Optical-digital joint design of multi-order diffractive lenses for lightweight high-resolution computational imaging

计算机科学 接头(建筑物) 分辨率(逻辑) 光学 计算机图形学(图像) 人工智能 物理 工程类 建筑工程
作者
Xijun Zhao,Bin Fan,Zijie Ma,Shuo Zhong,Jianying Chen,Tao Zhang,Haibing Su
出处
期刊:Optics and Lasers in Engineering [Elsevier BV]
卷期号:180: 108308-108308 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.optlaseng.2024.108308
摘要

Multi-order diffraction lenses can focus different wavelengths at the same focal point by utilizing various diffraction orders. However, due to material dispersion, the focal position shifts when the incident wavelength moves away from the primary wavelength, resulting in limited spectral bandwidth. This paper presents a computationally optimized multi-order diffractive lens design and a related image reconstruction algorithm, enabling broadband high-resolution imaging with a single element. We introduce a new type of lens, the Spectral Multi-Order Diffractive Lens (SMODLs), which redistributes the energy across different diffractive orders to achieve relatively high focusing performance within specified wavelength bands. Subsequently. The relatively sharp spectral images generated by SMODL within these specified bands serve as priors for reconstructing images across the full spectrum. A prototype lens with a 40 mm aperture and a 320 mm focal length was designed and fabricated. The prior images' wavebands were designated as 525 nm to 575 nm and 675 nm to 725 nm, with peak Strehl ratios of 0.47 and 0.35, respectively. Finally, grayscale images within the 500∼800 nm wavelength range were reconstructed. Experimental results confirm the effectiveness of our approach, achieving high-resolution imaging across a 300 nm bandwidth with a single diffractive element.
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