装到壳体504和/或容纳在壳体504内的第一折叠反射元件522和第二折叠反射元件532。从外部场景反射的光的至少一部分在第一端506处进入组件500。进入壳体504的第一端506的光的至少一部分通过第二端508离开。
在一些情况下，可变形入射透镜元件510、第一可变形反射元件520和第二可变形反射元件530经由电磁能的选择性和受控的应用可以每秒变形数百或甚至数千次(即，以数百或数千赫兹的频率)。因此，通过可变形元件510、520和/或530中的至少一个的变形，组件500能够每秒提供数百或甚至数千的焦距改变。
可变形入射透镜元件510可包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的光学透明或半透明透镜元件。具体地，可变形入射透镜元件510可以与参照图1B描述的可变形入射透镜元件1110相同或相似。
第一可变形反射元件520可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第一可变形反射元件520可以与参照图1B描述的第一可变形反射元件1120相同或相似。
第二可变形反射元件530可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第二可变形反射元件530可以与参照图1B描述的第二可变形反射元件1130相同或相似。
第一折叠反射元件522和第二折叠反射元件532可以折叠和反射光。例如，第一折叠反射元件522和第二折叠反射元件532可以是折叠反射镜或其他类型的反射镜。
虽然在图5中未示出，但是可变焦距光学组件500可以可选地包括一个或多个曝光控制装置，包括例如如上面参照图1B讨论的动态可变孔径(未示出)。
此外，在一些实施方式中，可变焦距光学组件500可以包括沿着通过可变焦距光学组件500的光路570而定位的一个或多个常规(即，不可变形)透镜或透镜元件550。
如图5中示出的，通过可变焦距光学组件500的光路570从第一可变形反射元件520延伸到第一折叠反射元件522，从第一折叠反射元件522延伸到第二折叠反射元件532，并且从第二折叠反射元件532延伸到第二可变形反射元件530。
具体地，第一可变形反射元件520以225度角朝向第一折叠反射元件522反射从壳体504的外部进入壳体504的第一端506的光，第一折叠反射元件522以225度角朝向第二折叠反射镜532反射由第一可变形元件520反射的光，第二折叠反射元件532以225度角朝向第二可变形反射元件530反射由第一折叠反射元件522反射的光，并且第二可变形反射元件530以225度角朝向壳体504的第二端508反射从第二折叠反射元件532反射的光。
由组件500提供的特定离轴配置是一个示例离轴配置。其他离轴配置也是可能的，包括了例如包括分别以240度和210度角或者总和为90、450的其他角度对或其他合适值反射光的反射元件对的配置。例如，可以使用导致对于没有路径延伸等于90度的路径角度的任何角度。
尽管图5将组件500描绘为包括两个可变形反射元件和两个折叠反射元件，但这样的数量仅作为一个示例来提供。组件500可以包括任何数量的可变形反射元件、折叠反射元件或其他光学元件。
图6是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件600的横截面图。在一些实施方式中，可变焦距光学组件600可以被称为具有“90度离轴配置”。
根据一个图示实施例，可变焦距光学组件600包括具有第一端606和第二端608的壳体604、可变形入射透镜元件610、第一可变形反射元件620和第二可变形反射元件630。从外部场景反射的光的至少一部分在第一端606处进入组件600。进入壳体604的第一端606的光的至少一部分通过第二端608离开。
在一些情况下，可变形入射透镜元件610、第一可变形反射元件620和第二可变形反射元件630经由电磁能的选择性和受控的应用可以每秒变形数百或甚至数千次(即，以数百或数千赫兹的频率)。因此，通过可变形元件610、620和/或630中的至少一个的变形，组件600能够每秒提供数百或甚至数千个的焦距变化。
可变形入射透镜元件610可包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的光学透明或半透明透镜元件。具体地，可变形入射透镜元件610可以与参照图1B描述的可变形入射透镜元件1110相同或相似。
第一可变形反射元件620可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第一可变形反射元件620可以与参照图1B描述的第一可变形反射元件1120相同或相似。
第二可变形反射元件630可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第二可变形反射元件630可以与参照图1B描述的第二可变形反射元件1130相同或相似。
虽然在图6中未示出，但是可变焦距光学组件600可以可选地包括一个或多个曝光控制装置，包括例如如上面参照图1B所讨论的动态可变孔径(未示出)。
此外，在一些实施方式中，可变焦距光学组件600可包括沿着通过可变焦距光学组件600的光路670而定位的一个或多个常规(即，不可变形)透镜或透镜元件650。
如图6中示出的，通过可变焦距光学组件600的光路670包括壳体604的第一端606，光经由该第一端606从壳体604的外部进入；第一可变形反射元件620，光从该第一可变形反射元件620朝向第二可变形反射元件630反射；第二可变形反射元件630，光从该第二可变形反射元件630朝向壳体604的第二端608反射；以及壳体604的第二端608，反射光从该第二端608离开可变焦距光学组件600。
具体地，如图6中示出的，第一可变形反射元件620以90度角朝向第二可变形反射元件630反射进入壳体604的第一端606的光。第二可变形反射元件630以90度角朝向壳体604的第二端608反射从第一可变形反射元件620反射的光。
由组件600提供的特定离轴配置是一个示例离轴配置。其他离轴配置也是可能的，包括了例如包括分别以240度和210度角或者总和为90、450的其他角度对或其他合适值反射光的反射元件对的配置。例如，可以使用导致对于没有路径延伸等于90度的路径角度的任何角度。
虽然图6将组件600描绘为包括两个可变形反射元件，但这样的数量仅作为一个示例来提供。组件600可以包括任何数量的可变形反射元件或其他光学元件。
图7是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件700的横截面图。在一些实施方式中，可变焦距光学组件700可以被称为具有“具有焦距延伸的90度离轴配置”。
