CN104597599A - 一种基于可调控微镜阵列的成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于可调控微镜阵列的成像装置，包括沿光束传播方向依次设置的复眼透镜和光电探测器，所述的光电探测器设置在所述复眼透镜的成像焦平面区域，其特征在于，所述的复眼透镜包括平面基底以及设置在所述基底上的若干个弹性透镜，所述的弹性透镜包括光束入射的第一光学工作面以及与所述基底连接的第二光学工作面，所述的第一光学工作面和所述的第二光学工作面分别设有第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈，且所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈通过一个可控制所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈上的电学参数的控制处理器连接。

Description

一种基于可调控微镜阵列的成像装置
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种成像装置，特别是一种基于可调控微镜阵列的成像装置，主要应用于机器视觉、光电成像、光电检测、监视监控、智能家居、物联网技术、物质分析、激光加工、光学照明、投影技术、光学显微、光学操控等领域的成像。
背景技术
光学成像装置广泛存在于机器视觉、光电成像、光电检测、监视监控、智能家居、物联网技术、物质分析、激光加工、光学照明、投影技术、光学显微、光学操控等领域，具有不同分类方法，比如可以根据不同标准分为主动成像系统和被动成像系统、直视成像系统和间视成像系统、微光成像系统和红外成像系统等等，任何光电成像系统都要有相应的光学系统把景物成像于光电接收器上，所以光学系统是一个重要组成部分，并对整个系统的性能有着极其重要的影响。
在先技术中，存在一种光学成像装置，包括照相机、监控摄像头、小型摄像头、手机成像模组等，通常利用光学系统将物全幅面转化到像平面，由二维光电传感器进行光电转换，虽然具有一定的优点，但是存在本质不足：系统光学特性无法调控。
在先技术中，还存在一种成像装置，参见美国申请专利，专利公开号：US2007/0097512Al，公开时间是2007年5月3日，专利名称：Compound-eyeimaging device，中文名称为复眼成像器件，此在先技术具有一定优点，但是仍存在一些本质不足：在复眼透镜的光场入射一侧设置有光学隔板，在复眼透镜和传感器之间也设置有光学隔板，这样的设计进一步影响光能利用率，导致系统结构复杂；第1权利要求书中要求复眼透镜和传感器之间设置的光学隔板平面垂直于每一个单元透镜的光轴，这就要求每个单元透镜光轴相互平行，这样的排布很大程度限定了光学系统构成，光学成像质量不高；另外，在先技术不具备可调控性，本质上无法实现装置成像特性的调控优化，采集信息有限、影响装置使用范围、功能不易拓展。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题提出了一种基于可调控微镜阵列的成像装置，具体方案如下：
一种基于可调控微镜阵列的成像装置，包括沿光束传播方向依次设置的复眼透镜和光电探测器，所述的光电探测器设置在所述复眼透镜的成像焦平面区域，其特征在于，所述的复眼透镜包括平面基底以及设置在所述基底上的若干个弹性透镜，所述的弹性透镜包括光束入射的第一光学工作面以及与所述基底连接的第二光学工作面，所述的第一光学工作面和所述的第二光学工作面分别设有第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈，且所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈通过一个可控制所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈上的电学参数的控制处理器连接。
上述方案中，弹性透镜呈阵列分布固定在基底上形成复眼透镜，弹性透镜的上表面为光束入射面即第一光学工作面，弹性透镜与基底接触的面为第二光学工作面，第一光学工作面和第二光学工作面上分别设置可通过控制处理器控制电学参数的第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈。利用电磁感应效应，通过控制处理器控制分布在弹性透镜第一光学工作面和第二光学工作面上的第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈上的电流大小和方向，可控制弹性透镜的面形形变以及弹性透镜的第一光学工作面和第二光学工作面之间的距离，从而通过对弹性透镜的面形控制实现对复眼透镜阵列的调控。
