專利名稱：用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)鏡頭，具體涉及一種用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭。
背景技術(shù)：
目前，照相機(jī)、攝影機(jī)、投影機(jī)(包括正、背投)、擴(kuò)印機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、通信設(shè)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(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)，其中，3為原有光學(xué)系統(tǒng)；ω為原有光學(xué)系統(tǒng)的半視場(chǎng)角；h為原有光學(xué)系統(tǒng)的像高。這里h決定于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范圍的畫(huà)面，如使用一般的照相機(jī)，要達(dá)到大視場(chǎng)角的拍攝效果，就需在原光學(xué)系統(tǒng)前加設(shè)視場(chǎng)角擴(kuò)展鏡頭?，F(xiàn)有的視場(chǎng)角擴(kuò)展鏡頭大多采用的是由光學(xué)玻璃制成的兩塊并列的球面透鏡，雖然可解決原有光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角被限定的缺陷，使視場(chǎng)角得到了增大，但在0.25視場(chǎng)以外區(qū)域的分辨率下降明顯，因此常常會(huì)降低成像質(zhì)量，如分辨率、畸變等重要參數(shù)，并且這種視場(chǎng)擴(kuò)展鏡頭的份量相對(duì)較重，給使用者攜帶外出造成諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在不改變?cè)泄鈱W(xué)系統(tǒng)的光路前提下提供一種附加鏡頭，使光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角擴(kuò)大并使中心視場(chǎng)以外的分辨率得以大幅度提高。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，至少由兩塊光學(xué)透鏡組成，其中，所述透鏡中至少有一塊是非球面透鏡。
上述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其中，所述非球面透鏡至少有一個(gè)面為非球面。
上述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)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(biāo)計(jì)算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12+α7r14+α8r16+...]]>其中系數(shù)c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點(diǎn)離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數(shù)；αi(i＝1，2，…)——偶次非球面的系數(shù)。
上述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)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(biāo)計(jì)算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+β1r1+β2r2+β3r3+β4r4+β5r5+β6r6+β7r7+β8r8+...]]>其中系數(shù)c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點(diǎn)離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數(shù)；βi(i＝1，2，…)——奇次非球面的系數(shù)。
上述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其中，所述非球面透鏡的材料可用塑料制成。
上述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其中，可將所述光學(xué)透鏡裝在一個(gè)鏡筒中，鏡筒的一側(cè)可與光學(xué)系統(tǒng)可調(diào)安裝。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案較之現(xiàn)有技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)(1)通過(guò)本實(shí)用新型的附加鏡頭中透鏡的非球面設(shè)計(jì)，大大改善了現(xiàn)有技術(shù)的視場(chǎng)擴(kuò)展鏡頭中使用的球面透鏡在0.25視場(chǎng)以外區(qū)域的分辨率下降的缺點(diǎn)。
(2)畸變值很小，在相同視場(chǎng)擴(kuò)展倍率的情況下，現(xiàn)有的球面透鏡的相對(duì)畸變較大，約在5％左右，而本實(shí)用新型的非球面透鏡畸變值可小于1％，而且本實(shí)用新型可根據(jù)原成像系統(tǒng)畸變值的類型是正或負(fù)，采取補(bǔ)償方法予以一定程度修正。
(3)在不改變?cè)泄鈱W(xué)系統(tǒng)的情況下，以附加鏡頭的形式達(dá)到擴(kuò)展視場(chǎng)角的目的；特別是本實(shí)用新型在視場(chǎng)角相同的情況下，可使成像質(zhì)量更好；在成像質(zhì)量相同的情況下，可使視場(chǎng)角度增大。若ω為原有光學(xué)系統(tǒng)的半視場(chǎng)角，ω′為原有光學(xué)系統(tǒng)加上本實(shí)用新型的附加鏡頭后的半視場(chǎng)角，ω′與ω的關(guān)系為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(shí)用新型由于包含非球面的透鏡可用塑料為制造材料，故本系統(tǒng)重量較現(xiàn)有技術(shù)以光學(xué)玻璃為制造材料的球面透鏡要輕。


圖1是光學(xué)設(shè)備的原有光學(xué)系統(tǒng)的略圖；圖2是本實(shí)用新型的附加鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的附加鏡頭的實(shí)施例略圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)用新型的一種用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭由兩塊的光學(xué)透鏡1、2前后依次同軸排列組成，其中，設(shè)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，由塑料制成；設(shè)在后面的透鏡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(xué)間隔d2＝7mm。凹透鏡1的兩非球面11、12為偶次非球面，其計(jì)算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12+α7r14+α8r16+...]]>其中c=1R]]>R——非球面曲率半徑；
r——非球面上各點(diǎn)離Z軸方向的距離；k——二次曲線常數(shù)；αi(i＝1，2，…)——偶次非球面的系數(shù)；凹透鏡1的兩非球面11、12的特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)見(jiàn)下表

再請(qǐng)參閱圖3，其中3為原有光學(xué)系統(tǒng)；ω′為原有光學(xué)系統(tǒng)加上本實(shí)用新型的附加鏡頭后的半視場(chǎng)角，h’為原有光學(xué)系統(tǒng)加上本實(shí)用新型的附加鏡頭后的像高[h’＝h]，加上本實(shí)用新型的附加鏡頭后ω′與ω的關(guān)系為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(jī)鏡頭前分別加現(xiàn)有技術(shù)的附加鏡頭與本實(shí)用新型的附加鏡頭后，其中，現(xiàn)有技術(shù)的附加鏡頭也是由兩塊光學(xué)透鏡前后依次同軸排列組成，設(shè)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(shè)在后面的透鏡為凸透鏡，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(xué)間隔為7mm。
當(dāng)兩附加鏡頭的視場(chǎng)角擴(kuò)展倍率相等，均滿足ω′/ω＝1.25，即將原有光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角擴(kuò)大了1.25倍，其中現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)已達(dá)到一般情況下的最佳狀態(tài)。
測(cè)得光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)的數(shù)據(jù)比較如下

在同一照相機(jī)鏡頭前分別加現(xiàn)有技術(shù)的附加鏡頭與本實(shí)用新型的附加鏡頭后，當(dāng)兩附加鏡頭的視場(chǎng)角擴(kuò)展倍率相等，均滿足ω′/ω＝1.25，即將原有光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角擴(kuò)大了1.25倍，畸變值比較如下

由上述兩表可見(jiàn)1.在OTF值方面加本實(shí)用新型的附加鏡頭后在某些視場(chǎng)角情況下略低于現(xiàn)有技術(shù)的附加鏡頭，但差距并非十分顯著，但在0.5以外的視場(chǎng)則明顯地體現(xiàn)出本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)所在。
2.在畸變方面，加本實(shí)用新型的附加鏡頭比加現(xiàn)有技術(shù)的附加鏡頭更小。
以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求1.一種用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，至少由兩塊光學(xué)透鏡組成，其特征在于，所述透鏡中至少有一塊是非球面透鏡，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其特征在于，所述非球面透鏡至少有一個(gè)面為非球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其特征在于，所述非球面透鏡的非球面可為偶次非球面，其空間坐標(biāo)計(jì)算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12+α7r14+α8r16+...]]>其中系數(shù)c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點(diǎn)離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數(shù)；αi(i＝1，2，…)——偶次非球面的系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其特征在于，所述非球面透鏡的非球面可為奇次非球面，其空間坐標(biāo)計(jì)算公式為z=cr21+1-(1+k)c2r2+β1r1+β2r2+β3r3+β4r4+β5r5+β6r6+β7r7+β8r8+...]]>其中系數(shù)c=1R]]>R——非球面曲率半徑mm；r——非球面上各點(diǎn)離Z軸方向的距離mm；k——二次曲線常數(shù)；βi(i＝1，2，…)——奇次非球面的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其特征在于，所述非球面透鏡的材料可用塑料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，其特征在于，可將所述光學(xué)透鏡裝在一個(gè)鏡筒中，鏡筒的一側(cè)可與光學(xué)系統(tǒng)可調(diào)安裝。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于增擴(kuò)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的附加鏡頭，至少由兩塊光學(xué)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(gè)面為非球面。通過(guò)本實(shí)用新型的附加鏡頭中透鏡的非球面設(shè)計(jì)，大大改善了現(xiàn)有技術(shù)的視場(chǎng)擴(kuò)展鏡頭中使用的球面透鏡在0.25視場(chǎng)以外區(qū)域的分辨率下降的缺點(diǎn)；另外畸變值可小于1％，而且可根據(jù)原成像系統(tǒng)畸變值的類型是正或負(fù)，采取補(bǔ)償方法予以一定程度修正；在不改變?cè)泄鈱W(xué)系統(tǒng)的情況下，以附加鏡頭的形式達(dá)到擴(kuò)展視場(chǎng)角的目的；特別是本實(shí)用新型在視場(chǎng)角相同的情況下，可使成像質(zhì)量更好；在成像質(zhì)量相同的情況下，可使視場(chǎng)角度增大。
文檔編號(hào)G02B1/04GK2867370SQ20052004818
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者周羲君 申請(qǐng)人:周羲君