[实用新型]一种用于成像的位相编码菲涅尔透镜

说明书

本实用新型属于光学领域，为解决传统菲涅尔透镜用于成像时色差严重的技术问题，公开了用于成像的位相编码菲涅尔透镜，将位相编码技术引入菲涅尔透镜领域，将位相编码元件的面形与会聚透镜的面形集成后，再进行塌陷，使每个环带的最高点与最低点的矢高差为最终得到位相编码菲涅尔透镜的面形，其中λ为设计波长，n为基底材料的折射率；这种位相编码的菲涅尔透镜不仅具有传统衍射成像透镜的聚焦功能，还具有位相编码元件的位相编码功能；用这种方法设计出来的菲涅尔透镜能够对入射的光线进行位相编码，拓宽了焦深，降低了菲涅尔透镜对波长的敏感性，在不降低菲涅尔透镜成像分辨率的情况下，拓宽了菲涅尔透镜的带宽。

技术领域

本实用新型属于光学领域，具体涉及一种菲涅尔透镜。

背景技术

菲涅尔透镜是由法国著名物理学家菲涅尔发明的一类新型光学元件。他在1822年最初设计这种透镜，用于建立一个灯塔透镜，透过它发射的光线可以在20英里以外看到。菲涅尔透镜由一系列同心棱形槽构成，亦称螺纹透镜。菲涅尔透镜的本质是一种衍射光学元件，根据光调制的不同，可以分为振幅型菲涅尔透镜和位相型菲涅尔透。菲涅尔波带片即属于振幅型菲涅尔透镜，在制造菲涅尔透镜时，除了采用遮挡偶数波带或者奇数波带的办法，还可以通过位相补偿的办法实现，即位相型菲涅尔透镜。通过减小或者增加波带的厚度，使光通过偶数波带相对于奇数波带产生π的相位变化，于是通过偶数波带的光与通过奇数波带的光在设计焦点处变成同相位，相互加强，可以实现聚焦和成像。

然而，菲涅尔透镜作为一种衍射光学元件，具有很大的色差。一般而言，对于一个焦距为f的菲涅尔透镜，只对设计波长λ清晰成像。因此，当入射光波长为λ+Δλ时，将聚焦到f+Δf位置，在原始焦平面的位置产生背景噪声，影响成像的分辨率。

实用新型内容

本实用新型要解决传统菲涅尔透镜用于成像时色差严重的问题。为此采用的技术方案是：一种用于成像的位相编码菲涅尔透镜，其表面的面形为会聚透镜面形和位相编码元件面形的集成，所述的位相编码菲涅尔透镜上每个环带的最高点与最低点的矢高差为其中λ为设计波长，n为位相编码菲涅尔透镜基底材料的折射率；所述会聚透镜包括普通球面会聚透镜和非球面会聚透镜，位相编码元件包括三次位相编码板、四次位相编码板、对数位相编码板、正弦位相编码板、指数位相编码板。用此方法设计的位相编码菲涅尔透镜能够对入射的光线进行位相编码和聚焦。将位相编码技术引入传统的菲涅尔透镜中，物体经过位相编码菲涅尔透镜的相位调制，使物体的信息得以保留，通过图像复原技术将模糊图像复原成清晰的图像。

优选的方案如下：

所述会聚透镜为普通球面透镜，其面形为位相编码元件为三次位相编码板，其面形为则位相编码菲涅尔透镜的表面浮雕结构的面形方程为且Z≥0，m＝1，2，3…，式中，x_m，y_m为第m环带内位相编码菲涅尔透镜底部坐标，f为位相编码菲涅尔透镜的焦距，m为环带序数，α为位相编码系数，R为位相编码菲涅尔透镜的半径，λ为设计波长，n为基底材料的折射率。

三次位相编码系数α的范围为5π至50π。随着三次位相编码系数α的增大，光学系统的MTF降低，意味着在图像滤波复原处理过程会引入更多的噪音，造成信噪比的下降。随着三次位相编码系数a的减小，位相编码程度减小，拓宽带宽的效果降低。所以必须选取合适的三次位相编码系数a，以便在拓宽带宽和可接受的信噪比之间做出权衡。

所述位相编码元件面形方程为:Z＝sgn(x)·(α₁·x²·(ln(|x|)+β₁))+sgn(y)·(α₁·y²·(ln(|y|)+β₁))，式中α₁>0，β₁>0。