一種具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]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I凹面反射鏡11、第2凹面反射鏡12以及中繼透鏡組13。第I凹面反射鏡11的中央具有圓孔14。第I凹面反射鏡11與第2凹面反射鏡12以光軸0(光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱軸)為中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
[0004]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I凹面反射鏡11反射至第2凹面反射鏡12，再由第I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。
[0005]但是，由于第2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。黑斑的尺寸取決于第2凹面反射鏡12的尺寸及焦平面26與第2凹面反射鏡12之間的距離。通常情況下，第2凹面反射鏡12的尺寸越小，焦平面26與第2凹面反射鏡12之間距離越大，所得黑斑的直徑越小；反之，則黑斑的直徑越大。因此這一中央盲區(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。
[0006]另外，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了上述全景環(huán)帶鏡頭中的一個(gè)光學(xué)現(xiàn)象，即通常視場(chǎng)中的光線(光線I)經(jīng)由第I凹面反射鏡11反射至第2凹面反射鏡12，再由第2凹面反射鏡12反射時(shí)，第2凹面反射鏡12的反射面的中央圓形區(qū)域部分并未作為反射面被利用，也就是說(shuō)該中央圓形區(qū)域部分沒(méi)有反射光線。基于該發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明者經(jīng)過(guò)銳意研究，提出了一種能夠補(bǔ)償原中央盲區(qū)的具有雙光路系統(tǒng)互補(bǔ)式的全景成像鏡頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有全景環(huán)帶成像鏡頭的基礎(chǔ)上，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、體積小巧、具有雙光路系統(tǒng)互補(bǔ)式的無(wú)中央盲區(qū)的的全景成像鏡頭。
[0008]本發(fā)明的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭，從物側(cè)起沿著光軸方向依次包括:從物側(cè)起沿著光軸方向依次包括:透鏡組(22)，第二凹面反射鏡(23)以及第一凹面反射鏡(24)，所述第二凹面反射鏡的中央具有第二圓孔(231)，所述第一凹面反射鏡(24)的中央具有第一圓孔(241)，所述透鏡組(22)、所述第二凹面反射鏡(23)與所述第一凹面反射鏡(24)以光軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，其中，所述透鏡組(22)由多片圓形凸透鏡或凹透鏡組成，用于會(huì)聚第一視場(chǎng)中即原中央盲區(qū)內(nèi)的物體發(fā)出的光線，并使所述光線依次穿過(guò)所述第二凹面反射鏡(23)的第二圓孔(231)以及第一的凹面反射鏡(24)的第一圓孔(241)，從而來(lái)自所述透鏡組(22)的所述光線在焦平面上成像；
[0009]所述第一凹面反射鏡(24)用于將第二視場(chǎng)中即原中央盲區(qū)外的物體發(fā)出的光線反射至所述第二凹面反射鏡(23);
[0010]所述第二凹面反射鏡(23)用于將來(lái)自所述第一凹面反射鏡(24)的反射光線反射并穿過(guò)所述第一凹面反射鏡(24)的第一圓孔(241)，從而所述自所述第一凹面反射鏡(24)的光線在焦平面上成像。
[0011]本發(fā)明的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭具有以下有益效果。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在所述鏡頭的光學(xué)視場(chǎng)中，由于透鏡組與第二反射鏡對(duì)視場(chǎng)的補(bǔ)償，相對(duì)于一般現(xiàn)有的全景環(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)上引入透鏡組及第二反射鏡，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、體積緊湊小巧。
[0013]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)里兩面高反鏡或高透鏡，能量損耗相對(duì)較低，光學(xué)效率足以達(dá)到探測(cè)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0014]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。
[0015]圖2(a)為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(b)為圖2(a)的局部放大圖。
[0016]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的光路示意圖，圖3(a)為一■次反射光路不意圖，圖3(b)為中央透射光路不意圖。
[0017]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的中央視場(chǎng)光路約束示意圖。
[0018]圖5(a)為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的分解示意圖，圖5(b)為其組合示意圖。
[0019]符號(hào)說(shuō)明:
[0020]11 第I凹面或平面反射鏡
[0021]12 第2凹面反射鏡
[0022]13、25 中繼透鏡組
[0023]14 圓孔
[0024]15,26 探測(cè)元件(焦平面)
