使用自由形态元件的具有动态失真的光学系统的制作方法

背景技术：

1、本发明的实施例涉及光学透镜及其设计领域，更具体地说，涉及一种光学系统的光学结构和相关的图像处理软件，其具有至少一个可移动的自由形态光学元件，该光学元件可横向地移位以改变折射率，从而实现失真变化功能。

2、光学图像捕捉系统出现在无数的应用中，从医疗诊断仪器到娱乐，从科学利用到民用。在光学图像捕捉系统中，球面透镜或非球面透镜是典型的部件，与互补金属氧化物半导体传感器相结合，提供高性能的图像质量。

3、然而，大多数现有的光学图像捕捉系统普遍不具备动态光学角度分辨率功能，而这一功能在许多不同的应用场景中是非常有用的。使用旋转对称部件的传统光学图像捕捉系统的性能有限，不能满足当前所有的技术发展需求。受益于对非对称光学表面的制造能力的提高，具有自由形态表面的光学部件现在可以作为图像应用的一种替代技术。

4、因此，长期以来，人们一直认为需要一种适合许多应用场景的光学图像捕捉系统，该系统以小尺寸规格具有失真变化功能。

技术实现思路

1、本发明的实施例提出了一种动态控制小尺寸规格的光学系统的光学失真的方法，该方法很适合于智能手机、安保相机、汽车相机、机器人、无人机、物联网和其他小型成像系统等应用。

2、在优选的实施例中，使用至少一个并且经常是两个或更多的自由形态透镜，这提供了相对于光轴的横向运动的失真变化。这样的光学系统提供了紧凑的尺寸规格，适合用于智能移动设备、安保、汽车或其他应用。在一些实施例中，自由形态部件对(pair)沿光学系统的光轴一前一后布置，每个自由形态元件有平整表面和非对称的自由形态表面。具体来说，在一个优选的实施例中，两个平面表面被布置成相互面对，以确保自由形态对不会相互冲突。

3、在实施例中，光学系统连续提供光学失真的变化。一个自由形态透镜相对于另一个自由形态透镜的移动提供了在视场中央部分、中间区域和视场边缘处的分辨率放大。

技术特征：

1.一种用于创建具有动态适应的非线性分辨率曲线的失真图像的光学系统，所述光学系统包括：

2.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括图像传感器，所述图像传感器位于所述图像平面，所述图像传感器被配置为将由所述多个光学元件创建的所述光学图像转换成数字图像。

3.根据权利要求2所述的光学系统，进一步包括处理器，所述处理器被配置为处理所述数字图像。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其中对所述数字图像的处理包括至少部分地对所述数字图像进行去扭曲。

5.根据权利要求3所述的光学系统，其中所述处理器被配置为在处理所述数字图像后，指示所述控制器使所述至少一个致动器移动所述至少一个可移动的自由形态元件到一不同位置。

6.根据权利要求1所述的光学系统，包括两个可移动的自由形态元件。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述总视场大于80°。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其中当所述至少一个可移动的自由形态元件处于所述第一位置时，所述光学图像的所述总视场与所述至少一个可移动的自由形态元件处于所述第二位置时所述光学图像的所述总视场相同。

9.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统具有总轨道长度，所述总轨道长度小于10毫米。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述总视场中的至少一个视场角的分辨率值在所述第一分辨率曲线和所述第二分辨率曲线之间至少变化±10％。

11.根据权利要求1所述的光学系统，其中由所述多个光学元件创建的所述光学图像是单色图像、多色图像、温度图像、深度图像或多光谱信息图像中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述多个光学元件被配置为接受可见光范围的输入光。

13.一种通过光学系统创建具有动态适应的非线性分辨率曲线的失真图像的方法，所述光学系统包括多个光学元件，所述多个光学元件具有总视场并包括至少一个可移动的自由形态元件、至少一个致动器及一控制器，所述至少一个致动器用于移动所述至少一个可移动的自由形态元件，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述光学系统进一步包括图像传感器，所述图像传感器位于所述图像平面，所述方法进一步包括由所述图像传感器将所述光学图像转换为数字图像。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述光学系统进一步包括处理器，所述方法进一步包括由所述处理器处理所述数字图像。

16.根据权利要求15所述的方法，其中对所述数字图像的处理包括至少部分地对所述数字图像进行去扭曲。

17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在处理所述数字图像后，由所述处理器指示所述控制器使所述至少一个致动器移动所述至少一个可移动的自由形态元件到一不同位置。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述光学系统包括两个可移动的自由形态元件。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述总视场大于80°。

20.根据权利要求13所述的方法，其中当所述至少一个可移动的自由形态元件处于所述第一位置时，所述光学图像的所述总视场与所述至少一个可移动的自由形态元件处于所述第二位置时所述光学图像的所述总视场相同。

21.根据权利要求13所述的方法，其中所述光学系统有总轨道长度，所述总轨道长度小于10毫米。

22.根据权利要求13所述的方法，其中所述总视场中的至少一个视场角的分辨率值在所述第一分辨率曲线和所述第二分辨率曲线之间至少变化±10％。

23.根据权利要求13所述的方法，其中由所述多个光学元件创建的所述光学图像是单色图像、多色图像、温度图像、深度图像或多光谱信息图像中的至少一个。

24.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个光学元件被配置为接受可见光范围的输入光。

技术总结
本公开提出了一种设计光学系统的方法，用于可靠、稳健和成功地实现失真变化功能。在优选的实施例中，所提出的失真变化光学系统包括至少两个非对称元件，该非对称元件在横向方向上移动。所提出的自由形态透镜包含两个透射性折射面。用这种方法设计的自由形态元件最好有平整表面和非对称的自由形态表面。这两个平面表面优选是做成面对面的，这样可提供微型相机。当两个自由形态元件在竖直方向上发生相对运动时，非对称自由形态表面的数值被用来产生可变的光功率。使用这种方法，可以得到一个具有主动失真、尺寸规格较小、成像质量更好的光学系统。

技术研发人员：庄振锋,J·帕润特,P·鲁莱特,S·蒂伯特,X·达莱尔,P·科恩,V·巴塔尔,K·苗,M·马吉尼,M·P·贝尔马尔,V·纳塔辛,杜晓军,S·陈,M·格里菲斯,S·吉利奥蒂,E·莫塔西
受保护的技术使用者：伊美景象公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13