CN106610542B - 液晶微透镜阵列成像装置与成像方法 - Google Patents

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    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells

Abstract

本发明提供了一种液晶微透镜阵列成像装置，其包括主透镜、液晶微透镜阵列以及位于液晶微透镜阵列的远离所述主透镜一侧的图像采集单元，所述液晶微透镜阵列包括多个阵列排布的液晶子透镜，其特征在于，所述液晶微透镜成像装置还包括驱动单元，所述驱动单元用于调节所述液晶微透镜阵列的焦距；所述主透镜对物体所成的第一图像位于所述主透镜与所述图像采集单元之间，且所述第一图像经过每个液晶子透镜后在所述图像采集单元上成一个第二图像；所述第二图像包括主像以及围绕所述主像的弥散像。所述液晶微透镜阵列成像装置可实现高速自动对焦以及变焦的功能，且能获得较高分辨率的图像。本发明进一步包括一种液晶微透镜阵列成像方法。

Description

液晶微透镜阵列成像装置与成像方法
技术领域
本发明涉及成像技术领域，具体而言，涉及一种液晶微透镜阵列成像装置与成像方法。
背景技术
目前大孔径的可变焦距单透镜(如液晶透镜和液体透镜等)的响应速度较慢，屈光度较小，其在日常和工业化应用时中存在变焦范围窄，对焦速度慢等一系列的不足，这样便制约了其产业化的应用与发展。
而传统固定焦距液晶微透镜阵列为实现自动对焦而需要通过马达驱动来改变系统光圈或者液晶微透镜阵列与图像传感器间距的缺点，大大降低了成像系统的厚度与功耗。
发明内容
为了在有效降低成像器件的厚度同时能获得较高分辨率的图像，本发明提出一种液晶微透镜阵列成像装置，其包括主透镜、液晶微透镜阵列以及位于液晶微透镜阵列的远离所述主透镜一侧的图像采集单元，所述液晶微透镜阵列包括多个阵列排布的液晶子透镜；所述液晶微透镜成像装置还包括驱动单元，所述驱动单元用于调节所述液晶微透镜阵列的焦距；所述主透镜对物体所成的第一图像位于所述主透镜与所述图像采集单元之间，且所述第一图像经过每个液晶子透镜后在所述图像采集单元上成一个第二图像；所述第二图像包括主像以及围绕所述主像的弥散像。
进一步的，所述液晶微透镜阵列成像装置的实际孔径光阑为所述主透镜的孔径光阑。
进一步的，所述主像为所述图像采集单元上光阑像的主光线覆盖范围；所述弥散像为图像采集单元上光阑像的弥散光线覆盖范围。
进一步的，所述主像为像圆，所述弥散像为弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆的圆心和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆的圆心之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和。
更进一步的，每个所述液晶子透镜的所述弥散圆与其相邻的所述液晶子透镜的所述弥散圆相切。
更进一步的，所述多个液晶子透镜的大小形状相同，焦距相同。
更进一步的，每个所述液晶子透镜的像圆与其相邻的所述液晶子透镜的弥散圆相切。
进一步的，所述主像为方形底图，所述弥散像为方形弥散外环，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图之间的距离大于等于所述方形弥散外环的宽度，且小于等于所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度之和。
更进一步的，所述第二图像的所述方形弥散外环和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环相接。
更进一步的，所述主透镜为圆形透镜，所述主透镜设置有方形光阑。
更进一步的，所述主透镜为方形透镜。
更进一步的，所述多个液晶子透镜的大小形状相同，焦距相同。
更进一步的，所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环相接。
进一步的，所述液晶微透镜阵列成像装置进一步包括一个图像处理单元，所述图像处理单元用于将所述多个液晶子透镜所成的所述第二图像进行拼接。
更进一步的，在对所述第二图像拼接时，每个所述液晶子透镜的所述第二图像和与其相邻的所述液晶子透镜的所述第二图像内容的重复区域与所述液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆的直径成正比。
