[發(fā)明專利]一種基于超構透鏡陣列的消色差光場相機系統(tǒng)及消色差方法

在審

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• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109343217A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 王漱明;袁泉;陳績;李濤;王振林;祝世寧
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/28;G02B3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明公開一種基于超構透鏡陣列的消色差光場相機系統(tǒng)，包括線偏振片、四分之一波片、物鏡、消色差超構透鏡陣列、感光器；所述消色差超構透鏡陣列置于依次排列的線偏振片、四分之一波片和物鏡兩種組合的中間，感光器構成了后部感光平面用于接收圖像。消色差超構透鏡陣列是由超構透鏡在平面上排列組合成的二維光學器件，利用消色差超構透鏡陣列，在感光探測器上能精確記錄同時包含二維位置和二維方向的四維參數(shù)化光場信息；實現(xiàn)可見光波段消色差光場相機的設計，消色差超構透鏡陣列是由超構透鏡在平面上排列組合成的二維光學器件，利用消色差超構透鏡陣列，在感光探測器上能精確記錄同時包含二維位置和二維方向的四維參數(shù)化光場信息。

技術領域

本發(fā)明屬于光學成像的技術領域，尤其涉及一種基于超構透鏡陣列的消色差光場相機設計及消色差方法。

背景技術

視覺是自然界最重要的感知系統(tǒng)，生物可以通過視覺系統(tǒng)捕捉處理環(huán)境中的光場信息。相比較于人眼，由多個小眼排列組成的昆蟲復眼系統(tǒng)，具有更大的視野和更高的空間分辨能力。通過模擬復眼結構，可以設計出許多性能優(yōu)良的光學視覺系統(tǒng)，例如光場相機。相比較于只能記錄二維平面光場強度的傳統(tǒng)相機，光場相機能捕捉同時包含光傳播方向、位置的四維參數(shù)信息。通過光學設計，光場相機主鏡頭的光線聚焦后再次穿過陣列中的每個微透鏡，記錄下不同光線的方向、位置信息，使成像結果在后期更加可調節(jié)，達到先拍照、后聚焦的效果。微透鏡陣列是光場相機中用于捕捉四維光場信息的光學器件。傳統(tǒng)透鏡通過設計復雜曲面和粘合不同色散率的透鏡實現(xiàn)消色差功能。限于微加工水平，在微小尺度下加工復雜曲面和粘合不同色散微透鏡具有極大難度。相比較于實現(xiàn)可見光波段幾個孤立波長的消色差，完成寬帶連續(xù)消色差功能的微透鏡對復雜曲面參數(shù)和不同色散率的透鏡粘合具有更高要求。因此傳統(tǒng)的光場相機無法解決寬帶消色差的問題，現(xiàn)有的微透鏡陣列也限制了光場相機設備的便攜化、輕量化和高精度成像。

超構表面是通過平面上的亞波長超構單元靈活調控光場相位、偏振及強度等分布的光學設計，超構透鏡是一類典型的超構表面應用。消色差超構透鏡是能夠實現(xiàn)寬波段連續(xù)消色差聚焦的一種超構透鏡，它體積微小，聚焦功能良好，能夠很好的應用于消色差光場相機的設計中。

本申請發(fā)明人已經就超構透鏡作出了若干工作：如CN201810128031.3基于超構透鏡利用波長調控的光學變焦方法，即基于超構透鏡利用波長調控的光學變焦方法，基于(1)光源探頭，(2)線偏振片，(3)四分之一波片，(4)超構(色差)透鏡；所述超構色差透鏡(4)置于線偏振片和四分之一波片的兩種組合的中間，設有感光器(5)置于成像面上用于接受圖像；利用不同波長的入射光通過超構(色差)透鏡后成像在不同的像距位置進行變焦。應用場景可以有兩種：一是像距固定，調節(jié)照明波長和物距獲得成像像的大小的改變；二是物距固定，調節(jié)照明波長和像距獲得成像大小的改變。本發(fā)明采用超構表面的設計原理，色差由相位匹配調控，并可在一定成像區(qū)間內進行球差和彗差矯正。

又如CN201510333216一種采用超構表面實現(xiàn)平面波聚焦的平板透鏡，采用超構表面實現(xiàn)平面波聚焦的平板透鏡，采用超構表面實現(xiàn)平面波完美聚焦的平板透鏡，通過對8種V字型聚焦結構在平面的圓的徑向進行周期排列，每組V字型聚焦結構的圓環(huán)上均勻排列，在圓的徑向從內至外周期排列的8組V字型聚焦結構的相位。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是，基于超構透鏡陣列實現(xiàn)可見光波段消色差光場相機設計及消色差方法。通過引入超構表面的設計原理，在可見光波段實現(xiàn)寬帶連續(xù)消色差。利用消色差超構透鏡組成超構透鏡陣列，實現(xiàn)可見光范圍內消色差成像，為設計便攜式、高分辨的消色差光場相機提供了新方法。