專利名稱：集成有信號發(fā)射裝置的攝像光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信息技術領域，具體涉及一種集成有信號發(fā)射裝置的攝像光學系統(tǒng)。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展，圖像感知模塊，例如攝像頭，在各領域的應用越來越普及，然而，現(xiàn)有技術的攝像頭都是直接用通用串行總線(以下均稱為USB)線連接到計算機(以下均稱為PC)機上。以上述連接關系連接的攝像頭在結構與使用上存在諸多問題，首先，上述現(xiàn)有的攝像頭和圖像顯示終端之間必須有連接線連接，因此在進行設備連接，尤其是攝像頭和顯示終端有一定距離的時候，進行上述的設備連接就非常不便；其次，現(xiàn)有的顯示終端是PC機顯示器或者監(jiān)視器之一；再有，現(xiàn)有技術中一個顯示終端只能監(jiān)視來自一個攝像頭的圖像。由此可見，上述現(xiàn)有的攝像頭在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待 加以進一步改進。另外，現(xiàn)有技術中的攝像頭普遍存在著體積小型化和成像質量難以兼顧的不足與缺陷。有鑒于上述現(xiàn)有的攝像頭存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設計制造多年豐富的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型結構的無線攝像頭，能夠改進一般現(xiàn)有的攝像頭，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設計，并經(jīng)反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術的缺陷和不足，目的在于提供一種新型的無線圖像感知模塊。該圖像感知模塊成像質量高，能夠方面地實現(xiàn)無線信息傳輸，而且整體結構合理，尺寸較小，制造成本較低，相對于現(xiàn)有具有具有諸多的優(yōu)點。具體技術方案如下一種集成有信號發(fā)射裝置的攝像光學系統(tǒng)，具有發(fā)射端和接收段，所述發(fā)射端包括視頻處理模塊，信號發(fā)射模塊、圖像感知模塊和音頻輸入裝置，其特征在于所述圖像感知模塊依次包括焦距為π第一透鏡，焦距為f2的第二透鏡，用于承接圖像的圖像傳感器芯片，第一透鏡與第二透鏡的使用材料的折射率為I. 5至I. 7，且該第一透鏡滿足關系式_9< fl/f <-0.4，第二透鏡滿足關系式1.2<f2/f <4. 8 ;f為整個光學系統(tǒng)的焦距，所述第一透鏡和第二透鏡至少一個表面為非球面，在所述第一透鏡和第二透鏡的至少一個表面上形成二兀衍射光學結構。作為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，所述第一透鏡的物方表面凸面，像方表面為凹面。作為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，第二透鏡物方表面為凹面，像方表面為凸面。作為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，所述接收端包括信號接收設備和信號顯示設備。作為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，所述發(fā)射端具有信號發(fā)射調諧器，其可以選擇特定的一個或多個頻率發(fā)射圖像感知模塊獲取的圖像信號。作為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，在所述第一透鏡的物方表面上形成有二元衍射光學結構，以用于消除系統(tǒng)像差。作為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，所述接收端具有信號接收解調器，其用于接收發(fā)射端發(fā)送的信號。


圖I是本發(fā)明攝像光學系統(tǒng)的原理圖；圖2是本發(fā)明攝像光學系統(tǒng)的發(fā)射端的原理圖；圖3是本發(fā)明無線圖像感知模塊的接收端的原理圖；
圖4是本發(fā)明的攝像光學系統(tǒng)的結構示意圖；圖5是本發(fā)明攝像光學系統(tǒng)的剖面圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。圖I所示，是本發(fā)明無線圖像感知模塊的原理圖，其包括設置在需監(jiān)控的位置的一側，對需監(jiān)控的位置的圖像及聲音信號進行接收處理，并將處理過的信號進行無線信號發(fā)射的發(fā)射端F ；以及將發(fā)射端F發(fā)射的信號進行接收處理，并將接收并處理的信號傳輸?shù)诫娨暀C和/或PC機上進行視頻及音頻信號的顯示及輸出的接收端J。請參閱圖2所示，是本發(fā)明無線圖像感知模塊的發(fā)射端的原理圖，本發(fā)明的發(fā)射端F包括感測外界圖像并轉化為圖像信號輸出的圖像感知模塊4 ;與上述圖像感知模塊4連接，并將該圖像感知模塊4發(fā)送的圖像信號轉換成視頻信號Al的視頻處理模塊I ;感測外界聲音并轉化為音頻信號BI輸出的音頻輸入設備5 ;與上述視頻處理模塊I及上述音頻輸入設備5連接，并且接收上述視頻處理模塊I輸出的視頻信號Al及上述音頻輸入設備5輸出的音頻信號BI的信號發(fā)射模塊2，該信號發(fā)射模塊2將接收的上述視頻信號Al及音頻信號BI發(fā)射。其中，上述的視頻處理模塊I具有可將輸入的圖像信號轉換成視頻信號Al輸出的視頻處理芯片，在本實施例中該視頻處理芯片是采用中星微電子有限公司的VC0701型電視攝像頭(TV camera)芯片，通過該芯片將輸入的圖像信號編碼有選擇地轉換成為NTSC或者PAL兩種制式的模擬視頻信號輸出；音頻輸入設備5接收麥克風或者線路(Line in)輸入的模擬音頻信號，且其包括有將該模擬音頻信號放大的LM358型集成電路；信號發(fā)射模塊2包括有可以將輸入的被放大的音頻信號及NTSC或PAL制式的模擬視頻信號以設定的發(fā)射頻率發(fā)射的信號發(fā)射調諧器，同時，使用者可以在多個不同的發(fā)射頻率中設定一音頻及視頻信號的發(fā)射頻率；信號發(fā)射模塊2可以同時接收多個音頻輸入設備5輸入的音頻信號BI，從而實現(xiàn)立體聲效果。請參閱圖3所示，是本發(fā)明無線圖像感知模塊的接收端的原理圖，本發(fā)明的接收端J包括接收信號發(fā)射調諧器所發(fā)射的音頻及視頻信號并將兩種信號分別輸出的信號接收模塊3，該信號接收模塊3包括可以在信號發(fā)射調諧器發(fā)射音頻及視頻的頻率上，接收所發(fā)射的信號的信號接收解調器；使信號接收模塊3所輸出的音頻及視頻信號傳輸至電視機9，從而將影像顯示在電視機9上的音頻信號連接部32和視頻信號連接部31，上述連接部包括分別設在上述信號接收解調器的音頻信號輸出端和視頻信號輸出端上的音頻信號接口和視頻信號接口，并且該音頻信號接口和視頻信號接口與電視機之間是通過音頻及視頻連接線連接，從而使信號接收模塊所輸出的音頻及視頻的模擬信號在電視機中顯示/輸出；使上述視頻信號連接部31中的視頻信號Al轉換為數(shù)字視頻信號的數(shù)據(jù)SI并輸出的視頻信號解碼器6，在本實施例中該視頻信號解碼器6是使用采用24. 576MHz標準時鐘的SAA7113H型解碼芯片將模擬視頻信號轉換為CCIR656格式的數(shù)字視頻信號，并將該數(shù)字視頻信號以輸出速率為27MHz輸出；接收上述視頻信號解碼器6輸出的CCIR656格式的數(shù)據(jù)SI以及音頻信號連接部32輸出的音頻信號BI的視頻及音頻處理模塊7，該視頻及音頻處理模塊7的輸出端可以通過USB線與PC連接，并通過PC將接收的視頻及音頻信號顯示出來，在本實施例中，視頻及音頻處理模塊使用對CCIR656格式的數(shù)字視頻信號進行編碼，同時將模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號的集成電路模塊。