具有用于较低F数全光相机的双表面微透镜阵列的方法和设备与流程
本创新大体上涉及具有带改进的光学质量和较低的f数的较高调制传递函数(mtf)的成像系统的系统、方法，以及制造方法。
背景技术：
在传统的摄影中，在拍摄照片之前，操控相机聚焦于图像的某些较小的区域。在俘获照片之后，图像的部分或者焦点对准或者离焦，并且没有焦点对准的任何区域并不能使得其焦点对准。相反地，光场或全光相机使用特定光学元件和传感器来俘获场景(或视野)的光场。全光相机能够在单个图像中俘获来自场景的光的多个光线的辐射，例如，在空间中的多个点处。由于俘获了场景的多个光线的色彩、方向和强度，所以通过全光相机，在图像已经被俘获之后，可以使用软件来执行聚焦。在图像已经被俘获之后，聚焦允许用户在任何时间修改图像的哪些区域是焦点对准的。
在许多全光相机中，光在由图像传感器俘获之前进入主(物镜)透镜且通过微透镜阵列。微透镜阵列中的每个微透镜可具有相对较小的尺寸(例如，100μm)和相对较大的景深。这允许相机俘获场景的所有部分，方法是使用微透镜阵列的每个微透镜从略微不同的视点俘获大量的较小图像。在俘获场景之后，在后处理期间，特定软件提取且操纵这些视点达到场景的所希望的景深。手持型全光相机现在已经成为可商购的，例如购自lytro，inc.(山景城，加利福尼亚州(mountainview,ca))或raytrixgmbh(德国)的那些。
全光相机使用微透镜阵列来俘获感兴趣的视野或场景的4d辐射。所获取的4d辐射(作为积分图像)可以经处理用于3d场景重建或者合成动态景深(dof)效应。存在用于此新出现的相机技术的大量应用程序，其范围从娱乐到用于工业和科学应用的深度恢复。一些光场相机可以通过一千万像素的传感器
技术实现要素：
本文中所论述的系统、方法、装置和计算机程序产品各自具有若干方面，所述若干方面中的单个方面不仅仅负责其所期望的属性。在不限制如通过所附权利要求书表达的本发明的范围的情况下，下文简要地论述一些特征。在考虑此讨论之后，并且尤其在阅读标题为“具体实施方式”的章节之后，将理解本发明的有利的特征如何包含(除其他之外)提供具有较高mtf的全光相机以及制造此类相机的过程。
一个创新包含一种用于生成全光图像的系统，所述系统包含：物镜，其经配置以折射从场景中接收的光，所述物镜经配置以在图像平面处聚焦光；传感器，其经配置以感测其上接收到的光，所述传感器经放置以接收穿过物镜传播的光；第一光学元件阵列，其放置于物镜与传感器之间，所述第一光学元件阵列包括第一多个光学元件；以及第二光学元件阵列，其放置于第一光学元件阵列与传感器之间且与传感器接触，所述第二光学元件阵列包括第二多个光学元件。第一光学元件阵列中的每个光学元件经配置以将穿过物镜的图像平面的光线引导到第二光学元件的单独光学元件上，并且其中第二光学元件阵列中的每个光学元件经配置以将从第一光学元件阵列接收的光线引导到传感器的单独位置上。在一些方面中，第一多个光学元件具有在第一光学元件阵列的第一侧上的第一焦距，并且其中第一光学元件阵列放置在距物镜的图像平面等于第一焦距的距离处，并且进一步经放置使得第一光学元件阵列的第一侧从物镜接收光。
在一些方面中，第一多个光学元件具有在第一光学元件阵列的第二侧上的第二焦距，并且其中第一光学元件阵列经放置使得第一光学元件阵列的第二侧面向传感器。在一些方面中，第一光学元件阵列具有面向物镜的第一侧和面向第二光学元件阵列的第二侧，其中第一光学元件阵列的第一侧是平面的，并且其中第一多个光学元件中的每一个具有弯曲表面并且第一多个光学元件中的每一个的弯曲表面安置在第一光学阵列的第二侧上。在一些方面中，第二光学元件阵列具有面向第一光学元件阵列的第一侧和面向传感器的第二侧，并且第二多个光学元件中的每一个具有弯曲表面并且第二多个光学元件中的每一个的弯曲表面安置在第二光学元件阵列的第一侧上。在一些方面中，第二光学元件阵列的第二侧是平面的。在一些方面中，第一光学元件阵列中的每个光学元件与第二光学元件阵列中的对应的光学元件对齐。在一些方面中，第二光学元件阵列与传感器集成为单个组件，第二光学元件布置在经配置以接收光的传感器的侧面上。在一些方面中，第二光学元件阵列包括环氧树脂。在一些方面中，第一光学元件阵列与传感器间隔开等于第一光学元件阵列的光学元件的直径的距离。在一些方面中，第一光学元件阵列的光学元件的直径是20-30微米。在一些方面中，第一光学元件阵列包括玻璃层，并且其中玻璃层具有第一多个光学元件中的一个的厚度的至少五倍的厚度。在一些方面中，第二光学元件阵列包括玻璃层，并且其中玻璃层具有第二多个光学元件中的一个的厚度的至少五倍的厚度。
另一创新包含用于生成全光图像的方法，所述方法包含：通过一或多个光学元件俘获投影到传感器上的光；经由物镜折射来自场景的光，所述物镜经配置以在图像平面处聚焦穿过物镜传播的光；经由放置于物镜与传感器之间的第一光学元件阵列聚焦所折射的光，所述第一光学元件阵列包括第一多个光学元件；并且进一步通过放置于第一光学元件阵列与传感器之间的第二光学元件阵列聚焦从第一光学元件阵列接收的光，所述第二光学元件阵列包括第二多个光学元件，其中第一光学元件阵列中的每个光学元件经配置以将在图像平面处所形成的场景的图像的单独部分投影到第二光学元件阵列的单独光学元件上，并且其中第二光学元件阵列中的每个光学元件经配置以将场景的图像的单独部分投影到传感器的单独位置上。在一些方面中，第一多个光学元件具有第一焦距，并且第一光学元件阵列放置在距物镜的图像平面等于第一焦距的距离处。在一些方面中，第一光学元件阵列中的每个光学元件与第二光学元件阵列的对应的光学元件对齐，并且其中穿过第一光学元件阵列的光学元件中的一个传播的光是由第二光学元件的对应的光学元件接收的。在一些方面中，第二光学元件阵列与传感器集成为单个组件，第二光学元件阵列布置在经配置以接收光的传感器的侧面上。在一些方面中，第二光学元件阵列包括环氧树脂。在一些方面中，第一光学元件阵列与传感器间隔开等于第一光学元件阵列的光学元件的直径的距离。在一些方面中，第一光学元件阵列的光学元件的直径是20-30微米。
另一创新包含制造用于全光成像系统的一或多个光学元件的方法，所述方法包含：在经配置以感测其上接收到的光的传感器上沉积环氧树脂；提供全光成像系统的光学元件的第一阵列，所述光学元件的第一阵列具有第一多个光学元件；形成包括环氧树脂的光学元件的第二阵列，所述光学元件的第二阵列具有第二多个光学元件，所述第二多个光学元件中的每一个经配置以将光引导到传感器一或多个像素；在从光学元件的第一阵列中接收光的位置处且在距光学元件的第一阵列小于第一多个光学元件中的一个的焦距的距离的距离处放置传感器和光学元件的第二阵列；以及在传感器与物镜之间放置光学元件的第一阵列，所述物镜经配置以在光学元件的第一阵列与物镜之间的图像平面处聚焦光，所述光学元件的第一阵列放置在距图像平面等于第一多个光学元件中的一个的焦距的距离处。在一个方面中，光学元件的第一阵列具有面向物镜的第一侧和面向光学元件的第二阵列的第二侧，光学元件的第一阵列的第一侧是平面的，并且第一多个光学元件中的每一个具有弯曲表面并且第一多个光学元件中的每一个的弯曲表面安置在第一光学阵列的第二侧上。在一个方面中，光学元件的第二阵列具有面向第一光学元件阵列的第一侧和面向传感器的第二侧，并且第二多个光学元件中的每一个具有弯曲表面并且第二多个光学元件中的每一个的弯曲表面安置在光学元件的第二阵列的第一侧上。在一个方面中，光学元件的第二阵列的第二侧是平面的。在一个方面中，方法进一步包含对齐第二多个光学元件中的每一个和第一多个光学元件中的对应一个，使得穿过第一多个光学元件中的一个传播的光是由第二多个光学元件中的对应一个接收到的。在一个方面中，方法包含通过从光学元件的主要阵列中复制来形成光学元件阵列的第二阵列。在一个方面中，光学元件的第一阵列与传感器间隔开等于光学元件的第一阵列的光学元件的直径的距离。在一个方面中，第一多个光学元件中的一个的直径为20-30微米。在一个方面中，光学元件的第一阵列形成于具有第一多个光学元件中的一个的厚度的至少五倍的厚度的玻璃层上。在一个方面中，光学元件的第二阵列形成于具有第二多个光学元件中的一个的厚度的至少五倍的厚度的环氧树脂层上。
