ДИХРОИЧЕСКИЙ ОТРЕЗАЮЩИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
DICHROIC CUT-OFF FILTER FOR OBTAINING IMAGES

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США №61/027,338 (регистрационный номер SKGF 2525.0820000) от 8 февраля 2008 г., озаглавленной "Дихроический отрезающий фильтр для получения широкоугольного изображения", содержание которой полностью включено в настоящее описание. Настоящая заявка испрашивает также приоритет по предварительной заявке США №61/027,334 (регистрационный номер SKGF 2525.1230000) от 8 февраля 2008 г., озаглавленной "Уменьшение бликов в объективе, содержащем дихроический фильтр", содержание которой полностью включено в настоящее описание.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к области получения изображения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к задерживанию нежелательных длин волн света с целью предотвращения их попадания на датчик изображения и минимизации отражения в обратном направлении в формирователе изображения. Кроме того, настоящее изобретение относится также к уменьшению бликов в оптической системе, содержащей дихроический отрезающий фильтр.
Обзор уровня техники
[0003] Дихроические отрезающие фильтры используют в оптических системах формирователей изображения для селективного пропускания светового излучения с определенным диапазоном длин волн и отражения других длин волн. В применениях, связанных с изображением, в качестве отрезающего фильтра широко используют ультрафиолетовый/инфракрасный (УФ/ИК) отрезающий фильтр. УФ/ИК отрезающие фильтры используют для задерживания длин волн света в УФ и ИК областях спектра и пропускания видимого света. Стандартные УФ/ИК отрезающие фильтры представляют собой тонкие пленки с переменными показателями преломления, нанесенные слоями на прозрачную поверхность таким образом, чтобы получить определенную частотную характеристику.
[0004] Полоса пропускания УФ/ИК отрезающего фильтра может изменяться в зависимости от угла падения падающего на него света. Поскольку характеристики полосы пропускания кривой пропускания фильтра изменяются при изменении углов падения, УФ/ИК отрезающий фильтр может и пропускать нежелательный свет к чувствительному элементу, когда угол падения света лежит за пределами оптимального диапазона углов падения. В этом случае точность цветовоспроизведения изображения становится большой проблемой.
[0005] Датчики цифровых камер, в частности, датчики на основе КМОП-структур (CMOS-датчики) и на основе приборов с зарядовой связью (CCD-датчики), обладают чувствительностью к длинам волн примерно от 380 нм до по меньшей мере 1000 нм. В свою очередь, человеческий глаз может воспринимать цвета с длиной волны в диапазоне примерно 400-700 нм. Поэтому для получения изображения, содержащего только те цвета, которые видимы человеческим глазом, коротковолновый (например, <380 нм) и длинноволновый (например, >700 нм) свет необходимо отфильтровать от изображения. Один из способов фильтрации этих нежелательных длин волн света заключается в том, чтобы использовать УФ отрезающий фильтр для фильтрации коротковолнового света и ИК отрезающий фильтр для фильтрации длинноволнового света. Такие фильтры ослабляют короткие и длинные волны света и пропускают длины волн света, видимые человеческим глазом.
[0006] Существует два вида отрезающих фильтров: абсорбционные отрезающие фильтры и отражательные отрезающие фильтры. Абсорбционные отрезающие фильтры получают при помощи специальных красителей, нанесенных на оптическое стекло, а отражательные отрезающие фильтры состоят из нескольких слоев материала с субволновой структурой, нанесенного на оптическую поверхность. Отражательный отрезающий фильтр можно также называть дихроическим отрезающим фильтром. На фиг.1 показана кривая пропускания для УФ/ИК отрезающего фильтра, где показано, что фильтр пропускает свет в пределах полосы 120 пропускания и ослабляет световое излучение за пределами полос 110 и 130 отрезания. Абсорбционные и отражательные отрезающий фильтры пропускают основную часть света (например, >90% пропускания света) в пределах полосы 120 пропускания и задерживает большинство длин волн света (например, <10% пропускания света) в пределах полос 110 и 130 отрезания, которые могут составлять, например, от 20-50 нм.
[0007] Желательно разработать такой УФ/ИК отрезающий фильтр с резкой границей полос отрезания, чтобы этот фильтр не только пропускал длины волн света в пределах полосы 120 пропускания, но также уменьшал влияние "блика" на датчик изображения. Рассмотрим блик применительно к формирователю 200 изображения, показанному на фиг.2. На фиг.2 представлен формирователь 200 изображения с оптической системой 202, содержащей УФ/ИК отрезающий фильтр 205. Цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат представляет собой пример формирователя изображения с УФ/ИК отрезающим фильтром 205, который расположен между датчиком 201 изображения и оптической системой 202. Бликом называют свет 207, который попадает на датчик 201 изображения после отражения от двух или более поверхностей в оптической системе 202. Например, как показано на фиг.2, свет 203, формирующий изображение, может поступать в оптическую систему 202 через диафрагму 206, проходить через оптическую систему 202 и отражаться от поверхности УФ/ИК отрезающего фильтра 205 в качестве отраженного света 207. Отраженный свет 207 отражается обратно к УФ/ИК отрезающему фильтру 205 поверхностью линзы 204, проходит его и поступает на датчик 201 изображения. При этом отраженный свет 207 вызывает появление паразитного изображения на датчике 201 изображения. Отраженный свет 207 может отражаться от множества поверхностей в оптической системе 202. Например, отраженный свет 207 может отражаться от стенок в сборке оптической системы 202, от частиц пыли в оптической системе 202, от дефектов оптических поверхностей в оптической системе 202 или от границы воздух/стекло в оптической системе 202. Каждое паразитное изображение, вызываемое отраженным светом 207, может иметь порядки величины яркости, меньшие, чем у света от первичного изображения (например, главный световой луч). Однако в применениях, связанных с изображением и имеющих яркий источник в поле зрения (например, солнце на заднем плане), порядок величины яркости вследствие блика будет гораздо большим.
