CN111066263B - 超薄平面无透镜相机 - Google Patents

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Abstract

一种无透镜成像设备，至少部分地包括多个像素，每个像素具有光检测器和相关联的光学元件，该相关联的光学元件适于使像素响应从目标接收的不同方向的光。每个像素具有与其余像素的至少一个子集的视场重叠的视场。光学元件可以是透明介电元件、透明MEMS部件、透明微透镜，或者包括一个或更多个金属壁。光学元件可以是在像素上形成的连续映射层。每个像素可以具有或不具有高斯分布响应。无透镜成像设备根据像素的光学传递函数以及像素对从目标接收的光的响应来形成目标的图像。

Description

超薄平面无透镜相机
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35条119(e)款要求2017年7月21日递交的申请序列号为62/535,375的权益，该申请的内容通过引用以其整体并入本文。
发明领域
本发明涉及成像设备，且更具体地说，涉及无透镜成像设备。
发明背景
传统的光学成像系统使用透镜在传感器阵列上形成目标对象的图像。光学相控阵接收机可以通过使用波束形成技术而被用作相干成像设备。基于信号相关的非相干成像技术也被用于天文学。
发明概述
根据本发明的一个实施例，一种无透镜成像设备部分地包括多个像素，所述多个像素中的每个像素具有光检测器和相关联的光学元件，所述相关联的光学元件适于使像素响应从目标接收的不同方向的光。每个像素具有与其余像素的至少一个子集的视场重叠的视场。
在一个实施例中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明介电元件。在一个实施例中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明MEMS部件。在一个实施例中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明微透镜。在一个实施例中，每个光学元件具有一个或更多个金属壁，所述一个或更多个金属壁相对于参考角度具有不同角度。
在一个实施例中，所述像素的第一子集中的每一个像素都具有高斯分布响应。在一个实施例中，所述像素的第一子集中的每一个像素都具有非高斯分布响应。在一个实施例中，多个光学元件形成连续的映射层。在一个实施例中，所述像素形成一维阵列。在一个实施例中，所述像素形成二维阵列。在一个实施例中，所述像素形成三维阵列。在一个实施例中，无透镜成像设备根据像素的光学传递函数以及像素对从目标接收的光的响应来形成目标的图像。
根据本发明的一个实施例，一种无透镜成像设备部分地包括多个光栅耦合器，所述多个光栅耦合器中的每个光栅耦合器适于响应从目标接收的不同方向的光。
根据本发明的一个实施例，一种形成目标的图像的方法至少部分地包括从多个像素中的每一个像素接收响应，并且根据所接收的响应且还根据像素的光学传递函数来形成图像。每个像素响应从不同方向从目标接收的光，并且每个像素具有与一个或更多个其他像素的视场重叠的视场。
在一个实施例中，每个像素包括光检测器和相关联的光学元件。在一个实施例中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明介电元件。在一个实施例中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明MEMS部件。在一个实施例中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明微透镜。在一个实施例中，每个光学元件具有一个或更多个金属壁，所述一个或更多个金属壁相对于参考角度具有不同角度。
在一个实施例中，所述像素的第一子集中的每一个像素都具有高斯分布响应。在一个实施例中，所述像素的第一子集中的每一个像素都具有非高斯分布响应。在一个实施例中，多个光学元件形成连续的映射层。在一个实施例中，所述像素形成一维阵列。在另一个实施例中，所述像素形成二维阵列。在一个实施例中，所述像素形成三维阵列。
根据本发明的一个实施例，一种形成目标的图像的方法部分地包括从多个光栅耦合器中的每一个光栅耦合器接收响应，并根据所接收的响应且还根据多个光栅耦合器的光学传递函数来形成图像。每个光栅耦合器响应从目标接收的不同方向的光。每个光栅耦合器具有与一个或更多个其他光栅耦合器的视场重叠的视场。
附图简述
图1是根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图2是根据本发明一个实施例的无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图3A是根据本发明的一个实施例的一维无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图3B示出了图3A中所示成像设备的多个光栅耦合器的方向响应性。
