СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОФОКУСИРОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДАПТИВНОЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ОПТИКИ Российский патент 2014 года по МПК G03B13/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к автофокусировке и, в частности, к автофокусировке с использованием адаптивной жидкокристаллической оптики.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Мегапиксельные фотоаппараты высокого разрешения для получения высококачественных снимков используют функцию фокусировки. Большинство способов автофокусировки связано с привлечением механических подвижных элементов, таких как шаговые электродвигатели, которые увеличивают сложность разработки аппаратной конструкции и программного обеспечения. Жидкие электросмачиваемые линзы и жидкокристаллические линзы относятся к категории адаптивной оптики, в которой фронт оптической волны изменяется без привлечения механического перемещения. В случае жидкокристаллических линз изменение фронта оптической волны достигается посредством плавного изменения коэффициента преломления, который регулируется электрическим образом - внешним напряжением. Но даже если адаптивная оптика может позволить избежать использования механических подвижных элементов, то в конструкциях современных фотоаппаратов и формирователей изображения, использующих адаптивную оптику, имеются моменты и проблемы, связанные с ее применением в камерах с автофокусировкой.

Как отмечено выше, в фотоаппаратах, имеющих функцию автофокусировки, обычно используются механические части. Несколько патентов США рассматривают использование адаптивной оптики с линзами из жидких кристаллов, но они не смогли решить вопросов, касающихся поляризации и двупреломления, связанных с использованием жидкокристаллических линз. Двупреломление или двойное лучепреломление представляет собой разложение светового луча на два луча - обыкновенный и необыкновенный, в зависимости от поляризации света - при прохождении им материалов определенного типа, таких как кристаллы кальцита. Поляризация есть свойство электромагнитных волн, таких как свет, которая описывает направление их поперечного электрического поля. В более общем смысле поляризация поперечной волны описывает направление колебаний в плоскости, перпендикулярной направлению распространения.

Например, в патенте США 5359444 в концептуальном плане обсуждается окуляр с автофокусировкой, построенный на основе жидкокристаллической линзы, в котором не удалось справиться с поляризацией и двойным лучепреломлением, обусловленными жидкокристаллическим материалом. Подобным же образом в патентной заявке США 2006/0164732А1 предложена жидкокристаллическая линза для оптической трансфокации, а в патенте США 5815233 предложена жидкокристаллическая линза системного уровня для обработки оптической информации в системах с когерентным светом. В каждой из этих публикаций не удалось должным образом решить вопросы поляризации и двойного лучепреломления. В публикации 0600850103, финансированной Национальной Академией наук, опубликованной 18 апреля 2006 г., обсуждается использование преломляющих жидкокристаллических линз для создания окуляра с автофокусировкой.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением могут предложить способ и устройство, которые позволяют реализовать простое и эффективное решение для построения устройства автофокусировки фотоаппарата, с использованием жидкокристаллической технологии без механических подвижных частей. Такое устройство характеризуется компактностью и упрощением конструкции, не обеспеченными в настоящее время существующими технологиями. В одной из конфигураций фотоаппарата для выполнения автофокусировки и противопомеховой фильтрации используются две установленные перпендикулярно одна за другой жидкокристаллические пластины, не имеющие оптической силы, и любой поляризатор. Как отмечалось выше, в этом способе автофокусировки нет необходимости обязательно использовать механические подвижные части.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения фотоаппарат с автофокусировкой может включать в себя объектив, датчик для обнаружения изображения от объектива, первый жидкокристаллический слой между объективом и датчиком и второй жидкокристаллический слой между объективом и датчиком, дополнительно установленный перпендикулярно относительно первого жидкокристаллического слоя. В одном варианте осуществления быстрая оптическая ось второго жидкокристаллического слоя может быть выставлена перпендикулярно быстрой оптической оси первого жидкокристаллического слоя. Фотоаппарат может включать в себя инфракрасный фильтр для задержки инфракрасного излучения в фотоаппарате, используемом для получения видимых изображений. Каждый из жидкокристаллических слоев может быть толщиной менее 0,25 мм. Фотоаппарат с автофокусировкой дополнительно может включать в себя интегральную схему, запрограммированную на возбуждение или подачу различного электрического напряжения, соответственно, к первому жидкокристаллическому слою и ко второму жидкокристаллическому слою, в зависимости от различных фокусных расстояний. Фотоаппарат с автофокусировкой может включать в себя контроллер, запрограммированный на перпендикулярную настройку поляризации первого жидкокристаллического слоя со вторым жидкокристаллическим слоем. Контроллер может быть альтернативно запрограммирован на управление двумя перпендикулярно настроенными жидкокристаллическими фазовыми модуляторами. В одной конфигурации этот датчик может быть датчиком типа КМОП, при этом в датчик типа КМОП встроен один или оба жидкокристаллических слоя. Кроме того, датчик типа КМОП и жидкокристаллические слои могут являться отдельными элементами. Эти жидкокристаллические слои могут служить в качестве оптических противопомеховых фильтров, использующих свойства двойного лучепреломления жидкокристаллического слоя или жидкокристаллических слоев. Первый жидкокристаллический слой и второй жидкокристаллический слой могут быть установлены перпендикулярно для достижения нечувствительности работы фотоаппарата с автофокусировкой к поляризации. Первый жидкокристаллический слой и второй жидкокристаллический слой при изменении внешнего электрического напряжения могут электрически "настраивать" показатель преломления необыкновенных (р) волн для модуляции направлений поляризации света. Данный фотоаппарат может быть частью любого количества устройств, включая сотовый телефон, цифровой персональный помощник, "смартфон", МР3-проигрыватель, музыкальный проигрыватель, наручный компьютер или часы. Термин "установленный перпендикулярно" в том смысле, в котором он здесь используется, в общем случае может означать, что жидкокристаллические ячейки имеют оптические оси, которые установлены перпендикулярно конструктивно или электронными манипуляциями.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения система для электронной автофокусировки может включать в себя объектив, датчик для обнаружения изображения от объектива, первый жидкокристаллический слой между объективом и датчиком, второй жидкокристаллический слой между объективом и датчиком и контроллер, запрограммированный на изменение внешнего электрического напряжения, приложенного к первому и ко второму жидкокристаллическим слоям, которые выставлены перпендикулярно с использованием обратной связи от процессора автофокусировки. Датчик может быть датчиком типа КМОП, при этом в датчик типа КМОП может быть встроен, по меньшей мере, первый жидкокристаллический слой или второй жидкокристаллический слой или оба слоя как часть мегапиксельного фотоаппарата высокого разрешения. Первый жидкокристаллический слой и второй жидкокристаллический слой действуют как оптический противопомеховый фильтр, использующий двойное лучепреломление. Система может дополнительно включать в себя четвертьволновую пластинку, вставленную между первым и вторым жидкокристаллическими слоями, и инфракрасный фильтр между объективом и жидкокристаллическими слоями для задержки инфракрасного излучения в фотоаппарате, используемом для получения видимых изображений. Заметим, что четвертьволновая пластинка может иметь оптическую ось, установленную под углом в 45° относительно направления линейной поляризации, что преобразует линейную поляризацию в круговую.