附图说明
通过以下描述和所附权利要求书结合附图理解，本发明的上述和其它特征将变得更完全地显而易见。应理解，这些图式只描绘了根据本发明的几个实施例，并且不应被视为限制了本发明的范围，将通过使用这些附图用额外的特性和细节来描述本发明。
图1是链接到图像处理系统的全光相机的一个实施例的实例的示意性框图，其中所述全光相机经配置以具有较高调制传递函数(mtf)和较低f数。
图2是链接到图像处理系统的全光相机的一个实施例的实例的示意性框图，其中所述全光相机经配置以具有较高mtf和较低f数，且进一步示出全光相机和图像处理系统的各种组件。
图3是包含在每个阵列上的多个微透镜的光传感器微透镜阵列和微透镜阵列的分解视图。
图4a描绘了较低f数全光相机的双表面微透镜阵列的第一实施例的示意性框图和相关联mtf图表。
图4b描绘了较低f数全光相机的双表面微透镜阵列的第二实施例的示意性框图和相关联mtf图表。
图4c描绘了较低f数全光相机的双表面微透镜阵列的第三实施例的示意性框图和相关联mtf图表。
图4d描绘了较低f数全光相机的双表面微透镜阵列的第四实施例的示意性框图和相关联mtf图表。
图5说明用于制造较低f数全光相机的双表面微透镜阵列的方法的实例的流程图。
图6说明使用较低f数全光相机的双表面微透镜阵列俘获图像的方法的实例的流程图。
具体实施方式
本文中描述了使用双表面微透镜阵列(或类似结构)的全分辨率光场俘获的方法、设备以及制造方法的多个实施例。在一些实施例中，方法、设备和制造方法可以适用于全分辨率全光相机(也被称作辐射相机或光场相机)或相机的组件。这些方法和设备提供对体现所公开的双表面微透镜阵列(或类似结构)的全光相机的图像俘获性能中的现有商业实施例的改进。在一些实施例中，本文中所描述的全光相机可以是蜂窝式电话或其它移动装置的部分，并且因此是尺寸受限制的以安装在紧凑封装内。在其它实施例中，全光相机可以是独立式成像装置(例如，相机)。
全光相机实现数字成像的许多新的可能性，这是因为它们俘获场景的空间与角度信息两者，例如，全四维辐射。实施例可以产生可重聚焦、高分辨率的最终图像，方法是对由全光相机所俘获的每个像素生成深度图。高分辨率可以允许通过用于许多商业相机的二维传感器来俘获四维数据。然而，产生自全光相机的图像通常具有较低分辨率。
图1是包含耦合到图像处理系统105的全光相机115的全光成像系统100的实施例的实例的框图。图像处理系统105与全光相机115通信且经配置以接收并处理由全光相机115俘获的图像。在一些实施例中，全光相机115可以包括在相机系统内使用的至少一个光学元件，其中所述相机系统(此图中未示出)经配置以俘获如通过全光相机115所查看的场景的图像。图像处理系统105可以包含用于操控、处理或保存所俘获图像的组件。
全光相机115包含经配置以接收、导引和感测来自场景的光的组件。如图1中所说明，全光相机115包含物镜110(其也可被称作主透镜)、微透镜阵列125(其也可被称作第一微透镜阵列)、光传感器微透镜阵列130(其在本文中也可以被称作第二微透镜阵列)和光传感器135。物镜110定位且暴露以从场景中接收光，所述场景可以包含位于场景中某处的至少一个关注的对象(例如，全光相机115的视野中的场景或对象)。在物镜110处接收到的光传播穿过物镜110，并且在入射在微透镜阵列125上之前进一步传播穿过主透镜图像平面120。在所说明的实施例中，微透镜阵列125可以包含个体微透镜的二维阵列，其中微透镜阵列125中的每个微透镜可以为相同的尺寸和形状。微透镜阵列125可以包括充足的微透镜并且经放置使得光传感器135的作用区域接收通过光传播穿过物镜110所形成的图像的至少一部分。微透镜阵列125可形成于具有一定厚度的衬底(或晶片)上或由具有一定厚度的衬底(或晶片)形成，并且在形成之后，微透镜阵列125的厚度可以与从其中形成或形成于其上的晶片的厚度相同或基本上相同。
物镜图像平面120是定位于传播穿过物镜的来自目标场景的光线通过处的平面，此类光线在图像平面120处形成场景的图像。目标场景可以反射射线(例如，光)或发射射线(例如，光)，反射光和发射光。在一些实施例中，微透镜阵列125中的第一多个微透镜可以聚焦在物镜110的主透镜图像平面120上。也就是说，微透镜阵列125在主透镜图像平面120的方向上可具有某一焦距，所述焦距等于或基本上等于第一微透镜阵列125与物镜110的图像平面120之间的距离。虽然可能并不存在物理地位于主透镜图像平面120处的任何结构，但是主透镜图像平面120可被视为空间中的平面位置，所述平面位置具有通过光传播穿过物镜110所形成的场景的“在空气中的”图像。从物镜110接收的光传播穿过微透镜阵列125并且随后传播穿过光传感器微透镜阵列130，所述光传感器微透镜阵列130经配置以将光聚焦到光传感器135上。光传感器微透镜阵列130可以包含个体微透镜的二维阵列，并且光传感器微透镜阵列130中的每个微透镜可以为相同尺寸和形状。光传感器微透镜阵列130可以包含多个微透镜，所述多个微透镜经布置和放置使得光传感器135的作用区域接收由物镜110俘获的图像的至少一部分。微透镜阵列130可以包含衬底(或晶片)，从所述衬底(或晶片)中或在所述衬底(或晶片)上形成微透镜阵列130的微透镜。光传感器135可以位于距离微透镜阵列125小于或等于f的距离处，其中f是指在光传感器135的方向上微透镜阵列125的微透镜的焦距，其中传播穿过微透镜阵列125并且还传播穿过光传感器微透镜阵列135的光被聚焦。光传感器微透镜阵列130可以耦合到光传感器135、形成于光传感器135上或者粘附到光传感器135，使得存在等于微透镜阵列130的厚度的光传感器135与光传感器微透镜阵列130的每个微透镜之间的距离。基于全光成像系统100的光学设计，可以改变光传感器135与微透镜阵列125和130之间的距离。可以改变这些距离以实现高于尼奎斯特频率的调制传递函数(mtf)。
在操作中，微透镜阵列125的每个微透镜可以接收表示或对应于图像的部分(例如，区或区域)的光。表示图像的部分的光可以传播穿过微透镜阵列125并且由微透镜阵列125重新定向以引导到光传感器135的对应的区域上。因此，微透镜阵列125的每个微透镜和光传感器135的其对应的区域可以起类似于在图像平面处从图像俘获较小图像的较小相机的作用，并且其中由微透镜阵列125/光传感器135的每个微透镜所俘获的较小图像的编译在主透镜图像平面120处俘获图像。通过在主透镜图像平面120处将微透镜阵列125的微透镜聚焦在由物镜110所产生的图像上，全光相机115可经配置以从场景(例如，光场)中俘获辐射的位置信息。这可使得全光相机115从所俘获的光场图像中生成超过来自先前相机的图像的分辨率并且满足现代摄影的需求和要求的高分辨率图像。
