CN115151844A - 用于电子设备的成像系统 - Google Patents

用于电子设备的成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115151844A
CN115151844A CN202080097347.6A CN202080097347A CN115151844A CN 115151844 A CN115151844 A CN 115151844A CN 202080097347 A CN202080097347 A CN 202080097347A CN 115151844 A CN115151844 A CN 115151844A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical axis
imaging system
angle
sensor
grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080097347.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115151844B (zh
Inventor
米科·朱霍拉
安东尼·范霍文
高拉夫·博色
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Publication of CN115151844A publication Critical patent/CN115151844A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115151844B publication Critical patent/CN115151844B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0055—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4211—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant correcting chromatic aberrations
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power
    • G02B5/1895—Structurally combined with optical elements not having diffractive power such optical elements having dioptric power

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

一种成像系统，包括镜头系统(1)，所述镜头系统(1)包括多个镜头(2)、衍射光学元件(3)和传感器(4)。所述镜头系统(1)、所述衍射光学元件(3)和所述传感器(4)共用光轴(O)，所述衍射光学元件(3)设置在所述镜头系统(1)和所述传感器(4)之间。入射光线以相对所述光轴(O)的多个第一角度(α1)进入所述镜头系统(1)，而出射光线以相对所述光轴(O)的多个第二角度(α2)到达所述传感器(4)。所述第二角度(α2)小于所述第一角度(α1)。这种技术方案有助于实现总轨道长度相对较短的成像系统。

Description

用于电子设备的成像系统
技术领域
本发明涉及一种用于电子设备的成像系统，所述成像系统包括镜头系统和传感器。
背景技术
在为各种电子设备设计相机等成像系统时，必须解决几个难题。手机等电子设备的外部尺寸最好尽可能小，而成像系统必须需要一定尺寸来保证足够好的图像清晰度、空间频率、灵敏度等。
此外，电子设备需要高性能的成像系统，由此需要更大的传感器和光学器件，导致产品较厚且体积较大。另外，为移动电子设备提供覆盖广角但具有尽可能短的轨道长度的成像系统，以便能够使电子设备的尺寸最小，这也是一个不断的挑战过程。
衍射光学元件通常与经典成像光学系统结合，例如，以校正色差。然而，制造具有大入射角范围的高效、宽频谱范围衍射元件是众所周知的难题。因此，衍射光学元件主要用于长总轨道长度的摄像机中，其中，衍射元件的入射角范围很小，但衍射光学元件不用于智能手机等较小的电子设备，其中，一个难题是实现尽可能短的轨道长度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电子设备的改进型成像系统。上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。根据从属权利要求、说明书以及附图，其它实现方式是显而易见的。
根据第一方面，提供了一种成像系统，包括镜头系统，包括多个镜头、衍射光学元件和传感器，其中，所述镜头系统、所述衍射光学元件和所述传感器共用光轴，所述衍射光学元件设置在所述镜头系统和所述传感器之间，入射光线以相对所述光轴的多个第一角度进入所述镜头系统，出射光线以相对所述光轴的多个第二角度到达所述传感器，其中，所述第二角度小于所述第一角度。
这种技术方案有助于实现总轨道长度相对较短的成像系统。由于衍射光学元件的高效光方向改变特性，射线角度可以在大角度射线路径上控制，该大角度射线路径随后通过所述衍射光学元件定向到所述传感器。这使得比正常轨道长度短的成像系统可以用于特殊应用，例如飞行时间或超广角鱼眼镜头。
在所述第一方面的一种可能实现方式中，所述第二角度相对所述光轴小于±20°。这种小角度有助于所述成像系统实现尽可能短的轨道长度。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，所述镜头系统重定向所述光线，使得所述光线具有第三角度，其中，所述第三角度大于所述第一角度且小于所述第二角度。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，所述衍射光学元件沿着所述光轴设置得比所述多个镜头更靠近所述传感器，使得光线在进入所述传感器之前可以到达尽可能大的区域。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，所述衍射光学元件包括光栅，用于控制入射光线的相位、振幅和传播方向。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，所述光栅的配置在垂直于所述光轴的至少一个方向上是不对称的，使得所述衍射光学元件的配置随着光方向改变功率的增大而从其光轴的中心改变。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，所述光栅包括多个倾斜光栅元件，所述配置包括调整相邻光栅元件之间的周期。非对称光栅可用于优化更高角度和频谱范围的效率。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，当所述光栅元件与所述光轴之间的距离在垂直于所述光轴的方向上增大时，所述光栅元件相对所述光轴的角度倾斜增加。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，当所述光栅元件与所述光轴之间的距离在垂直于所述光轴的方向上增大时，所述周期减小。朝向所述衍射光学元件的主要射线入射需要与所述传感器成大弯曲角度。在该区域中，所述光栅周期较小，而所述周期向所述光轴横向增大，弯曲必须较小。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，没有光栅元件位于所述光轴上。随着所述周期增大，产生寄生衍射级，降低了在所需方向上的衍射效率。因此，在所述光轴O处，优选所述衍射光学元件不具有光栅配置，以避免任何杂散光击中所述传感器。
在所述第一方面的另一种可能实现方式中，所述镜头系统包括超广角镜头，从而有助于飞行时间或其它近红外成像系统具有大视野。
根据第二方面，提供了一种电子设备，包括上文所述的成像系统。
这一方面和其它方面在下文描述的实施例中是显而易见的。
附图说明
在本发明的以下详细部分中，将参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释各方面、实施例和实现方式，其中：
图1为本发明一个实施例提供的成像系统的示意图；
图2为本发明一个实施例提供的成像系统的衍射光学元件的部分侧视图；
图3为本发明另一个实施例提供的成像系统的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种包括成像系统的电子设备(未示出)。
如图1所示，所述成像系统包括镜头系统1，镜头系统1包括多个镜头2、衍射光学元件3和传感器4。镜头系统1、衍射光学元件3和传感器4共用光轴O，衍射光学元件3设置在镜头系统1和传感器4之间。
衍射光学元件3可以沿着光轴O设置得比多个镜头2更靠近传感器4。
镜头系统1可以包括任何合适类型的镜头2，包括超广角镜头，例如鱼眼镜头，如图3所示。
入射光首先穿过镜头2，其次穿过衍射光学元件3，然后到达传感器4。
入射光以相对光轴O的多个第一角度α1进入镜头系统1，出射光以相对光轴O的多个第二角度α2到达传感器4。第二角度α2小于第一角度α1，因此，镜头2和衍射光学元件3将入射光聚焦到传感器4上。
第二角度α2可以相对光轴O小于±20°，即覆盖最多40°的总面积。
镜头系统1重定向光线，使得光线具有第三角度α3。第三角度α3大于第一角度α1且小于第二角度α2。
这种技术方案有助于实现总轨道长度相对较短的成像系统。由于衍射光学元件3的高效光方向改变特性，入射光线可以在大角度射线路径上控制，该大角度射线路径随后通过衍射光学元件3定向到传感器4。这使得比正常轨道长度短的成像系统可以用于特殊应用，例如飞行时间或超广角鱼眼镜头。
成像系统的总轨道长度大致取决于在多大的角度下，可以获得通过镜头2延伸到传感器4的最大视野路径。
然而，也有必要以足够小的角度使光线到达传感器像素，通常到传感器4的最大主光线角度约为40°，如上文所述。飞行时间摄像机等一些传感器不能使用如此大的角度，因此，成像系统必须让射线角度转换为接近0°。这样可以产生具有大视野的飞行时间摄像机或其它近红外摄像机，以及具有较低主动性衍射光学元件3的可见范围超广角摄像机，以便系统的效率可以优化为更宽的频谱范围。
衍射光学元件3可以包括光栅5，在图2中更详细地示出。
衍射光学元件3位于物体侧，并配置在平面衬底上，以减少菲涅尔损失。光栅5可用于控制入射光线的相位、振幅和传播方向。非对称光栅(例如，平行四边形)可用于优化更高角度和频谱范围的效率。光栅的倾斜角、高度和填充因子用于优化效率，并且选择周期以确保垂直于传感器4方向的第一衍射级的透射。从镜头2到衍射光学元件3的主要射线入射需要与传感器4成大弯曲角度。在该区域中，光栅周期较小，而所述周期向所述光轴横向增大，弯曲必须较小。随着周期增大，产生其它寄生衍射级，降低了在所需方向上的衍射效率。因此，在光轴O处，优选衍射光学元件3不具有光栅配置，以避免任何杂散光击中传感器4。
在一个实施例中，光栅5的配置在垂直于光轴O的至少一个方向上是不对称的。
光栅5可以包括多个倾斜光栅元件5a，所述配置可以包括调整相邻光栅元件5a之间的周期。
当光栅元件5a与光轴O之间的距离在垂直于光轴O的方向D1上增大时，光栅元件5a相对光轴O倾斜的角度β可以增大。
当光栅元件5a和光轴O之间的距离在垂直于光轴O的方向D1上增大时，周期可以减小。优选地，没有光栅元件5a位于光轴O上，而且也可能不在直接与光轴O相邻的区域中。无光栅区域的大小取决于传感器4的接收角。因此，无光栅区域的大小随着接收角的切线的增大而增长。
本文已经结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但本领域技术人员通过实践本主题，研究附图、本发明以及所附的权利要求，能够理解并获得公开实施例的其它变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，“一”不排除多个元件或步骤。单个处理器或其它单元可以满足权利要求中所描述的若干项目的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。计算机程序可存储或分配到合适的介质上，例如与其它硬件一起或者作为其它硬件的部分提供的光存储介质或者固态介质，还可以以其它形式例如通过因特网或者其它有线或无线电信系统分配。
权利要求书中所用的参考符号不应解释为限制了范围。除非另有说明，否则附图(例如，交叉阴影、部件设置、比例、度数等)应结合说明书一起阅读，并应被视为本发明的整个书面描述的一部分。由于特定的附图是向读者展示的，所以在说明书中使用的术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“向上”和“向下”，以及其形容词和状语衍生物(例如，“水平”、“向右”、“向上”等)，仅指所示结构的方向。类似地，术语“向内”和“向外”通常是指表面相对于其延伸轴线或旋转轴线的方向，视情况而定。

