CN111190315A - 透镜阵列图像转换器件及成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种透镜阵列图像转换器件及成像装置，所述透镜阵列图像转换器件包括第一透镜阵列、光阑、第二透镜阵列，所述第一透镜阵列包括多个第一透镜单元，所述第二透镜阵列包括多个第二透镜单元，所述光阑包括多个通光孔，每一通光孔第一端的孔径与所述第一透镜单元的通光孔径相适配，每一通光孔第二端的孔径与所述第二透镜单元的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对。本发明具有成像质量高，响应速度快及光焦度较大的优点。

Description

透镜阵列图像转换器件及成像装置
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种透镜阵列图像转换器件及成像装置。
背景技术
液晶透镜阵列图像转换器件具有体积小，重量轻，功耗小等优势，其无需机械部件实现可调焦距的特点表现出独有的优势。经过近几年的发展，液晶透镜阵列图像转换器件在光通讯器件、光纤开关、光偏转器件、3D显示、集成图像系统及图像处理等各种领域具有极大的潜在应用价值。
目前液晶透镜阵列图像转换器件的可调焦距液晶透镜形成的根本机制在于产生调制透镜中间和边缘的光程差，在液晶透镜中形成梯度折射率变化的轮廓，以实现电场调制焦距的变化。实现梯度折射率的变化按液晶层厚度是否均匀来分类，主要有两种，即均匀液晶层厚度结构和非均匀液晶层厚度结构。
液晶透镜的光焦度与有效孔径的平方成反比，液晶透镜的光焦度与有效厚度成正比；同时，液晶透镜的响应速度与厚度的平方成反比。由于液晶透镜各参数之间相互制约，很难将透镜口径做大的同时满足快速的响应时间和更大的光焦度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种成像质量高及响应速度快的透镜阵列图像转换器件及成像装置。
第一方面，本发明提供一种透镜阵列图像转换器件，包括：第一透镜阵列、光阑、第二透镜阵列，所述第一透镜阵列包括多个第一透镜单元，所述第二透镜阵列包括多个第二透镜单元，所述光阑包括多个通光孔，每一通光孔第一端的孔径与所述第一透镜单元的通光孔径相适配，每一通光孔第二端的孔径与所述第二透镜单元的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对。
优选地，所述通光孔包括第一通光孔和第二通光孔，每一第一通光孔的孔径与所述第一透镜单元的通光孔径相适配，每一第二通光孔的孔径与所述第二透镜单元的通光孔径相适配。
优选地，所述第一通光孔孔径、所述第二通光孔孔径、所述第一透镜单元的孔径以及所述第二透镜单元的孔径相等。
优选地，所述第一透镜阵列与场景的距离为L1，所述场景经所述第一透镜阵列后所成像的像距为L2，所述第一透镜阵列所成像作为所述第二透镜阵列成像的物象，所述物象与所述第二透镜阵列之间的距离为L3，所述物象经所述第二透镜阵列成像的像距为L4，所述L1、L2、L3及L4之间满足以下关系：
Figure BDA0001865761470000021
优选地，所述透镜阵列图像转换器件还包括：第三透镜阵列和第四透镜阵列，所述第二透镜阵列位于所述第一透镜阵列与所述第三透镜阵列之间，所述第三透镜阵列位于所述第二透镜阵列与所述第四透镜阵列之间。
优选地，所述L1、L2、L3及L4相等。
优选地，所述L1等于2f，其中f为第一透镜阵列的焦距。
优选地，所述L1＝L2＝2f1、L3＝L4＝2f2，所述f1为第一透镜阵列的焦距，所述f2为第二透镜阵列的焦距。
优选地，所述第一透镜阵列或/和所述第二透镜阵列包括液晶透镜阵列。
第二方面，本发明还提供一种成像装置，包括如第一方面任一项所述的透镜阵列图像转换器件。
本发明的透镜阵列图像转换器件及成像装置具有如下有益效果：本发明的透镜阵列图像转换器件通过所述第一透镜阵列、光阑、第二透镜阵列之间的配合，所述第一透镜阵列包括多个第一透镜单元，所述第二透镜阵列包括多个第二透镜单元，所述光阑包括多个通光孔，每一通光孔第一端的孔径与所述第一透镜单元的通光孔径相适配，每一通光孔第二端的孔径与所述第二透镜单元的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对。即采用透镜阵列组合的形式，并通过光阑限定视场角度、屏蔽杂散光，因此，成像质量高，响应速度快，光焦度较大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明透镜阵列图像转换器件第一种实施例的结构示意图；
图2为图1所示的透镜阵列图像转换器件与场景配合时的光路图；
图3示出了本发明透镜阵列图像转换器件第二种实施例的结构示意图；
图4为图3所示的透镜阵列图像转换器件与场景配合时的光路图；
