CN108780164B - 基于阵列的成像中继 - Google Patents

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Abstract

一种透镜系统，包括：包括第一多个单元的第一透镜阵列组装件，该第一多个单元中的每个单元被配置为呈现一对傅立叶变换透镜，以及包括第二多个单元的第二透镜阵列组装件，该第二多个单元中的每个单元被配置为呈现一对傅立叶变换透镜。所述第一和第二透镜阵列组装件沿所述透镜系统的光轴相对于彼此定位成使得在距所述第二透镜阵列组装件的图像共轭距离处提供对象的图像。

Description

基于阵列的成像中继
附图描述
为更完全地理解本公开，参考以下详细描述和附图，在附图中，相同的参考标号可被用来标识附图中相同的元素。
图1是根据一个示例的具有带有呈现傅立叶变换透镜的单元的两个透镜阵列组装件的透镜系统的示意图。
图2是根据一示例的图1的透镜系统的示意性侧视图，其具有用于每个透镜阵列组装件的相应的一对串联微透镜阵列(MLA)。
图3是根据另一示例的基于MLA的透镜系统的示意性侧视图。
图4是根据一个示例的透镜系统的示意性侧视图，该透镜系统具有输入MLA、输出MLA和在输入和输出MLA之间的两个串联MLA对的成像中继核心。
图5是具有图4的透镜系统的触摸表面成像设备的示意性侧视图。
图6是根据一个示例的具有带有呈现傅立叶变换透镜的单元的两个透镜阵列组装件的透镜系统的光线轨迹图。
图7是根据一个示例的具有两个透镜阵列组装件的透镜系统的光线轨迹图。
图8是根据一个示例的透镜系统的光线轨迹图，其中每个透镜阵列组装件包括相应的渐变折射率微透镜结构阵列。
图9是根据一个示例的透镜系统的示意性侧视图，其中每个透镜阵列组装件具有设置在相应基板的相对侧上的相应的串联MLA对。
图10是根据一个示例的透镜系统的示意性侧视图，其中每个透镜阵列组装件具有相应的串联MLA对，其中每个MLA被设置在相应的基板上。
图11是根据一个示例的具有基于MLA中继的指纹读取器的电子设备的框图。
所公开的设备可采取各种形式。在附图中例示了(并在下文描述了)各具体示例，并且应当理解，本公开旨在是说明性的，而并非旨在将本发明限于本文中所描述和解说的各具体示例。
详细描述
中继成像涉及将诸如源、掩模或样品的对象的光传输到光电检测器阵列、基板或其他图像传感器或光敏介质。光学中继系统(诸如渐变折射率(GRIN)棒透镜阵列)已被用于打印机和传真机中。棒具有特定长度以允许其抛物线折射率轮廓(profile)成像给定共轭距离。因此，对于许多应用而言，所得系统通常太笨重。例如，总共轭长度(物平面到像平面的总轨迹长度)通常在9毫米(mm)到80mm的范围内。
透镜系统经由透镜阵列(诸如微透镜阵列(MLA))的堆叠或组装件来提供中继成像。堆叠的MLA被组装成使得小光锥(conelet of light)被缝合成不带间隙的完整数值孔径(NA)。实现了直立、高效的成像。透镜系统包括两个透镜阵列组装件的成像核心。在某些情况下，每个组装件包括一对串联的(in-tandem)MLA。每对中的MLA又间隔开达MLA的构成小透镜(例如，阵列元件)的焦距。因此，可将MLA布置在紧凑堆叠配置中。例如，一个成像中继透镜系统具有4.3mm的总轨迹长度。因此，透镜系统能够成像大区域，同时避免了经典透镜系统的大体积和笨重限制。透镜系统还为中继成像提供比其他成像中继(imagingrelay)更少的部件。
两个串联对的焦距分离导致高效率的成像。每个串联对在位置空间和角度空间(或空间频率空间)之间实现完整的真正的傅立叶变换。第一对在两对之间的中间变换平面处提供到角度空间的变换。然后，第二对实现从角度空间返回到位置空间的第二变换，以在图像距离处提供直立图像，对于给定对象距离，该图像距离被确定为(i)MLA的焦距、(ii)MLA的间距以及(iii)两对之间的距离的函数。因此，该函数可用于配置透镜系统布置以在期望的图像距离处形成图像。如本文所述，通过满足以下两个约束来提供真实的非反转图像的形成：(1)在阵列元件内提供一致的成像共轭距离，以及(2)跨阵列内的多个成像元件会聚图像内容。
通过解决与每个MLA相联系地出现的衍射，实现全傅立叶变换避免损失和其他失真。在没有针对每个单元的第二MLA的情况下，该变换表现为强度而不是相位的傅立叶变换(FT)，因为仍然存在二次相位误差。由每对的第二MLA提供相位校正，这有效地提供输出的远心校正。每个串联FT MLA对的内部阵列防止在中间变换平面处具有较高空间频率含量的光或具有较高入射角的光的损失和散射。在这些内部阵列处没有相位校正的情况下，完全解析对象中涉及的光的一部分(在由小透镜接受数值孔径NA定义的衍射限制内)将损失。通过利用串联FT MLA对，相应地避免了变迹(apodization)，从而减少衍射伪像并最小化系统分辨的损失或光学性能的损失，诸如调制传递函数(MTF)。然后，第二串联对完全利用第一串联对的完全形成的衍射输出，以转而提高透镜系统的效率，并从而提高图像质量。经由相位校正也避免了剪切(clipping)和渐晕(vignetting)。转而，基于MLA的透镜系统能够将小光锥缝合成不带间隙的完整数值孔径(NA)。
更高的效率也可由于MLA的更高的填充因子而破坏(attaint)。一些微透镜阵列能够以100％填充因子被模制。例如，通过使用蚀刻母版或金刚石加工的复制形成的微透镜阵列可实现100％的填充因子，而通过光阻回流形成的微透镜阵列将在小透镜之间具有扁平的间隙，并且通过灰度光刻形成的微透镜阵列可在每个小透镜的边缘处呈现圆形接缝，从而引起散射。其他解决方案(诸如GRIN棒阵列)具有由圆棒的六边形填充导致的填充因子的10％的损失。此外，圆形透镜阵列在填充因子方面具有类似的间隙。通过利用来自晶锭的高填充因子类型的MLA或GRIN光纤面板、或透镜阵列(每一者都具有适合于平铺的形状，包括六边形、矩形和方形)，高效率可被保持。MLA可在堆叠内的任何平面处利用孔径阵列掩模来帮助降低高于每个小透镜的接受度的输入光的散射，同时EMA吸收玻璃或光纤可在GRIN光纤阵列内被周期性地利用以降低此类散射。
MLA对的布置提供不带平铺效果的输出，即由透镜系统接受度和指向角引起的所谓的透镜化。平铺效果被避免，而不必诉诸于整个系统长度的广泛增加。透镜系统可因此以适用于电子设备(诸如电话、平板、膝上型计算机和出于便携性和/或其他原因具有薄外形的其他设备)的紧凑或薄的形状因子(例如，片或薄膜的堆叠)来被提供。
透镜系统的中继成像能够以非接触方式实现。例如，透镜或其他光学元件在图像平面处不是必要的。当通过透明介质成像时，例如通过窗口转移，如在例如指纹读取器的情况下，这种非接触式成像是有用的。缺少接触对于基板的转移也是有用的，如在例如光刻或到诸如显微镜的图像传感器的转移的情况下。
透镜系统可缩放而不增加系统体积。透镜系统能够缩放以处理更大的横向区域而没有轨迹长度的任何增加。因此透镜系统的厚度不增加。还可缩放透镜系统以容适不同的对象共轭距离而不显著增加体积。这种缩放对于短共轭长度处的成像也可能是有用的。例如，小于9mm的总共轭长度是可实现的。
