CN114647059B - 大视场小型化的光学成像*** - Google Patents

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Abstract

大视场小型化的光学成像***涉及手机成像***技术领域，解决了现有需求大视场总长短镜头的问题，包括两个相邻设置的成像子***；所述成像子***包括顺次设置的曲面接收器、第一透镜、第二透镜和反射元件，第一透镜和第二透镜胶合设置，第一透镜和第二透镜均为球面透镜，物方光束入射到第一透镜，依次经第一透镜会聚、第二透镜会聚、反射元件反射、第二透镜会聚和第一透镜会聚后在曲面接收器上成像；所述两个成像子***成的像能够拼接成一幅环形视场图像，本发明总长尺寸小、视场角大，结构简单紧凑且成像质量好。

Description

大视场小型化的光学成像***
技术领域
本发明涉及手机成像***技术领域，具体涉及大视场小型化的光学成像***。
背景技术
随着社会的发展、科技的进步，光学成像***逐渐成为许多高速发展领域中不可或缺的一部分，如监控摄像镜头、智能手机镜头、水下资源开发等。监控摄像镜头是监控***的重要组成部分，将拍摄到的画面传输到监控器，这就需要监控***能够捕捉到大范围、大视场的监控区域，从而使安保人员获得较多的现场实时信息；智能手机的拍照技术也逐渐取代了传统摄影技术，越来越多的人更愿意用方便快捷的手机来进行户外的拍照，影像的存储，这就对手机镜头的尺寸和视场的大小提出了新的挑战；水下摄影技术作为水下探测的基本技术手段，其成像能力的高低，成像范围的大小直接影响着水下资源开发技术的水平。随着芯片技术的发展，光学镜头都向着高像质、小型化、大视场的方向发展，然而光学成像***受困于***总长更短、视场更大且兼顾较高的成像质量，因此，亟需研发一种满足大视场、兼顾***总长较小又能保证成像质量的光学成像***。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供大视场小型化的光学成像***。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
大视场小型化的光学成像***，包括两个相邻设置的成像子***；所述成像子***包括顺次设置的曲面接收器、第一透镜、第二透镜和反射元件，第一透镜和第二透镜胶合设置，第一透镜和第二透镜均为球面透镜，物方光束入射到第一透镜，依次经第一透镜会聚、第二透镜会聚、反射元件反射、第二透镜会聚和第一透镜会聚后在曲面接收器上成像；所述两个成像子***成的像能够拼接成一幅环形视场图像。
本发明的有益效果是：
1、本发明大视场小型化的光学成像***总长尺寸可小于等于2.8mm，适用于手机镜头等超薄镜头的需求，最大视场角可达到130°，为现有的手机镜头提供一种大视场小型化的光学成像***。
2、本发明基于同心反射式光学***，结构简单且需用镜片数目少，降低了常规光学镜头的镜片数量，减小了体积，结构紧凑，无需非球面等加工复杂的工艺，便于生产，降低了加工成本，并且像质满足成像镜头的基本要求。
3、本发明的成像子***可看作对称式结构，球像面不产生彗差或像散等轴外像差，只需校正球差和轴向色差。成像子***的像面是与第一透镜、第二透镜相同球心的球像面，使用曲面接收器不用考虑大视场光学***场曲、畸变。
附图说明
图1为本发明大视场小型化的光学成像***的结构图。
图2为本发明大视场小型化的光学成像***的成像子***结构示意图。
图3为本发明大视场小型化的光学成像***的成像子***立体图。
图4为本发明大视场小型化的光学成像***的环形全景图像。
图5为本发明大视场小型化的光学成像***的含滤光元件的成像子***结构图。
图6为本发明大视场小型化的光学成像***的含第一反射镜的成像子***立体图。
图7为本发明大视场小型化的光学成像***的成像子***的MTF曲线图。
图8为本发明大视场小型化的光学成像***的成像子***的点列图。
图9为本发明大视场小型化的光学成像***的成像子***的相对照度曲线。
图中：1、曲面接收器，2、滤光片，3、第一透镜，3.1、第一半侧表面，3.2、第二半侧表面，4、第二透镜，5、反射元件，6、第一反射镜。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
大视场小型化的光学成像***，包括成像子***，成像子***数量为两个，如图1，两个成像子***相邻设置。成像子***，如图2和图3，包括曲面接收器1、第一透镜3、第二透镜4和反射元件5，曲面接收器1、滤光元件、第一透镜3、第二透镜4和反射元件5顺次设置，在本文中定义为从前向后顺次设置。第一透镜3和第二透镜4胶合设置，构成双胶合透镜，第一透镜3和第二透镜4均为球面透镜。两个成像子***成的像能够拼接成一幅环形全景图像，如图4。
在成像子***中，第一透镜3朝向物方的表面即是第一透镜3朝向曲面接收器1的表面，第一透镜3朝向物方的表面包括第一半侧表面3.1和第二半侧表面3.2，本实施方式中第一透镜3朝向物方的表面(前表面)由第一半侧表面3.1和第二半侧表面3.2组成。如图1，第一半侧表面3.1和第二半侧表面3.2这两个半侧表面，一个半侧表面对应物方一个半侧表面对应曲面接收器1。一个成像子***的第一透镜3的第一半侧表面3.1对应该成像子***的曲面接收器1设置，第二半侧表面3.2对应物方设置。另一个成像子***的第一透镜3的第二半侧表面3.2对应该成像子***的曲面接收器1设置，第一半侧表面3.1对应物方设置。也就是说，两个成像子***结构相同，但曲面接收器1的位置有差别，若一个成像子***的曲面接收器1位于其对应的第一透镜3的上半侧(或左半侧)，那么另一个成像子***的曲面接收器1位于该曲面接收器1对应的第一透镜3的下半侧(或右半侧)。
