用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭的製作方法
2023-06-02 13:00:51
專利名稱：用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學鏡頭，具體涉及一種用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭。
背景技術：
目前，照相機、攝影機、投影機(包括正、背投)、擴印機、醫療設備、通信設備的尺寸不斷縮小，重量更輕，還增加了更多功能，如圖1所示現有的光學系統，其中，3為原有光學系統；ω為原有光學系統的半視場角；h為原有光學系統的像高。這裡h決定於ω和相距，為了在拍攝距離一定的情況下，能在同一大小的底片上得到更大範圍的畫面，如使用一般的照相機，要達到大視場角的拍攝效果，就需在原光學系統前加設視場角擴展鏡頭。現有的視場角擴展鏡頭大多採用的是由光學玻璃製成的兩塊並列的球面透鏡，雖然可解決原有光學系統視場角被限定的缺陷，使視場角得到了增大，但在0.25視場以外區域的解析度下降明顯，因此常常會降低成像質量，如解析度、畸變等重要參數，並且這種視場擴展鏡頭的份量相對較重，給使用者攜帶外出造成諸多不便。
發明內容
本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，在不改變原有光學系統的光路前提下提供一種附加鏡頭，使光學系統的視場角擴大並使中心視場以外的解析度得以大幅度提高。
實現上述目的的技術方案是一種用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，至少由兩塊光學透鏡組成，其中，所述透鏡中至少有一塊是非球面透鏡。
上述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其中，所述非球面透鏡至少有一個面為非球面。
上述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其中，所述非球面透鏡的非球面可為偶次非球面，其空間坐標計算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+1r2+2r4+3r6+4r8+5r10+6r12+7r14+8r16+...]]>其中係數c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數；αi(i＝1，2，…)——偶次非球面的係數。
上述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其中，所述非球面透鏡的非球面可為奇次非球面，其空間坐標計算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+1r1+2r2+3r3+4r4+5r5+6r6+7r7+8r8+...]]>其中係數c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數；βi(i＝1，2，…)——奇次非球面的係數。
上述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其中，所述非球面透鏡的材料可用塑料製成。
上述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其中，可將所述光學透鏡裝在一個鏡筒中，鏡筒的一側可與光學系統可調安裝。
本實用新型的技術方案較之現有技術有以下優點(1)通過本實用新型的附加鏡頭中透鏡的非球面設計，大大改善了現有技術的視場擴展鏡頭中使用的球面透鏡在0.25視場以外區域的解析度下降的缺點。
(2)畸變值很小，在相同視場擴展倍率的情況下，現有的球面透鏡的相對畸變較大，約在5％左右，而本實用新型的非球面透鏡畸變值可小於1％，而且本實用新型可根據原成像系統畸變值的類型是正或負，採取補償方法予以一定程度修正。
(3)在不改變原有光學系統的情況下，以附加鏡頭的形式達到擴展視場角的目的；特別是本實用新型在視場角相同的情況下，可使成像質量更好；在成像質量相同的情況下，可使視場角度增大。若ω為原有光學系統的半視場角，ω′為原有光學系統加上本實用新型的附加鏡頭後的半視場角，ω′與ω的關係為ω＝0°～5° ω′＝1.1ω～5ωω＝5°～10° ω′＝1.1ω～4ωω＝10°～20°ω′＝1.1ω～3ωω＝20°～30°ω′＝1.1ω～1.8ω(4)本實用新型由於包含非球面的透鏡可用塑料為製造材料，故本系統重量較現有技術以光學玻璃為製造材料的球面透鏡要輕。
圖1是光學設備的原有光學系統的略圖；圖2是本實用新型的附加鏡頭的結構示意圖；圖3是本實用新型的附加鏡頭的實施例略圖。
具體實施方式
請參閱圖2，本實用新型的一種用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭由兩塊的光學透鏡1、2前後依次同軸排列組成，其中，設在前面的透鏡1為凹透鏡，其兩鏡面11、12均為非球面，半徑為R11＝-345.25mm、R12＝25.21mm，由塑料製成；設在後面的透鏡2為凸透鏡，其兩鏡面21、22均為球面，半徑為R21＝33.80mm、R22＝-109.35mm；凹透鏡1的中心厚度d1＝2.5mm，凸透鏡2的中心厚度d3＝7mm，凸透鏡1與凸透鏡相鄰面之間的光學間隔d2＝7mm。凹透鏡1的兩非球面11、12為偶次非球面，其計算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+1r2+2r4+3r6+4r8+5r10+6r12+7r14+8r16+...]]>其中c=1R]]>R——非球面曲率半徑；
