[发明专利]基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像方法及系统

说明书

本发明公开的基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像方法及系统，属于光学设计领域。本发明公开的基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像方法，采用双焦距透镜实现窝区成像，在窝区成像基础上增加液体透镜实现对不同物距的变焦窝区成像。本发明公开的基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像系统，包括物面、固定透镜、光阑、液体透镜、双焦距透镜和图像传感器，固定透镜位于物面和光阑之间，光阑位于固定透镜和液体透镜之间，液体透镜位于光阑和双焦距透镜之间，双焦距透镜位于液体透镜和图像传感器之间。本发明能够实现基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像，且具有结构简单和体积较小的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像方法及系统，属于光学设计领域。

背景技术

大视场、高分辨率成像一直是成像领域追求的目标，传统的光学成像系统为了实现大视场和高分辨率，需要采用多个透镜组成，存在系统笨重，体积大，价格昂贵的缺点，基于人眼的窝区成像作为一种新型的大视场高分辨率成像系统，它能够对感兴趣的局部区域进行高分辨率成像，同时对大视场区域进行模糊成像，大大减小需要采集的图像数据。目前常用的窝区成像方法包括液晶空间光调制器、可变形镜、仿视网膜成像传感器以及可由多个不同分辨率的光路通道组成，但这些方法各自有各自的缺点，如液晶空间光调制器和可变形镜存在价格昂贵，控制系统复杂的缺点，仿视网膜成像传感器加工工艺难度较大，多个不同分辨率的光路通道的光路结构复杂，体积庞大，而且目前的窝区成像不能对不同距离的物体进行成像，即不能实现变焦功能。

发明内容

针对现有技术传统窝区成像存在的结构复杂、体积庞大、不能变焦的问题，本发明公开的基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像方法及系统要解决的技术问题是：实现基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像，且具有结构简单和体积较小的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像方法，采用双焦距透镜实现窝区成像，在窝区成像基础上增加液体透镜实现对不同物距的变焦窝区成像。

采用双焦距透镜实现窝区成像实现方法如下：通过设计双焦距透镜的边缘区域的焦距与中心区域的焦距不相等，其中，双焦距透镜中心区域的焦距使得小视场光线满足高斯成像，能够较好的高分辨率清晰成像在图像传感器上，然而双焦距透镜大视场区域的焦距使得大视场光线不满足高斯成像，无法高分辨率清晰成像在图像传感器上。即通过设计双焦距透镜实现中心小视场高分辨率，边缘大视场低分辨率的窝区成像。

本发明公开的基于双焦距透镜和液体透镜的变焦窝区成像系统，包括物面、固定透镜、光阑、液体透镜、双焦距透镜和图像传感器。固定透镜位于物面和光阑之间，光阑位于固定透镜和液体透镜之间，液体透镜位于光阑和双焦距透镜之间，双焦距透镜位于液体透镜和图像传感器之间，其中双焦距透镜具有两个不同的焦距，所述的两个不同的焦距分别为边缘区域的焦距和中心区域的焦距。物面的小视场平行光线和小视场倾斜光线依次经过固定透镜、光圈、液体透镜、双焦距透镜后成像在图像传感器上，由于小视场平行光线和小视场倾斜光线只经过双焦距透镜的中心区域，通过设计双焦距透镜中心区域的焦距使得小视场光线满足高斯成像，成像点为小视场光线像点，能够较好的高分辨率清晰成像在图像传感器上。物面大视场平行光线和大视场倾斜光线在依次经过固定透镜、光圈、液体透镜、双焦距透镜后成像在图像传感器上。由于大视场平行光线和大视场倾斜光线只经过双焦距透镜的边缘区域，双焦距透镜的边缘区域的焦距与中心区域的焦距不相等，使得大视场光线不满足高斯成像，大视场平行光线像点和大视场倾斜光线像点不能聚焦在同一点，因而在图像传感器上成模糊像。物面上的小视场光线能够聚焦在图像传感器上，成清晰的高分辨率图像，而物面上的大视场光线无法清晰聚焦在图像传感器上，成模糊的低分辨率图像，实现中心小视场高分辨率，边缘大视场低分辨率的窝区成像。