[0025]21 鏡頭保護(hù)罩
[0026]22 透鏡組(中央透鏡組)
[0027]23第二凹面反射鏡
[0028]24 第一凹面反射鏡
[0029]241,231 第一圓孔、第二圓孔
[0030]27 機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)
[0031]28 遮光部(遮光圓筒)
【具體實(shí)施方式】
[0032]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。
[0033]圖2(a)為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(b)為圖2(a)的局部放大圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的中央視場(chǎng)光路約束示意圖。圖5(a)為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭的分解示意圖，圖5(b)為其組合示意圖。
[0034]如圖2、5所示，本發(fā)明一實(shí)施例的具有雙光路系統(tǒng)的全景成像鏡頭，從物側(cè)起沿著光軸方向依次包括:鏡頭保護(hù)罩21，透鏡組(中央透鏡組)22，設(shè)置在透鏡組22外部的遮光圓筒28，中央具有圓孔231的第二凹面反射鏡23，中央具有圓孔241的第一凹面反射鏡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0(光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱軸)為中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
[0035]在位置上，以物側(cè)為上方的情況下，第一凹面反射鏡24的反射面向上，第二凹面反射鏡23設(shè)置在第一凹面反射鏡24的正上方，中央透鏡組22設(shè)置在靠近第二凹面反射鏡23中央的小孔231處。中央透鏡組22，第一凹面反射鏡24與第二凹面反射鏡23均以光軸(光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱軸)為中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。第二凹面反射鏡23的反射面與所述第一凹面反射鏡24的反射面相對(duì)，中繼透鏡組25設(shè)置于第一凹面反射鏡24的正下方，位于第一凹面反射鏡24與探測(cè)元件26之間。
[0036]下面對(duì)上述部件進(jìn)行逐一詳細(xì)說(shuō)明。
[0037]透鏡組22用于會(huì)聚第一視場(chǎng)中即原中央盲區(qū)內(nèi)的物體發(fā)出的光線，并使所述光線依次穿過(guò)所述第二凹面反射鏡23的第二圓孔231以及第一的凹面反射鏡24的第一圓孔241，從而來(lái)自透鏡組22的所述光線(也即第一視場(chǎng)內(nèi)的光線)在焦平面26上成像。這里所述的原中央盲區(qū)是指【背景技術(shù)】中提到的現(xiàn)有全景成像裝置所形成的中央盲區(qū)。本發(fā)明正是在該現(xiàn)有全景成像裝置的基礎(chǔ)上改進(jìn)而形成的。
[0038]本發(fā)明中，中央透鏡組22為由多片圓形凸透鏡或凹透鏡組成的透鏡組，其透鏡的數(shù)目與種類(lèi)取決于成像距離，成像視場(chǎng)和像差的要求，可在具體設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)要求自行調(diào)整。通過(guò)對(duì)透鏡組22的曲率半徑及透鏡數(shù)目與種類(lèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，從而可以使得通過(guò)透鏡組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)第一凹面反射鏡24的光線重疊成像。透鏡組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，固定透鏡組22與第一反射鏡23之間的距離、第一反射鏡23的曲率半徑函數(shù)，可以計(jì)算出像差最小時(shí)的透鏡組22的曲率半徑函數(shù)。
[0039]第一凹面反射鏡24用于將第二視場(chǎng)即原中央盲區(qū)外的物體發(fā)出的光線反射至第二凹面反射鏡23，即使【背景技術(shù)】中所述的通常視場(chǎng)范圍內(nèi)的所有光線經(jīng)第一凹面反射鏡24全部反射至第一凹面反射鏡23，其鏡面曲率半徑函數(shù)可由設(shè)計(jì)者自行選擇。
[0040]第二凹面反射鏡23用于將來(lái)自第一凹面反射鏡24的反射光線反射并穿過(guò)第一凹面反射鏡24的第一圓孔241，從而來(lái)自第一凹面反射鏡24的光線在焦平面上成像。第二凹面反射鏡23中央的圓孔231的大小取決于成像的距離，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。第二凹面反射鏡23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。固定第一凹面反射鏡24與第二凹面反射鏡23之間的距離，通過(guò)改變第二凹面反射鏡23的曲率半徑函數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的像差值，就可得到產(chǎn)生像差最小的最優(yōu)化曲率半徑函數(shù)。
[0041 ] 本實(shí)施例中，第一凹面反射鏡24優(yōu)選為內(nèi)凹圓形環(huán)帶高反鏡面。第二凹面反射鏡23也優(yōu)選為內(nèi)凹圓形環(huán)帶高反鏡面，但其半徑尺寸小于第一凹面反射鏡24。
[0042]第一凹面反射鏡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。
[0043]第二凹面反射鏡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。
[0044]可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置透鏡組22和第二凹面反射鏡23，從而將上述兩路光線，即原中央盲區(qū)內(nèi)