專(zhuān)利名稱(chēng)：光波前構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于構(gòu)造三維圖像的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
本節(jié)介紹可能有助于促進(jìn)更好地理解本發(fā)明的方面。因此，要從這 個(gè)角度來(lái)閱讀本節(jié)的陳述。本節(jié)的陳述不應(yīng)被理解為對(duì)哪些是現(xiàn)有技術(shù) 中或哪些不是現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
形成三維(3D)圖像的一種方法包括使用全息圖。在一種形式中， 全息圖是永久性光記錄介質(zhì)，其局部透射率記錄來(lái)自被成像的三維場(chǎng)景 散射的相干光束波前的相對(duì)振幅和相位信息。通過(guò)對(duì)曾經(jīng)被曝光于光干 涉圖樣的攝影介質(zhì)進(jìn)行顯影，可產(chǎn)生永久性光記錄介質(zhì)。例如，通過(guò)對(duì)
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為了產(chǎn)生三維圖像，用適當(dāng)?shù)南喔晒馐鴮?duì)全息圖進(jìn)行再照射。被再 照射的全息圖產(chǎn)生第一出射光束，其產(chǎn)生用于制作全息圖的場(chǎng)景的三維 圖像。第一出射光束具有這樣的波前，其上的相對(duì)相位和相對(duì)振幅與在 產(chǎn)生全息圖的制作過(guò)程中由場(chǎng)景初始地散射的光束的波前上的相對(duì)相 位和相對(duì)振幅基本相同。被照射的全息圖還產(chǎn)生第二出射光束，其產(chǎn)生 用于制作全息圖的場(chǎng)景的虛三維圖像。

發(fā)明內(nèi)容
雖然全息圖可產(chǎn)生三維圖像，依靠永久性光記錄介質(zhì)來(lái)制造三維圖 像是不方便的。在這里，不同的實(shí)施例通過(guò)用可重構(gòu)陣列調(diào)制相干光束 來(lái)產(chǎn)生三維圖像，可產(chǎn)生明顯不同的三維圖像的序列。
第 一方面的特征是一種用于產(chǎn)生三維圖像的方法。該方法包括提供 被所期望場(chǎng)景散射或透射通過(guò)所期望場(chǎng)景的相干光的相對(duì)相位在預(yù)選 孔徑上的逐像素映射。該方法包括響應(yīng)于可重構(gòu)鏡片陣列被相干光束照 射而定位該陣列的微鏡，以產(chǎn)生波前在預(yù)選孔徑上具有該逐像素映射的
4反射光。該方法還包括用相干光束照射可重構(gòu)鏡片陣列以使得能夠產(chǎn)生 所期望場(chǎng)景的三維圖像。
第二方面的特征是一種設(shè)備。該設(shè)備包括具有選定波長(zhǎng)的相干光的 光源，以及布置為被該光源照射的可重構(gòu)鏡片陣列。該陣列包括多個(gè)可 移動(dòng)的微鏡。每個(gè)微鏡的最大有效橫向線(xiàn)性尺寸比波長(zhǎng)的十倍小。


圖l示意性地示出重建三維(3D)圖像的方法； 圖2A是，例如，根據(jù)圖1的方法調(diào)制相干光束以產(chǎn)生三維圖像的 設(shè)備的框圖2B是，例如，根據(jù)圖1的方法調(diào)制相干光束以產(chǎn)生三維圖像的 另一設(shè)備的框圖3是用于圖2A和2B的設(shè)備的示例性可重構(gòu)鏡片陣列的示意頂視
圖4是，例如，可在圖2A和2B的設(shè)備中使用的示例性微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)致動(dòng)微鏡的斜視圖5是示出用于，例如，根據(jù)圖1的方法和/或使用圖2A和2B的 設(shè)備來(lái)產(chǎn)生三維圖像的方法的流程圖；以及
圖6是圖2A、 2B和3的可重構(gòu)鏡片陣列的一部分的示意側(cè)視圖， 該視圖示出其中的局部操作單元。功能。
在附圖中， 一些特征的相對(duì)尺寸可被擴(kuò)大以更清楚地示出 一個(gè)或多 個(gè)其中的結(jié)構(gòu)。
在這里，通過(guò)附圖和示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明更全面地說(shuō)明不同的 實(shí)施例。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)為不同的形式，并且不限于附圖和示例性 實(shí)施例中說(shuō)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
A)重建三維圖像
圖1示意性地示出了重建所期望場(chǎng)景的三維(3D)圖像的方法。 為了形成實(shí)三維圖像，相干光源可用相干光照射所期望場(chǎng)景，使得 所期望場(chǎng)景散射或透射部分照射光，從而產(chǎn)生出射相干光束。出射光束
5的一部分經(jīng)過(guò)，例如，如由孔徑光闌定義的初始孔徑，并在位于孔徑另 一側(cè)的觀看者眼中形成所期望場(chǎng)景的圖像。在初始孔徑上，出射相干光 束的相對(duì)相位和強(qiáng)度的圖樣確定將被觀看者看到的光束的形式。
在孔徑上，有可能以逐像素的方式映射出射相干光束的電或磁場(chǎng)的 相對(duì)強(qiáng)度和/或相位。相對(duì)相位在這種孔徑上的逐像素映射的可行性， 或相對(duì)振幅和相對(duì)相位兩者在這種孔徑上的逐像素映射的可行性，是重 建三維圖像的方法的基礎(chǔ)。
為了重建三維圖像，光源用相干光照射可重構(gòu)鏡片陣列?；谥鹣?素映射的形式，對(duì)可重構(gòu)鏡片陣列的鏡片進(jìn)行定位，以產(chǎn)生的出射相干 光具有預(yù)選孔徑上大致相同映射的方式，反射來(lái)自相干光源的入射照射 光。就是說(shuō)，出射相干光具有相對(duì)相位的或兩者的相同逐像素映射?？?徑是，例如，初始孔徑或初始孔徑的一部分。由于這種重建光束具有和 所期望場(chǎng)景實(shí)際散射或透射的相干光束大致相同的映射，重建光束將在 位于預(yù)選孔徑右方的觀看者眼中產(chǎn)生大致相同的三維圖像。
由于上述方法使用可重構(gòu)鏡片陣列以構(gòu)造形成最終三維圖像的光 束，該方法適用于不同三維圖像的時(shí)間序列的構(gòu)造。這與使用永久性全 息圖以形成三維圖像的方法形成對(duì)比。在這種全息圖中，對(duì)永久性光記 錄介質(zhì)的依賴(lài)限制了產(chǎn)生不同三維圖像的時(shí)間序列的能力。
在這里，圖像的時(shí)間序列將被稱(chēng)為視頻。設(shè)備和方法的一些實(shí)施例 能夠產(chǎn)生不同三維圖像的時(shí)間序列。事實(shí)上， 一些這種實(shí)施例能夠以足 夠高的頻率，例如，以高于約20幀每秒的頻率產(chǎn)生視頻圖像，以給人 三維一見(jiàn)頻的感覺(jué)。
B)用于圖像構(gòu)造的設(shè)備
圖2A和2B示出用于根據(jù)圖1示出的方法重建三維圖像的示例性設(shè) 備10、 10，。設(shè)備IO、 IO，包括相干光源12、可重構(gòu)鏡片陣列16、數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)處理器18、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置20,并且可選地包括光束轉(zhuǎn)向器 14和/或透鏡系統(tǒng)15。
相干光源12包括，例如，光源22和光束擴(kuò)展光學(xué)裝置24。光源 22輸出時(shí)間上相干的光束26。示例性光源22包括，例如，產(chǎn)生紅外或 可見(jiàn)波長(zhǎng)的激光的激光器。光束擴(kuò)展光學(xué)裝置24從光源22輸出的光束 26中產(chǎn)生空間和時(shí)間相干的寬光束28,例如，準(zhǔn)直光束。示例性光束 擴(kuò)展光學(xué)裝置24包括折射透鏡或透鏡系統(tǒng)，以及折射光學(xué)系統(tǒng)。光束擴(kuò)展光學(xué)裝置24或者將寬光束28斜向地引向可重構(gòu)鏡片陣列16,例如， 如圖2A所示，或者將寬光束28引向，寬光束28的部分或全部照射可 重構(gòu)鏡片陣列16的整個(gè)前表面。
光束轉(zhuǎn)向器14將寬光束28的部分引向可重構(gòu)鏡片陣列16,例如， 使得寬光束28的上述部分在可重構(gòu)鏡片陣列16上垂直入射。光束轉(zhuǎn)向 器14還透射可重構(gòu)鏡片陣列16所反射的一部分或全部光，從而形成傳 播到一視角范圍中的觀看光束30。示例性光束轉(zhuǎn)向器14包括部分鍍銀 鏡片、旋光器和偏振分束器。
可重構(gòu)鏡片陣列16包括MEMS致動(dòng)微鏡32的二維(2D)陣列。微 鏡32可為圓形、矩形、三角形、方形，或者甚至可具有不對(duì)稱(chēng)的形狀。 微鏡32可被布置在規(guī)則矩形網(wǎng)格的頂點(diǎn)，例如，如圖3所示，可被布 置在另一規(guī)則二維網(wǎng)格的頂點(diǎn)，或者甚至可在平面區(qū)域上隨機(jī)分布。每 個(gè)微鏡32可垂直于參考平面36獨(dú)立地平移，該參考平面36自身與可 重構(gòu)鏡片陣列16的平均表面近似平行。
