[發明專利]一種復合相位掩模板

無效

• 申請號: 200910097178.1
• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN101510011A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 李奇;趙惠;馮華君;徐之海
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/46
• 分類號: G02B27/46;H04N5/225
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及一種相位掩模板，尤其涉及一種指數型和一次方型兩種函數復合的復合相位掩模板。

背景技術

在傳統的成像系統中，縮小相對孔徑是擴展景深的有效方法，但這會導致系統分辨率降低，與高質量成像的目的相背。而利用波前編碼技術制作的非球面掩模板，可使物體目標經過加了掩模板的光學系統后形成一個對離焦不敏感的模糊的中間像，然后對中間像進行數字圖像處理后得到聚焦清晰的圖像，從而實現擴展景深的目的。

非球面掩模板的目的是對波面相位加以改變，其核心是相位分布函數。1995年，美國科羅拉多大學的E.R.Dowski等人將雷達領域里使用的模糊度函數和離焦光學傳遞函數結合起來提出了波前編碼成像技術，并推導出了經典的三次方相位分布函數掩模板，2001年，該小組通過將靜態相位法應用于推導離焦不變點擴散函數的過程中，從而又得到了另外一種可以用于景深延拓的對數相位分布函數相位板；2004年，Ojeda-CastanedaJorge研究小組提出了用于擴展光學系統景深的高次方相位分布函數掩模板；同年，S.Prasad等人提出了光瞳相位工程PPE(Pupil?Phase?Engineering)的概念，獲得了改進的三次方分布的相位分布函數掩模板，并且也研究了多種相位掩模板的優化方法；2007年，中科院上海光機所的陽國慶等人使用維納函數在頻域對波前編碼系統的特性進行了相關研究，同時提出了指數型相位分布函數掩模板。

根據相位分布函數可以確定掩模板的物理結構，如美國羅切斯特光學中心的Wanli?Chi的博士論文“Computational?Imaging?System?for?ExtendedDepth?of?Field”第四章“Lens?Design?and?Fabrication”即全面介紹了根據相位分布函數確定掩模板面形的方法。又例如在中國發明專利200410018159.2中公開了一種離散連續混合相位型相位板及其實現超分辨的方法，該相位板的相位函數包含兩個部分：一部分為連續分布相位板，另一部分為臺階型相位板。將相位分布函數中的連續變化部分用連續變化的波面進行等效替代，而相位分布函數中按分區變化的部分用臺階型相位板替代，以實現較優越的超分辨性能。

采用相位掩膜板后，可使光學系統在較大的離焦范圍內其調制傳遞函數值變化很小(即對離焦不敏感)，同時系統的傳遞函數在通頻帶內沒有零點或近零點。這意味著，當系統存在離焦時，超出原始系統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而已，之后通過一定的數字圖像復原算法就可以被有效地恢復。同時，由于相位掩模板只是對孔徑平面內的成像光線的相位進行編碼，對系統的通光量和分辨率從理論上來講都不會造成影響。

波前編碼成像技術通過將圖像復原與光學設計相結合，在不過度犧牲光學系統分辨率和通光量的前提下可以有效地擴大光學系統的景深。科研工作者做了大量的理論分析以及實驗研究，肯定了波前編碼成像技術所具有的強大威力，證明并且驗證了景深提高10倍的效果。這種光/數混合成像技術打破了傳統光學系統在擴展景深時的固有的限制，是一種非常有實用化前景的成像技術，受到廣泛的關注。

發明內容

本發明提供了一種能補償相位傳遞函數偏移效應的復合相位掩模板。

一種復合相位掩模板，所述的復合相位掩模板的相位分布函數包含指數型和一次方型兩種函數，相位分布函數θ(x，y)的函數式如下：

θ(x，y)＝α·x·exp(β·x²)+α·y·exp(β·y²)+κ·(x+y)

式中，α·x·exp(β·x²)+α·y·exp(β·y²)為指數型函數，κ·(x+y)為一次方型函數；其中，α、β為指數函數調制因子，κ為相位調制因子，x，y為孔徑平面歸一化的空間坐標。

其中，作為優選，指數函數調制因子α取值大于30，β取值在1和3之間。κ為相位調制因子，為負值時使系統相位傳遞函數向左偏移，為正值時使系統相位傳遞函數向右偏移，κ值的大小可以根據需要設定。

在各種形式相位分布函數的相位掩模板中，指數型相位掩模板對于球差、慧差、像散等像差均有較好的抑制效果，但存在著相位傳遞函數偏移效應較大的缺點。而對于本發明的復合相位掩模板，在其相位分布函數中添加一次方型函數后，隨著調制因子強度的改變，相位傳遞函數將發生可控的偏移，從而實現相位傳遞函數偏移的補償。

一種成像系統，由成像鏡頭、復合相位掩模板、圖像探測器、圖像處理單元組成。