[0008] Эффект блика в формирователе 200 изображения может увеличиваться за счет света вне полосы пропускания УФ/ИК отрезающего фильтра, поступающего в оптическую систему 202 и попадающего на датчик 201 изображения. Так, например, в полосах 110 и 130 отрезания УФ/ИК отрезающий фильтр 205 отражает примерно 50% света и пропускает 50% света в центре полос 110 и 130 отрезания. При этом блик от УФ/ИК отрезающего фильтра 205 может содержать одно 0,5% отражение света и одно 50% отражение света наряду с 50% пропусканием света (примечание: большинство бликов содержит два 0.5% отражения света). В результате УФ/ИК отрезающий фильтр 205 пропускает больше энергии от блика в полосах 110 и 130 отрезания по сравнению с энергией от блика в полосе 120 пропускания. Энергия от блика увеличивается при увеличении ширины полос 110 и 130 отрезания. Например, для данной полосы пропускания энергия от блика может увеличиваться примерно на 50%, если полосы 110 и 130 отрезания увеличиваются, например, от 20 до 40 нм. Вследствие этого дополнительный свет, принимаемый датчиком 201 изображения, уменьшает отношение сигнал/шум изображения, обрабатываемого формирователем 200 изображения, а также увеличивает искажение получаемого изображения.
[0009] Учитывая вышесказанное, задачей настоящего изобретения является разработка УФ/ИК отрезающего фильтра, который уменьшает пропускание нежелательных длин волн светового излучения и/или блика в формирователь изображения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] Для получения изображения с высокой точностью цветовоспроизведения необходимо увеличивать ослабление длин волн света за пределами полосы пропускания УФ/ИК отрезающего фильтра. В одном варианте реализации настоящего изобретения устройство для получения широкоугольного изображения в формирователе изображения может содержать встроенную оптическую систему с широкоугольным дихроическим отрезающим фильтром. Такой дихроический отрезающий фильтр может располагаться в оптической системе вблизи поверхности линзы оптической системы и иметь такую криволинейность, чтобы поверхность фильтра была примерно нормальной для всех главных световых лучей. Например, дихроический отрезающий фильтр может быть расположен на поверхности линзы, расположенной вблизи диафрагмы формирователя изображения, при этом линза принимает главные световые лучи под нормальным углом падения на ее поверхность. При таком расположении дихроический отрезающий фильтр может также минимизировать отражение света в обратном направлении на датчик изображения и направлять отражение света в обратном направлении в сторону от датчика изображения.
[0011] В другом варианте реализации способ получения широкоугольного изображения в формирователе изображения может включать этапы приема главных световых лучей от изображаемого объекта и направления главных световых лучей на датчик изображения через встроенную оптическую систему с широкоугольным дихроическим отрезающим фильтром. Кроме того, способ получения широкоугольного изображения с минимальным отражением в обратном направлении может также включать направление отраженного в обратном направлении света в сторону от датчика изображения. Для направления света на датчик изображения УФ/ИК отрезающий фильтр может быть расположен вблизи поверхности линзы в оптической системе для того, чтобы сохранять, по существу, постоянную кривую пропускания для всех главных световых лучей, принимаемых формирователем изображения. Эта линза может принимать главные световые лучи, по существу, под одинаковым углом падения на его поверхность.
[0012] Для получения изображения с высокой точностью цветовоспроизведения в среде с ярким источником в поле зрения необходимо минимизировать блик. В одном варианте реализации настоящего изобретения устройство для уменьшения блика в формирователе изображения может содержать абсорбционный УФ отрезающий фильтр, расположенный во встроенной оптической системе, и дихроический ИК отрезающий фильтр, расположенный на линзе в оптической системе. Дихроический ИК отрезающий фильтр принимает свет, отраженный от одной или более поверхностей в оптической системе под углом падения, большим, чем угол падения света от изображаемого объекта (например, главный луч), падающего на дихроический ИК отрезающий фильтр. Абсорбционный УФ отрезающий фильтр можно использовать для уменьшения отражения света с длиной волн в УФ области от попадания на датчик изображения формирователя изображения. При этом дихроический ИК отрезающий фильтр можно использовать для уменьшения отражения света с длиной волн в ИК области, поскольку угол падения отраженного света с длиной волн в ИК области, падающего на дихроический ИК отрезающий фильтр, увеличивается по отношению к углу падения света от изображаемого объекта, падающего на дихроический отрезающий фильтр.
[0013] В другом варианте реализации формирователь изображения может содержать дихроический УФ отрезающий фильтр и абсорбционный ИК отрезающий фильтр, при этом дихроический УФ отрезающий фильтр принимает свет, отраженный от одной или более поверхностей в оптической системе под углом падения, меньшим, чем угол падения света от изображаемого объекта, падающего на дихроический УФ отрезающий фильтр.