图4是根据本发明的一个实施例的二维无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图5A是根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图5B是根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图5C是根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图5D是根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的由图3A的光栅耦合器捕获的光的强度分布模式。
图7是根据本发明的一个实施例的一维无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图8A和图8B是根据本发明的一个实施例的图7的成像设备的两个像素的示例性响应模式。
图9是根据本发明的一个实施例的二维无透镜成像设备的简化高层次侧视图。
图10示出了根据本发明的一个实施例的形成无透镜成像设备的一维阵列中的像素的计算机模拟强度分布模式。
图11示出了根据本发明的实施例的被成像的目标的强度分布模式。
图12是根据本发明的一个实施例的使用具有一维像素阵列的无透镜成像设备形成的图11中的目标的图像的计算机模拟。
图13是根据本发明的一个实施例的使用具有一维像素阵列的无透镜成像设备形成的图11中的目标的图像的计算机模拟。
图14示出了根据本发明的一个实施例的图3A中所示的光栅耦合器的强度分布模式。
图15是根据本发明的一个实施例的使用无透镜成像设备重新构建的目标的彩色图像。
图16是根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备的像素阵列对图15中所示目标的响应。
图17显示了使用图16中所示响应形成的图15中所示目标的图像。
图18是根据本发明的另一实施例的无透镜成像设备的像素阵列对图15中所示目标的响应。
图19显示了使用图18中所示响应形成的图15中所示目标的图像。
图20示出了根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备的一维像素阵列的强度分布模式的计算机模拟。
图21示出了根据本发明的实施例的被成像的目标的强度分布模式。
图22示出了由无透镜成像的像素阵列形成的图21中所示目标的图像，无透镜成像的像素阵列的强度分布模式如图20中所示。
发明详述
根据本发明的一个实施例，一种无透镜成像设备包括由多个接收器元件形成的方向敏感的接收器阵列，所述多个接收器元件对来自目标的光所接收自的不同方向具有不同的响应。
根据本发明的实施例，无透镜成像设备提供了许多优点。根据本发明的实施例，无透镜成像设备的厚度可以小到几个波长；因此其又薄又紧凑。与需要大体积透镜来有效地收集光的传统相机不同，根据本发明的实施例，无透镜成像设备不需要任何外部光学部件，例如透镜。
图1是根据本发明的一个实施例的非相干/相干无透镜成像设备100的简化高层次侧视图。成像设备100被示为包括被示为分别对从方向θ1 θ2...θN接收的光敏感的N个方向敏感的光学接收器(可选地，本文称为像素或检测器)101、102、103...10N。成像设备100如下所述进行操作。
在非相干/相干成像系统中，从目标上不同点接收的相量振幅是不相关的，因为照明在空间上是不相干的。下面的等式(1)示出了对于一维像素阵列在目标的图像的光强和从目标沿着x方向发出的光强之间的关系：
IIM(fx)＝|H(fx)|2ITAR(fx)＝H(fx)ITAR(fx) (1)
在等式(1)中，IIM(fx)表示图像光强，其被示为沿x方向接收的光强的傅立叶变换的函数，H(fx)是提供目标与其图像之间的映射的光学传递函数，|H(fx)|2表示H(fx)的绝对值的平方，以及，ITAR(fx)表示目标光强，其被示为从目标沿x方向发出的光强的傅立叶变换的函数。
在二维空间中，光学传递函数可以通过以下表达式表示：
在等式(2)中，h(u，v)表示与成像系统相关联的点扩散函数，FT表示傅立叶变换操作，以及，(u，v)是表示沿着x-y轴的位置的变量。
使用帕西瓦尔恒等式，可以看出：
在等式(3)中，p和q是积分中使用的变量。因此，光学传递函数H(fx，fy)是振幅传递函数(ATF)的归一化自相关函数。从几何学上来说，光学传递函数是ATF与ATF的空间移位形式的重叠面积除以ATF的总面积。
图2是根据本发明的一个实施例的非相干无透镜成像设备150的简化高层次侧视图，其包括N个像素101…10N。图2中还示出了像素101…10N的视场，每个视场由像素的光学传递函数H定义。每个这样的像素10i(其中，i是从1到N的范围内的索引)具有视场和传递函数，该传递函数与多个相邻像素10i-m...10i-1，10i+1…10i+m(其中m是整数)的传递函数重叠，这在图2中所示的重叠视场中也可以看到。例如，像素101的视场被显示为设置在线12、14之间，像素102的视场被显示为设置在线16、18之间。
对于宽度为D的像素，有效角度接收区域具有以下衍射极限：
根据本发明的一个实施例，因为每个像素10i对从不同方向接收的光敏感，所以每个像素不同地捕获入射光。在像素10i的中心附近以角度θ到达的光的强度，即可以如下所示被定义：
在等式(4)中，Hi(θ)表示像素10i的光学传递函数，Itar(θ)表示从目标接收的光的强度，以及，*表示卷积操作。