具體而言，在本實施例中，上述的視頻及音頻處理模塊7內部設有的用于將模擬視頻/音頻信號轉換為數(shù)字視頻/音頻信號的集成電路模塊至少集成有微處理器、只讀存 儲器數(shù)字信號處理模塊(ROM)、隨機存取存儲器數(shù)字信號處理模塊(RAM DSP)其中之任一，并支持USB2. O接口，I2C數(shù)據(jù)總線等多種接口。更具體而言，本發(fā)明的視頻及音頻處理模塊7為了能夠處理標準的CCIR656格式的數(shù)據(jù)SI，具有27MHz的系統(tǒng)時鐘信號頻率。換而言之，信號接收解調器可以選擇某個頻率接收，并接收到來自相同頻率發(fā)射端F發(fā)射的音頻及視頻信號，這個音頻及視頻信號的顯示終端可以選擇是電視機9，也可以通過視頻信號解碼器6，視頻及音頻處理模塊7等的連接顯示于PC機8上。也就是說視頻信號解碼器6可以將視頻信號Al轉化為CCIR656格式的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過與上述視頻信號解碼器6連接的視頻及音頻處理模塊7和USB線傳到PC機8。使用者可以通過簡單地將信號接收解調器的接收頻率切換至另一頻率，即可接收在該另一頻率上發(fā)射音頻及視頻信號的發(fā)射端F所發(fā)射的信號。信號發(fā)射調諧器和信號接收解調器可只能以某一固定頻率接收或發(fā)送，也可以多頻率選擇其一的方式接收或發(fā)送信號。上述多頻率中選擇的方式可以通過在上述的信號發(fā)射調諧器和信號接收解調器中設置用戶配置寄存器的方式來選擇，也可以設置只支持在某些頻率上的信號發(fā)射與接收，還可以采用加入硬件開關的形式來選擇發(fā)射和接收頻率，以及諸如上述的簡單組合，在此不再贅述。所述圖像感知模塊，具有如下結構特征請參閱圖4所示為本發(fā)明圖像感知模塊的光學結構圖。其從被攝物體方依序包括具有負屈光度且凸向被攝物體的第一透鏡10 ;孔徑光閘20 ;具有正屈光度且凸向成像面呈半月型的第二透鏡30 ;過濾特定波長的光線的過濾元件40，該過濾元件40可以是紅外線截止過濾元件，用于可見光成像，或者是可見光截止過濾元件，用以過濾可見光，而通過的光線的波長為780至1050nm，應用于不可見光的紅外線光成像；以及用以接收通過前述過濾元件紅外線不可見光的成像,并將該成像轉換成為數(shù)字信號的圖像傳感50 (成像面)，該圖像傳感器50包括平面保護透鏡51與影像傳感器52，該影像傳感器52可以是電荷耦合兀件(ChargeCoupled Device, CCD)或互補式金屬氧化物半導體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor, CMOS)。前述第一透鏡與第二透鏡的使用材料的折射率為I. 5至I. 7，用以大角度折射入射光線，且該第一透鏡10滿足關系式-9 < fl/f < -O. 4，第二透鏡30滿足關系式1. 2
<f2/f <4.8 ;其中fl為第一透鏡20的光學焦距，f2為第二透鏡30的光學焦距，f為微型光學取像裝置整個系統(tǒng)的焦距。在所述第一透鏡和第二透鏡的表面至少一個表面上形成二元衍射光學結構，優(yōu)選在第一透鏡的物方表面設置有所述二元衍射光學結構，其目的在于有效地消除系統(tǒng)像差，提聞成像質量。該兩片透鏡構成的圖像感知模塊滿足公式I. 6 < L/f < 4. 9，其中，L是從微型光學取像裝置的光學總長，即第一透鏡10面對被攝物體的表面到成像焦點的距離；f是微型光學取像裝置整個系統(tǒng)的焦距。 該第一透鏡10包含有面對被攝物體的第一面11及面對成像面的第二面12，所述第一面11為相對于被攝物體呈凸面構形的凸面，第二面12為相對于成像面呈凹陷構形的凹陷。該第二透鏡30包含有面對被攝物體的第三面31及面對成像面的第四面32，所述第三面31為相對于被攝物體呈凹陷構形的凹陷，第四面32為相對于成像面呈凸面構形的凸面。且前述第一、二、三、四面11、12、31、32皆為非球面，藉此全面矯正球差及像差，并具有低公差敏感度的特性。通過前述結構組合，被攝物體在經(jīng)過二透鏡而在該圖像傳感器50上的最大成像高度最大滿足如下關系式0. 8 < d/f < 3，其中d為該圖像傳感器上的最大成像高度，f為微型光學取像裝置整個系統(tǒng)的焦距。