根据一个图示实施例，可变焦距光学组件700包括具有第一端706和第二端708的壳体704、可变形入射透镜元件710、第一可变形反射元件720和第二可变形反射元件730。组件700还包括分别被安装到壳体704和/或容纳在壳体704内的第一折叠反射元件722和第二折叠反射元件732。从外部场景反射的光的至少一部分在第一端706处进入组件700。进入壳体704的第一端706的光的至少一部分通过第二端708离开。
在一些情况下，可变形入射透镜元件710、第一可变形反射元件720和第二可变形反射元件730经由电磁能的选择性和受控的应用可以每秒变形数百或甚至数千次(即，以数百或数千赫兹的频率)。因此，通过可变形元件710、720和/或730中的至少一个的变形，组件700能够每秒提供数百或甚至数千的焦距变化。
可变形入射透镜元件710可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的光学透明或半透明透镜元件。具体地，可变形入射透镜元件710可以与参照图1B描述的可变形入射透镜元件1110相同或相似。
第一可变形反射元件720可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第一可变形反射元件720可以与参照图1B描述的第一可变形反射元件1120相同或相似。
第二可变形反射元件730可包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第二可变形反射元件730可以与参照图1B描述的第二可变形反射元件1130相同或相似。
第一折叠反射元件722和第二折叠反射元件732可以折叠和反射光。例如，第一折叠反射元件722和第二折叠反射元件732可以是折叠反射镜或其他类型的反射镜。
虽然在图7中未示出，但是可变焦距光学组件700可以可选地包括一个或多个曝光控制装置，包括例如如上面参照图1B讨论的动态可变孔径(未示出)。
此外，在一些实施方式中，可变焦距光学组件700可包括沿着通过可变焦距光学组件700的光路770定位的一个或多个常规(即，不可变形)透镜或透镜元件750。
如图7中示出的，通过可变焦距光学组件700的光路770从第一可变形反射元件720延伸到第一折叠反射元件722，从第一折叠反射元件722延伸到第二折叠反射元件732，并且从第二折叠反射元件732延伸到第二可变形反射元件730。
具体地，第一可变形反射元件720以90度角朝向第一折叠反射元件722反射从壳体704的外部进入壳体704的第一端706的光，第一折叠反射元件722以90度角朝向第二折叠反射镜732反射由第一可变形元件720反射的光，第二折叠反射元件732以90度角朝向第二可变形反射元件730反射由第一折叠反射元件722反射的光，并且第二可变形反射元件730以90度角朝向壳体704的第二端708反射从第二折叠反射元件732反射的光。
由组件700提供的特定离轴配置是一个示例离轴配置。其他离轴配置也是可能的，包括了例如包括分别以240度和210度角或者总和为90、450的其他角度对或其他合适值反射光的反射元件对的配置。例如，可以使用导致对于没有路径延伸等于90度的路径角度的任何角度。
虽然图7将组件700描绘为包括两个可变形反射元件和两个折叠反射元件，但这样的数量仅作为一个示例来提供。组件700可以包括任何数量的可变形反射元件、折叠反射元件或其他光学元件。
图8是根据至少一图示实施例的示例可变焦距光学组件800的横截面图。在一些实施方式中，可变焦距光学组件800可以被称为具有“轴上(on axis)配置”。
根据一个图示实施例，可变焦距光学组件800包括具有第一端806和第二端808的壳体804、可变形入射透镜元件810、第一可变形反射元件820和第二可变形反射元件830。组件800还包括具有第一选择性反射元件826的第一光学隔离器824和具有第二选择性反射元件836的第二光学隔离器834。从外部场景反射的光的至少一部分在第一端806处进入组件800。进入壳体804的第一端806的光的至少一部分通过第二端808离开。
在一些情况下，可变形入射透镜元件810、第一可变形反射元件820和第二可变形反射元件830经由电磁能选择性和受控的应用可以每秒变形数百或甚至数千次(即，以数百或数千赫兹的频率)。因此，通过可变形元件810、820和/或830中的至少一个的变形，组件800能够每秒提供数百或甚至数千的焦距变化。
可变形入射透镜元件810可包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的光学透明或半透明透镜元件。具体地，可变形入射透镜元件810可以与参照图1B描述的可变形入射透镜元件1110相同或相似。
第一可变形反射元件820可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第一可变形反射元件820可以与参照图1B描述的第一可变形反射元件1120相同或相似。
第二可变形反射元件830可包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第二可变形反射元件830可以与参照图1B描述的第二可变形反射元件1130相同或相似。
第一光学隔离器824和第二光学隔离器834可以是包括选择性地允许从第一方向接近的光的透射、同时选择性地反射从第二不同方向接近的光的元件的任何光学部件。作为示例，如图8中示出的，第一选择性反射元件826透射从第一端806接近第一选择性反射元件826的光，但反射从第一可变形反射元件820接近第一选择性反射元件826的光。
虽然在图8中未示出，但是可变焦距光学组件800可以可选地包括一个或多个曝光控制装置，包括例如如上面参照图1B讨论的动态可变孔径(未示出)。
此外，在一些实施方式中，可变焦距光学组件800可包括沿着通过可变焦距光学组件800的光路870定位的一个或多个常规(即，不可变形)透镜或透镜元件850。
如图8中示出的，通过可变焦距光学组件800的光路870从第一可变形反射元件820延伸到第一隔离器824，从第一隔离器824延伸到第二可变形反射元件830，并且从第二可变形反射元件830延伸到第二隔离器834。
具体地，第一可变形反射元件820以180度角朝向第一选择性反射元件826反射已从壳体804的外部进入壳体804的第一端806并穿过第一选择性反射元件826的光，第一选择性反射元件826以90度角朝向第二选择性反射元件836并朝向第二可变形反射元件830反射由第一可变形反射元件820反射的光，第二可变形反射元件830以180度角朝向第二选择性反射元件836反射已由第一选择性反射元件826反射并穿过第二选择性反射元件836的光，并且第二选择性反射元件836以90度角朝向壳体804的第二端808反射已经由第二可变形元件830反射的光。
虽然图8将组件800描绘为包括两个可变形反射元件和两个光学隔离器，但这样的数量仅作为一个示例来提供。组件800可以包括任何数量的可变形反射元件、光学隔离器或其他光学元件。
