CN112859290A - 折叠式可伸缩透镜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种折叠式透镜系统，所述折叠透镜系统例如用于紧凑型照相机，以通过更紧凑的光学透镜系统获得高质量的图像。折叠式透镜系统包括具有折射力的一个或多个物镜、光路折叠元件和一个或多个聚焦透镜。光通过在第一光路或轴线上的透镜进入照相机，然后折射到折叠元件，折叠元件通过使光聚焦的透镜将光重新定向到第二光学轴线，以在光传感器平面处形成图像。可以选择光学元件的材料、曲率半径、形状、大小和间距，以在紧凑型因素照相机中获得高质量光学性能和高图像分辨率。

Description

折叠式可伸缩透镜系统
技术领域
本发明的实施例涉及一种折叠式透镜系统，所述折叠透镜系统例如用于紧凑型照相机，以通过更紧凑的光学透镜系统获得高质量的图像。在一些实施例中，折叠式透镜系统包括具有折射力的一个或多个物镜、光路折叠元件和一个或多个聚焦透镜。光通过在第一光路或轴线上的透镜进入照相机，然后折射到折叠元件，折叠元件通过使光聚焦的透镜将光重新定向到第二光学轴线，以在光传感器平面处形成图像。透镜中的至少一个由低色散材料制成，以改善图像的色彩校正。可以选择光学元件的材料、曲率半径、形状、大小和间距，以在紧凑型因素照相机中获得高质量光学性能和高图像分辨率。
背景技术
诸如照相机、显微镜和望远镜的成像装置是笨重且大的。该重量的很大一部分归因于包括较重的弯曲透镜的光学透镜元件的设计以及用于支撑以大焦距分开的这些透镜的结构。这些成像装置大，主要是因为在传统的透镜系统中，开口孔径与系统深度的比率小。此外，为了通过传统透镜系统在光学上提高图像分辨率，需要更大的深度以减小透镜折射并使透镜像差最小化。这会对成像系统的性能和设计设置限制，特别是对于移动装置(例如，智能手机)以及焦距长且视野狭窄的镜头系统。
诸如智能电话和平板装置之类的紧凑型移动照相机装置的增长产生对具有紧凑形状因素的更高倍率的高分辨率照相机装置的需求。然而，由于标准移动照相机装置技术的包装限制，这些装置往往利用有限的放大倍率捕获宽视野的图像。在紧凑形状因素中获得更高放大率的图像受到光传感器尺寸和透镜几何形状的限制。随着照相机技术的发展，需要具有提高的图像质量和更高的放大率以用于远距离观看的紧凑型成像透镜系统。
发明内容
根据本发明，提供了一种折叠式透镜系统，所述折叠式透镜系统包括一个或多个物镜，所述一个或多个物镜用于沿着第一光学路径接收来自对象的光路；反射对象，所述反射对象用于沿着第二光学路径相对于第一光学路径以角度α反射接收到的所述光路；和两个或更多个聚焦透镜，所述两个或更多个聚焦透镜设置在第二光学路径中，以用于将反射的光路聚焦在图像平面上，其中两个或更多个聚焦透镜包括正光焦度透镜和设置在正光焦度透镜和图像平面之间的一个或多个负光焦度透镜。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的折叠式可伸缩透镜系统的示意图。
具体实施方式
在一些实施例中，根据所公开的发明的折叠式可伸缩透镜系统提供到图像平面的光路，并且可以包括一个或多个正光焦度物镜，所述物镜中的至少一个包括低色散材料。另外，透镜系统包括光束转向光学器件和具有至少一个固定透镜和一个可移动透镜的聚焦透镜组。在一些实施例中，传感器被定位于图像平面处，而折叠式望远镜被定位于显示器109内或者可连接到显示器109，例如电话、台式或其他移动装置的显示器。
图1示出根据所公开的发明的一些实施例的折叠式可伸缩透镜系统。如图所示，来自对象(未示出)的光路沿着第一光学路径101进入一个或多个物镜102，并沿着第二光学路径108以与第一光学路径成角度α在反射对象103上被反射(折叠)。沿着第二光学路径的反射光被一个或多个聚焦透镜104聚焦在图像平面107上。在一些实施例中，一个或多个物镜102中的至少一个包括低色散材料，例如低色散玻璃或塑料。低色散材料(例如，玻璃或塑料)用于减少色差，该色差是由于透镜无法将所有颜色聚焦到相同点而引起的。
在一些实施例中，反射对象103为光束转向装置，所述光束转向装置改变介质的折射率，光束通过该介质传播。在一些实施例中，反射对象103为反射镜、棱镜或透镜或者使用反射镜、棱镜或透镜以执行光束转向。这样，作为第一光学路径和第二光学路径之间的角度的折叠角度α可以被容易地改变，以用于透镜系统的调整和校准。光束转向可以被用于透镜机构的平移或倾斜。
在一些实施例中，一个或多个聚焦透镜104包括正光焦度透镜105和一个或多个负光焦度透镜107。如本领域中已知的，正光焦度透镜可以是双凸、凸凹、平凸或者多个透镜的组合，其中穿过透镜的光的准直光束会聚(聚焦)到透镜后面的一个点。负光焦度透镜可以是双凹透镜、平凹透镜或凹凸透镜，也可以是一个以上的透镜的组合，其中穿过透镜的光的准直光束会从透镜发散或扩散出去。结果，光束在穿过透镜之后从透镜前面的轴线上的特定点发出。正光焦度透镜105和(多个)负光焦度透镜107的组合确保对于在各种距离下观察或成像的对象获得可伸缩透镜的最佳图像质量，同时保持良好的图像质量。
在一些实施例中，正光焦度透镜105由低色散玻璃/塑料制成，而负光焦度透镜106由高色散玻璃/塑料制成。为了抵消负透镜的作用，通常使用正光焦度的透镜比使用负光焦度的透镜更强大。因此，消色差双合透镜的厚度和重量比等效的非色差校正单透镜更高。
在一些实施例中，反射对象103为一个或多个反射镜。在这些折叠式透镜系统中，图像的放大率通过减小视场而增加。高放大率的图像通常具有窄视场(例如，5度或更小)，这可以将这些透镜系统的实际使用限制为长焦距应用。由于成像系统具有相对大的孔径尺寸且有很多光线，因此可以非常快速地捕获图像。
在一些实施例中，正光焦度透镜105相对于折叠式透镜系统固定(静止的)，而负光焦度透镜107相对于正光焦度透镜105可移动以用于聚焦。例如，对于无穷远聚焦，负光焦度透镜107距离正光焦度透镜105最远。随着聚焦距离从无穷远减小，负光焦度透镜107越来越靠近正光焦度透镜105以执行更靠近透镜系统的对象的聚焦。
在一些实施例中，如折叠式透镜的应用所要求的，诸如图像处理器的处理器可以从图像传感器接收图像信息并修改/增强该信息。处理器可以是包括照相机的移动装置的一部分，该照相机包含折叠式可伸缩透镜系统，并且可以包括智能移动装置的所有特征，例如用于处理、增强和操纵图像的智能电话或平板电脑。
在一些实施例中，物镜102是正光焦度透镜。在一些实施例中，物镜102是非球面透镜元件。在一些实施例中，聚焦透镜组104包含至少一个非球面透镜元件。与简单的透镜相比，非球面透镜元件的非球面轮廓可以减少或消除色差，例如球面像差、彗形像差或像散。
折叠式可伸缩透镜系统可以定位在显示器109(例如，电话或照相机显示器)内或者可连接到显示器109，以显示正在观看的对象的图像。
在一些实施例中，可以获得衍射受限的光学成像性能。这可以以调制传递函数(MTF)、光斑尺寸、射线像差和本领域已知的其它方法的形式来测量。