В третьем варианте осуществления настоящего изобретения способ автофокусировки может включать в себя этапы получения изображения посредством объектива и датчика и ортогональной фазовой модуляции первого жидкокристаллического слоя относительно второго жидкокристаллического слоя; в этом варианте первый жидкокристаллический слой и второй жидкокристаллический слой расположены между объективом и датчиком. В общем случае световой луч может быть разложен на два с перпендикулярной поляризацией. Перпендикулярная фазовая модуляция может означать просто фазовую модуляцию двух поляризаций света, проходящего через две жидкокристаллические ячейки, оптические оси которых уже выставлены перпендикулярно, и каждая из двух поляризаций соответственно промодулирована этими двумя жидкокристаллическими ячейками. Более того, фазовая модуляция достигается изменением показателя преломления необыкновенного светового луча (р-волны) в каждой жидкокристаллической ячейке в соответствии с различным электрическим напряжением, приложенным к жидкому кристаллу. Способ автофокусировки может быть выполнен автоматически. Этот способ дополнительно может включать в себя этап оптической противопомеховой фильтрации с использованием эффекта двойного лучепреломления в первом жидкокристаллическом слое и во втором жидкокристаллическом слое. Этот способ может также включать нанесение защитного покрытия на датчик встраиванием в датчик первого жидкокристаллического слоя или второго жидкокристаллического слоя или обоих слоев. Интегральные схемы (ИС) для управления двумя жидкокристаллическими слоями, а также формирователь изображения типа КМОП могут быть объединены и встроены в общую ИС. Данный способ дополнительно одновременно выполняет и функцию автофокусировки, и оптическую противопомеховую функцию. Этот способ может дополнительно включать в себя этап перпендикулярной настройки и фазовой модуляции первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя для достижения нечувствительности автофокусировки к поляризации. Способ может также включать этап электронной коррекции показателя преломления необыкновенных (р) волн с использованием, соответственно, первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя. Этот способ может дополнительно включать в себя этап изменения показателя преломления жидкого кристалла приложением пространственно-зависимых внешних электрических напряжений, по меньшей мере, к одному из первого жидкокристаллического слоя или второго жидкокристаллического слоя.