更进一步的，在对所述第二图像拼接时，每个所述子透镜的所述第二图像的所述像圆和与其对角线的所述液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆相切。
更进一步的，在对所述第二图像拼接时，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图相接。
本发明还提出一种液晶微透镜阵列成像方法，所述液晶微透镜阵列成像方法包括如下步骤：
通过主透镜对物体成第一图像；
所述第一图像经过所述液晶微透镜阵列的每一个所述液晶子透镜成一个第二图像，每个所述第二图像包括主像以及围绕所述主像的弥散像；
以及通过驱动单元调整所述液晶透镜阵列的焦距。
进一步的，所述主像为像圆，所述弥散像为弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆的圆心和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆的圆心之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和。
更进一步的，每个所述液晶子透镜的所述弥散圆与其相邻的所述液晶子透镜的所述弥散圆相切。
进一步的，所述主像为方形底图，所述弥散像为方形弥散外环，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图之间的距离大于等于所述方形弥散外环的宽度，且小于等于所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度之和。
更进一步的，所述第二图像的所述方形弥散外环和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环相接。
进一步的，进一步包括对所述多个液晶子透镜所成的所述第二图像进行拼接。
更进一步的，在对所述第二图像拼接时，每个所述液晶子透镜的所述 第二像圆和与其对角线的液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆相切。
更进一步的，在对所述第二图像拼接时，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图相接。
液晶微透镜具有屈光度大和响应速度快等优点，其与传统透镜组组合可实现高速自动对焦以及变焦的功能。采用可变焦距的液晶微透镜阵列仅需通过调整液晶微透镜的焦距就能方便实现对不同远近物体自动对焦和变焦，这就避免了传统固定焦距液晶微透镜阵列为实现自动对焦而需要通过马达驱动来改变系统光圈或者液晶微透镜阵列与图像传感器间距的缺点，大大降低了成像系统的厚度与功耗。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的液晶微透镜阵列成像装置的结构框图；
图2为本发明第一实施例提供的液晶微透镜阵列成像装置的光路图；
图3a为液晶微透镜阵列的焦距第一变化图；
图3b为液晶微透镜阵列的焦距第二变化图；图4为图2中的液晶微透镜阵列的像圆模型图；
图5为图4中一个液晶子透镜在图像采集单元上所成的第二图像的示意图；
图6a为图4中相邻液晶子透镜的第二图像之间的第一位置关系示意图；
图6b为图4中相邻液晶子透镜的第二图像之间的第二位置关系示意图；
图7为图4中相邻液晶子透镜的第二图像之间的第三位置关系示意图；
图8a为图4中每个液晶子透镜在图像采集单元上所成的第二图像的第一示意图；
图8b为图像处理单元对图8a中每个液晶子透镜的第二图像进行拼接时的示意图；
图9a为图4中每个液晶子透镜在图像采集单元上所成的第二图像的第二示意图；
图9b为图像处理单元对图8a中每个液晶子透镜的第二图像进行拼接时的示意图；
图10a为提供给图4中液晶微透镜阵列成像装置成像的原始图表；
图10b-图10e为图4提供的液晶微透镜阵列成像装置对图8a的原始图表成像拼接的示意图；
图11为图2中的液晶微透镜阵列的方形弥散模型图；
图12为图11中一个液晶子透镜在图像采集单元上所成的第二图像的示意图；
图13a为图12中相邻液晶子透镜的第二图像之间的第一位置关系示意图；
图13b为图12中相邻液晶子透镜的第二图像之间的第二位置关系示意图；
图14a为提供给图11中液晶微透镜阵列成像装置成像的原始图表；
