[发明专利]一种复合型相位掩模板

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位掩模板，尤其涉及一种三次方型和正弦型两种函数复合的复合型相位掩模板

背景技术

众所周知，任何光学系统都具有一定的景深，只有景深范围之内的物体才能够被清晰成像，而超出景深范围的物体经光学系统所形成的图像将会变得模糊，从而引起细节、纹理的丢失。

早在1960年，W.T.Welford就探讨了使用环状孔径，即中心遮拦方式来扩展光学系统景深的可能性。1987年，Ting-Chung Poon和MasoudMotamedi在使用环状孔径的基础上，依靠数字图像复原算法实际地验证了景深拓展效果，从80年代末到90年代初的这一段时间里，Ojeda-Castaneda Jorge等人使用经典的切趾法也对系统景深延拓这个问题展开了广泛而深入的研究。研究表明，改变孔径形状可以创造大景深的良好效果，但此效果却是以牺牲系统的通光量和降低分辨率为代价而达成的。此外，从80年代中期至今，还有许多非主流的方法被提出用于扩展光学系统的景深，如Guy Indebetouw等人使用菲涅耳透镜、Zeev Zalevsky和Shai Ben-Yaish使用双折射晶体的o光、e光特性也同样获得了景深延拓的效果。

虽然上述方法对扩展光学系统的景深都起到了积极的作用，但是作用相对来说都是比较有限的，真正的突破开始于1995年，美国科罗拉多大学的E.R.Dowski在传统的成像系统中，将雷达领域里使用的模糊度函数和离焦光学传递函数结合起来提出了波前编码成像技术，并推导出了经典的三次方相位分布函数掩模板，此后研究者又陆续提出了对数型、指数型、多项式型相位分布函数掩膜板。

根据相位分布函数可以确定掩模板的物理结构，如在中国发明专利200410018159.2中公开了一种离散连续混合相位型相位板及其实现超分辨的方法，该相位板的相位函数包含两个部分：一部分为连续分布相位板，另一部分为台阶型相位板。又例如美国罗切斯特光学中心的Wanli Chi的博士论文“Computational Imaging System for Extended Depth of Field”第四章“Lens Design and Fabrication”即全面介绍了根据相位分布函数确定掩模板面形的方法。

波前编码成像技术通过将图像复原与光学设计相结合，在不过度牺牲光学系统分辨率和通光量的前提下可以有效地扩大光学系统的景深。科研工作者做了大量的理论分析以及实验研究，肯定了波前编码成像技术所具有的强大威力，证明并且验证了景深提高10倍的效果。这种光/数混合成像技术打破了传统光学系统在扩展景深时的固有的限制，是一种非常有实用化前景的成像技术，受到广泛的关注。

发明内容

本发明提供了一种具有较好景深扩展性能的复合型相位掩模板。

一种复合型相位掩模板，所述的复合型相位掩模板的相位分布函数包含正弦型和三次方型两种函数，相位分布函数θ(x，y)的函数式如下：

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

式中，β·(sin(ω·x)+sin(ω·y))为正弦型函数，α·(x³+y³)为三次方型函数；其中，α为三次方型函数的幅值，β为正弦型函数的幅值，ω表示正弦型函数的角频率，x，y为孔径平面归一化的空间坐标。

其中，作为优选，三次方型函数幅值α取值在90到300之间，正弦型函数幅值β取值在范围50到260之间。正弦型函数的角频率ω取值在范围在0.3π到0.6π之间，因为当ω取值过小复合相位板的性能改进不明显，ω取值过大则导致相位板过厚，增加了加工难度。

在各种形式相位分布函数的相位板中，三次方型相位板是经典类型，可实现较大的景深扩展。本发明在三次方型函数的基础上叠加正弦分量的复合型相位掩模板板具有更大的景深扩展能力。

一种成像系统，由成像镜头、复合型相位掩模板、图像探测器、图像处理单元组成。

所述的复合型相位掩模板的相位分布函数包含正弦型和三次方型两种函数，函数式如下：

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

式中，α为三次方型函数的幅值，β为正弦型函数的幅值，ω表示正弦型函数的角频率，x，y为孔径平面归一化的空间坐标。