一种组合透镜系统、成像模组及相机的制作方法

1.本技术实施例涉及光学及电子技术领域，特别涉及一种组合透镜系统、成像模组及相机。


背景技术：

2.在众多光学成像应用领域中，为了满足用户希望透镜系统的视场范围足够大的同时，目标的细节分辨率尽可能高的需求，现有很多产品采用多摄像头组合的方式来满足视场角和分辨率的双重要求。
3.近年来，随着光学成像在主题公园、酒店、家居、展会、商业以及艺术照明等领域得到的广泛应用，如何提高光学系统对场景信息的采集效率，同时减小器件数量、尺寸及成本，成为了亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种组合透镜系统、成像模组及相机，该组合透镜系统仅采用单一透镜组就可实现大小视场角的转换，其采集效率和分辨率高，且减少了器件数量、尺寸以及成本。
5.本技术实施例第一方面提供了一种组合透镜系统，包括：
6.前组透镜组和后组透镜组；
7.所述前组透镜组设置有至少一片透镜，所述前组透镜组用于与所述后组透镜组配合接收大视场范围目标的图像信息；
8.所述后组透镜组设置有至少一片透镜，所述后组透镜组用于接收小视场目标的图像信息。
9.可选的，所述前组透镜组为可拆卸组接。
10.可选的，所述后组透镜组包括沿光束入射方向依次设置的第一后组透镜、第二后组透镜、第三后组透镜以及第四后组透镜，所述后组透镜组通过所述第一后组透镜、所述第二后组透镜、所述第三后组透镜以及所述第四后组透镜接收小视场目标的图像信息。
11.可选的，所述前组透镜组包括沿光束入射方向依次设置的第一前组透镜、第二前组透镜以及第三前组透镜。
12.可选的，所述第一后组透镜、所述第三后组透镜以及所述第三前组透镜为正光焦度，所述第二后组透镜、所述第四后组透镜、所述第一前组透镜以及所述第二前组透镜为负光焦度。
13.可选的，所述第一后组透镜的有效焦距f
11
：0《f
11
《8.0；
14.所述第二后组透镜的有效焦距f
12
：-8.0《f
12
《2.0；
15.所述第三后组透镜的有效焦距f
13
：0《f
13
《5.0；
16.所述第四后组透镜的有效焦距f
14
：-8.0《f
14
《2.0；
17.所述第一前组透镜的有效焦距f
21
：-15.0《f
21
《-2.0；
18.所述第二前组透镜的有效焦距f
22
：-8.0《f
22
《-3.0；
19.所述第三前组透镜的有效焦距f
23
：3.0《f
23
《10.0；
20.各透镜的材料在d光下的折射率nd：1.52《nd《1.95；
21.所述第一后组透镜的物方表面至成像面于光轴的距离t
l1
： 0.1《f/t
l1
《0.55；
22.后组镜片的中心厚度d1：0.4《d1《2.0；后组镜片的边缘厚度d1’
：0.25《d1’ꢀ
《3.0；
23.所述第一前组透镜的物方表面至成像面于光轴的距离t
l2
： 0.02《f/t
l2
《0.2；
24.前组镜片的中心厚度d2：0.6《d《2.0；前组镜片的边缘厚度d2’
：0.5《d
’ꢀ
《3.0。
25.可选的，所述后组透镜组和所述前组透镜组的所有透镜的物方表面近光轴处均为凸面，所述后组透镜组的像方表面近光轴处均为凹面。
26.可选的，所述前组透镜组的所有透镜均为玻璃球面透镜，所述后组透镜组的所有透镜均为塑料非球面透镜。
27.本技术实施例第二方面提供了一种成像模组，包括：
28.图像传感器、滤光片以及前述第一方面所述的组合透镜系统；
29.所述图像传感器用于将感应区上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号；
30.所述滤光片用于过滤进入所述组合透镜系统的光线中的杂散光，位于所述组合透镜系统与所述图像传感器的感应区之间。
31.本技术实施例第三方面提供了一种相机，包括：
32.前述第二方面的成像模组、镜头底座以及电子组件；
33.其中，所述成像模组包括图像传感器、滤光片以及前述第一方面所述的组合透镜系统，所述组合透镜系统包括前组透镜组和后组透镜组；
34.所述后组透镜组按照预设的对焦距离设置于所述镜头底座上，所述前组透镜组与所述后组透镜组共用所述图像传感器。
35.以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
36.本技术中，设计一种组合透镜系统，包括前组透镜组和后组透镜组，其中后组透镜组视场角小，分辨率高，畸变小，可用于接收小视场目标的图像信息，在后组透镜组的基础上，再增加前组透镜组，则可以扩大视场角，该组合透镜系统仅采用单一透镜组就可实现大小视场角的转换，其采集效率和分辨率高，且减少了器件数量、尺寸以及成本。
附图说明
37.在附图中，为了便于说明，适当夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
38.在本技术中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜中，最靠近被摄物的表面称为该透镜的物侧面；每个透镜中，最靠近成像面的表面称为该透镜的像侧面。
39.图1为本技术实施例中一种组合透镜系统的结构示意图；
40.图2为本技术实施例中图像传感器的感应区的分区示意图；
41.图3为本技术实施例中一种后组透镜组的光路图；
42.图4为本技术实施例中一种成像模组的光路图。
具体实施方式
43.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。
44.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
45.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
46.此外，在本技术中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本技术可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本技术所揭示的技术内容涵盖的范围内。
47.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.本技术提供了一种组合透镜系统、成像模组及相机，该组合透镜系统仅采用单一透镜组就可实现大小视场角的转换，其采集效率和分辨率高，且减少了器件数量、尺寸以及成本。
49.需要说明的是，本技术对于组合透镜系统、成像模组及相机的描述皆是以图1作为参照，图1中，前组透镜组所在的方位为左边，后组透镜组在右边，光的入射方向是从左往右。
50.请参阅图1至图4，本技术实施例提供了一种组合透镜系统，包括：
51.前组透镜组1和后组透镜组2；
52.前组透镜组1设置有至少一片透镜，前组透镜组1用于与后组透镜组2 配合接收大视场范围目标的图像信息；
53.后组透镜组2设置有至少一片透镜，后组透镜组2用于接收小视场目标的图像信息。
54.本技术实施例中，提出了一种组合式的光学成像系统，即组合透镜系统，在常规小角度镜头(后组透镜组2)的基础上，通过增加转接境头(前组透镜组1)，扩大光学成像系统的视场角，可以更好地提高透镜系统对场景信息的采集效率，同时减小器件数量、尺寸及成本。比如，原本的视场角只有70
°
，其后组成像区222完全覆盖感应区，但是在后组透镜组2前
加入前组透镜组1 后，视场角可扩大至140
°
以上，将边缘更大的视场范围图像压缩至透镜系统，如图2所示，其前组成像区111位于sensor感光区内，呈圆形图像。
55.需要说明的是，后组透镜组2用于接收小视场细节目标，前组透镜组1 和后组透镜组2结合接收大视场范围目标。前组透镜组1重点是实现大角度的视场成像，不限于几片，组合方式多种，一片及其多种均可；后组透镜组2 的透镜数也不做限制，主要用于接收高分辨率的小视场细节目标的图像信息。
56.本技术实施例中，设计一种组合透镜系统，包括1前组透镜组和2后组透镜组，其中2后组透镜组设置有四片透镜，这四片透镜视场角小，分辨率高，畸变小，可用于接收小视场目标的图像信息，在2后组透镜组的基础上，再增加1前组透镜组，则可以扩大视场角，该组合透镜系统仅采用单一透镜组就可实现大小视场角的转换，其采集效率和分辨率高，且减少了器件数量、尺寸以及成本。
57.本技术实施例中，设计一种组合透镜系统，包括前组透镜组1和后组透镜组2，其中后组透镜组2视场角小，分辨率高，畸变小，可用于接收小视场细节目标的图像信息，在后组透镜组2的基础上，再增加前组透镜组1，则可以扩大视场角，该组合透镜系统仅采用单一透镜组就可实现大小视场角的转换，其采集效率和分辨率高，且减少了器件数量、尺寸以及成本。
58.可选的，前组透镜组1为可拆卸组接。
59.本技术实施例中，前组透镜组1和后组透镜组2可以是两个独立的镜头，不需要大视角时可以不用前组透镜组1，需要大视角时再组装上前组透镜组1，前组透镜组1为可拆卸组接。
60.需要说明的是，后组透镜组2的视场角小，但是分辨率高，畸变小。
61.可选的，后组透镜组2包括沿光束入射方向依次设置的第一后组透镜21、第二后组透镜22、第三后组透镜23以及第四后组透镜24，后组透镜组2通过第一后组透镜21、第二后组透镜22、第三后组透镜23以及第四后组透镜 24接收小视场目标的图像信息。
62.可选的，前组透镜组1包括沿光束入射方向依次设置的第一前组透镜11、第二前组透镜12以及第三前组透镜13。
63.可选的，第一后组透镜21、第三后组透镜23以及第三前组透镜13为正光焦度，第二后组透镜22、第四后组透镜24、第一前组透镜11以及第二前组透镜12为负光焦度。
64.本技术实施例中，举例了一种前组透镜组1，该前组透镜组1由包括沿光束入射方向依次分布的第一前组透镜11、第二前组透镜12以及第三前组透镜 13组成。此外，本技术实施例中还举例了一种后组透镜组2，该后组透镜组2 设置有四片透镜，后组透镜组2通过第一后组透镜21、第二后组透镜22、第三后组透镜23以及第四后组透镜24接收小视场细节目标的图像信息。
65.需要说明的是，前组透镜组1的三片式组合方式不是唯一，只要可以满足大视场角的组合都可以作为前组透镜组1，后组透镜组2的四片式组合方式也不是唯一，只要可以满足小视场角的组合都可以作为后组透镜组2，具体本技术不做限制。
66.还需要说明的是，第一前组透镜11和第二前组透镜12具有负光焦度，第三前组透镜13具有正光焦度。后组透镜组2中的第一后组透镜21和第三后组透镜23具有正光焦度，第二后组透镜22和第四后组透镜24具有负光焦度。
67.可选的，第一后组透镜21的有效焦距f
11
：0《f
11
《8.0；
68.第二后组透镜22的有效焦距f
12
：-8.0《f
12
《2.0；
69.第三后组透镜23的有效焦距f
13
：0《f
13
《5.0；
70.第四后组透镜24的有效焦距f
14
：-8.0《f
14
《2.0；
71.第一前组透镜11的有效焦距f
21
：-15.0《f
21
《-2.0；
72.第二前组透镜12的有效焦距f
22
：-8.0《f
22
《-3.0；
73.第三前组透镜13的有效焦距f
23
：3.0《f
23
《10.0；
74.各透镜的材料在d光下的折射率nd：1.52《nd《1.95；
75.第一后组透镜21的物方表面至成像面于光轴的距离t
l1
：0.1《f/t
l1
《0.55；
76.后组镜片的中心厚度d1：0.4《d1《2.0；后组镜片的边缘厚度d1’
：0.25《d1’ꢀ
《3.0；
77.第一前组透镜12的物方表面至成像面于光轴的距离t
l2
：0.02《f/t
l2
《0.2；
78.前组镜片的中心厚度d2：0.6《d《2.0；前组镜片的边缘厚度d2’
：0.5《d
’ꢀ
《3.0。
79.需要说明的是，为了获得较大的视场角，保证结构紧凑的同时获得最好的成像质量，各透镜要满足上述这些条件，通过优化组合透镜系统的参数，降低组合透镜系统焦距受温度过冷或过热的影响。
80.下列表1为本技术的后组透镜组2具体表面系数的一种设计参数，需要说明的是，设计参数仅用于示意，基于本技术原理的其他设计也属于本技术的范围内。
81.本例子中，后组透镜组2能够在f/2.2处工作，且能够达到70
°
视场角。
82.表1
[0083][0084]
[0085]
此外，下列表2为本技术的前组透镜组1具体表面系数的一种设计参数，需要说明的是，设计参数仅用于示意，基于本技术原理的其他设计也属于本技术的范围内。
[0086]
本例子中，前组透镜组1能够在f/2.2处工作，且能够达到170
°
视场角。
[0087]
表2
[0088][0089][0090]
此外，还需要说明的是，三片式的前组透镜组1和四片式的后组透镜组2 的光路图可见图4所示。
[0091]
可选的，后组透镜组2和前组透镜组1的所有透镜的物方表面近光轴处均为凸面，后组透镜组2的像方表面近光轴处均为凹面。
[0092]
可选的，前组透镜组1的所有透镜均为玻璃球面透镜，后组透镜组2的所有透镜均为塑料非球面透镜。
[0093]
需要说明的是，本技术实施例中，整个后组透镜组2和前组透镜组1的物方表面近光轴处为凸面，像方表面近光轴处为凹面，其物方表面与像方表面之间可为球面或非球面。
[0094]
为了降低成本，提高热稳定性和耐腐蚀性，前组透镜组1所有透镜均为玻璃球面透镜，后组透镜组2则采用塑料非球面透镜组合的方式，通过优化系统参数，降低透镜组焦距受温度过冷或过热的影响。
[0095]
其中，玻璃材质的透镜耐高温、耐腐蚀、耐划伤等特性，保护整个透镜系统在装配、运输、使用过程中不被划伤，在高温、低温、强光照、风沙等恶劣环境下不易被风解、破坏，从而延长了透镜系统的使用寿命。
[0096]
而塑料透镜的材质可以pmma(化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，即有机玻璃，俗称亚克力)、pc(polycarbonate，聚碳酸脂)、apel5014等材料制作，具体本技术不做限制。
[0097]
此外，本技术实施例中，还设置有孔径光阑(图中未视)，根据实际需要，孔径光阑可以设置在任何需要的位置处，比如第一前组透镜11前或第一前组透镜11与第二前组透镜12之间，具体本技术不做限制。
[0098]
此外，为了使成像面在大视场范围具有足够且适当的照度，组合透镜系统的光圈值为fno，并满足fno《2.3。
[0099]
请参阅图1至图4，本技术实施例提供了一种成像模组，包括：
[0100]
图像传感器3、滤光片4以及前述实施例所述的组合透镜系统；
[0101]
图像传感器3用于将感应区上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号；
[0102]
滤光片4用于过滤进入所述组合透镜系统的光线中的杂散光，位于所述组合透镜系统与图像传感器3的感应区之间；
[0103]
需要说明的是，本技术实施例中，本技术设计的成像模组包括图像传感器3、滤光片4以及组合透镜系统，其中滤光片4用于滤除特定光，比如可以放红外滤光片滤除红外光线；图像传感器3用于将光像转换为与光像成相应比例关系的电信号；组合透镜系统由多个透镜组成，具体的可分为前组透镜组1和后组透镜组2，前组透镜组1用于接收大视场范围目标的图像信息，后组透镜组2用于接收小视场目标的图像信息。
[0104]
如图4所示，光线从左至右发射，依次经过前组透镜组1、后组透镜组2、滤光片4，到达图像传感器3的感应区。
[0105]
请参阅图1至图4，本技术实施例提供了一种相机，包括：
[0106]
前述实施例所述的成像模组、镜头底座以及电子组件；
[0107]
其中，所述成像模组包括图像传感器3、滤光片4以及前述实施例所述的组合透镜系统，所述组合透镜系统包括前组透镜组1和后组透镜组2；
[0108]
后组透镜组2按照预设的对焦距离设置于所述镜头底座上，前组透镜组1 与后组透镜组2共用图像传感器3。
[0109]
需要说明的是，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。