[发明专利]光学成象系统

说明书

本发明一般地涉及光学成像系统，特别是涉及采用平面光学元件阵列来存储、处理和再现物体图象的方法和装置。

传统的光学系统由依次对入射光信号工作的各元件组成，由于每一元件处理完整的图象，这些元件必须精心设计和制造以补偿象差和畸变，而这些象差和畸变是在当单一的元件必须单独处理全部图象的情况下必然会出现的。这一情况与二十世纪五十年代电子学的情况类似。当时，通过导线把各个盒子中为每一用途特制的元件连接起来以构成系统，这种方法对设计复杂的电路有一定的限制。这样，6管晶体管收音机、5灯电子管收音机和20灯电视机大概是用这种方法进行大规模生产所能达到的最复杂的产品了，袖珍式计算器、数字式手表和便携式计算机是这种技术所无法想象的、从分立的电子元件到集成电路的飞跃来源于使元件微型化的能力和按功能块连接并大量制造它们的能力。

传统的光学成像系统一般由一系列单独的元件或透镜组成，其中每一个处理整个图象，这种方法导致设计上的折衷方案，因为每一元件同时处理整个一幅图象，这种方法还导致使用限制系统复杂性的大体积的元件，由于元件尺寸大，根据折射来设计和制造光学元件要比根据衍射简单得多，以前也曾有过用小透镜如复眼透镜的平面阵列产生图象的尝试，该技术实现时的局限性使其用途限制在各种较为粗略的三维显示上，例如立体全景图片和立体照相，以及众所周知的可随着观察角度的改变在两幅或几幅图象中变化的新颖玩意。例如，立体照相采用小透镜阵列来产生和存储图象，用于立体照相的小透镜的特点在于它是折射曲面，这种折射曲面限制了微型化的程度，对实用来说是过于粗糙了，这一技术在制造上也是困难的。

自法国物理学家奥古斯丁·菲涅耳于1815年发明波带片以来，出现了工作于光波的衍射和干涉现象的光学元件，波带片是截断光信号某些特定相位成分以类似于透镜的方式产生图象的平面图象，但完全根据衍射效应工作，由波带片制成的元件随着尺寸的减小而变得更为简单和更加有效，直至其成分小于所涉及的光线的波长，另外，波带片的焦距长度随其尺寸大小的减小而变得非常短，使串行元件之间的距离可非常短。相对于曲面来说，平面图象采用目前可以使用的印刷和模压工艺，可制造出密度达每单位英寸几百个元件的实用元件。

波带片的使用在现有技术中是熟知的，例如，奥森（Olsson）的美国专利3，545，854涉及了一种对一个物体产生多个同样的图象的光学系统，例如，用于制造半导体掩模的光学系统。其中，物体的图象通过多个相同的波带片聚焦在一个成像平面上，每一波带片包括交替的不透明和透明的同心区域，每一波带片把半导体图形的图象会聚在一个成像板上。

史查尔（Schier）的美国专利3，547，546涉及一种用于制造半导体掩模的成像装置，该装置包括一个具有多个基本上并排设置的波带片的波带片矩阵，每一波带片是一个光学衍射成像装置，类似于菲涅耳波带片。

史彻龙（Strehlow）的美国专利3，993，401、李（Lee）等人的美国专利4，036，552和4，095，875都揭示了由菲涅耳波带片形成的多个衍射元件构成的后向反射材料，李（Lee）等人的专利4，036，552揭示了通过把多个菲涅耳波带片图案记录在某种光敏介质上并用该介质作为模子在一块板上模压衍射元件来制造波带片矩阵的方法。

诺斯（Nose）的美国专利4，593，482涉及一种阅读装置，它把原始图象分为多个“微图象”，并利用一个光学传感器通过包括菲涅耳波带片的多个成像装置（器件）阅读图象信息。

虽然现有技术揭示了利用菲涅耳波带片的光学成像系统，仍然需要有具备高亮度和高度分辨率以及更宽范围的图象处理能力的系统。

由此，本发明的一个目的是提供一种光学成像系统，使图象的整体质量得到提高;

本发明的进一步目的是提供一种光学成像系统，该系统可由较便宜的材料制成，这种材料是抗压力和抗振动的，并且不受电磁干扰的影响;

本发明的再一个目的是提出一种光学成像系统，适用于多种目视图象领域，例如，象放大、三维（3-D）照相、信息存储、三维X射线摄影和动画片;

本发明的又一个目的是提供一种可用于普通的环境光线条件下的光学成像系统;

本发明的另一个目的是提供一种光学成像系统，它不需要使用激光器或专门的光学再现（放象）系统。