CN112415642B - 单透镜曲面复眼相机 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种单透镜曲面复眼相机，其包括：曲面复眼透镜，包括若干个子眼和具有凸球面的透镜，子眼呈多个同心环分布于透镜的凸球面上，每一子眼具有凸球面；光阑，整体呈环形，其用于调节光通过量，所述曲面复眼透镜同轴连接至所述光阑；镜头支撑座，具有与光阑的外环匹配的光阑开孔，光阑组装至所述光阑开孔中；摄像模组，包括CMOS图像传感器和图像处理系统，CMOS图像传感器位于曲面复眼透镜的焦平面处且用于采集图像信息，图像处理系统对CMOS图像传感器采集的图像信息进行拼接融合并输出最终图像。本申请单透镜曲面复眼相机机械结构简单，制作成本低，视场角广阔，体积小，可用于批量化生产，适合应用于多个应用领域中。

Description

单透镜曲面复眼相机
技术领域
本申请涉及光学复眼成像技术领域，特别涉及一种单透镜曲面复眼相机。
背景技术
在当代社会，相机已被广泛应用于各个领域，从工业生产，深海探测到军事侦察。相机作为一种传统光学系统，采用透镜组成像，体积大，装配困难，不易集成。随着科技的发展，由于应用场合以及应用需求的变化，相机逐步朝着微型化与集成化发展，与此同时还要达到大视场角，大景深等要求。若透镜组个数少，则会出现像差无法矫正的情况，若透镜组个数繁多，则又会导致镜筒厚度增大，整体体积增大。考虑到上述问题中的矛盾，本研究小组提出一种单曲面复眼透镜相机的设想。
在过往的关于复眼的研究中，研究人员主要集中在研究复眼制备的工艺，并提出了一系列的复眼制备方法，例如激光直写，光刻胶热熔，湿法腐蚀等。通过这些工艺，国内外研究小组制备了符合要求的形貌，体积可控的复眼透镜，在此基础上，开始寻求集成完整的复眼成像系统，并开发出成熟的应用。
复眼相机的系统组成分为三部分：复眼透镜，摄像元器件，封装外壳。最初的复眼成像系统是日本研究小组提出的TOMBO系统，是由平面微透镜阵列和平面CMOS组成。
专利CN 106537890 A由索尼公司提出的复眼摄像装置仍然是最初的类TOMBO架构，这种装置视场角角小，实用性不强。
专利CN 110769135 A提出了一种仿生复眼图像采集装置，该装置将9个凸透镜放置于铝制框架上，模仿复眼，再利用带变焦头的工业相机采集图像，种装置结构复杂，体积庞大，未能解决微小化，集成化的需求。
专利CN 104165626 A提出一种仿生复眼成像目标定位系统，同样的，这种系统也存在着体积大，结构复杂等问题。
另外，上述这些方法的透镜使用和设计方法跟本案提交的均存在差异。本案中采用的是带有单透镜曲面复眼设计，光线经过单透镜直接打到平面传感器上，减少了装配误差。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种结构简单的单透镜曲面复眼相机。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种单透镜曲面复眼相机，其包括：
曲面复眼透镜，包括若干个子眼和具有凸球面的透镜，子眼呈多个同心环分布于透镜的凸球面上，每一子眼亦具有凸球面；
光阑，整体呈环形，其用于调节光通过量，所述曲面复眼透镜同轴连接至所述光阑；
镜头支撑座，具有与光阑的外环匹配的光阑开孔，光阑组装至所述光阑开孔中；
摄像模组，包括CMOS图像传感器和图像处理系统，CMOS图像传感器位于曲面复眼透镜的焦平面处且用于采集图像信息，图像处理系统对CMOS图像传感器采集的图像信息进行拼接融合并输出最终图像。
其中，所述子眼数量大于100个。
其中，所述光阑与所述镜头支撑座螺纹连接。
其中，所述光阑与所述CMOS图像传感器之间的距离可调。
其中，所述光阑与多种不同规格的曲面复眼透镜匹配。
其中，所述镜头支撑座与多种不同参数的光阑匹配。
其中，所述同心环的数量为10。
其中，所述透镜的凸球面的曲率半径为10mm～15mm。
其中，自所述镜头支撑座的外侧开设贯通至所述光阑开孔的顶丝孔，顶丝孔中用于旋入顶丝以对光阑进行定位。
其中，所述单透镜曲面复眼相机进一步包括外壳，所述镜头支撑座和摄像模组均收容于所述外壳中。
相较于现有技术，本申请单透镜曲面复眼相机仅包括曲面复眼透镜一个透镜，机械结构简单，制作成本低，视场角广阔，体积小，可用于批量化生产，适合应用于多个应用领域中。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请单透镜曲面复眼相机一较佳实施例的立体爆炸图；
图2为图1所示单透镜曲面复眼相机的曲面复眼透镜的立体结构图；
图3为图1所示单透镜曲面复眼相机的镜头支撑座的立体结构图；
