具有制作误差的容差的透镜设计制造技术

公开具有制作误差的容差的透镜设计。还涉及一种光学系统，其产生视场的数字图像，包括：a)光传感器的传感器阵列，其产生输出信号，所述输出信号指示由每个光传感器所接收的光的强度；b)一个或多个光学元件，其将视场的图像一起投影到传感器阵列上，所述传感器阵列包括至少一个经区段化的光学元件，所述经区段化的光学元件包括多个区段，所述区段中的至少两个在大小和形状中的一个或两个方面中不同，每个区段往传感器阵列上投影视场的仅仅一部分的图像，不同的区段将视场的不同部分的图像投影到传感器阵列的非重叠的区。

【技术实现步骤摘要】
具有制作误差的容差的透镜设计相关申请本申请从2017年10月9日提交的、题为“LENSDESIGNWITHTOLERANCEOFFABRICATIONERRORS”、以shardonSade名义的、申请号为62/569,650的美国临时申请要求优先权。以上申请的内容通过引用被并入，如同在本文中以其全部被充分阐明的那样。
本专利技术在其一些实施例中涉及光学系统的设计，并且更具体地但是不排他地涉及用于成像系统和用于投影系统的、具有经改善的制造容差的透镜设计。
技术介绍
手机中使用的相机典型地具有从透镜第一表面到传感器的非常短的距离，以便适合电话的厚度。为了具有高分辨率，这样的相机典型地需要具有与该距离可比或大于该距离的传感器对角线长度，用以允许传感器具有大量像素，并且具有宽的孔径，以便避免通过衍射效应而限制分辨率。这些约束中的二者典型地导致如下的透镜设计：所述透镜设计具有大量透镜元件、例如7个透镜元件并且具有图像品质对制造误差的高敏感性，所述制造误差既针对透镜元件的形状也针对其定位。这样的对组件的形状和定位中的误差的高敏感性可能导致低的制造产出，因为对于足够紧的容差可能难以或不可能制造透镜。另外，对透镜元件的相对定位中的误差的高敏感性可能使得难以使用如下透镜：所述透镜在使用中的时候打开折叠或打开套叠，其否则可以允许从透镜的表面到传感器的距离大于电话的厚度。这样的折叠透镜或套叠透镜经常被使用在全尺寸的相机中，所述全尺寸的相机没有图像品质对制造误差的这样高的敏感性。为了将透镜元件的形状和定位中的误差保持在可接受的水平处而对于紧制造容差的需要还增加制造具有给定图像品质的手机相机的成本。类似的评论适用于在致密投影系统、诸如必须适合护目镜的平视显示器中所使用的透镜。全景视频、诸如IMAX电影可以在非常宽的角度、甚至360度上延伸，其通过使用指向不同方向的多个相机，使得相机共同覆盖视频的所期望的总角宽。来自不同相机的图像可以各自被投影在不同的表面上或表面的不同部分上，以这样的方式使得不同的图像看似无缝地被接合在一起。数字相机通常伴随有软件，所述软件将通过使相机在覆盖比相机的视场更宽的角度的场景上摇摄所拍摄的多个照片无缝地接合在一起。相机可以具有多于一个透镜，其同时产生不同的图像。例如，在彩色胶片可用之前的早期的彩色摄影有时使用三个透镜，各自具有不同的滤色器，其产生相同场景的三幅图像，所述三幅图像可以被组合以形成彩色图像。类似地，由具有并排的两个透镜的相机制成立体照片。出于许多用途而使用小透镜、有时被称为lenslet（小透镜）的阵列。在<http://spie.org/publications/fg11_p68_lenslet_arraysSSO=1>处找到的、在2018年2月22日下载的论文描述了使用小透镜阵列来实现更均匀的照明。通过2018年2月22日下载的<https://en.wikipedia.org/wiki/Shack%E2%80%93Hartmann_wavefront_sensor>所描述的夏克-哈特曼（Shack-Hartmann）波前传感器是一种光学仪器，所述光学仪器使用小透镜的阵列来表征成像系统。给Ran等人的专利号为8,530,243的美国专利描述了一种透镜的阵列，其用于为了执行光学生物测定的目的而产生多幅图像，其中每个透镜投影从生物测定的感兴趣的不同区域所接收的光。2018年4月29日从<https://www.medgadget.com/2018/04/new-glasses-slow-down-myopic-progression-in-children.html>下载的文章描述了“能够减慢儿童中的近视进展的玻璃透镜。透镜的中心像在常见的一副眼镜中那样起作用，针对近视和散光而进行调节，而同时在该区周围，透镜包括几十个有助于视力矫正的近视去焦点。如由2018年2月22日下载的<https://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_lens>所描述的，通过将透镜划分成一组同心环状区段，菲涅耳透镜与常规透镜相比减少所需的材料的量。在每个区段中，相比于等同的单透镜，总体厚度减小。这有效地将标准透镜的连续表面划分成具有与标准透镜相同的曲率的一组表面，其中在它们之间具有逐步的不连续性。如由2018年2月22日下载的<https://en.wikipedia.org/wiki/Point_spread_function>所描述的，在显微镜图像处理和天文学中，知道测量设备的点扩散函数（PSF）对于利用反卷积来还原原始图像而言是重要的。附加的
技术介绍
包括给Liang的公布号为2009/0116127的美国专利申请。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例的一方面涉及具有经区段化的透镜的成像系统，透镜的每个区段产生视场的不同部分的可能畸变的图像，对此，软件可以平滑地将不同的图像接合在一起从而形成整个视场的单个相对不畸变的图像。因而根据本专利技术的示例性实施例提供有一种产生视场的数字图像的光学系统，包括：a)光传感器的传感器阵列，其产生输出信号，所述输出信号指示由每个光传感器所接收的光的强度；b)一个或多个光学元件，其一起将视场的图像投影到传感器阵列上，包括至少一个经区段化的光学元件，所述经区段化的光学元件包括多个区段，所述区段中的至少两个在大小和形状中的一个或两个方面中不同，每个区段往传感器阵列上投影视场的仅仅一部分的图像，不同的区段将视场的不同部分的图像投影到传感器阵列的非重叠的区。可选地，传感器阵列大体上是平面的。可选地，视场的每个部分与其它部分中的至少一个部分地重叠。可选地，传感器阵列的大多数区域接收来自属于视场的仅仅一个部分的视场部分的光。在本专利技术的示例性实施例中，所述光学系统包括计算机，所述计算机接收传感器阵列的输出信号，并且被配置成使用输出信号来找到视场的不同部分的数字图像，并且使用图像处理算法来将视场的不同部分的数字图像组合成视场的数字图像。可选地，视场的每个部分与其它部分中的至少一个部分地重叠，并且所述图像处理算法使用各部分的重叠部分来组合数字图像。可选地，图像处理算法被配置成组合视场的不同部分的数字图像，使得各部分的重叠部分在视场的数字图像中仅仅出现一次。可选地，图像处理算法减少或消除在与视场的不同部分相对应的位置之间的视场的数字图像中的不连续性。可选地，图像处理算法从视场的不同部分的数字图像的至少一部分反卷积预期的点扩散函数（PSF），这在组合数字图像之前、组合它们之后或既在之前也在之后。可选地，由成像系统反卷积的针对一个或多个数字图像的至少一部分的预期PSF使其在中心区内的积分的至少95%没有零。可选地，针对一个或多个数字图像的至少一部分，预期的PSF至少基于来自有效孔径的衍射，并且所述有效孔径包括一区，该区具有大于有效孔径中的最大透射的10%并且小于所述最大透射的90%的透射，其中具有多于所述最大透射的10%的孔径区域的至少20%针对在400和1100nm之间的至少一些光波长具有小于所述最大透射的90%。可选地，视场的不同部分的图像在它们之间具有间隙，所述间隙不是视场的任何部分的数字图像的部分。可选地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其产生视场的数字图像，包括：a)光传感器的传感器阵列，其产生输出信号，所述输出信号指示由每个光传感器所接收的光的强度；b)一个或多个光学元件，其将视场的图像一起投影到传感器阵列上，所述传感器阵列包括至少一个经区段化的光学元件，所述经区段化的光学元件包括多个区段，所述区段中的至少两个在大小和形状中的一个或两个方面中不同，每个区段往传感器阵列上投影视场的仅仅一部分的图像，不同的区段将视场的不同部分的图像投影到传感器阵列的非重叠的区。

【技术特征摘要】
2017.10.09 US 62/5696501.一种光学系统，其产生视场的数字图像，包括：a)光传感器的传感器阵列，其产生输出信号，所述输出信号指示由每个光传感器所接收的光的强度；b)一个或多个光学元件，其将视场的图像一起投影到传感器阵列上，所述传感器阵列包括至少一个经区段化的光学元件，所述经区段化的光学元件包括多个区段，所述区段中的至少两个在大小和形状中的一个或两个方面中不同，每个区段往传感器阵列上投影视场的仅仅一部分的图像，不同的区段将视场的不同部分的图像投影到传感器阵列的非重叠的区。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述传感器阵列基本上是平面的。3.根据权利要求1所述的光学系统，其中视场的每个部分与其它部分中的至少一个部分地重叠。4.根据权利要求3所述的光学系统，其中传感器阵列的大多数区域接收来自属于视场的仅仅一个部分的视场部分的光。5.根据权利要求1所述的光学系统，包括计算机，所述计算机接收传感器阵列的输出信号，并且被配置成使用输出信号来找到视场的不同部分的数字图像，并且使用图像处理算法来将视场的不同部分的数字图像组合成视场的数字图像。6.根据权利要求5所述的光学系统，其中视场的每个部分与其它部分中的至少一个部分地重叠，并且所述图像处理算法使用各部分的重叠部分来组合数字图像。7.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述图像处理算法被配置成组合视场的不同部分的数字图像，使得各部分的重叠部分在视场的数字图像中出现仅仅一次。