在某些情况下，透镜系统是远心的。例如，两个串联MLA对可被布置成为距透镜系统足够远的对象提供远心输出。实现远心输出而不必依赖于图像平面处的物理层(例如，场透镜)。因此，透镜系统避免引入与例如光刻相联系的机械干扰问题(例如，避免与被暴露的晶片接触)。在其他情况下，可使用场校正来实现对称行为。输入和输出可基本上是远心的。提供远心输出的能力避免了先前透镜系统中存在的失真和散焦。
透镜系统的两个串联MLA对可被布置以提供单位或非单位放大率。MLA对的各个焦距或相应间距(pitch)在非单位放大率示例中不同。
在一些情况下，与指纹检测相联系地提供透镜系统的中继成像。指纹读取器包括具有两个串联MLA对的成像中继核心。附加MLA可被用于准直和/或聚焦。无论哪种方式，MLA的堆叠仍是薄的。例如，透镜系统足够薄以被设置在电子设备的盖玻璃(或其他透明盖)的后方或下方。透镜系统可被横向缩放以覆盖手指或拇指的整个区域。
尽管联系用于便携式电子设备(例如，具有触摸屏的平板)的指纹传感器进行了描述，但是透镜系统非常适合于各种成像中继应用和使用场景。例如，成像中继可用于涉及来自漫射器的中继深度、非接触式投影光刻、可缩放掩模中继、平面到平面和平面内浮动显示以及用于图像聚焦中继的显示的场景中。透镜系统可用于各种薄、大面积的图像转移应用，诸如显微镜(RDFD)、照相、打印成像、有限尺寸显示器或对象平面的无缝拼接、以及涉及放大的其他应用。由透镜系统提供的中继成像也可以是显微镜的集成组件。鉴于中继成像的偏振无关性，还有一些其他的应用和使用场景是可能的。
透镜系统不限于特定类型的基于MLA的阵列组装件。其他类型的透镜结构和阵列可用于透镜阵列组装件中的每一个。例如，每个透镜阵列组装件可包括GRIN微透镜结构阵列。然后，阵列的每个GRIN微透镜结构对应于每个透镜阵列组装件的各单元中的相应一个单元(cell)。如本文所使用的，术语“单元(cell)”被用于指代每个阵列组装件的单位(unit)。因为，在某些情况下，阵列组装件包括阵列对，单元可包括阵列元件的FT对，每个阵列一个阵列元件。在其他情况下(例如，GRIN情况)，单元对应于阵列的单个元件，该元件提供FT透镜对的等效物。
图1是被配置成作为成像中继操作的透镜系统100的示意图。透镜系统100包括两个透镜阵列组装件。在该示例中，透镜系统100的透镜阵列组装件的一个组装件包括第一对102串联微透镜阵列104。透镜阵列组装件100的另一组装件包括第二对106串联微透镜阵列108。每个透镜阵列组装件具有多个单元。如下所述，每个单元被配置为呈现一对傅立叶变换透镜。在该示例中，每个微透镜阵列104、108包括相应的一组构成小透镜110，其中的各对组成透镜阵列组装件的每个单元。
来自对象112的光在接近透镜系统100时漫射。对象112与透镜系统100分开达对象距离z1。图1中示出了一些示例光线。示例光线从对象112上的点A朝向阵列104的第一对102传播。在许多情况下，来自对象112的光遇到每个小透镜110到达微透镜阵列104的数值孔径或接受锥允许的范围。
两个阵列对102、106的微透镜阵列104、108被定位以实现中继成像。每个阵列104、108通常沿相应平面被布置或定向，如图1所示。相应平面以及因此阵列104、108沿光轴114彼此分开。第一对102的阵列104彼此间隔达距离f1。第二对106的阵列108彼此间隔达距离f2。阵列对102、106彼此间隔达距离tg(或D)。每个距离是根据当光在特定距离上透射时穿过的介质的折射率来确定的有效光学距离。根据为透镜系统100的中继成像确立图像共轭距离的函数来选择每个距离。图像共轭距离通过满足以下约束来确立：(1)提供小透镜内的成像共轭距离以及(2)跨组装件内的多个成像单元的图像内容的会聚，从而能够形成真正的、非反转的图像。
距离f1和f2根据单元(例如阵列104、108的小透镜110)的焦距设定。距离f1是第一透镜阵列组装件的单元(例如，阵列104的小透镜110)的共同焦距。距离f2是第二透镜阵列组装件的单元(例如，阵列108的小透镜110)的共同焦距。
对102的每个阵列104的焦距分离确立：阵列对102实现从对象112发出的光的傅立叶变换。对于在距第一阵列对102无限距离处的对象，tg为零且傅立叶变换是从从对象112发出的光的角度空间到位置空间(或空间频率空间)的经相位校正的傅立叶变换，如本文所解释的。阵列对102沿着设置在阵列对102、106之间的平面116提供经相位校正的傅立叶变换的表示。因此，平面116被称为中间变换平面。对于更近的对象距离，距离tg增加，使得中间变换平面116存在于距阵列104和108以及阵列104和108之间的有限距离处。如下所述，对于给定的小透镜设计，距离或光学间隙tg遵循取决于对象距离以及其他小透镜参数的数学关系。具有固定tg的堆叠可在接近设计对象距离的有限范围的对象距离上相当好地起作用。
对双透镜串联傅立叶变换MLA对的使用使得更高空间频率内容(对应于更高角度的光)能够在没有剪切的情况下传送到中间变换平面。这种传送进而允许类似Sinc的函数的形成，其具有更高分辨率，包含更高空间频率内容，并且主要仅受MLA接受数值孔径(NA)的限制。这进而允许缝合每个单元的会聚小锥，从而形成核心NA而在NA的立体角内没有间隙。通过使用非球面小透镜轮廓(诸如-0.25到--.4范围内的圆锥常数)或其他非球面轮廓，可减小由于小透镜凹陷轮廓引起的对傅立叶变换的影响。
对106的每个阵列108的焦距分离确立：阵列对106实现与中间变换平面116处的表示相关联的光的傅立叶变换。傅立叶变换再次是经相位校正的变换。阵列对106将中间变换平面116处的表示从角度空间变换回位置空间。
两个阵列对102、106沿光轴114相对于彼此被定位，以确立：透镜系统100是成像系统。也就是说，两个阵列对102、106之间的距离D确立：透镜系统100提供对象112的直立图像118。图像118在距阵列对108的图像共轭距离z2处被提供。
经由对象112的对象共轭距离z1，阵列对102、106之间的距离D，第一阵列对102的第一间距，第二阵列对106的第二间距和公共焦距f1、f2的函数确立图像共轭距离z2。该函数确立：从对象112发出并穿过阵列对102、106的串联微透镜阵列的构成小透镜的光会聚在图像共轭距离z2处。以下结合图1中标识的参数提供关于该函数的进一步细节。
对于串联的两个透镜，f1a和f1b分开达距离D，在第一个透镜前的距离z0处的输入对象112的图像出现处的最后一个透镜后的距离si可被定义为
Figure BDA0001794361020000061
然而，当焦距f1a和f1b被配置为傅立叶变换对，使得f1a＝f1b＝f1并且分离距离D＝f1a＝f1时，则输入对象A的图像距离在最后一个透镜后的距离si处出现，其简化为zg1：
Figure BDA0001794361020000062
其中f1是双透镜串联傅立叶变换对的每个透镜的焦距，而z0是第一个透镜之前的对象距离。
