基于超表面镜头的可调节镜筒模组的制作方法

1.本实用新型涉及光学系统领域，尤其涉及一种基于超表面镜头的可调节镜筒模组。


背景技术：

2.在传统的光学系统中，为了提高分辨率，通常会增大传统镜头的通光孔径，但随着通光孔径的增大，光学镜头所占空间相应增大，集成度会大大降低。
3.超表面是一种由亚波长结构单元组成的人工复合材料，其厚度与工作波长的尺度相近，能灵活调控电磁波的振幅、相位、偏振等特性。超表面的出现解决了传统光学元件由于体积过大难以集成到微小系统的问题。
4.但是针对不同的焦距、通光孔径的超表面镜头，通常需要更换不同的镜筒组，操作繁琐，且不利于光学系统的集成。


技术实现要素：

5.针对以上技术问题，本实用新型提供一种基于超表面镜头的可调节镜筒模组，可方便调节超表面镜头与探测器之间的距离，可适用于不同焦距、通光孔径的超表面镜头，方便集成到天线组件上。
6.本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：
7.在一个实施例中，一种基于超表面镜头的可调节镜筒模组，包括镜筒、与镜筒螺纹匹配的相机筒、中心开孔的镜头固定架、超表面镜头和探测器，超表面镜头包括玻璃基底和刻蚀面，玻璃基底固定在镜头固定架上，刻蚀面位于玻璃基底上，且设置于镜头固定架的中心孔内，相机筒与镜筒通过螺纹连接，探测器固定于相机筒底部。
8.优选地，镜筒的内壁设置有光学细牙螺纹，可调节镜筒组还包括光学元件固定组件，超表面镜头通过光学元件固定组件轴向可调节固定于镜筒内。
9.优选地，镜筒内壁的螺纹牙距为0.5mm，相机筒与镜筒的连接部分的螺纹牙距为0.5mm。
10.优选地，可调节镜筒组还包括光学元件组件，光学元件组件通过光学元件固定组件轴向可调节固定在镜筒内，且设置于镜筒的入射光方向通光面与超表面镜头之间。
11.优选地，探测器包括探测器光敏面和探测器驱动板，探测器光敏面设置于相机筒底部且面向超表面镜头的刻蚀面的方向，探测器驱动板设置于相机筒底部且背向超表面镜头的刻蚀面的方向。
12.优选地，探测器为cmos图像传感器。
13.优选地，光学元件组件包括保护玻璃和/或滤光片。
14.优选地，光学元件固定组件为压圈。
15.优选地，可调节镜筒组还包括可调节固定组件，相机筒与镜筒通过螺纹连接，并通过可调节固定组件固定。
16.优选地，镜头固定架的厚度为1mm。
17.上述基于超表面镜头的可调节镜筒模组，镜筒和中心开孔的镜头固定架用于固定超表面镜头，相机筒用来固定探测器，相机筒与镜筒螺纹连接，通过旋转相机筒与镜筒之间的螺纹，主要用以调节超表面镜头与探测器之间的轴向间距，实现精细调焦，能保证不同焦距的超表面镜头的集成，避免了传统需要更换镜筒组的繁琐操作，便于将镜头集成到天线组件上。
附图说明
18.图1为本实用新型一实施例提供的相机筒示意图；
19.图2为本实用新型一实施例提供的镜筒示意图；
20.图3为本实用新型一实施例提供的镜筒、相机筒与探测器的连接结构图；
21.图4为本实用新型一实施例提供的一种基于超表面镜头的可调节镜筒模组的结构剖面图；
22.图5为本实用新型一实施例提供的轴向距离调整示意图，其中，图5(a)为轴向最大距离，图5(b)为轴向最小距离；
23.图6为本实用新型一实施例提供的天线组件上的镜筒安装示意图，其中，图6(a)为镜筒正面，图6(b)为相机筒和探测器部分示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
25.在一个实施例中，一种基于超表面镜头的可调节镜筒模组，包括镜筒、与镜筒螺纹匹配的相机筒、中心开孔的镜头固定架、超表面镜头和探测器，超表面镜头包括玻璃基底和刻蚀面，玻璃基底固定在镜头固定架上，刻蚀面位于玻璃基底上，且设置于镜头固定架的中心孔内，相机筒与镜筒通过螺纹连接，探测器固定于相机筒底部。
26.具体地，相机筒的作用是用来固定探测器，主要用以调节超表面镜头与探测器之间的轴向间距，实现精细调焦，其示意图如图1所示。超表面镜头包括玻璃基底和刻蚀面，刻蚀面是刻蚀在玻璃基底上的纳米柱结构，超表面镜头就是利用这些纳米结构实现光场调控的。因为有了刻蚀面的存在，超表面镜头便有了“正”和“反”，安装时需要区分正反面，否则成像质量会受影响。因为刻蚀面很容易受到损坏，硬物接触会对其产生致命性的破坏，因此将超表面镜头的刻蚀面包裹在镜头固定架的中心孔内，可以对超透镜刻蚀面进行保护，以防止意外刮蹭造成的超表面镜头的刻蚀面的损坏。镜头固定架的厚度为1mm，采用亚克力材料。
27.超表面镜头的玻璃基底用光学胶固定在镜头固定架上，尺寸为为了增强镜筒组件的通用性，将镜筒的内径设置为这样可以实现其他口径的超表面镜头的集成。当然，也可以根据实际情况，参考待安装的超表面镜头的孔径，将镜筒组件的口径相应地缩小，这样镜筒组件更为小巧。使用时，旋转相机筒与镜筒之间的螺纹，通过螺纹调节可实现轴向距离的微调。
28.光学镜筒组件应用的材料是铝合金，为减少系统中光学成像过程中的杂散光，所有表面黑色阳极氧化处理。
29.在一个实施例中，可调节镜筒组还包括可调节固定组件，相机筒与镜筒通过螺纹连接，并通过可调节固定组件固定。具体地，可调节固定组件为紧定螺丝。相机筒与镜筒之间由紧定螺丝进行固定，确保探测器位于光轴上位置的稳定性。
30.在一个实施例中，镜筒的内壁设置有光学细牙螺纹，可调节镜筒组还包括光学元件固定组件，超表面镜头通过光学元件固定组件轴向可调节固定于镜筒内。进一步地，光学元件固定组件为压圈。
31.在一个实施例中，镜筒内壁的螺纹牙距为0.5mm，相机筒与镜筒的连接部分的螺纹牙距为0.5mm。
32.在一个实施例中，可调节镜筒组还包括光学元件组件，光学元件组件通过光学元件固定组件轴向可调节固定在镜筒内，且设置于镜筒的通光孔径与超表面镜头之间。进一步地，光学元件组件包括保护玻璃和/或滤光片。
33.具体地，镜筒主要有两个功能，一是用来固定超表面镜头及其他光学元器件，二是将镜筒组件固定在微波天线组件的安装孔上，镜筒外观如图2所示。为了便于调节，镜筒与相机筒之间、镜筒内部均采用螺纹调节的方式，螺距均为0.5mm，不仅方便压圈的旋入与微调，而且可以起到消杂光光阑的作用。
34.在一个实施例中，探测器包括探测器光敏面和探测器驱动板，探测器光敏面设置于相机筒底部且面向超表面镜头的刻蚀面的方向，探测器驱动板设置于相机筒底部且背向超表面镜头的刻蚀面的方向。进一步地，探测器为cmos(complementary metal-oxide-semiconductor)图像传感器。
35.具体地，镜筒、相机筒与探测器的连接如图3所示，图3(b)中的中间长方块为探测器光敏面。
36.在一个详细的实施例中，如图4所示，1为镜筒，超表面镜头的刻蚀面3在超表面镜头的玻璃基底2上，镜筒里的光学元件由外到内依次是保护玻璃7、滤光片9、超表面镜头的固定架11，6、8、10均为压圈，具有固定光学元件的作用。相机筒12与镜筒1通过螺纹连接，用紧定螺丝进行固定，4为cmos图像传感器的光敏面，5为cmos传感器驱动板。
37.镜筒组件的主要功能是对镜头与cmos图像传感器光敏面之间的轴向距离进行精细调节，保证不同焦距的超表面镜头的集成，可通过镜筒与压圈之间的螺纹连接、镜筒与相机筒之间的螺纹连接来进行调节。最大、最小轴向距离时，组件安装状态如图5所示，镜头与cmos图像传感器光敏面之间的可调节范围为18.11mm～36.31mm。利用多个压圈，在保证稳定度的基础上增大轴向距离，使得镜筒组件处于最大轴向调整距离状态。由于超表面镜头自身具有波长选择性，所以滤光片与保护玻璃的重要等级并不高，所以当超表面镜头与cmos图像传感器光敏面之间的距离最大时，此情况下以距离的调整为主要目的，可以不安装滤光片与保护玻璃。当镜筒组件处于最小轴向调整距离状态时，超透镜的刻蚀面仍朝向cmos图像传感器光敏面，把刻蚀面保护在相对密闭的空间里，不用担心安装压圈、光学元件等零部件过程中产生的灰尘落到刻蚀面上。
38.在实际应用中，将镜筒组件进行组装调试，首先将超表面镜头固定到镜头固定架上，然后将镜头固定架、滤光片、保护玻璃依次用压圈固定在镜筒中，安装时要确保超表面
镜头的刻蚀面朝下，避免落灰。将相机连接到上位机，通电后测量采集图像的分辨率，通过微调相机筒的螺纹来调节镜头与cmos图像传感器光敏面之间的距离，将光敏面移至镜头的像面上，调整好之后，用紧定螺丝将相机筒固定在镜筒上，然后将镜筒组件固定到微波天线组件上。将光学与微波天线集成到同一基片上，使得光学与微波实现结构一体化，为保证同一时间、同一地点的多波段成像提供了物理条件。
39.镜筒安装在微波天线组件上的示意图如图6所示。图中白色板为微波天线组件的框架结构，镜筒的4个安装孔与天线组件上的4个安装孔对应，用螺钉和螺母连接固定。镜筒结构中，在与天线组件接触的固定盘外圈增开了4条凹槽，为镜筒在安装过程中的调整提供便利。
40.上述基于超表面镜头的可调节镜筒模组，超表面镜头与cmos图像传感器光敏面之间的可调节范围为18.11mm～36.31mm，能保证不同焦距的超表面镜头的集成，该镜筒组件具有通用性，可灵活替换镜头固定架及超表面镜头，适用于不同焦距、通光孔径的超表面镜头。采用0.5mm的螺距，实现了光学系统轴向精密调节，体积更加小巧轻便，使用起来能够实现精细化调节，利于超表面镜头的集成应用。
41.以上对本实用新型所提供的一种基于超表面镜头的可调节镜筒模组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。