圖4示出MEMS致動(dòng)微鏡32'的一實(shí)施例。微鏡32，包括控制電容器 CC、復(fù)位彈簧RS和平頂鏡面MS,例如，硅或金屬平面?？刂齐娙萜鰿C 包括可移動(dòng)導(dǎo)電板MCP和固定導(dǎo)電板FCP,即，固定到平面基板PS上的 平板。復(fù)位彈簧RS通過(guò)支柱P剛性固定到可移動(dòng)導(dǎo)電板MCP上，并在 控制電容器CC放電時(shí)提供使鏡面MS返回到其初始位置的復(fù)位力。可移 動(dòng)導(dǎo)電板MCP響應(yīng)跨互相面對(duì)的導(dǎo)電板MCP、 FCP施加的控制電壓，垂直 于平面基板PS的表面對(duì)鏡面MS進(jìn)行平移。
在Vladimir A. Aksyuk等人于2004年12月10日提交的美國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng)第11/009, 447號(hào)，Vladimir A. Aksyuk等人于2004年3月31日 提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10/813,951號(hào)，以及美國(guó)專(zhuān)利中的一個(gè)或多個(gè) 中可能說(shuō)明了其它示例性MEMS致動(dòng)微鏡和/或其二維陣列。通過(guò)引用將 這些專(zhuān)利申請(qǐng)的完整內(nèi)容結(jié)合在本文中。如在上文中結(jié)合的專(zhuān)利申請(qǐng)中 的一個(gè)或多個(gè)所述，可重構(gòu)鏡片陣列16可包括微鏡和/或其二維陣列。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器18產(chǎn)生操作MEMS致動(dòng)微鏡32的控制信號(hào)組。MEMS 致動(dòng)器以響應(yīng)控制信號(hào)組的形式的方式重新調(diào)整從參考平面36到單個(gè) 微鏡32的距離。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器18為每個(gè)接收的預(yù)選孔徑上的光束的 場(chǎng)的值的逐像素映射產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)組。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置20存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理器18用于確定控制信號(hào)組的數(shù)
7據(jù)組。數(shù)據(jù)組可包括，例如，預(yù)選孔徑上的相對(duì)相位的逐像素映射或預(yù) 選孔徑上的相對(duì)振幅和相對(duì)相位的逐像素映射。數(shù)據(jù)組還可包括用于定 位微鏡32的控制電壓，以便于從照射光產(chǎn)生具有這種跨預(yù)選孔徑的逐
像素映射的光束。通過(guò)通信線(xiàn)路38將數(shù)據(jù)組傳送至數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器18。
C) 所構(gòu)造三維圖像的視場(chǎng)
在設(shè)備IO、 IO，中，微鏡32可具有一個(gè)或兩個(gè)小橫向線(xiàn)性尺寸，使 得單個(gè)微鏡32基本折射光源12輸出的具有波長(zhǎng)人的光。 一般地，單個(gè) 微鏡32的一個(gè)或兩個(gè)有效橫向線(xiàn)性尺寸比等于10入、5入、2入或入的 預(yù)選長(zhǎng)度更小。示例性橫向線(xiàn)性尺寸包括微鏡32的直徑和邊長(zhǎng)。在這 里，有效橫向線(xiàn)性尺寸是實(shí)際橫向線(xiàn)性尺寸乘以通過(guò)設(shè)備10、 IO，的輸 出光學(xué)裝置觀看，例如，通過(guò)圖2A的透鏡15觀看時(shí)，可重構(gòu)鏡片陣列 16的橫向線(xiàn)性尺寸將具有的任何放大倍數(shù)。
由于各單個(gè)的微鏡32的折射，可重構(gòu)鏡片陣列16將波長(zhǎng)人的入射 相干光反射到觀看方向的范圍中。因此，觀看光束30將光發(fā)送到范圍 中?？芍貥?gòu)鏡片陣列重建的圖像。優(yōu)選地，觀看方向的范圍覆蓋至少 10°的角度范圍或者甚至覆蓋30°的角度范圍，或者更多。
D) 用于顯示三維圖像的方法
圖5示出用于顯示場(chǎng)景的三維圖像的方法40，例如，使用圖2A和 2B的設(shè)備10、 10，。方法40包括近似重建將已經(jīng)被場(chǎng)景散射或通過(guò)場(chǎng)景 透射的相干光束的波前。在相干光束在到達(dá)觀看者過(guò)程中將已經(jīng)過(guò)的預(yù) 選孔徑上重建波前。預(yù)選孔徑是有限的平面區(qū)域，在不同的實(shí)施例中其 形式可不同。'
方法40包括確定是否剩有所期望場(chǎng)景的三維圖像要被顯示(步驟 42)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器18可執(zhí)行這種確定步驟。如果沒(méi)有剩有這種要 顯示的三維圖像，方法40終止。
如果剩有三維圖像，方法40包括提供能夠在觀看者眼中產(chǎn)生所期 望場(chǎng)景的三維圖像的相干光束的電或磁場(chǎng)的逐像素映射(步驟44)。相 干光束可由被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的光形成。逐像素 映射提供在一組覆蓋預(yù)選孔徑的像素上的相干光束的電或磁場(chǎng)的相對(duì) 相位。逐像素映射還可選地提供在同一組像素上的波前的電或磁場(chǎng)的相 對(duì)振幅。因此，逐像素映射是對(duì)能夠在實(shí)際的觀看者眼中產(chǎn)生所期望場(chǎng) 景的三維圖像的相干光束的波前的描述。逐像素映射是其條目與覆蓋預(yù)選孔徑的像素組的各單個(gè)像素對(duì)應(yīng) 的列表。在該列表中，每個(gè)條目提供相干光束在相應(yīng)像素上的電或磁場(chǎng) 的平均相對(duì)相位，并選擇性地提供相干光束在相應(yīng)像素上的電或磁場(chǎng)的 平均相對(duì)振幅。整個(gè)逐像素映射可被存儲(chǔ)在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中，例如， 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置20中，或者可以，例如，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置提取。
方法40包括定位可重構(gòu)鏡片陣列的微鏡，例如，微鏡32,以便于
以調(diào)制光束來(lái)使其具有預(yù)選孔徑上相同的逐像素映射的方式，反射適當(dāng)
的相干光束(步驟46)。適當(dāng)?shù)南喔晒馐话闶羌染哂袡M向相干性又具 有縱向相干性的平面波，例如光源12產(chǎn)生的光束。定位步驟44改變， 例如，各單個(gè)微鏡32離開(kāi)參考平面36的各距離，使得入射的相干光束 被調(diào)制成具有已提供的預(yù)選孔徑上的逐像素映射的出射相干光束。在預(yù) 選孔徑的每個(gè)像素處，調(diào)制相干光束的電或磁場(chǎng)的相對(duì)相位的空間平均 值將約等于由所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束的電 或磁場(chǎng)的相對(duì)相位的空間平均值。如果相對(duì)振幅也被重建，在每個(gè)像素 處，調(diào)制相干光束的電或磁場(chǎng)的相對(duì)振幅的空間平均值也將等于由所期 望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束的電或磁場(chǎng)的相對(duì)振幅 的空間平均值。可能存在多組微鏡32的位置將在預(yù)選孔徑上重建這種 由所期望場(chǎng)景反射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光。
定位步驟46可在預(yù)選孔徑上重建被所期望場(chǎng)景反射或通過(guò)所期望 場(chǎng)景透射的相干光，其中預(yù)選孔徑正好位于可重構(gòu)鏡片陣列16的前方。 對(duì)于這種預(yù)選孔徑，微鏡32的一個(gè)局部操作單元(LOU),例如，如圖 3所示，將入射的相干光反射到預(yù)選孔徑的一個(gè)像素中。對(duì)于垂直入射 的照射光束，該像素可以是預(yù)選孔徑的正好位于相應(yīng)的局部操作單元前 方的部分。在上述實(shí)施例中，對(duì)于單個(gè)像素，逐像素映射的條目定義了 相應(yīng)的局部操作單元的微鏡32離開(kāi)參考平面36的距離。
替代地，定位步驟46可在預(yù)選孔徑上重建被所期望場(chǎng)景散射或通 過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束。 一般將需要逐像素映射的多個(gè)條目來(lái)確 定每個(gè)微鏡32離開(kāi)參考平面36的距離。