仍参考图1，图像处理系统105与光传感器135电子通信以接收和保存在光传感器135的每个像素处接收到的光、传播穿过微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130中的每个微透镜的光的信息。在一些实施例中，光传感器135可以包括多个像素(例如，百万像素光传感器等)，并且多个像素中的一或多个像素可以从微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130的每个微透镜中俘获部分场景。在本发明的实施例中，在目标图像在光传感器135上被俘获之后，图像处理系统105可以计算阵列中的每个像素的深度或者从由光传感器135所收集的数据中渲染高分辨率图像。
如图1所示，距离“a”指示主透镜图像平面120与微透镜阵列125之间的距离。距离“b”表示微透镜阵列125与光传感器135之间的距离。距离“f”指示微透镜阵列125的微透镜的焦距，微透镜阵列125的每个微透镜为相同的尺寸。如上所述，由于光传感器135位于或小于微透镜阵列125的焦距f，所以微透镜阵列的焦距在光传感器135的方向上。距离b小于或等于f。距离“c”指示光传感器135与光传感器微透镜阵列130之间的距离，例如，光传感器微透镜阵列130中的微透镜的表面到光传感器135的表面的距离。在一些实施例中，调整距离a，b和c(相应地调整微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130的位置)。微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130可以在主透镜图像平面120与光传感器135之间关于它们的位置谨慎地移动和/或调整。举例来说，可以调整光传感器微透镜阵列130衬底(或晶片)的厚度以操控距离c，而微透镜阵列125可以按需要移动的更接近光传感器135以实现最佳设计性能。
图2说明包含可集成在相机200中的各种组件的全光相机200(其可对应于全光成像系统100)的实施例的实例。在一些实施例中，相机200可以包括两个常用部分：光学元件201和控制/处理设备202。光学元件201可以包含相机200的光学组件中的一或多个。举例来说，光学元件201可以包含快门205、物镜110、微透镜阵列(“第一微透镜阵列”)125和光传感器微透镜阵列(“第二微透镜阵列”)130。控制/处理设备202可以包含多种组件，例如，光传感器135、快门控件210、取景器/屏幕215、控件220、调整机构230、输入/输出(i/o)接口235、处理器240、存储器245、数据处理模块250和电源255。在一些实施例中，与本文中列出的那些组件相比额外或更少的组件可以包含于全光相机200中。控制/处理设备202的组件可以彼此根据需要耦合在一起和/或与彼此通信以执行它们的相关联的功能性。在一些实施例中，上文所述的一或多个组件可以是光学元件201和控制/处理设备202中的一或多个。另外或替代地，光学元件201的一或多个组件可以集成到控制/处理设备202中，或反之亦然。
在一些实施例中，光学元件201的一或多个组件可以在固定位置中使得它们可以并不相对于光学元件201的其它组件移动。举例来说，物镜110、第一微透镜阵列125和第二微透镜阵列130中的一或多个的位置可以相对于其它组件中的一或多个固定。在一些实施例中，光学元件201的组件中的一或多个可以相对于其它组件中的一或多个移动。举例来说，物镜110可经配置以在朝向第一微透镜阵列240或远离第一微透镜阵列240的方向上移动(例如)以用于聚焦。第一微透镜阵列125可经配置以朝向物镜110或远离物镜110移动，和/或经配置以(相对于从物镜110到光传感器135的光光学路径)横向移动(例如)以将第一微透镜阵列125的微透镜与第二微透镜阵列130的微透镜对齐。在一些实施例中，控制/处理设备202的光传感器135可以包括常规的薄膜、电荷耦合装置(ccd)、互补金属氧化物半导体(cmos)或类似物中的一或多个。
在一些实施例中，在光传感器130上所俘获的图像可以由控件/处理设备200处理。举例来说，数据处理模块250可以使用全分辨率光场渲染方法(或用于应用于由全光相机200所俘获的图像的其它图像处理算法)以从所俘获图像中生成高分辨率图像。在一些实施例中，数据处理模块250可以使用硬件、软件或其组合来实施。在一些实施例中，所俘获图像可以存储于存储器245中以用于稍后由外部渲染模块渲染，所述外部渲染模块经配置以基于全分辨率光场渲染(或类似)方法生成高分辨率图像。在一些实施例中，外部渲染模块可以经配置为单独装置或计算机系统。在一些实施例中，由所俘获图像生成的高分辨率图像可以存储于存储器245中。
全光相机200的快门205可以位于物镜110的前面或后面。快门205可经配置以控制何时允许光通过光传感器135以及通过光传感器135的光的量。举例来说，当快门205关闭时，没有光可以从光学元件201外部通过到达光传感器135。当快门205开启时，光可以通过主透镜110且相应地穿过第一微透镜阵列125和第二微透镜阵列130到达光传感器135。处理器240可经配置以从快门控件210接收输入并且基于快门控件210控制快门205的开启和关闭。如果在给定方向上被激活，那么取景器/屏幕215可经配置以显示给全光相机200的用户相机200将俘获的图像的预览。在一些实施例中，取景器/屏幕215可经配置以允许用户查看和选择全光相机200的选项(例如，通过菜单或类似界面)或查看和修改已经由全光相机200俘获且存储于存储器245中的图像。在一些实施例中，相机200可以利用电源255以提供电力给相机200的组件。在一些实施例中，电源255可以包括电池(例如，可充电或可替换电池)或到外部电力装置的连接器。存储器245可经配置以存储由光学元件201俘获且由数据处理模块250处理的图像。在一些实施例中，存储器245可经配置以存储通过控件220和调整机构230输入的设置和调整。在一些实施例中，存储器245可以是可移除存储器或可移除存储器与永久性存储器的组合。在一些实施例中，存储器245可以全部是永久性的。
在一些实施例中，全光相机200的i/o接口235可经配置以允许相机200连接到一或多个外部装置，例如，计算机或视频监视器。举例来说，i/o接口235可以包含usb连接器、hdmi连接器或类似物。在一些实施例中，i/o接口235可经配置以在相机200与连接的外部装置之间传递信息。在一些实施例中，i/o接口235可经配置以无线地传递信息(例如，通过红外或wi-fi)。在一些实施例中，上文所述的控件220可经配置以控制相机200的一或多个方面，所述一或多个方面包含与光学元件201相关联的设置(例如，快门速度、变焦、f数等)、导航相机200的选项和菜单，或查看和/或修改经由数据处理模块250所俘获的图像。在一些实施例中，调整机构可经配置以调整光学元件201的组件中的一或多个的相对位置。举例来说，调整机构230可经配置以调整第一微透镜阵列125与第二微透镜阵列130或物镜110之间的距离。另外或替代地，调整机构230可经配置以调整第二微透镜阵列130与光传感器135之间的距离。