因为成像设备具有N个像素，所以由N个像素接收的光的强度可以由如下所示定义的向量来表示：
在等式(5)中，向量中的每个条目表示沿着方向θ接收的平均光强，/>表示传递函数的向量，以及，/>表示从目标沿着方向θ发出的平均光强。
等式(5)中的每个向量可以通过矩阵表示。假设M表示等式(5)中值的离散化，向量可以通过1×N矩阵Y表示，向量/>可以通过N×M矩阵H表示，以及，向量/>可以通过1×M矩阵I表示：
因此，等式(5)可以矩阵形式示出为：
Y＝H.I (6)
参考等式(6)，因为根据本发明，矩阵Y是由成像设备获得的，并且由矩阵H表示的像素的传递函数也是已知的，如下面进一步描述的，可以计算由矩阵I表示的目标的图像。
图3A是根据本发明的一个实施例的一维无透镜成像设备200的简化视图。成像设备200被示出为包括N个光栅耦合器201、202…20N，每个光栅耦合器201、202…20N适于对接收自其图像正由成像设备形成的目标的光具有不同的响应特性。如图所示，例如，在图3B中，光栅耦合器201被显示为响应以角度θ1到达的光，光栅耦合器202被显示为响应以角度θ2到达的光，以及，光栅耦合器20N被显示为响应以角度θN到达的光。
在一个实施例中，通过改变光栅耦合器的开口之间的间距，光栅耦合器对入射光的角度的敏感性和响应性可以改变。这种角度/方向敏感性/响应性在本文也被称为角度视图。
参考图3A和图3B，假设入射光具有1550nm的波长，并且假设每个光栅耦合器(接收元件或像素)是0.1mm长。因为每个这样的接收元件的衍射极限接近dθ＝1.1度，所以为了具有例如120度的视场(FOV)，在这样的实施例中需要将近111个接收元件来重建目标的图像。假设接收元件具有1um的间距，图3A和图3B中所示的成像设备的接收孔径接近1mm乘以1mm。
图4是根据本发明的一个实施例的二维无透镜成像设备250的简化视图。成像设备250被示为包括N×M的光栅耦合器阵列。行351显示为包括光栅耦合器2011、2012...201M。类似地，行35N显示为包括光栅耦合器20N1、20N2...20NM。每个光栅耦合器20ij具有不同的角度视图，其中i是从1到N的范围内的索引，且j是从1到M的范围内的索引。
根据本发明的另一实施例，除了具有不同的角度视图之外，无透镜成像设备的不同像素或不同像素子集可以对不同波长的光具有不同的响应。这种对光波长的附加敏感性增加了成像设备捕获的信息，从而使其能够形成目标图像的更高分辨率，这反映在由等式6表示的矩阵的更高秩中。在又一些实施例中，通过形成对不同波长具有不同响应的像素，根据本发明的实施例，成像设备适于针对每个不同波长形成目标的不同图像。
图5A是根据本发明的一个实施例的无透镜成像设备400的简化高层次侧视图。成像设备400被示出为包括N个像素38i，每个像素38i被示出为包括覆盖光检测器30i的透明介电层35i，其中i是从1到N的范围内的索引。从图5A可以看出，形成在光检测器上方的介电层的斜率适于在像素阵列上变化，从而导致像素的角度视图彼此不同。例如，像素381被示为具有θ1的角度视图，而像素38N被示为具有θN的角度视图。尽管图5A中未示出，但是应当理解，阵列中每个像素的视场与阵列中多个其他像素的视场重叠。
图5B是根据本发明的另一个实施例的无透镜成像设备410的简化高层次侧视图。成像设备410被示出为包括N个像素48i，每个像素48i被示出为包括面向其相关联的检测器30i的金属壁45i，其中，i是从1到N的范围内的索引。从图5B中可以看出，每个检测器和其相关联的面向检测器的壁之间的角度定义了像素的角度视图。例如，检测器301和壁451之间的角度定义了像素481的角度视图θ1。同样，检测器30N和壁45N之间的角度定义了像素48N的角度视图θN。尽管图5B中未示出，但是应当理解，阵列中每个像素的视场与阵列中多个其他像素的视场重叠。
图5C是根据本发明的另一实施例的无透镜成像设备420的简化高层次视图。成像设备420被示出为包括N个像素58i，每个像素58i被示出为包括检测器30i和相关联的微机电系统(MEMS)部件55i，其中i是从1到N的范围内的索引。从图5C可以看出，每个检测器与其相关联的MEMS部件之间的角度定义了像素的角度视图。例如，检测器301与其相关联的MEMS部件551之间的角度定义了像素581的角度视图θ1。同样，检测器30N与其相关联的MEMS部件55N之间的角度定义了像素58N的角度视图θN。通过改变MEMS部件55i的角度，可以改变像素58i的角度视图θi。应当理解的是，每个MEMS部件55i衍射其接收的光。尽管图5C中未示出，但是应当理解，阵列中每个像素的视场与阵列中多个其他像素的视场重叠。
图5D是根据本发明的另一实施例的无透镜成像设备430的简化高层次视图。成像设备430被示出为包括N个像素68i，每个像素68i被示出为包括检测器30i和相关联的微透镜65i，其中i是从1到N的范围内的索引。如从图5D可看到的，每个检测器与其相关联的微透镜之间的角度定义了像素的角度视图。例如，检测器301与其相关联的微透镜651之间的角度定义了像素681的角度视图θ1。同样，检测器30N与其相关联的微透镜65N之间的角度定义了像素68N的角度视图θN。通过改变微透镜65i的角度，可以改变像素68i的角度视图θi。应当理解的是，每个微透镜65i衍射其接收的光。尽管图5D中未示出，但是应当理解，阵列中每个像素的视场与阵列中多个其他像素的视场重叠。虽然未示出，但是应当理解，在上述图5A-5D中的任何一个中示出的像素阵列可以堆叠，以便形成三维阵列，从而增加被捕获的光的量，并因此增强图像构建。
