用于使用液晶自適應光學裝置進行自動聚焦的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于使用液晶自適應光學裝置進行自動聚焦的方法和裝置
[0001 ] 本申請是國際申請日為2008年8月22日、國際申請號為PCT/US2008/073972的PCT國際申請的、進入中國國家階段的國家申請號為200880105221.8、題為“用于使用液晶自適應光學裝置進行自動聚焦的方法和裝置”的專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明總體上涉及自動聚焦，并且更具體地，涉及使用液晶自適應光學裝置的自動聚焦。
【背景技術】
[0003]高分辨率百萬像素拍攝裝置使用聚焦功能獲取高質量影像。大部分自動聚焦方法牽涉諸如步進電機的機械移動部件，這在硬件和軟件設計中添加了復雜性。電潤濕液體透鏡和液晶透鏡屬于自適應光學裝置的范疇，其中在沒有機械移動的幫助下調節光學波前。在液晶透鏡的情況中，通過由外部電壓電子地調整的折射率的梯度改變，實現光學波前改變。即使自適應光學裝置可避免使用機械移動部件，但是使用自適應光學裝置的現有的拍攝裝置方案和成像器具有在自動聚焦類型的拍攝裝置中實現的問題和挑戰。
[0004]如上文提及的，機械部件通常與具有自動聚焦功能部件的拍攝裝置一起使用。數個美國專利討論了使用液晶透鏡的自適應光學裝置的使用，但是未能解決關于因使用液晶透鏡導致的偏振和雙折射的問題。雙折射或雙重折射是在光線通過諸如方解石晶體的某種類型的材料時，取決于光的偏振，該光線分解為兩個光線(尋常光線和非尋常光線)。偏振是諸如光的電磁波的屬性，其描述了電磁波的橫向電場的方向。更一般地，橫向波的偏振描述了垂直于行進方向的平面中的振蕩方向。
[0005]例如，美國專利5，359，444討論了一種概念性的具有自動聚焦的基于液晶透鏡的眼鏡，其未能解決因液晶材料引起的偏振和雙折射的問題。同樣地，美國專利申請2006/0164732 A1提出了一種用于光學變焦的液晶透鏡并且美國專利5，815，233提出了一種用于關于相干光應用的光學信息處理的系統級的液晶透鏡。每個文獻都未能適當地解決偏振和雙折射。在2006年4月18出版的美國國家科學院贊助的出版物(0600850103)討論了使用衍射液晶透鏡實現眼鏡自動聚焦。
【發明內容】
[0006]根據本發明的實施例可以提供一種能夠實現簡單和有效的解決方案以在沒有機械移動部件的情況下使用液晶技術實現拍攝裝置自動聚焦的方法和設備。該方案提供了現有技術當前不能提供的緊湊性和設計簡化。在特定方案中，在拍攝裝置中沒有光焦度和任何偏振器的情況下使用兩個級聯的正交液晶板用于自動聚焦和光學抗混疊濾光器應用。如前面提及的，該自動聚焦方法不需要牽涉機械移動部件。
[0007]在本發明的第一實施例中，自動聚焦拍攝裝置可以包括透鏡、用于檢測來自透鏡的圖像的傳感器、透鏡和傳感器之間的第一液晶層、以及透鏡和傳感器之間的還與第一液晶層正交對準的第二液晶層。在一個實施例中，第二液晶層的快光軸可以與第一液晶層的快光軸正交對準。對于用于獲取可見圖像的拍攝裝置，該拍攝裝置可以包括紅外濾光器以阻擋紅外光。這些液晶層的厚度均可以小于0.25毫米。該自動聚焦拍攝裝置可以進一步包括集成電路，該集成電路被編程為根據不同的聚焦距離分別驅動第一液晶層和第二液晶層或向其施加不同的電壓。該自動聚焦拍攝裝置可以包括控制器，該控制器被編程為使第一液晶層的偏振與第二液晶層正交對準。該控制器可以可替選地被編程為控制兩個正交對準的液晶相位調制器。在一個方案中，該傳感器可以是CMOS傳感器，其中兩個液晶層之一或全部與該CMOS傳感器集成。而且，該CMOS傳感器和液晶層可以是分立元件。液晶層可以用作使用一個或多個液晶層的雙折射屬性的光學抗混疊濾光器。第一液晶層和第二液晶層可以被正交對準以實現自動聚焦拍攝裝置的偏振不敏感操作。通過改變外部電壓，第一液晶層和第二液晶層可以電子地調節非尋常(P)波的折射率，以調制光偏振方向。該拍攝裝置可以是許多設備的部件，所述設備包括蜂窩電話、個人數字助理、智能電話、MP3播放器、音樂播放器、遙控器、腕帶式計算機或手表。如此處使用的“正交對準”通常可以意指液晶單元具有在構造中或者通過電子操縱正交對準的光軸。
[0008]在本發明的第二實施例中，一種用于電子自動聚焦的系統可以包括透鏡、用于檢測來自透鏡的圖像的傳感器、透鏡和傳感器之間的第一液晶層、透鏡和傳感器之間的第二液晶層、以及被編程為改變施加到第一和第二液晶層的外部電壓的控制器，其中使用來自自動聚焦處理器的反饋使第一和第二液晶層正交對準。該傳感器可以是CMOS傳感器并且至少第一液晶層或第二液晶層或此兩者可以與該CMOS傳感器集成作為高分辨率百萬像素拍攝裝置的部件。第一液晶層和第二液晶層用作使用雙折射的光學抗混疊濾光器。對于用于獲取可見圖像的拍攝裝置，該系統可以進一步可選地包括插入在第一和第二液晶層之間的四分之一波片以及透鏡和液晶層之間的用于阻擋紅外光的紅外濾光器。應當注意，四分之一波片可以具有相對于線性偏振方向45度設置的光軸，其將線性偏振轉化為圓偏振。
[0009]在本發明第三實施例中，一種用于自動聚焦的方法可以包括通過透鏡和傳感器捕獲圖像并且相對于第二液晶層對第一液晶層進行正交相位調制的步驟，其中第一液晶層和第二液晶層駐留在透鏡和傳感器之間。通常，光可以被分解為兩個正交偏振。正交相位調制可以意指對通過兩個液晶單元的光的兩個偏振進行簡單的相位調制，其中這兩個液晶單元的光軸已經正交對準，并且分別通過兩個液晶單元對兩個偏振中的每個偏振進行調制。而且，通過根據施加到液晶的不同電壓使每個液晶單元中的非尋常光(P波)的折射率改變，實現相位調制。該自動聚焦方法可以自動完成。該方法可以進一步包括使用第一液晶層和第二液晶層的雙折射效應進行光學抗混疊濾光的步驟。該方法還可以通過使第一液晶層或第二液晶層或者這兩個層與該傳感器集成向該傳感器提供保護性覆蓋物。用于控制這兩個液晶層的集成電路(1C)和CMOS成像器可以被組合和集成到公共1C中。該方法進一步同時執行自動聚焦功能和光學抗混疊功能。該方法可以進一步包括使第一液晶層和第二液晶層正交對準并且對其進行調制以實現偏振不敏感自動聚焦的步驟。該方法還可以包括分別使用第一液晶層和第二液晶層電子地調節非尋常(P)波的折射率的步驟。該方法可以進一步包括通過向第一液晶層和第二液晶層至少之一施加空間位置相關的外部電壓使液晶折射率變化的步驟。
[0010]如此處使用的術語“一”被定義為一個或不止一個。如此處使用的術語“多個”被定義為兩個或多于兩個。如此處使用的術語“另一”被定義為至少第二個或更多。如此處使用的術語“包括”和/或“具有”被定義為包含(即，開放性語言)。如此處使用的術語“耦合”被定義為連接，盡管其沒有必要是直接連接，也沒有必要是機械連接。術語“自動聚焦”(或AF)或者自動聚焦處理器是一些光學系統的功能部件或處理器，其允許該光學系統獲得(并且在一些系統中還連續保持)在目標上的正確焦點，而非需要操作者手動調節焦點。自動聚焦系統依賴于一個或多個傳感器確定正確的焦點。一些AF系統依賴于單個傳感器，而其他AF系統使用傳感器陣列。“傳感器”或“圖像傳感器”是將視覺圖像轉換為電信號的設備。該設備主要用于數字拍攝裝置和其他成像設備中。該設備通常