CN114236941A - 双频液晶锥透镜成像装置、成像方法和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于成像技术领域，具体是一种双频液晶锥透镜成像装置、成像方法和电子装置。本发明的双频液晶锥透镜成像装置，包括透镜组和图像采集单元，所述透镜组包括至少一个双频液晶锥透镜，所述双频液晶锥透镜包括第一电极、液晶层、第二电极和第三电极；所述液晶层为双频液晶层；所述第一电极与第二电极之间的距离为D1，所述第二电极的与第三电极之间的距离为D2，其中0≤D2≤0.4，0.3+D2/2≤D1≤0.7‑D2/2，其中D1和D2的单位为mm；所述第二电极和第一电极之间接收第一驱动电压v1，所述第三电极和第一电极之间接收第二驱动电压v2，所述第一驱动电压和第二驱动电压的频率不同。本发明可以方便，快捷，实时地改变双频液晶锥透镜的聚焦深度和成像的景深。

Description

双频液晶锥透镜成像装置、成像方法和电子装置

技术领域

本发明属于成像技术领域，具体是一种双频液晶锥透镜成像装置、成像方法和电子装置。

背景技术

锥透镜是一种可以按照某一角度对入射光线进行折射的光学元件。利用经过锥透镜折射后的光束之间的干涉和衍射，可以使得锥透镜的焦线变得很长，并能够沿着光轴产生的一条长的焦距线。通过锥透镜的高斯光束在焦线上光场有一个均匀的强度分布。锥透镜的前述特点使它在成像领域得到了广泛的应用，比如用锥透镜替代球透镜解决离焦问题，利用锥透镜获得一个成像物体的深度信息等。此外当一束高斯光束透过锥透镜后，会变成一束贝塞尔光束射出，从而可以大大减少衍射的影响。理想的零阶贝塞尔光场的分布不随光束传播而变化，具有无衍射的性质，即其中心光束的束腰径在传播方向上始终保持在接近于衍射极限的大小而不会发生变化，故也称为“无衍射”光束；贝塞尔光束的另一个优势是如果其中心光束遇到障碍物时，外围的光会在障碍物之后“修复”中心光束的缺失，光的衍射性质则是限制光学分辨率的瓶颈，传统高斯波形的脉冲光在经过光学元件和样品时存在一定的衍射现象，因此导致光学分辨率降低，而采用贝塞尔光后则会很好的抑制光的衍射，从而提成像高分辨率。

目前除了利用锥透镜产生贝塞尔光束之外，还有其它几种产生贝塞尔光束的方法。例如可以利用在传统会聚透镜后焦面加入一个带环形通光孔径的光阑产生贝塞尔光束，例如可以利用空间光调制器产生贝塞尔光束，又例如可以利用TAG lens产生贝塞尔光束；

但是采用在传统会聚透镜后焦面加入一个带环形通光孔径的光阑的方法所产生贝塞尔光束的焦深不如传统锥透镜的焦深大；采用空间光调制器产生贝塞尔光束的方法成本高，且调制函数复杂；采用TAG lens产生贝塞尔光束的方法所形成的锥透镜的最小底角受锥形腔体和液体介质的影响，而无法对其最小底角进行方便，快速，实时地调节。

锥透镜能使入射在其不同半径上的光会聚到其光轴上的相应不同位置，产生贝塞尔光束。将产生的贝塞尔光束应用到成像系统中，不仅可以提成像高分辨率不，还可以使不同位置的场景都能会聚集在一个平面，改变了普通透镜成像系统中需要调焦对不同物体成像的方式，增大了景深。

使用锥透镜成像时，由于成像的焦距深度与锥透镜的最小底角成反比，因此采用现有技术的锥透镜组成的成像系统在成像时的聚焦深度，成像的景深和清晰度受到限制，要想获得更长的聚焦深度，更大的景深和更清晰的图像就需要锥透镜具有更小的最小底角，但是现有技术中的锥透镜由于制造方式的限制，制成的锥透镜的最小底角的大小受到限制。

