二表面窄视场复合透镜制造技术

用于在成像系统的像平面处产生物体的图像的二表面窄视场(FOV)复合透镜，包括：在具有共用光轴的平凸透镜和平凹透镜之间的双平面基板。平凸透镜具有在双平面基板的第一侧上的第一平面表面并由具有第一阿贝数的材料形成。平凹透镜具有与第一侧相对的双平面基板的第二侧上的第二平面表面，并由具有小于第一阿贝数的第二阿贝数的材料形成。第一和第二透镜具有可以满足‑1.4<F2/F1<‑0.9的各自的焦距F1和F2。复合透镜可以具有光学总长T和有效焦距feff，使得它们的比值满足0.88<T/feff<0.98。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及光学领域，尤其涉及一种二表面窄视场复合透镜。
技术介绍
数码相机模块被用于各种消费者、工业和科学的成像设备中，以产生静态图像和/或视频。数码相机模块的应用包括基于图像的识别应用，例如条形码扫描和虹膜识别。针对这些应用的照相机可以包括相较于传统透镜具有相对大的景深的成像透镜。这种大的景深使得利用照相机识别物体的设备对物体距成像透镜的距离相对不敏感。对于固定的成像透镜焦距，成像透镜的景深与透镜的f值N近似成线性正比，其中N为透镜有效焦距与入射光瞳直径D的比。参照，例如，Focal出版社于2000年出版的Jacobson等人的《ThemanualofPhotography》(第九版)。具有焦距f的成像透镜和对角长度d的图像传感器的照相机的视场2α为用f值N＝f/D表示，示出对于恒定的入射光瞳直径D，视场α随f值N增加而降低。由于景深与透镜的f值N近似成线性正比，视场2α也随景深增加而降低。基于图像的识别设备需要相机模块具有比传统相机模块中的透镜更小的视场(FOV)的透镜、同时产生与传统相机模块所形成的图像相比最低限度地减小线宽分辨率的图像。传统的窄FOV照相机模块通过采用包括数个光学表面的类似望远镜的复合透镜，在保持较大FOV照相机的图像质量的同时实现小的视点。这种照相机模块的不利是，复合透镜的制造费用随光学表面的数目而增加。
技术实现思路
公开一种用于在成像系统的像平面处产生物体的图像的二表面窄视场(FOV)复合透镜。在一个实施例中，所述透镜包括在具有共用光轴的平凸透镜和平凹透镜之间的双平面基板。所述平凸透镜具有在所述双平面基板的第一侧上的第一平面表面并由具有第一阿贝数的材料形成。所述平凹透镜具有在与所述第一侧相对的所述双平面基板的第二侧上的第二平面表面，并由具有小于所述第一阿贝数的第二阿贝数的材料形成。在一个实施例中，所述第一阿贝数超过50且所述第二阿贝数小于35。在一个实施例中，所述双平面基板由具有超过所述第二阿贝数的第三阿贝数的材料形成。在一个实施例中，所述平凸透镜具有焦距F1，所述平凹透镜具有焦距F2，比值F2/F1满足-1.4<F2/F1<-0.9。在一个实施例中，所述双平面基板、所述平凸透镜和所述平凹透镜共同地具有有效焦距F，使得在位于距离所述光轴与所述平凸透镜的物侧凸表面的交叉点T处的像平面处形成所述图像，比值T/F满足0.88<T/F<0.98。附图说明图1示出根据一个实施例的使用情景中的示例性窄视场复合透镜。图2是图1的二表面窄视场复合透镜的实施例的示例性剖视图。图3是与成像仪的保护玻璃有关、示出图1和图2的二表面窄视场复合透镜的实施例的成像系统的剖视图。图4示出图3的复合透镜的示例性参数表。图5是图3的成像系统中复合透镜的纵向像差的图。图6是图3的成像系统中复合透镜的f-theta畸变的图。图7是图3的成像系统中复合透镜的Petzval场曲的图。图8是图3的成像系统中复合透镜的横向色差的图。图9是与成像仪的保护玻璃有关、示出图1和图2的二表面窄视场复合透镜的实施例的成像系统的剖视图。图10示出图9的复合透镜的示例性参数表。图11是图9的成像系统中复合透镜的纵向像差的图。图12是图9的成像系统中复合透镜的f-theta畸变的图。图13是图9的成像系统中复合透镜的Petzval场曲的图。图14是图9的成像系统中复合透镜的横向色差的图。具体实施方式图1示出利用移动设备160的照相机模块150中的窄视场复合透镜100对条形码190的成像。由于照相机模块150和复合透镜100在面向条形码190的移动设备160的一侧可见，因此用虚线示出。条形码190的图像191在移动设备160的输出显示161上示出。应该理解的是，窄视场复合透镜100可被包括在移动设备160的替代位置，例如在设备160的前面、背面、顶端、底端或侧面上。此外，窄视场复合透镜100可被包括在其他设备上，在不脱离其范围的情况下，其他设备包括，但不限于，笔记本电脑、平板电脑、条形码扫描仪、和基于图像的识别设备。图2是二表面窄视场复合透镜200的剖面图，二表面窄视场复合透镜200是图1的二表面窄视场复合透镜100的实施例。复合透镜200包括在平凸透镜210和平凹透镜230之间的基板220。平凸透镜210和平凹透镜230共享共用光轴279，且因此同轴。基板220可以为单一整体的，或者可选地，由多于一个的光学元件形成。平凸透镜210包括凸表面211和平面表面212。平面表面212相邻于基板220的平面表面221，基板220还包括与平面表面221相对的平面表面222。平面表面222相邻于平凹透镜230的平面表面231，平凹透镜230还包括与平面表面231相对的凹表面232。表面211和232的至少一个可以为非球面。在不脱离其范围的情况下，表面211和232的至少一个为球面。表面212和221被示出为彼此直接接触，然而在不脱离其范围的情况下，可以通过附加的光学元件间接相邻。同样地，表面222和231被示出为彼此直接接触，然而在不脱离其范围的情况下，可间接相邻。平凸透镜210和平凹透镜230可以均是单面透镜。在不脱离其范围的情况下，在复合透镜200的一个实施例中，平凸透镜210和平凹透镜230的至少一个可以是非单面透镜。可以优化平凸透镜210的表面211以收集入射光线、控制那些光线的传播方向进入复合透镜200(例如穿过透镜220和230)并引导入射光线穿过孔径光阑225。可以优化平凹透镜230的表面232以校正由复合透镜200形成的图像的色差和球差。在图2中，仅用于表述的目的，孔径光阑225被示出为物理孔径。在不脱离其范围的情况下，孔径光阑225可以为非物理孔径，即至少部分由除了透镜210、230和基板220的元件形成。在成像系统中使用的复合透镜200可以具有在基板220和平凹透镜230之间的孔径光阑225，该孔径光阑225对应于相邻的表面222和231之间的平面。在复合透镜200中放置孔径光阑225帮助保持光锥相对于场坐标的对称性，这降低选定的像差并有助于具有优化的光学调制传递函数(“MTF”)的成像系统。平凸透镜210具有焦距F1且平凹透镜230具有焦距F2。复合透镜200的实施例可以具有在-1.4和-0.9之间的商F2/F1。限制商F2/F1至这个范围，允许限制复合透镜200形成的图像中的色差和球差至可被充分校正的值，用于有效的基于图像的识别。具有在这个范围之外的商F2/F1的透镜形成的图像具有超过阈值的色差和球差，超过该阈值的像差不能被充分校正以用于有效的基于图像的识别。图2示出复合透镜200聚焦平行光束250到像平面278上。会聚光线254离开复合透镜200并会聚到像平面278。复合透镜200中的光线250和254的延长线相交于主平面274。图2示出主平面274相交于复合透镜200。在不脱离其范围的情况下，复合透镜200的实施例可以具有定位为不相交于复合透镜200的主平面274。复合透镜200具有在主平面274和像平面278之间的有效焦距276(在此也表示为feff)。平面272在光轴279处正切于表面211并垂直于光轴279。光学总长275定义平面272和像平面278之间的距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在成像系统的像平面处产生物体的图像的二表面窄视场(FOV)复合透镜，所述透镜包括：在具有共用光轴的平凸透镜和平凹透镜之间的双平面基板，所述平凸透镜具有在所述双平面基板的第一侧上的第一平面表面并由具有第一阿贝数的材料形成，所述平凹透镜具有在与所述第一侧相对的所述双平面基板的第二侧上的第二平面表面并由具有小于所述第一阿贝数的第二阿贝数的材料形成。

【技术特征摘要】
2015.10.05 US 14/875,1731.一种用于在成像系统的像平面处产生物体的图像的二表面窄视场(FOV)复合透镜，所述透镜包括：在具有共用光轴的平凸透镜和平凹透镜之间的双平面基板，所述平凸透镜具有在所述双平面基板的第一侧上的第一平面表面并由具有第一阿贝数的材料形成，所述平凹透镜具有在与所述第一侧相对的所述双平面基板的第二侧上的第二平面表面并由具有小于所述第一阿贝数的第二阿贝数的材料形成。2.如权利要求1所述的透镜，所述第一阿贝数超过50，所述第二阿贝数小于35。3.如权利要求1所述的透镜，所述双平面基板由具有超过所述第二阿贝数的第三阿贝数的材料形成。4.如权利要求3所述的透镜，所述第三阿贝数超过所述第一阿贝数。5.如权利要求1所述的透镜，所述平凸透镜具有焦距F1，所述平凹透镜具有焦距F2，比值F2/F1满足-1.4<F2/F1<-0.9。6.如权利要求1所述的透镜，所述双平面基板、所述平凸透镜和所述平凹透镜共同地具有有效焦距feff，使得在与所述光轴和所述平凸透镜的物侧凸表面的交叉点距离T处的像平面处形成所述图像，比值T/feff满足0.88<T/feff<0.98。7.如权利要求1所述的透镜，所述第二平面表面用作孔径光阑。8.如权利要求1所述的透镜，所述双平面基板具有超过所述第二平面表面的直径的宽度。9.如权利要求1所述的透镜，所述平凸透镜和所述平凹透镜的至少一个是单面透镜。10.如权利要求1所述的透镜，所述双平面基板、所述平凸透镜和所述平凹透镜共同地具有4毫米和6毫米之间的有效焦距。11.如权利要求1所述的透镜，具有在...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹淳义，邓兆展，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US