本發(fā)明涉及成像鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭。

背景技術(shù)：

全景環(huán)帶光學(xué)鏡頭的光學(xué)視場(chǎng)可以認(rèn)為是由兩個(gè)方向的光學(xué)視場(chǎng)組成。在笛卡爾極坐標(biāo)系內(nèi)，一個(gè)方向的光學(xué)視場(chǎng)位于XOY平面內(nèi)，即方位角方向的視場(chǎng)大小為360°；而另一個(gè)方向的光學(xué)視場(chǎng)的大小為系統(tǒng)俯仰角度差值。這樣的環(huán)帶光學(xué)鏡頭能夠?qū)υ赬OY平面中的360°環(huán)帶視場(chǎng)內(nèi)的景物成像，達(dá)到特殊的全景成像效果。

目前，全景環(huán)帶鏡頭的形式有多種，主要包括折射式與反射式。反射式全景環(huán)帶鏡頭包括兩片反射式全景鏡頭。圖1為示出現(xiàn)有的兩片(二次)反射式全景鏡頭的主要結(jié)構(gòu)及中央盲區(qū)視場(chǎng)的示意圖。如圖所示，兩片反射式全景鏡頭從物側(cè)依次包括第一凹面反射鏡11、第二凹面反射鏡12以及中繼透鏡組13。第一凹面反射鏡11的中央具有圓孔14。第一凹面反射鏡11與第二凹面反射鏡12以光軸O(光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱軸)為中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。

如圖1所示，在全景成像時(shí)，通常視場(chǎng)中的光線(光線I)經(jīng)由第一凹面反射鏡11反射至第二凹面反射鏡12，再由第二凹面反射鏡12反射通過(guò)凹面反射鏡11中央的圓孔14，并通過(guò)該圓孔14后方的中繼透鏡組13進(jìn)行像差校準(zhǔn)，然后在焦平面15上成像。

但是，由于第二凹面反射鏡12自身尺寸的限制，使得圖中所示的入射光線II與入射光線III所圍成的陰影區(qū)域中物體發(fā)出的光線無(wú)法經(jīng)過(guò)上述二次反射而在焦平面上成像。這樣，在位于焦平面上的探測(cè)器(未圖示)中央有一塊圓形區(qū)域上沒(méi)有光線聚焦，從而最終獲得的視場(chǎng)圖像為一個(gè)圓環(huán)(環(huán)帶)，而環(huán)帶的正中心成為了盲區(qū)(黑斑)。也就是說(shuō)，圖1中所示中央光軸O與入射光線II所成的夾角α即為所述中央視場(chǎng)盲區(qū)的范圍。這一中央盲區(qū)不僅影響成像的完整、美觀，同時(shí)也導(dǎo)致安防、監(jiān)視等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中的安全性大大降低了。

因此，亟需一種無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧、無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭。

本發(fā)明的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭，從物側(cè)起沿著光軸方向依次包括：調(diào)整透鏡，半 透半反鏡以及凹面反射鏡，所述凹面反射鏡的中央具有圓孔，所述調(diào)整透鏡，所述半透半反鏡與所述凹面反射鏡以光軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，其中，所述調(diào)整透鏡用于會(huì)聚原中央盲區(qū)內(nèi)的物體發(fā)出的光線；所述凹面反射鏡用于將原中央盲區(qū)外的物體發(fā)出的光線反射至所述半透半反鏡；所述半透半反鏡用于將來(lái)自所述調(diào)整透鏡的入射光線進(jìn)行透射并穿過(guò)所述凹面反射鏡的圓孔，以及用于將來(lái)自所述凹面反射鏡的反射光線反射并穿過(guò)所述凹面反射鏡的圓孔，從而來(lái)自所述調(diào)整透鏡的光線與來(lái)自所述凹面反射鏡的光線在焦平面上成像。

優(yōu)選地，調(diào)整透鏡的曲率半徑被設(shè)計(jì)為使得通過(guò)調(diào)整透鏡的光線在焦平面上的成像光斑直徑不大于原中央盲區(qū)的成像光斑直徑。