因此采用现有技术的锥透镜无法获得更大景深和清晰度更高的图像。并且，由于传统的锥透镜制造完成后锥透镜最小底角就已经固定，没法实现快速，实时的改变，因此传统的锥透镜无法适用于需要使聚焦深度快速，实时地改变的成像场合。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双频液晶锥透镜成像装置和成像方法，用以解决现有技术中的成像装置聚焦深度有限，无法获得大景深和高清晰度的图像，以及聚焦深度无法快速，实时地调节的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种双频液晶锥透镜成像装置，该装置包括透镜组和图像采集单元，所述透镜组包括至少一个双频液晶锥透镜，所述图像采集单元用于采集经过透镜组的光信号，并根据采集到的光信号生成图像信息；

所述双频液晶锥透镜包括沿通光方向依次设置的第一电极、液晶层、第二电极和第三电极；

所述第一电极层为透明电极，所述第二电极为圆孔状电极，所述第三电极为透明电极，所述液晶层为双频液晶层；

在沿与第一电极所在平面垂直的方向上，所述第一电极与第二电极之间的距离为D1，所述第二电极的与第三电极之间的距离为D2，其中0≤D2≤0.4，0.3+D2/2≤D1≤0.7-D2/2，其中D1和D2的单位为mm；

所述第二电极和第一电极之间接收第一驱动电压v1，所述第三电极和第一电极之间接收第二驱动电压v2，所述第一驱动电压和第二驱动电压为交流电压，所述第一驱动电压和第二驱动电压的频率不同。

优选地，所述第一驱动电压v1和第二驱动电压v2的电压值满足：0≤v2≤40，0≤v1≤v2×3/4+30，其中v1和v2的单位为V。

优选地，所述双频液晶锥透镜成像装置还包括驱动电源和控制电路，所述驱动电源包括第一电压输出模块和第二电压输出模块，所述第一电压输出模块所输出的电压的频率与第二电压输出模块所输出的电压的频率不同，所述第一电压输出模块用于输出第一驱动电压，所述第二电压输出模块用于输出第二驱动电压，所述控制电路与所述驱动电源电连接，所述控制电路用于根据接收的预设驱动电压值控制驱动电源输出的驱动电压的大小。

优选地，所述第一电压输出模块的输出电压的大小可调和/或第二电压输出模块的输出电压的大小可调。

优选地，所述双频液晶锥透镜成像装置还包括聚焦深度值转换模块，所述聚焦深度值转换模块用于接收聚焦深度值，并将接收的聚焦深度值转换为对应的驱动电压的值，并将该驱动电压的值发送给所述控制电路。

优选地，所述聚焦深度值转换转模块包括驱动电压查询单元，所述驱动电压查询单元用于根据映射表查询与聚焦深度值对应的第一驱动电压和第一驱动电压的值；其中所述映射表用于记录聚焦深度值与第一驱动电压和第二驱动电压之间的映射关系。

优选地，所述聚焦深度值转换模块包括驱动电压计算单元，所述驱动电压计算单元用于根据接收的聚焦深度值计算出对应的第一驱动电压和第二驱动电压。

第二方面，本发明提供一种双频液晶锥透镜成像方法，该方法利用第一方面所述的双频液晶锥透镜成像装置成像，所述成像方法包括以下步骤：

S1：对双频液晶锥透镜施加第一驱动电压和第二驱动电压；

S2：获取通过所述双频液晶锥透镜的光信号，根据所述光信号生成图像信息。

优选地，所述S1：对双频液晶锥透镜施加第一驱动电压v1和第二驱动电压v2还包括以下步骤：

S11：接收聚焦深度值；

S12：根据聚焦深度值确定与所述聚焦深度值对应的第一驱动电压v1和第二驱动电压v2；

S13：在第二电极和第一电极之间施加第一驱动电压v1，在第三电极和第一电极之间施加第二驱动电压v2。

第三方面，本发明提供一种电子装置，包括第一方面双频液晶锥透镜成像装置。

有益效果：本发明的双频液晶锥透镜成像装置、成像方法和电子装置，通过使所述第一电极与第二电极之间的距离为以及所述第二电极的与第三电极之间的距离满足0≤d2≤0.4，d2/2+0.3≤d1≤-d2/2+0.7，并利用驱动电路为第一电极和第二电极之间以及第一电极和第三电极之间加上不同频率的第一驱动电压和第二驱动电压后，形成具有接近圆锥形分布的波前图的双频液晶锥透镜。本发明可以通过改变前述驱动电压的值来改变双频液晶锥透镜的最小底角，并且不受加工工艺的限制，可以获得比现有技术的锥透镜更小的最小底角，从而使液晶锥透镜具有更长的聚焦深度，也可以使图像采集单元所采集到的图像更加清晰，并且具有更大的景深。本发明可以通过调整驱动电压来方便，快捷，实时地改变双频液晶锥透镜的最小底角，从而改变双频液晶锥透镜的聚焦深度和成像的景深。

