用于外围视场成像的广角镜头及照相机系统技术方案

技术编号:23411784 阅读:28 留言:0更新日期:2020-02-22 18:29
本发明专利技术揭示用于成像安置为远离光学轴而朝向视场的外围的对象的广角镜头。

Wide angle lens and camera system for peripheral field of view imaging

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于外围视场成像的广角镜头及照相机系统相关申请案本申请案主张2017年6月2日申请的第62/514,080号美国临时申请案的优先权的权益,所述申请案的全部内容通过引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及广角镜头,且更特定来说(但非排他地),本专利技术涉及经配置以优先成像定位为朝向视场的外围的对象的镜头以及并入此类镜头的照相机系统。
技术介绍
光学成像系统的公理是以下原理:此类系统被设计成期望主要关注的对象将位于成像系统的光学轴上,且因此此类系统的镜头必须经设计以提供高质量轴上成像。实际上,我们通常将接受视场的边缘处的光学性能降低以有利于增强轴上性能。摄影术、显微术及天文学全是其中观察者通常努力定位光学系统使得所关注的至少一个对象在视场中居中安置于光学轴上的场的实例。相比来说,申请人已设想其中所关注的所有对象将安置为远离光学轴而朝向视场的外围的应用。因此,申请人已认识到针对轴上性能进行优化的现有镜头部分归因于不需要的轴上性能优化而不是非常适合于外围视场成像。因此,最先进的技术的进展是提供经优化以成像位于视场的外围而非轴上处的对象的广角镜头。
技术实现思路
根据本专利技术的方面中的一者,本专利技术可提供一种广角镜头,其用于成像安置于视场的所关注的外围区域中的对象。依次沿从对象到图像空间的光学轴,根据本专利技术的示范性广角镜头可包含第一群组的镜头元件、孔径光阑及第二群组的镜头元件。所关注的区域可为延伸于与所述光学轴成至少30度的第一角度到与所述光学轴成至少75度的第二角度之间的环形圆锥体,其中所述第一及第二镜头群组经配置以成像安置于所关注的区域内的对象。所述广角镜头可具有在R=1.67:1到2.5:1的范围内的所述第一角度与所述第二角度的比率。特定来说,所述第一角度可为50度而所述第二角度可为100度。镜头可经配置及构造使得所述对象空间中的所述第二角度的光线与距所述光学轴距离H处的镜头图像平面相交而所述对象空间中的所述第一角度的光线与距所述光学轴距离h处的镜头图像平面相交,使得H/h>R或优选地H/h≥1.1xR或更优选地H/h≥1.5xR。所关注的区域中的视场到图像平面上的角映射可大体上是线性的。所述第一及第二群组的镜头元件可经配置以通过在所关注的区域中具有特定性能度量而成像安置于所关注的区域内的对象。例如,所述第一及第二群组的镜头元件可协作以提供:轴上纵向球面像差,其大于所关注的区域内各处的所述纵向球面像差;所关注的区域内各处的纵向球面像差,其小于所述轴上纵向球面像差的一半;轴上切向光线的场曲率,其大于所关注的区域内各处的切向光线的场曲率;及/或所关注的区域内各处的切向光线的场曲率,其小于轴上切向光线的所述场曲率的四分之一。此外,所述第一及第二群组的镜头元件可协作以提供:所关注的区域中的矢状光线的187lp/mm下至少55%的调制转移函数;所关注的区域中的矢状光线的93lp/mm下至少76%的调制转移函数;所关注的区域中的切向光线的187lp/mm下至少36%的调制转移函数;和/或所关注的区域中的切向光线的93lp/mm下至少65%的调制转移函数。还应注意,可在不使用非球面表面的情况下优化根据本专利技术的示范性广角镜头;所述第一及第二群组的镜头元件可全部具有球面表面。所述第一群组的镜头元件可由四个或五个镜头组成,而所述第二群组的镜头元件可由四个镜头组成。有效焦距可为1mm或更小,其中光圈值(f-number)是2.4或更小。在本专利技术的方面的另一者中,本专利技术可提供一种广角镜头,其具有跨越所述光学轴的大于150度的角视场FOV及跨越所述光学轴的中心半视场FOV1/2。中心半视场的角范围FOV1/2对视场的角范围FOV的比率可为FOV/FOV1/2=2,其中镜头经构造及布置使得视场的像圈的图像平面处的直径(D1)对中心半视场的像圈的直径(D1/2)的比率是D1/D1/2>2。D1/D1/2的比率≥2.2,或优选地D1/D1/2≥2.5,或更优选地D1/D1/2≥3。镜头可包括安置于FOV1/2与FOV之间的所关注的区域,其中所关注的所述区域中的视场到所述图像平面上的角映射大体上是线性的。另外,本专利技术可提供一种包括本专利技术的广角镜头的照相机系统。附图说明可在结合附图阅读时进一步理解本专利技术的示范性实施例的前述汇总及以下详细描述,其中:图1示意性地说明根据本专利技术的示范性八元件镜头;图2A到2C分别说明图1的镜头的经计算的纵向球面像差、场曲率及平场(f-theta)畸变;图3示意性地说明根据本专利技术的示范性九元件镜头;图4A到4C分别说明图3的镜头的经计算的纵向球面像差、场曲率及平场畸变;图5说明图3的镜头的经计算的调制转移函数对场;图6说明图3的镜头的经计算的多色衍射调制转移函数对空间频率;图7说明图3的镜头的经计算的点状图;图8说明图3的镜头的经计算的通过焦点的多色衍射调制转移函数对焦点移位;图9说明图3的镜头的经计算的图像平面的相对照明对场;图10说明图3的镜头的经计算的镜头主光线角对场连同示范性图像传感器(检测器)的目标主光线角;及图11说明所设计及制造的图3的镜头的场高度对视场。具体实施方式现参考图式,其中相同元件的编号相同,图1及3示意性地说明根据本专利技术的针对朝向视场的外半部的性能优化的示范性广角镜头100、200的配置。镜头100、200可具有210°(光学轴的任一侧上±105°)的广泛视场,且可针对视场的所关注的区域内的光学性能优化。具体来说,由于成像对象的目标安置于视场的外围,因此所关注的区域可包括从与光学轴成50°开始且延伸到与光学轴成100°的环形圆锥体。所关注的区域外部的光学性能(例如0°与50°视场之间的圆锥体)可放宽且具有不如所关注的区域中发现的光学性能的光学性能。例如,镜头100、200的球面像差可相较于50°及以下而针对50°及以上适当地校正。另外,通过放宽所关注的区域外部的光学性能的要求,申请人已能够实现其中所有光学表面都是球面的设计,从而避免与非球面表面相关联的制造复杂性及成本。转到图1的镜头100的配置,更特定来说,镜头100可包含安置于孔径光阑S11的对象侧上的四个光学元件L1到L4的第一群组且可包含具有表1中所展示的第一阶设计性质的安置于光阑S11的图像侧上的四个光学元件L6到L9的第二群组。最前面两个镜头L1、L2是具有凸出到对象侧的表面的弯月型镜头,且引入负焦度以减小进入光线角度使其更平行于光学轴。任选地,图1的镜头100的镜头L4可由两个镜头元件L4a、L5取代,其中所有其它镜头L1到L3及L6到L9保持不变,如表2及图3中所展示。表1、2的所提供的光学玻璃是指来自美国纽约艾姆斯弗德肖特北美分公司(SchottNorthAmerica,Inc,Elmsford,NY,USA)的玻璃且Nd是指587.6nm的波长。表1、2中的环烯共聚物“COC”可为APELTMCyclo烯烃共聚物APL5014CL(日本东京三井化学公司(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种广角镜头,其用于成像安置于视场的所关注的区域中的对象,依次沿从对象到图像空间的光学轴,所述广角镜头包括:第一群组的镜头元件、孔径光阑及第二群组的镜头元件,其中所关注的所述区域是延伸于与所述光学轴成至少30度的第一角度到与所述光学轴成至少75度的第二角度之间的环形圆锥体,且其中所述第一及第二镜头群组经配置以成像安置于所关注的所述区域内的对象。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170602 US 62/514,0801.一种广角镜头,其用于成像安置于视场的所关注的区域中的对象,依次沿从对象到图像空间的光学轴,所述广角镜头包括:第一群组的镜头元件、孔径光阑及第二群组的镜头元件,其中所关注的所述区域是延伸于与所述光学轴成至少30度的第一角度到与所述光学轴成至少75度的第二角度之间的环形圆锥体,且其中所述第一及第二镜头群组经配置以成像安置于所关注的所述区域内的对象。


2.根据权利要求1所述的广角镜头,其中所述第二角度是所述第一角度的至少两倍。


3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第二角度与所述第一角度的比率R在R=1.67:1到2.5:1的范围内。


4.根据权利要求3所述的广角镜头,其中所述镜头经配置及构造使得对象空间中的所述第二角度的光线与距所述光学轴距离H处的镜头图像平面相交而所述对象空间中的所述第一角度的光线与距所述光学轴距离h处的所述镜头图像平面相交使得H/h>R或优选地H/h≥1.1xR或更优选地H/h≥1.5xR。


5.根据权利要求3或4所述的广角镜头,其中R=2。


6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一角度是45度。


7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一角度是50度。


8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一角度是50度而所述第二角度是100度。


9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过使轴上纵向球面像差大于所关注的所述区域中各处的所述纵向球面像差而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过使所关注的所述区域中各处的纵向球面像差小于所述轴上纵向球面像差的一半而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过使轴上切向光线的场曲率大于所关注的所述区域中各处的切向光线的所述场曲率而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过使所关注的所述区域中各处的切向光线的场曲率小于轴上切向光线的所述场曲率的四分之一而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过具有所关注的所述区域中的矢状光线的187lp/mm下至少55%的调制转移函数而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过具有所关注的所述区域中的矢状光线的93lp/mm下至少76%的调制转移函数而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


15.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过具有所关注的所述区域中的切向光线的187lp/mm下至少36%的调制转移函数而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


16.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件经配置以通过具有所关注的所述区域中的切向光线的93lp/mm下至少65%的调制转移函数而成像安置于所关注的所述区域内的对象。


17.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一及第二群组的镜头元件全部具有球面表面。


18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第一群组的镜头元件由四个或五个镜头组成。


19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中所述第二群组的镜头元件由四个镜头组成。


20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中有效焦距是1mm或更小。


21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中光圈数是2.4或更小。


22.根据前述权利要求中任一权利要求所述的广角镜头,其中平场畸变在全场处是34%或更小。


23.根...

【专利技术属性】
技术研发人员:M·梅科夫M·S·施尼特曼缪潇宇李明燐赖正益周建宏
申请(专利权)人:猫头鹰实验室股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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