(57)【要約】      （修正有）【課題】偏光装置を使用せずに、入射光の強度が保証されて、暗い環境で撮影した画像の細部がより豊かであり、しかもよりコンパクトな液晶レンズ結像装置及び結像方法を提供する。【解決手段】結像装置は、液晶レンズを有するレンズ群１３０と、液晶レンズに接続し、前記液晶レンズをそれぞれ焦点合わせ済み状態と焦点外れ状態にするための駆動回路１２０と、液晶レンズを通過する光信号を採集して画像を生成し、液晶レンズが焦点外れ状態、焦点合わせ済み状態にある場合、光信号からそれぞれ焦点外れ画像、焦点合わせ済み画像を生成するための画像採集手段１４０と、画像採集手段に接続し、前記焦点合わせ済み画像と前記焦点外れ画像を受信するとともに、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とするための画像処理手段１５０とを含む。【選択図】図１
2016009184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの液晶レンズを含むレンズ群と、
前記液晶レンズに接続し、前記液晶レンズをそれぞれ焦点合わせ済み状態と焦点外れ状態にするための駆動回路と、
前記液晶レンズを通過する光信号を採集し、前記光信号に基づいて画像を生成し、前記液晶レンズが焦点合わせ済み状態にある場合、前記光信号から焦点合わせ済み画像を生成し、前記液晶レンズが焦点外れ状態にある場合、前記光信号から焦点外れ画像を生成するための画像採集手段と、
前記画像採集手段に接続し、前記焦点合わせ済み画像と前記焦点外れ画像を受信するとともに、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とするための画像処理手段と
を含むことを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記画像処理手段が前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、
前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調されない干渉光信号から生成する画像を前記焦点外れ画像で弱めることを含むことを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記画像処理手段が前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、
前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理することをさらに含むことを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記画像処理手段は、さらに、
前記最終結像の画像の輝度調整をすることを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記画像処理手段が前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、下記式に基づいて行なわれることを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【数１】
2016009184.tif 000054
【請求項６】
請求項５に記載の液晶レンズ結像装置において、
【数２】
2016009184.tif 000055
は、下記式を満足することを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【数３】
2016009184.tif 000056
【請求項７】
請求項６に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記輝度正規化処理関数ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎは、下記式を満足することを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【数４】
2016009184.tif 000057
【請求項８】
請求項１に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記焦点外れ画像に対応する液晶レンズの焦点外れ状態と前記焦点合わせ済み画像に対応する液晶レンズの焦点合わせ済み状態の時間間隔は、所定時間より小さいことを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記液晶レンズと組み合わせて使用するする光学レンズをさらに含むことを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記レンズ群は、初期配向が互いに平行な複数の液晶レンズを含むことを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記焦点合わせ済み画像が指定焦点合わせ点に基づいて生成された場合、前記画像処理手段は、画像鮮明度に基づいて、前記指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面に位置する焦点合わせ済み領域を前記焦点合わせ済み画像から取得したと判断し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域を処理することを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液晶レンズ結像装置において、
前記画像処理手段は、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域と前記焦点合わせ済み領域以外の焦点外れ領域との間に遷移領域を設定し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の遷移領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の遷移領域を処理することを特徴とする液晶レンズ結像装置。
【請求項１３】
ぞれぞれ焦点合わせ済み状態と焦点外れ状態となるように液晶レンズを駆動し、
前記液晶レンズを通過する光信号を採集し、前記光信号に基づいて画像を生成し、前記液晶レンズが焦点合わせ済み状態にある場合、前記光信号から焦点合わせ済み画像を生成し、前記液晶レンズが焦点外れ状態にある場合、前記光信号から焦点外れ画像を生成し、
前記焦点合わせ済み画像と前記焦点外れ画像を受信するとともに、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることを特徴とする液晶レンズ結像方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の液晶レンズ結像方法において、
前記の、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、