作为优选，每个所述的弹性透镜上的第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈上的电学参数均可单独控制。利用电磁感应效应，通过控制第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈上的电学参数即可控制每个弹性透镜的面形，因为弹性透镜为数量有多个，且分布在平面基底的各个区域，当不同区域的弹性透镜的面型灵活可控时，光束入射至弹性透镜阵列(复眼透镜)时，设置在复眼透镜成像焦平面区域的光电探测器可从不同区域的弹性透镜探测到更多的光学信息。
作为优选，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为螺旋矩形。采用螺旋矩形可在第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈之间形成相互吸引或相互排斥的磁场，利用两者之间的电磁感应效应以调节透镜的表面面形。
作为优选，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为多个同心圆环形且不同直径的圆环微纳导电线圈的电学参数可单独控制。微纳导电线圈呈圆环状分布于透镜表面，且不同的线圈中的电学参数可单独控制，即可实现对透镜不同区域(离透镜中心不同半径的环形区域)的面形调整。
作为优选，所述的第一微纳导线线圈和所述的第二微纳导电线圈均为螺旋式线圈且可单独控制。第一微纳导线线圈和第二微纳导电线圈采用螺旋式线圈且单独控制，可使透镜上下表面形成磁场，利用电磁感应效应并单独控制两个线圈的电学参数可实现两个线圈之间相互吸引后相互排斥，从而实现对透镜面形的调整。
作为优选，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为正交网状线圈，包括相互正交的经线和纬线，且所述的经线和所述的纬线上的电流大小和方向均可通过控制处理器单独可控。第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈中的线圈正交排列，且每个正交的线圈上电流可单独控制，因正交的经线和纬线分布在第一光学工作面和第二光学工作面的各个区域，所以可单独同时控制第一光学工作面和第二光学工作面上对应的经线或纬线实现对第一光学工作面面形的局部调整，使得对第一光学工作面的面形调整更加细微、精确。
进一步优选，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为透光材质。因复眼透镜用于光学信号探测时，光学信号需要依次穿过弹性透镜和基底，所以第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈采用透光材质有助于减少在光学信号探测过程中的干扰信号引入。
本发明的一种基于可调控微镜整列的成像装置，通过在弹性透镜的上下表面分别设置电学参数可控的微纳线圈，基于电磁感应效应，通过控制微纳线圈的电学参数实现弹性透镜的面形控制，具有操作方便、控制精确灵活的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的结构示意图：
图2为本发明实施例1的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的螺旋矩形微纳导电线圈的展开图；
图3为本发明实施例2的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的同心圆环形微纳导电线圈的展开图；
图4为本发明实施例3的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的螺旋式微纳导电线圈的展开图；
图5为本发明实施例4的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的正交网状微纳导电线圈的展开图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示为本发明实施例1的一种基于可调控微镜阵列的成像装置结构示意图，具体实施例如下：一种基于可调控微镜阵列的成像装置，包括沿光束传播方向依次设置的复眼透镜1和光电探测器2，光电探测器2设置在复眼透镜1的成像焦平面区域，复眼透镜1包括平面基底3以及设置在基底3上的若干个弹性透镜4，弹性透镜4包括光束入射的第一光学工作面41以及与基底3连接的第二光学工作面42，第一光学工作面41和第二光学工作面42上分别设有由透光材质制成的第一微纳导电线圈5和第二微纳导电线圈6，第一微纳导电线圈5在基底3上的投影与第二微纳导电线圈6重合，且第一微纳导电线圈5和第二微纳导电线圈6通过一个控制处理器7连接，控制处理器7可控制第一微纳导电线圈5和第二微纳导电线圈6上的电学参数。
其中，每个所述的弹性透镜4上的第一微纳导电线圈5和第二微纳导电线圈6上的电学参数均可单独控制，即保证每个弹性透镜4的面形灵活可控，从而实现光束入射至弹性透镜4阵列(复眼透镜)时，设置在复眼透镜1成像焦平面区域的光电探测器2可从不同区域的弹性透镜4探测到更多的光学信息。