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，这些均在本发明的保护范围内。

图1为本发明的双频液晶锥透镜成像装置的结构框图；

图2为锥透镜最小底角的示意图；

图3为本发明所采用的双频液晶锥透镜的结构示意图；

图4为本发明采用相同频率驱动和采用不同频率驱动双频液晶锥透镜时的波前图；

图5为本发明具有驱动电源和控制电路的双频液晶锥透镜成像装置的结构框图；

图6为本发明具有两个不同频率的电压输出模块的双频液晶锥透镜成像装置的结构框图；

图7为本发明具有聚焦深度值转换模块的双频液晶锥透镜成像装置的结构框图；

图8为本发明具有驱动电压查询单元的双频液晶锥透镜成像装置的结构框图；

图9为本发明具有驱动电压计算单元的双频液晶锥透镜成像装置的结构框图；

图10为本发明的双频液晶锥透镜成像方法的流程图；

图11为本发明的对双频液晶锥透镜施加驱动电压的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种双频液晶锥透镜成像装置，所述成像装置包括透镜组和图像采集单元，所述透镜组包括至少一个双频液晶锥透镜，所述图像采集单元用于采集经过透镜组的光信号，并根据采集到的光信号生成图像信息；其中图像采集单元可以选用CCD传感器或者CMOS传感器等图像传感器。

如图3所示，所述双频液晶锥透镜包括沿通光方向依次设置的第一电极21、液晶层、第二电极22和第三电极23；

所述第一电极21层为透明电极，所述第二电极22为圆孔状电极，所述第三电极23为透明电极，所述液晶层为双频液晶层30；双频液晶层30位于第一电极21和第二电极22之间。

其中圆孔状电极为中间设有一圆形通孔的电极，该圆形通孔的轴向方向即前述通光方向。其中第一电极21可选用透明电极，如ITO电极或者AZO电极，第二电极22可以选用透明电极或者非透明电极例如金属电极，其中金属电极材料包括但不限于Al、Pt、Cr。其中双频液晶层30采用双频液晶制作。双频液晶(Dual-frequency liquid crystal)是一种介电各向异性随外加频率的改变而变化的液晶。液晶的介电常数主要受到两种极化的影响:电场感应极化和液晶分子的取向极化。感应极化具有快速的响应时间,而取向极化随外场频率的升高会产生弛豫现象。根据德拜公式,当外部场频率高于弛豫频率时,液晶分子的取向极化将无法跟上频率的变化,这就使得沿液晶分子长轴方向的介电常数分量随频率的增高而逐渐减小,从而导致了双频液晶介电各向异性随频率改变的现象。双频液晶介电常数各向异性随频率的升高逐渐减小,到达临界频率时介电各向异性为零,超过临界频率后变为负值。当到达光频时沿液晶分子长轴方向的介电常数分量接近于液晶的非寻常光折射率的平方。

本实施例还可以在第一电极21和第二电极22之间以及第二电极22和第三电极23之间设置绝缘部件，其中在第一电极21和第二电极22之间的绝缘部件为绝缘层40，通过绝缘层40将第一电极21和第二电极22有效阻隔开，防止两个电极之间短路。其中，第二电极22和第三电极23之间的绝缘部件为设置在液晶层中的间隔子。间隔子设置在液晶层的径向方向的边缘处，一方面将液晶层支撑起预设的厚度，另一方面在第二电极22和第三电极23之间起到绝缘作用。本实施方式的锥透镜还包括第一透明基板11、第二透明基板、第三透明基板13，沿通光方向上，所述第一透明基板11、第一电极21、双频液晶层30、第二透明基板、第二电极22、绝缘层40、第三电极23和第三透明基板13依次层叠设置。其中第一电极21可以涂覆在第一透明基板11上，所述第二电极22可以涂覆在第二透明基板上，所述第三电极23可以涂覆在第三透明基板13上。三块透明基板可以对三个电极起到很好的支撑和保护的作用，使液晶锥透镜的结构和性能更加稳固。

