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
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)
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*** |
-
2021
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Patent Citations (7)
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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