图9是根据至少一个图示实施例的示例可变焦距光学组件900的横截面图。在一些实施方式中，可变焦距光学组件900可以被称为具有“具有焦距延伸的轴上配置”。
根据一个图示实施例，可变焦距光学组件900包括具有第一端906和第二端908的壳体904、可变形入射透镜元件910、第一可变形反射元件920和第二可变形反射元件930。组件900还包括分别被安装到壳体904和/或容纳在壳体904内的第一折叠反射元件922和第二折叠反射元件932。组件900还包括具有第一选择性反射元件926的第一光学隔离器924和具有第二选择性反射元件936的第二光学隔离器934。从外部场景反射的光的至少一部分在第一端906处进入组件900。进入壳体904的第一端906的光的至少一部分通过第二端908离开。
在一些情况下，可变形入射透镜元件910、第一可变形反射元件920和第二可变形反射元件930经由电磁能的选择性和受控的应用可以每秒变形数百或甚至数千次(即，以数百或数千赫兹的频率)。因此，通过可变形元件910、920和/或930中的至少一个的变形，组件900能够每秒提供数百或甚至数千个的焦距变化。
可变形入射透镜元件910可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的光学透明或半透明透镜元件。特别地，可变形入射透镜元件910可以与参照图1B描述的可变形入射透镜元件1110相同或相似。
第一可变形反射元件920可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第一可变形反射元件920可以与参照图1B描述的第一可变形反射元件1120相同或相似。
第二可变形反射元件930可以包括具有可变的和/或可调整的物理配置或几何形状的任何类型的当前或未来开发的反射元件。具体地，第二可变形反射元件930可以与参照图1B描述的第二可变形反射元件1130相同或相似。
第一折叠反射元件922和第二折叠反射元件732可以折叠和反射光。例如，第一和第二折叠反射元件722和732可以是折叠反射镜或其他类型的反射镜。
第一光学隔离器924和第二光学隔离器934可以是包括选择性地允许从第一方向接近的光的透射、同时选择性地反射从第二不同方向接近的光的元件的任何光学部件。作为示例，如图9中示出的，第一选择性反射元件926透射从第一端906接近第一选择性反射元件926的光，但反射从第一可变形反射元件920接近第一选择性反射元件926的光。
虽然在图9中未示出，但是可变焦距光学组件900可以可选地包括一个或多个曝光控制装置，包括例如如上面参照图1B所讨论的动态可变孔径(未示出)。
此外，在一些实施方式中，可变焦距光学组件900可以包括沿着通过可变焦距光学组件900的光路970定位的一个或多个常规(即，不可变形)透镜或透镜元件950。
如图9所示，通过可变焦距光学组件900的光路970从第一可变形反射元件920延伸到第一选择性反射元件926，从第一选择性反射元件926延伸到第一折叠反射元件922，从第一折叠反射元件922延伸到第二折叠反射元件932，从第二折叠反射元件932通过第二选择性反射元件936延伸到第二可变形反射元件930，并且从第二可变形反射元件930延伸到第二选择性反射元件936。
具体地，第一可变形反射元件920以180度角朝向第一选择性反射元件926反射已从壳体904的外部进入壳体904的第一端906并穿过第一选择性反射元件926的光，第一选择性反射元件926以90度角朝向第一折叠反射元件922反射已由第一可变形反射元件920反射的光，第一折叠反射元件922以90度角朝向第二折叠反射元件932反射已由第一选择性反射元件926反射的光，第二折叠反射元件932以90度角反射的光朝向第二选择性反射元件936并朝向第二可变形反射元件930反射已由第一折叠反射元件922反射的光，第二可变形反射元件930以180度角朝向第二选择性反射元件936反射已由第二折叠反射元件932反射并穿过第二选择性反射元件936的光，并且第二选择性反射元件936以90度角朝向壳体904的第二端908反射已由第二可变形元件930反射的光。
虽然图9将组件900描绘为包括两个可变形反射元件、两个折叠反射元件和两个光学隔离器，但这样的数量仅作为一个示例来提供。组件900可以包括任何数量的可变形反射元件、折叠反射元件、光学隔离器或其他光学元件。
图10示出了根据一个图示实施例的示意图200，其示出了第一(例如，回放)帧速率210和图像/子帧帧速率220之间的关系。虽然将参照图1B的系统1100来讨论图200，但是参照图10示出和讨论的原理同样适用于本公开的所有系统和方法，包括系统100、2000和3000。
如上面讨论的，可变焦距光学组件1102的焦距位移速率超过第一帧速率210，从而允许针对每个回放帧2121-212n(统称为“回放帧212”)的多个图像/子帧2221-222m(统称为“图像/子帧222”)的采集。为了清楚和易于讨论，将从这里开始使用两个下标“n”和“m”来识别特定图像/子帧222，其中“n”对应于父回放帧212n，图像/子帧222n,m与该父回放帧212n相关联，并且“m”对应于与单个父回放帧相关联的子帧222的序列中的特定子帧222n,m。因此，如图10中描绘的，标记为2224,1-2224,m的图像/子帧与回放帧2124相关联。
在限定数量的不同焦距处获取“m”个图像/子帧222中的每个。因此，例如，图像/子帧222x,1(与回放帧“x”相关联的第一图像/子帧222)可以在30mm的焦距处被获取，而图像/子帧222x,10(与回放帧“x”相关联的第十图像/子帧222)可以在300mm的焦距处被获取。介于中间的图像/子帧222x,2至222x,9可以以30mm增量的焦距变化(即，60mm、90mm...270mm)来获取。在一些实施方式中，针对回放帧212的一些或所有的焦距序列是相同的。在这样的实施方式中，图像/子帧222x,2的焦距将与图像/子帧222y,2的焦距相同。
通过将图像/子帧采集速率220除以第一帧速率或回放帧速率210来确定针对每个回放帧212的图像/子帧222的理论最大数量。如上面讨论的，由可变焦距光学组件1102或图像采集装置1160进行的与曝光调整相关联的滞后可能将每个回放帧212的图像/子帧222的理论最大数量减少到更小的数量。
图11示出了根据一个图示实施例的示意图300，其示出了图像/子帧222可以被用于提供“最佳拍摄”选择310和“缩放效果”选择320的两种方式。尽管将参照图1B的系统1100来讨论图300，但是参照图11示出和讨论的原理同样适用于本公开的所有系统和方法，包括系统100、2000和3000。