在一些实施例中，由每个像素捕获的光可以具有高斯分布。在一些实施例中，每对相邻像素的角度视图之间的差异可以是相同的。例如，在图5A所示的实施例中，对于所有i，θi和θi+1之间的差异可以被选择为相同的。对于每个像素，强度分布模式Ic(θ)可以定义为：
其中，σ表示光束宽度，以及，(θ-θc)表示与该像素的角度视图的偏离程度。例如，参考图5A，像素38i适于从以θi到达的光捕获最高量的光。
在其他实施例中，不同对相邻像素的角度视图之间的差异可以被随机选择，并且因此可以是不同的。因此，在这样的实施例中，差异(θi-θi+1)对于不同的i可能不同。
在本发明的一些实施例中，由像素捕获的光不具有高斯分布模式。图6示出了由光栅耦合器(例如图3A和图3B所示的光栅耦合器20i)捕获的光的强度分布模式。如从图6可以看出，光栅耦合器捕获的光的强度分
布模式不是高斯型的。
根据本发明的一个实施例，无透镜成像设备包括在检测器阵列上方形成的映射层。图7是无透镜成像设备550的简化剖视图，无透镜成像设备550被示为包括检测器30i的一维阵列510和覆盖检测器30i的映射层500。映射层500适于对于位于其下方的不同光检测器具有不同的几何形状。不同的几何形状因此确保不同的检测器具有不同的角度视图或响应特性。图8A和图8B是阵列510中的两个检测器的示例性响应模式，其由覆盖两个检测器的映射层500的不同几何形状引起。由于覆盖的映射层的存在，图8A的检测器对从方向θ1和θ2接收的光显示出最大敏感性，而图8B的检测器对从方向θ3、θ4和θ5接收的光显示出最大敏感性。如上所述，通过使用与每个检测器相关联的映射层500的传递函数H连同每个检测器接收的光，形成目标的图像。
图9是无透镜成像设备650的简化透视图，无透镜成像设备650被示为包括检测器的二维阵列610和覆盖检测器的映射层600。映射层600适于对于位于其下方的不同光检测器具有不同的几何形状。不同的几何形状确保不同的下层检测器具有不同的角度响应模式。
图10是根据本发明的一个实施例的十个像素的一维接收器阵列的强度分布模式的计算机模拟，每个像素具有不同的高斯分布模式。如从图10看到的，每个像素具有不同的峰值和角度视图。如从图10中还可以看到的，根据本发明的实施例，许多分布模式重叠。
图11示出了根据本发明的实施例的被成像的目标的强度分布模式。图12示出了根据本发明的一个实施例的使用具有20个像素的一维阵列的无透镜成像设备构建的图11的目标的图像的计算机模拟。如上面进一步描述，通过了解每个像素的光学传递函数以及从每个这样的像素接收的响应，形成图12中的图像。图13的曲线750示出了根据本发明的一个实施例的使用具有100个像素的一维阵列的无透镜成像设备构建的图11的目标的图像的计算机模拟。图13的曲线760显示了与图12中所示相同的图像。图14示出了根据本发明的一个实施例的图3A中所示光栅耦合器的强度分布模式。
图15是根据本发明的一个实施例的使用无透镜成像设备重建的目标(CiT)的彩色图像。图16是10×10接收元件(像素)阵列对图15中所示目标的响应，每个接收元件(像素)都适于如上所述具有不同高斯分布模式。图17显示了使用图16所示响应形成的图15中所示目标的图像。
图18是100×100像素阵列对图15中所示目标的响应，每个像素都适于如上所述具有不同高斯分布模式。图19显示了使用图18中所示响应形成的图15中所示目标的图像。
图20示出了根据本发明的一个实施例的具有多个像素的一维接收器阵列的强度分布模式的计算机模拟。如从图20可以看出，每个像素都具有具备不同的峰值和角度视图的非高斯分布模式。从图20中还可以看出，根据本发明的实施例，许多分布模式重叠。
图21示出了根据本发明的实施例的被成像的目标710的强度分布模式。图21中还显示了注入图像的噪声720。图22的曲线810示出了在不含有注入噪声720的情况下图21的目标710的图像。由曲线810表示的图像是使用具有接收元件的一维接收器阵列形成的，接收元件具有非高斯分布模式，如图20所示。图22的曲线820示出了在含有注入噪声720的情况下图21的目标710的图像。由曲线820表示的图像是使用具有接收元件的一维接收器阵列形成的，接收元件具有非高斯分布模式，如图20所示。图22中还显示了图21的目标710的图像。
本发明的上述实施例是说明性的而不是限制性的。本发明的实施例不受阵列中接收元件或像素的数量或阵列维数的限制。本发明的上述实施例不受光的波长或频率限制。其他修改和变化对于本领域技术人员将是明显的，并且被认为落入所附权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种无透镜成像设备，包括：
多个像素，每个像素包括光检测器和相关联的光学元件，所述相关联的光学元件适于使所述像素响应从目标接收的不同方向的光，每个像素具有与所述多个像素中其余像素的至少一个子集的视场重叠的视场，