方法40包括此后用適當(dāng)?shù)南喔晒馐丈淇芍貥?gòu)鏡片陣列，以產(chǎn)生 近似產(chǎn)生所期望場(chǎng)景的三維圖像的調(diào)制光束(步驟48)。由于步驟46 中微鏡的定位，調(diào)制光束將在預(yù)選孔徑的每個(gè)像素處具有被所期望場(chǎng)景 反射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束的平均相對(duì)相位。在對(duì)相對(duì)振幅也進(jìn)行重建的實(shí)施例中，調(diào)制光束還將在預(yù)選孔徑的每個(gè)像素處具有坤皮 所期望場(chǎng)景反射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相千光束的平均相對(duì)振幅。
可用可見(jiàn)或紅外光重建三維圖像。為了執(zhí)行重建，相干光束應(yīng)跨可 重構(gòu)鏡片陣列的高度和寬度空間相干并且充分時(shí)間相干，以再現(xiàn)所期望 場(chǎng)景的深度。
為了產(chǎn)生有效的視場(chǎng)，可重構(gòu)鏡片陣列，例如，陣列16,的微鏡可 具有相對(duì)于照射光波長(zhǎng)不太大的有效橫向線(xiàn)性尺寸。如上所述，上述微
鏡的最大橫向線(xiàn)性尺寸、直徑或邊長(zhǎng)可等于或小于預(yù)選長(zhǎng)度，其中預(yù)選
長(zhǎng)度是上述照射光波長(zhǎng)的10、 5、 2或1倍。
方法40包括循環(huán)(50)以重復(fù)步驟42、 44、 46和48,并且因此可
重建所期望場(chǎng)景的三維圖像的時(shí)間序列。在一些實(shí)施例中，循環(huán)可以至 少二十個(gè)三維幀每秒的速率并且優(yōu)選地以每秒三十個(gè)或更多三維幀的
速率重建新的三維圖像。因此，這種重建三維圖像的幀速率可足夠高， 以產(chǎn)生人對(duì)真實(shí)三維視頻的感知。
E)定位鏡片陣列的微鏡的示例性方法
如上所述，方法40可操作設(shè)備10， IO，的可重構(gòu)鏡片陣列16以設(shè) 定反射光在像素上的相對(duì)相位，或反射光在預(yù)選孔徑上的相位。
幅的方法，所述示例性的預(yù)選孔徑是正好位于可重構(gòu)鏡片陣列16前方 的平面。
在只設(shè)定這種反射光的相對(duì)相位的實(shí)施例中，各單個(gè)微鏡32獨(dú)立 地相對(duì)于參考平面36平移。對(duì)于示例性的預(yù)選孔徑和垂直入射的照射 光，每個(gè)微鏡32離開(kāi)參考平面36的距離設(shè)定位于微鏡32前方的像素 上的反射光的相對(duì)相位。就是說(shuō)，上述距離確定從上述微鏡32上反射 的光所通過(guò)的光程長(zhǎng)度，并且因此確定其在位于微鏡32前方的對(duì)應(yīng)的 像素處的相對(duì)相位。
在既設(shè)定相對(duì)振幅又設(shè)定相對(duì)相位的實(shí)施例中，微鏡32 —般以作 為局部操作單元(L0U)的組的形式一起操作。每個(gè)局部操作單元是一 組相鄰的微鏡32,例如2、 3、 4或更多個(gè)微鏡32。單個(gè)局部操作單元 的各微鏡32離開(kāi)參考平面36的各距離確定反射到上述預(yù)選孔徑的相應(yīng) 像素的光的平均相對(duì)振幅和平均相對(duì)相位。
圖6示出每個(gè)分別有兩個(gè)微鏡，即，微鏡32A，和32B，以及微鏡32A"元L0U，和L0U，，的操作。對(duì)于相對(duì)振幅，從相同 的局部操作單元L0U，、 LOU'，的第一微鏡32A，、 32A"上反射的光所通過(guò) 的光程長(zhǎng)度和第二微鏡32B，、 32B"上反射的光所通過(guò)的光程長(zhǎng)度之間的 差值確定反射到相應(yīng)像素39，、 39"上的光的平均相對(duì)振幅。N為整數(shù)的 光程長(zhǎng)度差N入給出相應(yīng)像素39，、 39"上的最大平均振幅，即，其中入 為光的波長(zhǎng)。光程長(zhǎng)度差(入/2+N入)給出相應(yīng)像素上的最小平均振幅。 光程差(x入+N入)，其中0<x<l/2,給出相應(yīng)像素39，、 39，，上的平均 相對(duì)振幅，插在之間。從局部操作單元L0U，的微鏡32A，、 32B，上反射的 光所通過(guò)的平均光程長(zhǎng)度和從局部操作單元LOU"的微鏡32A"、 32B"上 反射的光所通過(guò)的平均光程長(zhǎng)度之間基本確定反射到相應(yīng)像素39，、 39" 上的光之間的相對(duì)相位差。因此，通過(guò)簡(jiǎn)單地平移作為組的各局部操作 單元的微鏡(32A，， 32B，}、 {32A", 32B"}，可調(diào)節(jié)局部操作單元L0U，、 LOU，，反射到相應(yīng)像素39，、 39"上的光的相對(duì)相位，即，以便于不改變 在相應(yīng)像素39，、 39"處的上述反射光的平均相對(duì)振幅。這種組平移可再 現(xiàn)反射到選擇孔徑的不同像素上的光之間的相對(duì)相位的任何分布。 F)計(jì)算孔徑上波前的逐像素映射