在沿与第一电极21所在平面垂直的方向上，所述第一电极21与第二电极22之间的距离为D1，所述第二电极22的与第三电极23之间的距离为D2，其中0≤D2≤0.4，0.3+D2/2≤D1≤0.7-D2/2，其中D1和D2的单位为mm；

所述第二电极22和第一电极21之间接收第一驱动电压v1，所述第三电极23和第一电极21之间接收第二驱动电压v2，所述第一驱动电压和第二驱动电压为交流电压，所述第一驱动电压和第二驱动电压的频率不同。

在本实施例中可以将第一电极21作为公共电极，以便利用第二电极22和第三电极23形成可以同时加载第驱动电压和第二驱动电压的锥透镜驱动电路。

本实施例使第一电极21，第二电极22第三电极23之间的距离满足0≤d2≤0.4，d2/2+0.3≤d1≤-d2/2+0.7。采用前述结构后，在第一驱动电压和第二驱动电压的综合作用下，通过双频液晶锥透镜的光波的波前分布为近似的圆锥形分布。本实施例在采用前述结构的同时采用了双频液晶材料制作液晶层，并利用频率不同的第一驱动电压和第二驱动电压来驱动本实施例中的双频液晶锥透镜后可以实现锥透镜的最小底角的边缘区分，从而使成像装置的成像效果得到进一步的提高。其中锥透镜的最小底角如图2所示如图2中的α角表示锥透镜的最小底角。

双频液晶锥透镜对光线的调制效果参见图4，图4中的实线表示本实施例中第一驱动电压v1和第二驱动电压v2的频率相同时的波前图，虚线表示本实施例中第一驱动电压v1和第二驱动电压v2的频率不相同时的波前图。从图中可以看出采用了前述结构后整体上两种波前图都接近圆锥形，但是在双频液晶锥透镜的边缘位置第一驱动电压v1和第二驱动电压v2采用不同的频率时比采用相同的频率时的波前图更接近圆锥形。

在本实施例中，图像采集单元采集通过前述双频液晶锥透镜调制之后的光线，生成图像信息。由于双频液晶锥透镜的最小底角由液晶层中液晶分子的排列方式决定，因此可以通过调整驱动电压值来改变液晶分子的排列方式，从而在不改变双频液晶锥透镜外形的情况下改变双频液晶锥透镜的最小底角。在没有给电极施加驱动电压时，即施加到锥透镜上的电压为0时，锥透镜的最小底角为0度，当施加到锥透镜上的电压由0开始逐渐增加时，锥透镜的最小底角也由0开始逐步增加，由于不需要改变液晶锥透镜的外形，因此液晶锥透镜的最小底角不会受到加工工艺的限制，这样就可以使双频液晶锥透镜具有比现有技术的锥透镜更小的最小底角，从而使双频液晶锥透镜具有更长的聚焦深度，也可以使图像采集单元所采集到的图像更加清晰，并且具有更大的景深。由于本成像装置的驱动电压改变后，电极间形成的电场会随之立即改变，液晶分子的排布方式也随之迅速改变，因此本实施例可以通过调整驱动电压来方便，快捷，实时地改变双频液晶锥透镜的最小底角，从而改变双频液晶锥透镜的聚焦深度。

在利用调整双频液晶锥透镜的最小底角调整来调整双频液晶的聚焦深度时，本实施例可以利用第一驱动电压或者第二驱动电压的协同驱动来增加聚焦深度调整调节的灵活性，还可以通过对第一驱动电压或者第二驱动电压之间相对大小的设置来使双频液晶锥透镜在正锥透镜和负锥透镜两种状态之间进行方便快速地切换。例如当第一驱动电压和第二驱动电压设置为v1大于v2时，双频液晶锥透镜为正锥透镜，当第一驱动电压和第二驱动电压设置为v1小于v2时，双频液晶锥透镜为负锥透镜。由于双频液晶锥透镜的最小底角可以随着驱动电压v1或者v2的改变而快速改变，因此本实施例可以在不用改变双频液晶锥透镜外形结构和尺寸的情况下，通过调第一驱动整驱动电压v1或/和第二驱动电压v2来方便，快捷，实时地对锥透镜的最小底角进行调整。