其中，所述无透镜成像设备根据所述多个像素的光学传递函数以及所述多个像素对从目标接收的光的响应来形成所述目标的图像。
2.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明介电元件。
3.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明MEMS部件。
4.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明微透镜。
5.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，每个光学元件具有相对于参考角度具有不同角度的一个或更多个金属壁。
6.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，所述多个像素的至少第一子集具有高斯分布响应。
7.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，所述多个像素的至少第一子集具有非高斯分布响应。
8.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，所述多个像素的多个光学元件形成连续的映射层。
9.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，所述多个像素形成一维阵列。
10.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，所述多个像素形成二维阵列。
11.根据权利要求1所述的无透镜成像设备，其中，所述多个像素形成三维阵列。
12.一种无透镜成像设备，包括：
多个光栅耦合器，每个光栅耦合器适于响应从目标接收的不同方向的光，其中，所述多个光栅耦合器的至少第一光栅耦合器的开口之间的间距与所述多个光栅耦合器的至少第二光栅耦合器的开口不同，所述多个光栅耦合器根据所述多个光栅耦合器的光学传递函数形成所述目标的图像。
13.一种形成目标的图像的方法，所述方法包括：
从多个像素中的每一个像素接收响应，每个像素响应从所述目标接收的不同方向的光，每个像素具有与所述多个像素中的其余像素的至少一个子集的视场重叠的视场；以及
根据所接收到的响应并还根据所述多个像素的光学传递函数形成所述图像。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，每个像素包括光检测器和相关联的光学元件。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明介电元件。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明MEMS部件。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，每个光学元件是相对于参考角度具有不同角度的透明微透镜。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，每个光学元件具有相对于参考角度具有不同角度的一个或更多个金属壁。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个像素的至少第一子集具有高斯分布响应。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个像素的至少第一子集具有非高斯分布响应。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个像素的多个光学元件形成连续的映射层。
22.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个像素形成一维阵列。
23.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个像素形成二维阵列。
24.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个像素形成三维阵列。
25.一种形成目标的图像的方法，所述方法包括：
从多个光栅耦合器中的每一个光栅耦合器接收响应，每个光栅耦合器响应从所述目标接收的不同方向的光，每个光栅耦合器具有与所述多个光栅耦合器中的其余光栅耦合器的至少一个子集的视场重叠的视场，其中，所述多个光栅耦合器的至少第一光栅耦合器的开口之间的间距与所述多个光栅耦合器的至少第二光栅耦合器的开口不同；和
根据所接收到的响应并还根据所述多个光栅耦合器的光学传递函数形成所述图像。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11882371B2 (en) * 2017-08-11 2024-01-23 California Institute Of Technology Lensless 3-dimensional imaging using directional sensing elements

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4585948A (en) * 1983-03-15 1986-04-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Non-scanning integrated optical system with wide field of view search capability
CN1949833A (zh) * 2005-10-13 2007-04-18 电装波动株式会社 具有二维光电检测器的成像设备
CN101027598A (zh) * 2004-07-23 2007-08-29 米拉茨创新有限公司 宽视场双目装置、系统和套件
CN101455071A (zh) * 2006-04-04 2009-06-10 奥多比公司 改进的全光照相机
CN101622716A (zh) * 2007-02-26 2010-01-06 宙斯盾光波公司 使用可调谐薄膜滤波器的集成波长可选择光电二极管
CN102265124A (zh) * 2008-11-04 2011-11-30 威廉马什赖斯大学 像映射光谱仪
CN102710902A (zh) * 2011-02-16 2012-10-03 意法半导体(R&D)有限公司 多通道图像传感器
CN103837937A (zh) * 2014-03-19 2014-06-04 清华大学深圳研究生院 棱镜-光栅光波导耦合器及光波导设备
CN104375270A (zh) * 2014-09-22 2015-02-25 北京理工大学 多孔径部分重叠仿生复眼成像光学系统的设计方法
CN104395818A (zh) * 2012-01-15 2015-03-04 泽克泰克显示系统私人有限公司 光学成像系统和3d显示设备
CN104518835A (zh) * 2013-10-08 2015-04-15 中兴通讯股份有限公司 一种可见光通信mimo系统的接收装置
WO2016199984A1 (ko) * 2015-06-11 2016-12-15 주식회사 지피 파장 다중화 광수신 모듈
WO2017095587A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-08 Rambus Inc. Systems and methods for improving resolution in lensless imaging

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4915463A (en) * 1988-10-18 1990-04-10 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Multilayer diffraction grating
US6631842B1 (en) * 2000-06-07 2003-10-14 Metrologic Instruments, Inc. Method of and system for producing images of objects using planar laser illumination beams and image detection arrays
US6271537B1 (en) * 1998-11-20 2001-08-07 California Institute Of Technology Slotted quantum well sensor
DE69909480T2 (de) * 1999-09-15 2004-04-15 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. Integriert-optischer Sensor
WO2001073504A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-04 California Institute Of Technology Adjustable liquid crystal blazed grating deflector
US20030038933A1 (en) * 2001-04-19 2003-02-27 Dimensional Photonics Inc. Calibration apparatus, system and method
US6750846B2 (en) * 2001-12-05 2004-06-15 Em Microelectronic - Marin Sa Sensing device for optical pointing devices such as an optical mouse
US7057720B2 (en) * 2003-06-24 2006-06-06 Corning Incorporated Optical interrogation system and method for using same
US7106526B2 (en) * 2004-04-21 2006-09-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thin imaging apparatus, a thin camera, and an imaging method
US7830561B2 (en) * 2005-03-16 2010-11-09 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Lensless imaging with controllable apertures
US9239455B2 (en) * 2007-12-31 2016-01-19 Stc.Unm Structural illumination and evanescent coupling for the extension of imaging interferometric microscopy
US8809758B2 (en) * 2008-07-25 2014-08-19 Cornell University Light field image sensor with an angle-sensitive pixel (ASP) device
EP3836215A1 (en) * 2008-07-25 2021-06-16 Cornell University Light field image sensor, method and applications
DE102009049387B4 (de) * 2009-10-14 2016-05-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung, Bildverarbeitungsvorrichtung und Verfahren zur optischen Abbildung
EP2325634B1 (en) * 2009-11-19 2015-03-18 Seiko Epson Corporation Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
EP2502115A4 (en) * 2009-11-20 2013-11-06 Pelican Imaging Corp RECORDING AND PROCESSING IMAGES THROUGH A MONOLITHIC CAMERA ARRAY WITH HETEROGENIC IMAGE CONVERTER
DE102010031535A1 (de) * 2010-07-19 2012-01-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bildaufnahmevorrichtung und Verfahren zum Aufnehmen eines Bildes
WO2013049202A1 (en) * 2011-09-26 2013-04-04 Roukes Michael L Brain-machine interface based on photonic neural probe arrays
CN103139470A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 索尼公司 数字成像系统
US9582083B2 (en) * 2011-12-22 2017-02-28 Apple Inc. Directional light sensors
US9250445B2 (en) * 2012-08-08 2016-02-02 Carol Ann Tosaya Multiple-pixel-beam retinal displays
US9110240B2 (en) * 2013-03-05 2015-08-18 Rambus Inc. Phase gratings with odd symmetry for high-resolution lensed and lensless optical sensing
JP2015060067A (ja) * 2013-09-18 2015-03-30 株式会社東芝 撮像レンズ及び固体撮像装置
US9484386B2 (en) * 2013-11-27 2016-11-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Diffraction grating with multiple periodic widths
US9390505B2 (en) * 2013-12-12 2016-07-12 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for generating plenoptic depth maps
DE102013226789B4 (de) * 2013-12-19 2017-02-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mehrkanaloptik-Bildaufnahmevorrichtung und Mehrkanaloptik-Bildaufnahmeverfahren
