[發(fā)明專利]一種復(fù)合型相位掩模板

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910097179.6
• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN101510012A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李奇;趙惠;馮華君;徐之海
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G02B27/46
• 分類號: G02B27/46;H04N5/225
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種相位掩模板，尤其涉及一種三次方型和正弦型兩種函數(shù)復(fù)合的復(fù)合型相位掩模板

背景技術(shù)

眾所周知，任何光學(xué)系統(tǒng)都具有一定的景深，只有景深范圍之內(nèi)的物體才能夠被清晰成像，而超出景深范圍的物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所形成的圖像將會變得模糊，從而引起細(xì)節(jié)、紋理的丟失。

早在1960年，W.T.Welford就探討了使用環(huán)狀孔徑，即中心遮攔方式來擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)景深的可能性。1987年，Ting-Chung?Poon和MasoudMotamedi在使用環(huán)狀孔徑的基礎(chǔ)上，依靠數(shù)字圖像復(fù)原算法實際地驗證了景深拓展效果，從80年代末到90年代初的這一段時間里，Ojeda-Castaneda?Jorge等人使用經(jīng)典的切趾法也對系統(tǒng)景深延拓這個問題展開了廣泛而深入的研究。研究表明，改變孔徑形狀可以創(chuàng)造大景深的良好效果，但此效果卻是以犧牲系統(tǒng)的通光量和降低分辨率為代價而達(dá)成的。此外，從80年代中期至今，還有許多非主流的方法被提出用于擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)的景深，如Guy?Indebetouw等人使用菲涅耳透鏡、Zeev?Zalevsky和Shai?Ben-Yaish使用雙折射晶體的o光、e光特性也同樣獲得了景深延拓的效果。

雖然上述方法對擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)的景深都起到了積極的作用，但是作用相對來說都是比較有限的，真正的突破開始于1995年，美國科羅拉多大學(xué)的E.R.Dowski在傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)中，將雷達(dá)領(lǐng)域里使用的模糊度函數(shù)和離焦光學(xué)傳遞函數(shù)結(jié)合起來提出了波前編碼成像技術(shù)，并推導(dǎo)出了經(jīng)典的三次方相位分布函數(shù)掩模板，此后研究者又陸續(xù)提出了對數(shù)型、指數(shù)型、多項式型相位分布函數(shù)掩膜板。

根據(jù)相位分布函數(shù)可以確定掩模板的物理結(jié)構(gòu)，如在中國發(fā)明專利200410018159.2中公開了一種離散連續(xù)混合相位型相位板及其實現(xiàn)超分辨的方法，該相位板的相位函數(shù)包含兩個部分：一部分為連續(xù)分布相位板，另一部分為臺階型相位板。又例如美國羅切斯特光學(xué)中心的Wanli?Chi的博士論文“Computational?Imaging?System?for?Extended?Depth?of?Field”第四章“Lens?Design?and?Fabrication”即全面介紹了根據(jù)相位分布函數(shù)確定掩模板面形的方法。

波前編碼成像技術(shù)通過將圖像復(fù)原與光學(xué)設(shè)計相結(jié)合，在不過度犧牲光學(xué)系統(tǒng)分辨率和通光量的前提下可以有效地擴(kuò)大光學(xué)系統(tǒng)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(shù)所具有的強(qiáng)大威力，證明并且驗證了景深提高10倍的效果。這種光/數(shù)混合成像技術(shù)打破了傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)在擴(kuò)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(shù)，受到廣泛的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種具有較好景深擴(kuò)展性能的復(fù)合型相位掩模板。

一種復(fù)合型相位掩模板，所述的復(fù)合型相位掩模板的相位分布函數(shù)包含正弦型和三次方型兩種函數(shù)，相位分布函數(shù)θ(x，y)的函數(shù)式如下：

θ(x，y)＝α·(x³+y³)+β·(sin(ω·x)+sin(ω·y))

式中，β·(sin(ω·x)+sin(ω·y))為正弦型函數(shù)，α·(x³+y³)為三次方型函數(shù)；其中，α為三次方型函數(shù)的幅值，β為正弦型函數(shù)的幅值，ω表示正弦型函數(shù)的角頻率，x，y為孔徑平面歸一化的空間坐標(biāo)。

其中，作為優(yōu)選，三次方型函數(shù)幅值α取值在90到300之間，正弦型函數(shù)幅值β取值在范圍50到260之間。正弦型函數(shù)的角頻率ω取值在范圍在0.3π到0.6π之間，因為當(dāng)ω取值過小復(fù)合相位板的性能改進(jìn)不明顯，ω取值過大則導(dǎo)致相位板過厚，增加了加工難度。

在各種形式相位分布函數(shù)的相位板中，三次方型相位板是經(jīng)典類型，可實現(xiàn)較大的景深擴(kuò)展。本發(fā)明在三次方型函數(shù)的基礎(chǔ)上疊加正弦分量的復(fù)合型相位掩模板板具有更大的景深擴(kuò)展能力。

一種成像系統(tǒng)，由成像鏡頭、復(fù)合型相位掩模板、圖像探測器、圖像處理單元組成。

所述的復(fù)合型相位掩模板的相位分布函數(shù)包含正弦型和三次方型兩種函數(shù)，函數(shù)式如下：

θ(x，y)＝α·(x³+y³)+β·(sin(ω·x)+sin(ω·y))

式中，α為三次方型函數(shù)的幅值，β為正弦型函數(shù)的幅值，ω表示正弦型函數(shù)的角頻率，x，y為孔徑平面歸一化的空間坐標(biāo)。