[发明专利]一种基于超构透镜阵列的消色差光场相机系统及消色差方法

说明书

本发明公开一种基于超构透镜阵列的消色差光场相机系统，包括线偏振片、四分之一波片、物镜、消色差超构透镜阵列、感光器；所述消色差超构透镜阵列置于依次排列的线偏振片、四分之一波片和物镜两种组合的中间，感光器构成了后部感光平面用于接收图像。消色差超构透镜阵列是由超构透镜在平面上排列组合成的二维光学器件，利用消色差超构透镜阵列，在感光探测器上能精确记录同时包含二维位置和二维方向的四维参数化光场信息；实现可见光波段消色差光场相机的设计，消色差超构透镜阵列是由超构透镜在平面上排列组合成的二维光学器件，利用消色差超构透镜阵列，在感光探测器上能精确记录同时包含二维位置和二维方向的四维参数化光场信息。

技术领域

本发明属于光学成像的技术领域，尤其涉及一种基于超构透镜阵列的消色差光场相机设计及消色差方法。

背景技术

视觉是自然界最重要的感知系统，生物可以通过视觉系统捕捉处理环境中的光场信息。相比较于人眼，由多个小眼排列组成的昆虫复眼系统，具有更大的视野和更高的空间分辨能力。通过模拟复眼结构，可以设计出许多性能优良的光学视觉系统，例如光场相机。相比较于只能记录二维平面光场强度的传统相机，光场相机能捕捉同时包含光传播方向、位置的四维参数信息。通过光学设计，光场相机主镜头的光线聚焦后再次穿过阵列中的每个微透镜，记录下不同光线的方向、位置信息，使成像结果在后期更加可调节，达到先拍照、后聚焦的效果。微透镜阵列是光场相机中用于捕捉四维光场信息的光学器件。传统透镜通过设计复杂曲面和粘合不同色散率的透镜实现消色差功能。限于微加工水平，在微小尺度下加工复杂曲面和粘合不同色散微透镜具有极大难度。相比较于实现可见光波段几个孤立波长的消色差，完成宽带连续消色差功能的微透镜对复杂曲面参数和不同色散率的透镜粘合具有更高要求。因此传统的光场相机无法解决宽带消色差的问题，现有的微透镜阵列也限制了光场相机设备的便携化、轻量化和高精度成像。

超构表面是通过平面上的亚波长超构单元灵活调控光场相位、偏振及强度等分布的光学设计，超构透镜是一类典型的超构表面应用。消色差超构透镜是能够实现宽波段连续消色差聚焦的一种超构透镜，它体积微小，聚焦功能良好，能够很好的应用于消色差光场相机的设计中。

本申请发明人已经就超构透镜作出了若干工作：如CN201810128031.3基于超构透镜利用波长调控的光学变焦方法，即基于超构透镜利用波长调控的光学变焦方法，基于(1)光源探头，(2)线偏振片，(3)四分之一波片，(4)超构(色差)透镜；所述超构色差透镜(4)置于线偏振片和四分之一波片的两种组合的中间，设有感光器(5)置于成像面上用于接受图像；利用不同波长的入射光通过超构(色差)透镜后成像在不同的像距位置进行变焦。应用场景可以有两种：一是像距固定，调节照明波长和物距获得成像像的大小的改变；二是物距固定，调节照明波长和像距获得成像大小的改变。本发明采用超构表面的设计原理，色差由相位匹配调控，并可在一定成像区间内进行球差和彗差矫正。

又如CN201510333216一种采用超构表面实现平面波聚焦的平板透镜，采用超构表面实现平面波聚焦的平板透镜，采用超构表面实现平面波完美聚焦的平板透镜，通过对8种V字型聚焦结构在平面的圆的径向进行周期排列，每组V字型聚焦结构的圆环上均匀排列，在圆的径向从内至外周期排列的8组V字型聚焦结构的相位。

发明内容

本发明目的是，基于超构透镜阵列实现可见光波段消色差光场相机设计及消色差方法。通过引入超构表面的设计原理，在可见光波段实现宽带连续消色差。利用消色差超构透镜组成超构透镜阵列，实现可见光范围内消色差成像，为设计便携式、高分辨的消色差光场相机提供了新方法。