CN113037956A - 成像装置、移动终端和图像感测方法 - Google Patents

成像装置、移动终端和图像感测方法 Download PDF

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CN113037956A CN202010767187.3A CN202010767187A CN113037956A CN 113037956 A CN113037956 A CN 113037956A CN 202010767187 A CN202010767187 A CN 202010767187A CN 113037956 A CN113037956 A CN 113037956A
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imaging optical
array
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崔奎焕
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Abstract

提供一种成像装置、移动终端和图像感测方法。所述成像装置包括：感测阵列，包括多个感测元件；成像透镜阵列，包括多个成像光学透镜，所述多个成像光学透镜中的每个具有与光轴垂直的非圆形截面并且被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；以及聚光透镜阵列，包括多个聚光透镜，所述多个聚光透镜设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为将穿过成像透镜阵列的光透射到感测元件，其中，所述多个成像光学透镜的数量小于所述多个聚光透镜的数量。

Description

成像装置、移动终端和图像感测方法
本申请要求于2019年12月24日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0174035号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
与示例性实施例一致的方法和设备涉及与成像装置相关的技术。
背景技术
由于光学技术和图像处理技术的发展，捕获装置被用在诸如多媒体内容、安全和识别的广泛领域中。例如，捕获装置可安装在移动装置、相机、车辆或计算机上以捕获图像、识别对象或者获得用于控制装置的数据。捕获装置的体积可由透镜的尺寸、透镜的焦距和传感器的尺寸来确定。为了减小捕获装置的体积，可使用包括小透镜的多个透镜。
发明内容
一个或多个示例性实施例可至少解决以上问题和/或缺点以及以上未描述的其他缺点。此外，不要求示例性实施例克服上述缺点，并且示例性实施例可能不克服上述任何问题。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种成像装置，所述成像装置包括：感测阵列，包括多个感测元件；成像透镜阵列，包括多个成像光学透镜，所述多个成像光学透镜中的每个具有与光轴垂直的非圆形截面并且被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；以及聚光透镜阵列，包括多个聚光透镜，所述多个聚光透镜设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为将穿过成像透镜阵列的光透射到感测元件，其中，所述多个成像光学透镜的数量小于所述多个聚光透镜的数量。
所述成像装置还可包括附加光学透镜阵列，附加光学透镜包括多个附加光学透镜，所述多个附加光学透镜中的每个具有与光轴垂直的圆形截面和非圆形截面中的一个，附加光学透镜阵列和感测阵列分别设置在成像透镜阵列的背对侧。
成像透镜阵列可被设置为比附加光学透镜阵列更靠近聚光透镜阵列。
所述成像装置还可包括被配置为透射光的光圈，光圈和感测阵列分别设置在成像光学阵列的背对侧。
感测阵列可包括包含所述多个感测元件中的部分感测元件的感测区，感测区被配置为从所述多个成像光学透镜接收光并且为为矩形，并且所述多个成像光学透镜中的每个的截面可对应于具有大于矩形感测区的短边的长度的直径的圆形透镜的部分。
所述多个成像光学透镜中的每个可对应于圆形透镜的直径大于矩形感测区的短边的长度的部分被切除的圆形透镜。
所述多个成像光学透镜中的每个可被配置为与从光圈的边缘点到感测区的边界的虚拟直线相交。
在所述多个成像光学透镜的外围部分，平行于从所述多个成像光学透镜中的每个的中心到感测区的边界的虚拟直线入射的第一光线的第一折射角可等于平行于所述多个成像光学透镜中的每个的主光轴入射的第二光线的第二折射角。
第一光线到达感测阵列所沿的第一光路与第二光线到达感测阵列所沿的第二光路之间的差可小于阈值路径差。
所述成像装置还可包括：处理器，被配置为基于由感测阵列感测的感测信息来生成图像。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种成像装置，所述成像装置包括：成像光学透镜，具有与光轴垂直的非圆形截面，成像光学透镜被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；以及感测阵列，包括多个感测元件，感测阵列被配置为通过包括在感测区中的所述多个感测元件之中的感测元件感测穿过成像光学透镜的光，其中，成像光学透镜和感测阵列以分数对准结构来设置。
所述成像装置还可包括：附加光学透镜，具有与光轴垂直的圆形截面和非圆形截面中的一个，附加光学透镜和感测阵列分别设置在成像光学透镜的背对侧。
成像光学透镜可比附加光学透镜更靠近包括聚光微透镜和感测阵列的图像传感器。
所述成像装置还可包括：光圈，被配置为透射光，光圈和感测阵列分别设置在成像光学透镜的背对侧。
感测阵列可包括包含所述多个感测元件的部分感测元件的感测区，感测区被配置为从成像光学透镜接收光并且为矩形，并且成像光学透镜的截面可对应于具有大于矩形感测区的短边的长度的直径的圆形透镜的部分。
成像光学透镜可对应于圆形透镜的直径大于矩形感测区的短边的长度的部分被切除的圆形透镜。
所述部分在与成像光学透镜对应的感测区的外部。
成像光学透镜的非圆形截面可包括两条弧以及分别与所述两条弧的端部连接的两条直线。
成像光学透镜的非圆形截面可包括四条弧和分别与所述四条弧的端部连接的四条直线。
成像光学透镜的非圆形截面可对应于具有大于或等于感测区的对角线长度的直径的圆的部分。
成像光学透镜的非圆形截面可为四边形。
成像光学透镜可被配置为与从光圈的边缘点到感测区的边界的虚拟线相交。
在成像光学透镜的外围部分，平行于从成像光学透镜的中心到感测区的边界的虚拟直线入射的第一光线的第一折射角可等于与平行于成像光学透镜的光轴入射的第二光线的第二折射角。
第一光线到达感测阵列所沿的第一光路与第二光线到达感测阵列所沿的第二光路之间的差可小于阈值路径差。
非圆形成像光学透镜的截面面积与感测区的面积的比例可大于0.78且小于或等于1。
成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例可大于0.58且小于或等于1。
成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例可大于0.44且小于或等于1。
成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例可大于0.39且小于或等于1。
成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例可大于0.89且小于或等于1。
所述成像装置还可包括：透镜阵列，包括多个非圆形成像光学透镜。
所述成像装置还可包括：处理器，被配置为基于由感测阵列感测的感测信息来生成图像。
所述成像装置还可包括：透镜阵列，包括具有与成像光学透镜相同的形状和相同的尺寸的附加成像光学透镜，其中，成像光学透镜和附加成像光学透镜可沿同一平面设置。
