CN106842517A - 一种高分辨力360°全景成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种360°全景成像系统，包括相机系统、与相机系统连接的电路系统，及分别与二者相连接的机械系统；所述相机系统包括依次排列的折反射镜组、可变光阑、中继镜组及像面，中继镜组与折反射镜组同轴布置；折反射第一透镜和折反射第二透镜通过连接面连接。本发明实现了实现超广角取景且高清成像；折反射镜组采用了透镜组，能够承担更大的垂直视场和相对孔径；且结构紧凑便于安装的效果。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统和器件设计技术领域，具体涉及一种高分辨力360°全景成像系统。
背景技术
目前，视频监控系统已广泛应用于各领域中，汽车、飞行器、潜艇上逐渐配备了视频监控系统，然而传统的相机由于镜头限制因素，故视场是十分有限的，为了获取大视场，往往就要增加多个传感器。如此一来，成本增加不少，再者为了将多个传感器获取的图像融合成为全景图像，需要多次的拼接，其复杂性大，也较费时，往往不能达到实时监控的效果，令其功用大打折扣。
因此，开发一种能够克服上述缺点的全景镜头势在必行。现有全景镜头通常包括沿同一光轴排列的全景透镜、多个光学透镜和影像传感器，光学透镜以及全景透镜分别获得前方以及环绕光学透镜光轴360度环场的全景光线，影像感测器能够接收从全景透镜以及成像透镜入射的光线形成全景图像。本发明通过对现有全景镜头的优化升级研发出一种能够实现高清成像的360°全景成像系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分辨力360°全景成像系统，以实现超广角取景且高分辨力成像，结构紧凑，便于安装。
本发明的技术方案如下：
一种高分辨力360°全景成像系统，包括相机系统、与相机系统连接的电路系统，及分别与二者相连接的机械系统；其特征在于，所述相机系统包括依次排列的折反射镜组、可变光阑、中继镜组及像面，中继镜组、可变光阑、与折反射镜组同轴布置；其中，折反射镜组具有同轴布置并沿可变光阑至中继镜组方向依次排列的折反射第一透镜(21)和折反射第二透镜(22)，折反射第一透镜(21)和折反射第二透镜(22)通过连接面连接；折反射第一透镜(21)具有第一折射面(12)和第二内反射面(14)，第一折射面(12)的中心内环边缘与第二内反射面(14)的外环边缘相接；折反射第二透镜(22)具有第一内反射面(13)和第二折射面(16)，第一内反射面(13)的内环边缘与第二折射面(16)的外环边缘相接。
进一步地，所述连接面为平面。
进一步地，中继镜组由8片透镜组成；分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜。
进一步地，所述可变光阑与折反射镜组间隔为12mm。
进一步地，第一透镜包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为非球形凹面。
进一步地，所述第三透镜与第四透镜沿轴向紧密贴合，无间隙。
进一步地，所述第六透镜与第七透镜沿轴向紧密贴合，无间隙。
进一步地，所述第九透镜与第十透镜沿轴向紧密贴合，无间隙。
进一步地，余各透镜之间均具有间隙。
进一步地，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜与第九透镜材料为超低色散材料。
本发明相对现有技术具有的优点和有益效果为：
1)高分辨力360°全景成像系统提供适当的角放大倍率以扩大视场。设计时主要兼顾系统焦距和结构尺寸的要求，在各视场光路无遮拦的前提下进行像差校正。
2)本发明高分辨力360°全景成像系统的视场和孔径都很大，较长的后工作距离确保了其它零件的安装空间。像方主光线与光轴夹角很小，保证了像面照度的均匀性。
3)折反射镜组采用了透镜组，能够承担更大的垂直视场和相对孔径。
附图说明
附图1为本发明高分辨力360°全景成像系统结构示意图。
附图2为本发明高分辨力360°全景成像系统光路示意图。
其中，1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜，6-第六透镜，7第七透镜，8-第八透镜，9-第九透镜，10-第十透镜，11-像面，12-第一折射面，13-第一内反射面，14-第二内反射面，15-连接面，16-第二折射面，17-可变光阑，21-折反射第一透镜，22-折反射第二透镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，以下实施例有助于对本发明的理解，是比较好的应用实例，但不应看作是对本发明的限制。
如图1所示，一种高分辨力360°全景成像系统，包括相机系统、与相机系统连接的电路系统，及分别与二者相连接的机械系统；其特征在于，所述相机系统包括依次排列的折反射镜组、可变光阑、中继镜组及像面，中继镜组与折反射镜组同轴布置；其中，折反射镜组具有同轴布置并沿可变光阑至中继镜组方向依次排列的折反射第一透镜和折反射第二透镜，折反射第一透镜和折反射第二透镜通过连接面连接；折反射第一透镜具有第一折射面和第二内反射面，第一折射面的中心内环边缘与第二内反射面的外环边缘相接；折反射第二透镜具有第一内反射面和第二折射面，第一内反射面的内环边缘与第二折射面的外环边缘相接。
高分辨力360°全景成像系统提供适当的角放大倍率以扩大视场。本光学系统光学视场为±30°至±90°，焦距为3mm。设计时主要兼顾系统焦距和结构尺寸的要求，在各视场光路无遮拦的前提下进行像差校正。折反射镜组没有进行独立校像差设计，而是允许系统保留一定量的正场曲，从而有利于整个全景系统的像差平衡。中继镜是一个大相对孔径，中等视场的光学系统，对光线会聚作用强烈，容易产生负场曲，可以与反射镜组残余的正场曲平衡。同时，高分辨力360°全景成像系统属于大像差系统，为减少各像差高级量，应尽量控制初级像差。
在一较佳实施方案中，折反射第一透镜21具有第一折射面12和第二内反射面14，第一折射面12为通光口径25-119mm的球形凸面，距连接面距离为30mm；第二内反射面14为通光口径25mm的球形凹面，距连接面距离为27.6mm；折反射第二透镜22具有第一内反射面13和第二折射面16；第一内反射面13为通光口径21-72mm的球形凹面，距连接面距离为40mm；第二折射面16为平面，距连接面距离为38.8mm。
中继镜组中10片透镜分别为第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第四透镜4，第五透镜5，第六透镜6，第七透镜7，第八透镜8，第九透镜9和第十透镜10。透射式中继镜的作用是将反射镜组所成的虚像以适当倍率成像到像面上。要保证光瞳匹配，并将光学系统像差校正到一定状态以便与折反射镜组像差相互平衡。另外，中继镜组结构紧凑，透镜间不宜分离过远。虽然前组光线高度略大，但后组已承担部分光焦度，受系统入瞳距限制，前组不适合再引入负光焦度。
