CN107390348B - 光学成像装置和摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学成像装置和摄像机。其中，该光学成像装置包括：至少两个前置镜头，各个前置镜头分别用于收集被摄物体的成像光束；合光组件，设置在至少两个成像光束的出射光路上，用于将至少两个前置镜头收集的成像光束合并为合并光束；中继镜头，设置在合并光束的出射光路上，用于接收合并光束；感光器件，设置在合并光束的出射光路上，合并光束通过感光器件成像。本发明解决了单镜头成像景深不够的技术问题，实现了增加成像景深的效果。

Description

光学成像装置和摄像机

技术领域

本发明涉及光学成像领域，具体而言，涉及一种光学成像装置和摄像机。

背景技术

当摄像机的镜头对某一物体聚焦清晰时，垂直镜头光轴的同一平面(即物面)上的物方点，都可以在接收器上形成清晰的图像，物面前后一定范围的点也可以形成较清晰的像，该前后范围的间距，称为摄像机的景深。摄像机的景深越大，意味着可以对更大深度范围内的物体清晰成像，因此，景深的控制在机器视觉和视频监控等领域都有重大的现实意义。

一般而言，在选定了摄像机并确定拍摄场景后，镜头焦距、拍摄距离及感光元件像元的尺寸因素中的参数可以改变的余量不大，通常可以改变的是镜头光圈这一参数。因此，在许多需要提升景深的成像条件下，都会把光圈尽量缩到最小。但光圈缩小会引起以下问题：光圈小到一定程度后，光的衍射效应变得明显，原来清晰成像的像点会逐渐变成一个较大的弥散斑，从而导致图像清晰度的下降，也就是说，利用缩小光圈的方式仅能在有限的范围内来提高景深。

现有技术中，一般采用液体镜头调焦的方法或者使用反卷积的图像处理方法来增加摄像机的景深，其中，采用液态镜头调焦的方法的景深调节原理为：通过直流电压动态地调节液体镜头的焦距来实现调节景深。采用该方案，不但成本较高，不利于大规模推广，而且液态镜头不能在同一幅拍摄的画面中同时识别远近不同的物体，其应用范围受到一定限制。而采用反卷积的图像处理方法，即拍摄一幅离焦图像以后，利用不同的反卷积的核来还原出被摄的图像。但在该方法中，反卷积运算的计算量非常大，需要消耗大量的计算资源，造成硬件成本的增加，另外反卷积运算获取的过程中，图像中的噪声也会随之放大，导致图像质量的下降。

针对上述的单镜头成像景深不够的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本实施例提供了一种光学成像装置和摄像机，以至少解决单镜头成像景深不够的技术问题。

根据本实施例，提供了一种光学成像装置，该光学成像装置包括：至少两个前置镜头，各个镜头分别用于收集被摄物体的成像光束；合光组件，设置在至少两个成像光束的出射光路上，用于将至少两个前置镜头收集的成像光束合并为合并光束；中继镜头，设置在合并光束的出射光路上，用于接收合并光束；感光器件，设置在合并光束的出射光路上，合并光束通过感光器件成像。

进一步地，该至少两个前置镜头包括：第一前置镜头；第二前置镜头，第二前置镜头的光轴与第一前置镜头的光轴垂直于交点。

进一步地，中继镜头的光轴与第二前置镜头的光轴重合，中继镜头的物面与第二前置镜头的焦面重合；感光器件包括感光芯片，感光芯片的表面与中继镜头的像面重合，其中，合并光束被中继镜头接收后在感光芯片的表面成像。

进一步地，第一前置镜头和第二前置镜头的出瞳位置与中继镜头的入瞳位置之间的距离小于等于预设距离，其中，预设距离基于在合并光束被中继镜头完全接收的情况下，出瞳位置与入瞳位置的最远设置距离而确定。

进一步地，中继镜头的放大倍率在0.01到100的范围内。

进一步地，合光组件与第一前置镜头和第二前置镜头的焦面的距离小于等于预设阈值，其中，预设阈值为满足焦面和感光器件的表面对于中继镜头成物像共轭面的最远距离值。

进一步地，合光组件包括：分光棱镜，分光棱镜的中心点与交点重合，分光棱镜的第一入射表面与第一前置镜头的光轴垂直，分光棱镜的第二入射表面与第二前置镜头的光轴垂直，分光棱镜的分光面经过中心点，分光面与第一入射表面呈第一角度，分光面与第二入射表面呈第二角度，第一角度与第二角度相同。

进一步地，分光面包括反射面和透射面，分光面上反射面和透射面的分界线与第一前置镜头和第二前置镜头的焦面的交线重合。

进一步地，合光组件包括：合光反射镜，合光反射镜的一边与第一前置镜头和第二前置镜头的焦面的交线重合，合光反射镜与第一前置镜头的光轴之间具有第一夹角，合光反射镜与第二前置镜头的光轴之间具有第二夹角，第一夹角与第二夹角相同。

进一步地，该光学成像装置还包括：折转反射镜，设置在至少两个前置镜头中至少一个前置镜头的入射光路上，折转反射镜与至少一个前置镜头的光轴呈预设角度，折转反射镜用于将被摄物体的成像光束折转反射至至少一个前置镜头中。

进一步地，至少两个前置镜头中不同前置镜头的焦距不同。

根据本实施例，还提供了一种摄像机，该摄像机包括任意一项所述的光学成像装置。

在本实施例中，该光学成像系统可以通过至少两个前置镜头收集被摄物体的成像光束，并通过合光组件将至少两个前置镜头所收集的被摄物体的成像光束合并到同一个光路中，得到合并光束，该合并光束通过中继镜头后出射至感光器件上，在该感光器件上成被摄物体的像。通过上述实施例，采用包括至少两个前置镜头的多视场的光学成像系统，由于该至少两个前置镜头中的不同前置镜头可以分别聚焦于不同的深度，从而起到了增加光学成像系统景深的效果，避免了采用缩小前置镜头的光圈的方式来增大景深，所导致的图像变暗和产生较大弥散斑的缺陷，进而解决了单镜头成像景深不够的技术问题，实现了增加成像景深的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本实施例的一种光学成像装置的示意图；

图2是根据本实施例的一种可选的光学成像装置的景深范围的示意图；

图3是根据本实施例的一种可选的中继镜头的光路的示意图；

图4(a)是根据本实施例的一种可选的分光面的示意图；

图4(b)是根据本实施例的另一种可选的分光面的示意图；

图5(a)是根据本实施例的一种可选的光学成像装置的实物图；

图5(b)是根据本实施例的另一种可选的光学成像装置的实物图；

图6(a)是根据本实施例的一种可选的镜头与分光棱镜的相对位置的示意图；

图6(b)是根据本实施例的一种可选的分光棱镜的光路分析的示意图；

图7是根据本实施例的一种可选的光学成像装置的成像光路的示意图；以及

图8是根据本实施例的另一种可选的光学成像装置的实物图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

术语解释：

视场：也称视野或者视角，指光学系统在一定的距离内所看到的范围。

景深：摄影机镜头能清晰成像的前提下，被摄物体前后允许的距离范围称为景深。

根据本实施例，提供了一种光学成像装置的实施例，需要说明的是，图1是根据本实施例的一种光学成像装置的示意图，如图1所示，该光学成像装置包括：至少两个前置镜头20、合光组件40、中继镜头50以及感光器件60。