分数对准结构可以是感测区包括非整数数量的感测元件的结构。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种成像装置，所述成像装置包括：成像透镜阵列，包括多个非圆形成像光学透镜，所述多个非圆形成像光学透镜中的每个被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；以及感测阵列，包括多个感测区，所述多个感测区中的每个被配置为感测穿过所述多个成像光学透镜的光，所述多个感测区各自包括多个感测元件。
所述多个感测区中的每个可包括四个或更多个感测元件。
所述多个感测区中的每个可包括九个或更多个感测元件。
所述成像装置还可包括被配置为透射光的光圈，光圈和感测阵列分别设置在成像透镜阵列的背对侧。
所述成像装置还可包括：滤波器，设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为阻挡穿过滤波器的部分波长的光。
所述成像装置还可包括附加光学透镜，附加光学透镜具有与所述成像装置的光轴垂直的圆形截面和非圆形截面中的一个，附加光学透镜和感测阵列分别设置在成像透镜阵列的背对侧。
所述成像装置还可包括被配置为基于由感测阵列感测的感测信息来生成图像的处理器。
非圆形成像光学透镜的截面面积与感测元件的面积的比例范围可从0.78到1.0。
所述成像装置还可包括：聚光透镜阵列，包括多个聚光透镜，所述多个聚光透镜设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为将穿过成像透镜阵列的光透射到感测阵列。
所述多个聚光透镜的数量可大于所述多个非圆形成像光学透镜的数量。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种移动终端，所述移动终端包括：图像感测组件，被配置为通过非圆形成像光学透镜接收外部光，并且基于通过多个感测元件感测外部光来生成感测信息；处理器，被配置为基于感测信息重构输出图像；以及存储器，被配置为存储感测信息和输出图像中的至少一个。
图像感测组件还可包括：多个聚光透镜，被设置在非圆形成像光学透镜与所述多个感测元件之间并且被配置为将穿过非圆形成像光学透镜的光透射到所述多个感测元件。
非圆形成像光学透镜可被设置为最靠近所述多个聚光透镜。
移动终端还可包括可包含多个感测元件的感测区，感测区被配置为从非圆形成像光学透镜接收光并且感测区为矩形，并且非圆形成像光学透镜的截面可对应于具有大于矩形感测区的短边的长度的直径的圆的部分。
非圆形成像光学透镜可对应于具有直径大于矩形感测区的短边的长度的部分被切除的圆形透镜。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种成像装置，所述成像装置包括：感测阵列，包括多个感测元件和包括所述多个感测元件的部分的感测区；成像透镜阵列，包括多个成像光学透镜，所述多个成像光学透镜中的每个具有与光轴垂直的非圆形截面并且被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；聚光透镜阵列，包括多个聚光透镜，所述多个聚光透镜设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为将穿过成像透镜阵列的光透射到感测元件；附加光学透镜阵列，包括多个附加光学透镜并且与感测阵列背对设置在成像透镜阵列上，其中，所述多个成像光学透镜的每个中的非圆形截面对应于圆形透镜的直径大于矩形感测区的短边的长度的部分被切除的圆形透镜。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种图像感测方法，所述图像感测方法包括：在感测阵列中的对应于成像光学透镜的感测区中，接收穿过具有与主轴垂直的非圆形截面的成像光学透镜的光；以及通过感测穿过成像光学透镜的光来生成与感测区有关的感测信息。
接收的步骤可包括：在感测区的边界处接收第一光线，第一光线与从成像光学透镜的中心到感测区的边界的虚拟直线平行地入射并且被成像光学透镜的外围部分以第一折射角折射，以及在感测区的中心处接收第二光线，第二光线与成像光学透镜的光轴平行地入射并且被成像光学透镜的外围部分以相似于第一折射角的第二折射角折射。
第一光线到达感测区的边界所沿的第一光路与第二光线到达感测区的中心所沿的第二光路之间的差可小于阈值路径差。
接收的步骤可包括：通过感测阵列中的至少一个感测元件来接收穿过不同成像光学透镜的光线。
生成的步骤可包括：针对分别与多个成像光学透镜对应的感测区，感测到达属于相应的感测区的感测元件的光的强度值。
所述图像感测方法还可包括：基于感测的强度值来重构分别与所述多个成像光学透镜对应的图像。
附图说明
通过参照附图描述示例性实施例，以上和/或其他方面将更清楚，其中：
图1A和图1B示出根据示例性实施例的成像装置的结构；
图2示出根据示例性实施例的成像装置的结构；
图3示出根据示例性实施例的包括在成像装置中的透镜的形状的示例；
图4示出根据示例性实施例的包括在成像装置中的非圆形成像光学透镜；
图5A至图5E示出根据示例性实施例的非圆形成像光学透镜的形状的示例；
图6示出根据示例性实施例的非圆形成像光学透镜的垂直长度与感测区的对角线长度之间的关系；
图7示出根据示例性实施例的成像装置的光路；
图8A和图8B示出根据示例性实施例的调制传递函数(MTF)；
图9示出根据示例性实施例的成像装置中的包括非圆形透镜的透镜阵列；
图10示出根据示例性实施例的成像装置中的通过矩形透镜的有效感测区；
图11示出根据示例性实施例的成像装置中的包括四边形透镜的透镜阵列；
图12是示出根据示例性实施例的成像装置的配置的框图；
图13示出根据示例性实施例的移动终端；以及
图14是示出根据示例性实施例的图像感测方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述一些示例性实施例。然而，可对示例性实施例做出各种改变和修改。这里，示例性实施例不被解释为限于公开，而应当被理解为包括公开的思想和技术范围内的所有改变、等同物和替代物。
在此使用的术语仅为了描述特定示例性实施例的目的，而不将限制示例性实施例。除非上下文另外清楚地指示，否则如在此所用，单数形式也意在包括复数形式。还将理解的是，术语“包含”和/或“包括”在此使用时，说明存在叙述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。诸如“中的至少一个”的表述在一列元素之后时，修改整列元素，而不修饰列中的个体元素。例如，“a、b和c中的至少一个”应当理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c两者、或者包括a、b和c中的全部。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例性实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应当被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式化的含义进行解释。
当参照附图描述示例性实施例时，相同的参考标号表示相同的构成元件，并且与之相关的重复描述将被省略。在示例性实施例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将导致对本公开的模糊解释时，将省略这样的描述。
图1A和图1B示出根据示例性实施例的成像装置的结构。图1A是成像装置的立体图，并且图1B是成像装置的截面图。
参照图1A和图1B，成像装置100包括透镜阵列110和图像传感器120。透镜阵列110包括透镜元件，并且图像传感器120包括感测元件。透镜元件可沿透镜阵列110的平面设置，感测元件可沿图像传感器120中的感测阵列121的平面设置。透镜阵列110的平面可与感测阵列121的平面平行。透镜阵列110可以是用于成像的微型多透镜阵列(MMLA)，并且也可以是成像透镜阵列。
