>[0050]图17Α是根据另一实施例的光栅1700的平面视图。回顾相对窄(宽)的段间隔对于相对高(低)频率工作得更好，特征间隔随着远离中心的距离沿着奇对称(暗区域和亮区域之间的)边界增加。弯曲的奇对称边界1705从光栅的中心径向地延伸到外周，在中心附近的暗臂(抬高的)和亮臂(凹陷的)之间辐射出。在图17Α中，弯曲的边界被光栅特征遮蔽，因此，边界1705的形状在图17Β中被描绘用于方便察看。
[0051]因为针对给定的感兴趣的波长带，存在最大所需宽度(例如，最宽可以与可见红光的最低频率相对应)，所以段宽度不随半径继续增加。因此，当它们朝向光栅1700的外周延伸时，限定边界1705的特征展现不连续性。在本示例中，光栅1700具有三个离散区域，每个区域调谐到感兴趣的带中波长的子集或全部。
[0052]图18描绘了设置在光电二极管阵列(未示出)上的光栅1805的二维阵列1800。光栅1805中的每个均是相同的，但是任何数量的参数(其中多数是先前讨论过的)可以在光栅1805内和在光栅1805之间变化。例如，不同形状和类型的光栅可以用来产生并且成像不同类型的干涉图案，该干涉图案可以组合或分离地使用以获得一些所需结果。可以在诸如制造时做出一个考虑由一个或多个所构成的光栅所生成的所有或特定的子集的信息的决定以适应工艺变化，或可以动态地做出决定以突出显示场景的不同方面。不同图案的强调的方面可以用来例如突出显示不同极性、波长、或入射角的光。
[0053]面向相同方向的隔开的光栅(特别是当它们的特点被良好匹配时)可以用来感测移动物体。假定具有固定分隔的所匹配的光栅接收来自同一场景的光，相应的检偏器层的光电流之间的差异对相对接近该配对的物体敏感。进一步的，该差异的时间导数对附近的移动物体敏感，而对相对远的移动或静止物体不敏感。
[0054]图19是详述如何根据图17的光栅1700来捕获并解析图像1905的流程图1900。首先，呈现图像1910，以使来自图像1910的光入射到光栅1700。入射光通过相位光栅1700以在位于下面的二维光电传感器阵列(未示出)上产生强度图案1920，其捕获了图案(1915) ο所捕获的图案1920可能对于人类来说显得难以理解；然而，因为光栅1700在其点扩散函数(PSF)中具有明显的特征，所以图案包含丰富的关于图像的信息。
[0055]可能与位于下面的阵列组合的光栅1700的PSF从现有校准或者高保真模拟中获知。类似地，也可以确定其中PSF作为入射角和颜色的函数而变化的方式。该信息由响应1930表示。因此，基于该响应的数学转换可以用来从图案1920中重构图像1910。
[0056]为了恢复原始图像，响应1920和1930被组合以形成逆问题(1925)，该逆问题被求解(1935)以恢复原始图像的版本1940。一个实施例采用公知的Tikhonov正则化反演技术来完成步骤1925和1935。取a)光栅1700的PSF的详细知识、b)在当前照明条件下，系统的噪声水平的知识、和c)针对该图像(图案1915)观察到的特定读数作为起点。把未知图像表达成NXl向量X，其中N是希望重构的像素的总数。把来自光电传感器的读数表达为MX I矢量y，其中M是阵列中的光电传感器的总数。把PSF的详细知识表达为MXN矩阵A，以使对于任何图像X，公式预期所观察到的信号(y属于X)为Y = Ax，称为“前向方程”。
[0057]为了重构图像，其足以使用用于未知的图像X的已知的测量向量y求解前向方程，如下所述。用前向方程的两边乘以A(At)的转置矩阵，以获得心= AtAx。矩阵AtA是正方形并且原则上可以被直接反演以恢复X ;然而，当噪声存在时并且当并非所有的AtA的特征向量均具有同样大小的相关联的特征值时，通常这种反演较差地受条件制约。因此，实际上，Tikhonov正则化(如下所述)通常得出优选的结果。
[0058]接着，在当前照明条件下基于噪声水平选择正则化参数λ >0。最后，反演矩阵(ΑΤΑ+λ I)(其中I为单位矩阵)，假设(ΑτΑ+λΙ) ^ (AtA)并且乘以前述方程的左边以得到X?(ΑΤΑ+ λ I) 1AVo因此，对于给定的正则化参数λ，通过Tikhonov正则化恢复的图像为来自光电传感器的读数的线性组合。如果PSF在空间上具有充足的不变性，达到其空间相关性可以被忽略的程度，则这些计算可以在傅立叶域中进行，允许更加快速的数字。
[0059]另一个实施例使用压缩传感来恢复矩阵X。如果场景在一些基础上(诸如用于自然图像的的小波变换W)预期为稀疏的，则可以使用以下方法论。我们可以通过找到z来恢复稀疏场景分量Z，其中X = Wz，该Z最小化以下成本函数:l/2rTr+ λ f (z)，其中r是残差(y-Affz), λ > O为正则化参数(不同于(5)中，但是还依赖噪声)，并且f (z)是非稀疏z的惩罚函数。如果f (z)是z的凸函数(诸如LI范数)，则该最优化问题可以使用凸优化技术进行有效地求解。惩罚函数f (z)也可以采用其它形式，包括惩罚所重构的图像X中的总变化的项或其它现有场景知识。
[0060]压缩传感优于线性途径(诸如Tikhonov正则化)的一些主要优点是:前者允许更多关于所预期的场景结构的现有信息以帮助成形最终图像。进一步的，如果AtA没有满秩或不能测量场景的某些方面(例如，由于PSF的2D傅里叶变换的一些近零区域)，则有时使用压缩传感克服了给定关于所预期的图像的正确的现有信息的这些限制。
[0061]前述Tikhonov和压缩传感技术可以包括迭代方法来降低问题复杂性。例如，Richardson-Lucy去卷积可以迭代地近似Tikhonov正则化反演，并且迭代小波阈值处理可以是数值上有效的方式以收敛到压缩传感类方案。
[0062]在一些实施例中，传感器的目的不在于重构图像，而在于执行一些光学传感任务。在这种情况下，向量X可以表示所寻求的测量而非图像像素域，并且前向变换A可以被适当地修改。
[0063]图20描绘了根据一个实施例的用于形成图像传感器2000的光刻工艺。首先，在感兴趣的波长带上透明的材料的晶片2005使用掩模2010进行图案化，该掩模限定了什么将变为本文详述的类型的奇对称光栅表面的相对高的特征。接着，晶片2005的所暴露的表面被蚀刻以产生凹陷区域2015。然后，去除掩模2010。最后，现在包括光栅的晶片2005被结合到光电二极管阵列2025。光刻和晶片结合工艺均是本领域的技术人员所熟知的，因此省略详细的讨论。
[0064]虽然结合具体实施例已经对本发明进行了描述，但是也预见了其它实施例。例如，虽然先前详述的每个光栅可以与光电接收器连接使用以收集入射光，根据这些和其它实施例的光栅可以更一般地用于投影来自光电发射器的图像而非或附加于感测它们之外的成像设备中。其它变化对于本领域的技术人员是显而易见的。因此，所附权利要求的精神和范围不应局限于前面的描述。只有那些要求特别说明“用于......的装置”或“用于......的步骤”的权利要求应以35U.S.C.§ 112的第六段所要求的方式进行解释。
【主权项】
1.一种传感设备，包括: 光电检测器阵列；和 相位光栅，所述相位光栅覆盖在所述光电检测器阵列上面并且限定横向平面，对于入射到所述光栅的感兴趣的波长带中的并且与所述光栅的所述横向平面正交的光，所述