然后可将前述关系扩展到阵列上下文。通过间距d形成小透镜或单元的阵列。每个单元捕获从对象112发散的光的一部分。一个阵列中的每个单元形成双小透镜子系统，其中在阵列对的每隔一个阵列中有一个单元。对于来自过度填充宽度接近间距d的单元的对象112的光的立体角，所捕获的输入近似为矩形(Rect)函数，其在被距阵列对中第二阵列的距离zg1所定义或被放置在该距离zg1处的中间变换平面处的A的图像附近形成类Sinc函数。
第二傅立叶变换阵列对106被放置在第一阵列对102后在光学上等于tg＝2*zg1的间隙距离处。因此配置变得对称。每个子系统提供的成像共轭距离是相同的。由所有子系统发展的图像在距离zi处会聚以用于对象112的图像形成，以形成图像118(例如，参见对应于对象112上的点A的点A')。在这种情况下，成像中继变为1:1中继，使得图像距离zi基本上等于对象距离z0。
中间图像可被称为输入对象112的中间变换图像，其出现在接近间隙tg的一半的中间变换平面处(间隙tg先前被定义为距离zg1)。
两个阵列对102、106之间的距离或间隙tg决定单元堆叠的成像。单元堆叠包括四个单元，每个阵列104、108一个单元。每个单元堆叠可被认为是透镜系统100的构成子系统。选择两个阵列对102、106之间的距离，使得对于以共同图像共轭距离进入构成子系统的所有射线实现成像。距离或间隙tg随着对象距离减小(即，对象112变得更靠近透镜系统100)而增大。当对象距离变为无穷大(或相对于透镜系统100的尺寸的非常大的距离)时，距离或间隙tg变为零。在图1的示例中，两个阵列对102、106彼此间隔开达间隙120。因此，用于该函数的距离或间隙tg是非零的。间隙120可以在第一和第二共同焦距的量级上或接近第一和第二共同焦距。
阵列104、108内的小透镜110的间距控制来自所有小透镜110的光的会聚。第一阵列对102的小透镜110具有间距d1，而第二阵列对106的小透镜110具有间距d2。选择间距使得跨阵列104、108的所有小透镜110的所有光学信息的会聚被实现。因此，跨阵列104、108的所有小透镜110以相同的图像共轭距离形成图像。透镜系统100是成像中继的示例，其中两个阵列对102、106的小透镜110具有共同的间距。在间距d1、d2彼此相等的情况下，透镜系统100的输出可以是远心的。
在非等间距情况下，即当d1不等于d2时，也可在光学堆叠的一侧提供远心输出。在这种情况下，第一阵列对102的每个阵列104中的小透镜110的间距彼此相等，并且第二阵列对106的每个阵列108中的小透镜110的间距彼此相等。该函数简化如下：
Figure BDA0001794361020000081
间隙tg如下：
tg＝zg1+zg2,
其中
Figure BDA0001794361020000082
并且
Figure BDA0001794361020000083
在这种情况下，间距被配置为使得d1＝d1b＜d2b＝d2。
还可提供在光学堆叠的两侧上的非远心成像。通过调整阵列104、108内的单元的相应间距，可使光线平滑地弯曲穿过透镜系统100。因此，阵列104、108的小透镜110可彼此配准(或对准)或不配准。在一个示例中，所有四个阵列的间距彼此不同。对于第一阵列对102的第一和第二阵列104，小透镜110的间距d1变为d1a和d1b。对于第二阵列对106的第一和第二阵列108，小透镜110的间距d2变为d2a和d2b。在一个正放大率情况下，d2b>d2a>d1b>d1a。然后该函数可被表达如下(其中zg1和zg2如上所述定义)：
Figure BDA0001794361020000084
在这种情况下，间距被配置为使得d1＜d1b＜d2b＜d2。
如上述示例所示，间隙tg决定单元的每个子系统的成像，而阵列的相对间距控制来自所有单元子系统的会聚。
阵列104、108内的单元的焦距也可用于调整图像共轭距离。当阵列104内的小透镜110的焦距不等于阵列108内的小透镜110的焦距时，可实现非单位共轭距离。在图1的示例中，阵列104和108内的小透镜110的焦距彼此相等。
术语“相等”在本文中意指完全相等和实际上相等。实际上相等可包括例如在合理误差余量(诸如制造容差)内相等的参数。因此，在本文中使用该术语时，参数值不必完全相等(例如，略微偏移)才被认为“相等”。在一些示例中，本文描述为相等的任何参数在其他情况下可替代地为“基本上相等”。基本上相等的参数值可被有意或无意地少量偏移，这导致对系统输出的可辨别(例如，可检测的)但不显著的影响。在一些示例中，本文描述为相等的任何参数在其他情况下可替代地为“大约相等”。大约相等的参数值可被有意或无意地少量偏移，这导致对系统输出的可辨别(例如，可检测)的影响，该影响在一些应用中可被认为是显著的，但在其他应用中可被认为是不显著的。例如，由大约相等的参数导致的系统输出的略微散焦在指纹读取器、显微镜或光刻的上下文中可能是显著的，但在打印机或传真机的上下文中可能是不显著的。
本文提及的距离(诸如间隙120的宽度)在实践中可根据传输介质的折射率而不同。例如，上述功能指定针对与通过气隙传输相联系的间隙参数的距离。如果光在穿过间隙120时通过除空气之外的介质传播，则间隙120的实际宽度可与气隙距离不同。因此，间隙和其他距离可以是光学等效距离。在使用除空气之外的光学介质的情况下，可调整内部小透镜焦距以计及保持每对的傅立叶变换函数所需的曲率变化。间隙中折射率的增加意味着较小的小透镜曲率，以保持串联MLA对的基本相等的有效焦距。此外，当期望层压两个MLA对以形成包括没有气隙的单片光学堆叠的光学堆叠时，这种做法是有用的。
诸如“准直”、“聚焦”等光学术语在本文中用于包括该术语描述的精确条件以及接近该精确条件的条件。例如，如果将光线准直到对于成像应用或所涉及的使用场景的目的有效的程度，则认为光是准直的。因此，在评估是否存在光学条件(例如，准直、聚焦)时，可考虑观察者的分辨率。
图2描绘了根据一个示例的基于MLA的透镜系统200的侧视图。如在上述示例中那样，透镜系统200包括两个阵列对202、204。阵列对202包括阵列206，并且阵列对204包括阵列208。在该示例中，每个阵列206、208被设置在各自的基板210上。基板210可以或可以不被类似地配置和构造。在一个示例中，每个基板210由玻璃基板和模具母模构成，玻璃基板具有使用UV固化粘合树脂在一个表面上复制的薄微透镜层，所述UV固化粘合树脂可使用紫外光来固化，并且每个基板210可具有类似的厚度。
每个阵列206、208包括一组小透镜212。在一个示例中，每个基板210和一组小透镜212通过注塑一体形成的。替代地，小透镜212可与基板210分开形成，并被固定或以其他方式紧固到基板210。例如，可形成小透镜212，且然后用光学透明的粘合剂将所述小透镜施加到基板210。如上所述，小透镜212的间距和焦距可相等或偏移。可使用用于形成小透镜212的其他技术。