图像传感器120可包括感测阵列121、滤光器122和聚光透镜阵列123。根据示例性实施例，当图像传感器120不包括滤光器122时，聚光透镜阵列123的单独聚光微透镜123a可被配置为具有透射预定波长波段并且阻挡除了预定波长波段之外的其余波长波段的光学特性。
聚光透镜阵列123可包括被配置为将穿过透镜阵列110的光聚集在感测阵列121上的多个聚光微透镜。例如，包括在聚光透镜阵列123中的聚光微透镜的数量可等于包括在感测阵列121中的感测元件的数量。多个聚光微透镜可设置在成像光学透镜与感测阵列121之间，以通过将光聚集在感测元件121a上来将穿过成像光学透镜的光透射到与各个聚光微透镜123a对应的感测元件121a。例如，如图1B中所示，聚光微透镜123a可设置在感测阵列121的每个感测元件121a上方，以将光聚集在设置在其下方的感测元件121a上。此外，如图1B中所示，滤色器122a可设置在每个聚光微透镜123a与每个感测元件121a之间。
滤光器122可以是具有透射预定波长波段并且阻挡其余波长波段的光学特性的滤波器。例如，滤光器122可被实现为包括沿滤波器平面设置的多个滤色器的滤色器阵列(CFA)。每个滤色器122a可以是透射与预定颜色对应的波长波段的光并且阻挡除了预定颜色之外的其余波长波段的光的滤波器。例如，滤色器122a可包括红通滤波器、绿通滤波器和蓝通滤波器。红通滤波器可透射与红色对应的波长波段的光，并且阻挡除了与红色对应的波长波段之外的其余波长波段的光。绿通滤波器可透射与绿色对应的波长波段的光并且阻挡除了与绿色对应的波长波段之外的其余波长波段的光。蓝通滤波器可透射与蓝色对应的波长波段的光并且阻挡除了与蓝色对应的波长波段之外的其余波长波段的光。在CFA中，分别透射颜色光的滤色器可以以拜耳图案或另外的图案设置。滤光器122也可以是透射可见光波段并且阻挡红外波段的红外截止滤波器。
由图像传感器120捕获和重构的图像的质量可由包括在感测阵列121中的感测元件的数量和入射到感测元件121a的光的强度来确定。例如，图像的分辨率可由包括在感测阵列121中的感测元件的数量来确定，图像的感光度可由入射在感测元件121a上的光的强度来确定，并且入射光的强度可由感测元件121a的尺寸来确定。当感测元件121a的尺寸增大时，光的强度可增加，并且感测阵列121的动态范围可增大。因此，当包括在感测阵列121中的感测元件的数量增大时，图像传感器120可捕获更高分辨率的图像，并且当感测元件121a的尺寸增大时，图像传感器120可在低亮度环境下捕获高感光度图像时更有利地操作。
成像装置100的体积可由透镜元件111的焦距来确定。具体地，成像装置100的体积可由透镜元件111与感测阵列121之间的间隔来确定。这是因为图像传感器120需要与透镜元件111间隔与透镜元件111的焦距对应的距离，以收集由透镜元件111折射的光。因此，透镜阵列110的平面可与图像传感器120间隔与包括在透镜阵列110中的透镜元件111的焦距对应的距离。透镜元件111的焦距由成像装置100的视场(FoV)和透镜元件111的尺寸来确定。如果FoV固定，则焦距与透镜元件111的尺寸成比例地增大。为了捕获预定FoV范围的图像，透镜元件111的尺寸需要随着感测阵列121的尺寸增大而增大。
根据以上描述，为了在保持图像的FoV和分辨率的同时增大图像的感光度，图像传感器120的体积增大。例如，为了在保持图像的分辨率的同时增大图像的感光度，需要在保持包括在感测阵列121中的感测元件的数量的同时增大每个感测元件的尺寸，因此感测阵列121的尺寸增大。在这个示例中，为了保持FoV，随着感测阵列121的尺寸增大，透镜元件111的尺寸增大，并且透镜元件111的焦距增大，因此图像传感器120的体积增大。
根据示例性实施例，随着包括在透镜阵列110中的每个透镜元件的尺寸减小(即，随着包括在透镜阵列110上的相同区域中的透镜的数量增大)，透镜元件111的焦距可减小，并且成像装置100的厚度可减小。因此，可实现相对薄的相机。在这个示例中，成像装置100可通过重新布置和组合由每个透镜元件111捕获的低分辨率图像来重构高分辨率输出图像。
透镜阵列110的单个透镜元件111可覆盖感测阵列121的与其透镜尺寸对应的预定感测区129。在感测阵列121中，透镜元件111所覆盖的感测区129可根据相应的透镜元件111的透镜尺寸来确定。感测区129可以是感测阵列121上的区域，并且预定FoV范围的光线可在穿过透镜元件111之后到达感测区129。感测区129的尺寸可由从感测区129的中心到最外点的距离或对角线长度来表示。穿过成像光学透镜的光可在感测阵列121中的与成像光学透镜对应的感测区129中被接收。也就是说，穿过单个透镜元件111的光可入射到感测阵列121的包括在感测区129中的对应的单个感测元件。
感测阵列121的感测元件中的每个可基于穿过透镜阵列110的透镜的光线来生成感测信息。例如，感测元件121a可感测通过透镜元件111接收的光的强度值作为感测信息。成像装置100可基于从感测阵列121输出的感测信息来确定对应于与包括在成像装置100的FoV中的点相关的原始信号的强度信息，并且基于确定的强度信息来重构捕获的图像。例如，感测阵列121的单个感测元件121a可以是利用互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合器件(CCD)来配置的光学感测元件。
此外，感测元件121a可通过感测穿过滤色器122a的光来生成与期望颜色对应的颜色强度值作为感测信息。构成感测阵列121的多个感测元件中的每个可被设置为感测与通过空间上与该感测元件相邻的相邻感测元件所感测的颜色不同的颜色。
当充分确保感测信息的多样性，并且在与包括在成像装置100的FoV中的点对应的原始信号信息和感测信息之间形成满秩关系时，可得到与感测阵列121的最大分辨率对应的捕获图像。可基于成像装置100的参数(诸如，包括在透镜阵列110中的透镜的数量和包括在感测阵列121中的感测元件的数量)来确保感测信息的多样性。
在用于成像的多透镜阵列结构中，成像光学透镜和感测阵列121可以以分数对准结构(fractional alignment structure)设置。例如，分数对准结构可以是由单个透镜元件111覆盖的感测区129包括非整数数量的感测元件的结构。感测阵列121的每个感测区129可包括例如四个或更多个感测元件。在另一示例中，每个感测区129可包括九个或更多个感测元件。
如果包括在透镜阵列110中的透镜元件具有相同的透镜尺寸，则包括在透镜阵列110中的透镜元件的数量和包括在感测阵列121中的感测元件的数量可互质(relativelyprime)。与透镜阵列110的一个轴对应的透镜元件的数量L和与感测阵列121的一个轴对应的感测元件的数量P的比例P/L可被确定为实数。由透镜元件中的每个覆盖的感测元件的数量可等于与P/L对应的像素偏移的数量。例如，图1A的感测区129可包括沿横轴的7/3＝2.3个感测元件和沿纵轴的11/3＝3.67个感测元件。此外，透镜元件111可覆盖多个(例如，非整数数量的)聚光微透镜123a。因此，图像传感器120中的聚光微透镜123a的数量可等于感测阵列121的感测元件121a的数量，并且透镜阵列110的透镜元件111(例如，成像光学透镜)的数量可小于聚光微透镜的数量。
通过如上所述的分数对准结构，成像装置100可具有每个透镜元件111的光学中心轴(OCA)相对于感测阵列121的稍微不同的布置。也就是说，透镜元件111可相对于感测元件121a偏心(eccentric)。例如，感测阵列121的至少一个感测元件可接收穿过不同的成像光学透镜的光线。参照图1B的示例，来自左侧的第四感测元件可接收穿过左边的透镜元件111和中间透镜元件的光线。因此，透镜阵列110的每个透镜元件111可接收不同的光场信息。光场(LF)可从预定目标点发射，并且可以是指示在被摄体上的预定点处反射的光线的方向和强度的场。光场信息可以是组合了多个光场的信息。由于每个透镜元件111的主光线的方向也改变，所以每个感测区129接收不同的光场信息。因此，成像装置100可光学地获得更多感测信息。针对分别与多个成像光学透镜对应的感测区，图像传感器120可感测到达属于相应的感测区的感测元件的光的强度值。图像传感器120的处理器可基于感测的强度值来重构分别与多个成像光学透镜对应的图像(例如，多个低分辨率图像)。因此，成像装置100可通过如上所述获得的各种感测信息来获取多个低分辨率输入图像，并从低分辨率输入图像重构较高分辨率输出图像。