Используемое здесь единственное число существительных определяет как единичное количество, так и количество, большее чем один. Термин "множество" в том смысле, как он используется здесь, определяет, по меньшей мере, два или большее количество. Термин "другой" в том смысле, как он используется здесь, определяет, по меньшей мере, второго или больше. Термины "включающий" и/или "имеющий" в том смысле, как они используются здесь, определяются как содержащий, то есть открытое множество. Термин "связанный" в том смысле, как он используется здесь, определяется как подсоединенный, хотя не обязательно напрямую и не обязательно механически. Термин "автофокус" (или АФ) или "процессор автофокусировки" представляет собой режим или процессор некоторых оптических систем, который позволяет им выполнять (а в некоторых случаях также и непрерывно удерживать) правильную фокусировку объекта вместо того, чтобы требовать от оператора наводить фокусировку вручную. Системы автофокусировки для определения правильной фокусировки "полагаются" на один или большее количество датчиков. Некоторые АФ системы работают с одним датчиком, в то время как другие используют матрицу датчиков. "Датчик" или "датчик изображения" есть устройство, которое преобразует видимое изображение в электрический сигнал. Он используется главным образом в цифровых фотоаппаратах и в других устройствах формирования изображения. Обычно он представляет собой матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС) или датчиков типа КМОП, таких как "активные пиксельные датчики". "Пространственно-зависимое внешнее электрическое напряжение" определяет внешнее электрическое напряжение, приложенное к устройству, которое изменяет функциональные возможности этого устройства в зависимости от места, к которому это напряжение приложено. Линза в общем случае означает прозрачный объект с двумя преломляющими поверхностями. Эти поверхности обычно являются плоскими или сферическими (сферические линзы). Иногда для улучшения качества изображения линзы специально изготавливаются с поверхностями, которые несколько отходят от сферических. Объектив обычно означает ряд отдельных стеклянных или пластмассовых линз, как, например, объектив в фотоаппарате, который фокусирует свет от объекта на плоскость изображения, чтобы получилось изображение. "Изображение" трудно определить, но в том смысле, как оно используется здесь, оно обычно означает визуальное представление (объекта, сцены, человека или абстракции), обычно воспроизведенное на поверхности. Изображение может также означать поточечное перенесение светящихся точек объекта, расположенного в одной области пространства, в точки в другой области пространства, выполненное преломлением или отражением света таким образом, в результате которого свет от каждой точки объекта сходится к точке, находящейся где-то в другом месте (на изображении) или расходится от нее. "Жидкокристаллический слой" или ячейка в том смысле, как он используется здесь, обычно может представлять собой слой жидких кристаллов, часто помещенный между двумя подложками, где жидкие кристаллы представляют собой субстанции, которые выявляют фазовое состояние вещества и которые имеют свойства между свойствами обычных жидкостей и свойствами твердых кристаллов. Например, жидкий кристалл (ЖК) может течь как жидкость, но его молекулы в этой жидкости организованы и/или ориентированы таким образом, как в кристаллах. В оптике термин "оптическая ось" используется для определения направления, вдоль которого имеется некоторая степень вращательной симметрии. В оптических системах оптической осью является воображаемая линия, которая определяет путь, вдоль которого через эту систему распространяется свет. Для системы, образованной простыми линзами и зеркалами, эта ось проходит через центр кривизны каждой поверхности и совпадает с осью вращательной симметрии. Оптическая ось часто совпадает с механической осью, но не всегда, как в случае с внеосевыми оптическими системами. В одноосевых двулучепреломляющих материалах оптическая ось есть ось, определенная оптической анизотропией, и если свет распространяется вдоль оптической оси, никакого двойного лучепреломления не происходит. В терминологии жидких кристаллов оптическая ось есть проекция оси симметрии ЖК на поверхность слоя ЖК, то есть среднестатистическое осей ориентации молекул КК.

Термины "программа", "программное приложение", "резидентная программа" и т.п. в том смысле, как они используются здесь, определяются как последовательность инструкций, написанных для исполнения на компьютерной системе. Программа, компьютерная программа или программное приложение могут включать в себя подпрограмму, функцию, процедуру, объектный метод, объектную реализацию, исполняемое приложение, прикладную минипрограмму, сервисную программу, исходную программу, объектную программу, библиотеку коллективного доступа/динамически загружаемую библиотеку и/или иную последовательность инструкций, написанных для исполнения на компьютерной системе.

Другие варианты осуществления, будучи сконфигурированными в соответствии с описанными здесь и отличающимися новизной схемами, могут включать в себя аппарат для исполнения и машинно-считываемое запоминающее устройство для приведения в действие аппарата к выполнению им различных раскрытых здесь процессов и способов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой покомпонентное изображение фотоаппарата с автофокусировкой в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой иллюстрацию ширины детектора и эффективной ширины детектора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой систему жидкокристаллической ячейки, иллюстрирующую модуляцию показателя преломления приложенным электрическим напряжением в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 представляет собой иллюстрацию системы для двухмерной противопомеховой фильтрации с использованием четвертьволновой пластинки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 представляет собой блок-схему электронного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 представляет собой блок-схему способа автофокусировки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Притом, что описание содержит и вместе с пунктами формулы изобретения определяет отличительные признаки вариантов осуществления настоящего изобретения, которые рассматриваются как обладающие новизной, думается также, что настоящее изобретение будет более доступно для понимания из рассмотрения нижеследующего описания совместно с чертежами, в которых одинаковые ссылочные позиции вынесены вперед.

Приведенные здесь варианты осуществления могут быть реализованы множеством способов с использованием разнообразных технологий, которые делают возможным не только производство фотоаппаратов с автофокусировкой, но и средства автофокусировки. Эти фотоаппараты, как правило, не будут содержать механических частей и будут давать возможность осуществлять автофокусировку изменением показателя преломления, вызванным приложением к жидкокристаллической пластине электрического напряжения. Такие конфигурации, кроме того, позволяют сократить общий объем фотоаппарата.