表面可用抗反射(AR)涂层光学涂覆，以最小化由菲涅耳反射引起的损失和散射。在使用UV固化粘合剂的情况下，可使用玻璃母版来使变形最小化。其他示例包括在均质聚合物(诸如丙烯酸或聚碳酸酯)中注塑，聚合物片的压缩模塑和纳米印刷。对于压缩模塑，镍垫片可使用电铸镍工艺由母版负片形成。还可使用金刚石加工来形成母版，诸如切入切割具有用于每个小透镜的轮廓形状的旋转切割器，或者金刚石车削每个小透镜。为了高的精度和填充因子，可使用基于光刻的玻璃蚀刻技术来制造MLA母版。
可针对每个小透镜212使用各种轮廓。例如，小透镜212可具有非球面或圆锥轮廓。轮廓为非球面或圆锥的范围或程度可不同。在一些情况下，小透镜212可具有带有旨在减少像差的圆锥常数的轮廓和/或允许透镜系统适应更高的数值孔径(NA)。
阵列206、208关于中间变换平面被对称地定向(图1)。阵列206、208的每个小透镜212是平凸结构。每个结构的平面侧与相应基板210相邻。在图2的示例中，每个结构的弯曲侧被设置在每个阵列206、208的向内侧上。小透镜212的定向可以与所示示例不同。下面结合图3描述一个示例。
小透镜212可以各种二维图案布置。例如，小透镜212可以六边形阵列、方形阵列或其他布置设置。每个小透镜212的横向形状可相应改变。
阵列206、208中的一个或多个可以是经掩模的图案或孔径。孔径掩模可用于限制透镜系统的接受度和/或减少散射光。图案掩模可用于阻挡环境或其他寄生光被透镜系统200处理。例如，以高入射角入射在透镜系统200上的环境光被阻挡。阻挡高角度入射光可防止寄生光跳跃到单元的相邻子系统。在图2的示例中，透镜系统200包括沿第一阵列对202的内部阵列206的孔径光阑214，以及沿第二阵列对204的内部阵列208的孔径光阑216。可提供更少、附加或者替代孔径光阑214、216。例如，其他透镜系统可不包括孔径光阑216。孔径光阑可被设置在任一个或多个层处。
可提供孔径光阑以用于其他目的。例如，孔径光阑可解决阵列的小透镜中的像差。
通过使用在复制层(如通过在孔径图案化的基板表面上所复制的)的顶部上或下面的经光刻的孔径孔阵列层(诸如图案化沉积的薄金属氧化物或金属)，或者设置在光学堆叠内的一个或多个图案化的片(例如，在内部阵列附近)，可实现孔径掩模。
孔径光阑214、216可经由沿相应阵列206、208设置的分立片或其他层来提供。例如，紧固到阵列206或沿阵列206设置的不透明片可包括孔径阵列以定义孔径光阑214。替代地或附加地，可经由在相应基板210上沉积或以其他方式形成的层来提供图案掩模。可在形成小透镜212之前将该层图案化以定义孔径光阑214、216。
孔径光阑214、216可被嵌入小透镜212中或以其他方式与小透镜212集成。例如，每个孔径光阑214、216的材料可被沉积在基板210上，且然后在小透镜212形成之前和/或与小透镜212形成相联系地被图案化。此外，可在各对之间设置有限厚度的穿孔或“蜂窝”片。
图3描绘了具有阵列对302、304的另一示例透镜系统300。在这种情况下，对302的阵列306被设置在基板308的相对侧上。对304的阵列310被设置在另一基板312的相对侧上。每个阵列306、310包括小透镜314，每个小透镜314包括平凸结构。每个小透镜314的弯曲表面根据小透镜314被设置于其上的基板308、312的侧面向内或向外。
小透镜314可如上所述地布置、成形、形成和以其他方式配置。透镜系统300可具有与上述示例公同的替代或附加方面。例如，在一些情况下，透镜系统300包括阵列306、310中的一个或多个上的孔径光阑。
图2和3的示例的阵列可通过空气彼此分隔开。可使用其它介质。例如，可在阵列之间设置低折射率粘合剂或层压材料。
可使用除了图2和3中所示的那些之外的小透镜定向。图9和10中示出了进一步示例。
透镜系统可以其他方式与图2和3的示例不同。例如，每对的阵列可与彼此接触。在四基板情况下，作为内基板的厚度的结果，各阵列可相接触。
在其他示例中可使用附加基板或其他结构。例如，可在图3的阵列组装件之前和之后设置两个基板，以提供例如附加的结构支撑或保护。
四层MLA堆叠可被配置为适应从无穷远到紧密接近的共轭距离。然而，对于接近第一阵列的焦距的对象距离，间隙距离tg可显著增加。在这种情况下，可添加附加的外部MLA以使内部间隙距离能够被显著减小，并且进一步提供没有间隙的焦点NA。此外，外部MLA可提供更多的设计自由度，因为可定制每个表面轮廓以改善光学性能。
图4描绘了具有六个微透镜阵列(MLA)的透镜系统400的示例。透镜系统400包括四层成像中继核心402、输入阵列404和输出阵列406。输入阵列404可被定位和以其他方式配置为准直或以其他方式准备进入光以入射到核心402上。在光从可能太靠近透镜系统400而无法被认为实际上处于无限远处的对象上漫射或散射的情况下，准直可以是有用的。输出阵列406可被定位和以其他方式配置为将图像聚焦在比由核心402确立的图像共轭距离更近的经调整图像共轭距离处。因此，透镜系统400可在期望图像共轭距离处提供输出。如在上述示例中那样，透镜系统400的阵列可关于核心402内的中间变换平面对称地被定向和定位。
可根据上述示例中的一个或多个来配置成像中继核心402。在此示例中，核心402可与图2的透镜系统200类似地被配置。例如，核心402包括第一阵列对408和第二阵列对410。第一对408的阵列412被设置在两个分离基板414、416上，而第二对410的阵列418被设置在另外两个分离基板420、422上。
所述基板中的一个或多个可具有设置在相对侧上的阵列。在图4的示例中，输入阵列404被设置在基板414的外侧上。输入阵列404的每个小透镜的弯曲表面面向外以准直进入光。阵列412中的相应一个被设置在基板414的内侧上。输出阵列406被设置在基板422的外侧上。输出阵列406的每个小透镜的弯曲表面面向外以将光聚焦在期望图像共轭距离处。阵列418中的相应一个被设置在基板422的内侧上。可使用各阵列的其他定向和配置。
输入和输出阵列404、406可彼此对准或者彼此配准，以及与核心402的阵列412、418中的一个或多个对准或者配准。在此示例中，输入和输出阵列404、406具有与阵列412、418相同的间距。在其他情况下，间距可不同。
输入和输出阵列404、406的其他特征可用于实现适当的量或程度的准直和聚焦。例如，可设置输入阵列404的单元的焦距以适应预期对象共轭距离。类似地，可设置输出阵列406的单元的焦距以实现期望图像共轭距离。
图5描绘了根据一个示例的包括基于MLA的成像中继502的指纹读取器500(或图像捕获设备)。指纹读取器500可以是电子设备(诸如平板、移动电话或其他便携式设备)的组件。替代地，指纹读取器500可以是独立的电子设备(例如，外围设备)。
成像中继502在图像传感器506的输入处提供目标对象504的图像，在这种情况下目标对象504是指纹图案。成像中继502包括输入阵列508、输出阵列510以及输入和输出阵列508、510之间的成像中继核心512。除了如下所述之外，成像中继核心512的这些和其他组件可如上联系图4的示例所描述的那样构造和配置。例如，核心512包括第一和第二阵列对514、516，每个阵列对可根据上述任何一个或多个示例来配置。在一个示例中，对514、516中的一个或多个阵列包括孔径光阑层，该孔径光阑层具有掩模阵列，该掩模阵列被定位和定尺寸为阻挡以在第一对的接受度之外的角度指向第一对的环境光，如上所述。