图14b-图14e为图11提供的液晶微透镜阵列成像装置对图14a的原始图表成像拼接的示意图；
图15为本发明第二实施例提供的液晶微透镜阵列成像方法的流程图；
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
请参见图1、图2与图3，本发明提供一种液晶微透镜阵列成像装置，其包括主透镜120、液晶微透镜阵列130、位于液晶微透镜阵列130的远离主透镜120一侧的图像采集单元150，以及驱动单元140。在本实施例中，主透镜120与液晶微透镜阵列130作液晶微透镜阵列成像装置的光学镜头组。
主透镜120为像差修正较好的透镜组。
液晶微透镜阵列130包括多个阵列排布的液晶子透镜131。在本实施例中，多个液晶子透镜131的大小形状相同，焦距相同。可以理解的是，在其他实施例中，多个液晶子透镜131的大小形状也可以不相同，其可以根据需要设置。
如图2所示，本实施例中，主透镜120对物体110所成的第一图像121位于主透镜120与液晶微透镜阵列130之间，此时所成的第一图像121为实像，同时，第一图像121作为液晶微透镜阵列130的实物；第一图像121经过每个液晶子透镜131后在图像采集单元150上成一个第二图像181。
可以理解的，物体110的初始位置不同，主透镜120对物体110所成的第一图像121也可位于液晶微透镜阵列130与图像采集单元150之间，此时所成的第一图像121为虚像，同时，第一图像121作为液晶微透镜阵列130的虚物。
当系统对不同位置的物体110对焦时，驱动单元140输出适当的电压，控制液晶微透镜阵列130的焦距为满足系统清晰成像时的焦距，从而保证成像系统的厚度保持不变。
驱动单元140输出的电压可以对液晶透镜阵列130加电，整体改变液晶透镜阵列130的焦距；也可以对单个液晶子透镜131加电，改变单个液晶子透镜131的焦距。
具体的，每个液晶子透镜131将主透镜120所得的第一图像121分别成像于图像采集单元150上，经过透镜的两次变换，最终得到正立的像。因此，最后图像处理时只需做镜像处理便能还原初始物。其中，主透镜120对物体110成像，每个液晶子透镜131再对主透镜120所成的实像成像，即当主透镜120成像位于主透镜120与液晶微透镜阵列130之间，以及每个液晶子透镜131对主透镜光阑122成像，均遵从高斯成像原理，当器件置于空气介质中时，其物像关系如公式(1)至公式(3)所示：
或主透镜120对物体110成像，每个液晶子透镜131再对主透镜120所成的虚像成像，即当主透镜120成像位于液晶微透镜阵列130与图像采集单元150之间时，其物像关系如公式(4)所示：
而装置的总厚度可以用公式(5)表示，
d＝u+v2＝v1+u2+v2 (5)
上述公式中，u1表示主透镜120成像的物距，v1表示主透镜120成像的像距，f1表示主透镜120的焦距；u2表示液晶微透镜阵列130成像的物距，v2表示液晶微透镜阵列130成像的像距，即图像采集单元150与液晶微透镜阵列130的间距，f2表示液晶微透镜阵列130的焦距；u表示主透镜120的孔径光阑122离液晶微透镜阵列130的距离，v表示液晶微透镜阵列130对主透镜120的孔径光阑122成像的像距。
由于液晶微透镜阵列成像装置在设置时，主透镜120和液晶微透镜阵列130的设置位置固定，即u为定值。当液晶微透镜阵列成像装置对不同物距u1的物体110对焦时，由公式(5)可知，装置厚度主要由d决定，而u为定值，因此，只需保证v2为定值即可保证装置厚度不变。根据公式(2)和(4)可知，要保证v2为定值且在相同的位置清晰成像，则要求f2为可变值，即液晶微透镜阵列130的焦距做适当变化。
本发明中所采用的液晶微透镜阵列130的焦距可随其所施加的电压变化，该可变焦微透镜阵列的焦距随驱动电压连续变化，即可实现对不同深度图像的连续聚焦成像。如图3a和图3b所示，在不同驱动电压下微透镜阵列焦距变化时所对应的干涉圆环。图3a代表可变焦液晶透镜阵列驱动电压为x伏特时的干涉圆环特征，图3b代表可变焦液晶透镜阵列驱动电压为y伏特时干涉圆环特征，且有x≠y。其中不同的圆环数代表可变焦液晶透镜阵列各子透镜焦距的变化。圆环数越多代表焦距越短，聚焦能力越强。
如图4所示，液晶微透镜阵列成像装置的实际孔径光阑为所述主透镜120的孔径光阑122，每个液晶子透镜131的成像光路中以主透镜120的孔径光阑122作为视场光阑。
