Lentille bifocale plate avec différentes caractéristiques d’imagerie pour un système d’imagerie à double capteur

fabrication

Le BDL conçu a été fabriqué par photolithographie sur un photorésist passif. La figure 3a montre le processus de photolithographie. Une couche de résine photosensible passive (SU-8, Microchem) est placée au-dessus d’une couche de verre (dioxyde de silicium). En plaçant le masque conçu entre la lentille d’objectif de la lithographie et le substrat revêtu de la résine photosensible négative, la lumière ultraviolette solidifie la résine photosensible exposée avec la source lumineuse de la machine de lithographie allumée. Ensuite, avec le développement, la BDL complète finale est synthétisée, comme le montre la figure 3b. La figure 3c, d est une micrographie de la BDL fabriquée. La taille globale du substrat est de 12 mm (longueur) x 12 mm (largeur). Le diamètre de l’usine BDL est de 6 mm. De plus, la hauteur de ces anneaux est de 0,6 µm, et la largeur de l’anneau le plus étroit est de 3 µm. De par sa conception, le ZP interne du BDL fabriqué a un diamètre de 3 mm et le ZP externe a une largeur de 1,5 mm. La longueur d’onde opérationnelle conçue est de 532 nm.

Montage expérimental

Afin de démontrer les caractéristiques d’imagerie de la focalisation longue et courte du BDL, deux types d’expériences sont réalisées avec la focalisation longue et courte du BDL, y compris le test de précision de la cible et le test d’imagerie de l’objet réel. Des diagrammes schématiques de deux types identiques de configurations d’expérience sont présentés sur les figures 4a, b. Pour tester la cible de précision, un tube collimateur (FPG-7, Huazhong Precision Instruments Co., Ltd., Chine) avec une source de lumière blanche et un filtre optique (GCC-202105, Daheng Optics Co., Ltd., Chine) est utilisé dans l’expérience de test de cible de résolution. . Le BDL est situé entre le tube du collimateur et le capteur CMOS (FT-GS500C, Fangte Technology Co., Ltd., Chine). La taille du capteur CMOS est de 1/2,5″ et la taille et la résolution des pixels sont respectivement de 2,2 µm x 2,2 µm et 2592 x 1944 pixels. Les images sont enregistrées en déplaçant la position du capteur CMOS axialement. Notamment, les distances entre le capteur BDL et le CMOS pour les mesures sont d’environ 27 mm et 81 mm, qui sont approximativement égales aux distances focales correspondant respectivement à la longue focale et à la courte focale du BDL, car les mesures sont une infinie imagerie à distance à travers le tube collimateur.

Schéma de principe des paramètres expérimentaux. (une) Schéma de mise en place d’une expérience de test de précision. (BUn diagramme schématique de la configuration réelle de l’expérience d’imagerie d’objet.

Dans le test d’imagerie réel des objets, le même filtre optique et le même capteur COMS sont également utilisés. Notamment, l’objet imagé passe d’une cible de précision à des objets réels. De même, les images sont enregistrées en déplaçant axialement la position du capteur CMOS. Dans toutes les expériences d’imagerie d’objets, les distances objectives ont été délibérément modélisées à une distance plus longue par rapport aux distances focales BDL. Par conséquent, la distance d’image (la distance entre le capteur BDL et le CMOS) Cinquième= 1 / (1 /F-1/tu) ≈ 1/1/F=F. Par conséquent, il peut être considéré comme une imagerie à distance infinie, ce qui signifie que les distances entre le BDL et le capteur CMOS sont approximativement égales aux distances focales correspondant à la focale courte et longue (27 mm et 81 mm), respectivement.