在进行聚焦深度可以保持第一驱动整驱动电压v1不变，调整第二驱动电压v2，也可以保持第二驱动电压v2不变，调整第一驱动电压v1，还可以同时调整第一驱动整驱动电压v1和第二驱动电压v2。

本实施例还可以在所述透镜组的光线射入侧设置有偏振单元。偏振单元可以将自然光分为双频液晶锥透镜摩擦方向相同的线偏光。偏振单元可以选用偏振片。本实施例的图像采集单元可以选用CCD传感器。还可以在CCD传感器和双频液晶锥透镜之间的光路上设置玻璃透镜，其中图像采集单元可以与计算机连接，这样图像采集单元采集的图像信息可以上传到计算机中进行处理。

本申请的锥透镜成像装置还包括图像处理模块，图像处理模块用于对图像采集单元生成的图像信息进行处理。此外双频液晶锥透镜成像装置还包括反馈控制单元，所述反馈控制单元根据图像采集单元生成的图像信息调整传送给聚焦深度控制单元的聚焦深度值。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上对v1和v2的取值范围做进一步限定。在本实施例中所述第一驱动电压v1和第二驱动电压v2的电压值满足：0≤v2≤40，0≤v1≤v2×3/4+30，其中v1和v2的单位为V。

本实施例在实施例1的基础上，将第一驱动电压和第二驱动电压之间的大小关系限制在前述范围内时双频液晶锥透镜的波前分布最接近圆锥形，使用该双频液晶锥透镜的进行成像所得到的成像效果也更好。

实施例3

如图5所示，在本实施例中，所述双频液晶锥透镜成像装置还包括驱动电源和控制电路，所述驱动电源包括第一电压输出模块和第二电压输出模块，所述第一电压输出模块所输出的电压的频率与第二电压输出模块所输出的电压的频率不同，所述第一电压输出模块用于输出第一驱动电压，所述第二电压输出模块用于输出第二驱动电压，所述控制电路与所述驱动电源电连接，所述控制电路用于根据接收的预设驱动电压值控制驱动电源输出的驱动电压的大小。

如图6所示，本实施例的双频液晶锥透镜成像装置采用了两个频率不同的电压输出模块分别为前述双频率液晶锥透镜输出第一驱动电压和第二驱动电压，这样可以利用前述两个驱动电压形成使液晶透镜波前成圆锥形分布的电场。由于第一电压输出模块和第二电压输出模块所输出的第一驱动电压和第二驱动电压的频率不同，因此可以使本实施例的双频液晶锥透镜的波前的边缘形状更接近理想的圆锥形。

在本实施例中，所述第一电压输出模块的输出电压的大小可调，或者第二电压输出模块的输出电压的大小可调，或者第一电压输出模块的输出电压的大小和第二电压输出模块的输出电压的大小均可调。当第一电压输出模块的输出电压的大小可调时可以固定第二驱动电压大小不变，通过调整第一电压输出模块的输出第一驱动电压来调整双频率液晶锥透镜的最小底角的大小从而调节成像装置的聚焦深度。当第二电压输出模块的输出电压的大小可调时可以固定第一驱动电压大小不变，通过调整第二电压输出模块的输出第二驱动电压来调整双频率液晶锥透镜的最小底角的大小从而调节成像装置的聚焦深度。当第一电压输出模块的输出电压的大小和第二电压输出模块的输出电压的大小均可调时，既可以像前面一样固定第一驱动电压和第二驱动电压中的一个不变，调整其中另一个的大小来改变双频率液晶锥透镜的最小底角，也可以同时改变第一驱动电压和第二驱动电压来改变双频率液晶锥透镜的最小底角。

在本实施例中，所述控制电路可以根据接收的预设驱动电压值控制驱动电源输出的驱动电压的大小。其中预设驱动电压值可以由外部输入，例如外部输入该控制电路的预设电压值中，第一驱动电压的电压值为v1，第二驱动电压的电压值为v2，那么控制电路控制第一电压输出模块向第二电极22和第一电极21之间输出电压值为v1的第一驱动电压，并控制第二电压输出模块向第三电极23和第一电极21之间输出电压值为v2的第二驱动电压。

本实施例可以向控制电路发送预先设定的v1或/和v2的值，控制电路控制驱动电源按照设定的驱动电压输出，这样只需要改变发送给电压控制电路的v1或/和v2的设定值就可以方便，快捷，实时地改变锥透镜的最小底角值，从而改变双频液晶锥透镜的聚焦深度，调整成像装置的成像效果。利用控制电路连续改变v1或/和v2的设定值，双频液晶锥透镜的最小底角以及聚焦深度也随电压一起连续改变。

采用本实施例的成像装置只需要调整驱动电源输出的电压值就可以改变液晶层中液晶分子的排布从而改变双频液晶锥透镜的最小底角，不需要改变锥透镜的外形结构，就可以快速实时地实现对锥透镜最小底角的调整从而调节成像装置的聚焦深度。

此外本实施例还可以通过改变第一电压输出模块所输出的第一驱动电压v1和第一电压输出模块所输出的第二驱动电压之间的大小关系来实现正锥透镜状态和负锥透镜状态之间的切换。

在本实施例中，所述第一电压输出模块的输出电压的频率可调，或者第二电压输出模块的输出电压的频率可调，或者第一电压输出模块的输出电压的频率和第二电压输出模块的输出电压的频率均可调。本实施例利用前述频率可调的第一电压输出模块和/或第二电压输出模块将电压频率调整至使双频液晶锥透镜的波前边缘位置最接近圆锥形分布的频率大小。本实施例的成像装置采用前述频率可调的电压输出模块后，可以根据不同特性的双频率液晶锥透镜来设置不同的电压频率与之匹配，使其可以适应各种不同的双频液晶锥透镜。

在本实施例中，控制电路也可以接受外部输入的双频液晶锥透镜的最小底角调整信号，该最小底角调整信号表示了用户所需要的双频液晶锥透镜的最小底角值，控制电路根据所接收到的双频液晶锥透镜的最小底角值查找或者计算出对应的第一驱动电压和第二驱动电压的值，然后控制驱动电源中的第一电压输出模块和第二电压输出模块分别输出相应的第一驱动电压和第二驱动电压的值，从而使处于工作状态的双频液晶锥头透镜的最小底角为用户设定的最小底角。本实施例通过增加控制电路使用户可以方便的将双频液晶锥透镜的最小底角调整为用户设定的最小底角值。此外，在本实施例中，所述控制电路还用于根据接收的驱动电压频率调整信号控制驱动电源的输出的驱动电压的频率。在本实施例中用户也可以利用控制电路将驱动电压的频率调整为最适合双频液晶锥透镜的电压频率。

实施例4

如图7所示，在本实施例中，所述锥透镜成像装置还包括聚焦深度值转换模块，所述聚焦深度值转换模块用于接收聚焦深度值，并将接收的聚焦深度值转换为对应的驱动电压的值，并将该驱动电压的值发送给所述控制电路。由于聚焦深度值和成像的景深直接相关，而本实施例可以直接接收设定的聚焦深度值，由聚焦深度值转换模块转换成对应的驱动电压后输出到相应的电极上，从而将锥透镜的聚焦深度调整为预设的聚焦深度。这样可以使本装置对成像景深的调整更加方便。其中聚焦深度值转换模块可以通过在处理器上运行相应程序实现。

如图8所示，作为其中一种实施方式，在本实施例中，所述聚焦深度值转换转模块包括驱动电压查询单元，所述驱动电压查询单元用于根据映射表查询与聚焦深度值对应的第一驱动电压和第一驱动电压的值；其中所述映射表用于记录聚焦深度值与第一驱动电压和第二驱动电压之间的映射关系。本实施例的双频液晶锥透镜成像装置制作完成后，可以对其聚焦深度值和驱动电压的对应关系进行测量，测量出一系列聚焦深度值相和其相对应的驱动电压的值，形成映射表，映射表可以存储在存储介质中。当需要调整聚焦深度时，计算机执行查询查询程序，由映射表查询到与指定聚焦深度值相对应的驱动电压值，驱动电路按查询到的驱动电压值输出，使双频液晶锥透镜调整成为指定的聚焦深度状态。

如图9所示，作为其中一种实施方式，在本实施例中，所述聚焦深度值转换模块包括驱动电压计算单元，所述驱动电压计算单元用于根据接收的聚焦深度值计算出对应的第一驱动电压和第二驱动电压。

本实施例可以在成像装置制作完成后对其聚焦深度值和驱动电压进行测量，测量出一系列聚焦深度值相和其相对应的驱动电压的值，根据测得的系列值拟合出聚焦深度值和驱动电压值的曲线，然后将拟合的曲线的公式作为由聚焦深度值计算驱动电压值的公式，并可以通过增加测试数据的密度来提供拟合曲线的精度，从而提高计算的精度。本实施例可以按照任意指定的聚焦深度值对成像装置中双频液晶锥透镜的焦深进行连续地精确调整，可以更加直观，方便地调节最终的成像效果。

实施例5

如图10所示，本实施例提供一种双频液晶锥透镜成像方法，利用前述实施例中的双频液晶锥透镜成像装置成像，所述成像方法包括以下步骤：

S1：对双频液晶锥透镜施加第一驱动电压和第二驱动电压；

S2：经过所述双频液晶锥透镜的光信号，根据光信号生成图像信息。

其中图像的采集可以利用CCD传感器或者CMOS传感器，采集通过锥透镜的光线，并将采集到的光信号转换成电信号。

其中第一驱动电压v1或/和第二驱动电压v2为可调电压。

本实施例的电极接收不同频率的第一驱动电压v1和第二驱动电压v2后，在周围空间形成电场，在电场作用下双频液晶层30中的液晶分子偏转，使双频液晶透镜的波长图成圆锥形排布，从而形成可以靠电压驱动的双频液晶锥透镜。其中图像采集单元采集经过前述双频液晶锥透镜调制之后的光线，生成图像信息。由于双频液晶锥透镜的最小底角由液晶层中液晶分子的排列方式决定，因此可以通过调整本装置的驱动电路所输出的驱动电压值来改变液晶分子的排列方式，从而在不改变双频液晶锥透镜外形的情况下改变液晶锥透镜的最小底角。由于不需要改变双频液晶锥透镜的外形，因此双频液晶锥透镜的最小底角不会受到加工工艺的限制，这样就可以使液晶锥透镜具有比现有技术的锥透镜更小的最小底角，从而使液晶锥透镜具有更长的聚焦深度，也可以使图像采集单元所采集到的图像更加清晰，并且具有更大的景深。本实施例改变驱动电压后，电极间形成的电场会随之立即改变，液晶分子的排布方式也随之迅速改变，因此本实施例可以通过调整驱动电压来方便，快捷，实时地改变双频液晶锥透镜的最小底角，从而改变双频液晶锥透镜的聚焦深度以及成像的景深。

如图11所示，在本实施例中，所述S1：对双频液晶锥透镜施加第一驱动电压v1和第二驱动电压v2还包括以下步骤：

S11：接收聚焦深度值；

S12：根据聚焦深度值确定与所述聚焦深度值对应的第一驱动电压v1和第二驱动电压v2；

S13：在第二电极22和第一电极21之间施加第一驱动电压v1，在第三电极23和第一电极21之间施加第二驱动电压v2。

本实施例的方法可以直接接收外部设定的聚焦深度值，由聚焦深度值转换模块转换成对应的驱动电压后输出到电极上，从而将双频液晶锥透镜的聚焦深度调整为预设的聚焦深度。由于聚焦深度值和成像的景深直接相关，在成像时用户可以通过调节聚焦深度值可以更加方便地获得想要的景深。

其中，本实施例将聚焦深度值转换成对应的驱动电压值所采用的方法包括以下步骤：

S121、建立聚焦深度值与驱动电压之间的映射关系；

S122、根据所述映射关系查询聚焦深度值所对应的驱动电压的值。

在成像装置制作完成后，对其聚焦深度值和驱动电压进行标定，在标定过程中测得和聚焦深度值相对应的驱动电压的值，形成聚焦深度值和驱动电压之间的映射关系，在需要调整成像装置的聚焦深度时，可由用户直接指定聚焦深度，然后根据映射关系，查找到与之对应的驱动电压值，控制驱动电路按照查找到的驱动电压值输出，使双频液晶锥透镜调整成为指定的聚焦深度状态。

实施例6

本发明实施例还提供了一种电子装置，包括前述任一实施例中的双频液晶锥透镜成像装置。该电子装置包括但不限于数字电话、移动终端、PC机、平板电脑、电视机、VR设备、AR设备、无人机等需要成像装置的电子装置，技术人员可以根据具体场景，将前述实施例中的双频液晶锥透镜成像装置配置到相应的电子装置中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.双频液晶锥透镜成像装置，其特征在于，包括透镜组和图像采集单元，所述透镜组包括至少一个双频液晶锥透镜，所述图像采集单元用于采集经过透镜组的光信号，并根据采集到的光信号生成图像信息；

所述双频液晶锥透镜包括沿通光方向依次设置的第一电极、液晶层、第二电极和第三电极；

所述第一电极层为透明电极，所述第二电极为圆孔状电极，所述第三电极为透明电极，所述液晶层为双频液晶层；

在沿与第一电极所在平面垂直的方向上，所述第一电极与第二电极之间的距离为D1，所述第二电极与第三电极之间的距离为D2，其中0≤D2≤0.4，0.3+D2/2≤D1≤0.7-D2/2，其中D1和D2的单位为mm；

所述第二电极和第一电极之间接收第一驱动电压v1，所述第三电极和第一电极之间接收第二驱动电压v2，所述第一驱动电压和第二驱动电压为交流电压，所述第一驱动电压和第二驱动电压的频率不同。

2.根据权利要求1所述的双频液晶锥透镜成像装置，其特征在于，所述第一驱动电压v1和第二驱动电压v2的电压值满足：0≤v2≤40，0≤v1≤v2×3/4+30，其中v1和v2的单位为V。

3.根据权利要求1所述的双频液晶锥透镜成像装置，其特征在于，所述双频液晶锥透镜成像装置还包括驱动电源和控制电路，所述驱动电源包括第一电压输出模块和第二电压输出模块，所述第一电压输出模块所输出的电压的频率与第二电压输出模块所输出的电压的频率不同，所述第一电压输出模块用于输出第一驱动电压，所述第二电压输出模块用于输出第二驱动电压，所述控制电路与所述驱动电源电连接，所述控制电路用于根据接收的预设驱动电压值控制驱动电源输出的驱动电压的大小。

4.根据权利要求3所述的双频液晶锥透镜成像装置，其特征在于，所述第一电压输出模块的输出电压的大小可调和/或第二电压输出模块的输出电压的大小可调。

5.根据权利要求4所述的双频液晶锥透镜成像装置，其特征在于，所述双频液晶锥透镜成像装置还包括聚焦深度值转换模块，所述聚焦深度值转换模块用于接收聚焦深度值，并将接收的聚焦深度值转换为对应的驱动电压的值，并将该驱动电压的值发送给所述控制电路。

6.根据权利要求5所述的双频液晶锥透镜成像装置，其特征在于，所述聚焦深度值转换转模块包括驱动电压查询单元，所述驱动电压查询单元用于根据映射表查询与聚焦深度值对应的第一驱动电压和第一驱动电压的值；其中所述映射表用于记录聚焦深度值与第一驱动电压和第二驱动电压之间的映射关系。

7.根据权利要求5所述的双频液晶锥透镜成像装置，其特征在于，所述聚焦深度值转换模块包括驱动电压计算单元，所述驱动电压计算单元用于根据接收的聚焦深度值计算出对应的第一驱动电压和第二驱动电压。

8.双频液晶锥透镜成像方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1至7中任一项所述的双频液晶锥透镜成像装置成像，所述成像方法包括以下步骤：

S1：对双频液晶锥透镜施加第一驱动电压和第二驱动电压；

S2：获取通过所述双频液晶锥透镜的光信号，根据所述光信号生成图像信息。

9.根据权利要求8所述的双频液晶锥透镜成像方法，其特征在于：所述S1：对双频液晶锥透镜施加第一驱动电压v1和第二驱动电压v2还包括以下步骤：

S11：接收聚焦深度值；

S12：根据聚焦深度值确定与所述聚焦深度值对应的第一驱动电压v1和第二驱动电压v2；

S13：在第二电极和第一电极之间施加第一驱动电压v1，在第三电极和第一电极之间施加第二驱动电压v2。

10.电子装置，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的双频液晶锥透镜成像装置。

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