[0014] В другом варианте реализации способ уменьшения блика в формирователе изображения может включать этапы приема отраженного света и направления отраженного света в сторону от датчика изображения через встроенную оптическую систему с абсорбционным УФ отрезающим фильтром и дихроическим ИК отрезающим фильтром. Дихроический ИК отрезающий фильтр может быть расположен на линзе в оптической системе, при этом дихроический ИК отрезающий фильтр может принимать отраженный свет под углом падения, большим, чем угол падения света от изображаемого объекта, падающего на дихроический ИК отрезающий фильтр.
[0015] В еще одном варианте реализации способ уменьшения блика в формирователе изображения может включать этапы приема отраженного света и направления отраженного света в сторону от датчика изображения посредством встроенной оптической системы с абсорбционным ИК отрезающим фильтром и дихроическим УФ отрезающим фильтром. Дихроический УФ отрезающий фильтр может быть расположен на линзе в оптической системе, при этом дихроический УФ отрезающий фильтр может принимать отраженный свет под углом падения, меньшим, чем угол падения света от изображаемого объекта, падающего на дихроический ИК отрезающий фильтр.
[0016] Далее приведено подробное описание других вариантов реализации, особенностей и преимуществ настоящего изобретения, а также конструкции и функционирования различных вариантов реализации со ссылками на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0017] Настоящее изобретение в качестве неограничительных примеров иллюстрируется прилагаемыми чертежами.
[0018] На фиг.1 показаны области полосы пропускания и полос отрезания кривой пропускания для УФ/ИК отрезающего фильтра.
[0019] Фиг.2 иллюстрирует образование блика от отраженного светового излучения в оптической системе формирователя изображения.
[0020] На фиг.3 показан стандартный формирователь изображения с оптической системой.
[0021] На фиг.4 показан пример кривой пропускания для УФ/ИК отрезающего фильтра.
[0022] На фиг.5 показан пример расширения кривой пропускания для УФ/ИК отрезающего фильтра вследствие отражения света в обратном направлении на детекторную плоскость датчика изображения.
[0023] На фиг.6 показан свет, отраженный в обратном направлении от изображаемого объекта и распространяющийся к диафрагме стандартного формирователя изображения.
[0024] На фиг.7 показан свет, отраженный в обратном направлении от изображаемого объекта и распространяющийся в направлении детекторной плоскости датчика изображения в стандартном формирователе изображения.
[0025] На фиг.8 показан стандартный формирователь изображения с внешним дихроическим отрезающим фильтром.
[0026] На фиг.9 показан один вариант реализации формирователя изображения со встроенной оптической системы получения широкоугольного изображения,
[0027] На фиг.10 показан пример кривой, характеризующей динамические особенности сигнала широкополосного противоотражательного покрытия, наложенной на кривую пропускания дихроического отрезающего фильтра.
[0028] На фиг.11 показано отражение света в обратном направлении от изображаемого объекта в одном варианте реализации формирователя изображения со встроенной оптической системы получения широкоугольного изображения.
[0029] Фиг.12 иллюстрирует один вариант реализации способа получения широкоугольного изображения в формирователе изображения.
[0030] На фиг.13 показан один вариант реализации встроенной оптической системы, содержащей абсорбционный УФ отрезающий фильтр и дихроический ИК отрезающий фильтр для уменьшения блика в формирователе изображения.
[0031] Фиг.14 иллюстрирует уменьшение блика в одном варианте реализации встроенной оптической системы с абсорбционным УФ отрезающим фильтром и дихроическим ИК отрезающим фильтром для уменьшения блика в формирователе изображения.
[0032] На фиг.15 показана кривая пропускания дихроического УФ/ИК отрезающего фильтра.
[0033] Фиг.16 иллюстрирует расширение ИК полосы отрезания в кривой пропускания дихроического УФ/ИК отрезающего фильтра.
[0034] Фиг.17 иллюстрирует уменьшение блика в другом варианте реализации встроенной оптической системы с абсорбционным УФ отрезающим фильтром и дихроическим ИК отрезающим фильтром для уменьшения блика в формирователе изображения.
[0035] На фиг.18 показан один вариант реализации встроенной оптической системы с абсорбционным ИК отрезающим фильтром и дихроическим УФ отрезающим фильтром для уменьшения блика в формирователе изображения.
[0036] Фиг.19 иллюстрирует расширение УФ полосы отрезания на кривой пропускания дихроического УФ/ИК отрезающего фильтра.
[0037] Фиг.20 иллюстрирует один вариант реализации способа уменьшения блика в формирователе изображения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0038] Дихроические отрезающие фильтры используют в оптических системах формирователей изображения для селективного пропускания светового излучения определенного диапазона цветов и отражении других цветов. В применениях, связанных с изображением, (например, в системах формирования изображений высокого разрешения) в качестве дихроического отрезающего фильтра широко используют ультрафиолетовый/инфракрасный (УФ/ИК) отрезающий фильтр. Примером дихроического УФ/ИК отрезающего фильтра является интерференционный фильтр B+W 486, который можно использовать для задерживания длин волн света в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК) области. УФ/ИК отрезающие фильтры используют для задерживания длин волн света в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК) области и пропускания видимого света. Стандартные УФ/ИК отрезающие фильтры представляют собой тонкие пленки с переменными показателями преломления, нанесенные слоями на прозрачную поверхность для получения определенную частотную характеристику. На фиг.3 показан стандартный формирователь 300 изображения, в котором УФ/ИК отрезающий фильтр 303 расположен на поверхности прозрачной пластины 304. В такой конструкции объектива, показанной на фиг.3, главный луч света 306 от изображаемого объекта входит в диафрагму 305 формирователя 300 изображения. Свет 306 направляется оптической системой 302 к датчику 301 изображения и проходит обработку УФ/ИК отрезающим фильтром 303 перед его поступлением на датчик 301 изображения для дальнейшей обработки формирователем изображения 300.
[0039] На фиг.4 показан пример кривой пропускания для УФ/ИК отрезающего фильтра 303. Кривая пропускания на фиг.3 пропускает цвета спектра видимого света (например, 400 нм соответствует фиолетовому, а 700 нм - красному) и ослабляет длины волн света за пределами полосы пропускания отрезающего фильтра. Хотя ослабленные волны имеют длины, не видимые человеческим глазом, желательно задерживать эти длины волн, поскольку формирователь 300 изображения чувствителен к этим длинам волн и может обрабатывать информацию таких сигналов.
[0040] Кривая пропускания УФ/ИК отрезающего фильтра 303 изменяется в зависимости от угла падения светового луча на фильтр. Так, например, если формирователь 300 изображения используют для фиксирования широкоугольного изображения, некоторые световые лучи от изображения могут входить в фильтр 303 под углом, большим, чем оптимальный угол. Для таких широкоугольных изображений характеристики полосы пропускания у кривой пропускания отрезающего фильтра могут расширяться и позволить нежелательным длинам волн света проходить на датчик 301 изображения. Пример результирующей кривой пропускания показан на фиг.5, где широкоугольные лучи вызывают пропускание фильтром длин волн света, которые превышают 700 нм и которые обрабатываются датчиком 301 изображения. В примере, показанном на фиг.5, свет от УФ/ИК отрезающего фильтра 303 может проявляться в форме красноватого цвета в обработанном изображении, которое формирует формирователь 300 изображения, в результате обработки длин волн, лежащих за пределами видимого спектра.
[0041] Кроме того, часть падающего света может отражаться от детекторной плоскости датчика 301 изображения. Это явление известно как отражение в обратном направлении и относится к отражению света обратно к его источнику независимо от его угла падения. В формирователе 300 изображения отражение света в обратном направлении может происходить по одному из двух путей. Во-первых, как показано на фиг.6, падающий свет может проникать через диафрагму 305, проходить через оптическую систему 302 и УФ/ИК отрезающий фильтр 303 и падать на детекторную плоскость датчика 301 изображения. Падающее световое излучение может отражаться от детекторной плоскости датчика 301 изображения, возвращаться через оптическую систему 302 и выходить из формирователя 300 изображения, например, через диафрагму 305. Такое отражение света от датчика 301 изображения можно назвать отражением в обратном направлении. Во-вторых, как показано на фиг.7, отражение в обратном направлении может приводить к тому, что свет будет отражаться в обратном направлении на УФ/ИК отрезающий фильтр 303 под углом падения, отличным от первоначального угла падения света, падающего на УФ/ИК отрезающий фильтр 303. Если угол падения существенно изменяется, УФ/ИК отрезающий фильтр 303 может не пропустить отраженный в обратном направлении свет обратно через оптическую систему 302, но вместо этого отразит отраженный в обратном направлении свет на чувствительный элемент. Это может привести к получению нежелательного изображения объекта.
[0042] На фиг.8 показан другой стандартный формирователь 800 изображения с внешним дихроическим УФ/ИК отрезающим фильтром 801, соединенным с его диафрагмой 305. Примером внешнего дихроического фильтра 801 является интерференционный фильтр B+W 486, который можно использовать для задерживания длин волн светового излучения в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК) области. Интерференционный фильтр B+W 486 может быть установлен на диафрагме 305 формирователя 800 изображения. Можно также использовать другие внешние дихроические отрезающие фильтры, известные специалистам в данной области техники.
[0043] Недостаток формирователя 800 изображения заключается в том, что свет, принимаемый внешним дихроическим фильтром 801, имеет широкий диапазон углов падения относительно поверхности фильтра. На фиг.8 показаны падающие лучи света 810, принимаемого внешним дихроическим фильтром 801 при различных углах падения. В результате широкого диапазона углов падения света 810 кривая пропускания внешнего дихроического фильтра 801 сдвигается для каждого угла падения каждого светового луча. Как указано для фиг.5, сдвиг кривой пропускания может приводить к пропусканию на датчик 301 изображения волн света нежелательной длины, и, следовательно, формирователь 800 изображения может формировать изображение с неточным воспроизведением цвета.
[0044] Внешний дихроический фильтр 801 может быть достаточным для некоторых систем формирования изображений, однако он является непригодным для систем, ориентированных на широкоугольное изображение. При применении объектива в оптической системе формирователя изображения широкоугольный дихроический отрезающий фильтр может быть использован, чтобы блокировать попадание на датчик изображения света с нежелательной длиной волн, минимизировать отражения в обратном направлении и обеспечить высокую точность цветовоспроизведения изображения.