图2示出根据示例性实施例的成像装置的结构。
参照图2，成像装置200可包括成像透镜阵列210、感测阵列220、附加透镜阵列230和开口240。图2仅示出感测阵列220，但是示例实施例不限于此，并且图1A和图1B的其他感测元件可被包括。例如，滤光器122和聚光透镜阵列123还可设置在感测阵列220与成像透镜阵列210之间。
成像透镜阵列210可包括用于成像的光学透镜元件。透镜元件211也可被称为成像光学透镜，并且成像装置200的f数可由成像光学透镜211的焦距f来设置。成像透镜阵列210、成像光学透镜211、感测阵列220和感测区229分别与图1A和图1B的透镜阵列110、透镜元件111、感测阵列121和感测区129相同和/或相似。
开口240可包括多个光圈。光圈241可以是例如圆形形状并且透射光。例如，多个光圈可沿与开口240对应的平面形成。多个光圈可通过填充有透明材料而被形成为具有与光轴垂直的圆形截面。然而，示例性实施例不限于此。穿过多个光圈的光线可被透射到与光圈241对应的后续光学元件。在图2中，穿过开口240的光圈241的光线可被透射到附加透镜阵列230的附加透镜231。
附加透镜阵列230可包括多个附加透镜231。多个附加透镜231可沿与附加透镜阵列230对应的虚拟平面设置。包括在附加透镜阵列230中的多个附加透镜231中的每个附加透镜可将从前一层(例如，图2的开口240)接收的光线透射到后续层(例如，图2的成像透镜阵列210)。
作为参考，图2将成像透镜阵列210和附加透镜阵列230中的每个示出为单个层。然而，示例性实施例不限于此。成像装置200还可包括多个成像透镜阵列210和多个附加透镜阵列230。这里，成像透镜阵列210可以是被配置为最终形成图像的透镜阵列，并且在透镜阵列之中被设置为比附加透镜阵列230更靠近感测阵列220，并且成像透镜阵列210和感测阵列220可彼此面对。如果图1的聚光透镜阵列123设置在感测阵列220上，则聚光透镜阵列123可最靠近感测阵列220，并且成像透镜阵列210可下一(例如，第二)最靠近感测阵列220。
在此，成像透镜阵列210和附加透镜阵列230可被称为光学透镜阵列。成像透镜阵列210可比所有其他光学透镜阵列靠近聚光透镜阵列123。非圆形成像光学透镜211与对应的感测区229的面积比可大于圆形透镜与感测区229的面积比。因此，穿过非圆形成像光学透镜211的外围部分的光线到达感测区229的外围部分所需的光功率(optical power)可减小。也就是说，非圆形成像光学透镜211的外围部分处的光学误差可减小。
在下文中，将基于光线从光圈241到达感测阵列所沿的光路上的预定光线所穿过的光学元件来提供描述。例如，将描述光圈241、附加光学透镜231、成像光学透镜211和感测区229的结构和布置，并且该描述也可类似地适用于每个阵列的其余光学元件。
图3示出根据示例性实施例的包括在成像装置中的透镜的形状。
参照图3，在成像装置中，光学元件可以以光圈340、附加光学透镜330和成像光学透镜310的顺序设置。如图3中所示，可提供多个附加光学透镜330和多个成像光学透镜310。
光圈340可透射光。光圈340和感测阵列320可相对于成像光学透镜310设置在背对侧。
成像光学透镜310可以具有与成像装置的主轴垂直的非圆形截面，并且将从外部接收的光透射到感测阵列320。成像光学透镜310可具有非圆形截面，从而覆盖更大的感测区。成像光学透镜310可通过折射从对象接收的光来在感测阵列320的平面上形成图像。以下将参照图4至图5E描述成像光学透镜310的截面。
附加光学透镜330可具有与主轴垂直的圆形截面和非圆形截面中的一个，并且可设置于光圈340与成像光学透镜310之间，使得附加光学透镜330和感测阵列320可相对于成像光学透镜310设置在背对侧。图3示出附加光学透镜330是圆形透镜。然而，示例性实施例不限于此。例如，如果存在多个附加光学透镜330，则多个附加光学透镜330中的一部分可以是圆形透镜，并且多个附加光学透镜330中的其余部分可以是非圆形透镜。
如上所述，感测阵列320可包括多个感测元件，并且使用感测区中的感测元件来感测穿过成像光学透镜310的光
成像装置还可包括滤光器350。滤光器350可设置在成像光学透镜310与感测阵列320之间，并滤除穿过成像光学透镜310的部分波长的光。例如，图3的滤光器350可以是阻挡具有红外波段的波长的光并且透射可见光波段的光的红外滤波器。图3的滤光器350可不同于图1A和图1B的图像传感器120中的滤光器122。
根据示例性实施例，可不在成像光学透镜310与包括感测阵列320的图像传感器之间设置另外的成像透镜。例如，如果成像装置包括诸如附加光学透镜330和成像光学透镜310的多个透镜，则面对感测阵列320的成像光学透镜310可以是比附加光学透镜330更靠近感测阵列320的透镜。
图4示出根据示例性实施例的包括在成像装置中的非圆形成像光学透镜。
在图4中，示出透镜阵列的单个成像光学透镜410和感测阵列中的与成像光学透镜410对应的感测区420的前视图。
感测区420可为矩形。例如，图4示出矩形感测区420的短边的长度a、矩形感测区420的长边的长度b、从矩形感测区420的中心到矩形感测区420的顶点的长度h(例如，对角线半长)和感测区420的对角线长度2h。a、b、h和2h中的每个可以以长度为单位(例如，毫米(mm)、微米(μm)和纳米(nm))来表示。
被构造为小于感测区420的圆形透镜401仅覆盖感测区420的部分，因此从外部接收的光可能不会到达感测区420的未被圆形透镜401覆盖的其余部分。此外，如果圆形透镜401被配置为将光透射到感测区420的未被圆形透镜401覆盖的其余部分，则可能由于圆形透镜401的外围部分处的过度折射而发生光学像差。
根据示例性实施例的成像光学透镜410可以是将具有大于矩形感测区420的短边的长度a的直径的圆形透镜411的部分切除后留下的透镜。例如，成像光学透镜410可以是将具有大于矩形感测区420的短边的长度a的直径的圆形透镜411的部分415切除后留下的透镜，该部分415在与成像光学透镜410对应的感测区420的外部。因此，成像光学透镜410的截面可对应于具有大于矩形感测区420的短边的长度a的直径的圆的部分。在下文中，将参照图5A至图5E描述成像光学透镜410的各种形状。
图5A至图5E示出根据示例性实施例的非圆形成像光学透镜的形状的示例。
在此，成像光学透镜511、512、513、514、515可以是如图4中所述的将圆形透镜的部分切除后留下的透镜，并且可以是非圆形透镜。成像光学透镜511、512、513、514、515的截面可根据感测区520的形状来确定。成像光学透镜511、512、513、514、515的直径可以是切除之前的圆形透镜的直径。圆形透镜的半径可由Lh表示。从成像光学透镜511、512、513、514、515的中心到感测区520的长边的长度可由Lh'表示。
图5A示出成像光学透镜511的直径比感测区520的短边的长度a长并且比感测区520的长边的长度b短的示例。成像光学透镜511的截面可包括两条面对的弧551和552以及分别将一条弧的端部连接到另一条弧的端部的直线553和554。在截面中，第一直线553可将第一弧551的第一端连接到第二弧552的第一端。第二直线554可将第一弧551的第二端连接到第二弧552的第二端。
图5B示出成像光学透镜512的直径比感测区520的长边的长度b长并且比对角线长度2h短的示例。除圆形透镜的上端和下端之外，圆形透镜的两侧部分都在感测区520的外部，因此可被切除。成像光学透镜512可包括四条弧561、563、565和567以及连接四条弧的直线562、564、566和568。第一弧561和第三弧565可彼此面对，并且第二弧563和第四弧567可彼此面对。第一直线562可将第一弧561连接到第二弧563。第二直线564可将第二弧563连接到第三弧565。第三直线566可将第三弧565连接到第四弧567。第四直线568可将第四弧567连接到第一弧561。第一直线562和第三直线566可彼此平行，并且第二直线564和第四直线568可彼此平行。第一直线562和第三直线566可垂直于第二直线564和第四直线568。
