CN102928962A - 一种双凹两反射式全景环带视场成像镜头 - Google Patents

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李兴隆
方中华
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Abstract

本发明属于成像镜头技术领域，具体为一种双凹两反射式的全景成像镜头。它采用了一个凹反射镜面与一个凹反射镜面实现全景环带视场内成像光线的收集与变换。本发明中反射镜镜体材料可选择面广；镀制高光学效率反射薄膜的反射镜保证了高的光学效率；反射镜面在真空或空气介质中不产生色差，降低了中继透镜组校正色差的难度；双凹两个反射镜面的面形可以分别选择球面或非球面，以降低中继透镜组校正球差、彗差、像散等光学像差的难度，保证良好的光学像质。

Description

一种双凹两反射式全景环带视场成像镜头
技术领域
本发明属于成像镜头技术领域，具体涉及一种双凹两反射式的全景成像镜头。
背景技术
全景环带光学镜头的光学视场可以认为是由两个方向的光学视场组成的，即在笛卡尔极坐标系内，一个方向的光学视场位于XOY平面内，即方位角方向的视场大小为360°，另一个方向的光学视场的大小为俯仰角度的差值。上述两个视场分量在XOY平面内体现为环带，环带数值的大小视镜头而定。这样的镜头，可以对360°环带视场内的景物成像，从而达到特殊的成像效果。
全景环带镜头的形式有多种，分为折射式与反射式。折射式的全景环带镜头其材料为透射材料；一般反射式全景相机的结构庞大，不利于小型化使用。
折反射式全景相机存在的技术问题：
1. 全景成像镜头的材料均为折射材料，光线在镜头内多次折射与反射后，光学效率降低，光能量损失严重；
2. 全景成像镜头中采用晶体材料时，可以实现光学像质的优化设计，但存在部分晶体材料容易潮解的问题；
3. 全景成像镜头中采用二元面时，可以实现光学像质的优化设计，但存在光学工艺复杂的问题；
4. 全景成像镜头为一体或多片式形式时，光学面的制造难度大；
5. 全景成像镜头为一体或多片式形式时，镜头的组装难度大；
6. 全景成像镜头为一体或多片式形式时，镜头材料的选择将变得复杂，光路会在中继透镜组前产生较大的色差，加大中继透镜组校正像差的难度；
7. 由一片反射镜式的全景镜头组成的全景相机，光学尺寸大，不利于小型化使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，成本低，体积小，精度高的双凹两反射式全景环带视场成像镜头。
本发明提出的双凹两反射式全景环带视场成像镜头，其主要由第一凹反射镜面2和第二凹反射镜面3与中继透镜组5组成；
其中，所述第一凹反射镜面2为内凹圆形环带镜面，第二凹反射镜面3为内凹圆形环带镜面，中继透镜组5为常用于后光路成像的一组透镜。
所述第一凹反射镜面2的反射面向下，所述第二凹反射镜面3设置在第一凹反射镜面2正下方，且均以光轴（光学系统的对称轴）为中心旋转对称；第二凹反射镜面3的反射面和第一凹反射镜面2相对；所述中继透镜组5设置于第二凹反射镜面3的正下方，且位于第二凹反射镜面3与焦面（IMA）之间。如图1所示。
所述第一凹反射镜面2采用球面或非球面镜面，所述第二凹反射镜面3采用球面、非球面或平面镜面。
所述中继透镜组5为用于后光路成像的一组透镜，对进入的光线进行像差的校正。
光学视场内光线通过第一凹反射镜面2和第二凹反射镜面3的间隙投射到第一凹反射镜面2，反射到第二凹反射镜面3，再由第二凹反射镜面3反射穿过第一凹反射镜面2的环带中孔，进入中继透镜组5，经过中继透镜组5进行像差的校正后，光线到达焦面（IMA），用探测器接收光线，实现光学成像。
双凹反射镜与中继透镜组均关于光轴旋转对称。两个反射镜面在制造与组装中均易实现，并可以保证较高精度。
在一种双凹两反射式全景环带视场成像镜头中，光线仅经过两个反射镜面的反射，光学效率高；
在一种双凹两反射式全景环带视场成像镜头中，光线经过两个反射镜面的反射，不产生色差，可以降低中继透镜组校正色差的难度；
在一种双凹两反射式全景环带视场成像镜头中，因镜头均为反射镜面，故在不产生遮挡的范围内，与中继透镜组相配合后，均可对外景进行成像。
本发明使用双凹两个反射镜面组成全景镜头，提高了光学效率，降低中继透镜组校正色差的难度。全景镜头俯仰方向视场角度的大小跟第二凹反射镜面3与第一凹反射镜面2直径之比有关。
附图说明
图1为本发明的在一种双凹两反射式全景环带视场成像光学结构示意图。
图2为本发明的一种具体实施方式示意图。
图中标号：2为第一凹反射镜面，3为第二凹反射镜面，5为中继透镜组，6为机械支撑结构。
具体实施方式
将第一凹反射镜面2和第二凹反射镜面3的反射面相对而置，且均以光轴（光学系统的对称轴）为中心旋转对称；所述中继透镜组5设置于第一凹反射镜面2的正后方，即正对着第一凹反射镜面2的中孔，且位于第一凹反射镜面2与焦面（IMA）之间；第一凹反射镜面2和第二凹反射镜面3之间通过合适的机械支撑机构6相互连接，形成一个反射镜体。
所述机械支撑机构6指能保证在使用环境下第一凹反射镜面2和第二凹反射镜面3之间的光学间隔和光学遮挡符合具体光学设计要求的机构，以保证镜头成像质量和使用视场，如图2所示。
光线以经过第一凹反射镜面2反射后，到达第二凹反射镜面3，经第二凹反射镜面3的反射后，光线进入中继透镜组5，经过中继透镜组5进行像差的校正后，光线到达焦面IMA，用探测器接收光线，实现光学成像。
其中，第一凹反射镜面2为凹面，第二凹反射镜面3为凹面，两个反射光学镜面的材料采用常规制作材料；可以采用第一凹反射镜面2与第二凹反射镜面3的面形均为球面；或者第一凹反射镜面2为球面而第二凹反射镜面3为非球面；或者是第一凹反射镜面2为非球面而第二凹反射镜面3为球面；或者是第一凹反射镜面2与第二凹反射镜面3均为非球面。非球面的引入，可以降低中继透镜组校正光学像差如球差、彗差、像散等的难度，提高像质。
特别地，第二凹反射镜面3可以为半径为无穷大的球面即平面反射镜。
反射镜面镀制高反射效率的光学薄膜，可以提高镜面的反射效率。

