一种超薄彩色成像透镜模组的制作方法

1.本发明属于光学元件领域，具体涉及一种超薄彩色成像透镜模组。


背景技术：

2.在一些微距应用领域如手机镜头等场合，传统单镜头折射透镜模组无法通过进一步压缩体积来适应日益轻薄化的应用场景，且传统透镜模组结构复杂，需要多片透镜组合来提高成像质量，加工成本高。
3.传统折射透镜模组无法通过进一步压缩体积来适应日益轻薄化的应用场景，且传统透镜模组结构复杂，需要多片透镜组合来提高成像质量，加工成本高。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种超薄彩色成像透镜模组。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种超薄彩色成像透镜模组，包括：彩色成像透镜阵列、滤光片以及用于成像的图像接收器件，彩色成像透镜阵列包括：呈阵列分布的多个子成像透镜，滤光片的每个滤光区域与每个子成像透镜一一对应，每个子成像透镜根据与其所对应的滤光区域的成像波段设计结构，使得所有子成像透镜在工作波长下的焦距一致，每个子成像透镜与图像接收器之间的距离相同；
7.子成像透镜为折射透镜或衍射透镜。
8.在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
9.作为优选的方案，彩色成像透镜阵列成像波段为可见光波段。
10.作为优选的方案，彩色成像透镜阵列还包括：透明刚性/柔性衬底，多个子成像透镜设置于衬底上。
11.作为优选的方案，子成像透镜的口径在50微米至1厘米之间。
12.作为优选的方案，相邻子成像透镜抵靠。
13.作为优选的方案，红色窄带滤光片的波段为600nm～700nm，绿色窄带滤光片的波段为500nm～560nm，蓝色窄带滤光片的波段为400nm～460nm。
14.作为优选的方案，在彩色成像透镜阵列和图像接收器件之间设有隔离层，隔离层用于将每个透镜成像区域进行分隔。
15.作为优选的方案，彩色成像透镜阵列内子成像透镜相位取向呈现菲涅尔环带分布；或，彩色成像透镜阵列内子成像透镜相位为能够使入射光形成有聚焦特性球面波或非球面波的相位波前的分布。
16.作为优选的方案，图像接收器件能够为成像波段的彩色ccd或彩色coms成像器件。
17.作为优选的方案，每个子成像透镜对单色光成像之后通过图像分割、重构合成为一张彩色图像，对红绿蓝三种波长入射光分别在子成像透镜后相同焦平面接收所成清晰像，对所采集到的rgb单色图像的大小和/或强度进行优化调整，使三幅图像协调统一，然后
通过图像重构组合为一张图像，通过单个彩色成像透镜阵列实现彩色成像。
18.本发明公开一种超薄彩色成像透镜模组，其采用多个呈阵列分布的多个子成像透镜实现彩色成像，子成像透镜可以为折射透镜或衍射透镜。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本发明实施例提供的彩色成像透镜阵列的子成像透镜排布图。
21.图2为本发明实施例提供的彩色成像透镜模组结构侧视图。
22.图3为本发明实施例提供的彩色成像透镜阵列环带结构示意图。
23.图4为本发明实施例提供的彩色成像透镜阵列中液晶分子光轴分布。
24.其中：1-滤光片，2-彩色成像透镜阵列，3-图像接收器件。
具体实施方式
25.下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件，不应当解释为排除附加的部件。
28.为了达到本发明的目的，一种超薄彩色成像透镜模组的其中一些实施例中，一种超薄彩色成像透镜模组包括：彩色成像透镜阵列2、滤光片1以及用于成像的图像接收器件3，彩色成像透镜阵列2包括：呈阵列分布的多个子成像透镜，滤光片1的每个滤光区域与每个子成像透镜一一对应，每个子成像透镜根据与其所对应的滤光区域的成像波段设计结构，使得所有子成像透镜在工作波长下的焦距一致，每个子成像透镜与图像接收器之间的距离相同；
29.子成像透镜为折射透镜或衍射透镜，能通过pmma、玻璃、液晶聚合物等在可见光波段透过率良好的材料获得。
30.其中，彩色成像透镜阵列2厚度在2微米到500微米之间，其对应的彩色成像透镜模组可以称为“超薄彩色成像透镜模组”。
31.滤光片1的颜色能够可为红、绿、蓝光学三原色，也可为其他颜色，滤光片1的各个颜色区域与彩色成像阵列2中的单色的字成像子成像透镜对应，所对应的彩色成像透镜的设计成像波段也可为红、绿、蓝三个波段，或相应的可重构出彩色图像的其他波段。
32.如图1和2所示，此实施例中采用红、绿、蓝光学三原色滤光片1，相应的子成像透镜的焦距设计也是根据红、绿、蓝三个波段来计算得到，使得所有子成像透镜的焦距相同，即在图像接收器件3上成清晰像。
33.每个子成像透镜的焦距根据与其所对应的滤光片1滤光区域的成像波段进行计算得到，使得所有子成像透镜的焦距相同使得所有子成像透镜的焦距相同，即在图像接收器件3上成清晰像。
34.彩色成像透镜模组中子成像透镜可以为衍射液晶透镜，工作时可与波片及偏振片协同工作，采用液晶聚合物改变入射偏振光的相位，以实现正焦距或负焦距的效果，通过光取向等技术手段来产生特定的液晶分子取向。当然，子成像透镜也可采用液晶盒结构，制备电控可调成像透镜。
35.本发明采用阵列设计，将多个子成像透镜以特定排列组成透镜阵列，共同对物体成像。
36.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，彩色成像透镜阵列成像波段为可见光波段。为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，彩色成像透镜阵列2还包括：透明刚性/柔性衬底，多个子成像透镜设置于衬底上。
37.采用上述优选的实施方案，其效果在于，子成像透镜可采用液晶聚合物(lcp)制备，可使用透明柔性衬底，具有柔性、超薄、无色等优点。当采用透明柔性衬底的液晶衍射透镜在使用时可以折叠或卷起，以减小占地面积，使用时再展开。
38.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，子成像透镜的口径在50微米至1厘米之间。
39.其中，焦距根据成像系统的空间及制备工艺进行合理选取，其焦距可以在150微米至5厘米之间。
40.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，相邻子成像透镜抵靠。
41.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，红色窄带滤光片1的波段为600nm～700nm，绿色窄带滤光片1的波段为500nm～560nm，蓝色窄带滤光片1的波段为400nm～460nm。
42.优选的，红色窄带滤光片1的波段为600nm～650nm。为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在彩色成像透镜阵列2和图像接收器件3之间设有隔离层，隔离层用于将每个透镜成像区域进行分隔。
43.采用上述优选的实施方案，其效果在于，达到消除成像干扰且实现分割图像的目的，即可实现每个单色成像子成像透镜所成图像占据总体图像的不同区域，互不干扰。
44.如图3所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，彩色成像透镜阵列2内子成像透镜相位取向呈现菲涅尔环带分布，焦距与入射光波长的关系为：
[0045][0046]rn
为第n个环带至圆心的半径，n＝1，2，3
…
，f为焦距，λ为入射波长。
[0047]
如图4所示，图4中短线表示了彩色成像透镜阵列2中光轴的变化情况。光取向剂经特定的偏振光取向，注入液晶后，会对液晶分子进行取向，形成菲涅尔环带结构，偏振光入射时，使出射波前附加了一个连续渐变的抛物线形的位相分布，从而实现正焦距或负焦距。
[0048]
在其他实施例中，彩色成像透镜阵列2内子成像透镜相位为能够使入射光形成有聚焦特性球面波或非球面波的相位波前的分布。
[0049]
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，图像接收器件3能够为成像波段的彩色ccd或彩色coms成像器件。
[0050]
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，每个子成像透镜对单色光成像之后通过图像分割、重构合成为一张彩色图像，对红绿蓝三种波长入射光分别在子成像透镜后相同焦平面接收所成清晰像，对所采集到的rgb单色图像的大小和/或强度进行优化调整，使三幅图像协调统一，然后通过图像重构组合为一张图像，通过单个彩色成像透镜阵列2实现彩色成像。
[0051]
以上多种实施方式可交叉并行实现。
[0052]
为了更好的理解，下面介绍一个具体的实施例。
[0053]
制备尺寸为3*3mm，焦距为2mm的彩色成像透镜模组，采用灰度光刻的方法，制备彩色成像透镜阵列2，子成像透镜为衍射透镜。以3*3个子成像透镜为例，单个子成像透镜口径为1mm，焦距为2mm，滤光片1采用红绿蓝三原色，滤光片1各滤光区域与彩色成像透镜阵列2中子成像透镜排布均以图1方式排列，则对红光660nm波长而言，红光成像子成像透镜设计第一环带半径为36.3μm，则对绿光550nm波长而言，绿光成像子成像透镜设计第一环带半径为33.2μm，则对蓝光450nm波长而言，蓝光成像子成像透镜设计第一环带半径为30μm，此时，所有子成像透镜均在图像接收器件3上成清晰像，通过对每个子成像透镜对单色光所成图像的分割、重构合可成为一张彩色图像，避免成像色差。
[0054]
本发明公开一种超薄彩色成像透镜模组，其采用多个呈阵列分布的多个子成像透镜实现彩色成像，成像效果佳，适合大范围的推广。
[0055]
值得注意的是，当彩色成像透镜阵列2为衍射液晶透镜时，上述任一种实施例公开的彩色成像透镜阵列2的液晶取向可通过摩擦取向、光取向、斜蒸镀、原子力探针浮雕取向等方式对液晶聚合物取向获得。
[0056]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。