像方远心光学镜头和包括相同光学镜头的光谱相机的制作方法

本发明大体上涉及光谱相机领域。具体地，本发明涉及具有像方远心设计的光学镜头，以及包括该光学镜头的光谱相机。

背景技术：

1、传感器技术的优势和新用户应用的出现催生了对内置在移动用户设备(例如移动电话)中的光谱或高光谱相机的需求。尽管光谱相机的移动应用尚未开发出来，但其可能的示例可以包括但不限于材料识别和分类、食物成熟度和状况、肤色识别、光源识别等。

2、为了集成到移动电话中，光谱相机应尽可能小。同时，光谱相机在光轴方向上的长度也是一个重要的限制因素。另一方面，光谱相机最好具有大视场(field of view，fov)和大尺寸的图像传感器。

3、图像传感器通常有不同的波段选择方法。例如，可以通过使用吸收式滤光片或基于干涉的滤光片来完成波段选择。后者通常以薄膜滤光片和法布里-珀罗滤光片为代表。基于干涉的滤光片的优点在于其设计和制造成熟，与吸收式滤光片相比，其传输波段通常更宽。同时，基于干涉的滤光片的固有问题是通带(或抑制带)位置(在波长空间中)随入射角的变化而移动。该问题在大fov内尤为明显。众所周知，当入射角从正入射增大时，基于干涉的滤光片的传输波段会向更短的波长移动。为了解决该问题，有人提出在光谱相机中使用像方远心光学镜头，像方远心光学镜头在整个图像区域可以实现接近0°的主光线角。

4、但是，为了在移动用户设备的光谱相机中高效使用像方远心光学镜头，像方远心光学镜头至少应满足以下性能要求：小尺寸；大fov，以及在大fov角(即在图像的边缘处)下无波段移动；大焦深且无需自动对焦；波长范围大于传统移动电话相机(例如用于某些紫外(ultraviolet，uv)和/或红外(infrared，ir)应用)的波长范围。这些要求使得镜头设计更具挑战性。

技术实现思路

1、本技术实现要素：旨在简单介绍一些概念，这些概念会在具体实施方式中进行进一步描述。本发明内容既不旨在确定本发明的关键特征，也不旨在限制本发明的范围。

2、本发明的目的是提供一种像方远心光学镜头，其可以在移动用户设备(例如移动电话)的光谱相机中高效使用。

3、上述目的通过所附权利要求书中的独立权利要求的特征来实现。其它实施例和示例在从属权利要求、具体实施方式和附图中是显而易见的。

4、第一方面，提供了一种光学镜头。所述光学镜头包括第一镜头组和第二镜头组。所述第一镜头组沿所述光学镜头的光轴布置，并包括至少一个非球面镜头元件。所述第二镜头组沿所述光学镜头的所述光轴布置在所述第一镜头组之后。所述第二镜头组包括沿所述光学镜头的所述光轴依次布置的第一非球面镜头元件、第二非球面镜头元件和第三非球面镜头元件。所述第一非球面镜头元件和所述第二非球面镜头元件用于校正所述光学镜头的色差。所述第三非球面镜头元件用于折射基本平行于所述光学镜头的所述光轴的主光线。所述第一镜头组的总光功率高于所述第二镜头组的总光功率。所述第一非球面镜头元件的负焦距为–1.2mm至–0.8mm，折射率为1.60至1.75，阿贝数为17至25。所述第二非球面镜头元件的正焦距为2.1mm至2.5mm，折射率为1.50至1.60，阿贝数为50至60。所述第三非球面镜头元件的正焦距为3.8mm至4.4mm，折射率为1.60至1.75，阿贝数为15至30。这样配置的光学镜头是像方远心的，可以适合用于要集成到移动用户设备(例如移动电话)中的光谱相机。

5、在第一方面的一个示例性实施例中，所述第一镜头组和所述第二镜头组用于在400nm至850nm的光波长范围内工作。这可能使光学镜头适用于近uv光、可见光和近ir光的移动应用。