JP2015153975A (ja) * 2014-02-18 2015-08-24 ソニー株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および電子機器
CN109893084A (zh) * 2014-06-20 2019-06-18 拉姆伯斯公司 用于有透镜和无透镜的光学感测的系统和方法
TWI558982B (zh) * 2014-09-24 2016-11-21 原相科技股份有限公司 光學感測器及光學感測系統
US9612401B2 (en) * 2015-02-18 2017-04-04 Ciena Corporation Method and system for providing optical connections
US10565734B2 (en) * 2015-04-15 2020-02-18 Google Llc Video capture, processing, calibration, computational fiber artifact removal, and light-field pipeline
WO2017011125A1 (en) * 2015-07-13 2017-01-19 Rambus Inc. Optical systems and methods supporting diverse optical and computational functions
US9837455B2 (en) * 2016-01-20 2017-12-05 Visera Technologies Company Limited Image sensor
CN107179575B (zh) * 2016-03-09 2022-05-24 松下知识产权经营株式会社 光检测装置及光检测系统
US20190209102A1 (en) * 2016-08-08 2019-07-11 Kromek Group, PLC Transformable gamma cameras
CN109804616B (zh) * 2016-09-26 2021-01-08 株式会社日立制作所 摄像装置
CN110462487B (zh) * 2017-03-21 2022-07-01 奇跃公司 用于组合视场的具有不同衍射光栅的堆叠波导
WO2018217823A1 (en) * 2017-05-22 2018-11-29 Stc. Unm Integrated bound-mode spectral sensors with chirped gratings

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4585948A (en) * 1983-03-15 1986-04-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Non-scanning integrated optical system with wide field of view search capability
CN101027598A (zh) * 2004-07-23 2007-08-29 米拉茨创新有限公司 宽视场双目装置、系统和套件
CN1949833A (zh) * 2005-10-13 2007-04-18 电装波动株式会社 具有二维光电检测器的成像设备
CN101455071A (zh) * 2006-04-04 2009-06-10 奥多比公司 改进的全光照相机
CN101622716A (zh) * 2007-02-26 2010-01-06 宙斯盾光波公司 使用可调谐薄膜滤波器的集成波长可选择光电二极管
CN102265124A (zh) * 2008-11-04 2011-11-30 威廉马什赖斯大学 像映射光谱仪
CN102710902A (zh) * 2011-02-16 2012-10-03 意法半导体(R&D)有限公司 多通道图像传感器
CN104395818A (zh) * 2012-01-15 2015-03-04 泽克泰克显示系统私人有限公司 光学成像系统和3d显示设备
CN104518835A (zh) * 2013-10-08 2015-04-15 中兴通讯股份有限公司 一种可见光通信mimo系统的接收装置
CN103837937A (zh) * 2014-03-19 2014-06-04 清华大学深圳研究生院 棱镜-光栅光波导耦合器及光波导设备
CN104375270A (zh) * 2014-09-22 2015-02-25 北京理工大学 多孔径部分重叠仿生复眼成像光学系统的设计方法
WO2016199984A1 (ko) * 2015-06-11 2016-12-15 주식회사 지피 파장 다중화 광수신 모듈
WO2017095587A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-08 Rambus Inc. Systems and methods for improving resolution in lensless imaging

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