图3是包括在每个阵列上的多个微透镜的光传感器微透镜阵列和微透镜阵列的分解视图。图3中所示的组件并不是按比例绘制的。图3描绘了微透镜阵列125、光传感器微透镜阵列130和光传感器135中的每一个的一部分的放大视图300。微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130两者的微透镜具有直径d305、厚度t310和焦距f315。微透镜阵列130的微透镜的直径d305对应于沿着微透镜阵列125晶片的长度的弧形透镜部分的长度。在一些实施例中，微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列135两者中的每一个微透镜可具有相同的直径305、厚度310和焦距315。如图3中所示，微透镜阵列125中的微透镜的直径d305是跨越微透镜沿着微透镜的最长尺寸的距离。厚度t310是从微透镜的弯曲表面的最厚部分到微透镜阵列125的晶片的相对表面的距离。微透镜的焦距f315是从微透镜的中心(其中微透镜的弯曲部分的中心接触在其上放置微透镜的晶片的点)到在穿过微透镜的图像开始聚焦处的点的距离。
全光相机通常遭受较低分辨率，其为较低空间分辨率和/或较低角度分辨率。在最初的全光相机中，微透镜阵列放置在相机的主透镜与相机的光传感器之间。微透镜阵列可以放置成远离光传感器一个焦距。主透镜可能聚焦在微透镜阵列处，其中微透镜阵列的微透镜可能在无限远处聚焦。由于主透镜的焦距远大于微透镜的焦距，所以每个微透镜聚焦在主相机透镜光圈处而不是聚焦在被拍照的对象上。微透镜阵列中的每个微透镜可贡献于最终图像的单个像素。因此，最终图像中的像素的数量可能受到形成微透镜阵列的微透镜的数量的限制。这些全光相机的光学特性可以引起较低的空间分辨率和角度分辨率两者。
新近的进展已经推动或放置微透镜阵列使得阵列的微透镜从光传感器与主透镜的图像平面之间的位置聚焦在主透镜的图像平面上，同时维持微透镜阵列与光传感器之间的一个焦距距离。此结构性改变可以提供空间分辨率与角度分辨率之间的折衷，使得空间分辨率的增大可以引起角度分辨率的减小，且反之亦然。微透镜也聚焦在主透镜的图像平面上而不是聚焦在无限远处。这使得微透镜阵列的微透镜生成通过主透镜所看到的图像的真实图像。微透镜中的每一个随后在传感器上形成实际图像，仅相对于通过主透镜形成的图像按比例缩放。因此，图像的分辨率数量不再仅与微透镜的数量相关，而是与由微透镜生成的图像的分辨率相关。
为了在全光相机的实施例上进行改进，应当改进光学元件的调制传递函数(mtf)，具体地说，涉及微透镜的mtf。光学元件的mtf对应于在它们通过光学元件时光学元件保持亮度变化(或对象或场景的对比度)的能力。在一些实施例中，这可与通过光学元件所查看的对象或场景的空间频率相关。具体地说，mtf可以识别光学元件多好地传递由光学元件所俘获或查看的场景中的高频对象(例如，多个较小对象或锐边缘)。如果光学元件具有较差(较低)的mtf，那么当对象的频率较高时，由光学元件生成的图像并不具有较大清晰度的较小对象/锐边缘。当光学元件具有良好(较高)mtf且对象的频率较高时，与具有较差mtf的光学元件相比，由光学元件生成的图像可具有更好的清晰度的较小对象/锐边缘。本质上，光学元件的mtf可以对应于所得到的图像的分辨率和对比度。
在识别光学元件或系统的mtf中，可以使用mtf图表。在mtf图表(如图4a-4d中所示)上，y轴可以将mtf值描绘为百分比，而x轴可以描绘增大的线对频率。一般而言，随着线对频率沿着x轴增大，光学元件的mtf值降低。对于给定线对频率值来说，mtf图表示出当它们通过光学元件时被保留的线对的百分比。因此，在给定线对频率处具有较高mtf的第一光学元件与在相同线对频率处具有较低mtf的第二光学元件相比可以比较低光学元件更好(意味着可以提供更清晰的图像)，所有其它方面相同。举例来说，手机相机光学系统在350lp/mm的线对频率处可具有近似地20％的mtf。与其它相机相比，此mtf可能低于平均值，并且手机相机可以描述为较差的相机。上文350lp/mm高于尼奎斯特频率，并且当前许多相机并不需要高于尼奎斯特频率的响应。
在一些实施例中，全光相机使用超分辩率以增强由相机的光学元件生成的图像的分辨率。超分辩率可能涉及增大最终图像的分辨率超过传感器的像素分辨率。超分辩率使用多个图像(例如，微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130的微透镜的多个图像)。超分辩率可能被用于全光相机中的透镜(例如，微透镜阵列的微透镜)的mtf限制，这是因为超分辩率使用高于尼奎斯特频率的mtf，这在大部分透镜中是受限制的。具体地说，单元件透镜具有高于尼奎斯特频率的受限制的mtf。超分辩率可以描述用于升级视频或图像的方法或技术的集合。通过使用对所俘获的场景中的高频对象具有较高响应的光学元件可以提高超分辩率；因此，希望得到具有较高mtf的光学元件。举例来说，微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130可以形成可光学地设计成增大微透镜阵列的mtf超过尼奎斯特频率的两层微透镜阵列，这改进了超分辩率的因数。
因此，将用于全光相机的光学元件的mtf提高超过光传感器135的尼奎斯特频率可以证明将超分辩率方法和技术应用于从所俘获对象或场景中生成图像是有用的。举例来说，通过上文所述的手机相机，尼奎斯特频率可近似为500lp/mm。然而，将光学元件的mtf提高到能够保持在大于光传感器135的尼奎斯特频率的频率处的大部分线对可以改进超分辩率技术和方法。
举例来说，通过上文结合本文中所描述的方法和设备所述的手机相机，500lp/mm的尼奎斯特频率可以被超越达700lp/mm或1000lp/mm。此类频率的增大可能意味着频率超过光传感器上可用的像素，其中信号的波长的相位短于光传感器的两个像素之间的距离。超过尼奎斯特频率的较高频率有助于超分辩率。这是因为较高频率意味着更多的信息可用，这基于超分辩率产生更好分辨率的最终图像。然而，为了达到超过尼奎斯特频率的较高频率，达到此频率可能需要能够在这些较高频率处(例如，在这些频率处的较高(高于给定阈值)mtf)良好的响应的光学元件。然而，所有透镜(遵循衍射受限的光学元件的理论)具有截止频率。举例来说，透镜(甚至具有完美的光学特性的透镜)受限于一定频率(例如，截止频率)。透镜可能并不响应于高于截止频率的频率，因此在截止频率处或高于截止频率时充当仅通过低于截止频率的频率的滤波器。
为了俘获高于尼奎斯特频率的频率，可能存在光学元件的三个要求供讨论：
第一，光学元件应当具有较低f数，优选地等于或接近f/1(例如，f/1或f/1.4)。所使用的光学元件应当能够在较低f数(接近f/1)处穿过线对的高频以便在传感器上获得高分辨率图像。
第二，微透镜阵列的微透镜的f数应当匹配物镜。举例来说，使用如上文所述的图1的全光相机100，物镜110在物镜110与微透镜阵列125之间的主透镜图像平面115处将由全光相机100所查看的图像仅仅聚焦在空气中(并不聚焦在任何光传感器或其它材料/对象/组件上)，因此图像聚焦在某处。此图像是从空气中由微透镜阵列125拾取的，并且所述微透镜阵列125将它映射到光传感器135上。因此，全光相机100可以是“二级”系统，第一级包括生成由物镜110所查看的对象或场景的图像并且第二级包括将从主透镜图像平面115生成的图像经由微透镜阵列125映射到光传感器135。微透镜阵列125的每个微透镜可以作为在主透镜图像平面处拍摄一张图像的照片且将其映射到光传感器135的微相机。由于微透镜阵列125的微透镜必须在较低f数(例如，f/1或f/1.4)处，所以物镜也应当具有较低的f数(例如，在f/1或f/1.4处)。f/1可能难以达到，但是f/1.4可能更容易获取。
