包括分布式相位修改的成像系统及相关联的方法技术方案

一种在同轴和离轴场上对一系列场点成像的成像系统，包括用于捕获图像数据的图像传感器、以及第一和第二光学元件，第一和第二光学元件是隔开的并合作以将光成像在图像传感器上。第一和第二光学元件被配置以共同地修改穿过其透射的光的相位，使得对应于一系列场点的点扩散函数（“ＰＳＦ”）在同轴和离轴视场上是基本一致的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2008年4月3日提交的、标题为“包括分布式相位修改的成像系统 及相关联的方法(IMAGING SYSTEMS INCLUDING DISTRIBUTED PHASE MODIFICATION AND ASSOCIATED METHODS) ”的第61/042，161号美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用全 部并入本文。
技术介绍
传统地，在设计成像系统时，光学设计者操作几种参数，如透镜材料、表面曲率以 及孔径尺寸，并优化参数以实现这样的成像系统，该成像系统在给定的约束下尽可能接近 期望系统进行操作。如在Cathey等人的美国专利第5，748，371号中所描述的，波前编码 (Wavefront Coded ) ( “WFC”)成像系统使用非球面相位修改光学元件来修改穿过其传输的电磁能量 的相位，该美国专利以引用方式整体并入本文。相位修改光学元件可以是旋转对称或非旋 转对称，且与数字信号处理相结合，用于使离焦相关像差最小，离焦相关像差可能存在于标 准成像系统中(例如，没有使用非球面相位修改光学元件)。离焦相关像差的一些例子包括 色差、珀兹伐(Petzval)场曲、散光、彗差、球面像差、以及温度相关离焦等等。
技术实现思路
结合系统、工具和方法描述和说明下面的实施方式和实施方式的方面，系统、工具 和方法意在示例性的和说明性的，并非限制保护范围。在各种实施方式中，已经解决了与上 述系统和方法相关联的一个或多个限制，而其他实施方式用于其他改进。在实施方式中，在同轴和离轴场上对一系列场点成像的成像系统包括用于捕获图 像数据的图像传感器、以及第一和第二光学元件，第一和第二光学元件是隔开的并合作以 将光成像在图像传感器上。第一和第二光学元件被配置以共同地修改穿过其透射的光的相 位，使得对应于一系列场点的点扩散函数(“PSF”)在同轴和离轴视场上是基本一致的。附图说明参照下文中结合以下简要描述的附图进行的详细描述，可更好地理解本专利技术。注 意到，为了说明清楚，可以不按照比例绘出、可以简化和/或对比增大在附图中的某些要ο图1至图3示出了根据实施方式使用三个不同的光圈值(“F/#”)的双元件分布 式相位修改成像系统的示例性设计；图4至图6分别是图1至图3的双元件分布式相位修改成像系统设计的调制传递 函数(即，“MTF”或光学传递函数“0TF”模量)曲线的标绘图；图7是针对F/2. 8、图2的双元件分布式相位修改成像系统，作为半径的函数的并 针对不同场值的环绕能量的比例的标绘图。图8是针对如图2所示在F/2. 8的双元件分布式相位修改成像系统沿着y场的相 对照度的标绘图；图9至图16是图1的双元件F/2. 0分布式相位修改成像系统的一系列综合误差 标绘图；图17是图1的双元件F/2. 0分布式相位修改成像系统的场曲标绘图；图18是图1的双元件F/2. 0分布式相位修改成像系统的畸变标绘图；图19是图1的双元件F/2. 0分布式相位修改成像系统的横向色的标绘图。图20至图27示出了图2的双元件F/2. 8分布式相位修改成像系统的一系列综合 误差标绘图；图观是图2的双元件F/2. 8分布式相位修改成像系统的场曲标绘图；图四是图2的双元件F/2. 8分布式相位修改成像系统的畸变标绘图；图30是图2的双元件F/2. 8分布式相位修改成像系统的横向色差的标绘图；图31至图38示出了图3的双元件F/3. 1分布式相位修改成像系统的一系列综合 误差标绘图；图39是图3的双元件F/3. 1分布式相位修改成像系统的场曲标绘图；图40是图3的双元件F/3. 1分布式相位修改成像系统的畸变标绘图；图41是图3的双元件F/3. 1分布式相位修改成像系统的横向色差的标绘图。