输入阵列508被设置在指纹图案504和第一对514之间，以准直从指纹图案504发出的光。输出阵列510被沿光轴定位在第二对516之外或之后，以使图像聚焦在比由成像中继核心512确立的图像共轭距离更近的经调整图像共轭距离处。在图5的示例中，输入和输出阵列508、510被定位并以其他方式配置成允许第一和第二阵列对514、516彼此接触。
输入和输出阵列508、510可允许间隙的宽度为零，并因此允许上述函数中的参数tg为零。输入阵列508被配置为准直来自指纹图案504的光。然后可配置第一和第二阵列对514、516，使得所有小透镜焦距彼此相等，并且所有阵列间距都彼此相等。结果，该函数要求成像中继核心512的输出也被准直(即，对核心而言显然对象和图像共轭距离两者均接近无限远)。然后，经准直输出由输出阵列510聚焦，以确立经调整图像共轭距离。然后，将图像传感器506设置在输出阵列510之外或之后的经调整图像共轭距离处。
在其他情况下，焦距在其他情况下可大约相等或基本相等，但是，例如，仍然提供指纹图案504的合适的高质量图像。参数的其他组合可被用于达到类似结果。
指纹读取器500包括用于照射目标对象(即指纹图案504)的多个组件。
以仍然允许目标对象所反射的光穿过指纹读取器500的透镜系统以到达图像传感器506的方式来提供照射。
在此示例中，指纹读取器500被设置在透明盖518下方。透明盖518被设置在输入阵列508的前方或上方。透明盖518具有前表面，目标对象被设置在该前表面处。在一些情况下，透明盖518是电子设备的显示器的盖玻璃，指纹读取器500是该电子设备的组件。在其他情况下，透明盖518是电子设备的外表面的一部分。例如，透明盖518可与电子设备的壳体或外壳集成。
经由被设置在透明盖518和输入阵列508之间的光导520来提供照射光。光导520可以是楔形物或菲涅耳楔形物或具有低散射凹凸表面的薄片，诸如两度全宽半最大值(FWHM)表面起伏扩散器表面。光导520可由丙烯酸，聚碳酸酯或玻璃的片、板或其他薄层构成。一个或多个光源522沿光导520的一个或多个边缘被安装或以其他方式设置。在一些情况下，发光二极管(LED)设备的阵列可被用作光源522。光源522所生成的光可具有近红外波长。然而，(诸)光源522的特征可变化。例如，可使用可见光。此外，蓝光不可穿透皮肤很深，且因此是指纹读取器的有用选项。
由(诸)光源522注入光导520的光经历全内反射，直到提取机构将光朝着目标对象重定向。在图5的示例中，使用楔形物作为提取机构，其在每次反弹之际将光的角度改变输入角度的两倍。为了避免从两侧同时提取，二向色涂层524沿光导520的底表面被设置，这迫使光主要在向上方向上被提取。二向色涂层524具有随入射角变化的响应(即，透射或反射)曲线，并且通过将光谱转变点设置为略高于垂直入射的照射波长范围，光可被透射以获得低入射角(AOI)并以高AOI反射。因此，照射光由楔形物通过透明盖以高AOI提取，由于二向色涂层524而向上偏置、从指尖漫反射、并被透射穿过堆叠。在MLA堆叠的接受度内捕获该光的一部分，以便将其中继到图像传感器上。可使用其他角度选择涂层或提取机构。
光导520可以是楔形的，以逐渐增加传播跨过光导520的光的入射角落入允许光离开光导520的范围内的可能性。以该方式，光跨指纹读取器500的横向范围(即，成像区域)均匀地(或接近均匀地)被从光导520提取。
然后，目标对象在所有角度散射现在具有目标对象内容的照射光。该散射光的一部分穿过光导520。例如，对于具有接近零的入射角的光，光导520(和二向色涂层524)的反射率较低。因此，该光的部分或全部被定向到成像中继502的透镜系统的接受度。然后，这种低入射角光被光学成像或经由成像中继502被中继到图像传感器506的平面。
光导布置解决了在透明盖518具有涂层(例如，用于清洁的疏水或疏油涂层)的情况下指纹图案504的照射可能是如何具有挑战性的。涂层的折射率可低于透明盖518(例如，盖玻璃)的折射率。结果是，由于光被全内反射(TIR)所反射，盖玻璃内的照射可能无法有效地透射到放置手指处的顶表面。在这种情况下，照射光导是有用的。然而，光可被手指直接提取，例如通过受抑制的全内反射(FTIR)被手指油的润湿提取，且然后被漫反射回穿过并进入MLA堆叠的接受度中以被成像到图像传感器上。在这种情况下，光可以其他方式被耦合到盖玻璃中，包括使用层叠到盖玻璃下侧的棱镜耦合器或棱镜膜阵列耦合器。因此，可使用其他提取和照射技术。例如，只要允许来自目标对象504的漫散射光进入成像中继502的透镜系统，则可使用任何提取技术。
考虑到成像区域的尺寸，成像中继502允许指纹读取器500的总轨迹长度(并且因此厚度)相对较短。例如，指纹图案的成像区域的一个或多个尺寸可大于7.5mm(例如，直径10-12mm)。然而，成像中继502允许指纹读取器500具有例如约4.5mm的总轨迹长度或厚度。结果，指纹读取器500非常适合用于平板和其他薄形状因子设备。成像中继502的性质允许成像中继502的阵列的横向范围(例如，长度和宽度)被缩放以达到或调整到期望的成像区域尺寸。
尽管图像传感器506与成像中继502间隔，仍实现了薄的轮廓。在其中成像中继502对称的情况下，间隔可对应于透明盖518和光导520的厚度。在一个示例中，使用具有0.5mm厚度的盖玻璃作为透明盖518。在这种情况下，图像传感器506与输出阵列间隔开达至少该量。
图像传感器506可利用或包括CMOS传感器和/或其他光电探测器和检测技术。例如，可使用基于打印的传感器。
光导520的锥形可在沿其长度的各个位置处引入共轭距离焦点的轻微偏移。可通过在成像中继502的堆叠和光导520之间添加小的倾斜来解决(例如，避免)该效应。指纹读取器500的组件因此可与透明盖518的顶部共面。替代地或附加地，图像中继502可朝锥形或以锥形的角度倾斜。
与成像中继502一起使用的替代或附加照射技术包括(i)全息引导照射器，其提取具有向上宇对偏置(upward parity bias)的高入射角光，并且允许低入射角光的透射，(ii)间距(或稀疏度)被选择以使衍射伪影最小化的菲涅耳楔形“平坦”光导(例如，二向色涂层或其他角度选择涂层)，(iii)在光导524的底面上的稀疏间隔的、精细尺寸的偏转，以用于光提取(以最小化衍射效应)和/或(iv)具有部分反射的嵌入小平面的前灯(即，埋入涂覆的菲涅耳)。
用于平板计算机或移动电话的盖玻璃通常在盖玻璃的下侧使用黑色或不透明的屏蔽墨水进行掩蔽。为了允许近红外光穿过盖玻璃，但基本上阻挡可见光以隐藏掩模中的孔，可在更常见的黑色或不透明的墨水的图案化孔径区域内使用透射红外光但阻挡可见光的基于染料的墨水。如果使用蓝光，则可使用阻挡除蓝色之外的大部分可见光的基于染料的墨水来合理地隐藏孔径。
在其他情况下，指纹读取器可经由四阵列透镜系统提供，诸如成像中继核心412。可在没有输入和输出阵列508、510的情况下提供合适的中继成像。例如，可调整成像中继核心412中的阵列对之间的距离以适应由指纹读取器场景呈现的共轭距离。