第三，微透镜阵列125的微透镜的视野应当经配置以对应于物镜110的f数。光学元件的f数通常是定义聚焦距离与光圈的直径的比率的数值。当忽略光学元件的传输效率时，通过光学元件传递的图像的亮度相对于对象或场景的亮度降低f数的平方。微透镜阵列125的微透镜可经配置以看见物镜110的整个光圈。f数实际上是焦距与透镜的入射光瞳的直径的比率。f数近似地是可进入透镜的光的最大锥体的半角的正切函数。替代地，f数可以量化为透镜的数值孔径(na)的倒数的一半。na＝n*sinθ，其中n是其中透镜操作的介质的折射率，且θ是可进入透镜的光的最大锥体的半角。微透镜阵列125的微透镜的视野可以至少为物镜110的直径。举例来说，当物镜具有f/1的f数时，那么微透镜阵列125的微透镜的视野可经配置以在微透镜阵列125的微透镜的光轴的两侧上为26度。这可以使用角度θ的正切函数计算出。在f/1.4处，微透镜阵列125的微透镜可以配置有+/-20度的视野，使得它们可以看见由物镜110生成的整个图像(和整个物镜110)。因此，微透镜阵列125的每个微透镜可以查看由物镜110俘获的场景的略微不同的部分，这是因为微透镜阵列125中的每个微透镜可以在略微不同的视角处透视物镜110。
当这三个要求得到满足时，由物镜110所形成的图像可以非常的清晰(例如，接近衍射限制)，例如，在700lp/mm处。因此，微透镜阵列125的微透镜可经配置以具有mtf，使得它们将图像的至少20-30％传递到在700lp/mm处的光传感器135；换句话说，微透镜阵列125的微透镜应当是非常清晰的透镜。
另外，由于微透镜阵列125的微透镜的尺寸做的比较小(同时维持微透镜的几何关系)，所以微透镜的光学参数得到改进(例如，意味着微透镜中的每一个的mtf(频率响应)接近衍射限制)。图4a-4d示出了具有相同的几何关系的各种尺寸的微透镜的mtf中的改进。如图4a-4d中的每一个所提到，用于模拟的透镜中的每一个的f数是f/1。
当微透镜阵列125的微透镜的尺寸描述为制作地较小时，这是指透镜的物理方面的几何关系的事实(例如，微透镜的聚焦距离、厚度和直径之间的关系保持相同)，但是微透镜的物理尺寸变得较小。举例来说，当第一微透镜是具有相同几何关系的第二微透镜的一半尺寸时，第一微透镜的参数(所有角度、关系等)与第二微透镜的那些相同，但是第一微透镜的物理尺寸小于第二微透镜的物理尺寸。
举例来说，如图4a-4d中所示，图4a-4d中的每一个描绘了mtf图表和相对于穿过相应的微透镜且聚焦到光传感器135上的信号的微透镜阵列125中的微透镜、光传感器微透镜阵列130中的光传感器微透镜和光传感器135实施例的示意性框图。示意性框图描述了微透镜的物理参数(例如，在特定图中所模拟的微透镜的f数、直径(d)、厚度(t)和聚焦距离)。
如这些图中所示，如果保持几何关系相同而调整微透镜的物理尺寸，那么mtf一致地随着微透镜变得较小而得到改进。此改进可以部分地解释为：随着透镜变得较小而归因于透镜中的像差的减少(如与像差理论相关)。透镜的一些像差可以归因于光学元件的几何结构，例如，尺寸和形状。这些像差可以称为塞德耳(seidel)像差。举例来说，影响来自偏离光轴的点的光线的慧形象差是可随着微透镜阵列125的微透镜的直径的减少(同时微透镜的剩余的方面保持相同)而得到改进的像差。
图4a-4d描绘了较低f数全光相机的双表面微透镜阵列的多个实施例的各种示意性框图和相关联的mtf图表。每个示意性框图描绘了包括具有面向彼此的凸出微透镜的两个单表面微透镜、光传感器的双表面微透镜阵列和穿过微透镜阵列且聚焦在光传感器上的三个信号的实例。三个信号表示平行于光轴的第一信号、偏离光轴五度的第二信号和偏离光轴十度的第三信号。示意性框图中所示的微透镜阵列中的每个微透镜具有f/1的f数。图4a的微透镜具有150微米的聚焦距离(f)、154微米的直径和215微米的厚度。如上文所述，图4a-4d中的微透镜的直径对应于沿着微透镜阵列的晶片长度的微透镜的弯曲部分的长度(如图4a-4d中所示)。如图4a-4d中所示，熔融二氧化硅的厚度可测量为从光传感器135(图1)到微透镜阵列125的远边(图1)的距离。在图4a-4d中，聚焦距离f并不能物理地测量，这是因为多透镜系统的复杂度。图4b的微透镜具有100微米的聚焦距离(f)、102微米的直径和142微米的厚度。图4c的微透镜具有50微米的聚焦距离(f)、52微米的直径和70微米的厚度。图4d的微透镜具有25微米的聚焦距离(f)、25.4微米的直径和35微米的厚度。
如图4a-4d中所示(并且如通过上文提到的塞德耳像差的知识所证实)，随着微透镜按比例缩小尺寸而同时维持光学元件的关系，光学元件的mtf接近它们的相应的衍射限制。当相继查看图4a-4d时，每个图的mtf曲线得到改进；图4d的mtf比图4a的mtf改进了许多，并且图4a-4d中的每一个逐个地示出了mtf中的改进。如上所述，在图4a-4d中，透镜中的每一个的f数相同，且焦距、直径和厚度减小。
如上文所指出，图4a描绘了在f/1处具有150微米的聚焦距离、154微米的直径和215微米的厚度的微透镜以及相对于微透镜的光轴的三个信号。图4a的mtf图表描绘了具有呈现为沿着y轴的百分比的相应的微透镜的mtf与沿着x轴的单位为lp/mm的频率的典型的mtf图表。图表示出了衍射受限的mtf值，这是仅衍射受限的光学元件(完美光学元件)的线。另外，图表示出了相对于(在光轴、偏离光轴五度和偏离光轴十度处)接收到的三个信号的微透镜的mtf的两个图示。三个信号中的每一个(和衍射受限的图示)包含两个单独的线，一个用于微透镜的弧矢mtf且另一个用于径向mtf。在下文关于图4a-4d的讨论中，虽然下文中没有陈述，但是讨论集中在沿着x轴在1000lp/mm处的各种信号的mtf值。
在图4a中，由于衍射受限的透镜是“完美透镜”，所以表示衍射受限的微透镜的线贯穿x轴在y轴上具有最高值。遵循衍射受限的图示，在偏离光轴五度处接收到的信号(虚线)具有图4a的微透镜的最高mtf并且实线mtf具有次最高mtf。次最高mtf属于在偏离光轴十度处的信号(实线)的一个mtf(实线)。随后，示出了在光轴处的信号的mtf线(虚线和实线两者)，其中在偏离光轴十度处的信号的一个mtf线(虚线)贯穿图表具有最小y轴值。如图所示，衍射受限的光学元件可经配置以在1000lp/mm处具有近似为30％的mtf值(y轴上的0.3)。穿过图4a的微透镜的三个信号的mtf线介于近似地27％向下至近似地1％的范围。
如上文所指出，图4b描绘了在f/1处具有100微米的聚焦距离、102微米的直径和142微米的厚度的微透镜以及相对于微透镜的光轴的三个信号。类似于图4a的mtf图表，图4b的mtf图表描绘了具有呈现为沿着y轴的百分比的相应的微透镜的mtf和沿着x轴的单位为lp/mm的频率的典型的mtf图表。图表示出了衍射受限的mtf值，这是仅衍射受限的光学元件(完美光学元件)的线。另外，图表示出了相对于(在光轴、偏离光轴五度和偏离光轴十度处)接收到的三个信号的微透镜的mtf的两个图示。三个信号中的每一个(和衍射受限的图示)包含两个单独的线，一个用于微透镜的弧矢mtf且另一个用于径向mtf。
在图4b中，由于衍射受限的透镜是“完美透镜”，所以表示衍射受限的微透镜的线贯穿x轴在y轴上具有最高值。遵循衍射受限的图示，在偏离光轴五度处接收到的信号(虚线)具有图4a的微透镜的最高mtf并且实线mtf具有次最高mtf。次最高mtf属于在偏离光轴十度处的信号(实线)的一个mtf(实线)。随后，示出了在光轴处的信号的mtf线(虚线和实线两者)，其中在偏离光轴十度处的信号的一个mtf线(虚线)贯穿图表具有最小y轴值。如图所示，衍射受限的光学元件可经配置以在1000lp/mm处具有近似为30％的mtf值(y轴上的0.3)。在与图4a的mtf线相比时，穿过图4b的微透镜的三个信号的mtf线总体上得到很大改进。图4b的mtf线介于近似地29％向下至近似地5％的范围。在偏离光轴五度处的信号的微透镜的mtf从近似地25％和27％提高到27％(实线)和29％(虚线)，而在偏离光轴10度处的信号(实线)和与光轴平行的信号的mtf从17％提高到近似地23％。在偏离光轴十度处的信号的虚线mtf提高到近似地5％。
