CN105163015A - 一种反射式全景摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反射式全景摄像机，它包括外壳、下盖体、上盖体、支撑体、垫片、成像镜头和网络摄像机模组；下盖体通过螺纹连接在外壳的底部，上盖体固定设置在下盖体外侧，支撑体、垫片和网络摄像机模组均设置在外壳内部，支撑体设置在下盖体上，支撑体通过垫片对网络摄像机模组进行支撑，成像镜头依次通过上盖体和支撑体进行支撑，支撑体、垫片、成像镜头和网络摄像机模组的轴线均位于同一直线上。成像镜头包括半球型透明外罩、镜头壳体、凹面反光镜、凸面反光镜和成像透镜组。本发明的有益效果为：成像系统的长度得到极大的压缩，体积质量都大大地减小，从而有利于成像系统的小型化和轻量化，且成像质量高。

Description

一种反射式全景摄像机

技术领域

本发明属于光学成像及集成电路领域，具体涉及一种反射式全景摄像机。

背景技术

对于超广角摄影成像镜头，必须采用反摄远型结构型式。传统的反摄远型镜头都是采用纯折射式光学系统，由多个折射式透镜组合而成，由于系统处于一条对称轴线上，且不能折叠，因此整个系统冗长，体积庞大，且质量很大。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种成像系统的长度得到极大的压缩，体积质量都大大减小的反射式全景摄像机。

本发明所采用的技术方案为：一种反射式全景摄像机包括外壳、下盖体、上盖体、支撑体、垫片、成像镜头和网络摄像机模组；所述下盖体通过螺纹连接在所述外壳的底部，所述上盖体固定设置在所述下盖体外侧，所述支撑体、垫片和网络摄像机模组均设置在所述外壳内部，所述支撑体设置在所述下盖体上，所述支撑体通过所述垫片对所述网络摄像机模组进行支撑，所述成像镜头依次通过所述上盖体和支撑体进行支撑，所述支撑体、垫片、成像镜头和网络摄像机模组的轴线均位于同一直线上。

进一步地，所述下盖体与外壳体的连接处设置橡胶垫片，所述成像镜头与上盖体之间的连接处加装O型圈。

进一步地，所述成像镜头包括半球型透明外罩、镜头壳体、凹面反光镜、凸面反光镜和成像透镜组，所述半球型透明外罩固定在所述镜头壳体上，构成一腔体；所述成像透镜组包括第一至第六透镜，所述第一至第六透镜按顺序叠加，两相邻所述透镜之间通过垫圈连接，所述第六透镜与凹面反光镜之间设置镜头垫片，所述凹面反光镜通过螺圈固定设置在所述镜头壳体内，所述凸面反光镜固定设置在所述半球型透明外罩内壁的底端，所述凹面反光镜的凹面与所述半球型透明外罩的凹面对应，并与所述凸面反光镜的凸面相对应；所述半球型透明外罩、凹面反光镜、凸面反光镜以及第一至第六透镜的中心线位于同一直线上。

更进一步地，所述半球型透明外罩采用PMMA材料制成。

更进一步地，所述凹面反光镜和凸面反光镜均采用蒸镀金属膜工艺制成。

更进一步地，所述第一透镜和第五透镜由材料H-ZF2制成；所述第二透镜和第四透镜均由材料LAF50A制成；所述第三透镜由材料H-ZF52A制成；所述第六透镜由材料LSK3制成。

进一步地，所述网络摄像机模组包括模数转换单元、视频编码单元和网络服务单元；所述模数转换单元将接收到的矫正处理后的模拟光信号转换成数字信号后传输至所述视频编码单元，所述视频编码单元将接收到的数字信号压缩编码，所述网络服务单元将编码后的视频码流传输至外部终端设备，供外部终端设备采集视频信号。

更进一步地，所述模数转换单元中感光元件采用CMOS。

更进一步地，所述模数转换单元中感光元件的前端设置一红外滤光片切换器。

进一步地，所述网络服务单元包括一个电源接口、一个网络接口和一个485接口；外部电源通过所述电源接口给所述网络服务单元供电，外部终端设备通过所述网络接口采集视频信号，所述485接口作为二次开发预留接口。

由于采用以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过设置外壳、下盖体、上盖体、支撑体、垫片、成像镜头和网络摄像机模组，成像镜头中设置半球型透明外罩、镜头壳体、凹面反光镜、凸面反光镜和成像透镜组，使得从被拍摄物体发来的超大广角视场的光线通过凸面反光镜和凹面反光镜反射后，视场角度被极大地压缩，通过两个反光镜后所成的中间像再通过后续的成像透镜组形成质量优良的像。另外，采用凸面反光镜和凹面反光镜两个反光镜组成反摄远型系统，由于反光镜反射折叠光线，两个反光镜反射光线两次，这样整个成像系统的长度得到极大的压缩，体积质量都大大地减小，从而有利于成像系统的小型化和轻量化。

附图说明

图1是本发明反射式全景摄像机的机械结构剖视图；

图2是本发明反射式全景摄像机中成像镜头的结构示意图；

图3是本发明反射式全景摄像机中成像透镜组的结构示意图；

图4是本发明反射式全景摄像机的光路图；

图5是本发明反射式全景摄像机中网络摄像机模组的电路结构示意图。

图中：1、外壳；2、下盖体；3、上盖体；4、支撑体；5、垫片；6、成像镜头；7、网络摄像机模组；61、半球型透明外罩；62、镜头壳体；63、凹面反光镜；64、凸面反光镜；65、成像透镜组；651、第一透镜；652、第二透镜；653、第三透镜；654、第四透镜；655、第五透镜；656、第六透镜；657、镜头垫片；658、螺圈；71、模数转换单元；72、视频编码单元；73、网络服务单元。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种反射式全景摄像机，其包括外壳1、下盖体2、上盖体3、支撑体4、垫片5、成像镜头6和网络摄像机模组7。下盖体2通过螺纹连接在外壳1的底部，下盖体2与外壳体1的连接处设置橡胶垫片，起到密封防水的作用。上盖体3固定设置在下盖体2外侧，下盖体2和上盖体3通过螺纹连接。进一步地，下盖体2与上盖体3之间的螺纹采用1mm的粗螺纹，从而保证连接的牢固性。支撑体4、垫片5和网络摄像机模组7均设置在外壳1内部，支撑体4设置在下盖体2上，支撑体4在下盖体2连接处下陷后再使用螺丝固定，进一步保证了支撑体4与下盖体2连接的稳固性，通过调节支撑体4与下盖体2之间的螺纹，调节网络摄像机模组7与成像镜头6之间的距离。进一步地，支撑体4与下盖体2之间的螺纹采用0.5mm的细螺纹，0.5mm的细螺纹能够保证调节成像镜头6焦距时的精度。支撑体4通过垫片5对网络摄像机模组7进行支撑。成像镜头6依次通过上盖体3和支撑体4进行支撑，成像镜头6与上盖体3之间的连接处加装O型圈，起到密封防水的作用。支撑体4、垫片5、成像镜头6和网络摄像机模组7的轴线均位于同一直线上。进一步地，垫片5与网络摄像机模组7之间的相对位置可以进行微调，从而用于调整图像，使其居中。

如图2所示，成像镜头6包括半球型透明外罩61、镜头壳体62、凹面反光镜63、凸面反光镜64和成像透镜组65。半球型透明外罩61通过螺丝固定在镜头壳体62上，构成一腔体，半球型透明外罩61和镜头壳体62通过螺丝连接。成像透镜组65包括第一至第六透镜651～656，第一至第六透镜651～656按顺序叠加，两相邻透镜之间通过垫圈连接，第六透镜656与凹面反光镜63之间设置镜头垫片657，凹面反光镜63通过螺圈658固定设置在镜头壳体62内，凸面反光镜64通过胶水固定设置在半球型透明外罩61内壁的底端，凹面反光镜63的凹面与半球型透明外罩61的凹面对应，并与凸面反光镜64的凸面相对应。半球型透明外罩61、凹面反光镜63、凸面反光镜64以及第一至第六透镜651～656的中心线位于同一直线上。

本发明反射式全景摄像机中成像镜头6的工作过程为：首先，光线经凹面反光镜63反射到达凸面反光镜64，凹面反光镜63能够收集其正前方180度范围内的光线；其次，到达凸面反光镜64的光线再经凸面反光镜64发射后，经凹面反光镜63的底端到达成像透镜组65；最后，到达中继成像透镜组65的光线经矫正处理后投射到网络摄像机模组7。本发明反射式全景摄像机利用光反射，能够实现180度的可视角，同时能够保证良好的成像清晰度。

如图3所示，从被拍摄物体发来的超大广角视场的光线，经过具有负光焦度的凸面反光镜64反射，再经过具有正光焦度的凹面反光镜63再次反射，这样，超大广角视场的光线通过凸面反光镜64和凹面反光镜63反射后视场角度被极大地压缩，通过两个反光镜后所成的中间像也是一个较小的缩小的像。这样，所成的缩小的视场很小的中间像再通过后续的成像透镜组65就很容易形成一个成像质量优良的像。采用凸面反光镜64和凹面反光镜63组成反摄远型系统，反摄远型系统承担了较大的光焦度，后续的成像透镜组65可以承担较小的光焦度。这样，由于后续成像透镜组65不承担大的光焦度，自身不会引起较大的像差，其主要任务是校正前面凸面反光镜64和凹面反光镜63两个反光镜所带来的各种像差，而成像透镜组65由多个折射透镜组成，可选的校正像差的参量很多，整个系统就可以很好地校正各种像差，获得很好的成像质量。

在一个优选的实施例中，半球型透明外罩61采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲，俗称有机玻璃)材料制成，这种材料是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种。

在一个优选的实施例中，凹面反光镜63和凸面反光镜64均采用蒸镀金属膜工艺制成，其反光效果好，光学畸变小。凹面反光镜63的曲度半径为20.914mm；凸面反光镜64的曲度半径为27.972mm。

在一个优选的实施例中，成像透镜组65用于矫正像差和畸变。其中，第一透镜651和第五透镜655由材料H-ZF2制成，这种材料是环保类重火石玻璃，其特点是折射率高，阿贝数低。第二透镜652和第四透镜654均由材料LAF50A制成，材料LAF50A为镧火石玻璃，其特点是折射率非常高，由于硼玻璃中含有稀土镧元素，可以提高玻璃的折射率，这些镧玻璃的折射率在1.72至1.88之间，镧玻璃常常用来提高摄影镜头的速度。第三透镜653由材料H-ZF52A制成，这种材料是环保类重火石玻璃，其特点是折射率高，阿贝数低。第六透镜656由材料LSK3制成，这种材料是重冕玻璃，其特点是折射率和阿贝数均较高。

在一个优选的实施例中，第一透镜651入射方向的曲度半径为14.44mm。第二透镜652入射方向的曲度半径为295.64mm。第三透镜653入射方向的曲度半径为7.676mm。第四透镜654入射方向的曲度半径为121.6mm。第五透镜655入射方向的曲度半径为15.912mm。第六透镜656入射方向的曲度半径为14.891mm。整个成像系统的孔径光阑在第六透镜656与第五透镜655之间，其直径为6.1mm，这样使得入射光线通过前面凸面反光镜64和凹面反光镜63两个反光镜后，在后续的成像透镜组65上的投射高不大，有利于整个成像系统的小型化和轻量化。

在一个优选的实施例中，如图4所示，成像镜头6的成像直径为3.756mm；成像镜头6底部到网络摄像机模组7中COMS的距离为10.245mm；成像镜头6的焦距1.2182mm，其可视角为177度。