图4为图1所示单透镜曲面复眼相机的光阑的立体结构图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本申请单透镜曲面复眼相机的一较佳实施例。本申请单透镜曲面复眼相机包括曲面复眼透镜1、光阑2、镜头支撑座3、摄像模组4和外壳5。镜头支撑座3和摄像模组4均收容于所述外壳5中。
曲面复眼透镜1包括若干个子眼10和具有凸球面111的透镜11。子眼呈多个同心环分布于透镜11的凸球面111上，每一子眼10亦具有凸球面。优选地，子眼10数量大于100个，同心环的数量为10以上，同心环的数量即子眼的部署圈数，在设定复眼焦距为2mm的条件下，利用zemax对复眼透镜光线进行追迹仿真，复眼透镜的视场角大于140°，满足了大视场的要求。
优选地，透镜的凸球面的曲率半径为10mm～15mm。
光阑2，亦为镜头架，其整体呈环形，用于调节光通过量，能有效的减少每一圈子眼间的光学串扰，提高复眼透镜成像的分辨率。曲面复眼透镜1同轴连接至光阑2。
镜头支撑座3，具有与光阑2的外环匹配的光阑开孔31，光阑2组装至光阑开孔31中。优选地，光阑2与镜头支撑座3螺纹连接，通过螺纹连接的方式实现光阑与所述CMOS图像传感器之间的距离可调，进而确保曲面复眼透镜1聚焦至CMOS图像传感器平面上。
在一个实施方式中，光阑2外圈直径为15mm，内圈直径3mm，光阑2的外周加工有外螺纹，与镜头支撑座3的内螺纹匹配，利用螺纹连接调节复眼透镜与CMOS图像传感器的平面的距离，螺纹的螺距为0.5mm。在侧壁点胶，把曲面复眼透镜1粘连在光阑2上。
自所述镜头支撑座3的外侧开设贯通至所述光阑开孔31的顶丝孔32，顶丝孔32中用于旋入顶丝以对光阑2进行定位。
本实施例中，光阑2与曲面复眼透镜1可拆卸连接，因此，光阑2可以与多种不同规格的曲面复眼透镜1匹配。
本实施例中，镜头支撑座3与光阑2可拆卸连接，因此，镜头支撑座可以与多种不同参数的光阑匹配。
摄像模组4，包括CMOS图像传感器和图像处理系统，CMOS图像传感器位于曲面复眼透镜的焦平面处且用于采集图像信息，图像处理系统对CMOS图像传感器采集的图像信息进行拼接融合并输出最终图像。
本实施例中，摄像模组4的CMOS图像传感器为索尼公司生产的IMX-178,固定在定制的IC电路板上，并正对曲面复眼透镜1的凸球面侧。该款芯片的像素尺寸为2.4*2.4μm，帧率为60fps，满足分辨率与成像要求。CMOS图像传感器像面位于曲面复眼透镜的焦点处，CMOS图像传感器与图像处理系统相连，相应的图像处理拼接融合算法烧录于IC电路板中，固定在摄像模组4底座上。
外壳5包括上板、下板、前板、后板；分别与镜头支撑座3和摄像模组4连接。具体地，上板、下板、前板、后板的上均加工通孔，镜头支撑座和摄像模组4的对应位置处设置螺纹孔，利用螺钉将上板、下板、前板、后板与摄像模组4和镜头支撑座3装配。
相较于现有技术，本申请单透镜曲面复眼相机仅包括曲面复眼透镜一个透镜，机械结构简单，制作成本低，视场角广阔，体积小，像面焦距、镜头、光阑易调，可替代性强，可用于批量化生产，适合应用于多个应用领域中。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种单透镜曲面复眼相机，其特征在于，所述单透镜曲面复眼相机包括：
曲面复眼透镜，包括若干个子眼和具有凸球面的透镜，子眼呈多个同心环分布于透镜的凸球面上，每一子眼亦具有凸球面；
光阑，整体呈环形，其用于调节光通过量，所述曲面复眼透镜同轴连接至所述光阑；
镜头支撑座，具有与光阑的外环匹配的光阑开孔，光阑组装至所述光阑开孔中；
摄像模组，包括CMOS图像传感器和图像处理系统，CMOS图像传感器位于曲面复眼透镜的焦平面处且用于采集图像信息，图像处理系统对CMOS图像传感器采集的图像信息进行拼接融合并输出最终图像；
所述子眼数量大于100个；所述同心环的数量为10；
所述透镜的凸球面的曲率半径为10mm～15mm。
2.根据权利要求1所述的单透镜曲面复眼相机，其特征在于，所述光阑与所述镜头支撑座螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的单透镜曲面复眼相机，其特征在于，所述光阑与所述CMOS图像传感器之间的距离可调。
4.根据权利要求2所述的单透镜曲面复眼相机，其特征在于，所述光阑与多种不同规格的曲面复眼透镜匹配。
5.根据权利要求2所述的单透镜曲面复眼相机，其特征在于，所述镜头支撑座与多种不同参数的光阑匹配。
6.根据权利要求1所述的单透镜曲面复眼相机，其特征在于，自所述镜头支撑座的外侧开设贯通至所述光阑开孔的顶丝孔，顶丝孔中用于旋入顶丝以对光阑进行定位。
7.根据权利要求1所述的单透镜曲面复眼相机，其特征在于，所述单透镜曲面复眼相机进一步包括外壳，所述镜头支撑座和摄像模组均收容于所述外壳中。
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