图6是具有六阵列布置的透镜系统600的光线轨迹图。如上所述，六阵列布置具有输入阵列、输出阵列、在输入和输出阵列之间的两个透镜阵列组装件的成像中继核心。每个透镜阵列组装件包括一MLA对。在此示例中，孔径光阑602、604被设置在成像中继核心内在每个透镜阵列组装件的阵列对之间。孔径光阑602、604限制透镜系统600的接受度，如经由光线追踪所示。在其他情况下，可在输入和输出阵列之间的任何层处提供孔径光阑。
图6中所示的光线追踪可对应于具有0.75mm维度(例如，宽度)的对象。在该对象尺寸的情况下，透镜系统600的总轨迹长度可以是约4.3mm。
图7是用于提供四层透镜系统700的近轴图示的光线追踪图，该四层透镜系统700可被用作例如成像中继700。透镜系统的间距、焦距和共轭距离参数可根据上述函数来选择以实现例如1:1的中继成像。
图8示出了基于GRIN的透镜系统800，其中两个透镜阵列组装件802、804相对于彼此定位以进行中继成像。每个组装件802、804包括GRIN微透镜结构806的阵列。
每个结构806提供透镜阵列组装件802、804的单元之一。为该目的，每个结构806被配置为展示或充当一对傅立叶变换透镜。抛物线折射率轮廓使每个单元能够作为一系列两个串联傅立叶变换对起作用，以便满足上述约束条件：(1)每个单元的图像共轭形成和(2)来自多个单元的成像的会聚。因此，每个组装件802、804可被配置为具有一厚度的板，其提供经由小透镜对形成的上述傅立叶变换单元的等效函数。
壁外吸收(EMA)玻璃可用于阻挡光线以免遇到相邻单元的边缘。可使用其他吸收涂层或层。
对于图像共轭之间的给定总轨迹长度(TTL)，对象和图像距离可通过设计来放置以与GRIN透镜长度的外表面重合，从而在外表面处具有图像共轭，或者可被放置在距两个外表面中的每一个的一气隙距离处。然而，结构806不同于：基于设计单个GRIN透镜长度，因此仅针对特定的一对共轭距离工作的先前用于图像中继或图像转移的GRIN阵列。通过在本文中意识到在基于阵列的成像中实现图像的形成所需的基本元件是阵列的每个单元内的一系列两个傅立叶变换(FT)等效子系统，并且用于GRIN透镜的傅立叶变换等效长度可被定义为经准直输入光束在GRIN透镜的第二输出表面处形成焦点的长度，由图像共轭关系定义的气隙(零到非零)可被设置在两个傅立叶变换等效长度GRIN阵列之间，以便提供基于阵列的中继成像，其可使用具有相同有效焦距的两个FT等效长度GRIN阵列来增加系统的多功能性以针对任何一对相等的图像共轭距离进行调整，并且可通过具有不同焦距的两个FT等效长度GRIN阵列的使用来被进一步调整以支持不相等的共轭距离。通过使用GRIN纤维或将GRIN棒阵列拉成具有阵列间距的精确放置的晶锭，然后切片和抛光面(按照与制造相干光纤面板相似的方式，但是具有对间距布局的严格控制)，可使这种阵列更薄。此外，虽然GRIN透镜是在沿其长度的任何地方呈现连续透镜效应或光学功率的透镜，但是也可使用两个或更多个透镜阵列来形成傅立叶变换等效子系统。虽然可使用单个透镜阵列来形成在强度方面看起来是傅立叶变换的输出图像阵列，但这些在相位方面不是傅立叶变换，或者在输出时被远心校正。然后，最简单形式的FT等效子系统将包括具有相同焦距的两个透镜，所述两个透镜以等于有效焦距的间隔距离串联放置。然而，从上面解释的GRIN透镜FT等效长度情况可清楚地看出，可串联使用具有各种光学功率的多于两个透镜以实现FT等效子系统的等效函数。使用微透镜阵列来实现基于阵列的成像的最简单情况涉及使用两个串联傅立叶变换微透镜对，其具有由图像共轭关系定义的气隙或光学路径长度间隙距离，该图像共轭关系将在下面定义。以这种方式，任何透镜阵列，包括微透镜阵列或GRIN透镜阵列或GRIN微透镜阵列，可被用于形成成像中继，如下所解释的。
图9和10描绘了在本文所述的透镜系统中使用的替代透镜定向。图9示出了双基板透镜系统900。图10示出了四基板系统1000。低折射率粘合剂可被设置在阵列之间。
图11示出了电子设备1100，其中可联系指纹检测来并入上述示例的中继成像。电子设备1100具有电子模块1102和显示模块1104(或子系统)以及电池1106。电子设备1100可包括附加的、更少的或替换的组件。例如，显示模块1104可与电子设备1100的电子模块1102和/或其它组件以不同的程度集成。例如，电子模块1102和/或显示模块1104可包括电子设备1100的图形子系统。任何数量的显示模块或系统可被包括。在此示例中，设备1100包括处理器1108和与显示模块1104分开的一个或多个存储器1110。处理器1108和存储器1110可涉及执行由设备1100实现的一个或多个应用。显示模块1104生成用于由处理器1108和存储器1110支持的操作环境(例如，应用环境)的用户界面。处理器1108可以是通用处理器，诸如中央处理单元(CPU)、或者任何其它处理器或处理单元。任何数量的此类处理器或处理单元可被包括。
在图11的示例中，电子模块1102包括图形处理单元(GPU)1112和固件和/或驱动器1114。GPU 1112可专用于图形相关或显示相关的功能性和/或提供通用处理功能性，其可以或可以不包括与指纹检测相联系的图形相关处理。电子模块1102的一些组件可被集成。例如，处理器1108、一个或多个存储器1110、GPU 1112和/或固件1114可被集成为片上系统(SoC)或应用专用集成电路(ASIC)。电子模块1102可包括附加的、更少的或替代的组件。例如，电子模块1102可不包括专用图形处理器，而是可依赖于CPU 1108或其它通用处理器来支持电子设备1100的图形相关的功能。电子模块1102可包括(一个或多个)附加存储器以支持显示相关的处理和/或指纹检测处理。
在图11的示例中，显示模块1104包括触摸传感器1116、背光单元(BLU)1118和LCD面板或单元1120。触摸传感器1116、背光单元1116和/或LCD单元1120可用于形成与指纹检测硬件分离或集成到任何期望程度的显示器。附加的、更少或替换的显示器组件可被提供。例如，在一些情况下，显示模块1104不包括触摸传感器单元。
电子设备1100包括有别于触摸传感器1116的指纹感测单元1122。指纹感测单元1122可以或可以不与显示模块1104一起定位或集成。在一些情况下，指纹感测单元1122沿着电子设备1100的外壳的正面被设置在显示模块1104的显示区域外。指纹感测单元1122的位置可以变化。
指纹感测单元1122可根据上述示例中的一个或多个来配置。提供楔形光导1124以将来自边缘安装的LED阵列1126的光导向指纹目标，同时仍允许由指纹散射的光到达指纹感测单元1122的成像中继。在图11的示例中，成像中继被配置为六层堆叠，包括输入阵列1128、成像核心1130和输出阵列1132。如上所述，输出阵列1132将由成像核心1130提供的光聚焦在图像传感器1134的输入平面处。