Claims (13)

1.一种折叠式透镜系统，包括：
一个或多个物镜，所述一个或多个物镜用于沿着第一光学路径接收来自对象的光路；
反射对象，所述反射对象用于沿着第二光学路径相对于所述第一光学路径以角度α反射接收到的所述光路；和
两个或更多个聚焦透镜，所述两个或更多个聚焦透镜设置在所述第二光学路径中，以用于将反射的光路聚焦在图像平面上，其中，所述两个或更多个聚焦透镜包括正光焦度透镜和设置在所述正光焦度透镜和所述图像平面之间的一个或多个负光焦度透镜。
2.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述一个或多个物镜中的至少一个包括低色散材料以减小色差。
3.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述反射对象为光束转向装置，所述光束转向装置改变介质的折射率，接收到的所述光路通过所述介质在所述折叠式透镜系统中被传播。
4.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述反射对象为反射镜或棱镜。
5.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述第二光学路径被构造为改变所述角度α，以用于所述透镜系统的调整和校准。
6.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述正光焦度透镜由低色散材料构成，所述一个或多个负光焦度透镜由高色散材料构成。
7.根据权利要求6所述的折叠式透镜系统，其中，所述正光焦度透镜比所述一个或多个负光焦度透镜更强大。
8.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述正光焦度透镜相对于所述折叠式透镜系统是固定的，并且所述一个或多个负光焦度透镜相对于所述正光焦度透镜可移动以用于聚焦。
9.根据权利要求8所述的折叠式透镜系统，其中，随着聚焦距离从无限远减小，所述一个或多个负光焦度透镜更靠近所述正光焦度透镜以对更近的对象执行聚焦。
10.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，所述折叠式透镜系统定位在显示器内或者可连接到显示器以显示所述对象的图像。
11.根据权利要求10所述的折叠式透镜系统，其中，所述显示器为电话或照相机的显示器。
12.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述一个或多个物镜包括非球面透镜元件。
13.根据权利要求1所述的折叠式透镜系统，其中，所述两个或更多个聚焦透镜包括至少一个非球面透镜。
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