При использовании этого устройства можно добиться таких рабочих характеристик, как низкое напряжение питания в 2,5 В, а также малое время готовности - менее чем 1 секунда. В показанном на фиг.1 фотоаппарате 100 с автофокусировкой два жидкокристаллических (ЖК) слоя 104 и 106 размещены между объективом 102 и датчиком 108. Для повышения пропускания неполяризованного света два ЖК слоя 104 и 106 выставлены в перпендикулярных направлениях, чтобы добиться нечувствительности к поляризации света (см. молекулы 111 жидких кристаллов в соответствующих ЖК слоях 104 и 106). Поскольку здесь нет ни какого-нибудь поляризатора, ни поглощения в ЖК слоях, обе волны - и s (обыкновенного луча), и р (необыкновенного луча) могут легко проходить сквозь эти два ЖК слоя. Кроме того, при этом модулирован только показатель преломления необыкновенной волны. Изменение показателя преломления жидкого кристалла может быть локализовано приложением пространственно-зависимых внешних электрических напряжений 110 и 112 для компенсации кривизны поля изображения объектива. Фокусировка производится простым электрическим выключателем без использования какого-либо дополнительного оборудования или программного обеспечения. Более того, ЖК пластина может быть встроена в КМОП-структуру матрицы светочувствительных датчиков (такую как датчик 108), чтобы она действовала в качестве ее защитного слоя. Далее заметим, что для введения оптической фильтрации помех может быть использован эффект двойного лучепреломления в ЖК слое. Фотоаппарат или система 100 может дополнительно включать в себя инфракрасный (ИК) фильтр 103, предназначенный для задержки инфракрасного излучения в фотоаппарате, используемом для получения видимых изображений. ИК фильтр 103 может быть размещен между объективом 102 и ЖК слоями, как показано на чертеже, или между ЖК слоями и датчиком 108. Фотоаппарат или система 100 может дополнительно включать в себя четвертьволновую пластинку 105, вставленную между первым и вторым жидкокристаллическими слоями.

Электрически модулированный ЖК слой может быть расположен рядом с задней фокальной плоскостью. Изменение показателя преломления ЖК слоя будет действенно изменять положение задней фокальной плоскости объектива таким образом, чтобы она соответствовала изменению плоскости изображения от предметов, находящихся на различных расстояниях от фотоаппарата. В результате всего этого может быть создана автофокусирующая система высокого разрешения.

На фиг.1 ЖК слой 104 и напряжение 110, а также слой 106 и напряжение 112 служат в качестве двух перпендикулярных ЖК фазовых модуляторов, которые образуют канал автофокусировки для формирователей изображения. Оптические пути для волн s и р определяются следующим образом:

Оптический путь р (ОПP)=L1×n(V1)+L2×n0

Оптический путь s (ОПS)=L1×n0+L2×n(V2),

где L1 есть толщина первой жидкокристаллической ячейки или слоя, L2 есть толщина второй жидкокристаллической ячейки или слоя, n - показатель преломления необыкновенного (е) луча, а n0 - показатель преломления обыкновенного (о) луча. Кроме того, луч е(о) в жидкокристаллической ячейке 1 становится лучом о(е) в жидкокристаллической ячейке 2, так как оптические оси двух жидких кристаллов перпендикулярны.

Поскольку в производстве между L1 и L2 всегда есть небольшая разница, то для достижения одного и того же фокусного расстояния для обеих волн s и р необходимо, чтобы ОПР был равен ОПS.

Таким образом, получаем:

n(V2)=n0×(L2-L1)/L2+n(V1)×L1/L2.

Это соотношение между V2 и V1 может быть запрограммировано (по воздуху или иным образом) в ЖК фазовых модуляторах (или сохранено в справочной таблице) перед их отгрузкой с завода.

Обратимся к фиг.2, которая иллюстрирует одномерный оптический фильтр, построенный в детекторной матрице на основе жидкокристаллических ячеек по фиг.1. Пунктирная линия представляет необыкновенный луч (е-луч), сплошная линия представляет обыкновенный луч (о-луч). Буква А обозначает шаг детекторной матрицы, С - обозначает действительный или физический размер детекторной ячейки, а С1 - обозначает эффективный размер детекторной ячейки вследствие двойного лучепреломления. Поскольку двойное лучепреломление обычно разделяет падающий свет на два отдельных луча, то это увеличивает эффективную ширину детекторной ячейки, то есть размер пикселя матрицы КМОП или ПЗС. В общем случае размер С детекторной ячейки определяет максимальную пространственную частоту, которую может пропустить формирователь изображения типа КМОП, и которая, в конечном счете, влияет на разрешающую способность формируемого изображения. Эта частота отсечки обратно пропорциональна размеру С. С другой стороны, шаг А детекторной матрицы, то есть межцентровое расстояние соседних детекторных ячеек, соответствует обратной величине частоты дискретизации, и одна вторая этой частоты дискретизации определяется как частота Найквиста, с помощью которой по характеристикам цифровой дискретизации может быть получена максимальная аналоговая частота. Поскольку А больше С, то такая неполная дискретизация вызывает появление оптических помех. Увеличенный эффективный размер С1 детекторной ячейки вследствие двойного лучепреломления может вызвать эффект подавления этих оптических помех. Более того, в детекторную матрицу обычно встроен цветной фильтр, и шаг детекции для различных цветов - красного, зеленого и синего - изменяется, что вызывает появление цветовых искажений, то есть изображение черно-белого предмета может стать цветным. Цветовые искажения могут быть устранены техникой подавления оптических помех.