图5C示出成像光学透镜513的直径大于或等于感测区520的对角线长度2h的示例。成像光学透镜513的截面可对应于具有大于或等于感测区520的对角线长度2h的直径的圆的部分。在切除上述圆形透镜的部分之后留下的成像光学透镜513的截面可以是四边形。在成像光学透镜513的截面中，第一直线571和第三直线573可彼此平行，并且第二直线572和第四直线574可彼此平行。此外，第一直线571和第三直线573可与第二直线572和第四直线574正交。
非圆形光学透镜可具有大于或等于面向非圆形光学透镜的感测区520的预定截面面积的预定截面面积。图5C示出非圆形光学透镜513与感测区520的面积比为作为最大值的1的示例，图5D示出非圆形光学透镜514与感测区520的面积比为最小值的示例。
图5D示出具有小于图5A的非圆形成像光学透镜511在切除之前的最小直径的直径的透镜514。也就是说，非圆形成像光学透镜511的直径需要大于圆形光学透镜514的直径(即，2Lh>a)，并且非圆形光学透镜与感测区的面积比需要超过基于圆形光学透镜514计算的比例。在图5D的示例中，光学透镜的截面面积与光学透镜面对的感测区520的面积的比率(即，圆形光学透镜514的截面面积SLens,min与感测区520的面积Ssensor的面积比)可由等式1表示。
【等式1】
Figure BDA0002615146110000151
根据等式1，如果感测区520的长边与短边的比例是b:a＝1:1，则最小面积比可以是
Figure BDA0002615146110000152
也就是说，根据图5A至图5D，非圆形成像光学透镜511、512、513、514的截面面积与感测区520的面积的比例可大于0.78且小于或等于1。然而，上述面积比可根据感测区520的长边与短边的比例而改变。例如，如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝4:3，则非圆形成像光学透镜511、512、513、514的截面面积与感测区520的面积的比例可大于0.58且小于或等于1。如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝16:9，则非圆形成像光学透镜511、512、513、514的截面面积与感测区520的面积的比例可大于0.44且小于或等于1。如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝2:1，则非圆形成像光学透镜511、512、513、514的截面面积与感测区520的面积的比例可大于0.39且小于或等于1。如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝4:1，则非圆形成像光学透镜511、512、513、514的截面面积与感测区520的面积的比例可大于0.19且小于或等于1。
图5E示出在参照图5A至图5D描述的成像光学透镜511、512、513和514的尺寸范围中成像光学透镜515的直径2Lh与感测区520的长边的长度b相同的结构。图5E的成像光学透镜515可覆盖穿过感测区520的中心的一个轴(例如，水平轴)上的所有感测元件。在图5E的结构中，成像光学透镜515的面积SLens,med与感测区520的面积Ssensor的比例可由等式2表示。
【等式2】
Figure BDA0002615146110000161
根据等式2，如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝4:3，则非圆形成像光学透镜515的截面面积与感测区520的面积的比例可约为0.8961。因此，图5E、图5B及图5C的成像光学透镜515、512、513的截面面积与感测区520的面积的比例可大于或等于0.89且小于或等于1。相似地，如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝16:9，则非圆形成像光学透镜515、512、513的截面面积与感测区520的面积的比例可大于或等于0.94且小于或等于1。如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝2:1，则非圆形成像光学透镜515、512、513的截面面积与感测区520的面积的比例可大于或等于0.95且小于或等于1。如果感测区520的长边与短边的比例为b:a＝4:1，则非圆形成像光学透镜515、512、513的截面面积与感测区520的面积的比例可大于或等于0.98且小于或等于1。
图6示出根据示例性实施例的非圆形成像光学透镜的垂直长度与感测区的对角线长度之间的关系。
如图6中所示，穿过开口640的光圈的光线可经由附加光学透镜630和成像光学透镜610入射在感测阵列上。成像光学透镜610可与从光圈的边缘点到感测区620的边界的虚拟直线691相交。在圆形透镜中，可切除不与虚拟直线691相交的部分。基于成像光学透镜610中的光轴601的垂直长度Lh'可比圆形透镜的半径Lh小切除长度Cut-h。例如，成像光学透镜610的垂直长度Lh'可小于基于光轴601的对角线半长h。
在切除圆形透镜的部分之后留下的成像光学透镜610的截面可处于如图5A至图5C中所述的形状。然而，示例性实施例不限于此。
如上所述的以切除长度Cut-h切除圆形透镜的部分之后留下的成像光学透镜610可设置为不与对应于感测阵列中的另一感测区的另一成像光学透镜重叠。此外，由于成像光学透镜610与从光圈到感测区620的边界的直线路径相交，所以光学像差和畸变可最小化，直到穿过光圈的光线穿过成像光学透镜610并且到达感测区620为止。
作为参考，图6仅示出同一2D平面上的非圆形成像光学透镜610的垂直长度Lh'与感测区的对角线半长h以描述长度比较，然而本发明不限于此。非圆形成像光学透镜610与感测阵列的真实布置不限于图6的示例。例如，成像光学透镜610和感测阵列可如图1至图4中所示地进行设置。
图7示出根据示例性实施例的成像装置的光路。图7是成像光学透镜710的主光线与边缘光线的成像的示意俯视图。
成像光学透镜710可以是在切除具有直径LD'的圆形透镜的部分之后留下并具有图5A至图5C中所示的形状的透镜，并且圆形透镜的直径LD'可与感测区的对角线长度SD'相同或相似。
这里，在成像光学透镜710的外围部分715处，沿与从成像光学透镜710的中心到感测区720的边界的虚拟直线平行的路径入射的第一光线781的第一折射角θ′可相似于与成像光学透镜710的光轴平行入射的第二光线782的第二折射角Φ′。外围部分715可包括例如与成像光学透镜710的中心间隔开感测区720的对角线半长h的点及其邻近点。第一光线781可被成像光学透镜710的外围部分715折射并且到达感测区720的边界。第二光线782可被同一外围部分715折射并且到达感测区720的中心(例如，焦点)。图像传感器可在感测区720的边界处接收第一光线781，第一光线781与从成像光学透镜710的中心到感测区720的边界的虚拟直线平行地入射并且被成像光学透镜710的外围部分以第一折射角θ′折射。此外，图像传感器可在感测区720的中心处接收第二光线782，第二光线782与成像光学透镜710的光轴平行地入射并且被成像光学透镜710的外围部分以第二折射角Φ′折射。随着第一折射角θ′与第二折射角Φ′之间的差减小，成像装置可获取具有降低的光学像差和畸变的被摄体的图像。
此外，第一光线781到达感测阵列所沿的第一光路与第二光线782到达感测阵列所沿的第二光路之间的差可小于阈值路径差。也就是说，在成像光学透镜中，穿过透镜的0.0场的光(例如，朝向感测区的中心的光)与穿过透镜的1.0场的光(例如，朝向感测区的边界的光)之间的光路长度(OPD)的差可减小。随着OPD的差减小，光学像差和畸变可降低。例如，在智能电话上实现的相机透镜中，1.0场和0.0场中的透镜的一半尺寸的最大尺寸可以是10mm。此外，穿过0.0场并到达传感器的光与穿过1.0场并到达传感器的光之间的OPD的差可在10mm内。
