[发明专利]多景深感光器件、系统、景深扩展方法及光学成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及感光领域，具体的说，涉及一种多景深感光器件、利用该多景深感光器件的感光系统、景深扩展方法以及一种光学成像系统与方法。

背景技术

本发明是本发明人稍早一点的《多光谱感光器件及其制作方法》(PCT/CN2007/071262)，《多光谱感光器件及其制作方法》(中国申请号：200810217270.2)，《多光谱感光器件》(中国申请号：200910105372.X)，《一种多光谱感光器件及其采样方法》(中国申请号：200910105948.2)，《一种感光器件及其读取方法、读取电路》(中国申请号：200910106477.7)的延续，旨在提供更为具体而且优选的多光谱感光器件在芯片及系统级别的实现。

感光系统，是一种通过光学镜头进行景物的捕捉、收集，并由感光器件，例如CMOS感光芯片进行景物的记录的系统。感光系统工作时，调节镜头，使距离镜头一定距离的景物清晰成像的过程，叫做对焦，该景物所在的点，称为对焦点，因为“清晰”具有相对性，所以对焦点前(靠近镜头)、后一定距离内的景物的成像都可以是清晰的，这个前后范围的总和称为景深。通常前景深小于后景深，即精确对焦后，对焦点前只有很短一段距离内的景物能清晰成像，而对焦点后很长一段距离内的景物都是清晰的。

获得宽景深清晰成像的系统是人们长期以来的研究目标之一。研究表明，景深的大小与镜头焦距有关，焦距长的镜头景深小，焦距短的镜头景深大。可见，镜头焦距调整是获得宽景深清晰成像的手段之一；另外，根据几何光学的基本成像公式(其中，f为镜头焦距，u为物距，即被摄物到镜头的距离，v为象距，即镜头到感光器件的距离)，可见，象距的动态调整也是获得宽景深清晰成像的手段之一。

因此，现有感光系统中的自动对焦方式，多采用上述两种手段之一，例如，镜头由一组镜片构成，通过调整镜片之间的距离，从而可以调整镜头焦距或(镜头与感光器件的)象距(而实现光学变焦或对焦)；或者通过驱动例如CMOS感光器件位移，从而改变象距(而实现光学对焦)。然而，显然的，这两种方式的对焦，都需要电动机构和复杂、精密的机械部件来进行镜片或感光器件的位移驱动。这样，不仅显著增加了尺寸，也显著增加了成本和功耗。在很多的应用里，如手机照相和医用照相里，这些都是明显的不利因素。

一些不采用运动机构的宽景深系统因此被提出，试图在某些应用里取代自动对焦的需求。这种系统在手机照相的应用里，被称之为EDoF(Extended Depth of Focus)，例如，DXO公司提出的一种EDoF系统，通过特别的镜头设计，让感光器件中的红色感光象素聚焦在无穷远处，兰色感光象素聚焦在尽可能的近距(例如50cm)。而绿色感光象素聚焦在某个中间的位置。这样，无论物体处于哪个位置，总有一个颜色的图像是清楚或相对比较清楚的。之后，通过数学的手段，以比较清楚的颜色为主体，不够清楚的颜色为辅助信息，就能在比较宽的范围，还原和计算出较清楚的图像。

然而，采用单层感光器件，当红色感光象素聚焦在无穷远时，兰色感光象素的聚焦距离一般很难做得比50cm更小。此外，对于采用贝叶图案的感光器件，红色象素和兰色象素都只占感光象素的1/4。因此，当需要以红色或兰色作为清晰度计算的主体时，图像的分辨率已经减少到以绿色为主体时的分辨率的一半以下。可见，这种方案有一定的局限性。

因此，仍然有必要对现有感光器件或系统进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种多景深感光器件、利用该多景深感光器件的感光系统、景深扩展方法以及一种光学成像系统与方法，其以物理的手段实现了自动对焦或多距离成像，避免使用电动机构和复杂、精密的机械部件，具有良好的景深扩展性能。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种多景深感光器件，包括至少两个可感应到光源的感光象素层，至少两个所述感光象素层之间按预设距离间隔布置，使得来自距所述感光器件特定距离的镜头的不同光信号被聚焦到不同的所述感光象素层。

在本发明的一种实施例中，所述感光象素层包括化学镀膜感光象素层和半导体感光象素层中的至少一者。

在本发明的一种实施例中，所述化学镀膜感光象素层包括量子点感光象素。

在本发明的一种实施例中，所述半导体感光象素层包括CMOS光敏二极管、CMOS感光门、CCD光敏二极管、CCD感光门、和具有双向电荷转移功能的CMOS和CCD感光二极管和感光门。