CN114137715B - 一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，包括物镜组和目镜组，所述物镜组包括物镜第一透镜、物镜第二透镜、物镜第三透镜、物镜第四透镜和微透镜阵列，其中物镜第一透镜、物镜第二透镜、物镜第三透镜和物镜第四透镜构成物镜组主镜头，所述物镜组主镜头焦面处放置微透镜阵列，目镜组包括目镜第一透镜和目镜第二透镜。本发明与传统手持观察镜成像方式相比，通过在物镜组焦面处放置微透镜阵列，可以同时记录光线的位置信息和方向信息，为后端图像处理提供了丰富的信息。

Description

一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***
技术领域
本发明涉及一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，属于光学设计技术领域。
背景技术
军事侦察希望一次性尽可能多的获得敌方信息，机会大多稍纵即逝，传统手持观察镜一次性抓怕只能获得一定空间深度的图像信息，想要获得更多空间深度信息，必须多次针对不同位置对焦拍摄，这在复杂多变的战场环境中容易丢失重要敌方信息，难以满足使用要求。
发明内容
为了克服现有手持观察镜***的不足，本发明的目的是提供一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，包括物镜组和目镜组，所述物镜组包括物镜第一透镜、物镜第二透镜、物镜第三透镜、物镜第四透镜和微透镜阵列，其中物镜第一透镜、物镜第二透镜、物镜第三透镜和物镜第四透镜构成物镜组主镜头，所述物镜组主镜头焦面处放置微透镜阵列，所述微透镜阵列的有效单元数为443×443，单元孔径为34.5μm，微透镜焦距为0.2mm；所述目镜组包括目镜第一透镜和目镜第二透镜，所述物镜组的焦距为150mm，视场为8.2度，F/#为5.8，光学总长148mm；所述目镜组焦距为20.5mm，出瞳距离不小于28mm，出瞳直径不小于5mm，放大倍率不小于12倍。
进一步地，所述物镜第一透镜的曲率半径分别为75.256mm和294.5mm，中心厚度为4.5mm，材料为冕牌玻璃。
进一步地，所述物镜第二透镜为胶合元件，曲率半径分别为73.18mm、-684.55mm和126.34mm，中心厚度为分别为6mm和4.5mm，材料分别为冕牌玻璃和重镧火石玻璃。
进一步地，所述物镜第三透镜的曲率半径分别为41.713mm和229.61mm，中心厚度为6mm，材料为镧冕玻璃。
进一步地，所述物镜第四透镜的曲率半径分别为-68.246mm和54.834mm，中心厚度为3.5mm，材料为重冕玻璃。
进一步地，所述物镜组中各光学元件之间的间隔分别为1mm、86.6mm、4.2mm、30.5mm和0.2mm。
进一步地，所述目镜第一透镜为胶合元件，曲率半径分别为24.124mm、-22.187mm和-77.83mm，中心厚度为分别为8mm和2mm，材料分别为冕牌玻璃和重火石玻璃。
进一步地，所述目镜第二透镜的曲率半径分别为R=-39.328mm和38.273mm，中心厚度为5mm，材料为重镧火石玻璃。
进一步地，所述目镜组中各光学元件之间的间隔为0.5mm，目镜工作距离为13.88mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：
（1）物镜组和目镜组均采用球面设计，经济性好，适合批量生产。
（2）在物镜组主镜头焦面处放置了微透镜阵列，可以记录物方发出光线的方向信息和位置信息。
（3）通过设置有效单元数为443×443的微透镜阵列，可以适配4K×4K大面阵探测器，能同时记录1600万条光线，为后端图像处理提供了丰富的信息。
（4）光场采集选择基于微透镜阵列的光场采集技术方案，不再需用手动调焦，后端可对定焦情况下采集的图像进行数字对焦，得到近景和远景的图像数据，并与原始位置的图像进行融合，从而得到全景深图像，有利于捕捉稍纵即逝的信息。
附图说明
图1是本发明手持观察镜光学***物镜组的结构示意图；
图2是本发明手持观察镜光学***目镜组的结构示意图；
图3是本发明物镜组光学***的MTF曲线；
图4是本发明物镜组光学***的点列图；
图5是本发明物镜组光学***的像散畸变图；
图6是本发明目组光学***的MTF曲线；
图7是本发明目镜组光学***的点列图；
图8是本发明目镜组光学***的像散畸变图；
图中：1、物镜第一透镜，2、物镜第二透镜，3、物镜第三透镜，4、物镜第四透镜，5、微透镜阵列，6、目镜第一透镜，7、目镜第二透镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作以下具体详细的描述。
本实施例的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，包括物镜组和目镜组，如图1所示，物镜组包括物镜第一透镜1、物镜第二透镜2、物镜第三透镜3、物镜第四透镜4和微透镜阵列5，其中物镜第一透镜1、物镜第二透镜2、物镜第三透镜3和物镜第四透镜4构成物镜组主镜头，物镜组主镜头焦面处放置微透镜阵列5。
本实施例中，物镜组的光学参数如下：焦距为150mm，视场为8.2度，F/#为5.8，光学总长148mm。
本实施例中，物镜第一透镜1的曲率半径分别为75.256mm和294.5mm，中心厚度为4.5mm，材料为冕牌玻璃。
本实施例中，物镜第二透镜2为胶合元件，曲率半径分别为73.18mm、-684.55mm和126.34mm，中心厚度为分别为6mm和4.5mm，材料分别为冕牌玻璃和重镧火石玻璃。
本实施例中，物镜第三透镜3的曲率半径分别为41.713mm和229.61mm，中心厚度为6mm，材料为镧冕玻璃。
本实施例中，物镜第四透镜4的曲率半径分别为-68.246mm和54.834mm，中心厚度为3.5mm，材料为重冕玻璃。
本实施例中，微透镜阵列5的有效单元数为443×443，单元孔径为34.5μm，微透镜焦距为0.2mm。
本实施例中，物镜组中各光学元件之间的间隔分别为1mm、86.6mm、4.2mm、30.5mm和0.2mm。
如图2所示，目镜组包括目镜第一透镜6和目镜第二透镜7，其中目镜组焦距为20.5mm，出瞳距离不小于28mm，出瞳直径不小于5mm，放大倍率不小于12倍。
本实施例中，目镜第一透镜6为胶合元件，曲率半径分别为24.124mm、-22.187mm和-77.83mm，中心厚度为分别为8mm和2mm，材料分别为冕牌玻璃和重火石玻璃。
本实施例中，目镜第二透镜7的曲率半径分别为R=-39.328mm和38.273mm，中心厚度为5mm，材料为重镧火石玻璃。
本实施例中，目镜组中各光学元件之间的间隔为0.5mm，目镜工作距离为13.88mm。
本发明的工作原理：由于微透镜阵列5放置在物镜组主镜头的焦面位置，物方发出的光线被物镜组的主镜头聚焦在微透镜阵列5的平面上，微透镜阵列5将光线分开被图像传感器分别记录下来，从而记录了光线的方向信息和位置信息。人眼通过图2目镜观察，发现重要目标时，可拍摄储存起来，后期通过数字对焦，得到近景和远景的图像数据，并与原始位置的图像进行融合，从而得到全景深图像。
本发明光学***的成像质量主要依靠MTF、点列图、像散畸变等来评价，图3、图4、图5表示物镜组主镜头的成像质量，图6、图7、图8表示目镜组的成像质量，从各图中可以看出，本发明光学***的成像质量良好。
本发明的微透镜阵列5的光场采集方案设计时，物镜组主镜头应与微透镜阵列5相匹配，设计物镜组主镜头的焦距为150mm，F/#为5.8，设计光场相机的方向分辨率为10，即每个微透镜单元覆盖10*10个像素，可得微透镜阵列有效单元数为443*443，微透镜单元的孔径为d=3.45*10=34.5um，（探测器有效像素为4432*4436，像元为3.45um），为保证探测器像元最大利用率，相邻微透镜的子图像应在边界处相切，即应满足微透镜F/#等于物镜组主镜头的F/#，则微透镜单元焦距为f =34.5*5.8=200um=0.2mm。
传统成像方式物点发出的光锥经过光学***后聚焦成一个弥散斑被探测器所记录，只记录了光线位置信息，损失了光线的方向信息。本发明通过在物镜组主镜头焦面处放置微透镜阵列5，同时记录了光线的位置信息和方向信息，故可以通过数字对焦处理，得到全景深图像，这在复杂多变的战场环境中，可以对稍纵即逝的目标进行记录，通过处理后进行还原。

Claims (9)

1.一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，包括物镜组和目镜组，所述物镜组包括物镜第一透镜（1）、物镜第二透镜（2）、物镜第三透镜（3）、物镜第四透镜（4）和微透镜阵列（5），其中物镜第一透镜（1）、物镜第二透镜（2）、物镜第三透镜（3）和物镜第四透镜（4）构成物镜组主镜头，所述物镜组主镜头焦面处放置微透镜阵列（5），所述微透镜阵列（5）的有效单元数为443×443，单元孔径为34.5μm，微透镜焦距为0.2mm；所述目镜组包括目镜第一透镜（6）和目镜第二透镜（7），所述物镜组的焦距为150mm，视场为8.2度，F/#为5.8，光学总长148mm；所述目镜组焦距为20.5mm，出瞳距离不小于28mm，出瞳直径不小于5mm，放大倍率不小于12倍。
2.如权利要求1所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述物镜第一透镜（1）的曲率半径分别为75.256mm和294.5mm，中心厚度为4.5mm，材料为冕牌玻璃。
3.如权利要求2所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述物镜第二透镜（2）为胶合元件，曲率半径分别为73.18mm、-684.55mm和126.34mm，中心厚度为分别为6mm和4.5mm，材料分别为冕牌玻璃和重镧火石玻璃。
4.如权利要求3所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述物镜第三透镜（3）的曲率半径分别为41.713mm和229.61mm，中心厚度为6mm，材料为镧冕玻璃。
5.如权利要求4所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述物镜第四透镜（4）的曲率半径分别为-68.246mm和54.834mm，中心厚度为3.5mm，材料为重冕玻璃。
6.如权利要求5所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述物镜组中各光学元件之间的间隔分别为1mm、86.6mm、4.2mm、30.5mm和0.2mm。
7.如权利要求1或5所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述目镜第一透镜（6）为胶合元件，曲率半径分别为24.124mm、-22.187mm和-77.83mm，中心厚度为分别为8mm和2mm，材料分别为冕牌玻璃和重火石玻璃。
8.如权利要求7所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述目镜第二透镜（7）的曲率半径分别为R=-39.328mm和38.273mm，中心厚度为5mm，材料为重镧火石玻璃。
9.如权利要求8所述的一种基于光场成像的全景深手持观察镜光学***，其特征在于，所述目镜组中各光学元件之间的间隔为0.5mm，目镜工作距离为13.88mm。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB671046A (en) * 1948-05-27 1952-04-30 Jean Charles Joseph Blosse Improvements in optical viewers
JP2012194354A (ja) * 2011-03-16 2012-10-11 Olympus Corp 顕微鏡装置
JP2012220611A (ja) * 2011-04-06 2012-11-12 Nikon Corp 顕微鏡装置
CN104539832A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 上海理工大学 混合式光场成像***
CN110623625A (zh) * 2019-09-24 2019-12-31 东南大学苏州医疗器械研究院 用于二维腹腔镜的三维成像转换器
CN111308690A (zh) * 2019-12-04 2020-06-19 中科光电(北京)科学技术有限公司 一种光场电子内窥设备及其成像方法
CN112394430A (zh) * 2020-12-18 2021-02-23 湖南华南光电(集团)有限责任公司 一种通用低成本大视场激光导引头光学***

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB671046A (en) * 1948-05-27 1952-04-30 Jean Charles Joseph Blosse Improvements in optical viewers
JP2012194354A (ja) * 2011-03-16 2012-10-11 Olympus Corp 顕微鏡装置
JP2012220611A (ja) * 2011-04-06 2012-11-12 Nikon Corp 顕微鏡装置
CN104539832A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 上海理工大学 混合式光场成像***
CN110623625A (zh) * 2019-09-24 2019-12-31 东南大学苏州医疗器械研究院 用于二维腹腔镜的三维成像转换器
CN111308690A (zh) * 2019-12-04 2020-06-19 中科光电(北京)科学技术有限公司 一种光场电子内窥设备及其成像方法
CN112394430A (zh) * 2020-12-18 2021-02-23 湖南华南光电(集团)有限责任公司 一种通用低成本大视场激光导引头光学***

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