如图5所示，网络摄像机模组7包括模数转换单元71、视频编码单元72和网络服务单元73。模数转换单元71将接收到的矫正处理后的模拟光信号转换成数字信号后传输至视频编码单元72，视频编码单元72将接收到的大数据量的数字信号压缩编码，网络服务单元73将编码后的视频码流传输至外部终端设备，供外部终端设备采集视频信号。外部终端设备通过局域网采集网络服务单元73中的视频码流，外部终端设备采用支持ONVIF协议的NVR(NetworkVideoRecorder，网络硬盘录像机)或计算机终端。

进一步地，模数转换单元71中感光元件采用高感光CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)，采集有效图像只需借助微光，在无红外灯的情况下依然可呈现彩色图像。

在一个优选的实施例中，模数转换单元71中感光元件的前端设置一红外滤光片切换器，白天切换为红外滤光片，只允许可见光照射到CMOS上，避免红外光影响成像质量；晚上切换为普通玻璃，允许红外光照射到CMOS上，无光条件可通过红外灯补光。

在一个优选的实施例中，网络服务单元73包括一个电源接口、一个网络接口和一个485接口。外部电源通过电源接口给网络服务单元73供电，外部终端设备通过网络接口采集视频信号，485接口作为二次开发预留接口。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反射式全景摄像机，其特征在于：它包括外壳、下盖体、上盖体、支撑体、垫片、成像镜头和网络摄像机模组；所述下盖体通过螺纹连接在所述外壳的底部，所述上盖体固定设置在所述下盖体外侧，所述支撑体、垫片和网络摄像机模组均设置在所述外壳内部，所述支撑体设置在所述下盖体上，所述支撑体通过所述垫片对所述网络摄像机模组进行支撑，所述成像镜头依次通过所述上盖体和支撑体进行支撑，所述支撑体、垫片、成像镜头和网络摄像机模组的轴线均位于同一直线上。

2.如权利要求1所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述下盖体与外壳体的连接处设置橡胶垫片，所述成像镜头与上盖体之间的连接处加装O型圈。

3.如权利要求1或2所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述成像镜头包括半球型透明外罩、镜头壳体、凹面反光镜、凸面反光镜和成像透镜组，所述半球型透明外罩固定在所述镜头壳体上，构成一腔体；所述成像透镜组包括第一至第六透镜，所述第一至第六透镜按顺序叠加，两相邻所述透镜之间通过垫圈连接，所述第六透镜与凹面反光镜之间设置镜头垫片，所述凹面反光镜通过螺圈固定设置在所述镜头壳体内，所述凸面反光镜固定设置在所述半球型透明外罩内壁的底端，所述凹面反光镜的凹面与所述半球型透明外罩的凹面对应，并与所述凸面反光镜的凸面相对应；所述半球型透明外罩、凹面反光镜、凸面反光镜以及第一至第六透镜的中心线位于同一直线上。

4.如权利要求3所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述半球型透明外罩采用PMMA材料制成。

5.如权利要求3所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述凹面反光镜和凸面反光镜均采用蒸镀金属膜工艺制成。

6.如权利要求3所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述第一透镜和第五透镜由材料H-ZF2制成；所述第二透镜和第四透镜均由材料LAF50A制成；所述第三透镜由材料H-ZF52A制成；所述第六透镜由材料LSK3制成。

7.如权利要求1或2所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述网络摄像机模组包括模数转换单元、视频编码单元和网络服务单元；所述模数转换单元将接收到的矫正处理后的模拟光信号转换成数字信号后传输至所述视频编码单元，所述视频编码单元将接收到的数字信号压缩编码，所述网络服务单元将编码后的视频码流传输至外部终端设备，供外部终端设备采集视频信号。

8.如权利要求7所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述模数转换单元中感光元件采用CMOS。

9.如权利要求8所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述模数转换单元中感光元件的前端设置一红外滤光片切换器。

10.如权利要求7所述的一种反射式全景摄像机，其特征在于：所述网络服务单元包括一个电源接口、一个网络接口和一个485接口；外部电源通过所述电源接口给所述网络服务单元供电，外部终端设备通过所述网络接口采集视频信号，所述485接口作为二次开发预留接口。