每个回放帧212具有相关联数量的图像/子帧222，每个在不同焦距处被获取。在图像数据的后处理期间，诸如编辑者或导演的用户能够针对每个回放帧212n选择相关联的图像/子帧222n,m之一。在一些情况下，可以由编辑者或导演来选择图像/子帧序列中的单个图像/子帧222n,x(对应于固定焦距图像)以用于多个回放帧212a-212n。编辑者或导演可出于艺术原因来选择这样的固定焦距图像(例如，在运动画面中，选出的图像/子帧222x的焦距可提供最佳景深或背景散焦程度)。在其他情况下，用户可以出于内容原因来选择这样的固定焦距图像(例如，在监视视频中，选出的图像/子帧222x可以提供面部、车辆或牌照的最清晰的图像)。因此，生产回放帧312的最终序列可以是具有均匀焦距的图像。
除了提供固定焦距拍摄之外，针对回放帧212中的每个相应的一个，任何数量的图像/子帧222(每个在不同焦距处获取)的可用性也允许其他效果。例如，顺序回放帧212中的顺序图像/子帧222的选择使得可以使用由图像捕获装置1162获取并存储在图像采集装置非暂时性存储介质1164中的图像来实现“放大”和“缩小”效果320。与其中使用数字增强的缩放效果的其他图像相比，这种获取的图像通常提供了图像质量的有利改进。如图11中描绘的，可以通过选择包括低焦距(即，30mm或广角)图像的第一图像/子帧2221,1作为第一生产回放帧322a、选择包括中间焦距(即，60mm)图像的第二图像/子帧2222,2作为第二生产回放帧322b、以及选择包括相对较大焦距(即，90mm)图像的第三图像/子帧2223,3作为第三生产回放帧322c来实现“放大”效果320。焦距也可以从较大逐步地减小到较小。
图12是示出了根据一个图示实施例的以高于第一帧速率或回放帧速率210的速率来捕获以图像/子帧222形式的多个图像的示例方法1400的流程图。尽管将参照图1B的系统1100来讨论方法1400，但是参照图12示出和讨论的原理同样适用于本公开的所有系统和方法，包括系统100、2000和3000。
可变焦距光学组件1102中的可变形元件1110、1120和1130允许以超过第一帧速率210的速率来改变透镜焦距。在一些情况下，第一帧速率210可以是从约每秒5帧到约每秒50帧的回放帧速率210。可变焦距光学组件中的可变形元件1110、1120和1130可允许以每秒数百或甚至数千次(例如，1100Hz至2,000Hz)的速率来改变焦距。使用具有足够高捕获速率的图像捕获装置1162，可以因此针对回放帧212中的每一个以图像/子帧222的形式来捕获多个图像。以高于第一帧速率或回放帧速率210的速率来捕获以图像/子帧222的形式的多个图像的方法1400在1402处开始。
在1404处，图像捕获装置1162(例如CMOS图像传感器)以超过第一帧速率210的速率来获取或捕获(每个在不同焦距处的)图像/子帧222。在一些情况下，捕获图像/子帧222的速率220受到可变焦距光学组件1102可以改变焦距的速率的限制。在一些情况下，捕获图像/子帧222的速率220受到可变焦距光学组件1102或图像采集装置1160能够确定和设置曝光条件以实现适当图像曝光的速率的限制。在一些情况下，捕获图像/子帧222的速率220受到图像采集装置1160的图像数据传送速率的限制。
在1406处，图像采集装置控制器1168致使图像数据从图像采集装置1162至图像采集装置非暂时性存储介质1164的传送。这种数据传送可以发生在图像采集装置1160内部或外部。例如，在一个实例中，图像采集装置1160可以经由一个或多个网络将图像数据无线地传送到具有显着超过图像采集装置非暂时性存储介质1164的本地存储容量的存储容量的远程存储装置。以高于第一帧速率或回放帧速率212的速率220来捕获多个图像/子帧222的方法1400在1408处结束。
图13是示出了根据一个图示实施例的以第一帧速率或回放帧速率210来检索彼此之间以第一限定偏移存储的第一多个图像/子帧222的示例方法1500的流程图。尽管将参照图1B的系统1100来讨论方法1500，但是参照图13示出和讨论的原理同样适用于本公开的所有系统和方法，包括系统100、2000和3000。
多个图像/子帧222与每个回放帧212相关联。针对每个回放帧212a-212n，在限定焦距的限定序列处以速率220来捕获多个图像/子帧222中的每个。因此，针对每个回放帧212a-212n，在相同焦距处获得第一图像/子帧222a,1-222n,1。以类似的方式，在相同焦距处获得针对每个回放帧212a-212n的每个顺序图像/子帧222。因此，在相同焦距处获得了针对每个回放帧212的第三图像/子帧222x,3。因此，通过选择针对每个回放帧212的第三图像/子帧222x,3，获得了在第一固定焦距处拍摄的运动画面。
由于相等数量的图像/子帧222与每个对应的回放帧212相关联，所以在相同焦距处获得的图像/子帧之间的间隔是固定的。例如，如果10个图像/子帧222x,1-222x,10与每个回放帧212x相关联，则将在相同(即，第一)焦距处获得每第十个图像/子帧222，导致十个图像/子帧222的第一限定偏移。以第一帧速率210检索彼此之间以第一限定偏移存储的第一多个图像/子帧222的方法1500在1502处开始。
在1504处，接收指示第一焦距的输入。这种输入可以经由针对被包括在运动画面中的每个回放帧212n具有对图像/子帧222n,m的访问的后期制作处理系统上的用户界面来提供。在一些情况下，输入可以采取固定的第一焦距(例如，50mm)的形式。
在1506处，从非暂时性存储介质检索与提供的焦距相关联的图像/子帧222。这可以导致针对每个回放帧212检索在第一焦距处获取的第一图像/子帧222x,1。由于针对每个回放帧212的第一图像/子帧222x,1被偏移了相同数量的图像/子帧222x,1，所以这样有效地导致以彼此之间的第一限定偏移(例如，每第十个图像/子帧222)来存储在非暂时性存储介质1164中的图像/子帧的检索。以第一帧速率210来检索以彼此之间的第一限定偏移存储的第一多个图像/子帧222的方法1500在1508处结束。
图14是示出了根据一个图示实施例的以第一帧速率210来检索彼此之间以第二限定偏移存储的第二多个图像/子帧222的示例方法1600的流程图。虽然将参照图1B的系统1100讨论方法1600，但是参照图14示出和讨论的原理同样适用于本公开的所有系统和方法，包括系统100、2000和3000。
多个图像/子帧222(例如作为数据存储在非暂时性存储介质1164中)与每个回放帧212相关联。针对每个回放帧212a-212n，图像采集装置1160获取多个图像/子帧222中的每个(每个在限定焦距的序列中的特定焦距处)。因此，针对每个回放帧212a-212n，以相同的焦距序列来获得图像/子帧222a,1-222n,1。由于顺序地获取图像/子帧222x,1-222x,m，所以序列中的特定图像/子帧222的焦距对于每个回放帧212x是相同的。因此，通过选择与每个帧212x相关联的图像/子帧222的序列中的图像/子帧222x,m，生成了在第二固定焦距处拍摄的运动画面。
由于相等数量的顺序图像/子帧222与相应回放帧212中的每一个相关联，所以在相同焦距处获得的图像/子帧222之间的间隔是固定的。例如，如果针对每个回放帧212x获得以图像/子帧222x,1-222x,10的形式的10个图像，则将在相同(即，第二)焦距处获得每第十个图像/子帧222，导致十个图像/子帧222的第一限定偏移。以第一帧速率210来检索以彼此之间的第二限定偏移存储的第二多个图像/子帧222的方法1600在1602处开始。
在1604处，接收指示第二焦距的输入。这样的输入可以经由针对被包括在运动画面或监视视频中的每个回放帧212n具有对与每个图像/子帧222n,m相关联的数据的访问的后制作处理系统上的用户界面来提供。在一些情况下，输入可以采取固定的第二焦距(例如，500mm)的形式。
在1606处，与提供的焦距相关联的从非暂时性存储介质被检索。这可以导致针对每个回放帧212检索在第二焦距处获取的第十图像/子帧222x,10。由于针对每个回放帧212的第十图像/子帧222x,10被彼此偏移相同数量的图像/子帧222x,1，所以这样有效地导致以彼此之间的第二限定偏移(例如，每第十个图像/子帧222)存储在非暂时性存储介质1164中的图像/子帧的检索。以第一帧速率210来检索以彼此之间的第二限定偏移存储的第二多个图像/子帧222的方法1600在1608处结束。
图15是示出了根据一个图示实施例的以第一帧速率210来检索以彼此之间增加的或减小的偏移存储的又一多个图像/子帧222的示例方法1700的流程图。借由示例，与每个回放帧212x相关联的一系列图像/子帧222x,1-222x,10可以如下被存储在非暂时性存储介质中：
图像/子帧ID 焦距
222<sub>x,1</sub> 50mm
222<sub>x,2</sub> 100mm
222<sub>x,3</sub> 150mm
222<sub>x,4</sub> 200mm
222<sub>x,5</sub> 250mm
222<sub>x,6</sub> 300mm
222<sub>x,7</sub> 350mm
222<sub>x,8</sub> 400mm
222<sub>x,9</sub> 450mm
222<sub>x,10</sub> 500mm
表1)由图像/子帧222进行的假设图像焦距
如果选择50mm作为第一焦距并且选择500mm作为第二焦距，则与每个回放帧212x相关联的第一图像/子帧222x,1提供第一焦距处的图像。类似地，与每个回放帧212x相关联的第十图像/子帧222x,10提供第二焦距处的图像。针对每个回放帧212x提供中间焦距处的图像/子帧222x,2-222x,9。这些中间焦距图像/子帧222x,2-222x,9的可用性使得可以在第一焦距和第二焦距之间缩放。以第一帧速率210检索以彼此之间增加的或减小的偏移存储的又一多个图像/子帧222的说明性方法1700在1702处开始。
在1704处，接收指示第一焦距(例如，50mm)和第二焦距(例如，500mm)之间的焦距的变化(即，缩放)的输入。这样的输入可以经由针对被包括在运动画面或监视视频中的每个回放帧212n具有对与每个图像/子帧222n,m相关联的数据的访问的后制作处理系统上的用户界面来提供。
在1706处，从非临时存储介质(例如，介质1164)检索又一多个图像/子帧222。选出的第一焦距和第二焦距指示用户对放大效果或缩小效果的期望。针对放大效果，检索到的图像/子帧222之间的偏移增加，导致检索到的图像/子帧222的焦距逐渐增加(即，基于表1中的示例数据，以50mm增量从50mm至300mm)。针对缩小效果，检索到的图像/子帧222之间的偏移减小，导致检索到的图像/子帧222的焦距逐渐减小(即，基于表1中的示例数据，以50mm增量从300mm至50mm)。以第一帧速率212检索以彼此之间增加的或减小的偏移存储的子帧222形式的又一多个图像的方法1700在1708处结束。
图16是示出了根据至少一个图示实施例的操作包括位于光路中的母透镜组件之前的可变焦距光学组件的光学系统的示例方法1800的流程图。虽然将参照图2的系统2000来讨论方法1800，但是方法1800也可以由本公开的其他系统来执行。具体地，将讨论如由控制和/或作为可变焦距光学组件102的部件的控制器实施的、但是可以由系统2000的一个或多个其他部件实施的方法1800的方面。方法1800在1802处开始。
在1802处，可变焦距组件控制器对可变焦距光学组件102编程以执行所期的放大、缩小和/或聚焦方案。例如，可变焦距组件控制器可以从非暂时性存储器加载或检索设定指令，该设定指令在由控制器执行时致使该控制器实施一个或多个可变形光学元件的变形序列，以动态地改变由可变焦距光学组件102提供的焦距。
在1804处，可变焦距组件控制器识别将哪个图像通道被显示给系统操作者作为观看通道。
在1806处，可变焦距组件控制器通过来自元数据耦合器106的输入来读取与母透镜组件104相关联的EXIF数据或其他元数据。例如，元数据耦合器106可以从母透镜组件104接收输入，其描述由母透镜组件104提供的当前焦距并且元数据耦合器106可以将这种信息传达给可变焦距组件控制器。可替代地，由母透镜组件104提供的焦距可以是静态的，并且元数据耦合器106具有存储在存储器中的这种静态焦距。
因此，在1806处，可变焦距组件控制器从元数据耦合器106获得母透镜组件104的焦距。可替代地或另外地，可变焦距组件控制器可以直接从母透镜组件104获得母透镜组件104的焦距。
在1808处，可变焦距组件控制器操作可变焦距光学组件102以放大、缩小或聚焦入射光。例如，在1802处加载的指令可以被执行以使可变焦距光学组件102的一个或多个可变形元件动态地变形。
在1810处，可变焦距组件控制器向元数据耦合器106提供焦点视图ID信息，同时由可变焦距光学组件102修改的光被同时发送到母透镜组件104中。例如，控制器可以将焦点视图ID信息格式化为EXIF数据或包括ID信息作为元数据的其他形式或在元数据的其他形式内。
因此，在1810处，可变焦距组件控制器分别生成与由系统2000捕获的多个图像中的每个相关联的焦距元数据。控制器至少部分地基于在1806处获得的母透镜组件104的焦距值以及在相应时间处分别描述可变焦距光学组件102的多个不同焦距的多个第二焦距值来生成焦距元数据。作为示例，针对由可变焦距光学组件102提供的每个不同焦距，可变焦距组件控制器可以修正或调整在1806处获得的母透镜组件104的焦距，以为可变焦距光学组件102提供这种焦距时所捕获到的图像创建新的焦距ID。可变焦距组件控制器将精炼的元数据传送到元数据耦合器106和包括图像捕获装置156的图像采集装置的控制器中的一个或两个。
在1812处，系统2000捕获图像并将精炼的EXIF或其他焦点视图ID元数据存储在非暂时性存储器中。具体地，元数据耦合器106可以将从可变焦距组件控制器接收到的精炼的元数据与每个图像相关联。例如，相应的元数据可以并排或作为每个图像文件的一部分来存储。