有幾種技術(shù)可用于構(gòu)造被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射 的相千光束在預(yù)選孔徑上的逐像素映射。
一種用于構(gòu)造上述逐像素映射的技術(shù)包括首先用 一組彼此相干的 點(diǎn)光源模擬所期望場(chǎng)景，然后計(jì)算每個(gè)點(diǎn)光源的電或磁場(chǎng)在預(yù)選孔徑上 的逐像素映射。該技術(shù)通過(guò)以逐像素方式對(duì)各單個(gè)點(diǎn)光源的電或磁場(chǎng)求 和，來(lái)得到被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的光束的最終的逐 像素映射。根據(jù)這些和，可找到期望的相千光束在預(yù)選孔徑的每個(gè)像素 處的相對(duì)振幅和相對(duì)相位的近似值。通過(guò)使用在其中有利地結(jié)合了對(duì)稱(chēng) 性的所期望場(chǎng)景的變換，例如用于周期性所期望場(chǎng)景的傅立葉變換和用 于柱對(duì)稱(chēng)的所期望場(chǎng)景的貝塞爾變換，可進(jìn)一步改進(jìn)該技術(shù)。
用于構(gòu)造逐像素映射的另 一 技術(shù)包括對(duì)實(shí)際被所期望場(chǎng)景散射或 通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束執(zhí)行測(cè)量，以得到其在預(yù)選孔徑上的逐 像素映射。該技術(shù)包括測(cè)量上述相干光束的強(qiáng)度。例如，利用電荷耦合 探測(cè)器(CCD),可獲得強(qiáng)度的逐像素映射。 一般地，直接測(cè)量相干光 束在預(yù)選孔徑上的相位的逐像素映射是不可行的。因此，該技術(shù)包括執(zhí) 行實(shí)際被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光和具有已知
ii特性的彼此相干的參考光束之間的干涉圖樣的強(qiáng)度的CCD測(cè)量。該技術(shù) 包括使用對(duì)于被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束的 強(qiáng)度和對(duì)于干涉圖樣測(cè)量的逐像素映射，以及參考光束的已知形式，以 求出實(shí)際被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束的相對(duì) 相位的逐像素映射。如果在預(yù)選孔徑上參考相干光束比實(shí)際被所期望場(chǎng) 景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光強(qiáng)很多，認(rèn)為上述兩光束之間的
干涉圖樣將具有在點(diǎn)"x"處的近似形式的強(qiáng)度分布/P(x):
在這里，4(力和外(:c)是被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的干涉 光束的相應(yīng)的相對(duì)振幅和相位，^和A(;c)是參考干涉光束的相應(yīng)的振 幅，即假定的常數(shù)，和相位，并且a是CCD的效率。基于4(;c)和/P(;c)的 測(cè)量值以及化(:c)的已知值，可數(shù)值地求解上述/尸("的方程，以從中求出 被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束的相對(duì)相位^Oc) 在預(yù)選孔徑上的逐像素映射。
