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一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2020-05-11
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-08-18
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-03-11
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2040-05-11
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202010392501.4 申请日 2020-05-11
公开/公告号 CN111443473B 公开/公告日 2022-03-11
授权日 2022-03-11 预估到期日 2040-05-11
申请年 2020年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 G02B17/06G02B5/10 主分类号 G02B17/06
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、Guijuan Xie 等.Off-axis three-mirrorreflective zoom system based on freeformsurface《.Frontiers of Optoelectronics》.2016,第9卷(第4期),Li Yuan 等.Design of compact freeformoff-axis three-mirror system《.Journal ofApplied Optics》.2018,第39卷(第6期),;
引用专利 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 许晨 第一发明人 许晨
地址 浙江省杭州市钱塘新区白杨街道2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 1
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明公开了一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头。本发明包含一片光学保护玻璃、三个反射镜和图像接收器,从外界场景出射的光首先通过光学保护玻璃,再依次经由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射后,到达图像接收器。本发明的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜不具有共同的旋转对称轴,形成离轴反射光路形式,形成光路折转,缩小了本发明的光学镜头整体占用的空间。
  • 摘要附图
    一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头
  • 说明书附图:图1
    一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头
  • 说明书附图:图2
    一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头
  • 说明书附图:图3
    一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头
  • 说明书附图:图4
    一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头
  • 说明书附图:图5
    一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头
  • 说明书附图:图6
    一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-03-11 授权
2 2020-08-18 实质审查的生效 IPC(主分类): G02B 17/06 专利申请号: 202010392501.4 申请日: 2020.05.11
3 2020-07-24 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头,其特征在于,包含光学保护玻璃、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和图像接收器,从外界场景出射的光首先通过光学保护玻璃,再依次经由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射后,到达图像接收器;
所述光学保护玻璃不具有光焦度,用于阻挡外界灰尘进入镜头内部;
所述第一反射镜在整体形状上呈现为凹面反射镜,不具备任何轴对称或者面对称性,光束经过其反射作用后在水平和竖直方向上偏离所述光学保护玻璃的中心轴;
所述第二反射镜在整体形状上呈现为凹面反射镜,不具备任何轴对称或者面对称性,从第一反射镜出射的光束经过其反射作用后在水平方向上偏向所述光学保护玻璃的中心轴,在竖直方向上进一步偏离所述光学保护玻璃的中心轴;
所述第三反射镜在整体形状上呈现为凸面反射镜,不具备任何旋转对称或者面对称性,将从上述第二反射镜出射后的光束经过反射后成像在图像接收器上;
所述的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均采用下述标准XY多项式面型表达式进行表示:
其中 m和n为自然数,c为中心曲率,k为二次曲面系数,Cj为第j
个多项式的系数;
该光学镜头的厚度与有效焦距的比值为0.48;光学镜头整体的长、宽、高中最大值和有效焦距的比值处于0.58~0.63之间;光学镜头整体的长、宽、高中最大值和所述图像接收器上有效像面长边的比值处于2.52~2.71之间。

2.如权利要求1所述的一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头,其特征在于,所述的图像接收器,其有效像面长边与所述光学保护玻璃前表面平行,并且所述图像接收器的法线与所述光学保护玻璃前表面平行。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及光学技术领域,具体涉及一种用于移动终端的离轴反射式光学镜头。

背景技术

[0002] 目前以手机、平板电脑为代表的移动终端设备发展趋势之一是更加强大拍摄能力。为此,移动终端设备上的相机数目不断增加。例如,最新发售的相机,具有4枚甚至更多的相机,这些相机配有不同焦距的光学镜头,已应对广角、人像和摄远等不同拍摄场景。
[0003] 这些不同类别的镜头中,长焦镜头,也就是摄远镜头,往往长度较大、占用空间较多,也最难以集成于厚度非常薄的移动终端中。目前主要技术方案是采用潜望式镜头设计折转光路。例如华为P40系列手机中采用的潜望镜摄远镜头,以及Sun等研究者于2020年发表的潜望式变焦手机镜头[1]。以后者为例,虽然将厚度减小到5.1mm,但是另一个方向的长度超过35mm(长宽高中的最大值与摄远端的有效焦距的比值为35mm/13.42mm=2.61)。可见这种技术方案只能减小光学镜头的厚度,不能缩小光学镜头实际占用的空间,因而在内部空间十分宝贵的移动终端设备中,仍然会对其它部件的布局产生较大的负面影响。
[0004] 因此,如果能实现用于移动终端的、高度紧凑化的摄远光学镜头,占用空间的长、宽、高都较小,则将有利于移动终端内部各个部件的布局和整体终端系统的紧凑化。
[0005] [1]Wen Shing Sun,Chuen Lin Tien,Yi Hong Liu.Optical design for the lens depth of a periscope type 3×zoom lens with 8megapixel mobile phone[J].Optical and Quantum Electronics.2020,52:141.

发明内容

[0006] 为了克服上述用于移动终端的摄远镜头的不足,本发明提出一种非旋转对称的、离轴反射式摄远光学系统。它具有结构高度紧凑、像差校正良好、光能利用率高的优点,旨在解决现有的用于移动终端的摄远镜头占用较大的问题。
[0007] 本发明是通过下述技术方案实现的。
[0008] 本发明包含一片光学保护玻璃、三个反射镜和图像接收器,从外界场景出射的光首先通过光学保护玻璃,再依次经由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射后,到达图像接收器。
[0009] 上述光学保护玻璃不具有光焦度,起到阻挡外界灰尘进入镜头内部的作用,同时也可以通过镀膜方式增加目标波段光线的透过率、降低非目标波段光线的透过率。
[0010] 上述第一反射镜和第二反射镜在整体形状上呈现为凹面反射镜,通过凹面镜的会聚效果约束光束宽度;上述第三反射镜在整体形状上呈现为凸面反射镜,使系统获得相对较大的焦距和较大的像面大小。在光线经过的区域内,上述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜不形成物理空间上的冲突也不遮挡成像光束;图像接收器不遮挡从光学保护玻璃到第一反射镜的光束,不遮挡从第一反射镜出初始后到达第二反射镜的光束,也不遮挡从第二反射镜出初始后到达第三反射镜的光束。
[0011] 上述第一反射镜和第二反射镜不具备任何轴对称或者面对称性,通过上述第一反射镜反射后的光束在水平方向上偏离光学保护玻璃的中心轴,并且该光束在第二反射镜反射后在水平方向上偏向学保护玻璃的中心轴。通过上述第一反射镜反射后的光束在竖直方向上偏离光学保护玻璃的中心轴,并且该光束在第二反射镜反射后在竖直方向上进一步偏离学保护玻璃的中心轴。
[0012] 上述第三反射镜不具备任何旋转对称或者面对称性,其作用为将从上述第二反射镜出射后的光束经过反射后成像在图像接收器上。
[0013] 优选的,为了方便上述图像接收器的安装,上述图像接收器的法线方向与上述光学保护玻璃前表面平行,并且上述图像接收器的较长的边也与上述光学保护玻璃前表面平行。
[0014] 其中,为了校正离轴、非对称系统的像差,本发明的上述所有反射镜均使用非旋转对称的自由曲面面型,其面型表达式如下式所示。
[0015]
[0016] 其中 m和n为自然数,c为中心曲率,k为二次曲面系数,Cj为第j个多项式的系数。
[0017] 上述表达式表示了光学面上任一点(x,y)对应的z坐标的计算式。
[0018] 本发明的有益效果:本发明的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜不具有共同的旋转对称轴,形成离轴反射光路形式,形成光路折转,缩小了本发明的光学镜头整体占用的空间。

实施方案

[0025] 下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
[0026] 实施例1
[0027] 图1示出了本发明第一实施例的用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头。如图1所示,按照外界场景光抵达的先后顺序,依次为光学保护玻璃G、第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3、图像接收器S。其中光学系统的光阑位于上述保护玻璃G远离外界场景的一侧表面上。
[0028] 本实施例中的第一反射镜M1、第二反射镜M2和第三反射镜M3均采用下述标准XY多项式面型表达式进行表示:
[0029]
[0030] 其中 m和n为自然数,c为中心曲率,k为二次曲面系数,Cj为第j个多项式的系数。
[0031] 本实施例中,物方全视场角为水平方向13.4°,竖直方向10°,入瞳直径3.5mm,焦距为19.2mm,像方F#为5.5,像面接收器S上图像区域的尺寸为4.4mm×3.48mm。
[0032] 本实施例中,光学保护玻璃G前后表面均为平面、厚度0.42mm、材料为光学玻璃(折射率为1.5168,阿贝数为64.21)。光学保护玻璃G远离外界场景的一侧中心位置为本实施例空间坐标系的原点,垂直于表面并且朝着远离外界场景一侧为z轴方向,在表面平面内定义相互垂直的x和y轴方向以同时满足下面两点:(1)x、y、z三轴形成右手直角坐标系,(2)y‑o‑z平面与本实施例的物方竖直方向的视场角方向一致。
[0033] 本实施例中,图像接收器S的法线方向与x‑o‑y平面平行;图像接收器S上的图像区域为矩形,其长边与x‑o‑y平面平行。这样安排图像接收器S的姿态可以方便图像接收器S在移动终端中的安装与调试。
[0034] 本实施例中第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和像面接收器S的位置和姿态如下表1所示。表1中的X、Y和Z坐标为光学保护玻璃G的后表面、第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和像面接收器S在内的光学表面局部坐标原点在上述xyz坐标系统内对应的位置。表1中的Alpha和Beta分别表示学保护玻璃G的后表面、第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和像面接收器S在内的光学表面在自身坐标系统内绕x轴和y轴旋转的角度。由表1中所述图像接收器S的Alpha角度值为90°知,所述图像接收器S的法线方向与所述光学保护玻璃的前表面平行、并且所述图像接收器S的长边方向与所述光学保护玻璃的前表面平行。
[0035] 表1本实施例各光学面的位置和姿态
[0036] 光学面 X(mm) Y(mm) Z(mm) Alpha(°) Beta(°)G的后表面 0 0 0 0 0
M1 0 0 8 15 4.91
M2 ‑2.1311 ‑3.4 1.6 53.80 5.77
M3 5 2 4.35 77.98 ‑26.26
S ‑4.5 3.02 4.01 90 ‑70
[0037] 表2本实施例反射镜的表面参数
[0038]
[0039] 表2示出了本实施例的第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3的面型参数,表中未列出的系数均为0。
[0040] 图2示出了本实施例的MTF曲线图,由曲线图可知本实施例具有良好的成像质量。图3示出了本实施例的畸变情形,从图中可以看出,本实施例的畸变得到良好控制,同时由于非旋转对称和面对称可能引发的像面旋转效应得到有效消除。
[0041] 本实施例的长宽高中的最大值为11.1mm、像面长边尺寸4.4mm,两者比值为2.52;厚度为9.15,厚度与有效焦距的比值为0.48;本实施例长宽高中的最大值与有效焦距的比值为0.58。
[0042] 实施例2
[0043] 图4示出了本发明第一实施例的用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头。如图4所示,按照外界场景光抵达的先后顺序,依次为光学保护玻璃G、第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3、图像接收器S。其中光学系统的光阑位于上述保护玻璃G远离外界场景的一侧表面上。
[0044] 本实施例中的第一反射镜M1、第二反射镜M2和第三反射镜M3也采用实施例一所述的标准XY多项式面型表达式。
[0045] 本实施例中,物方全视场角为水平方向13.4°,竖直方向10°,入瞳直径3.6mm,焦距为17.3mm,像方F#为4.8,像面接收器S上图像区域的尺寸为4mm×3mm。
[0046] 本实施例中,光学保护玻璃G前后表面均为平面、厚度0.38mm、材料为光学玻璃(折射率为1.5168,阿贝数为64.21)。光学保护玻璃G远离外界场景的一侧中心位置为本实施例空间坐标系的原点,垂直于表面并且朝着远离外界场景一侧为z轴方向,在表面平面内定义相互垂直的x和y轴方向以同时满足下面两点:(1)x、y、z三轴形成右手直角坐标系,(2)y‑o‑z平面与本实施例的物方竖直方向的视场角方向一致。
[0047] 本实施例中,图像接收器S的法线方向与x‑o‑y平面平行;图像接收器S上的图像区域为矩形,其的长边与x‑o‑y平面平行。这样安排图像接收器S的姿态可以方便图像接收器S在移动终端中的安装与调试。
[0048] 本实施例中第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和像面接收器S的位置和姿态如下表3所示。表3中的X、Y和Z坐标为光学保护玻璃G的后表面、第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和像面接收器S在内的光学表面局部坐标原点在上述xyz坐标系统内对应的位置。表1中的Alpha和Beta分别表示光学保护玻璃G的后表面、第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和像面接收器S在内的光学表面在自身坐标系统内绕x轴和y轴旋转的角度。由表3中所述图像接收器S的Alpha角度值为90°知,所述图像接收器S的法线方向与所述光学保护玻璃的前表面平行、并且所述图像接收器S的长边方向与所述光学保护玻璃的前表面平行。
[0049] 表3本实施例各光学面的位置和姿态
[0050]光学面 X(mm) Y(mm) Z(mm) Alpha(°) Beta(°)
G的后表面 0 0 0 0 0
M1 0 0 7.2 16 4.08
M2 ‑3.1157 ‑3.06 1.44 56.1485 3.3242
M3 5.8096 1.5378 4.0986 79.695 ‑25.064
S ‑4.05 3.5672 3.5395 90 ‑70
[0051] 表4本实施例反射镜的表面参数
[0052]
[0053] 表4示出了本实施例的第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3的面型参数,表中未列出的系数均为0。
[0054] 图5示出了本实施例的MTF曲线图,由曲线图可知本实施例具有良好的成像质量。图6示出了本实施例的畸变情形,从图中可以看出,本实施例的畸变得到良好控制,同时由于非旋转对称和面对称可能引发的像面旋转效应得到有效消除。
[0055] 本实施例的长宽高中的最大值为10.85mm、像面长边尺寸4mm,两者比值为2.71;厚度为8.25,厚度与有效焦距的比值为0.48;本实施例长宽高中的最大值与有效焦距的比值为0.63。
[0056] 虽然已经详细示出了本发明的实施例,但是应当明白,本领域的技术人员可以想到对这些实施例的修改和调整,而不脱离如所附权利要求所提出的本发明的范围。

附图说明

[0019] 图1为本发明的第一实施例的光学系统的三维结构示意图;
[0020] 图2为本发明的第一实施例的MTF曲线图;
[0021] 图3为本发明的第一实施例的畸变网格图;
[0022] 图4为本发明的第二实施例的光学系统的三维结构示意图;
[0023] 图5为本发明的第二实施例的MTF曲线图;
[0024] 图6为本发明的第二实施例的畸变网格图。
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