CN107203082A - 时间和透明度变化的孔径 - Google Patents

Abstract

本公开涉及时间和透明度变化的孔径。系统和装置包括：多个透镜元件；以及孔径模块，其耦合到多个透镜元件并且包括像素阵列，其中孔径模块被配置为在图案和透明度上是可变的。关键词包括可变孔径和像素。

Description

时间和透明度变化的孔径

技术领域

本公开涉及可变孔径，并且更具体地，涉及时间变化和透明度变化的孔径。

背景技术

典型地，透镜中的光圈(iris)形成关闭以改变通过成像系统的光的量的孔径(aperture)。光圈有时可以被完全关闭以充当快门。

图1是包括各种透镜或光学元件110、112、114、116和光圈120的常规透镜系统100的简图。在图1中，入射在透镜元件110、112上的光线140穿过光圈120和透镜元件114、116并落在图像传感器142上。

光圈120的叶片122形成开口或孔径130。光圈开口(或孔径)的形状也影响图像再现。术语“孔径”与“光圈”可以互换使用。在图1中，孔径的形状可以具有尖的边缘124。例如，拥有具有尖的边缘(通常大多数透镜)的孔径可以导致对于强光源的星形图案或者焦点外区域被紧张地详述(nervously-detailed)而不是具有平滑的散景。这对于某些目的来说可能不是所期望的。因此，可能期望会在更令人愉悦地呈现的散景中导致相对圆形的离焦盘的圆形孔径。为了实现该目的，透镜设计者通常增加叶片的数量以改善由叶片形成的孔径的圆形形状。但是，添加叶片增加了透镜系统的复杂性并且会引起意料之外的操作问题。

进一步地，散景常常不仅取决于孔径形状，而且也取决于光学器件。因此，即使孔径形状是基本上圆形的，透镜设计本身也可能导致不良的散景。例如，当离焦环在盘内部具有较显著的外缘或环时，常常产生粗糙的散景。为了解决这个问题，一些透镜可以在孔径附近包括切趾(apodisation)滤光器来软化盘的边缘。切趾滤光器类似于配置为在距离孔径中心更远的区域中衰减更多的光的中性密度滤光器。但是，这种滤光器通常被设计用于一种孔径尺寸。因此，滤光器将需要随着其它参数的改变(诸如，改变成像系统的孔径尺寸、焦距(在变焦透镜中)或聚焦距离)而改变。

发明内容

本公开提供用于通过孔径模块控制光衰减的变化。

在一种实现中，公开了一种系统。该系统包括：多个透镜元件；以及孔径模块，其耦合到多个透镜元件并且包括像素阵列，其中孔径模块被配置为透明度对于每一个像素是可变的。

在另一实现中，公开了一种装置。该装置包括：接收入射光线的多个光学元件；以及耦合到多个光学元件的像素阵列，其中像素阵列被配置为透明度是可变的以处理光线。

在一种实现中，公开了一种控制孔径模块的透明度的变化的方法。该方法包括：通过控制像素阵列来变化孔径模块的有效形状和透明度；确定在固定的时段上有效形状和透明度的期望的变化；如果确定期望的透明度是固定的，那么控制像素阵列以在固定的时段上保持形状和透明度固定；以及如果确定期望的透明度是可变的，那么控制像素阵列以在固定的时段上变化形状和透明度。

根据通过示例的方式说明本公开的各方面的本描述，本公开的其它特征和优点应当是显而易见的。

附图说明

本公开的细节，无论其结构还是操作，都可以通过研究附图部分地收集，其中，相同的标号指代相同的部分，并且其中：

图1是包括各种透镜元件和光圈的常规透镜系统的简图；

图2是根据本公开的一种实现的透镜系统的简图；

图3是根据本公开的另一实现的透镜系统的简图；

图4是根据本公开的一种实现的孔径模块的简图；

图5是根据本公开的另一实现的孔径模块的简图；

图6示出具有像同心环一样布置的像素元件并且被设计为具有大孔径的孔径模块；

图7示出具有像同心环一样布置的像素元件并且被设计为具有中等尺寸孔径的孔径模块；

图8示出被设计成任意星形的孔径模块；以及

图9是图示出根据本公开的一种实现的用于控制孔径模块的形状和透明度的变化的过程的流程图。

具体实施方式

如上所述，增加孔径叶片的数量来改善孔径的形状会增加透镜系统的复杂性并且会引起意料之外的操作问题。此外，添加切趾滤光器以抵消粗糙的散景问题仅可以解决对于一种孔径尺寸的问题。因此，存在对于能够为光通量提供可变修改的滤光器的需要。