實施上第一透鏡20與第二透鏡30為目前一般市面產(chǎn)品的圓形透鏡形狀(如圖4所示)，也可以是圓形去掉兩對稱邊而呈長條狀劣弓形的透鏡，可應用于不同外殼模型的光學鏡頭裝置。實施上，該第一透鏡10為負透鏡，其第一面11相對于被攝物體呈凸面構形，用以超廣角的接受外在的入射光束，從而使光束在第二面12上，藉此可充分發(fā)揮非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度，也使的本裝置具有超廣角度，取像角度可達100°以上。再由該孔徑光閘20取得所要的入射光束，入射光束再經(jīng)過該第二透鏡30上相對于被攝物體呈凹陷構形的凹陷的第三面31進行闊束，第四面32相對于成像面呈凸面構形的正透鏡，使光束在第四面32上可分布較大的面積。也就是說，入射光束經(jīng)過第三面31的闊束，從而使光束在第四面32上可分布較大的面積，而該第二透鏡30的半月形構造可充分發(fā)揮非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度。采用非球面設計除了可矯正球差及像差外還有助于縮短鏡頭光學系統(tǒng)的總長，且第一、二透鏡片20、30均可采用塑料材質，有利于消除像差及減輕鏡頭重量，整個光學系統(tǒng)只用到兩個塑料透鏡，適合大量生產(chǎn)，且其公差敏感度低，加上景深的自由度(Depthoffield)夠大，組合公差小于光學聚焦的可用的焦深范圍，應用時不需進行調焦的動作，易于制造組立，符合大規(guī)模量產(chǎn)的要求。而用以過濾可見光，只通過紅外線不可見光的過濾元件40，形成一種可對人體的熱輻射進行取像的圖像感知模塊。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。·
權利要求
1.一種集成有信號發(fā)射裝置的攝像光學系統(tǒng)，具有發(fā)射端和接收段，所述發(fā)射端包括視頻處理模塊，信號發(fā)射模塊、圖像感知模塊和音頻輸入裝置，其特征在于所述圖像感知模塊依次包括焦距為π第一透鏡，焦距為f2的第二透鏡，用于承接圖像的圖像傳感器芯片，第一透鏡與第二透鏡的使用材料的折射率為I. 5至I. 7，且該第一透鏡滿足關系式-9<fl/f < -O. 4，第二透鏡滿足關系式1. 2 < f2/f < 4. 8 ；f為整個光學系統(tǒng)的焦距，所述第一透鏡和第二透鏡至少一個表面為非球面，在所述第一透鏡和第二透鏡的至少一個表面上形成二兀衍射光學結構。
2.如權利要求I所述的光學系統(tǒng)，所述第一透鏡的物方表面凸面，像方表面為凹面。
3.如權利要求I所述的光學系統(tǒng)，第二透鏡物方表面為凹面，像方表面為凸面。
4.如權利要求I所述的光學系統(tǒng)，所述接收端包括信號接收設備和信號顯示設備。
5.如權利要求I所述的光學系統(tǒng)，所述發(fā)射端具有信號發(fā)射調諧器，其可以選擇特定的一個或多個頻率發(fā)射圖像感知模塊獲取的圖像信號。
6.如權利要求I所述的光學系統(tǒng)，在所述第一透鏡的物方表面上形成有二元衍射光學結構，以用于消除系統(tǒng)像差。
全文摘要
一種集成有信號發(fā)射裝置的攝像光學系統(tǒng)，具有發(fā)射端和接收段，所述發(fā)射端包括視頻處理模塊，信號發(fā)射模塊、圖像感知模塊和音頻輸入裝置，其特征在于所述圖像感知模塊依次包括焦距為f1第一透鏡，焦距為f2的第二透鏡，用于承接圖像的圖像傳感器芯片，第一透鏡與第二透鏡的使用材料的折射率為1.5至1.7，且該第一透鏡滿足關系式-9＜f1/f＜-0.4，第二透鏡滿足關系式1.2＜f2/f＜4.8；f為整個光學系統(tǒng)的焦距，所述第一透鏡和第二透鏡至少一個表面為非球面，在所述第一透鏡和第二透鏡的至少一個表面上形成二元衍射光學結構。
文檔編號H04N7/18GK102932587SQ20121047199
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權日2012年11月20日
發(fā)明者吳少智, 吳躍, 田玲, 周益民 申請人:無錫成電科大科技發(fā)展有限公司