在本实施例中，主光线覆盖范围为圆形，即孔径光阑122为圆形，请一并参见图5，每个第二图像181包括一个像圆182以及围绕所述像圆182的弥散圆183。其中像圆182为图像采集单元150上光阑像的主光线覆盖范围，它规定了每个液晶子透镜131的有效视场范围。而弥散圆183为光阑像的弥散圆环，沿主光线对称分布。一般地，由于弥散圆环c的图像畸变较大且出现亮度急剧下降，会降低成像质量。
假设液晶子透镜131有效半孔径a，相邻的液晶子透镜131的间距为p，此时液晶子透镜131的主光线像圆182的直径b可表示为：
其中，A表示主透镜120的孔径光阑122的大小。
主光线像圆182的中心间距e为：
由于在后期图像处理时需要将各个子透镜图像进行拼接以还原完整的图像，因此在拍摄图像时必须保证相邻液晶子透镜131在图像采集单元150上成的第二图像181内容不出现干扰混叠。在本实施例中，每个液晶子透镜131的像圆182的圆心和与其相邻的液晶子透镜131的像圆182的圆心之间的距离D大于等于液晶子透镜131对应的第二图像181的半径R1和与其相邻的液晶子透镜131对应的像圆182的半径r2之和，且小于等于液晶子透镜131对应的第二图像181的半径R1和与其相邻的液晶子透镜131对应的第二图像181的半径R2之和。
请一并参见图6a，当相邻液晶子透镜131的第二图像181的半径不同时，当每个液晶子透镜131的像圆182的圆心和与其相邻的液晶子透镜131的像圆182的圆心之间的距离D等于液晶子透镜131对应的第二图像181的半径R1和与其相邻的液晶子透镜131对应的像圆182的半径r2之和时， 即其中一个液晶子透镜131的像圆182和与其相邻的液晶子透镜131的弥散圆183相切。此时，图像采集单元150的象素单元的利用最大化，即拼接后图像的分辨率达到最大。这样既保证相邻液晶子透镜131所成像圆182不相互干扰混叠，又能最大效率地利用图像采集单元150的象素单元。
请一并参见图6b，当每个液晶子透镜131的像圆182的圆心和与其相邻的液晶子透镜131的像圆182的圆心之间的距离D等于液晶子透镜131对应的第二图像181的半径R1和与其相邻的液晶子透镜131对应的第二图像181的半径R2之和时，即其中一个液晶子透镜131的弥散圆183和与其相邻的液晶子透镜131的弥散圆183相切。也即相邻液晶子透镜131的弥散圆182不会有混淆。
请参加图7，在本实施例中，当多个液晶子透镜131的大小形状相同，焦距相同时，当每个液晶子透镜131的像圆182的圆心和与其相邻的液晶子透镜131的像圆182的圆心之间的距离D等于液晶子透镜131对应的第二图像181的半径R1和与其相邻的液晶子透镜131对应的像圆182的半径r2之和，即任一个液晶子透镜131的像圆182和与其相邻的液晶子透镜131的弥散圆183相切。也即相邻液晶子透镜131的弥散圆183会有混淆，但不影响各自的主光线像圆182，此时，既保证相邻液晶子透镜131的主光线像圆182不相互干扰混淆，并且能最大效率地利用图像采集单元150的像素单元。
具体地，c表示液晶子透镜131的弥散圆183的半径，其表达式如公式(8)所示：
由(8)可知，每个液晶子透镜131的有效孔径越小，每个液晶子透镜131光路上所能接受的远轴光线越少，以使液晶子透镜131的弥散圆环c减小，从而提高图像采集单元150上的像素单元的利用率。
在本实施例中，液晶微透镜阵列成像装置进一步包括图像处理单元160，图像处理单元160将由图像采集单元150所生成的图像信号I1进行特定的处理，最终生成图像信号I2。本实施例中，图像处理单元160用于将所述 多个液晶子透镜131所成的第二图像181进行拼接。
图像处理单元160对多个液晶子透镜131所成的第二图像181进行拼接时，采用移动多个第二图像181的方式进行拼接。在本实施例中，液晶微透镜阵列130为四边形排列，在最近对焦距离时，为了图像拼接能获得最大分辨率，此时要保证主光线像圆182和相邻弥散圆环183相切，且每个液晶子透镜131的第二图像181的像圆182和与其相邻的液晶子透镜131的第二图像181的像圆182的内容部分重复，相邻像圆182内容满足一定的重复率。