图5示出了本发明透镜阵列图像转换器件第三种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
请参阅图1及图2，本发明提供一种透镜阵列图像转换器件，包括：第一透镜阵列1、光阑2、第二透镜阵列3，所述第一透镜阵列1包括多个第一透镜单元11，多个所述第一透镜单元11排成若干行及若干列，以对穿过所述第一透镜阵列1的光线进行预处理。其中，所述第一透镜阵列1、第二透镜阵列3可以是液晶透镜阵列，也可以是凸透镜阵列，在此不做具体限定。
液晶透镜具有焦距可控、功耗低、结构轻巧等优点，在本实施例中，所述第一透镜阵列1是液晶透镜阵列。其中，所述液晶透镜阵列可以包括向列相液晶或/和蓝相液晶透镜，而蓝相液晶透镜它主要存在以下几个方面的优点：(1)亚毫秒级别的响应时间，比普通向列相液晶快了将近10倍；(2)不需要取向层，制作工艺简单。其中，本实施例所述的第一透镜阵列1是蓝相液晶透镜阵列。
此外，所述蓝相液晶透镜可以是基于曲面电极的蓝相液晶透镜、基于光学隐藏结构的蓝相液晶透镜、基于多电极结构的蓝相液晶透镜或基于表面浮雕结构的蓝相液晶透镜等。更具体地，在本实施例中，所述液晶透镜是基于多电极结构的蓝相液晶透镜，由于基于多电极结构的蓝相液晶透镜工作时通过给每个电极施加不同的电压，便可以得到完美抛物线形的相位分布，从而可获取高质量的图像。
所述第二透镜阵列3包括多个第二透镜单元31，所述第二透镜阵列3与所述第一透镜阵列1间隔设置。在本实施例中，所述第二透镜阵列3与所述第一透镜阵列1的结构相同，因此，其结构在此不再赘述。可以理解的是，所述第二透镜阵列3与所述第一透镜阵列1的结构可以不同，因此，所述第二透镜阵列3的结构在此不做具体限定。
所述光阑2包括多个通光孔21，每一通光孔21第一端的孔径与所述第一透镜单元11的通光孔径相适配，所述第一透镜单元11与所述通光孔21一一对应设置。每一通光孔21第二端的孔径与所述第二透镜单元31的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对，所述第二透镜单元31与所述通光孔21一一对应设置。较佳地，所述通光孔21包括第一通光孔211和第二通光孔212，每一第一通光孔211的孔径与所述第一透镜单元11的通光孔径相适配，每一第二通光孔212的孔径与所述第二透镜单元31的通光孔径相适配。所述第一通光孔211与所述第二通光孔212位置相对应，因而可较好地限定视场角度及屏蔽杂散光，提高了成像质量。
可以理解的是，所述第一通光孔211与所述第二通光孔212可以为同轴设置，所述第一通光孔211与所述第二通光孔212也可以不为同轴设置。在本实施例中，所述第一通光孔211与所述第二通光孔212为同轴设置，所述第一通光孔211孔径、所述第二通光孔212孔径、所述第一透镜单元11的孔径以及所述第二透镜单元31的孔径相等，因此，较好地屏蔽杂散光。
使用时，所述第一透镜阵列1与场景img1的距离为L1，所述场景img1经所述第一透镜阵列1后所成像的像距为L2，所述场景img1经所述第一透镜阵列1后所成像为初始场景像img2，所述第一透镜阵列1所成像作为所述第二透镜阵列3成像的物象(即初始场景像img2)，所述物象与所述第二透镜阵列3之间的距离为L3，所述物象经所述第二透镜阵列3成像的像距为L4，在本实施例中，所述物象经所述第二透镜阵列3后所成的像为最终转换场景像img3，所述L1、L2、L3及L4之间满足以下关系：
Figure BDA0001865761470000061
因此，其能够转换修改所述场景img1的成像位置、达到调节焦距的目的，最终实现1:1的图像转换，具有响应速度快、变化多样等优点。较佳地，所述L1、L2、L3及L4相等，所述L1等于2f，其中f为第一透镜阵列1的焦距，所述L1＝L2＝2f1、L3＝L4＝2f2，所述f1为第一透镜阵列1的焦距，所述f2为第二透镜阵列3的焦距。因而，不仅成像质量好，而且便于生产制造。
由上可知，本发明的透镜阵列图像转换器件通过所述第一透镜阵列1、光阑2、第二透镜阵列3之间的配合，所述第一透镜阵列1包括多个第一透镜单元11，所述第二透镜阵列3包括多个第二透镜单元31，所述光阑2包括多个通光孔21，每一通光孔21第一端的孔径与所述第一透镜单元11的通光孔径相适配，每一通光孔21第二端的孔径与所述第二透镜单元31的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对。即采用透镜阵列组合的形式，并通过光阑2限定视场角度、屏蔽杂散光，因此，成像质量高，响应速度快，光焦度较大。
实施例2
请参阅图3及图4，本实施例与实施例1的结构相似，其相同之处在于：所述透镜阵列图像转换器件均包括第一透镜阵列1、光阑2、第二透镜阵列3，所述第一透镜阵列1包括多个第一透镜单元11，所述第二透镜阵列3包括多个第二透镜单元31，所述光阑2包括多个通光孔21，每一通光孔21第一端的孔径与所述第一透镜单元11的通光孔径相适配，每一通光孔21第二端的孔径与所述第二透镜单元31的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对。其不同之处在于：本实施例的第一透镜阵列1与第二透镜阵列3之间的距离小于实施例1的所述第一透镜阵列1与第二透镜阵列3之间的距离，因而，结构较紧凑，可应用在集成度高的场景中，应用场景较广。
实施例3
请参阅图5，本实施例与实施例1的结构相似，其相同之处在于：所述透镜阵列图像转换器件均包括第一透镜阵列1、光阑2、第二透镜阵列3，所述第一透镜阵列1包括多个第一透镜单元11，所述第二透镜阵列3包括多个第二透镜单元31，所述光阑2包括多个通光孔21，每一通光孔21第一端的孔径与所述第一透镜单元11的通光孔径相适配，每一通光孔21第二端的孔径与所述第二透镜单元31的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对。
其不同之处在于：本实施例的所述透镜阵列图像转换器件还包括：第三透镜阵列4、第四透镜阵列5及消杂光光阑6，所述第二透镜阵列3位于所述第一透镜阵列1与所述第三透镜阵列4之间，所述第三透镜阵列4位于所述第二透镜阵列3与所述第四透镜阵列5之间。所述消杂光光阑6与所述第三透镜阵列4及第四透镜阵列5相连，用于消除杂光。在本实施例中，所述第三透镜阵列4及第四透镜阵列5与实施例1所述的第一透镜阵列1的结构相同，所述消杂光光阑6与实施例1所述的蓝相液晶透镜阵列的结构相同，其结构在此不再赘述。
实施例4
本发明还提供一种成像装置，包括如实施例1或/和实施例2或/和实施例3所述的透镜阵列图像转换器件。由于本实施例的透镜阵列图像转换器件与实施例1或/和实施例2或/和实施例3所述的透镜阵列图像转换器件的结构相同，因此，也具备相同的技术效果。其中，所述成像装置可以是摄像机、录像机、手机或无人机等，在此不做具体限定。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜阵列图像转换器件，其特征在于，包括：第一透镜阵列、光阑、第二透镜阵列，所述第一透镜阵列包括多个第一透镜单元，所述第二透镜阵列包括多个第二透镜单元，所述光阑包括多个通光孔，每一通光孔第一端的孔径与所述第一透镜单元的通光孔径相适配，每一通光孔第二端的孔径与所述第二透镜单元的通光孔径相适配，所述第一端与所述第二端相对。
2.根据权利要求1所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述通光孔包括第一通光孔和第二通光孔，每一第一通光孔的孔径与所述第一透镜单元的通光孔径相适配，每一第二通光孔的孔径与所述第二透镜单元的通光孔径相适配。
3.根据权利要求2所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述第一通光孔孔径、所述第二通光孔孔径、所述第一透镜单元的孔径以及所述第二透镜单元的孔径相等。
4.根据权利要求1至3任一项所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述第一透镜阵列与场景的距离为L1，所述场景经所述第一透镜阵列后所成像的像距为L2，所述第一透镜阵列所成像作为所述第二透镜阵列成像的物象，所述物象与所述第二透镜阵列之间的距离为L3，所述物象经所述第二透镜阵列成像的像距为L4，所述L1、L2、L3及L4之间满足以下关系：
Figure FDA0001865761460000011
5.根据权利要求1或2所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述透镜阵列图像转换器件还包括：第三透镜阵列和第四透镜阵列，所述第二透镜阵列位于所述第一透镜阵列与所述第三透镜阵列之间，所述第三透镜阵列位于所述第二透镜阵列与所述第四透镜阵列之间。
6.根据权利要求4所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述L1、L2、L3及L4相等。
7.根据权利要求6所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述L1等于2f，其中f为第一透镜阵列的焦距。
8.根据权利要求4所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述L1＝L2＝2f1、L3＝L4＝2f2，所述f1为第一透镜阵列的焦距，所述f2为第二透镜阵列的焦距。
9.根据权利要求1至3任一项所述的透镜阵列图像转换器件，其特征在于，所述第一透镜阵列或/和所述第二透镜阵列包括液晶透镜阵列。
10.一种成像装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的透镜阵列图像转换器件。
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