優(yōu)選地，所述調(diào)整透鏡的曲率半徑和/或所述半透半反鏡的曲率半徑和/或所述調(diào)整透鏡的與所述半透半反鏡之間的距離被設(shè)計(jì)為使所述來(lái)自所述調(diào)整透鏡的光線與自所述凹面反射鏡的光線在同一焦平面上成像。

優(yōu)選地，本發(fā)明的全景成像鏡頭還包括設(shè)置于調(diào)整透鏡和所述半透半反鏡外部的遮光部，所述遮光部被設(shè)計(jì)為使得入射至所述調(diào)整透鏡并且能夠在所述焦平面上成像的光線的最大入射角等于所述原中央盲區(qū)的視角。

優(yōu)選地，遮光部為在光軸方向上具有規(guī)定長(zhǎng)度的遮光圓筒。

優(yōu)選地，遮光圓筒具有容易吸收光線的材質(zhì)。

優(yōu)選地，調(diào)整透鏡的鏡面為球面或非球面，所述半透半反透鏡的鏡面為球面或非球面，所述凹面反射鏡的鏡面為球面或非球面。

優(yōu)選地，本發(fā)明的全景成像鏡頭還包括中繼透鏡組，其用于將穿過(guò)所述凹面反射鏡的圓孔的光線進(jìn)行像差校正。

優(yōu)選地，本發(fā)明的全景成像鏡頭還包括設(shè)置于調(diào)整透鏡和所述半透半反鏡外部的鏡頭保護(hù)罩21，用于固定所述調(diào)整透鏡和所述半透半反鏡的位置和兩者之間的距離。

優(yōu)選地，本發(fā)明的全景成像鏡頭還包括設(shè)置于所述凹面反射鏡與所述中繼透鏡組周圍的機(jī)械結(jié)構(gòu)，用于固定所述凹面反射鏡與所述中繼透鏡組的位置和兩者之間的距離。

根據(jù)本發(fā)明的包括調(diào)整透鏡、半反半透鏡、以及凹面反射鏡所組成的成像鏡頭具有以下有益效果。

根據(jù)本發(fā)明，在所述鏡頭的光學(xué)視場(chǎng)中，由于調(diào)整透鏡與半透半反鏡對(duì)視場(chǎng)的補(bǔ)償，相對(duì)于一般全景環(huán)帶成像鏡頭，本發(fā)明能夠真正實(shí)現(xiàn)360度全景無(wú)中央盲區(qū)(死角)成像。并且，本發(fā)明在現(xiàn)有全景成像鏡頭的基礎(chǔ)上引入調(diào)整透鏡及半透半反鏡，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、體積緊湊小巧。

根據(jù)本發(fā)明，在所述鏡頭的光學(xué)視場(chǎng)中，光線只經(jīng)過(guò)一面高反鏡，一面半透半反鏡及一面調(diào)整透鏡，能量損耗相對(duì)較低，光學(xué)效率足以達(dá)到探測(cè)要求。

根據(jù)本發(fā)明，在所述鏡頭的光學(xué)視場(chǎng)中，光線只經(jīng)過(guò)一面高反鏡，一面半透半反鏡及一面調(diào)整透鏡，從而因透鏡產(chǎn)生的色差較低，同時(shí)也降低了中繼透鏡組對(duì)色差校正的難度。

附圖說(shuō)明

圖1為示出現(xiàn)有的兩片反射式全景鏡頭的主要結(jié)構(gòu)及中央盲區(qū)視場(chǎng)的示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的分解示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的光路示意圖，圖4(a)為反射光路示意圖，圖4(b)為透射光路示意圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的中央視場(chǎng)光路約束示意圖。

符號(hào)說(shuō)明：

11 第一凹面反射鏡

12 第二凹面反射鏡

13、25 中繼透鏡組

14、241 圓孔

15、26 探測(cè)元件(焦平面)

21 鏡頭保護(hù)罩

22 調(diào)整透鏡

23 半透半反透鏡

24 凹面反射鏡

27 機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)