r——非球面上各點離Z軸方向的距離；k——二次曲線常數；αi(i＝1，2，…)——偶次非球面的係數；凹透鏡1的兩非球面11、12的特徵點的空間坐標見下表
再請參閱圖3，其中3為原有光學系統；ω′為原有光學系統加上本實用新型的附加鏡頭後的半視場角，h』為原有光學系統加上本實用新型的附加鏡頭後的像高[h』＝h]，加上本實用新型的附加鏡頭後ω′與ω的關係為ω＝0°～5° ω′＝1.1ω～5ωω＝5°～10° ω′＝1.1ω～4ωω＝10°～20°ω′＝1.1ω～3ωω＝20°～30°ω′＝1.1ω～1.8ω在同一照相機鏡頭前分別加現有技術的附加鏡頭與本實用新型的附加鏡頭後，其中，現有技術的附加鏡頭也是由兩塊光學透鏡前後依次同軸排列組成，設在前面的透鏡為凹透鏡，其兩鏡面均為球面，半徑為-399.96mm和52.09mm，設在後面的透鏡為凸透鏡，其兩鏡面均為球面，半徑為67.31mm和-172.44mm；凹透鏡的中心厚度為2.5mm，凸透鏡的中心厚度為14.7mm，凸透鏡與凸透鏡相鄰面之間的光學間隔為7mm。
當兩附加鏡頭的視場角擴展倍率相等，均滿足ω′/ω＝1.25，即將原有光學系統的視場角擴大了1.25倍，其中現有技術的設計已達到一般情況下的最佳狀態。
測得光學傳遞函數(OTF)的數據比較如下
在同一照相機鏡頭前分別加現有技術的附加鏡頭與本實用新型的附加鏡頭後，當兩附加鏡頭的視場角擴展倍率相等，均滿足ω′/ω＝1.25，即將原有光學系統的視場角擴大了1.25倍，畸變值比較如下
由上述兩表可見1.在OTF值方面加本實用新型的附加鏡頭後在某些視場角情況下略低於現有技術的附加鏡頭，但差距並非十分顯著，但在0.5以外的視場則明顯地體現出本實用新型的優勢所在。
2.在畸變方面，加本實用新型的附加鏡頭比加現有技術的附加鏡頭更小。
以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬於本實用新型的範疇，應由各權利要求所限定。
權利要求1.一種用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，至少由兩塊光學透鏡組成，其特徵在於，所述透鏡中至少有一塊是非球面透鏡，
2.根據權利要求1所述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其特徵在於，所述非球面透鏡至少有一個面為非球面。
3.根據權利要求1所述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其特徵在於，所述非球面透鏡的非球面可為偶次非球面，其空間坐標計算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+1r2+2r4+3r6+4r8+5r10+6r12+7r14+8r16+...]]>其中係數c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數；αi(i＝1，2，…)——偶次非球面的係數。
4.根據權利要求1所述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其特徵在於，所述非球面透鏡的非球面可為奇次非球面，其空間坐標計算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+1r1+2r2+3r3+4r4+5r5+6r6+7r7+8r8+...]]>其中係數c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數；βi(i＝1，2，…)——奇次非球面的係數。
5.根據權利要求1所述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其特徵在於，所述非球面透鏡的材料可用塑料製成。
6.根據權利要求1所述的用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，其特徵在於，可將所述光學透鏡裝在一個鏡筒中，鏡筒的一側可與光學系統可調安裝。
專利摘要本實用新型公開了一種用於增擴光學系統視場角的附加鏡頭，至少由兩塊光學透鏡組成，其中，透鏡中至少有一塊是非球面透鏡，所述非球面透鏡至少有一個面為非球面。通過本實用新型的附加鏡頭中透鏡的非球面設計，大大改善了現有技術的視場擴展鏡頭中使用的球面透鏡在0.25視場以外區域的解析度下降的缺點；另外畸變值可小於1％，而且可根據原成像系統畸變值的類型是正或負，採取補償方法予以一定程度修正；在不改變原有光學系統的情況下，以附加鏡頭的形式達到擴展視場角的目的；特別是本實用新型在視場角相同的情況下，可使成像質量更好；在成像質量相同的情況下，可使視場角度增大。
文檔編號G02B1/04GK2867370SQ20052004818
公開日2007年2月7日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者周羲君 申請人:周羲君