在阅读这些描述之后，在各种实现和应用中如何实现本公开将变得显而易见。但是，虽然本文将描述本公开的各种实现，但是应当理解的是，这些实现仅通过示例的方式呈现并且不是限制。因此，各种实现的这种详细描述不应当被解释为限制本公开的范围或宽度。

在一种实现中，在系统中配置了替代或附加于现有光圈/孔径安置的孔径模块。在一种实现中，系统是透镜系统。在另一实现中，系统是成像系统。在进一步的实现中，系统是包括孔径的任何系统。在一种实现中，孔径模块可以对于每一个局部元件在时间和透明度上变化，这可以有效地具有改变孔径的形状(以下称为“形状”)的结果。因此，应当注意的是，术语“孔径的形状的变化”指的是通过变化感测器的透明度来调制穿过孔径层的光，使得孔径层形成“图案”或“形状”。

图2是根据本公开的一种实现的透镜系统200的简图。在图2所图示的实现中，透镜系统200包括光圈120和孔径模块210。透镜系统200还包括各种透镜元件110、112、114、116。在一种实现中，透镜系统200还包括被配置为控制孔径模块210的形状和/或透明度的变化的控制器220。在一种实现中，孔径模块210的形状和/或透明度在固定的时段上是固定的。在另一实现中，孔径模块210的形状和/或透明度随时间变化。

在图2中，入射在透镜元件110、112上的光线140穿过光圈120、孔径模块210、透镜元件114、116并落在图像传感器240上。在一种实现中，孔径模块210包括像素元件阵列，其被配置为透明度是可变的以处理光线。

图3是根据本公开的另一实现的透镜系统300的简图。透镜系统300可以包括代替图1和2中所示的光圈120的孔径模块310。在图3所图示的实现中，孔径模块310包括可变孔径312，其与图1的常规光圈120的孔径124相比基本上是圆形的。透镜系统300还包括各种透镜元件110、112、114、116。

在一种实现中，图2或图3的孔径模块210、310被配置为以行-列构造布置的像素元件的液晶显示(LCD)阵列。在另一实现中，孔径模块210被配置为以同心环布置的像素元件的LCD阵列。像素元件的LCD阵列可以被控制使得孔径模块210、310在时间、形状和透明度上变化。在一种实现中，像素元件在透明度上独立地变化以在不同时间在模块210、310中的不同位置处打开或关闭孔径。在另一种实现中，一些像素元件中的透明度是变化的以在不同时间在模块210、310中的不同位置处改变孔径模块的光衰减。

在图4所示的一种实现中，LCD像素元件410被编程以通过将孔径模块400设计为切趾滤光器来生成更令人愉悦的散景。图5示出具有像同心环一样布置的像素元件的孔径模块500。由于图案和透明度可以被改变，因此孔径模块400、500可以被设计为用于任何孔径尺寸的切趾滤光器。

图6示出具有像同心环一样布置的像素元件并且被设计为具有大孔径的孔径模块600。图7示出具有像同心环一样布置的像素元件并且被设计为具有中等尺寸孔径的孔径模块700。

图案可以是动态变化的或者用不同形状预先编程并存储在存储单元中。用于孔径模块的不同图案为散景创建不同的外观和感觉。例如，为了获得某种外观，不同的变焦长度或聚焦参数可以要求图案上的变化。进一步地，孔径模块的形状可以被设计成如同甜点切割器(cookie cutters)一样以使得离焦盘以那个形状(例如，心、星星或恐龙)出现。图8示出被设计成任意星形的孔径模块800。

在一些实现中，孔径模块可以被图案化以使得所有像素元件被设计成是不透明的并且用作快门。由于孔径打开/关闭的持续时间可以被电子地改变，所以孔径模块作为快门的性能将超越由物理快门所施加的限制。进一步地，由于配置有孔径模块的电子快门非常安静，所以振动的消失提供图像劣化或噪声的显著降低。

在一些实现中，孔径模块可以被图案化以使得所有像素元件类似地为半透明的以便用作中性密度滤光器。

在其它实现中，孔径模块的像素元件的图案(包括透明度)随时间变化。这可以使能淡入或淡出曝光。例如，通过控制透明度随时间的变化，夜间汽车的灯可以显示为或者尾随汽车变得更亮或者走在汽车运动的前面。例如，可以改变图案，使得光在结束处是星形，但在所有其它时间都是圆盘。在另一种实现中，孔径的尺寸改变使得如果相机在其曝光期间变焦，那么离焦区域从较小变为较大，或反之。在再另一种实现中，孔径模块用来以波形图案淡入和淡出。在进一步的实现中，通过使用孔径模块作为在某些时间打开的快门，可以进行多曝光拍摄。