Claims (12)

1.一种成像系统，其特征在于，包括：
镜头系统(1)，包括多个镜头(2)、衍射光学元件(3)和传感器(4)，其中，
所述镜头系统(1)、所述衍射光学元件(3)和所述传感器(4)共用光轴(O)；
所述衍射光学元件(3)设置在所述镜头系统(1)和所述传感器(4)之间；
入射光线以相对所述光轴(O)的多个第一角度(α1)进入所述镜头系统(1)；
出射光线以相对所述光轴(O)的多个第二角度(α2)到达所述传感器(4)，其中，所述第二角度(α2)小于所述第一角度(α1)。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第二角度(α2)相对所述光轴(O)小于±20°。
3.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，所述镜头系统(1)重定向所述光线，使得所述光线具有第三角度(α3)，其中，所述第三角度(α3)大于所述第一角度(α1)且小于所述第二角度(α2)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的成像系统，其特征在于，所述衍射光学元件(3)沿着所述光轴(O)设置得比所述多个镜头(2)更靠近所述传感器(4)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的成像系统，其特征在于，所述衍射光学元件(3)包括光栅(5)。
6.根据权利要求5所述的成像系统，其特征在于，所述光栅(5)的配置在垂直于所述光轴(O)的至少一个方向上是不对称的。
7.根据权利要求5或6所述的成像系统，其特征在于，所述光栅(5)包括多个倾斜光栅元件(5a)，所述配置包括相邻光栅元件(5a)之间的调整周期(p)。
8.根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，当所述光栅元件(5a)和所述光轴(O)之间的距离(d)在垂直于所述光轴(O)的方向(D1)上增大时，所述光栅元件相对所述光轴倾斜的角度(β)增大。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其特征在于，当所述光栅元件(5a)和所述光轴(O)之间的距离(d)在垂直于所述光轴(O)的所述方向(D1)上增大时，所述周期减小。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的成像系统，其特征在于，没有光栅元件(5a)位于所述光轴(O)上。
11.根据上述权利要求中任一项所述的成像系统，其特征在于，所述镜头系统(1)包括超广角镜头(2)。
12.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1至11中任一项所述的成像系统。
CN202080097347.6A 2020-02-25 2020-02-25 用于电子设备的成像系统 Active CN115151844B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2020/054928 WO2021170221A1 (en) 2020-02-25 2020-02-25 Imaging system for an electronic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115151844A true CN115151844A (zh) 2022-10-04
CN115151844B CN115151844B (zh) 2024-01-16

Family

ID=69714026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080097347.6A Active CN115151844B (zh) 2020-02-25 2020-02-25 用于电子设备的成像系统

