[發(fā)明專利]光學測距儀與帶有手性光學布置的成像儀器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080010245.2
• 申請日: 2010-01-08
• 公開（公告）號: CN102356298A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設計）人: A·N·西蒙諾夫;M·C·羅姆巴赫
• 申請（專利權）人: ASMR控股有限公司
• 主分類號: G01C3/08
• 分類號: G01C3/08;G02B27/46;G06T7/00
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

引言

測距，包括被動測距，是對從觀察者或觀察設備到關注的一個或多個客體的距離或擴展場景的估計，對消費者、軍事、技術和科學應用具有重要性。

基于幾何方法、即操作如角測量設備的光學測距儀從十九世紀起一直在使用。在視距系統中，一旦客體的尺寸事先知道，距離是由客體的角大小計算，或者，可替換的，推導出的(例如，如在從1799年的早期現有技術文件2,289所公開的)，而在視差/一致測距儀中，距離是從同一客體的多個圖像的視差來評估的。這些設備本身是被動的，且他們的精度被角度測量精度限制。被動三角法也用于現代攝像機中(例如，K.Engelhardt和R.Knop，Appl.Opt.34，2339-2344，1995)來估算在圖像場中多個位置的散焦度數。

在現代成像設備中，被動測距能夠由相檢測或對比測量法來完成。相檢測方法(例如，WO2005/098501和US2008/205872)在主客體之后分離光進入多個具有已知光路長度的通道，并分析子圖像在光強上的差異。對比測量法(例如，US2006109369和US2004017502)在光傳感器上通過改變對焦條件來優(yōu)化圖像或部分圖像的對比度。

上述方法，在所有方面，不同于描述于本文件中的測距儀及其對應方法，其既不要求客體的三角測量或角度測量，也不要求相位延遲子圖像的對比度評估或比較。

術語和定義

一般術語：焦點對準圖像平面是與客體平面光學耦合的平面，因而，沒有對焦誤差。當圖像平面與焦點對準圖像平面一致時，圖像是焦點對準的或輪廓分明的，而且，如果不是，圖像是散焦的或模糊不清的，或者，可替換的，圖像有一定的散焦度。

術語客體和圖像遵照古德曼(Goodman)的為一般性成像系統所作的定義(J.W.Goodman，傅立葉光學簡介(Introduction?to?Fourier?Optics)，麥格勞-希爾公司(McGraw-Hill?Co.Inc.)，紐約，1996，第6章)。客體是設置在客體平面而且對應的圖像位于圖像平面。在數學描述中，客體和圖像分別表示光在客體和圖像平面分布的數字陣列或函數。

光譜響應通常通過強度脈沖響應的傅立葉變換或其他變換得到，其他變換包括、但不限于小波分解和其他光譜分解，其中光譜分解是將圖像分解為在希爾伯特(Hilbert)空間里的適當算符的本征函數的基準。圖像/客體的空間光譜通過圖像/客體數據的光譜分解得到。

參考圖案，在本文件的內容中，表示在空間光譜域中的任意圖案，其可用作參考比例來測量由散焦導致的圖像光譜的移位度。參考圖案能夠是在空間光譜域內的任意合成結構，例如，單獨的線、或網格線。可替換的，參考圖案能夠是從光學布置或光學掩膜的固有光譜響應得到的特征圖案。特征圖案能夠通過非相干光學傳遞函數(OTF)、即調制傳遞函數(MTF)、的模量來便利地表示，用掩膜振幅和相位函數計算。在實際中，特征圖案對于測量和評估空間光譜的移位是有用的。周期性的多條線的圖案是特征圖案的一個例子，由帶有手性棱鏡元件的光學掩膜造成，例如，半孔徑棱鏡光學掩膜。

術語散焦地圖表示為了擴展客體/場景而得到的散焦度數的分布、通常指二維的分布，深度地圖提供多個客體或多個子圖像的距離而且波前地圖描述波前扭曲，例如，在出射光瞳平面和相對于高斯參考球來測量。所述地圖可以是靜態(tài)地圖為單獨點及時提供信息，或者可替換的，是動態(tài)地圖例如以按實時速度提供更新的信息。縮寫EDF是擴展景深(Extended?Depth?of?Field)。

儀器和實施例—光學測距儀測量從至少一個客體到相對于光學測距儀的預定位置的距離。圖像重建器，或在本文件的內容中的成像儀器，是適應于提供客體的至少一個焦點對準圖像的光學測距儀，其中圖像從例如圖像的空間光譜重建。一旦客體和測距儀之間的距離是已知的，光路指示器是用于測量光路長度的儀器。

光學手性和布置—與測距結合的光學手性是本文件的主要概念。