8.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述图像处理算法减少或消除在与视场的不同部分相对应的位置之间的视场的数字图像中的不连续性。9.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述图像处理算法从视场的不同部分的数字图像的至少一部分反卷积预期的点扩散函数（PSF），这在组合数字图像之前、组合它们之后或既在之前也在之后。10.根据权利要求9所述的光学系统，其中由成像系统反卷积的针对一个或多个数字图像的至少一部分的预期PSF使其在中心区内的积分的至少95%没有零。11.根据权利要求9所述的光学系统，其中，针对一个或多个数字图像的至少一部分，预期的PSF至少基于来自有效孔径的衍射，并且所述有效孔径包括一区，该区具有大于有效孔径中的最大透射的10%并且小于所述最大透射的90%的透射，其中具有多于所述最大透射的10%的孔径区域的至少20%针对在400和1100nm之间的至少一些光波长具有小于所述最大透射的90%。12.根据权利要求1所述的光学系统，其中视场的不同部分的图像在它们之间具有间隙，所述间隙不是视场的任何部分的数字图像的部分。13.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述至少一个经区段化的光学元件具有一表面，所述表面具有的定向在区段之间的边界处不连续。14.根据权利要求13所述的光学系统，其中所述至少一个经区段化的光学元件在区段之间具有一个或多个梯级，并且在梯级的相对侧上的两个相邻区段中的该光学元件的表面的定向在所述梯级的相对侧之间是不连续的。15.根据权利要求1所述的光学系统，其中对于抵达区段中两个区段的、在相同方向上行进的光线而言，所述至少一个经区段化的光学元件具有在所述两个区段之间的至少一些边界处不连续地改变的光学倍率。16.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述至少一个经区段化的光学元件包括在区段中的至少一些之间的间隙。17.根据权利要求16所述的光学系统，其中每个间隙具有的宽度小于该间隙所处于之间的区段中的每一个在跨间隙的方向上的宽度的20%。18.根据权利要求1所述的光学系统，其中从传感器阵列到所述一个或多个光学元件的任何部分的最大距离小于在视场的图像的部分被投影在其上的传感器阵列的任何两个部分之间的最大距离。19.根据权利要求1所述的光学系统，包括一种机制用于将所述一个或多个光学元件相对于彼此、相对于传感器阵列或既相对于彼此也相对于传感器阵列可逆地折叠或折拢，从而使得光学系统当它不处于使用中的时候更致密。20.根据权利要求1所述的光学系统，其中与小于自视场的中心方向的30度的视场中的方向相对应的、被投影在传感器阵列上的图像的至少一部分具有大于10%的畸变度。21.根据权利要求1所述的光学系统，其中视场中没有任何方向距作为视场的另一部分的部分的方向多于10度。22.根据权利要求1所述的光学系统，其中视场的各部分中没有任何两个在角范围上具有相同的形状和大小。23.根据权利要求22所述的光学系统，其中视场的各部分中至少两个在角范围上包括大体上同心的环。24.根据权利要求1所述的光学系统，其中投影来自视场的至少两个部分的光的经区段化的光学元件的区段在形状上大体上是环形的，并且关于相同的光轴大体上轴对称。25.根据权利要求24所述的光学系统，其中所述两个区段具有平均向内朝向光轴定向的前表面以及平均向外远离光轴定向的后表面，其中位于更靠近于光轴处的区段中第一个的前和后表面平均定向成与位于更远离光轴的区段中第二个的前和后表面相比具有呈距光轴的更浅的角的法向方向。26.根据权利要求24所述的光学系统，其中位于更靠近于光轴的区段中第一个具有的针对它从视场投影到传感器阵列的光线的平均光学倍率与位于更远离光轴的区段中第二个针对它从视场投影到传感器阵列的光线的平均光学倍率相比不太积极。27.根据权利要求24所述的光学系统，其中所述两个区段包括内部区段和外部区段，其各自具有前表面，通过所述前表面，它们接收来自视场的光，所述内部区段的前部区段与外部区段的任何前表面相比完全更靠近光轴，其中所述内部区段的前表面与外部区段的前表面相比具有更大的径向范围。28.根据权利要求24所述的光学系统，其中所述两个区段包括内部区段和外部区段，其各自具有后表面，通过所述后表面，它们向传感器阵列传输光，所述内部区段的后部区段与外部区段的任何后表面相比完全更靠近光轴，其中所述内部区段的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S塞德，
申请(专利权)人：艾菲瑞斯特有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL