【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学系统，尤其涉及一种小光圈数光学成像系统。
技术介绍
1、光学系统的景深或者焦深一直是光学领域的研究热点，大景深或者大焦深有利于获得更多的物空间信息，在光学系统的光瞳面上放置一块相位板，能够改变原系统的点扩散函数和调制传递函数，在更大的景深或者焦深范围内，使光学系统对离焦不敏感，为各种应用场景提供更好的解决方案，在多个领域中都有广泛应用，包括医学影像、天文学、安防监控等，有助于推动科技创新和社会发展。
2、在现有技术中，小f数(光圈数)光学成像系统的离焦敏感性高，这会导致成像范围的降低。尽管小f数光学成像系统有着更高的成像质量，但传统的小光圈数光学成像系统很难平衡好镜片数量与成像质量的关系，为了实现高成像质量，需要采用更加复杂的光学架构，导致镜片数量增加，成本增加，而减少镜片数量则会导致成像质量的降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种小光圈数光学成像系统，解决以上技术问题；
2、一种小光圈数光学成像系统，包括，
3、第一透镜，用于折射所述第一透镜入射侧的入射光线，产生第一出射光；
4、第二透镜，位于所述第一透镜的出光侧，用于折射所述第一出射光，产生第二出射光；
5、孔径光阑，位于所述第二透镜的出光侧，用于控制所述第二出射光的入射角度和光通量；
6、相位板模拟部，位于所述孔径光阑的出光侧，通过调节透过所述孔径光阑的所述第二出射光的相位，以控制景深和焦深；
7、成像透镜
8、优选地，所述相位板模拟部为自由曲面透镜，所述自由曲面透镜的凸面面型由以下公式计算得到：
9、
10、其中，z1表示所述自由曲面透镜的面型矢高；
11、fs,t表示xy多项式的系数。
12、优选地，所述孔径光阑与所述第二透镜相距2.2206mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部相距0.1mm；
13、所述光学成像系统的弥散斑直径小于0.7mm，调制传递函数曲线横坐标3cycles/mm处对应的纵坐标数值大于0.4。
14、优选地，所述相位板模拟部的凸面是自由曲面，所述自由曲面的面型通过以下公式计算得到，
15、
16、其中，z2表示所述自由曲面的面型矢高；
17、fs,t表示xy多项式的系数；
18、所述相位板模拟部的凹面是非球面，所述非球面的面型通过以下公式计算得到，
19、
20、其中，z3表示所述非球面的面型矢高；
21、c表示曲面顶点处的曲率；
22、r表示曲面点坐标在垂直于光轴平面的投影与光轴的距离；
23、k表示圆锥系数；
24、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8表示偶次项对应的系数。
25、优选地，所述孔径光阑与所述第二透镜相距7.3899mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部相距0.1mm；
26、所述光学成像系统的弥散斑直径小于等于0.85mm，调制传递函数曲线横坐标4cycles/mm处对应的纵坐标数值大于0.4。
27、优选地，所述相位板模拟部包括，
28、平行平板，用于模拟相位板；
29、平凸透镜，位于所述平行平板的出光侧，用于平衡像差；
30、所述平行平板靠近所述孔径光阑一面的面型由以下公式计算得到，
31、
32、其中，z4表示所述平行平板靠近所述孔径光阑一面的面型矢高；
33、fs,t表示xy多项式的系数；
34、所述平凸透镜的凸面为非球面，所述非球面的面型由以下公式计算得到，
35、
36、其中，z5表示所述非球面的面型矢高；
37、c表示曲面顶点处的曲率；
38、r表示曲面点坐标在垂直于光轴平面的投影与光轴的距离；
39、k表示圆锥系数；
40、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8表示偶次项对应的系数。
41、优选地，所述孔径光阑与所述第二透镜相距0.1mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部相距5.1424mm；
42、所述光学成像系统的弥散斑直径小于等于0.75mm，调制传递函数曲线横坐标3.5cycles/mm处对应的纵坐标数值大于0.4。
43、优选地，所述成像透镜组包括，
44、第三透镜，用于折射所述相位板模拟部透过的光，产生第三出射光；
45、第四透镜，位于所述第三透镜的出光侧，用于折射所述第三出射光，产生第四出射光；
46、第五透镜，位于所述第四透镜的出光侧，用于折射所述第四出射光，形成所述成像像面。
47、优选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜均为球面透镜。
48、优选地，所述光学成像系统的光圈数为0.8，视场角为12°，波长范围是400nm～1000nm，入瞳直径为55mm，总长在75mm以内，成像尺寸为0.5英寸。
49、本专利技术的有益效果是：通过非球面以及模拟三次相位板的使用，整体架构简单，能够降低光学成像系统的离焦敏感性，实现了小光圈数和高质量成像。
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1.一种小光圈数光学成像系统，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述相位板模拟部(3)为自由曲面透镜，所述自由曲面透镜的凸面面型由以下公式计算得到：
3.根据权利要求2所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述孔径光阑与所述第二透镜(2)相距2.2206mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部(3)相距0.1mm；
4.根据权利要求1所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述相位板模拟部(3)的凸面是自由曲面，所述自由曲面的面型通过以下公式计算得到，
5.根据权利要求4所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述孔径光阑与所述第二透镜(2)相距7.3899mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部(3)相距0.1mm；
6.根据权利要求1所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述相位板模拟部(3)包括，
7.根据权利要求6所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述孔径光阑与所述第二透镜(2)相距0.1mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部(3)相距5.1424mm；p>
8.根据权利要求1所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述成像透镜组(4)包括，
9.根据权利要求8所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜(1)、所述第二透镜(2)、所述第三透镜(41)、所述第四透镜(42)以及所述第五透镜(43)均为球面透镜。
10.根据权利要求1所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统的光圈数为0.8，视场角为12°，波长范围是400nm～1000nm，入瞳直径为55mm，总长在75mm以内，成像尺寸为0.5英寸。
...【技术特征摘要】
1.一种小光圈数光学成像系统，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述相位板模拟部(3)为自由曲面透镜，所述自由曲面透镜的凸面面型由以下公式计算得到：
3.根据权利要求2所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述孔径光阑与所述第二透镜(2)相距2.2206mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部(3)相距0.1mm；
4.根据权利要求1所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述相位板模拟部(3)的凸面是自由曲面，所述自由曲面的面型通过以下公式计算得到，
5.根据权利要求4所述的小光圈数光学成像系统，其特征在于，所述孔径光阑与所述第二透镜(2)相距7.3899mm，所述孔径光阑与所述相位板模拟部(3)相距0.1mm；
6.根据权利要求1所述的小...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，盛东波，应一鸣，
申请(专利权)人：上海理鑫光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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