图8A和图8B示出根据示例性实施例的调制传递函数(MTF)。
图8A示出图3的成像装置的结构的侧视图以及成像装置的MTF。图8B示出不同于图3的包括圆形透镜830的另一成像装置的结构的侧视图以及装置的MTF。MTF可以是指示光学性能的一类指标。在MTF曲线图891和892中，纵轴可指示MTF值，并且横轴可指示空间频率。在MTF曲线图891和892中，各条线可指示以预定入射角入射到光圈的光线的MTF值的转变。MTF值的转变可根据空间频率来表示。入射角可以是关于入射的边界表面的垂直法线的角度。
在图8A的成像装置的结构中，穿过开口340的光圈的中心和边界的光线可穿过附加光学透镜330、成像光学透镜310和滤光器350并且到达感测区320。在图8B的装置的结构中，穿过开口340的光圈的光线可穿过圆形透镜830和滤光器350并且到达感测区320。垂直入射到光圈的光线可穿过图8A的成像装置的结构中的最后端处的成像光学透镜310的中心部分，并且可穿过图8B的装置的结构中的最后端处的圆形透镜830的中心部分。随着由光圈和光线形成的入射角增大，光线可穿过离最后端处的成像光学透镜310的中心部分更远的部分(例如，外围部分)和离最后端处的圆形透镜830的中心部分更远的部分(例如，外围部分)。
即使针对作为具有大入射角的光线而穿过成像光学透镜310的外围部分的光，MTF不大幅减小。相反地，在图8B的装置的MTF曲线图892中，作为相对于光圈具有大入射角的光线而穿过圆形透镜830的外围部分的光的MTF值899可随空间频率增大而急剧衰减。因此，在图8A的成像装置的MTF曲线图891中，可表示对于光线的每个入射角和对于每个空间频率具有稳定值的MTF。
图9示出根据示例性实施例的成像装置中的包括非圆形透镜的透镜阵列。
成像装置可包括作为成像阵列的布置有多个非圆形成像光学透镜的透镜阵列900。例如，透镜阵列900可包括成像光学透镜910和以与成像光学透镜910相同的形状和相同的尺寸设置的附加成像光学透镜。成像光学透镜910和附加成像光学透镜可沿同一平面设置。由成像光学透镜910覆盖的感测区920和由附加成像光学透镜覆盖的感测区可在尺寸和形状上相同。
在图9中，示出感测阵列的尺寸为M×N(mm)且透镜阵列900包括2×2个成像光学透镜的结构。感测阵列中由每个成像光学透镜910占据的感测区可为M/2×N/2的尺寸。
图10示出根据示例性实施例的成像装置中的通过四边形透镜的有效感测区。
根据相同尺寸的感测区中的透镜的尺寸，不同的有效感测区可以是可用的。例如，如果在透镜阵列中使用圆形成像透镜1001，则透镜不能突出在分配给每个圆形成像透镜1001的感测区1002之外。因此，圆形成像透镜1001的直径可限于感测区的短边的长度或以下。在这个示例中，如图10中所示，圆形成像透镜1001的有效感测区1009可限于感测区1002的部分。例如，如果感测阵列包括支持高达108.6M(12032×9024)的分辨率的感测元件，则圆形成像透镜1001的有效感测区1009的分辨率可限于81M。
相反，如果如参照图1至图9所述使用非圆形成像透镜，则非圆形成像透镜1010的有效感测区1090可与感测区1020基本相同或相似，因此有效感测区1090的分辨率可约为108M。在设置非圆形成像透镜1010时，成像装置可使用感测区1020的完整区域。因此，当与圆形成像透镜1001相比时，包括非圆形成像透镜1010的成像装置可针对同一感测区1020捕获增大的分辨率的图像。
图10示出四边形透镜作为非圆形成像透镜1010，但是示例性实施例不限于此。除矩形截面和正方形截面之外，非圆形成像透镜1010还可具有修改的四边形形状的截面。
图11示出根据示例性实施例的成像装置中的包括四边形透镜的透镜阵列。
在以网格图案沿平面设置有透镜元件的透镜阵列中，如果每个圆形透镜1101的直径LD'大于或等于单个感测区1120的对角线长度SD'，则每个圆形透镜1101可包括与其他圆形透镜1101重叠的区域。由于透镜不能物理地重叠，所以非圆形成像光学透镜1110可被设置为在切除具有大于或等于感测区1120的对角线长度SD'的直径LD'的圆形透镜1101的部分之后留下的形状。例如，与其他圆形透镜1101重叠的圆形透镜1101的部分可被切除。如图11中所示，在切除具有大于或等于感测区1120的对角线长度SD'的直径LD'的圆形透镜1101的部分之后留下的非圆形成像光学透镜1110可具有四边形截面。作为参考，尽管图11示出包括非圆形成像光学透镜1110的透镜阵列，每个非圆形成像光学透镜1110具有与光轴垂直的相同形状的四边形截面，但是示例性实施例不限于此。至少一个成像透镜的形状可不同于透镜阵列中的另外的成像透镜的形状。
如上所述，由于每个感测区1120的完整区域可被具有四边形截面的成像光学透镜覆盖，所以透镜性能可最大化，并且光学像差可降低。因此，成像装置可获取具有更改善的分辨率的被摄体的图像。
图12是示出根据示例性实施例的成像装置的配置的框图。图13示出根据示例性实施例的移动终端。
参照图12，成像装置1200可包括开口1240、附加光学透镜1230、成像光学透镜1210、感测阵列1220和处理器1260。可设置N个附加光学透镜1230和N个成像光学透镜1210。这里，N可以是大于或等于2的整数。附加光学透镜1230可被设置为至少一层，并且成像光学透镜1210可被设置为至少一层。感测阵列1220可包括被配置为通过感测光来生成电信号的感测元件。开口1240、附加光学透镜1230、成像光学透镜1210和感测阵列1220如上参照图1至图12所述。包括成像光学透镜1210和感测阵列1220的组件可以是图像感测组件。除成像光学透镜1210和感测阵列1220之外，根据设计，图像感测组件还可包括开口1240、附加光学透镜1230、滤光器122(如图1A和图1B中所示)和聚光透镜阵列123(如图1A和图1B中所示)中的一个或者开口1240、附加光学透镜1230、滤光器122和聚光透镜阵列123中的两个或更多个的组合。
处理器1260可通过开口1240、附加光学透镜1230和成像光学透镜1210获得与被摄体相关的信息并重构被摄体的图像。例如，处理器1260可基于由感测阵列1220感测的感测信息来生成图像。处理器1260可从在单个感测区中感测的感测信息获取与相应感测区对应的图像。处理器1260可获取与构成感测阵列1220的感测区一样多的图像。处理器1260可通过重新布置和/或重新配置基于感测信息生成的图像来重构单个高分辨率图像。然而，处理器1260的操作不限于此。
成像装置1200可被实现为图13中示出的移动终端1300。
移动终端1300的图像感测组件1390可通过包括非圆形成像光学透镜(例如，具有四边形截面的透镜)的成像透镜阵列1394以超薄结构实现。图像感测组件1390可通过非圆形成像光学透镜接收外部光，并通过使用多个感测元件感测外部光来生成感测信息。例如，图像感测组件1390可包括感测阵列1391、滤光器1392、聚光透镜阵列1393、成像透镜阵列1394、附加透镜阵列1395和开口1396。图像感测组件1390的元件如上参照图12所述，因此为了简洁将省略详细描述。
图像感测组件1390可被实现为智能电话相机、DSLR相机或用于车辆/无人机/CCTV识别的视觉的相机模块。例如，移动终端1300的后置相机1311和前置相机1312中的至少一个可以是图像感测组件1390。后置相机1311可包括多个后置相机模块，并且多个后置相机模块中的至少一个可以是图像感测组件1390。此外，前置相机1312可包括一个或多个前置相机模块，并且一个或多个前置相机模块中的至少一个可以是图像感测组件1390。
后置相机1311和显示器1340可被设置在移动终端1300的外壳中的不同侧上(例如，背对侧上)。后侧可以是与移动终端1300中设置显示器1340的侧背对的侧。前置相机1312和显示器1340可被设置在移动终端1300的外壳中的同一侧。前侧可以是在移动终端1300中设置显示器1340的侧。