Claims (3)

1.一种双凹两反射式的全景环带视场成像镜头，其特征在于由第一凹反射镜面（2）、第二凹反射镜面（3）和中继透镜组（5）组成；
其中，所述第一凹反射镜面（2）为内凹圆形环带镜面，第二凹反射镜面（3）为内凹圆形环带镜面；
所述第一凹反射镜面（2）的反射面向下，所述第二凹反射镜面（3）设置在第一凹反射镜面（2）正下方，且均以光轴为中心旋转对称；第二凹反射镜面（3）的反射面和凹反射镜面（2相对；
所述中继透镜组（5）设置于第二凹反射镜面（3）的正下方，且位于第二凹反射镜面（3）与焦面之间；
第一凹反射镜面（2）的中心部分有一个可以让光线穿过的中孔，并且是第一凹反射镜面（2）的盲区部分；
第二凹反射镜面（3）将第一凹反射镜面（2）反射过来的光线进行反射后，光线从反射镜面（2）的中间孔处穿过，到达中继透镜组（5）；经过中继透镜组（5）进行像差的校正后，光线到达焦面IMA，用探测器接收光线，实现光学成像。
2.如权利要求1所述的双凹两反射式的全景环带视场成像镜头，其特征在于所述第一凹反射镜面（2）采用球面或非球面镜面，所述第二凹反射镜面（3）采用球面、非球面或平面镜面。
3.如权利要求1所述的双凹两反射式的全景环带视场成像镜头，其特征在于所述第一凹反射镜面（2）和第二凹反射镜面（3）之间设置有机械支撑结构（6）。
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