前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調されない干渉光信号から生成する画像を前記焦点外れ画像で弱めることを含むことを特徴とする液晶レンズ結像方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の液晶レンズ結像方法において、
前記の、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、
前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理することをさらに含むことを特徴とする液晶レンズ結像方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の液晶レンズ結像方法において、さらに、
前記最終結像の画像の輝度調整をすることを含むことを特徴とする液晶レンズ結像方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の液晶レンズ結像方法において、
前記の、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、下記式に基づいて行なわれることを特徴とする液晶レンズ結像方法。
【数５】
2016009184.tif 000058
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の液晶レンズ結像方法において、
前記焦点合わせ済み画像が指定焦点合わせ点に基づいて生成された場合、画像鮮明度に基づいて、前記指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面に位置する焦点合わせ済み領域を前記焦点合わせ済み画像から取得したと判断し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域を処理することを特徴とする液晶レンズ結像方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の液晶レンズ結像方法において、
前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域と前記焦点合わせ済み領域以外の焦点外れ領域との間に遷移領域を設定し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の遷移領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の遷移領域を処理することを特徴とする液晶レンズ結像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ結像技術分野に係り、具体的に液晶レンズ結像装置及び液晶レンズ結像方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
液晶材料の異方性により、液晶デバイスは、通常偏光にしか対応しない。液晶レンズが結像デバイスに用いられる場合、入射光を線偏光状態にするように、例えば偏光子などの偏光装置の併設が必要となる。しかし、偏光子の使用により、光の強度が初期強度値の半分以下まで低下する。すると、比較的暗い環境では、画像センサに達する光の量が不足し、信号対雑音比の低下が起こり、結像の品質が低下することがある。
【０００３】
結像システムにおいて、液晶層の初期配向が互いに垂直な複数の液晶レンズを積層してレンズ群に形成するか、初期配向が互いに垂直な複数の液晶層の積層を含む液晶レンズを設計することにより、偏光子の使用が避けられる。各液晶レンズ又は各液晶層において、任意の偏光状態により分割された２つの垂直方向の偏光成分をそれぞれ処理することによって、任意の偏光状態の場合に対応できる。しかし、このような解決案には、以下の問題が存在する。
（１）複数の液晶レンズの積層又は複数の液晶層の積層により、液晶レンズ又は液晶層の数が増えるため、液晶レンズの生産コストが大幅に増加する。
（２）液晶レンズ又は液晶層の数が増えるため、デバイスの厚さも大幅に増加し、液晶レンズ結像装置を例えば携帯電話、タブレットパソコンなどの移動デバイスに搭載することが難しい。
（３）各液晶レンズ又は各液晶層のシステムにおける位置が異なるため、偏光の２つの成分の伝達行動が完全一致ではなく、システムの結像品質が低下する。
【０００４】
したがって、如何に、偏光子の使用がなくても直接液晶レンズにより高品質の画像を形成できる問題を解決すると同時にレンズ構造の厚さを減らすことは、解決が急がれる技術問題となっている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記問題のうちの少なくとも１つに鑑み、偏光装置の使用がなく、しかも複数の液晶レンズ（層）積層方式の採用による結像装置の厚さ増加もない、新しい液晶レンズ結像装置及び結像方法を提案する。
【０００６】
本発明に係る液晶レンズ結像装置は、少なくとも１つの液晶レンズを含むレンズ群と、前記液晶レンズに接続し、前記液晶レンズをそれぞれ焦点合わせ済み状態と焦点外れ状態にするための駆動回路と、前記液晶レンズを通過する光信号を採集し、前記光信号に基づいて画像を生成し、前記液晶レンズが焦点合わせ済み状態にある場合、前記光信号から焦点合わせ済み画像を生成し、前記液晶レンズが焦点外れ状態にある場合、前記光信号から焦点外れ画像を生成するための画像採集手段と、前記画像採集手段に接続し、前記焦点合わせ済み画像と前記焦点外れ画像を受信するとともに、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とするための画像処理手段とを含む。
【０００７】
上記実施形態において、本発明の液晶レンズ結像装置は、焦点外れ画像を補助として最後の鮮明な焦点合わせ済み画像を生成して、高品質の画像を取得する。しかも、本発明による液晶レンズ結像装置は、偏光装置がなく、デバイス構造の厚さが小さくなり、システムがよりコンパクトである。
【０００８】
上記技術案において、前記画像処理手段が前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調されない干渉光信号から生成する画像を前記焦点外れ画像で弱めることを含むことが好ましい。
【０００９】
前記焦点合わせ済み画像のうちの干渉光信号が弱められたため、生成した画像のコントラストがより高くなる。
【００１０】
上記いずれか１つの技術案において、前記画像処理手段が前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理することをさらに含むことが好ましい。
【００１１】
前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成するサブ画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理するは、ハイパスフィルタリング、すなわちアンシャープマスク処理に相当できるため、最終的に生成した画像は、よりシャープであり、比較的高いコントラストを有する。
【００１２】
上記いずれか１つの技術案において、前記画像処理手段は、さらに、前記最終結像の画像の輝度調整をすることが好ましい。
【００１３】
上記処理により、画像エネルギーの損失が大きく生じてしまうが、輝度調整をすることにより、画像エネルギーを向上でき、正常なエネルギーに復元できる。
【００１４】
上記いずれか１つの技術案において、前記画像処理手段が前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、下記式に基づいて行なわれることが好ましい。
【数１】
2016009184.tif 000003
【００１５】
上記いずれか１つの技術案において、
【数２】
2016009184.tif 000004
は、下記式を満足することが好ましい。
【数３】
2016009184.tif 000005
【００１６】
上記いずれか１つの技術案において、前記輝度正規化処理関数であるｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎは、下記式を満足することが好ましい。
【数４】
2016009184.tif 000006
【００１７】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点外れ画像に対応する液晶レンズの焦点外れ状態と前記焦点合わせ済み画像に対応する液晶レンズの焦点合わせ済み状態の時間間隔は、所定時間より小さいことが好ましい。すると、最初の入射光Ｌが変化しないこと、あるいは無視できるほどの僅かな変化しか生じないことを保証できる。
【００１８】
上記いずれか１つの技術案において、前記液晶レンズ結像装置は、前記液晶レンズと組み合わせて使用するする光学レンズをさらに含むことが好ましい。
【００１９】
上記いずれか１つの技術案において、前記レンズ群は、初期配向が互いに平行な複数の液晶レンズを含むことが好ましい。
【００２０】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点合わせ済み画像が指定焦点合わせ点に基づいて生成された場合、前記画像処理手段は、画像鮮明度に基づいて、前記指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面に位置する焦点合わせ済み領域を前記焦点合わせ済み画像から取得したと判断し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域を処理することが好ましい。
【００２１】
上記いずれか１つの技術案において、前記画像処理手段は、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域と前記焦点合わせ済み領域以外の焦点外れ領域との間に遷移領域を設定し、前記焦点外れ画像Ｂにおける、前記焦点合わせ済み画像の遷移領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の遷移領域を処理することが好ましい。
【００２２】
本発明に係る液晶レンズ結像方法は、ぞれぞれ焦点合わせ済み状態と焦点外れ状態となるように液晶レンズを駆動することと、前記液晶レンズを通過する光信号を採集し、前記光信号に基づいて画像を生成し、前記液晶レンズが焦点合わせ済み状態にある場合、前記光信号から焦点合わせ済み画像を生成し、前記液晶レンズが焦点外れ状態にある場合、前記光信号から焦点外れ画像を生成することと、前記焦点合わせ済み画像と前記焦点外れ画像を受信して処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることを含む。
【００２３】
本発明による液晶レンズ結像方法は、偏光子を有することなく、高品質の結像画像を取得できるのみならず、液晶レンズ結像装置の厚さを減らすこともできる。
【００２４】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調されない干渉光信号から生成する画像を前記焦点外れ画像で弱めることを含むことが好ましい。
【００２５】
前記焦点合わせ済み画像のうちの干渉光信号が弱められたため、生成した画像のコントラストがより高くなる。
【００２６】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理することをさらに含むことが好ましい。
【００２７】
前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成するサブ画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理するは、ハイパスフィルタリング、すなわちアンシャープマスク処理に相当するため、最終的に生成した画像は、よりシャープであり、比較的高いコントラストを有する。
【００２８】
上記いずれか１つの技術案において、前記液晶レンズ結像方法は、前記最終結像の画像の輝度調整をすることをさらに含むことが好ましい。
【００２９】
上記処理により、画像エネルギーの損失が大きく生じてしまうが、輝度調整をすることにより、画像エネルギーを向上でき、正常なエネルギーに復元できる。
【００３０】
上記いずれか１つの技術案において、前記の、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、下記式に基づいて行なわれることが好ましい。
【数５】
2016009184.tif 000007
【００３１】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点合わせ済み画像が指定焦点合わせ点に基づいて生成された場合、画像鮮明度に基づいて、前記指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面に位置する焦点合わせ済み領域を前記焦点合わせ済み画像から取得したと判断し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域を処理することが好ましい。
【００３２】
このような処理により、当該指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面を有する画像領域が鮮明であることを保証でき、他の焦点外れ領域を処理する必要が無く、液晶レンズに変調されない偏光信号が維持されるため、通常のカメラで撮影した画像に比較すると、よりぼやけた効果を有する。
【００３３】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域と前記焦点合わせ済み領域以外の焦点外れ領域との間に遷移領域を設定し、前記焦点外れ画像のうち、前記焦点合わせ済み画像の遷移領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の遷移領域を処理することが好ましい。
【００３４】
遷移領域に対する画像処理は、焦点合わせ済み領域に対する処理に類似するが、その処理の強度が比較的弱く、又は強い強度から弱い強度まで徐々に変化する。よって、焦点合わせ済み領域と焦点外れ領域との間で明らかな境界が生じることはなく、画像がより自然である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の液晶レンズ結像装置及び結像方法は、偏光装置の使用がなく、入射光の強度がそのまま維持されるため、比較的暗い環境で撮影した画像の細部がより豊かであり、しかも単一の液晶レンズだけで鮮明に結像でき、液晶レンズ構造の厚さが減少し、システム全体がよりコンパクトである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による液晶レンズ結像装置の模式図である。
【図２】本発明による実施例３の液晶レンズ結像装置が焦点合わせ済み状態で取得する画像のスクリーンショットである。
【図３】本発明による実施例３の液晶レンズ結像装置が焦点合わせ済み状態で取得する別の画像のスクリーンショットである。
【図４】本発明による実施例の液晶レンズ結像方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の上記目的、特徴及び利点をより明確に理解するために、以下、図面と具体的な実施形態と結び付けて本発明についてさらに詳細な記載をする。なお、抵触がない限り、本願の実施例及び実施例における特徴は、互いに組み合わせることができる。
【００３８】
以下の記載では、多くの具体的な細部を記述して本発明を充分に理解するが、本発明は、ここでの記載とは異なるほかの方式により実施することもできる。したがって、本発明は、以下に開示する具体的な実施例によって限定されない。
【００３９】
図１は、本発明による一具体的実施形態の液晶レンズ結像装置の模式図である。
【００４０】
図１に示すように、本発明の液晶レンズ結像装置は、レンズ群１３０と、画像センサ（画像採集手段）１４０と、画像プロセッサ（画像処理手段）１５０と、駆動回路１２０とを含む。
【００４１】
レンズ群１３０の動作時に、最初の入射光Ｌ（通常、複数の異なる偏光方向を有する偏光を含む）は、液晶レンズ１３０に入射する。画像センサ１４０は、レンズ群１３０を透過する光信号を採集し、前記光信号に基づいて画像を生成し、生成した画像を画像プロセッサ１５０に伝送する。画像プロセッサ１５０は、画像を受信して分析と判断をし、受信した画像に基づいて駆動回路１２０に制御信号を出力する。レンズ群１３０の液晶レンズに接続される駆動回路１２０は、画像プロセッサ１５０の制御信号に基づいて、レンズ群１３０の液晶レンズに印加する電圧を調節することによって、液晶レンズの屈折率を変化させ、液晶レンズを焦点外れ状態から焦点合わせ済み状態に遷移させ、又は焦点合わせ済み状態から焦点外れ状態に遷移させる。液晶レンズが焦点合わせ済み状態にある場合、画像センサ１４０は、焦点合わせ済み画像を生成する。一方、焦点外れ状態から焦点合わせ済み状態に、又は焦点合わせ済み状態から焦点外れ状態に遷移する過程では、液晶レンズが焦点外れ状態にあり、画像センサ１４０が少なくとも一枚の焦点外れ画像を生成する。
【００４２】
画像プロセッサ１５０は、焦点合わせ済み画像と焦点外れ画像を受信し、焦点合わせ済み画像のうち液晶レンズに変調されない干渉光信号を焦点外れ画像で弱め、液晶レンズに変調されたる光成分の割合を高め、最終的に、偏光装置の使用なしに鮮明な画像を復元する。焦点外れ画像を補助として最後の鮮明な焦点合わせ済み画像を生成し、高いコントラストの結像システムを構成する。
【００４３】
具体的な実施例において、レンズ群１３０は、少なくとも１つの液晶レンズを含む。レンズ群１３０が複数の液晶レンズを含む場合、前記複数の液晶レンズは、初期配向が互いに平行であり、すなわち前記複数の液晶レンズの配向層摩擦方向が互いに平行である。レンズ群１３０は、液晶レンズのほかに、たとえばガラス又はプラスチック光学レンズなどの物理光学レンズをさらに含んでもいい。レンズ群１３０は、異なる具体的な形式と多様な組み合わせを有してよく、以下の具体的な形式と組み合わせを有するがそれらに限らない。（１）単一の液晶レンズからなる。（２）単一の液晶レンズの複眼アレイからなる。（３）初期配向が互いに平行な複数の液晶レンズからなる。（４）初期配向が互いに平行な複数の液晶レンズ又はその複眼アレイからなる。（５）単一の液晶レンズとほかの光学レンズの両方からなる。（６）単一の液晶レンズの複眼アレイと他の光学レンズの両方からなる。（７）初期配向が互いに平行な複数の液晶レンズとほかの光学レンズの両方からなる。（８）初期配向が互いに平行な複数の液晶レンズ又はその複眼アレイとほかの光学レンズの両方からなる。以上から、レンズ群１３０、液晶レンズは、ともにレンズアレイであることができることがわかるが、本発明では、「レンズ群」、「液晶レンズ」と統一的に呼称し、区別をしない。レンズ群１３０の具体的な形式と多様な組み合わせ及び物理光学レンズは、いずれも従来技術であるため、ここでは繰り返して説明しない。
【００４４】
好ましい実施例において、レンズ群１３０は、少なくとも１つの液晶レンズと、前記液晶レンズと組み合わせて使用する１つの光学レンズを含む。レンズ群１３０の液晶レンズは、光学レンズの前に設置され、具体的な設置位置がその自身のパラメータに応じて調整して組み合わせることができる。最初の入射光Ｌ（通常、複数の異なる偏光方向を有する偏光を含む）は、液晶レンズを透過して光学レンズに達し、液晶レンズと光学レンズが一体として光信号に対して集束と発散の変調をし、画像センサ１４０により焦点合わせ済み画像と焦点外れ画像が生成される。
【００４５】
好ましい実施例において、画像プロセッサ１５０は、プログラマブルロジックコントローラである。
【００４６】
通常、偏光子などの偏光装置がないため、液晶レンズ透過後の最初の入射光（非単一偏光方向の偏光）には、液晶レンズによって変調された偏光成分のほかに、液晶レンズによる変調のない偏光成分も紛れ込んでおり、後者によって最終結像の鮮明度が低下する。この難題を解決するために、本発明の液晶レンズ結像装置は、液晶レンズの安定した焦点合わせ済み状態での焦点合わせ済み画像のほかに、焦点外れ状態での一枚又は複数枚の焦点外れ画像も取得し、焦点外れ画像を利用して焦点合わせ済み画像を処理し、最終的に偏光装置を使用することなく、鮮明な画像を復元する。
【００４７】
しかも、本発明の液晶レンズ結像装置は、偏光装置がないため、最初の入射光Ｌの強度が保証される。ある特定な画像センサにとって、光の照射が比較的弱い撮影環境においても、より多くの細部を識別でき、光が暗い環境での撮影効果を向上し、撮影した画像の細部がより豊かである。また、初期配向が互いに垂直な複数の液晶レンズの積層又は複数の液晶層の積層で形成するレンズ（群）から構成する光学結像システムに比較すると、本発明の液晶レンズ結像装置は、より軽くて薄く作製でき、より携帯電話、タブレットパソコンなどのモバイルデバイスに適する。
【００４８】
以上、本発明による液晶レンズ結像装置の主な構成及びその大体の動作フローを記述したが、以下、図１に示す液晶レンズ結像装置の模式図に基づいて、本発明による液晶レンズ結像装置の動作原理を詳細に説明する。
【００４９】
まず、本発明において焦点合わせ前に生成した焦点外れ画像を利用して焦点合わせ済み画像を処理するフローチャートを説明する。
【００５０】
前述のように、レンズ群１３０の動作時に、液晶レンズをレンズ状態にし、液晶レンズの焦点合わせをする。このとき、液晶レンズがまだ焦点外れ状態にあり、画像センサ１４０により焦点外れ画像が生成される。画像プロセッサ１５０は、前記焦点外れ画像を受信して分析と判断をし、焦点外れ画像であると判定すると、駆動回路１２０に制御信号を出力する。駆動回路１２０は、前記制御信号に基づいて、液晶レンズに印加する電圧を調節し、引き続き液晶レンズの焦点合わせをし、焦点外れ状態から焦点合わせ済み状態に遷移させる。画像センサ１４０により焦点合わせ済み画像が生成されるまで複数回の調節を経て、画像プロセッサ１５０が焦点合わせ済み画像を受信すると一回の結像過程を完成し、次の結像をする。ここで、焦点外れ状態から焦点合わせ済み状態に遷移する過程で、画像センサ１４０は、少なくとも一枚の焦点外れ画像を生成する。そして、画像プロセッサ１５０は、焦点外れ画像と焦点合わせ済み画像を受信して上記処理をし、鮮明な画像を復元する。以下、幾つかの実施例を列挙して具体的に記述する。
【００５１】
実施例１
通常、液晶レンズが偏光にしか対応しない特性に基づき、複数の異なる偏光方向を有する最初の入射光Ｌのうち、液晶レンズに変調されることができる光成分を全て１つの偏光方向に分解し、液晶レンズに変調されることができない光成分を全て別の偏光方向に分解し、かつ前記２つの偏光方向が互いに垂直であり、それぞれｘ、ｙで示す。すると、画像センサ１４０により受信した光信号（最初の入射光Ｌ）は、ｘ、ｙの２つの偏光方向での光成分から生成する画像をそれぞれＩｘ、Ｉｙで示す。すなわち、画像センサ１４０が感応して生成する任意一枚の画像Ｉは、２つのサブ画像Ｉｘ、Ｉｙからなると示すことができる。なお、本発明におけるｘ、ｙの意味は、画像でのｘ、ｙ座標の意味とは異なり、ｘ、ｙ座標のように、任意２つの互いに垂直な方向であればいいというわけではない。
【００５２】
このように、レンズ群１３０の液晶レンズが焦点外れ状態から焦点合わせ済み状態へ遷移するように駆動回路１２０により制御される過程では、画像センサ１４０は、感応して焦点外れ画像Ｉｋを生成し、しかも２つのサブ画像
【数６】
2016009184.tif 000008
で下記のように示すことができる。
【数７】
2016009184.tif 000009
【００５３】
すなわち、焦点外れ画像Ｉｋは、画像センサ１４０により受信した光信号の、ｘ、ｙの２つの偏光方向での光成分から生成する画像
【数８】
2016009184.tif 000010
を含む。そのうち、ｙ偏光方向での光信号は、干渉光信号ともいう。
【００５４】
レンズ群１３０の液晶レンズが安定した焦点合わせ済み状態となるように駆動回路１２０により制御されるとき、画像センサ１４０が感応して焦点合わせ済み画像Ｉｆを生成し、２つのサブ画像
【数９】
2016009184.tif 000011
で下記のように示すことができる。
【数１０】
2016009184.tif 000012
【００５５】
すなわち、焦点合わせ済み画像Ｉｆは、画像センサ１４０により受信した光信号の、ｘ、ｙの２つの偏光方向での光成分から生成する画像
【数１１】
2016009184.tif 000013
を含む。そのうち、ｙ偏光方向での光信号は、干渉光信号ともいう。焦点合わせ済み画像Ｉｆが先に生成され、焦点外れ画像Ｉｋが後に生成されることもよい。
【００５６】
本発明において、レンズ群１３０が動作せず、液晶レンズが非レンズ状態にあるとき、駆動回路１２０は、液晶レンズに駆動電圧を印加しない。このとき、液晶レンズは、最初の入射光Ｌに対して変調作用を果たさない。本発明の液晶レンズ結像装置は、偏光子などの偏光装置がないため、最初の入射光Ｌのｘ成分とｙ成分が何の変化もなく液晶レンズを透過する。レンズ群１３０が動作するとき、駆動回路１２０は、液晶レンズに駆動電圧を印加し、液晶レンズをレンズ状態にする。このとき、液晶レンズに変調された偏光から生成する像を画像センサ１４０に位置させる。このとき、液晶レンズは、最初の入射光Ｌのｘ偏光方向の光信号についてのみ集束又は発散の変調作用を果たし、垂直なｙ偏光方向の光信号を透過させ、変調作用を果たさない。
【００５７】
焦点合わせ過程で形成する焦点外れ画像Ｉｋを利用して焦点合わせ済み画像Ｉｆを処理することは、下記式に基づいて、焦点合わせ済み画像Ｉｆと焦点外れ画像Ｉｋを処理して最後の鮮明な画像Ｉｓを得ることである。
【数１２】
2016009184.tif 000014
【００５８】
液晶レンズの電圧に対する反応速度が充分に速いであれば、焦点外れ画像Ｉｋに対応する焦点外れ状態から、焦点合わせ済み画像Ｉｆに対応する焦点合わせ済み状態への遷移時間が充分に短い。すなわち、焦点外れ状態と焦点合わせ済み状態の時間間隔は、所定時間より小さいとき、撮影する場面に明らかな変化（光の強度の変化、場面における物体の変位、結像装置の移動などの変化要素）がない。このように、当該２つの状態下の最初の入射光Ｌに変化がなく、又は無視できるほどの僅かな変化しか起こっていないと合理的に仮定できる。また、
【数１３】
2016009184.tif 000015
について、当該２つの状態において液晶レンズがｙ偏光方向の光成分に対して変調作用を果たさないため、次の式が成立する。
【数１４】
2016009184.tif 000016
【００５９】
これにより、式（３）は下記式に変換する。
【数１５】
2016009184.tif 000017
【００６０】
特定な焦点合わせ面について、
【数１６】
2016009184.tif 000018
は焦点合わせした鮮明な画像を示し、
【数１７】
2016009184.tif 000019
は焦点合わせしないぼやけた画像を示す。
【数１８】
2016009184.tif 000020
は、前記焦点外れ画像Ｉｋのうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成するサブ画像
【数１９】
2016009184.tif 000021
を利用して、前記焦点合わせ済み画像Ｉｆのうち前記液晶レンズに変調された光信号から生成するサブ画像
【数２０】
2016009184.tif 000022
を処理することを示し、鮮明な画像
【数２１】
2016009184.tif 000023
に対してハイパスフィルタリング処理、すなわち、アンシャープマスク処理（Ｕｎｓｈａｒｐ  Ｍａｓｋｉｎｇ）をすることに相当し、鮮明な画像
【数２２】
2016009184.tif 000024
をよりシャープにし、比較的高いコントラストを持たせる。すなわち、
【数２３】
2016009184.tif 000025
は、焦点合わせ済み画像
【数２４】
2016009184.tif 000026
より鮮明な画像である。
【数２５】
2016009184.tif 000027
は、弱められた干渉光信号から生成する画像を示し、そのエネルギーが最初の（１−ｗ）に減少される。
【００６１】
以上によると、ｗは、焦点外れ画像Ｉｋの重み係数であり、０＜ｗ＜１。ｗ≠１というのは、ｗ＝１のときに、干渉光信号から生成する画像
【数２６】
2016009184.tif 000028
が完全に除去でき、かつ
【数２７】
2016009184.tif 000029
も最もシャープな効果に達成できるが、最後の信号エネルギーが０近くになり、実際の意義がないからである。
【００６２】
さらに、式（５）の処理後の画像についてさらに処理し、すなわち輝度を向上させ、その画像を正常なエネルギーに復元させる。例えば、一実施例として、下記式に基づいて線形輝度調整をし、処理後の画像が以下となる。
【数２８】
2016009184.tif 000030
ここで、αは、１より大きい実数である。
【００６３】
従来の液晶レンズ結像システムにおいて、液晶レンズの前に偏光装置が設置される。このように、特定偏光方向の光信号のみは、偏光装置を透過して液晶レンズによって集束又は発散されるが、他の偏光方向の光信号はいずれも偏光装置によって遮断される。これは、光信号が偏光装置透過後にその強度が大幅に低下するという意味もする。画像センサが受信した光信号が非常に弱いとき、感応した画像も弱く、場合によってはその強度が雑音の強度より低い場合も生じる。これにより、光が暗い撮影環境では、結像の細部が失われる。後続の処理により一部補償できるが、結像品質は、完全に復元することができない。また、従来の液晶レンズ結像システムは、偏光装置の増設がなく複数の液晶レンズの積層を採用しているため、液晶レンズ結像システム全体の厚さが増加し、デバイスに対する軽薄化の要求に満足しない。
【００６４】
本発明の液晶レンズ結像装置は、偏光装置がなく、液晶レンズを透過する光信号の全偏光方向のエネルギーが維持され、その強度が変わらない。このように、画像センサ１４０は、光信号の僅かな変化をより感応しやすく、生成した画像の細部もより豊かである。しかも、焦点合わせ過程で生成した焦点外れ画像を補助として最後の鮮明な画像を生成し、画像ががよりシャープであり、結像のコントラストがより高くなる。また、本発明の液晶レンズ結像装置は、より軽くて薄く作製でき、携帯電話、タブレットパソコンなどのモバイルデバイスに非常に向いており、しかも光が暗い環境での撮影効果を効果的に改善できる。
【００６５】
実施例２
実施例１との相違として、レンズ群１３０の液晶レンズの焦点合わせをして焦点外れ状態から焦点合わせ済み状態に遷移するように駆動回路１２０によって制御される過程では、画像センサ１４０は、感応して複数枚の焦点外れ画像を生成し、焦点合わせ済み状態との時間間隔の長い順にＩ１、…、Ｉｎとする。ｎは、１以上の整数である。
【００６６】
焦点合わせ過程で入射光Ｌに変化が無く、又は無視できるほどの僅かな変化しか生じないことを保証する場合、焦点外れ画像を利用して焦点合わせ済み画像を処理し、すなわち下記式に基づいて処理して最後の鮮明な画像Ｉｓを得る。
【数２９】
2016009184.tif 000031
【００６７】
好ましい実施例では、
【数３０】
2016009184.tif 000032
【００６８】
実施例１と比較して分かるように、これらの焦点外れ画像のうち、Ｉ１に対応する焦点外れ状態とＩｆに対応する焦点合わせ済み状態との時間間隔が最も長く、Ｉ１が最もぼやける。式（５）により、
【数３１】
2016009184.tif 000033
で示す画像の鮮明度が最も高い。一方、Ｉ１、Ｉｆに対応する２つの状態の時間間隔が最も長いため、当該２つの状態において最初の入射光Ｌが変化する確率が最も大きい。それに対して、Ｉｎ、Ｉｆに対応する２つの状態の時間間隔が最も短い。式（５）により
【数３２】
2016009184.tif 000034
で示す画像の鮮明度が最も低いが、最初の入射光Ｌが変化する確率が最も小さい。したがって、ｗｋは、ｋの値が大きくなるにつれて大きくなることが好ましい。
【００６９】
実際に撮影する際に、ｗｋは、焦点外れ画像Ｉｋに応じて調整可能である。静止場面撮影時に、より鮮明な焦点外れ画像を取得するために、ｋの値が小さめであるｗｋを大きめにし、ｋの値が順に大きくなるにつれて、ｗｋが順に逓減することが好ましい。運動場面撮影時に、ｋの値が小さめであるｗｋを小さめにし、ｋの値が順に大きくなるにつれて、ｗｋが順に逓増することが好ましく、運動によりシャドウが生じることを減少できる。
【００７０】
好ましい実施例において、輝度規格化処理関数ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ［ｘ］は、下記式を満足する。
【数３３】
2016009184.tif 000035
【００７１】
式（８）と（９）から、式（７）が下記式に変換する。
【数３４】
2016009184.tif 000036
【００７２】
以上によると、本実施例において、これら焦点外れ画像Ｉ１、…、Ｉｎと焦点合わせ済み画像Ｉｆの記憶及び演算処理が必要であるため、本発明の液晶レンズ結像装置のハードウェアの例えば演算力と記憶空間などが高く求められる。実施例１に比較すると、本実施例の液晶レンズ結像装置は、一組の焦点外れ画像Ｉ１、…、Ｉｎを利用して焦点合わせ済み画像Ｉｆを処理するため、生成した画像がより高いコントラストを有する。
実施例３
【００７３】
単一の焦点合わせ面を有する画像の場合、実施例１と実施例２による処理で充分である。しかし、実際の撮影時、異なる物体が異なる焦点合わせ面に位置するのに対して、ある焦点合わせ点のみを指定して当該指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面にある物体に対して焦点合わせと結像をするため、生成した同一画像において、当該焦点合わせ面での物体は、鮮明な画像を生成するが、他の焦点合わせ面での物体は、ぼやけた画像を生成する。図２に示すように、当該指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面にある画像領域を焦点合わせ済み領域Ｓｆ、当該焦点合わせ済み領域Ｓｆ以外の画像領域、すなわち焦点外れ面に対応する画像領域を焦点外れ領域
【数３５】
2016009184.tif 000037
という。画像プロセッサ１５０が焦点合わせ済み領域Ｓｆのみに対して上記の実施例１又は実施例２の画像処理をし、焦点外れ領域
【数３６】
2016009184.tif 000038
に対して何の処理もしないようにする。上記処理を経た画像は、焦点合わせ済み領域Ｓｆがより鮮明となるが、焦点外れ領域
【数３７】
2016009184.tif 000039
に液晶レンズに変調されない干渉光信号（例えばｙ成分信号）が存在するため、焦点外れ領域
【数３８】
2016009184.tif 000040
は、一般カメラで撮影した画像よりぼやける。以下その処理過程を詳細に説明する。
【００７４】
（１）画像鮮明度に基づいて、前記指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面に位置する焦点合わせ済み領域を前記焦点合わせ済み画像から取得したと判断し、前記焦点外れ画像における前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域を処理する。すなわち焦点合わせ済み領域Ｓｆに対して実施例２における式（６）のような処理をするが、焦点外れ領域
【数３９】
2016009184.tif 000041
に対して何の処理もしない。
【００７５】
このように、当該指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面を有する画像領域が鮮明であることを保証でき、他の焦点外れ領域に対して処理をせず、液晶レンズに変調されない偏光信号が維持されるため、一般カメラで撮影した画像よりぼやけた効果となる。
【００７６】
（２）図２に示す実際撮影時に焦点合わせ済み領域Ｓｆと焦点外れ領域
【数４０】
2016009184.tif 000042
の明確な境界を最適化するために、焦点合わせ済み領域Ｓｆと焦点外れ領域
【数４１】
2016009184.tif 000043
との間で遷移領域Ｓｔを設定する。図３に示すように、遷移領域Ｓｔに対して式（７）と類似する画像処理をする。ただし、処理の強度は、比較的弱く、又は強い強度から弱い強度まで徐々に変化する。
【００７７】
好ましい実施例として、遷移領域に対して下記式のような画像処理をする。
【数４２】
2016009184.tif 000044
ここで、Ｉｆは、遷移領域の焦点合わせ済み画像を示し、Ｉｋは、遷移領域の焦点外れ画像を示し、ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎは、輝度規格化処理関数であり、ｎは、１以上の整数であり、
【数４３】
2016009184.tif 000045
は、前記遷移領域の焦点外れ画像Ｉｋによる前記遷移領域Ｓｔにおける画素ｐの重み係数を示す。各画素の重み係数ｗｋ（ｐ）は、それぞれ異なる。
【００７８】
好ましい実施例として、各画素の重み係数ｗｋ（ｐ）は、画素ｐの焦点合わせ済み領域Ｓｆからの距離ｄ（ｐ）に反比例すると、下記式を満足する。
【数４４】
2016009184.tif 000046
ここで、ｄ（ｐ）／Ｄは、ｄ（ｐ）の正規化関数であり、ｄ（ｐ）に対する正規化処理を示し、すなわち、ｄ（ｐ）の取りうる最大値である。Ｄとｄ（ｐ）の単位は、画素ｐである。Ｄは、前記遷移領域Ｓｔの幅を示す。γｋ、λｋは、前記遷移領域の焦点合わせ済み画像Ｉｋに基づく一定パラメータであり、すなわち、Ｉｋが異なると、γｋ、λｋも異なる。
【００７９】
以上をまとめると、画像プロセッサ１５０により遷移領域Ｓｔに対して実施例２における式（７）と類似する処理をし、処理の強度が比較的弱く、又は強い強度から弱い強度まで徐々に変化する。すると、焦点合わせ済み領域Ｓｆと焦点外れ領域
【数４５】
2016009184.tif 000047
との間で明らかな境界を形成することはなく、結像がより自然である。
【００８０】
続き、本発明において焦点合わせ後に生成した焦点外れ画像で焦点合わせ済み画像を処理する過程を説明する。
【００８１】
前述のように、レンズ群１３０の動作時に、液晶レンズの焦点合わせをする。液晶レンズが焦点合わせ済み状態にあるとき、画像センサ１４０により焦点合わせ済み画像が生成される。画像プロセッサ１５０は、前記焦点合わせ済み画像を受信して分析と判断をし、焦点合わせ済み画像であると判定すると、駆動回路１２０に制御信号を出力する。駆動回路１２０は、前記制御信号に基づいて、液晶レンズに印加する電圧を調節し、液晶レンズを焦点合わせ済み状態から焦点外れ状態に遷移させる。液晶レンズが焦点外れ状態にある場合、画像センサ１４０により少なくとも一枚の焦点外れ画像が生成される。これら焦点外れ画像は、液晶レンズのレンズ状態（動作状態）時に取得できるし、非レンズ状態（非動作状態）時にも取得できる。そして、画像プロセッサ１５０によって焦点外れ画像と焦点合わせ済み画像を受信し、焦点合わせ後に生成した焦点外れ画像で焦点合わせ済み画像を処理する。その具体的な処理過程は、上記実施例１、実施例２、実施例３と同一である。前述した説明を参照し、ここでは繰り返して説明しない。
【００８２】
別の実施例では、焦点外れ画像Ｉ１、…、Ｉｎについて、液晶レンズの焦点合わせ済み画像生成前の焦点外れ状態で生成できるし、液晶レンズの焦点合わせ済み画像生成後の焦点外れ状態で生成でき、すなわち一部が焦点合わせ前に生成し、残りの部分が焦点合わせ後に生成し、しかも生成の順番も必要に応じて決められる。しかもｗｋ、ｗｋ（ｐ）も、実際の撮影の必要に応じて柔軟に調整可能である。これ以外は前述と同一であり、ここでは繰り返して説明しない。
【００８３】
図４は、本発明による実施例の液晶レンズ結像方法のフロー図である。
【００８４】
図４に示すように、本発明による実施例の液晶レンズ結像方法は、以下のステップを含む。
【００８５】
ステップ６０２において、ぞれぞれ焦点合わせ済み状態と焦点外れ状態となるように液晶レンズを駆動する。ステップ６０４において、前記液晶レンズを通過する光信号を採集し、前記光信号に基づいて画像を生成し、前記液晶レンズが焦点合わせ済み状態にある場合、前記光信号から焦点合わせ済み画像を生成し、前記液晶レンズが焦点外れ状態にある場合、前記光信号から焦点外れ画像を生成する。ステップ６０６において、前記焦点合わせ済み画像と前記焦点外れ画像を受信するとともに、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とする。
【００８６】
このように、本発明による液晶レンズ結像装置は、偏光装置を使用しておらず、デバイス構造の厚さが小さくなり、システムがよりコンパクトである。しかも、偏光子がなくても高品質の画像を取得するために、上記実施形態において、本発明の液晶レンズ結像装置は、液晶レンズが安定した焦点合わせ済み状態で生成した焦点合わせ済み画像を取得する以外に、焦点合わせ済み状態前の焦点外れ状態又は焦点合わせ済み状態後の焦点外れ状態で一枚又は複数枚の焦点外れ画像を取得する。焦点外れ画像を利用して焦点合わせ済み画像を処理し、焦点外れ画像を補助として最後の鮮明な焦点合わせ済み画像を生成し、偏光装置の未使用による結像への影響を弱め、高品質の画像を取得する。したがって、本発明による液晶レンズ結像方法は、偏光装置を使用することなく、高品質の画像を取得できるのみならず、デバイス構造の厚さが小さくなり、システム全体がよりコンパクトである。
【００８７】
上記いずれか１つの技術案において、前記の、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調されない干渉光信号から生成する画像を前記焦点外れ画像で弱めることを含むことが好ましい。
【００８８】
前記焦点合わせ済み画像のうちの干渉光信号が弱められたため、生成した画像のコントラストがより高くなる。
【００８９】
上記いずれか１つの技術案において、前記の、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、具体的に、前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された干渉光信号から生成する画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理することをさらに含むことが好ましい。
【００９０】
前記焦点合わせ済み画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成するサブ画像を、前記焦点外れ画像のうち、前記液晶レンズに変調された光信号から生成する画像で処理するは、ハイパスフィルタリング、すなわちアンシャープマスク処理に相当するため、最終的に生成した画像は、よりシャープであり、比較的高いコントラストを有する。
【００９１】
上記いずれか１つの技術案において、前記液晶レンズ結像方法は、前記最終結像の画像の輝度調整をすることを含むことが好ましい。
【００９２】
上記処理により、画像エネルギーの損失が大きく生じてしまうが、輝度調整をすることにより、画像エネルギーを向上でき、正常なエネルギーに復元できる。
【００９３】
上記いずれか１つの技術案において、前記の、前記焦点外れ画像と前記焦点合わせ済み画像を処理し、処理して得た焦点合わせ済み画像を最終結像の画像とすることは、入射光Ｌに変化がなく、又は無視できるほどの僅かな変化しか生じないことを保証する時に、焦点外れ画像を利用して焦点合わせ済み画像を処理し、下記式に基づいて処理して最後の鮮明な画像Ｉｓを得ることであるが好ましい。
【数４６】
2016009184.tif 000048
ここで、ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎは、輝度正規化処理関数であり、Ｉｆは、焦点合わせ済み画像を示し、Ｉ１、…、Ｉｎは、焦点外れ状態から焦点合わせ済み状態に遷移する過程で画像センサにより感応して生成した複数枚の時間順の焦点外れ画像を示し、ｎは、１以上の整数であり、
【数４７】
2016009184.tif 000049
は、少なくとも一枚の焦点外れ画像による焦点合わせ済み画像の処理を示す。
【００９４】
好ましい実施例において、
【数４８】
2016009184.tif 000050
は、下記式を満足する。
【数４９】
2016009184.tif 000051
【００９５】
実際に撮影する際に、ｗｋは、焦点外れ画像Ｉｋに応じて調整可能である。静止場面撮影時に、より鮮明な焦点外れ画像を取得するために、ｋの値が小さめであるｗｋを大きめにし、ｋの値が順に大きくなるにつれて、ｗｋが順に逓減することが好ましい。運動場面撮影時に、ｋの値が小さめであるｗｋを小さめにし、ｋの値が順に大きくなるにつれて、ｗｋが順に逓増することが好ましく、運動によりシャドウが生じることを減少できる。
【００９６】
さらに、前記輝度規格化処理関数であるｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ［ｘ］は、下記式を満足する。
【数５０】
2016009184.tif 000052
【００９７】
式（１４）と（１５）から、式（１３）が下記式に変換できる。
【数５１】
2016009184.tif 000053
【００９８】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点合わせ済み画像が指定焦点合わせ点に基づいて生成された場合、画像鮮明度に基づいて、前記指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面に位置する焦点合わせ済み領域を前記焦点合わせ済み画像から取得したと判断し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域を処理することが好ましい。
【００９９】
このような処理により、当該指定焦点合わせ点と同一焦点合わせ面を有する画像領域が鮮明であることを保証でき、他の焦点外れ領域を処理する必要がなく、液晶レンズに変調されない偏光信号が維持されるため、通常のカメラで撮影した画像に比較すると、よりぼやけた効果を有する。
【０１００】
上記いずれか１つの技術案において、前記焦点合わせ済み画像の焦点合わせ済み領域と前記焦点合わせ済み領域以外の焦点外れ領域との間に遷移領域を設定し、前記焦点外れ画像における、前記焦点合わせ済み画像の遷移領域に対応する画像領域を利用して前記焦点合わせ済み画像の遷移領域を処理することが好ましい。
【０１０１】
前記の焦点合わせ済み領域Ｓｆと遷移領域Ｓｔに対する具体的な処理過程は、実施例３の記載のとおり、ここでは繰り返して説明しない。遷移領域に対する画像処理は、焦点合わせ済み領域に対する画像処理と類似するが、その処理の強度が比較的弱く又は強い強度から弱い強度まで徐々に変化する。このように、焦点合わせ済み領域と焦点外れ領域との間で明らかな境界が生じることはなく、結像がより自然である。
【０１０２】
本発明の液晶レンズ結像方法は、偏光装置の増設がなく、入射光の強度がそのまま維持されるため、暗い環境で撮影した画像の細部がより豊かであり、しかも単一の液晶レンズにより鮮明に結像でき、液晶レンズ構造の厚さが減少し、システム全体がよりコンパクトである。
【０１０３】
なお、本発明の記載では、焦点外れ画像を先に、焦点合わせ済み画像を後に記述することがあり、焦点合わせ済み画像を先に、焦点外れ画像を後に記述することもあるが、単に具体的な状況に応じてより直観的、明確的に本発明の原理を記述するためであり、焦点外れ画像と焦点合わせ済み画像（又は焦点合わせ済み画像と焦点外れ画像）の生成に時間上の前後順番があるとは意味しない。事実上、前述のように、焦点合わせ済み状態前の焦点外れ状態で生成した画像を焦点外れ画像と称することもできるし、焦点合わせ済み状態後の焦点外れ状態で生成した画像を焦点外れ画像と称することもできる。しかも、実際に、焦点合わせ済み画像、焦点合わせ済み状態は、所定の判断基準に関係する。したがって、本発明の「焦点外れ画像」、「焦点合わせ済み画像」及び「焦点外れ状態」、「焦点合わせ済み状態」は、いずれも相対的な用語である。「焦点外れ画像」と「焦点合わせ済み画像」の生成前後順に係らず、液晶レンズの「焦点外れ状態」時に生成した「焦点外れ画像」（補助画像）で液晶レンズの「焦点合わせ済み状態」時に生成した「焦点合わせ済み画像」（目的画像）を処理するあらゆる技術は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
【０１０４】
以上に記載したのは、単に本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限するためのものではない。本分野の技術者にとって、本発明には様々な変更と変化を有してもよく、例えば焦点合わせ済み状態後に生成した焦点外れ画像で焦点合わせ済み画像を処理する。本発明の精神と原則内に為したあらゆる修正、同等の差し替え、改良などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
【図１】
2016009184.tif 000059
【図４】
2016009184.tif 000060
【図２】
2016009184.tif 000061
【図３】
2016009184.tif 000062