[实用新型]光学系统

说明书

技术领域

本实用新型整体涉及光学器件，并且更具体地涉及高分辨率成像透镜。

背景技术

近红外(NIR)成像设备捕获800nm到1300nm的波长范围中的光。此类设备被特别用于医疗诊断、食品检查和夜视等领域。NIR成像设备还吸引人们对各种消费电子技术中的应用程序的兴趣，诸如基于图案的深度映射。

实用新型内容

下文描述的本实用新型的实施方案提供了用于其设计的改进的光学系统和方法。

因此，根据本实用新型的一个实施方案，提供了一种用于在将对象成像到图像平面上的过程中在目标近红外(NIR)波长处工作的光学系统。该系统包括从对象侧到图像侧按顺序布置的以下光学元件：第一透镜，该第一透镜包含在目标NIR波长处具有第一折射率的第一材料并具有正屈光力；第二透镜，该第二透镜包含第一材料并且具有第一弯月形状；第三透镜，该第三透镜包含第一材料并且具有第二弯月形状；以及第四透镜，该第四透镜包含在目标NIR波长处具有低于第一折射率的第二折射率的第二材料。该第四透镜具有非球面形式的前表面和后表面，在这些表面中的至少一个表面中具有至少一个拐点，并且其中非球面系数被选择，使得从对象到达后表面的光线不会在第四透镜内发生全内反射，以撞击在图像平面上。

在一些实施方案中，该系统包括带通滤波器，该带通滤波器被配置为阻挡除目标NIR波长处之外的光并且被布置在第四透镜和图像平面之间。

在所公开的实施方案中，该光学元件被配置为在F/2.0处形成图像，其中对角全视场大于80°，并且视场的边缘处的图像亮度大于轴上的图像亮度的30％。

典型地，该系统包括与第一透镜相邻的孔径光阑。

在所公开的实施方案中，该第一透镜具有凸状前表面，并且第四透镜的前表面和后表面两者具有相应的拐点。

在一些实施方案中，第四透镜的前表面和后表面的非球面系数被选择，使得在从对象侧进入系统的光线能够相交的任何位置处与前表面和后表面中的任一者相切的平面相对于与系统的光轴垂直的平面倾斜不超过预定义的最大角度。在一个实施方案中，该光学元件被配置为在F/2.0处形成图像，其中对角全视场大于80°，并且预定义的最大角度不大于45°。

根据本实用新型的一个实施方案，还提供了一种用于在将对象成像到图像平面上的过程中在目标近红外(NIR)波长处工作的光学系统。该方法包括从对象侧到图像侧按顺序布置以下光学元件：第一透镜，该第一透镜包含在目标NIR波长处具有第一折射率的第一材料并具有正屈光力；第二透镜，该第二透镜包含第一材料并且具有第一弯月形状；第三透镜，该第三透镜包含第一材料并且具有第二弯月形状；以及第四透镜，该第四透镜包含在目标NIR波长处具有低于第一折射率的第二折射率的第二材料，并具有非球面形式的前表面和后表面，在表面中的至少一个表面中具有至少一个拐点。第四透镜的前表面和后表面的非球面系数被选择，使得从对象到达后表面的光线不会在第四透镜内发生全内反射，以撞击在图像平面上。结合附图，从下文中对本实用新型的实施方案的详细描述将更完全地理解本实用新型，在附图中：

附图说明

图1是根据本实用新型的实施方案的光学系统的示意性侧视图；

图2是在图1的光学系统的整个视场中调制传递函数(MTF)作为角度(图像高度)的函数的图示；

图3是在图1的光学系统的整个视场中照明衰落作为角度(图像高度)的函数的图示；

图4A是示出了在系统内反射的光线的迹线的示例性光学系统的示意性侧视图；以及

图4B是根据本实用新型的一个实施方案的示出了在系统内反射同时避免全内反射到图像平面上的光线的迹线的图1的光学系统的示意性侧视图。

具体实施方式

当前的NIR成像设备大多是通过添加NIR带通滤波器而从针对可见光(VIS)摄影术所设计的成像透镜改造而来的。然而，此类系统的性能和形状因数可能受到VIS和NIR之间的光谱差异的妨碍。具体地，光学材料在用于大多数NIR成像应用的感兴趣光谱区域中的色散通常较小。这种特性使得能够在NIR成像透镜中布置高折射率色散材料，以方便在特定NIR光谱区域内进行像差控制。在另一方面，由于出现过大的色差，因此此类布置通常不适合VIS成像。因此，不同的设计考虑将适用于要用于NIR窄带成像应用中的透镜系统。