请一并参见图8a和图8b，具体地，如图8a所示，相邻4个像圆182的之间会出现空白部分，因此需将像圆182进行移动拼接处理。为实现最优拼接，即相邻像圆182为无缝拼接且拼接后的图像分辨率最大，那么每个液晶子透镜131的第二图像181的像圆182和与其对角线的液晶子透镜131的第二图像181的像圆182相切，如图8b所示。在这种拼接状态下，为使相邻像圆中的成像内容能够完美地匹配和拼接在一起，而不产生不自然的图像伪影，每个液晶子透镜131的第二图像181和与其相邻的液晶子透镜131的第二图像181内容的重复率与液晶子透镜131的第二图像181的像圆182的直径b成正比。每个液晶子透镜131的第二图像181的像圆182和与其相邻的液晶子透镜131的第二图像181的像圆182内容的重复区域Δ为：
为了保证无缝的图像拼接，相邻两个像圆182的内容重复率OR应该满足下式：
同时，为了保证每个液晶子透镜131的第二图像181的像圆182和与其对角线的液晶子透镜131的第二图像181的像圆182相切，液晶微透镜阵列成像装置需要满足以下条件：
其中，r表示相邻液晶子透镜131间距p与主透镜120的孔径光阑122的比值。
当液晶透镜成像装置对不同位置物体清晰成像时，为保证整个装置结构不变，即为保证整个装置的厚度不变，液晶微透镜阵列130应具有不同焦距，此时对应于不同的驱动电压。每个相邻像圆182的内容重复率具有不同值，随物体距离呈线性变化。此时相邻子透镜成像内容的重复率Δ’，可表示为：
因此，对于每个对焦位置的物体110，各个相邻像圆182所截取的有效区域也随OR，变化，为保证像圆无缝拼接和图像的完整性，所截取的有效像圆182的大小也随之变化，且最终截取出来的相邻像圆内容的重复率Δ，均应满足(10)式。
在本发明的另外一个实施例中，液晶微透镜阵列130采用六边形排布，以提高图像传感器150的利用率，如图9a、9b所示。
由图9a、9b的分析可知，每个液晶子透镜131的第二图像181的像圆182和与其相邻的两个液晶子透镜131的第二图像181的像圆182内容的重复率为：
为了保证无缝的图像拼接，相邻两个像圆182的成像内容重复率Δ应该满足下式：
请一并参见图10a-图10e，液晶微透镜阵列成像装置对原始图表进行成像并进行拼接的示意图，由此可知，液晶微透镜阵列成像装置可以保证相邻液晶子透镜131在图像采集单元150上成的第二图像内容不出现干扰混叠，并且能有效的利用图像采集单元150上的像素单元。当图像处理单 元160在对第二图像181进行移动拼接时，每个液晶子透镜131的第二图像181的像圆182和与其对角线的液晶子透镜131的第二图像181的像圆182相切，此时，拼接后的图像分辨率最大。
可以理解的，主光线覆盖范围也可为方形，即孔径光阑122为方形。在本实施例中，主透镜120为圆形透镜，且在主透镜120设置有方形光阑。可以理解的是，在其他实施例中，主透镜120为方形透镜。
光路图如图11所示，请一并参见图12，每个第二图像281包括一个方形底图282以及围绕方形底图282的方形弥散外环283；
其中方形底图282为图像采集单元150上光阑像的主光线覆盖范围，其宽度为b1；本实施例的方形底图282为正方形，其宽度b1即为方形底图的边长；
方形弥散外环283为图像采集单元150上光阑像的弥散光线覆盖范围，其宽度为c1，且沿主光线对称分布；方形弥散外环283包括一内边框和一外边框，其宽度c1为内边框和外边框之间的宽度。
第二图像281为图像采集单元150上光阑像的主光线和弥散光线的覆盖范围，其宽度为b1+2c，它规定了每个液晶子透镜131的有效视场范围，且弥散部分分布情况由主透镜光阑122和液晶子透镜131孔径形状共同决定。
由于在后期图像处理时需要将各个液晶子透镜图像进行拼接以还原完整的图像，因此在拍摄图像时必须保证相邻液晶子透镜131在图像采集单元150上成的第二图像281内容不出现干扰混叠。在本实施例中，每个液晶子透镜形状大小相同，焦距相同，每个第二图像281的方形底图282和与其相邻的第二图像281的方形底图282之间的距离大于等于第二图像281的方形弥散外环283的宽度c1，且小于等于第二图像281的方形弥散外环283的宽度c1和与其相邻的第二图像281的方形弥散外环283的宽度c1之和。
请一并参见图13a，每个第二图像281的方形底图282和与其相邻的第二图像281的方形底图282之间的距离等于第二图像281的方形弥散外环 283的宽度c1。这样既保证相邻液晶子透镜131所成方形底图282不相互干扰混叠，又能最大效率地利用图像采集单元150的象素单元。
请一并参见图13b，每个第二图像281的方形底图282和与其相邻的第二图像281的方形底图282之间的距离等于第二图像281的方形弥散外环283的宽度c1和与其相邻的第二图像281的方形弥散外环283的宽度c1之和。即相邻液晶子透镜131的弥散外环283相接，从而保证两个相邻的方形弥散外环之间不会相互干扰和混叠，最大效率的利用图像传感器150的第二图像281。
在本实施例中，液晶微透镜阵列成像装置进一步包括图像处理单元160，图像处理单元用于将多个液晶子透镜131所成的第二图像281进行拼接。
图像处理单元160对多个液晶子透镜131所成的第二图像281进行拼接时，采用移动多个第二图像281的方式进行拼接。由于待拼接的底图为方形，因此相邻的方形底图的内容的重复率最小可为0，即每个第二图像281的方形弥散外环284和与其相邻的第二图像281的方形弥散外环284相接。
本发明还提供一种实施例，可使方形弥散外环283的内容部分重叠，以利于后期图像拼接时的图像调整，此时拼接后相邻方形弥散外环283有部分重叠，但不影响图像的完整性，此时，每个第二图像281的方形底图282和与其相邻的第二图像281的方形底图相接。
请一并参见图14a-图14e，液晶微透镜阵列成像装置对原始图表进行成像并进行拼接的示意图，由此可知，液晶微透镜阵列成像装置可以保证相邻液晶子透镜在图像采集单元160上成的第二图像281内容不出现干扰混叠，并且能有效地利用图像采集单元160上的象素单元。当图像处理单元160在对第二图像281进行移动拼接时，每个第二图像281的方形弥散外环283和与其相邻的第二图像181的方形弥散外环283相接，此时，拼接后的对第二图像281的利用率最大。
请参见图15，本发明提供了一种液晶微透镜阵列成像方法，其包括如下步骤：
步骤21：通过主透镜对物体成第一图像。
步骤22：第一图像经过液晶微透镜阵列的每一个液晶子透镜成一个第二图像，每个第二图像包括一个像圆以及围绕所述像圆的弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和。
步骤23：通过驱动单元调整所述液晶透镜阵列的焦距，使得第二图像成像清晰。
步骤24：对多个液晶子透镜所成的第二图像进行拼接。对多个液晶子透镜所成的第二图像采用移动拼接的方式，并且每个液晶子透镜的第二图像的像圆和与其相邻的液晶子透镜的第二图像的像圆部分重叠。在本实施例中，每个液晶子透镜的第二图像的像圆和与其对角线的液晶子透镜的第二图像的像圆相切。
本发明还提供了一种液晶微透镜阵列成像方法，其包括如下步骤：
步骤21：通过主透镜对物体成第一图像。
步骤22：第一图像经过液晶微透镜阵列的每一个液晶子透镜成一个第二图像，每个第二图像包括一个方形底图以及围绕方形底图的方形弥散外环，每个第二图像的方形底图和与其相邻的第二图像的方形底图之间的距离大于等于零，且小于等于第二图像的方形弥散外环的宽度与其相邻的第二图像的方形弥散外环的宽度之和。
步骤23：通过驱动单元调整所述液晶透镜阵列的焦距，使得第二图像成像清晰。
步骤24：对多个液晶子透镜所成的第二图像的方形底图进行拼接。对多个液晶子透镜所成的第二图像采用移动拼接的方式。在本实施例中，每个第二图像的方形底图和与其相邻的第二图像的方形底图环相接。
液晶微透镜阵列成像方法能够保证相邻液晶子透镜在图像采集单元150上成的第二图像内容不出现干扰混叠，并且能有效地利用图像采集单元上的象素单元。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种液晶微透镜阵列成像装置，其包括主透镜、液晶微透镜阵列以及位于液晶微透镜阵列的远离所述主透镜一侧的图像采集单元，所述液晶微透镜阵列包括多个阵列排布的液晶子透镜，其特征在于，所述液晶微透镜成像装置还包括驱动单元，所述驱动单元用于调节所述液晶微透镜阵列的焦距；所述主透镜对物体所成的第一图像位于所述主透镜与所述图像采集单元之间，且所述第一图像经过每个液晶子透镜后在所述图像采集单元上成一个第二图像；所述第二图像包括主像以及围绕所述主像的弥散像；
所述主像为所述图像采集单元上光阑像的主光线覆盖范围；所述弥散像为图像采集单元上光阑像的弥散光线覆盖范围。
2.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述液晶微透镜阵列成像装置的实际孔径光阑为所述主透镜的孔径光阑。
3.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述主像为像圆，所述弥散像为弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆的圆心和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆的圆心之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和。