Как показано на системе 300 по фиг.3, двойное лучепреломление возникает вследствие различных показателей преломления для света с различной поляризацией. То есть влияние дисперсии (или показателя преломления) различно для различных типов поляризации. Эта разница называется двойным лучепреломлением, и явление двойного лучепреломления может расщепить падающий световой луч на два отдельных луча. Заметим, что ЖК слой или жидкокристаллическая ячейка 302 (LC_Y), детектор 304 которой регистрирует только луч с поляризацией в плоскости yz, модулирует (306) показатель преломления Еу (поляризация вдоль оси у). В результате этого луч света после прохождения ячейки 302 LC_Y становится поляризованным и разделяется на необыкновенный луч (е-луч 310 Еу после ячейки LC_Y) и обыкновенный луч (о-луч 308 Ех после ячейки LC_Y), что и называется двойным лучепреломлением.

После прохождения ячейки 302 LC_Y двойным лучепреломлением луч света разделяется. Таким же образом жидкокристаллический слой или ячейка 312 (LC_Х), ЖК детектор 314 которой регистрирует только луч с поляризацией в плоскости xz, модулирует только показатель преломления Ех. И свет после прохождения ячейки 312 LC_Y распространяется в горизонтальном направлении у. Поэтому по горизонтальному направлению (по направлению у) введена противопомеховая защита.

Посредством правильного выбора толщин ЖК слоев этих двух ячеек эффективные оптические пути Ех и Еу этих двух ЖК ячеек могут быть выполнены одинаковыми. Другими словами, световые лучи, проходящие через эти две ячейки, могут иметь одинаковый оптический путь. Общая длина оптического пути будет зависеть от приложенного напряжения, которое прикладывается одновременно к обеим ячейкам.

На фиг.3 и 4 показана система 350 двухмерной противопомеховой фильтрации, которая может быть создана добавлением четвертьволновой пластинки 352 и третьего жидкокристаллического слоя или ячейки 354 или иного оптического кристалла без внешнего электрического напряжения. Вышедшие из второго слоя 312 LC_Х (см. фиг.3) линейно поляризованные световые лучи Ех и Еу по выходе из четвертьволновой пластинки 352, оптическая ось которой может иметь угол в 45° относительно вертикальной оси х, становятся световыми лучами 351 с круговой поляризацией. После этой четвертьволновой пластинки 352 может быть установлена другая жидкокристаллическая ячейка 354 или оптические кристаллы других типов. Свет распространяется вдоль вертикального направления х, так что после прохождения светом первых двух ЖК ячеек (302 и 312), четвертьволновой пластинки 352 и третьей ЖК ячейки 354 достигается двухмерная противопомеховая фильтрация. Третья ЖК ячейка 354 для того, чтобы ее оптическую ось можно было выставлять в определенном направлении, требует приложения только постоянного электрического напряжения смещения. Третья ЖК ячейка 354 может быть заменена одноосными оптическими кристаллами других типов, которые могут работать без приложения электрического напряжения. Одноосный оптический кристалл может быть прозрачным одноосным оптическим кристаллом, таким как жидкий кристалл кварца, оптическая ось которого в результате правильной вырезки кристалла лежит в плоскости xz. В такой конфигурации четвертьволновая пластинка может быть установлена между оптическим кристаллом и вторым ЖК слоем, при этом первый ЖК слой выполняет противопомеховую фильтрацию в направлении у, а данный оптический кристалл может выполнять противопомеховую фильтрацию в направлении х.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения в том виде, как он схематично показан по фиг.5, представляет собой электронный продукт, такой как аппарат (например, фотоаппарат, сотовый телефон, компьютер типа лэптоп, карманный компьютер и т.д.), имеющий фотоаппарат с автофокусировкой или объектив, или функцию 210 автофокусировки, может включать в себя контроллер 202, соединенный с функцией 210. Вообще, в различных вариантах осуществления он может задумываться как аппарат в виде компьютерной системы 200, набор инструкций, заложенных внутри которого, будучи исполненным, может заставить этот аппарат действовать в соответствии с любой или с несколькими из описанных здесь методик. В некоторых вариантах осуществления этот аппарат работает как отдельно установленное устройство. В некоторых вариантах осуществления этот аппарат может быть связан (например, через сеть) с другими аппаратами. В сетевой конфигурации этот аппарат может работать как в качестве сервера или аппарата пользователя в сетевой среде "сервер-клиент", так и в качестве равноправного устройства в одноранговой (или распределенной) сетевой среде. Например, компьютерная система может включать в себя приемное устройство 201 и передающее устройство 250 или наоборот.

Аппарат может представлять собой компьютер-сервер, компьютер пользователя, персональный компьютер (ПК), настольный ПК, цифровой персональный помощник, сотовый телефон типа лэптоп, сетевой маршрутизатор, переключатель или мост, или любое устройство, которое способно исполнить набор инструкций (последовательно или иным образом), которые определяют действия, которые должны быть выполнены этим аппаратом, не говоря о мобильном сервере. Следует понимать, что устройство в соответствии с настоящим описанием в широком смысле включает в себя любое электронное устройство, которое воспроизводит голосовую, видеосвязь или связь с передачей данных или презентаций. Далее, не смотря на то, что описан один такой аппарат, термин "аппарат" будет использоваться как включающий в себя любое собрание аппаратов, которые, каждый в отдельности или все вместе, исполняют набор (или наборы) инструкций, предписывающих выполнение любой одной или нескольких из описанных здесь методик.

Компьютерная система 200 может включать в себя контроллер или процессор 202, например, центральный процессор (ЦП), графический процессор (ГП) (или оба), основную память 204 и статическую память 206, которые связаны между собой по шине 208. Компьютерная система 200 может дополнительно включать в себя презентационное устройство, такое как дисплей 209. Компьютерная система 200 может включать в себя входное устройство 212 (например, клавиатуру, микрофон и т.д.), устройство управления курсором (например, манипулятор "мышь"), дисковод 216, устройство 218 генерации сигнала (например, динамик или орган дистанционного управления, который одновременно может служить в качестве презентационного устройства), а также устройство 220 сетевого интерфейса. Конечно, в представленном варианте осуществления многие из этих элементов являются опционными.

Дисковод 216 может содержать в себе машинно-считываемый носитель информации, на котором сохранены один или большее количество комплектов инструкций (например, программное обеспечение 224), реализующих одну или несколько описанных здесь методик или функций, включая вышеописанные способы. Инструкции 224 во время исполнения их компьютерной системой 200 могут также храниться, полностью или, по крайней мере, частично, внутри основной памяти 204, статической памяти 206 и/или внутри процессора или контроллера 202. Основная память 204 и процессор или контроллер 202 могут также составлять машинно-считываемый носитель.

Подобным же образом для реализации описанных здесь способов могут быть созданы специализированные аппаратные средства, включающие в себя, но этим не ограниченные, интегральные схемы специального назначения, программируемые логически матрицы, программируемые вентильные матрицы типа FPGA и другие устройства. Приложения, которые могут включать в себя устройства и системы различных вариантов осуществления, в общем случае включают большое разнообразие электронных и компьютерных систем. Некоторые варианты осуществления реализуют функции, содержащиеся в двух или в большем количестве специализированно взаимосвязанных модулях или в устройствах, с соответствующими сигналами управления и информационными сигналами, передаваемыми как между модулями, так и внутри их, или функции частей специализированных интегральных схем. Так, приведенная в качестве примера система применима при создании программного обеспечения, программно-аппаратных средств и оборудования.

В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, описанные здесь способы предназначены для работы в качестве программ, исполняемых компьютерным процессором. Кроме того, программные реализации могут включать в себя, этим не ограничиваясь, распределенную обработку или компонентно/объектно распределенную обработку, при этом для реализации описанных здесь способов могут быть разработаны программы параллельной обработки или виртуальной машинной обработки данных. Заметим далее, что различные реализации могут включать также создание нейронных сетей и организацию специальных или ячеистых сетей между устройствами связи.

В настоящем изобретении рассматривается машинно-считываемый носитель, содержащий инструкции 224 или то, что получает и исполняет инструкции 224 с использованием передаваемых сигналов таким образом, чтобы устройство, подсоединенное к сетевому окружению 226, могло посылать или принимать данные, голосовые и видеосообщения по сети 226 с использованием инструкций 224. Инструкции 224 могут далее посылаться или приниматься по сети 226 через сетевое интерфейсное устройство 220.

Притом что машинно-считываемый носитель 222 показан в примерном варианте осуществления как носитель одного типа, термин "машинно-считываемый носитель" следует понимать как относящийся к носителю одного типа или разнообразным носителям (например, централизованная или распределенная база данных, и/или связанная кеш-память и серверы), которые хранят один набор или большее количество наборов инструкций. Термин "машинно-считываемый носитель" следует понимать также как включающий в себя любой носитель, который имеет возможность хранения, кодирования или передачи набора инструкций для их исполнения аппаратом и в соответствии с которыми аппарат выполняет какую-либо одну или большее количество методологий по настоящему описанию.