图9是图示出根据本公开的一种实现的用于控制孔径模块的形状和透明度的变化的过程900的流程图。在过程900中，在块910处，通过控制像素阵列而变化孔径模块的透明度。在一种实现中，像素阵列以同心圆布置。以同心圆布置的像素阵列可以用于形成切趾滤光器。在块920处做出确定：透明度的变化是否应当在固定的时段上是固定的。如果在块920处确定透明度的变化在固定的时段上应当是固定的，那么在块930处，孔径模块的透明度在固定的时段上是固定的。否则，如果在块920处确定透明度的变化在固定的时段上应当是可变的，那么在块940处，孔径模块的透明度在固定的时段上是变化的。

前述方法和装置易于进行许多变化。例如，虽然说明书在透镜或成像系统的上下文中描述孔径模块或装置，但是可以在包括孔径的任何系统中使用孔径模块。此外，为了清楚和简要描述，方法和装置的许多描述已被简化。许多描述使用特定标准的术语和结构。但是，所公开的方法和装置是更广泛适用的。

本领域技术人员将理解的是，结合本文所公开的实现而描述的各种说明性逻辑块、模块、单元和算法步骤通常可以实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经在上面在功能性方面一般性地描述了各种说明性组件、块、模块和步骤。这种功能性是实现为硬件还是软件取决于整个系统上施加的特定约束。本领域技术人员可以对于每一个具体的系统以变化的方式实现所描述的功能性，但是这种实现决策不应当被解释为导致脱离本公开的范围。此外，在单元、模块、块或步骤内功能的分组是为了便于描述。在不脱离本公开的情况下，可以从一个单元、模块或块中移走特定功能或步骤。

提供所公开实现的以上描述以使得任何本领域技术人员能够实现或使用本公开。对这些实现的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用到其它实现。因此，技术不限于上述具体例子。因此，应当理解的是，本文给出的描述和附图表示本公开的当前可能的实现，并且因此代表由本公开广泛预期的主题。还应当理解的是，本公开的范围完全包括对于本领域技术人员可能变得显而易见的其它实现，并且本公开的范围因此仅由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

多个透镜元件；以及

孔径模块，耦合到所述多个透镜元件并且包括像素阵列，

其中所述孔径模块被配置为透明度对于每一个像素是可变的。

2.如权利要求1所述的系统，还包括

控制器，被配置为控制所述孔径模块的图案和透明度的变化。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器将所述图案和透明度的变化控制为在固定的时段上是固定的。

4.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器将所述图案和透明度的变化控制为是随时间变化的。

5.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器通过控制所述像素阵列来改变所述孔径模块的图案和透明度。

6.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器通过将所有像素变为不透明或透明来控制所述像素阵列以使得所述孔径模块能够充当快门。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述像素阵列布置在可变孔径的同心圆中。

8.如权利要求7所述的系统，其中布置在所述同心圆中的所述像素阵列形成切趾滤光器。

9.如权利要求7所述的系统，其中布置在所述同心圆中的所述像素阵列被控制以提供可变孔径。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述孔径模块被配置为在时间上是可变的。

11.一种装置，包括：

接收入射光线的多个光学元件；以及

耦合到所述多个光学元件的像素阵列，

其中所述像素阵列被配置为在图案和透明度上是可变的以处理光线。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述像素阵列布置在可变孔径的同心圆中。

13.如权利要求12所述的装置，其中布置在所述同心圆中的所述像素阵列形成切趾滤光器。

14.如权利要求12所述的装置，其中布置在所述同心圆中的所述像素阵列被控制以提供可变孔径。

15.如权利要求11所述的装置，其中所述像素阵列被配置为在时间上是可变的。

16.一种控制孔径模块的图案和透明度的变化的方法，所述方法包括：

通过控制像素阵列来改变所述孔径模块的所述图案和透明度；

确定在固定的时段上所述图案和透明度的期望的变化；

如果确定所述期望的变化是固定的，那么控制所述像素阵列以在固定的时段上保持所述图案和透明度固定；以及

如果确定所述期望的变化是可变的，那么控制所述像素阵列以在固定的时段上变化所述图案和透明度。

17.如权利要求16所述的方法，还包括

将所述像素阵列布置在同心圆中。

18.如权利要求16所述的方法，其中布置在所述同心圆中的所述像素阵列形成切趾滤光器。

19.如权利要求16所述的方法，其中布置在所述同心圆中的所述像素阵列被控制以提供可变孔径。

20.如权利要求16所述的方法，还包括：

通过将所有像素变为不透明或透明来控制所述像素阵列以使得孔径模块能够充当快门。