專利名稱：一種相位板以及應(yīng)用該相位板的景深拓展成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于景深延拓的對數(shù)型相位板及應(yīng)用該相位板的景深拓展成像 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)的景深一直都是學(xué)術(shù)界研究的熱點，縮小系統(tǒng)的相對孔徑可以起 到景深延拓的效果，但會嚴(yán)重?fù)p失光通量和分辨率，因此實用性不強。從20世紀(jì)80年 代中期開始，雖然形形色色的方法被提出用于景深擴(kuò)展，但是直到美國科羅拉多大學(xué)的 E. R. Dowski博士于1995年提出波前編碼的概念之后，景深延拓才有了真正意義上的突破。通過在成像系統(tǒng)的孔徑平面、入瞳或者出瞳上添加一塊三次方型的相位板，系統(tǒng) 的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF能夠變得對離焦以及可能引起離焦的因素不敏感，從而達(dá)到擴(kuò)展景深 的目的，而且最重要的是，在添加了相位板之后，MTF在有效頻率范圍之內(nèi)只是在幅度上有 一定程度的下降，而不存在零點或近零點。這就表明，當(dāng)系統(tǒng)存在離焦時，超出原始系統(tǒng)景 深范圍的信息并沒有丟失，只是以一種已知的方式被編碼了而已，之后通過相應(yīng)的數(shù)字圖 像復(fù)原算法就可以被有效地恢復(fù)。同時，由于相位板只是對孔徑平面內(nèi)的成像光線相位進(jìn) 行了編碼，對系統(tǒng)的通光量和分辨率從理論上來講都不會造成影響，所以波前編碼是一種 非常不同于縮小孔徑法、中心遮攔法或切趾法的新型景深拓展成像技術(shù)。以一維光學(xué)系統(tǒng)為例，其離焦光學(xué)傳遞函數(shù)OTF可以通過廣義光瞳函數(shù)的自相關(guān) 運算來獲得，如下所示
權(quán)利要求
1.一種相位板，其特征在于所述相位板的相位分布函數(shù)是由4階冪函數(shù)與對數(shù)函數(shù) 相乘得到，其一維函數(shù)表達(dá)式為f (χ) = α · χ4 · sgn (χ) · log ( β · | χ |), χ e [-1,1]式中，α與β是所述相位板的相位分布函數(shù)的參數(shù)，χ為歸一化坐標(biāo)；sgn代表符號函 數(shù)，當(dāng)χ > 0時為其值為1，而當(dāng)χ < 0時其值為-1。
2.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的相位板的景深拓展成像系統(tǒng)，包括由一個或者多個透鏡 組成的成像鏡頭，其特征在于所述成像系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述成像鏡頭的光軸上的相位 板；所述相位板設(shè)置在成像鏡頭的孔徑平面、入瞳面、出瞳面、入瞳面與所述孔徑平面之間 或者出瞳面與所述孔徑平面之間的任意位置；所述相位板的相位分布函數(shù)是由4階冪函數(shù) 與對數(shù)函數(shù)相乘得到，其一維函數(shù)表達(dá)式為f (X) = α · X4 · Sgn (χ) · log ( β · | χ |), χ e [-1,1]式中，α與β是所述相位板的相位分布函數(shù)的參數(shù)，χ為歸一化坐標(biāo)；sgn代表符號函 數(shù)，當(dāng)χ > 0時為其值為1，而當(dāng)χ < 0時其值為-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的景深拓展成像系統(tǒng)，其特征在于所述相位板設(shè)置的位置與 相鄰?fù)哥R中心的距離至少是3 5ΜΜ。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的景深拓展成像系統(tǒng)，其特征在于所述相位板是任一透鏡的 表面，所述透鏡的表面設(shè)置為相位板面型結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的景深拓展成像系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡的表面是靠近孔 徑平面、出瞳面或者入瞳面的透鏡表面。
全文摘要
本發(fā)明所涉及的一種相位板以及應(yīng)用該相位板的景深拓展成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括設(shè)置在其光軸上的相位板；所述相位板的相位分布函數(shù)是由4階冪函數(shù)與對數(shù)函數(shù)相乘得到，其一維函數(shù)表達(dá)式為f(x)＝α·x4·sgn(x)·log(β·|x|)，x∈[-1，1]式中，α與β是所述相位板的相位分布函數(shù)的參數(shù)，x為歸一化坐標(biāo)；sgn代表符號函數(shù)，當(dāng)x＞0時為其值為1，而當(dāng)x＜0時其值為-1；采用本發(fā)明所涉及的景深拓展成像系統(tǒng)其對應(yīng)的離焦調(diào)制傳遞函數(shù)MTF無論在高頻區(qū)域還是在低頻區(qū)域都有良好的穩(wěn)定性，并且明顯好于已知的兩種對數(shù)型相位板，從而允許去卷積處理單元僅僅使用一個數(shù)字濾波器就可以獲得所有離焦位置處的清晰圖像。
文檔編號G02B27/00GK102129096SQ20101001371
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者趙惠 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所