[發明專利]一種用于DMD相機的光學系統

有效

• 申請號: 201410141203.2
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN104977700B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 徐熙平;喬楊;劉濤
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B13/22
• 分類號: G02B13/22;G02B13/00;G02B27/00;H04N5/225
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 逯博

一種DMD相機的成像光學系統，本系統由兩部分組成，成像光學系統及中繼光學系統。成像光學系統可以實現25.6?30.72mm連續變焦的遠心光路結構，中繼光學系統采用優化了的雙高斯結構，同時在中繼光學系統中加入一個偏心透鏡，用以校正偏心像差。系統中用TIR棱鏡將兩個光學系統分開，TIR棱鏡由兩個直角棱鏡膠合而成，且膠合表面留有一定空氣間隔。本發明專利適用于DMD相機的光學系統，以及包含有DMD且成像器件是CCD或CMOS的光學系統設計中。

技術領域

本發明專利涉及一種可見光成像光學系統，尤指包含有DMD的成像光學系統，即適用于DMD相機的可見光成像光學系統。

背景技術

專利號2014101077388的發明專利中所述及了一個DMD（Digital Micro-mirrorDevices）調制成像系統（DMD相機），該系統是將DMD引入到成像光學系統中，以實現對獲得圖像信息進行調制，屏蔽圖像中的飽和區域，保證圖像信息的完整。這對3D測量、監控、車載攝像以及機器視覺等領域都具有一定的應用價值。

光學系統是DMD相機的核心部分。由于DMD的引入，勢必對原成像光學系統的設計產生影響。DMD是由美國TI公司研制生產的，它由成千上萬微反射鏡組成，每個微反射鏡可以對角線為軸做±12o的偏轉，是一個二維空間光調制器。目前，DMD最常見的應用是投影儀，其光學系統由照明光學系統和投影光學系統組成，只要保證照明的均勻性，即可滿足使用要求，根據不同的設計方法和結構，投影光學系統的設計只需校正本身的像差即可。而本發明所述及的DMD相機光學系統其接收系統是成像器件，通常為CCD或CMOS。這對光學系統提出了更高的要求。

包含有DMD的光學系統基本有以下三種結構。

1.利用DMD微反射鏡的工作原理設計光學系統

這種光學系統由兩個光路組成，兩個光軸夾角24o。這種光學系統最大的缺點就是兩路光學系統的元件相互影響。雖然可以通過增加一路光學系統的后工作距離避免元件的相互干涉，但這也同時意味著光學系統設計的難度增加。

2.非遠心光路結構

非遠心光路結構的一路光學系統的出瞳位于DMD器件的有限遠處，并與另一路光學系統的入瞳相匹配。這種光路結構利用場鏡可以將兩個光路分開，但是其中一個光路要設計成離軸光學系統。當成像器件是CCD/CMOS時，無疑增加了設計難度，甚至無法實現。

3.遠心光路結構

遠心光路結構中一路光學系統的出瞳位于DMD器件的無窮遠處，即入射到DMD微反射鏡上的光束入射角分布均勻，這對后續光學系統的設計具有一定的幫助。同時，利用TIR（Total Internal Reflection）棱鏡對兩個光路進行分光，可以保證兩個光路的角度足夠大，不用擔心兩個光路中的光學元件相互干涉的問題。同時，TIR棱鏡的引入有助于縮短兩個光學系統的后工作距離，降底光學系統設計難度。

基于以上幾方面的考慮，本發明專利采用的是遠心光路結構。一路光學系統為成像光學系統，將外界景象成像到DMD上。另一路光學系統是中繼光學系統，連接DMD與CCD/CMOS。成像光學系統要滿足遠心光路結構，中繼光學系統需要校正系統本身的像差外，還要校正成像光學系統中所引入的球差、慧差、像散、場曲、畸變等像差，還要校正由TIR棱鏡所引入的色差。同時，系統還要考慮，滿足成像光學系統的光軸垂直于DMD微反射鏡“平”態時的法線方向時，意味著中繼光學系統光軸與之夾角12o。此時，對于中繼光學系統，物面（DMD）與光軸不垂直，傾斜的物面所成的像亦是傾斜的，所以，像面（CCD/CMOS）亦與光軸成一夾角。這些都給光學系統的設計增加了難度。

本發明專利提出一種DMD相機的光學系統，通過設計結果及實驗分析，本光學系統的成像質量良好。適用于DMD相機的光學系統中。

發明內容