Caractérisation longue focale

La caractéristique de haute précision de la longue focale de BDL a été démontrée. Afin de montrer les performances de précision de la mise au point à longue distance focale, le BDL et la lentille de réfraction conventionnelle (même distance focale et diamètre que le BDL) sont mesurés ensemble à des fins de comparaison. L’objectif de précision est utilisé pour tester la précision de la longue mise au point de BDL et FZP, comme le montre la figure 4a. Les résultats mesurés pour les lentilles réfractives conventionnelles et le BDL sont présentés sur les figures 5a, b, respectivement. Pour un objectif de précision de 9 lp/mm, il est clair que les lignes de la cible de test de précision peuvent être distinguées par BDL, alors que la lentille réfringente ne peut pas distinguer ces lignes. Pour rendre le résultat plus clair, les courbes de visualisation sont tracées en niveaux de gris pour les images cibles plus petites, comme illustré à la Fig. 5c. Par rapport à la lentille de réfraction conventionnelle, la courbe BDL fluctue plus fortement. Bien que l’image semble nette et inégale en raison de la faible perte de fréquence spatiale, cela n’affecte pas ses caractéristiques pour l’imagerie de détails agrandis à haute résolution. Par expérience, la précision de la lentille de réfraction conventionnelle est de 24,60, tandis que la précision du BDL à longue focale est jusqu’à 21,90″, ce qui signifie que le BDL a une performance de résolution plus élevée. En résumé, les résultats indiquent que le BDL à longue focale permet d’obtenir une imagerie à haute résolution en utilisant une fréquence spatiale moyenne et élevée.

Test de précision pour une longue focale. (une) Une image de résolution prise à partir d’une lentille de réfraction. (B) Photo prise par la Banque du Liban. (c) Courbes de visualisation en niveaux de gris pour les petites images cibles (A : BDL, B : lentille de réfraction).

Caractérisation courte focale

Afin de démontrer une imagerie à courte focale BDL de haute qualité, la précision de la courte focale BDL est mesurée en imageant la même cible de précision. Le BDL proposé est conçu sur la base du FZP, et le foyer court (foyer de second ordre) du FZP ne peut pas être imagé comme mentionné précédemment. Par conséquent, les valeurs de précision spécifiques ont été répertoriées pour montrer l’amélioration quantitative. Pour illustrer les résultats, nous comparons le foyer court de BDL avec le foyer court correspondant de FZP (même distance focale et diamètre que BDL). Les résultats mesurés sont présentés sur les Fig. 6a, b. Il est clair que la qualité d’image de la mise au point courte a été grandement améliorée en BDL. Selon les résultats expérimentaux, la précision de mise au point courte de FZP n’est que de 1 06″, mais la précision de mise au point courte de BDL est jusqu’à 44,14. Les points focaux de FZP et BDL à des niveaux focaux courts ont également été enregistrés sur les Fig. 6c, d à des fins de comparaison, et BDL se concentre évidemment mieux que FZP. En imagerie confocale courte, bien que certains détails de l’image soient perdus en raison d’une perte de fréquence spatiale élevée, l’imagerie d’objets dans le large champ de vision n’est pas affectée de manière significative.

Test de qualité d’imagerie à courte focale. (une) Une photo de résolution capturée par FZP. (B) Photo prise par la Banque du Liban. (c) point focal sur le plan focal court du FZP. (Docteur) un point focal sur un plan focal court de BDL. (e) Une image réelle de l’objet capturée par FZP. (F) Photo d’un objet réel capturé par la Banque du Liban.

De plus, l’expérience de prise de vue d’objet réelle est également menée pour montrer les performances de prise de vue réelles. Dans l’expérience, un iPad (iPad-2018, APPLE Co., Ltd., USA) a été utilisé comme objet, et la taille de l’écran de l’iPad est de 9,7 pouces. Il y a huit motifs sur l’écran de l’iPad, et chaque motif se compose de lignes d’épaisseurs différentes. La distance entre l’iPad et le BDL est de 2150 mm. Les résultats mesurés pour FZP et BDL sont présentés sur les figures 6e, f. BDL a évidemment une meilleure capacité de prise de vue que FZP, et il peut distinguer plus de lignes.