在1814处，系统2000输出具有多个不同焦距的图像通道，其中用于系统操作者的观看通道由在精炼的EXIF数据或其他元数据中给出的ID来限定。
在1816处，系统2000向观看显示器165发送观看通道。在1818处，系统2000基于经由焦距控制器144的用户输入来控制观看通道焦距。作为一个示例，由操作者请求的焦距变化可以被直接发送到可变焦距组件控制器，其响应地调整由可变焦距光学组件102提供的焦距。
方法1800在1818之后结束。
图17是示出了根据至少一个图示实施例的操作包括位于光路中的可变焦距光学组件之前的母透镜组件的光学系统的示例方法1900的流程图。虽然将参照图3的系统3000来讨论方法1900，但是方法1900也可以由本公开的其他系统来执行。具体地，将讨论如由控制和/或作为可变焦距光学组件102的部件的控制器实施的、但是可以由系统3000的一个或多个其他部件实施的方法1900。方法1900在1902处开始。
在1902处，可变焦距组件控制器对可变焦距光学组件102编程以执行所期的缩小和/或聚焦方案。例如，可变焦距组件控制器可以从非暂时性存储器加载或检索设定指令，该设定指令在由控制器执行时致使该控制器实施一个或多个可变形光学元件的变形序列，以动态地改变由可变焦距光学组件102提供的焦距。
在1904处，可变焦距组件控制器识别将哪个图像通道被显示给系统操作者作为观看通道。
在1906处，母透镜组件104将元数据发送到可变焦距组件控制器。具体地，元数据可以描述母透镜组件的当前焦距。同时，已经离开母透镜组件104的光进入可变焦距光学组件102。
在1908处，可变焦距组件控制器操作可变焦距光学组件102以缩小和/或聚焦入射光。例如，可以执行在1902处加载的指令以使可变焦距光学组件102的一个或多个可变形元件动态地变形。
在1910处，可变焦距组件控制器至少部分地基于由可变焦距光学组件102动态地提供的不同焦距来修改在1906处接收到的元数据。作为示例，针对由可变焦距光学组件102提供的每个不同焦距，可变焦距组件控制器可以修正或调整在1906处接收到的母透镜组件104的焦距，以为可变焦距光学组件102提供这种焦距时所捕获到的图像创建新的焦距ID。
在1912处，可变焦距光学组件102将修改的光和修改的元数据发送到包括图像捕获装置165的图像采集装置。例如，可变焦距组件控制器可以将精炼的元数据传送到包括图像捕获装置156的图像采集装置的控制器。
在1914处，系统3000捕获图像并将精炼的EXIF或其他焦点视图ID元数据存储在非暂时性存储器中。具体地，从可变焦距组件控制器接收到的精炼的元数据可以分别在逻辑上与每个图像相关联。例如，相应的元数据可以并排或作为每个图像文件的一部分来存储。
在1916处，系统3000输出具有多个不同焦距的图像通道，其中针对系统操作者的观看通道由在精炼的EXIF数据或其他元数据中给出的ID来限定。
在1918，系统3000向观看显示器165发送观看通道。在1920处，系统3000基于经由焦距控制器144的用户输入来控制观看通道焦距。作为一个示例，由操作者请求的焦距变化可以被直接发送到可变焦距组件控制器，其响应地调整由可变焦距光学组件102提供的焦距。
方法1900在1920之后结束。
图18是示出了根据至少一个图示实施例的提供用于显示的多个图像通道的示例方法2050的流程图。方法2050在2002处开始。
在2002处，图像通道供应系统的部件提供用于显示的分别描绘多个不同焦距处的场景的多个图像通道中的第一图像通道。例如，多个图像通道可以具有帧速率(例如，48fps)，并且每个图像通道可以在每帧的这种通道的特定焦距处包括一个图像。
作为一个示例，多个图像通道可以由包括与包含了至少一个可变形光学元件的可变焦距光学组件光学地通信的单个图像采集装置的光学系统同时捕获。可变焦距光学组件可以可操作以在帧速率的单个帧内的多个不同焦距中的每个处捕获图像。
第一图像通道可以被显示在任何合适的显示元件上，例如电视、计算机监视器、图像采集装置的用户界面或其他显示元件。
在2004处，图像通道供应系统的部件接收描述请求焦距变化的观看者输入的数据。例如，视图输入可以通过诸如焦距控制器、电视遥控器、图像采集装置的用户界面的部分或其他输入装置的观看者输入装置来接收。观看者输入可以指定某个所期焦距，或者可以一般地请求相对较高或相对较低的焦距。
在2006处，响应于并基于观看者输入，图像通道供应系统的部件提供用于在显示元件上显示的多个图像通道中的第二图像通道。第二图像通道具有与第一图像通道不同的焦距。第二图像通道可以具有由观看者输入特别请求的焦距。
因此，在一个示例应用中，电视观看者可以被授权来选择性地改变在电视上提供的内容的焦距(即，通过选择性地改变提供给电视的图像通道)。因此，给予观看者对内容的额外控制并与内容的交互。观看者可以选择在不同焦距处来观看相同内容(例如，聚焦在不同焦距处发生的内容的不同方面上)。这可以有利地增加用户与视觉内容的交互、定制和/或享受。
在另一实施方式中，由观看者可选择的每个图像通道可以不具有固定的焦距。因此，特定图像通道可以具有“缩放”或者随时间改变焦距(例如，通过在从固定焦距的图像流提供的图像之间选择性地切换)的动态焦距。每个图像通道可以被编程或被设计为提供与其他图像通道相比独立且唯一的固定或动态焦距。
图19是示出了根据至少一个图示实施例的用于消除光学失真的示例性方法2100的流程图。方法2100在2102处开始。
在2102处，将校准设计放置在光学系统的视域内。例如，校准设计可以被手动地定位在光学系统的前面。可替代地，可以定位光学系统，使得其视域包括校准设计。光学系统可以包括可变焦距光学组件。
校准设计具有一个或多个已知模式或其他光学元件。作为一个示例，校准设计可以是具有已知尺寸的棋盘模式。
在2104处，光学系统操作校准设计的捕获图像。该图像可以包括由光学系统的部件引入的失真，包括例如母透镜组件。
在2106处，可以通过对捕获的图像的分析来确定一个或多个失真校正参数。例如，可以识别失真的量或程度和位置，并且可以计算用于校正这种失真的必要的光学调整。
在2108处，光学系统至少部分地基于失真校正参数来控制可变焦距光学组件，以校正例如由母透镜组件引入的至少一个失真。例如，一个或多个可变形元件可以被变形为抵消引入的失真的形状。例如，一个或多个可变形反射元件可以被变形以提供特定情况的失真反转。
因此，方法2100利用可变焦距光学组件以减少或消除由光学系统的其他部件引入的失真，诸如由母透镜组件引入的桶形失真。
图示实施例的上述描述，包括摘要中描述的内容，不旨在穷举或将实施例限制为公开的精确形式。虽然为了说明性目的在此描述了具体实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行各种等同的修改。本文提供的各种实施例的教导可以被应用于其他系统，不一定是上面一般性地描述的示例性通信服务提供商系统。
例如，前面的详细描述经由使用框图、示意图和示例阐述了装置和/或过程的各种实施例。在这些框图、示意图和示例包含一个或多个功能和/或操作的范围内，本领域技术人员将理解的是，这些框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作可以单独地和/或共同地由广泛的硬件、软件、固件或实际上其任何组合来实施。在一个实施例中，本主题可以经由专用集成电路(ASIC)来实施。然而，本领域技术人员将认识到的是，本文公开的实施例整体或部分可以等效地在标准集成电路中作为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)、作为在一个或多个控制器(例如，微控制器)上运行的一个或多个程序、作为在一个或多个处理器(例如，微处理器)上运行的一个或多个程序、作为固件、或者作为实际上其任何组合来实施，并且根据本公开，设计电路和/或编写用于软件和/或固件的代码将在本领域普通技术人员的技术范围内。
另外，本领域技术人员将理解的是，本文教导的机制能够作为程序产品以各种形式分布，并且说明性实施例同样适用，而不管用于实际执行分布的信号承载介质的具体类型。非暂时性信号承载介质的示例包括但不限于以下：可记录型介质，诸如软盘、硬盘驱动器、CD ROM、数字磁带和计算机存储器；以及其他非暂时性计算机可读存储介质。
可以组合上述各种实施例以提供另外的实施例。在本说明书中引用和/或在应用数据表(Application Data Sheet)中列出的所有美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物，如果有的话，包括但不限于于2014年5月20日提交的题为“DYNAMICALLY VARIABLE FOCAL LENGTH LENS ASSEMBLY AND RELATEDMETHODS”的美国临时专利申请No.62/000,865的全部内容通过引用并入本文。如果需要的话，可以修改实施例的方面以使用各种专利、申请和出版物的概念来提供另外的实施例。
根据上述详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。一般来说，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开限制。

Claims (19)

1.一种可变焦距光学组件，其能光耦合到单个图像传感器，所述可变焦距光学组件包括：
壳体，其具有第一端和第二开口端；
第一可变形反射元件，其被安装到所述壳体；
至少第二可变形反射元件，其被安装到所述壳体，其中光路经由所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件在所述壳体的第一端和第二端之间延伸；
致动器集合，其可操作以选择性地使所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件电磁地变形，以选择性地改变所述可变焦光学组件的焦距；以及
处理器，其可通信地耦接到单个图像传感器和致动器集合，并且执行处理器可执行指令，所述处理器可执行指令致使处理器：
发送信号到所述单个图像传感器以致使所述单个图像传感器以每秒第一帧数来捕获图像，并且
发送信号到所述致动器集合中的一个或多个致动器，以致使所述一个或多个致动器以高于每秒第一帧数的速率使第一可变形反射元件和第二可变形反射元件中的至少一个变形，以提供由单个图像传感器同时捕获的多个图像通道，每个图像通道分别描绘多个不同焦距中的相应一个处的场景，每个图像通道具有相应的回放帧速率，并且每个图像通道包括多个连续图像帧，所述多个连续图像帧具有相应图像通道的相应焦距。
2.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，其中，所述致动器集合包括：
至少第一致动器，其可操作以选择性地使所述第一可变形反射元件电磁地变形；以及
至少第二致动器，其可操作以选择性地使所述第二可变形反射元件电磁地变形。
3.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，其中，所述光路包括：
所述壳体的第一端，光经由所述壳体的第一端从所述壳体的外部进入；
所述第一可变形反射元件，光从所述第一可变形反射元件朝向所述第二可变形反射元件反射；
所述第二可变形反射元件，光从所述第二可变形反射元件反射；以及
所述壳体的第二端，反射光从所述壳体的第二端被聚焦在限定的焦平面处。
4.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，其中，所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件每个以至少500Hz的速率变形。
5.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，其中，所述可变焦距光学组件被光耦合从而以第一速率来捕获图像帧，并且所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件是以至少是所述第一速率两倍的第二速率可变形的。
6.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，其中，所述壳体是桶形壳体，所述第一可变形反射元件包括具有穿过其而布置的孔径的凹形可变形反射元件，并且所述第二可变形反射元件包括凸形可变形反射元件。
7.根据权利要求6所述的可变焦距光学组件，其中，所述桶形壳体具有纵向轴线，所述凹形可变形反射元件的孔径与所述桶形壳体的纵向轴线同轴对准，并且所述凸形可变形反射元件与所述凹形可变形元件的孔径同轴对准。
8.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，还包括：
可变形入射透镜，其在所述壳体的第一端处被安装到所述壳体，所述致动器集合中的至少一个可操作以选择性地使所述可变形入射透镜电磁地变形，以选择性地改变所述可变焦光学组件的焦距。
9.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，还包括：
第一折叠反射元件，其被安装到所述壳体；以及
第二折叠反射元件，其被安装到所述壳体；
其中，所述光路从所述第一可变形反射元件延伸到所述第一折叠反射元件，从所述第一折叠反射元件延伸到所述第二折叠反射元件，并且从所述第二折叠反射元件延伸到所述第二可变形反射元件。
10.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，还包括：
第一选择性反射元件；以及
第二选择性反射元件；
其中，所述光路从所述第一可变形反射元件延伸到所述第一选择性反射元件，从所述第一选择性反射元件延伸到所述第二可变形反射元件，并且从所述第二可变形反射元件延伸到所述第二选择性反射元件。
11.根据权利要求10所述的可变焦距光学组件，其中，所述第一可变形反射元件以180度角朝向所述第一选择性反射元件反射已从所述壳体的外部进入所述壳体的第一端并且穿过所述第一选择性反射元件的光，所述第一选择性反射元件以90度角朝向所述第二选择性反射元件并朝向所述第二可变形反射元件反射已由所述第一可变形反射元件反射的光，所述第二可变形反射元件以180度角朝向所述第二选择性反射元件反射已由所述第一选择性反射元件反射并穿过所述第二选择性反射元件的光，并且所述第二选择性反射元件以90度角朝向所述壳体的第二端反射已由所述第二可变形元件反射的光。
12.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，还包括：
第一选择性反射元件；
第二选择性反射元件；
第一折叠反射元件，其被安装到所述壳体；以及
第二折叠反射元件，其被安装到所述壳体，
其中，所述光路从所述第一可变形反射元件延伸到所述第一选择性反射元件，从所述第一选择性反射元件延伸到所述第一折叠反射元件，从所述第一折叠反射元件延伸到所述第二折叠反射元件，从所述第二折叠反射元件通过所述第二选择性反射元件延伸到所述第二可变形反射元件，并且从所述第二可变形反射元件延伸到所述第二选择性反射元件。
13.根据权利要求12所述的可变焦距光学组件，其中，所述第一可变形反射元件以180度角朝向所述第一可变形反射元件反射已从所述壳体的外部进入所述壳体的第一端并且穿过所述第一选择性反射元件的光，所述第一选择性反射元件以90度角朝向所述第一折叠反射元件反射已由所述第一可变形反射元件反射的光，所述第一折叠反射元件以90度角朝向所述第二折叠反射元件反射已由所述第一选择性反射元件反射的光，所述第二折叠反射元件以90度角朝向所述第二选择性反射元件并且朝向所述第二可变形反射元件反射已由所述第一折叠反射元件反射的光，所述第二可变形反射元件以180度角朝向第二选择性反射元件反射已由所述第二折叠反射元件反射并且穿过所述第二选择性反射元件的光，并且所述第二选择性反射元件以90度角朝向所述壳体的第二端反射已由所述第二可变形元件反射的光。
14.根据权利要求1所述的可变焦距光学组件，其中，所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件中的一个或两个被选择性地变形为凸变形构造和凹变形构造。
15.根据权利要求2所述的可变焦距光学组件，还包括：
至少一个控制器，其可通信地耦接到所述第一致动器和所述第二致动器；以及
控制器可读非暂时性存储介质，其可通信地耦接到所述至少一个控制器，所述至少一个控制器包括至少一个指令集，所述至少一个指令集在由所述至少一个控制器执行时致使所述至少一个控制器：
使所述第一可变形反射元件或所述第二可变形反射元件中的至少一个电磁地变形，使得针对多个顺序帧中的每个，至少一个图像传感器捕获多个子帧，其中子帧中的每个包括在于多个限定的焦距之一处获取的系统外部的场景的图像。
16.一种可变焦距光学组件，其能光耦合到单个图像传感器，所述可变焦距光学组件包括：
壳体，其具有第一端和第二开口端；
第一可变形反射元件，其被安装到所述壳体；
至少第二可变形反射元件，其被安装到所述壳体，其中光路经由所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件在所述壳体的第一端和第二端之间延伸；
致动器集合，其可操作以选择性地使所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件电磁地变形，以选择性地改变所述可变焦光学组件的焦距；以及
处理器，其可通信地耦接到单个图像传感器和致动器集合，并且执行处理器可执行指令，所述处理器可执行指令致使处理器：
发送信号到所述单个图像传感器以致使所述单个图像传感器以每秒第一帧数来捕获图像，其中每个帧由多个子帧组成，并且每个子帧包括在多个限定的焦距之一处的组件外部的场景的图像；并且
发送信号到所述致动器集合中的一个或多个致动器，以致使所述一个或多个致动器以高于每秒第一帧数的速率使第一可变形反射元件和第二可变形反射元件中的至少一个变形，以提供由单个图像传感器同时捕获的多个图像通道，每个图像通道分别描绘多个限定的焦距内的多个不同焦距中的相应一个处的场景，每个图像通道具有相应的回放帧速率，并且每个图像通道包括多个连续图像帧，所述多个连续图像帧具有相应图像通道的相应焦距。
17.一种可变焦距光学组件，其能光耦合到单个图像传感器，所述可变焦距光学组件包括：
壳体，其具有第一端和第二开口端；
第一可变形反射元件，其被安装到所述壳体；
至少第二可变形反射元件，其被安装到所述壳体，其中光路经由所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件在所述壳体的第一端和第二端之间延伸；
致动器集合，其可操作以选择性地使所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件电磁地变形，以选择性地改变所述可变焦光学组件的焦距，所述致动器集合还包括：
至少一个第一致动器，其可操作以选择性地使所述第一可变形反射元件电磁地变形；和
至少一个第二致动器，其可操作以选择性地使第二电磁可变形反射元件电磁地变形；以及
处理器，其可通信地耦接到单个图像传感器和致动器集合，并且执行处理器可执行指令，所述处理器可执行指令致使处理器：
发送信号到所述单个图像传感器以致使所述单个图像传感器以每秒第一帧数来捕获图像；并且
发送信号到所述致动器集合中的一个或多个致动器，以致使所述一个或多个致动器以高于每秒第一帧数的速率使第一可变形反射元件和第二可变形反射元件中的至少一个变形，以提供由单个图像传感器同时捕获的多个图像通道，每个图像通道分别描绘多个不同焦距中的相应一个处的场景，每个图像通道具有相应的回放帧速率，并且每个图像通道包括多个连续图像帧，所述多个连续图像帧具有相应图像通道的相应焦距，
其中，所述光路包括：
所述壳体的第一端，光经由所述壳体的第一端从所述壳体的外部进入；
所述第一可变形反射元件，光从所述第一可变形反射元件朝向所述第二可变形反射元件反射；
所述第二可变形反射元件，光从所述第二可变形反射元件反射；以及
所述壳体的第二端，反射光从所述壳体的第二端被聚焦在限定的焦平面处。
18.根据权利要求17所述的可变焦距光学组件，其中，所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件每个以至少500Hz的速率变形。
19.根据权利要求17所述的可变焦距光学组件，其中，所述可变焦距光学组件被光耦合从而以第一速率来捕获图像帧，并且所述第一可变形反射元件和所述第二可变形反射元件是以至少两倍于所述第一速率的第二速率可变形的。
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