反射元件5和第二透镜4接触设置，反射元件5设置在第二透镜4上，反射元件5接触第二透镜4远离物方的表面上，即后表面。反射元件5也采用反射镜也可采用反射膜，反射膜镀在第二透镜4远离曲面接收器1的表面上。
第二透镜4的折射率小于第一透镜3的折射率。第二透镜4为半球型透镜，即半球体，第二透镜4的厚度等于第二透镜4的半径。
第一透镜3为负光焦度的凹凸透镜，其朝向物方的表面为凸面；所述第二透镜4为正光焦度的平凸透镜，朝向反射元件5的表面为平面；第一透镜3的凸面的球心、第一透镜3的凹面的球心和第二透镜4凸面的球心，三个球心重合。
各个镜片等的参数具体如表1：
表1
其中，R1为第一透镜3朝向物方的表面的曲率半径，R2为第一透镜3朝向像方的表面的曲率半径，R3为第二透镜4朝向物方的表面的曲率半径，R4为第一反射镜的曲率半径，R5为曲面接收器1的曲率半径，d1为第一透镜3朝向物方的表面和其朝向像方的表面的间距，d2为第一透镜3朝向像方的表面和第二透镜4朝向物方的表面的间距，d3为第二透镜4朝向物方的表面和反射元件5的间距，n1为第一透镜3的折射率，ν1为第一透镜3的阿贝数，n2为第二透镜4的折射率，ν2为第二透镜4的阿贝数。作为一种实施方式，可以为R1＝1.865mm，d1＝1.107mm，R2＝0.758mm，d2＝0.005mm，R1＝0.753mm，d3＝0.753mm，n1＝1.62，n2＝1.59，R5＝2.790。
成像子***还包括滤光元件，如图5。曲面接收器1、滤光元件、第一透镜3、第二透镜4和反射元件5顺次设置。本实施方式中，滤光元件位于曲面接收器1和第一透镜3之间，也位于物方和第一透镜3之间。滤光元件为红外滤光元件。滤光元件可采用滤光片2也可采用滤光膜，滤光片2的材料为K9或塑料，滤光膜镀在第一透镜3朝向曲面接收器1的表面(后表面)上。本发明适用于486nm-656nm波段范围。第一透镜3、第二透镜4、滤光元件和曲面接收器1共心设置。
如图5，物方光束经滤光元件滤光后入射到第一透镜3上，经第一透镜3会聚入射到第二透镜4，经第二透镜4会聚入射到反射元件5上，经反射元件5反射入射到第二透镜4，经第二透镜4会聚后入射到第一透镜3，经第一透镜3会聚后在像面成像，曲面接收器1设置在像面上。
优选的是成像子***还包括第一反射镜6，如图6，物方光束经滤光元件滤光后入射到第一透镜3上，经第一透镜3会聚入射到第二透镜4，经第二透镜4会聚入射到反射元件5上，经反射元件5反射入射到第二透镜4，经第二透镜4会聚后入射到第一透镜3，经第一透镜3会聚、经第一反射镜6反射后在像面成像，曲面接收器1设置在像面上。
下面以滤光元件采用滤光片2进行详细阐述，滤光片2前表面为凸、后表面为凹，滤光片2表面为球面，滤光片2前表面的半径为2.3mm，后表面的半径为1.8mm，厚度0.500mm，折射率为1.52，阿贝数为64.1，滤光片2与第一透镜3间隔0.292mm。第一透镜3前表面的半径为1.508mm，后表面的半径为0.708mm，厚度为0.800mm，折射率为1.64，阿贝数为22.4，第一透镜3与第二透镜4间隔为0.005mm。第二透镜4前表面的半径为0.703mm，折射率为1.57，阿贝数为34.8。反射元件5设置在第二透镜4后表面。曲面接收器1的半径为2.8mm。滤光片2的凸面与像面之间的间距大于0.5mm。成像子***的焦距与成像子***的入瞳直径的比值小于等于1.7。
用Zemax软件对图6对应的实施例进行优化，优化之后的MTF曲线图如图7所示，优化之后的点列图如图8所示，优化之后的相对照度曲线图如图9所示。图7、图8、图9反映了该实施例具有良好的成像质量。
参考图7，边缘视场MTF在奈奎斯特频率200lp/mm处大于0.35，中心视场MTF在奈奎斯特频率400lp/mm处大于0.28，0.7视场MTF在奈奎斯特频率400lp/mm处大于0.25。
参考图8，点列图表明各视场的RMS半径均小于2.749μm，说明本实施例的光学***像质较高。
参考图9，相对照度图中可以看出，在0.7视场内，相对照度高于0.7，在全视场内，相对照度高于0.4。
一个成像子***得到半视场图像(半环形)，半视场的视场角为11°到65°最大视场角为130°，将两个成像子***的曲面接收器1接收的图像通过拼接模块进行拼接即得到一幅环形全视场图像，拼接能够得到最大视场角为130°的环形视场。若是在不考虑截止频率的基础上，该镜头的视场角还可以增大，通常能够达到140°的视场。
本发明大视场小型化的光学成像***的总长为不大于2.8mm，远小于现在市场上通行的5.5mm手机镜头，视场角能够达到130°。本发明大视场小型化的光学成像***在保证了大视场的前提下将***的总长约缩小一半，突破了现有技术的总长瓶颈，对总长进行了大幅缩减，适用于手机镜头超薄的需求，适用于各种应用镜头的领域。成像子***可看作对称式结构，球像面不产生彗差或像散等轴外像差，只需校正球差和轴向色差。成像子***的像面是与第一透镜3、第二透镜4相同球心的球像面，使用曲面接收器1不用考虑大视场光学***场曲、畸变。
本发明大视场小型化的光学成像***的最大视场角可达到130°，尺寸可小于等于2.8mm，为现有的成像镜头提供一种大视场小型化的光学成像***。本发明基于同心反射式镜头，结构简单且需用镜片数目少，降低了常规成像镜头镜片数量，减小了体积，结构紧凑，无需非球面等加工复杂的工艺，便于生产，降低了加工成本，同时兼顾了大视场以及光学***总长短的优点，且像质满足成像镜头基本要求。