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4085280A1 (zh)
CN (1) CN115151844B (zh)
WO (1) WO2021170221A1 (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1726412A (zh) * 2002-12-16 2006-01-25 诺基亚有限公司 用于平衡衍射效率的衍射光栅元件
CN1784617A (zh) * 2003-05-07 2006-06-07 日立化成工业株式会社 全息照相光学元件及使用它的面光源装置
CN101052910A (zh) * 2004-09-14 2007-10-10 Cdm光学有限公司 低高度成像系统及相关方法
US20090147362A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus
US20090252537A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical scanning apparatus and image forming apparatus including the same
CN102067005A (zh) * 2008-06-16 2011-05-18 松下电器产业株式会社 双片组摄像光学系统和具有它的摄像装置
CN102959939A (zh) * 2011-06-27 2013-03-06 松下电器产业株式会社 摄像装置
CN105765421A (zh) * 2013-10-29 2016-07-13 瑞士Csem电子显微技术研发中心 光栅耦合结构
US20170003505A1 (en) * 2015-07-02 2017-01-05 Tuomas Vallius Diffractive optical elements with asymmetric profiles
CN108873355A (zh) * 2018-08-29 2018-11-23 深圳珑璟光电技术有限公司 一种近眼显示装置
CN109239842A (zh) * 2017-07-11 2019-01-18 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种全息波导镜片及其制备方法、及三维显示装置
CN110476105A (zh) * 2017-04-06 2019-11-19 微软技术许可有限责任公司 均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100462771C (zh) * 2004-09-08 2009-02-18 清华大学 微型摄像镜头系统
CN100462770C (zh) * 2004-10-28 2009-02-18 清华大学 微型摄像镜头系统
JP2014219446A (ja) * 2013-05-01 2014-11-20 パナソニック株式会社 回折格子レンズおよび撮像装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1726412A (zh) * 2002-12-16 2006-01-25 诺基亚有限公司 用于平衡衍射效率的衍射光栅元件
CN1784617A (zh) * 2003-05-07 2006-06-07 日立化成工业株式会社 全息照相光学元件及使用它的面光源装置
CN101052910A (zh) * 2004-09-14 2007-10-10 Cdm光学有限公司 低高度成像系统及相关方法
US20090147362A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus
US20090252537A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical scanning apparatus and image forming apparatus including the same
CN102067005A (zh) * 2008-06-16 2011-05-18 松下电器产业株式会社 双片组摄像光学系统和具有它的摄像装置
CN102959939A (zh) * 2011-06-27 2013-03-06 松下电器产业株式会社 摄像装置
CN105765421A (zh) * 2013-10-29 2016-07-13 瑞士Csem电子显微技术研发中心 光栅耦合结构
US20160274281A1 (en) * 2013-10-29 2016-09-22 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechn Ique Sa - Recherche Et Developement Optical grating coupling structure
US20170003505A1 (en) * 2015-07-02 2017-01-05 Tuomas Vallius Diffractive optical elements with asymmetric profiles
CN107735716A (zh) * 2015-07-02 2018-02-23 微软技术许可有限责任公司 具有非对称轮廓的衍射光学元件
CN110476105A (zh) * 2017-04-06 2019-11-19 微软技术许可有限责任公司 均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器
CN109239842A (zh) * 2017-07-11 2019-01-18 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种全息波导镜片及其制备方法、及三维显示装置
CN108873355A (zh) * 2018-08-29 2018-11-23 深圳珑璟光电技术有限公司 一种近眼显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4085280A1 (en) 2022-11-09
CN115151844B (zh) 2024-01-16
WO2021170221A1 (en) 2021-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2020510868A (ja) コンパクト屈曲式カメラ構造
US10429618B2 (en) Optical image capturing system
US9851537B2 (en) Optical image capturing system
JP5744977B2 (ja) 高分解能撮像光学系
US20190243107A1 (en) Image capturing optical system, imaging apparatus and electronic device
US9835831B2 (en) Optical image capturing system
US9791673B2 (en) Optical image capturing system
US20180335609A1 (en) Optical image capturing system
US10416415B2 (en) Optical image capturing system
US9869845B2 (en) Optical image capturing system
US20170336606A1 (en) Optical image capturing system
US9989738B2 (en) Optical image capturing system
US9323030B2 (en) Optical focusing system
US8451368B2 (en) Imaging systems and optical systems with extended depth of focus
US10620403B2 (en) Optical image capturing system
US9854164B1 (en) Single sensor multiple lens camera arrangement
US20190243104A1 (en) Optical image capturing system
US20230236391A1 (en) Miniature wide-angle imaging lens
KR101915644B1 (ko) 렌즈 광학계
US20210014417A1 (en) Method to design miniature lenses with on-purpose distortion
US7785023B1 (en) Miniature camera lens system
CN109283671B (zh) 一种轻小型大视场低畸变的类同轴五反光学系统
EP3990960A1 (en) Compact catadioptric optical system for mobile phones
CN115151844B (zh) 用于电子设备的成像系统
US20210231918A1 (en) Optical image capturing system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant