CN216561186U

CN216561186U - 混合透镜系统、成像设备和电子设备

Info

Publication number: CN216561186U
Application number: CN202122005134.0U
Authority: CN
Inventors: 李蒙; 尹志东
Original assignee: Beijing Xiaomi Mobile Software Co Ltd
Current assignee: Beijing Xiaomi Mobile Software Co Ltd
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2031-08-24

Abstract

本公开是关于一种混合透镜系统、成像设备和电子设备，所述混合透镜系统包括可调焦光学元件和透镜组。其中，可调焦光学元件被布置为接近对象，并被配置为调整混合透镜系统的焦距。可调焦光学元件包括接近物平面的第一表面和接近像平面的第二表面。透镜组被布置在可调焦光学元件的光学下游且被配置为将通过可调焦光学元件的光汇聚在像平面上。透镜组至少包括第一透镜，第一透镜包括接近物平面的第一表面和接近像平面的第二表面。该混合透镜系统不仅可以进行远距拍摄，也可以进行微距拍摄。

Description

混合透镜系统、成像设备和电子设备

技术领域

本公开涉及光学技术领域，尤其涉及一种混合透镜系统、成像设备和电子设备。

背景技术

透镜系统被用于各种成像设备中以生成静态图像和/或视频。透镜系统的应用包括图像识别，例如条形码扫描或虹膜识别等。针对这些应用的透镜系统通常通过移动透镜的位置来实现自动对焦。

在现有技术中，成像设备可以包括长焦透镜系统和微距透镜系统。通过在长焦透镜系统和微距透镜系统之间进行切换，选择长焦透镜系统来拍摄远距离处的物体或选择微距透镜系统来拍摄近距离处的物体，由此实现多个焦段、多个放大倍率的图像拍摄。其中，长焦透镜系统的焦距范围约为135毫米到800毫米，微距透镜系统的焦距范围约为20毫米到300毫米。然而，这样的结构会限制成像设备的最小尺寸。

实用新型内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本公开的实施例提出一种混合透镜系统，该混合透镜系统不仅可以进行远距拍摄，也可以进行微距拍摄。

本公开的实施例还提出了一种成像设备和电子设备。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种混合透镜系统，用于将对象成像在像平面上，所述混合透镜系统包括:

可调焦光学元件，被布置为接近所述对象，并被配置为调节所述混合透镜系统的焦距，其中所述可调焦光学元件包括接近物平面的第一表面和接近像平面的第二表面；以及

透镜组，被布置在所述可调焦光学元件的光学下游，并被配置为将通过所述可调焦光学元件的光汇聚在所述像平面上，其中所述透镜组至少包括第一透镜，所述第一透镜包括接近物平面的第一表面和接近像平面的第二表面。

根据本公开实施例的混合透镜系统，使用可调焦光学元件来改变焦距，将透镜组布置在可调焦光学元件的光学下游，既可以拍摄远距离处的物体，也可以拍摄近距离的物体，实现使用一个透镜系统来实现多焦段和多个放大倍率的成像。这不仅降低了光学元件的数量，节约制造成本，还使成像系统更加轻薄。

在一些实施例中，所述可调焦光学元件相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变。

在一些实施例中，所述透镜组相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变。

在一些实施例中，所述可调焦光学元件是液体透镜。

在一些实施例中，所述液体透镜的第二表面与所述第一透镜的第一表面之间沿光轴的距离由所述液体透镜的通光口径、所述第一透镜的通光口径、以及所述混合透镜系统的视场角确定。

在一些实施例中，所述液体透镜与所述透镜组满足：

v1+s1+s2＝(sd1-sd2)/2tanθ

其中，v1表示所述液体透镜的第二表面与所述第一透镜的第一表面之间沿光轴的距离，s1表示所述液体透镜的第二表面处边缘光线的矢高，s2表示在所述第一透镜的第一表面处边缘光线的矢高，sd1表示在所述液体透镜的第二表面处的有效通光口径，sd2表示在所述第一透镜的第一表面处的有效通光口径，θ表示所述混合透镜系统的视场角的一半。

在一些实施例中，所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的第一表面为凸表面，所述第一透镜的第二表面为凹表面。