6、在第一方面的一个示例性实施例中，所述第一镜头组和所述第二镜头组配置为使得所述光学镜头的有效焦距小于或等于2.3mm。具有该有效焦距的光学镜头可以在移动用户设备的光谱相机中更高效地使用。

7、在第一方面的一个示例性实施例中，所述第一镜头组和所述第二镜头组配置为使得所述光学镜头的对角线视场为–40°至+40°。如果在光谱相机中使用对角线fov等于80°的光学镜头，则光谱相机可以成像的区域(即fov)变得大得多，从而可以拍摄包含更多数据/细节的更高效的图像，并拍摄更少的图像来捕获整个感兴趣的物体。

8、在第一方面的一个示例性实施例中，所述第一镜头组和所述第二镜头组配置为使得总轨迹长度与全图像对角线的比值小于或等于1.3。这样配置的光学镜头可以在光学镜头的尺寸和要通过使用光谱相机中的光学镜头捕获的图像的高度之间实现最佳权衡。

9、在第一方面的一个示例性实施例中，所述第一镜头组的所述至少一个非球面镜头元件包括正焦距为3mm至4mm的第一非球面镜头元件、正焦距为5mm至10mm的第二非球面镜头元件和正焦距为5mm至10mm的第三非球面镜头元件。这样配置的第一镜头组可以额外校正光学镜头的色差，并高效地校正可能存在于光学镜头中的其它类型的像差(例如球面像差、彗形像差、像散像差、场曲像差、畸变像差等)。

10、在第一方面的一个示例性实施例中，所述光学镜头还包括孔径光阑，其中，所述孔径光阑位于所述第一镜头组中的所述第二非球面镜头元件和所述第三非球面镜头元件之间。孔径光阑处于该位置时，光学镜头可以在移动用户设备的光谱相机中更高效地工作。

11、在第一方面的一个示例性实施例中，所述第一镜头组和所述第二镜头组配置为使得所述光学镜头的f数大于或等于2.8。具有该f数的光学镜头可以在移动用户设备的光谱相机中更高效地使用。

12、第二方面，提供了一种光谱相机，包括第一方面所述的光学镜头和图像传感器。所述图像传感器沿所述光学镜头的所述光轴布置在所述光学镜头之后。这样配置的光谱相机可以在移动用户设备(例如移动电话)中高效使用。

13、在第二方面的一个示例性实施例中，所述光谱相机还包括光谱滤光片，其中，所述光谱滤光片布置在所述光学镜头和所述图像传感器之间。光谱滤光片可以提供所需的光谱响应(或换句话说，波段选择)。

14、在第二方面的一个示例性实施例中，除了所述光学镜头和所述图像传感器之间的所述光谱滤光片之外，所述光谱相机还包括光谱滤光片，其中，所述光谱滤光片直接布置在图像传感器上。这样布置的光谱滤光片的组合可以提供不同的所需光谱响应。

15、在第二方面的一个示例性实施例中，布置在所述光学镜头和所述图像传感器之间的所述光谱滤光片包括至少一个彩色滤光片(例如吸收式滤光片、基于干涉的滤光片、元表面彩色滤光片、量子点彩色滤光片或其任意组合)。这些类型的光谱滤光片可以提供更高效的波段选择。

16、在第二方面的一个示例性实施例中，布置在所述光学镜头和所述图像传感器之间的所述光谱滤光片和直接布置在所述图像传感器上的所述光谱滤光片中的每个光谱滤光片包括至少一个彩色滤光片(例如吸收式滤光片、基于干涉的滤光片、元表面彩色滤光片、量子点彩色滤光片或其任意组合)。这些类型的光谱滤光片可以提供更高效的波段选择。

17、阅读下面的具体实施方式并回顾附图后，本发明的其它特征和优点会是显而易见的。