4.根据权利要求3所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，每个所述液晶子透镜的所述弥散圆与其相邻的所述液晶子透镜的所述弥散圆相切。
5.根据权利要求3所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述多个液晶子透镜的大小形状相同，焦距相同。
6.根据权利要求5所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，每个所述液晶子透镜的像圆与其相邻的所述液晶子透镜的弥散圆相切。
7.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述主像为方形底图，以及所述弥散像为方形弥散外环，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图之间的距离大于等于所述方形弥散外环的宽度，且小于等于所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度之和。
8.根据权利要求7所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述第二图像的所述方形弥散外环和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环相接。
9.根据权利要求7所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述主透镜为圆形透镜，所述主透镜设置有方形光阑。
10.根据权利要求7所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述主透镜为方形透镜。
11.根据权利要求7所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述多个液晶子透镜的大小形状相同，焦距相同。
12.根据权利要求11所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环相接。
13.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述液晶微透镜阵列成像装置进一步包括一个图像处理单元，所述图像处理单元用于将所述多个液晶子透镜所成的所述第二图像进行拼接。
14.根据权利要求13所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述主像为像圆，所述弥散像为弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆的圆心和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆的圆心之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和；
在对所述第二图像拼接时，每个所述液晶子透镜的所述第二图像和与其相邻的所述液晶子透镜的所述第二图像内容的重复区域与所述液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆的直径成正比。
15.根据权利要求13所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述主像为像圆，所述弥散像为弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆的圆心和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆的圆心之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和；
在对所述第二图像拼接时，每个所述液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆和与其对角线的所述液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆相切。