28 遮光部(遮光圓筒)

具體實(shí)施方式

以下，將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明的限制。 在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中。

圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的分解示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的中央視場(chǎng)光路約束示意圖。

如圖2、3所示，本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)全景成像鏡頭，從物側(cè)起沿著光軸方向依次包括：鏡頭保護(hù)罩21，設(shè)置在調(diào)整透鏡22和半透半反鏡23外部的遮光圓筒28，調(diào)整透鏡22，半透半反鏡23，中央具有圓孔241的凹面反射鏡24，中繼透鏡組25，探測(cè)元件(焦平面)26以及機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)27。上述部件均以光軸O(光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱軸)為中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。下面對(duì)上述部件進(jìn)行逐一詳細(xì)說(shuō)明。

其中，調(diào)整透鏡22用于會(huì)聚原中央盲區(qū)內(nèi)的物體發(fā)出的光線從而使其聚焦在焦平面26上。本實(shí)施例中，調(diào)整透鏡22為兩面均為凸面的透鏡。在另外的實(shí)施例中，也可以采用一面為凹面而另一面為凸面的透鏡。本發(fā)明中調(diào)整透鏡22為具有正屈光度的透鏡。調(diào)整透鏡22的鏡面可以為球面或非球面。

透鏡22可根據(jù)對(duì)光路成像位置的要求、像差范圍的要求等而選擇合適的曲率半徑。需要注意的是，本發(fā)明中，調(diào)整透鏡22的曲率半徑被設(shè)計(jì)為使得通過(guò)調(diào)整透鏡22的光線在焦平面26上的成像光斑直徑不大于原盲區(qū)(背景技術(shù)中所述的中央盲區(qū)或黑斑)的直徑。這樣可以避免與通過(guò)凹面反射鏡24的光線重疊成像。調(diào)整透鏡22的像差最優(yōu)化曲率半徑函數(shù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值迭代來(lái)計(jì)算，固定調(diào)整透鏡22與半透半反鏡23之間的距離，半透半反鏡23的曲率半徑函數(shù)，可以計(jì)算出像差最小時(shí)的調(diào)整透鏡22的曲率半徑函數(shù)。

凹面反射鏡24用于將原中央盲區(qū)外的物體發(fā)出的光線反射至半透半反鏡23，即使通常視場(chǎng)范圍內(nèi)的光線經(jīng)凹面反射鏡24全部反射至半透半反鏡23。本實(shí)施例中，凹面反射鏡24為內(nèi)凹圓形環(huán)帶高反鏡面。凹面反射鏡24采用球面或非球面鏡面，都能夠?qū)崿F(xiàn)成像。在對(duì)像差的要求不是很高的情況下，可以選取球面鏡面，同時(shí)計(jì)算機(jī)迭代計(jì)算曲率半徑函數(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。在對(duì)像差要求較嚴(yán)格的情況下，可采用非球面鏡面，此時(shí)鏡面曲率半徑函數(shù)的計(jì)算相對(duì)復(fù)雜。

半透半反鏡23用于將來(lái)自調(diào)整透鏡22的入射光線進(jìn)行透射并穿過(guò)凹面反射鏡24的圓孔241，以及用于將來(lái)自凹面反射鏡24的反射光線反射并穿過(guò)凹面反射鏡24的圓孔241，從而來(lái)自所述調(diào)整透鏡22的光線與自凹面反射鏡24的光線在焦平面上成像。本實(shí)施例中，半透半反透鏡3為內(nèi)凹圓形鏡面。同樣，半透半反透鏡23可以采用球面，非球面或平面鏡面。采 用球面、非球面、平面鏡面的區(qū)別在于對(duì)像差的要求不同。

可見，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置調(diào)整透鏡22和半透半反鏡23，從而將上述兩路光線，即原中央盲區(qū)內(nèi)的物體發(fā)出的光線(現(xiàn)有技術(shù)中不可成像的光線)與原中央盲區(qū)外的物體發(fā)出的光線(現(xiàn)有技術(shù)中可成像的光線)一同在焦平面上成像，從而達(dá)到克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的中央視場(chǎng)盲區(qū)的缺陷。