图2为本发明实施例1的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的螺旋矩形微纳导电线圈的展开图；第一微纳导电线圈5在基底3上的投影以及第二微纳导电线圈6的形状均为螺旋矩形。通过控制螺旋矩形线圈内电学参数(电流大小、方向)可实现对弹性透镜4表面面形的调控。
实施例2
图3为本发明实施例2的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的同心圆环形微纳导电线圈的展开图；
实施例2与实施例1的区别在于，第一微纳导电线圈5在基底3上的投影以及第二微纳导电线圈6的形状均为同心圆环线圈。第一微纳导电线圈5和第二微纳导电线圈6中每一个同心圆环线圈的电学参数可单独控制。因为同心圆环线圈设置在距离中心不同距离的各个区域，所以当对每个同心圆环线圈的电学参数可控时可控制距离中心不同距离的各个区域的面形。
实施例3
图4为本发明实施例3的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的螺旋式微纳导电线圈的展开图；
实施例3与实施例1和实施例2的区别在于，第一微纳导电线圈5在基底3上的投影以及第二微纳导电线圈6的形状均为螺旋式且第一微纳导电线圈5和第二微纳导电线圈6之间的电学参数可单独控制，即通过单独控制两者的电学参数(大小、方向等)，基于电磁感应效应可实现对弹性透镜4面形的调控。
实施例4：
图5为本发明实施例4的一种基于可调控微镜阵列的成像装置的正交网状微纳导电线圈的展开图。
实施例4与实施例1至3的区别在于，第一微纳导电线圈5在基底3上的投影以及第二微纳导电线圈6的形状均为正交网状线圈。正交网状线圈包括相互正交的经线8和纬线9，且经线8和纬线9上的电学参数均可通过控制处理器7单独控制。第一微纳导电线圈5和第二微纳导电线圈6中的线圈正交排列，且每个正交的线圈上电流可单独控制，因正交的经线8和纬线9分布在第一光学工作面和第二光学工作面的各个区域，所以可单独同时控制第一光学工作面41和第二光学工作面42上对应的经线8或纬线9实现对第一光学工作面41面形的局部调整，使得对第一光学工作面41的面形调整更加细微、精确。
本发明的一种基于可调控微镜阵列的成像装置，采用在复眼透镜的每个独立透镜上下表面设置导电线圈，利用电磁感应效应达到控制单个透镜面形的目的，从而实现了经可调控复眼透镜后的图像调控。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于可调控微镜阵列的成像装置，包括沿光束传播方向依次设置的复眼透镜和光电探测器，所述的光电探测器设置在所述复眼透镜的成像焦平面区域，其特征在于，所述的复眼透镜包括平面基底以及设置在所述基底上的若干个弹性透镜，所述的弹性透镜包括光束入射的第一光学工作面以及与所述基底连接的第二光学工作面，所述的第一光学工作面和所述的第二光学工作面分别设有第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈，且所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈通过一个可控制所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈上的电学参数的控制处理器连接；所述的第一微纳导电线圈在所述基底平面上的投影与所述的第二微纳导电线圈重合。
2.根据权利要求1所述的一种基于可调控微镜阵列的成像装置，其特征在于，每个所述的弹性透镜上的第一微纳导电线圈和第二微纳导电线圈上的电学参数均可单独控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于可调控微镜阵列的成像装置，其特征在于，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为螺旋矩形。
4.根据权利要求1所述的一种基于可调控微镜阵列的成像装置，其特征在于，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为多个同心圆环形且不同直径的圆环微纳导电线圈的电学参数可单独控制。
5.根据权利要求1所述的一种基于可调控微镜阵列的成像装置，其特征在于，所述的第一微纳导线线圈和所述的第二微纳导电线圈均为螺旋式线圈且可单独控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于可调控微镜阵列的成像装置，其特征在于，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为正交网状线圈，包括相互正交的经线和纬线，且所述的经线和所述的纬线上的电流大小和方向均可通过控制处理器单独可控。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种基于可调控微镜阵列的成像装置，其特征在于，所述的第一微纳导电线圈和所述的第二微纳导电线圈均为透光材质。
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