[0045] В следующей части описания в целях пояснения приведены многочисленные характерные особенности для того, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения. Однако для специалистов в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано без этих характерных особенностей. В других случаях хорошо известные схемы, конструкции и способы не показаны детально, а представлены в блок-схеме, чтобы избежать ненужного усложнения для понимания данного описания.
[0046] Используемый в описании термин "один вариант реализации" или "вариант реализации" означает, что конкретный элемент, конструкция или особенности, описанные в связи с соответствующим вариантом реализации, содержатся по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения. Формулировка "в одном варианте реализации", которая встречается в различных местах данного описания, не обязательно относится к одному и тому же варианту реализации.
[0047] В одном варианте реализации описанные здесь устройства и способы можно использовать с различными формирователями изображения, в частности, с цифровыми однообъективными зеркальными фотоаппаратами и цифровыми сканерами. Кроме того, описанные здесь устройство и способы можно использовать с другими типами формирователей изображения.
[0048] На фиг.9 показан один вариант реализации формирователя 900 изображения с оптической системой 901 и широкоугольным дихроическим отрезающим фильтром 902. Оптическая система 901 является частью формирователя 900 изображения и пропускает главные лучи света, поступающего от диафрагмы 305, на датчик 301 изображения. Оптическая система 901 может содержать по меньшей мере одну линзу 903-907 для приема главных световых лучей от изображаемого объекта и проецирования этих главных световых лучей на детекторную плоскость датчика 301 изображения. Оптические системы известны специалистам в данной области техники.
[0049] Дихроический отрезающий фильтр 902 можно использовать для селективного пропускания длин волн определенного диапазона и отражения других длин волн. Примером дихроического отрезающего фильтра 902 является УФ/ИК отрезающий фильтр, который используют для задерживания длин волн светового излучения в УФ и ИК области и пропускания видимого света. Кроме того, можно использовать другие дихроические отрезающие фильтры. Конкретные длины волн света, указанные при описании формирователя 900 изображения и оптической системы 901, а также в других местах данной заявки, приведены только в качестве примеров и не являются ограничительными. Специалисты в данной области техники могут определить другие длины волн для формирователя 900 изображения и оптической системы 901 на основании приведенного описания. Эти варианты применения с другими длинами волн включены в объем и сущность настоящего изобретения.
[0050] Как показано на фиг.9, дихроический отрезающий фильтр 902 может быть расположен вблизи поверхности линзы 903 в оптической системе 901, таким образом, что дихроический фильтр 902 принимает каждый главный световой луч, по существу, под одинаковым углом падения для всей его поверхности. Например, дихроический фильтр 902 может принимать каждый главный световой луч под углом, нормальным к поверхности дихроического фильтра 902. В одном варианте реализации дихроический фильтр 902 может содержать слои тонких пленок с переменными показателями преломления, расположенные на поверхности линзы, например, линзы 903. Для специалистов в данной области техники очевидно, что дихроический фильтр 902 может быть расположен на любой линзе в оптической системе 901, имеющей поверхность, которая принимает каждый главный световой луч, по существу, под одинаковым углом падения для всей ее поверхности. Характеристики полосы пропускания дихроического фильтра 902 могут зависеть от количества слоев и показателя преломления каждого слоя пленки. Способы получения дихроических отрезающих фильтров на поверхности линзы или прозрачной пластины известны специалистам в данной области техники.
[0051] В одном варианте реализации дихроический фильтр 902 может содержать широкополосное противоотражательное покрытие (BBAR покрытие). На фиг.10 показан пример динамических особенностей сигнала BBAR покрытия 1010, наложенных на кривую 1020 пропускания дихроического отрезающего фильтра. BBAR покрытие можно использовать для уменьшения отражения света с длинами волн в пределах полосы пропускания кривой 1020 пропускания. В частности, согласно динамическим особенностям сигнала BBAR покрытия 1010 свет пропускается в пределах полосы пропускания кривой 1020 пропускания. Хотя динамические особенности сигнала 1010 BBAR покрытия могут иметь эффект "звона" в пределах полосы пропускания кривой 1020 пропускания, этот звон может быть отрегулирована таким образом, чтобы обеспечить отражение лишь незначительной части светового излучения в пределах полосы пропускания.
[0052] В то же время BBAR покрытие можно использовать для ослабления пропускания света с длинами волн, лежащими за пределами полосы пропускания кривой 1020 пропускания посредством отражения таких длин волн отдатчика 301 изображения. Например, как показано на фиг.10, кривая 1020 пропускания дихроического отрезающего фильтра может иметь эффект звона для длин волн за пределами полосы пропускания фильтра. Этот эффект звона может способствовать прохождению нежелательных длин волн света на датчик 301 изображения. BBAR покрытие может ограничивать попадание этих длин волн света на датчик изображения, поскольку при этих длинах волн согласно динамическим особенностям сигнала 1010 BBAR покрытия свет отражается от датчика 301 изображения.
[0053] На фиг.9 линза 903 может принимать главные лучи света 910 от изображаемого объекта, по существу, под одинаковым углом падения для всей ее поверхности. При расположении дихроического отрезающего фильтра 902 вблизи поверхности линзы 903 фильтр 902 также принимает главные лучи света 910, по существу, под одинаковым углом падения для всей его поверхности. В результате характеристики фильтра 902 имеют аналогичные свойства полосы пропускания для всех главных световых лучей, поскольку кривая пропускания для фильтра 902 зависит от угла падения света на поверхность фильтра.
[0054] Так, например, главные лучи света 910 входят через диафрагму 305 для поступления на датчик 301 изображения, и свет 910 проходит через линзу 904. Криволинейные характеристики линзы 904 могут регулировать угол света 910 таким образом, чтобы он падал на поверхность дихроического отрезающего фильтра 902, по существу, под одинаковым углом. В результате у кривой пропускания фильтра 902 нет сдвига в различных точках поверхности фильтра из-за различных углов падения света 910, как в предыдущих системах.
[0055] Кроме того, дихроический отрезающий фильтр 902 может быть расположен вблизи диафрагмы 305 формирователя 900 изображения, а не вблизи датчика 301 изображения. При таком расположении фильтра 902 он может минимизировать отражение света в обратном направлении в формирователе 900 изображения двумя путями. Во-первых, поскольку дихроический фильтр 902 расположен на значительном расстоянии от датчика 301 изображения (по сравнению с его расстоянием от датчика 301 изображения в стандартной системе, показанной на фиг.3), отражение света в обратном направлении на датчик 301 изображения минимизируется, поскольку отраженный в обратном направлении свет должен пройти через оптическую систему 901 для того, чтобы отразиться от дихроического фильтра 902. Во-вторых, как показано на фиг.11, если отраженный в обратном направлении свет проходит через оптическую систему 901 и отражается от дихроического фильтра 902, свет, отраженный от дихроического отрезающего фильтра 902, вероятно, будет отражаться в обратном направлении от датчика 301 изображения при падении на линзу в оптической системе 901.
[0056] Для специалиста в данной области техники очевидно, что применительно к фиг.9 дихроический отражающий фильтр 902 может быть помещен на любую линзу в оптической системе 901, если главные световые лучи падают на поверхность линзы, по существу, под одинаковым углом для всей ее поверхности.
[0057] Датчик 301 изображения захватывать главные лучи света 910 от изображаемого объекта для их последующей обработки формирователем 900 изображения. Датчик 301 изображения может захватывать свет 910 при помощи фотодиодов, называемых светочувствительными элементами, каждый из которых представляет собой один пиксель в изображении, формируемом формирователем 900 изображения. Чем больше света принимает светочувствительный элемент, тем больше фотонов он регистрирует. В свою очередь, светочувствительные элементы, улавливающие информацию от более темных объектов (например, теней или темных переулков), будут регистрировать меньше фотонов. Количество фотонов от каждого светочувствительного элемента может быть подсчитано и преобразовано в дискретное число, которое представляет цвет одного пикселя. Используя информацию о пикселях, полученную светочувствительными элементами в датчике 301 изображения, формирователь 900 изображения может построить изображение с цветом и яркостью, которые определяет каждый пиксель. Примером датчика 301 изображения является датчик изображения на основе приборов с зарядовой связью (CCD-датчик) или датчик изображения на основе КМОП-структур (CMOS-датчик). Кроме того, можно использовать другие датчики изображения.
[0058] Фиг.12 иллюстрирует способ 1200 получения широкоугольного изображения в формирователе изображения согласно одному варианту реализации. Способ 1200 можно реализовать, используя, например, формирователь 900 изображения. На этапе 1210 главные световые лучи от изображаемого объекта попадают на формирователь изображения, по существу, под одинаковым углом падения. Главные световые лучи могут поступать во встроенную оптическую систему через диафрагму формирователя изображения, при этом встроенная оптическая система содержит широкоугольный дихроический отражающий фильтр. Встроенная оптическая система может содержать по меньшей мере одну линзу для проецирования светового излучения на детекторную плоскость датчика изображения. Кроме того, широкоугольный дихроический отражающий фильтр может быть расположен вблизи линзы в оптической системе, таким образом, этот фильтр принимает главные световые лучи, падающие, по существу, под одинаковым углом для всей ее поверхности. Дихроический фильтр может быть расположен на поверхности линзы таким образом, что такой дихроический фильтр сохраняет, по существу, постоянную кривую пропускания для всех главных световых лучей, принимаемых формирователем изображения.
[0059] На этапе 1220 главные световые лучи изображаемого объекта направляются на датчик изображения. Датчик изображения можно использовать для обработки светового излучения, при этом фотодиоды можно использовать для улавливания главных световых лучей от изображаемого объекта. Каждый фотодиод может представлять один пиксель в изображении, которое формирует формирователь изображения.
[0060] На этапе 1230 отраженный в обратном направлении свет отводится от датчика изображения. Дихроический отрезающий фильтр может быть расположен вблизи диафрагмы формирователя изображения для того, чтобы минимизировать отражение света в обратном направлении на датчик изображения. При таком расположении дихроического отражающего фильтра свет, отраженный в обратном направлении, вполне вероятно, не будет попадать на датчик изображения вследствие близости дихроического отрезающего фильтра к датчику изображения. Кроме того, в том случае, если отраженный в обратном направлении свет отражается от дихроического отрезающего фильтра, отраженный в обратном направлении свет, вполне вероятно, будет отражаться от датчика изображения при попадании на линзу в оптической системе формирователя изображения.
[0061] На фиг.13 показан вариант реализации формирователя 1300 изображения с оптической системой 1301, выполненной с возможностью минимизирования блика. Оптическая система 1301 встроена в формирователь 1300 изображения, при этом оптическая система 1301 пропускает свет, принимаемый диафрагмой 206, на датчик 201 изображения. Оптическая система 1301 может содержать одну или более линз 1304-1308 для приема света и проецирования света на детекторную плоскость датчика 201 изображения. Кроме линз 1304-1308 оптическая система 1301 содержит дихроический инфракрасный (ИК) отрезающий фильтр 1302 и абсорбционный ультрафиолетовый (УФ) отрезающий фильтр 1303.
[0062] Дихроический ИК отрезающий фильтр 1302 и абсорбционный УФ отрезающий фильтр 1303 могут быть использованы для селективного пропускания определенного диапазона длин волн и отражения других длин волн. Так, например, фильтр 1302 может задерживать длины волн света в ИК области и пропускать волны света с более короткой длиной. Фильтр 1303, напротив, может задерживать длины волн света в УФ области и пропускать волны света с большей длиной. Фильтр 1302 и фильтр 1303 совместно блокируют световое излучение в ИК и УФ спектрах, соответственно, и пропускают видимый свет. Конкретные длины волн света, указанные при описании формирователя 1300 изображения и оптической системы 1301, а также в других местах данной заявки, приведены только в качестве примеров и не являются ограничительными. Специалисты в данной области техники могут определить другие длины волн для формирователя 1300 изображения и оптической системы 1301 на основании приведенного описания. Эти варианты применения с другими длинами волн включены в объем и сущность настоящего изобретения.
[0063] Фильтр 1303 поглощает в оптической системе 1301 значительную часть света с длиной волн в УФ области и пропускает свет в видимом и ИК спектре. Однако дихроический отражающий фильтр, в частности, фильтр 1302, не имеет такой резкой границы полосы отрезания, как абсорбционный отрезающий фильтр. Поэтому некоторая часть И К светового излучения может все-таки пропускаться фильтром 1302. Это пропускание зависит от угла падения, под которым свет падает на фильтр 1302. Эту особенность фильтра 1302 можно использовать для уменьшения блика от света, поступающего не от изображения, в ИК области полосы отрезания кривой пропускания отрезающего фильтра.
[0064] В формирователе 1300 изображения блик может быть уменьшен за счет расположения дихроического отрезающего ИК фильтра 1302 на поверхности линзы 1305 в оптической системе 1301, при этом фильтр 1302 принимает свет, отраженный от других поверхностей в оптической системе 1301 под углом падения, большим, чем угол падения света от изображаемого объекта (например, угол падения главного луча, формирующего изображение), падающего на фильтр 1302. На фиг.14 показан свет 1410, поступающий от изображаемого объекта на диафрагму 206, проходящий через линзу 1304, падающий на фильтр 1302 под первым 1415 углом падения и отраженное от поверхности линзы 1306 в качестве отраженного света 1420. Отраженный свет 1420 падает на фильтр 1302 под вторым углом 1417 падения, большим, чем первый угол 1415 падения. Кривая пропускания фильтра 1302 имеет сдвиг в направлении больших длин волн, поскольку угол падения отраженного света 1420 увеличивается.
[0065] Например, как показано на фиг.15, дихроический ИК отрезающий фильтр 1302 может иметь характерную кривую пропускания, в которой ИК полоса отрезания начинает испытывать ослабление с 700 нм при определенном угле падения света, падающего на фильтр. Как показано на фиг.16, если угол падения света, падающего на фильтр, увеличивается, то ослабление ИК полосы отрезания может сдвигаться в направлении больших длин волн. На фиг.16 дихроический ИК отрезающий фильтр 1302 может пропускать свет с длинами волн, большими, чем видимый спектр (например, >700 нм). В результате фильтр 1302 уменьшает эффект блика путем пропускания отраженного света 1420, поскольку полоса пропускания кривой пропускания фильтра расширяется, что позволяет пропускать отраженный свет 1420, в том числе составляющие отраженного света 1420, относящиеся к ИК области спектра.
[0066] Для специалистов в данной области техники очевидно, что дихроический ИК отрезающий фильтр 1302 может быть расположен на одной из множества оптических поверхностей в оптической системе 1301, если соответствующая оптическая поверхность принимает отраженный свет 1420 под углом падения, большим, чем угол падения света 1410 от изображаемого объекта, падающего на фильтр 1302. Например, как показано на фиг.17, дихроический ИК отрезающий фильтр 1702 может быть расположен на поверхности абсорбционного УФ отрезающего фильтра 1703. В этой конфигурации отраженный свет 1710 (относящийся к ИК части спектра) может проходить через фильтр 1702, поскольку угол падения отраженного света 1710, падающего на фильтр 1702, является большим, чем угол падения света 1410 от изображаемого объекта, падающего на фильтр 1702.
[0067] На фиг.18 показан другой вариант реализации формирователя 1800 изображения с оптической системой 1801, выполненный с возможностью минимизации блика. Аналогично оптической системе 1301, показанной на фиг.13, оптическая система 1801 является частью формирователя 1800 изображения, при этом оптическая система 1801 передает свет, принимаемый диафрагмой 206, на датчик 201 изображения. Кроме того, оптическая система 1801 может содержать один или более линз 1804-1808 для приема света и его проецирования на детекторную плоскость датчика 201 изображения. Кроме линз 1804-1808 оптическая система 1801 содержит дихроический УФ отрезающий фильтр 1802 и абсорбционный ИК отрезающий фильтр 1803, которые совместно блокируют свет в УФ и ИК областях спектра, соответственно, и пропускают видимый свет.