在一些实施例中，所述液体透镜满足：L<f1；

其中，L表示对象到所述液体透镜的第一表面之间沿光轴的距离；f1表示所述液体透镜的焦距。

在一些实施例中，所述液体透镜的第一表面为薄膜或者所述液体透镜的第二表面为薄膜。

在一些实施例中，所述透镜组包括布置在所述第一透镜光学下游且从物平面到所述像平面依次布置的第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中：

所述第二透镜包括接近所述物平面的第一表面和接近所述像平面的第二表面；

所述第三透镜包括接近所述物平面的第一表面和接近所述像平面的第二表面；

所述第四透镜包括接近所述物平面的第一表面和接近所述像平面的第二表面；；以及

所述第五透镜包括接近所述物平面的第一表面和接近所述像平面的第二表面。

在一些实施例中，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度、所述第四透镜具有正光焦度、且所述第五透镜具有负光焦度；其中，

所述第三透镜的第二表面为凹表面，所述第四透镜的第二表面为凸表面，所述第五透镜的第二表面为凹表面。

在一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的每个为非球面透镜。

在一些实施例中，所述混合透镜系统包括：孔径光阑，被布置在所述第三透镜和所述第四透镜之间。

在一些实施例中，所述混合透镜系统包括：直角棱镜，被布置在所述可调焦光学元件的光学上游且被配置为改变光轴的方向。

在一些实施例中，所述混合透镜系统包括：截止滤光片，被布置在所述透镜组和所述像平面之间，且被配置为至少部分地过滤特定波长的光。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种成像设备，包括如上所述的混合透镜系统。

根据本公开实施例的成像设备，使用可调焦光学元件来改变焦距，将透镜组布置在可调焦光学元件的光学下游，既可以拍摄远距离处的物体，也可以拍摄近距离的物体，实现使用一个透镜系统来实现多焦段和多个放大倍率的成像。这不仅降低了光学元件的数量，节约制造成本，还使成像系统更加轻薄。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括前置摄像头和/或后置摄像头。其中，前置摄像头和/或后置摄像头是如上所述的成像设备。

根据本公开实施例的电子设备，使用可调焦光学元件来改变焦距，将透镜组布置在可调焦光学元件的光学下游，既可以拍摄远距离处的物体，也可以拍摄近距离的物体，实现使用一个透镜系统来实现多焦段和多个放大倍率的成像。这不仅降低了光学元件的数量，节约制造成本，还使成像系统更加轻薄。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

图1是示出根据本公开实施例的成像设备中的混合透镜系统的示意图。

图2是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的示例性剖视图。

图3是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的实施例的又一示例性剖视图。

图4是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的光路示意图。

图5是示出根据本公开实施例的混合透镜系统中的又一示例性剖视图。

图6是示出根据本公开实施例的混合透镜系统中透镜组的每个表面的非球面系数的示例性参数表。

图7是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的又一示例性剖视图。

图8示出根据本公开实施例的混合透镜系统对无穷远处对象进行成像的光路图。

图9是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的示例性参数表。

图10是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的轴上色差的图。

图11是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的垂轴色差的图。

图12是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的像散的图。

图13是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的f-theta畸变的图。

图14示出根据本公开实施例的混合透镜系统对30毫米处的对象进行成像的光路图。

图15是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的另一示例性参数表。

图16是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的轴上色差的图。

图17是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的垂轴色差的图。

图18是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的像散的图。

图19是示出根据本公开实施例的混合透镜系统的f-theta畸变的图。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。

图1示出移动设备10的成像设备15内的混合透镜系统100的示意图。由于成像设备15在面向用户的一侧不可见，因此其以虚线示出。应该理解的是，移动设备10中可以包括多个成像设备15，且成像设备15可以布置在移动设备10的任意位置，例如在移动设备10的前面、背面、顶端、底端或侧面。另外，可以理解的是，成像设备15可以布置在其他设备上，包括但不限于智能手机、笔记本电脑、个人电脑、平板电脑、可穿戴设备等。

在成像设备15中，混合透镜系统100与图像传感器130耦接，用于将对象成像在图像传感器130所在的像平面处。可以理解的是，图像传感器130可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(CCD)，或者其他光敏感的焦平面阵列。

混合透镜系统100包括可调焦光学元件110和透镜组120。可调焦光学元件110被布置在透镜组120的光学上游，且接近对象。可调焦光学元件110可以被配置为调节混合透镜系统100的焦距。其中，可调焦光学元件110具有接近物平面的第一表面111和接近像平面的第二表面112。透镜组120被布置在可调焦光学元件110和图像传感器130之间，被配置为将通过可调焦光学元件110的光指引至图像传感器130上。可选地，透镜组120至少包括第一透镜140。第一透镜140具有接近物平面的第一表面141和接近像平面的第二表面142。其中，可调焦光学元件110、第一透镜140和图像传感器130具有公共光轴109。

可以理解的是，术语“物平面”指的是对象所在的平面。术语“像平面”指的是图像所在的平面。术语“第一特征在第二特征的光学下游”指的是沿着物平面至像平面的方向上，第一特征比第一特征更接近于像平面。术语“第一特征在第二特征的光学上游”指的是沿着物平面至像平面的方向上，第一特征比第二特征更接近于物平面。

在一些实施例中，可调焦光学元件110相对于图像传感器130所在的像平面之间沿光轴109的距离是固定不变的。

在一些实施例中，透镜组120相对于图像传感器130所在的像平面之间沿光轴109的距离是固定不变的。具体地，透镜组120中的第一透镜140相对于图像传感器130所在的像平面之间沿光轴109的距离是固定不变的。

根据本公开实施例的混合透镜系统，通过固定可调焦光学元件与图像传感器之间沿光轴的距离，以及固定透镜组与图像传感器之间沿光轴的距离，相比于相关技术中使用马达来移动透镜的方法，本公开提出的混合透镜系统无需设置透镜移动的空间，能够进一步缩小混合透镜系统的尺寸，使得成像设备能够更加轻薄化。

图2示出根据本公开实施例的混合透镜系统的示例性剖视图。混合透镜系统100包括可调焦光学元件110，以及位于可调焦光学元件110和图像传感器130所在的像平面之间的透镜组120。其中，可调焦光学元件110可以是液体透镜。液体透镜包括接近物平面的第一表面111和接近像平面的第二表面112。透镜组120包括第一透镜140。第一透镜140具有接近物平面的第一表面141和接近像平面的第二表面142。液体透镜、第一透镜140和图像传感器130具有公共光轴109。

可以理解的是，可调焦光学元件110还可以是其它用于改变焦距的元件，本公开中对此无限制。

液体透镜指的是将液体作为透镜以通过改变液体的曲率来改变焦距。例如，可以基于介质上电润湿原理，通过在液体透镜上施加电压来改变液体的形状，进而改变液体透镜的光焦度。

图2中示出的液体透镜的第一表面111具有固定曲率、第二表面112具有可变曲率。其中，第一表面111和第二表面112具有高的光透射率。例如，第一表面111可以是透明玻璃，第二表面112可以是透明薄膜。可以理解的是，可以与图2示出的不同方式来布置液体透镜。例如，如图3所示，液体透镜的第一表面111可以具有可变曲率，且第二表面112可以具有固定曲率，本公开对此无限制。需要注意的是，图3示出的混合透镜系统100与图2示出的混合透镜系统100相同，除了图3中液体透镜的布置与图2中的液体透镜的布置不同。

本公开以液体透镜的第二表面112为薄膜作为实例进行描述。图4示出混合透镜系统对场景中的对象进行成像的光路示意图。在图4中的混合透镜系统100与图2中的混合透镜系统100相同，除了图4中未示出透镜组120以清楚地示出成像光路图。

在图4中，液体透镜接近场景中的对象，且第一透镜140布置在液体透镜和图像传感器130所在的像平面之间。液体透镜具有接近物平面的第一表面111和接近像平面的第二表面112，且液体透镜的第一表面111的曲率是固定的、第二表面112的曲率是可变的。第一透镜140具有接近物平面的第一表面141和接近像平面的第二表面142。其中，第一透镜140具有正光焦度，且第一表面141为凸表面、第二表面142为凹表面。当使用混合透镜系统100对物体成像时，光线进入到混合透镜系统100中，液体透镜在施加其上的电压的作用下，第二表面121发生形变，从而改变混合透镜系统100的焦距。从液体透镜出射的光进入到第一透镜140中，第一透镜140将光线汇聚到像平面处，从而捕获物体的图像。