La profondeur de champ (DOF) est mesurée pour la mise au point courte BDL. Une lentille de réfraction conventionnelle est utilisée comme comparaison pour faciliter les résultats. Deux iPads sont utilisés dans des poses différentes comme objets de mesure. Il y a quatre motifs à l’écran, et ils sont tous constitués de lignes de la même épaisseur. La largeur des lignes sur l’écran de l’iPad est de 1,0 mm et l’espacement entre les lignes est de 0,9 mm. Un iPad est placé à 2150 mm devant le BDL et l’autre iPad à 5030 mm devant le BDL. Ainsi, la distance entre ces deux appareils est de 2880 mm. Les résultats mesurés pour la lentille de réfraction conventionnelle et le BDL sont illustrés sur les Fig. 7a, b, respectivement. Il semble que le BDL et la lentille de réfraction puissent prendre des images claires de l’iPad le plus proche. Cependant, le BDL peut également prendre une image claire de l’iPad distant, mais pas la lentille de réfraction. Une distorsion sérieuse est observée dans une lentille de réfraction conventionnelle, tandis qu’une distorsion évidente de BDL n’est pas observée. Comme prévu, le résultat expérimental montre que BDL peut capturer une longue image DOF sans distorsion évidente grâce à sa courte focale. La longueur DOF courte focale est d’environ 200 μm selon le résultat de l’expérience.

Prise de vue longue DOF avec mise au point courte. (une) Image prise avec une lentille réfringente. (B) Photo prise par la Banque du Liban. La distance entre deux objets est de 2880 mm.

Application dans le système d’imagerie à double capteur

Le BDL peut être utilisé dans un système d’imagerie à double capteur. La configuration de l’expérience est illustrée à la Fig. 8a, et le système d’imagerie se compose d’un BDL et d’un filtre optique. Un écran d’affichage (P2415Q, DELL Co., Ltd., USA) est utilisé comme objet de mesure. La taille de l’écran est de 530 mm x 300 mm. Il y a huit motifs à l’écran, et ils sont tous constitués de lignes d’épaisseurs différentes. La largeur des lignes les plus étroites est de 1,8 mm et la distance la plus courte entre ces lignes est de 0,65 mm. Tous les motifs sur l’écran sont enregistrés par le BDL via sa courte focale, comme illustré sur la figure 8b, qui montre qu’une image à champ de vision large peut être enregistrée par la courte focale du BDL. La figure 8c montre un motif amplifié enregistré par le long foyer de BDL, et ces lignes peuvent être clairement distinguées. Le résultat indique que l’image détaillée d’une partie du champ de vision large peut être enregistrée avec la focale longue du BDL. Il est clair que les deux photos aux caractéristiques différentes ont été prises simultanément par la Banque du Liban. L’angle de champ de vision pour la focale courte est d’environ 12° selon les résultats expérimentaux. Notamment, le champ de vision large (~12°) n’est comparé qu’à la focale longue du BDL (~4°). MTF longue (F= 81 mm) et des foyers courts (F= 27 mm) de la BDL en imageant les cibles de précision, et tracées dans un seul tracé, comme illustré à la Fig. 8d.

Système d’imagerie à double capteur utilisant BDL. (une) Configurez le système d’imagerie. (B(Image large FOV capturée par le capteur CMOS 1.)c(Image agrandie haute résolution capturée par le capteur CMOS 2.)Docteur) MTF pour les focales longues et courtes BDL.

De l’expérience, les résultats montrent qu’un large champ de vision avec une longue image DOF peut être enregistré par le capteur CMOS 1, et une image agrandie à haute résolution peut être enregistrée par le capteur CMOS 2. Ainsi, le système d’imagerie utilisant BDL permet d’enregistrer simultanément des images haute résolution. Imagerie avec un grossissement de résolution et un large champ de vision avec une longue imagerie DOF, ce qui peut rendre le système d’imagerie à double capteur plus intégré et miniaturisé, réduisant ainsi le poids, le coût et la complexité associés.