图42示出了具有F/2. 94且没有分布式相位修改的双元件传统成像系统的一种可 能的设计；图43是图42的传统成像系统的MTF曲线的标绘图；图44中示出了使用两个凸透镜的双元件F/2. 86分布式相位修改的成像系统的一 种可能的设计；图45是图44的双元件分布式相位修改的成像系统的MTF曲线的标绘图；图46至图53示出了图44的双元件分布式相位修改的成像系统的一系列综合误 差标绘图；图M是图44的双元件分布式相位修改的成像系统的场曲标绘图；图55是图44的双元件分布式相位修改的成像系统的畸变标绘图；以及图56是图44的双元件分布式相位修改的成像系统的横向色差的标绘图。具体实施例方式本文描述的相位修改成像系统被配置以在成像系统中的一个以上光学元件上分 布WFC系统的相位修改效果；这个概念在本文中被称为“分布式相位修改”。在一个实施方 式中，成像系统中的第一光学元件被配置为相位修改元件。通过在成像系统的第二光学元 件设计中实施较高阶非球面项，由第二元件所影响的相位修改可用于进一步控制遍及场的 像差。换句话说，由第二光学元件影响的相位修改可用于平衡或补偿由第一元件影响的相 位修改。这种分布式相位修改方法是有优势的，例如，对于在这样的成像系统中的使用，即， 在该成像系统中，对于最接近焦平面的光学元件的同轴和离轴的场瞬时视场是在该光学元 件的不同区域。然而，对于分布式相位修改的实现，瞬时视场的这种分隔是没有必要的。例 如，由接近焦平面的元件影响的相位修改可用于平衡或补偿由位于距焦平面更远的其他光学元件影响的相位修改。在分布式相位修改成像系统之后捕获的图像可以使用例如图像锐 化技术处理，以产生可视图像或用在基于任务的成像系统中的图像。在分布式相位修改成像系统的一个实施方式中，成像系统可以被设计以产生点扩 散函数(“PSF”)，点扩散函数对于在成像系统的整个场上的场点是基本一致的。也就是说， 这种方法同时考虑由整个成像系统影响的相位修改。以这种方式，成像系统可以被配置以 提供适当的相位修改以生成这样的PSF，该PSF在成像系统的同轴和离轴场的各处是基本 类似的。用于设计这种分布式相位修改成像系统的一种方法包括使散光最小化，使得得到 的成像系统产生在整个视场上的基本径向对称的PSF。在这种系统中，可以设置用于最优化 设计价值函数以产生其中的总体MTF尽可能高的成像系统。同时，在成像系统的整个视场 上切向和弧矢的MTF曲线应该在大小和形状上是相似的。这种最优化参数可以牺牲总体同 轴MTF大小以在视场上维持MTF曲线的相似性。然而，得到的径向对称的PSF(具有很少散 光)利用单个的、简单的但是积极的滤波器核心，允许相位编码图像的‘解码’，得到了在整 个视域上的清洁的、令人满意的图像。此外，在最优化期间，可以将权重函数应用于光学系 统设计的各种参数，例如，以便使散光和/或彗差最小化。这样，具有少到两个供以动力的 光学表面的简单成像系统可以被配置以产生高质量图像。在图1至图3中示出了这种系统的实施例，其中分别示出了对于F/2. 0、F/2. 8和 F/3. 1的双元件分布式相位修改成像系统设计。图1至图3的示例性成像系统可以合并有， 例如，在小型照相机结构内、具有1. 75 μ m像素间距的VGA格式传感器。例如，在图1中，成 像系统100(1)包括支撑第一光学元件112的第一基底110，例如，第一基底110通过隔离物 (为清晰表示而未示出)与支撑第二光学元件122本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在同轴和离轴场上对一系列场点成像的成像系统，所述成像系统包括：　　图像传感器，用于捕获图像数据；以及　　第一和第二光学元件，所述第一和第二光学元件是隔开的并合作以将穿过的光成像在所述图像传感器上，　　其中，所述第一和第二光学元件被配置以共同地修改穿过其透射的所述光的相位，使得对应于所述系列场点的点扩散函数（“ＰＳＦ”）在同轴和离轴场上是基本一致的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯J加拉格尔，
申请(专利权)人：全视技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]