例如，当使用混合透镜系统100拍摄近距离处的对象时，物距变小。此时，通过改变施加到液体透镜上的电压，使液体透镜的第二表面112的曲率变大，减小液体透镜的焦距。当使用混合透镜系统100拍摄远距离处的对象时，物距变大。此时，通过改变施加到液体透镜上的电压，使液体透镜的第二表面112的曲率变小，增加液体透镜的焦距。

如图4所示，入射至第一透镜110的边缘光线与光轴109的夹角可以近似等于混合透镜系统100的视场角的一半。此时，液体透镜的第二表面112与第一透镜140的第一表面141之间沿光轴109的距离101可以由液体透镜的通光口径104、第一透镜140的通光口径105和混合透镜系统100的视场角的一半θ确定。

具体地，液体透镜与第一透镜104满足：

v1+s1+s2＝(sd1-sd2)/2tan(θ) 等式1

其中，v1表示液体透镜的第二表面112与第一透镜140的第一表面141之间沿光轴109的距离101，s1表示边缘光线在液体透镜的第二表面112处的矢高102，s2表示边缘光线在第一透镜140的第一表面141处的矢高103，sd1表示液体透镜的第二表面112处的通光口径104，sd2表示第一透镜140的第一表面141处的通光口径105，混合透镜系统100的视场角为2θ。

在此情况下，液体透镜满足：

L<fl，等式2

其中，L表示场景中的对象与液体透镜的第一表面111之间沿光轴109的距离，f1表示液体透镜的焦距。

可以理解的是，图4示出的液体透镜的第二表面112在工作状态下发生了曲率变化。在空闲状态下，图4的液体透镜的第二表面112将不发生形变，此时可以确定液体透镜在混合透镜系统100中的布设位置。

基于本公开实施例的混合透镜系统，通过将液体透镜直接布置在透镜组的光学上游，可以基于各个光学元件的参数来控制混合透镜系统的尺寸。例如，通过控制液体透镜的通光口径、透镜组中第一透镜的通光口径和形状、以及混合透镜系统的视场角，可以实现同一混合透镜系统既可以实现长焦成像，又可以实现微距成像，同时可以控制混合透镜系统的尺寸，从而使混合透镜系统能够更好地集成在尺寸有限的成像设备中。

图5示出混合透镜系统100的另一示例性剖视图。混合透镜系统100包括液体透镜和位于液体透镜光学下游的透镜组120。混合透镜系统100与图像传感器130连接。液体透镜、透镜组120和图像传感器130具有公共光轴109。图5中示出的混合透镜系统100与图2和图4中示出的混合透镜系统100相同，除了图5中的透镜组120与图2中的透镜组120不同。

如图5所示，透镜组120包括从物平面至像平面沿光轴依次布置的第一透镜140、第二透镜150、第三透镜160、第四透镜170和第五透镜180。其中，第一透镜140具有正光焦度、第二透镜150具有负光焦度、第三透镜160具有正光焦度、第四透镜170具有正光焦度、第五透镜180具有负光焦度。第一透镜140具有接近物平面的第一表面141和接近像平面的第二表面142。第二透镜150具有接近物平面的第一表面151和接近像平面的第二表面152。第三透镜160具有接近物平面的第一表面161和接近物平面的第二表面162。第四透镜170具有接近物平面的第一表面171和接近物平面的第二表面172。第五透镜180具有接近物平面的第一表面181和接近像平面的第二表面182。

可以理解的是，透镜组120可以包括任意个数的透镜，例如6个透镜、4个透镜等，本公开对此无限制。

第一透镜140、第二透镜150、第三透镜160、第四透镜170和第五透镜180的至少一个可以是单透镜。在不脱离本公开范围的情况下，第一透镜140、第二透镜150、第三透镜160、第四透镜170和第五透镜180的至少一个可以是非单透镜。

可以优化第一透镜140的第一表面141以收集入射光线，控制进入混合透镜系统100的光线的传播方向，例如穿过第一透镜140、第二透镜150、第三透镜160、第四透镜170和第五透镜180，并引导至像平面上的入射光线。可以优化第一透镜140的表面141和142、第二透镜150的表面151和152、第三透镜160的表面161和162、第四透镜170的表面171和172、以及第五透镜180的表面181和182以校正由混合透镜系统100形成的色差和球差。例如，第一透镜140的第一表面141为凸表面、第二表面142为凹表面；第三透镜160的第二表面161为凹表面；第四透镜170的第二表面172为凸表面；第五透镜180的第二表面182为凹表面。根据图5中的透镜组，第一透镜140的像面在其凹面一侧，第三透镜160的像面的其凹面一侧，第四透镜170的像面在其凸面一侧，第五透镜180的像面在其凹面一侧。

在一些实施例中，上述表面141、142、151、152、161、162、171、172、181和182的至少一个可以是非球面表面。在不脱离本公开范围的情况下，表面141、142、151、152、161、162、171、172、181和182的至少一个可以是球面表面。

在图5中，表面141、142、151、152、161、162、171、172、181和182的每个是非球面表面，由表面凹陷x定义:

其中，x是径向坐标h的函数，其中方向h和x在图5的坐标轴106示出。参数c是表面曲率半径r_c的倒数：

参数k表示二次曲线常数，Ai表示非球面系数。图6示出混合透镜系统100的每个表面的非球面系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20。

图7示出混合透镜系统100的又一示例性剖视图。图7中的混合透镜系统100与图5中的混合透镜系统100相同，除了混合透镜系统100包括直角棱镜107和截止滤光片108，且混合透镜系统100的透镜组120包括孔径光阑190。可以理解的是，混合透镜系统100也可以仅包括孔径光阑190、仅包括截止滤光片108、仅包括直角棱镜107、包括孔径光阑190和截止滤光片108、包括孔径光阑190和直角棱镜107、或者包括截止滤光片108和直角棱镜107。

在图7中，孔径光阑190被布置在第三透镜160和第四透镜170之间。在混合透镜系统100中设置孔径光阑190可以帮助光束相对于场坐标的对称性。可以理解的是，孔径光阑190还可以被布置在混透镜系统100的其他位置。例如，第三透镜160的第二表面161可以用作孔径光阑，或者第四透镜170的第一表面171可以用作孔径光阑。

截止滤光片108可以被布置在第五透镜180的光学下游。在混合透镜系统100中设置截止滤光片108可以帮助混合透镜系统100过滤特定波长的光，从而提高捕获的图像的信噪比。可以理解的是，截止滤光片108还可以被布置在混透镜系统100的其他位置。例如，第五透镜180的第二表面182可以用作截止滤光片。

直角棱镜107被布置在液体透镜的光学上游并被配置为改变光轴的方向。在混合透镜系统100中布置直角棱镜107可以帮助缩短成像设备15的尺寸。可以理解的是，直角棱镜107还可以布置在混合透镜系统100其他位置。

在一些实施例中，图7示出的混合透镜系统使用的物距范围为无穷远至30毫米。

图8示出图7的混合透镜系统100对无穷远处对象进行成像的光路图。图8中未示出光路偏转光学元件110。透镜组120中的第一透镜140、第二透镜150、第三透镜160、第四透镜170和第五透镜180与图7中的相同，通过不同的光焦度使光线发生折射后汇聚到像平面上。在外加电压的作用下，液体透镜的第二表面112的曲率发生变化，从而对无穷远处的对象进行自动对焦。其中，在对焦过程中，混合透镜系统100的液体透镜相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变，和/或透镜组120相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变。

图9示出图8的混合透镜系统100中各个光学元件的参数。可以理解的是，图9示出的参数适用于混合透镜系统100对无穷远处的对象进行成像的场景，其中液体透镜的第二表面112未产生形变，液体透镜的第一表面112与第一透镜140的第一表面141之间的距离为1.09毫米。此时，混合透镜系统100可以用作长焦镜头。

其中，面号OBJ指的是物平面，面号1指的是表面111，面号2指的是表面111与表面112之间的表面，面号3指的是表面112，面号4指的是表面141，面号5指的是表面142，面号6指的是表面151，面号7指的是表面152，面号8指的是表面161，面号9指的是表面162，面号STO指的是孔径光阑190，面号11指的是表面171，面号12指的是表面172，面号13指的是表面181，面号14指的是表面182，面号15指的是截止滤光片108接近物平面的一侧表面，面号16指的是截止滤光片108接近像平面的一侧表面，面号IMG指的是像平面。

在对无穷远处的对象成像时，混合透镜系统100具有约20.8478度的视场，液体透镜的第二表面112与第一透镜140的第一表面141之间沿光轴109的距离(即图4中的101)为0.3837毫米，液体透镜在第二表面112处的通光口径(即图4中的104)为4.613毫米，第一透镜140在第一表面141处的通光口径(即图4中的105)为4.192毫米，边缘光线在液体透镜的第一表面141处的矢高(即图4中的102)为0.76毫米，对象距离液体透镜的第一表面111之间沿光轴109的距离为无穷大，且液体透镜的焦距为无穷大。

图10-13分别是由

计算的混合透镜系统100的轴上色差(纵向色差)、垂轴色差(横向色差)、像散和f-theta畸变的图。

图10是混合透镜系统的轴上色差的图。其中，最大入瞳半径为1.7462毫米。图10中的轴上色差曲线1010、1020、1030、1040和1050分别是在波长650纳米、610纳米、555纳米、510纳米和470纳米处计算的。

图11是混合透镜系统100的垂轴色差的图。图11中的垂轴色差曲线1110、1120、1130、1140和1150分别是在波长650纳米、610纳米、555纳米、510纳米和470纳米处处计算的。其中，曲线1130和曲线1140相同。

图12是混合透镜系统100的像散的图。图12中的像散曲线1210-M和1210-S分别是在子午面和弧矢面内在波长650纳米处计算的。像散曲线1220-M和1220-S分别是在子午面和弧矢面内在波长610纳米处计算的。像散曲线1230-M和1230-S分别是在子午面和弧矢面内在波长550纳米处计算的。像散曲线1240-M和1240-S分别是在子午面和弧矢面内在波长510纳米处计算的。像散曲线1250-M和1250-S分别是在子午面和弧矢面内在波长470纳米处计算的。

图13是混合透镜系统100的f-theta畸变的图。分别在在波长650纳米、610纳米、555纳米、510纳米和470纳米处处计算畸变曲线，均与图13中的畸变曲线1310一致。

图14示出图7的潜望式混合透镜系统100对30毫米处对象进行成像的光路图。图14中未示出光路偏转光学元件110。透镜组120中的第一透镜140、第二透镜150、第三透镜160、第四透镜170和第五透镜180与图7和图8中的相同，通过不同的光焦度使光线发生折射后汇聚到像平面上。在外加电压的作用下，液体透镜的第二表面112的曲率发生变化，从而对30毫米处的对象进行自动对焦。其中，在对焦过程中，混合透镜系统100的液体透镜相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变，和/或透镜组120相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变。

图15示出图14的混合透镜系统100中的光学元件的参数。可以理解的是，图15示出的参数适用于混合透镜系统100对30毫米处的对象进行成像的场景，其中液体透镜的第二表面112产生形变。此时，混合透镜系统100可以用作微距镜头。在对30毫米处的对象成像时，混合透镜系统100中的液体体透镜的焦距约为31.03毫米。

图16-19分别是由

图16是混合透镜系统100的轴上色差的图。其中，最大入瞳半径为1.1571毫米。图16中的轴上色差曲线1610、1620、1630、1640和1650分别是在波长650纳米、610纳米、555纳米、510纳米和470纳米处计算的。

图17是混合透镜系统100的垂轴色差的图。图17中的垂轴色差曲线1710、1720、1730、1740和1750分别是在波长650纳米、610纳米、555纳米、510纳米和470纳米处处计算的。

图18是混合透镜系统100的像散的图。图18中的像散曲线1810-M和1810-S分别是在子午面和弧矢面内在波长650纳米处计算的。像散曲线1820-M和1820-S分别是在子午面和弧矢面内在波长610纳米处计算的。像散曲线1830-M和1830-S分别是在子午面和弧矢面内在波长550纳米处计算的。像散曲线1840-M和1840-S分别是在子午面和弧矢面内在波长510纳米处计算的。像散曲线1850-M和1850-S分别是在子午面和弧矢面内在波长470纳米处计算的。

图19是混合透镜系统100的f-theta畸变的图。分别在在波长650纳米、610纳米、555纳米、510纳米和470纳米处处计算畸变曲线，均与图19中的畸变曲线1910一致。

本公开实施例还提供一种成像设备。例如，该成像设备包括如上描述的混合透镜系统100。

本公开实施例还提供一种电子设备，包括前置摄像头和/或后置摄像头。其中，该前置摄像头和/或后置摄像头是如上描述的成像设备。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本公开中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种混合透镜系统，用于将对象成像在像平面上，其特征在于，所述混合透镜系统包括：

可调焦光学元件，被布置为接近所述对象，并被配置为调节所述混合透镜系统的焦距，所述可调焦光学元件包括接近物平面的第一表面和接近所述像平面的第二表面；以及

透镜组，被布置在所述可调焦光学元件的光学下游，并被配置为将通过所述可调焦光学元件的光汇聚在所述像平面上，其中所述透镜组至少包括第一透镜，所述第一透镜包括接近所述物平面的第一表面和接近所述像平面的第二表面，所述可调焦光学元件相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变。

2.根据权利要求1所述的混合透镜系统，其特征在于，所述透镜组相对于所述像平面沿光轴的距离保持不变。

3.根据权利要求1所述的混合透镜系统，其特征在于，所述可调焦光学元件是液体透镜。

4.根据权利要求3所述的混合透镜系统，其特征在于，所述液体透镜的第二表面与所述第一透镜的第一表面之间沿光轴的距离由所述液体透镜的通光口径、所述第一透镜的通光口径、以及所述混合透镜系统的视场角确定。

5.根据权利要求4所述的混合透镜系统，其特征在于，所述液体透镜与所述透镜组满足：

v1+s1+s2＝(sd1-sd2)/2tanθ

6.根据权利要求5所述的混合透镜系统，其特征在于，所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的第一表面为凸表面，所述第一透镜的第二表面为凹表面。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的混合透镜系统，其特征在于，所述液体透镜满足：

L<f1；

其中，L表示所述对象与所述液体透镜的第一表面之间沿光轴的距离；f1表示所述液体透镜的焦距。

8.根据权利要求3所述的混合透镜系统，其特征在于，所述液体透镜的第一表面为薄膜或者所述液体透镜的第二表面为薄膜。

9.根据权利要求1所述的混合透镜系统，其特征在于，所述透镜组包括布置在所述第一透镜光学下游且从所述物平面到所述像平面依次布置的第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中：

所述第四透镜包括接近所述物平面的第一表面和接近所述像平面的第二表面；以及

10.根据权利要求9所述的混合透镜系统，其特征在于，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，且所述第五透镜具有负光焦度；其中，

11.根据权利要求9所述的混合透镜系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的每个为非球面透镜。

12.根据权利要求9所述的混合透镜系统，其特征在于，包括：

孔径光阑，被布置在所述第三透镜和所述第四透镜之间。

13.根据权利要求1所述的混合透镜系统，其特征在于，包括：

直角棱镜，被布置在所述可调焦光学元件的光学上游且被配置为改变光轴的方向。

14.根据权利要求1所述的混合透镜系统，其特征在于，包括：

截止滤光片，被布置在所述透镜组和所述像平面之间，且被配置为至少部分过滤特定波长的光。

15.一种成像设备，包括如权利要求1至14中任一项所述的混合透镜系统。

16.一种电子设备，包括：前置摄像头和/或后置摄像头；其中，

所述前置摄像头和/或所述后置摄像头是如权利要求15所述的成像设备。