[0068] Фильтр 1803 эффективно поглощает ИК волны светового излучение в оптической системе 1801, пропуская световое излучение в видимой и УФ области спектра. Поскольку дихроические отрезающие фильтры не имеют такой резкой границы полосы отрезания, как абсорбционные фильтры, дихроический УФ фильтр отрезающий 1802 может отражать или пропускать свет в зависимости от угла падения, под которым он падает на фильтр 1802. Эту особенность фильтра 1802 можно использовать для уменьшения блика от светового излучения в УФ области полосы отрезания кривой пропускания фильтра.
[0069] Аналогично кривой пропускания дихроического ИК отрезающего фильтра 1302 на фиг.13 кривая пропускания фильтра 1802 сдвигается в соответствии с углом падения света, падающего на отрезающий фильтр. Так, например, как показано на фиг.15, фильтр 1802 может иметь характерную кривую пропускания, на которой ослабление полосы отрезания в УФ области начинается при 400 нм для определенного угла светового излучения, падающего на этот фильтр. Как показано на фиг.19, при уменьшении угла падения излучения, падающего на фильтр, начало УФ полосы отрезания может сдвигаться в направлении более коротких длин волн. На фиг.19 фильтр 1802 пропускает свет с длинами волн, более короткими, чем видимый спектр (например, <400 нм). В результате фильтр 1802 может уменьшать эффект блика, вызванный отраженным светом, посредством пропускания отраженного света с длиной волн в УФ области в обратном направлении через дихроический УФ отрезающий фильтр, поскольку полоса пропускания кривой пропускания фильтра расширяется и, следовательно, фильтр может пропускать отраженный свет, включая его составляющие, которые относятся к УФ области спектра.
[0070] Для специалистов в данной области техники очевидно, что аналогично дихроическому ИК отрезающему фильтру 1702 на фиг.17 дихроический УФ отрезающий фильтр 1802 может быть расположен на одной из множества оптических поверхностей в оптической системе 1801, если соответствующая оптическая поверхность принимает отраженный свет под углом падения, меньшим, чем угол падения света от изображаемого объекта, падающего на фильтр 1802.
[0071] На фиг.20 показан вариант реализации способа 2000 уменьшения блика в формирователе изображения. Способ 2000 можно реализовать, используя, например, формирователь 1300 изображения. На этапе 2010 световое излучение, поступающее от изображаемого объекта, принимается формирователем изображения. Под световым излучением от объекта изображения понимается световое излучение, которое связано с изображаемым объектом (например, главные световые лучи). Световое излучение от объекта изображения может поступать на диафрагму формирователя изображения.
[0072] На этапе 2020, световое излучение, отраженное от одной или более поверхностей в формирователе изображения (например, световое излучение, поступающее не от изображаемого объекта), принимается дихроическим ИК отрезающим фильтром под углом падения, большим, чем угол падения светового излучения от изображаемого объекта, падающего на дихроический ИК отрезающий фильтр, таким образом, что отраженное световое излучение передается в обратно через дихроический ИК отрезающий фильтр на этапе 2030. Таким образом, отраженное световое излучение отводится от датчика изображения формирователя изображения, и паразитные изображения на датчике изображения уменьшаются. Отраженное световое излучение может отражаться от одной или более поверхностей во встроенной оптической системе формирователя изображения.
[0073] В другом варианте реализации световое излучение, отраженное от одной или более поверхностей в формирователе изображения (например, световое излучение не от изображаемого объекта), принимается дихроическим УФ отрезающий фильтром под углом падения, большим, чем угол падения светового излучения от изображаемого объекта, падающего на дихроический УФ отрезающий фильтр, поэтому отраженное световое излучение передается в обратном направлении через дихроический УФ отрезающий фильтр на этапе 2030.
[0074] Следует понимать, что вышеописанные варианты реализации настоящего изобретения представлены в качестве примеров, но не для ограничения изобретения. Для специалистов в данной области техники очевидна возможность внесения в него различных изменений без отклонения от объема изобретения. Кроме того, следует понимать, что для раскрытия смысла формулы изобретения предназначен раздел "Подробное описание изобретения", а не разделы "Сущность изобретения" и "Реферат". В разделах "Сущность изобретения" и "Реферат" могут быть изложены один или более, но не все варианты реализации настоящего изобретения, предлагаемые его авторами.
[0075] Приведенное выше описание конкретных вариантов реализации со всей полнотой раскрывает общий характер изобретения, при этом специалисты в данной области техники, приложив свои знания, могут легко модифицировать и/или адаптировать эти конкретные варианты реализации к различным областям применения без проведения лишних экспериментов и без отклонения от общей концепции настоящего изобретения. Поэтому такие адаптации и модификации считаются включенными в совокупность эквивалентов описанных вариантов реализации изобретения на основании представленных здесь положений и указаний. Следует понимать, что используемая здесь фразеология или терминология предназначена для описания, но не ограничения, поэтому специалисты в данной области техники должны интерпретировать фразеологию или терминологию настоящего описания в свете этих положений и указаний. В соответствии с этим объем настоящего изобретения не ограничен вышеописанными примерами вариантов реализации, но определяется только следующими пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.