CN110568584A - 一种4k高分辨全景环带光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种4K高分辨全景环带光学系统，包括同轴安装的全景环带透镜头部单元、后继透镜组和4K传感器，的全景环带透镜头部单元包括PAL1、PAL2，的后继透镜组包括RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7，的PAL1、PAL2、RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7从物方到像方依次排列，的PAL1、RL3为具有正光焦度的弯月型玻璃透镜，的RL4、RL7为具有负光焦度的弯月型玻璃透镜，的PAL2、RL2、RL5、RL6为具有正光焦度的双凸透镜，RL1为具有负光焦度的双凹透镜；PAL1、RL3、RL4的凸面均朝向物方，凹面朝向像方；RL7凹面朝向物方，凸面朝向像方；且PAL1和PAL2胶合在一起，RL1和RL2胶合在一起，RL6和RL7胶合在一起。该全景环带光学系统能够在有限像面实现大视场清晰成像，实现4K高分辨率静态照片的输出。

Description

一种4K高分辨全景环带光学系统
技术领域
本发明涉及汽车自动驾驶领域，尤其涉及一种4K高分辨全景环带光学系统。
背景技术
全景环带成像系统需要一次性完成将超大视场范围内的物体经过几何变换成像到有限像面的图像传感器上，使其视场范围内的物体只能分配到较少的像素，造成其采集的图像分辨率往往较低，无法得到局部细节的图像。
随着5G时代的到来，信息处理的速度变快，人们对图像质量和清晰度提出越来越高的要求。如果要实现在有限的图像平面内大视场成像，将会导致图像分辨率较低和局部细节成像较差。这就需要设计一款大视场的镜头与高分辨的传感器配合使用来实现以上两方面要求。在图像传感器分辨率较低的过去，研究者往往使用后期图像拼接的方法或者图像处理的方法来同时满足大视场与高分辨的要求。而如今图像传感器技术的飞速发展，使得采用镜头与传感器匹配的方式直接得到高分辨清晰图像成为可能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种4K高分辨全景环带光学系统。可以在不用后期图像拼接或者图像处理的方法来满足全景环带光学系统大视场与高分辨两大要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种4K高分辨全景环带光学系统，其特征在于，包括同轴安装的全景环带透镜头部单元、后继透镜组和4K传感器，所述的全景环带透镜头部单元包括PAL1、PAL2，所述的后继透镜组包括RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7，所述的PAL1、PAL2、RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7从物方到像方依次排列，所述的PAL1、RL3为具有正光焦度的弯月型玻璃透镜，所述的RL4、RL7为具有负光焦度的弯月型玻璃透镜，所述的PAL2、RL2、RL5、RL6为具有正光焦度的双凸透镜，所述RL1为具有负光焦度的双凹透镜；所述PAL1、RL3、RL4的凸面均朝向物方，凹面朝向像方；所述RL7凹面朝向物方，凸面朝向像方；
所述PAL1和PAL2胶合在一起，整体前表面包括前透射面A1和位于前透射面中心的前反射面A6，整体后表面包括后反射面A3和位于后反射面中心的后透射面A8，胶合面为透射面A2；所述RL1和RL2胶合在一起，前表面为透射面B1，后表面为透射面B3，中间透射胶合面为B2；所述RL3为单个透镜，前表面为透射面C1,后表面为透射面C2；所述RL4为单个透镜，前表面为透射面D1，后表面为透射面D2；所述RL5为单个透镜，前表面为透射面E1，后表面为透射面E2；所述RL6和RL7胶合在一起，前表面为透射面F1，后表面为透射面F3，中间透射胶合面为F2；所述传感器前为保护玻璃，其前表面为G1，后表面为像面G2；入射光从环形透射面A1折射入射，经环形反射面A3反射到圆形反射面A6上，再经圆形反射面A6反射后经圆形透射面A8折射后出射，出射的光经后组折射透镜汇聚到4K传感器上。
进一步地，沿着光路经过的各个面的参数具体如下：
面序号 曲率半径 中心厚度 折射率 阿贝数 有效半口径
A1 47～49 22.50 1.70～1.75 50～51 37～38
A2 160～163 15.00 1.75～1.80 51～52 37～38
A3 -22～-21 -15.00 1.00 0 15～16
A4 160～163 -22.50 1.70～1.75 50～51 12～13
A5 47～49 0.81 1.70～1.75 50～51 7～8
A6 -126～-125 21.50 1.00 0 7～8
A7 160～163 15.00 1.75～1.80 51～52 4～5
A8 -22～-21 3.00 3～4
B1 -14～-13 2.10 1.80～1.90 39～40 4～5
B2 19～20 4.88 1.65～1.70 55～56 5～6
B3 -17～-16 2.10 6～7
C1 19～20 4.80 1.60～1.70 42～43 7.70
C2 43～44 5.00 7～8
D1 543～544 2.50 1.80～1.90 42～43 8～9
D2 19～20 2.10 8～9
E1 22～23 7.90 1.50～1.60 68～69 10～11
E2 -34～-33 2.10 10～11
F1 31～32 10.70 1.50～1.60 68～69 10～11
F2 -13～-12 4.10 1.70～1.80 47～48 9～10
F3 -144～-143 17.00 9～10
G1 无穷大 0.80 1.50～1.60 64～65 7～8
G2 无穷大 - 7～8
其中，A1与A5为同一面，A2与A4和A7为同一面。
本发明的有益效果如下：
本发明的全景环带光学系统的视场角能够达到(30°～100°)×360°，可见光分辨率达到2430万像素，像质良好，图像高分辨率显示，完全满足4K高清的要求。
附图说明
图1为本发明的4K高分辨全景环带光学系统光学结构图；
图2为本发明的4K高分辨全景环带光学系统中沿着光路方向各个表面的标记图；
图3是本发明在可见光486-656nm下的MTF曲线图；
图4是本发明在可见光486-656nm下的标准点列图；
图5是本发明在可见光486-656nm下的场曲畸变图；
图6是本发明在可见光486-656nm下的光程差图；
图7是本发明在可见光486-656nm下的倍率色差图；
图8是本发明在可见光486-656nm下的相对照度曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明4K高分辨全景环带光学系统的光学结构图，其包括同轴安装的全景环带透镜头部单元、后继透镜组和4K传感器，所述高分辨全景环带光学系统具体包括：从物方到像方依次排列的光学透镜为：PAL1、PAL2、RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7；所述PAL1、RL3为具有正光焦度的弯月型玻璃透镜，所述RL4、RL7为具有负光焦度的弯月型玻璃透镜，所述PAL2、RL2、RL5、RL6为具有正光焦度的双凸透镜，所述RL1为具有负光焦度的双凹透镜；所述PAL1、RL3、RL4的凸面均朝向物方，凹面朝向像方；所述RL7凹面朝向物方，凸面朝向像方。
如图2所示，为本发明的4K高分辨全景环带光学系统中沿着光路方向各个表面的标记图；其中，PAL1和PAL2胶合在一起，整体前表面包括前透射面A1和位于前透射面中心的前反射面A6，整体后表面包括后反射面A3和位于后反射面中心的后透射面A8，胶合面为透射面A2；RL1和RL2胶合在一起，前表面为透射面B1，后表面为透射面B3，中间透射胶合面为B2；RL3为单个透镜，前表面为透射面C1,后表面为透射面C2；RL4为单个透镜，前表面为透射面D1，后表面为透射面D2；RL5为单个透镜，前表面为透射面E1，后表面为透射面E2；RL6和RL7胶合在一起，前表面为透射面F1，后表面为透射面F3，中间透射胶合面为F2；传感器前为保护玻璃，其前表面为G1，后表面为像面G2；入射光从环形透射面A1折射入射，经环形反射面A3反射到圆形反射面A6上，再经圆形反射面A6反射后经圆形透射面A8折射后出射，出射的光经后组折射透镜汇聚到传感器上。
成像系统使用时光轴垂直于地面放置，全景环带成像单元将绕光轴360°范围之内、水平线30°～100°范围内的物体发出的光线投影到传感器成像面上，成像面呈环形，中心存在圆形盲区。
图3至图8为本发明应用于实施案例的光学性能曲线图，取5个视场，分别为30°、50°、70°、85°、100°，其中：
图3为本发明可见光486nm-656nm下的MTF曲线图。MTF曲线图代表了一个光学系统的综合解像水平，由图2可知，130lp/mm处全视场MTF值≥0.5，接近衍射极限，成像清晰，满足4K的要求。此外，该光学系统在各个波长下的MTF表现也非常好。
图4为本发明可见光486nm-656nm下的点列图，其中波长取F光(486nm)、d光(588nm)及C光(656nm)三个波长，权重比为1:1:1。由图3可知，五个视场对应的RMS半径分别为1.319μm，1.317μm，1.479μm，1.505μm，3.132μm，均小于单个像元大小3.9μm，故可实现清晰成像。
图5为本发明可见光486nm-656nm下的场曲和畸变曲线图。畸变曲线图表示不同视场情况下的F-Theta畸变大小值，单位为％。由图4可见，F-Theta畸变绝对值≤1％。
图6为本发明可见光486nm-656nm下的光程差图，该图表示了成像的波前相位误差。由图5可见，各个视场下的光程差≤±1waves。
图7为本发明可见光486nm-656nm下的倍率色差曲线图，通过该图可以看出各个波长的倍率色差曲线都在艾里斑以内，说明色差矫正良好。
图8为本发明可见光486nm-656nm下的相对照度曲线图。由图7可知，曲线下降平滑，最大视场下的相对照度值＞0.9，成像画面明亮，照度均匀。
在本发明实施案例中，该光学系统的整体焦距值为EFL,视场角为FOV。
本发明的优选参数值(表一)：
EFL＝-4.47,FOV＝(30°～100°)×360°，像面尺寸为23.4mm×15.6mm，感光成像芯片为SONY的Exmor APS HD CMOS，单位：mm。
表一
表中，A1与A5为同一面，A2与A4和A7为同一面，表中面的顺序按照光线追迹的顺序排列。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种4K高分辨全景环带光学系统，其特征在于，包括同轴安装的全景环带透镜头部单元、后继透镜组和4K传感器，所述的全景环带透镜头部单元包括PAL1、PAL2，所述的后继透镜组包括RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7，所述的PAL1、PAL2、RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7从物方到像方依次排列，所述的PAL1、RL3为具有正光焦度的弯月型玻璃透镜，所述的RL4、RL7为具有负光焦度的弯月型玻璃透镜，所述的PAL2、RL2、RL5、RL6为具有正光焦度的双凸透镜，所述RL1为具有负光焦度的双凹透镜；所述PAL1、RL3、RL4的凸面均朝向物方，凹面朝向像方；所述RL7凹面朝向物方，凸面朝向像方。
所述PAL1和PAL2胶合在一起，整体前表面包括前透射面A1和位于前透射面中心的前反射面A6，整体后表面包括后反射面A3和位于后反射面中心的后透射面A8，胶合面为透射面A2；所述RL1和RL2胶合在一起，前表面为透射面B1，后表面为透射面B3，中间透射胶合面为B2；所述RL3为单个透镜，前表面为透射面C1,后表面为透射面C2；所述RL4为单个透镜，前表面为透射面D1，后表面为透射面D2；所述RL5为单个透镜，前表面为透射面E1，后表面为透射面E2；所述RL6和RL7胶合在一起，前表面为透射面F1，后表面为透射面F3，中间透射胶合面为F2；所述传感器前为保护玻璃，其前表面为G1，后表面为像面G2；入射光从环形透射面A1折射入射，经环形反射面A3反射到圆形反射面A6上，再经圆形反射面A6反射后经圆形透射面A8折射后出射，出射的光经后组折射透镜汇聚到4K传感器上。
2.根据权利要求1所述的4K高分辨全景环带光学系统，其特征在于，沿着光路经过的各个面的参数具体如下：
其中，A1与A5为同一面，A2与A4和A7为同一面。
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