超薄结构的图像感测组件1390可通过成像透镜阵列1394将光透射至感测阵列1391，移动终端1300的处理器1320可通过感测阵列1391获取被摄体的图像。处理器1320可基于由图像感测组件1390生成的感测信息来重构输出图像。例如，如参照图12所述，处理器1320可获取与构成感测阵列1391的感测区的数量一样多的图像。针对每个感测区获取的输入图像可以是相对低分辨率图像。处理器1320可通过重新布置和/或重新配置基于感测信息生成的图像来重构针对图像感测组件1390的单个高分辨率输出图像。作为参考，尽管图13示出单个处理器1320，但是示例性实施例不限于此。移动终端1300可包括多个处理器，多个处理器之中的至少一个处理器1320可针对通过图像感测组件1390感测的感测信息来执行图像处理。
存储器1330可存储感测信息和输出图像中的至少一个。例如，存储器1330可临时或永久地存储在从感测信息重构高分辨率输出图像的处理期间由处理器1320需要或计算的数据。
图14是示出根据示例性实施例的图像感测方法的流程图。
首先，在操作1410中，成像装置可通过具有与成像装置的主轴垂直的非圆形截面的成像光学透镜将从外部接收的光透射到感测阵列。
在操作1420中，成像装置可使用感测阵列的感测区中的感测元件来感测穿过成像光学透镜的光。
然而，图像感测方法不限于以上描述，并且可与以上参照图1至图12描述的操作中的至少一个同时并行地和/或顺序地执行。
在此描述的单元可使用硬件组件、软件组件和/或它们的组合来实现。处理装置可使用一个或多个通用或专用计算机(诸如，以处理器、控制器和算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑单元(PLU)、微处理器或能够以限定的方式响应并执行指令的任何其他装置为例)来实现。处理装置可运行操作系统(OS)和在OS上运行的一个或多个软件应用。处理装置还可响应于软件的执行来访问、存储、操控，处理和创建数据。为了简单的目的，处理装置的描述被用作单数，然而，本领域技术人员将理解，处理装置可包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如，处理装置可包括多个处理器或者处理器和控制器。此外，不同的处理配置(诸如，并行处理器)是可行的。
软件可包括计算机程序、代码段、指令或它们的一些组合，以独立地或共同地指示或配置处理装置根据期望进行操作。软件和数据可永久地或临时地实现在任何类型的机器、组件、物理设备或虚拟设备、计算机存储介质或装置中，或者实现在能够向处理装置提供指令或数据或由处理装置解释的传播信号波中。软件还可以分布在联网的计算机系统上，使得软件以分布式方式被存储和执行。软件和数据可由一个或多个非暂时性计算机可读记录介质存储。
根据上述示例性实施例的方法可记录在包括程序指令的非暂时性计算机可读介质中，以执行上述示例性实施例的各种操作。介质还可单独地或组合地包括程序指令、数据文件、数据结构等。记录在介质上的程序指令可以是为了示例性实施例的目的而专门设计和构造的程序指令，或者它们可以是计算机软件领域的技术人员公知和可用的类型。非暂时性计算机可读介质的示例包括：磁介质(诸如，硬盘、软盘和磁带)；光学介质(诸如，CD-ROM盘、DVD和/或蓝光盘)；磁光介质(诸如，光盘)；以及被专门配置为存储和执行程序指令的硬件装置(诸如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存(例如，USB闪存驱动器、存储器卡、记忆棒等))等。程序指令的示例包括诸如由编译器产生的机器代码和包含可由计算机使用解释器执行的高级代码的文件两者。上述装置可被配置为充当一个或多个软件模块，以便执行上述示例性实施例的操作，或者反之亦然。
以上已经描述了示例性实施例。然而，应当理解，可对这些示例性实施例做出各种修改。例如，如果以不同的次序执行所描述的技术，和/或如果以不同的方式组合和/或由其他组件或其等同物替换或补充所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可实现合适的结果。
虽然已经参照附图描述了示例性实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对其作出形式和细节上的各种改变。

Claims (55)

1.一种成像装置，包括：
感测阵列，包括多个感测元件；
成像透镜阵列，包括多个成像光学透镜，所述多个成像光学透镜中的每个具有与光轴垂直的非圆形截面并且被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；以及
聚光透镜阵列，包括多个聚光透镜，所述多个聚光透镜设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为将穿过成像透镜阵列的光透射到所述多个感测元件，
其中，所述多个成像光学透镜的数量小于所述多个聚光透镜的数量。
2.根据权利要求1所述的成像装置，还包括：
附加光学透镜阵列，包括多个附加光学透镜，所述多个附加光学透镜中的每个具有与光轴垂直的圆形截面和非圆形截面中的一个，附加光学透镜阵列和感测阵列分别设置在成像透镜阵列的背对侧。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其中，成像透镜阵列被设置为比附加光学透镜阵列更靠近聚光透镜阵列。
4.根据权利要求1所述的成像装置，还包括：
光圈，被配置为透射光，光圈和感测阵列分别设置在成像透镜阵列的背对侧。
5.根据权利要求1所述的成像装置，其中，感测阵列包括包含所述多个感测元件中的部分感测元件的感测区，感测区被配置为从所述多个成像光学透镜接收光并且为矩形感测区，并且
其中，所述多个成像光学透镜中的每个的截面对应于具有大于矩形感测区的短边的长度的直径的圆形透镜的部分。
6.根据权利要求5所述的成像装置，其中，所述多个成像光学透镜中的每个对应于部分被切除的圆形透镜，其中，圆形透镜的直径大于矩形感测区的短边的长度。
7.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述多个成像光学透镜中的每个被配置为与从光圈的边缘点到感测区的边界的虚拟直线相交。
8.根据权利要求1所述的成像装置，其中，在所述多个成像光学透镜中的每个的外围部分，平行于从所述多个成像光学透镜中的每个的中心到感测区的边界的虚拟直线入射的第一光线的第一折射角等于平行于所述多个成像光学透镜中的每个的光轴入射的第二光线的第二折射角。
9.根据权利要求8所述的成像装置，其中，第一光线到达感测阵列所沿的第一光路与第二光线到达感测阵列所沿的第二光路之间的差小于阈值路径差。
10.根据权利要求1所述的成像装置，还包括：
处理器，被配置为基于由感测阵列感测的感测信息来生成图像。
11.一种成像装置，包括：
成像光学透镜，具有与光轴垂直的非圆形截面，成像光学透镜被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；以及
感测阵列，包括多个感测元件，感测阵列被配置为通过所述多个感测元件之中的包括在感测区中的感测元件来感测穿过成像光学透镜的光，
其中，成像光学透镜和感测阵列以分数对准结构来设置。
12.根据权利要求11所述的成像装置，还包括：
附加光学透镜，具有与光轴垂直的圆形截面和非圆形截面中的一个，附加光学透镜和感测阵列分别设置在成像光学透镜的背对侧。
13.根据权利要求12所述的成像装置，其中，成像光学透镜比附加光学透镜更靠近包括聚光微透镜和感测阵列的图像传感器。
14.根据权利要求11所述的成像装置，还包括：
光圈，被配置为透射光，光圈和感测阵列分别设置在成像光学透镜的背对侧。
15.根据权利要求11所述的成像装置，其中，感测区被配置为从成像光学透镜接收光并且为矩形感测区，并且
其中，成像光学透镜的截面对应于具有大于矩形感测区的短边的长度的直径的圆形透镜的部分。
16.根据权利要求15所述的成像装置，其中，成像光学透镜对应于部分被切除的圆形透镜，其中，圆形透镜的直径大于矩形感测区的短边的长度。