设备1100可被配置成各种各样的计算设备之一，包括但不限于手持式或可穿戴计算设备(例如平板和手表)、通信设备(例如电话)、膝上型计算机或其他移动计算机以及个人计算机(PC)以及其他设备。设备1100还可以被配置作为电子显示设备，例如计算机监视器、电视机或其它显示器或可视输出设备。在这种情况下，设备1100可不包括上述组件中的一个或多个，诸如电池1106。
在一个方面，一种透镜系统，包括：包括第一多个单元的第一透镜阵列组装件，该第一多个单元中的每个单元被配置为呈现一对傅立叶变换透镜，以及包括第二多个单元的第二透镜阵列组装件，该第二多个单元中的每个单元被配置为呈现一对傅立叶变换透镜。所述第一和第二透镜阵列组装件沿所述透镜系统的光轴相对于彼此定位成使得在距所述第二透镜阵列组装件的图像共轭距离处提供对象的图像。
在另一方面，一种透镜系统，包括第一对串联微透镜阵列，所述第一对的每个微透镜阵列包括相应的一组单元，每个单元具有第一共同焦距，以及第二对串联微透镜阵列，所述第二对的每个微透镜阵列包括相应的一组单元，每个单元具有第二共同焦距。所述第一对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的光轴彼此分隔开达所述第一共同焦距，使得所述第一对的所述微透镜阵列被配置为提供从对象发出的光的傅立叶变换的表示，所述表示沿被设置在所述第一对和第二对之间的平面被提供。所述第二对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的所述光轴彼此分隔开达所述第二共同焦距，使得所述第二对的所述微透镜阵列被配置为经由所述表示的傅立叶变换提供所述对象的图像。所述第一对和第二对串联微透镜阵列沿所述透镜系统的所述光轴相对于彼此定位成使得所述对象的所述图像被提供在距所述第二对串联微透镜阵列的图像共轭距离处。
在又一方面，一种指纹读取器，包括：光源；光导，所述光导具有边缘，所述光源被设置在所述边缘处，所述光导被配置为照射所述光导前的指纹图案；第一对和第二对串联微透镜阵列，所述第一对和第二对中的相应微透镜阵列彼此间隔开以实现经相位校正的傅立叶变换，所述第一对和第二对串联微透镜阵列相对于彼此被定位成使得在距所述第二对串联微透镜阵列的图像共轭距离处提供对象的图像；输入微透镜阵列，所述输入微透镜阵列被设置在所述第一对前，以为所述第一对和第二对准备从所述指纹图案发出的光；输出微透镜阵列，所述输出微透镜阵列被定位在所述第二对后，以调整所述图像共轭距离；以及图像传感器，所述图像传感器被设置在经调整图像共轭距离处，以捕获所述指纹图案的表示。
结合前述各方面中的任何一个方面，指纹读取器、成像中继或透镜系统可替代地或附加地包括以下各方面或特征中的一者或多者的任何组合。所述图像共轭距离经由所述对象的对象共轭距离、所述第一和第二透镜阵列组装件之间的距离、所述第一多个单元的第一间距、所述第二多个单元的第二间距、所述第一多个单元的第一焦距和所述第二多个单元的第二焦距的函数来确立。所述函数确立：从所述对象发出并穿过所述第一和第二多个单元的各个单元的光会聚在所述图像共轭距离处。所述第一和第二透镜阵列组装件彼此间隔开达一间隙。所述间隙在第一和第二共同焦距的量级上。所述第一和第二透镜阵列组装件彼此接触。所述第一和第二多个单元具有共同的间距。所述第一和第二多个单元具有彼此相等的共同焦距。所述第一透镜阵列组装件包括第一对串联微透镜阵列，所述第一对中的每个微透镜阵列包括相应的一组构成小透镜，每个构成小透镜具有第一共同焦距。所述第二透镜阵列组装件包括第二对串联微透镜阵列，所述第二对中的每个微透镜阵列包括相应的一组构成小透镜，每个构成小透镜具有第二共同焦距。所述第一对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的光轴彼此分开达所述第一共同焦距。所述第二对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的所述光轴彼此分开达所述第二共同焦距。所述第一对和第二对串联微透镜阵列沿所述光轴相对于彼此定位成使得所述图像被提供在所述图像共轭距离处。所述透镜系统进一步包括：输入微透镜阵列，所述输入微透镜阵列被设置在所述对象和所述第一对串联微透镜阵列之间，以准直从所述对象发出的光；以及输出微透镜阵列，所述输出微透镜阵列沿所述光轴被定位在所述第二对串联微透镜阵列后面，以将所述图像聚焦在比所述图像共轭距离更近的经调整图像共轭距离处。所述透镜系统进一步包括：透明盖，所述透明盖被设置在所述输入微透镜阵列的前方，所述透明盖具有前表面，所述对象被设置在所述前表面处；光导板，所述光导板被设置在所述透明盖和所述输入微透镜阵列之间；以及光源，所述光源沿所述光导板的边缘被设置，以将源光注入到所述光导板中。所述光导板是楔形的，以提取所述源光并照射所述透明盖的所述表面处的所述对象。所述透镜系统进一步包括图像传感器，所述图像传感器被设置在所述输出微透镜阵列后由所述输出微透镜阵列确立的所述经调整图像共轭距离处。所述第一透镜阵列组装件包括第一渐变折射率微透镜结构阵列。所述第一渐变折射率微透镜结构阵列的每个渐变折射率微透镜结构对应于所述第一多个单元中的相应一个单元。所述第二透镜阵列组装件包括第二渐变折射率微透镜结构阵列。所述第二渐变折射率微透镜结构阵列的每个渐变折射率微透镜结构对应于所述第二多个单元中的相应一个单元。
尽管已经参考具体示例描述了本发明，其中这些示例旨在仅仅是说明性的而非本发明的限制，但本领域普通技术人员将明白，可以对所公开的实施例作出改变、添加和/或删除而不背离本发明的精神和范围。
上述描述只是出于清楚理解的目的给出的，并且不应从中理解出不必要的限制，因为本发明的范围内的修改对本领域普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (20)

1.一种透镜系统，包括：
第一透镜阵列组装件，包括第一多个单元，所述第一多个单元中的每个单元被配置为呈现一对实现经相位校正的傅立叶变换的傅立叶变换透镜；以及
第二透镜阵列组装件，包括第二多个单元，所述第二多个单元中的每个单元被配置为呈现一对实现经相位校正的傅立叶变换的傅立叶变换透镜；
其中所述第一和第二透镜阵列组装件沿所述透镜系统的光轴相对于彼此定位成使得在距所述第二透镜阵列组装件的图像共轭距离处提供对象的图像，以及
其中所述第一和第二透镜阵列组装件之间的距离取决于所述对象的对象共轭距离、所述图像共轭距离、所述第一和第二多个单元的傅立叶变换透镜的焦距，以及所述第一和第二多个单元的相应间距。
2.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：
所述图像共轭距离经由所述对象的对象共轭距离、所述第一和第二透镜阵列组装件之间的距离、所述第一多个单元的第一间距、所述第二多个单元的第二间距、所述第一多个单元的第一焦距和所述第二多个单元的第二焦距的函数来确立；以及
所述函数确立：从所述对象发出并穿过所述第一和第二多个单元的各个单元的光会聚在所述图像共轭距离处。
3.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第一和第二透镜阵列组装件彼此间隔达一间隙。