中继镜组具体布置如下，具体参数见表1。
第一透镜1与可变光阑间隔为6.45mm。第一透镜1厚度为11.4mm。第一透镜1包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为非球形凹面，通光口径为22mm；另一折射面为球形凹面，通光口径为29.2mm。
第二透镜2与第一透镜1间隔为0.2mm。第二透镜2厚度为12.95mm。第二透镜2包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为30.1mm；另一折射面为球面，通光口径为33.3mm。
第三透镜3与第二透镜2间隔为1.4mm。第三透镜3厚度为4.5mm。第三透镜3包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为33.2mm；另一折射面为球面。
第四透镜4与第三透镜3无间隔。第四透镜4厚度为17.8mm。第四透镜4包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为45.6mm；另一折射面为球面，通光口径为50mm。
第五透镜5与第四透镜4间隔为0.2mm。第五透镜5厚度为18.16mm。第五透镜5包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为59.5mm；另一折射面为球面，通光口径为60.7mm。
第六透镜6与第五透镜5间隔为0.2mm。第六透镜6厚度为4.4mm。第六透镜6包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为58.6mm；另一折射面为球面，通光口径为54mm。
第七透镜7与第六透镜6间隔为0。第七透镜7厚度为18.16mm。第七透镜7包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为54mm；另一折射面为球面，通光口径为52.9mm。
第八透镜8与第七透镜7间隔为0.2mm。第八透镜8厚度为9.67mm。第八透镜8包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为48.8mm；另一折射面为球面，通光口径为45.9mm。
第九透镜9与第八透镜8间隔为0.2mm。第九透镜9厚度为12.57mm。第九透镜9包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为35.6mm；另一折射面为球面，通光口径为28.8mm。
第十透镜10与第九透镜9间隔为0。第十透镜10厚度为3.58mm。第十透镜10包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球面，通光口径为28.8mm；另一折射面为球面，通光口径为20.8mm。
第十透镜10与像面间隔为16.5mm，通光口径为9.6mm。
像空间的分辨能力在200线对/mm以上，无空间的分辨能力在1.4角分以上。
表1高分辨力360°全景成像系统光学数据
在另一优选实施方案中，折反射镜组中所述连接面为平面。
在另一优选实施方案中，第一内反射面13和第二内反射面14镀高反膜。第一折射面12、第二折射面16镀增透膜。
在另一优选实施方案中，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜与第九透镜材料为超低色散材料。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用本发明的相似结构、方法及其相似变化方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高分辨力360°全景成像系统，包括相机系统、与相机系统连接的电路系统，及分别与二者相连接的机械系统；其特征在于，所述相机系统包括依次排列的折反射镜组、可变光阑、中继镜组及像面，中继镜组、可变光阑、与折反射镜组同轴布置；其中，折反射镜组具有同轴布置并沿可变光阑至中继镜组方向依次排列的折反射第一透镜(21)和折反射第二透镜(22)，折反射第一透镜(21)和折反射第二透镜(22)通过连接面连接；折反射第一透镜(21)具有第一折射面(12)和第二内反射面(14)，第一折射面(12)的中心内环边缘与第二内反射面(14)的外环边缘相接；折反射第二透镜(22)具有第一内反射面(13)和第二折射面(16)，第一内反射面(13)的内环边缘与第二折射面(16)的外环边缘相接。
2.如权利要求1所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，所述连接面为平面。
3.如权利要求1或2所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，中继镜组由10片透镜组成；分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜。
4.如权利要求1或3所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，所述可变光阑与与折反射镜组间隔为12mm。
5.如权利要求3所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，第一透镜包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为非球形凹面。
6.如权利要求3所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，所述第三透镜与第四透镜沿轴向紧密贴合，无间隙。
7.如权利要求6所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，所述第六透镜与第七透镜沿轴向紧密贴合，无间隙。
8.如权利要求7所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，所述第九透镜与第十透镜沿轴向紧密贴合，无间隙。
9.如权利要求3所述的一种高分辨力360°全景成像系统，其特征在于，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜与第九透镜材料为超低色散材料。
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