[发明专利]光学系统

说明书

一种光学系统，包括至少一个物镜、光学滤波器、和成像透镜或包括多个孔径元件的第一孔径阵列。所述至少一个物镜、光学滤波器、和成像透镜或第一孔径阵列沿光轴布置，以在成像透镜上或在第一孔径阵列上形成光学滤波器的至少一个投影。所述光学系统还包括滤波器选择装置，用于选择要提供给成像透镜或第一孔径阵列的滤波的电磁辐射。

技术领域

本发明涉及光学系统，例如用于执行光强度滤波或偏振滤波的光学系统或快照式超光谱或多光谱光学系统。

更具体地，本发明涉及超光谱或多光谱光学系统，其用于例如在多个不同波长的空间域或频率(傅里叶)域中，通过多波长滤波器阵列以像素类似方式重复以便滤波成像物体的不同部分(以与已知的拜耳滤波器配置类似的方式)的配置、或者通过生成物体的多个图像(其中在特定波长滤波生成的多个图像中的每一个)的配置，来获得图像数据。

本发明还涉及用于获得物体的多光谱/超光谱超方形测量的超光谱或多光谱光学系统。

背景技术

快照式超光谱/多光谱相机拍摄多个波长的图像。有许多在检测器或图像传感器上组织空间和波长信息的方法。两种最常见的配置是在检测器上将波长信息分组成“超级”像素—这是在具有众所周知的拜耳配置(配置A，图1g)的彩色相机中使用的系统，或者在检测器上将空间信息一起分组成多个图像，其中每个图像具有不同波长(配置B，图1h)。从概念上讲，这两个配置可以在图1g和1h中看到。

在这两种配置中，一个挑战是制造滤波器以实现波长选择。

滤波器可以位于检测器上或紧靠检测器前方，或者可以将它们成像到检测器上，或者它们可以简单地阻挡通向检测器的所有平行路径，这可以用于有效的多相机阵列的情况，即，系统设置成好像它是多个相机的阵列但使用一个检测器。

如果滤波器放置在检测器上或检测器附近，则有两个问题，首先，各个滤波器应该是配置A(图1g)中的像素大小或配置B(图1h)中的可以是非常小的或者固定的多个图像中的一个图像的大小，其次，当滤波器放置在检测器附近时，滤波器看到的角度范围与相机的数值孔径相同。对于敏感的相机，数值孔径通常很大，导致滤波器上的角度范围很宽。诸如标准窄带滤波器之类的滤波器具有强烈的角度依赖性，因此这限制了滤波器的线宽。

为了解决这两个不便之处，可以将滤波器放置在其他地方并远离检测器。如果滤波器放置在其他位置并重新成像到检测器上，则至少有两个系统配置可能会限制滤波器的数量。

在一个系统配置中，滤波器在微透镜阵列后重新成像以重新创建配置A(图1g)，这是在光场成像方面的滤波的Plenoptics 1.0配置。这里我们称为系统配置A，因为此系统配置的目标是生成超像素配置，如图1g所示。出于理解的原因，该系统配置在图4和5中以有限的程度示出，物体1的每个部分使用两个透镜(第一透镜2和第二透镜3)成像到微透镜阵列4的一部分上。

微透镜阵列4将孔径6成像到检测器上。滤波器可以放在孔径光阑6处，这允许在检测器上制作相同的滤波器图像阵列。孔径光阑6限制从物体1到图像点的光线束的横截面积。这里，在透镜2的焦点处的孔径光阑6控制在微透镜阵列4的透镜元件的表面上方的光线分布，以便控制允许远心方案的物体1的透视。

在将使用有限数量的滤波器的第二系统配置中(这里我们称为系统配置B，因为该系统配置的目标是产生物体的多个图像，如图1h中示意性所示)，微透镜阵列4可用于形成物体的多个平行图像，并且滤波器可以放置在微透镜阵列4的正后方或前方。多个平行图像均由滤波器在特定波长处滤波。