如上文所指出，图4c描绘了在f/1处具有50微米的聚焦距离、52微米的直径和70微米的厚度的微透镜以及相对于微透镜的光轴的三个信号。类似于图4a和图4b的mtf图表，图4c的mtf图表描绘了具有呈现为沿着y轴的百分比的相应的微透镜的mtf和沿着x轴的单位为lp/mm的频率的典型的mtf图表。图表示出了衍射受限的mtf值，这是仅衍射受限的光学元件(完美光学元件)的线。另外，图表示出了相对于(在光轴、偏离光轴五度和偏离光轴十度处)接收到的三个信号的微透镜的mtf的两个图示。三个信号中的每一个(和衍射受限的图示)包含两个单独的线，一个用于微透镜的弧矢mtf且另一个用于径向mtf。
在图4c中，衍射受限的透镜的mtf实际上示出为略微地低于在偏离光轴五度处的信号的微透镜的虚线mtf(两者都在近似地30％处)，这可以是模拟软件仅使用光线光学元件且并不使用物理波光学元件的结果。接下来，在偏离光轴五度处接收到的信号(实线)具有图4c的微透镜的最高mtf。次最高mtf属于在偏离光轴十度处的信号(实线)的一个mtf(实线)。随后，示出了在光轴处的信号的mtf线(虚线和实线两者)，其中在偏离光轴十度处的信号的一个mtf线(虚线)贯穿图表具有最小y轴值。在与图4a和4b的mtf线相比时，穿过图4c的微透镜的三个信号的mtf线总体上得到很大改进。图4c的mtf线介于近似地30％向下至近似地17％的范围。在偏离光轴五度处的信号的微透镜的mtf提高到近似地30％(实线和虚线两者)，而在偏离光轴10度处的信号(实线)和与光轴平行的信号的mtf提高到近似地28％。在偏离光轴十度处的信号的虚线mtf提高到近似地17％。
最后，如上文所指出，图4d描绘了在f/1处具有25微米的聚焦距离、25.4微米的直径和35微米的厚度的微透镜以及相对于微透镜的光轴的三个信号。类似于图4a-4c的mtf图表，图4d的mtf图表描绘了具有呈现为沿着y轴的百分比的相应的微透镜的mtf和沿着x轴的单位为lp/mm的频率的典型的mtf图表。图表示出了衍射受限的mtf值，这是仅衍射受限的光学元件(完美光学元件)的线。另外，图表示出了相对于(在光轴、偏离光轴五度和偏离光轴十度处)接收到的三个信号的微透镜的mtf的两个图示。三个信号中的每一个(和衍射受限的图示)包含两个单独的线，一个用于微透镜的弧矢mtf且另一个用于径向mtf。
如图4d中所示，衍射受限的透镜的mtf实际上示出为略微地低于在偏离光轴五度和十度处的信号的微透镜的mtf(两者都在近似地30％处)。接下来，在偏离光轴五度处接收到的信号具有图4d的微透镜的最高mtf。次最高mtf属于在偏离光轴十度处的信号的一个mtf(实线)，也在近似地30％处。随后，示出了在光轴处的信号的mtf线(虚线和实线两者)，其中mtf在近似地29％处。
一旦已知微透镜的必要的尺寸(基于图4d，微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130两者的微透镜应当具有25微米的焦距、25.4微米的直径和35微米的厚度)，就必须制造微透镜。然而，用于已知的制造微透镜的过程可能并不能很容易地应用于这一尺寸的微透镜。已知的微透镜制造过程可以最佳地用于直径近似为二分之一毫米的微透镜。然而，随着微透镜的尺寸变成较小的透镜，制造那些透镜的难度增大。随着微透镜变得较小，在微透镜的生产中可能出现各种问题。举例来说，随着微透镜变得较小，微透镜(与彼此或与光传感器135)的对齐变得更加困难。
在制造时，(由玻璃制成的)微透镜可以形成于晶片上。这些晶片可以由玻璃(或用于光学元件的任何其它材料)制成，并且玻璃晶片通常比形成于其上的微透镜厚。举例来说，对于厚度为150微米的微透镜来说，玻璃晶片的厚度可以为500微米。用于制造光学元件的晶片开发过程可以类似于用于半导体行业的过程，但是使用二氧化硅(玻璃)而不是硅。在一些实施例中，微透镜可以由沉积于玻璃晶片上的环氧树脂形成。当使用晶片级光学元件的此过程时，出现在半导体行业中的类似问题可能出现在晶片级光学元件中。
微透镜可以制造为单个表面。不同于可包含多个光学元件和/或多个透镜表面的相机的物镜110，微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130的微透镜可以各自包括单个弯曲表面。微透镜的另一表面(与弯曲表面相对的)可以是平面。如图3的实例实施方案中所说明，微透镜阵列125的弯曲表面和微透镜阵列125的弯曲表面可以安置为面向彼此。因此，微透镜阵列125的平坦表面可以面向物镜110，并且光传感器微透镜阵列130的平坦表面可以面向光传感器130且安置为邻近于光传感器130。光传感器微透镜阵列130和微透镜阵列125可以各自包含平坦表面和弯曲表面，这是因为可能难以在如此较小尺寸处将两个弯曲表面对齐。
另外或替代地，于其上形成微透镜的玻璃晶片可以具有1mm或0.5mm的厚度。在小于0.5mm处，玻璃晶片可能变得易碎且难以处理。因此，双表面微透镜可能极其难以在单个晶片上制造，这是因为在晶片的相对侧上的微透镜可能难以对齐并且玻璃晶片的厚度可能使得微透镜相隔太远。鉴于微透镜的较短焦距(短至25微米)，微透镜阵列125的微透镜之间的距离应当小于焦距。因此，如果两个微透镜待形成于相同的玻璃晶片上，那么将需要晶片厚度在20-50微米之间，并且如此薄的晶片并不是很容易地制造的。
由于玻璃晶片如此厚，所以微透镜结构(玻璃晶片和微透镜)必须放置为使得微透镜面向光传感器。如果微透镜背对光传感器，那么光(在穿过微透镜自身之后)必须随后至少穿过500微米的玻璃(或任何厚度的玻璃晶片)，并且玻璃的这一厚度远远大于微透镜的焦距，因此将不存在光传感器俘获的图像。然而，如果微透镜转动面向光传感器(使得玻璃部分背对传感器)，那么不存在光穿过的第二表面，并且单表面将接近光传感器且光传感器将能够从微透镜阵列的微透镜中俘获焦点对准的图像。
全光相机的当前实施例可以通过在玻璃晶片上模制环氧树脂来制造微透镜。举例来说，玻璃晶片的一侧可以覆盖有环氧树脂。微透镜阵列的微透镜可随后模制到环氧树脂上。环氧树脂可以是在光传感器上沉积的合适的材料，这是因为它具有比玻璃低的熔点(玻璃太热且可能损坏光传感器)。在一些实施例中，环氧树脂可以旋转到光传感器上，并且主模具可用于在环氧树脂中复制微透镜。在一些实施例中，环氧树脂微透镜的晶片可随后极为接近传感器(20-30微米)放置，使得微透镜阵列的微透镜可以将在主透镜图像平面处的图像正确地聚焦到光传感器上。由于微透镜阵列的微透镜的焦距，20-30微米可以是微透镜阵列的位置可以在传感器中操控的唯一距离。如用于微透镜阵列中的微透镜可能由于这些透镜通常具有的较小视野fov而存在问题。举例来说，在图4a-4d中，偏离光轴十度的信号具有最差的mtf，偏离光轴五度的信号与偏离十度的那些信号相比具有更好的mtf，并且与光轴平行的信号具有最好地mtf。这可能是因为如下事实：在信号更远离光轴时，透镜对于该信号来说不再对称。由于这些实施例仅包括单透镜，所以不存在修正所生成的不完美和像差的方法，这可能产生较低的mtf。