17.根据权利要求16所述的成像装置，其中，所述部分在与成像光学透镜对应的矩形感测区的外部。
18.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面包括两条弧以及分别与所述两条弧的端部连接的两条直线。
19.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面包括四条弧和分别与所述四条弧的端部连接的四条直线。
20.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面对应于具有大于或等于感测区的对角线长度的直径的圆的部分。
21.根据权利要求20所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面为四边形。
22.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜被配置为与从光圈的边缘点到感测区的边界的虚拟线相交。
23.根据权利要求11所述的成像装置，其中，在成像光学透镜的外围部分，平行于从成像光学透镜的中心到感测区的边界的虚拟直线入射的第一光线的第一折射角等于平行于成像光学透镜的光轴入射的第二光线的第二折射角。
24.根据权利要求23所述的成像装置，其中，第一光线到达感测阵列所沿的第一光路与第二光线到达感测阵列所沿的第二光路之间的差小于阈值路径差。
25.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例大于0.78且小于或等于1。
26.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例大于0.58且小于或等于1。
27.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例大于0.44且小于或等于1。
28.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例大于0.39且小于或等于1。
29.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜的非圆形截面面积与感测区的面积的比例大于0.89且小于或等于1。
30.根据权利要求11所述的成像装置，其中，成像光学透镜包括多个非圆形成像光学透镜，所述多个非圆形成像光学透镜布置在透镜阵列中。
31.根据权利要求11所述的成像装置，还包括：
处理器，被配置为基于由感测阵列感测的感测信息来生成图像。
32.根据权利要求11所述的成像装置，还包括：
透镜阵列，包括具有与成像光学透镜相同的形状和相同的尺寸的附加成像光学透镜，
其中，成像光学透镜和附加成像光学透镜沿同一平面设置。
33.根据权利要求11所述的成像装置，其中，分数对准结构是感测区包括非整数数量的感测元件的结构。
34.一种成像装置，包括：
成像透镜阵列，包括多个非圆形成像光学透镜，所述多个非圆形成像光学透镜中的每个被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；以及
感测阵列，包括多个感测区，所述多个感测区中的每个被配置为感测穿过所述多个非圆形成像光学透镜的光，所述多个感测区各自包括多个感测元件。
35.根据权利要求34所述的成像装置，其中，所述多个感测区中的每个包括四个或更多个感测元件。
36.根据权利要求34所述的成像装置，其中，所述多个感测区中的每个包括九个或更多个感测元件。
37.根据权利要求34所述的成像装置，还包括：
光圈，被配置为透射光，光圈和感测阵列分别设置在成像透镜阵列的背对侧。
38.根据权利要求34所述的成像装置，还包括：
滤波器，设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为阻挡穿过滤波器的部分波长的光。
39.根据权利要求34所述的成像装置，还包括：
附加光学透镜，具有与所述成像装置的光轴垂直的圆形截面和非圆形截面中的一个，附加光学透镜和感测阵列分别设置在成像透镜阵列的背对侧。
40.根据权利要求34所述的成像装置，还包括：
处理器，被配置为基于由感测阵列感测的感测信息来生成图像。
41.根据权利要求34所述的成像装置，其中，所述多个非圆形成像光学透镜中的单个非圆形成像光学透镜的截面面积与对应于所述单个非圆形成像光学透镜的感测区中的感测元件的面积的比例范围从0.78到1.0。
42.根据权利要求34所述的成像装置，还包括：
聚光透镜阵列，包括多个聚光透镜，所述多个聚光透镜设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为将穿过成像透镜阵列的光透射到感测阵列。
43.根据权利要求42所述的成像装置，其中，所述多个聚光透镜的数量大于所述多个非圆形成像光学透镜的数量。
44.一种移动终端，包括：
图像感测组件，被配置为通过非圆形成像光学透镜接收外部光，并且基于通过多个感测元件感测外部光来生成感测信息；
处理器，被配置为基于感测信息来重构输出图像；以及
存储器，被配置为存储感测信息和输出图像中的至少一个。
45.根据权利要求44所述的移动终端，其中，图像感测组件包括：
多个聚光透镜，被设置在非圆形成像光学透镜与所述多个感测元件之间，并且被配置为将穿过非圆形成像光学透镜的光透射到所述多个感测元件。
46.根据权利要求45所述的移动终端，其中，非圆形成像光学透镜被设置为最靠近所述多个聚光透镜。
47.根据权利要求44所述的移动终端，其中，所述多个感测元件中的部分包括在感测区中，感测区被配置为从非圆形成像光学透镜接收光并且感测区为矩形感测区，并且
其中，非圆形成像光学透镜的截面对应于具有大于矩形感测区的短边的长度的直径的圆的部分。
48.根据权利要求47所述的移动终端，其中，非圆形成像光学透镜对应于部分被切除的圆形透镜，其中，圆形透镜的直径大于矩形感测区的短边的长度的。
49.一种成像装置，包括：
感测阵列，包括多个感测元件，其中，所述多个感测元件的部分包括在矩形感测区中；
成像透镜阵列，包括多个成像光学透镜，所述多个成像光学透镜中的每个具有与光轴垂直的非圆形截面并且被配置为透射从所述成像装置的外部接收的光；
聚光透镜阵列，包括多个聚光透镜，所述多个聚光透镜设置在成像透镜阵列与感测阵列之间并且被配置为将穿过成像透镜阵列的光透射到所述多个感测元件；
附加光学透镜阵列，包括多个附加光学透镜并且与感测阵列背对设置在成像透镜阵列上，
其中，所述多个成像光学透镜的每个中的非圆形截面对应于部分被切除的圆形透镜，其中，圆形透镜的直径大于矩形感测区的短边的长度。
50.一种图像感测方法，包括：
在感测阵列中的对应于成像光学透镜的感测区中，接收穿过具有与主轴垂直的非圆形截面的成像光学透镜的光；以及
通过感测穿过成像光学透镜的光来生成与感测区有关的感测信息。
51.根据权利要求50所述的图像感测方法，其中，接收的步骤包括：
在感测区的边界处接收第一光线，第一光线与成像光学透镜的中心到感测区的边界的虚拟直线平行地入射并且被成像光学透镜的外围部分以第一折射角折射；以及
在感测区的中心处接收第二光线，第二光线与成像光学透镜的光轴平行地入射并且被成像光学透镜的外围部分以相似于第一折射角的第二折射角折射。
52.根据权利要求51所述的图像感测方法，其中，第一光线到达感测区的边界所沿的第一光路与第二光线到达感测区的中心所沿的第二光路之间的差小于阈值路径差。
53.根据权利要求50所述的图像感测方法，其中，接收的步骤包括：通过感测阵列中的至少一个感测元件来接收穿过不同成像光学透镜的光线。
54.根据权利要求50所述的图像感测方法，其中，生成的步骤包括：针对分别与所述多个成像光学透镜对应的感测区，感测到达属于相应的感测区的感测元件的光的强度值。
55.根据权利要求54所述的图像感测方法，还包括：
基于感测的强度值来重构分别与所述多个成像光学透镜对应的图像。
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