16.根据权利要求13所述的液晶微透镜阵列成像装置，其特征在于，所述主像为方形底图，以及所述弥散像为方形弥散外环，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图之间的距离大于等于所述方形弥散外环的宽度，且小于等于所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度之和；
在对所述第二图像拼接时，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图相接。
17.一种液晶微透镜阵列成像方法，所述液晶微透镜阵列成像方法应用于液晶微透镜阵列成像装置，所述液晶微透镜阵列成像装置包括主透镜、液晶微透镜阵列以及位于液晶微透镜阵列的远离所述主透镜一侧的图像采集单元，所述液晶微透镜阵列包括多个阵列排布的液晶子透镜，其特征在于，所述液晶微透镜阵列成像方法包括如下步骤：
通过主透镜对物体成第一图像；
所述第一图像经过所述液晶微透镜阵列的每一个所述液晶子透镜成一个第二图像，每个所述第二图像包括主像以及围绕所述主像的弥散像；
以及通过驱动单元调整所述液晶透镜阵列的焦距；
所述主像为所述图像采集单元上光阑像的主光线覆盖范围；所述弥散像为图像采集单元上光阑像的弥散光线覆盖范围。
18.根据权利要求17所述的液晶微透镜阵列成像方法，其特征在于，所述主像为像圆，所述弥散像为弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆的圆心和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆的圆心之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和。
19.根据权利要求17所述的液晶微透镜阵列成像方法，其特征在于，每个所述液晶子透镜的所述弥散圆与其相邻的所述液晶子透镜的所述弥散圆相切。
20.根据权利要求17所述的液晶微透镜阵列成像方法，其特征在于，所述主像为方形底图，所述弥散像为方形弥散外环，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图之间的距离大于等于所述方形弥散外环的宽度，且小于等于所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度之和。
21.根据权利要求20所述的液晶微透镜阵列成像方法，其特征在于，所述第二图像的所述方形弥散外环和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环相接。
22.根据权利要求17所述的液晶微透镜阵列成像方法，其特征在于，进一步包括对多个所述液晶子透镜所成的所述第二图像进行拼接。
23.根据权利要求22所述的液晶微透镜阵列成像方法，其特征在于，所述主像为像圆，所述弥散像为弥散圆，每个所述液晶子透镜的所述像圆的圆心和与其相邻的所述液晶子透镜的所述像圆的圆心之间的距离大于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述像圆的半径之和，且小于等于所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径和与其相邻的所述液晶子透镜对应的所述第二图像的半径之和；
在对所述第二图像拼接时，每个所述液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆和与其对角线的液晶子透镜的所述第二图像的所述像圆相切。
24.根据权利要求22所述的液晶微透镜阵列成像方法，其特征在于，所述主像为方形底图，所述弥散像为方形弥散外环，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图之间的距离大于等于所述方形弥散外环的宽度，且小于等于所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度和与其相邻的所述第二图像的所述方形弥散外环的宽度之和；
在对所述第二图像拼接时，每个所述第二图像的所述方形底图和与其相邻的所述第二图像的所述方形底图相接。
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