[发明专利]液晶透镜成像装置及液晶透镜成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及透镜成像技术领域，具体而言，涉及一种液晶透镜成像装置和一种液晶透镜成像方法。

背景技术

由于液晶材料的各向异性性，液晶器件通常只对应偏振光；液晶透镜在用于成像设备时，需要加偏振装置，如偏振片，以使入射光呈线偏振状态。但偏振片的使用会使光强度降至初始强度值的一半以下。这样，在较暗的环境下，有可能使到达图像传感器的光量不足，引起信噪比下降，降低成像质量。

为避免偏振片的使用，可以在成像系统中用液晶层的初始配向互相垂直的多个液晶透镜叠加组成液晶透镜，或设计包含初始配向互相垂直的多液晶层叠加的液晶透镜。各液晶透镜或各液晶层分别处理两个偏振分量，从而实现对任意偏振态环境的对应，但这种解决方案存在以下的问题。

（1）多个液晶透镜叠加方案或多个液晶层叠加方案由于增加了液晶透镜或液晶层的数量，因此大幅度增加了液晶透镜的生产成本。

（2）由于增加了液晶透镜或液晶层的数量，因此也大幅度增加了器件的厚度，让液晶透镜成像装置难以搭载进移动设备中。

（3）由于各液晶透镜或各液晶层在系统中所处位置不同，因此偏振光的两个分量的传播行为不完全一致，使系统的成像质量降低。

因此，如何在解决不使用偏振片直接能够通过液晶透镜成像的问题的同时，能够减少透镜结构的厚度，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明正是基于上述问题中至少之一，提出了一种新的液晶透镜成像装置，在该液晶透镜成像装置中没有使用偏振装置，并且也没有因采用多液晶透镜（层）叠加的方式而增加成像装置的厚度。

本发明提出了一种液晶透镜成像装置，包括：至少一个液晶透镜；驱动电路，连接至所述液晶透镜，在第一时刻使所述液晶透镜处于非透镜状态，以及在第二时刻使所述液晶透镜处于透镜状态；至少一个图像采集单元，所述图像采集单元用于采集在所述第一时刻经过所述液晶透镜的第一光信号，并根据所述第一光信号生成第一图像信号，以及采集在所述第二时刻经过所述液晶透镜的第二光信号，并根据所述第二光信号生成第二图像信号；图像处理单元，连接至所述图像采集单元，接收所述第一图像信号和所述第二图像信号，并对所述第一图像信号和所述第二图像信号进行处理，将处理得到的图像信号作为最终成像的图像信号。

在上述实施方式中，在不需要叠加多个液晶透镜的情况下（仅需一个液晶透镜）就能够获取高质量的图像，因此液晶透镜成像结构的厚度被减小。根据本发明的液晶透镜成像装置在没有偏振片的情况下，既能够获得高质量的成像图像，也能够减小液晶透镜成像装置的厚度。

在上述技术方案中，优选的，所述图像处理单元包括：计算单元，用于在所述第二图像信号中去除未被所述液晶透镜调制的光信号生成的图像信号，得到所述最终成像的图像信号，其中，所述未被所述液晶透镜调制的光信号生成的图像根据所述第一图像信号获得。

由于液晶透镜仅对某一偏振方向上的光分量具有调制作用，因此在第二时刻获取的图像信号包含了由未被调制的光信号（即与被调制的偏振方向垂直的偏振方向上的光分量）生成的图像信号，而该图像信号影响了成像质量，因此需要在第二时刻获得总光信号中去除该未被调制的光信号，而该未被调制的光信号可以根据在第一时刻获取的光信号得到。

在上述任一技术方案中，优选的，所述计算单元基于如下公式确定所述最终成像的图像信号：I₃＝I₂-α·I₁，其中，I₃为所述最终成像的图像信号，I₁为所述第一图像信号，I₂为所述第二图像信号，α为偏振态异向因子，表征未被所述液晶透镜调制的偏振分量在入射光中所占的比例，α·I₁即为根据所述未被调制的光信号生成的图像信号。

由于获取的图像信号仅与一个液晶透镜有关，并且杂光信号仅仅是某一分量上的光信号，因此α因子的确定仅与入射光的偏振态差异有关，可将光信号分成x方向上的分量以及y方向上的分量，根据入射光在各方向上的分量情况来确定该α因子。因此，可以实时检测入射光的偏振态差异，然后确定当前的合适的α因子。

在上述任一技术方案中，优选的，所述图像处理单元还包括：第一异向因子确定单元，在预定数值范围内，按照第一预设间隔调整所述偏振态异向因子的值，计算根据每一偏振态异向因子的值所获取的最终成像图像的质量特征判决，将对应于质量特征判决最大的最终成像图像的偏振态异向因子作为所述液晶透镜成像装置的偏振态异向因子。