用于极宽的视场的模块化透镜制造技术

一种模块化复合透镜包括基本单元，该基本单元具有能够在光圈值为1.7的情况下将大约为100度的视场成像的五个有源光学元件。复合透镜呈现出不多于10％的图像失真和高达每毫米100线对的近乎衍射受限的调制传递函数(MTF)。可以将另外的光学部件添加至复合透镜以在不改变光圈值的情况下以及在不显著增大像差的情况下如所期望的那样使视场变宽。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年8月25日提交的标题为“MODULARLENSFOREXTREMELYWIDEFIELDOFVIEW”的美国临时申请62/209,716号的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术介绍
本文中所公开的主题总体上涉及成像系统，并且更具体地涉及模块化复合透镜，该模块化复合透镜具有能够以小图像失真对宽视场成像的五个有源元件。
技术实现思路
下文呈现了简化概述以便提供对本文中所描述的一些方面的基本理解。该概述既不是广泛的综述也不旨在确定关键的/决定性的要素或旨在描绘本文中所描述的各个方面的范围。该概述的唯一目在于以简化形式呈现一些概念作为稍后呈现的更详细的描述的前序。在一个或更多个实施方式中，提供了一种复合透镜，该复合透镜包括：第一初级有源光学元件，该第一初级有源光学元件被配置成收集并且折射来自第一视场的第一光以产生第一折射光；第一次级有源光学元件，该第一次级有源光学元件被配置成使来自第一初级光学元件的第一折射光折射以产生第二折射光；以及组合部件，该组合部件被配置成接收来自第一次级有源光学元件的第二折射光并且沿复合透镜的光路将第二折射光引导向一个或更多个下游光学元件，其中，复合透镜对至少为100度的视场成像。另外，一个或更多个实施方式提供了一种用于收集和聚焦来自宽视场的光的方法，该方法包括：由复合透镜的第一初级有源光学元件使来自第一视场的第一光折射以产生第一折射光；由复合透镜的第一次级有源光学元件使来自第一初级光学元件的第一折射光折射以产生第二折射光；将来自第一次级有源光学元件的第二折射光提供至复合透镜的组合部件；以及由组合部件将第二折射光沿复合透镜的光路引导向一个或更多个下游光学元件，其中，复合透镜对至少为100度的视场成像。此外，根据一个或更多个实施方式，提供了一种用于对宽视场成像的系统，该系统包括：用于在复合透镜处使接收到的来自第一视场的第一光折射以产生第一折射光的装置；用于使第一折射光折射以产生第二折射光的装置；以及用于沿复合透镜的光路将第二折射光引导向一个或更多个下游光学元件的装置，其中，用于使第一光折射的装置、用于使第一折射光折射的第二装置、用于引导的装置以及一个或更多个下游光学元件对至少为100度的视场成像。为了实现前述和相关的目的，本文中结合下面的描述和附图来描述某些说明性的方面。这些方面表示可以被实践的各种方式，各种方式中的所有方式旨在涵盖于本文中。根据下面结合附图考虑时进行的详细描述，其他优点和新型特征可以变得明显。附图说明图1是示出了由示例非限制性照明和成像系统对图像进行捕获的图，该示例非限制性照明和成像系统包括照明器和成像系统。图2是示出了由双高斯透镜和鱼眼透镜提供的示例视场的图。图3是包括五个有源元件的示例模块化复合透镜的示例性单元的图。图4是将大约为100度的视场成像的示例模块化透镜的图。图5是包括两个初级-次级对的示例复合透镜的图。图6是示出了由模块化复合透镜通过组合两个视场而获得的合成视场的图。图7是包括三个初级-次级对的复合透镜的图。图8是示出了由模块化复合透镜通过组合三个视场而获得的合成视场的图。图9A是关于具有窄视场的示例复合透镜的基本单元组件的三维全视图。图9B是关于具有窄视场的示例复合透镜的基本单元组件的三维剖视图。图10是示出了关于具有窄视场的示例复合透镜的视场的侧视图和俯视图。图11A是将第二初级-次级对和第三初级-次级对添加至复合透镜的基本单元的示例模块化复合透镜的三维全视图。图11B是将第二初级-次级对和第三初级-次级对添加至复合透镜的基本单元的示例模块化复合透镜的三维剖视图。图12是绘制出关于示例模块化复合透镜的MTF的曲线图。图13是绘制出由示例模块化复合透镜捕获的图像的失真作为视场的函数的曲线图。图14是用于使用模块化复合透镜来生成具有宽视场的图像的示例方法的流程图。具体实施方式现在参照附图来描述本主题公开内容，其中，贯穿全文，相同的附图标记用于指代相同的元件。在下面的描述中，出于说明的目的，阐述了许多特定细节以提供对本主题公开内容的透彻理解。然而，应当明白，可以在不需要这些特定细节的情况下实施本主题公开内容。在其他实例中，以框图的形式示出了公知的结构和装置以利于对本主题公开内容的描述。如本文中所使用的，术语“或”旨在意味着包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另外说明或根据上下文明确看出，否则短语“X采用A或B”旨在意味着任何自然的包括性置换。也就是说，短语“X采用A或B”是由以下实例中的任一实例来满足的：X采用A；X采用B；或者X采用A和B二者。此外，如本申请和所附权利要求中使用的冠词“a”和“an”通常应当被解释为意味着“一个或更多个”，除非另外说明或根据上下文明确看出指示单数形式。此外，本文中所使用的术语“集合”排除空集；例如其中没有元素的集合。因此，本主题公开内容中的“集合”包括一个或更多个元素或实体。作为例示，控制器的集合包括一个或更多个控制器；数据资源的集合包括一个或更多个数据资源；等等。同样地，如本文中所使用的术语“组”指代一个或更多个实体的集合；例如，一组节点指代一或更多个节点。将根据可以包括若干装置、部件、模块等的系统呈现各个方面或特征。应当理解并认识到的是，各个系统可以包括另外的装置、部件、模块等，以及/或者可以不包括结合附图所讨论的所有装置、部件、模块等。还可以使用这些方法的组合。图1是示出了由示例非限制性照明和成像系统100对图像进行捕获的简化图，该示例非限制性照明和成像系统100包括照明器102和成像系统118。照明器102和成像系统118可以是例如商用摄像装置或更专业的摄像装置例如多光谱或超光谱成像摄像装置的部件，或者可以是能够生成关于视场内的点的距离信息的飞行时间(TOF)摄像装置(也被称为三维图像传感器)的部件。在该示例中，系统包括成像系统118和集成的照明器102二者，其中，该成像系统118基于来自视场的散射光来记录图像，并且该集成的照明器102将光104投射到视场中。然而，一些系统可以不使用照明器而是替代地可以只使用视场内可用的环境光来收集图像信息。如果使用照明器102，则照明器102将光104发射到待成像的观察区中。所发射的光中入射在视场内的固体物体和表面(例如固体108、110和112以及墙壁106)上的部分由被照射的物体和表面散射为散射光114。由成像系统118的透镜来接收和收集一子组散射光116，并且成像系统118内的图像捕获部件(例如光电二极管阵列、电荷耦合装置、互补金属氧化物半导体、感光胶片或乳剂等)记录从物体和表面散射的光线116作为图像(或者在三维成像系统的情况下作为一组点云数据)。可替选地，如果未使用照明器，则成像系统118的透镜替代地收集和聚焦从透镜的视场内的物体和表面散射的环境光。成像系统的视场的范围取决于用于收集和聚焦散射光的透镜的类型。宽视场通常需要由多个简单的透镜组成的复合透镜或透镜组件。尽管许多透镜能够产生清晰的高分辨率图像，但是由透镜聚焦的光产生的图像通常包含像差或图像失真，像差或图像失真取决于用于产生图像的透镜的几何结构和材料。这些像差通常在透镜的视场的边缘处增大。为了补偿和平衡光学像差，复合透镜的设计者经常选择具有屈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合透镜，包括：第一初级有源光学元件，所述第一初级有源光学元件被配置成收集并且折射来自第一视场的第一光以产生第一折射光；第一次级有源光学元件，所述第一次级有源光学元件被配置成使来自所述第一初级光学元件的所述第一折射光折射以产生第二折射光；以及组合部件，所述组合部件被配置成接收来自所述第一次级有源光学元件的所述第二折射光并且沿所述复合透镜的光路将所述第二折射光引导向一个或更多个下游光学元件，其中，所述复合透镜对至少为100度的视场成像。

【技术特征摘要】
2015.08.25 US 62/209,716;2016.01.13 US 14/994,3231.一种复合透镜，包括：第一初级有源光学元件，所述第一初级有源光学元件被配置成收集并且折射来自第一视场的第一光以产生第一折射光；第一次级有源光学元件，所述第一次级有源光学元件被配置成使来自所述第一初级光学元件的所述第一折射光折射以产生第二折射光；以及组合部件，所述组合部件被配置成接收来自所述第一次级有源光学元件的所述第二折射光并且沿所述复合透镜的光路将所述第二折射光引导向一个或更多个下游光学元件，其中，所述复合透镜对至少为100度的视场成像。2.根据权利要求1所述的复合透镜，其中，所述一个或更多个下游光学元件包括第三级有源元件、第四级有源元件和第五级有源元件。3.根据权利要求1所述的复合透镜，还包括：第二初级有源光学元件，所述第二初级有源光学元件被配置成收集并且折射来自第二视场的第二光以产生第三折射光；以及第二次级有源光学元件，所述第二次级有源光学元件被配置成使来自所述第二初级光学元件的第三聚焦光折射以产生第四折射光，其中，所述组合部件还被配置成将所述第四折射光和所述第二折射光组合成组合光束并且将所述组合光束引导向所述一个或更多个下游光学元件，以及其中，将所述第二初级有源光学元件和所述第二次级有源光学元件添加至所述复合透镜使所述复合透镜的视场变宽至两倍或基本上变宽至两倍。4.根据权利要求3所述的复合透镜，其中，所述组合部件包括二向色分束器立方体。5.根据权利要求4所述的复合透镜，还包括另一二向色分束器立方体，所述另一二向色分束器立方体被配置成接收所述组合光束并且从所述组合光束中恢复所述第一视场的第一光线和所述第二视场的第二光线。6.根据权利要求3所述的复合透镜，其中，所述组合部件包括偏振分束器立方体。7.根据权利要求6所述的复合透镜，还包括另一偏振分束器立方体，所述另一偏振分束器立方体被配置成接收所述组合光束并且从所述组合光束中恢复所述第一视场的第一光线和所述第二视场的第二光线。8.根据权利要求3所述的复合透镜，其中，所述组合部件包括非偏振分束器立方体，所述非偏振分束器立方体被配置成将来自所述第一视场的第一光的大约50％与来自所述第二视场的第二光的大约50％组合。9.根据权利要求3所述的复合透镜，其中，所述组合部件包括受控转向镜或光电阀中的至少之一，其被配置成将所述第四折射光和所述第二折射光进行时间交织以产生所述组合光束。10.根据权利要求3所述的复合透镜，还包括：第三初级有源光学元件，所述第三初级有源光学元件被配置成收集并且折射来自第二视场的第三光以产生第五折射光；以及第三次级有源光学元件，所述第三次级有源光学元件被配置成使来自所述第三初级有源光学元件的第五聚焦光折射以产生第六折射光，其中，所述组合部件还被配置成将所述第四折射光、所述第二折射光和所述第六折射光组合成所述组合光束，以及其中，所述第二初级有源光学元件、所述第二次级有源光学元件、所述第三初级有源光学元件和所述第三次级有源光学元件的添...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·M·蒂勒曼，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US