На фиг.6 способ 400 автофокусировки может включать в себя этап 402 получения изображения посредством объектива и датчика и выполняемую на этапе 404 ортогональную фазовую модуляцию первого жидкокристаллического слоя относительно второго жидкокристаллического слоя, когда первый жидкокристаллический слой и второй жидкокристаллический слой расположены между объективом и датчиком. Этап ортогональной фазовой модуляции может быть выполнен выборочно или автоматически. Способ 400 может дополнительно содержать этап 406 перпендикулярной настройки первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя для достижения нечувствительности автофокусировки к поляризации. Способ 400 может дополнительно содержать этап 408 оптической противопомеховой фильтрации с использованием эффекта двойного лучепреломления в первом жидкокристаллическом слое или во втором жидкокристаллическом слое или в обоих слоях. Способ 400 может ввести защитное покрытие на датчик встраиванием в датчик на этапе 410 первого жидкокристаллического слоя или второго жидкокристаллического слоя или обоих слоев. Способ 400 на этапе 412, возможно, может дополнительно выполнять одновременно функцию автофокусировки и оптическую противопомеховую функцию. Способ 400 может также включать в себя этап 414 электронной коррекции показателя преломления обыкновенных (s) волн и необыкновенных (р) волн с использованием первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя. Способ 400 может дополнительно содержать этап 416 изменения показателя преломления жидкого кристалла приложением внешнего пространственно-зависимого электрического напряжения, по меньшей мере, к одному из слоев - к первому жидкокристаллическому слою или ко второму жидкокристаллическому слою. В этом способе на этапе 418 может дополнительно вводиться различная степень противопомеховой фильтрации для различных длин волн (цветов) выбором жидких кристаллов различного типа или оптических кристаллов с различными дисперсионными свойствами.

Заметим, что оптические оси первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя выставлены перпендикулярно конструктивно - соответствующей поверхностной обработкой подложки жидкого кристалла для первого и второго жидкокристаллических слоев. Обработка поверхности может представлять собой ее видоизменение, такое как при однонаправленном шлифовании полиимидного покрытия или облучение фотополимерного покрытия поляризованным светом, то есть поверхности или поверхностей с определенной ориентацией для достижения анизотропной коррекции жидкого кристалла. Заметим далее, что для изменения величины электрического напряжения, приложенного к первому жидкокристаллическому слою и ко второму жидкокристаллическому слою, может быть запрограммирован контроллер с использованием обратной связи от "автофокусирующего" процессора, причем таким образом, чтобы оптический путь в первом жидкокристаллическом слое и оптический путь во втором жидкокристаллическом слое для двух световых лучей с перпендикулярной поляризацией были одинаковыми. Перпендикулярная поляризация света может означать наличие двух отдельных лучей света, которые поляризованы перпендикулярно. Заметим, что разделительные поляризаторы могут разделять падающий луч на два луча с различной поляризацией. Для идеального поляризационного разделителя эти лучи должны быть полностью поляризованными с перпендикулярной поляризацией. В другом аспекте настоящего изобретения оптическая ось первого жидкокристаллического слоя может находиться в плоскости xz, и для изменения показателя преломления световой компоненты с поляризацией в направлении Х может быть использовано внешнее электрическое напряжение, при этом необыкновенная поляризованная компонента проходит через первый жидкокристаллический слой, в котором оптическая ось второго жидкокристаллического слоя может находиться в плоскости yz, и для изменения показателя преломления световой компоненты с поляризацией в направлении Y может быть использовано внешнее электрическое напряжение, при этом необыкновенная поляризованная компонента проходит через второй жидкокристаллический слой, и в котором первый и второй жидкокристаллические слои совместно осуществляют ортогональную фазовую модуляцию. Заметим далее, что электрическое напряжение, приложенное к первому и второму жидкокристаллическому слою, может быть по существу равномерным и пространственно-зависимым по кольцевой структуре или по сетке жидкокристаллических слоев, так чтобы для различных точек достигалось увеличение изображения, включая углы и края изображения.

Что касается "быстрой" оси, то свет, входящий в оптический кристалл, такой как волновая пластинка, может быть разложен на две волны с перпендикулярной поляризацией, параллельной и перпендикулярной оптической оси волновой пластинки. Внутри пластинки эти две волны распространяются с различными скоростями, то есть с различными показателями преломления. Таким образом, для определения различных направлений распространения света есть "быстрая" и "медленная" оси. Волновая пластинка или замедлитель есть оптическое устройство, которое изменяет положение плоскости поляризации и фазу проходящей сквозь нее световой волны. Волновая пластинка действует, смещая фазу световой волны между двумя перпендикулярно поляризованными компонентами. Типичная волновая пластинка представляет собой обычный двулучепреломляющий кристалл с тщательно подобранной толщиной. Кристалл вырезан таким образом, что необыкновенная ось (плоскость поляризации параллельна оси анизотропии) параллельна поверхности пластины. Когда показатель преломления по необыкновенной оси меньше, чем показатель преломления по обыкновенной оси (плоскость поляризации перпендикулярна оси анизотропии), как в кальците, то необыкновенная ось называется быстрой осью, а обыкновенная ось называется медленной осью. Свет, поляризованный вдоль быстрой оси, распространяется быстрее, чем свет, поляризованный вдоль медленной оси. Таким образом, в зависимости от толщины кристалла свет с компонентами поляризации вдоль обеих осей выйдет с другим состоянием поляризации. Волновая пластинка характеризуется величиной относительной фазы Г, которой она наделяет эти две компоненты, связанной с двойным лучепреломлением Δn и толщиной кристалла L формулой:

Г=2π Δn L/λ

Например, четвертьволновая пластинка вносит смещение, равное четверти длины волны, то есть в 90°, и может изменить линейно поляризованный свет на свет с круговой поляризацией и наоборот. Это выполняется такой настройкой плоскости падающего света, чтобы она составляла угол в 45° с быстрой осью. При этом амплитуды обыкновенной и необыкновенной волны становятся одинаковыми. Другим общеизвестным типом волновой пластинки является полуволновая пластинка, которая задерживает одну из поляризованных компонент на половину длины волны, или по фазе на 180°. Волновая пластинка этого типа производит вращение направления поляризации линейно поляризованного света.