4.如权利要求3所述的透镜系统，其特征在于，所述间隙在第一和第二共同焦距的量级上。
5.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第一和第二透镜阵列组装件彼此接触。
6.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第一和第二多个单元具有共同的间距。
7.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第一和第二多个单元具有彼此相等的共同焦距。
8.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：
所述第一透镜阵列组装件包括第一对串联微透镜阵列，所述第一对中的每个微透镜阵列包括相应的一组构成小透镜，每个构成小透镜具有第一共同焦距；
所述第二透镜阵列组装件包括第二对串联微透镜阵列，所述第二对中的每个微透镜阵列包括相应的一组构成小透镜，每个构成小透镜具有第二共同焦距；
所述第一对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的光轴彼此分开达所述第一共同焦距；
所述第二对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的所述光轴彼此分开达所述第二共同焦距；以及
所述第一对和第二对串联微透镜阵列沿所述光轴相对于彼此定位成使得所述图像被提供在所述图像共轭距离处。
9.如权利要求8所述的透镜系统，其特征在于，进一步包括：
输入微透镜阵列，所述输入微透镜阵列被设置在所述对象和所述第一对串联微透镜阵列之间，以准直从所述对象发出的光；以及
输出微透镜阵列，所述输出微透镜阵列沿所述光轴被定位在所述第二对串联微透镜阵列后方，以将所述图像聚焦在比所述图像共轭距离更近的经调整图像共轭距离处。
10.如权利要求9所述的透镜系统，其特征在于，进一步包括：
透明盖，所述透明盖被设置在所述输入微透镜阵列的前方，所述透明盖具有前表面，所述对象被设置在所述前表面处；
光导板，所述光导板被设置在所述透明盖和所述输入微透镜阵列之间；以及
光源，所述光源沿所述光导板的边缘被设置，以将源光注入到所述光导板中；
其中所述光导板是楔形的，以提取所述源光并照射所述透明盖的所述表面处的所述对象。
11.如权利要求9所述的透镜系统，其特征在于，进一步包括图像传感器，所述图像传感器被设置在所述输出微透镜阵列后方由所述输出微透镜阵列确立的所述经调整图像共轭距离处。
12.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：
所述第一透镜阵列组装件包括第一渐变折射率微透镜结构阵列；
所述第一渐变折射率微透镜结构阵列的每个渐变折射率微透镜结构对应于所述第一多个单元中的相应一个单元；
所述第二透镜阵列组装件包括第二渐变折射率微透镜结构阵列；以及
所述第二渐变折射率微透镜结构阵列的每个渐变折射率微透镜结构对应于所述第二多个单元中的相应一个单元。
13.一种透镜系统，包括：
第一对串联微透镜阵列，所述第一对的每个微透镜阵列包括相应的一组小透镜，每个小透镜具有第一共同焦距；以及
第二对串联微透镜阵列，所述第二对的每个微透镜阵列包括相应的一组小透镜，每个小透镜具有第二共同焦距；
其中：
所述第一对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的光轴彼此分隔开达所述第一共同焦距，使得所述第一对的所述微透镜阵列被配置为提供从对象发出的光的经相位校正的傅立叶变换的表示，所述表示沿被设置在所述第一对和第二对之间的平面被提供；
所述第二对的所述串联微透镜阵列沿所述透镜系统的所述光轴彼此分隔开达所述第二共同焦距，使得所述第二对的所述微透镜阵列被配置为经由所述表示的经相位校正的傅立叶变换提供所述对象的图像；
所述第一对和第二对串联微透镜阵列沿所述透镜系统的所述光轴相对于彼此定位成使得所述对象的所述图像被提供在距所述第二对串联微透镜阵列的图像共轭距离处；以及
所述第一对串联微透镜阵列和所述第二对串联微透镜阵列之间的距离取决于所述对象的对象共轭距离、所述图像共轭距离、所述第一和第二共同焦距，以及所述第一和第二对串联微透镜阵列的相应间距。
14.如权利要求13所述的透镜系统，其特征在于，所述图像共轭距离经由所述对象的对象共轭距离、所述第一对和第二对之间的距离、所述第一和第二共同焦距、所述第一对的第一间距和所述第二对的第二间距的函数来确立。
15.如权利要求13所述的透镜系统，其特征在于，所述距离为零，使得所述第一对和第二对彼此接触。
16.如权利要求13所述的透镜系统，其特征在于，所述第一和第二间距彼此相等。
17.如权利要求13所述的透镜系统，其特征在于，所述第一和第二共同焦距彼此相等。
18.如权利要求13所述的透镜系统，其特征在于，进一步包括：
输入微透镜阵列，所述输入微透镜阵列被设置在所述对象和所述第一对之间，以准直从所述对象发出的光；
输出微透镜阵列，所述输出微透镜阵列沿所述光轴被定位在所述第二对后方，以将所述图像聚焦在比所述图像共轭距离更近的经调整图像共轭距离处；
透明盖，所述透明盖被设置在所述输入微透镜阵列的前方，所述透明盖具有前表面，所述对象被设置在所述前表面处；
光导，所述光导被设置在所述透明盖和所述输入微透镜阵列之间；以及
光源，所述光源沿所述光导的边缘被设置，以将源光注入到所述光导中；
其中所述光导是楔形的，以提取所述源光并照射所述透明盖的所述表面处的所述对象。
19.一种指纹读取器，包括：
光源；
光导，所述光导具有边缘，所述光源被设置在所述边缘处，所述光导被配置为照射所述光导前的指纹图案；
第一对和第二对串联微透镜阵列，所述第一对和第二对中的相应微透镜阵列彼此间隔开以实现经相位校正的傅立叶变换，所述第一对和第二对串联微透镜阵列相对于彼此被定位成使得在距所述第二对串联微透镜阵列的图像共轭距离处提供对象的图像，其中所述第一对的每个微透镜阵列包括相应的一组小透镜，每个小透镜具有第一共同焦距，并且其中所述第二对的每个微透镜阵列包括相应的一组小透镜，每个小透镜具有第二共同焦距；
输入微透镜阵列，所述输入微透镜阵列被设置在所述第一对前方，以为所述第一对和第二对准备从所述指纹图案发出的光；
输出微透镜阵列，所述输出微透镜阵列被定位在所述第二对后方，以调整所述图像共轭距离；
图像传感器，所述图像传感器被设置在所述经调整图像共轭距离处，以捕获所述指纹图案的表示；
其中所述第一对串联微透镜阵列和所述第二对串联微透镜阵列之间的距离取决于所述对象的对象共轭距离、所述图像共轭距离、所述第一和第二共同焦距，以及所述第一和第二对串联微透镜阵列的相应间距。
20.如权利要求19所述的指纹读取器，其特征在于，所述输入微透镜阵列被配置为准直从所述指纹图案发出的光。
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