其中，至少两个前置镜头20，各个镜头分别用于收集被摄物体的成像光束。

合光组件40，设置在至少两个成像光束的出射光路上，用于将至少两个前置镜头收集的成像光束合并为合并光束。

中继镜头50，设置在合并光束的出射光路上，用于接收合并光束。

感光器件60，设置在合并光束的出射光路上，合并光束通过感光器件成像。

其中，感光器件包括感光芯片。

采用本实施例，该光学成像系统可以通过至少两个前置镜头收集被摄物体的成像光束，并通过合光组件将至少两个前置镜头所收集的被摄物体的成像光束合并到同一个光路中，得到合并光束，该合并光束通过中继镜头后出射至感光器件上，在该感光器件上成被摄物体的像。通过上述实施例，采用包括至少两个前置镜头的多视场的光学成像系统，由于该至少两个前置镜头中的不同镜头可以分别聚焦于不同的深度，从而起到了增加光学成像系统景深的效果，避免了采用缩小前置镜头的光圈的方式来增大景深，所导致的图像变暗和产生较大弥散斑的缺陷，进而解决了单镜头成像景深不够的技术问题，实现了增加成像景深的效果。

可选地，上述实施例中的合光组件到各个前置镜头的焦面的距离小于等于预设阈值。上述感光组件的表面与中继镜头的像面可以重合，也就是说，合光组件可以设置在至少两个前置镜头的各个前置镜头的焦面附近，并且中继镜头的像面与感光组件的表面可以为一个面。通过上述实施例，至少两个前置镜头的焦面和感光组件的表面正好是中继镜头的一对物像共轭面，也即在各个前置镜头的像面上所成的一次像，在合光组件的汇合后，可以通过中继镜头二次成像，所成的二次像位于感光组件的表面。

可选地，上述实施例中的至少两个前置镜头中的不同前置镜头的焦距可以不同。

具体地，实际在组合光学系统时，该光学成像装置中的至少两个前置镜头可以采用完全相同的镜头，也可以采用具有不同焦距的镜头。当使用不同焦距的镜头时，感光组件上下部分所成的像大小不同，视场范围也不同，至少两个前置镜头中的不同前置镜头可以聚焦到不同的深度，就可以实现分别拍摄不同远近的场景，从而实现了景深的延拓。

可选地，至少两个前置镜头可以包括：第一前置镜头和第二前置镜头。

其中，第二前置镜头的光轴与第一前置镜头的光轴垂直于交点。

具体地，该光学成像装置可以包括两个光轴相互垂直的镜头，这两个镜头分别为第一前置镜头和第二前置镜头。由两个前置镜头构成的光学成像装置也可以称为一种双视场成像光学装置(或光学系统)。在该双视场成像光学装置中，第一前置镜头和第二前置镜头可以分别对相互垂直的两个方向的被摄物体成像。将两个前置镜头的成像光束(即收集到的被摄物体的成像光束)合并到同一个光路中，得到合并后的合并光束，并且在同一个感光组件上成像。上述实施例中的两个前置镜头(即第一前置镜头和第二前置镜头)可以分别聚焦于不同的深度，从而起到了增加光学系统景深的效果。

上述实施例中的光学成像装置可以应用在一些自动检测或者监控的场合。

在上述实施例中，在实际组合光学系统(即光学成像装置)时，第一前置镜头和第二前置镜头可以用两个完全相同的镜头，也可以用不同的镜头。当使用两个不同焦距的镜头时，感光器件上下部分所成的像大小不同，视场范围也不同，第一前置镜头和第二前置镜头可以聚焦到不同的深度，从而可以实现分别拍摄不同远近的场景，进而实现了景深的延拓。

如图2所示，由于待测物(即被摄物体10)有不同高低大小，如果用单镜头(即如图2所示的前置镜头21)来检测，其景深范围无法做到同时将不同高度的待测物(如图2所示的被摄物体10)都成像清楚。而使用双视场的光学系统(即包括第一前置镜头和第二前置镜头的光学成像装置，也即可以包括两个如图2所示的前置镜头21)，待测物(即被摄物体10)沿运动方向(如图2中的箭头所示的运动方向)分别经过双视场光学系统(即包括第一前置镜头和第二前置镜头的光学成像装置，其中，第一镜头或第二镜头可以为如图2所示的前置镜头21)的左半视场212和右半视场214，左半视场的景深范围较近(如图2所示的近端景深范围213)，而右半视场的景深范围较远(如图2所示的远端景深范围215)，较高的待测物(如图2所示的被摄物体10中左侧较高的被摄物体)可以在经过左半视场212时成像清晰，而较低的待测物(如图2所示的被摄物体10中右侧较低的被摄物体)可以在经过右半视场214时成像清晰。这样高低不同的物体都实现了清晰成像，也就等于增加了光学系统的景深范围。

可选地，上述实施例中的中继镜头的光轴也可以与第二前置镜头的光轴重合，该中继镜头的物面与第二前置镜头的焦面重合；感光器件包括感光芯片，感光芯片的表面与中继镜头的像面重合，其中，合并光束被中继镜头接收后在感光芯片的表面成像。

具体地，中继镜头可以设置在合光组件与感光芯片之间的位置上，中继镜头的物和像均在有限远的位置，中继镜头的物面可以与第二前置镜头的焦面重合，而该中继镜头的像面可以与感光芯片表面重合。中继镜头可以位于合光组件之后，该中继镜头的光轴可以和第二前置镜头的光轴重合，第二前置镜头的焦面和感光芯片的表面正好是中继镜头的一对物像共轭面，也就是说，第二前置镜头的在其像面上所成的一次像，可以通过中继镜头二次成像在感光芯片上。

上述实施例中的中继镜头的光轴可以与第二前置镜头的光轴重合，也可以与第一前置镜头的光轴重合。当中继镜头的光轴与第一前置镜头的光轴重合时，该中继镜头的物面与第一前置镜头的焦面重合，感光芯片的表面与中继镜头的像面重合，其中，合并光束被中继镜头接收后在感光芯片的表面成像。

具体地，中继镜头可以设置在合光组件与感光芯片之间的位置上，中继镜头的物和像均在有限远的位置，中继镜头的物面可以与第一前置镜头的焦面重合，而该中继镜头的像面可以与感光芯片表面重合。中继镜头可以位于合光组件之后，该中继镜头的光轴可以和第一前置镜头的光轴重合，第一前置镜头的焦面和感光芯片的表面正好是中继镜头的一对物像共轭面，也就是说，第一前置镜头的在其像面上所成的一次像，可以通过中继镜头二次成像在感光芯片上。

上述实施例中的第一前置镜头和第二前置镜头的出瞳位置与中继镜头的入瞳位置之间的距离小于等于预设距离，其中，预设距离基于在合并光束被中继镜头完全接收的情况下，出瞳位置与入瞳位置的最远设置距离而确定。

可选地，第一前置镜头和第二前置镜头的出瞳位置与中继镜头的入瞳位置可以重合，第一前置镜头和第二前置镜头的出瞳位置与中继镜头的入瞳位置也可以接近重合。

具体地，为了达到较好的与镜头匹配的目的，中继镜头可以满足如下几个条件：第一个条件为，第一前置镜头和第二前置镜头的出瞳位置和中继镜头的入瞳位置要重合，这样第一前置镜头和第二前置镜头所出射的光线(即合并光束)可以完全被中继镜头接收，从而减少了光能的损耗，尤其减少了边缘视场的光能损耗，同时实现了提升边缘视场的照度和分辨率的效果。第二个条件为，第一前置镜头和第二前置镜头本身的成像质量要好，最好可以单独使用来进行成像，这样便于提高光学部件的通用性，降低系统(即光学成像装置)成本。实际上，第一前置镜头和第二前置镜头可以使用市面上通用的一些FA镜头(或者闭路电视(Closed Circuit Television，CCTV)镜头等其他可单独成像的镜头)，第一前置镜头和第二前置镜头一般都可以近似满足上述的第一个条件，并且满足上述的第二个条件。其中，FA是工厂自动化(factory automation)的简称，FA镜头也即工业镜头。一般来说，FA镜头手动光圈的比较多。

可选地，上述实施例中的中继镜头的放大倍率在0.01到100的范围内。

具体地，从使用的角度来看，中继镜头的放大倍率绝对值的一般允许在0.01到100之间变化，但实际上采用接近1的放大倍率的中继镜头可以取得更好的成像效果，这是因为当中继镜头的放大率为1时，物方和像方可以处于近似对称的位置，光学系统(光学成像装置)也可以做成接近对称的结构，采用上述做法，有助于消除子午慧差，畸变等垂直于光轴方向的像差，便于使光学成像装置取得较好的成像效果；另外采用放大率为1的中继镜头的另一个好处是第一前置镜头或第二前置镜头的像面大小(或者分辨率)接近于中继镜头的像面大小(或者分辨率)，这样第一前置镜头或者第二前置镜头本身也可以直接搭配感光芯片来使用，从而可以提高光学部件的通用性。

可选地，放大率为1的中继镜头的成像光束可以如图3所示，该中继镜头50的物面51上的点可以通过中继镜头50后成像于中继镜头的像面53上，其对应的成像光束可以为如图3中所示的中继镜头的成像光束55，中继镜头的物面51与中继镜头的像面53共轭，中继镜头的物像共轭距57可以为100mm，工作F数为4，靶面尺寸为1英寸，工作的光谱范围为可见光波段，物像双方都接近远心光学系统，可以满足1000万以上像素的分辨率。该放大率为1的中继镜头的具体的参数可以如表1所示，其中，表1示出了中继镜头的光学系统参数。

表1

表面序号	曲率半径	厚度	折射/反射模式	材料	通光孔径
						物	平面	1.00	折射面
1	平面	15.00	折射面	HK9L	16.69
						2	平面	2.04	折射面		19.50
3	-25.5511	3.46	折射面	HLAF50B	19.53
						4	-18.9307	11.26	折射面		20.72
5	27.7092	3.54	折射面	HZF52A	19.83
						6	-92.6326	4.33	折射面		19.38
7	11.0386	4.20	折射面	HLAK53A	12.68
						8	-16.3804	0.80	折射面	HZF6	11.29
9	6.6766	4.42	折射面		7.78
						光阑	平面	1.49	折射面		4.70
11	-6.5387	2.61	折射面	HZF6	5.65
						12	35.8389	3.80	折射面	HLAF50B	9.26
13	-11.9269	0.38	折射面		11.34
						14	-107.6478	2.41	折射面	HLAF50B	12.87
15	-17.0598	16.86	折射面		13.54
						16	24.5756	2.63	折射面	HZF52A	20.29
17	65.8623	19.76	折射面		20.00
						像面	平面	0	折射面		16.40

可选地，合光组件与第一前置镜头和第二前置镜头的焦面的距离可以小于等于预设阈值，其中，预设阈值为满足焦面和感光器件的表面对于中继镜头成物像共轭面的最远距离值。

上述实施例中的合光组件可以包括：分光棱镜，该分光棱镜的中心点与交点重合，分光棱镜的第一入射表面与第一前置镜头的光轴垂直，分光棱镜的第二入射表面与第二前置镜头的光轴垂直，分光棱镜的分光面经过中心点，分光面与第一入射表面呈第一角度，分光面与第二入射表面呈第二角度，第一角度与第二角度相同。

通过采用上述实施例中的光学成像装置，由于采用一体成型的分光棱镜，使得光学成像装置容易装配和调整，从而保证了该光学成像装置的成像精度；并且分光棱镜的分光面是一个很薄的镀层，其厚度可以忽略，从而不会对入射的光线(即光束)造成遮挡，能够提高成像区域的完整性；另外，分光棱镜的分光面封存在分光棱镜的内部，其表面不容易附着灰尘，从而保证了合并光束在经过中继镜头放大后在感光芯片上成像的清晰度，进而提高了图像质量；因分光棱镜的分光面处于分光棱镜的中心位置，分光面的周围的光学介质为玻璃等固态的介质，因此对第一前置镜头和第二前置镜头的后焦长度要求较低，从而放宽了通配使用的镜头的范围。