因此，如上文所述且在图1-4d中所示的第二透镜表面允许通过使用形成于两个单独晶片上的两个表面而增大微透镜的fov，其中形成于单独晶片中的每一个上的微透镜经放置使得每个晶片的微透镜面向彼此(如图4a-4d中所示)。两个微透镜之间的距离可以极小(例如，小于20微米)。如上所述，在其上微透镜最接近光传感器的晶片可能受所允许的厚度(和其它实际问题)的限制。因此，光传感器可以覆盖有环氧树脂，并且微透镜可以直接地复制在直接地覆盖光传感器的环氧树脂上。举例来说，在图4a-4d的示意性框图中，在右侧上的透镜由环氧树脂形成且复制在光传感器上。另一晶片(在左侧上的微透镜)可以仍然是0.5mm厚的玻璃晶片，所述玻璃晶片可以与环氧树脂微透镜晶片和传感器对齐。
因此，可能存在具有两个透镜表面的全光相机的两个版本：
第一，两个微透镜阵列可以各自使用玻璃晶片，其中(最接近光传感器的微透镜阵列的)第二玻璃晶片尽可能的薄。此版本可能受到在非常低的厚度处玻璃的脆弱程度的限制。
第二，(离光传感器最远的)第一微透镜阵列可以复制到直接地覆盖光传感器的环氧树脂层上，并且另一微透镜阵列的单玻璃晶片可以是正常厚度。
从图4a-4d的示意性框图中且如上文所述，所示出和所描述的微透镜具有+/-10度的fov，并且这并不是充足的。如上文所述，需要更接近+/-20-50以便使微透镜阵列125/130的微透镜的fov匹配物镜110的f/数。如果物镜110和微透镜阵列125/130的微透镜两者都在f/1处，那么微透镜阵列125/130的微透镜的fov可以为+/-26度，这对于如本文中所述的仅两个透镜表面来说是不可能的。.通过仅仅两个表面，可以校正高达偏离光轴+/-10度。然而，如果f/数可以增大到f/1.4，那么如上文所述的两个透镜表面可以降低较少的ml的像差，这是因为光圈较小，因此ml可以处理接近衍射受限的+/-20度(并不是26，但是接近)，并且随后在f/1.4处，mcl还具有20度的角度，因此所有事物起作用。在约f/1.4处，此处所描述的是在一定程度上可能的且令人惊讶的是可以制造的在较小尺寸下在700lp/mm处的超清晰的ml。
本文中所描述的方法将光传感器微透镜阵列130的微透镜放置为与传感器直接接触。在上文所述的实例实施方案中，微透镜可以较小(例如，近似地直径为20-50微米)。如上所述，观察到微透镜随着它们的尺寸变得较小而变得较清晰。因此，穿过微透镜的图像变得非常清晰并且微透镜的mtf增大。微透镜的光学质量得到改进，尤其是当微透镜包括多个透镜表面(两个或大于两个)时，包含(例如)本文中所描述的实施方案，其中微透镜阵列125和光传感器微透镜阵列130的弯曲表面的总数量是两个。也就是说，光线随着它从物镜的图像平面(例如，图1的图像平面120)传播到传感器(例如，图1的传感器135)而穿过两个弯曲表面。mtf得到充分的改进使得微透镜和全光相机的f数可减小到几乎f/1。f/1非常低并且通常并不用于摄影，这是因为开发能够在f/1处操作的光学元件代价很大。
具有f/1的f数的光学元件是所希望的，这是因为它们可以传递非常清晰的图像。当图像非常清晰时，超分辨率技术可以应用到图像。将照片描述为非常清晰可以意味着接近1微米像素尺寸的图像的像素尺寸(例如，1.4微米或1.1微米像素尺寸)大于透镜产生的衍射受限的光斑。由透镜所产生的此衍射受限的光斑的尺寸取决于透镜的质量和f数。在较低f数处(例如，在f/1处或约f/1)，像素可以大于衍射受限的光斑。此外，仅当微透镜较小时且当微透镜是至少两个元件时，像素尺寸可能大于衍射受限的光斑。然而，如上所述，单表面透镜不足以将f数降低至近似地1。因此，引入了第二透镜表面，方法是当第一层在其中微透镜面向传感器的较厚玻璃晶片上时在传感器本身的表面上直接地沉积微透镜的第二层(并且因此形成微透镜的第二阵列)。
图5说明用于制造较低f数全光相机的双表面微透镜阵列的方法的实例的流程图。方法500在框505处开始且前进到框510。在框510处，方法500用环氧树脂材料沉积(或者形成)传感器。举例来说，方法500沉积传感器135(图1)。传感器可以包括经配置以处理光的多个像素。传感器可以包含可用作支撑结构的环氧树脂材料。一旦传感器沉积，则方法500前进到框515。
在框515处，方法500在环氧树脂材料上形成光学元件的第一阵列。在一些实施例中，光学元件的第一阵列可以对应于传感器微透镜阵列130(图1)。光学元件的第一阵列中的每个光学元件可以将光引导到传感器的一或多个像素。一旦光学元件的第一阵列形成，则方法500前进到框520。
在框520处，方法500相对于光学元件的第二阵列放置传感器和光学元件的第一阵列。光学元件的第二阵列可以对应于微透镜阵列125(图1)。在一些实施例中，传感器和光学元件的第一阵列可以放置在距光学元件的第二阵列小于或等于光学元件的第一阵列的一或多个光学元件的聚焦距离的距离处。聚焦距离可以对应于匹配一或多个光学元件的焦距的距离。光学元件的第二阵列可以包括多个光学元件。一旦方法500将传感器和光学元件的第一阵列放置在离光学元件的第二阵列一定距离处，则方法500前进到框525。
在框525处，方法500将光学元件的第二阵列放置在距物镜一定距离处。物镜可以对应于物镜110(图1)。光学元件的第二阵列可以相对于物镜放置使得光学元件的第二阵列的光学元件聚焦于物镜的图像平面上。这允许光学元件的第二阵列能够从不同视角查看物镜的视野的部分。一旦方法500相对于物镜放置光学元件的第二阵列，则方法500前进到框530。
在框535处，方法500配置物镜以折射从场景接收到的光，并且在框530处将穿过物镜传播的光聚焦在焦平面处。一旦方法500配置物镜，则方法500在框535处结束。
图6说明使用较低f数全光相机的双表面微透镜阵列俘获图像的方法的实例的流程图。方法600在框605处开始且前进到框610。在框610处，方法600通过一或多个光学元件俘获投影到传感器上的光。传感器可以对应于传感器135(图1)。传感器可以包括经配置以处理光的多个像素。传感器可以包含可用作支撑结构的环氧树脂材料。一旦方法600俘获投影到传感器上的光，则方法600前进到框615。
在框615处，方法600经由物镜折射来自场景的光。物镜可以对应于物镜110(图1)。物镜可以将穿过物镜传播的光聚焦在焦点处。图像平面可以对应于主透镜图像平面120。一旦方法600经由物镜折射来自场景的光，则方法前进到框620。
在框620处，方法600经由放置于物镜与传感器之间的第一光学元件阵列聚焦所折射的光。第一光学元件阵列可以对应于微透镜阵列125(图1)。在一些实施例中，第一光学元件阵列包括第一多个光学元件。一旦方法600经由第一光学元件阵列聚焦所折射的光，则方法600前进到框625。
在框625处，方法600通过第二光学元件阵列进一步聚焦第一光学元件阵列的经聚焦、经折射的光。第二光学阵列可以对应于传感器微透镜阵列130(图1)。第二光学阵列可以放置于第一光学元件阵列与传感器之间。在一些实施例中，第二光学元件阵列包括第二多个光学元件。第二光学元件阵列被放置成与传感器接触。光学元件的第二阵列中的每个光学元件可以将光引导到传感器的一或多个像素。一旦方法600校正经聚焦、经折射的光的缺陷，则方法600在框630处结束。在一些实施例中，方法600将在物镜的焦平面处所形成的场景的图像的单独部分经由第一光学元件阵列的每个光学元件投影到第二光学元件阵列的单独光学元件上。在一些实施例中，方法600将场景的图像的单独部分经由第二光学元件阵列的每个光学元件进一步投影到传感器的单独位置上。
实施系统和术语
本文中所公开的实施方案提供了用于俘获具有带改进的光学质量和减小的f数(或聚焦比，f光圈、相对光圈等)的较高调制传递函数(mtf)的图像的系统、方法和设备。所属领域的技术人员将认识到这些实施例可实施于硬件、软件、固件或其任何组合中。
在一些实施例中，可在无线通信装置中使用上文所论述的电路、过程和系统。无线通信装置可为用来与其它电子装置无线通信的一种电子装置。无线通信装置的实例包含蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(pda)、电子阅读器、游戏系统、音乐播放器、上网本、无线调制解调器、膝上型计算机、平板计算机装置等。
无线通信装置可包含：一或多个图像传感器；两个或大于两个图像信号处理器；存储器，其包含用于实施上文所论述的cnr过程的指令或模块。所述装置还可以具有数据、从存储器中加载指令和/或数据的处理器、一或多个通信接口、一或多个输入装置、一或多个输出装置(例如，显示装置)和电源/接口。无线通信装置可另外包含发射器和接收器。发射器和接收器可共同被称作收发器。收发器可耦合到一或多个天线以供发射和/或接收无线信号。
无线通信装置可以无线地连接到另一电子装置(例如，基站)。无线通信装置可替代地被称作移动装置、移动台、订户台、用户设备(ue)、远端台、接入终端、移动终端、终端、用户终端、订户单元等。无线通信装置的实例包含膝上型计算机或台式计算机、蜂窝电话、智能电话、无线调制解调器、电子阅读器、平板计算机装置、游戏系统等。无线通信装置可以根据例如第三代合作伙伴计划(3gpp)等一或多个行业标准来操作。因此，通用术语“无线通信装置”可包含根据行业标准的不同命名法所描述的无线通信装置(例如，接入终端、用户设备(ue)、远程终端等等)。
可将本文中所描述的功能作为一或多个指令而存储在处理器可读或计算机可读媒体上。术语“计算机可读媒体”是指可由计算机或处理器存取的任何可用媒体。借助于实例而非限制，此类媒体可包括ram、rom、eeprom、快闪存储器、cd-rom或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或任何其它可用于存储呈指令或数据结构的形式的期望程序代码并且可由计算机存取的媒体。如本文中所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘和
本文中所公开的方法包括用于实现所描述方法的一或多个步骤或动作。在不脱离权利要求书的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非正在描述的方法的适当操作需要步骤或动作的特定顺序，否则在不脱离权利要求书的范围的情况下可修改特定步骤及/或动作的顺序和/或使用。
应注意，如本文中所使用，术语“耦合(couple、coupling、coupled)”或词语耦合的其它变体可指示间接连接或者直接连接。举例来说，如果第一组件“耦合”到第二组件，那么第一组件可间接连接到第二组件或者直接连接到第二组件。如本文所使用，术语“多个”表示两个或大于两个。举例来说，多个组件指示两个或大于两个组件。
术语“确定”涵盖多种多样的动作，且因此“确定”可以包含计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、查实及类似者。并且，“确定”可以包含接收(例如，接收信息)、存取(例如，存取存储器中的数据)及类似者。此外，“确定”可包括解决、选择、挑选、建立等等。
除非以另外的方式明确地指定，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话说，短语“基于”描述“仅基于”和“基于至少”两者。
在以上描述中，给出具体细节以提供对实例的透彻理解。然而，所属领域的一般技术人员将理解，可在没有这些具体细节的情况下实践所述实例。举例来说，可在框图中示出电气组件/装置，以免以不必要的细节混淆所述实例。在其它情况下，可详细示出此类组件、其它结构和技术以便进一步解释所述实例。
出于参考目的及为了辅助定位各个章节，本文中包含一些标题。这些标题并不意图限制关于其描述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中都适用。
还应注意，可将实例描述为过程，这个过程被描绘为流程图、流图、有限状态图、结构图或框图。虽然流程图可将操作描述为顺序过程，但是许多操作可并行或同时执行，且所述过程可重复。此外，可重新布置操作的顺序。当过程的操作完成时，所述过程终止。过程可以对应于方法、函数、步骤、子例程、子程序等。当过程对应于软件函数时，过程的终止对应于函数返回到调用函数或主函数。
提供所公开的实施方案的先前描述以使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将易于了解对这些实施方案的各种修改，且本文中所定义的一般原理可应用于其它实施方案而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并不意图限于本文中所示的实施方案，而是应符合与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最广范围。
除非另外明确陈述，否则在本申请案中(尤其在所附权利要求书中)所使用的术语和短语及其变化形式应被理解为开放式的，与限制性相反。作为上述内容的实例，术语“包含(including)”应被理解为意味着“包含，而非限制”、“包含但不限于”或类似物；如本文所使用的术语“包括”与“包含”、“含有”或“特征在于”同义，并且是包含性或开放式的且并不排除额外的、不需要的元件或方法步骤；术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包含(includes)”应当解释为“包含但不限于”；术语“实例”用于提供所讨论的项目的示例性例子，而非其详尽的或限制性的列表；以及类似“优选地”、“优选”、“期望的”或“所期望的”的术语以及类似含意的词语的使用不应当被理解为意味着某些特征是对结构或功能关键、必要或甚至重要的，而是替代地仅仅意图强调在一个特定实施例中可或可不使用的替代的或额外的特征。此外，术语“包括”与短语“至少具有”或“至少包含”是同义地解释的。当用于过程的情境时，术语“包括”意味着过程至少包含所述步骤，但是可以包含额外的步骤。当用于化合物、组合物或装置的情境时，术语“包括”意味着所述化合物、组合物或装置至少包含所述特征或组件，但是还可包含额外的特征或组件。类似地，除非另外明确规定，否则用连接词‘和’连在一起的一组项目不应该理解为需要那些项目中的每一者存在于所述分组中，而是实际上应该理解为“和/或”。类似地，除非另外明确规定，否则用连接词‘或’连在一起的一组项目不应该理解为在那一组中需要互斥性，而是实际上应该理解为“和/或”。
相对于本文中大体上任何复数和/或单数术语的使用，所属领域的技术人员可在适于上下文和/或应用的情况下将复数转换成单数和/或将单数转换成复数。为清晰起见，本文中可明确地阐述各种单数/复数排列。不定冠词“一(a/an)”不排除多个。单个处理器或其它单元可以满足权利要求书中所述的若干项目的功能。仅凭在彼此不同的从属权利要求中叙述了某些措施这一事实，并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何参考符号都不应该理解为限制范围。
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