[发明专利]带有波长相关的孔径光阑的成像光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及成像光学装置而且特别是带有孔径光阑的光学系统，其根据光波长使光通过具有不同直径的孔径。

背景技术

在成像系统设计中，例如对于投影系统，在最大化系统的光通过量(throughput)以增加亮度的同时必须对象差进行修正以提高图像质量。通常，在彩色共轴的光学系统中，即，其中全部的光波长是沿公用的光学系统传输，对于所有波长基于公用的光学元件设计和优化该成像光学装置。换句话说，传统的光学系统是设计成全部的光波长通过同一透镜和孔径光阑。

由于不同的光波长基于其波长通过该光学系统具有不同的光程长度，所以在该光学系统的设计和优化中产生了困难。因此，对于任一特定波长，光学系统传递函数可以是不同的，使得系统调制传递函数(MTF)也取决于波长。在光学系统中对于一种颜色MTF的优化通常导致对于其它颜色MTF的降低，这与一个场点(field point)的优化通常导致对于其它场点MTF的降低。因此，在成像系统的设计和优化中，不同波长以及不同场点间的折衷通常是必要的。

当使用独立彩色光源，例如发光二极管(LEDs)时，该光学系统的设计进一步复杂。光学系统的通过量是由孔径光阑的范围来限定的而没有任何渐晕，即在光学系统中没有任何光线沿成像链(optical train)被切断。由于一些彩色光源可能比其它的光源更明亮，并且由于系统的通过量通常被设计成对所有波长是相同的，因此较弱的光源在光学系统的输出端保持相对弱。因此，使用多个光源的成像系统的光学设计典型地被限制在选择那些将对所有波长提供足够通过量的光学元件和传输孔径。

发明内容

根据本发明的实施例的一种成像系统，包括波长相关的孔径光阑，通过不同直径的孔径传输不同波长的光。因此，不同的颜色的光将具有不同的F光圈(F-stop)，它可以根据例如对于不同的波长的功率传递(power transfer)要求来选取。例如，较小F光圈可以与较弱的光源一起使用以对特定波长范围产生较高的通过量，而较大的F光圈用于不同的波长范围。

根据一个实施例，一种装置包括光源和波长相关的孔径光阑，所述光源沿光轴产生具有多个波长的照射到要被成像的物体上的光，所述波长相关的孔径光阑沿光路中的光轴放置。该波长相关的孔径光阑具有第一直径的第一孔径，通过其传输第一波长范围，以及具有第二直径的第二孔径，通过其传输第二波长范围。第二直径比第一直径要大。该装置还包括沿光轴在由光源产生光路中放置的至少一个成像透镜以形成像，其中该波长相关的孔径光阑放置在物体和由成像透镜产生的像之间。第二波长范围可以是第一波长范围的子集。在一些实施例中，该波长相关的孔径光阑可以具有另外的孔径，例如具有第三直径的第三孔径，通过其传输第三波长范围，其中该第三直径大于第二直径。

在另一个实施例中，一种方法包括沿光轴产生多色光，将来自多色光的第一波长范围传输通过孔径光阑中的第一孔径，并且将来自多色光的第二波长范围传输通过孔径光阑中的第二孔径。第一孔径和第二孔径是同心的。该孔径具有第一直径且第二孔径具有比第一直径大的第二直径。该方法还包括将被传输通过孔径光阑中的第一孔径和第二孔径的光投射到像平面上。在一个方面，该方法还包括将来自多色光的第三波长范围传输通过孔径光阑中的第三孔径，并且第三孔径与第一孔径同心，其中该第三孔径具有大于第二直径的第三直径。

另一个实施例是一种成像装置，其包括光源和孔径光阑以及沿该光轴放置的至少一个光学透镜，该光源产生沿光轴的多色光。该孔径光阑具有不同的直径孔径，通过其不同的波长范围被传输并且所述至少一个光学透镜限定对于该成像装置的焦距，使得对于第一波长范围具有第一F光圈并且对于第二波长范围具有第二F光圈。第二F光圈小于第一F光圈。可以使用另外的F光圈，例如对于第三波长范围的第三F光圈，其中该第三F光圈小于第二F光圈。

附图说明

图1说明具有波长相关的孔径光阑的光学系统。

图2A和图2B分别说明根据本发明的实施例的波长相关的孔径光阑的平面图和截面图。

图3A和图3B是波长相关的孔径光阑的其它实施例的截面图。

图4用图表说明波长相关的孔径光阑的操作。

具体实施方式