上述实施例中的分光面可以包括反射面和透射面，分光面上反射面和透射面的分界线与第一前置镜头和第二前置镜头的焦面的交线重合。

可选地，上述实施例中的反射面和透射面的尺寸可以相同。

具体地，上述分光棱镜可以包括两个棱镜，其中至少一个棱镜的表面镀有膜，这层膜即为分光棱镜的分光面，其中，分光面可以包括反射膜和透射膜，将镀膜后的两个棱镜胶合到一起便可以得到分光棱镜。

其中，分光面上的反射面和投射面可以由尺寸相同的反射面和透射面两个部分构成，如图4(a)所示，分光面420可以包括反射面421和透射面423，其中，反射面421和透射面423的分界线422也正好是第一前置镜头和第二前置镜头焦面的交线，如图4(b)所示，在反射面421和透射面423的侧视图中，反射面421和透射面423的厚度很薄。

可选地，该光学成像装置还可以包括：折转反射镜，该折转反射镜设置在至少两个前置镜头中至少一个前置镜头的入射光路上，折转反射镜与至少一个前置镜头的光轴呈预设角度，折转反射镜用于将被摄物体的成像光束折转反射至至少一个前置镜头中。

如图5(a)所示，在一个可选的实施例中，该光学成像装置可以包括第一前置镜头22、第二前置镜头24、分光棱镜42、中继镜头50、折转反射镜30以及感光芯片61。如图5(a)所示，第一前置镜头22和第二前置镜头24的光轴相互垂直且相交于一点P(即上述的交点)，该交点P同时也是第一前置镜头22和第二前置镜头24的焦点，并且正好与分光棱镜42的中心点相重合；分光棱镜的两个入射表面(即第一入射表面和第二入射表面)分别与第一前置镜头22和第二前置镜头24的光轴垂直，处于分光棱镜42的中心的分光面420与第一入射表面呈第一角度α，处于分光棱镜的中心的分光面420与第二入射表面呈第二角度β，上述的第一角度α与第二角度β相同，当第一角度α为45°角时，即当处于分光棱镜的中心的分光面420与第一入射表面呈45°角时，分光面420可以包括尺寸相同的反射面421和透射面423这两个部分，反射面421和透射面423的分界线也正好是第一前置镜头和第二前置镜头焦面的交线；中继镜头50位于分光棱镜42之后，其光轴和第二前置镜头24的光轴重合，第二前置镜头24的焦面和感光芯片61表面正好是中继镜头50的一对物像共轭面，也就是说，第二前置镜头24的像面上所成的一次像，通过中继镜头50二次成像在感光芯片61上。同时第一前置镜头22的像面上所成的一次像，经由分光棱镜的反射面421折转90°之后，也通过中继镜头50二次成像在感光芯片61上。折转反射镜30位于第二前置镜头24的前方，用于将第二前置镜头24的成像光路折转90度，这样第二前置镜头24和第一前置镜头22的物方就处于同一个方向。

另外，在如图5(a)所示的光路中，也可以省略第二前置镜头24前方的折转反射镜30，这样第一前置镜头22和第二前置镜头24就可以分别对相互垂直的两个方向的被摄物体成像，在一些自动检测或者监控的场合也有一些应用。或者也可以改变第二前置镜头24前面的折转反射镜30的偏转角度，使得第一前置镜头22和第二前置镜头24朝向不同的方向。

如图5(b)所示，可以将图5(a)中的第一前置镜头22的位置和第二前置镜头24的位置互换，该光学成像装置的其他部件的设置位置可以与图5(b)相同。此时，第一前置镜头22的光轴与分光棱镜的光轴重合，第一前置镜头22的像面上所成的一次像，通过中继镜头50二次成像在感光芯片61上。同时第二前置镜头24的像面上所成的一次像，经由分光棱镜的反射面421折转90°之后，也通过中继镜头50二次成像在感光芯片61上。折转反射镜30可以位于第一前置镜头22的前方，用于将第一前置镜头22的成像光路折转90度，这样第二前置镜头24和第一前置镜头22的物方就处于同一个方向。上述实施例中的光学成像装置的各个光学部件的位置关系如图6(a)和图6(b)所示。图6(a)示出了分光棱镜42、第一前置镜头的焦面222以及第二前置镜头的焦面242的相对位置。其中，分光棱镜42内部水平方向的虚线为第一前置镜头的焦面222，而竖直方向的虚线为第二前置镜头的焦面242。因为分光棱镜42内部反射面的存在，经过第一前置镜头22且成像在第一前置镜头的焦面222的第一光线束，如图6(b)所示，第一光线束的左半部分224可以经由反射面421反射得到第一反射光线束224’继续向右传播，而第一光线束的右半部分226则经过透射面423得到第一透射光线束226’直接出射到光学系统(即光学成像装置)外部或者被吸收，不参与成像；第二前置镜头成像在其焦面的第二光线束，经过第二前置镜头且成像在其焦面的第二光线束的上半部分244被反射面421折转90度后得到第二反射光线束244’出射到光学系统(即光学成像装置)外部或者被吸收，不参与成像，而第二光线束的下半部分246则穿过透射面423后得到第二透射光线束246’并继续向右传播。两半部分向右传播的光线束(包括第一反射光线束224’和第二透射光线束246’)正好合成一整束合并光线束260’，被中继镜头接收后成像在感光芯片的表面。

上述图6(a)和图6(b)仅示出了当第一前置镜头22和分光棱镜42的光轴重合时的相对位置和光路图，在图6(a)中，第一前置镜头22的光轴也可以和分光棱镜42的光轴重合，此时，分光棱镜42的光轴的位置为竖直方向的，该光学成像装置的各个部件的排列位置是呈竖直方向的，即第一前置镜头22、分光棱镜42、中继镜头以及感光芯片为从上至下依次排列。成像光束通过第一前置镜头22和第二前置镜头24的光束传播方向如图6(b)所示，但由于分光棱镜42的光轴为竖直方向，此时，第一光线束的左半部分224可以经由反射面421反射得到第一反射光线束224’并直接出射到光学系统(即光学成像装置)外部或者被吸收，不参与成像，而第一光线束的右半部分226则经过透射面423得到第一透射光线束226’继续向下传播；第二前置镜头成像在其焦面的第二光线束，经过第二前置镜头且成像在其焦面的第二光线束的上半部分244被反射面421折转90度后得到第二反射光线束244’并继续向下传播，而第二光线束的下半部分246则穿过透射面423后得到第二透射光线束246’射到光学系统(即光学成像装置)外部或者被吸收，不参与成像。两半部分向下传播的光线束(包括第一透射光线束226’和第二反射光线束244’)正好合成一整束合并光线束，被设置在分光棱镜42正下方的中继镜头接收后成像在感光芯片的表面。

图7示出了光学系统的成像光束，如图7所示，带箭头的实线代表成像光束，而带箭头的虚线则代表非成像光束。由图7可知，第一前置镜头右半视场的光束225经过第一前置镜头22聚焦后，经分光棱镜42反射，再经中继镜头50成像在感光芯片61的下半边区域64；第二前置镜头左半视场的光束223经第二前置镜头24聚焦后，穿过分光棱镜42，再经中继镜头50成像在感光芯片61的上半边区域62；因此感光芯片61的上半边区域62和下半边区域64分别对应了第一前置镜头的右半边视场245和第二前置镜头的左半边视场243。而第一前置镜头的左半边视场223和第二前置镜头的右半边视场245的光线，最终从分光棱镜42的下表面出射，不参与最终的成像。

可选地，如图8所示，合光组件可以包括合光反射镜44，该合光反射镜44的一边与第一前置镜头22和第二前置镜头24的焦面的交线重合，合光反射镜44与第一前置镜头22的光轴之间具有第一夹角合光反射镜与第二前置镜头的光轴之间具有第二夹角θ，第一夹角/>与第二夹角θ相同。

如图8所示，与图5(a)和图5(b)不同之处在于，图8中的光学成像装置采用一个45°的反射镜(即如图8所示的合光反射镜44)代替了分光棱镜(如图5(a)和图5(b)所示的分光棱镜42)。其成像原理与图5(a)和图5(b)中的光学成像装置完全相同，在此不再赘述。通过上述实施例，使用45°反射镜(即合光反射镜)的可以实现降低整个光学成像装置的成本的效果。

根据本实施例，还提供了一种摄像机，该摄像机包括任意一个实施例中的光学成像装置。

采用本实施例，该光学成像系统可以通过至少两个前置镜头收集被摄物体的成像光束，并通过合光组件将至少两个前置镜头所收集的被摄物体的成像光束合并到同一个光路中，得到合并光束，该合并光束通过中继镜头后出射至感光器件上，在该感光器件上成被摄物体的像。通过上述实施例，采用包括至少两个前置镜头的多视场的光学成像系统，由于该至少两个前置镜头中的不同镜头可以分别聚焦于不同的深度，从而起到了增加光学成像系统景深的效果，避免了采用缩小前置镜头的光圈的方式来增大景深，所导致的图像变暗和产生较大弥散斑的缺陷，进而解决了单镜头成像景深不够的技术问题，实现了增加成像景深的效果。

上述本实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光学成像装置，其特征在于，包括：

至少两个前置镜头，各个所述镜头分别用于收集被摄物体的成像光束；

合光组件，设置在至少两个所述成像光束的出射光路上，用于将所述至少两个前置镜头收集的所述成像光束合并为合并光束；

中继镜头，设置在所述合并光束的出射光路上，用于接收所述合并光束；

感光器件，设置在所述合并光束的出射光路上，所述合并光束通过所述感光器件成像；

至少两个前置镜头中的不同镜头分别聚焦于不同的深度、且不同镜头的物方处于同一个方向；

所述至少两个前置镜头包括：

第一前置镜头；

第二前置镜头，所述第二前置镜头的光轴与所述第一前置镜头的光轴垂直于交点；

所述合光组件包括分光棱镜，所述分光棱镜的中心点与所述交点重合，所述分光棱镜的第一入射表面与所述第一前置镜头的光轴垂直，所述分光棱镜的第二入射表面与所述第二前置镜头的光轴垂直，所述分光棱镜的分光面经过所述中心点，所述分光面与所述第一入射表面呈第一角度，所述分光面与所述第二入射表面呈第二角度，所述第一角度与所述第二角度相同；

所述分光面包括反射面和透射面，所述分光面上所述反射面和所述透射面的分界线与所述第一前置镜头和所述第二前置镜头的焦面的交线重合。

2.根据权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，

所述中继镜头的光轴与所述第二前置镜头的光轴重合，所述中继镜头的物面与所述第二前置镜头的焦面重合；

所述感光器件包括感光芯片，所述感光芯片的表面与所述中继镜头的像面重合，其中，所述合并光束被所述中继镜头接收后在所述感光芯片的表面成像。

3.根据权利要求2所述的光学成像装置，其特征在于，所述第一前置镜头和所述第二前置镜头的出瞳位置与所述中继镜头的入瞳位置之间的距离小于等于预设距离，其中，所述预设距离基于在所述合并光束被所述中继镜头完全接收的情况下，所述出瞳位置与所述入瞳位置的最远设置距离而确定。

4.根据权利要求2所述的光学成像装置，其特征在于，所述中继镜头的放大倍率在0.01到100的范围内。

5.根据权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，所述合光组件与所述第一前置镜头和第二前置镜头的焦面的距离小于等于预设阈值，其中，所述预设阈值为满足所述焦面和所述感光器件的表面对于所述中继镜头成物像共轭面的最远距离值。

6.根据权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，所述光学成像装置还包括：

折转反射镜，设置在所述至少两个前置镜头中至少一个前置镜头的入射光路上，所述折转反射镜与所述至少一个前置镜头的光轴呈预设角度，所述折转反射镜用于将所述被摄物体的成像光束折转反射至所述至少一个前置镜头中。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的光学成像装置，其特征在于，所述至少两个前置镜头中不同前置镜头的焦距不同。

8.一种摄像机，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的光学成像装置。