В свете вышеизложенного описания следует иметь в виду, что варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением могут быть реализованы аппаратными средствами, программными средствами или комбинацией аппаратных и программных средств. Сеть или система в соответствии с настоящим изобретением может быть организована как система централизованного типа, построенная на одном компьютере или на одном процессоре, или как распределенная система, в которой различные элементы распределены по нескольким взаимосвязанным компьютерным системам или процессорам (таким как микропроцессор или процессор цифровой обработки сигналов типа DSP (ЦОС)). Подходит любой тип компьютерной системы или иного аппарата, приспособленного для выполнения описанных здесь функций. Типичной комбинацией аппаратных и программных средств мог бы быть универсальный компьютер с компьютерной программой, которая при загрузке и исполнении управляет компьютерной системой таким образом, что она выполняет описанные здесь функции.

В свете вышеизложенного описания следует также иметь в виду, что варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением могут быть реализованы в большом разнообразии конфигураций, разработанных в рамках и в духе пунктов формулы изобретения. Кроме того, вышеприведенное описание предназначено лишь в качестве примера без каких-либо намерений хоть каким-либо образом ограничить настоящее изобретение помимо того, что указано в нижеследующих пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к автофокусировке с использованием адаптивной жидкокристаллической оптики. Устройство включает в себя объектив, датчик для обнаружения изображения от объектива, первый и второй жидкокристаллические слои с плоской поверхностью между объективом и датчиком, которые выставлены перпендикулярно по отношению к друг другу. Первый и второй жидкокристаллические слои между объективом и датчиком служат для прохождения волн в двух ортогональных поляризациях. В первом слое происходит регулировка показателя преломления необыкновенных (p) волн. Технический результат - исключение из конструкции механических подвижных частей. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Камера с автофокусировкой, содержащая:
- объектив,
- датчик для обнаружения изображения от объектива;
- первый жидкокристаллический слой между объективом и датчиком для прохождения волн в двух ортогональных поляризациях, и для регулировки показателя преломления необыкновенных (p) волн, и
- второй жидкокристаллический слой между объективом и датчиком, в котором оптическая ось второго жидкокристаллического слоя выставлена перпендикулярно оптической оси первого жидкокристаллического слоя для прохождения волн в двух ортогональных поляризациях, при этом первый жидкокристаллический слой и второй жидкокристаллический слой представляют собой жидкокристаллические элементы с плоской поверхностью.

2. Камера по п.1, дополнительно содержащая интегральную схему, запрограммированную на подачу различного электрического напряжения к первому жидкокристаллическому слою и ко второму жидкокристаллическому слою соответственно, для изменения оптического пути через каждый жидкокристаллический слой в соответствии с различными фокусными расстояниями таким образом, чтобы оптический путь первого жидкокристаллического слоя и оптический путь для второго жидкокристаллического слоя для света с перпендикулярной поляризацией стали одинаковыми.

3. Камера по п.1, дополнительно содержащая контроллер для программирования двух ортогонально выставленных жидкокристаллических фазовых модуляторов и инфракрасный фильтр для задержки инфракрасного излучения в камере, предназначенной для получения видимых изображений.

4. Камера по п.1, в которой датчик является датчиком типа КМОП, при этом первый жидкокристаллический слой или второй жидкокристаллический слой или оба слоя либо встроены в датчик типа КМОП, либо представляют собой отдельные элементы.

5. Камера по п.1, в которой оптические пути первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя для двух ортогонально поляризованных лучей являются одинаковыми.

6. Способ автофокусировки, содержащий этапы, на которых:
- захватывают изображение посредством объектива и датчика; и
- осуществляют ортогональную фазовую модуляцию первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя, причем первый жидкокристаллический слой и второй жидкокристаллический слой пропускают волны в двух ортогональных поляризациях и являются жидкокристаллическими элементами с плоской поверхностью, расположены между объективом и датчиком.

7. Способ по п.6, дополнительно содержащий этап, на котором осуществляют оптическую противопомеховую фильтрацию с использованием эффекта двойного лучепреломления в первом жидкокристаллическом слое и во втором жидкокристаллическом слое.

8. Способ по п.6, дополнительно содержащий этап, на котором на датчик наносят защитное покрытие посредством встраивания в датчик, по меньшей мере, одного из первого жидкокристаллического слоя и второго жидкокристаллического слоя.

9. Способ по п.6, в котором дополнительно выполняется одновременно функция автофокусировки и оптическая противопомеховая функция.