最后，可在下列文獻(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)中說(shuō)明了用于構(gòu)造被所期望場(chǎng)景 散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光束的相對(duì)相位和相對(duì)振幅在預(yù)選 孔徑上的逐像素映射的其它技術(shù)和其它算法"Di if ract ion-Specific Fringe Computation for Electro-Holography" , Mark Lucente博士 論文，電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系，麻省理工學(xué)院，1994年9月； 4, 986, 619;以及美國(guó)專(zhuān)利5， 172， 251。通過(guò)引用將上列論文和美囯專(zhuān)利 的完整內(nèi)容結(jié)合在本文中。
根據(jù)公開(kāi)、附圖和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)熟練人員將是明顯的。
權(quán)利要求
1. 一種用于產(chǎn)生三維圖像的方法，包括提供被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光的相對(duì)相位在預(yù)選孔徑上的逐像素映射；響應(yīng)于用相干光束照射可重構(gòu)鏡片陣列而定位該陣列的微鏡，以產(chǎn)生其波前在預(yù)選孔徑上具有該逐像素映射的反射光；以及用相干光束照射可重構(gòu)鏡片陣列以使得能夠產(chǎn)生所期望場(chǎng)景的三維圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中微鏡的有效橫向線(xiàn)性尺寸比光束的波長(zhǎng)的約十倍小。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中微鏡的有效橫向線(xiàn)性尺寸比光束的波長(zhǎng)的約五倍小。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述定位包括垂直于陣列的平均表面平移微鏡。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中逐像素映射提供被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光的相對(duì)強(qiáng)度；并且其中該方法包括重復(fù)所述提供和定位，和照射步驟，以使得能夠用相同的陣列產(chǎn)生不同的三維圖像。
6. —種設(shè)備，包括具有選定波長(zhǎng)的相干光光源；布置為被光源照射的可重構(gòu)鏡片陣列，該陣列包括多個(gè)可移動(dòng)微鏡；并且其中每個(gè)微鏡的最大有效橫向線(xiàn)性尺寸小于波長(zhǎng)的十倍。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中每個(gè)微鏡的最大有效橫向線(xiàn)性尺寸小于波長(zhǎng)的五倍。
8. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中每個(gè)微鏡的最大有效橫向線(xiàn)性尺寸小于波長(zhǎng)的兩倍。
9. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括多個(gè)MEMS致動(dòng)器，每個(gè)MEMS致動(dòng)器被配置為基本垂直于陣列表面平移相應(yīng)的一個(gè)微鏡。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括處理器，其被配置為響應(yīng)于接收相干光束的強(qiáng)度和相位在孔徑上的逐像素映射而使得MEMS致動(dòng)器重新定位微鏡。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生三維圖像的方法，包括提供被所期望場(chǎng)景散射或通過(guò)所期望場(chǎng)景透射的相干光的相對(duì)相位在預(yù)選孔徑上的逐像素映射。該方法包括響應(yīng)于用相干光束照射可重構(gòu)鏡片陣列而定位該陣列的微鏡，以產(chǎn)生其波前在預(yù)選孔徑上具有該逐像素映射的反射光。該方法包括用相干光束照射可重構(gòu)鏡片陣列以使得能夠產(chǎn)生所期望場(chǎng)景的三維圖像。
文檔編號(hào)G02B26/06GK101460879SQ200780020864
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
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