Claims (9)

1.大视场小型化的光学成像***，其特征在于，包括两个相邻设置的成像子***；所述成像子***包括顺次设置的曲面接收器、第一透镜、第二透镜和反射元件，第一透镜和第二透镜胶合设置，第一透镜和第二透镜均为球面透镜，物方光束入射到第一透镜，依次经第一透镜会聚、第二透镜会聚、反射元件反射、第二透镜会聚和第一透镜会聚后在曲面接收器上成像；所述两个成像子***成的像能够拼接成一幅环形视场图像；
所述第一透镜为负光焦度的凹凸透镜，其朝向物方的表面为凸面；所述第二透镜为正光焦度的平凸透镜，朝向反射元件的表面为平面；所述第一透镜的凸面的球心、第一透镜的凹面的球心和第二透镜的凸面的球心重合；
所述第一透镜朝向曲面接收器的表面包括第一半侧表面和第二半侧表面；一个成像子***的第一透镜的第一半侧表面对应该成像子***的曲面接收器设置，第二半侧表面对应物方设置；另一个成像子***的第一透镜的第二半侧表面对应该成像子***的曲面接收器设置，第一半侧表面对应物方设置。
2.如权利要求1所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述第二透镜的折射率小于第一透镜的折射率。
3.如权利要求1所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述第二透镜为半球型透镜，反射元件设置在第二透镜上。
4.如权利要求1所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述成像子***的焦距与成像子***的入瞳直径的比值小于等于1.7。
5.如权利要求1所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述成像子***还包括第一反射镜，所述反射元件反射的光束依次经第二透镜会聚、第一透镜会聚和第一反射镜反射后在曲面接收器上成像。
6.如权利要求5所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述成像子***还包括滤光元件，所述滤光元件位于曲面接收器和第一透镜之间。
7.如权利要求6所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述物方光束经滤光元件滤光后入射到第一透镜，经所述第一透镜会聚后的光束经滤光元件滤光后在曲面接收器上成像。
8.如权利要求6所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述滤光元件采用滤光片，所述滤光片朝向物方的表面为凸面，朝向反射元件的表面为凹面。
9.如权利要求6所述的大视场小型化的光学成像***，其特征在于，所述滤光元件采用滤光膜，所述滤光膜设置在第一透镜朝向物方的表面上。
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