CN111758060A - 光学系统，以及成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种光学系统，包括两个光学系统，每个光学系统包括至少两个反射镜和一个光阑。每个光学系统配置为聚焦光。至少两个反射镜中的每一个配置为反射光。

Description

光学系统，以及成像设备
技术领域
本公开的实施例涉及成像光学系统，结合了成像光学系统的成像系统，以及结合了成像系统的成像设备。
背景技术
已知全天球成像系统包括两个成像系统，每个成像系统均使用具有180度以上的广角的广角透镜和捕获由该广角透镜形成的图像的图像传感器构成相同的构造(JP2014-056048-A和JP-6019970-B)。这种全天球成像系统配置为通过合成由两个图像传感器捕获的图像生成4π弧度立体角内的图像。
引文列表
专利文献
【专利文献1】日本专利申请公开No.2014-056048-A
【专利文献2】日本专利No.6019970-B
发明内容
技术问题
需要这样的全天球成像系统，以减小与通过校准结合在一起的两个图像的重叠区域相对应的视差，同时使系统更紧凑(即，更薄)。为了满足该需求，全天球成像系统(JP2014-056048-A和JP-6019970-B)在两个成像光学系统中，配备有棱镜(反射面)，以便减小两个成像光学系统的相对最靠近物体侧的透镜的最大视角光线的入射位置之间的距离(最大视角点之间的距离)。
可以想象，以往的全天球成像系统可以配备较大的图像传感器以获得更高质量的图像。然而，该构造不利地增大了两个成像光学系统的相对最靠近物体侧的透镜的最大视角光线的入射位置之间的距离，从而获得足以布置这种图像传感器的空间。结果，成像系统尺寸增大(厚度增加)，并且视差也增大，这导致图像质量劣化。即，由于图像传感器的尺寸的限制，以往的全天球成像系统不能减小相对最靠近物体侧的透镜的最大视角光线的入射位置之间的距离，即视差。此外，随着图像传感器的尺寸增加，位于图像传感器的前面(在物体侧)的透镜尺寸增大，并且光路长度也增加，导致整个成像系统的尺寸增加。
因此，难以提供一种紧凑的成像光学系统，该紧凑的成像光学系统实现图像传感器的尺寸的增大和成像系统和成像设备的尺寸的减小(变薄的纤细化)，同时减小了相对最靠近物体侧的透镜的最大视角光线的入射位置之间的距离(即视差)，以获得高质量的图像。
解决问题的方案
有鉴于此，提供一种光学系统，其包括两个光学系统，每个光学系统至少包括两个反射镜和一个光阑。所述每个光学系统配置为聚焦光。所述至少两个反射镜中的每一个配置为反射所述光。
此外，还提供一种成像设备，包括：两个光学系统，两个图像传感器，以及装有所述两个光学系统和所述两个图像传感器的外壳。所述每个光学系统至少包括两个反射镜和一个光阑。所述每个光学系统配置为聚焦光。所述至少两个反射镜中的每一个配置为反射所述光。所述每个光学系统配置为在所述两个图像传感器的相应的图像传感器上形成图像。
本发明的效果
利用以上配置，紧凑的成像光学系统在减小相对最靠近物体侧的透镜的最大视角光线的入射位置之间的距离、即视差的同时，实现图像传感器的尺寸的增大和成像系统及成像设备的尺寸的减小(即，薄型化)，可以获得高质量的图像。此外，可以提供结合有这种成像光学系统的成像系统和结合该成像光学系统的成像设备。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，将更好地理解本公开的上述和其他方面的特征和优点。附图旨在描绘本公开的实施例，不应解释为限制其范围。除非明确指出，否则附图不应视为按比例绘制。
图1是从左侧看本公开的第一实施例的成像系统的图示。
图2是根据图1的第一实施例的成像系统的后视图。
图3是图1中的成像系统的俯视图。
图4是广角透镜系统和图像传感器的分解图。
图5是根据本公开的第二实施例的成像系统的广角透镜系统和图像传感器的透视图。
图6是根据本公开的第三实施例的成像系统的广角透镜系统和图像传感器的透视图。
图7是根据本公开的第四实施例的成像系统的广角透镜系统和图像传感器的透视图。
图8是用于说明图2中的实施例的变型的示图，在该实施例中，使用反射镜代替第三棱镜。
图9A和图9B(图9)分别是根据本公开实施例的成像系统的正视图和后视图。
图10A和图10B(图10)分别是根据本公开实施例的成像系统的右侧视图和左侧视图。
图11A和图11B(图11)分别是根据本公开实施例的成像系统的俯视图和仰视图。
图12A和图12B(图12)是将成像单元组装在壳体状态的相对位置的图示。
图13是沿着图9A中的线XIII-XIII截取的截面图。
图14是沿着图9A中的线XIV-XIV截取的截面图。
图15是沿着图9A的线XV-XV截取的截面图。
图16是根据本实施例的一实施例的成像系统的硬件配置的框图。
图17是根据本公开的实施例的广角透镜系统的透镜数据表。
图18是根据本公开的实施例的广角透镜系统的非球面数据表。
具体实施方式
第一实施例
参照图1至图4，详细描述根据第一实施例的成像系统1。如图3所示，前后方向与前组AF或BF的第一透镜和第三透镜之间的光轴的前透镜的光轴平行。左右方向垂直于前后方向垂直。如图2所示，上下方向平行于壳体10的顶部和底部之间的虚拟线。
成像系统1包括两个广角透镜系统(鱼眼透镜系统，光学系统，成像光学系统)A和B，两个图像传感器AI和BI，以及壳体10。两个广角透镜系统A和B分别面对互相不同的方向。图像传感器AI和BI中的每一个形成由相应的广角透镜系统A和B捕获的图像。壳体10容纳两个广角透镜系统A和B以及图像传感器AI和BI。在图1至图3中，壳体10示意性地用虚线(双点划线)绘制。广角透镜系统A和B可以具有相同的规格，并且图像传感器AI和BI也可以具有相同的规格。广角透镜系统A和B中的每一个具有大于180度的视角。成像系统1可以配置为全天球成像系统，该全天球成像系统合成由图像传感器AI和BI形成的两个图像，以获得具有4π弧度的立体角图像。
广角透镜系统从物体侧朝着像侧依次排列负前组AF、第一棱镜(第一反射镜)AP1、光阑AS、第二棱镜(第二反射镜)AP2、正后组AR和第三棱镜(第三反射镜)AP3。负前组AF能够捕获180度或更大的广角光线，正后组AR能够校正由透镜系统A形成的图像的像差。光阑AS表示在图4的展开图中。
负前组AF使从前侧(如图1所示的前组AF侧)入射到前组AF的物体光束发散，同时使发散光束向后传播(到如图1所示的前组BF侧)。第一棱镜AP1将通过负前组AF并且入射到该棱镜AP1的光束向左反射90度。光阑AS设定由第一棱镜AP1反射的光束的透射量。第二棱镜AP2将其透射量已经由光阑AS设定的光束向下方90度反射。正后组AR会聚由第二棱镜AP2反射的光束，同时使会聚光束向下传播。第三棱镜AP3将已经通过正后组AR的并入射到第三棱镜AP3的光束向右方90度反射，并且反射的光束在图像传感器AI的成像平面上形成图像。第三棱镜AP3具有向图像传感器AI的成像平面突出的凸面AP3X(射出面)。负前组AF和正后组AR中的每一个(在图1至图3中)包括多个透镜，如图4所示。
广角透镜系统B从物体侧朝着像侧依次排列负前组BF、第一棱镜(第一反射镜)BP1、光阑BS、第二棱镜(第二反射镜)BP2、正后组BR和第三棱镜(第三反射镜)BP3。负前组BF能够捕获180度或更大的广角光线，正后组BR能够校正由透镜系统B形成的图像的像差。
负前组BF使从后侧(如图1所示的前组BF侧)入射到前组BF的物体光束发散，同时使发散光束向前传播(到如图1所示的AF侧)。第一棱镜BP1将通过负前组BF并且入射到该棱镜BP1的光束向右反射(如图2所示)90度。光阑BS设定由第一棱镜BP1反射的光束的透射量。第二棱镜BP2将其透射量已经由光阑BS设定的光束向下方90度反射。正后组BR会聚由第二棱镜BP2反射的光束，同时使会聚光束向下传播。第三棱镜BP3将已经通过正后组BR的并入射到第三棱镜BP3的光束向左方90度反射，并且反射的光束在图像传感器BI的成像平面上形成图像。第三棱镜BP3具有向图像传感器BI的成像平面突出的凸表面BP3X(射出面)。负前组BF和正后组BR中的每一个(在图1至图3中)包括多个透镜，如图4所示。
在广角透镜系统A中，图像传感器AI的成像平面向左。在广角透镜系统B中，图像传感器BI的成像平面向右。图像传感器AI的成像平面的相反侧的平面与图像传感器BI的成像平面的相反侧的平面相对。
图4是各个广角透镜系统A和B以及图像传感器AI和BI的分解图。在图4中，与第一棱镜AP1至第三棱镜AP3以及第一棱镜BP1至第三棱镜BP3的反射方向无关。即，广角透镜系统A和图像传感器AI的构造与广角透镜系统B和图像传感器BI的构造相同。
在图17的透镜数据中，f表示整个成像系统1的焦距，fNO表示F数，w表示视角。表面编号从物体侧朝着像侧依次为1至28，表示为例如透镜面、棱镜的射入面/射出面、以及图像传感器的成像平面。
符号“R”表示各个面的曲率半径(非球面时是近轴曲率半径)，符号“D”表示面之间的间隔，符号“Nd”表示相对于d线的折射率，符号“νd”表示相对于d线的阿贝数。到物体的距离为无限远。具有长度尺寸的量的单位是“mm”。
图17是透镜数据表。
上述的透镜数据中附上标记“*”的面表示非球面。非球面由以下公式定义:
X＝{CH2/[1+√(1-(1+K)C2H2)}]+A4·H4+A6·H6+A8·H8+A10·H10+A12·H12+A14·H14+A16·H16
其中，符号“C”表示近轴曲率半径(近轴曲率)的倒数，符号“H”表示距光轴的高度，符号“K”表示非球面的圆锥常数，符号“A1”表示第i级次数的非球面系数，符号“X”表示光轴方向上的非球面量。
给出近轴曲率半径R、圆锥常数K、以及非球面系数A1至A16以限定透镜的形状。
图18是根据本公开的实施例的广角透镜系统的非球面数据的表。
在图18的非球面数据中，“E-a”意思是“×10-a”。还有，“4th～16th”意思是“A4～A16”。
负前组AF、BF中的每一个从物体侧向着图像侧依次排列：凸面朝着物体侧的负凹凸透镜L1、凸面朝着物体侧的负凹凸透镜L2和双凹负透镜L3。负凹凸透镜L2两面为非球面。双凹负透镜L3两面为非球面。
正后组AR、BR中的每一个从物体侧向着图像侧依次排列：双凸正透镜L4、凸面朝着物体侧的正凹凸透镜L5、双凸正透镜L6、双凹负透镜L7、双凸正透镜L8、双凹负透镜L9和双凸正透镜L10。双凸正透镜L4两面为非球面。正凹凸透镜L5两面为非球面。双凸正透镜L10像侧的面为非球面。双凸正透镜L6和双凹负透镜L7相接合。双凸正透镜L8和双凹负透镜L9相接合。
上述说明中的负前组AF、BF和正后组AR、BR的构成只是一个例子，负前组AF、BF和正后组AR、BR的构成可以有各种设计变化。还有，前组AF、BF可以不是负功率(negativepower)而是正功率(positive power)，则后组AR、BR不是正功率而是负功率。
在如上所述配置的成像系统1中，广角透镜系A的负前组AF和广角透镜系B的负前组BF沿前后方向面向相反的方向布置,即，在广角透镜系统A和广角透镜系统B之间共有光轴。通过第一棱镜AP1与第二棱镜AP2各弯折90度在上下方向上延伸的正后组AR和通过第一棱镜BP1与第二棱镜BP2各弯折90度在上下方向上延伸的正后组BR，在左右方向上有间隔配置，且相互平行。在通过第3棱镜AP3向右弯折90度的地方设置的图像传感器AI和在通过第3棱镜BP3向左弯折90度的地方设置的图像传感器BI，配置成双方的成像面朝着左右方向。换句话说，与图像传感器AI和BI的成像面相反侧的面面向相反的方向。当将成像系统1搭载到壳体10上，那么广角透镜系A的负前组AF的物体侧的透镜从壳体10的前方突出(露出)，广角透镜系B的负前组BF的物体侧的透镜从壳体10的后方突出(露出)，其他结构要素收纳在壳体10的内部。
也就是说，广角透镜系统A和B包括前组AF和BF，其分别在壳体10的上方沿着壳体10的前后方向相对配置。再有，广角透镜系统A和B包括后组AR和BR，其分别从壳体10的上方向下平行延伸。如上所述，广角透镜系统A和B分别包括第一棱镜AP1和BP1(第一反射镜)，第二棱镜AP2和BP2(第二反射镜)以及第三棱镜AP3和BP3(第三反射镜)。在壳体10的上部，第一棱镜AP1和BP1中的每个将通过(对应的)前组AF/BF的(物体)的(反射)光束的行进方向变更为左右方向的右或左。在壳体10的上部，第二棱镜AP2和BP2中的每个将通过(对应的)第一棱镜AP1/BP1(第一反射镜)的反射光束的行进方向变更为沿上下方向的朝上或朝下。此外，在壳体10的下部，第三棱镜AP3和BP3(第三反射镜)中的每个将通过(对应的)后组AR/BR的(反射)光束的行进方向变更为沿左右方向的右或向。利用该配置，可以以更好的布局效率将成像光学系统A和B或成像系统1布置在壳体10中，实现设备尺寸的减小。
两个广角透镜系统A和B和/或图像传感器AI和BI限定了相对的透镜(例如，最靠近物体侧的透镜)之间的平面以及相对的透镜之间的空间。
例如，相对透镜之间的平面是正交于广角透镜系统A的负前组AF和广角透镜系统B的负前组BF之间的共有光轴的(虚拟)平面，和/或包含广角透镜系统A的正后组AR的光轴和广角透镜系统B的正后组BR的光轴双方的(虚拟)平面。在本公开的实施例中，包括左右方向和上下方向中的每个的虚拟平面对应于相对的透镜之间的平面。例如，图2的纸面对应于相对的透镜之间的平面。
将相对的透镜之间的空间定义为在包含广角透镜系A的负前组AF的最靠近物体侧的面的光轴正交平面，和包含广角透镜系B的负前组BF的最靠近物体侧的面的光轴正交平面之间形成的空间。相对透镜之间的空间如图1所示。
广角透镜系统A的第一棱镜AP1至第三棱镜AP3和广角透镜系统B的第一棱镜BP1至第三棱镜BP3设置在相对的透镜之间的平面内和/或相对的透镜相对的透镜之间的空间内。在相对的透镜之间的平面和/或相对的透镜之间的空间内，使用棱镜AP1至AP3，行进到图像传感器AI的光线的光路发生三次变化(行进到图像传感器AI的光线被反射，进行至少两次重定向)。在相对的透镜之间的平面和/或相对的透镜之间的空间内，使用棱镜BP1至BP3，行进到图像传感器BI的光线的光路发生三次变化(行进到图像传感器BI的光线被反射，至少两次)。更具体地说，广角透镜系统A的第一棱镜AP1至第二棱镜AP2在负前组AF和正后组AR之间两次反射(变更方向)来自物体的光。此外，广角透镜系统B的第一棱镜BP1至第二棱镜BP2在负前组BF和正后组BR之间两次反射(变更方向)来自物体的光。广角透镜系统A的第三棱镜AP3在正后组AR和图像传感器AI之间一次反射(变更光路)来自物体的光。广角透镜系统B的第三棱镜BP3在正后组BR和图像传感器BI之间一次反射(变更光路)来自物体的光。
通过这样的构造，在由二个广角透镜系A、B和/或二个图像传感器AI、BI限定的相对透镜之间的平面内和/或相对透镜之间的空间内，通过使光路多次且不同方向弯折，结果，可以增加每个广角透镜系统A和B的光路长度。此外，这种构造可以缩小对于广角透镜系A的最靠近物体侧的透镜(负前组AF的最前方侧的透镜)和广角透镜系B的最靠近物体侧的透镜(负前组BF的最前方侧的透镜)的最大视角光线的射入位置之间的距离(最大视角之间的距离)(图1中显示了最大视角之间的距离)。结果，可以增大图像传感器AI和BI的尺寸，并且可以减小成像系统1的尺寸。此外，通过校准使贴合的二个图像的重叠部分的视差减少，可以得到高品质的图像。
在两个广角透镜系统A和B中，最靠近物体侧的两个透镜L1设置为互相面对不同的方向。更具体地说，在广角透镜系统A中最靠近物体侧的透镜L1接收沿着前后方向从前方向后方传播的光，而在广角透镜系统B中最靠近物体侧的透镜L1接收沿着前后方向从后方向前方传播的光。
广角透镜系统A的第一棱镜AP1至第三棱镜AP3(反射镜)，在与包含广角透镜系统A的最靠近物体侧的透镜L1的面的光轴正交的平面之间的空间内，配置为变更方向(光路)，使其向图像传感器AI行进。广角透镜系统B的第一棱镜BP1至第三棱镜BP3(反射镜)，在与包含广角透镜系统B的最靠近物体侧的透镜L1的面的光轴正交的平面之间的空间内，配置为变更方向(光路)，使其向图像传感器BI行进。换句话说，每个反射镜(AP1，AP2，AP3，BP1，BP2和BP3)配置为在与最靠近物体侧的透镜L1的光轴正交的各平面之间的空间内，反射向相应图像传感器(AI或BI)传播的光。
广角透镜系统A的第一棱镜AP1和广角透镜系统B的第一棱镜BP1配置为在互相不同的方向上变更光线的光路(方向)。更具体地说，广角透镜系统A的第一棱镜AP1向左变更从广角透镜系统A的前方向后方传播的光线的光路(其是由第一棱镜AP1反射的光的光路)。广角透镜系统B的第一棱镜BP1向右变更从广角透镜系统B的后方向前方传播的光线的光路(其是由第一棱镜BP1反射的光的光路)。
广角透镜系统A和B的第二棱镜AP2和BP2配置为分别将光路向相同方向变更。更具体地说，广角透镜系统A的第二棱镜AP2将从右向左行进的光线的光路(其是由第二棱镜AP2反射的光的光路)变更成从上向下。广角透镜系统B的第二棱镜BP2将从左向右行进的光线的光路(其是由第二棱镜BP2反射的光的光路)变更成从上向下。
广角透镜系统A的第一棱镜AP1和广角透镜系统B的第一棱镜BP1是在光学上互相等效的透明构件，并且第一棱镜AP1和第一棱镜BP1均具有反射平面(反射镜)。第一棱镜AP1和第一棱镜BP1设置为使得第一棱镜AP1和第一棱镜BP1的各自的反射面互相相对。在这种情况下，第一棱镜AP1和第一棱镜BP1的各自的反射平面可以不互相平行。此外，优选当从垂直于一反射平面的方向观察时，第一棱镜AP1和第一棱镜BP1的各个反射平面中的任一个至少与其他反射平面部分重叠。此时，可以在反射平面之间设置反射层。反射层可以形成在每个反射平面上，或者可以在反射平面之间是公共的。在本实施例中，反射平面互相分离，互相面对。然而，在一些实施例中，反射平面可以互相接触或者可以通过粘合剂互相结合。当在每个反射平面上形成反射层时，反射平面可以互相接触或可以通过粘合剂互相粘结从而互相面对。替代地，反射层可以互相分离，互相面对。所述“反射平面(或反射层可以是)互相分离”是指反射平面或反射层互相相对(互相面对)而不互相接触。如上所述，广角透镜系统A的第一棱镜AP1和广角透镜系统B的第一棱镜BP1设置为使得各自的反射面或反射层互相相对。这种构造可以减小在入射到广角透镜系统A和B的光的光轴方向上的广角镜A和B的宽度。
光阑AS设置在广角透镜系统A的第一棱镜AP1和第二棱镜AP2之间。光阑BS设置在广角透镜系统B的第一棱镜BP1和第二棱镜BP2之间。第一棱镜AP1和第二棱镜AP2位于接近设置光量的光阑AS的位置。此外，第一棱镜BP1和第二棱镜BP2位于接近设置光量的光阑BS的位置。通过这样的布置，使用小的直角棱镜，从而可以减小广角透镜系统A和广角透镜系统B之间的距离。此外，这种布置提供了对称配置，其中第一棱镜AP1和第二棱镜AP2分别位于光阑AS的前侧和后侧，负前组AF位于第一棱镜AP1的前侧，正后组AR位于第二棱镜AP2的后侧。此外，可以实现以光阑AS为中心，在其两侧有第一棱镜AP1和第二棱镜AP2，在其两侧还有负前组AF和正后组AR的对称结构，以及以光阑BS为中心，在其两侧有第一棱镜BP1和第二棱镜BP2，在其两侧还有负前组BF和正后组BR的对称结构。
光阑AS、BS可以采用通过光阑的开口变化能够设定透射光量的可变开口光阑。或者，取代可变开口光阑AS、BS，可以采用通过光阑的开口固定预先设定透射光量的固定开口光阑。这里，设定光量是指根据光阑的开口的大小决定透射光量。当由固定开口光阑设定透射光量的时候，采用光阑的开口大小被预先设定，其开口大小被固定的固定开口光阑，因此，透射光量是恒定的。当由可变开口光阑设定透射光量的时候，包含手动光量设定和自动光量设定，手动光量设定通过用户的手动操作改变开口的大小来设定每次拍摄的透射光量，自动光量设定通过根据图像传感器的输出改变开口来设定每次拍摄的透射光量。在本实施例中，说明的是光阑AS、BS的位置在第一棱镜AP1、BP1和第二棱镜AP2、BP2之间时的例子，但也可以在第一棱镜AP1、BP1之前、第二棱镜AP2、BP2之后，或者第三棱镜AP3、BP3前后。还有，光圈AS、BS不一定要在棱镜的正前方、正后方，也可以在棱镜的附近，达到上述效果的情况即使在后组的透镜之间(例如后组的L4和L5之间等)也是可以的。还有，在本实施例中，以光阑的数量在广角透镜系A、B中为1个情况进行说明，但也可以1个广角透镜系中有多个。还可以例如在第一棱镜AP1、BP1和第二棱镜AP2、BP2之间有第一光阑，在第三棱镜AP3、BP3后面有第二光阑。
下面说明根据本公开的实施例的使用可变开口光阑AS和BS的自动光量设定，作为使用光阑的光量设定的示例。根据图像传感器AI和图像传感器BI的输出，设定可变开口光阑AS和可变开口光阑BS的开口大小。例如，在将搭载了成像系统1的成像装置放在屋外使用的时候，太阳光只在广角透镜系统A、B的一方大量射入，结果会使广角透镜系统A、B上形成的亮度(曝光状态)有很大差异。这种状态下，如果将图像传感器AI和图像传感器BI形成的图像合成，会形成带有亮的部分和暗的部分的边界的不自然的全天球图像。因此，当太阳光只在广角透镜系统A、B的一方大量射入的时候，通过将这方的广角透镜系统的可变开口光阑调节(设定)得比另一方的广角透镜系统的可变开口光阑小，使广角透镜系统A、B上形成的亮度(曝光状态)均一，可以得到没有亮的部分和暗的部分的边界存在的自然的全天球图像。
广角透镜系统A的第三棱镜AP3具有朝着图像传感器AI突出的凸面(非球面)AP3X。广角透镜系统B的第三棱镜BP3具有朝着图像传感器BI突出的凸面(非球面)BP3X。由于广角透镜系统A、B焦距短，当将广角透镜系统A、B的最靠近图像侧的最后的面弯曲时，即使焦距短也会产生后焦距长的情况。为了避免这种情况，设计凸面AP3X和凸面BP3X来改变射出位置。凸面AP3X和凸面BP3X可以是对棱镜AP3、BP3的射出面进行加工形成凸面，也可以将除棱镜AP3、BP3的射出面之外另外加工的凸面的透镜粘贴到棱镜AP3、BP3的射出面上，形成一体化。或者，可以在棱镜AP3、BP3之后配置独立的凸面透镜。
第二实施例
图5是根据本公开的第二实施例的成像系统1的广角透镜系统A和B以及图像传感器AI和BI的透视图。图5也是一组广角透镜系统A/B和图像传感器AI/BI的示意图，其中最靠近物体侧的各透镜向着不同的方向。
在第二实施例中，广角透镜系统A的第三棱镜AP3的反射光束的方向与第一实施例中的广角透镜系统A的第三棱镜AP3的反射光束的方向不同。此外，在第二实施例中，广角透镜系统B的第三棱镜BP3的反射光束的方向与第一实施例中的广角透镜系统B的第三棱镜BP3的反射光束的方向不同。具体地说，广角透镜系统A的第三棱镜AP将通过正后组AR入射到第三棱镜AP的光束向后方作90度反射。广角透镜系统B的第三棱镜BP将通过正后组BR入射到第三棱镜BP的光束向前方作90度反射。利用这种配置，图像传感器AI和BI位于最大视角点之间的距离内，使得图像传感器AI和BI的成像平面沿着成像系统1的厚度方向(从前到后方向)面对互相相反的方向。这样，可以进一步减小最大视角点之间的距离。
第三实施例
图6是根据本公开的第三实施例的成像系统1的广角透镜系统A和B以及图像传感器AI和BI的透视图。图6也是一组广角透镜系统A/B和图像传感器AI/BI的示意图，其中最靠近物体侧的各透镜向着不同的方向。
在第三实施例中，广角透镜系统A的第三棱镜AP3的反射光束的方向与第一和第二实施例中的广角透镜系统A的第三棱镜AP3的反射光束的方向不同。此外，在第三实施例中，广角透镜系统B的第三棱镜BP3的反射光束的方向与第一和第二实施例中的广角透镜系统B的第三棱镜BP3的反射光束的方向不同。具体地说，广角透镜系统A的第三棱镜AP将通过正后组AR入射到第三棱镜AP的光束向前方作90度反射。广角透镜系统B的第三棱镜BP将通过正后组BR入射到第三棱镜BP的光束向后方作90度反射。利用这种配置，图像传感器AI和BI位于最大视角点之间的距离内，使得图像传感器AI和BI的成像平面沿着成像系统1的厚度方向(从前到后方向)面对互相相反的方向。这样，可以进一步减小最大视角点之间的距离。
第四实施例
图7是根据本公开的第四实施例的成像系统1的广角透镜系统A和B以及图像传感器AI和BI的透视图。图7也是两组广角透镜系统和图像传感器中的一组的示意图，其中最靠近物侧的各透镜向着不同的方向。
在第四实施例中，第三棱镜AP3和BP3不包括在广角透镜系统A和B中，将从正后组AR和BR入射的来自物体的光束直接引导至图像传感器AI和BI。由于从广角透镜系统A和B中去除了第三棱镜AP3和BP3，根据第四实施例的配置，实现了部件数量的减少和成本的降低。在没有第三棱镜AP3和BP3的情况下，广角透镜系统A的第一棱镜AP1至第二棱镜AP2和广角透镜系统B的第一棱镜BP1至第二棱镜BP2在上述相对透镜之间的平面和/或相对透镜之间的空间内，将光束反射(变更光束的方向)。因此，在减小最大视角点之间的距离(减小视差)的同时，可以实现图像传感器AI和BI的尺寸的增大以及成像系统1的尺寸的减小(缩小)，从而获得高质量的图像。
变形例
在上述第一至第四实施例中，广角透镜系统A的第一棱镜AP1至第二棱镜AP2在负前组AF与正后组AR之间将来自物体的光束反射两次(变更其方向(光路))。此外，广角透镜系统B的第一棱镜BP1至第二棱镜BP2在负前组BF和正后组BR之间将来自物体的光束反射两次(变更其方向(光路))。在第一至第三实施例中，广角透镜系统A的第三棱镜AP3在正后组AR和图像传感器AI之间将来自物体的光束反射一次(变更其方向(光路))。广角透镜系统B的第三棱镜BP3在正后组BR和图像传感器BI之间将来自物体的光束反射一次(变更其方向(光路))。
然而，广角透镜系统A和B可以包括至少两个反射镜，例如棱镜，以变更通向图像传感器AI和BI的光路(向图像传感器AI和BI传播的光线的方向)。例如，在一些实施例中，一个反射镜(例如，一个棱镜)布置在负前组AF/BF和正后组AR/BR之间，而另一反射镜(例如，另一个棱镜)布置在正后组AR/BR和图像传感器AI/BI之间。
在上述第一至第四实施例中，描述了成像系统1配备有两个广角透镜系统A和B的情况。然而，本发明并不受此局限。可替代地，成像系统1可以设置有三个或更多个广角透镜系统。在这种情况下，可以在成像系统1上安装与广角透镜系统数量相同的图像传感器。三个或更多个广角透镜系统中的至少两个广角透镜系统中的每一个可以包括：至少两个反射镜以变更通向相应的两个图像传感器的两个光路。
在上述第一至第四实施例中，描述了采用棱镜作为反射镜的例示。然而，本发明并不受此局限。反射镜的示例可以包括反射镜和其他构成要素。图8是用于说明实施例的变形例的示图，其中在图2的成像系统1中使用反射镜AM/BM代替第三棱镜AP3/BP3。
在上述第一至第四实施例中，描述了两个广角透镜系统A和B互相对称布置并且图像传感器AI和BI互相对称布置的情况。然而，在一些实施例中，两个广角透镜系统A和B可以不互相对称地布置，并且图像传感器AI和BI可以不互相对称地布置。
参照图9A、图9B～图16，描述将根据本公开实施例的成像系统1适用于全天球型成像系统的整体配置。
如图9A、9B、10A、10B、11A、11B所示，成像系统1包括壳体10，成像系统1的各构成要素组装在壳体10中，由壳体10保持(容纳)。壳体10左右方向短，上下方向长，在前后方向具有预定厚度，具有圆形顶部的轮廓。壳体10包括后侧金属壳体20和前侧金属壳体30。后侧金属壳体20和前侧金属壳体30由具有比后侧树脂壳体70、前侧树脂壳体80、以及连接树脂壳体90相对高刚性的金属材料(例如，镁合金)制成。后侧金属壳体20和前侧金属壳体30设为一体成形品。
后侧金属壳体20和前侧金属壳体30由左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50、以及底面连接壳体60互相连接。例如，左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50、以及底面连接壳体60可以由与后侧金属壳体20和前侧金属壳体30相同的金属材料制成。但是，该材料允许一定的自由度，并且可以进行各种设计更改。
在后侧金属壳体20和前侧金属壳体30中的一个上形成有定位凸台，在后侧金属壳体20和前侧金属壳体30中的另一个上形成有凸台插入孔。通过将凸台插入到凸台插入孔，在后侧金属壳体20和前侧金属壳体30接近状态下定位。后侧金属壳体20和前侧金属壳体30在左侧面、右侧面、以及底面具有螺孔，以在上述定位状态下重叠紧固在一起。
将左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50、以及底面连接壳体60嵌入后侧金属壳体20和前侧金属壳体30之间的左侧面、右侧面、和底面的间隙。通过将紧固螺钉拧合到上述螺孔，使得后侧金属壳体20、前侧金属壳体30、左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50和底面连接壳体60一体化。用于使得后侧金属壳体20、前侧金属壳体30、左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50和底面连接壳体60一体化的结构具有一定的自由度，可以实行各种设计变化。
在后侧金属壳体20的上方形成大致圆形的透镜露出孔21。在前侧金属壳体30的上方形成大致圆形的透镜露出孔31。广角透镜系统A的前组AF通过透镜露出孔21露出，广角透镜系统B的前组BF通过透镜露出孔31露出。在后侧金属壳体20的上下方向的中间部分的稍稍下方，后侧金属壳体20具有成为捕获图像(捕获静止图像、捕获运动图像)触发器的快门按钮(成像功能单元和操作单元)22。在快门按钮22下方，后侧金属壳体20还具有显示单元(成像功能单元和状态显示单元)23，用于显示例如成像系统1的操作画面和设定画面等各种信息。显示单元23可以是例如有机电致发光(EL)显示器。
在左侧面连接壳体40的上下方向中间部分，具有例如扬声器(成像功能单元)41，用于发出例如音频引导信息。在右侧面连接壳体50的上下方向中间部分，具有电源按钮(成像功能单元和操作单元)51，用于接通或断开成像系统1的电源。在电源按钮51的下方，具有用于设定拍摄模式或无线连接模式的操作按钮(成像功能单元和操作单元)52、53和54。
在后侧金属壳体20的快门按钮22的稍稍上方的右侧，还具有两个麦克风(成像功能单元和声音收集器)24，所述麦克风沿着上下方向互相分开。在前侧金属壳体30的上下方向的中间部分的稍稍上方，具有两个麦克风(成像功能单元和声音收集器)32，所述麦克风沿左右方向互相分开。因此，设置在壳体10的正面和背面上的这四个麦克风24和32能取得三维(3D)音频。
后侧金属壳体20、前侧金属壳体30、左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50、以及底面连接壳体60的结合体在壳体的上下方向中间部分的下方，构成握持部GP。拍摄者能够在握住握持部GP的状态下按压快门按钮22、电源按钮51、以及操作按钮52至54。
此外，后侧金属壳体20、前侧金属壳体30、左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50、以及底面连接壳体60的结合体在顶部具有开口OS。开口OS由后侧树脂壳体70、前侧树脂壳体80和连接树脂壳体90填埋。后侧树脂壳体70、前侧树脂壳体80和连接树脂壳体90可以设为一体成形品，由比后侧金属壳体20和前侧金属壳体30相对刚性低的树脂材料、例如聚碳酸酯(PC)、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂、或PC及ABS树脂的混合物构成。
后侧树脂壳体70具有嵌入形成在后侧金属壳体20的上方的开口OS的弯曲切口部的弯曲形状。前侧树脂壳体80具有嵌入形成在前侧金属壳体30的上方的开口OS的弯曲切口部的弯曲形状。后侧树脂壳体70和前侧树脂壳体80在前后方向具有向着逆方向的对称形状。连接树脂壳体90具有弯曲形状，该弯曲形状嵌入在后侧金属壳体20和前侧金属壳体30的上方形成的开口OS之中、后侧树脂壳体70和前侧树脂壳体80之间的空间。
在后侧金属壳体20的透镜露出孔21的稍稍上方，形成沿左右方向互相分开的一对带螺孔的突出部，在后侧树脂壳体70形成与一对带螺孔的突出部对应的一对螺钉插入通孔。使得一对带螺孔的突出部和一对螺钉插入通孔互相对准，将一对紧固螺钉插入到一对螺钉插入通孔中拧入(紧固)到一对带螺孔的突出部的螺孔中，这样，后侧金属壳体20与后侧树脂壳体70连接。在此，说明后侧金属壳体20与后侧树脂壳体70的连接结构，前侧金属壳体30和前侧树脂壳体80的连接结构也同样。
如上所述构成的广角透镜系统A和B(第一棱镜AP1/BP1～第三棱镜AP3/BP3)以及图像传感器AI和BI一体化，成为成像单元(光学单元)100。在成像单元100形成有螺孔。在将成像单元100收纳在壳体10(后侧金属壳体20、前侧金属壳体30、左侧面连接壳体40、右侧面连接壳体50、以及底面连接壳体60的结合体)的内部的状态下，通过将紧固螺钉与上述螺孔拧合，组装成像单元100。用于将成像单元100组装到壳体10的结构具有一定的自由度，并且各种设计变更是可能的。
图12A和图12B是将成像单元100组装在壳体10的状态的两者相对位置的图示。在图12A和图12B中，壳体10中的成像单元100占据的区域用粗线围住。
参照图12A和图12B，保持成像单元100的壳体10在上下方向看时，划分为位于上方的成像单元100的保持区域和位于下方的成像单元100的非保持区域。成像单元100的一部分使得光学系统A和B的至少一部分(即，前组AF和BF的前透镜(例如，负透镜L1))露出，形成除该露出部的最大外形部。在图12A和12B中，w表示最大外形部中的成像单元100的宽度(左右方向的长度)，d表示最大外形部中的成像单元100的厚度(前后方向的长度)。
图13、图14、和图15是沿图9中的线XIII-XIII、XIV-XIV、和XV-XV截取的截面图。
参照图14和图15，在壳体10的成像单元100的非保持区域，保持(收纳)将图像传感器AI和BI的图像信号转换为无线信号的无线模块基板(成像功能单元和电路基板)110。无线模块基板110包括位于前方侧的子基板111和位于后方侧的主基板112，它们沿前后方向重叠，能电连接地结合。子基板111呈相对小型的、俯视图大致为矩形形状，在主基板112，安装传输部件，其向着后侧树脂壳体70、前侧树脂壳体80、以及连接树脂壳体90的内部空间，朝上方延伸。该传输部件可以由例如同轴电缆或挠性印刷电路板(FPC)构成。
如图15所示，在后侧树脂壳体70、前侧树脂壳体80、以及连接树脂壳体90的内部空间，设有通信天线(成像功能单元和天线基板)120。传输部件的一端部连接到主基板112，传输部件的另一端连接到通信天线120。传输部件将图像传感器AI和BI的成像信号传输到通信天线120。通信天线120将该成像信号无线传输到外部设备。此外，通信天线120能够从外部设备接收各种信号，并向外部设备发送各种信号。
通信天线120包括天线主体和用于支撑天线主体的天线基板。天线主体可以由例如FPC或刚性FPC构成。天线基板呈沿着形成在壳体10(后侧金属壳体20，前侧金属壳体30，左侧面连接壳体40，右侧面连接壳体50，以及底面连接壳体60)的上面的开口OS的形状的弯曲形状(圆弧形状)。传输部件的另一端部连接到该弯曲形状的上面，同时粘接天线主体。
参照图14和图15，在壳体10的成像单元100的非保持区域，保持(收纳)向成像装置1的各构成要素供电的电池130。电池130使得与无线模块基板110上下方向的位置重叠，并且，相对于无线模块基板110设置在前方。此外，从向位于最靠近物体侧的透镜L1入射的入射光轴方向观察时，图像传感器AI和BI相对位于最靠近物体侧的透镜L1，布置在不重叠的位置。并且，无线模块基板110，通信天线120，以及电池130等的部件配置在与保持成像单元100的保持区域不同的区域(非保持区域)中。通过这种配置，成像单元100在上下方向、左右方向、以及前后方向可以实现最大限度最小化。
图16是根据本公开的实施例的成像系统1的硬件配置的框图。成像系统1包括数字静态照相机处理器(在下文中，简称为处理器)100Z，镜筒单元102Z，以及连接至处理器100Z的各种组件。镜筒单元102Z包括两个透镜光学系统20AZ和20BZ以及固态图像传感器22AZ和22BZ。固态图像传感器22Z由来自处理器100Z中的CPU130Z的控制指令控制，这将在后面描述。
处理器100Z包括图像信号处理器(ISP)108AZ和108BZ，直接存储器访问控制器(DMAC)110Z，用于仲裁存储器访问的仲裁器(ARBMEMC)112Z，用于控制存储器访问的存储器控制器(MEMC)114Z，以及失真校正/图像合成块118Z。ISP108AZ和108BZ分别对经过固态图像传感器22AZ和22BZ的信号处理输入的图像数据执行白平衡设定和伽马设定。SDRAM116Z与MEMC114Z连接。当ISP108AZ和108BZ以及失真校正/图像合成块118Z执行处理时，SDRAM116Z临时存储数据。失真校正/图像合成块118Z使用来自三轴加速度传感器120Z的数据，对由成像光学系统捕获的部分图像进行失真校正和上下校正，以合成图像。
处理器100Z还包括DMAC122Z，图像处理块124Z，CPU130Z，图像数据传输单元126Z，SDRAMC128Z，存储卡控制块140Z，通用串行总线(USB)块146Z，外围块150Z，音频单元152Z，串行块158Z，液晶显示器(LCD)驱动器162Z，以及桥168Z。
CPU130Z控制成像系统1的每个部分的操作。图像处理块124Z使用调整大小块132Z、联合摄影专家组(JPEG)块134Z、以及H.264块136Z对图像数据执行各种类型的图像处理。调整大小块132Z通过插值处理放大或缩小图像数据的大小。JPEG块134Z是执行JPEG压缩和解压缩的编解码器块。H.264块136Z是压缩和解压缩诸如H.264的动态图像的编解码器块。图像数据传送单元126Z传送已经由图像处理块124Z执行了图像处理的图像。SDRAMC128Z控制与处理器100Z连接的SDRAM138Z，当在处理器100Z中对图像数据执行各种处理时，SDRAM138Z临时存储图像数据。
存储卡控制块140Z控制对插入到存储卡插槽142Z中的存储卡及闪存只读存储器(ROM)144Z的读取/写入。存储卡插槽142Z是用于将存储卡可装卸地安装到成像系统1的插槽。USB块146Z控制与经由USB连接器148Z连接的诸如个人计算机之类的外部设备的USB通信。电源开关166Z与外围块150Z连接。音频单元152Z与用户输入音频信号的麦克风156Z和输出记录的音频信号的扬声器154Z连接，控制音频输入/输出。串行块158Z控制与诸如PC之类的外部设备的串行通信，并且连接至无线网络接口卡(NIC)160Z。液晶显示(LCD)驱动器162Z是驱动LCD监视器164Z的驱动电路，并且转换为用于在LCD监视器164Z显示各种状态的信号。
闪速ROM144Z存储以可被CPU130Z解码的代码描述的控制程序和各种参数。当通过电源开关166Z的操作接通电源时，上述控制程序下载到主存储器中。CPU130Z根据读入到主存储器中的程序控制成像系统1中每个部分的操作，同时暂时将控制所需的数据保存在SDRAM138Z和本地静态随机存取存储器(SRAM)。
根据上述教导，许多附加的修改和变化是可能的。因此，应当理解，在以上教导的范围内，可以不同于本文具体描述的方式实践本公开。在已经描述了一些实施例的情况下，很明显，可以以许多方式变更它们。这样的变化不应认为是背离本公开和所附权利要求的范围，并且所有这样的修改旨在包括在本公开和所附权利要求的范围内。
本专利申请基于并根据35U.S.C.§119(a)要求于2018年3月2日向日本专利局提交的日本专利申请No.2018-037303和于2018年12月19日向日本专利局提交的日本专利申请No.2018-237191的优先权，其全部公开内容通过引用作为参考。
附图标记列表
1 成像系统
10 壳体
A 广角透镜系统(鱼眼透镜系统，光学系统，成像光学系统)
AF 前组
AR 后组
AS 光阑(可变开口光阑)
AP1 第一棱镜(第一反射镜)
AP2 第二棱镜(第二反射镜)
AP3 第三棱镜(第三反射镜)
AP3X 凸面
AM 反射镜
AI 图像传感器
B 广角透镜系统(鱼眼透镜系统，光学系统，成像光学系统)
BF 前组
BR 后组
BS 光阑(可变开口光阑)
BP1 第一棱镜(第一反射镜)
BP2 第二棱镜(第二反射镜)
BP3 第三棱镜(第三反射镜)
BP3X 凸面
BM 反射镜
BI 图像传感器
L1 负透镜
L2 负透镜
L3 负透镜
L4 正透镜
L5 正透镜
L6 正透镜
L7 负透镜
L8 正透镜
L9 负透镜
L10 正透镜

Claims (16)

1.一种光学系统，包括：
两个光学系统，每个光学系统至少包括两个反射镜和一个光阑，
所述每个光学系统配置为聚焦光，
所述至少两个反射镜中的每一个配置为反射所述光。
2.根据权利要求1所述的光学系统，
其中，每个所述光学系统进一步包括最靠近物体侧的透镜，每个透镜面向一方向。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，
其中，所述至少两个反射镜中的每一个配置为在与最靠近所述物体侧的所述透镜的光轴正交的两个平面中的每个平面之间的空间内反射光，每个所述平面包括最靠近所述物体侧的所述透镜的面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，
其中，所述至少两个反射镜包括：
第一反射镜，将光反射到所述光学系统和第二反射镜之间不同的方向；以及
第二反射镜，将光反射到所述光学系统之间共同方向。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光学系统，
其中，所述每个光学系统进一步包括从物体侧到图像侧依次排列的前组和后组，
其中，在所述每个光学系统中，所述至少两个反射镜在所述前组和所述后组之间反射光。
6.根据权利要求4所述的光学系统，
其中，所述光阑位于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的成像光学系统，
其中，根据所述相应的图像传感器的输出设定所述光阑的开口。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的光学系统，
其中，每个所述光学系统进一步包括第三反射镜，以在所述后组和所述图像传感器之间反射光。
9.根据权利要求8所述的光学系统，
其中，所述第三反射镜具有凸射出面。
10.根据权利要求8所述的光学系统，
其中，凸透镜设置在所述第三反射镜之后。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的光学系统，进一步包括两个图像传感器，所述至少两个反射镜中的每一个配置为反射光，并且每个所述光学系统配置为在所述两个图像传感器的相应的图像传感器上形成图像。
12.一种成像设备，包括：
两个光学系统；
两个图像传感器；以及
装有所述两个光学系统和所述两个图像传感器的外壳，
所述每个光学系统至少包括两个反射镜和一个光阑，
所述每个光学系统配置为聚焦光，
所述至少两个反射镜中的每一个配置为反射所述光，以及
所述每个光学系统配置为在所述两个图像传感器的相应的图像传感器上形成图像。
13.根据权利要求12所述的成像设备，
其中，每个光学系统进一步包括最靠近物体侧的透镜，并且所述最靠近物体侧的透镜面向所述光学系统之间不同的方向。
14.根据权利要求12或13所述的成像设备，
其中，所述至少两个反射镜中的每一个配置为在平面之间的空间中反射光，每个所述平面与最靠近物体侧的透镜的光轴正交，每个所述平面包括最靠近物体侧的透镜面。
15.根据权利要求12或13所述的成像设备，
其中，所述至少两个反射镜包括：
第一反射镜，将光反射到所述光学系统和第二反射镜之间不同的方向；以及
第二反射镜，将光反射到所述光学系统之间共同方向。
16.根据权利要求14所述的成像设备，
其中，在每个所述光学系统中，最靠近物体侧的透镜设置在所述壳体的上部，并且，相应的图像传感器设置在所述最靠近物体侧的透镜下方。
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