優(yōu)選地，本實(shí)施例中還具有中繼透鏡組25，其為調(diào)整光路像差的一組透鏡，用于將穿過(guò)所述凹面反射鏡24的圓孔241的光線進(jìn)行像差校正，使光線聚焦于焦平面上，并且，通過(guò)調(diào)整中繼透鏡組25，可以使得自調(diào)整透鏡22的入射光線與來(lái)自凹面反射鏡24的反射光線在焦平面上不重疊成像。

優(yōu)選地，本實(shí)施例中還具有探測(cè)元件26，其位于經(jīng)半透半反鏡3反射或透射后形成的焦平面上。可以采用具有高分辨率的探測(cè)元件，例如CCD探測(cè)器。

另外，由于本發(fā)明通過(guò)將原中央盲區(qū)內(nèi)的物體發(fā)出的光線進(jìn)行透射(現(xiàn)有技術(shù)中不可成像的光線)與原中央盲區(qū)外的物體發(fā)出的光線(現(xiàn)有技術(shù)中可成像的光線)進(jìn)行二次反射而一同在焦平面上成像這樣的方案來(lái)消除中央視場(chǎng)盲區(qū)，因此可能存在透射視場(chǎng)中混入二次反射視場(chǎng)的光線而在焦平面上產(chǎn)生重復(fù)成像的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量有所下降。

為了消除該重復(fù)成像之現(xiàn)象以在克服中央盲區(qū)的同時(shí)進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，本實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)全景成像鏡頭還包括設(shè)置于調(diào)整透鏡22和所述半透半反鏡23外部的遮光圓筒(遮光部)28。

如圖5所示，遮光圓筒28在光軸O方向上的長(zhǎng)度被設(shè)計(jì)為使得入射至所述調(diào)整透鏡22并且能夠在所述焦平面上成像的光線的最大入射角等于所述原中央盲區(qū)的視角α。這樣，使得大于這一入射角入射的雜散光線，或者經(jīng)由調(diào)整透鏡22出射至遮光圓筒28而被遮光圓筒28吸收，或者由于圓筒28的遮擋而無(wú)法入射并通過(guò)調(diào)整透鏡22。因此，保證了僅僅原中央盲區(qū)的光線通過(guò)調(diào)整透鏡22，而不會(huì)混入原中央盲區(qū)外的光線。通過(guò)上述的設(shè)置，可以使得二次反射成像的視場(chǎng)與透射成像的視場(chǎng)分開，透射視場(chǎng)的成像不會(huì)與二次反射成像產(chǎn)生部分重復(fù)，在消除中央盲區(qū)的同時(shí)進(jìn)一步提高了圖像質(zhì)量。

上述遮光圓筒28可以為具有容易吸收光線的材質(zhì)。例如為黑色啞光材質(zhì)。另外，遮光圓筒28可以為圓柱筒或者圓錐形筒。

優(yōu)選地，本實(shí)施例還包括透明的鏡頭保護(hù)罩21，其用于保護(hù)調(diào)整透鏡22，半透半反透鏡23和凹面反射鏡24，以及固定調(diào)整透鏡22與半透半反透鏡33的位置，并固定半透半反透鏡23與凹面反射鏡24之間的間距，使其滿足計(jì)算得到的最優(yōu)成像效果所應(yīng)滿足的間距。

優(yōu)選地，本實(shí)施例還包括機(jī)械結(jié)構(gòu)27，其用于固定凹面反射鏡24、中繼透鏡組25和焦平面數(shù)據(jù)探測(cè)元件26(CCD)的位置，并且使得凹面反射鏡24與中繼透鏡組25之間的間距，中繼透鏡組25與焦平面數(shù)據(jù)探測(cè)裝置26(CCD)之間的間距滿足計(jì)算得到的最優(yōu)成像效果所應(yīng)滿足的間距。

圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的無(wú)中央盲區(qū)的全景成像鏡頭的光路示意圖，圖4(a)為反射光路示意圖，圖4(b)為透射光路示意圖。

如圖4(a)所示，從鏡頭外部原中央盲區(qū)外的物體(例如A物體)發(fā)出的光線先入射到凹面反射鏡24與半透半反透鏡23的間隙內(nèi)(也即二次反射視場(chǎng)的光線)，然后由凹面反射鏡24反射到半透半反鏡23，再由半透半反透鏡23反射穿過(guò)凹面反射鏡24中央的圓孔241進(jìn)入中繼透鏡組25，經(jīng)過(guò)中繼透鏡組25進(jìn)行像差及光路的校正后達(dá)到焦平面，通過(guò)探測(cè)元件26接受光線。這樣，完成了原中央盲區(qū)外的成像，這與現(xiàn)有的全景成像鏡頭的成像過(guò)程是基本相同的。

圖4(b)為透射光路示意圖，對(duì)原中央盲區(qū)進(jìn)行成像。由光學(xué)原理可知，一個(gè)物體對(duì)鏡面的光線反射的過(guò)程可以等效為其虛像對(duì)現(xiàn)有透鏡的透射過(guò)程。利用這一性質(zhì)，為了補(bǔ)償原中央盲區(qū)的視場(chǎng)，本發(fā)明引入了調(diào)整透鏡22并結(jié)合半透半反鏡23。如圖4(b)所示，原中央盲區(qū)內(nèi)的物體(例如B物體)發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)調(diào)整透鏡22聚焦，通過(guò)半透半反鏡23及凹面反射鏡24中央的圓孔241，中繼透鏡組25，最終到達(dá)焦平面，由探測(cè)元件26接受光信號(hào)并處理成像。

這里決定成像效果的有三個(gè)參數(shù)，分別為半透半反鏡23的曲率半徑函數(shù)，凹面反射鏡24的曲率半徑函數(shù)，凹面反射鏡24與半透半反鏡23之間的距離，這三個(gè)參數(shù)共同決定了二次反射的光線追跡，聚焦點(diǎn)位置和像差。通常可以固定凹面反射鏡24的曲率半徑函數(shù)，凹面反射鏡24與半透半反鏡23之間的距離，通過(guò)改變半透半反鏡23的曲率半徑函數(shù)，來(lái)調(diào)整焦面26的位置以及成像效果(像差)。采取計(jì)算機(jī)數(shù)值迭代的方法，通過(guò)迭代計(jì)算半透半反鏡23的不同的曲率半徑函數(shù)，得到對(duì)應(yīng)的像差值，可以求得產(chǎn)生像差最小的最優(yōu)化曲率半徑函數(shù)。

其次，在上述圖4(a)中的二次反射成像效果最優(yōu)的情況下，半透半反鏡23的曲率半徑函數(shù)，凹面反射鏡24的曲率半徑函數(shù)，半透半反鏡23與凹面反射鏡24之間的距離，焦平面26與半透半反鏡23之間的距離都已固定。要使得原中央盲區(qū)內(nèi)物體發(fā)出的光線最終也能夠在焦平面26上成像，可以通過(guò)選取合適的調(diào)整透鏡22與半透半反鏡23之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槲矬w經(jīng)由調(diào)整透鏡22和半透半反鏡23后的成像位置，由調(diào)整透鏡22的曲率半徑函數(shù)，半透半反鏡3的曲率半徑函數(shù)，調(diào)整透鏡22與半透半反鏡23之間的距離這三個(gè)參數(shù)來(lái)確定。 一般可以固定調(diào)整透鏡22的曲率半徑函數(shù)，半透半反鏡23的曲率半徑函數(shù)，選取不同的調(diào)整透鏡22與半透半反鏡23之間的距離，運(yùn)用共軸球面系統(tǒng)成像原理計(jì)算出焦平面的位置，最終得到焦平面26所對(duì)應(yīng)的調(diào)整透鏡22與半透半反鏡23之間的距離。

綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇。